JP2007333912A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パッシブアライメント方式により実装され、気密封止可能な光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module that is mounted by a passive alignment method and can be hermetically sealed.
従来、光ファイバと半導体光素子における光結合の調心方法として、アクティブアライメント方式、パッシブアライメント方式が知られている。前者のアクティブアライメント方式は、光デバイスと光ファイバ間の最適な位置関係を割り出すために、アウトプットをモニタしながら調心するもので、半導体レーザ、フォトダイオードや平面導波路等とコア径が9μm程度の光ファイバをミクロン、サブミクロンオーダーで精度よく光結合させるのに適している。しかし、最高出力やカップリングの検出にかなりの時間を必要とし、調心装置も精度の高い高価なものが必要とされる。また、光結合の調心後に位置固定の接着や溶接を行うが、そのための機械的強度の確保と精密固定を満足させる必要があり、このための材料、設備上の制約からコスト高なものとなっていた。 Conventionally, an active alignment method and a passive alignment method are known as alignment methods for optical coupling between an optical fiber and a semiconductor optical device. In the former active alignment method, in order to determine the optimum positional relationship between the optical device and the optical fiber, alignment is performed while monitoring the output. The core diameter of the semiconductor laser, photodiode, planar waveguide, etc. is 9 μm. It is suitable for optically coupling optical fibers of the order of magnitude on the order of microns and submicrons. However, it takes a considerable amount of time to detect the maximum output and coupling, and the alignment device is also required to be expensive with high accuracy. In addition, after fixing the optical coupling, position fixing adhesion and welding are performed, but it is necessary to satisfy the requirements of ensuring the mechanical strength and precision fixing. It was.
一方、後者のパッシブアライメント方式は、アウトプットをモニタせずに機械的な位置決めにより調心を行うもので、自動化が容易である。このパッシブアライメント方式は、アクティブアライメント方式と比べ、短時間での実装が可能となる。 On the other hand, the latter passive alignment method performs alignment by mechanical positioning without monitoring the output, and is easy to automate. This passive alignment method can be mounted in a shorter time than the active alignment method.
光デバイスと光ファイバを光学的に結合する光モジュールにおいては、製造コストおよび製造装置コストの削減を図り、効率よく組み立てを行うことが求められる。このため、光結合の調心方法はアクティブアライメント方式に代わってパッシブアライメント方式が主流となりつつある。 In an optical module that optically couples an optical device and an optical fiber, it is required to reduce the manufacturing cost and the manufacturing equipment cost and to assemble efficiently. For this reason, the passive alignment method is becoming the mainstream as an alignment method for optical coupling instead of the active alignment method.
しかしながら、一般的なパッシブアライメント方式を採用した光モジュールでは、光ファイバの位置決めをするためV字溝を有するベンチ(シリコンベンチやガラスベンチ)や、光デバイスの気密性を確保するためのパッケージ(セラミックスパッケージ)等の部品を必要とする。これらの部品はアクティブアライメント方式を採用した光モジュールで多用されているCANパッケージ(同軸型パッケージ)と比較すると、部品単体のコスト増が問題となる。 However, in an optical module using a general passive alignment method, a bench (silicon bench or glass bench) having a V-shaped groove for positioning an optical fiber, or a package (ceramics) for ensuring the airtightness of an optical device. Parts). Compared with a CAN package (coaxial package) that is frequently used in an optical module that employs an active alignment method, these components have a problem of an increase in cost of a single component.
また、光デバイスの気密性を確保する場合、CANパッケージでは既存の封止技術(金属パッケージのプロジェクション溶接による封止方法)が確立されているが、セラミックスパッケージでは箱形パッケージに対する蓋部品のシーム溶接による封止、セラミックス部品の樹脂接合(接着剤)による封止、トランスファモールドによる樹脂封止といった方法が検討されているが、いずれも一長一短があり、製造性と気密性を両立できる構造に至っていない。 In order to ensure the airtightness of the optical device, the existing sealing technology (sealing method by projection welding of the metal package) is established for the CAN package, but the seam welding of the lid part to the box-shaped package is performed for the ceramic package. Although methods such as sealing by resin, sealing by resin bonding (adhesive) of ceramic parts, and resin sealing by transfer mold are being studied, all have advantages and disadvantages, and a structure that can achieve both manufacturability and airtightness has not been achieved. .
