JP2004288669A - Optical semiconductor element module - Google Patents

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JP2004288669A
JP2004288669A JP2003075292A JP2003075292A JP2004288669A JP 2004288669 A JP2004288669 A JP 2004288669A JP 2003075292 A JP2003075292 A JP 2003075292A JP 2003075292 A JP2003075292 A JP 2003075292A JP 2004288669 A JP2004288669 A JP 2004288669A
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JP
Japan
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substrate
optical semiconductor
electronic cooler
insulating substrate
lead
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JP2003075292A
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Inventor
Kenichi Abe
憲一 阿部
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a connecting structure of leads so as not to bring about a displacement between a package and an electronic cooler by the residual stress of the lead connected to the electronic cooler, and to prevent the short circuiting of the lead upon any vibration or impact. <P>SOLUTION: This optical semiconductor element module includes an optical semiconductor element, the electronic cooler provided at the signal terminal at a lower part, a carrier solder connected to the upper surface of the electronic cooler, a connecting substrate formed separately from the carrier and connected to the upper surface of the electronic cooler, the package for housing the electronic cooler, a conductor wire connected to the connecting substrate and the package, and the leads for connecting the connecting substrate to the signal terminal of the electronic cooler. The leads 10a are connected on the pattern substrate 11 mounted on a Peltier 10 in a structure not to connect to the other component for forming an optical system. Even if the bending part of the lead 10a is released from a stress, the displacement of an LD2 and a lens 7 does not occur only by applying the stress to the pattern substrate lead 9a on the Peltier 10. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子を載置した電子冷却器を、パッケージ内部に搭載する光半導体素子モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
光半導体素子モジュールは、光ファイバ通信システムにおいて、電気信号を光信号に変換するために現在広く用いられている。光半導体素子モジュールとして、例えば外部から入力される電気信号を光信号に変換するレーザダイオード(LD)を搭載したレーザダイオードモジュール(LDモジュール)が知られている。
【0003】
通信用途に用いられる光半導体素子モジュールは、10〜25年といった長期間にわたって、安定して光信号を出力することが要求される。しかし、LDはその温度により特性が容易に変化するため、発生する光信号の波長や光出力といった諸特性が変動しやすい。このため、安定した光信号を得ることができるように、LDモジュール内にLDの温度を調整する電子冷却器とサーミスタが設置される。従来、電子冷却器として、例えばペルチェ素子を搭載したLDモジュールが知れられている(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開平4−332186号公報(4頁、第1図)
【0005】
この電子冷却器は、ペルチェ素子の上下面にセラミック基板を接合して構成され、両基板間に温度差を発生させて、上面のセラミック基板に載置されたLDの温度を制御する。ペルチェ素子は、高温側のセラミック基板に接続された一対のリード(ペルチェリード)によって電圧が印加される。一般に、ペルチェリードは、電子冷却器を収容するパッケージの側壁に接続されて、フィードスルー上の配線パターンと電気的に接続される。これによって、パッケージ外部からの制御電圧がペルチェ素子に伝達される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光半導体素子モジュールは、電子冷却器にペルチェリードを接合した後、ペルチェリードを折り曲げてフィードスルーに接続しているので、ペルチェリードの折り曲げ部分に応力が蓄積される。この残有応力の影響により、長期間にわたる使用によって、ペルチェリードの曲げ角度が広がる、または狭まる方向への応力が発生するという現象が生じた。
