JP2002329920A - Optical module - Google Patents

Optical module

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JP2002329920A
JP2002329920A JP2001133231A JP2001133231A JP2002329920A JP 2002329920 A JP2002329920 A JP 2002329920A JP 2001133231 A JP2001133231 A JP 2001133231A JP 2001133231 A JP2001133231 A JP 2001133231A JP 2002329920 A JP2002329920 A JP 2002329920A
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JP
Japan
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optical
semiconductor laser
optical module
thermal conductivity
package
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Application number
JP2001133231A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsuhide Setoguchi
勝秀 瀬戸口
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical module in which an optical fiber and an optical element can be connected surely and with a simple constitution, which can be miniaturized without mounting a thermoelectric cooling element and an optical-output monitoring device, whose heat dissipating property is superior, and which is of long-term stability and superior in a high-speed property. SOLUTION: The optical module M is formed in such a way that an element mounting substrate 3 on which an optical semiconductor element 1 used to perform a transmitting operation or a receiving operation is arranged and installed is housed inside a package 9. The substrate 3 is arranged and installed on a baseplate 13 for heat dissipation constituting the bottom face of the package 9. The substrate 3 and the baseplate 13 are constituted of materials having thermal conductivity of 150 W(m.K) or more.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバ
通信や光インターコネクションといった光伝送の送受信
に使用される光モジュールに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical module used for transmitting and receiving optical transmission such as optical fiber communication and optical interconnection.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体レーザから発せられる光信
号を、レンズを介して光ファイバに光接続する光モジュ
ールの場合、半導体レーザの発熱を防止するために、冷
却素子上に半導体レーザが配置される構造がとられてい
た。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the case of an optical module in which an optical signal emitted from a semiconductor laser is optically connected to an optical fiber via a lens, the semiconductor laser is disposed on a cooling element in order to prevent heat generation of the semiconductor laser. Structure was taken.

【0003】例えば、特公平6−105819号公報に
開示されている光モジュールは、図6に示すように、気
密パッケージ107内に、半導体レーザ101、光ファ
イバ102、これら両者を光結合するレンズ光学系10
3,104、及びモニタ用フォトダイオード105が収
納されており、さらにこの気密パッケージを収容するケ
ーシング110の側面において、スリーブ106で被覆
された光ファイバ102を、前記光結合状態を保つよう
に固定されている。
For example, an optical module disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-105819 discloses a semiconductor laser 101 and an optical fiber 102 in a hermetically sealed package 107 as shown in FIG. System 10
The optical fiber 102 covered with the sleeve 106 is fixed on the side surface of the casing 110 that houses the airtight package so as to maintain the optical coupling state. ing.

【0004】また、気密パッケージ107の一部には、
半導体レーザ101と光ファイバ102との光結合部の
周囲温度を検出する温度検出手段108が設けられてい
る。さらに、気密パッケージ107の下方には、この温
度検出手段108が前記光結合部周囲の温度上昇を検出
した時に、このパッケージ107を備えて成る半導体レ
ーザモジュール自体の温度が一定になるように制御する
電子冷却素子109が設けられている。
A part of the airtight package 107 includes:
A temperature detecting means 108 for detecting an ambient temperature of an optical coupling portion between the semiconductor laser 101 and the optical fiber 102 is provided. Further, below the airtight package 107, when the temperature detecting means 108 detects a temperature rise around the optical coupling portion, the temperature of the semiconductor laser module including the package 107 is controlled to be constant. An electronic cooling element 109 is provided.

【0005】また、ケーシング110には、光ファイバ
102の取出し孔111、および半導体レーザ101、
温度検出手段108、電子冷却素子109等の各端子に
結線された気密封止端子112が設けられている。
A casing 110 has a hole 111 for taking out an optical fiber 102, a semiconductor laser 101,
A hermetic sealing terminal 112 connected to each terminal such as the temperature detecting means 108 and the electronic cooling element 109 is provided.

【0006】また、半導体レーザモジュールを構成する
気密パッケージ107は、これと前述したケーシング1
10との間に空間が生じるように配置され、さらに、電
子冷却素子109は、気密パッケージ107とケーシン
グ110との間に介在され、かつ気密パッケージ107
の外表面と、ケーシング110の内壁面に接するように
配置され、光ファイバ102は、ケーシング110の取
り出し孔113を介して、このケーシング110の外部
に導出されている。そして、半導体レーザモジュールと
ケーシング110とを、各々が有する気密封止端子11
2のみで接続されている。
[0006] The hermetic package 107 constituting the semiconductor laser module is provided with the casing 1 described above.
10 and a thermoelectric cooling element 109 is interposed between the hermetic package 107 and the casing 110 and is hermetically sealed.
The optical fiber 102 is led out of the casing 110 through a take-out hole 113 of the casing 110 so as to be in contact with the outer surface of the casing 110 and the inner wall surface of the casing 110. Then, the hermetic sealing terminals 11 each having the semiconductor laser module and the casing 110 are provided.
2 only.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た光モジュールにおいては、以下に示す課題がある。
However, the above-mentioned optical module has the following problems.

