JP2013140258A - 光モジュール - Google Patents

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寿樹 西澤
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祐司 三橋
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育生 小川
Ryoichi Kasahara
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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

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。
特開２０００−２７７８４３号公報
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。
本実施形態に係る光モジュールの上面図の一例を示す。 本実施形態に係る光モジュールのＡ−Ａ’断面図を示す。 本実施形態に係る光モジュールの側面図の一例を示す。 本実施形態に係る光モジュールにおけるレーザ光の照射角度の一例を示す。 従来の光モジュールにおけるレーザ光の照射角度の一例を示す。
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

Claims (3)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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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