JP2008066362A - 光送信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 精度よくレーザダイオードの発光出力をモニタできる光送信モジュールを安価に提供する。
【解決手段】 本発明は、レーザダイオードと、レーザダイオードの光出力モニタ用のフォトダイオードと、これらが実装されたリードフレームが透明樹脂でモールドされた光送信モジュールに係るもので、
レーザダイオードがリードフレームとともに透明樹脂でモールドをされて形成された第一のモールド体と、フォトダイオードがリードフレームとともに透明樹脂でモールドをされて形成された第二のモールド体を備え、
リードフレームが、第一のモールド体と第二のモールド体の間で折り返されることによって、第一のモールド体と第二のモールド体が対向し、レーザダイオードの後端面からの出射光が、フォトダイオードへ入射する構造を特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザダイオードを透明樹脂モールドした光送信モジュールに関する。

レーザダイオードは、温度変化や経時劣化などによって光出力が変化する。安定した光通信を実現するためには、レーザダイオードの光出力を一定に保つ必要があり、フォトダイオードでレーザダイオードの光出力をモニタし、その光出力が安定するように駆動電流を調整する。

従来の光送信モジュールは、レーザダイオード、モニタ用のフォトダイオードが、リードフレームとともに透明樹脂でモールドされたものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

以下、図２、図３により、従来の光送信モジュールについて説明する。
図２は、従来の光送信モジュールの構成例を示す断面図である。端面発光型のレーザダイオード２が、マウント基板７に取り付けられている。マウント基板７はリードフレーム１に接着されている。

端面発光型のレーザダイオード２は、低反射膜がコーティングされた前端面と、高反射膜がコーティングされて、前端面と反対に位置する後端面とを有する。前端面から出射される光は、その光軸上に沿って配置された光通信用ファイバ１０に結合し、光信号として伝送される。後端面から出射する光は、光送信モジュールに備えられたモニタ用のフォトダイオード３へ結合する。モニタ回路素子５はフィトダイオード３の出力電流を検知することによって、レーザダイオード２の光出力をモニタし、レーザダイオード駆動回路素子４へフィードバックする。レーザダイオード駆動回路素子４はモニタ回路素子５の出力に基づいて、レーザダイオード２の光出力が安定するように電流を調整しながらレーザダイオード２を駆動する。

したがって、フォトダイオード３の配置は、レーザダイオード２の後端面からの出射光が受光できる位置とする必要がある。レーザダイオード２、フォトダイオード３、レーザダイオード駆動回路素子４、モニタ回路素子５は、同一のリードフレーム１上に実装されて、リードフレーム１とともに透明樹脂でモールドされて一体化される。そのため、フォトダイオード３は、レーザダイオード駆動回路素子４、モニタ回路素子５とともにレーザダイオード２の近接位置に実装される。

このとき、レーザダイオード２の前端面からの出射光が、光ファイバに効率よく結合するために、モールド体の表面に集光機能を設ける場合がある。

図３は、従来の光送信モジュールの別の構成例の断面図である。
レーザダイオード２、フォトダイオード３がリードフレーム１に実装され、透明樹脂でモールドされて一体化している。ここで、レーザダイオード２の後端面からの出射光をフォトダイオード３が受光できるように、リードフレーム１のうち、フォトダイオード３の実装部位を含む一部の領域が直角に折り曲げられている。その結果、レーザダイオード２の後端面からの出射光は、フォトダイオード３の受光面に対して垂直に入射する。

図２で用いられたマウント基板７を用いず、替わりにリードフレーム１の折り曲げを利用している。リードフレーム１に、レーザダイオード駆動回路素子４やモニタ回路素子５も実装される場合がある。

特開２０００−３１５８２号公報 特開平８−３４０１５７号公報

上記特許文献１と２で開示された発明は、光送信モジュールの低コスト化に有効な手段である。

しかしながら、レーザダイオード２とレーザダイオード駆動回路素子４の間の配線は、大電流が流れ、かつ、電流がスイッチングされるので電磁ノイズの発生源となる。一方で、フォトダイオード３の出力電流は微弱なためフォトダイオード３とモニタ回路素子５の間の配線は電磁ノイズの影響を受けやすく、光出力のモニタ精度に影響を与える。

