DE602005003720T2

DE602005003720T2 - Optisches Modul mit vereinfachtem elektrischem Verdrahtungsdesign

Info

Publication number: DE602005003720T2
Application number: DE602005003720T
Authority: DE
Inventors: Naoki Matsushima; Kenji Yoshimoto; Hiroyasu Sasaki; Masanobu Okayasu; Toshiaki Takai
Original assignee: Opnext Japan Inc
Current assignee: Opnext Japan Inc
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-04-29
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2025-04-30
Also published as: JP2006024623A; EP1615304B1; JP4718135B2; CN1719675A; EP1615304A1; CN100470971C; US20060006403A1; DE602005003720D1

Description

1. Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Modul und spezieller ein kleines optisches Modul, in dem elektrische Leitungen in einem Modulgehäuse vereinfacht werden.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Auf dem optischen Kommunikationssystememarkt besteht Bedarf an der Miniaturisierung von optischen Kommunikationsmodulen. Andererseits sind optische Kommunikationsmodule häufig multifunktionell und es müssen mehrere Leitungen zum elektrischen Verbinden verschiedener Komponenten mit einer Außenseite eines Gehäuses vorgesehen werden. Demzufolge besteht die Neigung, dass die Zahl der Leitungen in dem Modul zunimmt.
Zur Deckung des obigen Bedarfs gibt es ein Verfahren zum Anordnen von Leitungen, die sich in dem Gehäuse des optischen Kommunikationsmoduls an einem bestimmten Ort befinden. Wenn die Leitungen beispielsweise nur an einer Seitenwand des Modulgehäuses in der Gestalt eines rechteckigen Parallelepipeds angeordnet sind, dann kann das Modul an einem Ende eines optischen Transceivers angeordnet werden, wenn das optische Modul an dem optischen Transceiver montiert ist, so dass der Freiheitsgrad beim Anordnen der einzelnen Komponenten oder der Freiheitsgrad beim Entwerfen der elektrischen Verdrahtung erhöht wird. Außerdem ist es vorteilhaft, dass die Modulgröße verringert wird, weil die Leitungen von nur einer Seite austreten.
Das japanische offengelegte Patent Nr. 2003-060281 beschreibt ein kleines oberflächenmontierbares Leuchtelementemodul und ein Verfahren für seine Herstellung.
Die US-B1-6 632 029 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verpacken von Hochfrequenzkomponenten. Die elektrische Verbindung zwischen Kontaktpins und dem optischen Element erfolgt über eine Basisplatte. Die Basisplatte ist aus einer isolierenden Schicht gebildet, die sandwichartig zwischen zwei leitenden Schichten eingeschlossen ist und mehrere Durchgangslöcher aufweist. Der vorliegende Anspruch 1 wurde in der zweiteiligen Form im Hinblick auf dieses Dokument ausgelegt.
In „Hybrid Integrated Silicon Optical Bench Planar Lightguide Circuits", Electronic Components and Technology Conference 1998, IEEE, Seiten 551 bis 559, beschreiben Gates et al. eine effektive Verpackung von optoelektronischen Komponenten in einem optischen Modul.
Die US 2003/165303 A1 offenbart ein weiteres Beispiel für eine optische Unterbaugruppe für die Verwendung in einem optoelektronischen Modul.
Im Falle einer Gehäusestruktur mit nur auf einer Seite ausgebildeten Leitungen wird die elektrische Verdrahtung in dem optischen Modulgehäuse kompliziert. Da optische und konfigurationstechnische Beschränkungen beim Festlegen der Anordnung der einzelnen Funktionskomponenten in dem Gehäuse Vorrang haben, ist es schwierig, die Anordnung der elektrischen Leitungen zu vereinfachen.
Insbesondere müssen in einem Fall, in dem es verschiedene Elektroden auf einer Seite gibt, wo sich keine Leitungen in Bezug auf eine optische Achse befinden, diese Elektroden durch lange Bonddrähte angeschlossen werden oder es muss eine lange Relais-Platte gebildet werden. Bei diesem Aufbau wird der Herstellungsprozess kompliziert und zudem besteht die Möglichkeit einer Zunahme der Zahl von Leitungsausfällen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Zum Lösen der oben erwähnten Probleme wird das in Anspruch 1 definierte optische Modul bereitgestellt. In einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine Funktionskomponente auf einem Substrat (das als Sockel dient) montiert, in dem innere Drähte ausgebildet sind und mit den Drähten, verbundene Elektroden auf einer Seite ausgebildet sind, wo die Funktionskomponente montiert ist. Die Funktionskomponente und die Elektroden, die an einem Ende der Verdrahtungen vorgesehen sind, sind miteinander verbunden, und ein Ende der Leitungen und die Elektroden, die an den anderen Enden der Verdrahtungen vorgesehen sind, sind miteinander verbunden.
Erfindungsgemäß wird ein optisches Modul mit auf nur einer Seite ausgebildeten Leitungen bereitgestellt, dessen Herstellungsverfahren einfach ist und in dem nur eine geringe Möglicheit eines Ausfalls, z. B. ein Abtrennen von Drähten, besteht.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun in Zusammenhang mit den Begleitzeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:
1 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Leuchtelementemoduls gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
2 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Substrats gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
3 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Leuchtelementemoduls gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
4 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Leuchtelementemoduls gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
5 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines Leuchtelementemoduls gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung; und
6 eine Draufsicht eines Transceiver-Moduls gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSGESTALTUNGEN
Es werden nachfolgend Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben.