【0007】
このペルチェリードからの応力によって半田クリープ現象が発生し、パッケージの底面に半田付けされた電子冷却器を僅かに変位させる。これによって、電子冷却器に載置されたLDの光軸と、パッケージに接合された光ファイバの光軸との間に角度変位が生じた。結果として、光ファイバの光軸ずれが発生し、光出力が低下するという問題があった。この現象は、ペルチェリードに剛性の高い材質を使用した場合に、より顕著に現れていた。
【0008】
また、ペルチェリードに剛性の低い、軟らかい部材を使用した場合は、振動や衝撃によってペルチェリードが瞬間的に変形し、ペルチェリードとパッケージ間や、ペルチェリード同士の短絡が発生するという問題があった。
【0009】
この発明は、係る課題を解決するために為されたものであり、電子冷却器に接続されたリードの残留応力によって、パッケージと電子冷却器との間に変位が生じないようにするとともに、振動や衝撃時のリードの短絡を防ぐような、リードの接続構造を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明による光半導体素子モジュールは、光半導体素子と、下部に信号端子の設けられた電子冷却器と、前記電子冷却器の上面に半田接合されたキャリアと、 前記キャリアとは別体に形成され、前記電子冷却器の上面に接合された接続基板と、前記電子冷却器を収容するパッケージと、前記接続基板と前記パッケージに接続された導体ワイヤと、前記接続基板と前記電子冷却器の信号端子とを接続するリードとを備えたものである。
【0011】
また、光半導体素子と、第1の絶縁基板、当該第1の絶縁基板よりも広い第2の絶縁基板、当該第1の絶縁基板と第2の絶縁基板の間に挟まれて配置された複数の熱電素子を有した電子冷却器と、前記第1の絶縁基板の上面に載置され、前方部の上面に光半導体素子を載置したキャリアと、前記キャリアとは別体に形成され、前記第1の絶縁基板の上面における後方部に載置された接続基板と、内側側壁に突設された側面基板を有し、前記第2の絶縁基板が内側底面に接合されて電子冷却器を収容するパッケージと、前記接続基板の上面と側面基板の上面に接続された導体ワイヤと、前記接続基板の上面と第2の絶縁基板における後方部の上面を接続するリードとを備えたものであっても良い。
【0012】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1、図2は、実施の形態1による光半導体素子モジュールの構成を示す図であり、図1は光半導体素子モジュールの横断面図、図2は光半導体素子モジュールの上蓋を外した状態の上面図である。
【0013】
図において、パッケージ1は、箱型に成形された金属筐体をベースとして、そのベースの横側壁に、セラミック基板から成るフィードスルー1aが気密を保持する状態で嵌合され、パッケージ1を貫通する形で形成されている。フィードスルー1aの上面には、導体の配線パターン15が形成されており、これによって気密を保持した状態でパッケージ1内外の電気的接続がなされている。パッケージ1の上面は開口を有し、上面に上蓋1cが接合されて気密封止される。
【0014】
パッケージ1の底面には、ペルチェ10の底面が半田3aで接合されている。ペルチェ10の上面には、キャリア9が半田3bで接合されている。キャリア9の上面の前方部には、LDキャリアが半田付けされており、LDキャリア上には、上面に光半導体素子であるレーザダイオード(LD)2が載置されている(図では、簡略化のためにLDキャリアとLD2を同一視して記載している)。キャリア9の上面には、PDマウント8bの底面が半田付けされている。PDマウント8bの側面には、LD2の後面と対向するように、受光素子であるホトダイオード(PD)8が半田付けされている。LDキャリア9の前面には、LD2の前面と対向するように、レンズを保持したレンズホルダ7の下面が接合されている。PDマウント8bの上面には、サーミスタ13が接合されている。パッケージ1の内側の前側壁には光通過孔が設けられ、光通過孔を塞ぐように光学窓14が接合されている。パッケージ1の外側の前側壁には、この光通過孔を塞ぐようにスペーサ6が接合され、スペーサ6にはファイバホルダ4が接合されている。ファイバホルダ4には、ファイバ5が接合されている。
【0015】
ペルチェ10の上面の後方部には、LDキャリア9とは別体となってパターン基板11が半田3bにより接合されている。ペルチェ10上面におけるパターン基板11の接合面積は、ペルチェ10下面におけるパッケージ1との接合面積よりも十分に小さい。ペルチェ10は、下面にセラミック製の絶縁基板10a、上面にセラミック製の絶縁基板10bが設けられ、絶縁基板10aと絶縁基板10bの間に挟まれて、複数のペルチェ素子10cの上下面が接合されて構成されている。絶縁基板10aは絶縁基板10bよりも前後方向に長く、上方から見て、絶縁基板10aと絶縁基板10bが重ならない部分が、絶縁基板10aの後方部に位置するように、絶縁基板10a、10bが配置される。絶縁基板10aの上面、絶縁基板10bの下面には、配線パターンが設けられている。この配線パターンによって、全てのペルチェ素子が直列に接続される。また、ペルチェ素子の吸熱側が絶縁基板10b側、排熱側が絶縁基板10a側となるように、ペルチェ素子が配向されている。
【0016】
絶縁基板10aの後方部の上面には、ペルチェ素子に電圧を印加するための、一対の信号入力端子10dが設けられている。ペルチェ10と接続される一対の信号入力端子10dには、一対のリード12aの一端が夫々接続される。また、リード12aの他端は、パターン基板11の上面に接合される。リード12aはC字形状に折り曲げられて、絶縁基板10aとパターン基板11に接合される。ワイヤボンド(導体ワイヤ)12bはパターン基板11の上面に一端が接合され、フィードスルー1a上面の配線パターン15に他端が接合される。パターン基板11は、フィードスルー1aとペルチェ10との間を中継して、電気的に接続する接続基板として用いられる。
【0017】
本実施の形態による光半導体素子モジュールは以上のように構成され、次のように動作する。
LD2はフィードスルー1aを介して外部から入力される電気信号を、光信号に変換する。LD2は、電流が印加された際に、その電流量に応じた光出力を前後2方向に発生させる。LD2より発生される前面光は、レンズホルダ7に保持されたレンズを用いて集光された後、光学窓14を通過し、最終的に光ファイバ5の一端面に集光される。このようにしてLD2前面光は、外部に光信号として取り出される。また、PD8はLD2からの背面光を受光し、受光量に比例した電流(モニタ電流)を発生させる。このモニタ電流を、フィードスルー1aを介して光半導体素子モジュール外部に出力することによって、LD2の発光量の変化を監視することができる。
