JP6922473B2 - 光変調器 - Google Patents

Description

本発明は、光変調器に関し、特に、ＤＰ−ＱＰＳＫ（Dual Polarization - Quadrature Phase Shift Keying）変調器等の多数のリードピンを有する光変調器に関する。

光通信分野において高速光変調器を搭載した光送信装置が利用されている。近年、光送信装置の大容量化及び小型化要求が高まっている。光送信装置の大容量化に関しては、変調方式を従来の強度変調（On-Off Keying）等から、位相変調を用いたＱＰＳＫ又はＤＰ−ＱＰＳＫ等、多値変調及び更に偏波多重を取り入れた伝送フォーマットに変更することで、より伝送容量を高めた光変調器が実現されている。

例えば、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の場合、高周波信号（ＲＦ信号）を入力する４つのＲＦ入力部と、これら高周波信号に応じて変調を行う４つの光変調部を一つの光素子基板に集積することで、小型大容量の伝送を実現している。光素子基板には、ＬｉＮｂＯ₃やＩｎＰ等の材料の他、最近ではＳｉを使ったものなどが出てきている。図１に示す従来例のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器は、光素子基板に光導波路１３を形成して構成された光変調素子１２と、光変調素子１２で変調された光波を合成する偏波合成部１４とを筐体１１内に実装した構造となっている。偏波合成部１４で合成された光波は、筐体１１に接続された出力用の光ファイバを通じて、光出力として光送信装置から送出される。

ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の場合、光素子基板に、それぞれ光変調部を構成する４つのサブマッハツェンダ光導波路が形成されると共に、これら光変調部の各々に高周波信号を印加するための高周波信号電極（不図示）が形成される。また、これら光変調部の各々にＤＣバイアス信号を印加するためのＤＣバイアス電極（不図示）が形成されると共に、フィードバック制御用に光強度をモニタするための受光素子（モニタＰＤ）が配置される。更に、高周波信号を入力するＲＦ入力部が設けられる他、ＤＣバイアス信号を入力するＤＣバイアス入力ピン、受光素子からの検出信号を出力するＰＤ信号出力ピンなどの多数のリードピンが必要となり、筐体側面から各リードピンが導出される構造となる。各リードピンの間隔は規格で決められる場合が多く、通常は一定の間隔で並べられる。しかしながら、光変調素子側の電極パッドは、様々な設計要因又は制約事項からリードピンの間隔と同一間隔で同じ位置に設計することは非常に難しい。

そこで、図１に示すように、光変調素子１２とリードピン１６との間を中継する中継基板１５を設けることが通常行われている。中継基板１５には、光変調素子１２の電極パッドＰ１にワイヤボンディングされる電極パッドＰ２が、光変調素子１２の電極パッドＰ１と対向近接するよう配置される。また、リードピン１６にワイヤボンディングされる電極パッドＰ３が、リードピン１６と対向近接するよう配置される。これは、信頼性が担保される範囲内において、できるだけ短く且つできるだけ同一形状で、ワイヤボンディングできるようにするためである。

図１に示したＤＰ−ＱＰＳＫ変調器は、リードピン１６として、ＤＣバイアス入力ピン、ＰＤ信号出力ピンの他、グランドピン及びＮＣ（Not Connect）ピンを含め、合計１８本のピンを備えている。なお、ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器におけるリードピンの必要本数が１８本と言う意味ではなく、これらはＤＣバイアス電極の有無又はグランドピンの有無等で変わるものである。通常の場合、光変調器を製造又は使用する業界団体を通して、ピン数及び配置などが規格化される。

このような多数のリードピンを有する構成として、半導体ＬＤ（半導体レーザー）筐体のバタフライピンなどの多数ピン構成が汎用化されている。これらは、電気配線及びボンディングパットがパターニングされたセラミックス基板を筐体に形成した穴に埋め込み、ロウ材等で固定して気密封止化される。また、外部には基板接続用のリードピンをロウ材又は半田で固定し、内部では光素子とセラミック基板上の配線パターンとワイヤボンディングで電気的接続を行っている。

このようなバタフライピン構成は、小型高精度、高密度に多ピン化形成できる利点がある。しかしながら、金属筐体とセラミック材料の熱膨張係数の差から、信頼性の問題上大型化できないこと（温度変化でセラミック基板割れ又は気密封止リークが発生）、製造コストが増すこと等の欠点がある。このため、比較的大型となる、ＬｉＮｂＯ₃等を材料としたＤＰ−ＱＰＳＫ変調器等にはバタフライピンは用いられていない。ＤＰ−ＱＰＳＫ変調器等では、バタフライピンに代わるものとして、筐体の側壁を貫通する孔に挿通したリードピンをガラス封止材で固定する、比較的低コストで気密封止が可能なリードピン構成が用いられるようになっている。

