JP2018200924A - 光モジュール - Google Patents

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Takayoshi Matsumura
貴由 松村
中村 直章
Naoaki Nakamura
直章 中村
福園 健治
Kenji Fukusono
健治 福園
海沼 則夫
Norio Kainuma
則夫 海沼
崇 久保田
Takashi Kubota
崇 久保田
卓己 増山
Takumi Masuyama
卓己 増山
雄基 星野
Yuki Hoshino
雄基 星野
吉良 秀彦
Hidehiko Kira
秀彦 吉良
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Abstract

【課題】制御チップの熱を基板に流して、複数のレーザダイオードの温度を均等化すること。【解決手段】光モジュール100は、基板110と、シリコンフォトニクスチップ120と、シリコンフォトニクスチップ120に配置される複数のレーザダイオード130a〜130dと、金属バー140と、制御チップ150とを備える。制御チップ150は、基板110とシリコンフォトニクスチップ120とに跨がって配置される。金属バー140は、レーザダイオード130a〜130dのそれぞれのシリコンフォトニクスチップ120側でない面に設けられた端子と接し、各端子とシリコンフォトニクスチップ120または基板110の電気回路とを電気的に接続する。【選択図】図1

Description

本発明は、光モジュールに関する。
従来、入力された電気信号を光信号に変換し、変換した光信号を出力する光モジュールがある。このような光モジュールは、たとえば、シリコンフォトニクスチップ上にレーザダイオードや制御チップを実装して構成される。また、従来、電子部品を光電変換基板と電気回路基板を跨いだ状態で配置するようにした技術が知られている(たとえば、下記特許文献1参照。)。
特開2004−096000号公報
しかしながら、従来技術では、たとえば、シリコンフォトニクスチップ上に制御チップと複数のレーザダイオードを配置する場合に、制御チップに近いレーザダイオードは制御チップの熱により高温になり、出力が低下するという問題がある。
1つの側面では、本発明は、制御チップの熱を基板に流して複数のレーザダイオードの温度を均等化することができる、光モジュールを提供することを目的とする。
1つの実施態様では、光モジュールは、基板と、シリコンフォトニクスチップと、前記基板と前記シリコンフォトニクスチップとに跨がって配置される制御チップと、前記シリコンフォトニクスチップに配置される複数のレーザダイオードと、前記複数のレーザダイオードの各端子と接し、前記各端子と前記シリコンフォトニクスチップまたは前記基板とを電気的に接続する金属性のバーと、を備えることを特徴とする。
1つの側面では、本発明は、制御チップの熱を基板に流して複数のレーザダイオードの温度を均等化することができる。
図1は、実施の形態1にかかる光モジュールの一例を示す図である。 図2は、実施の形態1にかかる金属バーの一例を示す図である。 図3は、実施の形態1にかかる給電基板の一例を示す図である。 図4は、実施の形態1にかかる光モジュールによるSi−Phチップの小型化の一例を示す図である。 図5は、実施の形態1にかかる光モジュールを筐体に組み込む場合の一例を示す図である。 図6は、実施の形態2にかかる光モジュールの一例を示す図である。 図7は、実施の形態3にかかる光モジュールの一例を示す図である。 図8は、実施の形態3にかかる金属バーの一例を示す図である。 図9は、実施の形態4にかかる光モジュールの一例を示す図(その1)である。 図10は、実施の形態4にかかる光モジュールの一例を示す図(その2)である。 図11は、実施の形態4にかかる金属バーの一例を示す図である。
以下に図面を参照して、本発明にかかる光モジュールの実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態1)
(実施の形態1にかかる光モジュールの一例)
図1は、実施の形態1にかかる光モジュールの一例を示す図である。図1に示す実施の形態1にかかる光モジュール100は、たとえば、入力された電気信号を光信号に変換して、変換した光信号を出力する光モジュールである。一例として、光モジュール100はQSFPモジュールに組み込まれる。なお、QSFPはQuad Small Form−Factor Pluggableの略である。
QSFPモジュールは、サーバ装置同士を直接接続するQSFPケーブルの端部に設けられる。また、光モジュール100は、QSFP+モジュール等、他の光送信モジュールや光トランシーバに組み込まれてもよい。
図1に示すように、光モジュール100は、たとえば、基板110と、シリコンフォトニクスチップ120と、レーザダイオード130a〜130dと、金属バー140と、制御チップ150と、を備える。
以下の説明において、シリコンフォトニクスチップを「Si−Phチップ」と表記し、レーザダイオードを「LD」と表記する場合がある。また、以下の説明において、図1に示した面を光モジュール100の各構成における上面とし、図1に示した面の反対側の面を光モジュール100の各構成における下面とする。
基板110は、たとえば矩形状に形成される。基板110の所定位置(たとえば略中央部分)には、開口部111が形成される。開口部111は、基板110の上面から下面まで貫通する。また、開口部111は、たとえばSi−Phチップ120よりも一回り程度大きく形成される。これにより、開口部111内にSi−Phチップ120を配置することが可能となる。
基板110には、電気回路が設けられる。基板110の電気回路は、たとえばLD130a〜130dの駆動電力を出力可能な電気回路を含む。たとえば、基板110にはLD130a〜130dの駆動電力を出力するための端子(電極)が設けられ、基板110の電気回路はこの端子を介してLD130a〜130dの駆動電力を出力する。
また、基板110の電気回路は、たとえば制御チップ150の駆動電力を出力可能な電気回路を含む。たとえば、基板110には制御チップ150の駆動電力を出力するための端子が設けられ、基板110の電気回路はこの端子を介して制御チップ150の駆動電力を出力する。
