JP2010212504A - 光送信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高密度実装あるいはパッケージの小型化が可能な光送信モジュールを提供する。
【解決手段】光送信モジュール１は、外部回路と接続する第１〜第３のリードピン２２〜２４を備えたステム２上に、ＬＤ６とモニタ用ＰＤ７を実装し、第１及び第３のリードピン２２，２４を介してＬＤ６に供給される電気信号を光信号に変換して送出するものである。ＬＤ６は、両端面から実装面に沿った光を出射し、一端面からの出射光が外部に光信号として送出され、他端面からの出射光がモニタ用ＰＤ７に受光され、モニタ用ＰＤ７は、モニタ用ＰＤ７と接続する第１のリードピン２２上に実装される。
【選択図】図２

Description

本発明は、光通信に用いられる光信号を送出する光送信モジュールに関する。

光通信に用いられる光送信モジュールには、光信号の送出のために、電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）が用いられる。このためのＬＤとしては、波長が１．３１μｍ、１．４９μｍまたは１．５５μｍである光信号を送出する端面発光型のものが多い。端面発光型のＬＤは、実装面に対して略平行な方向に光軸を有する光を送出する。
また、ＬＤは、環境温度変化などにより光出力が変化する。そのため、光出力強度のモニタ用の受光素子（フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等）をパッケージ内に配し、モニタ結果をＬＤの駆動電流にフィードバックして光出力を一定に保つＡＰＣ（Auto Power Control）制御できるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

従来、光送信モジュールにおける端面発光型ＬＤ及びモニタ用ＰＤの実装形態には、様々なものが考えられており、その一例を図１１に示す。図示の光モジュール１００では、平板形状のサブマウント１０１がステム１０２の上面１０２ａ上に固定され、端面発光型ＬＤ１０３及びモニタ用ＰＤ１０４は、そのサブマウント１０１の上面１０１ａを実装面としてそれぞれ実装されている。この光モジュール１００は、リードピン１０５を介して外部回路から入力された電気信号を端面発光型ＬＤ１０３で光信号に変換する。そして、端面発光型ＬＤ１０３の一端面１０３ａからの光信号を反射部材１０６で反射させ、キャップ１０７に取付けられた球レンズ１０７ａを介して外部に送出する。その一方で、端面発光型ＬＤ１０３の他端面１０３ｂからの光信号は、モニタ用ＰＤ１０４で受光し電気信号に変換して、モニタ信号として、リードピン１０５を介して外部に取り出している。

特開２００６−３５１６１０号公報

しかし、図１１の構造は、狭小空間での高密度実装あるいはパッケージの小型化が求められる場合において好ましくない構造である。
本発明は、上述のような実情を鑑み、高密度実装あるいはパッケージの小型化が可能な光送信モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光送信モジュールは、外部回路と接続する複数のリードピンを備えたステム上に、少なくとも半導体レーザとモニタ用の受光素子を実装し、リードピンを介して半導体レーザに供給される電気信号を光信号に変換して送出するものであって、半導体レーザが、両端面から実装面に沿った光を出射し、一端面からの出射光が外部に光信号として送出され、他端面からの出射光が受光素子に受光され、受光素子が、当該受光素子と接続するリードピン上に実装されることを特徴とする。

また、受光素子が接続され実装されるリードピンが、半導体レーザの他端面からの光の出射方向に配され、受光素子が、半導体レーザの光軸に対して傾いた状態で実装されることが好ましい。なお、受光素子が接続され実装されるリードピンが、半導体レーザのワイヤボンディング面と平行なワイヤボンディング面を有し、ワイヤにより半導体レーザとも接続されたり、半導体レーザ方向に屈曲により突出する突出部を有し、当該突出部より先に受光素子が実装される構成であったりすると好適である。また、受光素子が接続され実装されるリードピンは、釘形状の部材の頭部を加工して作製することができる。なお、受光素子とワイヤにより接続される他のリードピンが、受光素子のワイヤボンディング面と平行なワイヤボンディング面を有すると良い。