【0008】まず、光結合周囲の温度変化が生じた場合
においても、安定した光出力を得るために、半導体レー
ザを電子冷却素子上に配置する必要がある。
First, even when the temperature around the optical coupling changes, it is necessary to arrange the semiconductor laser on the electronic cooling element in order to obtain a stable optical output.

【0009】また、電子冷却素子の温度を安定化させる
ために、温度検出器も同一の電子冷却素子上に配置させ
る必要があった。
Further, in order to stabilize the temperature of the electronic cooling element, it is necessary to arrange the temperature detector on the same electronic cooling element.

【0010】また、半導体レーザの後方からの出射光を
検出するためのモニタ用フォトダイオードも半導体レー
ザの後方に配置させる必要があった。そして、このモニ
タ用フォトダイオードは、一般に面受光型であるため、
セラミックス等から成るサブキャリアに予め実装したも
のを光軸にあわせて配置させる必要があった。そのた
め、スペース的にも光モジュールを小型化することは困
難であった。
In addition, a monitoring photodiode for detecting light emitted from behind the semiconductor laser has to be arranged behind the semiconductor laser. In addition, since the monitor photodiode is generally a surface light receiving type,
It was necessary to arrange a sub-carrier made of ceramics or the like, which had been mounted in advance, in alignment with the optical axis. Therefore, it was difficult to reduce the size of the optical module in terms of space.

【0011】さらに、電子冷却素子、温度検出器、及び
モニタ用フォトダイオードを制御するための電気回路も
煩雑になる上に、光モジュールを駆動させる装置自体も
複雑化させ、ひいては、光通信システム自体を複雑化さ
せ、通信コストを上昇させる要因ともなっている。
Further, the electric circuit for controlling the electronic cooling element, the temperature detector, and the monitoring photodiode becomes complicated, and the device for driving the optical module itself becomes complicated, and, consequently, the optical communication system itself And increase communication costs.

【0012】そこで、最近では半導体レーザを非冷却で
駆動できる新しい半導体レーザが開発されている。しか
しながら、この非冷却型半導体レーザにおいても、半導
体レーザの温度上昇が問題となり、放熱性に優れた実装
方法が望まれている。
Therefore, recently, a new semiconductor laser capable of driving the semiconductor laser without cooling has been developed. However, even in this non-cooled type semiconductor laser, a rise in the temperature of the semiconductor laser becomes a problem, and a mounting method excellent in heat dissipation is desired.

【0013】また、特に、光ファイバ増幅器等に用いら
れる励起用半導体レーザにおいては、半導体レーザから
の光出力が300mW以上と非常に大きく、印加する電
流も400〜500mWまたはこれ以上となり、半導体
レーザが高温で発熱してしまい安定した動作が得られな
いといった課題があった。一般的に、非冷却型の半導体
レーザであっても、半導体レーザの駆動時の温度上昇は
10℃以下に抑える必要があり、このような、高出力半
導体レーザを効率良く放熱するための実装構造は困難で
あった。
Particularly, in a semiconductor laser for excitation used in an optical fiber amplifier or the like, the light output from the semiconductor laser is very large at 300 mW or more, and the applied current is 400 to 500 mW or more. There is a problem that heat is generated at a high temperature and stable operation cannot be obtained. Generally, even in the case of an uncooled type semiconductor laser, it is necessary to suppress the temperature rise when the semiconductor laser is driven to 10 ° C. or less, and a mounting structure for efficiently dissipating such a high-power semiconductor laser. Was difficult.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の光モジュールは、光半導体素子を配設した
素子実装基体を気密パッケージ内に収容して成る光モジ
ュールであって、前記素子実装基体を前記気密パッケー
ジの底面を構成する放熱用底板上に配設して成るととも
に、前記素子実装基体及び前記放熱用底板が150W/
(m・K)以上の熱伝導率を有する材料で構成されてい
ることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an optical module according to the present invention is an optical module in which an element mounting base on which an optical semiconductor element is provided is housed in an airtight package. An element mounting base is disposed on a heat-dissipating bottom plate constituting a bottom surface of the hermetic package, and the element mounting base and the heat-dissipating bottom plate are each 150 W /
It is characterized by being made of a material having a thermal conductivity of (m · K) or more.