Zunächst wird ein Leuchtelementemodul gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben. Hier zeigt 1 das Leuchtelementemodul gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei 1A eine Seitenansicht und 1B eine Draufsicht davon sind. 2 zeigt auch ein Substrat der ersten Ausgestaltung, wobei 2A eine Seitenansicht und 2B eine Draufsicht davon zeigen. Ferner gibt es zur Vereinfachung der Figuren Abschnitte, die in Draufsicht, aber nicht in Seitenansicht dargestellt sind, und umgekehrt. Dasselbe gilt für die anderen Ausgestaltungen, und was zuvor beschrieben wurde, wurde in den anderen Ausgestaltungen weggelassen.
In 1 ist ein lichtemittierendes Element 2 ein Element zum Emittieren mehrerer unterschiedlicher Wellenlängen, was als abstimmbare Laserdiode bezeichnet wird. Das lichtemittierende Element 2 hat mehrere Wellenleiter (nicht gezeigt) zum Emittieren von Licht mit einem breiten Wellenlängenbereich und zwei Elektrodengruppen 21 und 22 entsprechend jedem Wellenleiter. Die Elektroden sind auf beiden Seiten mit dem Wellenleiter dazwischen ausgebildet. Die mehreren Wellenleiter sind in einen Wellenleiter (nicht gezeigt) auf einer emittierenden Frontseite in dem lichtemittierenden Element 2 integriert.
Ein von dem lichtemittierenden Element 2 emittierter Lichtstrahl wird von einer davor befindlichen Linse 301 fokussiert, geht durch einen Isolator 302 zum Unterdrücken von in Richtung auf das lichtemittierende Element 2 reflektiertem Licht und ist mit einer optischen Faser 303 gekoppelt, die es zur Außenseite des Moduls überträgt.
Ein Leuchtelementemodul ist so konfiguriert, dass Leitungen 11 zum Eingeben von elektrischen Signalen von einer Außenseite eines Modulgehäuses 1 mit einer rechteckigen Parallelepiped-Gestalt zu einer Innenseite davon und zum Ausgeben der elektrischen Signale von der Innenseite zur Außenseite davon eine Wand 1a durchdringen, die eine Seite des Gehäuses 1 ist.
Das lichtemittierende Element 2 wird an ein Substrat 4 angelötet. Die Vorder- und die Rückseite des Substrats 4 sind jeweils mit Metallisierungsschichten (nicht gezeigt) ausgebildet. Mit Hilfe der Metallisierungsschichten wird das Substrat 4 durch die Lötverbindung an einem Thermokühler 5 montiert und der Thermokühler 5 ist an einem Bodenabschnitt des Gehäuses 1 angelötet. Hier wird die Lötzusammensetzung (d. h. der Schmelzpunkt) passend zu der Verbindung ausgewählt. Die Rolle des Thermokühlers 5 besteht darin, das lichtemittierende Element 2 zu kühlen, in dem Wärme aufgrund der Lichtemission erzeugt wird, und eine oszillierende Wellenlänge durch Variieren der Temperatur des lichtemittierenden Elementes 2 zu regeln.
Mit anderen Worten, das mit dem lichtemittierenden Element 2 montierte Substrat 4 dient als Wärmeübertragungsweg zwischen dem lichtemittierenden Element 2 und dem Thermokühler 5. Demgemäß wird bevorzugt, dass ein Element mit einem niedrigen Wärmewiderstand als Substrat 4 verwendet wird, um die Wärme effizient von dem lichtemittierenden Element 2 zu emittieren. In der derzeitigen Ausgestaltung wird ein hauptsächlich aus AlN (Aluminiumnitrid) bestehendes Keramiksubstrat eingesetzt, das ein isolierendes Material mit einem niedrigen Wärmewiderstand ist. Das in 2 gezeigte Substrat 4 weist elektrische Verdrahtungen 41 auf, in denen Wolfram als Verdrahtungsmaterial verwendet wird. Jede Elektrode einer Elektrodengruppe 42 ist elektrisch mit der entsprechenden Elektrode einer Elektrodengruppe 43 durch einen Durchkontakt (auch Kontaktloch genannt) 44 unmittelbar unterhalb der Elektrode, einer inneren elektrischen Verdrahtung 41 und einem Durchkontakt 44 unmittelbar unter der Elektrode der Elektrodengruppe 43 verbunden. Auch ist das Substrat 4 mit einer Stufe passend zur optischen Achse des lichtemittierenden Elementes 2, der Linse 301 und des Isolators 302 versehen. Diese Stufe wird durch Laminieren einer Keramikplatte ausgebildet. Demzufolge können die Verdrahtungen 41, wenn sie auf der Keramikplatte ausgebildet werden, einfach durch Hinzufügen eines Prozesses des Integrierens des Durchkontakts zu einem Herstellungsprozess für das Substrat 4 ausgebildet werden.
