JP6834692B2

JP6834692B2 - 光デバイスと回路基板との接続構造、及びこれを用いた光伝送装置

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Publication number: JP6834692B2
Application number: JP2017067208A
Authority: JP
Inventors: 利夫片岡; 加藤　圭; 圭加藤
Original assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Osaka Cement Co Ltd
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-02-24
Anticipated expiration: 2037-03-30
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Description

本発明は、光変調器等の光デバイスと当該光デバイスを駆動する電子回路が搭載された回路基板との接続構造、及び当該接続構造を用いた光伝送装置に関し、特に、光デバイスが備えるフレキシブル配線板を介した当該光デバイスと上記回路基板との接続構造、及び当該接続構造を用いた光伝送装置に関する。

高速／大容量光ファイバ通信システムにおいては、導波路型の光変調素子を組み込んだ光変調器が多く用いられている。中でも、電気光学効果を有するＬｉＮｂＯ３（以下、ＬＮともいう）を基板に用いた光変調素子は、光の損失が少なく且つ広帯域な光変調特性を実現し得ることから、高速／大容量光ファイバ通信システムに広く用いられている。

このＬＮ基板を用いた光変調素子では、マッハツェンダ型光導波路と、当該光導波路に変調信号である高周波信号を印加するための電極（ＲＦ電極）が設けられており、当該電極は、当該光変調素子を収容する光変調器の筺体に設けられたリードピンやコネクタを介して、光変調器に変調動作を行わせるための電子回路が搭載された回路基板（以下、回路基板と略す）に接続される。

光ファイバ通信システムにおける変調方式は、近年の伝送容量の増大化の流れを受け、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）やＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）等、多値変調や、多値変調に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットが主流となっており、基幹光伝送ネットワークにおいて用いられているが、メトロネットワークにも導入されつつある。

ＱＰＳＫ変調を行う光変調器（ＱＰＳＫ光変調器）やＤＰ−ＱＰＳＫ変調を行う光変調器（ＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器）は、入れ子構造になった複数のマッハツェンダ型光導波路を備え、複数のＲＦ電極を備えることから（例えば、特許文献１参照）、光変調器の筺体のサイズが大型化する傾向があり、特に小型化の要請が強い。

この小型化の要請に対応する一つの策として、従来、ＲＦ電極のインタフェースとして光変調器の筺体に設けられていたプッシュオン型の同軸コネクタを、バイアス電極のインタフェースと同様のリードピンに置き換え、これらのリードピンと外部の回路基板とを、電気的に接続するためのＦＰＣ（フレキシブル配線板（ＦＰＣ：Flexible Printed Circuits）を付加した光変調器が提案されている。

例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器では、それぞれにＲＦ電極を有する４つのマッハツェンダ型光導波路で構成される光変調素子が用いられる。この場合、光変調器の筺体に４つのプッシュオン型同軸コネクタを設けたのでは筺体の大型化は避けられないが、同軸コネクタに代えてリードピンとＦＰＣとを用いれば、小型化が可能となる。

また、光変調器の筺体のリードピンと、当該光変調器に変調動作を行わせるための電子回路が搭載された回路基板と、の間が、上記ＦＰＣを介して接続されるので、従来用いていた同軸ケーブルの余長処理を行う必要が無くなり、光送信装置内における光変調器の実装スペースを縮小することができる。

光変調器に用いられるＦＰＣは、例えば柔軟性のあるポリイミドベースの材料を基板（以下、ＦＰＣ基板）として用いて作製され、一方の端部付近に設けられた複数のスルーホールのそれぞれが、配線パターンを介して、他方の端部に設けられたパッドのそれぞれに電気的に接続されている。そして、光変調器の筺体の底面又は側面から突き出た複数のリードピンが上記複数のスルーホールにそれぞれ挿通されて例えばハンダにより固定され且つ電気的に接続され、上記複数のパッドが回路基板に例えばハンダにより固定され且つ接続される。これにより、当該回路基板上のパッドから与えられる高周波信号が、それぞれ対応する上記スルーホールとリードピンとを介して、光変調素子の対応するＲＦ電極に与えられて、高速光変調が行われる。

上記のＦＰＣを用いた光変調器では、上述のように、筺体を小型化することができ、回路基板上における光変調器の実装スペースも縮小することができるので、光送信装置の小型化に大きく貢献し得る。

図７Ａ、７Ｂ、７Ｃは、そのようなＦＰＣを備える従来のＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器の構成を示す図であり、図７ＡはＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器の上面図、図７Ｂは正面図、図７Ｃは底面図である。このＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器７００は、光変調素子７０２と、光変調素子７０２を収容する筺体７０４と、フレキシブル配線板（ＦＰＣ）７０６と、光変調素子７０２に光を入射するための光ファイバ７１０と、光変調素子７０２から出力される光を筺体７０４の外部へ導く光ファイバ７０８と、を備える。

筺体７０４には、光変調素子７０２の４つのＲＦ電極（不図示）にそれぞれ接続された４つのリードピン７２０、７２２、７２４、７２６が設けられており、当該リードピン７２０、７２２、７２４、７２６は、ＦＰＣ７０６に設けられた後述するスルーホール８２０、８２２、８２４、８２６に挿通されて例えばハンダにより固定され且つ電気的に接続されている。

