JP2011044456A - Optical transmitter module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信に用いられるセラミックパッケージ型の光送信モジュールに関する。 The present invention relates to a ceramic package type optical transmission module used for optical communication.
光通信に用いられる光送信モジュールは、レーザダイオード(LD:Laser Diode)からの光を信号光として用いており、その種類には以下のようなものがある。例えば、LDを収容する円柱形状の金属製パッケージの前端部に光学窓が設けられ後端部からリードピンが伸び出すCANパッケージ型のものがある(例えば、特許文献1参照)。その他には、上記CANパッケージ型のものに比べ一回り大きく、直方体形状のパッケージの前端部に光学窓が設けられ側部及び/または後端部からリードピンが伸び出すバタフライパッケージ型のものがある(例えば、特許文献2参照)。 An optical transmission module used for optical communication uses light from a laser diode (LD) as signal light, and there are the following types. For example, there is a CAN package type in which an optical window is provided at a front end portion of a cylindrical metal package that accommodates an LD and lead pins extend from the rear end portion (see, for example, Patent Document 1). In addition, there is a butterfly package type in which an optical window is provided at the front end portion of the rectangular parallelepiped package and lead pins extend from the side portion and / or the rear end portion. For example, see Patent Document 2).
現在、上述のものに加えて、より小さく安価なセラミックパッケージ型の光送信モジュールが考えられている。図6は、セラミックパッケージ型の光送信モジュールを説明する斜視図であり、該光送信モジュールを、光学窓付きの蓋の図示を省略して示している。図のセラミックパッケージ型の光送信モジュール100は、LD101を収容するパッケージ102が、以下のように構成されている。すなわち、パッケージ102が、電子冷却器103等の電子部品が実装されると共に外部電気回路との接続部が設けられた底部セラミック基板111上に、上記電子冷却器の側方を囲うセラミック製のパッケージフレーム112を取り付け、その上に金属フレーム113を設け、さらに、図示しない光学窓付きの金属製の蓋を取付けて成る。なお、図の例のセラミックパッケージは、パッケージフレーム112が矩形環状のセラミック製の基板を順次積層して形成された積層パッケージである。
At present, in addition to the above, a smaller and cheaper ceramic package type optical transmission module is considered. FIG. 6 is a perspective view for explaining a ceramic package type optical transmission module, in which the optical transmission module is shown with a cover with an optical window omitted. In the illustrated ceramic package type
この光送信モジュール100では、実装空間の制限の関係から、LD101は、その光軸が底部セラミック基板111と平行になるように実装される。そして、LD101の前端面101aからの光を、図示しない反射部材で底部セラミック基板111と垂直方向(図のX方向)に反射させて、パッケージ102の外部に上記光学窓を介して信号光として出力させるようにしている。
なお、この光送信モジュール100では、LD101に電気信号を供給する高周波ライン114が、パッケージフレーム112におけるLD101の後方の部分の信号供給基板115上に形成されている。
In this
In the
また、セラミックパッケージ型の光送信モジュール100においても、従来の光送信モジュールと同様に、LD101の光出力強度のモニタは不可欠であり、そのため、LD101の後端面101bからの光を受光できるようモニタ用のフォトダイオード(PD:Photo Diode)がパッケージ102内に実装される。ただし、モニタPDの実装形態によっては、高周波電気信号に影響が出てしまう等の問題がある。
Also, in the ceramic package type
本発明は、上述のような実情に鑑み、高周波電気信号に影響が出ない形態でモニタPDを実装したセラミックパッケージ型の光送信モジュールを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a ceramic package type optical transmission module in which a monitor PD is mounted in a form that does not affect a high-frequency electric signal in view of the above situation.
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、レーザダイオードが実装される底部セラミック基板上に、レーザダイオードの側方を囲うセラミック製のパッケージフレームが設けられ、その上に光学窓付きの蓋が取付けられて成るパッケージ内に、レーザダイオード及びモニタ用の受光素子を封止すると共に、底部セラミック基板と平行な光軸を有するレーザダイオードの前端面からの光を反射部材で反射させ光学窓から出射させるものであって、パッケージフレームが、レーザダイオードの後方の部分に、レーザダイオードに対する信号ラインが形成された信号供給基板と、信号ラインを間に挟んで互いに対向する段差部と、を有し、受光素子が、対向する段差部の間を橋架するように取付けられたサブマウントに実装されていることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the optical transmission module of the present invention is provided with a ceramic package frame that surrounds the side of the laser diode on the bottom ceramic substrate on which the laser diode is mounted, and on which an optical window is provided. A laser diode and a light-receiving element for monitoring are sealed in a package having a lid attached thereto, and light from the front end face of the laser diode having an optical axis parallel to the bottom ceramic substrate is reflected by a reflecting member. The package frame has a signal supply board in which a signal line for the laser diode is formed in a rear portion of the laser diode, and a stepped portion facing each other with the signal line interposed therebetween. And the light receiving element is mounted on a submount that is mounted so as to bridge between opposing stepped portions. And wherein the Rukoto.
