JP2008306100A - Optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信に用いる光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical module used for optical communication.
近年、光通信システムが高速・大容量化するにつれて、光通信に用いられる光送信器や光受信器などの光モジュールには、小型であるとともに、高速動作特性が要求される。この要求に応えるために、半導体レーザ素子を駆動するための駆動ICを筐体内に内蔵した光モジュールが開示されている(たとえば特許文献1参照)。この光モジュールは、駆動ICを筐体内に内蔵することによって、良好な高周波特性の確保と、光モジュールと駆動回路とを含めた全体の小型化とを実現している。 In recent years, as an optical communication system is increased in speed and capacity, optical modules such as an optical transmitter and an optical receiver used for optical communication are required to be small in size and have high-speed operation characteristics. In order to meet this requirement, an optical module in which a driving IC for driving a semiconductor laser element is built in a housing is disclosed (for example, see Patent Document 1). In this optical module, a high-frequency characteristic is ensured and the entire size including the optical module and the drive circuit is reduced by incorporating the drive IC in the housing.
一方、たとえばXFP(10 Gigabit Small Form Factor Pluggable)規格に対応するための光モジュールは、高速化(数十ギガビット/秒)や小型化の要請が特に高い。たとえば特許文献2に開示される光送信器は、レーザと駆動ドライバとが、基板上においてレーザの近傍まで形成した配線パターンを介して配線され、レーザ近傍においてワイヤ結線することによって、駆動ドライバを筐体内に内蔵しながら、XFP規格を満たすような小型化を実現している。
On the other hand, for example, an optical module for complying with the XFP (10 Gigabit Small Form Factor Pluggable) standard is particularly demanded for high speed (several tens of gigabits per second) and miniaturization. For example, in an optical transmitter disclosed in
しかしながら、従来の光モジュールは、電気配線を行うための基板を複数個備えているとともに、これらの基板を並べて用いているので、基板間に間隙が形成されており、小型化が困難であるという問題があった。また、基板間に間隙が存在するために、基板間をワイヤ配線する必要があるので、このワイヤ配線によって高周波特性が劣化するという問題があった。 However, the conventional optical module includes a plurality of substrates for performing electrical wiring and uses these substrates side by side, so that a gap is formed between the substrates and it is difficult to reduce the size. There was a problem. Further, since there is a gap between the substrates, it is necessary to wire between the substrates, so that there is a problem that the high-frequency characteristics deteriorate due to the wire wiring.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型であるとともに、良好な高周波特性を有する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, and an object of the present invention is to provide an optical module that is compact and has good high-frequency characteristics.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る光モジュールは、筐体と、前記筐体内に設けられレーザ光を発光または受光する光デバイスと、前記光デバイスに隣接する位置に前記筐体の外側に延伸するように設けられるとともに、配線パターンが形成された基板と、前記基板の内側の領域に配置され、前記光デバイスおよび外部との間で高周波信号を送信または受信する電子デバイスと、を備え、組み立てられた状態において、前記配線パターンの前記筐体の外側に延伸した部分にリード端子が設けられることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, an optical module according to the present invention includes a housing, an optical device that emits or receives laser light in the housing, and a position adjacent to the optical device. Are arranged so as to extend to the outside of the housing, and are arranged in a region on the inside of the substrate on which a wiring pattern is formed, and transmit or receive high-frequency signals between the optical device and the outside An electronic device, and in an assembled state, a lead terminal is provided in a portion of the wiring pattern that extends to the outside of the housing.
また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記基板は、複数の基板が積層して形成されていることを特徴とする。 The optical module according to the present invention is characterized in that, in the above invention, the substrate is formed by stacking a plurality of substrates.
また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記筐体は、セラミックからなる複数の筐体構成部材が積層して形成されており、前記基板は、セラミックからなるとともに、前記複数の筐体構成部材の間に積層し、該複数の筐体構成部材と一体化して多層セラミック構造を構成していることを特徴とする。 In the optical module according to the present invention, in the above invention, the casing is formed by laminating a plurality of casing constituent members made of ceramic, and the substrate is made of ceramic, and the plurality of casings. It is characterized by being laminated between body constituent members and integrated with the plurality of casing constituent members to constitute a multilayer ceramic structure.
