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WO2021075035A1 - 光通信部品 - Google Patents

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WO2021075035A1
WO2021075035A1 PCT/JP2019/040986 JP2019040986W WO2021075035A1 WO 2021075035 A1 WO2021075035 A1 WO 2021075035A1 JP 2019040986 W JP2019040986 W JP 2019040986W WO 2021075035 A1 WO2021075035 A1 WO 2021075035A1
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WO
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package
optical communication
lid
communication component
wiring
Prior art date
Application number
PCT/JP2019/040986
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English (en)
French (fr)
Inventor
都築　健
清史 菊池
百合子 川村
Original Assignee
日本電信電話株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電信電話株式会社 filed Critical 日本電信電話株式会社
Priority to US17/768,709 priority Critical patent/US20230156932A1/en
Priority to PCT/JP2019/040986 priority patent/WO2021075035A1/ja
Priority to JP2021552067A priority patent/JP7156549B2/ja
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Definitions

  • the present invention relates to a highly functional optical communication component having a structure in which an optical communication element and an electronic circuit element are integrated.
  • An optical modulator which is an example of an optical communication element, outputs either an intensity-modulated signal in which the intensity of an incident optical signal is modulated or a phase-modulated signal in which the phase of light is modulated.
  • An optical modulator driver integrated circuit (hereinafter referred to as an optical modulator driver IC), which is an example of an electronic circuit element, is an optical system capable of processing either an intensity modulation signal or a phase modulation signal from an optical modulator in an electric stage. Output as a signal.
  • the transmitted optical signal is received, converted into an electric signal, and output.
  • the transimpedance amplifier (hereinafter referred to as TIA) of another example of the electronic circuit element amplifies the electric signal from the light receiving element and processes it so that it can be processed in the electric stage.
  • ICR integrated coherent receiver
  • This ICR is an optical communication component in which an optical circuit that separates a multi-valued phase-modulated optical signal by phase, a light receiving element that converts an optical signal into electricity, a TIA that amplifies an electric signal, and the like are mounted in one package.
  • ICR the electric signal output from TIA is taken out from the package by high frequency wiring.
  • a direct current (hereinafter referred to as DC) voltage is applied from an external electronic circuit element to the ICR, there is a risk that the electronic circuit element such as TIA will be damaged. Therefore, a capacitor component that allows a high-frequency signal called a DC block to pass over the high-frequency wiring but does not allow the DC signal to pass through is required.
  • the DC block it is common to incorporate the DC block in the package as well. Since the high frequency signal is a short wavelength band including a general-purpose radio frequency (RF), the following will be referred to as an RF signal.
  • RF general-purpose radio frequency
  • the DC block consists of chip capacitors placed on high-frequency wiring, and has the characteristic of transmitting RF signals from the low frequency range of several MHz to the high frequency range of several tens of GHz, and not transmitting DC signals up to the kHz order. ..
  • the DC block incorporated in an optical communication component such as an ICR adopts a structure in which a chip capacitor with a size of 0.6 x 0.3 mm or 0.4 x 0.2 mm is placed on a high-frequency wiring with a width of about 100 ⁇ m. Will be done. For this reason, the DC block part has a larger characteristic impedance than the high-frequency wiring part by increasing the width of the high-frequency wiring or by arranging the ground (hereinafter referred to as GND) electrode away. It is preferable to control it so that it does not change. However, when carrying out such control, it is necessary to suppress the reflection, radiation, etc. of the RF signal.
  • FIG. 1 is an external perspective view from an obliquely upward direction in which the structural shape of the DC block in the package 11 of the well-known optical communication component ICR10 is partially broken and exposed.
  • the ICR 10 generally has a function of receiving signals of two orthogonal phase components polarized and multiplexed and outputting four sets of differential electric signals.
  • the package 11 of the ICR10 is preferably made of ceramic, and is based on a pedestal structure having a recess for mounting parts in a wall portion that stands up in a frame shape.
  • the flat surface of the recess of the package 11 is provided with a DC block consisting of a set of two high-frequency wirings 12 for propagating a differential electric signal and a DC block capacitor 14.
  • the high-frequency wiring 12 is composed of a grounded coplanar line surrounded by a GND electrode 13, inputs an output signal from the TIA, and outputs a set of differential electric signals.
  • the DC block capacitor 14 connected to the high-frequency wiring 12 passes the output signal from the TIA propagated through the high-frequency wiring 12, and if the output signal contains a DC signal, the DC signal is blocked.
  • the output signal from the TIA propagates through the high frequency wiring 12 and passes through the DC block capacitor 14.
  • the portion below the flat surface of the concave portion of the package 11 is a laminated ceramic package 11a formed by mutually laminating a ceramic layer and a metal layer. Then, the output signal after the DC signal is cut off is propagated to the lower layer in the laminated ceramic package 11a by the metal via wiring arranged so as to penetrate the ceramic layer. Further, the output signal is drawn out from the signal output lead wire 15 formed so as to be exposed behind the laminated ceramic package 11a and output to the outside.
  • the potential of the signal line of the external electronic circuit may not be the same as the GND potential, and at this time, the DC voltage is applied to the lead wire 15 which is the signal line. If the voltage of the lead wire 15 at this time is directly applied to the TIA via the high-frequency wiring 12, the withstand voltage of the semiconductor forming the TIA may be exceeded. Therefore, the DC block is used to protect the electronic circuit of the TIA. You will need it.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view showing the result of simulating the electric field strength of the RF signal in the package 11 of the ICR10 shown in FIG. That is, in FIG. 2, the RF signal of the portion where the high-frequency wiring 12 for outputting the two sets of differential electric signals in the package 11 and the pair of two sets of a total of four DC block capacitors 14a and 14b exist. Shows the electric field strength of.
  • the output signal from the TIA propagates through the high-frequency wiring 12 and passes through the DC block capacitors 14a and 14b.
  • the electric field strength is increased in the regions E1 and E2 in front of the DC block capacitors 14a and 14b.
  • the electric field strength indicates the reflection of the RF signal, the radiation to the outside, and the like. This is caused by the mismatch of the characteristic impedance and the propagation mode of the RF signal. From the more detailed analysis results, it was found that the energy of the RF signal radiated in the package 11 was fed back as noise at an unintended location. In such a case, it becomes a factor that the performance of the optical communication component deteriorates.
  • the characteristic impedance between the high frequency wiring 12 portion and the DC block portion In order to prevent performance deterioration due to reflection of RF signals at the DC block portion, radiation to the outside, etc., it is necessary to adjust the characteristic impedance between the high frequency wiring 12 portion and the DC block portion. Further, the high-frequency propagation mode shape may be matched, but it is necessary to carefully perform all of them.
  • a small chip capacitor having a size of 0.4 ⁇ 0.2 mm is used instead of a size of 0.6 ⁇ 0.3 mm. Then, if a method such as reducing the change in the gap between the signal line of the high-frequency wiring 12 and the GND electrode 13 or reducing the size difference when the propagation mode is converted is applied, the performance deterioration can be reduced to some extent. , Can be prevented.
  • the propagation mode shape differs greatly between the RF signal propagating through the high-frequency wiring 12 formed on a plane such as a grounded coplanar line and the RF signal propagating through a chip capacitor having a height.
  • a chip capacitor of 0.6 ⁇ 0.3 mm has a height of 0.3 mm, so the width is about three times and the height is 3. It will be converted into a propagation mode with a spread of about 5 times. Therefore, even if the characteristic impedance is carefully adjusted, the RF signal will be reflected to some extent and radiated to the outside.
  • the signal quality is deteriorated such as the attenuation of the output signal and the drop of the output amplitude at a specific frequency.
  • the RF signal is radiated to the outside in the DC block portion, high frequency noise spreads in the space inside the optical communication component and may be returned to the RF signal from an unexpected place.
  • the performance of the optical communication component may be significantly deteriorated, such as being amplified by the optical modulator driver IC and TIA and oscillating.
  • a coping method such as arranging a radio wave absorber for absorbing high-frequency energy radiated in space inside an optical communication component may be used.
  • the radio wave absorber there are a type that absorbs a current generated by a radio wave by using a resistor inside the material, a type that uses a dielectric loss, a type that uses a magnetic loss of a magnetic material such as ferrite, and the like.
  • effects such as noise reduction and oscillation prevention can be obtained by absorbing high-frequency energy radiated into the space in the package 11 and preventing energy feedback. ..
  • the setting of the arrangement becomes a problem.
  • the radio wave absorber exists directly above the high frequency wiring 12, it becomes a factor of attenuating the RF signal itself.
  • the radio wave absorber is a material capable of efficiently absorbing radio waves, and is difficult to apply unless the condition that there is no large difference in the coefficient of thermal expansion from the components in the package 11 is satisfied.
  • the radio wave absorber will be difficult to use for a long period of time unless it is guaranteed that the radio wave absorber will fall off in the temperature range of -5 ° C to 85 ° C, which is the operating temperature of the optical communication component.
  • using a radio wave absorber separately as a measure against performance deterioration has an adverse effect on cost reduction due to an increase in the number of parts, and there is a situation that it is difficult to apply it practically.
