JP2001308130A - 高周波回路及びそれを実装したモジュール、通信機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘電体基板とヒートシンクとを接続するボン
ディングワイヤのワイヤ長を短くすることなく、モジュ
ールの高周波特性の劣化を防止する。 【解決手段】 高周波信号を伝送する信号線と容量を有
する素子とを第一ボンディングワイヤで接続し、前記素
子とインピーダンス整合用の終端抵抗とを第二ボンディ
ングワイヤで接続してなる高周波回路において、前記第
一，第二ボンディングワイヤ及び前記素子で形成される
伝送線路の特性インピーダンスの大きさが、該高周波信
号の入力側の特性インピーダンスの大きさ以上であり、
且つ前記第一ボンディングワイヤのインダクタンスより
も、前記第二ボンディングワイヤのインダクタンスが大
きいことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信機、携帯電
話機などの通信機、それに搭載される高周波回路及びそ
れを実装したモジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光通信などの通信機では、光源で
ある半導体レーザの出力光を直接に強度変調や周波数変
調する手法、又は光源である半導体レーザの出力光を別
に作られた変調器により強度変調や周波数変調、位相変
調する等の手法により変調したデータを、光ファイバな
どの情報伝達媒体を通じて受信側の通信装置へ送信して
いる。

【０００３】この際用いられる外部変調器は、単独でモ
ジュール化されたり、光源となる半導体レーザなどと集
積化された変調器集積化光源としてモジュール化される
ことが多い。

【０００４】ところで、近年、光通信において送受信さ
れるデータは高ビットレート化しており、送信データが
受信側へ誤りなく伝達されるためには、特に、変調器に
おける高周波特性の向上を図ることが要求されている。

【０００５】図７は、従来のモジュール内部の平面図及
び断面図である。図７（ｂ）に示すように、導電性のベ
ース基板１上に、アルミナなどの誘電体基板２、変調器
集積化光源９，１０を冷却するためのヒートシンク３及
び高周波整合用の終端抵抗であるところのマッチング抵
抗４を設けている。

【０００６】また、図７（ａ）に示すように、誘電体基
板２にはコプレーナ型の高周波信号を転送する信号線７
及びグランド（ＧＮＤ）８が形成されている。さらに、
ヒートシンク３上には、光通信に用いる光源である半導
体レーザ９と、その光を変調する外部変調器１０とが集
積された変調器集積化光源が設けられている。

【０００７】さらに、ビアホール１１によって、ヒート
シンク３及びマッチング抵抗４とベース基板１とが電気
的に接続されている。そして、信号線７と外部変調器１
０とがボンディングワイヤ５，６により接続されてい
る。

【０００８】ここで、誘電体基板２と外部変調器１０と
の間の距離を短くすることによって、ボンディングワイ
ヤ５，６のワイヤ長を各々短くすることにより、ボンデ
ィングワイヤ５，６のインダクタンス成分を小さくし
て、高周波特性が劣化しないようにしている。

【０００９】なお、たとえば、特開平１０−２７５９５
７号公報にも、上記と同様に、ボンディングワイヤのワ
イヤ長を短くして、高周波特性が劣化しないようにした
マイクロストリップラインを伝送線路として信号線等を
形成してなる光半導体チップキャリアについて記載され
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、信号線と外部
変調器とを接続するボンディングワイヤ長を短くする
と、ボンディングワイヤで生じるインダクタンスは小さ
くなるものの、設計上、誘電体基板と集積化光源チップ
との間の距離を短くすることができず、各ボンディング
ワイヤのワイヤ長を短くすることができない場合が多
く、このインダクタンスが完全になくなることはない。
したがって、これらの各ボンディングワイヤのワイヤ長
を短くしても、モジュールの高周波特性の劣化防止には
限界がある。

【００１１】そこで、本発明は、誘電体基板と外部変調
器とを接続するボンディングワイヤのワイヤ長を短くす
るという従来の手法を用いることなく、モジュールの高
周波特性の劣化を防止することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、高周波信号を
伝送する信号線と容量を有する素子とを第一ボンディン
グワイヤで接続し、前記素子とインピーダンス整合用の
終端抵抗とを第二ボンディングワイヤで接続してなる高
周波回路において、前記第一，第二ボンディングワイヤ
及び前記素子で形成される特性インピーダンスの大きさ
が、該高周波信号の入力側の特性インピーダンスの大き
さ以上であり、且つ前記第一ボンディングワイヤのイン
ダクタンスよりも、前記第二ボンディングワイヤのイン
ダクタンスが大きいことを特徴とする。

