JP2013140258A - 光モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、YAGレーザ溶接時において光軸ズレが発生しない構造を有する光モジュールの提供を目的とする。
【解決手段】本願発明の光モジュールは、配線用セラミック19と同一高さの切り欠きが側壁に設けられ、当該側壁で囲まれた内部に光半導体パッケージ12、導波路型光学素子13及び光学レンズ14を搭載するバスタブ形状の凹型金属ベース11と、前記切り欠きに埋め込まれた配線用セラミック19と、光半導体パッケージ12、導波路型光学素子13及び光学レンズ14を覆うバスタブ形状であり、当該バスタブ形状の開放された端部のうちの少なくとも対向する2辺が同一面上に配置されている凹型リッド15と、凹型金属ベース11と凹型リッド15との間に配置され、一方の面が凹型金属ベース11及び配線用セラミック19と固着され、他方の面が凹型リッド15と固着されるパッキンとしての金属リング20と、を備える。
【選択図】図2
【解決手段】本願発明の光モジュールは、配線用セラミック19と同一高さの切り欠きが側壁に設けられ、当該側壁で囲まれた内部に光半導体パッケージ12、導波路型光学素子13及び光学レンズ14を搭載するバスタブ形状の凹型金属ベース11と、前記切り欠きに埋め込まれた配線用セラミック19と、光半導体パッケージ12、導波路型光学素子13及び光学レンズ14を覆うバスタブ形状であり、当該バスタブ形状の開放された端部のうちの少なくとも対向する2辺が同一面上に配置されている凹型リッド15と、凹型金属ベース11と凹型リッド15との間に配置され、一方の面が凹型金属ベース11及び配線用セラミック19と固着され、他方の面が凹型リッド15と固着されるパッキンとしての金属リング20と、を備える。
【選択図】図2
Description
本発明は、光信号を送信又は受信する光モジュールに関する。
従来より、光信号を送信又は受信する光モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1の光モジュールは、光素子と、光素子を搭載するベース(以下、キャリアと記載する。)と、レンズと、レンズ固定金具と、が収容される。レンズとレンズ固定金具は光学調芯後YAGレーザによりスポット溶接され、キャリア上に固定され、そのキャリアをモジュールケース内に搭載しモジュール実装している。
特許文献1の光モジュールは、キャリアをモジュールケース外で実装し、それをモジュールケース内に搭載していたため、実装に時間を要するという問題があった。更に、モジュールケース外で光学調芯したサブアセンブリをモジュールケース内に搭載した場合、サブアセンブリの高さ公差に依存し、光軸位置がシフトするため、ファイバのような導波路への光結合が困難であった。
この問題を解決する方法として、パッケージ内で光学調芯を行い、YAGレーザにてレンズとレンズ固定金具をスポット溶接することが考えられる。しかし、図5に示すように、フレーム118があるため、レーザ光の照射角度を水平近くにすることができず、レーザ光を上から照射することになる。そうすると、光学レンズ114がレンズ保持ホルダ117内で沈み込んでしまうことがある。これにより、光軸ズレが発生し、歩留まりが低下する。特に、光学レンズ114が複数ポートの光を入出力する場合、歩留まりの低下は著しい。
そこで、本発明は、YAGレーザ溶接時において光軸ズレが発生せず、かつ、剛性を維持しつつ低背化が可能な光モジュールの提供を目的とする。
上記目的を達成するために、本願発明の光モジュールは、配線用セラミックと同一高さの切り欠きが側壁に設けられ、当該側壁で囲まれた内部に光半導体パッケージ、導波路型光学素子及び光学レンズを搭載するバスタブ形状の凹型金属ベースと、前記切り欠きに埋め込まれ、信号の入出力を行う端子を保持する配線用セラミックと、前記光半導体パッケージ、前記導波路型光学素子及び前記光学レンズを覆うバスタブ形状であり、当該バスタブ形状の開放された端部のうちの少なくとも対向する2辺が同一面上に配置されている凹型リッドと、前記凹型金属ベースと前記凹型リッドとの間に配置され、一方の面が前記凹型金属ベース及び前記配線用セラミックと固着され、他方の面が前記凹型リッドと固着されるパッキンと、を備える。
本願発明の光モジュールは、ベース及びリッドがバスタブ形状であるため、ベース及びリッドの剛性を保ちつつ、ベース及びリッドで形成される内部空間を広くすることができる。ここで、本願発明の光モジュールは、ベース及びリッドがバスタブ形状であるため、ベースの厚さを薄くしてもベース及びリッドの剛性を保つことができる。このため、光学レンズのYAGレーザ溶接時において光軸ズレが発生しない高さまでベースの深さを浅くすることによって、光軸ズレの発生を防止することができる。したがって、本願発明の光モジュールは、YAGレーザ溶接時において光軸ズレが発生せず、かつ、剛性を維持しつつ低背化が可能な光モジュールを提供することができる。
