JP2005228874A - 光通信モジュール用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 パッケージ内に高周波信号を低損失で伝送するため、パッケージ内外のインピーダンス整合を行い、しかもパッケージ内の気密を保つことができる光通信モジュール用パッケージを提供することにある。
【解決手段】 発光素子１３３と、発光素子１３３の前方光を集光するレンズ１４１と、内部の回路と外部とを電気的に接続する複数本のリード１３８を備えた光通信モジュール用パッケージ１において、複数本のリード１３８の内、少なくとも一本が上記パッケージ１の内外を貫通する同軸ケーブル４であり、その同軸ケーブル４とパッケージ１とを封止部材５で気密封止したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内部の回路と外部とを電気的に接続する複数本のリードを備えた光通信モジュール用パッケージに係り、特に、高周波用の光通信モジュール用パッケージに関するものである。

図１３に示すような従来の光通信モジュール用パッケージ１３１は、本体ケース１３２内に、半導体レーザ（ＬＤ）１３３、ＬＤ１３３の後方光をモニタするフォトダイオード（ＰＤ）（図示せず）、複数本の配線パターン（本体ケース内リード）１３５などを収納し、本体ケース１３２の上部を板状のフタ１３６で覆ったものである。

本体ケース１３２の前面には、ＬＤ１３３の前方光を集光するレンズ１４１（あるいはガラス）付きキャップ１３７が設けられる。キャップ１３７は、レンズ１４１がパッケージ１３１内に収納されるように本体ケース１３２に取り付けられ、図示しない光ファイバを備えている。このキャップ１３７には、伝送路となる光ファイバを備えた光コネクタが接続されることで、ＬＤ１３３と、キャップ１３７の光ファイバと、光コネクタの光ファイバとが光結合される。

本体ケース１３２の後部には、各配線パターン１３５とパッケージ１３１の外部とを電気的に接続する複数本のリード（本体ケース外リード）１３８が設けられる。

ＬＤ１３３は、ＬＤ１３３と電極１３９とをワイヤ１４０でワイヤボンディングし、電極１３９と一本の配線パターン１３５とをワイヤ１４０でワイヤボンディングすることにより、一本のリード１３８と電気的に接続される。

ＬＤ１３３やＰＤは湿気に弱いので、本体ケース１３２に各部品を搭載、あるいは取り付けた後、パッケージ１３１内に室温で不活性なガス（例えば、Ｎ₂ ）が充填されるように、本体ケース１３２にフタ１３６を溶接などで後付けすることによって、パッケージ１３１内を気密封止する。

また、従来の光通信モジュール用パッケージとしては、パッケージの両側に、上述したリード１３８と同様のリードが対称に設けられたバタフライ型の光通信モジュール用パッケージもある。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開平１１−２３８９１６号公報

しかしながら、従来の光通信モジュール用パッケージ１３１は、ＬＤ１３３に配線パターン１３５およびリード１３８を介して電気信号を入力するので、特に高周波信号の場合、パッケージ１３１内外のインピーダンスの不整合により、損失が大きくなるという問題がある。

パッケージ１３１に同軸コネクタを設け、その同軸コネクタに同軸ケーブルを接続してパッケージ１３１内の気密を保つことも考えられるが、この場合には、同軸コネクタが大型の部品なので、パッケージ１３１が大型になってしまう。

そこで、本発明の目的は、パッケージ内に高周波信号を低損失で伝送するため、パッケージ内外のインピーダンス整合を行い、しかもパッケージ内の気密を保つことができる光通信モジュール用パッケージを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、発光素子と、発光素子の前方光を集光するレンズと、内部の回路と外部とを電気的に接続する複数本のリードを備えた光通信モジュール用パッケージにおいて、上記複数本のリードの内、少なくとも一本が上記パッケージの内外を貫通する同軸ケーブルであり、その同軸ケーブルと上記パッケージとを封止部材で気密封止した光通信モジュール用パッケージである。