  • COSA coherent optical sub-assembly
  • This COSA is a silicon photonics chip (hereinafter referred to as a SiP chip) in which an optical circuit, an optical modulator, a germanium optical receiver, etc. are integrated on one chip by using silicon photonics technology for forming an optical element on a silicon substrate. ).
  • the COSA includes the SiP chip of the optical communication element, the optical modulator driver IC and the TIA of the electronic circuit element together in one package, and is configured as an optical communication component.
  • a DC block is incorporated in the package to protect the optical modulator driver IC and TIA.
  • FIG. 3 is a view showing an example of the basic structure of COSA 20, which is a well-known optical communication component, in a cross section in the side direction.
  • the package (PKG) 21 of COSA 20 is preferably made of ceramic or organic substrate material, and has a flat plate shape as a substrate.
  • the upper part of the package 21 is covered with a lid (LID) 27 for protecting various devices such as an optical modulator driver IC26, a SiP chip 25, and DC block capacitors 24a and 24b mounted on the upper surface of the package 21. ..
  • a solder BGA (Ball Grid Array) 31 for fixing the connection with the printed wiring board (PCB) of the connection partner is arranged side by side.
  • the light modulator driver IC 26 and the SiP chip 25 are connected and fixed to the conductive pattern on the upper surface of the package 21 by Au bumps 32 arranged side by side.
  • the conductive pattern provided on the package 21 includes high frequency wiring, GND electrodes, metal via wiring, and the like.
  • the laminated ceramic structure can also be applied to the package 21 of the COSA 20.
  • various devices can be connected by high-frequency wiring, and metal via wiring can be provided for routing and connecting the GND electrode of the inner layer.
  • the detailed configuration is not limited except that the DC block capacitor 24a is interposed in the high frequency wiring so that the optical modulator driver IC26 of the electric circuit element can be protected.
  • the lid 27 is preferably made of a metal material having high thermal conductivity such as aluminum or copper alloy.
  • devices such as the optical modulator driver IC26 and TIA generate heat during operation, so a heat dissipation structure is adopted as a measure against heat generation.
  • a heat radiating paste 28 is interposed between a part of the protruding portion 27a inside the lid 27 and the upper surface of the light modulator driver IC 26. Since the lid 27 is joined to the package 21, for example, the heat radiating paste 28 may be applied to the protruding portion 27a inside the lid 27. As a result, the heat generated by the light modulator driver IC 26 can be transmitted to the lid 27 via the heat radiating paste 28 existing on the upper surface thereof, and the heat can be radiated.
  • LTCC Low-temperature co-fired ceramic
  • the LTCC used has a thermal expansion coefficient of about 11 ppm / K, which is close to that of the printed wiring board connected by the solder BGA31, and is excellent in mountability as an optical communication component.
  • the metal material used in the lid 27 has a coefficient of thermal expansion of about 23 ppm / K in the case of aluminum and about 17 ppm / K in the case of a copper alloy.
  • this COSA20 does not require airtight sealing, and employs a non-airtight package structure that can be easily manufactured at low cost.
  • the part of the package 21 based on ceramic or the like and the part of the lid 27 are joined by a simple method using an adhesive or the like instead of a joining method such as silver brazing or welding. can do.
  • the metal material used for the lid 27 is a copper alloy having a relatively small difference in thermal expansion coefficient from that of LTCC, it is slightly more expensive than aluminum.
  • low-cost aluminum is used as the metal material of the lid 27, how to overcome the difference in thermal expansion from LTCC is an issue.
  • the COSA 20 having a non-airtight package structure shown in FIG. 3 has a heat dissipation paste 28 interposed between a local protrusion 27a inside the lid 27 and the upper surface of the light modulator driver IC 26 to improve heat dissipation efficiency. It is improving. However, even if the heat dissipation effect of the device in the package 21 at the time of heat generation is obtained only by such a device, the energy radiated in the unintended part in the package 21 is returned as noise, which causes performance deterioration. I can't fix the problem.
  • Non-Patent Document 1 shows a form of COSA.
  • This COSA is configured by flip-chip mounting a SIP chip, driver IC, and TIA on a package of LTCC material, and arranging a chip capacitor as a DC block on the package.
  • this COSA is configured by covering the upper part of the entire package with a lid as in the case described with reference to FIG.
  • Non-Cited Document 2 discloses an InP-based 90 ° hybrid integrated light receiving element for a 100 Gbit / s small coherent receiver as an example of an optical communication element.
  • An object of the embodiment of the present invention is to provide an optical communication component capable of preventing energy radiated at an unintended part of the package from returning as noise and causing performance deterioration.
  • one aspect of the present invention is a flat plate-shaped package, an optical communication element mounted on the upper surface of the package, and an electronic circuit element mounted at a position different from the optical communication element on the upper surface of the package. And, it is mounted at a position different from the optical communication element and the electronic circuit element on the upper surface of the package, and blocks the DC signal included in the RF signal propagated to the electronic circuit element through the conductive pattern provided in the package.
  • An optical communication component including a DC block device and a lid provided on the top of the package to cover an optical communication element, an electronic circuit element, and the DC block device. The lid projects toward the top of the package and DC. It is characterized by having a separation protrusion for partitioning and separating a region in which a block device exists and a region in which an optical communication element and an electronic circuit element exist.
  • the optical communication component having the above configuration can prevent the energy radiated at an unintended part in the package from returning as noise and causing performance deterioration.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state of the conductive pattern of the package shown in FIG. 7 with a partial cross section.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a partially broken state of a conductive pattern including high-frequency wiring arranged in the inner layer and GND electrodes arranged in the inner layer and the surface layer applicable to the package related to the main part of COSA shown in FIG. Is.
  • FIG. 4 is a view showing a basic structure of COSA20A, which is an optical communication component according to the first embodiment of the present invention, in a cross section in the side direction.
  • the COSA 20A has a common point that the lid 27A has a protruding portion 27a as compared with the COSA 20 of FIG. 3, and has a separating protruding portion 27b protruding toward the upper surface side of the flat plate-shaped package 21.
  • the separation protruding portion 27b has a role of partitioning and separating a region in which the DC block capacitor 24a exists and a region in which the SiP chip 25 of the optical communication element and the optical modulator driver IC26 of the electronic circuit element exist. To bear.
  • the DC block capacitors 24a and 24b also block the DC signal included in the RF signal propagated to the light modulator driver IC26, TIA, etc. via the conductive pattern provided in the package 21.
  • This conductive pattern may be considered to include high frequency wiring and GND electrodes.
  • the DC block capacitors 24a and 24b function as DC block devices that protect various devices.
  • a part of the GND electrode of the conductive pattern is electrically connected to the tip surface of the separation protrusion 27b of the lid 27A. If this connection state is mechanically stable, the GND electrode and the tip surface of the separation protrusion 27b can be sufficiently brought into contact with each other. If the connected state is not mechanically stable, it may be adhered using an adhesive or the like. However, when an adhesive is used, for example, in the case of a non-conductive adhesive, the side wall near the tip surface of the separation protrusion 27b is provided so that the adhesive does not adhere to the tip surface itself of the separation protrusion 27b. The surface of the package 21 may be adhered and fixed with an adhesive.
  • the tip surface of the separation protrusion 27b and the surface of the package 21 may be adhesively fixed with an adhesive. In either case, the electrical connection is maintained as well as the mechanical stability.
  • the lid 27A becomes the GND potential.
  • the electrical connection between the lid 27A and the package 21 may be made in another region such as the outer peripheral edge portion instead of the separation protrusion 27b. In such a case, since the high-frequency wiring is arranged on the surface of the package 21 that comes into contact with the separation protrusion 27b, the high-frequency characteristics are not affected when the lid 27A, which has the GND potential, is brought close to the surface. It is necessary to give due consideration to.
  • the laminated ceramic structure can also be applied to the package 21 of COSA 20A.
  • various devices can be connected by high-frequency wiring included in the conductive pattern, and metal via wiring can be provided for routing and connecting the GND electrode of the inner layer.
  • metal via wiring can be provided for routing and connecting the GND electrode of the inner layer.
  • the detailed configuration of the conductive pattern does not matter except that the DC block capacitor 24a is interposed in the high-frequency wiring so that the light modulator driver IC 26 of the electric circuit element can be protected.
  • the SiP chip 25 is configured by integrating an optical circuit, an optical modulator, a germanium optical receiver, and the like on one chip by using silicon photonics technology for forming an optical element on a silicon substrate.
  • the upper part of the package 21 is covered with a lid 27A for protecting devices such as an optical modulator driver IC26, a SiP chip 25, and DC block capacitors 24a and 24b mounted on the upper surface of the package 21.
  • solder BGA 31 for fixing the connection with the printed wiring board of the connection partner is arranged side by side.
  • the light modulator driver IC 26 and the SiP chip 25 are connected and fixed to the conductive pattern on the upper surface of the package 21 by Au bumps 32 arranged side by side.
  • the lid 27A is preferably made of a metal material having high thermal conductivity such as aluminum or copper alloy.