【0015】また特に、前記放熱用底板は外部基板に取
付けるための延出部を備えていること、また、前記光半
導体素子が半導体レーザであり、且つ該半導体レーザか
ら前記気密パッケージの外部へ光信号を出射するように
成したこと、また、前記半導体レーザからの光信号が、
レンズを介して前記気密パッケージの外部へ出射される
ように成すとともに、前記レンズが50W/(mK)以
下の熱伝導率を有する部材を介して前記素子実装基体に
固定されていることを特徴とする。
In particular, the heat-dissipating bottom plate has an extension for attaching to an external substrate, and the optical semiconductor element is a semiconductor laser, and the light is transmitted from the semiconductor laser to the outside of the hermetic package. Signal is emitted, and the optical signal from the semiconductor laser is
The light is emitted to the outside of the hermetic package via a lens, and the lens is fixed to the element mounting base via a member having a thermal conductivity of 50 W / (mK) or less. I do.

【0016】具体的には、例えば、光ファイバと、この
光ファイバに光接続される光半導体素子とを備えた光モ
ジュールであって、少なくとも光ファイバと光半導体素
子は、レンズ結合光学系にて光接続されるとともに、光
半導体素子は筐体内に気密封止され、筐体側壁部に光結
合を行なうための、石英、サファイアの単結晶ガラス、
または多結晶ガラスからなる透明窓部が形成されたこと
を特徴とする。
Specifically, for example, an optical module including an optical fiber and an optical semiconductor element optically connected to the optical fiber, wherein at least the optical fiber and the optical semiconductor element are connected by a lens coupling optical system. While being optically connected, the optical semiconductor element is hermetically sealed in a housing, and a single crystal glass of quartz or sapphire for optically coupling to a side wall of the housing.
Alternatively, a transparent window portion made of polycrystalline glass is formed.

【0017】また、特に筐体の底部は、熱伝導率が15
0W/(m・K)以上を持つ金属基体で構成され、側壁
部にはメタライズされたセラミックで構成された電気端
子を備えるとよい。
In particular, the bottom of the housing has a thermal conductivity of 15%.
It is preferable to provide an electric terminal made of a metal substrate having 0 W / (m · K) or more, and a side wall portion made of metallized ceramic.

【0018】また、光ファイバに光接続される光半導体
素子もしくは、光半導体素子を保持する基体は、熱伝導
率が150W/(m・K)以上の金属もしくはセラミッ
クからなる基体に実装固定されるとともに、光半導体素
子に光接続される少なくとも1つのレンズが、熱伝導率
50W/(m・K)以下の金属筐体に保持されるととも
に、光半導体素子と前記レンズ間隔に等しい厚みをもつ
熱伝導率50W/(m・K)以下の金属基体を介し、金
属もしくはセラミックからなる基体に接合するとよい。
The optical semiconductor element optically connected to the optical fiber or the base holding the optical semiconductor element is mounted and fixed on a base made of metal or ceramic having a thermal conductivity of 150 W / (m · K) or more. In addition, at least one lens optically connected to the optical semiconductor element is held in a metal casing having a thermal conductivity of 50 W / (m · K) or less, and has a thickness equal to the distance between the optical semiconductor element and the lens. It is preferable to join to a metal or ceramic substrate via a metal substrate having a conductivity of 50 W / (m · K) or less.

【0019】さらに、筐体底部には、外部放熱基体に固
定するための凸部、または固定するための孔部を設ける
とよい。
Furthermore, it is preferable to provide a convex portion for fixing to the external heat dissipation base or a hole for fixing to the bottom of the housing.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings schematically shown.

【0021】図1に本発明に係わる光モジュールMを放
熱基体20上に電気回路基板19を介して配設した様子
を示す斜視図を、図2に光ジュールMの分解斜視図を、
図3に光モジュールMの断面図をそれぞれ示す。
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which an optical module M according to the present invention is disposed on a heat dissipation base 20 via an electric circuit board 19, and FIG. 2 is an exploded perspective view of the optical module M.
FIG. 3 is a sectional view of the optical module M.