本発明の光送信モジュールによれば、モニタ用の受光素子を、当該受光素子と接続されるリードピン上に直接実装しているため、従来受光素子を実装していた部分に他の素子を実装したり、ヒートシンクやＴＥＣを受光素子分、大きくしたりできる。また、これに代えて、光送信モジュールのパッケージを小さくすることが可能となる。

本発明の光送信モジュールの一例の概略を説明する外観図である。 本発明の光送信モジュールにおける端面発光型ＬＤ及びモニタ用受光素子の実装形態の一例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールにおける端面発光型ＬＤ及びモニタ用受光素子の実装形態の他の例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールの、モニタ用ＰＤが実装され電気接続されるリードピンの形状の他の例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールの、モニタ用ＰＤが実装され電気接続されるリードピンの形状の他の例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールの、モニタ用ＰＤが実装され電気接続されるリードピンの形状の他の例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールの、モニタ用ＰＤが実装され電気接続されるリードピンの形状の他の例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールの、モニタ用ＰＤが実装され電気接続されるリードピンの形状の他の例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールの、モニタ用ＰＤが実装され電気接続されるリードピンの形状の他の例を説明する図である。 本発明の光送信モジュールの、モニタ用ＰＤの他の電極と電気接続されるリードピンの形状の他の例を説明する図である。 従来の光送信モジュールの一例を説明する図である。

図１は、本発明の光送信モジュールの一例の外観図であり、図２（Ａ）は、図１の光送信モジュールのパッケージ内の要部を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の部分拡大図である。なお、図２（Ｂ）には、図２（Ａ）で図示を省略したワイヤが図示されている。図３は、図１の光送信モジュールのパッケージ内の要部を側方から見た状態を示す図である。

本発明の光送信モジュール（以下、光モジュールという）は、図１で例示するように、端面発光型ＬＤやモニタ用ＰＤ（図２参照）等の素子が実装されるステム２と、ステム２の上記素子の実装部分である上面を覆うキャップ３と、から成るＣＡＮパッケージ内に、上記素子を気密封止して成るものである。
ステム２は、略円板状の金属製のステムベース２１に後述の第１〜第３のリードピン２２〜２４が固定されて成る。キャップ３には、光信号を外部に向けて出射するための光学窓として集光レンズ３１が取付けられている。

光モジュール１は、これらステム２とキャップ３からなるＣＡＮパッケージ内に、図２（Ａ）に示すように、ヒートシンク４、サブマウント５、端面発光型ＬＤ６、モニタ用ＰＤ７を有する。
ヒートシンク４は、端面発光型ＬＤ（以下、ＬＤという）６の熱をステムベース２１を介して外部に逃がすためのもので、例えば、金属製材料から形成される。

サブマウント５は、下面に電極が形成されているＬＤ６を金属製のヒートシンク４上に実装するためのもので、例えば、ＡｌＮ等の熱伝導性の高い絶縁性材料を用いた直方体状の基板が、その基体として用いられる。サブマウント５は、熱伝導率の良い接着材料でステム２上に実装される。また、サブマウント５の上面５ａには、金属パターン（図示せず）が形成されている。

ＬＤ６は、ヒートシンク４及びサブマウント５を介してステムベース３１上に実装され、より具体的には、サブマウント５の上面５ａの上記金属パターン上に導電性接着材を用いて実装される。また、ＬＤ６は、サブマウント５の上面５ａすなわちステムベース２１の上面２１ａに平行な光軸を有する光をその一端面６ａ及び他端面から出力する。一端面６ａからの光は、図示しない反射部材（図１１の符号１０６参照）により、ステムベース２１の上面２１ａから離間する方向に反射され、図１の集光レンズ３１を介して外部に出力される。
モニタ用ＰＤ７は、ＬＤ６の他端面からの光を受光するためのものであり、本発明に関わるその実装位置については後述する。

