JP2000299523A - 放熱フィン一体型表面実装光素子モジュール及びこれを用いた光伝送モジュール - Google Patents

放熱フィン一体型表面実装光素子モジュール及びこれを用いた光伝送モジュール

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JP2000299523A
JP2000299523A JP10488999A JP10488999A JP2000299523A JP 2000299523 A JP2000299523 A JP 2000299523A JP 10488999 A JP10488999 A JP 10488999A JP 10488999 A JP10488999 A JP 10488999A JP 2000299523 A JP2000299523 A JP 2000299523A
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optical
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silicon substrate
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Akihisa Azumaguchi
晃久 東口
Taisuke Iwato
泰典 岩藤
Noriki Takeda
准樹 武田
Katsumi Kuroguchi
克己 黒口
Tetsuya Kato
哲哉 加藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】シリコン基板を用いた表面実装型光素子モジュ
ールは、シリコン基板搭載面と電気信号の入出力を行う
接続端子とが同一方向に配置されているため、レーザダ
イオード制御機能もしくは受光信号増幅機能を有する基
板からの熱流入の影響を受けやすく、動作温度に制約を
受けていた。 【解決手段】表面実装型光素子モジュールに放熱フィン
を設け、かつシリコン基板搭載面と電気信号の入出力を
行う接続端子とを異方向に配置する事により電気回路基
板からの熱伝導を抑圧し、光伝送モジュール、光伝送装
置の動作温度の高温化を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン基板を用
いた表面実装型発光受光素子モジュールの放熱構造、ま
たこの光素子モジュールを用いた光伝送モジュール、光
伝送装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、光ファイバ伝送システムの各家庭
等への加入者ネットワークの本格的導入の為、光素子モ
ジュール及び光伝送モジュールへの低コスト化に対する
要求が強まってきている。これに伴い、光素子モジュー
ルの構造も低コスト化の観点から、図8に示すようなシ
リコン基板を用いた表面実装型の構造が主流となってき
ている。(1997年電子情報通信学会エレクトロニク
スソサイエティ大会C−3−84)光素子モジュールの
光結合工程の簡素化の為、発光受光素子をシリコン基板
に搭載したパッシブアライメント工法が近年主流となっ
てきている。また、光素子モジュールの形状もこのシリ
コン基板を用いる事により、同軸型から表面実装型へと
移行している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】然るに、上述した従来
技術での表面実装型光素子モジュールは、シリコン基板
搭載面と電気信号の入出力を行う接続端子とが同一方向
に配置されている為、レーザダイオードを駆動する機
能、もしくは受光信号を増幅する機能を有した基板との
接続において、前記基板側からの熱伝導を受けやすい構
造となっていた。この為、前記光素子モジュールを用い
た光伝送モジュール、光伝送装置の高温動作温度に制約
をもたらしていた。また、高温動作時にはペルチェ素
子、強制空冷装置を必要とするなど、コスト高を誘発し
ている。
【0004】本発明の目的は、ペルチェ素子、強制空冷
装置を用いず、表面実装型光素子モジュールの高温度動
作化を実現し、低価格な光伝送モジュール、光伝送装置
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決法として表面実装型光素子モジュールに放熱フィンを
設け、かつシリコン基板搭載面と電気信号の入出力を行
う接続端子とを異方向に配置する事により前記基板から
の熱伝導を抑圧し、光伝送モジュール、光伝送装置の動
作温度の高温化を実現する構造形態を開示する。
【0006】
【発明の実施の形態】図2に放熱用のフィンを兼ね備え
た表面実装型発光素子モジュールを示す。図中(a)は
上面図、(b)は側面断面図である。レーザダイオード
素子1及びモニタ用フォトダイオード素子2が搭載され
たシリコン基板3は、前記表面実装型発光素子モジュー
ルの外形を形成するパッケージ4の放熱フィン5と、金
属充填された穴6により熱導通がなされた金属面に、熱
伝導性の優れた導電性樹脂にてダイボンディングされて
いる。なお、本図では光素子、光ファイバが搭載されて
いる部分の樹脂ポッティングによる封止を省略してお
り、以降の図についても同様に省略して記載している。
【0007】接続端子11が発光素子モジュールのパッ