従来のパッシブアライメントを用いた光モジュールの例として、例えば、特許文献1には、セラミックスパッケージであるサブストレートとリッドにて光デバイスと光ファイバの位置決めを行い、熱可塑性レジンによる気密封止を行う光アセンブリが記載されており、光デバイスと光ファイバの位置決めは、サブストレートで行っている。 As an example of a conventional optical module using passive alignment, for example, in Patent Document 1, an optical device and an optical fiber are positioned by a substrate and a lid, which are ceramic packages, and hermetic sealing is performed by a thermoplastic resin. An optical assembly is described and the positioning of the optical device and the optical fiber is performed on the substrate.
また、特許文献2には、光ファイバを搭載した金属フェルールの端面に半導体レーザ(光デバイス)を搭載した半導体基板をセットすることで光モジュールを形成したものが記載されている。 Patent Document 2 describes an optical module formed by setting a semiconductor substrate on which a semiconductor laser (optical device) is mounted on an end face of a metal ferrule on which an optical fiber is mounted.
また、特許文献3には、光ファイバを搭載したキャピラリの後方部をカットし、その部分にフォトダイオード(光デバイス)を搭載した光モジュールが記載されている。
しかしながら、上記特許文献1に記載の構造では、サブストレートに光デバイスを実装する作業と、サブストレートに光ファイバをセットする作業が必要であるために、パッシブアライメントでの実装作業性が悪い。また、光モジュールの光デバイスに対する気密封止はレジンで行われているため、長期信頼性に問題がある。 However, in the structure described in Patent Document 1, the work of mounting the optical device on the substrate and the work of setting the optical fiber on the substrate are necessary, so the mounting workability in passive alignment is poor. Further, since the hermetic sealing of the optical module with respect to the optical device is performed by the resin, there is a problem in long-term reliability.
また、上記特許文献2に記載の構造では、光デバイスの気密性確保が困難な上、光モジュールを形成する主要なパッケージの役割を果たす金属フェルール側面に溝付き加工および電極線の取り付け等が必要であり、製造性が悪い。また、受光モジュールとして使用することを考えた場合、受光素子の近傍にデバイス部品であるTIA(Trans Impedance Amplifier)を搭載することが望ましいが、このパッケージ構造ではそれは困難となる。 Further, in the structure described in Patent Document 2, it is difficult to ensure the airtightness of the optical device, and it is necessary to form a groove on the side surface of the metal ferrule that serves as a main package for forming the optical module and to attach an electrode wire. And manufacturability is poor. In consideration of use as a light receiving module, it is desirable to mount a TIA (Trans Impedance Amplifier), which is a device component, in the vicinity of the light receiving element, but this package structure makes it difficult.
また、上記特許文献3に記載の構造では、光デバイスの気密性を確保することが困難である。また、光モジュールと光ファイバの結合を考えた場合、キャピラリの外径は光コネクタのフェルール外径と同等であることが望ましく、φ1.25mmもしくはφ2.50mmとなる。そのような部品に対してキャピラリ後方部の加工および電極形成などを行う必要があり、やはり製造性が悪い。
Further, with the structure described in
このように、上記特許文献1〜3をはじめとする従来の技術では、パッシブアライメントを用いた光モジュールの製造性と気密性を両立させることができなかった。 As described above, the conventional techniques including the above-mentioned Patent Documents 1 to 3 cannot achieve both the manufacturability and airtightness of the optical module using passive alignment.
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、CANパッケージ構造を備え、パッシブアライメント方式による実装を可能とした光モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical module having a CAN package structure and capable of being mounted by a passive alignment method.