以上のようなものを有する光モジュールにおいて、ＬＤ６への電気信号の供給やモニタ用ＰＤ７からの電気信号の取り出しは、第１〜第３のリードピン２２〜２４により行われる。
第１のリードピン２２は、モニタ用ＰＤ７の受光面を表面７ａとしたときの裏面に形成された第１の電極と電気接続され、ＬＤ６の上面６ｂに形成された第３の電極と、電気接続されるものである。第２のリードピン２３は、モニタ用ＰＤ７の表面７ａに形成された第２の電極と電気接続されるもので、第３のリードピン２４は、ＬＤ６の下面に形成された第４の電極と電気接続されるものである。
これら第１〜第３のリードピン２２〜２４は、ステムベース２１の貫通孔２１ｂに挿通された状態で、当該貫通孔２１ｂの内周面との隙間が封止ガラス２１ｃにより埋められ、ステムベース２１に保持されている。

これらリードピン２２〜２４のうち、第１のリードピン２２は、モニタ用ＰＤ７が実装されるＰＤ実装面２２ａを有する。本光モジュール１では、実装面２２ａ上のモニタ用ＰＤ７がＬＤ６の他端面からの光を受光できるように、第１のリードピン２２が、ＬＤ６の他端面からの光の出射方向に配されており、ＰＤ実装面２２ａが、ＬＤ６の他端面からの光の光軸と交わる位置に形成されている。

また、各リードピン２２〜２４とＬＤ６やモニタ用ＰＤ７の各電極との電気接続は、図２（Ｂ）に示すように行われる。すなわち、第１のリードピン２２とモニタ用ＰＤ７の裏面の第１の電極との電気接続は、ＰＤ実装面２２ａ上にモニタ用ＰＤ７を導電性接着材等を用いて固定することにより行われ、第１のリードピン２２とＬＤの上面６ｂの第３の電極との電気接続は、これらにそれぞれ第１のワイヤＷ１をワイヤボンディングすることにより行われる。また、第２のリードピン２３と、モニタ用ＰＤ７の表面７ａの第２の電極との電気接続は、これらにそれぞれ第２のワイヤＷ２をワイヤボンディングすることにより行われる。そして、第３のリードピン２４とＬＤ６の下面の第４の電極との電気接続は、ＬＤ６が実装されたサブマウント５の上面５ａ上の金属パターンと第３のリードピン２４とにそれぞれ第３のワイヤＷ３をワイヤボンディングすることにより行われる。

以上のような電気接続を行うことにより、光モジュール１では、第１及び第３のリードピン２２，２４を介して外部回路から入力された電気信号をＬＤ６で光信号に変換し、ＬＤ６の一端面６ａからの光信号を反射部材で反射させ、キャップ３の集光レンズ３１を介して外部に送出する。その一方で、ＬＤ６の他端面からの光信号を、モニタ用ＰＤ７で受光し電気信号に変換して、モニタ信号として、第１及び第２のリードピン２２，２４を介して外部に取り出している。

この光モジュール１では、上述のように、ＬＤ６の後方光の出射方向に配した第１のリードピン２２上に直接モニタ用ＰＤを実装しているため、従来モニタ用受光素子を実装していた部分に他の素子を実装したり、ヒートシンクやＴＥＣを受光素子分、大きくしたりできる。

また、図３に示すように、ＬＤ６の他端面６ｃからの光の光軸Ｐと交わる位置に形成されているＰＤ実装面２２ａは、その法線Ｒが上記光軸Ｐと平行となっておらず、上記光軸Ｐに対する傾斜面となっている。傾斜面の角度は、例えば、法線Ｒと光軸Ｐとの為す角度が約２０〜３０°となる角度である。このように、ＰＤ実装面２２ａが傾斜面となっているため、モニタ用ＰＤ７の受光面（前面７ａ）も上記光軸Ｐに対する傾斜面となっているので、ＬＤ６の他端面６ｃからの光がモニタ用ＰＤ７の前面７ａで反射されてしまってＬＤ６への戻り光となることがない。

図４〜図９は、本発明の光モジュールの第１のリードピンの形状の他の例を説明する図である。なお、第１のリードピン以外の構造については、図２及び図３の例のものと同様であるので、同じ参照符号を付すことにより、その説明を省略する。
図４（Ａ），図４（Ｂ）の例の第１のリードピン８１，８２は、図２及び図３の第１のリードピン２２と同様に、ＰＤ実装面２２ａを有すると共に、ＬＤ６の上面６ｂの電極との電気接続ため、その上部にワイヤボンディングがなされる。しかし、第１のリードピン２２と異なり、その上面（頂面）８１ａ，８２ａに、ＬＤ６の上面６ｂと平行な面（領域）を有する。

