JP2007199122A

JP2007199122A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2007199122A
Application number: JP2006014366A
Authority: JP
Inventors: Kimio Nagasaka; 公夫長坂
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-01-23
Filing date: 2006-01-23
Publication date: 2007-08-09

Abstract

【課題】信号伝送の高速化と良好な接合強度の実現とを両立できる光モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明の光モジュールは、回路基板等の基板上に配置される光モジュールであって、光素子を収容し、かつ上記光素子と電気的に接続される複数の電極を有するパッケージ(3)と、光ファイバの一端を支持する光プラグ(1)が載置される第１面(42)と、上記基板と対向すべき第２面と、当該第２面側へ突起する複数のリード電極(45)とを有し、上記パッケージと並べて配置される樹脂パッケージ(4)と、上記光素子の光軸と上記光ファイバの光軸との交差位置に配置される光反射面を有する光学ブロック(5)と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、光通信に用いられる光モジュールに関する。

光通信に用いられる光モジュールの従来例として特開２００３−１０７２９３号公報（特許文献１）に開示されるレセプタクル型光モジュールが知られている。この文献に開示された光モジュールは、レーザダイオード又はフォトディテクタ等の光素子に備わった電極をキャリアと称される基板に備わった金属配線に金ワイヤ等を介して接続し、更にキャリアの金属配線をリードフレームに金ワイヤ等を介して接続して構成されている。

しかし、この従来例の光モジュールでは、リードフレームを仲介させることにより、光素子に対する信号の入出力に関わる信号伝送路の特性インピーダンスの整合を図りにくくなり、信号の高速伝送の実現が難しくなる。これに対して、光素子をリードレスのセラミックパッケージ等（LLC : Leadless Chip Carrier）に収容するとともに、光素子と電気的に接続された電極をパッケージ外部に露出させ、当該電極をハンダ等を介して回路基板に直接的に接合する方法が考えられる。しかし、かかる構成を採用した場合には、一般にガラスエポキシ等を用いて形成される回路基板とセラミックパッケージとの熱膨張係数の差に起因して熱サイクルによる応力が発生することにより、電極剥がれやハンダ割れ等が生じ、接合強度の不具合が発生する場合がある。

特開２００３−１０７２９３号公報

そこで、本発明は、信号伝送の高速化と良好な接合強度の実現とを両立できる光モジュールを提供することを目的とする。

本発明の光モジュールは、回路基板等の基板上に配置される光モジュールであって、光素子を収容し、かつ上記光素子と電気的に接続される複数の電極を有するパッケージ（例えば、セラミックパッケージ）と、光ファイバの一端を支持する光プラグが載置される第１面と、上記基板と対向すべき第２面と、当該第２面側へ突起する複数のリード電極とを有し、上記パッケージと並べて配置される樹脂パッケージと、上記光素子の光軸と上記光ファイバの光軸との交差位置に配置される光反射面を有する光学ブロックと、を備える。

上記構成によれば、パッケージの電極を直接的に回路基板等の基板と電気的に接続できるので、インピーダンス不整合による伝送ロスを低減できる。また、リードフレームを用いることにより熱膨張係数差に起因する接合強度の不具合を抑制できる。したがって、信号伝送の高速化と良好な接合強度の両立を図ることができる。

好ましくは、上記樹脂パッケージの上記複数のリード電極は上記光ファイバの延在方向と略平行な第１方向に沿って並べて配置される。

これにより、光ファイバに曲げ力が加わった場合の衝撃力をリードフレームの弾性変形により緩和する効果が高まり、接続不具合をより一層低減することができる。

好ましくは、上記パッケージの上記複数の電極は上記第１方向と略直交する第２方向に沿って並べて配置される。

これにより、光モジュールと基板との接続箇所の延在方向が相互に直交する状態となるため、接合強度をより高めることができる。

好ましくは、上記パッケージの上記複数の電極は、それぞれ、上記基板と対向すべきパッド部を有する。

これにより、接続箇所の接触面積が広くなり、機械的な接合強度が高まる。また、電気的な接続に係る電気抵抗も低減される。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、一実施形態の光モジュールの全体構成を示す分解斜視図である。図２は、レセプタクルユニットを下面側から見た平面図である。図３は、レセプタクルユニットの図２に示すIII−III線方向の断面図である。図１〜図３に示す本実施形態の光モジュールは、電気回路を備える基板（回路基板）１０上に配置される光モジュールであって、光プラグ１、クランプ２、セラミックパッケージ３、樹脂パッケージ４、光学ブロック５を含んで構成される。光プラグ１とクランプ２を合わせてプラグユニットが構成され、セラミックパッケージ３、樹脂パッケージ４及び光学ブロック５を合わせてレセプタクルユニットが構成されている。