図８は、ＦＰＣ７０６の構成を示す図である。図８Ａ及び８Ｂは、ＦＰＣ７０６の対向する２面を示したものであり、図８Ａが示す面をオモテ面、図８Ｂが示す面をウラ面と称するものとする。図８Ａが示す面は、図７Ｃに示されたＦＰＣ７０６の面に相当する。

図８Ａに示すＦＰＣ７０６のオモテ面には、図示下側の一の辺８０２の近傍に、当該一の辺８０２の方向に沿って４つの信号用パッド（信号パッド）８１０、８１２、８１４、８１６が並んで設けられている。また、辺８０２に対向する他の辺８０４の側には、例えば辺８０４の方向に沿って、４つのスルーホール８２０、８２２、８２４、８２６が並んで設けられている。さらに、４つの信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６は、それぞれ、配線パターン８３０、８３２、８３４、８３６によりスルーホール８２０、８２２、８２４、８２６に電気的に接続されている。

また、ＦＰＣ７０６のオモテ面には、更に、信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６のそれぞれを辺８０２の方向に沿って両側から挟む位置に、それぞれ、接地用パッド（接地パッド）８４０ａと８４０ｂ、８４２ａと８４２ｂ、８４４ａと８４４ｂ、及び８４６ａと８４６ｂが並んで設けられている。これらの接地パッド８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂは、それぞれ、ビアホールを介してウラ面のグランドパターン８７０ａ、８７０ｂ、８７２ａ、８７２ｂ、８７４ａ、８７４ｂ、８７６ａ、８７６ｂ（後述）と接続されている。

一方、図８Ｂに示すＦＰＣ７０６のウラ面には、グランドプレーン８５０が形成されており、オモテ面の配線パターン８３０、８３２、８３４、８３６は、ウラ面のグランドプレーン８５０と共に、それぞれグランデッド・コプレーナ線路（GCPW、Grounded Coplanar Waveguide）を構成している。また、グランドプレーン８５０は、オモテ面の接地パッド８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂに対応する位置に延在するグランドパターン８７０ａ、８７０ｂ、８７２ａ、８７２ｂ、８７４ａ、８７４ｂ、８７６ａ、８７６ｂを有する。

さらに、ＦＰＣ７０６のウラ面には、オモテ面の信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６に対応する位置に、例えば信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６と同じサイズで、信号パッド８６０、８６２、８６４、８６６が設けられており、信号パッド８６０、８６２、８６４、８６６と、信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６とは、それぞれビアホールを介して互いに電気的に接続されている。

そして、光変調器７００を光伝送装置内に実装する際には、信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６及び接地パッド８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂは、光伝送装置内の回路基板に設けられた対応するパッドに対してそれぞれ例えばハンダにより固定され且つ電気的に接続される。これにより、光変調器７００が収容する光変調素子７０２のＲＦ電極と当該回路基板上に構成された電子回路の信号線路とが電気的に接続される。

図９は、そのような光伝送装置内で用いられる回路基板の一例である回路基板９００の構成を示す図である。回路基板９００の一の辺９０２には、ＦＰＣ７０６のオモテ面の信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６及び接地パッド８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂがそれぞれ接続される回路信号パッド９１０、９１２、９１４、９１６、及び回路接地パッド９４０ａ、９４０ｂ、９４２ａ、９４２ｂ、９４４ａ、９４４ｂ、９４６ａ、９４６ｂが並べて設けられている。

これらの回路信号パッド９１０、９１２、９１４、９１６、及び回路接地パッド９４０ａ、９４０ｂ、９４２ａ、９４２ｂ、９４４ａ、９４４ｂ、９４６ａ、９４６ｂは、それぞれ、これらのパッド上に配されるＦＰＣ７０６の信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６及び接地パッド８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂに対応する位置に設けられている。また、これらの回路信号パッド９１０等及び回路接地パッド９４０ａ等は、必ずしもＦＰＣ７０６の信号パッド８１０等及び接地パッド８４０ａ等と同じサイズである必要はなく、回路基板９００とＦＰＣ７０６を接続したときの信号線路間のインピーダンス整合の観点から、例えば回路信号パッド９１０等及び回路接地パッド９４０ａ等の幅は信号パッド８１０等及び接地パッド８４０ａ等の幅よりも狭く又は広く構成され得る。

なお、冗長な記載を避けて理解を容易にするため、図９には、回路基板９００のうち、回路信号パッド９１０、９１２、９１４、９１６、及び回路接地パッド９４０ａ、９４０ｂ、９４２ａ、９４２ｂ、９４４ａ、９４４ｂ、９４６ａ、９４６ｂが形成された部分及びその周囲部分のみを示している。また、回路基板９００上には電子回路を構成する種々のパターンが設けられ得るが、上記と同様の理由から、図９には、ＦＰＣ７０６の信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６及び接地パッド８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂがそれぞれ接続される回路信号パッド９１０、９１２、９１４、９１６、及び回路接地パッド９４０ａ、９４０ｂ、９４２ａ、９４２ｂ、９４４ａ、９４４ｂ、９４６ａ、９４６ｂのみを示し、これらの回路信号パッド及び回路接地パッドにつながる回路基板９００上の他のパターンについては記載を省略している。