また、光送信モジュールの最大の発熱源であるレーザダイオード２からフォトダイオード３に熱が伝わることによって、フォトダイオード３の暗電流増大の原因となり、光出力のモニタ精度の低下を招く要因となる。

このように、レーザダイオード２の光出力を精度良くモニタするためには、レーザダイオード２が発生する熱、および、レーザダイオード２の近傍の配線が発生する電磁ノイズが、フォトダイオード３、および、フォトダイオード３の近傍の配線に与える影響を低減することが求められる。

本発明は、上記の問題点を解消する為になされたものであり、レーザダイオードの光出力を精度よくモニタできる光送信モジュールを提供することを目的とする。

本発明は、レーザダイオードと、レーザダイオードの光出力をモニタするフォトダイオードと、これらレーザダイオードおよびフォトダイオードが実装されたリードフレームを有する光送信モジュールに関する。
前記レーザダイオードは前記リードフレームとともに透明樹脂でモールドされて第一のモールド体を形成し、前記フォトダイオードは前記リードフレームとともに透明樹脂でモールドされた第二のモールド体を形成する。
前記リードフレームは、前記第一のモールド体と前記第二のモールド体の間で折り返されることによって、前記レーザダイオードと前記フォトダイオードが光学的に結合するように対向する構造を特徴とするものである。

本光送信モジュールによれば、電磁ノイズの発生源であるレーザダイオードとレーザダイオード駆動回路素子の間の配線と、ノイズの影響を最も受け易いフォトダイオードとモニタ回路素子の間の配線との間の距離を、大きくとることが出来る。したがって電磁ノイズの影響による光出力のモニタ精度低下を低減できる。

また、フォトダイオードの暗電流増加の原因となる発熱源のレーザダイオードとフォトダイオードとの間の距離を大きくとれることができる。したがって、レーザダイオードの熱によってフォトダイオードの暗電流増加することを低減出来る。すなわち、フォトダイオードの暗電流増加による光出力のモニタ精度の低下を低減できる。

このように、レーザダイオード、および、近傍の配線と、フォトダイオード、および、その近傍の配線の間に十分な距離をとることを可能とする。

一方で、レーザダイオードの後端面からの出射光が、フォトダイオードに効率的に光結合することが求められる。

そこで、第一のモールド体と第二のモールド体の間でリードフレームを折り返して、第一のモールド体と第二のモールド体を重ね合わせる構造とすることによって、第一のモールド体に含まれるレーザダイオードの後端面からの出射光と、第二のモールド体に含まれるフォトダイオードとが光学的結合を行なう。

上記の光送信モジュールにおいて、第一のモールド体は、レーザダイオードとともにレーザダイオード駆動回路素子を備え、第二のモールド体は、フォトダイオードとともにモニタ回路素子を備えても良い。この構造によれば、電磁ノイズの発生源であるレーザダイオードとレーザダイオード駆動回路素子の間の配線、および、電磁ノイズの影響を受け易いフォトダイオードとモニタ回路素子の間の配線を最小に出来るため、電磁ノイズの影響を一層低減することを可能とする。

また、上記の光送信モジュールにおいて、第一のモールド体に凹部または凸部、第二のモールド体に凸部または凹部を設け、リードフレームを折り返して、第一のモールド体と第二のモールド体を重ね合わせる際に、第一のモールド体に設けられた凹または凸部が、第二のモールド体に設けられて凸または凹部と、嵌めあうことによって、位置決めを行なっても良い。

さらに、上記光送信モジュールにおいて、第一のモールド体、および、第二のモールド体の少なくともいずれか一方の表面であって、レーザダイオードの後端面とフォトダイオードの受光面を結ぶ光軸と交差する位置に集光機能を備えても良い。かかる形態により、レーザダイオードとフォトダイオードの間の距離の自由度は増し、かつ、フォトダイオードへの光結合効率が向上する。

同様に、第一のモールド体の、レーザダオイオードの前端面からの出力する光の光軸と交差する面に、集光機能を備えることによって、レーザダオイオードの前端面からの出力する光と、出力光の光軸上に沿って配置された光ファイバとの光結合効率が向上する。