【００１３】また、本発明のモジュールは、少なくとも
上記高周波回路が実装されていることを特徴とする。

【００１４】さらに、本発明の通信機は、上記モジュー
ルを搭載することを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施形態のモジュール内
部の平面図及び断面図である。図１（ｂ）に示すよう
に、導電性のベース基板１上に、アルミナなどの誘電体
基板２、半導体レーザ９と外部変調器１０を冷却するた
めのヒートシンク３及び高周波整合用の終端抵抗である
ところのマッチング抵抗４を設けている。なお、本実施
形態では、半導体レーザ９と外部変調器１０を集積化し
た変調器集積化光源を用いている。

【００１７】また、図１（ａ）に示すように、誘電体基
板２にはコプレーナ型信号線７及びグランド（ＧＮＤ）
８が形成されている。さらに、ヒートシンク３上には、
光通信に用いる変調器集積化光源が設けられている。ま
た、半導体レーザ９には、給電量ボンディングワイヤに
よって給電されている。なお、信号線７及びグランド８
は、マイクロストリップライン型の伝送線路としてもよ
い。

【００１８】また、ビアホール１１によって、ヒートシ
ンク３、マッチング抵抗４及びグランド８とベース基板
１とが電気的に接続されている。そして、信号線７と外
部変調器１０とが第一ボンディングワイヤ５により接続
され、マッチング抵抗４と外部変調器１０とが第二ボン
ディングワイヤ６により接続されている。

【００１９】なお、図１（ａ）において、第一ボンディ
ングワイヤ５，６を共通のボンディングパッドを用いて
外部変調器１０に接続している。また、第一ボンディン
グワイヤ５，６は、後述するように、所定の要件下で相
互の長さに制限を設けている。

【００２０】さらに、図１では、マッチング抵抗４を、
ヒートシンク３を挟んで誘電体基板２と反対側に形成し
て、ボンディングパッドを第一ボンディングワイヤ５，
６とで共通にしている場合を示しているが、図２に示す
ように、マッチング抵抗４を誘電体基板２側に形成し
て、第一ボンディングワイヤ５，６毎にそれぞれ別の第
一、第二ボンディングパッド１３，１４を形成してもよ
い。

【００２１】また、図３に示すように、ヒートシング３
上にアイランド１６を設けてアイランド１６と信号線７
とを第一ボンディングワイヤ５を介して接続し、アイラ
ンド１６と外部変調器１０とを第三ボンディングワイヤ
１７で接続し、アイランド１６とマッチング抵抗４とを
第二ボンディングワイヤ６で接続してもよい。

【００２２】ちなみに、図２に示すようにボンディング
パッドを２つにしている理由は、第一，第二ボンディン
グワイヤ５，６の重ね打ちを防ぐためである。また、図
３に示すようにアイランド１６を設けると、モジュール
の製造時の検査において、第二ボンディングワイヤ６を
ボンディングする前に外部変調器の光/電気特性を調
べ、この結果がよいものに対してのみ第二ボンディング
ワイヤ６をボンディングするということができるように
なる。

【００２３】図４は、第一ボンディングワイヤ５のイン
ダクタンスを、たとえば０．６ｎＨに設定して第二ボン
ディングワイヤ６のインダクタンスを変えたときに得ら
れるＳパラメータを示す図であり、図４（ａ）にＳ１１
として高周波反射特性を示し、図４（ｂ）にＳ２１とし
て周波数応答特性を示している。

【００２４】図４では、第二ボンディングワイヤ６のイ
ンダクタンスを、０．２ｎＨ，０．６ｎＨ，１．０ｎ
Ｈ，１．２ｎＨという４つの場合を図示している。図４
（ａ）に示すように、第二ボンディングワイヤ６のイン
ダクタンスが、第一ボンディングワイヤ５のインダクタ
ンスより小さいＬ２＝０．２，０．６ｎＨの場合には、
周波数１０ＧＨｚのときに、ＲＦリターンロスが−１０
ｄＢを超え、高周波反射特性が劣化する。

【００２５】一方、第二ボンディングワイヤ６のインダ
クタンスが、第一ボンディングワイヤ５のインダクタン
ス以上のＬ２＝１．０，１．２ｎＨの場合には、周波数
１０ＧＨｚのときに、ＲＦリターンロスが−１０ｄＢを
超えず、高周波反射特性は劣化していない。

【００２６】また、図４（ｂ）に示すように、−３ｄＢ
ダウンの帯域では、第二ボンディングワイヤ６のインダ
クタンスが、第一ボンディングワイヤ５のインダクタン
スより小さい場合には伸張する。一方、第二ボンディン
グワイヤ６のインダクタンスが、第一ボンディングワイ
ヤ５のインダクタンス以上の場合には、ほとんど変化し
ない。

