CN110651405B - 光模块 - Google Patents

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Abstract

具备：金属块；第1载体，其固定于该金属块；以及第2载体，其具有上表面和下表面，该下表面经由金属层固定于该第1载体。并且，具备：光元件，其搭载于该第2载体的该上表面；以及高频线路，其形成于该第2载体的该上表面，与该光元件电连接，由此，将高频信号等信号向该光元件输入或者从该光元件输出。而且，特征在于，该金属层与该金属块电连接。

Description

光模块
技术领域
本发明涉及光模块。
背景技术
在专利文献1公开有如下内容，即，在向封装体的平台之上安装激光器芯片的情况下，在激光器芯片和平台之间存在热膨胀系数差，因此，由于该热膨胀系数差而在激光器芯片产生应力。在专利文献1还示出了对在激光器芯片产生的应力进行缓和的两种方法。第1方法是在平台之上使用焊料层来安装激光器芯片时，将该焊料层的厚度设得充分大。第2方法是在平台之上使用焊料层而层叠载体(submount)，在其上使用焊料层来安装激光器芯片的方法。
专利文献1：日本特开平11-307875号公报
发明内容
就具备LD(Laser Diode：激光二极管)元件等光元件的光模块而言，大多将光元件搭载于金属块之上。为了对由于光元件和金属块的线性膨胀系数之差而对光元件施加的热应力进行缓和，将具有与光元件的线性膨胀系数相同程度的线性膨胀系数的载体配置于光元件和金属块之间。在该情况下，光元件设置于载体之上。
就光模块而言，为了将光元件和外部的信号线路进行电连接，在载体之上设置微带线等高频线路。高频线路的阻抗依赖于载体的厚度和线路宽度。为了将载体小型化，优选将高频线路的线路宽度缩窄而减薄载体。但是，如果减薄载体，则从金属块向光元件施加的应力会增加。
本发明是为了解决上述问题而提出的，目的在于通过抑制对光元件施加的应力、并且将高频线路之下的载体小型化，提供适于小型化的光模块。
本发明涉及的光模块的特征在于，具备：金属块；第1载体，其固定于该金属块；第2载体，其具有上表面和下表面，该下表面经由金属层固定于该第1载体；光元件，其搭载于该上表面；以及高频线路，其形成于该上表面，该金属层与该金属块电连接。
本发明的其他特征在下面得以明确。
发明的效果
根据本发明，在金属块之上设置第1载体，在第1载体之上设置第2载体，在第2载体之上设置光元件和高频线路。将第2载体的下表面和金属块电连接。由此，能够抑制对光元件施加的应力、并且将第2载体小型化，因此能够提供适于小型化的光模块。
附图说明
图1是实施方式1涉及的光模块的剖面图。
图2是图1的光模块的俯视图。
图3是实施方式2涉及的光模块的剖面图。
图4是实施方式3涉及的光模块的剖面图。
具体实施方式
参照附图说明本发明的实施方式涉及的光模块。对于相同或者对应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复的说明。
实施方式1
图1是实施方式1涉及的光模块的剖面图。该光模块具备金属块10。金属块10的材料只要是具有良好的导热性的材料则不作特别限定，例如是CuW。金属块10是长方体状的部件。通过焊料12将第1载体14固定于金属块10。焊料12的材料不作特别限定，例如是Au-Sn合金。也可以通过除了焊料以外的材料将第1载体14固定于金属块10。例如能够使用导电性粘合剂。第1载体14是平板状的部件。
在第1载体14形成有贯通孔，在该贯通孔设置有通孔(through via)16。第1载体14的上表面和下表面能够通过通孔16而电导通。
在第1载体14的上表面经由金属层18固定有第2载体20。金属层18的材料例如是Au-Sn合金等焊料或者导电性粘合剂。第2载体20是具有上表面20a和下表面20b的平板状的部件。下表面20b经由金属层18固定于第1载体14。另外，下表面20b经由金属层18、通孔16、焊料12与金属块10连接。由此，金属层18与金属块10电连接。换言之，下表面20b和金属块10电连接。
优选金属层18形成于第2载体20的下表面20b的大部分。金属层18例如是在第2载体20的整个下表面20b形成的整面图案。