図１０Ａ、１０Ｂは、光変調器７００と回路基板９００との従来の接続構造の一例を示す図であり、図１０Ａは光変調器７００の上面方向から見た図、図１０Ｂは図１０ＡにおけるＪＪ断面矢視図である。また、図１１は、図１０ＡにおけるＫＫ断面矢視図である。

図１０Ａに示すように、光変調器７００のＦＰＣ７０６は図示左方へ延在し、図１０Ｂに示すように、左側端部が回路基板９００に接するように図示斜め左下方向に曲げられる。これにより、図１１に示すように、ＦＰＣ７０６の信号パッド８１０、８１２、８１４、８１６及び接地パッド８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂは、それぞれ回路信号パッド９１０、９１２、９１４、９１６及び回路接地パッド９４０ａ、９４０ｂ、９４２ａ、９４２ｂ、９４４ａ、９４４ｂ、９４６ａ、９４６ｂに押し当てられ、互いの間が例えばハンダにより固定され且つ電気的に接続される。

そして、このような、光変調器７００と回路基板９００との間の対応するパッド間の接続は、一般に、回路基板９００の基板面にＦＰＣ７０６を単に押し当てて保持した状態において、ハンダ鏝等を用いて手作業により行われる。このため、図１０Ａ、１０Ｂ、１１に示す従来の接続構造では、回路基板９００に対するＦＰＣ７０６の相対位置は、接続作業の際にずれ易い。

上述したように、光ファイバ通信システムに求められる光伝送容量の増大化に伴って、光変調器に要求される変調動作は、より高速、より広帯域なものなっており、その一つの実現手段であるＤＰ−ＱＰＳＫ等の複雑な変調動作を行う場合には、光変調器に入力される信号線の数、したがってＦＰＣに設けるパッドの数は増大する。その一方で、光変調器のサイズの小型化への要請は不変であり、したがって、上記のように必要な電極数の増加に伴って、上述したＦＰＣ上に形成すべき各パッドのサイズは縮小されることとなる。一つの例として、一般的なＤＰ−ＱＰＳＫ光変調器においては、例えば、信号電極の数は４本であり、ＦＰＣ上に形成されるパッドのサイズは、幅が数百μｍで長さが約１．５ｍｍ程度である。

より具体的には、例えば、光通信分野における業界団体であるＯＩＦ（The Optical Internetworking Forum）では、偏波多重の直角位相変調を行う光変調器が備えるべきＦＰＣとして、隣接する信号パッド間の間隔を約４ｍｍ、信号パッドの幅（図８Ａにおける辺８０２の方向の長さ）を約３５０±５０μｍとすること、及び回路基板の回路信号パッドの幅を約４００μｍとすることを勧告している（ＯＩＦ発行資料、OIF-PMQ-TX-01.2）。そして、上記の幅の信号パッドと回路信号パッドとにおいては、これらを接続する際の互いの中心線のずれ量は、１００μｍ以下であることが推奨されている。

しかしながら、上記従来の接続構造では、回路基板９００に対するＦＰＣ７０６の相対的な位置決めは、上述したようにＦＰＣ７０６を回路基板９００に単に押し当てることで行われるため、信号パッドと回路信号パッドとの間の位置ずれ量を０．１ｍｍオーダの所定の許容範囲内に、精度よく且つ再現性良く実現することは困難となり得る。

さらに、上述のＯＩＦ勧告のように隣接する信号パッド間の間隔をｍｍオーダの間隔とする場合には、隣接する信号パッド間のクロストークが変調動作に及ぼす影響も無視し得なくなる。そして、伝送容量の増大に応じて、今後、光変調器に入力すべき高周波信号の数が増加すれば、隣接する信号パッド間の間隔は益々短くなり、上記クロストークの影響は光伝送品質を確保する上で大きな問題となり得る。

上記背景より、高周波信号を用いて動作する光変調器等の光デバイスと回路基板との接続構造において、光デバイスが備えるフレキシブル配線板と回路基板との間のパッド間の接続を高い位置精度で行いつつ、隣接する信号パッド間のクロストークを効果的に低減することが求められている。