また、基板110の電気回路は、たとえば光モジュール100による光信号への変換の対象となる電気信号を出力可能な電気回路を含む。たとえば、基板110には光モジュール100による光信号への変換の対象となる電気信号を出力するための端子が設けられ、基板110の電気回路はこの端子を介して光信号への変換の対象となる電気信号を出力する。また、基板110には基板110の電気回路におけるグランド(グラウンド)と接続された端子等が設けられてもよい。
基板110は、たとえばプリント基板により実現することができる。すなわち、基板110は、エポキシ樹脂等の絶縁体基材に電子部品(たとえば集積回路、抵抗、コンデンサ、およびトランジスタ等)や電子部品間を接続する配線等を設けることにより実現することができる。
Si−Phチップ120は、たとえば、矩形状に形成されて開口部111内に配置される。たとえば、基板110とSi−Phチップ120との間にはアンダーフィル材Ufが充填される。これにより、Si−Phチップ120は基板110に対して固定される。一例として、アンダーフィル材Ufはエポキシ樹脂等の液状硬化性樹脂により実現することができる。
Si−Phチップ120には、たとえば、光導波路121a〜121dと、光導波路121a〜121dを進行する光を変調する光変調器(不図示)と、が設けられる。
光導波路121aは、LD130aから出射された光が入射され、入射された光を出射する光導波路である。光導波路121bは、LD130bから出射された光が入射され、入射された光を出射する光導波路である。光導波路121cは、LD130cから出射された光が入射され、入射された光を出射する光導波路である。光導波路121dは、LD130dから出射された光が入射され、入射された光を出射する光導波路である。
Si−Phチップ120の光変調器は、制御チップ150の制御にしたがって光導波路121a〜121dを進行する光を変調する。たとえば、光変調器は、Si−Phチップ120において制御チップ150と対向する位置に設けられる。このため、光導波路121a〜121dは、図1に示すように、LD130a〜130dから出射された光を制御チップ150と対向して設けられた光変調器へ伝搬可能な部分を含む。このように、光変調器をSi−Phチップ120において制御チップ150と近接する位置に設けることにより、制御チップ150と光変調器との間の配線を短くすることができ、制御チップ150と光変調器との通信性を向上させることができる。
また、たとえば、光変調器は、光導波路121a〜121dの光導波路毎に設けられ、各光導波路を進行する光をそれぞれ変調する。これにより、光導波路121a〜121dの光導波路毎に異なる光信号を生成することができる。一例として、光変調器はマッハ・ツェンダ型変調器により実現することができる。
また、Si−Phチップ120には、電気回路が設けられる。Si−Phチップ120の電気回路は、たとえば、LD130a〜130dの駆動電力の入力を受け付けて、受け付けた駆動電力をLD130a〜130dへ供給可能な電気回路を含む。
たとえば、Si−Phチップ120には、LD130a〜130dの駆動電力の入力を受け付けるための端子と、受け付けた駆動電力をLD130a〜130dへ供給するための端子や配線と、が設けられる。そして、たとえば、Si−Phチップ120の電気回路は、これらの端子や配線を介して、LD130a〜130dの駆動電力の入力を受け付けたり、受け付けた駆動電力をLD130a〜130dへ供給したりする。また、Si−Phチップ120にはSi−Phチップ120の電気回路におけるグランドと接続された端子等が設けられてもよい。
Si−Phチップ120は、たとえばシリコン基板に各種の光素子や電子素子を集積したSi−Phチップにより実現することができる。
LD130a〜130dはSi−Phチップ120上面の所定位置に配置される。たとえば、図1に示すように、LD130a〜130dはSi−Phチップ120の長手方向に沿って並ぶように配置される。なお、図1に示す例では、制御チップ150から近い方から順にLD130a、LD130b、LD130c、LD130dと配置されている。
このため、図1に示す例では、LD130a、LD130b、LD130c、LD130dの順で、制御チップ150からの熱が伝わりやすい。したがって、この場合、LD130aが最も高温となりやすいLDとなり、LD130dが最も高温となりにくいLDとなる。
LD130aは、駆動電力が供給されることにより所定の光(たとえば波長や強度が一定の光)を光導波路121a内へ出射する。同様に、LD130b〜130dは、駆動電力が供給されることにより所定の光を光導波路121b〜121d内へ出射する。たとえば、LD130a〜130dは、駆動電力が供給されることにより所定の光をレーザ発振するレーザ発振器を備えた発光モジュールにより実現することができる。
また、詳細は図2等を用いて後述するが、LD130a〜130dのそれぞれには、駆動電力の供給を受け付けるための一対の端子が設けられる。そして、一対の端子のうち、一方の端子に駆動電圧が印加され、他方の端子がグランドと電気的に接続(すなわち0[V]が印加)されることにより、LD130a〜130dへ駆動電力が供給される。たとえば、一対の端子のうち、一方の端子はLD130a〜130d下面(すなわちSi−Phチップ120側となる面)に設けられ、他方の端子はLD130a〜130d上面(すなわち金属バー140側となる面)に設けられる。
金属バー140は、熱を伝導可能であり、LD130a〜130d上面の各端子と接した状態で設けられる金属性のバーである。金属バー140により、LD130a〜130dを熱的に接続することができ、LD130a〜130dの温度を均等化することができる。したがって、LD130a〜130dのうち最も温度の高いLD(たとえば制御チップ150の最も近くに配置されるLD130a)の温度を他のLDの温度に近づけて下げることができる。
また、金属バー140は、Si−Phチップ120とも接した状態で設けられてもよい。このようにすれば、金属バー140を介してLD130a〜130dとSi−Phチップ120とを熱的に接続することができる。この場合、LD130a〜130dの熱をSi−Phチップ120へ分散させることが可能となり、LD130a〜130dの温度を下げることができる。