光変調器で使用されるリードピンは、ＤＣからＭＨｚ程度の周波数成分を持った電気信号が印加され得るが、高周波ＲＦコネクタに比べて低い周波数の電気信号が印加される。このため、設計の自由度が高く、筐体にリードピンを貫通させて固定するような簡易に実現できる構成が採られている。すなわち、半導体ＬＤ筐体のバタフライピン構成等と異なり、筐体内部でピン自身が片持ち中空状態となるようにリードピンを設け、これらリードピンに電気接続用のワイヤボンディングを直接施す構成とする。ここで、片持ち中空状態のリードピンとは、筐体の側壁にリードピンの一部が固定されると共に、筐体の内部空間に突出した部分の先端（ワイヤボンディングされる部分）が自由端となるものである。例えば、特許文献１には、筐体内部においてリードピンを片持ち中空状態にした構造の電子装置が開示されている。

ワイヤボンディングの接続は、短い接続時間の下、接続強度を高めると共に更に接続の安定性再現性を高めるために、熱圧着しながら超音波振動を印加するのが一般的である。これら機能は、多くのワイヤボンディング装置に導入されている。例えば、特許文献２には、キャピラリの加振周波数をワイヤの固有振動数とは異なる周波数に設定するワイヤボンディング装置が開示されている。

特開２０１４−１９５０６１号公報 特開２００３−３３８５２０号公報

ワイヤボンディング（多くの場合、金線）の接続強度は、光変調器又はこれを搭載した光送信装置の組立、輸送、設置、運用に際して生じ得る外的な故障原因に対して十分な接続信頼性を持った強度となるようにする必要がある。そこで、ボンディング接続するリードピンと同一材料・同一設計のボンディング接続条件出し用の冶具等を事前に製作し、ワイヤボンディングの条件（加熱温度、印加パワー、印加時間、印加重量等）を決めておくことが行われる。また一般的に、ワイヤボンディングの接続強度の向上、接続強度安定化及び再現性の向上などのために、ワイヤの熱圧着の他に、超音波振動の印加が行われる。印加する超音波の周波数は装置種や装置メーカーによって異なるが、およそ３０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ程度である。

ワイヤボンディングの条件は、接続強度の分布を加味して、ボンディングされたワイヤの接続強度が最低限必要とされる限界接続強度（ｇ_min）に対して十分な裕度を持った値となるように設定される。例えば、光変調器に求められる限界接続強度ｇ_minを２ｇとした場合、平均接続強度ｇ₀を２ｇの３倍で６ｇ、接続強度分布を考慮した設計安全裕度を２ｇの２倍で４ｇ、となるように条件を設定する。これら条件は、金線ワイヤの直径、被ボンディング物の材料、被ボンディング物の表面状態、光変調器が適応される環境（通信基地局内、屋外、航空機内、ロケット内、衛星内）、及び適応信頼性規格等の各種要因によって適宜変わる。

十分な裕度を持った条件が定まった後は、ボンディングするリードピンの材料及び形状、筐体固定構成、使用機器などが同一であれば、異なる設計の筐体において同じ条件でワイヤボンディングを行っても、十分な接続信頼性を持った接続が可能である。但し、ワイヤボンディング装置がメンテナンスされ、日常点検され、装置故障等の要因が除かれることを前提とする。

このような中、既存のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器においても更に小型化及び大容量化する要請が強くある。このため、ＲＦ入力部を従来のプッシュオン型のコネクタからＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）等に変える、偏波合成部の小型化を図る、光変調素子自身の小型化を図る、などの様々な工夫を取り入れて、筐体を更に小型化する検討が進んでいる。

ところが、このような小型のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器等において、従来は十分な接続信頼性が得られ且つ量産実績も多く積んだワイヤボンディングを用いるにあたり、限界接続強度を下回るボンディングが発生する場合があることが分かってきた。このようなボンディング不良は、ボンディングするリードピンの材料及び形状、筐体固定構成、使用機器などが同一で、ボンディング条件も同一にしてワイヤボンディングを行ったにも拘わらず、発生する場合がある。