本発明による光モジュールは、光ファイバと光ファイバの先端に付属するフェルールとを有する光コネクタを受納する光モジュールであって、光ファイバと光学的に結合する光デバイスと、フェルールを受納するスリーブと、フェルールと光学的に調芯され光ファイバと一端において光学的に結合するスタブと、光デバイスを搭載するステムと、光デバイスをステムとの間の空間に封止するキャップとを有する。このスタブは、空間を気密封止しつつステムを貫通し、スタブの一端とは反対の面に光デバイスを実装する。また、スタブの光デバイス実装面側には、光デバイス実装用のマーキングがメタライズされていてもよい。 An optical module according to the present invention is an optical module for receiving an optical connector having an optical fiber and a ferrule attached to the tip of the optical fiber, the optical device optically coupled to the optical fiber, and the ferrule. A sleeve; a stub that is optically aligned with the ferrule and optically coupled to the optical fiber at one end; a stem on which the optical device is mounted; and a cap that seals the optical device in a space between the stem. The stub penetrates the stem while hermetically sealing the space, and mounts the optical device on the surface opposite to one end of the stub. Moreover, marking for mounting an optical device may be metallized on the optical device mounting surface side of the stub.
本発明によれば、CANパッケージ構造を備え、パッシブアライメント方式による実装を可能としたため、光デバイスの気密性確保に、既存技術であるプロジェクション溶接を用いることができ、信頼性を確保すると共に、既存設備を用いて光モジュールを製造することができる。
また、光パワーをモニタしながらの調心(すなわちアクティブアライメント方式)が不要となり、半導体実装機による光モジュール製造を行うことができる。
According to the present invention, since the CAN package structure is provided and mounting by the passive alignment method is possible, the existing technology, projection welding, can be used to secure the airtightness of the optical device. An optical module can be manufactured using the equipment.
In addition, alignment (that is, active alignment method) while monitoring the optical power becomes unnecessary, and an optical module can be manufactured by a semiconductor mounting machine.
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る光モジュールの好適な実施の形態について説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of an optical module according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の光モジュールが備えるステムアセンブリの一例を示す斜視図で、図2(A)及び図2(B)はステムアセンブリの断面図である。図中、1は光ファイバ、2aはスタブ封止ガラス,2bはリード封止ガラス、3はステム、4aはケースリード、4bはアイソレートリード、5はスタブを示す。以下、これらのケースリード4a及びアイソレートリード4bをまとめてリード4と呼ぶ。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a stem assembly provided in the optical module of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are sectional views of the stem assembly. In the figure, 1 is an optical fiber, 2a is a stub sealing glass, 2b is a lead sealing glass, 3 is a stem, 4a is a case lead, 4b is an isolated lead, and 5 is a stub. Hereinafter, the
図1及び図2に示すように、本発明に係る光モジュールは、CANパッケージで構成され、LD(Laser Diode)やPD(Photo Diode)といった光デバイスや、LDD(Laser Diode Driver)やTIA等のデバイス部品を実装するスペースを持つステム3に、電気的接続用途のリード4と、光学的接続用途のスタブ5を搭載する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the optical module according to the present invention is configured by a CAN package, and includes optical devices such as LD (Laser Diode) and PD (Photo Diode), LDD (Laser Diode Driver) and TIA. A
リード4は、ステム3と電気的に絶縁する必要があるので、リード封止ガラス2bでガラス封止されている。また、スタブ5は、中心部に光ファイバ1を備えた状態で、ステム3に搭載されている。スタブ5とステム3の接続は、気密性を確保できれば良いことから、スタブ封止ガラス2aによるガラス封止による接続以外に、例えば、樹脂接着による接続や、半田ガラス等による接続も可能である。
Since the
ステム3およびリード4の各部品は電気的接続が必要となることから例えば鉄系の合金で構成される。ステム3とリード4の間は気密封止のためガラス材料にて封止されているが、材料の線膨張係数の違いによる気密封止の破壊を防ぐために、適切な材料を選定する必要がある。既存の技術では、KOVAR(コバール)等の低線膨張材を用いたマッチドシールと、SPC等の通常の鉄系材料を用いたコンプレッションシールがある。各金属部品は酸化等の影響を排除するためにAuメッキ加工されている。Auメッキされることで、ワイヤボンディング性も良好となる。
Each component of the
スタブ5は、光コネクタ(図示せず)と嵌合するため、光コネクタ側端面の耐性(硬度)が重要となることから、光コネクタのフェルールと同じジルコニアや結晶化ガラスを用いることが望ましい。また、これ以外にNiからなるフェルールやほう珪酸ガラスといったガラスフェルールを用いることも可能である。
Since the
図3は、ステムアセンブリに光デバイス部品を実装した状態の一例を示す図である。図3(A)は斜視図で、図3(B)は上面図である。図中、6はPD(フォトダイオード)、7はTIA、Mは光デバイス実装用のマーキングを示す。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a state in which the optical device component is mounted on the stem assembly. 3A is a perspective view, and FIG. 3B is a top view. In the figure, 6 is a PD (photodiode), 7 is a TIA, and M is a marking for mounting an optical device.