Zurück zu 1, unter Verwendung des Substrats 4 kann die Elektrodengruppe 21 auf einer Leitungsseite des lichtemittierenden Elementes 2 direkt mit Leitungen 11 drahtverbunden werden, und die Elektrodengruppe 22 auf einer Nichtleitungsseite (einer Seite, auf der keine Leitungen in Bezug auf die optische Achse austreten) des lichtemittierenden Elementes 2 kann mit der sehr nahen Elektrodengruppe 43 des Substrats 4 drahtverbunden werden. Da die Elektrodengruppe 22 auf der Nichtleitungsseite des lichtemittierenden Elementes 2 mit der Elektrodengruppe 42 des den Leitungen 11 am nächsten liegenden Substrats 4 durch die inneren elektrischen Verdrahtungen 41 des Substrats 4 verbunden ist, wird die Elektrodengruppe 42 mit den Leitungen 11 drahtverbunden. Dadurch können elektrische Verbindungen an einem Konzentrationsabschnitt der Bonddrähte vorgenommen werden, ohne lange Bonddrähte zu verwenden. Zusätzlich wird, da das Substrat zur Wärmeemission, die herkömmlicherweise erforderlich war, auch eine Funktion der elektrischen Verdrahtungen erfüllen kann, die Komponentenzahl nicht erhöht.
Durch Drahtverbinden eines auf dem lichtemittierenden Element 2 ausgebildeten Thermistors 12, der Anschlüsse des Thermokühlers 5 und der Leitungen 11 wird die elektrische Verdrahtung vervollständigt. Dabei wurde bestätigt, dass die Tatsache, dass die Bonddrähte zwischen den Anschlüssen des Thermokühlers 5 und den Leitungen 11 lang sind, kein Problem darstellt, weil Interferenzen mit den anderen Drähten gering sind.
Das Leuchtelementemodul 100 der vorliegenden Erfindung wird so montiert, dass das lichtemittierende Element 2 mit mehreren Wellenleitern einem breiten Wellenlängenbereich entspricht. Da die mehreren Wellenleiter mit Verdrahtungen versehen sind, kann ein Wellenleiter von der Außenseite so gewählt werden, dass die Wellenlänge in einem breiten Bereich variiert wird. Ebenso kann die Wellenlänge, selbst wenn nur ein Wellenleiter verwendet wird, vom Thermistor 12, dem Thermokühler 5 und einer externen Steuerschaltung in einem engen Bereich variiert werden. Demgemäß kann das Leuchtelementemodul 100 der vorliegenden Erfindung die Wellenlänge mit hoher Präzision stark variieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein kleines Leuchtelementemodul erhalten werden, in dem Leitungen von nur einer Seite des Gehäuses austreten.
Ferner können als Material des Substrats 4 andere Materialien als AlN verwendet werden, aber es wird vorzugsweise ein Material mit einem niedrigen Wärmewiderstand benutzt. Als geeignetes Material anstelle von AlN gibt es SiC (Siliciumcarbid), Si (Silicium) oder Aluminiumoxid. Ebenso können mit Bezug auf ein inneres Verdrahtungsmaterial andere Materialien als Wolfram verwendet werden, vorausgesetzt, sie haben einen äußerst hohen elektrischen Widerstand.
Außerdem können in Bezug auf eine optische Struktur auch andere Strukturen als die der Ausgestaltung verwendet werden. So können beispielsweise mehrere Linsen verwendet werden oder ein lichtemittierendes Element kann direkt mit einer optischen Faser gekoppelt werden, ohne die Linse zu benutzen. Ferner braucht kein Isolator benutzt zu werden, wenn ein durch reflektiertes Licht verursachter Effekt vermieden werden kann. In der vorliegenden Erfindung wird ein Peltier-Element als Thermokühler verwendet. Das Peltier-Element wird zu einer Thermoheizung im Einklang mit der Richtung eines fließenden Stroms und wird so gesteuert, dass es bei äußerst niedrigen Umgebungstemperatur heizt.
In der vorliegenden Ausgestaltung wird als ein Fall für das Leuchtelementemodul ein Leuchtelementemodul des Metallwandtyps verwendet, in dem Leitungen durch ein in einer Seite eines Metallrahmens ausgebildetes Loch führen, das mit Glas hermetisch abgedichtet ist. Der Fall ist jedoch nicht auf den Metallwandtyp begrenzt. So kann beispielsweise ein Leuchtelementemodul des Durchgangsfeldtyps verwendet werden, in dem ein mit einer elektrischen Verdrahtung gebildetes Keramiksubstrat auf einen Metallrahmen geklebt wird. In diesem Fall sind die auf dem Keramiksubstrat ausgebildeten Verdrahtungen Leitungen. Die Modifikation der oben erwähnten Ausgestaltung ist in den anderen Ausgestaltungen dieselbe.
Als Nächstes wird das Leuchtelementemodul gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben. Hier zeigt 3 das Leuchtelementemodul gemäß der zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei 3A eine Seitenansicht und 3B eine Draufsicht davon sind.
In 3 ist das lichtemittierende Element 2 durch ein Unterbaugruppensubstrat 3 an das Substrat 4 angelötet. Das Substrat 4 ist durch die Lötverbindung am Thermokühler 5 montiert und der Thermokühler 5 ist an einem Bodenabschnitt des Gehäuses 1 angelötet.
