JP6459722B2

JP6459722B2 - 電気回路基板

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Publication number: JP6459722B2
Application number: JP2015072931A
Authority: JP
Inventors: 秀樹一明; 徳一宮崎
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016191878A

Description

本発明は、電気回路基板に関し、特に、基板上に信号電極と接地電極とが形成された電気回路基板に関する。

近年、光通信や光計測の分野において、電気光学効果を有する基板上に光導波路を形成すると共に、光導波路内を伝搬する光波を制御するための信号電極及び接地電極を形成した導波路型光変調器などの光導波路素子が多用されている。
このような光導波路素子に関し、例えば特許文献１には、信号電極の一部を跨ぐように電気的接続（ボンディング）を実施する技術について記載されている。また、特許文献２には、ボンディングを実施する際の接続用パッドの面積及び厚さについて記載されている。

特開２０１１−２１５２９３号公報特開２０１４−１９９３３９号公報

小型化や高集積化した光導波路素子等の電気回路基板では、ワイヤ等で信号電極をボンディング接続するための接続用パッドのサイズを十分大きくとれない場合があり、また接地電極と接続用パッドも非常に近接して配置されている。このため、ボンディング（例えば、ウェッジボンディング）工程におけるボンディング位置のバラツキにより、ボンディングワイヤと接地電極が接続し、ショートする場合がある。

図１は、従来の光導波路素子におけるボンディング接続の例を示す断面図である。この例は、信号電極２の配線の途中を接地電極６（ＧＮＤ部）が横切って信号電極２が分断される場合の例であり、この分断の前後に接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド３（Ｂ）を設け、これらパッド間をワイヤ８でボンディング接続して中継している。この場合には、ボンディングの位置ずれで、パッド間（接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド３（Ｂ）との間）の接地電極６にワイヤ８が接触してショートしてしまう懸念がある。

本発明が解決しようとする課題は、上述した問題を解決し、ボンディング工程におけるボンディング位置のバラツキによる電極ショートを抑制することが可能な電気回路基板を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の電気回路基板は以下のような技術的特徴を有する。
（１）光導波路が形成された基板上に、信号電極と接地電極とを設けると共に、該信号電極の一部に接続される接続用パッド（Ａ）を備えた電気回路基板において、該接地電極は、該接続用パッド（Ａ）を囲むように配置される接地電極部分を有し、該基板又は他の基板上に、電気回路素子又は他の信号電極のいずれかである電気部品を設けると共に、該電気部品の一部に接続される接続用パッド（Ｂ）を備え、該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）とをワイヤボンディング接続し、該ワイヤボンディング接続が跨ぐ領域にある該接地電極部分の高さは、該領域以外の該接地電極部分の高さより低く、かつ該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）のいずれの高さよりも低いことを特徴とする。

（２）上記（１）に記載の電気回路基板において、該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）との間に光導波路が配置され、該接地電極部分は、当該光導波路の上には形成されていないことを特徴とする。

（３）上記（１）又は（２）に記載の電気回路基板において、該接続用パッド（Ａ）における電気信号が伝導する方向に沿った両側に接地電極部分が形成され、該両側の接地電極部分は、該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）との間に配置される接地電極部分と接続されていることを特徴とする。

（４）上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の電気回路基板において、該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）の高さは、互いに異なることを特徴とする。

（５）上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の電気回路基板において、ワイヤボンディング接続の方向における該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）の長さは、１５０μｍ以下であることを特徴とする。

（６）上記（１）乃至（５）のいずれかに記載の電気回路基板において、ワイヤボンディング接続の方向における該接続用パッド（Ａ）と該接地電極部分の間隔および該接続用パッド（Ｂ）と該接地電極部分の間隔は、５０μｍ以下であることを特徴とする。

本発明により、信号電極の一部に設けた接続用パッド（Ａ）と、電気部品の一部に設けた接続用パッド（Ｂ）とをワイヤボンディング接続する構成において、該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）との間に配置される該接地電極の高さを、該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）のいずれの高さよりも低くしたので、ボンディング工程におけるボンディング位置のバラツキによる電極ショートを抑制することが可能な電気回路基板を提供することができる。