また、金属バー140は、LD130a〜130d上面の各端子と、Si−Phチップ120または基板110と、を電気的に接続可能な導電体である。たとえば、金属バー140は、Si−Phチップ120の電気回路または基板110の電気回路におけるグランドと接続されて設けられる。このような金属バー140により、LD130a〜130d上面の各端子を一括してグランドと電気的に接続することができる。
一例として、金属バー140は、所定の形状に加工した銅等の金属部材により実現することができる。また、金属バー140には、ニッケルメッキや金メッキなどのメッキ加工を施してもよい。なお、金属バー140については図2等を用いて再度説明する。
制御チップ150は、基板110とSi−Phチップ120とに跨がった状態で設けられる。これにより、制御チップ150の熱の一部を基板110へ直接伝えることができ、Si−Phチップ120へ伝えられる制御チップ150の熱を小さくすることができる。したがって、Si−Phチップ120の温度を下げることができ、LD130a〜130dの温度を下げることが可能となる。
また、制御チップ150は、たとえば下面に端子が設けられたフリップチップである。たとえば、制御チップ150下面における基板110と対向する位置には、制御チップ150の駆動電力が入力される端子が設けられる。そして、制御チップ150下面に設けられた制御チップ150の駆動電力が入力される端子は、基板110上面に設けられた制御チップ150の駆動電力が出力される端子とバンプ等により接合される。これにより、基板110から制御チップ150へ駆動電力を供給し、制御チップ150を駆動させることができる。
また、たとえば、制御チップ150下面における基板110と対向する位置には、光信号への変換の対象となる電気信号が入力される端子が設けられる。そして、制御チップ150下面に設けられた光信号への変換の対象となる電気信号が入力される端子は、基板110上面に設けられた光信号への変換の対象となる電気信号が出力される端子とバンプ等により接合される。これにより、基板110から制御チップ150へ光信号への変換の対象となる電気信号を入力し、この電気信号に基づく変調を制御チップ150に行わせることができる。
また、たとえば、制御チップ150下面におけるSi−Phチップ120と対向する位置には光変調器を制御するための電気信号が出力される端子が設けられる。そして、制御チップ150下面に設けられた光変調器を制御するための電気信号が出力される端子は、光変調器の端子とバンプ等により接合される。これにより、制御チップ150から光変調器を制御するための電気信号を光変調器へ出力し、この電気信号に基づく変調を光変調器に行わせることができる。
なお、制御チップ150の制御にしたがって光変調器により変調された光信号は、たとえば不図示の光導波路を介して光モジュール100外部へ出力される。この光導波路は、Si−Phチップ120に形成された光導波路であってもよいし、Si−Phチップ120外部に設けられた光ファイバ等であってもよい。
また、光モジュール100には、給電基板160が設けられてもよい。給電基板160は、基板110とSi−Phチップ120とに跨がった状態で設けれ、基板110とSi−Phチップ120とを電気的に接続する。たとえば、給電基板160には、配線161a〜161eが設けられる。ここで、配線161a〜161eは、基板110とSi−Phチップ120とに跨がった状態で給電基板160下面に設けられる。
そして、たとえば、配線161a〜161eの基板110側の端部は、基板110上面に設けられたLD130a〜130dの駆動電力が出力される端子とバンプや半田等により接合される。また、配線161a〜161eのSi−Phチップ120側の端部は、Si−Phチップ120上面に設けられたLD130a〜130dの駆動電力が入力される端子とバンプや半田等により接合される。
このような給電基板160により、基板110の電気回路から出力されたLD130a〜130dの駆動電力をSi−Phチップ120の電気回路へ入力することができる。また、給電基板160により、Si−Phチップ120の熱を基板110へ伝えることができる。このため、Si−Phチップ120の熱を分散してSi−Phチップ120の温度を下げることができ、LD130a〜130dの温度を下げることが可能となる。
また、給電基板160には、基板110の電気回路におけるグランドとSi−Phチップ120の電気回路におけるグランドとを接続する配線等が設けられてもよい。一例として、配線161a〜161eのうちいずれかの配線(たとえば配線161c)は、基板110の電気回路におけるグランドとSi−Phチップ120の電気回路におけるグランドとを接続する配線であってもよい。
給電基板160は、たとえば、エポキシ樹脂等の絶縁体基材に配線161a〜161e等を設けたプリント基板により実現することができる。
(実施の形態1にかかる金属バーの一例)
つぎに、実施の形態1にかかる金属バー140の一例について説明する。図2は、実施の形態1にかかる金属バーの一例を示す図である。図2において、図1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図2は、たとえば、図1におけるA−A線の断面をA’の方から見た場合の一例を示している。図2においては給電基板160の図示を省略する。
図2に示すように、LD130a〜130dは、たとえば、基材131と、端子132と、端子133と、を含む。基材131には、たとえばレーザ発振器やLD130a〜130dの駆動回路等が設けられる。
端子132は、たとえば、基材131下面(すなわちSi−Phチップ120側となる面)に設けられ、Si−Phチップ120の端子や配線等と接する。これにより、端子132には、たとえばLD130a〜130dの駆動電圧が印加される。また、端子133は、たとえば基材131上面(すなわち金属バー140側となる面)に設けられ、金属バー140(後述の上部141)と接する。
また、図2に示すように、金属バー140は、たとえば、上部141と、側部142と、下部143と、を含む。上部141は、LD130a〜130dの各端子133と接して設けられる。側部142は上部141の所定位置からSi−Phチップ120の方へ向かって伸びるように設けられ、側部142のSi−Phチップ120側には金属バー140をSi−Phチップ120に固定するための下部143が設けられる。すなわち、側部142および下部143は、上部141をLD130a〜130dの各端子133と接した状態で保持する。