請求項２の発明は、上記パッケージ内に位置する上記同軸ケーブルの端部に、上記同軸ケーブルと上記パッケージとを気密封止するためのキャップを挿通した請求項１記載の光通信モジュール用パッケージである。

請求項３の発明は、上記キャップは、上記同軸ケーブルの外部導体が嵌合する大径部と、上記同軸ケーブルの内部導体が挿通される小径部とを備えた請求項２記載の光通信モジュール用パッケージである。

請求項４の発明は、上記パッケージに凹部を形成し、その凹部に上記同軸ケーブルを挿通した請求項１記載の光通信モジュール用パッケージである。

請求項５の発明は、上記同軸ケーブルの外部導体は、上記パッケージのグランド部に接続される請求項１〜４いずれかに記載の光通信モジュール用パッケージである。

請求項６の発明は、上記封止部材は、樹脂あるいは半田である請求項１〜５いずれかに記載の光通信モジュール用パッケージである。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。

（１）パッケージ内に高周波信号を低損失で伝送でき、しかもパッケージ内の気密を保つことができる。

（２）小型である。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適実施の形態を示す光通信モジュール用パッケージの斜視図である。図２は、図１の主要部を示す斜視図である。図３は、図１のＡ方向から見た斜視図である。

図１〜図３に示すように、本実施の形態に係る光通信モジュール用パッケージ１は、本体ケース２内に、発光素子としてのＬＤ１３３、ＬＤ１３３の後方光をモニタするＰＤ１３４、内部の回路を構成する複数本の配線パターン（本体ケース内リード）１３５などを収納し、本体ケース２の上部を板状のフタ３で覆ったものである。本体ケース２とフタ３とは、ＣｕＷ、Ｃｕ合金、Ａｌなどの放熱性が高い金属で形成される。

光通信モジュール用パッケージ１は、ＬＤ１３３が収納されているので、入力された電気信号を光信号に変換して出力する光−電気変換モジュール、あるいはＬＤモジュールとも言う。光通信モジュール用パッケージ１は、例えば、光通信に使用される光トランシーバなどの電子機器の基板に搭載されて使用される。

本体ケース２の前面２ｆには、ＬＤ１３３の前方光を集光するレンズ１４１（あるいはガラス）付きキャップ１３７が設けられる。キャップ１３７は、レンズ１４１がパッケージ１内に収納されるように本体ケース２に取り付けられ、図示しない光ファイバを備えている。このキャップ１３７には、伝送路となる光ファイバを備えた光コネクタが接続されることで、ＬＤ１３３と、キャップ１３７の光ファイバと、光コネクタの光ファイバとが光結合される。

本体ケース２の後部２ｂには、各配線パターン１３５とパッケージ１の外部とを電気的に接続する複数本のリード（本体ケース外リード）１３８が設けられる。

さて、光通信モジュール用パッケージ１は、複数本の配線パターン１３５および複数本のリード１３８の内、少なくとも一本が本体ケース２の内外を貫通する同軸ケーブル４であり、この同軸ケーブル４と本体ケース２とを、封止部材としての絶縁物質である樹脂５で気密封止したものである。樹脂５としては、例えば、分子構造が細かいエポキシ系樹脂を使用する。ここで気密は１×１０^-9［Ｐａ・ｍ³／ｓ］以下となるようにするのが望ましい。

本体ケース２には、本体ケース２の内外を貫通する貫通穴７、より詳細には、本体ケース２の一部である段差部６の一側面６ｓと、本体ケース２の一側面２ｓとを貫通する貫通穴７が形成される。貫通穴７の内径は同軸ケーブルの外径よりも若干大きい。この貫通穴７には、両端を端末処理した同軸ケーブル４が本体ケース２の内外を貫通するように挿通される。

ここで、同軸ケーブル４を説明する。

図４に示すように、同軸ケーブル４は、銅線などの導電材料からなる中心の線材（内部導体）４１と、内部導体４１の外周に設けられるテフロン（登録商標）やポリプロピレンなどの誘電材（絶縁体）４２と、絶縁体４２の外周を覆う銅メッキ管などの導電材料からなる外壁（外部導体）４３とからなる。同軸ケーブル４は、両端から内部導体４１が所定長さ露出するように、予め端末処理される。