限界接続強度を下回るボンディングがあると、リードピンからワイヤが剥がれる事象（ワイヤ剥がれ）が発生する可能性がある。また、ボンディング部分のワイヤが折れる事象（ネック折れ）が発生する可能性もある。光通信システムの運用中に、ワイヤ剥がれ、ネック折れ等の問題が発生すると、その運用が一気に停止する破局故障に繋がる重大故障となるなど、大きな影響が出てしまう。また今後、複数のＤＰ−ＱＰＳＫ変調素子を一つの筐体に集積化させて伝送容量を増やす試みも進んでいる。これに伴って、光変調器に設けるリードピンの数が更に増えるので、接続信頼性の確保はより重要な課題となる。
限界接続強度を下回るボンディングは、ワイヤボンディング装置の故障、ボンディングするリードピン自身の接続表面状態等の異常などを原因として発生しているのではないことが分かっている。また、単独のリードピンに対する接続では、従来通りの接続強度が得られることも分かっている。

ここで、リードピンにワイヤボンディングを施す際に発生する振動は、そのリードピンが固定された筐体の側壁を通して他のリードピンに伝搬し、これら他のリードピンを振動させる。振動伝搬先のリードピンが伝搬された振動エネルギーを得て共振的に振動した場合、そのリードピンの振動幅は最大化され得る。振動伝搬先のリードピンに既にワイヤボンディングが施されていた場合、リードピンの共振によって、そのボンディング部は激しく振動することになり得る。通常は、多少の振動や衝撃が加わったとしても十分な接続強度を維持するように、限界接続強度に対して十分な設計裕度を持った接続強度となる条件でボンディングされている。このため、リードピンに上記のような振動が加わっても、直ちに接続信頼性を損なうとは考えにくい。

しかしながら、振動が他の多数のリードピンから断続的に印加される場合、更にその振動エネルギーがあまり減衰せずに伝搬した場合には、本来持っていた接続強度が低下することがあり得る。近年では、筐体小型化の流れから、ピン間隔が近くなり、又はピン形成ユニット間隔が近くなっており、振動エネルギーがあまり減衰せずに他のリードピンに伝搬し易くなっている。このため、ボンディング済のリードピンの中には、本来は限界接続強度に対して十分な接続強度を持っていたものの、他のリードピンに対するワイヤボンディングによって限界接続強度を下回るものが発生し得る。

これが、ワイヤボンディングするリードピンの材料や形状、筐体固定構成、使用機器などが同一であり、ボンディング条件も同一にしてワイヤボンディングを行ったにも拘わらず、限界接続強度を下回るボンディングが発生するメカニズムであると考えられる。すなわち、上記の各種要件を同じにしたワイヤボンディングであっても、筐体が小型化され、またピン間隔やピン形成ユニット間隔が変わると、既設ボンディングの接続強度が振動の伝搬によって変化し得るということである。

ここで、リードピンの縦振動に関する固有振動数ｆ（Ｈｚ）は、下記（式１）より算出できる。なお、λは境界条件と振動モードより定まる定数であり、Ｌはリードピンの長さであり、Ｅはリードピンの材料の縦弾性係数（ヤング率）であり、ρはリードピンの材料の単位体積あたりの質量である。
ｆ＝λ／２πＬ・√（Ｅ／ρ） ・・・（式１）
例えば、Ｆｅ（Ｅ＝２００×１０⁹ Ｎ／ｍ²、ρ＝７．８３×１０⁶ ｋｇ／ｍ³）を材料とし、正方形（０．３５ｍｍ幅）の断面形状で、長さ０．８×１０^-3 ｍｍのリードピンを用いる場合には、５０ｋＨｚ、１５０ｋＨｚ、２５０ｋＨｚ等の縦振動が発生する。また、同様な条件で長さ１．７×１０^-3 ｍｍのリードピンを用いる場合には、２３．５ｋＨｚ、７０．６ｋＨｚ、１１７．６ｋＨｚ等の縦振動が発生する。ワイヤボンディング装置で印加される振動周波数は３０ｋＨｚ〜２００ｋＨｚであり、リードピンの固有振動数が含まれる。このため、ワイヤボンディング装置による超音波の印加によってリードピンの共振が誘発されて、接続強度が限界接続強度を下回るボンディング不良が発生する可能性があることが分かる。

本発明が解決しようとする課題は、筐体の側壁から内部空間に突出するように固定された多数のリードピンを備えた光変調器において、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制することである。

