JP2004511009A - 光電子パッケージのための低応力内部構造 - Google Patents

Abstract

本発明は、ハウジング２に固定され、筐体２の光コネクタ４に光ファイバ５によって結合された光構成要素９を支持するベース８を含むプラスチックハウジング２から構成される光電子モジュール１であって、熱応力に関連するファイバの変位は、ベース、および任意にコネクタ４を、ハウジング２に浮くように搭載することによって防止する。ハウジング２へ浮動するように搭載するには、ファイバ５の２つの端６、７の各々を、それぞれ、ベース８とコネクタ４に固定するために使用される接着剤より大きい弾性を示す接着剤１３、１４でベースを固定する光電子モジュールに関する。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、光電子パッケージまたはモジュールの分野、特にプラスチック材料のパッケージの分野に属する。本発明は、パッケージに含まれる光電子構成要素の支持ベースを固定する方法に関する。
【０００２】
技術的背景
光電子モジュールは、パッケージを、例えば他のモジュールへ、または一組のモジュールを収容する構造へ、接続するための光学的および電気的接続が出ているパッケージを含む。
【０００３】
パッケージは、例えば、シリコン、コバール（Ｋｏｖａｒ）、または場合によっては他の金属で作られたベースを収容する。パッケージが、例えば、金属製である場合、ベースはパッケージに溶接または接着することができる。ベースは、パッケージの底部もしくはコネクタ、またはパッケージの底部およびコネクタに固定された表面を有する。ベースはシリカ表面部を含むことができ、このシリカ部は、光波のための導波路を形成する部分を収容する。ベースは、この表面にエッチングされ、機能が光ファイバの位置決めを容易にすることである溝、例えば、Ｖ字形溝またはＵ字形溝を含むことができる。
【０００４】
光電子構成要素、例えば、レーザダイオード、および場合によってはレンズなどの他の光学部品は、ベースの１つ以上の面上に、例えば、パッケージの底部に対して配置された面の反対側にあるベースの面上に搭載されている。以下、表現「光構成要素」は、レーザなどの能動構成要素にせよ、カプリングレンズ、または導波路、特に上記に示したベース内に一体化されたシリカ導波路などの受動構成要素にせよ、いかなる光構成要素をも示す。光構成要素の光学的接続は、パッケージに一体化されたコネクタ手段によって達成される。コネクタは、光ファイバの一端を受ける。ファイバの他端は、光信号が、ファイバから構成要素、または構成要素からファイバへ通過することができるように、光構成要素に向かい合う。
【０００５】
モジュールのための組み立てシーケンスは、両端でファイバを固定することを必要とする。プラスチック材料のモジュールに対して、ファイバは、先ず、光構成要素に向き合って、ベース内の溝、例えばＶ字形溝に接着剤で固定される。続いて、ファイバの他端がコネクタに固定され、同時に、ベースが、パッケージの底部もしくはコネクタに、またはパッケージの底部およびコネクタに、同じ接着剤を使用して固定される。
【０００６】
ファイバは、パッケージの様々な部分の組み立ての間、およびモジュールの使用中に、衝撃または熱サイクルを受ける。この結果、完成したパッケージ組み立てを構成する様々な部分の異なる熱膨張率のため、ファイバ内に膨張応力が誘発される。
【０００７】
ファイバにかかるこれらの応力は、ファイバの両端、特に光構成要素に向かい合う端の変位を生じさせ、したがって、ファイバと光構成要素との間の光学的結合の損失を生じさせることがある。一般に、光電子パッケージにおいて、ファイバの長さは１０センチメートルの程度である。この規模の長さの場合、膨張差を吸収するための湾曲を設けることが可能である。
【０００８】
この一方、一般により多くの小型パッケージを採用する、構成要素の表面実装を使用する技術（ＳＭＴ）において、ファイバの長さは２センチメートル程度である。この場合、膨張差を吸収するために湾曲を使用することはもはや不可能である。したがって、熱による応力にもかかわらず、ファイバの両端がその基準位置に留まるような、他の何らかの組み立て解決方法を見出すことが必要であり、これは、特に光構成要素に向かい合う端に適用される。
【０００９】
発明の簡単な説明