さらに、本願発明の光モジュールは、配線用セラミックと凹型金属ベースの間の間隙をなくし、配線用セラミック及び凹型金属ベースをパッキンで固定するため、配線用セラミック設置部分の剛性の低下を防止することができる。さらに、凹型金属ベースと凹型リッドとの間にパッキンを挟んで固定するため、光モジュールの剛性を高めることができる。
本願発明の光モジュールでは、前記凹型金属ベースにおける前記光学レンズの搭載面から前記側壁までの高さは、前記光学レンズを保持するレンズ保持ホルダの高さよりも低いことが好ましい。
本願発明の光モジュールでは、前記パッキンは、前記光学レンズを保持するレンズ保持ホルダと前記光学レンズとの接合との接合点よりも低い位置に配置されていることが好ましい。
本発明によれば、YAGレーザ溶接時において光軸ズレが発生しない構造を有する光モジュールを提供することができる。
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。
本実施形態に係る光モジュールは更なる通信トラフィック増大に伴う光位相変調すなわちDQPSK(Differential Quadrature Phase Shift Keying)伝送方式やDP−QPSK(Dual Polarization−Quadrature Phase Shift Keying)伝送方式に対応した集積型受信FEモジュールである。これらの伝送方式で使用されるPLC受信光回路は遅延干渉計DLI(Delay Line Interferometer)やDPOH(Dual Polarization Optical Hybrid)と呼ばれ、光信号の位相状態の差異を光強度の差異に変換するもので、それを強度差異のみ検出可能なPD(PhotoDiode)で受信して復調し、PDで復調された電気信号を電流/電圧変換し増幅して高周波電気信号として出力する高周波アンプを集積した光モジュールである。
図1及び図2及び図3に、本実施形態に係る光モジュールの一例を示す。図1は本実施形態に係る光モジュールの上面図であり、図2はA−A’断面図であり、図3はA’側から見た光モジュールの側面図である。本実施形態に係る光モジュールは、バスタブ形状の凹型金属ベース11と、信号の入出力を行う端子を保持する配線用セラミック19と、パッキンとしての金属リング20と、凹型リッド15と、光半導体パッケージ12と、導波路型光学素子13と、光学レンズ14と、レンズ保持ホルダ17と、を備える。
パッケージ構成はLDやPDなどの光半導体及び高周波アンプが収納される局所封止可能な光半導体パッケージ12と、配線用セラミックス19と、それらを保持する凹型の金属ベース11と、U字型の金属リング20から成っている。凹型金属ベース11は光半導体が収納される光半導体パッケージ12より十分面積が大きく、光学レンズ14などの光学部品や光ファイバ16、大面積PLCなどの光導波路型光学素子13を搭載することができる。更に凹型金属ベース11は光学レンズ14などの光学部品をYAGレーザなどのスポット溶接を可能にするためAuメッキではなく、Niメッキ仕上げとなっている。またU字型リングも凹型リッド15をYAGレーザなどのスポット溶接を可能にするためNiメッキ仕上げとなっている。
図2に示すように、凹型金属ベース11及び凹型リッド15はバスタブ形状である。このように、パッケージベース形状を凹型形状にすることで金属ベース厚を薄肉化でき剛性を確保することが可能となる。これにより、光モジュールをトランシーバ化する際にPCB(Printed Circuit Board)に共締め固定してもパッケージが変位することがなく、良好な光学特性を維持することができる。
凹型金属ベース11の側壁には配線用セラミック19と同一高さの切り欠きが設けられており、その切り欠きに配線用セラミック19が埋め込まれている。図2及び図3では切り欠きが凹型金属ベース11の側壁よりも浅い例を示したが、凹型金属ベース11の底面を突き抜けない範囲で側壁よりも深くなっていてもよい。金属リング20は、配線用セラミック19が埋め込まれた凹型金属ベース11の側壁の開放された端部に固定される。凹型金属ベース11と配線用セラミック19上に搭載されているU字型の金属リング20により更に剛性を高めることが可能である。
凹型リッド15のバスタブ形状の開放された端部のうちの少なくとも対向する2辺は同一面上に配置されている。この2辺は、配線用セラミック19が埋め込まれ、凹型金属ベース11の側壁に固着される辺である。このように対向する2辺が同一面上に配置されていることで、凹型リッド15を金属リング20に固着したときに、光モジュールの剛性を高めることができる。
さらに、凹型金属ベース11と配線用セラミック19、配線用セラミック19と金属リング20は、銀ろうを用いて固定することが好ましい。これにより、光学モジュールの剛性をさらに高めることができる。
光半導体パッケージ12には光半導体素子、高周波アンプ、電子部品がハンダや樹脂などにより搭載される。光半導体素子は光位相変調方式対応のため複数の素子がアレイ化されている。アレイ数は伝送方式により異なるが、2アレイでも4アレイでも8アレイでもよい。またアレイ化されていない光半導体素子を複数個並べてもよい。アレイの間隔は等間隔でも不均一でもよい。