【0018】
ペルチェ10は、リード12aに印加される電圧に応じて、ペルチェ上下面に温度差を発生させ、LD2の温度を制御するために使用される。また、サーミスタ13は、温度に応じてその抵抗値が変化する特性を有しており、LD2の温度を検出するために使用される。ペルチェ10の信号入力端子10dは、リード12a、パターン基板11、ワイヤボンド12bおよびフィードスルー1a上に設けられた導電パターン15を介して、外部と電気的に接続されており、これによりパッケージ外部からの制御電圧を、ペルチェ10に伝達することができる。
【0019】
本実施の形態による光半導体素子モジュールは、長期間の使用によって、リード12aの折り曲げ部分に残有応力が蓄積され、この残有応力の開放によって、リード12aの曲げ角度が変化する。ここで、本実施の形態による光半導体素子モジュールは、ペルチェ下面に一端が接合されたリード12aの他端を、パッケージ1やキャリア9等の、光学系部品を搭載した他の部品に直接接合しない構造を用いている。この構造によって、リード12aの折り曲げ部分の残留応力は、ペルチェ10の絶縁基板10aとの接合部を支点として、ペルチェ10上のパターン基板11に作用力を発生する。リード12aからの応力の作用によって、パターン基板11の半田接合部分に半田クリープ現象が発生し、パターン基板11が僅かに変位する。しかし、パターン基板11は光学部品を搭載していないので、LD2や、レンズホルダ7の光軸方向を変動させることはない。勿論、パッケージ1に接合された光ファイバ5と、LD2との間にも光軸の変動が生じない。
【0020】
また、リード12aは、C字形状に折り曲げられて接合されているので、低剛性でばね性を有するため、折り曲げ部分に蓄積される残留応力をより小さくすることができ、リード12aとペルチェ10、およびパターン基板11とワイヤボンド12bとの電気的接続が切断されることを防ぐことができる。
【0021】
また、LD2、レンズ7の変位が発生しない構成とすることができるので、半田クリープ現象による光軸ずれのない、長期的に光出力の安定した光半導体素子モジュールを得ることができる。
【0022】
また、パターン基板11上の導電パターン11bで中継して、ペルチェ10の下面とフィードスルー1aとの電気的な接続を行っている。このため、ペルチェ10の下面とフィードスルー1aとを、ペルチェリードを用いて直接接続していた従来の光半導体素子モジュールと比べて、リードのリード長を短くすることができる。また、パターン基板11の上面を、ペルチェ10の上面よりも上方に配置することができるので、パターン基板11とフィードスルー1aを接続するワイヤボンド12bの長さを短くすることが可能である。特に、パターン基板11上の導電パターン11bをフィードスルー1aに対向させて、導電パターン11bをフィードスルー1a上の配線パターン15に近接させて配置することにより、ワイヤボンド12bの長さを最小限にすることができる。
この結果、振動・衝撃によりワイヤボンド配線の瞬間的変形を抑制し、また、ワイヤボンド間の短絡も発生しない構成とすることが可能である。
【0023】
勿論、パターン基板11の上面とフィードスルー1aの上面を同じ高さとなるように、フィードスルー1aの上面の高さを調整することによって、ワイヤボンド12の長さをより短くすることができることは、言うまでもない。
【0024】
一方、図3、図4において、比較例として従来の光半導体素子モジュールの一例を示す。図3は従来の光半導体素子モジューの横断面図、図4はその上面図である。
図において、パッケージ1底面には、ペルチェ10が半田3aにて接合される。また、さらにその上に、LD2、PD8、レンズ7、サーミスタ13を搭載するLDキャリア9が半田3bにより接合されている。パッケージ1前面には、光学窓14が接合され、パッケージ1前面外部にはスペーサ6、ファイバホルダ4を介して、ファイバ5が接合されている。パッケージ1側面には、フィードスルー1aがパッケージ1を貫通する形で設置されている。フィードスルー1aには、配線パターンが設けられており、これによりパッケージ1内外の電気的接続がなされている。また、ペルチェ10は、リード100aを介しフィードスルー1aと接続される。リード100aとフィードスルー1aは半田にて接合されている。
【0025】
この例では、長期間にわたる使用によって、一対のリード100aの二箇所で屈曲された折り曲げ部分(図3の一点鎖線部)に応力が蓄積される。この残留応力の開放により、リード曲げ角度が広がる、または狭まる方向への応力が発生する。このリード100aからの応力により、半田10aに半田クリープ現象の発生が予想される。これにより、ペルチェ10、及びその上に接合されるLD2、レンズ7の変位が発生し、結果として光軸ずれが生じる。特に、ペルチェリード10aに剛性の高い材質を使用しているので、この現象はより顕著に現れる。
【0026】
これに対し、この実施の形態1による光半導体素子モジュールでは、LDキャリアとは別体のパターン基板11をペルチェ10上面に配置し、リード12aの一端をパターン基板11に接続し、リード12aの他端をペルチェ10下面に接続している。これによって、ペルチェ10のリード12aの残有応力の影響により、リード曲げ角度が変化した場合においても、その応力が光学系に影響を及ぼさず、はんだクリープ現象による光軸ずれのない、長期的に光出力の安定した光半導体素子モジュールを得ることができる。
【0027】
また、パターン基板11上の導電パターン11bに一端が接続されたワイヤボンド12bの他端を、フィードスルー1aに接続することによって、ペルチェ10下面とフィードスルー1aとの電気接続を行なっているため、ワイヤボンド12bの長さを最小限にすることが可能である。この結果、振動・衝撃によりワイヤボンド配線の瞬間的変形を抑制し、短絡も発生しない構成とすることが可能である。
【0028】
【発明の効果】
電子冷却器に接続されたリードの残有応力の影響により、リード曲げ角度が変化した場合においても、その応力が光学系に影響を及ぼさず、はんだクリープ現象による光軸ずれのない、長期的に光出力の安定した光半導体素子モジュールを得ることができる。
【0029】
また、接続基板を介して電気接続を行なっているため、ワイヤボンドの長さを最小限にすることが可能であり、この結果、振動・衝撃によりワイヤボンド配線の短絡を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1による光半導体素子モジュールの横断面図である。
