JP2006054457A - オプトエレクトロニクス部品用ハウジング及び光学アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】 光トランシーバ等の光学アセンブリにおいて、光学系の精度を温度変化によらず維持可能とする。
【解決手段】 オプトエレクトロニクス・ハウジング１０１の筐体１０３に開口１０７、１２１と透光性の領域１１７が形成される。開口１０７を介して基板１１１が組み込まれ、線膨張係数の小さい材料で形成されるマウント１１３が開口１２１を介して組み込まれる。マウント１１３上にレーザ・ダイオードやフォトディテクタ等のオプトエレクトロニクス・デバイス１１５が固定される。透光性の領域１１７近傍に、光ファイバ・フェルールを受容するレセプタクル１２９が形成される。マウント１１３が温度変化による寸法変化が小さいことと、基板１１１にではなく、筐体１０３に固設されることとにより、光学的精度が高い状態で維持される。
【選択図】 図１

Description

トランスミッタ光学アセンブリ及びレシーバ光学アセンブリは周知である。これらの光学アセンブリは、一般に基板とオプトエレクトロニクス・デバイスを収容したハウジングをそれぞれに含んでいる。オプトエレクトロニクス・デバイスは、基板上にある電気接点群へとワイヤボンディングにより電気的に接続される。そして基板上にあるこれらの電気接点群は、ハウジング中に設けられた一群のリード線の第一の端部へと、やはりワイヤボンディングにより電気的に接続されている。上記リード線の第二の端部はハウジングの外からのアクセスが可能である。製造過程においてアセンブリは主回路基板に接続され、その主回路基板にはオプトエレクトロニクス・デバイスと接続される電気回路が搭載される。この接続は、例えばアセンブリのリード線の第二の端部と主回路基板の対応する電気導体との間ではんだ接続することにより実現される。

光学アセンブリは一般に、通信ネットワーク機器の光トランシーバ中に用いられており、約１０年間にわたって不具合を起こさずに作動することが求められている。多様なレベルでの相互接続を形成した場合、このようなアセンブリの信頼性に悪い影響が出るものである。更に、オプトエレクトロニクス・デバイスはアクティブな発光又は受光面（或いは両方）を含み、これらの面は、ハウジングに取り付けられたレンズやファイバ・レセプタクルに対して光学的にアライメントされるように精度よく配置されていなければならない。このようなアライメントは全動作温度範囲にわたって維持されなければならない。

上述した理由から、光学アセンブリを製作する材料の選択は、熱膨張が光学的なミスアライメントに繋がらないように慎重に行わなければならない。加えて、ハウジング用に選択される材料は、オプトエレクトロニクス・デバイスの生じる熱を放散することが出来なければならない。光学アセンブリの部品は、適正なアライメントを損ないかねない誤差の累積を生じないように、長さの寸法が一般には約１μ未満の範囲の高い精度で作られていなければならない。

本発明の一態様によれば、本発明はオプトエレクトロニクス・ハウジングを提供するものである。ハウジングは空洞を画定する筐体を含んでいる。筐体に空けられた第一の開口は、基板を受容するように構成されている。マウントは、筐体における第一の開口の位置とは反対側の位置で空洞中に突き出している。マウントは、オプトエレクトロニクス・デバイスを支持するように構成されている。このマウントに隣接する筐体の側壁には、透光性の領域が含まれている。

本発明の他の態様によれば、本発明はオプトエレクトロニクス・アセンブリを提供するものである。アセンブリは、上記段落で説明したオプトエレクトロニクス・ハウジングと、第一の開口のところに配置され、空洞中に延在する基板と、そしてマウントに支持されるオプトエレクトロニクス・デバイスを含んでいる。基板は複数の電気導体と、これら電気導体に電気的に接続されるオプトエレクトロニクス・デバイスとを含んでいる。

本発明の他の態様及び利点は、添付図面を参照しつつ本発明の原理を例示によって説明している以下の詳細な説明を読むことにより明らかとなる。

本発明は、添付図面を参照することでより理解され得る。図中、同様の要素は同様の符号で示されている。

図１を参照すると、オプトエレクトロニクス・ハウジング１０１は空洞１０５を画定する筐体１０３を含んでいる。筐体の壁１０９を貫通する開口（第一の開口）１０７は、基板１１１を受容するように適合している。マウント１１３は第一の開口の反対側に空洞中へと突き出している。マウントはオプトエレクトロニクス・デバイス１１５を支持するように構成されている。透光性の領域１１７は、マウントに隣接する筐体の壁１１９中に画定されている。

一実施例においては、マウントは筐体の壁１２３中に開けられた第二の開口１２１を通じて空洞中へと延びている。他の実施例においては、マウントは図２に示したように、壁１２３と一体に形成されている。

マウントと熱的に通じている放熱プレート１２５等のヒートシンクが、筐体の外側に設けられていても良い。図１に示した実施例においては、放熱プレートは壁１２３に対してほぼ平面で接している。