本発明の一の態様によると、光デバイスと回路基板との接続構造であって、前記光デバイスは、当該光デバイスに高周波信号を入力するための電極が接続された導電パターンを備えるフレキシブル配線板を備える。前記フレキシブル配線板は、一のエッジに、前記回路基板上の導体パターンと接続される接続用パッドが配列されており、前記接続用パッドは、少なくとも一つの接地用パッドと、当該接地用パッドを両側方から挟む少なくとも二つの信号用パッドと、を含む。また、前記フレキシブル配線板の前記一のエッジのうち前記接地用パッドが形成された部分には、当該エッジに開口部を有する少なくとも一つの凹部を備え、前記回路基板は、当該回路基板の面上の、前記接地用パッドが接続される前記導体パターンに、当該導体パターンから前記回路基板の基板面の上方へ延在する金属から成る柱状部材を備える。そして、前記凹部が前記柱状部材に嵌まり込んだ状態において前記導体パターンと前記接続用パッドとが、他の部材を介することなくハンダにより直接固定され、前記柱状部材と前記フレキシブル配線板に形成された接地パターンとの間に、前記接地パターンから前記柱状部材の側面にせり上がるハンダが形成されている。
本発明の他の態様によると、前記凹部は少なくとも２つ備えられている。
本発明の他の態様によると、前記柱状部材は、前記凹部を通って前記フレキシブル配線板の板面の上部へ延在し、当該板面からの前記柱状部材の突出し長さは１ｍｍ以上である。
本発明の他の態様によると、前記柱状部材は、前記回路基板の基板面の上方で折れ曲がり、当該基板面に沿って延在する部分を有し、前記フレキシブル配線板の前記一のエッジを含む部分が、前記基板面に沿って延在する部分と前記基板面との間に挟持されるように配され、前記基板面に沿って延在する部分と当該基板面との間に、前記接地パターンから前記柱状部材の側面にせり上がるハンダが形成されている。
本発明の他の態様によると、前記凹部は、平面視が半円形状であり、前記柱状金属は、前記回路基板に設けられたビア又はスルーホールに挿入された断面が円形のピンである。
本発明の他の態様は、光伝送装置であり、当該光伝送装置は、フレキシブル配線板を備える光デバイスである光変調器と、当該光変調器を駆動する回路が構成された回路基板と、を備え、前記フレキシブル配線板と前記回路基板とが上記いずれか一項に記載の接続構造により接続されている。

光デバイスである光変調器と回路基板との、本発明の一実施形態に係る接続構造が採用される、光伝送装置の構成を示す図である。図１に示す光変調器の構成を示す図である。図１に示す光変調器の構成を示す図である。図１に示す光変調器の構成を示す図である。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃに示す光変調器が備えるフレキシブル配線板のオモテ面の構成を示す図である。図２Ａ、２Ｂ、２Ｃに示す光変調器が備えるフレキシブル配線板のウラ面の構成を示す図である。図１に示す回路基板の部分詳細図である。図１に示す光変調器と回路基板との、接続構造を示す図である。図５Ａに示す接続構造のＢＢ断面図である。図５Ｂに示す接続構造の変形例である。従来の光変調器の構成を示す図である。従来の光変調器の構成を示す図である。従来の光変調器の構成を示す図である。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃに示す従来の光変調器が備えるフレキシブル配線板のオモテ面の構成を示す図である。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃに示す従来の光変調器が備えるフレキシブル配線板のウラ面の構成を示す図である。図７Ａ、７Ｂ、７Ｃに示す従来の光変調器が備えるフレキシブル配線板が接続される、従来の回路基板の部分詳細図である。光変調器と回路基板との従来の接続構造を示す図である。図１０Ａに示す光変調器と回路基板との従来の接続構造のＪＪ断面矢視図である。図１０Ａに示す光変調器と回路基板との従来の接続構造のＫＫ断面矢視図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。なお、本実施形態では、一例として、光変調器と回路基板との接続構造を示すが、本発明の接続構造は、これに限らず、複数の高周波信号が入力されて動作する任意の光デバイス（例えば、光スイッチ）と回路基板と間の接続に、広く適用することができる。

図１は、光変調器と回路基板との本発明の一実施形態に係る接続構造が採用される光伝送装置の構成を示す図である。光伝送装置１００は、光変調器１０２と、当該光変調器１０２を駆動する高周波信号を出力する回路基板１０４と、回路基板１０４上に搭載された光源１０６と、を有する。光変調器１０２は、高周波信号を入力するためのフレキシブル配線板（ＦＰＣ）１０８を備え、後述するようにＦＰＣ１０８に設けられたパッドと回路基板に設けられたパッドとがハンダ付けされることにより、回路基板１０４が出力する高周波信号が、光変調器１０２に入力される。この高周波信号により、光変調器１０２は、光源１０６から入力される光を変調して出力する。当該出力された光は、その後、光伝送路ファイバ（不図示）に入力される。

なお、以下において、光変調器１０２と回路基板１０４との接続構造とは、光変調器１０２のＦＰＣ１０８と回路基板１０４と接続される図示Ａ部における、当該ＦＰＣ１０８と回路基板１０４との接続構造をいうものとする。

図２Ａ、２Ｂ、２Ｃは、光変調器１０２の構成を示す図である。
本光変調器１０２は、光変調素子２０２と、光変調素子２０２を収容する筺体２０４と、上述のＦＰＣ１０８と、光源１０６からの光を光変調素子２０２に入射するための光ファイバ２０８と、光変調素子２０２から出力される光を筺体２０４の外部へ導く光ファイバ２１０と、を備える。

光変調素子２０２は、例えばＬＮ基板上に設けられた４つのマッハツェンダ型光導波路と、当該マッハツェンダ型光導波路上にそれぞれ設けられて光導波路内を伝搬する光波を変調する４つの高周波電極（ＲＦ電極）と、を備えたＤＰ―ＱＰＳＫ光変調器である。光変調素子２０２から出力される２つの光は、例えばレンズ光学系（不図示）により偏波合成され、光ファイバ２１０を介して筺体２０４の外部へ導かれる。