【図2】実施の形態1による光半導体素子モジュールの上面図である。
【図3】従来の構成を示す一例による光半導体素子モジュールの横断面図である。
【図4】従来の構成を示す一例による光半導体素子モジュールの上面図である。
【符号の説明】
1 パッケージ、1a フィードスルー、2 レーザダイオード(LD)、3半田、4 ファイバホルダ、5 ファイバ、6 スペーサ、7 レンズホルダ、8 ホトダイオード(PD)、9 LDキャリア、10 ペルチェ(電子冷却器)、12a リード(ペルチェリード)、11 パターン基板、11b 導電パターン、12b ワイヤボンド、13 サーミスタ、14 光学窓、15 配線パターン。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor element module in which an electronic cooler on which an optical semiconductor element is mounted is mounted inside a package.
[0002]
[Prior art]
Optical semiconductor element modules are currently widely used in optical fiber communication systems to convert electrical signals into optical signals. 2. Description of the Related Art As an optical semiconductor element module, for example, a laser diode module (LD module) equipped with a laser diode (LD) for converting an electric signal input from the outside into an optical signal is known.
[0003]
2. Description of the Related Art Optical semiconductor element modules used for communication applications are required to stably output optical signals for a long period of time, such as 10 to 25 years. However, since the characteristics of the LD easily change depending on the temperature, various characteristics such as the wavelength of the generated optical signal and the optical output tend to change. For this reason, an electronic cooler and a thermistor for adjusting the temperature of the LD are installed in the LD module so that a stable optical signal can be obtained. 2. Description of the Related Art Conventionally, as an electronic cooler, for example, an LD module equipped with a Peltier element has been known (for example, see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-4-332186 (4 pages, FIG. 1)
[0005]
This electronic cooler is configured by joining a ceramic substrate to the upper and lower surfaces of a Peltier element, and generates a temperature difference between the two substrates to control the temperature of the LD mounted on the ceramic substrate on the upper surface. A voltage is applied to the Peltier element by a pair of leads (Peltier leads) connected to the ceramic substrate on the high temperature side. Generally, the Peltier lead is connected to a side wall of a package containing an electronic cooler and is electrically connected to a wiring pattern on a feedthrough. As a result, a control voltage from outside the package is transmitted to the Peltier device.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional optical semiconductor device module, after the Peltier lead is joined to the electronic cooler, the Peltier lead is bent and connected to the feedthrough, so that stress is accumulated in the bent portion of the Peltier lead. Due to the effect of the residual stress, a phenomenon occurs in which the bending angle of the Peltier lead is increased or decreased in a direction in which the bending angle is widened or narrowed due to long-term use.