【0022】本発明による光モジュールMは、光半導体
素子である半導体レーザ1を配設した素子実装基体を構
成するチップキャリア2,金属基体3を筐体9等で構成
された気密パッケージに収容して成る。そして、前記素
子実装基体を前記気密パッケージの底面を構成する放熱
用底板13上に配設して成るとともに、前記素子実装基
体及び放熱用底板13が150W/(m・K)以上の熱
伝導率を有する材料で構成されている。
In an optical module M according to the present invention, a chip carrier 2 and a metal substrate 3 which constitute an element mounting substrate on which a semiconductor laser 1 as an optical semiconductor element is disposed are housed in an airtight package composed of a casing 9 and the like. Consisting of The element mounting base is disposed on the heat-dissipating bottom plate 13 constituting the bottom surface of the hermetic package, and the element mounting base and the heat-dissipating bottom plate 13 have a thermal conductivity of 150 W / (m · K) or more. And a material having

【0023】放熱用底板13は外部基板である放熱基体
20に取付けるための延出部を備えている。
The heat-dissipating bottom plate 13 has an extension for attaching to a heat-dissipating base 20 which is an external substrate.

【0024】また、半導体レーザ1からの光信号が、レ
ンズ16を介して前記気密パッケージの外部へ出射され
るように成すとともに、レンズ16が50W/(mK)
以下の熱伝導率を有する部材(光が通過できるように枠
状を成す金属板5)を介して前記素子実装基体に固定さ
れていることを特徴とする。
Further, an optical signal from the semiconductor laser 1 is emitted through the lens 16 to the outside of the hermetic package, and the lens 16 is driven at 50 W / (mK).
It is fixed to the element mounting base via a member having the following thermal conductivity (a metal plate 5 having a frame shape so that light can pass).

【0025】具体的には、例えば、発光用の光半導体素
子である半導体レーザ1が、配線の施された筐体9によ
り気密封止されており、気密パッケージを構成する筐体
9の側壁に半導体レーザ1に給電するためのリード10
が配設された電気端子12が設置されている。また、半
導体レーザ1からの光信号を外部に取り出すために、筐
体9の外に設置した光ファイバ8と光結合をとる形態と
なっている。また、半導体レーザ1で発生する熱は、筐
体9の放熱用底板13より、光モジュール下部に設置さ
れた放熱基体20に放熱する形態であり、放熱基体20
の上部に、光モジュールMに給電するための電気回路基
板19が配置され、筐体9の電気端子12が接続された
形態となっている。
More specifically, for example, the semiconductor laser 1 as an optical semiconductor element for light emission is hermetically sealed by a case 9 provided with wiring, and is provided on a side wall of the case 9 constituting an airtight package. Lead 10 for supplying power to semiconductor laser 1
Is installed. In addition, in order to take out an optical signal from the semiconductor laser 1, the optical signal is optically coupled to an optical fiber 8 provided outside the housing 9. The heat generated by the semiconductor laser 1 is radiated from the heat radiation bottom plate 13 of the housing 9 to the heat radiation base 20 provided below the optical module.
An electric circuit board 19 for supplying power to the optical module M is arranged above the optical module M, and the electric terminals 12 of the housing 9 are connected.

【0026】さらに、光モジュールMの構造の詳細につ
いて説明する。半導体レーザ1は、熱伝導率が160W
/(m・K)の窒化アルミを主原料としたセラミック製
のチップキャリア2にAuSnはんだにて実装固定され
ている。
Further, the structure of the optical module M will be described in detail. The semiconductor laser 1 has a thermal conductivity of 160 W
/ (M · K) is mounted and fixed on a ceramic chip carrier 2 mainly made of aluminum nitride with AuSn solder.

【0027】ここで、半導体レーザ1はInxGa1−
yAs1−yPy系やAlxGa1−xAs系の半導体
レーザ等とする。半導体レーザ1は、一般にバーンイン
と称される特性評価を行なう必要があり、このチップキ
ャリア2に実装して評価することが望ましい。この半導
体レーザ1を配設するチップキャリア2は、熱伝導率が
200W/(m・K)の20%重量の銅を含有した銅−
タングステン合金を主原料とし、金属基体3にAuSn
はんだにて接合される。
Here, the semiconductor laser 1 is made of InxGa1-
A yAs1-yPy-based or AlxGa1-xAs-based semiconductor laser is used. The semiconductor laser 1 needs to be evaluated for characteristics generally called burn-in, and it is desirable to mount the semiconductor laser 1 on the chip carrier 2 for evaluation. The chip carrier 2 on which the semiconductor laser 1 is disposed is made of copper-containing copper having a thermal conductivity of 200 W / (m · K) and containing 20% by weight of copper.
Using a tungsten alloy as a main material, AuSn
Joined with solder.

【0028】半導体レーザ1と光接続される光ファイバ
8は、ステンレス製の金具7に圧入されたジルコニアセ
ラミックス製のフェルール17に、エポキシ系の接着剤
18にて固定されたファイバピグテール7に構成されて
いる。
The optical fiber 8 optically connected to the semiconductor laser 1 is constituted by a fiber pigtail 7 fixed to a ferrule 17 made of zirconia ceramics press-fitted in a metal fitting 7 made of stainless steel and an epoxy-based adhesive 18. ing.