光プラグ１は、光ファイバ６の一端を支持する。この光プラグ１は、例えば樹脂を射出成形することによって形成される。光プラグ１にはＶ字状の溝とこの溝を覆う板状部材とが備わっている。このＶ字溝に光ファイバ６の一端を配置し、当該一端を板状部材によって押圧することにより、光ファイバ６が支持される。また、光プラグ１は、光ファイバ６の光軸上に配置される集光レンズ１１を有する。本例では図示のように、光プラグ１の長手方向の一端側に複数の集光レンズ１１が設けられている。

クランプ２は、レセプタクルユニットの全体を包み込むように配置され、光プラグ１とレセプタクルユニットとを一体に保持する。このクランプ２は、例えば金属板に対してプレスによる抜き加工と曲げ加工を施すことによって形成される。クランプ２は、側面側に略Ｊ字状のフック２１、板バネ部２２、遮光部２３、嵌合穴２４及びファイバ案内部２５を備える。

フック２１は、樹脂パッケージ４の掛かり部４４と係合する。これにより、レセプタクルユニットとプラグユニットとが一体となる。

板バネ部２２は、上面側に略Ｈ字状の切り込みを設けることによって形成されている。この板バネ部２２は、光プラグ１の長手方向の両端部などを押圧する。これにより、光プラグ１が樹脂パッケージ４に密着する。

遮光部２３は、クランプ２の先端側に配置され、光ファイバ６の光軸と交差するように配置される。この遮光部２３は、図示のようにクランプ２の一部を折り曲げて形成された平板状の部位であり、プラグユニットがレセプタクルユニットに結合していない場合において、光プラグ１から出射されるレーザ光が外部に漏れないようにする。

嵌合穴２４は、クランプ２の後端側の一部を折り曲げて形成された平板状の部位に設けられている。本例では２つの嵌合穴２４が設けられている。これらの嵌合穴２４は、それぞれ樹脂パッケージ４に備わった２つの嵌合ピン（突起部）４１と嵌め合わされることにより、レセプタクルユニットとプラグユニットとを一体に保持する機能を果たす。

ファイバ案内部２５は、クランプ２の後端側の上記平板状の部位の一部を折り曲げて形成されている。本例のファイバ案内部２５は、クランプ２の後端側のほぼ中央に上記２つの嵌合穴２４に挟まれている。光プラグ１がクランプ２に覆われる際に、このファイバ案内部２５に光ファイバ６が配置される。また本例では、光ファイバ６の一部とこのファイバ案内部２５とが接着剤を用いて固定されている。

セラミックパッケージ３は、光素子３１を収容し（図３参照）、かつ光素子３１と電気的に接続された電極３２を有する。詳細には、本実施形態のセラミックパッケージ３は、セラミック材料を用いて形成されており、光素子３１や回路チップ３３などを配置するための凹部を有する箱状部材３４と、前述の凹部を覆うようにして箱状部材３４の上側に配置される透明板（本例ではガラス板）３５と、を備える。箱状部材３４と透明板３５によって、光素子３１や回路チップ３３などが密封される。

光素子３１は、光信号を出射する発光素子（例えばＶＣＳＥＬ）又は光信号を受光する受光素子である。この光素子３１は、光軸が透明板３５と略直交するように配置されており、当該透明板３５を通して光信号を出射し、又は光信号を受光する。

回路チップ３３は、光素子３１が発光素子の場合には当該光素子３１を駆動するドライバであり、光素子３１が受光素子の場合には当該光素子３１から出力される電気信号を増幅するアンプである。図示のように本例では、光素子３１と回路チップ３３との間はワイヤボンディングにより接続されている。