金属バー140は、たとえばSi−Phチップ120上面の所定位置に下部143がビスや半田等により固定されることで、Si−Phチップ120上面に固定される。また、下部143が固定される位置には、たとえばグランドと接続された端子等が設けられる。このため、下部143をSi−Phチップ120に固定した場合に、金属バー140をグランドと接続された導電体として扱うことが可能となる。
これにより、LD130a〜130dの各端子132にLD130a〜130dの駆動電圧を印加する一方、LD130a〜130dの各端子133をグランドと電気的に接続することができる。このため、LD130a〜130dに駆動電力が供給され、LD130a〜130dを駆動させることができる。
このように、光モジュール100では、LD130a〜130dの各端子133を金属バー140により一括してグランドと接続することができる。このため、LD130a〜130dの各端子133をワイヤボンディングにより個々にグランドと接続する場合に比べて配線を簡略化することができる。
また、LD130a〜130dの各端子133をワイヤボンディングにより個々にグランドと接続するようにした場合は、それぞれのワイヤボンディングに対応してグランドの端子をSi−Phチップ120に設けたりする。この場合、これらのグランドの端子を配置するスペースをSi−Phチップ120に確保する必要があり、Si−Phチップ120が大型化する場合がある。
これに対して、LD130a〜130dの各端子133を金属バー140により一括してグランドと接続するようにした場合は、たとえば下部143が固定される位置にグランドの端子を1つ設ければよい。このため、Si−Phチップ120に設ける端子数を減らすことができ、Si−Phチップ120の小型化を図ることができる。
また、図2に示す例の場合、LD130aの熱は放熱経路201aに示すように金属バー140へ伝えられ、LD130bの熱は放熱経路201bに示すように金属バー140へ伝えられる。また、LD130cの熱は放熱経路201cに示すように金属バー140へ伝えられ、LD130dの熱は放熱経路201dに示すように金属バー140へ伝えられる。
そして、金属バー140へ伝えられた熱は放熱経路202に示すようにSi−Phチップ120へ伝えられる。これにより、LD130a〜130dの熱を金属バー140およびSi−Phチップ120へ分散させることができ、LD130a〜130dの温度を下げることができる。
なお、側部142および下部143は、たとえば金属バー140において制御チップ150に最も近くなる位置以外の位置に設けられる。図2に示す例では、上部141のLD130d側の端部に側部142および下部143を設けている。ここでLD130dは、LD130a〜130dのうち制御チップ150から最も遠くに配置されるLDである。側部142および下部143を、金属バー140において制御チップ150に最も近くなる位置以外の位置に設けることにより、側部142および下部143に伝わる制御チップ150の熱を小さくすることができる。したがって、金属バー140によるLD130a〜130dの冷却効果を高めることができる。
また、図2に示すように、制御チップ150は、基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置される。そして、たとえば、制御チップ150下面に設けられた端子と、基板110およびSi−Phチップ120の上面に設けられた端子とは、バンプBpにより接合される。このため、制御チップ150の熱の一部は、放熱経路203に示すように基板110へ伝えられる。
これにより、制御チップ150の熱を基板110へ分散させることができ、制御チップ150の温度を下げることができる。また、Si−Phチップ120に伝わる制御チップ150の熱を小さくすることができ、Si−Phチップ120の温度を下げることができる。
したがって、LD130a〜130dに伝わる制御チップ150の熱を小さくすることができ、LD130a〜130dの温度の低減および均等化を図ることができる。このため、LD130a〜130dの出力を安定させ、光モジュール100から出力される光信号の品質の向上を図ることができる。
また、制御チップ150と基板110とをバンプ接合した場合、これらをワイヤボンディングにより接続するようにした場合に比べて、制御チップ150の端子と基板110の端子との間の距離を短くすることができる。したがって、この間の熱抵抗を小さくして熱を伝えやすくすることができる。
また、制御チップ150とSi−Phチップ120とをバンプ接合した場合、これらをワイヤボンディングにより接続するようにした場合に比べて、制御チップ150の端子とSi−Phチップ120の端子との間の距離を短くすることができる。したがって、この間の熱抵抗を小さくして熱を伝えやすくすることができる。
また、図2に示すように、たとえば、Si−Phチップ120は、Si−Phチップ120上面が基板110上面の略同じ高さとされた状態でアンダーフィル材Ufにより基板110に対して固定される。これにより、制御チップ150と基板110およびSi−Phチップ120とのバンプ接合を容易にすることができる。
なお、上部141と側部142と下部143とは、たとえば1つの金属部材により一体形成されていてもよいし、各部が異なる金属部材によって形成されていてもよい。ただし、各部が異なる金属部材によって形成されるようにした場合は、各部の金属部材同士が密着する等して、金属バー140全体の伝熱性および電導性が確保されているものとする。
また、図1および図2に示した例では、Si−Phチップ120の長手方向および短手方向の4辺と基板110との間、およびSi−Phチップ120下面側にアンダーフィル材Ufを設けた例を示したが、これに限らない。アンダーフィル材Ufは、少なくともSi−Phチップ120と基板110との対向面の1つの間に設ければよい。たとえば、アンダーフィル材Ufは、図1におけるSi−Phチップ120の短手方向の2辺と基板110との間にのみ設けるようにしてもよい。
(実施の形態1にかかる給電基板の一例)