通过粘合剂22将光元件24搭载于上表面20a。光元件24是使用了InP基板的半导体激光振荡器。例如，能够将一边为几百μm左右的LED芯片设为光元件24。光元件24的线性膨胀系数是4.5×10-6/℃左右。优选前述的第1载体14和第2载体20由具有与光元件24的线性膨胀系数相同程度的线性膨胀系数的材料形成。因此，优选第1载体14和第2载体20通过例如氮化铝那样的陶瓷材料或者Kovar(可伐)那样的金属材料构成。在将第1载体14设为金属材料的情况下，优选以通孔16的电阻比第1载体14的电阻低的方式选择通孔16的材料。
图2是图1的光模块的俯视图。在第2载体20的上表面20a形成有高频线路30、34。高频线路30、34是线状的导体箔。高频线路30、34的材料例如是金等金属。高频线路30、34能够通过蒸镀或者镀敷等方法形成。在下表面20b形成了金属层18的第2载体20的上表面20a设置了高频线路30、34，由此，形成微带线。高频线路30、34作为信号图案起作用，金属层18作为接地图案起作用。
在半导体激光振荡器即光元件24的上表面设置阳极和阴极。该阳极和高频线路30通过导线32连接，该阴极和高频线路34通过导线36连接。微带线的阻抗依赖于第2载体20的基板厚度和高频线路30、34的线路宽度。第2载体20的基板厚度越薄则越是能够在保持相同阻抗的状态下缩窄高频线路30、34的线路宽度。因此，为了将光模块小型化，优选减薄第2载体20。
这里，为了易于理解实施方式1涉及的光模块的意义，说明对比例。对比例的光模块在金属块之上具有一片载体，在该载体之上具有光元件和高频线路。考虑如下情况，即，为了抑制由于热应变而对光元件施加的应力，将载体的厚度设为0.4mm，使用介电常数为9的陶瓷作为载体，形成阻抗25Ω的高频线路。在该情况下，高频线路的线路宽度是1.30mm。高频线路的线路宽度是图2的y方向长度。为了出于光元件的阳极和阴极的用途而设置2条高频线路，载体的宽度需要3mm左右。这样不能将光模块小型化。
与此相对，就本发明的实施方式1涉及的光模块而言，研究如下情况，即，将第2载体20的厚度设为例如0.1mm，将第1载体14的厚度设为例如0.3mm。在该情况下，第1载体14和第2载体20的厚度的合计是0.4mm，因此，对光元件24的应力抑制效果与对比例是相同程度。并且，第2载体20薄至0.1mm，因此，能够将高频线路30、34的线路宽度缩窄至0.32mm。即使考虑出于光元件24的阳极和阴极的用途而设置2条高频线路30、34，也能够将第2载体20的宽度设在1mm以内。这与对比例的载体的宽度即3mm相比是非常小的。
这样，如果将第2载体20的厚度设得比对比例的载体的厚度即0.4mm薄，则能够将第2载体20小型化。换言之，能够减小第2载体20的平面面积。通过减小第2载体20的平面面积，还能够减小第1载体14的平面面积。由此，第1载体14和第2载体20的体积的合计小于对比例的载体的体积。
越是加厚第2载体20，则第1载体14和第2载体20的体积的合计变得越大，因此，优选第2载体20的厚度是例如小于或等于0.2mm。更优选使第2载体20比第1载体14薄。
越是减薄第2载体20，则越是能够将第1载体14和第2载体20的体积的合计设得小。但是，如果过于减薄第2载体20，则不能确保第2载体20的机械强度。因此，优选将第2载体20的厚度的下限设为例如0.05mm。根据以上的研究，通过将第2载体20设为厚度大于或等于0.05mm且小于或等于0.2mm的陶瓷，从而能够将第1载体14和第2载体20的体积的合计减小，并且确保第2载体20的机械强度。
这样，实施方式1涉及的光模块通过减薄第2载体20，能够保持阻抗匹配并且缩窄高频线路30、34的线路宽度，因此，能够减小第2载体20。而且，通过在金属块10和第2载体20之间设置第1载体14，与不设置第1载体14的情况相比，能够对波及至光元件24的应力进行缓和。
第1载体14和第2载体20的厚度的合计越大，则越能缓和作用于第2载体20和光元件24之间的热应力。因此，即使减薄第2载体20，通过加厚第1载体14也能够对波及至光元件24的应力进行缓和。因此，通过抑制对光元件24施加的应力，并且将高频线路30、34之下的第2载体20小型化，从而能够提供适于小型化的光模块。