【0029】光ジュールMは、半導体レーザ1と光ファ
イバ8は、非球面のレンズ16を介して高効率で光結合
される。レンズ16はステンレス製もしくはW,Ti,
Co,C等を主成分とする材料(例えば、SF20T)
等から成る筒状金属金具のレンズホルダ4に低融点ガラ
スにて固定されるか一体成形にて固定されている。
In the optical module M, the semiconductor laser 1 and the optical fiber 8 are optically coupled with a high efficiency through an aspheric lens 16. The lens 16 is made of stainless steel or W, Ti,
Materials containing Co, C, etc. as main components (for example, SF20T)
The lens is fixed to the lens holder 4 of a cylindrical metal fitting made of a material such as a low-melting glass or is integrally formed.

【0030】半導体レーザ1から発せられた光信号を高
効率で光ファイバ8に結合するためには、半導体レーザ
1とレンズ16の間隔と、レンズ16と光ファイバの間
隔8は重要となり、半導体レーザのN.A(開口数)お
よび、光ファイバのN.Aさらに非球面レンズの倍率か
ら最適計算された間隔とするのが望ましい。また、前記
光結合を高効率で行なうためには、一般に半導体レーザ
を駆動し、光信号をモニタしながら、レンズ、光ファイ
バ等を正確にアライメントし最大結合効率がえられた位
置で固定するアクティブアライメント法が最良である。
本発明の光モジュールMにおいても、本アライメント法
を用いる最適な構造となっている。
In order to couple the optical signal emitted from the semiconductor laser 1 to the optical fiber 8 with high efficiency, the interval between the semiconductor laser 1 and the lens 16 and the interval 8 between the lens 16 and the optical fiber are important. N. A (numerical aperture) and the N.F. A Further, it is desirable that the interval is optimally calculated from the magnification of the aspherical lens. Also, in order to perform the optical coupling with high efficiency, generally, while driving a semiconductor laser and monitoring an optical signal, an active lens that accurately aligns a lens, an optical fiber, and the like and fixes the optical fiber at a position where the maximum coupling efficiency is obtained. The alignment method is best.
The optical module M of the present invention also has an optimal structure using the present alignment method.

【0031】前述した半導体レーザ1のN.A.は0.
3〜0.6、光ファイバ8のN.A.は0.2〜0.1
程度であり、3〜6倍程度の倍率をもつ光学系とすると
高効率結合が得られる。
The N.D. of the semiconductor laser 1 described above is used. A. Is 0.
3 to 0.6; A. Is 0.2 to 0.1
If the optical system has a magnification of about 3 to 6 times, highly efficient coupling can be obtained.

【0032】ここで、半導体レーザ1が実装されている
チップキャリア2を搭載する金属基体3の片端面に光出
射端が配置されるように、チップキャリア2を実装し、
規定の倍率が得られる半導体レーザ1とレンズ16の間
隔と同等の厚みをもつ枠状の金属板5がはんだ等で接合
されている。レンズホルダ4は、金属板5を介してレン
ズの光軸中心と半導体レーザ1の出射位置が一致するよ
うに調整固定される。なお、金属板5は、光路確保のた
めに、厚み方向に貫通孔が設けられており、熱伝導率5
0W/(m・K)以下の鉄・ニッケル・コバール合金や
ステンレス等を用いることにより、金属板5とレンズホ
ルダ4とをYAG溶接接合することが可能で、高信頼な
レンズ固定を達成できる。
Here, the chip carrier 2 is mounted so that the light emitting end is disposed on one end surface of the metal base 3 on which the chip carrier 2 on which the semiconductor laser 1 is mounted is mounted.
A frame-shaped metal plate 5 having a thickness equal to the distance between the semiconductor laser 1 and the lens 16 that can provide a specified magnification is joined by solder or the like. The lens holder 4 is adjusted and fixed via the metal plate 5 so that the center of the optical axis of the lens coincides with the emission position of the semiconductor laser 1. The metal plate 5 is provided with a through hole in the thickness direction in order to secure an optical path.
By using an iron / nickel / kovar alloy or stainless steel of 0 W / (m · K) or less, the metal plate 5 and the lens holder 4 can be joined by YAG welding, and highly reliable lens fixing can be achieved.