筺体２０４は、上記光変調素子２０２が備える４つのＲＦ電極（不図示）のそれぞれに接続された４つのリードピン２２０、２２２、２２４、２２６を備える。筺体２０４に設けられたリードピン２２０、２２２、２２４、２２６は、ＦＰＣ１０８に設けられた後述するスルーホール３２０、３２２、３２４、３２６に挿通され、当該スルーホール３２０、３２２、３２４、３２６とリードピン２２０、２２２、２２４、２２６との間がそれぞれ例えばハンダにより接続され及び固定されている。

図３Ａ、３Ｂは、ＦＰＣ１０８の構成を示す図である。ここで、図３Ａは、回路基板１０４と接するＦＰＣ１０８の一の面（オモテ面と称する）の構成を示す図であり、図３Ｂは、上記一の面に対向するＦＰＣ１０８の他の面（ウラ面と称する）の構成を示す図である。

ＦＰＣ１０８は、例えばポリイミドを主原料とした基板（以下、ＦＰＣ基板）を用いて作製されている。ＦＰＣ１０８は、例えば平面視が矩形に構成されている。ただし、ＦＰＣ１０８の平面視形状は、これに限らず任意の形状を有するものとすることができる。

図３Ａに示すＦＰＣ１０８のオモテ面には、図示下側の一の辺３０２の近傍に、当該一の辺３０２の方向に沿って４つの信号用パッド（信号パッド）３１０、３１２、３１４、３１６が並んで設けられている。また、辺３０２に対向する他の辺３０４の側には、例えば辺３０４の方向に沿って、４つのスルーホール３２０、３２２、３２４、３２６が並んで設けられている。さらに、４つのパッド３１０、３１２、３１４、３１６は、それぞれ、配線パターン３３０、３３２、３３４、３３６によりスルーホール３２０、３２２、３２４、３２６に電気的に接続されている。

また、ＦＰＣ１０８のオモテ面には、更に、信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６のそれぞれを辺３０２の方向に沿って両側から挟む位置に、それぞれ、接地用パッド（接地パッド）３４０ａと３４０ｂ、３４２ａと３４２ｂ、３４４ａと３４４ｂ、及び３４６ａと３４６ｂが並んで設けられている。これらの接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂは、それぞれ、ビアホールを介してウラ面のグランドパターン３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ａ、３７６ｂ（後述）と接続されている。

一方、図３Ｂに示すＦＰＣ１０８のウラ面には、グランドプレーン３５０が形成されており、オモテ面の配線パターン３３０、３３２、３３４、３３６は、ウラ面のグランドプレーン３５０と共に、それぞれグランデッド・コプレーナ線路（GCPW、Grounded Coplanar Waveguide）を構成している。また、グランドプレーン３５０は、オモテ面の接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂに対応する位置に延在してグランドパターン３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ａ、３７６ｂを構成する。

さらに、ＦＰＣ１０８のウラ面には、オモテ面の信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６に対応する位置に、例えば信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６と同じサイズで、信号パッド３６０、３６２、３６４、３６６が設けられており、信号パッド３６０、３６２、３６４、３６６と、信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６とは、それぞれビアホールを介して互いに電気的に接続されている。

特に、本実施形態では、ＦＰＣ１０８の辺３０２のうち、接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂが形成されている部分に、それぞれ、辺３０２に開口部を有する平面視が半円状の凹部３８０ａ、３８０ｂ、３８２ａ、３８２ｂ、３８４ａ、３８４ｂ、３８６ａ、３８６ｂが形成されている。これらの凹部３８０ａ、３８０ｂ、３８２ａ、３８２ｂ、３８４ａ、３８４ｂ、３８６ａ、３８６ｂは、それぞれ、その内面に金属膜を有し、当該金属膜は、オモテ面の接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂとウラ面のグランドパターン３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ａ、３７６ｂとを接続している。このような凹部３８０ａ、３８０ｂ、３８２ａ、３８２ｂ、３８４ａ、３８４ｂ、３８６ａ、３８６ｂは、例えば、内面に金属膜を形成した円形の開口を有するスルーホールを切断して、当該切断面を辺３０２とすることにより作製することができる。

図４は、回路基板１０４のうちＦＰＣ１０８と接する部分（即ち、図１のＡ部）に設けられるパッドの構成を示す、回路基板１０４の部分詳細図である。回路基板１０４のうち、光変調器１０２のＦＰＣ１０８が接続される一の辺４０２には、ＦＰＣ１０８のオモテ面の信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６及び接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂがそれぞれ接続される回路信号パッド４１０、４１２、４１４、４１６、及び回路接地パッド４４０ａ、４４０ｂ、４４２ａ、４４２ｂ、４４４ａ、４４４ｂ、４４６ａ、４４６ｂが、それぞれ信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６及び接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂに対応する位置に並べて設けられている。

特に、本実施形態では、ＦＰＣ１０８の接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂと接続される導体パターンである回路接地パッド４４０ａ、４４０ｂ、４４２ａ、４４２ｂ、４４４ａ、４４４ｂ、４４６ａ、４４６ｂのそれぞれに、これらの導体パターンから回路基板１０４の基板面の上方（基板面から離れる方向）へ延在する断面が円形の柱状部材であるピン４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、４５４ａ、４５４ｂ、４５６ａ、４５６ｂが設けられている。