図3に示すように、スタブ5には光デバイスであるPD6とデバイス部品であるTIA7が搭載され、それぞれの電気的な接続にはワイヤボンディング接続が用いられる。TIA7等のデバイス部品はステム3の外周側に実装されており、ステム3に対して半田材料にて実装される。
As shown in FIG. 3, the
また、PD6等の光デバイス部品は、スタブ5内の図示しない光ファイバの位置とPD6の受光面の位置を合わせてパッシブアライメント方式により実装される。実装方法としては、例えば、スタブ5の実装側端面にあらかじめメタライズによるマーキングMを施しておき、PD6の実装に用いる半田材料によるセルフアライメントによって位置決めするようにしてもよい。また、光ファイバとPD6の受光面を画像認識により位置決めした後、熱硬化樹脂や紫外線硬化樹脂などにより固定するようにしてもよい。
Optical device components such as PD6 are mounted by a passive alignment method by matching the position of an optical fiber (not shown) in
このように、スタブ5内の光ファイバとPD6は、パッシブアライメント方式により調心され、さらに、PD6は、ステム3と、後述の図4に示すキャップとをプロジェクション溶接することにより気密封止される。
In this way, the optical fiber and the
実装するPD6は、光ファイバとの光学結合を考慮した場合、光ファイバ端面とPD受光面の距離は小さい方が望ましいことから、裏面受光型PDを用いることが望ましい。この場合、裏面受光型PDの裏面をスタブ5に向けて実装する。ただし、光ファイバ端面からの光の広がり(開口指数)と、光を伝搬させる物質の屈折率、PDのダイサイズ(厚さ)、PD受光径を考慮することにより、表面受光型としてもよい。
In consideration of optical coupling with the optical fiber, it is desirable that the mounted
図4は、本発明の光モジュールの気密封止後の状態の一例を示す図である。図4(A)は斜視図で、図4(B)は部分断面斜視図である。図中、8はキャップを示す。光デバイス部品の気密封止の手法としては、CANパッケージで採用されるプロジェクション溶接を用いて、キャップ8をステム3に固定するようにしてもよい。このように、光モジュールをCANパッケージ構造にすることで既存技術であるプロジェクション溶接を利用することができるため、光モジュールの構造変更に伴って新規に封止設備を準備する必要がない。
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a state after the hermetic sealing of the optical module of the present invention. 4A is a perspective view, and FIG. 4B is a partial cross-sectional perspective view. In the figure, 8 indicates a cap. As a method of hermetic sealing of the optical device components, the
図5は、スリーブを搭載して、光ファイバのフェルールガイドを設けた状態の一例を示す図である。図5(A)は側面図で、図5(B)は断面図である。図中、9はスリーブを示す。ここで図示するスリーブ9は、金属製の切削加工による一体スリーブを示しているが、それ以外のスリーブであってもよく、例えば、ジルコニア製割りスリーブや、ジルコニアや結晶化ガラスの精密スリーブなどを用いてもよい。 FIG. 5 is a view showing an example of a state in which a sleeve is mounted and an optical fiber ferrule guide is provided. 5A is a side view, and FIG. 5B is a cross-sectional view. In the figure, 9 indicates a sleeve. The sleeve 9 shown here is an integral sleeve formed by metal cutting, but may be other sleeves, such as a zirconia split sleeve, a zirconia or crystallized glass precision sleeve, or the like. It may be used.