【0033】この金属板5を用いることにより、光軸方
向において、半導体レーザ1と非球面レンズ16の間隔
の製品間でのばらつきを抑えることができるため、最終
的に光モジュールを生産性よく作製可能で、高い光結合
効率特性も同じに得ることが可能となる。
The use of the metal plate 5 makes it possible to suppress variations in the distance between the semiconductor laser 1 and the aspherical lens 16 between products in the optical axis direction. It is possible to obtain high optical coupling efficiency characteristics as well.

【0034】半導体レーザ1を気密封止する筐体9は、
底板に熱伝導率が160W/(m・K)の10重量%の
銅を含有した銅−タングステン合金を主原料とした金属
基体13に、鉄−ニッケル−コバルト合金が主原料の枠
材を銀ろうでろうづけされたメタライズパッケージとな
っている。この筐体9の側壁には、アルミナ等のセラミ
ックスにAuのメタライズが施され、同じく鉄−ニッケ
ル−コバルト合金が主原料のリード10がろうづけされ
た電気端子12が貫通ろうづけされている。これによ
り、高速伝送が可能な光モジュールを提供することがで
きる。
The housing 9 for hermetically sealing the semiconductor laser 1 is
A metal base 13 mainly made of a copper-tungsten alloy containing 10% by weight of copper having a thermal conductivity of 160 W / (m · K) on a bottom plate, and a frame material made of an iron-nickel-cobalt alloy as a silver It is a brazed metallized package. On the side wall of the housing 9, ceramics such as alumina are metallized with Au, and similarly, an electric terminal 12 to which a lead 10 of an iron-nickel-cobalt alloy is brazed as a main raw material is brazed. Thus, an optical module capable of high-speed transmission can be provided.

【0035】一方、光結合部には、外周にメタライズが
施されたサファイア単結晶ガラス14がろうづけ固定さ
れている。この筐体9の内部に、チップキャリア2、レ
ンズホルダ4が実装された基体3をはんだにて固定実装
し、電気端子12に設置された電極11bとをAuワイ
ヤ11aにてワイヤリングし電気的接続を行なった後、
内部を乾燥窒素にて補間充填し、筐体9の上部にステン
レスもしくは鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属蓋1
5にて、抵抗加熱溶接することにより気密封止を行な
う。
On the other hand, a sapphire single crystal glass 14 whose outer periphery is metallized is brazed and fixed to the optical coupling portion. The substrate 3 on which the chip carrier 2 and the lens holder 4 are mounted is fixed and mounted inside the housing 9 by soldering, and the electrodes 11b provided on the electric terminals 12 are wired with the Au wires 11a for electrical connection. After doing
The inside is interpolated and filled with dry nitrogen, and a metal cover 1 such as stainless steel or an iron-nickel-cobalt alloy is
At 5, the hermetic sealing is performed by resistance heating welding.

【0036】光ファイバ8の光接続は、半導体レーザ1
をリード10等を介して駆動し、最大結合が得られる位
置になるように、ファイバホルダ6を介してファイバピ
グテール7を保持しアライメントする。最大結合が得ら
れた時点で、ファイバピグテール7をファイバホルダ6
にYAG溶接固定する。
The optical connection of the optical fiber 8 is based on the semiconductor laser 1.
Is driven via the lead 10 or the like, and the fiber pigtail 7 is held and aligned via the fiber holder 6 so as to be at a position where the maximum coupling can be obtained. When the maximum coupling is obtained, the fiber pigtail 7 is connected to the fiber holder 6.
And fixed by YAG welding.

【0037】さらに、ファイバホルダ6を微調芯し最大
結合を維持したまま、メタライズパッケージ9とファイ
バホルダ6の接合界面周囲をYAG溶接固定することに
より光モジュールMが完成する。
Further, the periphery of the joint interface between the metallized package 9 and the fiber holder 6 is fixed by YAG welding while the fiber holder 6 is finely adjusted and the maximum coupling is maintained, whereby the optical module M is completed.

【0038】光モジュールMの筐体9を構成する放熱用
底板13の延出部には、放熱基体20に固定するための
貫通孔21が設けられており、この貫通孔21をネジ等
にて固定することにより、容易に放熱基体20に固定す
ることが可能となる。
A through hole 21 for fixing to the heat radiating base 20 is provided at an extending portion of the heat radiating bottom plate 13 constituting the housing 9 of the optical module M, and this through hole 21 is screwed or the like. By fixing, it is possible to easily fix to the heat dissipation base 20.

【0039】また、図4に示すように、パッケージ後方
部に、固定孔部を設け放熱基体に固定するようにしても
よい。このような構成によれば、光モジュールを放熱基
体に固定する際の、取付け時に発生する応力または取付
け後の筐体にかかる残留応力を光結合部周辺に付与する
ことがなく、さらに信頼性の高い固定を実現することが
可能となる。
Further, as shown in FIG. 4, a fixing hole may be provided in the rear portion of the package to fix the package to the heat dissipation base. According to such a configuration, when the optical module is fixed to the heat dissipation base, a stress generated at the time of mounting or a residual stress applied to the housing after the mounting is not applied to the periphery of the optical coupling portion, and the reliability is further improved. High fixing can be realized.