[0007]
The stress from the Peltier lead causes a solder creep phenomenon, which slightly displaces the electronic cooler soldered to the bottom surface of the package. This caused an angular displacement between the optical axis of the LD mounted on the electronic cooler and the optical axis of the optical fiber bonded to the package. As a result, there has been a problem that the optical axis of the optical fiber is displaced and the optical output is reduced. This phenomenon was more remarkable when a highly rigid material was used for the Peltier lead.
[0008]
In addition, when a soft member having low rigidity is used for the Peltier lead, the Peltier lead is instantaneously deformed by vibration or impact, and there is a problem that a short circuit occurs between the Peltier lead and the package or between the Peltier leads. .
[0009]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problem, and it is intended to prevent displacement between a package and an electronic cooler due to residual stress of a lead connected to the electronic cooler, and to reduce vibration. It is an object of the present invention to provide a lead connection structure that prevents a short circuit of a lead at the time of impact or impact.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
An optical semiconductor element module according to the present invention is an optical semiconductor element, an electronic cooler provided with a signal terminal at a lower part, a carrier soldered to an upper surface of the electronic cooler, and the carrier is formed separately. A connection board joined to an upper surface of the electronic cooler, a package accommodating the electronic cooler, a conductor wire connected to the connection board and the package, and a signal terminal of the connection board and the electronic cooler And a lead for connecting
[0011]
Further, the optical semiconductor element, a first insulating substrate, a second insulating substrate wider than the first insulating substrate, and a plurality of the semiconductor devices disposed between the first insulating substrate and the second insulating substrate. An electronic cooler having a thermoelectric element, a carrier mounted on an upper surface of the first insulating substrate, and a carrier on which an optical semiconductor element is mounted on an upper surface of a front part, the carrier being formed separately from the carrier, A connection substrate mounted on a rear portion of an upper surface of the first insulating substrate; and a side substrate protruding from an inner side wall, wherein the second insulating substrate is joined to an inner bottom surface to house an electronic cooler. And a conductor wire connected to the upper surface of the connection substrate and the upper surface of the side substrate, and a lead connecting the upper surface of the connection substrate and the upper surface of the rear portion of the second insulating substrate. Is also good.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
1 and 2 are diagrams showing a configuration of the optical semiconductor element module according to the first embodiment. FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical semiconductor element module, and FIG. It is a top view.
[0013]
In the figure, a package 1 is based on a metal casing formed in a box shape, and a feed-through 1a made of a ceramic substrate is fitted on the lateral side wall of the base in a state of maintaining airtightness, and penetrates the package 1. It is formed in shape. On the upper surface of the feedthrough 1a, a wiring pattern 15 of a conductor is formed, so that the inside and outside of the package 1 are electrically connected while maintaining the airtightness. The upper surface of the package 1 has an opening, and an upper lid 1c is joined to the upper surface and hermetically sealed.
[0014]
The bottom surface of the package 1 is joined to the bottom surface of the Peltier 10 by solder 3a. The carrier 9 is joined to the upper surface of the Peltier 10 with the solder 3b. An LD carrier is soldered to a front portion of the upper surface of the carrier 9, and a laser diode (LD) 2 as an optical semiconductor element is mounted on the upper surface of the LD carrier (in FIG. Therefore, the LD carrier and LD2 are identified for the sake of clarity). The bottom surface of the PD mount 8b is soldered to the upper surface of the carrier 9. A photodiode (PD) 8 as a light receiving element is soldered to a side surface of the PD mount 8b so as to face the rear surface of the LD2. The lower surface of the lens holder 7 holding the lens is joined to the front surface of the LD carrier 9 so as to face the front surface of the LD 2. The thermistor 13 is joined to the upper surface of the PD mount 8b. A light passage hole is provided in a front side wall inside the package 1, and an optical window 14 is joined so as to close the light passage hole. A spacer 6 is joined to the outer front wall of the package 1 so as to cover the light passage hole, and a fiber holder 4 is joined to the spacer 6. The fiber 5 is bonded to the fiber holder 4.