光半導体パッケージ12のベース上部には封止用の金属リングが備え付けられており、金属製のリッドをシーム溶接、抵抗溶接、レーザ溶接により接合する。これにより、N2雰囲気などで光半導体パッケージ12を気密封止することができる。
光ファイバ16やPLCなどの導波路型光学素子13は凹型金属ベース11上にハンダ、樹脂、レーザ溶接などで所定の位置に固定される。光ファイバ16や導波路型光学素子13は光位相変調方式対応のためアレイ化されている。アレイ数は光半導体素子のアレイ数と同じであり、アレイ間隔は光半導体素子のアレイ間隔と同じであっても異なっていてもよい。導波路型光学素子13がPLCの場合、PLCは様々な樹脂を使用しているため樹脂からのアウトガスが光半導体に影響を及ぼす可能性がある。しかし本発明は光半導体パッケージ12のみ個別封止しているためアウトガスは光半導体パッケージ12中の光半導体素子に影響を及ぼすことはない。よって光半導体素子は常に安定した動作を行うことができる。
光半導体とファイバやPLCなどの光導波路の信号光は光学レンズ14により光結合される(図1)。レンズは1枚の有限系でも2枚の共焦点系でも良い。光学レンズは所定の有効径をもった1枚のレンズでも、アレイレンズでもよい。光学レンズ14はレンズ保持ホルダ17により保持されYAGレーザなどのスポット溶接によりパッケージの凹型金属ベース11に固定される。
固定手順はまず、レンズ保持ホルダ17の光学レンズ14を保持する面が信号光と直交方向になるように、レンズ保持ホルダ17を凹型金属ベース11の底に固定する。次に、光学レンズ14とレンズ保持ホルダ17を固定する。この時、従来の構成であれば、図5に示すように、YAGレーザの出射角度に依存し光結合ズレが発生し、歩留りが悪化してしまう。
本実施形態に係る光モジュールはYAGレーザ溶接時において光軸ズレが発生しない高さまでベースの深さを浅くすることができるため、図4のようにYAGレーザの出射角度を水平近くにすることができる。例えば、図2に示すように、凹型金属ベース11における光学レンズ14の搭載面から側壁までの高さDBは、光学レンズ14を保持するレンズ保持ホルダ17の高さHhよりも低い。また、金属リング20の高さHPは、光学レンズ14を保持するレンズ保持ホルダ17と光学レンズ14との接合点PJよりも低い位置に配置される。その結果、光学レンズ14とレンズ保持ホルダ17との固定時に光学レンズ14の沈み込みがなく、光軸ずれが発生しない。よって光結合が良好な光モジュールが提供できる。更にはアレイ化光結合のため、その効果は絶大である。
光学実装が完了したら図2及び図3のような凹型リッド15を金属リング20に固定する。凹型リッド15は金属でも樹脂系材料でもよい。凹型リッド15はYAG溶接などのスポット溶接や樹脂固定、ハンダ固定などで金属リング20に固定される。凹型リッド15を固定することで更にパッケージの剛性が確保できる。凹型金属ベース構造のパッケージと凹型リッド15を備えるモジュールにより低背化且つ高剛性な光モジュールを提供できる。
以上のように、本実施形態に係る光モジュールは、困難なアレイ化光結合を安定して行うとともに、光結合特性を良好にすることができる。
本発明は情報通信産業に適用することができる。
11:凹型金属ベース
12:光半導体パッケージ
13:導波路型光学素子
14、114:光学レンズ
15:凹型リッド
16:光ファイバ
17、117:レンズ保持ホルダ
19:配線用セラミック
20:金属リング
118:フレーム
12:光半導体パッケージ
13:導波路型光学素子
14、114:光学レンズ
15:凹型リッド
16:光ファイバ
17、117:レンズ保持ホルダ
19:配線用セラミック
20:金属リング
118:フレーム
Claims (3)
- 配線用セラミックと同一高さの切り欠きが側壁に設けられ、当該側壁で囲まれた内部に光半導体パッケージ、導波路型光学素子及び光学レンズを搭載するバスタブ形状の凹型金属ベースと、
前記切り欠きに埋め込まれ、信号の入出力を行う端子を保持する配線用セラミックと、
前記光半導体パッケージ、前記導波路型光学素子及び前記光学レンズを覆うバスタブ形状であり、当該バスタブ形状の開放された端部のうちの少なくとも対向する2辺が同一面上に配置されている凹型リッドと、
前記凹型金属ベースと前記凹型リッドとの間に配置され、一方の面が前記凹型金属ベース及び前記配線用セラミックと固着され、他方の面が前記凹型リッドと固着されるパッキンと、
を備える光モジュール。 - 前記凹型金属ベースにおける前記光学レンズの搭載面から前記側壁までの高さは、前記光学レンズを保持するレンズ保持ホルダの高さよりも低いことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
- 前記パッキンは、前記光学レンズを保持するレンズ保持ホルダと前記光学レンズとの接合との接合点よりも低い位置に配置されることを特徴とする請求項1又は2に記載の光モジュール。
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