つぎに、実施の形態1にかかる給電基板160について説明する。図3は、実施の形態1にかかる給電基板の一例を示す図である。図3は、たとえば、図1におけるB−B線の断面をB’の方から見た場合の一例を示している。図3において、図1および図2と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、図3においては光導波路121a〜121dの図示を省略する。
図3に示すように、給電基板160は、基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置される。そして、給電基板160下面に設けられた端子(たとえば図1に示した配線161a〜161eの端部に設けられる端子)と、基板110およびSi−Phチップ120の上面に設けられた端子とは、バンプBpにより接合される。
このため、金属バー140を介してSi−Phチップ120へ伝えられたLD130a〜130dの熱を含むSi−Phチップ120の熱は、放熱経路301に示すように基板110へ伝えられる。これにより、Si−Phチップ120の熱を基板110へ分散させることができ、Si−Phチップ120の温度を下げることができる。したがって、LD130a〜130dの熱をSi−Phチップ120へ伝えやすくして、LD130a〜130dの温度を下げることができる。
また、給電基板160と基板110とをバンプ接合した場合、これらをワイヤボンディングにより接続するようにした場合に比べて、給電基板160の端子と基板110の端子との間の距離を短くすることができる。したがって、この間の熱抵抗を小さくして熱を伝えやすくすることができる。
また、給電基板160とSi−Phチップ120とをバンプ接合した場合、これらをワイヤボンディングにより接続するようにした場合に比べて、給電基板160の端子とSi−Phチップ120の端子との間の距離を短くすることができる。したがって、この間の熱抵抗を小さくして熱を伝えやすくすることができる。
また、たとえば、図3に示すように、Si−Phチップ120は、Si−Phチップ120上面が基板110上面の略同じ高さとされた状態でアンダーフィル材Ufにより基板110に対して固定される。これにより、給電基板160と基板110およびSi−Phチップ120とのバンプ接合を容易にすることができる。
(実施の形態1の光モジュールによるSi−Phチップの小型化の一例)
つぎに、実施の形態1にかかる光モジュール100によるSi−Phチップ120の小型化の一例について説明する。図4は、実施の形態1にかかる光モジュールによるSi−Phチップの小型化の一例を示す図である。図4において、図1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、図4においては光導波路121a〜121dの図示を省略する。
図4に示す光モジュール400は、LD130a〜130dへの駆動電力の供給および基板110と制御チップ150との電気的な接続にワイヤボンディングを使用すると仮定した場合の光モジュールを参考として示している。
たとえば、光モジュール400では、Si−Phチップ120上面にグランドと接続された端子401a〜401dが設けられる。そして、光モジュール400では、LD130aの端子133と端子401aとがワイヤボンディングWb1aにより接続され、LD130bの端子133と端子401bとがワイヤボンディングWb1bにより接続される。また、LD130cの端子133と端子401cとがワイヤボンディングWb1cにより接続され、LD130dの端子133と端子401dとがワイヤボンディングWb1dにより接続される。
これに対して、実施の形態1にかかる光モジュール100は、金属バー140を介してLD130a〜130dのそれぞれの端子133を一括してグランドと接続することができる。このため、Si−Phチップ120上面に端子401a〜401dを設ける必要がない。
また、たとえば、光モジュール400では、基板110上面に端子402a〜402dが設けられる。ここで、端子402a〜402dは、LD130a〜130dの駆動電力が出力される端子である。また、光モジュール400では、Si−Phチップ120上面に端子403a〜403dが設けられる。ここで、端子403a〜403dは、LD130a〜130dの駆動電力が入力される端子である。
そして、光モジュール400では、端子402aと端子403aとがワイヤボンディングWb2aにより接続され、端子402bと端子403bとがワイヤボンディングWb2bにより接続される。また、端子402cと端子403cとがワイヤボンディングWb2cにより接続され、端子402dと端子403dとがワイヤボンディングWb2dにより接続される。
これに対して、実施の形態1にかかる光モジュール100は、給電基板160を介してLD130a〜130dの駆動電力をSi−Phチップ120へ供給することができる。このため、Si−Phチップ120上面にワイヤボンディング用のピッチの大きな端子402a〜402dを設ける必要がない。
また、たとえば、光モジュール400では、基板110上面に端子404a〜404dが設けられる。ここで、端子404a〜404dは、制御チップ150の駆動電力が出力される端子である。また、光モジュール400では、Si−Phチップ120上面に端子405a〜405dが設けられる。ここで、端子405a〜405dは、制御チップ150の駆動電力が入力される端子である。
そして、光モジュール400では、端子404aと端子405aとがワイヤボンディングWb3aにより接続され、端子404bと端子405bとがワイヤボンディングWb3bにより接続される。また、端子404cと端子405cとがワイヤボンディングWb3cにより接続され、端子404dと端子405dとがワイヤボンディングWb3dにより接続される。
これに対して、実施の形態1にかかる光モジュール100は、基板110から制御チップ150へ駆動電力等を直接入力することができる。このため、Si−Phチップ120上面に端子405a〜405dを設ける必要がない。
これらにより、光モジュール100では、矢印410,420に示すようにSi−Phチップ120の小型化を図ることができる。図4において、点線411は、金属バー140および給電基板160を設けないと仮定した場合のSi−Phチップ120の一辺の位置を示している。
(実施の形態1にかかる光モジュールを筐体に組み込む場合の一例)