また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記光デバイスは、レーザ光発光手段であり、前記電子デバイスは、前記レーザ光発光手段を駆動制御するドライバであることを特徴とする。 The optical module according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the optical device is a laser light emitting means, and the electronic device is a driver for driving and controlling the laser light emitting means.
また、本発明に係る光モジュールは、上記発明において、前記光デバイスは、レーザ光を受光して電気信号に変換する受光手段であり、前記電子デバイスは、前記変換した電気信号を増幅する増幅手段であることを特徴とする。 In the optical module according to the present invention, the optical device is a light receiving unit that receives laser light and converts it into an electrical signal, and the electronic device is an amplification unit that amplifies the converted electrical signal. It is characterized by being.
本発明によれば、筐体内に不要な基板間の間隙が発生せず、かつ基板間を接続するためのワイヤ配線が不要であるため、小型であるとともに、良好な高周波特性を有する光モジュールを実現することができるという効果を奏する。 According to the present invention, since an unnecessary gap between the substrates does not occur in the housing and no wire wiring for connecting the substrates is required, an optical module that is small in size and has good high frequency characteristics can be obtained. There is an effect that it can be realized.
以下に、図面を参照して本発明に係る光モジュールおよび光モジュールの製造方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of an optical module and an optical module manufacturing method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態)
はじめに、本実施の形態に係る光モジュールについて説明する。本実施の形態に係る光モジュールは、レーザ信号光を発光する光送信器である。図1〜4は、本実施の形態に係る光モジュールを模式的に表した概略図であり、図1は平面概略図、図2は側断面概略図、図3は斜視断面概略図、図4は要部斜視概略図をそれぞれ示す。なお、図1〜4の各々において、説明のために一部の構成の記載を省略している。
(Embodiment)
First, the optical module according to the present embodiment will be described. The optical module according to the present embodiment is an optical transmitter that emits laser signal light. 1 to 4 are schematic views schematically showing the optical module according to the present embodiment, FIG. 1 is a schematic plan view, FIG. 2 is a schematic side sectional view, FIG. 3 is a schematic perspective sectional view, and FIG. FIG. In addition, in each of FIGS. 1-4, description of a one part structure is abbreviate | omitted for description.
図1〜4に示すように、この光モジュール100は、筐体1を備える。筐体1は、基台11と、多層構造を有する下側筐体構成部材12と、多層基板2と、多層構造を有する上側筐体構成部材13と、シールリング14と、蓋部15とを備える。また、下側筐体構成部材12と上側筐体構成部材13と多層基板2とは積層して一体化しており、多層セラミック構造を構成している。また、多層基板2の一部が筐体1の外側まで延伸している。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