また、前記の第一のモールド体と、第二のモールド体の間に、電磁シールド材（例えば、銅合金板、アルミ合金板などの導電材料）を備えても良い。かかる形態により、レーザダイオード近傍の配線から、フォトダイオード近傍の配線への電磁ノイズの影響をさらに低減することが可能である。

本発明によれば、レーザダイオードの光出力を精度良くモニタできる光送信モジュールを提供することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態に係る光送信モジュールの実施形態の断面図である。
図１の実施形態に示す光送信モジュールは、レーザダイオード２、レーザダイオード駆動回路素子４、フォトダイオード３、モニタ回路素子５、リードフレーム１を備える。

レーザダイオード２とレーザダイオード駆動回路素子４がリードフレーム１とともに透明樹脂でモールドされて成る第一のモールド体６ａと、フォトダイオード３とモニタ回路素子５がリードフレーム１ととともに透明樹脂でモールドされて成る第二のモールド体６ｂは、リードフレーム１上の離れた位置に形成される。リードフレーム１は、第一のモールド体６ａと第二のモールド体６ｂの間の折返し部分９で折り返されることによって、第一のモールド体６ａは、第二のモールド体６ｂに重ね合わせられて配置される。

レーザダイオード２は、端面発光型のレーザダイオードであり、低反射コーティングが施されて、光通信用の光が出射される前端面と、前端面と反対の位置にあり、高反射コーティングが施されている後端面を有する。前端面から出射される光は光軸上に沿って配置される光通信用ファイバ１０と光学的に結合する。一方、レーザダイオード２の後端面から出射される光は、光送信モジュールが備えるフォトダイオード３に光学的に結合する。その結果、フィトダイオード３から流れる微弱な光電流は、モニタ回路素子５に検出されて、レーザダイオード駆動回路素子４にフィードバックされる。レーザダイオード駆動回路素子４は、モニタ回路素子５からフィードバックされた出力に基づき、レーザダイオード２の光出力が安定するように電流を調節しながらレーザダイオード２を駆動する。

従来の実施形態で見られるような、同一のリードフレーム上で、かつ、単一のモールド体の中にレーザダイード２、フォトダイオード３を備えた場合、電磁ノイズの最大発生源であるレーザダイオード２とレーザダイオード駆動回路素子４との間の配線１１の近くに、電磁ノイズに敏感なフォトダイオード３とモニタ回路素子５との間の配線１２を配置せざるを得ないため、電磁ノイズの影響によって、レーザダイオード２の光出力のモニタ精度が低下する。また、発熱源であるレーザダイオード２の近くにフォトダイオード３を配置せざるを得ないため、フォトダイオード２が受ける熱の影響により暗電流が増加し、レーザダイオード２の光出力のモニタ精度が低下する。

しかし、本発明に係る図１の実施形態では、電磁ノイズ発生源となるレーザダイオード２とレーザダイオード駆動回路素子４の間の配線１１と、フォトダイオード３とモニタ回路素子５の間の配線１２との間は、十分な距離をとることが可能である。

また、発熱源であるレーザダイオード２と、熱の影響を受けるフォトダイオード３の間も、同様に十分な距離をとることが可能である。

さらに、図１に示す実施形態では、リードフレーム１のうち、レーザダイオード２の実装位置を含む一部の領域が直角に折り曲げられている。その結果、レーザダイオード２の前端面から出射される光は光ファイバ１０に結合する一方で、後端面からの出射される光はフォトダイオード３に垂直に入射する。

このように、電磁ノイズ発生源となる配線１１や発熱源となるレーザダイオード２と、その影響を受けやすい配線１２やフォトダイオード３との間の距離を十分に確保しながら、かつ、レーザダイオード２の後端面からの出射光はフォトダイオード３に光学結合するものである。

図４に示すように、第一のモールド体６ａの第二のモールド体６ｂと接する面に設けた凹部または凸部が、第二のモールド体６ｂの第一のモールド体６ａと接する面に設けた凸部または凹部と密接して嵌め合う機能を有しておけば第一のモールド体と第二のモールド体とを容易に位置決めすることが出来る。ここでいう位置決めとは、レーザダイオード２の後端面からの出射光が、フォトダイオード３の受光面に効率良く入射するように、第一のモールド体６ａと、第二のモールド体６ｂとを位置決めすることである。