サブマウントには、受光素子に対する配線パターンが一つの面にのみ形成されていることが好ましく、また、受光素子が、その受光面が下方を向くと共にレーザダイオードの光軸から上方にオフセットされた状態に実装されていることも好ましい。 In the submount, it is preferable that the wiring pattern for the light receiving element is formed only on one surface, and the light receiving element is offset upward from the optical axis of the laser diode while the light receiving surface faces downward. It is also preferable to be mounted on.
本発明のセラミックパッケージ型の光送信モジュールによれば、モニタPD用のサブマウントが高周波ラインに触れない形態で取付けられているので、外部から供給された高周波電気信号を遅延させることなく、LDに供給することができる。また、上記サブマウントを取付けるための構造をパッケージに一体に設けたので、該構造を別部品で用意する場合に比べ、低コスト化できる。 According to the optical transmission module of the ceramic package type of the present invention, the sub-mount for the monitor PD is attached so as not to touch the high-frequency line, so that the high-frequency electric signal supplied from the outside is not delayed in the LD. Can be supplied. Further, since the structure for attaching the submount is provided integrally with the package, the cost can be reduced as compared with the case where the structure is prepared as a separate part.
以下、図を用い、本発明の光送信モジュールの概略について説明する。なお、図1(A)は本発明の光送信モジュールの一例の外観図であり、図1(B)は図1(A)の光送信モジュールの内部構造を示す図である。図2は、図1(A)の光送信モジュールのモニタPDの周囲の配置について説明する図である。
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(A)において参照符号1で例示するように、底部セラミック基板11上にセラミック製のパッケージフレーム12を設け、その上に金属フレーム13を設け、さらに、平板ガラス14a等の光学窓付きの蓋14を取付けたパッケージ2を用いて構成される。パッケージ2の大きさ(幅×奥行き×高さ)は、例えば、5.6×5.6×3.0mmである。光送信モジュール1は、図1(B)に示すように、このパッケージ2内にLD3やモニタPD4を気密封止して成る。
Hereinafter, the outline of the optical transmission module of the present invention will be described with reference to the drawings. 1A is an external view of an example of the optical transmission module of the present invention, and FIG. 1B is a diagram showing an internal structure of the optical transmission module of FIG. 1A. FIG. 2 is a diagram for explaining the arrangement around the monitor PD of the optical transmission module of FIG.
As illustrated by reference numeral 1 in FIG. 1A, an optical transmission module of the present invention (hereinafter referred to as an optical module) is provided with a
パッケージ2の底部セラミック基板11には、例えば、電子冷却器5等の素子が実装される。パッケージフレーム12は、上記素子の側部を囲う側壁を構成するもので、例えば、配線パターン等が形成されたセラミック製の矩形の環状基板を順次積層して成る。なお、環状基板は、セラミックシートを加工して作成される。このパッケージフレーム12は、LD3の後方にあたる部分に、高周波ライン15b等の配線パターン15aが形成された信号供給基板15と、該信号供給基板15に対して上面側に段差を有する一対の段差部16と、を備えている。
For example, an element such as an
一対の段差部16は、高周波ライン15bを含む配線パターン15aを間に挟んで互いに対向するように設けられている。この一対の段差部16の間を橋架するように、モニタPD4を実装したサブマウント7が取付けられる。また、一対の段差部16には、モニタPD4のアノード電極に対する配線を構成する配線パターン16aと、モニタPD4のカソード電極に対する配線を構成する配線パターン16bとが形成されている。本発明による光送信モジュール1は、後述のように、このモニタPD4を実装するための構造である一対の段差部16が、パッケージを構成するパッケージフレーム12に一体に設けられていることに特徴がある。
The pair of
蓋14は、LD3やモニタPD4を気密封止するよう金属フレーム13を介してパッケージフレーム12に取付けられるもので、中央に信号光を通すための開口14bが形成された金属製の平板14cに、該開口14bを塞ぐように、例えばレンズまたは平板ガラス等の光学部材14aが固定されて成る。光学部材14aは、LD3からの信号光を透過する光学窓となるもので、その固定には、パッケージの気密性が損なわれないよう低融点ガラス等が用いられる。
