JP2004145147A - 光素子収納用パッケージおよび光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとすることにより、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすること。
【解決手段】上面に光素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａを有するとともに他の側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、入出力端子取付部２ａに嵌着された入出力端子４とを具備した光素子収納用パッケージである。光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【選択図】 図１
【解決手段】上面に光素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａを有するとともに他の側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、入出力端子取付部２ａに嵌着された入出力端子４とを具備した光素子収納用パッケージである。光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は異なる波長の光信号を合波あるいは分波する波長合分波器、または光スイッチ等の光パッシブデバイス等（以下、光素子という）を収容するための光素子収納用パッケージ、およびこれに光素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光素子収納用パッケージの例を図８に斜視図で示す。また、この光素子収納用パッケージに波長合分波器等の光素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光モジュールの例を図９に斜視図で示す。
【０００３】
光素子収納用パッケージは、上面に光素子１７が載置される載置部１１ａを有するとともに、外部電気回路基板（図示せず）にネジ止めされるように外周部に設けられたフランジ部１１ｂを有する基体１１と、基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、相対する一両側面に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部という）１２ａを有するとともに相対する他両側面の略中央部に光ファイバ１８を導入するための貫通孔から成る光ファイバ導入部（以下、導入部という）１２ｃを有し、さらに導入部１２ｃの相対する外側側面にパイプ取着部（以下、取着部という）１２ｂを有する枠体１２と、取着部１２ｂを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ１８を導入部１２ｃに導くためのパイプ１３と、取付部１２ａに嵌着されるとともに上面にメタライズ層１４ａと外部リード１４ｂとを有する入出力端子１４とから主に構成される。
【０００４】
また、光モジュールは、載置部１１ａの上面に光素子１７，光ファイバ整列器（以下、整列器という）１６が保持台１５を介して載置されるとともに、光ファイバ１８が導入部１２ｃを介してパイプ１３から光素子１７にかけて導入され、光ファイバ１８を整列器１６上面の略Ｖ字状のＶ溝１６ａに沿って前後させることにより光素子１７に光結合される。さらに、光結合した後にホルダー１３ａをパイプ１３の先端面にＹＡＧ溶接等により溶接するとともに、蓋体１９を枠体１２上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けすることにより、光素子収納用パッケージの内部が気密に封止された光モジュールが完成する。この光モジュールは、光素子１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３５６６号公報
【特許文献２】
特開平７−１９８９７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２１８１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光モジュールは光素子１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられているが、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ１８を光素子収納用パッケージの内部に導入する場合に、複数の光ファイバ１８を光素子収納用パッケージの内部に導入し、さらに光素子１７に光結合させるのは作業上非常に煩雑である。具体的には、光ファイバ１８を安定して載置固定する部位が整列器１６のＶ溝１６ａの部位のみであるため、光ファイバ１８が複数ある場合には、たとえ１本目の光ファイバ１８が光結合できたとしても他の光ファイバ１８を光結合させる際に１本目の光ファイバ１８の光結合が損なわれるため、すなわち光軸がずれることがあるため全ての光ファイバ１８の光軸を良好に合わせるのは非常に困難であるという問題点があった。また、作業が非常に煩雑であるため、作業中に光ファイバ１８を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【０００７】
また、たとえ複数の光ファイバ１８と光素子１７とを光結合できたとしても、その後にホルダー１３ａをパイプ１３の先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体１９を枠体１２の上面に接合する工程の２工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ１８を歪ませる程度の応力が発生し、光素子１７と光ファイバ１８との光結合がわずかながらも劣化するという問題点もあった。
【０００８】
そのため、従来の光素子収納用パッケージおよび光モジュールにおいては、光素子１７の作動性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないことがあるという問題点があった。
【０００９】
なお、光素子１７として、例えばピエゾ素子上に設置するＡＷＧ（Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：アレイ状導波路）等の光素子は、ピエゾ素子に高周波の電圧を印加することでピエゾ効果が発生して弾性表面波が発生することから、ＡＷＧはこの弾性表面波と光との相互干渉によりフィルタ機能を得ることができ、これによって多数の波長を合分波している。また、ＡＷＧを始めとして多くの光素子１７では温度保償が必要であり、このような光素子１７に対しては、ペルチェ素子等を光素子収納用パッケージ内に搭載し光素子１７の温度保償が行なわれる。この様に光素子１７の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源の伝送に用いるため、光素子収納用パッケージには入出力端子１４が必要である。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、一本の光ファイバはもちろんのこと複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率をも良好なものとすることができ、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすることができる光素子収納用パッケージおよび光モジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の光素子収納用パッケージは、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、該枠体の側部または前記基体の前記枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第１の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことから、従来のように光ファイバをパイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバをＹＡＧ溶接等により溶接することが不要となり、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【００１３】
さらに、入出力端子取付部に嵌着された入出力端子を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１４】
また、本発明の第２の光素子収納用パッケージは、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、前記基体の前記載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第２の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備したことから、光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００１６】
また、これらに加えて基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるとともに、基体の内部の、載置部から入出力端子導体までの間の配線を、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法により配線の幅，長さ，厚みを自由に調整して形成することができるので、この入出力端子導体を高周波信号の入出力に使用する場合であれば、配線導体全体のインピーダンスを整えることができ、そのため１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００１７】
これらにより、本発明の光素子収納用パッケージによれば、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号も伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００１８】