電極３２は、箱状部材３４の外部に露出するように形成されており、かつ箱状部材３４の内部を貫通する配線を介して光素子３１や回路チップ３３と接続されている。この電極３２の詳細については更に後述する。

樹脂パッケージ４は、光プラグ１を支持し、位置決めする機能などを果たすものであり、光ファイバ６の光軸方向に沿ってセラミックパッケージ３と並べて配置されている。この樹脂パッケージ４は、上述した嵌合ピン４１と、ガイド面４２、４３、掛かり部４４及び複数のリード電極４５を備える。この樹脂パッケージ４は、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化型樹脂をトランスファー成形することにより製造することができる。ガラス微粒子またはファイバを混合したエポキシ樹脂材料を用いた場合には寸法精度をより高めることが可能となり、精密なガイド面の形成が可能となる。

ガイド面（第１面）４２は、光プラグ１が載置される。本実施形態では、このガイド面４２は、光モジュールを回路基板１００上に配置した際に、回路基板１００の表面と略平行となるように形成される。

ガイド面４３は、ガイド面４２と略直交して配置されるように形成されている。このガイド面４３は、光プラグ１の側面と接する。このガイド面４３と、上記のガイド面４２と上記の板バネ部２２と、光学ブロック５によって光プラグ１の位置決めがなされる。

複数のリード電極４５は、一部が樹脂パッケージに包含され、かつ樹脂パッケージ４の回路基板１００と対向すべき下面（第２面）４６の側へ突起するように設けられている。本実施形態では、樹脂パッケージ４の長手方向に沿った両側にそれぞれ４個ずつのリード電極４５が設けられている。また、本実施形態では、各リード電極４５は、電気的接続を確保する用途としては用いられておらず、樹脂パッケージ４を回路基板１００上に接合し、固定する用途として用いられている。なお、各リード電極４５に電気的接続を確保する用途を兼用させてもよい。

光学ブロック５は、光素子３１の光軸と光ファイバ６の光軸との交差位置に配置される光反射面５１を有する。この光学ブロック５は、樹脂パッケージ４のガイド面４２に載置されている。また、光学ブロック５は、透光性の樹脂からなり、一部を切り欠くことによって斜面が形成されており、当該斜面が光反射面５１として機能する。具体的には、光素子３１から出射した光信号は、光学ブロック５の下面に形成された集光レンズによって集光され、光反射面５１によって反射されて光ファイバ６の一端に入射する。また、光ファイバ６から出射する光信号は光反射面５１によって反射され、前述の集光レンズによって集光されて光素子３１に至る。

次に、光モジュールの回路基板１００への載置状態について詳細に説明する。

セラミックパッケージ３の電極３２は、図２及び図３に示すように、セラミックパッケージ３の側面に設けられた凹部３６の表面を覆う露出部３２ａと、セラミックパッケージ３の下面に設けられたパッド部３２ｂと、を有する。本実施形態では、セラミックパッケージ３の光モジュールに装着される光ファイバ６の延在方向と平行な面（ＸＹ面に平行な面）に各電極３２が設けられている。また、各電極３２は、ハンダ３７を介して回路基板１００上の接続パッド等と電気的に接続され、かつ機械的に固定されている。より詳細には、図３に示すように、各電極３２は、露出部３２ａとパッド部３２ｂのいずれにもハンダが接触するようにして回路基板１００と接合されている。なお、露出部３２ａとパッド部３２ｂのいずれかのみとハンダが接触していてもよい。