基台11は、直方体の板形状を有し、銅タングステン等の熱伝導率が高い材料からなる。下側筐体構成部材12と上側筐体構成部材13と多層基板2とは、基台11上に配置される。下側筐体構成部材12と上側筐体構成部材13と多層基板2とは、アルミナ等の絶縁性を有するセラミック材料からなり、一体化して多層セラミック構造を構成している。多層基板2には、配線パターン2aが形成されており、その一部は筐体1の外側まで延伸している。また、多層基板2は、アルミナ等の絶縁性を有したセラミック材料からなり、高周波特性の良い配線パターン2aを施してある。
The
シールリング14は、蓋部15を溶接して筐体1内を気密封止するための部材である。シールリング14と蓋部15は、溶接性の良いコバール等からなる。なお、下側筐体構成部材12と上側筐体構成部材13と多層基板2とが構成する多層セラミック構造は、アルミナ等のセラミック材料からなるので、熱伝導性が低く、外部から筐体1内への熱の流入を防止する効果がある。
The
また、上記多層セラミック構造の前面部には孔が形成されている。この孔には、サファイア、ガラス等からなるウィンドウ61を収容したウィンドウパイプ6が嵌め込まれており、さらに、ウィンドウパイプ6には、光ファイバスタブ8を挿入固定したコバール等からなる光ファイバ接続管7が接続されている。なお、ウィンドウパイプ6は、光ファイバ接続管7を溶接するためにコバール等からなり、筐体1内を気密にするために、上記多層セラミック構造とロー付けされている。なお、図3、4においては、光ファイバ接続管7、光ファイバスタブ8の記載を省略している。
A hole is formed in the front surface portion of the multilayer ceramic structure. In this hole, a
下側筐体構成部材12および多層基板2の切り欠き部が形成する空間3には、レーザ等を備えたアセンブリ部材4が配置される。アセンブリ部材4は、ペルチェ素子などの電子冷却素子41と、電子冷却素子41上に配置した支持部材42a〜42cと、支持部材42b上に配置したレーザチップキャリア43、サーミスタ45、およびモニタPD(Photo detector)46と、レーザチップキャリア43に配置した半導体レーザ44と、支持部材42c上に配置したレンズホルダ47と、レンズホルダ47によって保持されたレンズ48とを備える。なお、支持部材42b上には、配線パターン42baが半導体レーザ44の近傍まで形成されている。また、支持部材42bやレーザチップキャリア43上にはマイクロストリップラインが形成されている。なお、図3においては、説明のためアセンブリ部材4を破線で示している。
An assembly member 4 including a laser or the like is disposed in the
また、下側筐体構成部材12および多層基板2には、開口部Aが形成されており、開口部A内には、基台11上にヒートシンク5aが配置され、ヒートシンク5a上に半導体レーザ44を駆動制御するための集積回路である駆動ドライバ5が搭載されている。駆動ドライバ5は、複数のワイヤW1、W2によって、多層基板2上の配線パターン2aと電気的に接続している。さらに、駆動ドライバ5は、ワイヤW2、配線パターン2a、ワイヤW3、配線パターン42ba、ワイヤW4、レーザチップキャリア43上のマイクロストリップラインを介して半導体レーザ44に電気的に接続している。なお、駆動ドライバ5から半導体レーザ44に至るまでの各配線パターンおよびマイクロストリップラインは、十分にインピーダンス整合がとれるように設計されており、十分な高周波特性が確保されている。
In addition, an opening A is formed in the lower
また、多層基板2には、配線パターン2aの筐体1の外側に延伸した部分にリード端子L1が設けられている。また、図4に示すように、筐体1の側面には、メタライズパターン16が形成されている。メタライズパターン16は、多層基板2に形成された配線パターン2aと電気的に接続している。そして、メタライズパターン16には、L字型のリード端子L2がロー付けされている。筐体1は多層セラミック構造で構成されているため、その側面にメタライズパターン16を形成することが可能であり、メタライズパターン16にリード端子L2にロー付けができ、光モジュール100の小型化に対して有効である。また、多層セラミック構造は、絶縁性の高いセラミック材料からなるので、配線パターン2aやリード端子L1、L2との間の絶縁性は確保されている。リード端子L1は、多層基板2上の配線パターン2aおよびワイヤW1を介して、駆動ドライバ5と電気的に接続している。また、リード端子L2は、配線パターン2aおよび複数のワイヤW5を介して、電子冷却素子41、半導体レーザ44、サーミスタ45、あるいはモニタPD46と電気的に接続している。なお、図3においては、説明のためにワイヤW1〜W5の記載を省略している。
In addition, the
この光モジュール100は、配線パターン2aの筐体1の外側に延伸した部分にリード端子L1が設けられている。したがって、従来のように駆動ドライバが配置される基板と、駆動ドライバが光モジュールの外部と電気的に接続するための基板とが分離している場合に発生していた基板間の間隙が、光モジュール100においては発生しない。また、従来は必要であった基板間を接続するためのワイヤ配線も不要となる。その結果、この光モジュール100は、小型であるとともに、良好な高周波特性を有するものとなる。さらに、この光モジュール100においては、多層基板2と筐体1との間隙も発生しないので、さらに小型化されている。
