JP6206919B2 - 高周波モジュール - Google Patents

Description

本発明は、高速で動作する電子デバイス、或いは光デバイスを実装した高周波モジュールに関するものである。

一般的に高周波デバイスを実装するモジュールにおいては、図１に示すように、パッケージ２０の内部と外部を電気的に接続するフィードスルー部６１が設けられ、このフィードスルー部６１に高周波信号線路、電源供給用線路、モニター信号用線路等の電気線路６３が形成されている。フィードスルーの外部端子にはピン、或いはフレキシブル平面回路基板が接続され、それを介して外部のプリント基板等と電気的に接続される。

また、パッケージ２０内には、基板３１上のキャリア３２に、チップ抵抗３５やチップコンデンサ３６等の電気部品や、直接変調半導体レーザアレイや電界吸収型変調器集積半導体レーザアレイ（非特許文献１参照）等の光部品３４が実装されたサブキャリア３３が設けられている。さらにキャリア３２上にはレンズ３７、３８が、パッケージ２０の一端に設けられた光ファイバ１０と光学的に接続するように配置されている。また、パッケージ２０の他端には、パッケージ内の電気部品に電気信号を供給するフィードスルー部６１が設けられている。フィードスルー部６１の上面には、電気信号を供給する電気線路６３が形成されている。この電気線路６３は、パッケージ２０の接続部分において保護部材２１により保護されている。

このようなパッケージ２０内では、実装された電気部品３５、３６等とフィードスルー部６１の電気線路６３とをワイヤにより配線接続を行なっている。したがって、フィードスルー部６１の電気線路６３と基板３１上に実装された電気部品３５、３６とがパッケージ２０内の同じ側に配置されていなければならない。図１では、５本の電気線路６３は、電気部品３５、３６が実装された側と同じ側であるフィードスルー部６１の上面に設けられている。

ここで、図１に示すような高周波デバイスに対しては、ピンやフレキシブル平面回路基板がモジュールのフィードスルー外部端子にハンダ接続される。この接続のためには、隣接する外部端子間の間隔（すなわち電気線路６３の間隔に相当）はある程度の間隔が必要である。したがって外部端子間の間隔を小さくする（概ね０．６ｍｍ以下にする）ことは非常に困難である。しかしながら、パッケージに実装されるデバイスが複数であったり、或いは単体であっても多くの端子を有するデバイスであるためにフィードスルー部６１の電気線路６３が多く必要な場合には、端子間間隔による制約が問題となる。

そこで、限られた幅の中にこれらの電気線路を配置するためにフィードスルーの外部端子側では上下両面に端子を設ける方法が提案されている。この方法では、パッケージ内部ではフィードスルー部の上面に配置されている端子と接続されるパッケージ外部の端子の一部がフィードスルー部の下面に配置されるために、これらを結ぶ電気線路については、ビアを設けてフィードスルー部６１の上面にワイヤ接続用の端子を引き出す必要が生じる。高周波モジュールが装置に実装される形態によって、高周波信号線用の外部端子をフィードスルー部６１の上面に配置する場合と下面に配置する場合との両方が考えられるが、下面に配置する場合では高周波信号線路にビアが設けられることになる。

例えば図２に示すように、フィードスルー部６１の下面に電気配線があり、電気信号はその電気配線を伝搬した上で、フィードスルー部６１を貫通する穴の中に金属導体を埋め込んだビア８３によって、上面に引き出される。このように、フィードスルー部６１の下面からでは電気部品にワイヤ接続することができないので、上面に引き出すためにビア８３が必要になる。（特許文献１参照）

特開２０１１−１２９６９５号公報

藤澤他、「超高速イーサネット用変調器集積光源」、ＮＴＴ技術ジャーナル２０１２．１０、ｐｐ．５３−５６。

このような構造では高周波信号がビアを通過することになるのであるが、高周波信号、特に１０ＧＨｚを超えるような高周波信号については、ビア構造を通過する際に発生する伝播損失が問題となる。

図３の（ａ）はビア８３を伝搬する電気信号の伝搬損失、（ｂ）はビアを伝搬しない（すなわち図１に示すようにフィードスルー部６１の表面に設けられた電気線路６３を伝搬する）電気信号の伝搬損失である。図３（ｂ）は−３ｄＢ帯域として１１ＧＨｚを得ているが、図３（ａ）は６ＧＨｚ付近に大きな損失劣化（ディップ）がある。

本発明は、上述の従来技術の問題に鑑みなされたものであって、本発明の課題は、パッケージ内部においてフィードスルー上面に設置された端子とパッケージ外部においてフィードスルー下面に設けられた端子を、ビアを用いずに接続し、フィードスルーでの高周波伝播損失の少ない高周波パッケージを提供することである。