Das Leuchtelementemodul 100 der zweiten Ausgestaltung ist so konfiguriert, dass es auf einer Seite 1a des Modulgehäuses 1 vorgesehene Leitungen 11 hat. Das lichtemittierende Element 2 der vorliegenden Ausgestaltung ist eine Laserdiode mit einer einzigen Wellenlänge. Das lichtemittierende Element 2 ist auf dem Unterbaugruppensubstrat 3 montiert, um den Lichtemissionskennwert des lichtemittierenden Elementes 2 zu beurteilen, bevor es auf dem Substrat 4 montiert wird. Es gibt einen Gewinn als Beurteilungsprüfobjekt, und wenn es ein Problem im lichtemittierenden Element 2 gibt, dann muss das lichtemittierende Element 2 von dem Unterbaugruppensubstrat 3 getrennt werden. Dazu hat das Unterbaugruppensubstrat 3 vorzugsweise einen niedrigen Wärmewiderstand. Ebenso ist das Unterbaugruppensubstrat 3 in Anbetracht eines Falls, in dem es nicht von dem Unterbaugruppensubstrat 3 getrennt werden kann, vorzugsweise kostenarm. Ferner sollte, da das lichtemittierende Element 2 darauf montiert ist, ein Wärmeausdehnungskoeffizient des Unterbaugruppensubstrats 3 nahe an dem des Halbleiters liegen. Demgemäß wird in der vorliegenden Ausgestaltung AlN als Material des Unterbaugruppensubstrats 3 verwendet.
Das Unterbaugruppensubstrat 3 ist mit einem Thermistor 12 zum Überwachen einer Temperatur des lichtemittierenden Elementes 2 montiert. Ferner sind elektrische Verdrahtungen 112 zum Zuführen von elektrischen Signalen zu dem lichtemittierenden Element 2 vorgesehen. Um diese Komponenten effizient auf dem Unterbaugruppensubstrat 3 anzuordnen, wird bevorzugt, dass sie symmetrisch mit Bezug auf eine optische Achse des lichtemittierenden Elementes 2 vorgesehen werden. In der vorliegenden Ausgestaltung ist der Thermistor 12 auf einer Nichtleitungsseite angeordnet.
Als Substrat 4 wird, ähnlich wie in der ersten Ausgestaltung, ein hauptsächlich aus AlN bestehendes Element verwendet, um die Wärme von dem lichtemittierenden Element 2 effizient zu emittieren. Im Substrat 4 sind elektrische Verdrahtungen 41 vorgesehen, in denen Wolfram als Verdrahtungsmaterial verwendet wird. Elektroden der Elektrodengruppe 42 auf einer Leitungsseite und Elektroden der Elektrodengruppe 43 auf einer Nichtleitungsseite im Substrat 4 sind elektrisch miteinander durch die im Substrat 4 ausgebildeten elektrischen Verdrahtungen 41 verbunden. Die Leitungen 11 und die Elektrodengruppe 42 sind durch Bonddrähte 61 elektrisch miteinander verbunden und die Elektrodengruppe 43 auf einer Nichtleitungsseite des Substrats 4, die Elektrode 113 für den Thermistor 12 und der Thermistor 12 sind durch Bonddrähte 62 miteinander verbunden. Dadurch können die Elektrode 113 für den Thermistor 12 und die Leitungen 11 des Gehäuses 1 elektrisch miteinander verbunden werden.
Gemäß der vorliegenden Ausgestaltung können elektrische Verbindungen ohne Anwendung einer komplizierten Form wie z. B. lange Bonddrähte vorgenommen werden. Zusätzlich wird, da das Substrat 4 zur Wärmeemission auch eine Funktion der elektrischen Verdrahtungen ausführt, die Zahl der Komponenten nicht erhöht. Somit kann ein kleines Leuchtelementemodul erhalten werden, in dem Leitungen von nur einer Seite des Gehäuses austreten.
Ferner können, obwohl eine Komponente als Thermistor 12 verwendet wird, in der elektrische Verbindungen mittels der inneren Verdrahtungen 41 vorgenommen werden, auch andere verwendet werden. So können beispielsweise innere Verdrahtungen in den elektrischen Verdrahtungen zum Zuführen eines Stroms zum lichtemittierenden Element 12 verwendet werden. Auch wird, obwohl eine innere Schicht in dem Unterbaugruppensubstrat 3 vorgesehen werden kann, das Abtrennen des lichtemittierenden Elementes 2 erschwert.
Außerdem ist das Material des Unterbaugruppensubstrats 3 nicht auf AlN begrenzt. Speziell können SiC, Si (Silicium) oder Aluminiumoxid verwendet werden.
Als Nächstes wird das Leuchtelementemodul gemäß einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 4 beschrieben. Hier zeigt 4 das Leuchtelementemodul gemäß der dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei 4A eine Seitenansicht und 4B eine Draufsicht davon sind. Ferner ist, wie oben erwähnt, die Verdrahtung in der Nähe des lichtemittierenden Elementes nicht dargestellt.