【００２７】したがって、第一ボンディングワイヤ５，
６の各ワイヤインダクタンスは、Ｌ１≦Ｌ２となるよう
に設定するのが好ましい。Ｌ１≦Ｌ２とするためには、
たとえば第一ボンディングワイヤ５のワイヤ長の方を、
第二ボンディングワイヤ６のワイヤ長より短くすればよ
い。そのため、本実施形態では、第一ボンディングワイ
ヤ５のワイヤ長をたとえば０．６ｍｍ、第二ボンディン
グワイヤ６のワイヤ長をたとえば１．０ｍｍとしてい
る。

【００２８】ちなみに、第一ボンディングワイヤ５，６
のワイヤ長をこのように設定すると、図４（ａ），図４
（ｂ）に示すように、Ｓ２１の３ｄＢ帯域は１５ＧＨ
ｚ、このときの１０ＧＨｚにおけるＳ１１は−１０ｄＢ
となる。

【００２９】なお、図５は、図４（ｂ）に示すＳ２１の
３ｄＢダウン帯域、及び１０ＧＨｚにおけるＳ１１を第
一ボンディングワイヤ５，６のワイヤインダクタンスＬ
１，Ｌ２をパラメータとして示す図であり、第一ボンデ
ィングワイヤ５，６のワイヤインダクタンスＬ１，Ｌ２
は、相互に依存することを示している。

【００３０】図５に示すように、Ｌ１≦Ｌ２とすると、
Ｓ１１をそれほど劣化させずに、Ｓ２１の３ｄＢ帯域を
インピーダンスマッチングの状態とさほど変化なく保つ
ことができる。

【００３１】なお、Ｌ１≦Ｌ２という条件を満たせば、
実装上の位置ズレなどによって第二ボンディングワイヤ
６のワイヤ長が変わることによりインダクタンスＬ２が
変化しても、特性上の大きな変化は生じない。これは、
第二ボンディングワイヤ６のワイヤ長の変化に対するＳ
２１の変化トレランスを拡大することができることを意
味している。

【００３２】さらに、図５に示すように、たとえばＬ１
＝０．４ｎＨ，Ｌ２＝０．８ｎＨ、Ｌ１＝０．６ｎＨ，
Ｌ２＝１．２ｎＨ、Ｌ１＝０．８ｎＨ，Ｌ２＝１．６ｎ
Ｈのとき、すなわち、Ｌ１とＬ２の間に、およそ ２×Ｌ１＝Ｌ２ という関係が成立するように、第一ボンディングワイヤ
５，６の長さを決定することで、Ｓ１１を最良とするこ
とができる。

【００３３】ここで、第一ボンディングワイヤ５，６の
ワイヤインダクタンスをそれぞれＬ１，Ｌ２とし、外部
変調器１０の容量をＣとすると、外部変調器１０の容量
と第一ボンディングワイヤ５，６の各ワイヤインダクタ
ンスによって形成されるＬＣ伝送線路の特性インピーダ
ンスＺは、 Ｚ＝√（Ｌ１＋Ｌ２）／Ｃ となる。

【００３４】また、ＬＣ伝送線路の特性インピーダンス
Ｚと入力信号線路の特性インピーダンスＺ₀とを一致さ
せると、Ｓ２１が極大となり、Ｓ１１は極小となる。し
かし、実用上、Ｓ２１及びＳ１１が同時にそれぞれ極
大、極小となっている必要はない。

【００３５】たとえば、実用上は、図６の様に、インピ
ーダンスミスマッチにより、Ｓ１１が極小となっても、
Ｓ２１は極大とならないことが生ずるが、この場合も、
Ｓ２１が適当な基準値を越えて（図６では、１４ＧＨｚ
を基準値とする）いれば、その範囲内でＳ１１が小さい
方が望ましい。

【００３６】図６の例では、Ｌ１＝０．４ｎＨ，Ｌ２＝
０．８ｎＨ、Ｃ＝０．４８ｐＦの時、Ｚ＝５０Ω、Ｌ１
＝０．６ｎＨ，Ｌ２＝１．２ｎＨ、Ｃ＝０．４８ｐＦの
時、Ｚ＝６１Ωとなる。すなわち、通常、特性インピー
ダンスＺ₀＝５０Ωであるから、Ｚ≧Ｚ₀となるようにす
ることが好ましい。

【００３７】図６は、本実施形態のモジュールと従来技
術のモジュールとの高周波反射特性及び周波数応答特性
を示す図である。なお、本実施形態のモジュールは、Ｚ
＝Ｚ ₀＝５０Ω、Ｌ１＝０．６ｎＨ，Ｌ２＝１．４ｎＨ
とした図１の場合を示し、従来技術のモジュールは、Ｌ
１＝０．３ｎＨ，Ｌ２＝０．２ｎＨとした図７の場合を
示している。

【００３８】図６に示すように、本実施形態のモジュー
ルと従来技術のモジュールとの高周波反射特性及び周波
数応答特性をぞれぞれ比較すると、高周波反射特性Ｓ１
１は６ｄＢくらい向上し、周波数応答特性Ｓ２１は、２
ＧＨｚくらい向上している様子が分かる。