また、本発明の光素子収納用パッケージは、上記各構成において、前記光ファイバ導入部は、前記光ファイバの直径をｒ（μｍ）としたときに、開口の幅がｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の光素子収納用パッケージによれば、光ファイバの直径をｒ（μｍ）としたときに、光ファイバ導入部の開口の幅がｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであるときには、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２０】
本発明の光モジュールは、上記各構成の本発明の光素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の光モジュールによれば、上記構成により、従来のように複数の光ファイバと光素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光モジュールを提供することができる。また、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送も良好に行なうことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明の第１の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【００２３】
図１および図２において、１は基体、２は枠体、４は入出力端子であり、これら基体１，枠体２および入出力端子４で、光素子を収容する容器が基本的に構成される。
【００２４】
基体１は、光素子を支持するための支持部材ならびに光素子から発せられる熱を放散するための略四角形の放熱板として機能し、その上面の略中央部に光素子を載置するための載置部１ａを有している。また、基体１の外周部には、外部電気回路基板（図示せず）とネジ止めできるように、基体１を枠体２の外側に延出させてネジ穴を設けた、フランジ部１ｂを有していることが好ましい。
【００２５】
基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成る板状体であり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の形状に製作される。
【００２６】
なお、基体１の表面には耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と、厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのがよく、これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、基体１の上面に光素子および枠体２をロウ材により強固に接着固定することができるものとなる。
【００２７】
また、基体１は、その上面に光素子が載置される載置部１ａを囲繞するように四角形等の枠形状の枠体２が接合されており、枠体２の内側に光素子を収容するための空所が形成される。
【００２８】
この枠体２は、基体１と同様に金属材料から成り、基体１と同様の加工法で、少なくとも１つの側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａを、また他の側部の上面の略中央部に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る少なくとも１つの光ファイバ導入部２ｃを有するものに加工される。
【００２９】
枠体２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定の枠形状に製作される。また、枠体２の基体１への取着は、基体１の上面と枠体２の下面とを、基体１の上面に敷設した、適度な体積を有するプリフォームとされた銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介してロウ付け接合することによって行なわれる。さらに、基体１と同様に、枠体２の表面に厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのがよい。
【００３０】
本発明の光素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部２ｃは、少なくとも１本の光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る。この光ファイバ導入部２ｃは、光ファイバを安定して固定し保持する機能を有するとともに、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止めする場合においても、ネジ止めによりフランジ部１ｂに発生して光ファイバに伝わる応力を非常に小さくし得る機能を有する。さらに、光ファイバ導入部２ｃは、その内側に光ファイバを通してロウ付けすることによって固定した際に光ファイバの外周面を略均一にロウ材で覆うことが可能な形状であるため、ロウ材が溶融して光ファイバの外周面と光ファイバ導入部２ｃとの間を封止する際に発生するロウ材中のボイドの原因となる光ファイバ導入部２ｃに存在しているエアを外部へ抜けやすくする作用があるので、そのロウ材中のボイドの発生を皆無とし、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とする機能も有するものである。
【００３１】
次に、図４は本発明の第２の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す下面側から見た斜視図であり、４ｃは入出力端子導体、４ｂは入出力端子導体４ｃに接合された外部入出力端子である。
【００３２】
本発明の第２の光素子収納用パッケージは、上面に光素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備することが重要である。
【００３３】
本発明の第２の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備したことから、光ファイバを光ファイバ導入部２ｃに仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも１本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに、少なくとも１本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体を枠体２の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部２ｃと光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００３４】
また、これらに加えて基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃを具備することから、この導出のために基体１の内部の載置部１ａから入出力端子導体４ｃまでの間に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法により配線の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができるのはもとより、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００３５】
これらにより、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００３６】
光ファイバ導入部２ｃは、図２に部分拡大斜視図で示すように、この光ファイバ導入部２ｃを通して導入される光ファイバの直径をｒ（μｍ）とした場合に、その開口の幅Ａがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さＢがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであることが好ましい。
【００３７】
開口の幅Ａがｒ＋５μｍ未満の場合は、光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けできなくなり、ロウ材中のボイドの発生を皆無とできなくなって、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好なものとできなくなり、光素子を気密封止することが困難となる。一方、開口の幅Ａがｒ＋２００μｍを超える場合は、光ファイバを光ファイバ導入部２ｃの略中央部に安定して固定することが困難となるため、光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバの断面の中心点と、光軸調整用として機能する、載置部１ａに保持台を介して光素子とともに載置される光ファイバの整列器のＶ溝に載置固定された光ファイバの断面の中心点とが位置ずれを起こすようになる。そのため、光ファイバに応力が発生して折れ易くなり、この光素子収納用パッケージを用いた光モジュールの信頼性が非常に低くなるという問題点を生じることとなる。
【００３８】
また、深さＢがｒ＋５μｍ未満の場合は、光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けできなくなり、ロウ材中のボイドの発生を皆無とできなくなって、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好なものとできなくなり、光素子を気密封止することが困難となる。一方、深さＢがｒ＋２００μｍを超える場合は、枠体２を基体１の上面に接合した際のそれぞれの熱膨張係数差に起因した枠体２および基体１の反りや捻れによって発生した歪みをネジ止めにより平坦に戻そうとする応力が、基体１から枠体２の光ファイバ導入部２ｃおよびロウ材を介して光ファイバ８に伝わるようになるので、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止め固定した際に、光ファイバを折れ易くする程度の応力が基体１から光ファイバ導入部２ｃ，ロウ材を介して光ファイバ８に伝わることになり、この光素子収納用パッケージを用いた光モジュールの信頼性が非常に低くなるという問題点を生じることとなる。
【００３９】