つぎに、実施の形態1にかかる光モジュール100を筐体に組み込む場合の一例について説明する。図5は、実施の形態1にかかる光モジュールを筐体に組み込む場合の一例を示す図である。図5において、図2と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図5に示すように、光モジュール100は、たとえば、上部筐体501と下部筐体502とを含んで構成される筐体の内部に組み込まれる。制御チップ150上面と上部筐体501との間には、たとえばヒートスプレッダHs1が設けられる。これにより、放熱経路510に示すように、制御チップ150の熱を上部筐体501へ分散させることができ、制御チップ150の温度を下げることができる。
また制御チップ150とヒートスプレッダHs1との間やヒートスプレッダHs1と上部筐体501との間には、サーマルグリス等の伝熱材を入れるようにしてもよい。これにより、これらの間に伝熱材を入れないようにした場合よりも制御チップ150の熱を上部筐体501へ伝えやすくすることができる。
また、Si−Phチップ120下面と下部筐体502との間には、たとえばヒートスプレッダHs2が設けられる。これにより、放熱経路520a〜520cに示すように、Si−Phチップ120の熱を下部筐体502へ分散させることができ、Si−Phチップ120の温度を下げることができる。
また、Si−Phチップ120とヒートスプレッダHs2との間やヒートスプレッダHs2と下部筐体502との間には、サーマルグリス等の伝熱材を入れるようにしてもよい。これにより、これらの間に伝熱材を入れないようにした場合よりもSi−Phチップ120の熱を下部筐体502へ伝えやすくすることができる。
また、ヒートスプレッダHs1,Hs2は、たとえば、ブロック状に形成されてもよいし、複数のフィンが設けられて形成されてもよい。
以上に説明したように、実施の形態1にかかる光モジュール100によれば、基板110とSi−Phチップ120とに跨がって制御チップ150を配置することで、制御チップ150の熱を基板110に直接伝えることができる。これにより、LD130a〜130dが受ける制御チップ150の熱を低減することができ、LD130a〜130dの温度の低減および均等化を図ることが可能となる。したがって、LD130a〜130dの出力を安定させ、光モジュール100から出力される光信号の品質の向上を図ることができる。
また、実施の形態1にかかる光モジュール100によれば、金属バー140によってLD130a〜130dの各端子133をつなぐことにより、LD130a〜130dの配線を簡易化することができる。また、金属バー140によってLD130a〜130dの各端子133をつなぐことにより、LD130a〜130dを熱的に接続することができ、LD130a〜130dの温度の均等化を図ることができる。このため、制御チップ150からの熱を最も受けて高温となりやすいLD130aの温度を、LD130b〜130dの温度に近づけて下げることができる。これらにより、実施の形態1にかかる光モジュール100によれば、Si−Phチップ120の小型化を図りつつ、LD130a〜130dの温度の低減および均等化を図ることができる。そして、LD130a〜130dの出力を安定させ、光モジュール100から出力される光信号の品質の向上を図ることができる。
また、以上に説明した例では、LD130a〜130dにおいて、Si−Phチップ120側の各端子132に駆動電圧を印加し、金属バー140側の各端子133を金属バー140によりグランドに接続するようにしたが、これに限らない。たとえば、Si−Phチップ120上面において、各端子132と接する位置にグランドと接続される配線を設け、下部143と接する位置に駆動電圧を印加される端子等を設けるようにしてもよい。このようにすれば、金属バー140を介してLD130a〜130dの各端子133に一括して駆動電圧を印加することができる。したがって、この場合もLD130a〜130dの配線を簡略化することができる。
(実施の形態2)
実施の形態2について、実施の形態1と異なる部分について説明する。実施の形態2は、基板110とSi−Phチップ120との電気的な接続にワイヤボンディングを使用するように変更した場合の一例である。
(実施の形態2にかかる光モジュールの一例)
図6は、実施の形態2にかかる光モジュールの一例を示す図である。図6において、図1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、図6においては光導波路121a〜121dの図示を省略する。
図6に示す実施の形態2にかかる光モジュール100では、たとえば、基板110上面に端子601a〜601dが設けられる。端子601a〜601dは、たとえば、基板110の電気回路と接続された端子であり、LD130a〜130dの駆動電力が出力される端子である。
また、実施の形態2にかかる光モジュール100では、たとえば、Si−Phチップ120上面に端子602a〜602dが設けられる。端子602a〜602dは、たとえば、Si−Phチップ120の電気回路と接続された端子であり、LD130a〜130dの駆動電力が入力される端子である。
そして、実施の形態2にかかる光モジュール100では、たとえば、端子601aと端子602aとがワイヤボンディングWb4aにより接続され、端子601bと端子602bとがワイヤボンディングWb4bにより接続される。また、実施の形態2にかかる光モジュール100では、たとえば、端子601cと端子602cとがワイヤボンディングWb4cにより接続され、端子601dと端子602dとがワイヤボンディングWb4dにより接続される。
このため、実施の形態2にかかる光モジュール100は、給電基板160の代わりにワイヤボンディングWb4a〜Wb4dを介して、LD130a〜130dの駆動電力を基板110からSi−Phチップ120へ入力することができる。
したがって、実施の形態2にかかる光モジュール100によれば、給電基板160を設けずに、Si−Phチップ120の小型化を図りつつLD130a〜130dの温度の低減および均等化を図ることができる。このため、LD130a〜130dの出力を安定させ、光モジュール100から出力される光信号の品質の向上を図ることができる。
(実施の形態3)
実施の形態3について、実施の形態1、2と異なる部分について説明する。実施の形態3は、LD130a〜130d、金属バー140、制御チップ150、および給電基板160の配置位置や金属バー140の形状等を変更した場合の一例である。