Das in 4 gezeigte Leuchtelementemodul 100 beinhaltet ein lichtemittierendes Element 2 und einen Wavelength-Locker 7. Der Wavelength-Locker 7 besteht aus zwei Fotodioden und einem Etalon-Filter und ist eine Komponente zum Überwachen einer Lichtintensität, bevor und nachdem das aus dem lichtemittierenden Element 2 emittierte Licht das Etalon-Filter transmittiert, um dadurch eine Wellenlänge zu stabilisieren. Ein von dem lichtemittierenden Element 2 emittierter Lichtstrahl wird von einer davor befindlichen Linse 301 zu einem kollimierten Lichtstrahl gebündelt und fällt durch einen Isolator 302 auf den Wavelength-Locker 7. Der durch den Wavelength-Locker 7 übertragene Lichtstrahl wird von einer Linse 304 fokussiert und mit einer optischen Faser 303 gekoppelt, die ihn zur Außenseite des Moduls leitet.
Das Leuchtelementemodul 100 ist so konfiguriert, dass Leitungen 11 an einer Seitenwand 1a des Modulgehäuses 1 ausgebildet werden. Eine Elektrodengruppe 71 der den Wavelength-Locker 7 bildenden Fotodiode ist auf einer Seite (auf einer Nichtleitungsseite) fern von der Seitenwand 1a angeordnet, durch die die Leitungen 11 dringen. Der Wavelength-Locker 7 ist an ein Substrat 8 angelötet und das Substrat 8 ist durch eine Lötverbindung auf einem Thermokühler 9 montiert. Ferner ist der Thermokühler 9 an einen Bodenabschnitt des Gehäuses 1 angelötet. Hier regelt der Thermokühler 9 eine Temperatur des Wavelength-Lockers 7 und eine Überwachungswellenlänge. Ein externes Regelgerät (nicht gezeigt) regelt die Temperatur des mit dem lichtemittierenden Element 2 montierten Thermokühlers 5, so dass die Lichtintensitätsverhältnisse vor und nach dem Transmittieren des Etalon-Filters des Wavelength-Lockers 7 konstant sein können.
In dem Substrat 8 befinden sich innere elektrische Verdrahtungen 81. In der derzeitigen Ausgestaltung wird Aluminiumoxid als Isoliermaterial des Substrats 8 und Wolfram als Material der inneren Verdrahtungen verwendet. Ebenso können, ähnlich wie in der ersten Ausgestaltung, auch andere Elemente verwendet werden. Elektroden 82 auf einer Leitungsseite des Substrats 8 sind elektrisch mit Elektroden 43 auf einer Nichtleitungsseite durch die in dem Substrat 4 ausgebildeten elektrischen Verdrahtungen 81 verbunden. Die Leitungen 11 und die Elektroden 82 sind durch Bonddrähte 101 elektrisch miteinander verbunden und die Elektroden 83 und die Elektroden 71 der den Wavelength-Locker 7 bildenden Fotodiode sind durch Bonddrähte 102 miteinander verbunden. Dadurch können die Elektroden 71 des Wavelength-Lockers 7 und die Leitungen 11 des Gehäuses 1 elektrisch miteinander verbunden werden und so können die elektrischen Verdrahtungen zu einer Außenseite des Modulgehäuses 1 austreten.
In der vorliegenden Spezifikation werden ein lichtemittierendes Element und ein Wavelength-Locker als Funktionskomponenten bezeichnet. Auch ist die Funktionskomponente darauf nicht begrenzt, sondern ist lediglich ein allgemeiner Begriff für Komponenten, die elektrische Anschlüsse haben und auf einer optischen Achse liegen. Die Funktionskomponente beinhaltet ein Lichtaufnahmeelement und einen optischen Modulator, der nachfolgend beschrieben wird.
Gemäß der vorliegenden Ausgestaltung können elektrische Verbindungen ohne Verwenden einer komplizierten Form wie z. B. lange Bonddrähte vorgenommen werden. Ferner wird, da das Substrat zur Wärmekopplung mit dem Thermokühler auch eine Funktion der elektrischen Verdrahtungen ausführt, die Zahl der Komponenten nicht erhöht. Demgemäß kann ein kleines Leuchtelementemodul erhalten werden, in dem Leitungen nur auf einer Seite des Gehäuses austreten.
Mit Bezug auf eine optische Struktur, es können auch andere Strukturen als die in der dritten Ausgestaltung gezeigte Struktur verwendet werden. So kann beispielsweise eine Struktur verwendet werden, in der Konvergenzlicht den Wavelength-Locker 7 passieren kann, ohne die Linse 304 zu verwenden. Ferner braucht kein Isolator verwendet zu werden, wenn ein durch reflektiertes Licht verursachter Effekt vermieden werden kann. Ebenso kann, auch wenn die dritte Ausgestaltung den Wavelength-Locker 7 gemäß Vorwärtslicht des lichtemittierenden Elementes 2 illustriert, ein Wavelength-Locker gemäß Rücklicht davon verwendet werden.
In der vorliegenden Ausgestaltung wird das Peltier-Element als Thermokühler verwendet. Das Peltier-Element wird gemäß einer Richtung eines fließenden Stroms zu einer Thermoheizung, die zum Heizen gemäß einer zu überwachenden Wellenlänge gesteuert wird.