The
LD3は、その光軸が、底部セラミック基板11と平行になるように実装される。本例では、LD3は、底部セラミック基板11に実装された電子冷却器5上にサブマウント6を介して実装される。サブマウント6への実装は例えばAgペーストを用いて行われる。このLD3の前端面3aからの光が、図示しない反射部材で底部セラミック基板11と垂直方向(図のX方向)に反射され、上述の光学部材14aを介してパッケージ2の外部に信号光として出力される。
The LD 3 is mounted so that its optical axis is parallel to the bottom
モニタPD4は、LD3の後端面3bからの光を受光するためのもので、図2に示すように、一対の段差部16の間を橋架するように取付けられたサブマウント7の下面7aに、受光部4aがLD3の光軸Pから上方向にオフセットされた状態で実装される。
モニタPD4のパッケージ2への実装及びモニタPD4の電極とパッケージ2の配線パターン16a,16b(図1(B)参照)との電気接続は、以下のようにして行われる。
The monitor PD4 is for receiving light from the
Mounting of the monitor PD4 on the package 2 and electrical connection between the electrodes of the monitor PD4 and the
すなわち、まず、サブマウント7の下面7aに形成されている図示しない実装パターン(カソード電極に対する配線としても機能)上に、Agペースト等の導電性接着材料を用いてモニタPD4を固定すると共に、モニタPD4の裏面のカソード電極と上記実装パターンとを電気接続する。そして、モニタPD4の表面のアノード電極と、サブマウントの下面7aに形成されているモニタPD4のアノード電極に対する配線を構成する配線パターンとをワイヤボンディングにより電気接続する。その上で、サブマウント7の下面7aの上記配線パターン及び実装パターンをそれぞれ、パッケージ2の配線パターン16a,16bと導電性接着材等を用いて接着して、サブマウント7を一対の段差部16上に固定する。このようにして、モニタPD4のパッケージ2への実装及びモニタPD4の電極とパッケージ2の配線パターン16a,16bとの電気接続が行われる。
That is, first, the
なお、図示は省略するが、底部セラミック基板11の下端面には電極パットが形成されており、当該電極パッドと、高周波ライン15bや配線パターン16a,16b等とが、底部セラミック基板11やパッケージフレーム12に設けられたスルーホール等を介して電気接続されている。光送信モジュール1では、これら電極パッドと外部回路基板とをフレキシブルプリント回路基板等を用いて電気接続すれば、LD3へ高周波電気信号を供給したり、モニタPD4からの電気信号を取り出したりすることができる。
Although illustration is omitted, an electrode pad is formed on the lower end surface of the bottom
以上のように、光モジュール1では、モニタPD4用のサブマウント7が、信号ライン15aを間に挟んで対向する一対の段差部16の間を橋架するように取付けられている。そのため、図6の仮想線で示すような形態、つまり、アルミナ基板等の絶縁基板からなるモニタPD104用のサブマウント105が、高周波ライン114に直接接触する形態(高周波ライン114にサブマウント105が接触する状態ではインピーダンスが変化する)とは異なり、外部から供給された高周波電気信号を劣化させることなく、LD3に供給できる。
As described above, in the optical module 1, the
さらに、サブマウントを取付けるための構造(一対の段差部16)をパッケージ2に一体に設けたので、同等の機能を有する部品を別途用意する場合に比べ、低コストである。段差部16をパッケージ2に一体に形成するには、パッケージフレーム12を作製する際に、信号供給基板15が形成された第1の環状基板12aの上に、段差部16として機能する部分が形成された第2の環状基板12bを積層するようにすればよい。
Furthermore, since the structure for mounting the submount (the pair of stepped portions 16) is integrally provided in the package 2, the cost is lower than in the case of separately preparing components having the same function. In order to form the stepped
また、本光送信モジュール1では、モニタPD4の受光部4aの受光面の法線と、LD3の光軸Pとが直交しているが、この構成であってもLD3の光軸に対して上方向にオフセットさせて実装すれば、十分なモニタ電流を得ることができる。以下に、このことを、図3及び図4を用いて説明する。
Further, in the present optical transmission module 1, the normal line of the light receiving surface of the
図3に示すように、LD3の上面3cとモニタPD4の基板4bの下面4cとの距離をXとし、LD3の後端面3bとモニタPD4の前面4dとの距離をYとし、ΔX=X−80μmとしたときに、上記距離ΔX,Yと、受光部4aの直径が240μmのモニタPD4でのモニタ電流Imとの関係は図4に示すようになる。なお、図4において、横軸は上記距離ΔX、縦軸はモニタPD4でのモニタ電流値であり、各グラフは、距離Y=100,150,200,250,300,350,400(μm)のときのものである。
図4に示すように、ΔX=±50μm(X=80±50μm)、Y=150±50μmであれば、100μA以上の十分なモニタ電流を得ることができる。
As shown in FIG. 3, the distance between the
As shown in FIG. 4, when ΔX = ± 50 μm (X = 80 ± 50 μm) and Y = 150 ± 50 μm, a sufficient monitor current of 100 μA or more can be obtained.