発明者によれば、例えば、光構成要素、および場合によっては他端に向かい合う端の変位をもたらす、ファイバにかけられる応力の発生源は、一方ではシリカファイバの、および他方ではプラスチック材料、シリコン、コバール、または他の金属で作られたパッケージの底部、コネクタ、およびベースなどの他の部品の膨張差から本質的に発生している。パッケージ、コネクタ、またはベースの膨張は、ファイバに引っ張り応力をかける。この応力は、ファイバの少なくとも一端、特に光電子構成要素に向かい合う端の変位をもたらすことがある。その端の良好な光学的結合に対する位置決め許容誤差は、一般に、コネクタに接続された端に対する位置決め許容誤差より小さい。
【００１０】
本発明によるモジュールの組み立て方法において、ファイバの両端は、パッケージの底部もしくはコネクタ、またはパッケージの底部およびコネクタのベースの接続より変形の少ない方法で、ベースおよびコネクタに固定される。このことは、ファイバにかけられた熱による応力を除去し、ベースが、ベース自身が固定された部品、例えば、パッケージの底部、コネクタ、またはその双方に対して動くことを可能とする。
【００１１】
この結果を得るために、ベースとベース自身が固定されている部品を接続している接着剤が、ファイバの少なくとも一端、および好ましくは両端を固定するために使用されている接着剤より、弾性的であれば十分である。このことは、ベースとベース自身が固定されている部品を接続する接着剤の塑性限界における伸びが、ファイバの少なくとも一端を固定する接着剤の塑性限界における伸びより大きいことを意味する。
【００１２】
要約すると、本発明は、底部を有し、
光構成要素が実装されたベースと、光コネクタとを収容するパッケージを含む光モジュールであって、コネクタと構成要素とが、両端を有する光ファイバによって結合され、光ファイバの一端は、接着剤によって光構成要素の前にあるベースに固定され、光ファイバの他端は、接着剤によってコネクタに固定され、ベースが、接着剤によってパッケージの底部もしくはコネクタに、またはパッケージの底部およびコネクタに固定され、ベースを固定するための接着剤が、ファイバの少なくとも一端をベースまたはコネクタに固定するための接着剤の塑性限界における伸びより大きい、塑性限界における伸びを有することを特徴とする光モジュールに関する。
【００１３】
この特徴のため、同じ応力に対して、ベースを固定する接着剤は、ファイバ端を固定する接着剤より多く変形される。この結果、ベースは、ファイバの端を動かす応力レベルより低い応力レベルに対して動き、これがファイバにかかる応力を除去する。
【００１４】
ベースを接続する接着剤の塑性変形の限界における変形は、ファイバを固定する接着剤の塑性変形の限界における変形より、１０〜１００倍大きいことが好ましい。
【００１５】
一般に、このことは、ベースを固定する接着剤のヤング率が、光ファイバの両端を固定する接着剤のヤング率よりはるかに小さく、例えば、３分の１未満であることを意味する。
【００１６】
もちろん、コネクタとベースが、光ファイバによって結合されているという事実は、コネクタとベースが、いくつかの光ファイバ、例えば、４、８、または１６本の光ファイバによって結合されている状況を排除するものではない。同様に、パッケージは、いくつかのベースまたはいくつかのコネクタを含むことができる。
【００１７】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して説明される。
【００１８】
実施形態の説明
図１は、一方で、底部３を有するパッケージ２、および他方で、垂直方向の矢印で示されるように、パッケージ２に挿入されるコネクタ４を含む、光電子モジュール１の分解図を示し、コネクタ４の底部は、パッケージ２の底部３に固定されている。パッケージは、同様にベース８を含み、ベース８の底部面が、パッケージ２の底部３に固定され、ベース８の上面、すなわちパッケージ２の底部３に固定された面と反対側の面が、光構成要素９を支持する。光構成要素９は、光ファイバ５によってコネクタ４に接続されている。ファイバは、２つの端６および７を有する。端６はコネクタ４に固定され、端７は光構成要素９と向い合ってベース８に固定されている。ベース８は、コネクタ４の窪み部分に挿入され、光ファイバ５、さらに正確にはその端６は、コネクタ４のハウジング内に、水平の矢印が示す方向に固定されている。光構成要素９を搭載するベース８を含むアセンブリ、光ファイバ５、およびコネクタ４は、垂直の矢印が示すように、パッケージ２に組み立てられる。この図は、本発明には直接関係ないため参照符号によっては識別されない接続も、同じく図に示す。
【００１９】