Zudem kann, obwohl das lichtemittierende Element und der Wavelength-Locker in der vorliegenden Ausgestaltung im selben Gehäuse untergebracht sind, auch eine Struktur in Betracht gezogen werden, in der sie in verschiedenen Gehäusen unterbracht und durch eine optische Faser miteinander gekoppelt sind. In diesem Fall wird ein den Wavelength-Locker aufnehmendes Modul als Wavelength-Locker-Modul bezeichnet. Das Leuchtelementemodul und das Wavelength-Locker-Modul werden im Allgemeinen als optische Module bezeichnet. Ferner beinhaltet das optische Modul ein Lichtaufnahmeelementemodul und ein optisches Modulatormodul, ist aber darauf nicht begrenzt.
Als Nächstes wird das Leuchtelementemodul gemäß einer vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 5 beschrieben. Hier zeigt 5 das Leuchtelementemodul gemäß der vierten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, wobei 5A eine Seitenansicht und 5B eine Draufsicht davon zeigt.
5 zeigt ein Lichtmodul 100, das ein lichtemittierendes Element 2, einen Wavelength-Locker 7 und einen Mach-Zehnder-Modulator 200 in einem Modulgehäuse 1 umfasst. Von dem lichtemittierenden Element 2 emittiertes Licht wird durch eine Linse 301 zu kollimiertem Licht gebündelt und fällt durch einen Isolator 302 auf den Wavelength-Locker 7. Ein durch den Wavelength-Locker 7 übertragener Lichtstrahl wird von einer Linse 304 fokussiert und fällt auf den Mach-Zehnder-Modulator 200. Das von dem Mach-Zehnder-Modulator 200 modulierte Licht wird durch eine optische Faser 303 zu einer Außenseite des Moduls übertragen.
Das lichtemittierende Element 2 ist eine abstimmbare Lichtquelle und umfasst mehrere Wellenleiter, um Licht mit einem breiten Wellenlängenbereich zu emittieren, und mehrere Elektroden 21 und 22 entsprechend jedem Wellenleiter. Die Elektroden sind auf beiden Seiten des Wellenleiters ausgebildet. Der Wavelength-Locker 7 überwacht eine Wellenlänge des von dem lichtemittierenden Element 2 emittierten Lichts vor und nach dem Transmittieren eines Etalon-Filters mit Hilfe von zwei Fotodioden. Der Mach-Zehnder-Modulator 200 hat die Funktion des Modulierens von von dem lichtemittierenden Element 2 emittiertem kontinuierlichem Licht in Signallicht, und die Länge einer optischen Achse davon beträgt mehrere dutzend Millimeter.
Das Modul 100 ist so konfiguriert, dass Leitungen 11 zum Eingeben von elektrischen Signalen von der Außenseite zur Innenseite des Gehäuses 1 und zum Ausgeben der elektrischen Signale von der Innenseite zur Außenseite in einer Seitenwand 1 vorgesehen sind.
Die Montagestruktur des lichtemittierenden Elementes 2 ist so, dass es an das Substrat 4 angelötet ist, ähnlich wie in der ersten Ausgestaltung. Das Substrat 4 ist durch eine Lötverbindung auf dem Thermokühler 5 montiert und der Thermokühler 5 ist an einen Bodenabschnitt des Gehäuses 1 angelötet. Ferner kann das lichtemittierende Element 2 durch das Unterbaugruppensubstrat an dem Substrat 4 montiert werden, ähnlich wie in der zweiten Ausgestaltung.
Als Material des Substrats 4 wird ein hauptsächlich aus AlN (Aluminiumnitrid) bestehendes Keramiksubstrat benutzt, ähnlich wie in der ersten Ausgestaltung. In dem Substrat 4 befinden sich innere elektrische Verdrahtungen 41. Als Material für die Verdrahtung wird Wolfram benutzt. Die Elektrodengruppe 42 auf einer Leitungsseite und die Elektrodengruppe 43 auf einer Nichtleitungsseite des Gehäuses 1 des Substrats 4 sind durch auf der Innenseite im Substrat 4 ausgebildete elektrische Verdrahtungen 41 elektrisch miteinander verbunden.
Dadurch werden die durch eine Seitenwand des Gehäuses dringenden Leitungen 11 und die Elektrodengruppe 42 auf der Leitungsseite durch Bonddrähte 61 elektrisch miteinander verbunden und die Elektrodengruppe 43 auf einer Nichtleitungsseite und die Elektrodengruppe 22 auf einer Nichtleitungsseite des lichtemittierenden Elementes 2 werden durch Bonddrähte 62 miteinander verbunden. Auf diese Weise können die Elektroden 22 des lichtemittierenden Elementes 2 und die Leitungen 11 des Gehäuses 1 elektrisch miteinander verbunden werden und so können die elektrischen Verdrahtungen auf einer Außenseite des Modulgehäuses 1 austreten. Die Elektrodengruppe 21 des lichtemittierenden Elementes 2 auf einer Leitungsseite sind durch Drahtbonden direkt mit den Leitungen 11 verbunden.