In the
つぎに、この光モジュール100の動作を説明する。駆動ドライバ5は、外部からリード端子L1を介して電力および高周波の電気信号が供給される。この電気信号のビットレートはたとえば10Gbps(10G bit per second)である。半導体レーザ44は、外部からリード端子L2を介して電力を供給されるとともに、駆動ドライバ5から高周波の電気信号を供給されて駆動制御され、変調周波数10GHzのレーザ光信号を前方、すなわちレンズ48側に出力する。半導体レーザ44から出力した光信号は、レンズ48によって平行光線とされ、ウィンドウ61を透過した後、光ファイバ接続管7内であってウィンドウパイプ6の外側に配置されたレンズによって集光されて光ファイバスタブ8と光学的に結合する。光ファイバスタブ8は、光ファイバへ接続されて、光モジュール100を出力した光信号を光ファイバに伝送させる。
Next, the operation of the
また、半導体レーザ44の後方にも、光信号の一部が出力し、出力した光信号はモニタPD46によって受光され、モニタPD46は受光した光強度に応じた電流を出力する。出力した電流は、半導体レーザ44の出力をモニタするために用いられる。また、半導体レーザ44は動作中に熱を発生するが、支持部材42b、42aを介して電子冷却素子41によって冷却される。半導体レーザ44の温度は、半導体レーザ44の近傍に配置されたサーミスタ45によってモニタされ、半導体レーザ44の温度が所定の温度になるように電子冷却素子41への注入電流が制御される。また、上述したように、基台11は熱伝導率が高い材料からなるので、電子冷却素子41から基台11への放熱が効率的になされる。
A part of the optical signal is also output behind the
なお、支持部材42bを銅タングステン、あるいは窒化アルミなどのセラミック等の熱伝導率が高い材料からなるものとすれば、半導体レーザ44において発生した熱が効率的に電子冷却素子41に伝熱し、冷却効率が向上するので好ましい。また、支持部材42cをコバール等の熱伝導率が低い材料で、且つ溶接性のよいものとすれば、半導体レーザ44から発光された光をレンズ48に結合して安定した光路を確保するために、YAGレーザ溶接等によってレンズホルダ47を支持部材42cに固定でき、その結果、半導体レーザ44からの発熱によりレンズホルダ47およびレンズ48の温度が上昇しても光学系の位置ずれが発生することが防止できる。
If the
一方、駆動ドライバ5も動作中に熱を発生するが、発生した熱はヒートシンク5aを介して基台11から放熱される。ヒートシンク5aについても、銅タングステン等の熱伝導率が高い材料からなるものとすれば、駆動ドライバ5において発生した熱が効率的に放熱されるので好ましい。
On the other hand, the
以上説明したように、本実施の形態に係る光モジュール100は、筐体内に不要な基板間の間隙が発生せず、かつ基板間を接続するためのワイヤ配線が不要であるため、小型であるとともに、良好な高周波特性を有する光モジュールとなる。
As described above, the
つぎに、光モジュール100の製造方法の一例について説明する。図5,6は、光モジュール100の製造方法を説明する説明図である。なお、図5,6は、図3と同様に斜視断面概略図を示している。
Next, an example of a method for manufacturing the
はじめに、図5に示すように、基台11上の所定の位置に、別途組み立てたアセンブリ部材4およびヒートシンク5aを取り付ける。
First, as shown in FIG. 5, the assembly member 4 and the
つぎに、図6に示すように、基台11上に、下側筐体構成部材12と上側筐体構成部材13と多層基板2とが一体化した多層セラミック構造を積層する。なお、シールリング14およびウィンドウ61を収容したウィンドウパイプ6は、あらかじめ多層セラミック構造にロー付けしておく。その後、多層基板2の配線パターン2a、および筐体1側面のメタライズパターン16にリード端子L1、L2を設ける。
Next, as shown in FIG. 6, a multilayer ceramic structure in which the lower
ここで、図7、8は、多層基板2を構成する基板のうち、それぞれ最上層の基板21、上から2層目の基板22を模式的に表した平面概略図である。図7に示すように、基板21には配線パターン2a、開口部A1が形成されており、さらに、ウィンドウパイプ6を嵌め込む孔を形成する切り欠き部21bと、切り欠き部21bに連接し、アセンブリ部材4を配置する空間3を形成する幅の広い切り欠き部21aとが形成されている。同様に、基板22には配線パターン2b、開口部A2、切り欠き部22a、22bが形成されている。また、基板21、22には、それぞれ複数のビアホールH1、H2が形成されており、基板間の電気的接続を可能としている。なお、多層基板2を構成するその他の基板にも配線パターン、ビアホールがそれぞれ形成されている。このように、多層基板2を構成する各基板に配線パターンが形成され、それぞれがビアホールを介して電気的に接続しているので、基板面積が大幅に削減され、光モジュール100のさらなるなる小型化を実現している。