上記課題を解決するため、本発明の光変調器は、以下のような技術的特徴を有する。
（１） 光変調素子を筐体内に収容した光変調器において、該筐体の側壁に固定された複数のリードピンを備え、前記複数のリードピンは、複数のユニットに分けられ、前記複数のユニットがそれぞれ有する複数のリードピンの各々は、該筐体の内部空間に突き出た突出部を有し、該突出部へのワイヤボンディングにより、該光変調素子又は該光変調素子に電気的に接続した中継基板と、電気的に接続され、前記複数のユニットは、各リードピンを該光変調素子にボンディング接続したユニットと、各リードピンを該中継基板にボンディング接続したユニットとが混在するように設けられ、各ユニット内のリードピンのうちの少なくとも一部のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状は、同じユニット内の他のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状とは、リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向、ワイヤのループの長さ、又はリードピンのボンディング部に対するワイヤのループの最高点の高さの少なくとも１つが異なっていることを特徴とする。

（２） 上記（１）に記載の光変調器において、少なくとも一部のユニット内のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状は、他のユニット内のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状とは、リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向、ワイヤのループの長さ、又はリードピンのボンディング部に対するワイヤのループの高さの少なくとも１つが異なっていることを特徴とする。

（３） 上記（１）又は（２）に記載の光変調器において、該光変調素子又は該中継基板でボンディング接続される電極パッドは、該リードピンの配列方向に対して、少なくとも一部のユニット内のリードピンと他のユニット内のリードピンでは、電極パッドとリードピンとの距離が異なるように配置されていることを特徴とする。

（４） 上記（１）〜（３）のいずれかに記載の光変調器において、該光変調素子又は該中継基板でボンディング接続される電極パッドは、該筐体の底面からの高さ方向に対して、少なくとも一部のユニット内のリードピンと他のユニット内のリードピンでは、異なる高さ位置に配置されていることを特徴とする。

（５） 上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光変調器において、該リードピンの該筐体の底面からの高さは、少なくとも一部のユニット内のリードピンと他のユニット内のリードピンでは、異なる高さであることを特徴とする。

（６） 上記（１）〜（５）のいずれかに記載の光変調器において、各ユニット内の少なくとも一部のリードピンは、同じユニット内の他のリードピンとはボンディング面が異なる向きで該筐体の側壁に固定されたことを特徴とする。
（７） 上記（１）〜（６）のいずれかに記載の光変調器において、少なくとも一部のユニット内の全てのリードピンは、リードピンの長さ方向に対して斜め方向にボンディング接続されたワイヤによって、該光変調素子又は該中継基板と電気的に接続されることを特徴とする。

（８） 上記（１）〜（７）のいずれかに記載の光変調器を搭載したことを特徴とする光送信装置である。

本発明によれば、ワイヤボンディング中に生じる振動による他のリードピンの共振が低減されるので、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制することができる。

従来のＤＰ−ＱＰＳＫ変調器の構成例を示す図である。 リードピンの長さ方向に沿って直線的にワイヤボンディングを施す例を示す図である。 リードピンの長さ方向に対して斜め方向にワイヤボンディングを施す例を示す図である。 斜め方向のワイヤボンディングによる振動エネルギーの分散を説明する図である。 ワイヤボンディングにおけるワイヤのループの長さを異ならせた様子を示す図である。 ワイヤボンディングにおけるワイヤのループの高さを異ならせた様子を示す図である。 本発明の第１実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第２実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第３実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第４実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第５実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第６実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第７実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第８実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 従来例に係るリードピンユニット配置を示す図である。 本発明の第９実施例に係るリードピンユニット配置を示す図である。 本発明の第１０実施例に係るリードピンユニット配置及び中継基板配置を示す図である。 本発明の第１０実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。 本発明の第１１実施例に係るリードピンユニット配置を示す図である。 本発明の第１１実施例に係るリードピンユニット構造を示す図である。 本発明に係る光変調器を搭載した光送信装置の構成例を示すブロック図である。

本発明に係る光変調器及び該光変調器を搭載した光送信装置について説明する。なお、以下の実施形態で示す例によって本発明が限定されるものではない。
本発明に係る光変調器は、基本的な構成として、図１に示した従来例と同様に、筐体１１内に、光素子基板に光導波路１３を形成して構成された光変調素子１２と、光変調素子１２で変調された光波を合成する偏波合成部１４とが配置される。また、高周波信号電極及びＤＣバイアス電極が形成される共に、フィードバック制御用に光強度をモニタするための受光素子（モニタＰＤ）なども配置される。筐体１１の側壁には、複数のリードピン１６が固定される。複数のリードピン１６の各々は、筐体１１の内部空間に突き出た突出部を有し、該突出部にワイヤ１７をボンディングして光変調素子１２と電気的に接続される。