【0040】本発明の光モジュールMにおいては、半導
体レーザ1を例えば熱伝導率170W/(m・K)のセ
ラミック基体4に実装した後、熱伝導率200W/(m
・K)の金属基体5に搭載し、放熱用底板13を熱伝導
率160W/(m・K)の放熱基体20上に実装した形
態となっている。
In the optical module M of the present invention, after the semiconductor laser 1 is mounted on the ceramic substrate 4 having a thermal conductivity of, for example, 170 W / (m · K), the thermal conductivity is 200 W / (m).
(K) is mounted on the metal substrate 5, and the heat radiation bottom plate 13 is mounted on the heat radiation substrate 20 having a thermal conductivity of 160 W / (m · K).

【0041】これら各基体の熱伝導率は重要である。図
5に放熱用底板の熱伝導率を変化させた場合の半導体レ
ーザ(InxGa1−yAs1−yPy系)の温度上昇
について解析したグラフを示す。このときの半導体レー
ザの発熱量は0.8Wとした。
The thermal conductivity of each of these substrates is important. FIG. 5 is a graph showing an analysis of a temperature rise of the semiconductor laser (InxGa1-yAs1-yPy) when the thermal conductivity of the heat radiation bottom plate is changed. The heat value of the semiconductor laser at this time was 0.8 W.

【0042】図5によれば、熱伝導率が150W/(m
・K)以上あれば半導体レーザの温度上昇が10℃以下
に抑えられることから、放熱用底板としてこのような熱
伝導率を有する材質を用いると、特に光モジュールから
の光出力が50mWを超える高出力時の放熱の点で好適
である。さらに、放熱経路中の熱抵抗を考慮すると、半
導体レーザを実装する基体、及びこの基体が搭載する基
体においても、熱伝導率が150W/(m・K)以上と
するとよい。
According to FIG. 5, the thermal conductivity is 150 W / (m
Since the temperature rise of the semiconductor laser is suppressed to 10 ° C. or less if K) or more, the use of a material having such thermal conductivity as the radiating bottom plate particularly increases the light output from the optical module to over 50 mW. This is suitable in terms of heat radiation during output. Further, in consideration of the thermal resistance in the heat radiation path, the thermal conductivity of the substrate on which the semiconductor laser is mounted and the substrate on which the substrate is mounted are preferably 150 W / (m · K) or more.

【0043】しかしながら、熱伝導率が大きい基体に、
信頼性の高いYAG溶接にてレンズホルダを接合固定す
ることは困難である。一般に、YAG溶接は、局所的に
加熱溶融させることが必要であり、熱伝導率の高い材質
の接合は困難である。従って、高熱伝導率基体に、50
W/mk以下の金属基体を取り付け、金属基体とレンズ
ホルダをYAG溶接するとよいのである。
However, for a substrate having a large thermal conductivity,
It is difficult to join and fix the lens holder by highly reliable YAG welding. Generally, YAG welding needs to be locally heated and melted, and it is difficult to join materials having high thermal conductivity. Therefore, a high thermal conductivity substrate has 50
A metal substrate of W / mk or less may be attached, and the metal substrate and the lens holder may be YAG-welded.

【0044】なお、図5において、半導体レーザとして
InxGa1−yAs1−yPy系を用いて測定した結
果を示したが、例えばAlxGa1−xAs系の半導体
レーザ等でも同様に議論できる。また、本発明では光半
導体素子として発光素子を例にとり説明したが、フォト
ダイオード等の受光素子に対しても同様な効果を期待す
ることができ、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜に
変更し実施が可能である。
FIG. 5 shows the results of measurement using an InxGa1-yAs1-yPy semiconductor laser as a semiconductor laser. However, for example, an AlxGa1-xAs-based semiconductor laser can be similarly discussed. Further, in the present invention, a light emitting element has been described as an example of an optical semiconductor element. However, a similar effect can be expected for a light receiving element such as a photodiode, and may be appropriately changed without departing from the gist of the present invention. Can be implemented.