[0015]
A pattern substrate 11 is joined to the rear part of the upper surface of the Peltier 10 by solder 3b separately from the LD carrier 9. The bonding area of the pattern substrate 11 on the upper surface of the Peltier 10 is sufficiently smaller than the bonding area with the package 1 on the lower surface of the Peltier 10. The Peltier 10 is provided with a ceramic insulating substrate 10a on the lower surface and a ceramic insulating substrate 10b on the upper surface, and the upper and lower surfaces of a plurality of Peltier elements 10c are joined between the insulating substrate 10a and the insulating substrate 10b. It is configured. The insulating substrate 10a is longer in the front-rear direction than the insulating substrate 10b, and the insulating substrates 10a and 10b are arranged such that a portion where the insulating substrate 10a and the insulating substrate 10b do not overlap is located behind the insulating substrate 10a when viewed from above. Be placed. Wiring patterns are provided on the upper surface of the insulating substrate 10a and the lower surface of the insulating substrate 10b. With this wiring pattern, all the Peltier elements are connected in series. The Peltier device is oriented such that the heat absorption side of the Peltier device is on the insulating substrate 10b side and the heat removal side is on the insulating substrate 10a side.
[0016]
A pair of signal input terminals 10d for applying a voltage to the Peltier element are provided on the upper surface of the rear part of the insulating substrate 10a. One end of a pair of leads 12a is connected to a pair of signal input terminals 10d connected to the Peltier 10, respectively. The other end of the lead 12a is joined to the upper surface of the pattern substrate 11. The lead 12a is bent into a C-shape and is joined to the insulating substrate 10a and the pattern substrate 11. One end of the wire bond (conductor wire) 12b is joined to the upper surface of the pattern substrate 11, and the other end is joined to the wiring pattern 15 on the upper surface of the feedthrough 1a. The pattern board 11 is used as a connection board which relays between the feedthrough 1a and the Peltier 10 to be electrically connected.
[0017]
The optical semiconductor element module according to the present embodiment is configured as described above, and operates as follows.
The LD 2 converts an electric signal input from the outside via the feedthrough 1a into an optical signal. When a current is applied, the LD 2 generates an optical output in two front and rear directions according to the amount of the current. The front light generated by the LD 2 is condensed using the lens held by the lens holder 7, passes through the optical window 14, and is finally condensed on one end surface of the optical fiber 5. Thus, the front light of the LD 2 is extracted as an optical signal to the outside. The PD 8 receives the back light from the LD 2 and generates a current (monitor current) proportional to the amount of received light. By outputting this monitor current to the outside of the optical semiconductor element module via the feedthrough 1a, it is possible to monitor a change in the light emission amount of the LD2.
[0018]
The Peltier 10 is used to generate a temperature difference between the upper and lower surfaces of the Peltier according to the voltage applied to the lead 12a, and to control the temperature of the LD 2. The thermistor 13 has a characteristic that its resistance value changes in accordance with the temperature, and is used to detect the temperature of the LD 2. The signal input terminal 10d of the Peltier 10 is electrically connected to the outside via the lead 12a, the pattern substrate 11, the wire bond 12b, and the conductive pattern 15 provided on the feedthrough 1a. Can be transmitted to the Peltier 10.
[0019]
In the optical semiconductor element module according to the present embodiment, residual stress is accumulated in the bent portion of the lead 12a over a long period of use, and the bending angle of the lead 12a changes due to release of the residual stress. Here, in the optical semiconductor element module according to the present embodiment, the other end of the lead 12a whose one end is joined to the lower surface of the Peltier is not directly joined to another component such as the package 1 or the carrier 9 on which an optical component is mounted. Structure is used. With this structure, the residual stress in the bent portion of the lead 12a generates an acting force on the pattern substrate 11 on the Peltier 10 with the joint between the Peltier 10 and the insulating substrate 10a as a fulcrum. Due to the action of the stress from the leads 12a, a solder creep phenomenon occurs at the solder joint portion of the pattern substrate 11, and the pattern substrate 11 is slightly displaced. However, since no optical components are mounted on the pattern substrate 11, the optical axis directions of the LD 2 and the lens holder 7 are not changed. Of course, the optical axis does not change between the optical fiber 5 bonded to the package 1 and the LD 2.
[0020]
Also, since the lead 12a is bent and joined in a C-shape, it has low rigidity and resiliency, so that residual stress accumulated in the bent portion can be further reduced, and the lead 12a and the Peltier 10, In addition, it is possible to prevent the electrical connection between the pattern substrate 11 and the wire bond 12b from being disconnected.