7 and 8 are schematic plan views schematically showing the
つぎに、ヒートシンク5a上に駆動ドライバ5を取り付け、所定の位置にワイヤW1〜W5を配線する。さらに、半導体レーザ44と光ファイバスタブ8との光学結合が最大になるようにアセンブリ部材4の位置を微調整した後、シールリング14上に蓋部15を溶接し、筐体1内を気密封止する。つぎに、光ファイバスタブ8を光ファイバ接続管7に挿入して固定し、光ファイバ接続管7をウィンドウパイプ6に取り付け、光モジュール100が完成する。
Next, the
なお、光モジュール100においては、下側筐体構成部材12と上側筐体構成部材13と多層基板2とが一体化したものを用いたが、別体からなるものでもよい。また、下側筐体構成部材12としてセラミック材料からなるものを用いたが、材料は特に限定はされない。また、上側筐体構成部材13としてセラミック材料からなるものを用いたが、配線パターン2aやリード端子L2との間の絶縁性が確保されれば、材料は特に限定されない。たとえば、上側筐体構成部材13として、最下層の部材のみ絶縁性の材料からなるものを用い、その他の層の部材はコバール等の金属を用いてもよい。
In the
また、光モジュール100においては、下側筐体構成部材12、上側筐体構成部材13として積層構造を有するものを用いたが、一体構造のものを用いてもよい。また、光モジュール100においては、多層基板2を用いたが、単層基板を用いてもよい。
Further, in the
また、光モジュール100においては、多層基板2および下側筐体構成部材12に開口部Aを設け、開口部A内に配置したヒートシンク5a上に駆動ドライバ5を搭載したが、開口部Aを設けず、多層基板2上に駆動ドライバ5を搭載してもよい。また、光モジュール100においては、支持部材42a〜42cを別々の部材で構成したが、単一の部材で構成してもよい。
In the
また、光モジュール100は光送信器であるが、本発明は光送信器に限らず、光受信器にも適用することができる。たとえば、光受信器を構成する場合には、光モジュール100において、アセンブリ部材4を、たとえば基台上にPDを配置したものに置き換え、さらに、駆動ドライバ5をプリアンプに置き換える。そして、光ファイバスタブ8から入力した光信号をPDによって受光して高周波の電気信号に変換し、変換した電気信号をプリアンプによって増幅し、増幅した電気信号をリード端子L1から外部に送信するように配線パターン等を構成すればよい。
Further, although the
1 筐体
2 多層基板
2a、2b、42ba 配線パターン
3 空間
4 アセンブリ部材
5 駆動ドライバ
5a ヒートシンク
6 ウィンドウパイプ
7 光ファイバ接続管
8 光ファイバスタブ
11 基台
12 下側筐体構成部材
13 上側筐体構成部材
14 シールリング
15 蓋部
21、22 基板
21a、21b、22a、22b 切り欠き部
41 電子冷却素子
42a〜42c 支持部材
43 レーザチップキャリア
44 半導体レーザ
45 サーミスタ
46 モニタPD
47 レンズホルダ
48 レンズ
61 ウィンドウ
100 光モジュール
A、A1、A2 開口部
H1、H2 ビアホール
L1、L2 リード端子
W1〜W5 ワイヤ
DESCRIPTION OF
47
Claims (5)
前記筐体内に設けられレーザ光を発光または受光する光デバイスと、
前記光デバイスに隣接する位置に前記筐体の外側に延伸するように設けられるとともに、配線パターンが形成された基板と、
前記基板の内側の領域に配置され、前記光デバイスおよび外部との間で高周波信号を送信または受信する電子デバイスと、
を備え、組み立てられた状態において、前記配線パターンの前記筐体の外側に延伸した部分にリード端子が設けられることを特徴とする光モジュール。 A housing,
An optical device that emits or receives laser light provided in the housing;
A substrate on which a wiring pattern is formed and provided to extend outside the housing at a position adjacent to the optical device;
An electronic device disposed in a region inside the substrate and transmitting or receiving a high-frequency signal between the optical device and the outside;
In the assembled state, a lead terminal is provided in a portion of the wiring pattern that extends to the outside of the housing.
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