上記の課題を解決するために、本実施形態の高周波モジュールは、内部に電子デバイスを実装したパッケージと、前記パッケージの外部と内部との間で高周波電気信号を伝播させるフィードスルー部とを備えた高周波モジュールであって、前記フィードスルー部は、前記電子デバイスが実装された面と同じ側の面である第１の面および該第１の面の裏面である第２の面にそれぞれ電気配線が形成され、第２の面上の配線には高周波配線を含む第１の基板と、前記第２の面の高周波配線に接触することにより電気的に接続された高周波配線であって、前記第２の面の配線に対応した高周波配線が形成された第３の面を有する第２の基板とを有し、前記パッケージの外部においては、前記第１の面および前記第２の面の両面が露出されており、前記パッケージの内部においては、前記第１の面、及び前記第３の面が露出されており、前記高周波電気信号は前記フィードスルー部において高さ方向の移動を伴わずに伝搬することを特徴とする高周波モジュールである。

一般的な高周波モジュールの構成を示す図である。 一般的な高周波モジュールの構成を示す図である。 ビアの有無による伝搬損失の変化を示す図である。 本発明の一実施形態における高周波モジュールの説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

本実施形態の高周波モジュールは、内部に電子デバイスを実装したパッケージと、パッケージの外部と内部との間で高周波電気信号を伝播させるフィードスルー部とを備えた高周波モジュールである。フィードスルー部は、電子デバイスが実装された面と同じ側の面である第１の面（上面）および第１の面の裏面である第２の面（下面）にそれぞれ電気配線が形成され、少なくとも第２の面上の配線には高周波配線を含む第１の基板と、第２の面の高周波配線に接触することにより電気的に接続された高周波配線であって、第２の面の高周波配線に対応した高周波配線が形成された第３の面を有する第２の基板とを有している。さらに、フィードスルー部は、前記パッケージの外部においては、前記第１の面および前記第２の面の両面が露出されており、前記パッケージの内部においては、第１の面、及び前記第３の面が露出しているものである。

本実施形態の高周波モジュールは、上記のように構成されているため、高周波信号の伝播損失を増加させずに、パッケージ内部においてフィードスルー上面に設置された端子とパッケージ外部においてフィードスルー下面に設けられた端子とを接続する高周波伝送線路を設けることが可能となる。

（第１の実施形態）
図４は本発明の第１の実施の形態に係る高周波モジュールの構成を示す図面である。図４において、（ａ）はフィードスルー部の構成を示す図であり、（ｂ）はフィードスルー部の基板２の上面の配線パターンを示す図であり、（ｃ）はフィードスルー部の基板２の下面の配線パターンを示す図であり、（ｄ）はフィードスルー部の基板１の上面の配線パターンを示す図である。なお、図４（ｃ）は基板２の上面からの透視図である。

本実施形態の高周波モジュールでは、内部に電子部品（図示せず）を実装したパッケージ２０と、パッケージ２０の内部と外部との間で高周波電気信号を伝播させるフィードスルー部６０とを備えている。フィードスルー部６０は、少なくとも２つの基板が階段状にスライドさせた状態で積層された構成を有している。図４に示す例では、フィードスルー部６０は、２つの配線基板１、２と、１つの保護基板３とが積層された構成を有している。なお、フィードスルー部６０以外の構成は、図１、２に示す従来の高周波デバイスと同様の構成を備えている。

配線基板１、２は、セラミックで構成されたフィードスルー用基板であり、表面に配線パターンが形成されている。配線基板１には少なくとも１つの面１Ｔに配線パターンが形成されており、配線基板２には両面２Ｔ、２Ｂに配線パターンが形成されている。配線基板１、２に形成される配線パターンは、高周波配線４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂと直流配線６ａ、６ｃ、６ｄ、７１、７２、７３、７４、６ｃ、７５、７６、７７、７８である。

配線基板１、２は、積層された構成を有しており、配線基板２の面２Ｂは配線基板１の面１Ｔと直接接触するので、面１Ｔ上の高周波配線４ｂ、５ｂと重なるように面２Ｂ上に高周波配線４ａ、５ａを形成しておくと、面１Ｔ上の線路と面２Ｂ上の高周波配線４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂを電気的に接続することが可能となる。

配線基板１は、パッケージ２０の内部においては、他の配線基板２よりも図示右側に突出しているので、面１Ｔが露出している。図４には示されていないが、パッケージ２０内には電子部品が実装されており、その実装面は面１Ｔと同じ側である。その結果、配線基板１の面１Ｔに形成された配線パターンは、パッケージ２０内部に実装された電子部品とワイヤ接続することができる。