これらのピン４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、４５４ａ、４５４ｂ、４５６ａ、４５６ｂは、例えば、回路接地パッド４４０ａ、４４０ｂ、４４２ａ、４４２ｂ、４４４ａ、４４４ｂ、４４６ａ、４４６ｂのそれぞれに設けられたスルーホールに金属製のピンを挿入して、当該ピンをこれらするホールにハンダ付け固定することで設けるものとすることができる。

図５Ａ、図５Ｂは、光変調器１０２と（より具体的には、光変調器１０２が有するＦＰＣ１０８と）回路基板１０４との接続部分（図１のＡ分）の構造（接続構造）を示す図である。図５Ａは、光変調器１０２の上面から見た図であり、図５Ｂは図５ＡにおけるＢＢ断面矢視図であってピン４５６ａ、回路接地パッド４４６ａ、接地パッド３４６ａ、及びグランドパターン３７６ａがハンダ付けされた状態を示す図である。

本実施形態では、光変調器１０２のＦＰＣ１０８は、当該ＦＰＣ１０８の辺３０２に設けられた凹部３８０ａ、３８０ｂ、３８２ａ、３８２ｂ、３８４ａ、３８４ｂ、３８６ａ、３８６ｂに、それぞれ、回路基板１０４に設けられたピン４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、４５４ａ、４５４ｂ、４５６ａ、４５６ｂが嵌り込むように、回路基板１０４上に配される（図５Ａ）。これにより、回路基板１０４に対するＦＰＣ１０８の相対位置が高精度に定められ、従って、回路基板１０４の回路信号パッド４１０、４１２、４１４、４１６に対するＦＰＣ１０８の信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６の相対位置がそれぞれ高精度に定められてハンダ固定される。その結果、回路基板１０４の回路信号パッド４１０、４１２、４１４、４１６と、ＦＰＣ１０８の信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６と、のそれぞれの結合部分における高周波信号の反射及び損失を効果的に低減し得ると共に、それらの製造ばらつきも低減することができる。

また、本実施形態では、図５Ｂに示すように、ピン４５６ａ、回路接地パッド４４６ａ、接地パッド３４６ａ、及びグランドパターン３７６ａがハンダ付けされた状態においては、ピン４５６ａがあることにより、グランドパターン３７６ａからピン４５６ａの側面にせり上がる例えばメニスカス状のハンダ部５０６ａが形成される。なお、図５Ｂに示す構成は、一例として、ハンダ接続されたピン４５６ａ、回路接地パッド４４６ａ、接地パッド３４６ａ、及びグランドパターン３７６ａの構成を示したものであり、ハンダ接続された他のピン４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、４５４ａ、４５４ｂ、４５６ｂと、回路接地パッド４４０ａ、４４０ｂ、４４２ａ、４４２ｂ、４４４ａ、４４４ｂ、４４６ｂと、接地パッド３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ｂと、グランドパターン３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ｂと、のそれぞれの接続部の構成も、図５Ｂに示す構成と同様である。

すなわち、図５Ｂに示すハンダ部５０６ａのようなハンダ部は、ピン４５６ａとグランドパターン３７６ａとの間だけでなく、ピン４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、４５４ａ、４５４ｂ、４５６ｂとグランドパターン３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ｂとの間にもそれぞれ形成される。ここで、ピン４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、４５４ａ、４５４ｂ、４５６ｂとグランドパターン３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ｂとの間に形成される、ハンダ部５０６ａと同様のハンダ部を、ハンダ部５００ａ、５００ｂ、５０２ａ、５０２ｂ、５０４ａ、５０４ｂ、５０６ｂと称するものとする。

これらのハンダ部５０６ａ等は、それらが形成されているグランドパターン３７６ａ等を挟んで隣接する、回路信号パッド４１６等と信号パッド３１６等とのそれぞれの接続部の互いの間を電気的に遮蔽するシールドとして機能する。例えば、図５Ｂに示すピン４５６ａとグランドパターン３７６ａとの間に形成されるハンダ部５０６ａ、及びピン４５４ｂとグランドパターン３７４ｂとの間に形成されるハンダ部５０４ｂは、これらのグランドパターン３７４ｂ、３７６ａを挟んで隣接する、回路信号パッド４１６と信号パッド３１６との接続部と、回路信号パッド４１４と信号パッド３１４との接続部と、の間のシールドとして機能する。

これにより、図５Ａに示す本実施形態の接続構造においては、ＦＰＣ１０８の信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６と回路基板１０４の回路信号パッド４１０、４１２、４１４、４１６とのそれぞれの接続部の、互いの間でのクロストークが、効果的に低減される。

ここで、ハンダ部５０６ａ等の高さｈ（図５Ｂ）は、当該部分に適用するハンダの量と、ＦＰＣ１０８からのピン４５６ａ等の突き出し高さＨとで定まり、当該ハンダ量と高さＨを調整して高さｈを調整することで、信号パッド３１０等と回路信号パッド４１０等とのそれぞれの接続部の、互いの間でのクロストーク低減量を調整することができる。例えば、上記突き出し高さＨは、１ｍｍ以上とすることができる。その効果としては、例えば、隣接する信号電極間の距離を約４ｍｍとし、Ｈを１ｍｍとした場合には、約２０ＧＨｚの信号周波数における隣接信号電極間のクロストークについて、約５ｄＢ前後の低減効果が得られる。