同軸ケーブル４としては、図１〜図３の光通信モジュール用パッケージ１内外のインピーダンスを整合（マッチ）させるために、特性インピーダンスが所定の値、例えば、２５Ω、５０Ωに設定されたものを使用する。

また、同軸ケーブル４としては、セミリジッド型のものを使用する。セミリジッド型とは、一度曲げると曲げた状態を保持するタイプのことを言う。この同軸ケーブル４は、外径が数ｍｍ程度と細いので、フレキシブル性に富んでいて容易に曲げることが可能である。

同軸ケーブル４は、内部導体４１と外部導体４３間の空間に絶縁体４２が充填されているので、絶縁体４２と、内部導体４１および外部導体４３とは、接着されていない。つまり、同軸ケーブル４自体では気密が保証されていない。

同軸ケーブル４の代わりに、図５に示すような同軸ケーブル５１を使用してもよい。同軸ケーブル５１は、外部導体５３が金属編組からなっているので、図４の同軸ケーブル４に比べて、より曲げやすくなっている。

次に、光通信モジュール用パッケージ１の主要部をより詳細に説明する。

図２に示すように、同軸ケーブル４の一端は、本体ケース２内において、内部導体４１と外部導体４２とが、段差部６の一側面６ｓの貫通穴７から所定長さ露出するように貫通穴７に挿通される。

内部導体４１の一端は、電極１３９に半田接続される。ＬＤ１２３は、ＬＤ１２３と電極１３９とをワイヤ１４０でワイヤボンディングすることにより、同軸ケーブル４と電気的に接続される。

外部導体４３は、本体ケース２のグランド部としての底面２ｄと電気的に導通するように、接続部材８で接続固定される。これにより、同軸ケーブル４を伝送する高周波信号のノイズを低減できる。本体ケース２のグランド部としてのグランド用の配線パターン（図示せず）に外部導体４３を接続固定してもよい。接続部材８としては、例えば、半田あるいは接着剤を使用する。

露出した内部導体４１の一部と、絶縁体４２と、露出した外部導体４３と、段差部６の一側面６ｓの貫通穴７近傍とは、樹脂５で覆われて気密封止される。ただし、内部導体４１の一端が樹脂５から露出するようにしておく。これにより、同軸ケーブル４と本体ケース２とが樹脂５で気密封止される。

一方、同軸ケーブル４の他端は、例えば、光トランシーバなどの電子機器の基板に搭載されたＩＣや同軸コネクタに接続されたり、基板に直接半田固定されたりする。

さらに、図３に示すように、本体ケース２の一側面２ｓの貫通穴７近傍と、外部導体４３とを樹脂５で覆って気密封止すれば、同軸ケーブル４と本体ケース２との気密封止をより高めることができる。樹脂５の代わりに、半田を使用して気密封止してもよい。この場合、外部導体４３が本体ケース２のグランド部としての一側面２ｓと電気的に導通されるので、気密封止と同時に高周波信号のノイズを低減できる。

また、図１〜図３に示すように、ＬＤ１３３やＰＤ１３４は湿気に弱いので、本体ケース２に各部品を搭載、あるいは取り付けた後、パッケージ１内に室温で不活性なガス（例えば、Ｎ₂ ）が充填されるように、本体ケース２にフタ３を溶接などで後付けすることによって、パッケージ１内を気密封止する。

このように、本実施の形態に係る光通信モジュール用パッケージ１は、複数本の配線パターン１３５および複数本のリード１３８の内、少なくとも一本が本体ケース２の内外を貫通する同軸ケーブル４なので、パッケージ１内外のインピーダンスの整合を行ってパッケージ１外からパッケージ１内に高周波信号を低損失で伝送できる。特に、本例では、同軸ケーブル４からＬＤ１３３までの配線長（ワイヤ１４０の長さ）が非常に短いので、高周波信号の損失が極めて小さい。