図5に示すように、本発明に係る光モジュールは、光ファイバと光ファイバの先端に付属するフェルールとを有する光コネクタを受納するものであり、光ファイバと光学的に結合する光デバイスと、光コネクタのフェルールを受納するスリーブ9と、フェルールと光学的に調芯され光ファイバと一端において光学的に結合するスタブ5と、光デバイスやデバイス部品を搭載するステム3と、光デバイスやデバイス部品をステム3との間の空間に封止するキャップ8とを有する。このスタブ5は、空間を気密封止しつつステム3を貫通し、スタブ5の上記一端(フェルール側)とは反対の面に光デバイスを実装する。
As shown in FIG. 5, the optical module according to the present invention receives an optical connector having an optical fiber and a ferrule attached to the tip of the optical fiber, and an optical device optically coupled to the optical fiber. , A sleeve 9 for receiving the ferrule of the optical connector, a
図6は、光モジュールとして用いる場合のFPC基板との接続状態の一例を示す図である。図6(A)は側面図で、図6(B)は斜視図を示す。図中、10は半田接続、11はFPCを示す。本発明の光モジュールは、取り扱いが容易なポリイミドフィルム等で構成されるFPC11と半田接続10により接続することができる。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a connection state with an FPC board when used as an optical module. 6A is a side view and FIG. 6B is a perspective view. In the figure, 10 indicates a solder connection and 11 indicates an FPC. The optical module of the present invention can be connected to the
以上説明したように、本発明によれば、CANパッケージ構造を備え、パッシブアライメント方式による実装を可能としたため、光デバイスの気密性確保に、既存技術であるプロジェクション溶接を用いることができ、信頼性を確保すると共に、既存設備を用いて光モジュールを製造することができる。
また、光パワーをモニタしながらの調心(すなわちアクティブアライメント方式)が不要となり、半導体実装機による光モジュール製造を行うことができる。
As described above, according to the present invention, since the CAN package structure is provided and mounting by the passive alignment method is possible, the projection welding which is the existing technology can be used to ensure the airtightness of the optical device, and the reliability is improved. And an optical module can be manufactured using existing equipment.
In addition, alignment (that is, active alignment method) while monitoring the optical power becomes unnecessary, and an optical module can be manufactured by a semiconductor mounting machine.
1…光ファイバ、2a…スタブ封止ガラス、2b…リード封止ガラス、3…ステム、4a…ケースリード、4b…アイソレートリード、5…スタブ、6…PD、7…TIA、8…キャップ、9…スリーブ、10…半田接続、11…FPC。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical fiber, 2a ... Stub sealing glass, 2b ... Lead sealing glass, 3 ... Stem, 4a ... Case lead, 4b ... Isolated lead, 5 ... Stub, 6 ... PD, 7 ... TIA, 8 ... Cap, 9 ... Sleeve, 10 ... Solder connection, 11 ... FPC.
Claims (2)
前記光ファイバと光学的に結合する光デバイスと、
前記フェルールを受納するスリーブと、
前記フェルールと光学的に調芯され前記光ファイバと一端において光学的に結合するスタブと、
前記光デバイスを搭載するステムと、
前記光デバイスを前記ステムとの間の空間に封止するキャップとを有し、
前記スタブは、前記空間を気密封止しつつ前記ステムを貫通し、前記スタブの前記一端とは反対の面に前記光デバイスを実装したことを特徴とする光モジュール。 An optical module for receiving an optical connector having an optical fiber and a ferrule attached to the tip of the optical fiber,
An optical device optically coupled to the optical fiber;
A sleeve for receiving the ferrule;
A stub optically aligned with the ferrule and optically coupled to the optical fiber at one end;
A stem on which the optical device is mounted;
A cap for sealing the optical device in a space between the stem and
The stub penetrates the stem while hermetically sealing the space, and the optical device is mounted on a surface opposite to the one end of the stub.
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