(実施の形態3にかかる光モジュールの一例)
図7は、実施の形態3にかかる光モジュールの一例を示す図である。図7において、図1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。図7に示す実施の形態3にかかる光モジュール100では、Si−Phチップ120の長手方向に沿って並ぶように配置されたLD130a〜130dを挟んで制御チップ150と給電基板160とが対称となるように配置される。
また、実施の形態3にかかる光モジュール100の場合も、光変調器は、たとえばSi−Phチップ120において制御チップ150と対向する位置に設けられる。このため、光導波路121a〜121dは、図7に示すように、LD130a〜130dから出射された光を制御チップ150と対向して設けられた光変調器へ伝搬可能な部分を含む。
図7に示す例では、LD130bおよびLD130cが、LD130aおよびLD130dよりも制御チップ150の近くに配置されている。このため、図7に示す例では、LD130bおよびLD130cが、LD130aおよびLD130dよりも制御チップ150からの熱が伝わりやすく高温となりやすいLDとなる。
(実施の形態3にかかる金属バーの一例)
図8は、実施の形態3にかかる金属バーの一例を示す図である。図8は、たとえば、図7におけるC−C線の断面をC’の方から見た場合の一例を示している。図8においては、基板110、光導波路121a〜121d、および給電基板160の図示を省略する。また、図8において、図2と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図8に示す実施の形態3にかかる金属バー140では、たとえば、上部141のLD130a側の端部と、LD130d側の端部と、のそれぞれに側部142および下部143が設けられる。
実施の形態3にかかる金属バー140は、たとえば、Si−Phチップ120上面の所定位置に両方の下部143がビスや半田等により固定されることで、Si−Phチップ120上面に固定される。また、少なくとも一方の下部143が固定される位置には、たとえばグランドと接続された端子等が設けられる。このため、金属バー140をSi−Phチップ120に固定した場合に、金属バー140をグランドと接続された導電体として扱うことが可能となる。
図8に示す例の場合、LD130aの熱は放熱経路801aに示すように金属バー140へ伝えられ、LD130bの熱は放熱経路801bに示すように金属バー140へ伝えられる。また、LD130cの熱は放熱経路801cに示すように金属バー140へ伝えられ、LD130dの熱は放熱経路801dに示すように金属バー140へ伝えられる。
そして、金属バー140へ伝えられた熱は放熱経路802aおよび放熱経路802bに示すようにSi−Phチップ120へ伝えられる。これにより、LD130a〜130dの熱を金属バー140およびSi−Phチップ120へ分散させることができ、LD130a〜130dの温度を下げることができる。
また、実施の形態3にかかる光モジュール100においても、実施の形態2にかかる光モジュール100と同様に、給電基板160の代わりに基板110とSi−Phチップ120とをワイヤボンディングにより電気的に接続するようにしてもよい。
また、実施の形態3にかかる光モジュール100の場合、たとえば、Si−Phチップ120上面において、各端子132と接する位置にグランドと接続される配線を設け、一方の下部143と接する位置に駆動電圧を印加される端子等を設けるようにしてもよい。このようにすれば、金属バー140を介してLD130a〜130dの各端子133に一括して駆動電圧を印加することができる。したがって、この場合もLD130a〜130dの配線を簡略化することができる。
(実施の形態4)
実施の形態4について、実施の形態1〜3と異なる部分について説明する。実施の形態4は、金属バー140を給電基板160に接合して設けるようにした場合の一例である。
(実施の形態4にかかる光モジュールの一例)
図9は、実施の形態4にかかる光モジュールの一例を示す図(その1)である。図10は、実施の形態4にかかる光モジュールの一例を示す図(その2)である。図9および図10において、図1と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図9等に示す実施の形態4にかかる光モジュール100の基板110には、たとえば配線901a〜901dおよび配線902が設けられる。配線901a〜901dおよび配線902は、基板110の電気回路と接続された配線であり、LD130a〜130dの駆動電力を出力するための配線である。たとえば、配線901a〜901dは、LD130a〜130dの駆動電圧がそれぞれ印加される配線である。また、たとえば、配線902は、基板110の電気回路におけるグランドと接続された配線である。
配線901a〜901dおよび配線902は、一端が開口部111付近まで伸びるように設けられる。そして、配線901aの開口部111側の端部には端子903aが設けられる。同様に、配線901b〜901dの開口部111側の端部には端子903b〜903dが設けられる。また、配線902の開口部111側の端部には端子904が設けられる。
また、実施の形態4にかかる光モジュール100のSi−Phチップ120には、たとえば配線905a〜905dが設けられる。配線905a〜905dは、Si−Phチップ120の電気回路と接続された配線であり、LD130a〜130dの駆動電力をLD130a〜130dへ供給するための配線である。
たとえば、配線905aはLD130aの駆動電力をLD130aへ供給するための配線である。このため、配線905aの一端はLD130aへ接続される。また、配線905aの他端には端子906aが設けられる。端子906aは、たとえば、図9に示すように、開口部111を挟んで端子903aと対称となる位置に設けられる。
同様に、配線905b〜905dは、LD130b〜130dの駆動電力をLD130b〜130dへ供給するための配線である。このため、配線905b〜905dの一端はLD130b〜130dへ接続される。また、配線905b〜905dの他端には端子906b〜906dが設けられる。端子906b〜906dは、たとえば、図9に示すように、開口部111を挟んで端子903b〜903dと対称となる位置にそれぞれ設けられる。