Eine Elektrodengruppe 71 der Fotodiode des Wavelength-Lockers 7 ist auf der Nichtleitungsseite angeordnet. Der Wavelength-Locker 7 ist an das Substrat 8 angelötet. Das Substrat 8 ist durch eine Lötverbindung am Thermokühler 9 montiert und der Thermokühler 9 ist an den Bodenabschnitt des Gehäuses 1 angelötet.
In dem Substrat 8 sind innere elektrische Verdrahtungen 81 vorgesehen. In der vorliegenden Ausgestaltung wird Aluminiumoxid als Isoliermaterial des Substrats 8 und Wolfram als Material der inneren Verdrahtungen verwendet. Eine Elektrodengruppe 82 auf einer Leitungsseite des Substrats 8 ist elektrisch mit einer Elektrodengruppe 43 auf einer Nichtleitungsseite durch in dem Substrat 4 ausgebildete elektrische Verdrahtungen 81 verbunden. Die durch eine Seitenwand des Gehäuses dringenden Leitungen 11 und die Elektrodengruppe 82 auf der Nichtleitungsseite sind durch Bonddrähte 101 elektrisch miteinander verbunden und eine Elektrodengruppe 83 auf der Nichtleitungsseite des Substrats 8 und die Elektrodengruppe 71 der den Wavelength-Locker 7 bildenden Fotodiode sind durch Bonddrähte 102 miteinander verbunden. Dadurch können die Elektrodengruppe 71 des Wavelength-Lockers 7 und die Leitungen 11 des Gehäuses 1 elektrisch miteinander verbunden werden und so können die elektrischen Verdrahtungen auf einer Außenseite des Modulgehäuses 1 austreten.
Der Mach-Zehnder-Modulator 200 besteht aus LiNbO₃-Kristall und kann kontinuierliches Licht mit einem breiten Wellenlängenbereich, das von der abstimmbaren Lichtquelle (dem lichtemittierenden Element 2) emittiert wird, in ein optisches Signal mit einer Übertragungsrate von 10 Gbit/s mittels eines elektrischen Signals mit einer Übertragungsrate von 10 Gbit/s von einer Außenseite (nicht gezeigt) modulieren.
In der vorliegenden Ausgestaltung können elektrische Verbindungen ohne Verwenden einer komplizierten Form wie z. B. lange Bonddrähte vorgenommen werden. Zudem wird, da das Substrat zur Wärmeemission auch eine Funktion der elektrischen Verdrahtung ausfüllt, die Zahl der Komponenten nicht erhöht. Demzufolge kann ein kleines Leuchtelementemodul erhalten werden, in dem Leitungen nur von einer Seite des Gehäuses austreten.
Zudem kann, obwohl die inneren Verdrahtungen in der vorliegenden Ausgestaltung sowohl am lichtemittierenden Element 2 als auch am Wavelength-Locker 7 vorgesehen sind, eine Struktur verwendet werden, in der die inneren Verdrahtungen nur auf einer davon vorgesehen sind. Ebenso können auch mit Bezug auf eine optische Struktur andere Methoden als in der Ausgestaltung angewendet werden. Zum Beispiel kann eine Methode zum Koppeln von Konvergenzlicht von der Linse 304 mit einer optischen Faser zum Übertragen des Lichts durch direktes Verbinden der optischen Faser mit dem Mach-Zehnder-Modulator verwendet werden.
Als Nächstes wird ein Transceiver-Modul gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 6 beschrieben. Hier ist 6 eine Draufsicht des Transceiver-Moduls gemäß der fünften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Ein in 6 gezeigter optischer Transceiver 1000 besteht aus einem in der vierten Ausgestaltung illustrierten Leuchtelementemodul 100, einem Lichtaufnahmeelementemodul 400 und peripheren Schaltungen. Vier von einem Verbinder 500 eingegebene elektrische Signale, jeweils mit einer Übertragungsrate von 2,4 Gbit/s, werden zu einem Signal mit einer Übertragungsrate von 10 Gbit/s mit einer Multiplexier-IC 130 multiplexiert und dann durch eine Treiber-IC 120 zum Ausgeben eines modulierten Signals an den Mach-Zehnder-Modulator 200 zu dem Leuchtelementemodul 100 übertragen, und dann wird ein optisches Signal mit einer Übertragungsrate von 10 Gbit/s zur optischen Faser 303 übertragen.
Ein optisches Signal mit einer Übertragungsrate von 10 Gbit/s, übertragen von der optischen Faser 305, wird in ein elektrisches Signal in einem Lichtaufnahmeelementemodul 400 konvertiert, dann durch eine Verstärkungs-IC 420 geleitet und dann in vier Signale, jeweils mit einer Übertragungsrate von 2,4 Gbit/s, in einer Demultiplexier-IC 410 zur Übertragung vom Verbinder 500 unterteilt.
In dem optischen Transceiver der vorliegenden Erfindung kann, da das Leuchtelementemodul 100, in dem Leitungen nur auf einer Seite des Gehäuses angeordnet sind, verwendet wird, das Leuchtelementemodul 100 am Ende des Substrats 600 positioniert werden, und daher kann der optische Transceiver miniaturisiert werden.