しかも、光通信モジュール用パッケージ１は、同軸ケーブル４と本体ケース２とが樹脂５で気密封止されているので、パッケージ１内に不活性ガスが充填されるように本体ケース２にフタ３を後付けすれば、容易にパッケージ１内の気密を保つことができる。

さらに、光通信モジュール用パッケージ１は、同軸コネクタのような大型の部品が不要なので、小型である。

また、同軸ケーブル４は、特性インピーダンスが所定の値に設定されているので、パッケージ１内外のインピーダンスを簡単にマッチ（整合）させることができる。

この同軸ケーブル４は、配線パターン１３５およびリード１３８に比べて、フレキシブル性に富んでいて容易に曲げることが可能なので、パッケージ１内で自由に引き回すことができ、パッケージ１内の実装の自由度を向上できる。

第二の実施の形態を説明する。

図６〜図８に示すように、光通信モジュール用パッケージ６１は、パッケージ６１内に位置する同軸ケーブル４の端部に、同軸ケーブル４と本体ケース２とを気密封止するための円筒状のキャップ６２を挿通し、同軸ケーブル４と、本体ケース２と、キャップ６２とを封止部材としての樹脂５や半田６３で気密封止したものである。

図９に示すように、キャップ６２の一端部には、同軸ケーブルの外部導体が嵌合する大径部９１が形成され、キャップ６２の他端部には、大径部９１と連通され、同軸ケーブルの内部導体が挿通される小径部９２が形成される。大径部９１の内径は、同軸ケーブルの外径より若干大きく、小径部９２の内径は、同軸ケーブルの内部導体の外径より若干大きい。

キャップ６２は、同軸ケーブルの特性を損なわない絶縁体であり、かつ周囲温度によって膨張・収縮しにくい線膨張係数が小さい材質、例えばセラミックスで形成される。キャップ６２の大径部９１側の外周には、半田付け用のリング状の金属メッキ９３が施される。金属メッキ９３としては、例えば、Ａｕメッキ、Ｃｕメッキを使用する。

光通信モジュール用パッケージ６１の主要部をより詳細に説明する。

図７に示すように、段差部６の一側面６ｓには、貫通穴７と連通され、本体ケース２の一部である円筒状の凸部７１が形成される。凸部７１の外径はキャップ６２の外径とほぼ同じであり、凸部７１の内径は貫通穴７の内径とほぼ同じである。

貫通穴７および凸部７１に挿通された同軸ケーブル４の一端には、キャップ６２が大径部側から挿通される。ただし、凸部７１とキャップ６２間に若干の隙間を設け、この隙間から同軸ケーブル４の外部導体４３が露出するようにしておく。

凸部７１と、露出した外部導体４３と、キャップ６２の金属メッキ９３とは、半田６３で半田付けされて気密封止される。露出した内部導体４１の一部と、キャップ６２の小径部側の端面６２ｓとは、樹脂５で気密封止される。これにより、同軸ケーブル４と本体ケース２とが半田６３および樹脂５で気密封止される。

光通信モジュール用パッケージ６１のその他の構成は、図１〜図３の光通信モジュール用パッケージ１と同じである。光通信モジュール用パッケージ６１も、光通信モジュール用パッケージ１と同じ作用効果が得られる。

キャップ６２の代わりに、図１０に示すように、端面６２ｓに円環状の金属メッキ９３を施したキャップ１０１を使用してもよい。この場合、内部導体の一部と端面６２ｓとを、樹脂ではなく半田で気密封止する。

キャップ６２やキャップ１０１ではなく、金属メッキがないキャップを使用してもよい。この場合、図２で説明したように外部導体と本体ケースの底面とを接続部材で固定した後、樹脂のみで気密封止する。

また、図１１に示すような大径部の内周にネジ山（雄ネジ部）１１２を形成したネジ付きキャップ１１１を使用してもよい。この場合、同軸ケーブル４の一端部の外部導体４３の外周にキャップ１１１のネジ山１１２を受けるネジ溝（雌ネジ部）１１３を形成しておく。