  • a heat dissipation structure is adopted as a measure against heat generation. That is, the structure is such that the heat radiating paste 28 is interposed between a part of the protruding portion 27a inside the lid 27A and the upper surface of the light modulator driver IC 26. Since the lid 27A here is also joined to the package 21, the heat radiating paste 28 may be applied to the protruding portion 27a inside the lid 27A. As a result, the heat generated by the light modulator driver IC 26 can be transmitted to the lid 27A via the heat radiating paste 28 existing on the upper surface thereof, and the heat can be radiated.
  • a protrusion 27b for separation is provided inside the lid 27A together with a protrusion 27a for using the heat radiating paste 28.
  • the separation protrusion 27b separates the region where the DC block capacitor 24a exists and the region where the electronic circuit element exists. Therefore, the energy of the RF signal reflected by the portion of the DC block and radiated into the space inside the package 21 is confined in the space formed by the inner wall of the lid 27A and the surface of the package 21. As a result, it is possible to sufficiently prevent the energy radiated at an unintended location in the package 21 from returning as noise and causing performance deterioration.
  • the lid 27A it is desirable to use a copper alloy or the like as the metal material of the lid 27A, which has a relatively small difference in thermal expansion coefficient from the LTCC of the material of the package 21. In this case, it is possible to provide a compact and high-performance optical communication component that is hardly affected by thermal expansion.
  • the separation protrusion 27b a structure for partitioning the region where the DC block capacitor 24a exists is illustrated by the separation protrusion 27b.
  • the conductive pattern provided on the package 21 also differs depending on the mode of various devices mounted on the upper surface of the package 21. Therefore, in the COSA 20A, it is possible to provide a separate protrusion for separation so that the region where the DC block capacitor 24b exists can also be partitioned and separated. That is, the number and location of the separation protrusions can be arbitrarily changed according to the various devices mounted on the package 21 and the conductive pattern for connecting them.
  • FIG. 6 is a view showing a basic structure of the COSA 20C, which is an optical communication component according to the second embodiment of the present invention, in a cross section in the side direction.
  • the basic structure of the COSA20B which is an optical communication component according to the comparative example, will be described with reference to FIG. 5, which is shown in cross section in the side direction, and the differences between the two are noted.
  • the COSA 20B according to the comparative example is different from the COSA 20 of FIG. 3 in the routing connection structure in the conductive pattern of the flat plate-shaped package 21B.
  • a laminated ceramic package 21Ba is applied to this package 21B, and the high frequency wiring 22, the GND electrode 23, and the metal via wiring, which will be described later, are routed.
  • the high-frequency wiring 22 is arranged so as to connect the DC block capacitor 24a, the optical modulator driver IC 26, and the SiP chip 25 so as to interpose the DC block capacitor 24a as a whole.
  • the lid 27 has a structure that only has a protruding portion 27a for heat dissipation.
  • metal via wiring for connecting the GND electrode 23 on the upper surface of the package 21B and the solder BGA 31 in the direction of lamination is applied.
  • the via wiring of the GND electrode 23 is also shown around the metal via wiring.
  • a metal via wiring for connecting the high frequency wiring 22 connecting the DC block capacitor 24a on the upper surface of the package 21B and the solder BGA 31 in the stacking direction is applied.
  • metal via wiring for connecting the GND electrode 23 in the inner layer of the package 21B and the solder BGA 31 in the stacking direction is applied.
  • the via wiring of the GND electrode 23 is arranged so as to surround the metal via wiring of the high frequency wiring 22, and by adopting a structure similar to a coaxial line, it is possible to realize characteristics with less reflection and attenuation of the PF signal.
  • the GND electrode 23 formed in the lower layer of the high-frequency wiring 22 formed on the surface of the package 21B includes a surface-layer GND electrode 23 and a metal via wiring (not shown), the arrangement of which will be described later. Shown in 7.
  • this COSA 20C is different from the COSA 20B of FIG. 5 in that the laminated ceramic package 21Aa is applied as a routing connection structure in the conductive pattern of the flat plate-shaped package 21A.
  • the various devices provided on the upper surface of the package 21A are the same as those in the first embodiment.
  • the lid 27A has a structure having a protruding portion 27a and a separating protruding portion 27b.
  • a metal material having a high thermal conductivity is used as the material of the lid 27A, and an LTCC material having a coefficient of thermal expansion close to that of the printed wiring board of the connection partner is used as the material of the package 21A. Is used.
  • the laminated ceramic package 21Aa has a wiring structure in which a part of the high-frequency wiring 22 is once submerged in the inner layer of the package 21A by one metal via wiring 29 and then returned to the surface layer by the other metal via wiring 29 at another position.
  • the high-frequency wiring 22 is arranged so as to connect the DC block capacitor 24a, the optical modulator driver IC 26, and the SiP chip 25 so as to interpose the DC block capacitor 24a as a whole.
  • the GND electrodes 23 formed in the upper layer and the lower layer of the high frequency wiring 22 formed in the inner layer of the package 21A have metal via wirings (not shown), but these arrangements are shown in FIG. 9 described later. Shown.
  • the separation protrusion 27b separates the region where the DC block capacitor 24a exists and the region where the electronic circuit element exists. Therefore, the energy of the RF signal reflected by the portion of the DC block and radiated into the space inside the package 21A is confined in the space formed by the inner wall of the lid 27A and the surface of the package 21A. As a result, it is possible to sufficiently prevent the energy radiated at an unintended location in the package 21A from returning as noise and causing performance deterioration.
  • a part of the high frequency wiring 22 connecting the DC block capacitor 24a and the optical modulator driver IC 26 is arranged in the inner layer of the package 21A, and the GND electrode 23 is arranged in the surface layer of the inner layer arrangement portion. doing.
  • the tip surface of the separation protrusion 27b of the lid 27A can be brought into contact with the GND electrode 23 on the upper surface of the package 21A without being brought into contact with the high frequency wiring 22, and can be electrically connected.
  • the space in which the DC block is provided in this form can be used as a closed space.
  • the elements forming this closed space include the GND electrode 23 on the surface of the package 21A connected to the tip end surface of the separation protrusion 27b of the lid 27A, and the inner wall of the lid 27A which becomes the GND potential in the connected state. Further, such an element includes a GND electrode 23 formed on the end side of the surface of the package 21A and bonded to the edge end surface of the lid 27A.
  • the COSA20C of the second embodiment has the same effect as that of the COSA20A of the first embodiment, and further deterioration of performance can be prevented with high reliability. As a result, it becomes possible to provide a compact and low-cost optical communication component having excellent high-frequency characteristics.
  • a part of the high-frequency wiring 22 is arranged in the inner layer of the package 21A, and the tip surface of the separation protrusion 27b of the lid 27A and the GND electrode 23 on the surface of the package 21A can be mechanically and firmly connected. It is supposed to be. Therefore, in order to maintain the connected state, as shown in FIG.
  • a non-conductive adhesive 30 or the like is used for the side wall near the tip surface of the separation protrusion 27b of the lid 27A and the surface of the package 21A. It is effective to bond them together.
  • the non-conductive adhesive 30 is used, the adhesive 30 is prevented from adhering to the tip surface itself of the separation protrusion 27b, and the GND electrode 23 and the lid 27A pass through the tip surface of the separation protrusion 27b. It is preferable to make it conductive.
  • a conductive adhesive is used, the tip surface of the separation protrusion 27b and the GND electrode 23 on the upper surface of the package 21A are adhered and fixed with the adhesive. In either case, the mechanical stability and the electrical connection state can be maintained at the same time.
  • the lid 27A reaches the GND potential.
  • the light modulator driver IC26 shown in FIGS. 3, 4, 5, and 6 is a type that requires heat dissipation and the back surface needs to be dropped to the GND potential, but this is due to flip chip mounting. This is due to the fact that the back surface is facing upward and mounted.
  • the SiP chip 25 shown in each of the above figures is also flip-chip mounted.
  • the embodiment of the second embodiment in which the bonding area can be increased in order to secure the bonding strength between the lid 27A and the package 21A has an advantage. That is, by appropriately securing the bonding strength between the lid 27A and the package 21A, the lid 27A does not peel off from the package 21A in the range of -5 ° C to 85 ° C, which is the operating temperature of the optical communication component, for a long period of time. It becomes possible to use. In such a case, it becomes possible to provide an optical communication component having excellent mechanical stability and long-term reliability.
  • the high-frequency wiring 22 can be surrounded by the GND electrode 23, which is effective in improving the characteristics as compared with the grounded coplanar line that can be applied when the high-frequency wiring 22 is on the surface of the package 21A.
  • the GND electrode 23 is effective in improving the characteristics as compared with the grounded coplanar line that can be applied when the high-frequency wiring 22 is on the surface of the package 21A.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a partially broken state of the conductive pattern applicable to the package 21B according to the main part of the COSA 20B according to the above-mentioned comparative example.
  • the conductive pattern in the laminated ceramic package 21Ba is a grounded coplanar line including a high frequency wiring 22 arranged on the surface layer and a GND electrode 23 arranged on the inner layer and the surface layer.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a state of the conductive pattern of the package 21B with a partial cross section. Note that FIG. 7 also shows the arrangement of the surface-layer GND electrode 23 and the metal via wiring 29, which are not shown in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a partially broken state of the conductive pattern applicable to the package 21A according to the main part of the COSA 20C according to the second embodiment described above.