ケージ4に取り付けられ、発光素子モジュールのパッケ
ージ4上のボンディング用パッドに金属配線で電気的に
接続されている。一方、発光素子がシリコン基板上に蒸
着等の手段で電気的にシリコン基板上のボンディング用
パッドに接続されている。この、発光素子モジュールの
パッケージ4上のボンディング用パッドとシリコン基板
上のボンディング用パッドをボンディングで電気的に接
続することにより、駆動信号が伝達され発光素子が発光
する。また、モニタ用フォトダイオード素子についても
同様の方法で電気的に接続され、受光したモニタ信号を
接続端子から出力し、APC回路(自動光出力制御回
路)を動作させ受光したモニタ信号に基づいて駆動信号
を制御する。
【0008】なお、上述の接続端子と光素子との電気的
接続は以下の図の説明でも同様のため省略する。
【0009】図3に熱の伝導を矢印で示す。レーザダイ
オード1が駆動され発生した熱は、シリコン基板3及び
シリコン基板3に蒸着された金属配線を介し、シリコン
基板3のダイボンド面に伝わる。ダイボンド面に伝わっ
た熱は金属充填された穴6及び外形を形成するパッケー
ジ材料4を介し、放熱フィン5に伝わる。放熱フィン5
の形状は、放熱フィン表面と接する気体の流速方向に合
わせた形状、及び必要とする動作温度範囲に合わせて、
その形状・面積を決定する。
【0010】図4に表面実装型発光素子モジュールを使
用した光送信モジュールを示す。図中(a)は上面図、
(b)は側面断面図である。光送信モジュールは、電気
・光変換機能を有する表面実装型発光素子モジュール
8、表面実装型発光素子モジュールを駆動する駆動回路
機能を有した回路基板9、全体の外形を形成するケース
10から成る。回路基板9と表面実装型発光素子モジュ
ール8は、放熱フィン5と異方向から突出した接続端子
11のみにより接続され、回路基板9と前記表面実装型
発光素子モジュール8の気体による熱伝達は外形を形成
するケースにより遮断される。
【0011】表面実装型発光素子モジュール8の放熱フ
ィン5は、放熱機能を行うと同時に、外来からレーザダ
イオード1を保護する外形ケースとしての機能を兼ね備
えている。
【0012】図5に放熱用のフィンを兼ね備えた表面実
装型受光素子モジュールを示す。図中(a)は上面図、
(b)は側面断面図である。フォトダイオード素子12
が搭載されたシリコン基板13と前置増幅集積回路14
は、表面実装型受光素子モジュールの外形を形成するパ
ッケージ15の放熱フィン16と、金属充填された穴1
7により熱導通がなされた金属面に、熱伝導性の優れた
導電性樹脂にてダイボンディングされている。
【0013】前置増幅集積回路14の電気的接続は、シ
リコン基板13上のボンディング用パッドと前置増幅集
積回路14の入力パッド、および、前置増幅集積回路1
4の出力パッドと受光素子のモジュールパッケージ15
上のボンディング用パッドとを直接ボンディングで接続
する。
【0014】図6に熱の伝導を矢印で示す。前置増幅集
積回路14が発生した熱は、ダイボンド面に伝わり金属
充填された穴17及び外形を形成するパッケージ材料1
5を介し、放熱フィン16に伝わる。放熱フィン16の
形状は、放熱フィン表面と接する気体の流速方向に合わ
せた形状、及び必要とする動作温度範囲に合わせて、そ
の形状・面積を決定する。
【0015】図7に表面実装型受光素子モジュール19
を使用した光受信モジュールを示す。図中(a)は上面
図、(b)は側面断面図である。光受信モジュールは、
光・電気変換機能を有する表面実装型受光素子モジュー
ル19、表面実装型受光素子モジュール19にて生成さ
れた微小電気信号の等価増幅・波形成形・タイミング抽
出機能を有する回路基板20、全体の外形を形成するケ
ース21から成る。回路基板20と表面実装型受光素子
モジュール19は、放熱フィン16と異方向から突出し
た接続端子22のみにより接続され、回路基板20と表
面実装型受光素子モジュール19の気体による熱伝達は
外形を形成するケース21により遮断される。
【0016】表面実装型受光素子モジュール19の放熱
フィン16は、放熱機能を行うと同時に、外来からフォ
トダイオード素子12及び前置増幅集積回路14を保護
する外形ケースとしての機能を兼ね備えている。
【0017】図1に表面実装型発光素子モジュール8、
及び表面実装型受光素子モジュール19を使用した送受
信一体型光伝送モジュールを示す。送受信一体型光伝送
モジュールは、表面実装型発光素子モジュール8、表面
実装型受光素子モジュール19、表面実装型発光素子モ
ジュール8を駆動する駆動回路機能、及び表面実装型受
光素子モジュール19にて生成された微小電気信号の等
価増幅・波形成形・タイミング抽出機能を有する回路基
板23、全体の外形を形成するケース24から成る。回
路基板23と表面実装型発光素子モジュール8及び表面
実装型受光素子モジュール19は、各放熱フィン5、1
6と異方向から突出した接続端子11、22のみにより
接続され、前記回路基板23と各素子モジュール間の気
体による熱伝達は外形を形成するケースにより遮断され
る。
【0018】以上の図の説明では、発光素子モジュール
は発光素子とモニタ用受光素子の1対、受光素子モジュ
ールは受光素子1個の場合について述べたが、光ファイ
バも含めそれぞれ、アレイ状に複数にしても良い。さら