従来の光導波路素子におけるボンディング接続の例を示す断面図である。従来の光導波路素子におけるボンディング接続の他の例を示す平面図である。光導波路素子におけるパッド間のボンディング接続部分の工夫について説明する図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。本発明に係る電気回路基板におけるボンディング接続の例を示しており、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。本発明に係る電気回路基板におけるボンディング接続の他の例を示す平面図である。本発明に係る電気回路基板におけるボンディング接続の更に他の例を示す断面図である。本発明に係る電気回路基板を光導波路基板に適用した例を示す平面図である。本発明に係る電気回路基板を光導波路基板に適用した他の例を示しており、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。

以下、本発明に係る電気回路基板について、詳細に説明するに先立ち、ボンディング接続のショートに関して更に説明する。
図２は、従来の光導波路素子におけるボンディング接続の他の例を示す平面図である。
この例では、基板１上の信号電極２の一部に接続用パッド３（Ａ）と、基板１上の部品搭載基板４に搭載された電気回路素子（例えばＰＤ（受光素子））の一部に接続された接続用パッド５（Ｂ）とをワイヤ８でボンディング接続している。
また、基板１には、信号電極２及び接続用パッド３（Ａ）を電気信号が伝導する方向に沿った両側に、接地電極６を設けてある。従来、この両側の接地電極６は、各々の電位を安定させるために、接続用パッド３（Ａ）より先に延びる先端側（電気回路素子側）で、互いにワイヤ（図示略）でボンディング接続する構成となっていた。
ところが、信号電極及び接続用パッド３（Ａ）の両側の接地電極６をその先端側で互いにボンディング接続する構成は、多くの工数が必要であり、信頼性の低下にもつながる。そこで、このような問題を改善するための工夫が求められている。

図３は、光導波路素子におけるパッド間のボンディング接続部分の工夫について説明する図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。図３に示すように、信号電極及び接続用パッド３（Ａ）の両側の接地電極６を、その先端側で互いにボンディング接続する構成に代えて、その先端側で互いに接地電極６’で接続する構成が考えられる。すなわち、信号電極２及び接続用パッド３（Ａ）を囲むように、接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド５（Ｂ）との間にも接地電極６’を設ける。
このような工夫を行うことで、信号電極２及び接続用パッド３（Ａ）の両側の接地電極６の電位がボンディング接続の場合よりも安定するため、信号電極２を流れる電気信号の伝送特性が安定する効果が得られる。また、ワイヤの本数を減らすことができるため、工数の削減を図れる。また、ボンディング接続ではなく接地電極６’で接続すると、振動などに対する機械的強度が増し、信頼性が向上する。

しかしながら、接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド５（Ｂ）とを電気的に接続するワイヤ８の下方において、接続用パッド３（Ａ）に近接して接地電極６’を設けることになる。この場合、接地電極６’を接地電極６と同じような厚みの厚電極とすると、ボンディングの位置ずれで、パッド間（接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド５（Ｂ）との間）の接地電極６にワイヤ８が接触してショートしてしまう懸念がある。

そこで、本発明に係る電気回路基板は、例えば、図４に示すように、基板１上に信号電極２と接地電極６，７とを設けると共に、該信号電極２の一部に接続される接続用パッド３（Ａ）を備えた電気回路基板において、該基板１上に電気部品を設けると共に、該電気部品の一部に接続される接続用パッド５（Ｂ）を備え、該接続用パッド３（Ａ）と該接続用パッド５（Ｂ）とをワイヤ８でボンディング接続し、該接続用パッド３（Ａ）と該接続用パッド５（Ｂ）との間に配置される該接地電極７の高さは、該接続用パッド３（Ａ）と該接続用パッド５（Ｂ）のいずれの高さよりも低いことを特徴とする。