  • the conductive pattern in the laminated ceramic package 21Aa includes the high frequency wiring 22 arranged in the inner layer and the GND electrode 23 arranged in the inner layer and the surface layer. That is, FIG. 9 shows a form in which the high frequency wiring 22 in the inner layer is surrounded by the GND electrodes 23 in the surface layer and the inner layer and the metal via wiring 29 in the inner layer. Note that FIG. 9 also shows the arrangement of the metal via wiring 29 not shown in FIG.
  • the line form of the structure (GSSG structure) in which the GND electrode 23 is not provided between the two high frequency wirings 22 which are the differential lines is shown.
  • the optical communication component of the present invention is not limited to the configuration disclosed in each embodiment.
  • the structure in which the region where the DC block capacitor 24a exists is partitioned and separated by the separation protrusion 27b is illustrated.
  • the conductive pattern provided on the package 21A also differs depending on the mode of various devices mounted on the upper surface of the package 21A. Therefore, in the COSA 20C, as in the case described in the first embodiment, a separate protrusion for separation may be provided so that the region where the DC block capacitor 24b exists can also be partitioned and separated. That is, the number and location of the separation protrusions can be arbitrarily changed according to the various devices mounted on the package 21A and the conductive pattern for connecting them.

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Abstract

パッケージ（２１）内の意図しない箇所で放射されたエネルギーがノイズとして帰還し、性能劣化することを防止できる光通信部品のＣＯＳＡ（２０Ａ）は、パッケージ（２１）の上面のＳｉＰチップ（２５）及び光変調器ドライバＩＣ（２６）と異なる位置に装着され、パッケージ（２１）の導電性パターンを介してＩＣ（２６）へ伝搬されるＲＦ信号に含まれるＤＣ信号を遮断するＤＣブロックコンデンサ（２４ａ、２４ｂ）と、パッケージ（２１）の上部に設けられ、各種デバイスを覆う蓋（２７Ａ）と、を備える。蓋（２７Ａ）のパッケージ（２１）の上面の側へ突出する分離用突出部（２７ｂ）は、コンデンサ（２４ａ）が存在する領域と、ＳｉＰチップ（２５）及びＩＣ（２６）と、が存在する領域と、を区画して分離する。分離用突出部（２７ｂ）の先端面は、パッケージ（２１）のＧＮＤと接続され、蓋（２７Ａ）がＧＮＤ電位となる。

Description

光通信部品
　本発明は、光通信素子及び電子回路素子を集積した構造の高機能な光通信部品に関する。
　近年、光通信システム、光情報処理システム等の光通信技術では、スマートフォンに代表される携帯型端末の爆発的普及、映像配信サービスの充実等により、光ネットワークの伝送容量増大への要求が日増しに高まっている。こうした要求に対応するため、更なる技術的発展が求められている。係る要求に応えるため、例えばデジタルコヒーレント通信等の電気段での信号処理を取り入れた光通信システム、１００Ｇｂｉｔ／ｓを超える伝送容量の超高速通信システム等が実用化されている。
　また、これらのシステムで使用される光通信部品については、小型化、低コスト化を図ることが技術的に重要となっている。係る光通信部品では、光通信素子と電子回路素子とがセットになって用いられる場合が多い。光通信素子の一例の光変調器では、入射された光信号の強度を変調した強度変調信号、或いは光の位相を変調した位相変調信号の何れかを出力する。電子回路素子の一例の光変調器ドライバ集積回路（以下、光変調器ドライバＩＣとする）は、光変調器からの強度変調信号、位相変調信号の何れかを電気段での処理が可能な光信号にして出力する。光通信素子の他の例の受光素子では、伝送されてきた光信号を受信して電気信号に変換して出力する。電子回路素子の他の例のトランスインピーダンスアンプ（以下、ＴＩＡとする）は、受光素子からの電気信号を増幅させて電気段での処理が可能となるように加工する。
　ところで、高速信号を扱い、且つ小型で低コストの光通信部品を実現するためには、光通信素子及び電子回路素子を一つのパッケージに装着し、光通信部品として構成する場合が多い。その理由は、各デバイスを一纏めにすることにより、デバイス間での電気信号の減衰及び反射を抑制できると共に、配線の接続部分を削減できるため、電気特性の劣化防止、小型化及び低コスト化の実現のための解決策の一つになることによる。
　このような光通信部品の一例として、デジタルコヒーレント通信で光信号を受信する集積コヒーレント受信器（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ：以下、ＩＣＲとする）が挙げられる。このＩＣＲは、多値位相変調された光信号を位相によって分離する光回路、光信号を電気に変換する受光素子、電気信号を増幅するＴＩＡ等を一つのパッケージに装着した光通信部品である。
　ＩＣＲでは、ＴＩＡから出力される電気信号は、パッケージから高周波配線により外部へ取り出される。ところが、外部の電子回路素子からＩＣＲへ直流（以下、ＤＣとする）電圧が印加されると、ＴＩＡ等の電子回路素子が壊れてしまう虞がある。このため、高周波配線上にＤＣブロックと呼ばれる高周波信号を通過させるが、ＤＣ信号を透過させないコンデンサ部品が必要となる。尚、ＩＣＲでは、ＤＣブロックについても、パッケージ内に組み込むことが一般的である。高周波信号は、汎用的なラジオ周波数（ＲＦ）を含む短波長帯域であるため、以下はＲＦ信号と呼ぶ。
　ＤＣブロックは、高周波配線上に配置されるチップコンデンサから成り、数ＭＨｚの低周波数域から数十ＧＨｚの高周波数域までのＲＦ信号を透過させ、ｋＨｚオーダーまでのＤＣ信号は透過させない特性を持つ。ＩＣＲ等の光通信部品内に組み込まれるＤＣブロックは、１００μｍ幅程度の高周波配線上に、０.６×０.３ｍｍ又は０.４×０.２ｍｍ程度のサイズのチップコンデンサを配置した構造が採用される。このため、ＤＣブロックの部分は、高周波配線の幅を太くするか、或いはグランド（以下、ＧＮＤとする）電極を遠ざける等の配置的な工夫をし、特性インピーダンスが高周波配線の部分に比べて大きく変化しないように制御することが好ましい。但し、こうした制御を実施する際には、ＲＦ信号の反射、放射等を抑制する必要がある。
　図１は、周知の光通信部品であるＩＣＲ１０におけるパッケージ１１中のＤＣブロックの構造形状を一部破断にして露呈させた斜め上方向からの外観斜視図である。尚、ＩＣＲ１０は、一般に偏波多重された直交する２つの位相成分の信号を受信し、４組の差動電気信号を出力する機能を持つ。