また、光ファイバ導入部２ｃの奥行き、すなわち枠体２の厚さは０．７乃至１．８ｍｍ程度が好ましい。奥行きが０．７ｍｍ未満の場合は光ファイバを安定して固定し保持することが困難となり、一方、１．８ｍｍを超える場合は、光ファイバが固定され保持される部位のロウ付け面積が広くなるため、光ファイバと光ファイバ導入部２ｃとの間にロウ付け後に発生する残留応力が非常に大きいものとなり、光ファイバに外力が加わると光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバの周囲のロウ材にクラック等の機械的な破壊が発生し易くなって、光素子を気密に封止することが困難となる傾向がある。
【００４０】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光素子収納用パッケージの内部と外部電気回路基板との間の電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、例えばピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源の伝送に用いられる。ピエゾ素子の使用例としては、ピエゾ素子上に光素子であるＡＷＧ（Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：アレイ状導波路）を設置し、ピエゾ素子に高周波の電圧を印加することでピエゾ効果が発生して弾性表面波が発生するというものがある。ＡＷＧはこの弾性表面波と光との相互干渉でフィルタ機能が得られるものであり、これにより多数の波長を合分波することができる。また、ペルチェ素子の使用例としては、ＡＷＧ等の温度保償が必要な光素子に対して、ペルチェ素子を光素子収納用パッケージ内に搭載することによって光素子の温度保償を行なう。この様に、ピエゾ素子やペルチェ素子等は光素子を正常に作動させるために必要であり、その駆動電源や高周波信号の伝送に入出力端子４が必要である。
【００４１】
この入出力端子４は、例えば図１に示すように、高周波信号を伝送する線路導体およびグランド機能を有する接地導体としての複数のメタライズ層４ａが枠体２の内外を導通するように形成された直方体状の誘電体板から成る平板部と、この平板部の上面にメタライズ層４ａを間に挟んで接合され、枠体２内外を遮断するように形成された略直方体状の誘電体板から成る立壁部とから成り、その平板部の上面に形成されたメタライズ層４ａと光素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光素子に高周波信号を入出力する機能を有する。この平板部や立壁部の誘電体材料には、その誘電率や熱膨張係数等の要求される特性に応じて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等が適宜選定される。
【００４２】
この入出力端子４は、メタライズ層４ａとなるタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部や立壁部となる原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によって成されたセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所望の形状に印刷，塗布し、約１６００℃の高温で焼結することにより製作される。
【００４３】
また、枠体２の外側に位置するメタライズ層４ａの上面には、それぞれ光素子収納用パッケージと外部電気回路基板とを電気的に接続する外部入出力端子４ｂがＡｇロウ等のロウ材を介して接合される。この外部入出力端子４ｂには、入出力端子４との接合を強固なものとするために、入出力端子４の熱膨張係数に近似する金属部材が用いられる。例えば、入出力端子４の平板部がＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る場合は、外部入出力端子４ｂにはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金が用いられる。
【００４４】
このような本発明の光素子収納用パッケージを用いて、図３にその実施の形態の一例を斜視図で示すように、載置部１ａの上面に光素子７、整列器６が保持台５を介して載置されるとともに、光ファイバ８が、光ファイバ導入部２ｃを通してロウ付けされることによって外部から光体素子７にかけて導入され、その光ファイバ８の端部を整列器６の上面の略Ｖ字状のＶ溝６ａに載置しそれに沿って前後させることにより、光素子７に光結合される。さらに、その後に下面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ロウ材等の低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることにより、光素子収納用パッケージの内部が気密に封止された本発明の光モジュールが完成する。
【００４５】
なお、この光モジュールにおいて、光ファイバ導入部２ｃを介して導入される光ファイバ８の光ファイバ導入部２ｃに位置する部位の保護膜（樹脂等）を剥がして石英ガラス（光ファイバ８の芯線）を露出させるとともに、露出させた光ファイバ８の芯線の外周の全面にＮｉ，Ａｕ等のメッキ膜を順次被着させておくことにより、光ファイバ８の外周面がメッキ膜およびロウ材を介して光ファイバ導入部２ｃおよび蓋体９に良好にロウ付けされ、光ファイバ導入部２ｃが気密封止されることになる。そして、この光モジュールは、従来のように、複数の光ファイバと光素子とを光結合した後、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生して光素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないことから、光素子７の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【００４６】
また、本発明の光モジュールは、図４に示した本発明の第２の光素子収納用パッケージを用いて、図３に示したものと同様にして構成してもよい。
【００４７】
【実施例】
本発明の光素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａおよび深さＢの寸法を決めるための実験を以下に示すように行なった。
【００４８】
図１に示すような光素子収納用パッケージを製作するにあたり、外周部の両端に縦×横を３７ｍｍ×１６ｍｍの大きさとし、ネジ穴の直径を２．５ｍｍとしたフランジ部１ｂが設けられ、縦×横×高さを４２ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの大きさとしたＣｕ−Ｗ合金から成る基体１を準備した。次に、基体１の上面に、外寸法が縦３２ｍｍ，横２０ｍｍ，高さ３．５ｍｍで、厚さが１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る枠体２をＡｇロウ材で接合した。この枠体２には、相対する一対の側部に貫通孔から成る入出力端子取付部２ａを設けるとともに、相対するもう一対の側部の上面の略中央部に断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを一方の側部に８箇所ずつ、計１６箇所設けた。この光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａおよび深さＢをパラメータにとるとともに、入出力端子取付部２ａにＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る平板部および立壁部とメタライズ層４ａとを有する入出力端子４をＡｇロウ材を介して嵌着した。
【００４９】
なお、本実施例では、この入出力端子４は光ファイバ導入部２ｃにおける光モジュールとしての信頼性を実験により評価するために嵌着するものであり、外部電気回路基板との電気的接続を行なうものではないため、外部入出力端子４ｂは設けなかった。
【００５０】
そして、以上のようにして作製した光素子収納用パッケージの評価用試料について、図３に示すように、内部の基体１の上面の載置部１ａに保持台５，整列器６，光素子７を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低温ロウ材で接合するとともに光ファイバ８を全ての光ファイバ導入部２ｃ（一方の側部で８箇所ずつ、計１６箇所）に挿通し、光素子７との光結合を行なった。
【００５１】
次に、下面にＡｕ−Ｓｎロウ材から成る低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることによって、同時に各光ファイバ８をそれぞれ光ファイバ導入部２ｃにロウ付けして、光モジュールの試料を作製した。なお、これら光モジュールの試料においては、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けされる部位の光ファイバ８の樹脂から成る保護膜を剥がして石英ガラスから成る光ファイバ８の芯線を露出させるとともに、その芯線の外周の全面に厚さ１μｍのＮｉメッキ膜および厚さ１μｍのＡｕメッキ膜を順次被着させ、光ファイバ８の外周面がこのメッキ膜を介して光ファイバ導入部２ｃにロウ付けされるようにした。
【００５２】
このようにして作製した光モジュールの各試料について、光ファイバの折れおよび気密性の評価を行なった。
【００５３】
光ファイバの折れについては、作製した光モジュールの各試料を目視で確認し、光ファイバに折れやクラック等の欠陥の発生の有無を評価した。
【００５４】
気密性については、作製した光モジュールの各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬してグロスリーク試験を行ない、液体中への気泡の発生の有無を評価して、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について５０Ｎ／ｃｍ２で２時間Ｈｅ加圧を行なった後にＨｅリーク試験を実施し、Ｈｅの検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の試料を最終的に良品とし、検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。
【００５５】
その結果、この光モジュールの信頼性は、表１および表２に示すように、光ファイバ８の直径ｒと光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａ，光ファイバ導入部２ｃの深さＢの関係によりほぼ決まることが分かった。
【００５６】