光変調素子１２とリードピン１６は、その間に配置した中継基板１５を介して間接的に接続する構成が一般的である。
リードピン１６としては、光変調素子１２にＤＣバイアスを印加するためにＤＣバイアス信号を入力するＤＣバイアス入力ピン、フィードバック制御用の受光素子による検出信号を出力するＰＤ信号出力ピンの他、グランドピン、ＮＣピンなども含まれる。

本発明に係る光変調器の主な特徴は、一例を図５，６等に示すように、複数のリードピン１６のうちの少なくとも一部のリードピン１６ａにボンディング接続されるワイヤ１７ａのループ形状が、他のリードピン１６ｂにボンディング接続されるワイヤ１７ｂのループ形状とは異なっていることである。

リードピンの振動様態には、縦振動、横振動、捻じれ振動など、幾つかの様態があり得るが、ワイヤボンディング時の振動エネルギーが特定の振動様態に集中すると、強いエネルギーを持つ共振が引き起こされる。その結果、リードピンが固定された筐体側面を伝搬して他のリードピンに到達する振動波も強くなり、他のリードピンに対する影響度も大きくなる。この結果、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度低下を生じさせ得る。

そこで、本発明では、他のリードピンとはワイヤのループ形状が異なるワイヤボンディングを施す。上述した通り、リードピンの振動様態には、縦振動、横振動、捻じれ振動など、幾つかの様態があり、それぞれの振動様態はボンディング時の条件又は状況によって変化する。したがって、ワイヤのループ形状が異なる条件下では、同じ条件下に比べて特定の振動様態に振動エネルギーが集中しにくくなる。これにより、ワイヤボンディング中に生じる振動による他のリードピンの共振が低減されるので、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制することができる。更に、ループ形状が異なるようにワイヤボンディングを行うと、リードピンの振動が同じでも、ループ形状の違いによりループのネックや接続部に対して振動の影響を異ならせることができる。このため、たとえ特定の強い共振振動が特定のループ形状に対して特に強い影響があったとしても、ワイヤ接続強度の不良の発生率を抑制することができる。

一部のリードピンと他のリードピンとで異ならせるループ形状としては、リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向、ワイヤのループの長さ、又はワイヤのループの高さがある。これらの少なくとも１つを異ならせることで、一部のリードピンと他のリードピンとで振動様態を異ならせることができる。その結果、ワイヤボンディング中に生じる振動が他のリードピンに及ぼす影響を低下させることができる。したがって、ワイヤボンディング中に生じる振動による他のリードピンの共振が低減されるので、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制することができる。

リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向は、例えば、リードピンの長さ方向に対して斜め方向にワイヤボンディングすることで、変化させることができる。すなわち、リードピン１６の対するワイヤボンディングを、図２に示すようにリードピンの長さ方向に沿って直線的に施すのではなく、図３に示すようにリードピンの長さ方向に対して斜め横方向に傾けて施す。リードピンの長さ方向に対して斜め横方向にワイヤボンディングするには、リードピン１６とボンディング接続する中継基板１５の電極パッドＰ３を、リードピンの長さ方向に対してずらして配置すればよい。図３の例では、リードピンの長さ方向に対して間隔ｄをずらした位置に電極パッドＰ３を配置することで、リードピンの長さ方向に対して角度θを成す斜め方向のワイヤボンディングとなるよう構成してある。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、リードピンの長さ方向に対する角度が異なるワイヤボンディングを施すことで、これらリードピンの振動様態を異ならせることができ、ワイヤボンディング中に生じる振動が他のリードピンに及ぼす影響を低下させることができる。

図５には、ワイヤボンディングにおけるワイヤのループの長さを異ならせた様子を示してある。図５の例では、リードピン１６ａにボンディング接続されたワイヤ１７ａと、別のリードピン１６ｂにボンディング接続されたワイヤ１７ｂとの長さが異なっている。また、各リードピンの筐体内に突き出た突出部の長さをＬとして、波長λ＝４Ｌの振動が発生した場合の各ワイヤのループ形状を実線と破線で示してある。実線は、リードピンの先端が上方に移動した際のループ形状であり、破線は、リードピンの先端が下方に移動した際のループ形状であり、異なる振動様態となっていることが分かる。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの長さが異なるワイヤボンディングを施すことで、これらリードピンの振動様態を異ならせることができ、ワイヤボンディング中に生じる振動が他のリードピンに及ぼす影響を低下させることができる。