　図１を参照すれば、ＩＣＲ１０のパッケージ１１は、セラミック製であることが好ましく、枠状に起立した壁部内に部品装着用の凹部を持たせた台座構造を基体としている。パッケージ１１の凹部の平坦面には、差動電気信号を伝播する２本１組の高周波配線１２とＤＣブロックコンデンサ１４とによるＤＣブロックが備えられる。高周波配線１２は、周囲をＧＮＤ電極１３で囲まれたグラウンデッドコプレーナ線路から成り、ＴＩＡからの出力信号を入力し、１組の差動電気信号を出力する。高周波配線１２に接続されたＤＣブロックコンデンサ１４は、高周波配線１２を経て伝播されたＴＩＡからの出力信号を通過させ、出力信号にＤＣ信号が含まれていれば、そのＤＣ信号を遮断する。
　ＩＣＲ１０において、ＴＩＡからの出力信号は、高周波配線１２を伝播し、ＤＣブロックコンデンサ１４を通過する。パッケージ１１の凹部の平坦面から下方部分は、セラミック層とメタル層とを相互に積層して形成された積層セラミックパッケージ１１ａとなっている。そして、ＤＣ信号が遮断された後の出力信号は、積層セラミックパッケージ１１ａにおいて、セラミック層を貫通して配置されたメタルビア配線で下層へと伝搬される。更に、出力信号は、積層セラミックパッケージ１１ａの後方に露呈して形成された信号出力用のリード線１５から引き出されて外部へ出力される。
　このＩＣＲ１０の場合、外部の電子回路の信号線の電位はＧＮＤ電位と同じでは無いことがあり、このときには信号線であるリード線１５にＤＣ電圧が印加される状態となる。このときのリード線１５の電圧が高周波配線１２を経由して直接ＴＩＡに印加されると、ＴＩＡを形成する半導体の耐電圧を超える場合が有り得るため、ＴＩＡの電子回路の保護用にＤＣブロックが必要となる。
　図２は、図１に示すＩＣＲ１０のパッケージ１１中のＲＦ信号の電界強度をシミュレーションした結果を示す部分拡大図である。即ち、図２中では、パッケージ１１中の２組の差動電気信号の出力用の高周波配線１２と、一対２組の総計４個のＤＣブロックコンデンサ１４ａ、１４ｂと、が存在する部分のＲＦ信号の電界強度を示している。
　図２を参照すれば、ＴＩＡからの出力信号が高周波配線１２を伝播し、ＤＣブロックコンデンサ１４ａ、１４ｂを通過する。この通過の際、ＤＣブロックコンデンサ１４ａ、１４ｂの手前の領域Ｅ１、Ｅ２で電界強度が強くなっていることが判る。尚、電界強度は、ＲＦ信号の反射、外部への放射等を示すものである。これは、特性インピーダンス、ＲＦ信号の伝搬モードの不整合等によって発生するものである。更に詳細な分析結果からは、パッケージ１１内に放射されたＲＦ信号のエネルギーが意図しない箇所でノイズとして帰還することを示しているのが判った。こうした場合、光通信部品の性能劣化が発生する要因となる。
　このようなＤＣブロック部分でのＲＦ信号の反射、外部への放射等による性能劣化を防ぐためには、高周波配線１２の部分とＤＣブロック部分との特性インピーダンスを調整する必要がある。また、高周波伝搬モード形状の整合等を行っても良いが、何れも注意深く行う必要がある。
　例えば、１００μｍ程度の幅の高周波配線１２に接続するには、０.６×０.３ｍｍサイズでなく、０.４×０.２ｍｍサイズの小型のチップコンデンサを用いる。そして、高周波配線１２の信号線路とＧＮＤ電極１３とのギャップの変化を小さくするか、或いは伝搬モードが変換される際のサイズ差を小さくする等の手法を適用すれば、性能劣化を或る程度、防止することができる。
　しかしながら、グラウンデッドコプレーナ線路等の平面上に形成された高周波配線１２を伝搬するＲＦ信号と、高さを持ったチップコンデンサを通過するＲＦ信号と、では伝播モード形状が大きく異なる。具体的に云えば、１００μｍ幅程度の平面上の高周波配線１２に比べて、０.６×０.３ｍｍのチップコンデンサでは、高さも０.３ｍｍ有るため、幅が３倍程度、高さが３～５倍程度の広がりを持った伝搬モードに変換されることになる。このため、特性インピーダンスの調整を注意深く行っても、或る程度のＲＦ信号の反射、外部への放射等が発生する箇所になってしまう。
　このように、ＤＣブロック部分でＲＦ信号の反射が起こると、出力信号の減衰、特定の周波数での出力振幅の落ち込み等の信号品質の劣化が生じる。また、ＤＣブロック部分でＲＦ信号の外部への放射が起こると、光通信部品の内部の空間で高周波ノイズが広がり、予期せぬ箇所からＲＦ信号に帰還することがある。更には、光変調器ドライバＩＣ、ＴＩＡで増幅されて発振する等の光通信部品の著しい性能劣化に繋がる虞もある。
　こうした事情により、平面の高周波配線１２と、一定の高さの有るチップコンデンサとの間で完全に反射、放射を無くすことは困難である。そこで、空間に放射された高周波のエネルギーを吸収するための電波吸収体を光通信部品の内部に配置する等の対処的な手法も用いられることがある。電波吸収体は、材料内部の抵抗を利用して電波によって発生する電流を吸収するタイプ、誘電損失を利用するタイプ、フェライト等の磁性材料の磁気損失を利用するタイプ等が存在する。何れのタイプの電波吸収体についても、パッケージ１１中の空間に放射された高周波のエネルギーを吸収し、エネルギーの帰還を防止することにより、ノイズの低減、発振の防止等の効果を得ることができる。
　ところが、電波吸収体を用いる場合には、配置の設定が問題になり、例えば電波吸収体が高周波配線１２の直上に存在すれば、ＲＦ信号そのものを減衰させる要因になってしまう。また、パッケージ１１中に電波吸収体を固定させる際にも、実際の手法に困難さがある。更に、電波吸収体は、効率的に電波を吸収できる材料で、しかもパッケージ１１中の構成部品と熱膨張係数に大きな差が無いという条件を満たさなければ、適用が困難である。
　具体的に云えば、電波吸収体は、光通信部品の動作温度である－５℃～８５℃の温度範囲で脱落することが保証されなければ、長期間の使用が困難になってしまう。その他、光通信部品に影響を与えるようなガスの発生が無いこと、長期間での変質が無いこと等も求められる。結果的に、性能劣化対策用として、別途に電波吸収体を用いることは、部品点数が増加されることによる低コスト化への弊害となり、実用的には適用し難いという事情がある。
　光通信素子及び電子回路素子を一つのパッケージに装着する光通信部品の構成は、その他にもある。即ち、他の例として、シリコンフォトニクス技術を用いたコヒーレント光サブアッセンブリ（Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｕｂ－ａｓｓｅｍｂｌｙ：以下、ＣＯＳＡとする）が挙げられる。このＣＯＳＡは、シリコン基板上に光素子を形成するシリコンフォトニクス技術を用いて、光回路、光変調器、ゲルマニウム光受信器等を１つのチップ上に集積したシリコンフォトニクスチップ（以下、ＳｉＰチップとする）を有する。そして、ＣＯＳＡは、光通信素子のＳｉＰチップと、電子回路素子の光変調器ドライバＩＣ及びＴＩＡと、を合わせて一つのパッケージ内に収容し、光通信部品として構成される。このＣＯＳＡについても、光変調器ドライバＩＣ及びＴＩＡを保護するため、ＤＣブロックがパッケージ内に組み込まれる。
　図３は、周知の光通信部品であるＣＯＳＡ２０の基本構造の一例を側面方向で断面にして示した図である。
　図３を参照すれば、ＣＯＳＡ２０のパッケージ（ＰＫＧ）２１は、セラミック製、或いは有機基板材料製であることが好ましく、平面板形状を基体としている。パッケージ２１の上部は、パッケージ２１の上面に装着された光変調器ドライバＩＣ２６、ＳｉＰチップ２５、及びＤＣブロックコンデンサ２４ａ、２４ｂ等の各種デバイスを保護するための蓋（ＬＩＤ）２７で覆われている。パッケージ２１の下面には、接続相手のプリント配線基板（ＰＣＢ）との接続固定を行うための半田ＢＧＡ（Ｂａｌｌ　Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ）３１が並設されている。光変調器ドライバＩＣ２６及びＳｉＰチップ２５は、それぞれ並設されたＡｕバンプ３２によってパッケージ２１の上面の導電性パターンに接続固定されている。
　パッケージ２１に設けられる導電性パターンは、高周波配線、ＧＮＤ電極、メタルビア配線等を含む。ＣＯＳＡ２０のパッケージ２１についても、積層セラミック構造を適用することができる。例えば、各種デバイスの間を高周波配線で結ぶようにし、内層のＧＮＤ電極の引き回し接続用にメタルビア配線を施すことができる。但し、ここでは、導電性パターンについて、ＤＣブロックコンデンサ２４ａを高周波配線に介在させて電気回路素子の光変調器ドライバＩＣ２６を保護できるようにする以外、細部構成を問わないものとする。
　このうち、蓋２７は、アルミニウム、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料で作製されることが好ましい。こうした場合、光変調器ドライバＩＣ２６、ＴＩＡ等のデバイスが動作時に発熱するため、発熱対策として、放熱構造を採用する。図３に示す例では、蓋２７の内側における一部の突出した突出部２７ａと光変調器ドライバＩＣ２６の上面との間に放熱ペースト２８を介在させている。蓋２７は、パッケージ２１との間で接合されるため、例えば蓋２７の内側の突出部２７ａに放熱ペースト２８を塗布しておけば良い。これにより、光変調器ドライバＩＣ２６の発熱をその上面に存在する放熱ペースト２８を介して蓋２７に伝達し、放熱する構造にできる。