表１は深さＢを一定として開口の幅Ａを変化させた実験の結果を示すものであり、開口の幅Ａがｒ＋５μｍ未満では５０個の光モジュールの試料のうち数個は気密性不良を起こし、開口の幅Ａをｒと等しくしたものでは、５０個中１８個が気密性不良を起こした。この気密性不良の原因は光ファイバ８の外周面を均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも多数見られた。一方、開口の幅Ａがｒ＋２００μｍを超える場合には、光ファイバ８が折れる場合があった。この折れの原因は、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けした部位の光ファイバ８の断面の中心点とＶ溝６ａに載置固定した部位の光ファイバ８の断面の中心点とが位置ずれを起こしていたことによるものであることが分かった。すなわち、光ファイバ８を光ファイバ導入部２ｃの略中央部に精度良くロウ付けできなかったことによるものであった。これに対し、開口の幅Ａをｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍの範囲とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００５７】
【表１】
【００５８】
次に、表２は開口の幅Ａを一定として深さＢを変化させた実験の結果を示すものであり、深さＢがｒ＋５μｍ未満では５０個の光モジュールの試料のうち数個は気密性不良を起こし、深さＢをｒと等しくしたものでは、５０個中４個が気密性不良を起こした。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも多数見られた。一方、深さＢがｒ＋２００μｍを超える場合には、光モジュールを縦５０ｍｍ，横３０ｍｍ，高さ５ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）から成る簡易的な外部電気回路基板にフランジ部１ｂを介してネジ止めした際に、光ファイバ８が折れてしまう場合があった。この折れの原因は、基体１には、枠体２を接合した際に基体１と枠体２との熱膨張係数差に起因して発生した反りや捻れの歪みが発生しているのに対して、ネジ止めによりこの歪みを平坦に戻そうとする力が加わり、基体１から枠体２の光ファイバ導入部２ｃおよびロウ材を介して光ファイバ８に伝わったことによるものであった。これに対し、深さＢをｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍの範囲とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００５９】
【表２】
【００６０】
以上の結果より、本発明の試料のように、光ファイバ８の直径をｒ（μｍ）とした場合に、光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さＢがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであることが良いことが確認できた。
【００６１】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、図５に斜視図で示すように、光素子収納用パッケージの枠体２の外側の光ファイバ導入部２ｃの側面２ｂに光ファイバ支持部材３を接合しておいても良く、この場合は、図６にその実施の形態の例を斜視図で示すように光モジュールとした後に、外部電気回路基板にネジ止め等するために光ファイバ８を上下左右に動かすようなことがあっても、支持部材３の先端部が光ファイバ８の起点となるため、光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバ８の周囲のロウ材や光ファイバ８に直接的に応力が伝わらないものとすることができる。なお、この場合、図６に示すように蓋体９には支持部材３の上面部に接合されるように鍔部９ｂを設けておいたほうが好ましく、例えば光ファイバ８を上方向に動かした場合に鍔部９ｂを光ファイバ８の起点とすることができる。その結果、本発明の光モジュールにおける光ファイバ８の支持についての信頼性が非常に良いものとなる。
【００６２】
また、以上の実施の形態の例では、枠体２の対向する２つの側部に光ファイバ導入部２ｃを形成するとともに、基体１の外周部の光ファイバ導入部２ｃが形成された側にフランジ部１ｂを設けていたが、フランジ部１ｂの配置はこのような関係に限定されるものではなく、入出力端子取付部２ａが形成された側に配置してもよく、枠体２の四隅に張り出すように配置してもよい。
【００６３】
また、以上の実施の形態の例では、入出力端子導体４ｃに外部入出力端子４ｂをロウ材を介して接合したが、例えば図７に示すように外部入出力端子４ｂの形状が球状のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプや、外部入出力端子４ｂを介さずにはんだ等のロウ材により入出力端子導体４ｃと外部電気回路基板とを接合するＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ等に使用用途に応じて変更してもよい。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の第１の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことにより、従来のように光ファイバをパイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入する必要がなく、また光ファイバを光ファイバ導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、複数の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバをＹＡＧ溶接等により溶接することが不要となり、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【００６５】
さらに、入出力端子取付部に嵌着された入出力端子を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００６６】
また、本発明の第２の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備したことから、光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００６７】
また、これらに加えて基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるとともに、基体の内部の、載置部から入出力端子導体までの間の配線を、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法により配線の幅，長さ，厚みを自由に調整して形成することができるので、この入出力端子導体を高周波信号の入出力に使用する場合であれば、配線線路全体のインピーダンスを整えることができ、そのため１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００６８】
これらにより、本発明の光素子収納用パッケージによれば、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号も伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００６９】
また、本発明の光素子収納用パッケージによれば、光ファイバ導入部が、光ファイバの直径をｒ（μｍ）としたときに、光ファイバ導入部の開口の幅Ａがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さＢがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであるものとしたときには、ロウ材が溶融して光ファイバの外周面と光ファイバ導入部との間を封止する際に発生するロウ材中のボイドの原因となる光ファイバ導入部に存在しているエアを外部へ抜けやすくする作用があるので、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７０】
また、本発明の光モジュールによれば、上記各構成の本発明の光素子収納用パッケージと、載置部に載置された光素子と、光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、枠体の上面にロウ材付け接合された、光素子および光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことにより、従来のように複数の光ファイバと光素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光モジュールを提供することができる。また、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送も良好に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光素子収納用パッケージの光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の光モジュールの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の光モジュールの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の光素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図９】従来の光モジュールの例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：フランジ部
２：枠体
２ａ：入出力端子取付部
２ｃ：光ファイバ導入部
４：入出力端子
７：光素子
８：光ファイバ
９：蓋体
【発明の属する技術分野】
本発明は異なる波長の光信号を合波あるいは分波する波長合分波器、または光スイッチ等の光パッシブデバイス等（以下、光素子という）を収容するための光素子収納用パッケージ、およびこれに光素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光素子収納用パッケージの例を図８に斜視図で示す。また、この光素子収納用パッケージに波長合分波器等の光素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光モジュールの例を図９に斜視図で示す。