図６には、ワイヤボンディングにおけるワイヤのループの高さを異ならせた様子を示してある。図６の例では、リードピン１６ａにボンディング接続されたワイヤ１７ａと、別のリードピン１６ｂにボンディング接続されたワイヤ１７ｂとの高さが異なっている。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの高さが異なるワイヤボンディングを施すことで、これらリードピンの振動様態を異ならせることができ、ワイヤボンディング中に生じる振動が他のリードピンに及ぼす影響を低下させることができる。

更に、リードピンの長さ方向に対して斜め方向にワイヤボンディングすることによって、ワイヤボンディングの際の振動エネルギーを分散させることができ、より接続信頼性の高いワイヤボンディングにすることができる。その仕組みについて、図４を参照して説明する。ここでは、ワイヤボンディングの際にボンディング方向に向かって発生する振動エネルギーをＰとする。ボンディング方向とリードピンの長さ方向とが一致する直線的なワイヤボンディング（図２）では、リードピン１６に、その長さ方向の振動エネルギーＰを持つ振動が加わる。一方、ボンディング方向とリードピンの長さ方向との間に角度θのずれがある斜め方向のワイヤボンディング（図３）では、リードピン１６に、その長さ方向の振動エネルギーＰ・cosθと幅方向の振動エネルギーＰ・sinθとに分散された振動が加わることになる。このように、リードピンの長さ方向に対して斜め方向にワイヤボンディングするだけで、他のリードピンと同じ角度のワイヤボンディングであっても、他のリードピンの共振を抑制するのに有効であることが分かる。また、リードピンの長さ方向に対して斜め方向にワイヤボンディングを施すことに、上述したループ形状が異なるワイヤボンディングを施すことを組み合わせることで、更に効果的に接続信頼性の高いワイヤボンディングを実現することができる。

以下、本発明に係る光変調器について、実施例を挙げて説明する。
（第１実施例）
図７は、第１実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第１実施例では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とが、全ての組み合わせで、共通の角度（θ１）で斜め方向にボンディング接続されている。このように、各リードピンでループ形状が共通であっても、リードピンの長さ方向に対してワイヤのループの方向が斜めとなるワイヤボンディングを施すことで、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。

（第２実施例）
図８は、第２実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第２実施例では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とが、全ての組み合わせで、異なる角度（θ１〜θ６）でボンディング接続されている。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向を異なるワイヤボンディングを施すことで、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させる効果を、第１実施例より高めることができる。

（第３実施例）
図９は、第３実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第３実施例では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とのボンディング接続と、リードピン１６と光変調素子１２上の電極パッドＰ１とのボンディング接続とが、交互に行われている。すなわち、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの長さを異ならせてある。また、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とのボンディング接続は、全ての組み合わせで共通の角度（θ１）で行われている。一方、リードピン１６と光変調素子１２上の電極パッドＰ１とのボンディング接続は、上記共通の角度（θ１）とは異なる角度で行われている。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向及びワイヤのループの長さを異ならせることで、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。

（第４実施例）
図１０は、第４実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第４実施例では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とのボンディング接続と、リードピン１６と光変調素子１２上の電極パッドＰ１とのボンディング接続とが、交互に行われている。また、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とのボンディング接続は、全ての組み合わせで共通の角度（θ１）で行われている。一方、リードピン１６と光変調素子１２上の電極パッドＰ１とのボンディング接続は、上記共通の角度（θ１）とは異なる角度で行われている。更に、光変調素子１２上の電極パッドＰ１とボンディング接続されるリードピン１６を、中継基板１５上の電極パッドＰ３とボンディング接続されるリードピン１６より、内部空間に突き出た突出部の長さが長くなるようにしてある。すなわち、各リードピンの固有振動数を、隣接するリードピンの固有振動数とは異なるようにしてある。これにより、ワイヤボンディング中のリードピンの共振を更に起こり難くすることができ、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させる効果が高められる。

（第５実施例）
図１１は、第５実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第５実施例では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とが、隣接する組み合わせで、異なる長さ（Ｌ１〜Ｌ３）でボンディング接続されている。具体的には、中継基板側のボンディング位置は共通にして、リードピン側のボンディング位置をリードピンの配列方向に対してずらすことで、異なる長さのボンディング接続を実現している。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの長さを異ならせることで、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。

（第６実施例）
図１２は、第６実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第６実施例では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とが、隣接する組み合わせで、異なる高さでボンディング接続されている。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの高さを異ならせることで、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。