　パッケージ２１の材料には、セラミックの１種であるＬｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏ－ｆｉｒｅｄ　ｃｅｒａｍｉｃ（以下、ＬＴＣＣとする）を用いる場合を例示できる。ＬＴＣＣは、半田ＢＧＡ３１により接続されるプリント配線基板と熱膨張係数が近い１１ｐｐｍ／Ｋ程度のものを使用しており、光通信部品としての実装性に優れたものになっている。尚、蓋２７で使用される金属材料について、アルミニウムの場合には２３ｐｐｍ／Ｋ程度、銅合金の場合には１７ｐｐｍ／Ｋ程度の熱膨張係数を持つ。
　このＣＯＳＡ２０では、リン化インジウムＩｎＰ材料等で作製される光素子と異なり、気密封止が不要であるとされており、簡易に低コストで作製し得る非気密パッケージ構造が採用されている。非気密パッケージ構造では、セラミック等をベースにしたパッケージ２１の部分と、蓋２７の部分との間で、銀ろう付け、溶接等の接合方法では無く、接着剤等を用いた簡易な方法で接合することができる。また、蓋２７に用いる金属材料は、ＬＴＣＣとの熱膨張係数の違いが比較的小さい銅合金とした場合には、アルミニウムと比べてやや高価になる。蓋２７の金属材料として、低コストのアルミニウムを用いる場合には、ＬＴＣＣとの熱膨張の違いを如何に克服できるかが課題となる。
　ところで、図３に示す非気密パッケージ構造のＣＯＳＡ２０は、発熱対策として、蓋２７の内側の局部の突出部２７ａと光変調器ドライバＩＣ２６の上面との間に放熱ペースト２８を介在させ、放熱効率を向上させている。しかしながら、このような工夫だけでは、パッケージ２１中のデバイスの発熱時の放熱効果が得られても、パッケージ２１中の意図しない箇所で放射されたエネルギーがノイズとして帰還し、性能劣化を来すという問題を対策できない。
　尚、集積構造の光通信部品に関連する周知技術として、非特許文献１には、ＣＯＳＡの一形態が示されている。このＣＯＳＡは、ＬＴＣＣ材料のパッケージ上に、ＳＩＰチップ、ドライバＩＣ、ＴＩＡをフリップチップ実装し、ＤＣブロックとなるチップコンデンサをパッケージ上に配置して構成される。その他、このＣＯＳＡは、図３を参照して説明した場合と同様に、パッケージ全体の上部を蓋で覆って構成される。また、非引用文献２には、光通信素子の例示として、１００Ｇｂｉｔ／ｓ　小型コヒーレントレシーバ向けＩｎＰ系９０°ハイブリッド集積型受光素子が開示されている。
Ｃ．Ｄｏｅｒｒ，Ｊ．Ｈｅａｎｕｅ，L.Ｃｈｅｎ,Ｒ.Ａｒｏｃａ,Ｓ.Ａｚｅｍａｔｉ,Ｇ.Ａｌｉ,Ｇ.ＭｃＢｒｉｅｎ,Ｌｉ　Ｃｈｅｎ,Ｂ.Ｇｕａｎ,Ｈ．Ｚｈａｎｇ，Ｘ.Ｚｈａｎｇ,Ｔ.Ｎｉｅｌｓｅｎ,Ｈ.Ｍｅｚｇｈａｎｉ,Ｍ.Ｍｉｈｎｅｖ,Ｃ.Ｙｕｎｇ,ａｎｄ　Ｍ.　Ｘｕ「Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ　Ｃｏｈｅｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ　ｉｎ　ａ　Ｂａｌｌ－Ｇｒｉｄ　Ａｒｒａｙ　Ｐａｃｋａｇｅ」２０１７　Ｏｐｔｉｃａｌ　Ｆｉｂｅｒ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ（ＯＦＣ），Ｍａｒ．２０１７，Ｐｏｓｔ－Ｄｅａｄｌｉｎｅ　ｐａｐｅｒ，Ｔｈ５Ｄ．５. 井上尚子、八木秀樹、増山竜二、勝山智和、米田昌博、小路元、「１００Ｇｂｉｔ／ｓ　小型コヒーレントレシーバ向けＩｎＰ系９０°ハイブリッド集積型受光素子」ｐｐ.６１－６６,２０１４年７月・ＳＥＩテクニカルレビュー・第１８５号
　本発明に係る実施形態は、上記問題点を解決するためになされたものである。本発明に係る実施形態の目的は、パッケージ内の意図しない箇所で放射されたエネルギーがノイズとして帰還し、性能劣化が発生することを防止できる光通信部品を提供することにある。
　上記目的を達成するため、本発明の一態様は、平面板形状のパッケージと、パッケージの上面に装着された光通信素子と、パッケージの上面の光通信素子と異なる位置に装着された電子回路素子と、パッケージの上面の光通信素子及び電子回路素子と異なる位置に装着され、当該パッケージに設けられた導電性パターンを介して当該電子回路素子へ伝搬されるＲＦ信号に含まれるＤＣ信号を遮断するＤＣブロックデバイスと、パッケージの上部に設けられ、光通信素子、電子回路素子、及びＤＣブロックデバイスを覆う蓋と、を備えた光通信部品であって、蓋は、パッケージの上部側へ突出し、ＤＣブロックデバイスが存在する領域と、光通信素子及び電子回路素子が存在する領域と、を区画して分離する分離用突出部を有することを特徴とする。
　上記構成の光通信部品は、パッケージ内の意図しない箇所で放射されたエネルギーがノイズとして帰還し、性能劣化が発生することを防止できる。
周知の光通信部品であるＩＣＲにおけるパッケージ中のＤＣブロックの構造形状を一部破断にして露呈させた斜め上方向からの外観斜視図である。 図１に示すＩＣＲのパッケージ中のＲＦ信号の電界強度をシミュレーションした結果を示す部分拡大図である。 周知の光通信部品であるＣＯＳＡの基本構造の一例を側面方向で断面にして示した図である。 本発明の実施形態１に係る光通信部品であるＣＯＳＡの基本構造を側面方向で断面にして示した図である。 比較例に係る光通信部品であるＣＯＳＡの基本構造の他の例を側面方向で断面にして示した図である。 本発明の実施形態２に係る光通信部品であるＣＯＳＡの基本構造を側面方向で断面にして示した図である。 図５に示すＣＯＳＡの要部に係るパッケージに適用可能な表層に配置された高周波配線と内層及び表層に配置されたＧＮＤ電極とを含むグラウンデッドコプレーナ線路の導電性パターンの様子を一部破断して示した断面図である。 図７に示すパッケージの導電性パターンの様子を一部断面にして示した斜視図である。 図６に示すＣＯＳＡの要部に係るパッケージに適用可能な内層に配置された高周波配線と内層及び表層に配置されたＧＮＤ電極とを含む導電性パターンの様子を一部破断して示した断面図である。
　以下、本発明の実施形態に係る光通信部品について、図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態１）
　図４は、本発明の実施形態１に係る光通信部品であるＣＯＳＡ２０Ａの基本構造を側面方向で断面にして示した図である。
　図４を参照すれば、ＣＯＳＡ２０Ａは、図３のＣＯＳＡ２０と比べ、蓋２７Ａが突出部２７ａを有する点が共通し、平面板形状のパッケージ２１の上面側へ突出する分離用突出部２７ｂを有する点が相違している。この分離用突出部２７ｂは、ＤＣブロックコンデンサ２４ａが存在する領域と、光通信素子のＳｉＰチップ２５及び電子回路素子の光変調器ドライバＩＣ２６と、が存在する領域と、を区画して分離する役割を担う。
　ＤＣブロックコンデンサ２４ａ、２４ｂは、ここでも、パッケージ２１に設けられた導電性パターンを介して光変調器ドライバＩＣ２６、ＴＩＡ等へ伝搬されるＲＦ信号に含まれるＤＣ信号を遮断する。この導電性パターンは、高周波配線及びＧＮＤ電極を含むものとみなして良い。これにより、ＤＣブロックコンデンサ２４ａ、２４ｂは、各種デバイスを保護するＤＣブロックデバイスとして機能する。
　導電性パターンのＧＮＤ電極の一部は、蓋２７Ａの分離用突出部２７ｂの先端面と電気的に接続される。この接続状態が機械的に安定していれば、ＧＮＤ電極及び分離用突出部２７ｂの先端面の接触が十分に図られる。接続状態が機械的に安定していなければ、接着剤等を用いて接着させるようにしても良い。但し、接着剤を用いる場合、例えば非導電性の接着剤であれば、分離用突出部２７ｂの先端面自体には接着剤が付着されないように、分離用突出部２７ｂの先端面近傍の側壁とパッケージ２１の表面とを接着剤で接着固定すれば良い。また、導電性の接着剤であれば、分離用突出部２７ｂの先端面とパッケージ２１の表面とを接着剤で接着固定すれば良い。何れの場合にも、機械的な安定性と共に、電気的な接続状態も維持される。ＧＮＤ電極と蓋２７Ａの分離用突出部２７ｂの先端面とが導通されると、蓋２７ＡはＧＮＤ電位となる。或いは、蓋２７Ａとパッケージ２１との電気的な接続は、分離用突出部２７ｂではなく、外周縁部等の別の領域でなされるようにしても良い。こうした場合、分離用突出部２７ｂと接触するパッケージ２１の面には、高周波配線が配置されているため、ＧＮＤ電位となっている蓋２７Ａを接近させる際には、高周波特性に影響が出ないように十分配慮する必要がある。