なお、本実施形態では、ピン４５６ａ等は直線円柱状の導体であるものしたが、ピン４５６ａ等の形状は、これに限らず、グランドパターン３７６ａ等の上部にシールドを構成するハンダ部が形成される限りにおいて、任意の形状とすることができる。例えば、ピン４５６ａ等は、回路接地パッド４４６ａから突き出たあとに屈曲し、グランドパターン３７６ａ等の上方をＦＰＣ１０８の面に沿って延在する部分を含むものとすることができる。

図６は、そのようなピンを備える、上述の実施形態の変形例を示す図である。図６は、本変形例における、図５Ａに示す部分に相当する部分の構成を示している。本変形例では、ピン４５６ａに相当するピン４５６ａ´が、回路接地パッド４４６ａの図示上方へ突き出た後、図示右方向に屈曲して、ＦＰＣ１０８の面に並行に延在する延在部６０６ａを構成する。そして、延在部６０６ａとグランドパターン３７６ａとの間にハンダ部５０６ａ´が形成される。

この場合には、延在部６０６ａとハンダ部５０６ａ´の全体がシールドとして機能し、隣接する回路信号パッド４１６、４１４と信号パッド３１６、３１４とのそれぞれの接続部の、互いの間でのクロストークが、さらに効果的に低減される。図５Ａに示す他のピン４５０ａ、４５０ｂ、４５２ａ、４５２ｂ、４５４ａ、４５４ｂ、４５６ｂも、ピン４５６ａ´と同様の構成とし、グランドパターン３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ｂとの間に、ハンダ部５０６ａ´と同様のハンダ部を形成するものとすることができる。

なお、ピン４５６ａ´の屈曲部の位置を調整し、延在部６０６ａと回路基板１０４との間にＦＰＣ１０８が挟持されるように構成することもできる。これにより、回路信号パッド４１０等及び回路接地パッド４４０ａ等と信号パッド３１０等及び接地パッド３４０ａ等とをそれぞれハンダ接続する際の、回路基板１０４に対するＦＰＣ１０８の浮きを防止することができ、作業性を向上する点で好ましい。この場合には、主に延在部６０６ａにより、上述したクロストーク低減効果が得られることとなる。

以上、説明したように、本実施形態の光伝送装置１００における光変調器１０２と回路基板１０４との接続構造（即ち、図５Ａ、５Ｂに示す、図１のＡ部における構造）では、光変調器１０２が備えるＦＰＣ１０８が、その一の辺３０２に沿って、高周波信号が印加される複数の信号パッド３１０等と、これら信号パッド３１０等のそれぞれを両側方から挟む位置に設けられた接地パッド３４０ａ等と、を備える。そして、接地パッド３４０ａ等の端部には、それぞれ、辺３０２に開口を有する半円形状の凹部３８０ａ等を有する。また、回路基板１０４の一の辺４０２には、信号パッド３１０等及び接地パッド３４０ａ等とそれぞれ接続される回路信号パッド４１０等及び回路接地パッド４４０ａ等が設けられており、且つ、回路接地パッド４４０ａ等には、ＦＰＣ１０８の凹部３８０ａと勘合するピン４５０ａ等が設けられている。

これにより、本光伝送装置１００の上記接続構造においては、回路基板１０４の回路信号パッド４１０等に対するＦＰＣ１０８の信号パッド３１０等の相対位置を高精度に定めて、高周波信号の反射や損失の少ない接続を行うことができる。また、回路接地パッド４４０ａ等に設けられたピン４５０ａ等と、ＦＰＣ１０８のウラ面のグランドパターン３７０ａ等との間に、ピン４５０ａ等の側面に沿ってせり上がる例えばメニスカス状のハンダ部５００ａ等を形成することにより、回路信号パッド４１０等と信号パッド３１０等とのそれぞれの接続部の、互いの間のクロストークを低減することができる。

なお、本実施形態では、ＦＰＣ１０８に４つの信号パッド３１０、３１２、３１４、３１６が設けられるものとしたが、信号パッドの数は、これに限らず、２個以上の任意の数とすることができる。

また、本実施形態では、回路基板１０４の回路接地パッド４４０ａ等の全てにピン４５０ａ等を設けるものとしたが、これに限らず、回路基板１０４に対するＦＰＣ１０８の相対位置を決定するための少なくとも２つのピンが設けられる限りにおいて、当該少なくとも２つのピンを、回路接地パッド４４０ａ等のうちの任意のパッドに設けるものとすることができる。

また、例えば、ＦＰＣ１０８の信号パッド３１０等と接続される回路信号パッド４１０等のうち、隣接する回路信号パッドに挟まれない回路接地パッド（例えば、回路接地パッド４４０ａ、４４６ｂ）には、ピン（例えば、ピン４５０ａ、４５６ｂ）を設けないものとすることができる。

さらに、本実施形態では、回路接地パッド４４０ａ等に対しそれぞれ１本のピン４５０ａ等を設けるものとしたが、一つの回路接地パッドに対して２つ以上のピンを設けるものとしてもよい。この場合には、当該２つ以上のピンが設けられた回路接地パッドに接続される信号パッドには、当該２つ以上のピンが嵌り込む２つ以上の凹部が設けられるものとすることができる。