（第７実施例）
図１３は、第７実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第７実施例では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とが、隣接する組み合わせで、異なる長さ（Ｌ１〜Ｌ３）でボンディング接続されている。具体的には、リードピン側のボンディング位置は共通にして、中継基板１５上の電極パッドＰ３をリードピンの配列方向に対してずらして配置することで、リードピンと電極パッドとの距離を異ならせている。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの長さを異ならせることで、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。
なお、リードピン１６と光変調素子１２上の電極パッドＰ１とをボンディング接続する構成にして、光変調素子１２上の電極パッドＰ１をリードピンの配列方向に対してずらして配置することで、ワイヤのループの長さが異なるボンディング接続を実現してもよい。

（第８実施例）
図１４は、第８実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第８実施例では、リードピン１６を６本ずつまとめて３つのユニットＵ（１）〜（３）を形成し、筐体１１の側面に並べて固定してある。また、左側のユニットＵ（１）及び右側のユニットＵ（３）では、リードピン１６と中継基板１５上の電極パッドＰ３とをボンディング接続してあり、中央のユニットＵ（２）では、リードピン１６と光変調素子１２上の電極パッドＰ１とをボンディング接続してある。すなわち、ユニット単位で中継基板とのボンディング接続か光変調素子とのボンディング接続かを変えることで、異なる長さのボンディング接続を実現している。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの長さを異ならせることで、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。

（第９実施例）
図１６は、第９実施例に係るリードピンユニット配置を示す図である。また、図１５に、第９実施例の比較例として、従来例に係るリードピンユニット配置を示してある。
第９実施例では、リードピン１６を６本ずつまとめて３つのユニットＵ（１）〜（３）を形成し、筐体１１の側面に並べて固定してある。また、筐体１１の底面からの高さ方向に対して、各ユニットＵ（１）〜（３）を異なる高さ位置に配置してある。具体的には、ユニットＵ（２）はユニットＵ（１）より距離Ｌ１だけ下方に配置し、ユニットＵ（３）はユニットＵ（１）より距離Ｌ２（＞Ｌ１）だけ下方に配置してある。このような構造によっても、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの高さを異ならせることができ、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。

（第１０実施例）
図１７は、第１０実施例に係るリードピンユニット配置及び中継基板配置を示す図である。また、図１８は、第１０実施例に係るワイヤボンディング接続構造を示す図である。
第１０実施例では、リードピン１６を６本ずつまとめて３つのユニットＵ（１）〜（３）を形成し、筐体１１の側面に並べて固定してある。また、筐体１１の底面からの高さ方向に対して、ユニットＵ（１）〜（３）に対して個別に設けた中継基板１５（１）〜（３）を異なる高さ位置に配置してある。このような構造によっても、一部のリードピンと他のリードピンとで、ワイヤのループの高さを異ならせることができ、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。

（第１１実施例）
図１９は、第１１実施例に係るリードピンユニット配置を示す図である。また、図２０は、第１１実施例に係るリードピンユニット構造を示す図である。
第１１実施例では、リードピン１６を６本ずつまとめて３つのユニットＵ（１）〜（３）を形成し、筐体１１の側面に並べて固定してある。各ユニットＵ（１）〜（３）は、ボンディング面を横にした通常姿勢のリードピン１６と、ボンディング面を縦にした特殊姿勢のリードピン１６’とを、交互に配置した構造となっている。このように、一部のリードピンと他のリードピンとで、ボンディング面の向きを異ならせることで、ワイヤのループの高さを異ならせることができ、リードピンにボンディング接続されたワイヤの接続強度の低下を抑制させることができる。なお、一部のリードピンと他のリードピンとでボンディング面の向きを異ならせる構成としては、上記の構成に限定されない。例えば、リードピンを時計周りに所定角度（例えば４５度）回転させたものと反時計回りに所定角度回転させたものとを混在させた構成としてもよい。また、ボンディング面の向きが異なる３種類以上のリードピンを混在させた構成としてもよい。

図２１は、本発明に係る光変調器を搭載した光送信装置の構成例を示すブロック図である。光送信装置は、光変調器１０の他、光源３１と、データ生成部３２と、ドライバ３３などを備える。光変調器１０としては、上記の各実施例で説明した構造を持つものが使用される。
データ生成部３２は、光送信装置で送信する信号データを生成してドライバ３３に入力する。ドライバ３３は、入力された信号データを増幅し、信号データに応じた波形の高周波信号を生成する。ドライバ３３によって生成された高周波信号は、外部回路基板を経由して光変調器１０のＲＦ入力部に入力される。