本发明的实施方式1涉及的光模块能够在不失其特征的范围进行各种变形。例如，光元件24也可以设为除了半导体激光振荡器以外的元件。作为光元件24，也可以采用光电二极管(PD)、雪崩光电二极管(APD)、PIN光电二极管、光调制器或者光调制器集成激光器等。
设置将第1载体14贯通而将金属层18和金属块10电连接的通孔16，由此，将金属层18和金属块10电连接。但是，也可以通过除了通孔16以外的方法将金属层18和金属块10电连接。
虽然将第1载体14和第2载体20设为相同的材料，但是也可以采用不同的材料。在该情况下，有时第1载体14和第2载体20的厚度的合计与对比例的载体的厚度不同。实施方式1所提及的变形例还能够应用于下面的实施方式涉及的光模块。此外，下面的实施方式涉及的光模块与实施方式1的光模块的类似点多，因此，以与实施方式1的光模块的不同点为中心进行说明。
实施方式2
图3是实施方式2涉及的光模块的剖面图。第1载体14被金属部40覆盖。金属部40能够是对第1载体14进行金属化而形成的。金属部40具备在第1载体14的上表面设置的上表面部分40a、在第1载体14的侧面设置的侧面部分40b、和在第1载体14的下表面设置的下表面部分40c。上表面部分40a与侧面部分40b相连。侧面部分40b与下表面部分40c相连。上表面部分40a与金属层18相接。下表面部分40c通过与焊料12相接而与金属块10电连接。
实施方式2涉及的光模块是提供金属部40作为将金属层18与金属块10电连接的手段。通过将金属层18和金属块10电连接，能够提供第1载体14而不影响高频线路30、34的阻抗。
金属部40的形成范围只要是将金属层18与金属块10电连接的范围则不作特别限定。例如，也可以将金属部40设置于第1载体14的一部分，通过该金属部40将金属层18和金属块10电连接。
实施方式3
图4是实施方式3涉及的光模块的剖面图。金属层18和金属块10通过导线50电连接。通过导线50将金属层18与金属块10电连接，由此能够提供第1载体14而不影响高频线路30、34的阻抗。此外，也可以对上述各实施方式涉及的光模块的特征进行组合。
标号的说明
10 金属块，14 第1载体，18 金属层，20 第2载体，22 粘合剂，24 光元件

Claims (8)

1.一种光模块，其特征在于，具备：
金属块；
第1载体，其固定于所述金属块；
第2载体，其具有上表面和下表面，所述下表面经由金属层固定于所述第1载体；
光元件，其搭载于所述上表面；以及
高频线路，其形成于所述上表面，
所述金属层与所述金属块电连接。
2.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
具备通孔，该通孔将所述第1载体贯通而将所述金属层和所述金属块电连接。
3.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
具备金属部，该金属部将所述第1载体覆盖，与所述金属层相接，与所述金属块电连接。
4.根据权利要求1所述的光模块，其特征在于，
具备导线，该导线将所述金属层和所述金属块电连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于，
具备焊料，该焊料将所述金属块和所述第1载体接合，
所述金属层的材料是焊料。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于，
所述第1载体和所述第2载体是陶瓷。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于，
所述第2载体是厚度大于或等于0.05mm而小于或等于0.2mm的陶瓷。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的光模块，其特征在于，
所述第2载体比所述第1载体薄。
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