以下では、電気回路基板の例として、図７や図８に示すうような、電気光学効果を有する基板１上に光導波路１０と信号電極２及び接地電極６，７とが形成された光導波路基板を用いて説明する。
なお、本発明は、このような光導波路基板に限定されず、基板上の信号電極の一部に接続される接続用パッド（Ａ）と、該基板上の電気部品の一部に接続される接続用パッド（Ｂ）とをワイヤでボンディング接続する種々の電気回路基板に適用することができる。また、本発明は、基板上の信号電極の一部に接続される接続用パッド（Ａ）と、他の基板上の電気部品の一部に接続される接続用パッド（Ｂ）とをワイヤでボンディング接続する場合にも適用することができる。

ここで、電気回路基板は、単一の基板で構成されてもよく、複数の基板で構成されてもよい。また、基板上の電気部品としては、ＰＤ（受光素子）や抵抗等の電気回路素子だけでなく、信号電極の配線も含まれる。すなわち、信号電極と電気回路素子とのボンディング接続や、信号電極の配線同士のボンディング接続に、本発明を適用することができる。また、基板上に電気部品を設ける態様としては、該基板に直接電気部品を設ける態様や、該基板上に設けた部品搭載基板に電気部品を搭載する態様がある。また、信号電極を含む電気部品の一部に接続される接続用パッドとは、該電気部品に直接接続される接続用パッドだけでなく、該電気部品の一部に対して他の接続用パッドを介して間接的に接続される接続用パッドも含まれる。

また、ボンディング接続とは、ワイヤボンディングやリボン線ボンディングを含み、その接続手法としては、ワイヤボンディングにはウェッジボンディング又はボールボンディングを用いることができ、リボン線ボンディングにはウェッジボンディングを用いることができる。

電気光学効果を有する基板としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、ＰＬＺＴ（ジルコン酸チタン酸鉛ランタン）等の単結晶材料やこれらの固溶体結晶材料を用いることができる。また、半導体やポリマーも、電気光学効果を有する基板として使用することが可能である。

光導波路は、例えば、チタンなどの高屈折材料を基板に注入又は熱拡散することで形成することが可能である。また、基板１に凹凸を形成し、リッジ型又はリブ型の光導波路１０を形成することも可能である。
信号電極や接地電極を形成する際には、フォトリソグラフィによりパターンを形成し、製膜、金メッキ、エッチング処理などを行うことにより、必要な厚みの電極を形成する。信号電極は、変調信号、ＤＣ信号、ＰＤモニタ信号などの種々の信号を伝送することができる。

図４は、本発明に係る電気回路基板におけるボンディング接続の例を示しており、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は平面図である。また、図５は、本発明に係る電気回路基板におけるボンディング接続の他の例を示す平面図である。
図４及び図５では、基板１上の信号電極２の一部に接続された接続用パッド３（Ａ）と、基板１上の部品搭載基板４に搭載された電気回路素子（例えばＰＤ（受光素子））の一部に接続された接続用パッド５（Ｂ）とをワイヤ８でボンディング接続しており、接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド５（Ｂ）の高さが互いに異なっている。なお、図４は、接続用パッド３（Ａ）よりも接続用パッド５（Ｂ）の方が高い場合の例であり、図５は、接続用パッド３（Ａ）の方が接続用パッド５（Ｂ）よりも高い場合の例である。
図４及び図５のいずれにおいても、パッド間（接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド５（Ｂ）の間）の接地電極７、すなわち、ワイヤ８が上部を跨ぐ接地電極７については、接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド５（Ｂ）のいずれの高さよりも低くしてある。

このように、本発明では、接地電極６，７の高さ（厚み）を均一化するのではなく、ボンディングのワイヤ８が接触する可能性がある部分に設けられる接地電極７を薄くすることで、ボンディング工程におけるボンディング位置のバラツキによる電極ショートの発生を抑制している。また、ワイヤ８で跨ぐ接地電極７が薄いので、ワイヤ長を短くしても電極ショートが発生しにくい。また、ワイヤ長を短くすることで、ボンディング強度の安定や電気特性の安定化も実現される。また、高低差のあるボンディング接続であっても電極ショートを抑制できるので、チップ・基板設計の自由度が向上する。