また、本実施形態では、凹部３８０ａ等は平面視が半円形状であり、ピン４５０ａ等は断面が円形の円柱であるものとしたが、凹部３８０ａ等の平面視形状及びピン４５０ａ等の断面形状は、これに限らず、凹部３８０ａ等にピン４５０ａ等が嵌り込むことができる限りにおいて任意の形状であるものとすることができる。例えば、凹部３８０ａ等の平面視形状を三角形とし、ピン４５０ａ等の断面形状を、当該三角形にその一部が嵌り込む矩形であるものとすることができる。

１００・・・光伝送装置、１０２、７００・・・光変調器、１０４、９００・・・回路基板、１０６・・・光源、１０８、７０６・・・ＦＰＣ、２０２、７０２・・・光変調素子、２０４、７０４・・・筺体、２０８、２１０、７０８、７１０・・・光ファイバ、２２０、２２２、２２４、２２６、７２０、７２２、７２４、７２６・・・リードピン、３１０、３１２、３１４、３１６、８１０、８１２、８１４、８１６、３６０、３６２、３６４、３６６、８６０、８６２、８６４、８６６・・・信号パッド、３２０、３２２、３２４、３２６、８２０、８２２、８２４、８２６・・・スルーホール、３３０、３３２、３３４、３３６、８３０、８３２、８３４、８３６・・・配線パターン、３４０ａ、３４０ｂ、３４２ａ、３４２ｂ、３４４ａ、３４４ｂ、３４６ａ、３４６ｂ、８４０ａ、８４０ｂ、８４２ａ、８４２ｂ、８４４ａ、８４４ｂ、８４６ａ、８４６ｂ・・・接地パッド、３５０、８５０・・・グランドプレーン、３７０ａ、３７０ｂ、３７２ａ、３７２ｂ、３７４ａ、３７４ｂ、３７６ａ、３７６ｂ、８７０ａ、８７０ｂ、８７２ａ、８７２ｂ、８７４ａ、８７４ｂ、８７６ａ、８７６ｂ・・・グランドパターン、３８０ａ、３８０ｂ、３８２ａ、３８２ｂ、３８４ａ、３８４ｂ、３８６ａ、３８６ｂ・・・凹部、４１０、４１２、４１４、４１６、９１０、９１２、９１４、９１６・・・回路信号パッド、４４０ａ、４４０ｂ、４４２ａ、４４２ｂ、４４４ａ、４４４ｂ、４４６ａ、４４６ｂ、９４０ａ、９４０ｂ、９４２ａ、９４２ｂ、９４４ａ、９４４ｂ、９４６ａ、９４６ｂ・・・回路接地パッド。

Claims

光デバイスと回路基板との接続構造であって、
前記光デバイスは、当該光デバイスに高周波信号を入力するための電極が接続された導電パターンを備えるフレキシブル配線板を備え、
前記フレキシブル配線板は、
一のエッジに、前記回路基板上の導体パターンと接続される接続用パッドが配列されており、
前記接続用パッドは、少なくとも一つの接地用パッドと、当該接地用パッドを両側方から挟む少なくとも二つの信号用パッドと、を含み、
前記フレキシブル配線板の前記一のエッジのうち前記接地用パッドが形成された部分に、当該エッジに開口部を有する少なくとも一つの凹部を備え、
前記回路基板は、
当該回路基板の面上の、前記接地用パッドが接続される前記導体パターンに、当該導体パターンから前記回路基板の基板面の上方へ延在する金属から成る柱状部材が設けられており、
前記凹部が前記柱状部材に嵌まり込んだ状態において前記導体パターンと前記接続用パッドとが、他の部材を介することなくハンダにより直接固定され、
前記柱状部材と前記フレキシブル配線板に形成された接地パターンとの間に、前記接地パターンから前記柱状部材の側面にせり上がるハンダが形成されている、
接続構造。
少なくとも２つの前記凹部を備える、
請求項１に記載の接続構造。
前記柱状部材は、前記凹部を通って前記フレキシブル配線板の板面の上部へ延在し、
当該板面からの前記柱状部材の突出し長さが１ｍｍ以上である、
請求項１又は２に記載の接続構造。
前記柱状部材は、前記回路基板の基板面の上方で折れ曲がり、当該基板面に沿って延在する部分を有し、
前記フレキシブル配線板の前記一のエッジを含む部分が、前記基板面に沿って延在する部分と前記基板面との間に挟持されるように配され、
前記基板面に沿って延在する部分と当該基板面との間に、前記接地パターンから前記柱状部材の側面にせり上がるハンダが形成されている、
請求項１又は２に記載の接続構造。
前記凹部は、平面視が半円形状であり、
前記柱状部材は、前記回路基板に設けられたビア又はスルーホールに挿入された断面が円形のピンである、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の接続構造。
フレキシブル配線板を備える光デバイスである光変調器と、
当該光変調器を駆動する回路が構成された回路基板と、
を備え、
前記フレキシブル配線板と前記回路基板とが請求項１ないし５のいずれか一項に記載の接続構造により接続されている、
光伝送装置。