【００３９】以上説明したように、本実施形態では、Ｌ
Ｃ伝送線路の特性インピーダンスＺの大きさを、入力信
号側の特性インピーダンスＺ₀の大きさ以上とし、且つ
第一ボンディングワイヤ５のワイヤインダクタンスＬ１
を、第二ボンディングワイヤ６のワイヤインダクタンス
Ｌ２より小さくすることで、モジュールの高周波特性を
向上させている。

【００４０】なお、本実施形態では、モジュールの高周
波特性を向上させる場合を例に説明したが、高周波信号
を伝送する信号線と容量を有する素子とをボンディング
ワイヤで接続し、その素子と高周波整合用の終端抵抗と
を他のボンディングワイヤで接続してなる高周波回路で
あれば、上記と同様の条件により高周波特性を向上させ
ることができる。

【００４１】また、上記モジュールを、光通信などにお
ける通信機や携帯電話機などの移動体通信機の変調部分
として搭載することで、高周波特性に優れた通信機を提
供することができる。

【００４２】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明による
と、高周波信号を伝送する信号線と容量を有する素子と
を接続する第一ボンディングワイヤのインダクタンスよ
りも、その素子とインピーダンス整合用の終端抵抗とを
接続する第二ボンディングワイヤのインダクタンスを大
きくしているため、誘電体基板とヒートシンクとを接続
するボンディングワイヤのワイヤ長を短くすることな
く、モジュールの高周波特性の劣化を防止することがで
き、第二ボンディングワイヤ長に対するトレランスを大
きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態のモジュール内部の平面図及
び断面図である。

【図２】図１とマッチング抵抗の形成位置を変えボンデ
ィングワイヤ毎にボンディングパッドを形成したモジュ
ール内部の平面図である。

【図３】図１のヒートシンク３上にアイランドを設けて
アイランドと信号線、アイランドと変調器、アイランド
とマッチング抵抗とをそれぞれボンディングワイヤで接
続したモジュール内部の平面図である。

【図４】ボンディングワイヤのインダクタンスを変えた
ときに得られるＳパラメータを示す図である。

【図５】図４（ｂ）のＳ２１の３ｄＢダウン帯域、及び
１０ＧＨｚにおけるＳ１１の各ボンディングワイヤのワ
イヤインダクタンスをパラメータとしたときの様子を示
す図である。

【図６】本実施形態を用いたモジュールと従来技術を用
いたモジュールとの高周波反射特性及び周波数応答特性
を示す図である。

【図７】従来のモジュール内部の平面図及び断面図であ
る。

【符号の説明】 １ ベース基板 ２ 誘電体基板 ３ ヒートシンク ４ マッチング抵抗 ５ 第一ボンディングワイヤ ６ 第二ボンディングワイヤ ７ 信号線 ８ グランド（ＧＮＤ） ９ 半導体レーザ １０ 外部変調器 １１ ビアホール １３ 第一ボンディングパッド １４ 第二ボンディングパッド １６ アイランド １７ 第三ボンディングワイヤ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高周波信号を転送する信号線と容量を有
   する素子とを第一ボンディングワイヤで接続し、前記素
   子とインピーダンス整合用の終端抵抗とを第二ボンディ
   ングワイヤで接続してなる高周波回路において、 前記第一，第二ボンディングワイヤ及び前記素子で形成
   される特性インピーダンスの大きさが、該高周波信号の
   入力側の特性インピーダンスの大きさ以上であり、且つ
   前記第一ボンディングワイヤのインダクタンスよりも、
   前記第二ボンディングワイヤのインダクタンスが大きい
   ことを特徴とする高周波回路。
2. 【請求項２】 前記第一，第二ボンディングワイヤと前
   記素子との接続部分の各々を別に設けていることを特徴
   とする請求項１に記載の高周波回路。
3. 【請求項３】 前記信号線と前記素子とをアイランドを
   介するようにボンディングワイヤで接続し、該アイラン
   ドと前記終端抵抗とをボンディングワイヤで接続するこ
   とを特徴とする請求項１又は２に記載の高周波回路。
4. 【請求項４】 前記素子として変調器を用いることを特
   徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の高周波
   回路。
5. 【請求項５】 前記第二ボンディングワイヤのインダク
   タンスの大きさを、前記第一ボンディングワイヤのイン
   ダクタンスの２倍の大きさとすることを特徴とする請求
   項１から４のいずれか１項に記載の高周波回路。
6. 【請求項６】 少なくとも請求項１から５のいずれか１
   項に記載の高周波回路を実装することを特徴とするモジ
   ュール。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のモジュールを搭載する
   ことを特徴とする通信機。