一実施例においては、透光性の領域１１７は壁１１９中の開口（孔の空いた部分）である。他の実施例においては、透光性の領域は、図３に示したようにレンズ１２７である。レセプタクル１２９を透光性の領域のところで筐体へと接続することが出来る。レセプタクルは光ファイバ・フェルール（図示せず）を受容するように適合している。

一実施例においては、筐体１０３は隣接する複数の壁から出来ており、これらの壁には対向し合う壁１０９及び１１９と、壁１０９及び１１９を繋ぐ壁１２３と、そして壁１０９及び１１９を繋ぐ側壁１３１及び１３３が含まれる。壁１０９、１１９、１３１及び１３３の上端はリッド（蓋）１３５を嵌め込む為に面取り（切り欠き）が施してある。封止剤（図示せず）により壁と壁の間の隙間が封止されており、汚染物質を排除する密封状態が作られている。

図４を参照すると、オプトエレクトロニクス・アセンブリ１３７は、上述したハウジング１０１、複数の電気導体１３９を設けた基板１１１、そしてオプトエレクトロニクス・デバイス１１５を概して含んでいる。基板は開口１０７中に配置されており、空洞１０５中に延在している。オプトエレクトロニクス・デバイスは、マウント１１３上に支持されており、複数の導体１４１を介して電気導体１３９と電気的に通じている。各電気導体１３９は導体１４１の対応する１つと、例えばワイヤボンド１４３により接続している。基板と壁１０９との間の開口１０７の隙間を埋める為に封止剤を使用しても良い。

基板及びマウントの構成にはいくつかの方法がある。図１及び図４に図示される実施の形態においては、基板の先端部１４７に開口１４５が作られている。基板が開口１０７を通じてハウジング１０１中へと挿入された後、開口１４５が開口１２１と位置合わせされ、マウント１１３が両方の開口を貫通するように挿入され、空洞１０５中に突出する形となる。

図２に示した実施の形態においては、基板の先端部１４７はマウント１１３に対して当接している。図５に示した他の実施の形態においては、レール１４９及び１５１が壁１２３に取り付けられており、これにより基板を受容する溝が画定され、基板の先端部がマウント１１３に当接するものである。図６に示した他の実施の形態においては、基板の先端部１４７が切り欠かれて突起部１５３及び１５５が作られており、これがマウント１１３の周囲に嵌合している。図７に示した他の実施の形態においては、マウント１１３は側壁１３１から基板上方のところで突出するように設けられている。

トランスミッタへの応用においては、オプトエレクトロニクス・デバイス１１５はレーザーダイオードである場合があり、この場合は図３に示したように、レンズ１２７はそのレーザーダイオードが発した光線を焦点１５７へと集光させるものである。レシーバへの応用においては、オプトエレクトロニクス・デバイス１１５はフォトデテクタである場合があり、この場合、レンズ１２７は例えばレセプタクル中の光ファイバ（図示せず）により搬送された光等、いずれかから来た光をフォトデテクタ上へと集光させるものである。

レンズ１２７はポリマー、ガラス又は複合材料からつくることが出来る。これは射出成型、複製（レプリカ）処理、成形又は他の高精度量産技術により製造することが出来る。これはまた個々の部品を組み合わせて１つのモノリシック（一体化した）部品へと組み立てることが出来る。これは、光学軸に沿って画定される、レンズ頂点間の厚さを変えてレンズの焦点調節をすることにより、温度変化による焦点のずれ（図３の矢印１５９に示した）を小さくしたものとすることが出来る。一部の実施例においては、レンズの形状は収差とミスアライメント感度を小さくする為に非球面形である。

筐体は、セラミック、ポリマー、Ｋｏｖａｒ^TM（ペンシルバニア州ワイオミッシングにあるＣａｒｐｅｎｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから販売されている）等の低膨張合金、或いは熱膨張係数の小さい他の材料を用いて一体に作ることが出来る。一部の実施例においては、「低」熱膨張係数とは、−５０℃〜＋３５０℃の温度範囲にわたって線形熱膨張係数（線膨張係数）が１×１０^-6未満であることを意味する。このような材料の利用により、オプトエレクトロニクス・デバイスは温度変化に係わりなくレンズ及びレセプタクルとのアライメントを維持することが出来るのである。

基板はプリント回路基板或いは他の好適な材料とすることが出来る。一部の実施例においては、マウント１１３は熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋよりも大きい材料を用いて作られる。こうすることによりオプトエレクトロニクス・デバイス１１５から生じた熱がマウントからヒートシンクへと伝達され、熱を容易に逃すことが出来る。また、相対的に大きな温度変化があったとしても、オプトエレクトロニクス・デバイスのレンズ２８に対する位置変化が非常に小さな誤差範囲内に収まるように、材料は低熱膨張係数を持つものであるべきである。

筐体、或いはヒートシンクの外表面には、対流によって熱を放散することが出来るように溝又は突起を作っても良い。

光ファイバ・フェルールを受容するレセプタクルは、受容したフェルールを締まりばめするような内径を持つものとすることが出来る。或いは、内径は受容するフェルールを隙間はめするものであっても良いが、この場合レセプタクルはフェルールを締まりばめすることが出来るように溝付きスリーブ（割スリーブ）を含むものとする。レセプタクルは壁１１９と一体に形成することが出来る。