図１に表され、図１を参照して説明されるモジュールは、従来技術のモジュールと異なるものではない。以下、図２および３に関連して、従来技術のモジュールと本発明によるモジュールとの間の差が、固定手段、すなわち一般的に言えば、ベース８を、パッケージ２、または場合によってはコネクタ４に固定するために用いられる接着剤から生じることが明らかになる。本発明によれば、ベース８をパッケージ２、または、場合によってはコネクタ４に固定する接着剤の層または領域の変形によって発生する弾性力は、ファイバ５の一端６、７に変位を生じさせるために必要な応力より低く留まる。したがって、本発明は、ベースおよびファイバの両端が、接着剤の手段によって固定される、全ての従来技術の構成を採用することができる。特に、ベース８は、ファイバを位置決めし、保持するための溝を任意に含むことができる。ベース８は、パッケージ２の底部３のみに、または底部３に部分的におよびコネクタ４に部分的に、またはコネクタ４のみに固定することができる。
【００２０】
図２は、図１に示すパッケージ２と同じまたは類似のパッケージ２を縦方向断面で示す。この図において、次の図のように、図１に関して説明された参照符号と同じ参照符号によって識別される構成要素は、必ずしも説明されない。パッケージ２は、コネクタ４および光構成要素９を搭載するベース８が実装されている。光ファイバ５は、コネクタ４に固定された端６、およびベース８に固定された端７を有する。この図は、ベース８がパッケージ２の底部３上に位置する状況を示す。光ファイバ５が、一方でベース８に、および他方でコネクタ４に固定される方法は、この図に関連して説明される。ベース８がどのようにしてパッケージ２の底部３に固定されるかも、同じく説明される。Ｖ字形１０および１１は、ファイバの両端６、７の各々が、ファイバがコネクタ４およびベース８のそれぞれに対して動かないような方法で固定されるという事実を表す。ベース８は、接着剤１２によってパッケージ２に固定されている。ベース８とパッケージ２の底部３との間の接着剤１２の層は、連続的な層であっても、非連続的な層であってもよい。本発明の重要な特徴によれば、ベース８をパッケージ２の底部３に固定するグルーが、塑性限界において２０％以上の程度の伸びを有する。一般に、これは、低い、例えば２０００ＭＰａ未満のヤング率に反映されている。他方、ファイバ５の少なくとも一端６もしくは７、または両端６および７を、コネクタ４およびベース８にそれぞれ固定するために使用される接着剤は、塑性限界において２％以下の程度の伸びを有する。一般に、この種類の接着剤は、高い、例えば７０００ＭＰａ以上のヤング率を有する。
【００２１】
したがって、ベース８を、パッケージ２の底部３、パッケージ２の底部３およびコネクタ４、またはコネクタ４のみに固定するために使用される接着剤は、光ファイバ５の少なくとも一端または両端６、７において、コネクタ４またはベース８にそれぞれ固定するために使用される接着剤の塑性限界における伸びより、塑性限界において１０〜１００倍大きい伸びを有する。
【００２２】
ファイバ５の端７をベース８に固定するために使用される接着剤１４は、紫外エポキシ接着剤、すなわち、紫外光への露光によって架橋される接着剤であってもよい。光ファイバの端６をコネクタ４に固定するために使用される接着剤１３は、硬質熱エポキシ接着剤であってもよい。接着剤１３および１４は、好ましくは、モジュールが使用される温度より少なくとも高い、高ガラス転移温度Ｔ_ｇを有さなければならない。ベース８をパッケージ２の底部３に固定するために使用される接着剤１２は、可撓性エポキシ接着剤であってもよい。
【００２３】
接着剤１２、１３、および１４の弾性の差のために、ベース８は、ベース８がパッケージ２の底部３上に浮動するように、いわば、衝撃または熱サイクルによる応力が、ベース８全体の変位に反映されるように搭載される。他方、ベース８およびコネクタ４上にさらに堅牢に実装された光ファイバ５は、所定の位置に堅固に固定されたまま留まり、構成要素９またはコネクタ４に対するファイバの変位はない。
【００２４】
図３は、コネクタ４が、パッケージ２の底部３に固定された部分を有する他の実施形態を表す。ベース８は、パッケージ２の底部３上に部分的に、およびコネクタ４の底部上に部分的に置かれる。示す例において、ベース８は、接着剤１２の手段によってパッケージ２の底部３に、および接着剤１５によってコネクタ４に固定される。この場合、接着剤１２および１５の各々は、ファイバ５の両端６および７を、各々コネクタ４およびベース８に固定するために使用される接着剤１３および１４の各々の塑性限界における変形より、１０〜１００倍大きい塑性限界における変形を有する。接着剤１２および１５は、調達および操作を最小に抑えるために同じであるのが好ましい。接着剤１３および１４は、それらの重合のモードに応じて、同じであっても異なっていてもよい。接着剤１２および１５が分配される領域は、パッケージ２およびコネクタ４の双方に関して、ベース８を浮かせている。用いられる接着剤は、図２に関連して説明した接着剤であってもよい。