配線基板２は、パッケージ２０の外部においては、他の基板１、３よりも図示左側に突出しているので、面２Ｔ、面２Ｂの両面が露出されている。その結果、配線基板２の面２Ｔ、２Ｂの両面に形成された配線パターンは、配線基板２の面２Ｔ、２Ｂの両面において外部接続することができる。

保護基板３は、セラミックで構成されたフィードスルー用基板であり、配線基板２の面２Ｔに形成された配線パターンとパッケージ２０との絶縁を行なう保護部材として機能する。保護基板３は、パッケージ２０との接続部分において、配線基板２の面２Ｔに接して設けられている。

本実施形態の高周波モジュールによれば、パッケージ２０の外部において配線基板２の下面２Ｂに設けられた高周波信号線路４ａ、５ａとパッケージ２０内部において配線基板１の上面１Ｔに設けられた高周波信号線路４ｂ、５ｂが接続される。ここで、この高周波信号線路４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂの接続にはビアは用いておらず構造上も同一基板上に高周波信号線路を形成したものとほぼ変わらないため、伝播損失の増加は無視できる程度である。すなわち図３（ｂ）の特性が得られる。

また、本実施形態の高周波モジュールでは、パッケージ２０の外部において配線基板２の上面である面２Ｔに設けられた直流用電気線路６ａと、下面である２Ｂ面に設けられた直流用電気線路６ｃをビア６ｂを介して接続し、さらに前述の高周波線路の場合と同様にして２Ｂ面上の直流用電気線路６ｃと３Ｔ面上の直流用電気線路６ｄとを接続している。直流用線路であるため、ビアの存在は問題にはならない。本実施例においては、図に記載されているその他の電気線路はすべて直流用である。

なお、上記ではフィードスルーが３層の場合で説明したが、３層に限るものではなく、２層、４層、もしくは５層以上あっても構わない。また、図４に示す実施形態では、配線基板１、２が左右方向に階段状にスライドさせた状態で積層された構成である場合を例に挙げて説明したが、図示手前方向、奥手方向などいずれの方向にスライドさせてもよい。

また、直流配線６ａ、６ｃ、６ｄ、７１、７２、７３、７４、６ｃ、７５、７６、７７、７８は、低周波用（例えば図３の場合５ＧＨｚ以下）の配線としても構わない。

配線基板１、２、保護基板３として用いられるフィードスルー基板は、通常、セラミック、ＦＲ−４（エポキシ樹脂／ガラス繊維）、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）系樹脂等の上に、金、錫、ニッケル等の配線のメッキ工程によって作られるが、これに限定されるものではない。

１、２ 配線基板
３ 保護基板
４ａ、５ａ、４ｂ、５ｂ 高周波配線
６ａ、６ｃ、６ｄ、７１、７２、７３、７４、６ｃ、７５、７６、７７、７８ 直流配線
１０ 光ファイバ
２０ パッケージ
３１ 基板
３２ キャリア
３３ サブキャリア
３４ 光部品
３５ チップ抵抗
３６ チップコンデンサ
３７、３８ レンズ
６１ フィードスルー部
６３ 電気線路

Claims (2)

1. 内部に電子デバイスを実装したパッケージと、
   前記パッケージの外部と内部との間で高周波電気信号を伝播させるフィードスルー部とを備えた高周波モジュールであって、
   前記フィードスルー部は、前記電子デバイスが実装された面と同じ側の面である第１の面および該第１の面の裏面である第２の面にそれぞれ電気配線が形成され、第２の面上の配線には高周波配線を含む第１の基板と、前記第２の面の高周波配線に接触することにより電気的に接続された高周波配線であって、前記第２の面の配線に対応した高周波配線が形成された第３の面を有する第２の基板とを有し、
   前記パッケージの外部においては、前記第１の面および前記第２の面の両面が露出されており、前記パッケージの内部においては、前記第１の面、及び前記第３の面が露出されており、前記高周波電気信号は前記フィードスルー部において高さ方向の移動を伴わずに伝搬することを特徴とする高周波モジュール。
2. 前記第１の面、前記第２の面および前記第３の面には、低周波用配線または直流配線を有し、前記第１の面に形成された低周波用配線または直流配線は、ビアを通して第２の面に形成された低周波用配線または直流配線に電気的に接続し、前記第２の面に形成された低周波用配線または直流配線は、前記第３の面に形成された低周波用配線または直流配線と接触することにより電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の高周波モジュール。
   

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