基板は、電気導体１３９以外に何も含まないものであっても、或いはオプトエレクトロニクス・デバイス１１５の特性に応じた他の能動及び受動部品（図示せず）を含むものであっても良い。例えば、オプトエレクトロニクス・デバイスがレーザーである場合、トランスミッタ駆動部品を基板上に設けることが出来る。他の部品（図示せず）をマウント１１３上に設けることも出来る。例えば、トランスミッタへの応用においては、マウント１１３上にフォトダイオード・モニタをレーザーに隣接させて接続し、これに低コスト射出成形光学結合モジュールを結合させることが出来る。

ヒートシンクを筐体へと取り付ける為に熱伝導性の接着剤を、そしてリッドを所定位置に取り付ける為に構造エポキシ（構造接着用のエポキシ）を使用することが出来る。

本発明を上述した実施例に基づいて説明して来たが、本発明は、説明及び図示した特定の形式又は部品構成に限られたものではないことは言うまでも無い。例えば、ヒートシンクは平坦とはせずに、熱の放散をより効果的に行う為にフィンを含んだものとすることも出来る。他の例を挙げると、ハウジング、マウント及びレセプタクルが全てモノリシック・モジュールを画定するように一体に形成されていても良い。本発明は請求項によってのみ限定されるものである。

本発明の一実施例に基づくオプトエレクトロニクス・アセンブリの部分分解斜視図である。 他の実施例に基づくオプトエレクトロニクス・アセンブリの部分的透視図である。 図１に示した実施例の一部分をより詳細に示した側面図である。 図１に示した実施例の透視図である。 他の実施例に基づくオプトエレクトロニクス・アセンブリの部分的透視図である。 他の実施例に基づくオプトエレクトロニクス・アセンブリの部分的透視図である。 他の実施例に基づくオプトエレクトロニクス・アセンブリの部分的透視図である。

符号の説明

１０１：オプトエレクトロニクス・ハウジング
１０３：筐体
１０５：空洞
１０７、１２１：開口
１０９、１１３、１１９、１２３：筐体の壁
１１１：基板
１１３：マウント
１１５：オプトエレクトロニクス・デバイス
１１７：透光性領域
１２５：ヒートシンク
１２７：レンズ
１２９：レセプタクル
１３５：リッド
１３７：オプトエレクトロニクス・アセンブリ
１３９：電気導体
１４５：開口
１４７：先端部
１４９、１５１：レール
１５７：焦点

Claims (15)

1. 空洞を画定する筐体と、
   前記筐体の壁を貫通し、基板を受容するように構成された第一の開口と、
   前記第一の開口とは反対側の位置で前記空洞中へと延び、オプトエレクトロニクス・デバイスを支持するように構成されたマウントと、
   前記マウントに隣接する、前記筐体の壁中に設けられた透光性領域と
   を具備することを特徴とするオプトエレクトロニクス・ハウジング。
2. 前記マウントが、前記筐体の壁中の第二の開口を通じて前記空洞内に延在していることを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
3. 前記マウントが、前記筐体の壁と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
4. 前記マウントと熱的に通じていて、前記筐体の外側に配置されるヒートシンク
   を更に具備することを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
5. 前記ヒートシンクが放熱プレートを含むものであることを特徴とする請求項４に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
6. 前記放熱プレートが前記筐体の外表面とほぼ平面で接していることを特徴とする請求項５に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
7. 前記透光性領域が、開口部を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
8. 前記透光性領域が、レンズを含むものであることを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
9. 前記透光性領域を介して前記筐体に接続されたレセプタクルであって、光ファイバ・フェルールを受容するように構成されたレセプタクルを更に具備することを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジング。
10. 前記筐体が、
    複数の壁と、
    前記複数の壁の、隣接するもの同士の間の間隙を封止する封止剤と
    を含むことを特徴とする請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・アセンブリ。
11. オプトエレクトロニクス・アセンブリであって、
    請求項１に記載のオプトエレクトロニクス・ハウジングと、
    複数の電気導体が設けられ、前記開口中に配置され、前記空洞中に延在する基板と、
    前記マウントにより支持され、前記電気導体と電気的に通じるオプトエレクトロニクス・デバイスと、
    を具備することを特徴とするオプトエレクトロニクス・アセンブリ。
12. 前記基板の先端部が、前記マウントをまたいで設置されるように切り欠かれていることを特徴とする請求項１１に記載のオプトエレクトロニクス・アセンブリ。
13. 前記基板の先端部に、前記マウントを受容する為の開口が画定されることを特徴とする請求項１１に記載のオプトエレクトロニクス・アセンブリ。
14. 前記空洞の内表面上に、前記基板を受容する為の溝を画定するレール部分
    を更に具備することを特徴とする請求項１１に記載のオプトエレクトロニクス・アセンブリ。
15. 前記基板と前記第一の開口との間の間隙を封止する封止剤
    を更に具備することを特徴とする請求項１１に記載のオプトエレクトロニクス・アセンブリ。

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