図４（Ａ）のリードピン８１は、その上面８１ａ全体が、ＬＤ６の上面６ｂと平行となるよう成形されており、図４（Ｂ）のリードピン８２は、その上面８１ａが、ＬＤ６の上面６ｂと平行な面を一部に含むようＲ面加工されている。
このように、ＬＤ６の上面６ｂとワイヤにより接続される第１のリードピン８１，８２の上面８１ａ，８２ａを、ＬＤ６の上面６ｂと平行とすることで、ワイヤボンディングの作業性が向上する。

図５の例の第１のリードピン８３は、図２及び図３の第１のリードピン２２と同様に、ＰＤ実装面２２ａを有するが、第１のリードピン２２と異なり、屈曲によりＬＤ６方向に向けて突出する突出部８３ａを有し、当該突出部８３ａのＬＤ６側の端部より上方にＰＤ実装面２２ａが設けられている。この第１のリードピン８３を有する光モジュールでは、図３のリードピン２２を有する光モジュールと同様に、ＬＤ６の他端面６ｃとリードピン８３の円柱部の中心軸との距離がＸである場合に、ＬＤ６の他端面６ｃとモニタ用ＰＤ７の受光面（前面７ａ）との距離がＺ（Ｚ＜Ｙ）となり、リードピン２２のものと比べて近くなる。したがって、受光効率を高めてモニタ電流を上げることができる。
なお、図３〜図５のリードピンは、円柱状の部材をプレス成形することにより、または、プレス成形後研磨加工あるいはＲ面加工したりすることなどにより容易に作製することができる。

図６の例の第１のリードピン８４は、図２及び図３の第１のリードピン２２と同様に、ＰＤ実装面２２ａを有するが、第１のリードピン２２と異なり、そのＰＤ実装面２２ａが上端面まで形成されておらず、その上端面８４ａが、ＬＤ６の上面６ｂに対して平行面となっているため、ワイヤボンディングの作業性が良い。また、図６のリードピン８４は、プレス成形される形状ではなく、円柱状部材を切削加工することなどによりＰＤ実装面２２ａが形成される形状であるため、図３〜図５のリードピンとは異なり、折れ曲った部分がない。そのため、剛性が高い。

図７（Ｂ）の例の第１のリードピン８５は、図２及び図３の第１のリードピン２２と同様に、ＰＤ実装面２２ａを有するが、第１のリードピン２２と異なり、そのＰＤ実装面２２ａが、円柱状部材８５ａの上部に設けられたブロック体８５ｂに形成されている。この第１のリードピン８５もまた、折れ曲った部分がない形状であるため、剛性が高い。また、第１のリードピン８５は、ブロック体８５ｂが、ＬＤ６側において、円柱状部材８５ａより突出する形状となっており、図３の第１のリードピン２２に比べて、モニタ用ＰＤ７の受光面（前面７ａ）とＬＤ６の他端面６ｃとの距離が近くなっている。したがって、図５の例と同様にモニタ電流を上げることができる。なお、図７（Ｂ）の第１のリードピン８５は、図７（Ａ）のように円柱状部材８５ａの上に該円柱状部材８５ａより径が大きい円板状部材８５ｂ’を有する釘形状の部材を加工することにより作製することができる。

また、図３〜図７の例では、第１のリードピンのＰＤ実装面２２ａを設けておくことにより、モニタ用ＰＤ７をＬＤ６の他端面６ｃからの光の光軸Ｐに対して傾けて実装している。しかし、本発明では、モニタ用ＰＤ７の実装形態はこれに限られず、図８に示すように、第１のリードピン８６の頭部８６ａを、上記光軸Ｐに対して垂直な面及び平行な面を有するＬ字状に形成しておき、当該頭部に斜めに立て掛けるようにモニタ用ＰＤ７を実装するようにしてもよい。このとき、モニタ用ＰＤ７と第１のリードピン８６との隙間は、導電性接着剤で充填しておけば、モニタ用ＰＤ７の接着性を確保することができる。なお、第１のリードピン８６は、図７（Ａ）のものと同様、釘形状の部材を加工することにより作製することができる。