　尚、ＣＯＳＡ２０Ａのパッケージ２１についても、積層セラミック構造を適用することができる。例えば、各種デバイスの間を導電性パターンに含まれる高周波配線で結び、内層のＧＮＤ電極の引き回し接続用にメタルビア配線を施すことができる。但し、ここでも、導電性パターンについて、ＤＣブロックコンデンサ２４ａを高周波配線に介在させて電気回路素子の光変調器ドライバＩＣ２６を保護できるようにする以外、細部構成を問わないものとする。
　その他の構成は、ＣＯＳＡ２０の場合と同様である。即ち、ＳｉＰチップ２５は、シリコン基板上に光素子を形成するシリコンフォトニクス技術を用いて、光回路、光変調器、ゲルマニウム光受信器等を１つのチップ上に集積して構成される。パッケージ２１の上部は、パッケージ２１の上面に装着された光変調器ドライバＩＣ２６、ＳｉＰチップ２５、ＤＣブロックコンデンサ２４ａ、２４ｂ等のデバイスを保護するための蓋２７Ａで覆われている。パッケージ２１の下面には、接続相手のプリント配線基板との接続固定を行うための半田ＢＧＡ３１が並設されている。光変調器ドライバＩＣ２６及びＳｉＰチップ２５は、それぞれ並設されたＡｕバンプ３２によって、パッケージ２１の上面の導電性パターンに接続固定されている。
　このうち、蓋２７Ａは、アルミニウム、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料で作製されることが好ましい。ここでも、光変調器ドライバＩＣ２６、ＴＩＡ等のデバイスが動作時に発熱するため、発熱対策として、放熱構造を採用している。即ち、蓋２７Ａの内側における一部の突出した突出部２７ａと光変調器ドライバＩＣ２６の上面との間に放熱ペースト２８を介在させる構造である。ここでの蓋２７Ａについても、パッケージ２１との間で接合されるため、蓋２７Ａの内側の突出部２７ａに放熱ペースト２８を塗布しておけば良い。これにより、光変調器ドライバＩＣ２６の発熱をその上面に存在する放熱ペースト２８を介して蓋２７Ａに伝達し、放熱する構造にできる。
　実施形態１に係るＣＯＳＡ２０Ａの場合、蓋２７Ａの内側には、放熱ペースト２８を使用するための突出部２７ａと共に、分離用突出部２７ｂが設けられている。分離用突出部２７ｂは、ＤＣブロックコンデンサ２４ａが存在する領域と、電子回路素子が存在する領域と、を区画して分離する。このため、ＤＣブロックの部分で反射され、パッケージ２１内の空間に放射されたＲＦ信号のエネルギーは、蓋２７Ａの内壁とパッケージ２１の表面とで形成された空間内に閉じ込められることになる。この結果、パッケージ２１内の意図しない箇所で放射されたエネルギーがノイズとして帰還し、性能劣化が発生することを充分に防止することができる。
　また、実施形態１に係るＣＯＳＡ２０Ａの場合、蓋２７Ａの金属材料として、パッケージ２１の材料のＬＴＣＣとの熱膨張係数の違いが比較的小さい銅合金等を用いるのが望ましい。この場合、熱膨張による影響を殆ど受けず、小型で高性能な光通信部品を提供することができる。しかしながら、低コスト化のため、蓋２７Ａの金属材料にパッケージ２１の材料のＬＴＣＣとの熱膨張係数の違いが比較的大きいアルミニウムを用いることも可能である。こうした場合、蓋２７Ａは、突出部２７ａ以外の分離用突出部２７ｂの存在によって、機械的強度が向上している。従って、蓋２７Ａの金属材料にアルミニウムを使用しても、熱膨張による影響が抑制され、小型で低コストの光通信部品を提供することができる。
　尚、実施形態１に係るＣＯＳＡ２０Ａでは、分離用突出部２７ｂによって、ＤＣブロックコンデンサ２４ａが存在する領域を区画分離する構造を例示した。しかし、ＣＯＳＡ２０Ａにおいて、パッケージ２１の上面に装着される各種デバイスの態様に応じて、パッケージ２１に設けられる導電性パターンも相違する。そこで、ＣＯＳＡ２０Ａにおいて、別途分離用突出部を設けてＤＣブロックコンデンサ２４ｂが存在する領域についても、区画分離する構造にすることができる。即ち、分離用突出部の設置数、場所については、パッケージ２１に装着される各種デバイス及びその接続用の導電性パターンに応じて、任意に変更することが可能である。
（実施形態２）
　図６は、本発明の実施形態２に係る光通信部品であるＣＯＳＡ２０Ｃの基本構造を側面方向で断面にして示した図である。尚、実施形態２では、比較例に係る光通信部品であるＣＯＳＡ２０Ｂの基本構造の他の例を側面方向で断面にして示した図５を参照し、双方の相違点を留意して説明する。
　図５を参照すれば、比較例に係るＣＯＳＡ２０Ｂは、図３のＣＯＳＡ２０と比べ、平面板形状のパッケージ２１Ｂの導電性パターンにおける引き回し接続構造が相違している。このパッケージ２１Ｂには、積層セラミックパッケージ２１Ｂａが適用され、後述する高周波配線２２、ＧＮＤ電極２３、及びメタルビア配線の引き回しを行っている。高周波配線２２は、全体として、ＤＣブロックコンデンサ２４ａを介在させるように、ＤＣブロックコンデンサ２４ａ、光変調器ドライバＩＣ２６、及びＳｉＰチップ２５の間を結ぶように配置されている。但し、蓋２７については、放熱用の突出部２７ａを有するだけの構造となっている。
　積層セラミックパッケージ２１Ｂａでは、積層の方向でパッケージ２１Ｂの上面のＧＮＤ電極２３と半田ＢＧＡ３１とを接続するメタルビア配線が適用されている。尚、メタルビア配線の周囲にはＧＮＤ電極２３のビア配線も同様に示されている。また、積層の方向でパッケージ２１Ｂの上面のＤＣブロックコンデンサ２４ａを結ぶ高周波配線２２と半田ＢＧＡ３１とを接続するメタルビア配線が適用されている。更に、積層の方向でパッケージ２１Ｂの内層のＧＮＤ電極２３と半田ＢＧＡ３１とを接続するメタルビア配線が適用されている。
　ＧＮＤ電極２３のビア配線は、高周波配線２２のメタルビア配線を取り囲むように配置されており、同軸線路に似た構造を採用することにより、ＰＦ信号の反射、減衰の少ない特性を具現できる。尚、パッケージ２１Ｂの表面に形成された高周波配線２２の下層に形成されるＧＮＤ電極２３には、図示されない表層のＧＮＤ電極２３及びメタルビア配線が存在するが、これらの配置は後文で説明する図７中に示す。
　図６を参照すれば、このＣＯＳＡ２０Ｃは、図５のＣＯＳＡ２０Ｂと比べ、平面板形状のパッケージ２１Ａの導電性パターンにおける引き回し接続構造として、積層セラミックパッケージ２１Ａａが適用されている点が相違している。パッケージ２１Ａの上面に設けられる各種デバイスは、実施形態１の場合と同じものを使用している。また、蓋２７Ａについては、突出部２７ａを有すると共に、分離用突出部２７ｂを有する構造となっている。尚、実施形態１で例示したように、蓋２７Ａの材料には、熱伝導率の高い金属材料を用い、パッケージ２１Ａの材料には、接続相手のプリント配線基板と熱膨張係数が近いＬＴＣＣ材料等を用いている。
　積層セラミックパッケージ２１Ａａでは、高周波配線２２の一部が一方のメタルビア配線２９によりパッケージ２１Ａの内層に一旦潜ってから再度別の位置の他方のメタルビア配線２９により表層に戻る配線構造を有している。この高周波配線２２は、全体として、ＤＣブロックコンデンサ２４ａを介在させるように、ＤＣブロックコンデンサ２４ａ、光変調器ドライバＩＣ２６、及びＳｉＰチップ２５の間を結ぶように配置されている。尚、パッケージ２１Ａの内層に形成された高周波配線２２の上層及び下層に形成されているＧＮＤ電極２３には、図示されないメタルビア配線が存在するが、これらの配置は後文で説明する図９中に示す。
　ＣＯＳＡ２０Ｃの場合も、分離用突出部２７ｂは、ＤＣブロックコンデンサ２４ａが存在する領域と、電子回路素子が存在する領域と、を区画して分離する。このため、ＤＣブロックの部分で反射され、パッケージ２１Ａ内の空間に放射されたＲＦ信号のエネルギーは、蓋２７Ａの内壁とパッケージ２１Ａの表面とで形成された空間内に閉じ込められることになる。この結果、パッケージ２１Ａ内の意図しない箇所で放射されたエネルギーがノイズとして帰還し、性能劣化が発生することを充分に防止することができる。
　また、このＣＯＳＡ２０Ｃの場合、ＤＣブロックコンデンサ２４ａと光変調器ドライバＩＣ２６との間を結ぶ高周波配線２２の一部がパッケージ２１Ａの内層に配置され、その内層配置部分の表層にはＧＮＤ電極２３を配置している。係る構成によって、蓋２７Ａの分離用突出部２７ｂの先端面を高周波配線２２に接触させることなく、パッケージ２１Ａの上面のＧＮＤ電極２３に接触させ、電気的に接続することが可能となっている。
　即ち、こうした形態でＤＣブロックが設けられる空間を閉鎖空間とすることができる。この閉鎖空間を形成する要素は、蓋２７Ａの分離用突出部２７ｂの先端面と接続されるパッケージ２１Ａの表面のＧＮＤ電極２３、及び係る接続状態でＧＮＤ電位となる蓋２７Ａの内壁を含む。また、係る要素は、パッケージ２１Ａの表面の端側に形成されて蓋２７Ａの縁部端面に接合されるＧＮＤ電極２３を含む。
　係る構成のＣＯＳＡ２０Ｃでは、ＤＣブロック部分で反射され、パッケージ２１Ａ内の空間に放射されたＲＦ信号のエネルギーを、ＧＮＤ電位の蓋２７Ａとパッケージ２１Ａの上面のＧＮＤ電極２３とで形成される空間内に閉じ込める。ＣＯＳＡ２０Ｃによる閉じ込めの効果は、実施形態１のＣＯＳＡ２０Ａの場合よりも、一層顕著になる。