また、図５に示すように、第一のモールド体６ａおよび第二のモールド体６ｂの少なくとも一方の表面が、レーザダイオード２の後端面とフォトダイオード３の受光面とを結ぶ軸と交差する位置に、集光機能を備えた形状を設けることによって、レーザダイオード２の後端面からの出射光がフォトダイオード３の受光面に効率よく結合する。 さらに、レーザダイオード２とフォトダイオード３の間隔を大きく（モールド樹脂の厚みを厚く）することを可能とし、電磁ノイズおよび熱の影響を一層低減することができる。図５に示す実施形態では、第一のモールド体６ａの表面および第二のモールド体６ｂの表面は、レーザダイオード２の後端面とフォトダイオード３の受光面を結ぶから軸と交差する位置に凸部を有している。レーザダイオード２の後端面からの出射光は、第一のモールド体の表面に設けられた凸部によってコリメートされ、第２のモールド体に設けられた凸部によって集光される。かかる形状により、レーザダイオード２の後端面からの出射光は、効率良くフォトダイオード３に結合している。図には示していないが、第一のモールド体または第二のモールド体のいずれか一方に凸部を設けることで集光機能を備えてもよい。

また、第一のモールド体６ａの表面の、レーザダイオード２の前端面から出射される光の光軸を交差する位置を、たとえば凸形状とすることによって集光機能を備えれば、光ファイバ１０との結合効率を向上することが可能である。

さらに、図６は、第一のモールド体６ａと、第二のモールド体６ｂの間に、電磁シールド材を備え、光送信モジュール全体が、ハウジング１５に収容されて、光送信モジュールを実装して用いる装置の基板１４に実装された実施形態を示す。第一のモールド体６ａと、第二のモールド体６ｂとの間に電磁シールド材１３を挟むことによって、レーザダイオード２とレーザダオード駆動回路素子４の間の配線が発生する電磁ノイズが、フォトダイオード３とモニタ回路素子５の間の配線に与える影響をさらに低減できる。電磁シールド材１３は、銅合金、アルミ合金、導電性プラスチックなどの導電性を有する材料で出来た板、金網、金属膜などが望ましい。また、電磁シールド材１３は、一定の電位に保持されることによって、その電磁シールド効果を発揮する。

図６の実施形態では、電磁シールド材１３は、ハウジング１５と一体となり、ハウジング１５が、本発明の光送信モジュールを実装して用いる装置の基板１４の所定の電位に保たれた端子へ半田付けされることによって、ハウジング１５および電磁シールド１３が一定の電位に保持されて、電磁シールド効果を発揮する。

第一のモールド体６ａと第二のモールド体６ｂは、リードフレーム１上の離れた位置に形成されており、リードフレーム１の折返し部分９を折り返すことで重ねられて配置される。このとき、第一のモールド体６ａと第二のモールド体６ｂの間には、電磁シールド材１３を挟む。電磁シールド材１３の、レーザダイオード２の後端面からの出射光の光軸が交差する位置には、出射光を遮断しないように開孔が設けられている。この開孔による電磁シールド効果の低下を抑えるために、開孔の大きさは、出射光を遮らない範囲で出来るだけ小さいことが望ましい。

リードフレーム１の両端は、レーザダイオード２、レーザダイオード駆動回路素子４、フォトダイオード３、モニタ回路素子５への電源および信号の入出力端子となり、本発明の光送信モジュールを実装して用いる装置の基板１４の信号および電源などの端子に半田付けなどで接続されて用いられる。

また、図６では、光送信モジュールは、ハウジング１５の中に収容されている。ハウジング１５は、光送信モジュール外部の電磁ノイズの影響を低減するために電磁シールド板と同様の材料で出来ており、電磁シールド材１３とは一体または電気的に接続されている。基板１４に設けられた端子孔に挿入するスタッドピンを備えており、基板１４に半田付けされることで一定の電位に保持される。また、レーザダイオード２の前端面からの出射光の光軸が交差する位置には、その出射光を遮断することがないように開孔部が設けられている。