具体的には、本体ケース２の段差部６（図１および図２参照）の一側面６ｓから露出した同軸ケーブル４の一端部にキャップ１１１を取り付け、キャップ１１１と同軸ケーブル４の外部導体４３とを螺合した後、本体ケース２の段差部６ａ一側面６ｓと、キャップ１１１とを樹脂５あるいは半田６３で気密封止する。

第三の実施の形態を説明する。

図１２に示すように、光通信モジュール用パッケージ１２１は、本体ケース１２２の一側面１２２ｓに、本体ケース１２２自体を本体ケース１０２内に凹ませた凹部１２３を形成し、その凹部１２３に同軸ケーブル４を挿通し、同軸ケーブル４と、本体ケース１２２と、凹部１２３とを樹脂５で気密封止したものである。

凹部１２３は、本体ケース１２２の一側面１２２ｓ側の内径が同軸ケーブル４の外径より若干大きく、本体ケース１２２内に位置する端部の内径が同軸ケーブル４の内部導体４１の外径よりも若干大きい。

より詳細には、外部導体４３と、本体ケース１２２の一側面１２２ｓの凹部１２３近傍とは、樹脂５で気密封止され、内部導体４１の一部と、本体ケース１２２内に位置する凹部１２３の端部近傍とが、樹脂５で気密封止される。これにより、同軸ケーブル４と本体ケース２とが樹脂５で気密封止される。

光通信モジュール用パッケージ１２１も、図１〜図３の光通信モジュール用パッケージ１と同じ作用効果が得られる。

上記実施の形態では、ＬＤ１３３およびＰＤ１３４を収納した光通信モジュール用パッケージ（ＬＤモジュール）の例で説明したが、光通信モジュール用パッケージとしては、高周波用であれば、ＬＤモジュールに限らず、ＬＥＤ（発光ダイオード）モジュール、ＰＤモジュールなどの光モジュールの他、いかなる半導体モジュールでもよい。

本発明の好適実施の形態である光通信モジュール用パッケージの斜視図である。 図１の主要部の拡大図である。 図１のＡ方向から見た斜視図である。 同軸ケーブルの一例を示す構造図である。 同軸ケーブルの一例を示す構造図である。 第二の実施の形態を示す斜視図である。 図６の主要部の拡大図である。 図６のＢ方向から見た斜視図である。 キャップの縦断面図である。 キャップの一例を示す斜視図である。 キャップの一例を示す断面図である。 第三の実施の形態を示す断面図である。 従来の光通信モジュール用パッケージの斜視図である。

符号の説明

１ 光通信モジュール用パッケージ
２ 本体ケース
３ フタ
４ 同軸ケーブル
５ 樹脂（封止部材）
１３３ ＬＤ（発光素子）
１３５ 配線パターン
１３８ リード
１４１ レンズ

Claims (6)

1. 発光素子と、発光素子の前方光を集光するレンズと、内部の回路と外部とを電気的に接続する複数本のリードを備えた光通信モジュール用パッケージにおいて、上記複数本のリードの内、少なくとも一本が上記パッケージの内外を貫通する同軸ケーブルであり、その同軸ケーブルと上記パッケージとを封止部材で気密封止したことを特徴とする光通信モジュール用パッケージ。
2. 上記パッケージ内に位置する上記同軸ケーブルの端部に、上記同軸ケーブルと上記パッケージとを気密封止するためのキャップを挿通した請求項１記載の光通信モジュール用パッケージ。
3. 上記キャップは、上記同軸ケーブルの外部導体が嵌合する大径部と、上記同軸ケーブルの内部導体が挿通される小径部とを備えた請求項２記載の光通信モジュール用パッケージ。
4. 上記パッケージに凹部を形成し、その凹部に上記同軸ケーブルを挿通した請求項１記載の光通信モジュール用パッケージ。
5. 上記同軸ケーブルの外部導体は、上記パッケージのグランド部に接続される請求項１〜４いずれかに記載の光通信モジュール用パッケージ。
6. 上記封止部材は、樹脂あるいは半田である請求項１〜５いずれかに記載の光通信モジュール用パッケージ。
   

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