更に、本発明では、接続用パッド３（Ａ）を電気信号が伝導する方向に沿った両側の接地電極６を、薄い接地電極７によって電気的に接続している。このため、両側の接地電極６を互いに電気的に接続するために追加のボンディングが不要となり、ワイヤの本数を削減でき、工数の削減及び信頼性の向上につながる。

ここで、ボンディング接続の方向における接続用パッド３（Ａ）の長さＬ（Ａ）、接続用パッド５（Ｂ）の長さＬ（Ｂ）は、いずれも１５０μｍ以下とすることができ、更には、１００μｍ以下の場合に効果的である。
また、接続用パッド３（Ａ）と薄い接地電極７との間隔Ｓ（Ａ，Ｇ）、接続用パッド５（Ｂ）と薄い接地電極７との間隔Ｓ（Ｂ，Ｇ）は、いずれも５０μｍ以下とすることができ、更には、３５μｍ以下の場合に効果的である。
また、接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド５（Ｂ）との間隔Ｓ（Ａ，Ｂ）は、ワイヤボンディングの機械的強度を考慮すると６０００μｍ以下とすることができ、特に、５００μｍ以下の場合に効果的である。更には、２００μｍ以下の場合は高周波特性の劣化も抑制できるため更に効果的である。

図６は、本発明に係る電気回路基板におけるボンディング接続の更に他の例を示す平面図である。
図６では、基板１上の信号電極２の一部に設けた接続用パッド３（Ａ）と、該信号電極２の他の一部に設けた接続用パッド３（Ｂ）とをワイヤ８でボンディング接続している。つまり、信号電極２の配線の途中を接地電極６が横切って信号電極２が分断される場合に、この分断の前後に接続用パッド３（Ａ）と接続用パッド３（Ｂ）を設け、これらをワイヤ８でボンディング接続して中継している。この場合にも、パッド間の接地電極７、すなわち、ワイヤ８が上部を跨ぐ接地電極７については、接続用パッド３（Ａ）や接続用パッド３（Ｂ）よりも高さを低くしてある。
したがって、ボンディング工程におけるボンディング位置のバラツキによる電極ショートの発生を抑制できる。また、接地電極７を低く（薄く）したので、パッド間の間隔を狭くすることも可能である。

図７は、本発明に係る電気回路基板を光導波路基板に適用した例を示す平面図である。同図には、基板１（変調器基板）上の信号電極２と基板１上の部品搭載基板４に搭載された電気回路素子（本例ではモニタ用ＰＤ）との間のボンディング接続（Ｒ１）と、基板１上の信号電極２の配線間のボンディング接続（Ｒ２）と、基板１上の信号電極２と他の基板（本例では中継基板）１１上の信号電極（図示略）の配線間のボンディング接続（Ｒ３）の様子を示してある。Ｒ１〜Ｒ３のいずれにおいても、ボンディングのワイヤ８が接触する可能性がある部分に設けられる接地電極７を薄くしてある。
なお、同図は、変調器基板上に搭載したモニタ用ＰＤの配線について示しているが、本発明は、変調器の制御電極の配線などの種々の基板配線に適用することができる。特に、ネスト型の集積型変調器では、多数の制御電極やモニタ用ＰＤの配線なども配置されるため、本発明を適用することで、作業性・信頼性・特性に優れた変調器を実現することができる。