【００２５】
他の構成において、ベース８は、コネクタ４上にのみ固定されるか、または置かれる。この状況は図示していない。これは、例えば、接着剤１２を除くことによって、すなわちベース８の全体がコネクタ４上に置かれるという事実によって、図３に示す状況から推測される。
【００２６】
本発明は、パッケージ２が、ベースの熱膨張係数よりはるかに大きい熱膨張係数を有するプラスチック材料のパッケージである時に、特に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
光電子パッケージの分解斜視図である。
【図２】
図１に示す光電子パッケージと同じまたは類似の光電子パッケージを、図１の線Ａ−Ａに沿った縦方向断面で示す図である。
【図３】
図１に示す光電子パッケージと同じまたは類似の光電子パッケージの他の実施形態を、図１の線Ａ−Ａに沿った縦方向断面で示す図である。

Claims (6)

1. 底部（３）を有し、
   光構成要素（９）が実装されたベース（８）と、光コネクタ（４）とを収容するパッケージ（２）を含む光モジュールであって、
   前記コネクタ（４）と前記構成要素（９）とが、両端（６、７）を有する光ファイバ（５）によって結合され、光ファイバ（５）の一端（７）は、第１の接着剤（１４）によって前記光構成要素（９）の前にある前記ベース（８）に接着され、光ファイバ（５）の他端（６）は、第２の接着剤（１３）によって前記コネクタ（４）に接着され、前記ベース（８）が、前記パッケージ（２）の底部（３）もしくは前記コネクタ（４）に、または前記パッケージ（２）の前記底部（３）および前記コネクタ（４）に、第３の接着剤（１２）および場合によっては第４の接着剤（１５）によって接着され、前記ベース（８）を固定するための接着剤（１２、１５）が、前記ファイバ（５）の少なくとも一端（６、７）を前記ベース（８）または前記コネクタ（４）に固定するための接着剤（１３、１４）の塑性限界における伸びより大きい、塑性限界における伸びを有することを特徴とする光モジュール（１）。
2. 前記ベース（８）を固定するための接着剤（１２、１５）の塑性限界における伸びが、前記ファイバ（５）の少なくとも一端（６、７）を前記ベース（８）または前記コネクタ（４）を固定するための接着剤（１３、１４）の塑性限界における伸びより、１０〜１００倍大きいことを特徴とする、請求項１に記載の光モジュール（１）。
3. 前記ベース（８）を固定するための前記接着剤（１２、１５）の各々の塑性限界における伸びが、前記ファイバ（５）の前記少なくとも一端（６、７）を前記ベース（８）または前記コネクタ（４）に固定するための前記接着剤（１３、１４）の各々の塑性限界における伸びより、１０〜１００倍大きいことを特徴とする、請求項２に記載の光モジュール（１）。
4. 前記ベース（８）を固定するための前記接着剤（１２、１５）の各々が、前記光ファイバ（５）の前記両端（６、７）の各々をそれぞれ前記コネクタ（４）と前記ベース（８）に固定するための前記接着剤（１３、１４）の各々のヤング率より、はるかに小さなヤング率を有することを特徴とする、請求項１、２、または３に記載の光モジュール（１）。
5. 前記ベースを固定するための前記接着剤（１２、１５）の各々が、前記光ファイバ（５）の各端（６、７）を固定するための前記接着剤の各々のヤング率の３分の１未満のヤング率を有することを特徴とする、請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記ベース（８）を前記パッケージ（２）と前記コネクタ（４）にそれぞれ固定するための前記接着剤（１２、１５）の各々が、前記ファイバ（５）の少なくとも一端（６、７）を前記ベース（８）または前記コネクタ（４）に固定するため前記接着剤の塑性限界における伸びより大きい、塑性限界における伸びを有することを特徴とする、前記ベース（８）が、前記パッケージ（２）だけでなく、前記コネクタ（４）にも接続される、請求項１に記載の光モジュール（１）。

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