Zudem kann das Gehäuse des Lichtaufnahmeelementes verwendet werden, in dem die Leitungen nur auf einer Seite positioniert sind. Ferner kann ein Lichttransmittermodul benutzt werden, in dem das lichtemittierende Element und die peripheren Schaltungen auf dem Substrat montiert sind. Ebenso kann ein Lichtaufnahmemodul, in dem das Lichtaufnahmeelement Leitungen hat, die nur auf einer Seite des Gehäuses vorgesehen sind, und die peripheren Schaltungen auf dem Substrat montiert sind, verwendet werden.
Hier sind der optische Transceiver, das Lichttransmittermodul und das Lichtaufnahmemodul alle optische Module.

Claims

Optisches Modul mit einem im wesentlichen rechtwinkligen Parallelepiped-Gehäuse (1), das Leitungen (11) zum Ein- und Ausgeben elektrischer Signale aufweist, wobei die Leitungen nur eine Seitenwand (1a) des Gehäuses durchdringen, einem lichtemittierenden Element (2), das in dem Gehäuse (1) aufgenommen ist und Licht längs einer zu der einen Seitenwand (1a) parallelen optischen Achse emittiert, und einem Substrat (4), das an das lichtemittierende Element (2) angeschlossen und mit Verdrahtungen (41) ausgebildet ist, die jeweils ein Paar zweiter Elektroden (42, 43) aufweisen, die auf beiden Seiten einer optischen Achse des lichtemittierenden Elements (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das lichtemittierende Element (2) wenigstens einen Wellenleiter aufweist, der ein Paar erster Elektroden (21, 22) aufweist, die auf beiden Seiten der optischen Achse des lichtemittierenden Elements angeordnet sind, und für jeden Wellenleiter die ersten Elektroden (21) an der Seite der optischen Achse, die näher an der einen Seitenwand (1a) liegt, direkt mit einer ersten Gruppe der Leitungen (11) drahtverbunden sind, während die ersten Elektroden (22) an der Seite der optischen Achse, die näher an der anderen Seitenwand liegt, mit den zweiten Elektroden (43) an der Seite der optischen Achse drahtverbunden sind, die näher an der anderen Seitenwand liegt, wobei die zweiten Elektroden durch die Verdrahtungen (41) elektrisch an die zweiten Elektroden (42) an der Seite der optischen Achse angeschlossen sind, die näher an der einen Seitenwand (1a) liegt, die wiederum über Bonddrähte (61) an eine zweite Gruppe der Leitungen (11) angeschlossen sind.
Modul nach Anspruch 1, ferner mit einer optischen Faser (303) zum Ausgeben optischer Signale.
Modul nach Anspruch 2, das innerhalb des Gehäuses (1) ferner aufweist: einen Wavelength-Locker (7) zum Überwachen eines optischen Ausgabesignals des lichtemittierenden Elements (2), und einen Modulator (200), der zwischen dem Wavelength-Locker (7) und der optischen Faser (303) angeordnet ist, um durch den Wavelength-Locker hindurchtretendes Licht zu modulieren, wobei Elektroden (71) des Wavelength-Lockers (7) elektrisch an entsprechende Leitungen (11) angeschlossen sind, die sich von denen unterscheiden, die elektrisch an die ersten und die zweiten Elektroden (21, 42) angeschlossen sind.
Modul nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das lichtemittierende Element (2) mehrere Wellenleiter aufweist und in einer abstimmbaren Laserdiode besteht, d. h. einer Diode, deren Wellenlänge variierbar ist.
Modul nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einem Thermokühlelement (5), das vorzugsweise in einem Peltier-Element besteht, und das zwischen einem Bodenabschnitt des Gehäuses (1) und dem Substrat (4) eingeschoben ist, wobei das Substrat dazu ausgelegt ist, Wärme zwischen dem Thermokühlelement (5) und dem lichtemittierenden Element (2) zu transferieren, und Anschlüsse des Thermokühlelements (5) mit entsprechenden Leitungen (11) drahtverbunden sind, die von denen verschieden sind, die elektrisch an die ersten und die zweiten Elektroden (21, 42) angeschlossen sind.
Modul nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das lichtemittierende Element (2) mehrere Wellenleiter aufweist, die in einem Wellenleiter an einem vorderen Emissionsende des lichtemittierenden Elements integriert sind.
Modul nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1) einen Metallrahmen mit mehreren Seitenwandpaaren aufweist, die Leitungen (11) als Verdrahtungen vorgesehen sind, die auf einem Keramiksubstrat gebildet sind, das mit der einen Seitenwand (1a) verbunden ist, und die Verdrahtungen längs der optischen Achse des lichtemittierenden Elements angeordnet sind.
Modul nach Anspruch 7, wenn abhängig von Anspruch 2, wobei der Metallrahmen eine weitere, von dem Paar von Seitenwänden verschiedene Wand aufweist, und die optische Faser (303) an der weiteren Wand des Metallrahmens befestigt ist.
Modul nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Verdrahtungen auf dem Keramiksubstrat längs der optischen Achse des lichtemittierenden Elements (2) in einer der Anordnung der ersten Elektroden (21, 22) entsprechenden Ordnung angeordnet sind.
Optisches Modul mit einem Lichtemissionselement-Modul (100) gemäß dem Modul nach einem der vorstehenden Ansprüche, und einem Lichtempfangselement-Modul (400).