図８は、本発明に係る電気回路基板を光導波路基板に適用した他の例を示しており、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。光導波路基板上に信号電極及び接地電極を直接形成する場合には、導波路上の信号電極や接地電極などの金属による光の吸収を防止するために、導波路１０で電極配線が分断される。このような場合、導波路１０に近接して低い（薄い）接地電極７を配置することで、ボンディング工程におけるボンディング位置のバラツキによる電極ショートの発生を抑制し、ボンディング数を削減した構造を実現できる。
また、図８では、信号電極２の一部に形成された接続用パッド３（Ａ）と、他の信号電極２の一部に形成された接続用パッド３（Ｃ）にボンディング接続された接続用パッド３（Ｂ）とをボンディング接続している。つまり、電気部品の一部に直接接続される接続用パッド同士のボンディング接続ではなく、電気部品の一部に間接的に接続される接続用パッドのボンディング接続に本発明を適用している。
このように、これまでの説明では電気部品の一部に形成された接続用パッド（電気部品に直接接続された接続用パッド）をボンディング接続する構成であったが、図８のように、電気部品のない接続用パッド（電気部品に間接的に接続された接続用パッド）をボンディング接続する構成であってもよい。

以上のように、本発明に係る電気回路基板では、ボンディング位置がばらついた場合でも、ワイヤで繋ぐ接続用パッドに近接する接地電極とのショートを抑制できる。また、小型化や高集積化したＬＮチップ等の電気回路素子の電極間隔が狭い場合でも、近接する接地電極とのショートを抑制できる。また、パッド両側の接地電極の間を薄い接地電極で電気的に接続するので、ボンディング接続の本数の削減・工数削減が可能となる。

更に、ワイヤのループ高さも低くでき、長さも短くできるので、振動・衝撃試験（例えば、機械的衝撃として、５００ｇ、１．０ｍｓの条件を５方向に対して１方向につき５回、及び、振動として、２０ｇ、２０〜２０００Ｈｚで２０Ｈｚ間隔で１サイクル４分を１軸方向に４サイクル）でのワイヤ配線の外れや断線が抑制される。
また、本発明は、高低差のある基板とのワイヤボンディング接続などにも適用が可能であり、電極の配線密度を上げたりすることができるため、設計の自由度が向上する。

以上、説明したように、本発明によれば、ボンディング工程におけるボンディング位置のバラツキによる電極ショートを抑制することが可能な電気回路基板を提供することができる。

１，１１基板
２信号電極
３（Ａ），３（Ｂ），３（Ｃ），５（Ｂ）接続用パッド
４部品搭載基板
６，６’ 接地電極（厚電極）
７接地電極（薄電極）
８ワイヤ
１０光導波路

Claims

光導波路が形成された基板上に、信号電極と接地電極とを設けると共に、該信号電極の一部に接続される接続用パッド（Ａ）を備えた電気回路基板において、
該接地電極は、該接続用パッド（Ａ）を囲むように配置される接地電極部分を有し、
該基板又は他の基板上に、電気回路素子又は他の信号電極のいずれかである電気部品を設けると共に、該電気部品の一部に接続される接続用パッド（Ｂ）を備え、
該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）とをワイヤボンディング接続し、
該ワイヤボンディング接続が跨ぐ領域にある該接地電極部分の高さは、該領域以外の該接地電極部分の高さより低く、かつ該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）のいずれの高さよりも低いことを特徴とする電気回路基板。
請求項１に記載の電気回路基板において、
該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）との間に光導波路が配置され、
該接地電極部分は、当該光導波路の上には形成されていないことを特徴とする電気回路基板。
請求項１又は２に記載の電気回路基板において、
該接続用パッド（Ａ）における電気信号が伝導する方向に沿った両側に接地電極部分が形成され、
該両側の接地電極部分は、該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）との間に配置される接地電極部分と接続されていることを特徴とする電気回路基板。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気回路基板において、
該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）の高さは、互いに異なることを特徴とする電気回路基板。
請求項１乃至４のいずれかに記載の電気回路基板において、
ワイヤボンディング接続の方向における該接続用パッド（Ａ）と該接続用パッド（Ｂ）の長さは、１５０μｍ以下であることを特徴とする電気回路基板。
請求項１乃至３のいずれかに記載の電気回路基板において、
ワイヤボンディング接続の方向における該接続用パッド（Ａ）と該接地電極部分の間隔および該接続用パッド（Ｂ）と該接地電極部分の間隔は、５０μｍ以下であることを特徴とする電気回路基板。