　即ち、実施形態２のＣＯＳＡ２０Ｃでは、実施形態１のＣＯＳＡ２０Ａの場合と同等な作用効果を奏し、一層性能劣化が発生することを信頼性高く防止できる。この結果、高周波特性に優れた小型で低コストの光通信部品を提供できるようになる。特に、ＣＯＳＡ２０Ｃの場合、高周波配線２２の一部をパッケージ２１Ａの内層に配置し、蓋２７Ａの分離用突出部２７ｂの先端面とパッケージ２１Ａの表面のＧＮＤ電極２３とを機械的に強固に接続可能としている。そこで、接続状態の維持のために、図６に示されるように、蓋２７Ａの分離用突出部２７ｂの先端面近傍の側壁とパッケージ２１Ａの表面とを例えば非導電性の接着剤３０等を用いて接着することが有効となる。非導電性の接着剤３０を用いる場合には、分離用突出部２７ｂの先端面自体には接着剤３０が付着されないようにし、ＧＮＤ電極２３及び蓋２７Ａが分離用突出部２７ｂの先端面を通して、導通されるようにすることが好ましい。また、導電性の接着剤を用いる場合には、分離用突出部２７ｂの先端面とパッケージ２１Ａの上面のＧＮＤ電極２３とを接着剤で接着固定する。何れの場合にも、機械的な安定性と、電気的な接続状態とを同時に維持する形態にすることができる。或いは、実施形態１で説明したように、蓋２７Ａとパッケージ２１との電気的な接続を分離用突出部２７ｂではなく、他の箇所で行わせることも可能であるが、その場合の注意点も上述した通りである。この状態で、蓋２７ＡはＧＮＤ電位となる。
　ところで、光通信部品に使用される電子回路素子には、放熱が必要であるタイプ、裏面をＧＮＤ電位に落とす必要があるタイプ等、様々なタイプが存在する。例えば図３、図４、図５、図６中に示した光変調器ドライバＩＣ２６は、放熱が必要であると共に、裏面をＧＮＤ電位に落とす必要のあるタイプであるが、これはフリップチップ実装により裏面が上側を向いて実装されたことに起因する。上記各図に示したＳｉＰチップ２５についても、フリップチップ実装されたものである。
　こうした事情を鑑みれば、放熱性に優れた熱伝導性ペースト、低抵抗な導電性ペースト等、最適な特性を持つ材料を選択する必要があるもので、必ずしも接合力の強くないペーストであっても適合する場合がある。係る点においても、蓋２７Ａとパッケージ２１Ａとの間の接合強度を確保するため、接合面積を大きくできる実施形態２の形態は長所があると言える。即ち、蓋２７Ａとパッケージ２１Ａとの間の接合強度を適宜確保することにより、光通信部品の動作温度である－５℃から８５℃の範囲で蓋２７Ａがパッケージ２１Ａから剥離することなく、長期間の使用をすることが可能になる。こうした場合には、機械的な安定、長期的信頼性に優れた光通信部品を提供することが可能になる。
　また、ＣＯＳＡ２０Ｃのように、ＤＣブロックコンデンサ２４ａと光変調器ドライバＩＣ２６との間を結ぶ高周波配線２２の一部をパッケージ２１Ａの内層に配置し、表層にＧＮＤ電極２３を配置する構造は、様々な長所を奏する。この構造によれば、高周波配線２２の周囲をＧＮＤ電極２３で囲った構造にすることができ、高周波配線２２がパッケージ２１Ａの表面にある場合に適用できるグラウンデッドコプレーナ線路と比べ、特性改善に有効となる。即ち、高周波配線２２の上部もＧＮＤ電極２３で覆うことにより、外部からのノイズが入り難くなると共に、ＲＦ信号の外部への放射も少なくすることができる。
　以下は、上述した比較例に係るＣＯＳＡ２０Ｂの積層セラミックパッケージ２１Ｂａ、実施形態２に係るＣＯＳＡ２０Ｃの積層セラミックパッケージ２１Ａａについて、技術的な補足事項を追記する。
　図７は、上述した比較例に係るＣＯＳＡ２０Ｂの要部に係るパッケージ２１Ｂに適用可能な導電性パターンの様子を一部破断して示した断面図である。この積層セラミックパッケージ２１Ｂａにおける導電性パターンは、表層に配置された高周波配線２２と内層及び表層に配置されたＧＮＤ電極２３とを含むグラウンデッドコプレーナ線路となっている。図８は、このパッケージ２１Ｂの導電性パターンの様子を一部断面にして示した斜視図である。尚、図７中には、図５に示されない表層のＧＮＤ電極２３、及びメタルビア配線２９の配置も示されている。
　図９は、上述した実施形態２に係るＣＯＳＡ２０Ｃの要部に係るパッケージ２１Ａに適用可能な導電性パターンの様子を一部破断して示した断面図である。この積層セラミックパッケージ２１Ａａにおける導電性パターンは、内層に配置された高周波配線２２と内層及び表層に配置されたＧＮＤ電極２３とを含んでいる。即ち、図９では、内層の高周波配線２２を、表層及び内層のＧＮＤ電極２３と内層のメタルビア配線２９で取り囲む形態を示したものである。尚、図９中には、図６に示されないメタルビア配線２９の配置も示されている。
　ところで、図７乃至図９の態様では、何れも差動線路となる２つの高周波配線２２の間にＧＮＤ電極２３が無い構造（ＧＳＳＧ構造）の線路形態を示した。しかし、これに代えて、図１に示したＩＣＲ１０の場合のように、２つの高周波配線２２の間にＧＮＤ電極２３を挟んだ構造（ＧＳＧＳＧ）の線路形態を採用することも可能である。従って、本発明の光通信部品は、各実施形態で開示した構成に限定されない。
　尚、実施形態２に係るＣＯＳＡ２０Ｃにおいても、分離用突出部２７ｂによって、ＤＣブロックコンデンサ２４ａが存在する領域を区画分離する構造を例示した。しかし、ＣＯＳＡ２０Ｃにおいて、パッケージ２１Ａの上面に装着される各種デバイスの態様に応じて、パッケージ２１Ａに設けられる導電性パターンも相違する。そこで、ＣＯＳＡ２０Ｃにおいて、実施形態１で説明した場合と同様に、別途分離用突出部を設けてＤＣブロックコンデンサ２４ｂが存在する領域についても、区画分離する構造にすることができる。即ち、分離用突出部の設置数、場所については、パッケージ２１Ａに装着される各種デバイス及びその接続用の導電性パターンに応じて、任意に変更することが可能である。

Claims (8)

  1. 　平面板形状のパッケージと、
    　前記パッケージの上面に装着された光通信素子と、
    　前記パッケージの上面の前記光通信素子と異なる位置に装着された電子回路素子と、
    　前記パッケージの上面の前記光通信素子及び前記電子回路素子と異なる位置に装着され、当該パッケージに設けられた導電性パターンを介して当該電子回路素子へ伝搬される高周波信号に含まれる直流信号を遮断する直流ブロックデバイスと、
    　前記パッケージの上部に設けられ、前記光通信素子、前記電子回路素子、及び前記直流ブロックデバイスを覆う蓋と、を備えた光通信部品であって、
    　前記蓋は、前記パッケージの上面側へ突出し、前記直流ブロックデバイスが存在する領域と、前記光通信素子及び前記電子回路素子が存在する領域と、を区画して分離する分離用突出部を有する
    　ことを特徴とする光通信部品。
  2. 　前記蓋は、グランド電位である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の光通信部品。
  3. 　前記パッケージの前記導電性パターンは、全体として、前記直流ブロックデバイスを介在させるように、当該直流ブロックデバイス、前記電子回路素子、及び前記光通信素子の間を結ぶように配置された高周波配線を含む
    　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信部品。
  4. 　前記高周波配線の一部は、一方のメタルビア配線により前記パッケージの内層に一旦潜ってから再度別の位置の他方のメタルビア配線により表層に戻る配線構造を有する
    　ことを特徴とする請求項３に記載の光通信部品。
  5. 　前記メタルビア配線の表層には、グランド電極が設けられ、
    　前記グランド電極は、前記蓋の前記分離用突出部の先端面と電気的に接続されている
    　ことを特徴とする請求項４に記載の光通信部品。
  6. 　前記グランド電極と、前記蓋の前記分離用突出部の先端面とは、接着剤による接着固定により電気的な接続状態が維持されている
    　ことを特徴とする請求項５に記載の光通信部品。
  7. 　前記接着剤は、前記分離用突出部の先端面近傍の側壁と前記パッケージの表面とを接着固定した非導電性の接着剤であるか、或いは前記グランド電極と当該分離用突出部の先端面との間を接着固定した導電性の接着剤である
    　ことを特徴とする請求項６に記載の光通信部品。
  8. 　前記蓋の材料は、熱伝導率の高い金属材料であり、
    　前記パッケージの材料は、接続相手のプリント配線基板と熱膨張係数が近い
    　ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光通信部品。
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