【0045】[0045]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光モジュ
ールは、光半導体素子を配設した素子実装基体を気密パ
ッケージ内に収容して成り、前記素子実装基体を前記気
密パッケージの底面を構成する放熱用底板上に配設して
成るとともに、前記素子実装基体及び前記放熱用底板が
150W/(m・K)以上の熱伝導率を有する材料で構
成されている。このような構成により、従来、光半導体
素子の温度上昇を防止するために用いられていた冷却素
子や温度検出素子等を用いることなしに、光半導体素子
の温度上昇を極力低減でき、さらには光半導体素子を気
密に封止することが可能になるので、長期安定性および
信頼性に優れしかも小型な光モジュールを容易に提供す
ることができる。
As described above, the optical module of the present invention comprises an element mounting base on which an optical semiconductor element is provided, housed in an airtight package, and the element mounting base forms a bottom surface of the airtight package. The device mounting substrate and the heat dissipation bottom plate are made of a material having a thermal conductivity of 150 W / (m · K) or more. With such a configuration, the temperature rise of the optical semiconductor element can be reduced as much as possible without using a cooling element, a temperature detection element, or the like that has been conventionally used to prevent the temperature increase of the optical semiconductor element. Since the semiconductor element can be hermetically sealed, a small-sized optical module having excellent long-term stability and reliability can be easily provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係わる光モジュールMを放熱基体及び
電気回路基板に配設した様子を模式的に示す斜視図であ
る。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a state in which an optical module M according to the present invention is disposed on a heat dissipation base and an electric circuit board.

【図2】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的
に説明する分解斜視図である。
FIG. 2 is an exploded perspective view schematically illustrating an embodiment of the optical module according to the present invention.

【図3】本発明に係る光モジュールの実施形態を模式的
に説明する端面図である。
FIG. 3 is an end view schematically illustrating an embodiment of the optical module according to the present invention.

【図4】本発明に係る光モジュールの他の実施形態を模
式的に説明する斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically illustrating another embodiment of the optical module according to the present invention.

【図5】半導体レーザの上昇温度と熱伝導率との関係を
示すグラフである。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between the temperature rise of a semiconductor laser and the thermal conductivity.

【図6】従来の光モジュールを説明する断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a conventional optical module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:半導体レーザ(光半導体素子) 2:チップキャリア(素子実装基体の構成要素) 3:基体(素子実装基体の構成要素) 4:レンズホルダ 6:ファイバホルダ 7:ファイバピグテール 8:光ファイバ 9:筐体(気密パッケージの構成要素) 12:電気端子 13:放熱用底板 M:光モジュール 1: semiconductor laser (optical semiconductor element) 2: chip carrier (component of element mounting substrate) 3: substrate (component of element mounting substrate) 4: lens holder 6: fiber holder 7: fiber pigtail 8: optical fiber 9: Housing (component of airtight package) 12: Electric terminal 13: Bottom plate for heat radiation M: Optical module

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 光半導体素子を配設した素子実装基体を
気密パッケージ内に収容して成る光モジュールであっ
て、前記素子実装基体を前記気密パッケージの底面を構
成する放熱用底板上に配設して成るとともに、前記素子
実装基体及び前記放熱用底板が150W/(m・K)以
上の熱伝導率を有する材料で構成されていることを特徴
とする光モジュール。
1. An optical module comprising an element mounting base on which an optical semiconductor element is disposed and housed in an airtight package, wherein the element mounting base is disposed on a heat-dissipating bottom plate constituting a bottom surface of the airtight package. An optical module, wherein the element mounting base and the heat dissipation bottom plate are made of a material having a thermal conductivity of 150 W / (m · K) or more.
【請求項2】 前記放熱用底板は外部基板に取付けるた
めの延出部を備えていることを特徴とする請求項1に記
載の光モジュール。
2. The optical module according to claim 1, wherein said heat-dissipating bottom plate has an extension for attaching to an external substrate.
【請求項3】 前記光半導体素子が半導体レーザであ
り、且つ該半導体レーザから前記気密パッケージの外部
へ光信号を出射するように成したことを特徴とする請求
項1乃至2のいずれかに記載の光モジュール。
3. The optical semiconductor device according to claim 1, wherein the optical semiconductor element is a semiconductor laser, and an optical signal is emitted from the semiconductor laser to the outside of the hermetic package. Optical module.
【請求項4】 前記半導体レーザからの光信号が、レン
ズを介して前記気密パッケージの外部へ出射されるよう
に成すとともに、前記レンズが50W/(mK)以下の
熱伝導率を有する部材を介して前記素子実装基体に固定
されていることを特徴とする請求項3に記載の光モジュ
ール。
4. An optical signal from the semiconductor laser is emitted to the outside of the hermetic package through a lens, and the lens has a thermal conductivity of 50 W / (mK) or less through a member. The optical module according to claim 3, wherein the optical module is fixed to the element mounting base.
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