以上の例では、モニタPD4は、その受光部4aの受光面の法線が下方を向くように実装されていたが、図5に示すように、上記受光部4aの受光面がLD3の後端面3bに向くように実装されてもよい。
図5の例の場合も、図1〜図4の例の場合と同様、サブマウント7には、その一面(図5の前面)にのみ、メタライズが行われ、モニタPD4に対する配線パターン7bが形成されている。このように、サブマウント7の図5における前面にのみメタライズを行い下面にまでメタライズを行わなくとも、以下のようにすれば、配線パターン7bと、パッケージ2の配線パターン16a,16bとを電気接続することができる。すなわち、パッケージ2の段差部16上にサブマウント7をAgペーストで固定する際に、サブマウント7を段差部16に押し付けるが、このときにAgペーストが前面にまで回り込んで配線パターン7bに接触するように予めAgペーストを塗布しておけばよい。
In the above example, the monitor PD4 is mounted so that the normal line of the light receiving surface of the
In the case of the example in FIG. 5 as well, in the same way as in the examples in FIGS. 1 to 4, the
上述のように、一面にのみメタライズを行い配線パターン7bが形成されたサブマウント7を用いることで、複数の面にメタライズを行うサブマウントを用いる場合に比べ、安価に光送信モジュールを作製することができる。
以上の例では、パッケージフレーム12が、セラミックグリーンシートを加工して成る環状基板を順次積層して多層構造に形成するものとしたが、成型用の型にセラミック材料を入れ焼成して作製することもできる。ただし、セラミックグリーンシートから作製する方が安価である。
As described above, by using the
In the above example, the
また、金属フレーム13は、必須の構成要件ではなく、単に、金属製の蓋3をセラミック製のパッケージフレーム12の上部に直接取付けるようにしてもよい。パッケージフレーム12と底部セラミック基板11とで形成される空間を封止するよう蓋14が取付けられるのであれば、蓋14の取り付け構造はどのような形態であっても良い。
Further, the
1…光送信モジュール、2…パッケージ、3…LD、4…モニタPD、5…電子冷却器、6…サブマウント、7…サブマウント11…底部セラミック基板、12…パッケージフレーム、13…金属フレーム、14…蓋、14a…平板ガラス、14b…該開口、15…信号供給基板、16…段差部、16a…配線パターン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical transmission module, 2 ... Package, 3 ... LD, 4 ... Monitor PD, 5 ... Electronic cooler, 6 ... Submount, 7 ...
Claims (3)
前記パッケージフレームは、前記レーザダイオードの後方の部分に、前記レーザダイオードに対する信号ラインが形成された信号供給基板と、前記信号ラインを間に挟んで互いに対向する段差部と、を有し、
前記受光素子は、前記対向する段差部の間を橋架するように取付けられたサブマウントに実装されていることを特徴とする光送信モジュール。 A ceramic package frame surrounding a side of the laser diode is provided on a bottom ceramic substrate on which the laser diode is mounted, and a laser-attached lid is attached on the ceramic frame. A light transmission module that seals a light receiving element for monitoring and reflects light from a front end face of the laser diode having an optical axis parallel to the bottom ceramic substrate by a reflecting member and emits the light from the optical window,
The package frame includes a signal supply substrate on which a signal line for the laser diode is formed at a rear portion of the laser diode, and a step portion facing each other with the signal line interposed therebetween,
The optical transmission module, wherein the light receiving element is mounted on a submount attached so as to bridge between the opposed stepped portions.
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