【０００３】
光素子収納用パッケージは、上面に光素子１７が載置される載置部１１ａを有するとともに、外部電気回路基板（図示せず）にネジ止めされるように外周部に設けられたフランジ部１１ｂを有する基体１１と、基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、相対する一両側面に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部という）１２ａを有するとともに相対する他両側面の略中央部に光ファイバ１８を導入するための貫通孔から成る光ファイバ導入部（以下、導入部という）１２ｃを有し、さらに導入部１２ｃの相対する外側側面にパイプ取着部（以下、取着部という）１２ｂを有する枠体１２と、取着部１２ｂを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ１８を導入部１２ｃに導くためのパイプ１３と、取付部１２ａに嵌着されるとともに上面にメタライズ層１４ａと外部リード１４ｂとを有する入出力端子１４とから主に構成される。
【０００４】
また、光モジュールは、載置部１１ａの上面に光素子１７，光ファイバ整列器（以下、整列器という）１６が保持台１５を介して載置されるとともに、光ファイバ１８が導入部１２ｃを介してパイプ１３から光素子１７にかけて導入され、光ファイバ１８を整列器１６上面の略Ｖ字状のＶ溝１６ａに沿って前後させることにより光素子１７に光結合される。さらに、光結合した後にホルダー１３ａをパイプ１３の先端面にＹＡＧ溶接等により溶接するとともに、蓋体１９を枠体１２上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けすることにより、光素子収納用パッケージの内部が気密に封止された光モジュールが完成する。この光モジュールは、光素子１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３５６６号公報
【特許文献２】
特開平７−１９８９７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２１８１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光モジュールは光素子１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられているが、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ１８を光素子収納用パッケージの内部に導入する場合に、複数の光ファイバ１８を光素子収納用パッケージの内部に導入し、さらに光素子１７に光結合させるのは作業上非常に煩雑である。具体的には、光ファイバ１８を安定して載置固定する部位が整列器１６のＶ溝１６ａの部位のみであるため、光ファイバ１８が複数ある場合には、たとえ１本目の光ファイバ１８が光結合できたとしても他の光ファイバ１８を光結合させる際に１本目の光ファイバ１８の光結合が損なわれるため、すなわち光軸がずれることがあるため全ての光ファイバ１８の光軸を良好に合わせるのは非常に困難であるという問題点があった。また、作業が非常に煩雑であるため、作業中に光ファイバ１８を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【０００７】
また、たとえ複数の光ファイバ１８と光素子１７とを光結合できたとしても、その後にホルダー１３ａをパイプ１３の先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体１９を枠体１２の上面に接合する工程の２工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ１８を歪ませる程度の応力が発生し、光素子１７と光ファイバ１８との光結合がわずかながらも劣化するという問題点もあった。
【０００８】
そのため、従来の光素子収納用パッケージおよび光モジュールにおいては、光素子１７の作動性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないことがあるという問題点があった。
【０００９】
なお、光素子１７として、例えばピエゾ素子上に設置するＡＷＧ（Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：アレイ状導波路）等の光素子は、ピエゾ素子に高周波の電圧を印加することでピエゾ効果が発生して弾性表面波が発生することから、ＡＷＧはこの弾性表面波と光との相互干渉によりフィルタ機能を得ることができ、これによって多数の波長を合分波している。また、ＡＷＧを始めとして多くの光素子１７では温度保償が必要であり、このような光素子１７に対しては、ペルチェ素子等を光素子収納用パッケージ内に搭載し光素子１７の温度保償が行なわれる。この様に光素子１７の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源の伝送に用いるため、光素子収納用パッケージには入出力端子１４が必要である。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、一本の光ファイバはもちろんのこと複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率をも良好なものとすることができ、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすることができる光素子収納用パッケージおよび光モジュールを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の光素子収納用パッケージは、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、該枠体の側部または前記基体の前記枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第１の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことから、従来のように光ファイバをパイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバをＹＡＧ溶接等により溶接することが不要となり、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【００１３】
さらに、入出力端子取付部に嵌着された入出力端子を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１４】
また、本発明の第２の光素子収納用パッケージは、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、前記基体の前記載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備したことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第２の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備したことから、光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００１６】
また、これらに加えて基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるとともに、基体の内部の、載置部から入出力端子導体までの間の配線を、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法により配線の幅，長さ，厚みを自由に調整して形成することができるので、この入出力端子導体を高周波信号の入出力に使用する場合であれば、配線導体全体のインピーダンスを整えることができ、そのため１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００１７】
これらにより、本発明の光素子収納用パッケージによれば、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号も伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００１８】
また、本発明の光素子収納用パッケージは、上記各構成において、前記光ファイバ導入部は、前記光ファイバの直径をｒ（μｍ）としたときに、開口の幅がｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の光素子収納用パッケージによれば、光ファイバの直径をｒ（μｍ）としたときに、光ファイバ導入部の開口の幅がｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであるときには、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２０】
本発明の光モジュールは、上記各構成の本発明の光素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の光モジュールによれば、上記構成により、従来のように複数の光ファイバと光素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光モジュールを提供することができる。また、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送も良好に行なうことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明の第１の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【００２３】
図１および図２において、１は基体、２は枠体、４は入出力端子であり、これら基体１，枠体２および入出力端子４で、光素子を収容する容器が基本的に構成される。
【００２４】
基体１は、光素子を支持するための支持部材ならびに光素子から発せられる熱を放散するための略四角形の放熱板として機能し、その上面の略中央部に光素子を載置するための載置部１ａを有している。また、基体１の外周部には、外部電気回路基板（図示せず）とネジ止めできるように、基体１を枠体２の外側に延出させてネジ穴を設けた、フランジ部１ｂを有していることが好ましい。