樹脂パッケージ４のリード電極４５は、図１に示すように略Ｌ字状の形状を有し、樹脂パッケージ４の側面４７から下面（第２面）４６に沿って設けられている。また、図２に点線で示すように、リード電極４５は、その一部が樹脂パッケージ４の内部に包含されている。各リード電極４５は、図３に示すように、樹脂パッケージ４の下面４６側へ突起した部位において、ハンダ４８を介して回路基板１００上の接続パッド等と機械的に固定されている。本実施形態では、樹脂パッケージ４の光モジュールに装着される光ファイバ６の延在方向と平行な側面（ＸＹ面に平行な面）に各リード電極４５が設けられている。また、各リード電極４５は、光ファイバ６の延在方向と略平行なＸ方向（第１方向）に沿って並べられている。また、光ファイバ６の延在方向を略中心として両側に配置される各側面４７のそれぞれに、各リード電極４５が設けられている。本実施形態では、各リード電極４５の並び方向（Ｘ方向）と、上述したセラミックパッケージ３の電極３２の並び方向（Ｙ方向：第２方向）とは、ほぼ直交している。また、各リード電極４５の相互間隔をより狭く（例えば０．８ｍｍ程度）とすることにより、各リード電極４５を回路基板１００と接合した後における熱膨張率差による応力をより緩和することができる。

図４は、回路基板上に設けられる接続パッドの一例を示す平面図である。Ｙ方向に沿って並べて設けられた５つの接続パッド１０１は上記の各電極３２のパッド部３２ｂと接合される。また、Ｘ方向に沿ってそれぞれ４つずつ並べて設けられた接続パッド１０２は上記の各リード電極４５と接合される。例えば、各接続パッド１０１及び各接続パッド１０２の上面にハンダペーストを塗布しておき、各接続パッド１０１、１０２と各電極３２、各リード電極４５とを位置合わせして、回路基板１００上に光モジュールを載置する。そして、回路基板１００及び光モジュールをリフロー炉に通し、ハンダを溶融させる。これにより、各電極３２と各接続パッド１０１、各リード電極４５と各接続パッド１０２のそれぞれが接合される。

以上のように本実施形態によれば、セラミックパッケージの電極を直接的に回路基板等の基板と電気的に接続できるので、インピーダンス不整合による伝送ロスを低減できる。また、リードフレームを用いることにより熱膨張係数差に起因する接合強度の不具合を抑制できる。したがって、信号伝送の高速化と良好な接合強度の両立を図ることができる。

なお、本発明は上述した実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施することが可能である。例えば、上述した実施形態では、光素子を収容するパッケージの一例としてセラミックパッケージを説明していたが、パッケージはこれに限定されるものではなく、同等の構成、機能を有する他の態様のパッケージであってもよい。

一実施形態の光モジュールの全体構成を示す分解斜視図である。レセプタクルユニットを下面側から見た平面図である。レセプタクルユニットの図２に示すIII−III線方向の断面図である。回路基板上に設けられる接続パッドの一例を示す平面図である。

符号の説明

１…光プラグ、２…クランプ、３…セラミックパッケージ、４…樹脂パッケージ、５…光学ブロック、６…光ファイバ、２１…フック、２２…板バネ部、２３…遮光部、２４…嵌合穴、２５…ファイバ案内部、３１…光素子、３２ｂ…パッド部、３２…電極、３２ａ…露出部、３３…回路チップ、３４…箱状部材、３５…透明板、３６…凹部、３７…ハンダ、４１…嵌合ピン、４２、４３…ガイド面、４５…リード電極、５１…光反射面、１００…回路基板、１０１、１０２…接続パッド

Claims

基板上に配置される光モジュールであって、
光素子を収容し、かつ前記光素子と電気的に接続される複数の電極を有するパッケージと、
光ファイバの一端を支持する光プラグが載置される第１面と、前記基板と対向すべき第２面と、当該第２面側へ突起する複数のリード電極とを有し、前記パッケージと並べて配置される樹脂パッケージと、
前記光素子の光軸と前記光ファイバの光軸との交差位置に配置される光反射面を有する光学ブロックと、
を備える光モジュール。
前記樹脂パッケージの前記複数のリード電極は前記光ファイバの延在方向と略平行な第１方向に沿って並べて配置される、請求項１に記載の光モジュール。
前記パッケージの前記複数の電極は前記第１方向と略直交する第２方向に沿って並べて配置される、請求項２に記載の光モジュール。
前記パッケージの前記複数の電極は、それぞれ、前記基板と対向すべきパッド部を有する、請求項１に記載の光モジュール。
前記パッケージがセラミックパッケージを含む、請求項１に記載の光モジュール。