第一のモールド体６ａと第二のモールド体６ｂの間に挟まれた電磁シールド材１３は、ハウンジング１５と一体または半田付けなどによって電気的に接続されており、一定の電位に保持されるため、効果的に電磁シールドの機能を果たすことができる。

図７を用いて、本発明の光トランシーバの組み立て手順について説明する。

まず、図７に示すようにリードフレーム１上に、レーザダイオード２、レーザダイオード駆動回路素子４、フォトダイオード３、モニタ回路素子５を実装（ダイ接続及びワイヤ接続）する。

次に、レーザダイオード２の後端面からの出射光が、フォトダイオード３の受光面に垂直に入射するように、リードフレーム１のレーザダイオード２がダイマウントされた箇所を含む一部の領域Ｆを直角に折り曲げる。具体的には図中Ａ−Ａ’を直角に山折りする。

次に、レーザダイオード２及びレーザダイオード駆動回路素子４を含む領域Ｄをリードフレーム１とともに透明樹脂でモールドし第一のモールド体６ａを形成する。

さらに、フォトダイオード３とモニタ回路素子５を含む領域Ｅをリードフレーム１とともに透明樹脂でモールドをして第二のモールド体６ｂを形成する。

第一のモールド体６ａのモールド用キャビティと、第二のモールド体６ｂのモールド用キャビティを両方備えたモールド用金型を用いて、第一のモールド体６ａと、第二のモールド体６ｂを単一の工程で形成してもよい。

そのあと、リードフレーム１の、第一のモールド体６ａと第二のモールド体６ｂの間で折り返して、第一のモールド体６ａと第二のモールド体６ｂを重ね合わせる。具体的には、図中のＢ−Ｂ’とＣ−Ｃ’をそれぞれ直角に谷折りとする。

本実施形態に係る光送信モジュールの実施形態の断面図。 従来の光送信モジュールの実施形態の断面図。 従来の光送信モジュールの実施形態の断面図。 本実施形態に係る光送信モジュールの実施形態の断面図 本実施形態に係る光送信モジュールの実施形態の断面図 本実施形態に係る光送信モジュールの実施形態の断面図 本実施形態に係る光送信モジュールのリードフレーム実装図

符号の説明

１…リードフレーム、２…レーザダイオード、２…フォトダイオード、
４…レーザダイオード駆動回路素子、５…モニタ回路素子、６ａ…第一のモールド体、６ｂ…第二のモールド体、７…マウント基板、８…集光機能
９…折返し部分、１０…光ファイバ、１１…配線１１、１２…配線１２、
１３…電磁シールド材、１４…基板、１５…ハウジング

Claims (5)

1. レーザダイオードと、前記レーザダイオードの光出力モニタ用のフォトダイオードと、前記レーザダイオードおよび前記フォトダイオードが実装されたリードフレームを有する光送信モジュールにおいて、
   前記レーザダイオードが前記リードフレームとともに透明樹脂でモールドされた第一のモールド体と、前記フォトダイオードが前記リードフレームとともに透明樹脂でモールドされた第二のモールド体とを含み、
   前記リードフレームは、前記第一のモールド体と前記第二のモールド体の間に折り返し部を有し、前記第一のモールド体に含まれる前記レーザダイオードと前記第二のモールド体に含まれる前記フォトダイオードが光学的に結合するように対向する構造を有することを特徴とする光送信モジュール。
2. 前記第一のモールド体は、さらにレーザダイオード駆動回路素子を含み、前記第二のモールド体は、さらにモニタ回路素子を含む請求項１に記載の光送信モジュール。
3. 前記第一のモールド体と前記第二のモールド体は、前記第一のモールド体に設けた凹部または凸部と、前記第二のモールド体に設けられた凸部または凹部が嵌め合うことによって位置決めされることを特徴とする請求項１または２に記載の光送信モジュール。
4. 前記第一のモールド体と、前記第二のモールド体の少なくともいずれか一方の前記レーザダイオードと前記フォトダイオードを結ぶ光軸と交差する面の形状が集光機能を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光送信モジュール。
5. 前記第一のモールド体と、前記第二のモールド体の間に、電磁シールド材を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の光送信モジュール。

Images