【００２５】
基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成る板状体であり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の形状に製作される。
【００２６】
なお、基体１の表面には耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と、厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのがよく、これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、基体１の上面に光素子および枠体２をロウ材により強固に接着固定することができるものとなる。
【００２７】
また、基体１は、その上面に光素子が載置される載置部１ａを囲繞するように四角形等の枠形状の枠体２が接合されており、枠体２の内側に光素子を収容するための空所が形成される。
【００２８】
この枠体２は、基体１と同様に金属材料から成り、基体１と同様の加工法で、少なくとも１つの側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａを、また他の側部の上面の略中央部に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る少なくとも１つの光ファイバ導入部２ｃを有するものに加工される。
【００２９】
枠体２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定の枠形状に製作される。また、枠体２の基体１への取着は、基体１の上面と枠体２の下面とを、基体１の上面に敷設した、適度な体積を有するプリフォームとされた銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介してロウ付け接合することによって行なわれる。さらに、基体１と同様に、枠体２の表面に厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのがよい。
【００３０】
本発明の光素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部２ｃは、少なくとも１本の光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る。この光ファイバ導入部２ｃは、光ファイバを安定して固定し保持する機能を有するとともに、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止めする場合においても、ネジ止めによりフランジ部１ｂに発生して光ファイバに伝わる応力を非常に小さくし得る機能を有する。さらに、光ファイバ導入部２ｃは、その内側に光ファイバを通してロウ付けすることによって固定した際に光ファイバの外周面を略均一にロウ材で覆うことが可能な形状であるため、ロウ材が溶融して光ファイバの外周面と光ファイバ導入部２ｃとの間を封止する際に発生するロウ材中のボイドの原因となる光ファイバ導入部２ｃに存在しているエアを外部へ抜けやすくする作用があるので、そのロウ材中のボイドの発生を皆無とし、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とする機能も有するものである。
【００３１】
次に、図４は本発明の第２の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す下面側から見た斜視図であり、４ｃは入出力端子導体、４ｂは入出力端子導体４ｃに接合された外部入出力端子である。
【００３２】
本発明の第２の光素子収納用パッケージは、上面に光素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備することが重要である。
【００３３】
本発明の第２の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備したことから、光ファイバを光ファイバ導入部２ｃに仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも１本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに、少なくとも１本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体を枠体２の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部２ｃと光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００３４】
また、これらに加えて基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃを具備することから、この導出のために基体１の内部の載置部１ａから入出力端子導体４ｃまでの間に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法により配線の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができるのはもとより、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００３５】
これらにより、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００３６】
光ファイバ導入部２ｃは、図２に部分拡大斜視図で示すように、この光ファイバ導入部２ｃを通して導入される光ファイバの直径をｒ（μｍ）とした場合に、その開口の幅Ａがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さＢがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであることが好ましい。
【００３７】
開口の幅Ａがｒ＋５μｍ未満の場合は、光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けできなくなり、ロウ材中のボイドの発生を皆無とできなくなって、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好なものとできなくなり、光素子を気密封止することが困難となる。一方、開口の幅Ａがｒ＋２００μｍを超える場合は、光ファイバを光ファイバ導入部２ｃの略中央部に安定して固定することが困難となるため、光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバの断面の中心点と、光軸調整用として機能する、載置部１ａに保持台を介して光素子とともに載置される光ファイバの整列器のＶ溝に載置固定された光ファイバの断面の中心点とが位置ずれを起こすようになる。そのため、光ファイバに応力が発生して折れ易くなり、この光素子収納用パッケージを用いた光モジュールの信頼性が非常に低くなるという問題点を生じることとなる。
【００３８】
また、深さＢがｒ＋５μｍ未満の場合は、光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けできなくなり、ロウ材中のボイドの発生を皆無とできなくなって、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好なものとできなくなり、光素子を気密封止することが困難となる。一方、深さＢがｒ＋２００μｍを超える場合は、枠体２を基体１の上面に接合した際のそれぞれの熱膨張係数差に起因した枠体２および基体１の反りや捻れによって発生した歪みをネジ止めにより平坦に戻そうとする応力が、基体１から枠体２の光ファイバ導入部２ｃおよびロウ材を介して光ファイバ８に伝わるようになるので、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止め固定した際に、光ファイバを折れ易くする程度の応力が基体１から光ファイバ導入部２ｃ，ロウ材を介して光ファイバ８に伝わることになり、この光素子収納用パッケージを用いた光モジュールの信頼性が非常に低くなるという問題点を生じることとなる。
【００３９】
また、光ファイバ導入部２ｃの奥行き、すなわち枠体２の厚さは０．７乃至１．８ｍｍ程度が好ましい。奥行きが０．７ｍｍ未満の場合は光ファイバを安定して固定し保持することが困難となり、一方、１．８ｍｍを超える場合は、光ファイバが固定され保持される部位のロウ付け面積が広くなるため、光ファイバと光ファイバ導入部２ｃとの間にロウ付け後に発生する残留応力が非常に大きいものとなり、光ファイバに外力が加わると光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバの周囲のロウ材にクラック等の機械的な破壊が発生し易くなって、光素子を気密に封止することが困難となる傾向がある。
【００４０】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光素子収納用パッケージの内部と外部電気回路基板との間の電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、例えばピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源の伝送に用いられる。ピエゾ素子の使用例としては、ピエゾ素子上に光素子であるＡＷＧ（Ａｒｒａｙ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ：アレイ状導波路）を設置し、ピエゾ素子に高周波の電圧を印加することでピエゾ効果が発生して弾性表面波が発生するというものがある。ＡＷＧはこの弾性表面波と光との相互干渉でフィルタ機能が得られるものであり、これにより多数の波長を合分波することができる。また、ペルチェ素子の使用例としては、ＡＷＧ等の温度保償が必要な光素子に対して、ペルチェ素子を光素子収納用パッケージ内に搭載することによって光素子の温度保償を行なう。この様に、ピエゾ素子やペルチェ素子等は光素子を正常に作動させるために必要であり、その駆動電源や高周波信号の伝送に入出力端子４が必要である。