光変調器１０は、ＲＦ入力部の他、光変調素子上に形成された複数の光変調部のＤＣバイアス制御のための信号入力部や、ＤＣバイアス制御するために用いる電気信号を発生させる受光素子（モニタＰＤ）の出力部として、多数のリードピンを備えている。例えば、４つのＲＦ入力部と、４つの光変調器部と、フィードバック制御用の２つのモニタＰＤとを集積したＤＰ−ＱＰＳＫ変調器には、グランドピンやＮＣピンを含め、１８本のリードピンを備えたものがある。各々のリードピンは、光送信装置内に設置されたバイアス制御回路等に半田等を用いて固定、接続され、ＤＣバイアス電圧や低周波電気信号が印加される。各リードピンは、光送信装置の伝送特性が良好で安定的に運用できるように設定される。光変調器１０で変調された光波は、光変調器１０の出力側に接続された光ファイバを通じて、光出力として光送信装置から送出される。

以上のように、本発明によれば、比較的低コストで気密封止が可能なリードピン構成の光変調器を用いる場合であっても、小型及び高信頼性の光変調器を提供することができる。また、本発明に係る光変調器を光送信装置に搭載することで、高信頼性の光送信装置を提供することができる。

ここで、上記の各実施例では、光変調素子の基板にＬＮを用いたが、他の材料基板を用いてもよい。また、上記の各実施例では、高周波信号電極が４つの場合を例に説明したが、この数に限定されるものではない。
また、具体的に図示して説明することを省略するが、各実施例で挙げた構成の幾つかを組み合わせた構成としてもよいことは言うまでもない。

本発明は、筐体の側壁に固定されると共に筐体の内部空間に突き出た突出部を有する多数のリードピンを備えた光変調器に利用することができる。

１０ 光変調器
１１ 筐体
１２ 光変調素子
１３ 光導波路
１４ 偏波合成部
１５ 中継基板
１６，１６ａ，１６ｂ リードピン
１７，１７ａ，１７ｂ ワイヤ
３１ 光源
３２ データ生成部
３３ ドライバ
Ｐ１〜Ｐ３ 電極パッド

Claims (8)

1. 光変調素子を筐体内に収容した光変調器において、
   該筐体の側壁に固定された複数のリードピンを備え、
   前記複数のリードピンは、複数のユニットに分けられ、
   前記複数のユニットがそれぞれ有する複数のリードピンの各々は、該筐体の内部空間に突き出た突出部を有し、該突出部へのワイヤボンディングにより、該光変調素子又は該光変調素子に電気的に接続した中継基板と、電気的に接続され、
   前記複数のユニットは、各リードピンを該光変調素子にボンディング接続したユニットと、各リードピンを該中継基板にボンディング接続したユニットとが混在するように設けられ、
   各ユニット内のリードピンのうちの少なくとも一部のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状は、同じユニット内の他のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状とは、リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向、ワイヤのループの長さ、又はリードピンのボンディング部に対するワイヤのループの最高点の高さの少なくとも１つが異なっていることを特徴とする光変調器。
2. 請求項１に記載の光変調器において、
   少なくとも一部のユニット内のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状は、他のユニット内のリードピンにボンディング接続されるワイヤのループ形状とは、リードピンの長さ方向に対するワイヤのループの方向、ワイヤのループの長さ、又はリードピンのボンディング部に対するワイヤのループの高さの少なくとも１つが異なっていることを特徴とする光変調器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の光変調器において、
   該光変調素子又は該中継基板でボンディング接続される電極パッドは、該リードピンの配列方向に対して、少なくとも一部のユニット内のリードピンと他のユニット内のリードピンでは、電極パッドとリードピンとの距離が異なるように配置されていることを特徴とする光変調器。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光変調器において、
   該光変調素子又は該中継基板でボンディング接続される電極パッドは、該筐体の底面からの高さ方向に対して、少なくとも一部のユニット内のリードピンと他のユニット内のリードピンでは、異なる高さ位置に配置されていることを特徴とする光変調器。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光変調器において、
   該リードピンの該筐体の底面からの高さは、少なくとも一部のユニット内のリードピンと他のユニット内のリードピンでは、異なる高さであることを特徴とする光変調器。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光変調器において、
   各ユニット内の少なくとも一部のリードピンは、同じユニット内の他のリードピンとはボンディング面が異なる向きで該筐体の側壁に固定されたことを特徴とする光変調器。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の光変調器において、
   少なくとも一部のユニット内の全てのリードピンは、リードピンの長さ方向に対して斜め方向にボンディング接続されたワイヤによって、該光変調素子又は該中継基板と電気的に接続されることを特徴とする光変調器。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の光変調器を搭載したことを特徴とする光送信装置。

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