また、図３〜図７の例の第１のリードピンは、その実装面２２ａがＬＤ６の他端面６ｃからの光の光軸Ｐに対して傾くとともにステムベース２１の上面２１ａに対しても傾いた形状である。しかし、図９（Ａ），（Ｃ）の側面図及び図９（Ｂ），（Ｄ）の上方俯瞰図に示すように、第１のリードピン８７，８８は、そのＰＤ実装面２２ａが、モニタ用ＰＤ７をＬＤ６の他端面６ｃからの光の光軸Ｐに対しては傾いておりステムベース２１の上面２１ａに対しては垂直である形状であってもよい。なお、第１のリードピンの実装面２２ａが形成される頭部８７ａ，８８ａの形状は、図９（Ａ），（Ｂ）のようにＬ字状であってもよいし、図９（Ｃ），（Ｄ）のようにＩ字状であってもよい。

図１０は、本発明の光モジュールの第２のリードピンの形状の他の例を説明する図である。なお、第２のリードピン以外の構造については、図２の例のものと同様であるので、同じ参照符号を付すことにより、その説明を省略する。
図１０の例の第２のリードピン８９は、図２の第２のリードピン２３と同様に、モニタ用ＰＤ７の前面７ａの電極との電気接続ためワイヤボンディングがなされるものであるが、第２のリードピン２３と異なり、ワイヤボンディング面８９ａにモニタ用ＰＤ７の前面７ａと平行な面（領域）が含まれる形状である。図の例では、ワイヤボンディング面８９ａの全体が、モニタ用ＰＤ７の前面７ａと平行となるよう成形されている。そのため、ワイヤボンディングの作業性がよい。なお、第２のリードピンは、図の例の形状に代えて、ワイヤボンディング面が、モニタ用ＰＤ７の前面７ａと平行な面を含むようＲ面加工される形状であってもよい。

１…光送信モジュール（光モジュール）、２…ステム、２１…ステムベース、２１ｂ…貫通孔、２１ｃ…封止ガラス、２２，８１〜８８…第１のリードピン、２２ａ…ＰＤ実装面、２３，８９…第２のリードピン、２４…第３のリードピン、３…キャップ、３１…集光レンズ、４…ヒートシンク、５…サブマウント、６…端面発光型ＬＤ、７…モニタ用ＰＤ、７ａ…前面。

Claims (6)

1. 外部回路と接続する複数のリードピンを備えたステム上に、少なくとも半導体レーザとモニタ用の受光素子を実装し、前記リードピンを介して前記半導体レーザに供給される電気信号を光信号に変換して送出する光送信モジュールであって、
   前記半導体レーザは、両端面から実装面に沿った光を出射し、一端面からの出射光が外部に光信号として送出され、他端面からの出射光が前記受光素子に受光され、
   前記受光素子は、当該受光素子と接続する前記リードピン上に実装されることを特徴とする光送信モジュール。
2. 前記受光素子が接続され実装される前記リードピンは、前記半導体レーザの他端面からの光の出射方向に配され、
   前記受光素子は、前記半導体レーザの光軸に対して傾いた状態で実装されることを特徴とする請求項１に記載の光送信モジュール。
3. 前記受光素子が接続され実装される前記リードピンは、前記半導体レーザのワイヤボンディング面と平行なワイヤボンディング面を有し、ワイヤにより前記半導体レーザとも接続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. 前記受光素子が接続され実装される前記リードピンは、前記半導体レーザ方向に屈曲により突出する突出部を有し、当該突出部より先に前記受光素子が実装されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信モジュール。
5. 前記受光素子が接続され実装される前記リードピンは、釘形状の部材の頭部を加工して作製されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光送信モジュール。
6. 前記受光素子とワイヤにより接続される他のリードピンは、前記受光素子のワイヤボンディング面と平行なワイヤボンディング面を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光送信モジュール。

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