【００４１】
この入出力端子４は、例えば図１に示すように、高周波信号を伝送する線路導体およびグランド機能を有する接地導体としての複数のメタライズ層４ａが枠体２の内外を導通するように形成された直方体状の誘電体板から成る平板部と、この平板部の上面にメタライズ層４ａを間に挟んで接合され、枠体２内外を遮断するように形成された略直方体状の誘電体板から成る立壁部とから成り、その平板部の上面に形成されたメタライズ層４ａと光素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光素子に高周波信号を入出力する機能を有する。この平板部や立壁部の誘電体材料には、その誘電率や熱膨張係数等の要求される特性に応じて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等が適宜選定される。
【００４２】
この入出力端子４は、メタライズ層４ａとなるタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部や立壁部となる原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によって成されたセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所望の形状に印刷，塗布し、約１６００℃の高温で焼結することにより製作される。
【００４３】
また、枠体２の外側に位置するメタライズ層４ａの上面には、それぞれ光素子収納用パッケージと外部電気回路基板とを電気的に接続する外部入出力端子４ｂがＡｇロウ等のロウ材を介して接合される。この外部入出力端子４ｂには、入出力端子４との接合を強固なものとするために、入出力端子４の熱膨張係数に近似する金属部材が用いられる。例えば、入出力端子４の平板部がＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る場合は、外部入出力端子４ｂにはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金が用いられる。
【００４４】
このような本発明の光素子収納用パッケージを用いて、図３にその実施の形態の一例を斜視図で示すように、載置部１ａの上面に光素子７、整列器６が保持台５を介して載置されるとともに、光ファイバ８が、光ファイバ導入部２ｃを通してロウ付けされることによって外部から光体素子７にかけて導入され、その光ファイバ８の端部を整列器６の上面の略Ｖ字状のＶ溝６ａに載置しそれに沿って前後させることにより、光素子７に光結合される。さらに、その後に下面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ロウ材等の低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることにより、光素子収納用パッケージの内部が気密に封止された本発明の光モジュールが完成する。
【００４５】
なお、この光モジュールにおいて、光ファイバ導入部２ｃを介して導入される光ファイバ８の光ファイバ導入部２ｃに位置する部位の保護膜（樹脂等）を剥がして石英ガラス（光ファイバ８の芯線）を露出させるとともに、露出させた光ファイバ８の芯線の外周の全面にＮｉ，Ａｕ等のメッキ膜を順次被着させておくことにより、光ファイバ８の外周面がメッキ膜およびロウ材を介して光ファイバ導入部２ｃおよび蓋体９に良好にロウ付けされ、光ファイバ導入部２ｃが気密封止されることになる。そして、この光モジュールは、従来のように、複数の光ファイバと光素子とを光結合した後、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生して光素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないことから、光素子７の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【００４６】
また、本発明の光モジュールは、図４に示した本発明の第２の光素子収納用パッケージを用いて、図３に示したものと同様にして構成してもよい。
【００４７】
【実施例】
本発明の光素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａおよび深さＢの寸法を決めるための実験を以下に示すように行なった。
【００４８】
図１に示すような光素子収納用パッケージを製作するにあたり、外周部の両端に縦×横を３７ｍｍ×１６ｍｍの大きさとし、ネジ穴の直径を２．５ｍｍとしたフランジ部１ｂが設けられ、縦×横×高さを４２ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの大きさとしたＣｕ−Ｗ合金から成る基体１を準備した。次に、基体１の上面に、外寸法が縦３２ｍｍ，横２０ｍｍ，高さ３．５ｍｍで、厚さが１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る枠体２をＡｇロウ材で接合した。この枠体２には、相対する一対の側部に貫通孔から成る入出力端子取付部２ａを設けるとともに、相対するもう一対の側部の上面の略中央部に断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを一方の側部に８箇所ずつ、計１６箇所設けた。この光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａおよび深さＢをパラメータにとるとともに、入出力端子取付部２ａにＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る平板部および立壁部とメタライズ層４ａとを有する入出力端子４をＡｇロウ材を介して嵌着した。
【００４９】
なお、本実施例では、この入出力端子４は光ファイバ導入部２ｃにおける光モジュールとしての信頼性を実験により評価するために嵌着するものであり、外部電気回路基板との電気的接続を行なうものではないため、外部入出力端子４ｂは設けなかった。
【００５０】
そして、以上のようにして作製した光素子収納用パッケージの評価用試料について、図３に示すように、内部の基体１の上面の載置部１ａに保持台５，整列器６，光素子７を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低温ロウ材で接合するとともに光ファイバ８を全ての光ファイバ導入部２ｃ（一方の側部で８箇所ずつ、計１６箇所）に挿通し、光素子７との光結合を行なった。
【００５１】
次に、下面にＡｕ−Ｓｎロウ材から成る低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることによって、同時に各光ファイバ８をそれぞれ光ファイバ導入部２ｃにロウ付けして、光モジュールの試料を作製した。なお、これら光モジュールの試料においては、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けされる部位の光ファイバ８の樹脂から成る保護膜を剥がして石英ガラスから成る光ファイバ８の芯線を露出させるとともに、その芯線の外周の全面に厚さ１μｍのＮｉメッキ膜および厚さ１μｍのＡｕメッキ膜を順次被着させ、光ファイバ８の外周面がこのメッキ膜を介して光ファイバ導入部２ｃにロウ付けされるようにした。
【００５２】
このようにして作製した光モジュールの各試料について、光ファイバの折れおよび気密性の評価を行なった。
【００５３】
光ファイバの折れについては、作製した光モジュールの各試料を目視で確認し、光ファイバに折れやクラック等の欠陥の発生の有無を評価した。
【００５４】
気密性については、作製した光モジュールの各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬してグロスリーク試験を行ない、液体中への気泡の発生の有無を評価して、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について５０Ｎ／ｃｍ２で２時間Ｈｅ加圧を行なった後にＨｅリーク試験を実施し、Ｈｅの検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の試料を最終的に良品とし、検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。
【００５５】
その結果、この光モジュールの信頼性は、表１および表２に示すように、光ファイバ８の直径ｒと光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａ，光ファイバ導入部２ｃの深さＢの関係によりほぼ決まることが分かった。
【００５６】
表１は深さＢを一定として開口の幅Ａを変化させた実験の結果を示すものであり、開口の幅Ａがｒ＋５μｍ未満では５０個の光モジュールの試料のうち数個は気密性不良を起こし、開口の幅Ａをｒと等しくしたものでは、５０個中１８個が気密性不良を起こした。この気密性不良の原因は光ファイバ８の外周面を均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも多数見られた。一方、開口の幅Ａがｒ＋２００μｍを超える場合には、光ファイバ８が折れる場合があった。この折れの原因は、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けした部位の光ファイバ８の断面の中心点とＶ溝６ａに載置固定した部位の光ファイバ８の断面の中心点とが位置ずれを起こしていたことによるものであることが分かった。すなわち、光ファイバ８を光ファイバ導入部２ｃの略中央部に精度良くロウ付けできなかったことによるものであった。これに対し、開口の幅Ａをｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍの範囲とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００５７】
【表１】