に、送受信一体型光伝送モジュールと多重分離部とイン
タフェース部とそれら各部を制御する制御部からなる光
伝送装置を構成できる。以下に簡単に伝送装置の構成を
説明する。この多重分離部の光伝送モジュール側では多
重化された送信データ信号が光伝送モジュールへ出力さ
れ、一方、光伝送モジュールから入力された受信データ
信号が分離される。逆に、多重分離部のインタフェース
部側では処理装置等の他の装置から入力された送信デー
タ信号がインタフェース部を介して入力され、一方、光
伝送モジュールで受信し分離された受信データ信号がイ
ンタフェース部へ出力され、他装置へ伝達される。この
光伝送装置はペルチェ素子や強制空冷装置等を必要とせ
ず許容動作温度を上げることができる。この結果、光伝
送装置の小型化、低消費電力化、低コスト化が可能とな
る。
【0019】また、この光伝送装置を複数接続した光伝
送システムでは、光カプラや光合分波器等の光ブランチ
ングデバイスを用いた光波長多重伝送システムや一芯双
方向光伝送システム等も考えられ、装置単体のみならず
システム全体の小型化、低消費電力化、低コスト化が可
能となる。
【0020】
【発明の効果】本発明により、シリコン基板を用いた表
面実装型光素子モジュールの動作温度範囲拡大を実現す
る。また本発明は、高温動作時に必要としていたペルチ
ェ素子、強制空冷装置を不要とし、低価格な光伝送モジ
ュール、光伝送システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の送受信一体型光伝送モジュールの外観
図。
【図2】本発明の表面実装型発光素子モジュールの外観
図。
【図3】本発明の表面実装型発光素子モジュール内熱伝
導方向の図示。
【図4】本発明の光送信モジュールの外観図。
【図5】本発明の表面実装型受光素子モジュールの外観
図。
【図6】本発明の表面実装型受光素子モジュール内熱伝
導方向の図示。
【図7】本発明の光受信モジュールの外観図。
【図8】従来の表面実装型光素子モジュールの断面図。
【符号の説明】
1…レーザダイオード素子、 2…モニタ用フォトダ
イオード素子、3,13…シリコン基板、 4…発
光素子モジュールパッケージ、5,16…放熱フィン、
6,17…金属充填された穴、7,18…熱伝導経路
を示す矢印、 8…発光素子モジュール、9…発光素子
駆動回路基板、 10,21,24…外形ケース、1
1,22…接続端子、 12…フォトダイオード素
子、14…前置増幅集積回路、 15…受光素子モジ
ュールパッケージ、19…受光素子モジュール、 20
…受信回路基板、23…送受信機能を有する回路基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 准樹 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信システム事業本部内 (72)発明者 黒口 克己 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信システム事業本部内 (72)発明者 加藤 哲哉 神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地 株 式会社日立製作所通信システム事業本部内 Fターム(参考) 2H037 AA01 BA02 BA11 DA35 DA38 5F073 BA01 EA29 FA02 FA06 FA13 FA22 FA29 GA02 5F089 BB03 CA14 EA04

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】1つ以上の光素子が搭載されたシリコン基
    板を有する光素子モジュールにおいて、上記シリコン基
    板が搭載される面と、上記光素子モジュールの外形を形
    成するパッケージの最外形放熱フィンとがスルーホール
    にて接続され、かつ、上記光素子への電気信号の入出力
    は上記シリコン基板が搭載される面とは異なる面で行わ
    れることを特徴とする表面実装型光素子モジュール。
  2. 【請求項2】前記光素子がレーザダイオード素子とモニ
    タ用フォトダイオード素子であることを特徴とする請求
    項1記載の表面実装型発光素子モジュール。
  3. 【請求項3】前記光素子がフォトダイオード素子であ
    り、前記外形を形成するパッケージ内に前置増幅集積回
    路を内蔵することを特徴とする請求項1記載の表面実装
    型受光素子モジュール。
  4. 【請求項4】送信回路と受信回路と送受信回路とのいず
    れかの回路を搭載した基板と請求項1ないし請求項3い
    ずれかに記載の表面実装型光素子モジュールとを同一ケ
    ースに内蔵したことを特徴とする光伝送モジュール。
  5. 【請求項5】送受信回路と請求項2記載の表面実装型発
    光素子モジュールと請求項3記載の表面実装型受光素子
    モジュールとを同一ケースに内蔵したことを特徴とする
    送受信一体型光伝送モジュール。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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