[0021]
In addition, since the LD 2 and the lens 7 can be configured so as not to be displaced, it is possible to obtain an optical semiconductor element module which has no optical axis shift due to a solder creep phenomenon and has a stable optical output for a long time.
[0022]
Further, the lower surface of the Peltier 10 and the feedthrough 1a are electrically connected to each other by relaying via the conductive pattern 11b on the pattern substrate 11. For this reason, the lead length of the lead can be reduced as compared with a conventional optical semiconductor element module in which the lower surface of the Peltier 10 and the feedthrough 1a are directly connected using the Peltier lead. Further, since the upper surface of the pattern substrate 11 can be disposed above the upper surface of the Peltier 10, the length of the wire bond 12b connecting the pattern substrate 11 and the feedthrough 1a can be shortened. In particular, by arranging the conductive pattern 11b on the pattern substrate 11 to face the feedthrough 1a and arranging the conductive pattern 11b close to the wiring pattern 15 on the feedthrough 1a, the length of the wire bond 12b can be minimized. can do.
As a result, it is possible to suppress the instantaneous deformation of the wire bond wiring due to vibration and shock, and to configure a configuration in which a short circuit between the wire bonds does not occur.
[0023]
Of course, by adjusting the height of the upper surface of the feedthrough 1a so that the upper surface of the pattern substrate 11 and the upper surface of the feedthrough 1a have the same height, the length of the wire bond 12 can be further reduced. Needless to say.
[0024]
On the other hand, FIGS. 3 and 4 show an example of a conventional optical semiconductor element module as a comparative example. FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional optical semiconductor element module, and FIG. 4 is a top view thereof.
In the figure, a Peltier 10 is joined to the bottom surface of a package 1 by solder 3a. Further, an LD carrier 9 on which the LD 2, the PD 8, the lens 7, and the thermistor 13 are mounted is further joined by solder 3b. An optical window 14 is bonded to the front surface of the package 1, and a fiber 5 is bonded to the outside of the front surface of the package 1 via a spacer 6 and a fiber holder 4. A feedthrough 1 a is provided on the side surface of the package 1 so as to penetrate the package 1. The feed-through 1a is provided with a wiring pattern, thereby making an electrical connection inside and outside the package 1. Further, the Peltier 10 is connected to the feedthrough 1a via the lead 100a. The lead 100a and the feedthrough 1a are joined by solder.
[0025]
In this example, stress is accumulated in the bent portions (dotted line portions in FIG. 3) of the pair of leads 100a that are bent at two locations due to long-term use. By releasing the residual stress, a stress is generated in a direction in which the lead bending angle increases or decreases. Due to the stress from the lead 100a, a solder creep phenomenon is expected to occur in the solder 10a. As a result, displacement of the Peltier 10, the LD 2 and the lens 7 bonded thereon occurs, and as a result, an optical axis shift occurs. In particular, since a highly rigid material is used for the Peltier lead 10a, this phenomenon appears more conspicuously.
[0026]
On the other hand, in the optical semiconductor device module according to the first embodiment, the pattern substrate 11 separate from the LD carrier is arranged on the upper surface of the Peltier 10, one end of the lead 12a is connected to the pattern substrate 11, and the other ends of the lead 12a are connected. The end is connected to the lower surface of the Peltier 10. As a result, even if the lead bending angle changes due to the effect of the residual stress of the lead 12a of the Peltier 10, the stress does not affect the optical system, there is no optical axis shift due to the solder creep phenomenon, An optical semiconductor element module with stable optical output can be obtained.
[0027]
Also, since the other end of the wire bond 12b, one end of which is connected to the conductive pattern 11b on the pattern substrate 11, is connected to the feedthrough 1a, the electrical connection between the lower surface of the Peltier 10 and the feedthrough 1a is performed. It is possible to minimize the length of the wire bond 12b. As a result, it is possible to suppress instantaneous deformation of the wire bond wiring due to vibration and impact, and to provide a configuration in which a short circuit does not occur.
[0028]
【The invention's effect】
Even if the bending angle of the lead changes due to the residual stress of the lead connected to the electronic cooler, the stress does not affect the optical system, and there is no optical axis shift due to solder creep phenomenon. An optical semiconductor element module having a stable optical output can be obtained.
[0029]
In addition, since the electrical connection is made via the connection board, the length of the wire bond can be minimized, and as a result, a short circuit of the wire bond wiring due to vibration and impact can be prevented. is there.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an optical semiconductor element module according to a first embodiment.
FIG. 2 is a top view of the optical semiconductor element module according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of an optical semiconductor device module showing a conventional configuration.