次に、表２は開口の幅Ａを一定として深さＢを変化させた実験の結果を示すものであり、深さＢがｒ＋５μｍ未満では５０個の光モジュールの試料のうち数個は気密性不良を起こし、深さＢをｒと等しくしたものでは、５０個中４個が気密性不良を起こした。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも多数見られた。一方、深さＢがｒ＋２００μｍを超える場合には、光モジュールを縦５０ｍｍ，横３０ｍｍ，高さ５ｍｍのアルミニウム（Ａｌ）から成る簡易的な外部電気回路基板にフランジ部１ｂを介してネジ止めした際に、光ファイバ８が折れてしまう場合があった。この折れの原因は、基体１には、枠体２を接合した際に基体１と枠体２との熱膨張係数差に起因して発生した反りや捻れの歪みが発生しているのに対して、ネジ止めによりこの歪みを平坦に戻そうとする力が加わり、基体１から枠体２の光ファイバ導入部２ｃおよびロウ材を介して光ファイバ８に伝わったことによるものであった。これに対し、深さＢをｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍの範囲とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００５９】
【表２】
以上の結果より、本発明の試料のように、光ファイバ８の直径をｒ（μｍ）とした場合に、光ファイバ導入部２ｃの開口の幅Ａがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さＢがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであることが良いことが確認できた。
【００６１】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、図５に斜視図で示すように、光素子収納用パッケージの枠体２の外側の光ファイバ導入部２ｃの側面２ｂに光ファイバ支持部材３を接合しておいても良く、この場合は、図６にその実施の形態の例を斜視図で示すように光モジュールとした後に、外部電気回路基板にネジ止め等するために光ファイバ８を上下左右に動かすようなことがあっても、支持部材３の先端部が光ファイバ８の起点となるため、光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバ８の周囲のロウ材や光ファイバ８に直接的に応力が伝わらないものとすることができる。なお、この場合、図６に示すように蓋体９には支持部材３の上面部に接合されるように鍔部９ｂを設けておいたほうが好ましく、例えば光ファイバ８を上方向に動かした場合に鍔部９ｂを光ファイバ８の起点とすることができる。その結果、本発明の光モジュールにおける光ファイバ８の支持についての信頼性が非常に良いものとなる。
【００６２】
また、以上の実施の形態の例では、枠体２の対向する２つの側部に光ファイバ導入部２ｃを形成するとともに、基体１の外周部の光ファイバ導入部２ｃが形成された側にフランジ部１ｂを設けていたが、フランジ部１ｂの配置はこのような関係に限定されるものではなく、入出力端子取付部２ａが形成された側に配置してもよく、枠体２の四隅に張り出すように配置してもよい。
【００６３】
また、以上の実施の形態の例では、入出力端子導体４ｃに外部入出力端子４ｂをロウ材を介して接合したが、例えば図７に示すように外部入出力端子４ｂの形状が球状のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプや、外部入出力端子４ｂを介さずにはんだ等のロウ材により入出力端子導体４ｃと外部電気回路基板とを接合するＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ等に使用用途に応じて変更してもよい。
【００６４】
【発明の効果】
本発明の第１の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことにより、従来のように光ファイバをパイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入する必要がなく、また光ファイバを光ファイバ導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、複数の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバをＹＡＧ溶接等により溶接することが不要となり、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【００６５】
さらに、入出力端子取付部に嵌着された入出力端子を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００６６】
また、本発明の第２の光素子収納用パッケージによれば、上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備したことから、光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００６７】
また、これらに加えて基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体を具備することから、光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、これによっても光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるとともに、基体の内部の、載置部から入出力端子導体までの間の配線を、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法により配線の幅，長さ，厚みを自由に調整して形成することができるので、この入出力端子導体を高周波信号の入出力に使用する場合であれば、配線線路全体のインピーダンスを整えることができ、そのため１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００６８】
これらにより、本発明の光素子収納用パッケージによれば、複数の光ファイバと光素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送を良好に行なうことができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号も伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００６９】
また、本発明の光素子収納用パッケージによれば、光ファイバ導入部が、光ファイバの直径をｒ（μｍ）としたときに、光ファイバ導入部の開口の幅Ａがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さＢがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであるものとしたときには、ロウ材が溶融して光ファイバの外周面と光ファイバ導入部との間を封止する際に発生するロウ材中のボイドの原因となる光ファイバ導入部に存在しているエアを外部へ抜けやすくする作用があるので、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７０】
また、本発明の光モジュールによれば、上記各構成の本発明の光素子収納用パッケージと、載置部に載置された光素子と、光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、枠体の上面にロウ材付け接合された、光素子および光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことにより、従来のように複数の光ファイバと光素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光モジュールを提供することができる。また、入出力端子または入出力端子導体により光素子の作動のために必要なピエゾ素子やペルチェ素子等の駆動電源または高周波信号の伝送も良好に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光素子収納用パッケージの光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の光モジュールの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の光モジュールの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の光素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の光素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図９】従来の光モジュールの例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：フランジ部
２：枠体
２ａ：入出力端子取付部
２ｃ：光ファイバ導入部
４：入出力端子
７：光素子
８：光ファイバ
９：蓋体
Claims (4)
- 上面に波長合分波器等の光素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、該枠体の側部または前記基体の前記枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことを特徴とする光素子収納用パッケージ。
- 上面に光素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、前記基体の前記載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備したことを特徴とする光素子収納用パッケージ。
- 前記光ファイバ導入部は、前記光ファイバの直径をｒ（μｍ）としたときに、開口の幅がｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであり、深さがｒ＋５μｍ乃至ｒ＋２００μｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光素子収納用パッケージ。
- 請求項１または請求項２記載の光素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とする光モジュール。
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-
2002
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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