FIG. 4 is a top view of an example of an optical semiconductor element module showing a conventional configuration.
[Explanation of symbols]
1 package, 1a feedthrough, 2 laser diode (LD), 3 solder, 4 fiber holder, 5 fiber, 6 spacer, 7 lens holder, 8 photodiode (PD), 9 LD carrier, 10 Peltier (electronic cooler), 12a Lead (Peltier lead), 11 pattern substrate, 11b conductive pattern, 12b wire bond, 13 thermistor, 14 optical window, 15 wiring pattern.

Claims (5)

光半導体素子と、
下部に信号端子の設けられた電子冷却器と、
前記電子冷却器の上面に半田接合されたキャリアと、
前記キャリアとは別体に形成され、前記電子冷却器の上面に接合された接続基板と、
前記電子冷却器を収容するパッケージと、
前記接続基板と前記パッケージに接続された導体ワイヤと、
前記接続基板と前記電子冷却器の信号端子とを接続するリードと
を備えた光半導体素子モジュール。
An optical semiconductor element;
An electronic cooler provided with a signal terminal at the bottom,
A carrier soldered to the upper surface of the electronic cooler,
A connection substrate formed separately from the carrier and joined to an upper surface of the electronic cooler;
A package containing the electronic cooler;
A conductor wire connected to the connection board and the package,
An optical semiconductor device module comprising: a lead for connecting the connection board and a signal terminal of the electronic cooler.
光半導体素子と、
第1の絶縁基板、当該第1の絶縁基板よりも広い第2の絶縁基板、当該第1の絶縁基板と第2の絶縁基板の間に挟まれて配置された複数の熱電素子を有した電子冷却器と、
前記第1の絶縁基板の上面に載置され、前方部の上面に光半導体素子を載置したキャリアと、
前記キャリアとは別体に形成され、前記第1の絶縁基板の上面における後方部に載置された接続基板と、
内側側壁に突設された側面基板を有し、前記第2の絶縁基板が内側底面に接合されて電子冷却器を収容するパッケージと、
前記接続基板の上面と側面基板の上面に接続された導体ワイヤと、
前記接続基板の上面と第2の絶縁基板における後方部の上面を接続するリードと
を備えた光半導体素子モジュール。
An optical semiconductor element;
An electron having a first insulating substrate, a second insulating substrate wider than the first insulating substrate, and a plurality of thermoelectric elements disposed between the first insulating substrate and the second insulating substrate. Cooler,
A carrier mounted on an upper surface of the first insulating substrate and having an optical semiconductor element mounted on an upper surface of a front portion;
A connection substrate formed separately from the carrier, and mounted on a rear portion of an upper surface of the first insulating substrate;
A package having a side substrate protruding from an inner side wall, wherein the second insulating substrate is bonded to an inner bottom surface and accommodates an electronic cooler;
A conductor wire connected to the upper surface of the connection substrate and the upper surface of the side substrate,
An optical semiconductor element module comprising: a lead for connecting an upper surface of the connection substrate and an upper surface of a rear portion of the second insulating substrate.
電子冷却器はパッケージ内側底面に半田接合され、前記接続基板は電子冷却器上面に半田接合され、前記キャリアは電子冷却器上面に半田接合されたことを特徴とする請求項2記載の光半導体素子モジュール。3. The optical semiconductor device according to claim 2, wherein the electronic cooler is soldered to a bottom surface inside the package, the connection board is soldered to an upper surface of the electronic cooler, and the carrier is soldered to an upper surface of the electronic cooler. module. 第1の絶縁基板の下面、および第2の絶縁基板の上面は導体パターンが設けられて、当該第1、第2の絶縁基板の導体パターンによって前記複数の熱電素子が直列に接続されるとともに、
前記リードは一対のリードを有して、当該一対のリードが前記直列に接続された熱電素子の端子対を形成することを特徴とする請求項2記載の光半導体素子モジュール。
The lower surface of the first insulating substrate and the upper surface of the second insulating substrate are provided with conductor patterns, and the plurality of thermoelectric elements are connected in series by the conductor patterns of the first and second insulating substrates.
3. The optical semiconductor device module according to claim 2, wherein the leads have a pair of leads, and the pair of leads form a terminal pair of the thermoelectric element connected in series.
パッケージの側面基板の導体パターンと、前記接続基板の導体パターンとを近接させるか、もしくは略同じ高さにして配置したことを特徴とする請求項2記載の光半導体素子モジュール。3. The optical semiconductor element module according to claim 2, wherein the conductor pattern on the side substrate of the package and the conductor pattern on the connection substrate are arranged close to or substantially at the same height.
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