また、実施の形態4にかかる光モジュール100の金属バー140では、たとえば、側部142および下部143が端子906a〜906d側に設けられる。そして、下部143は端子906a〜906d付近の位置でSi−Phチップ120に固定される。
また、実施の形態4にかかる光モジュール100の給電基板160では、給電基板160下面に設けられた配線161a〜161eの基板110側端部に端子907a〜907eが設けられる。図10に示すように、たとえば、端子907aは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子903aと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子907aと端子903aとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161aは基板110の配線901aと電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子907bは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子903bと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子907bと端子903bとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161bは基板110の配線901bと電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子907cは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子904と対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子907cと端子904とはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161cは基板110の配線902と電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子907dは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子903cと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子907dと端子903cとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161dは基板110の配線901cと電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子907eは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子903dと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子907eと端子903dとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161eは基板110の配線901dと電気的に接続される。
また、実施の形態4にかかる光モジュール100の給電基板160では、給電基板160下面に設けられた配線161a〜161eのSi−Phチップ120側端部に端子908a〜908eが設けられる。図10に示すように、たとえば、端子908aは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子906aと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子908aと端子906aとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161aはSi−Phチップ120の配線905aと電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子908bは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子906bと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子908bと端子906bとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161bはSi−Phチップ120の配線905bと電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子908cは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに金属バー140の下部143と対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子908cと下部143とはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161cは金属バー140と電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子908dは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子906cと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子908dと端子906cとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161dはSi−Phチップ120の配線905cと電気的に接続される。
また、図10に示すように、たとえば、端子908eは、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子906dと対向するように設けられる。そして、給電基板160を基板110とSi−Phチップ120とに跨がって配置したときに端子908eと端子906dとはバンプや半田等により接合される。これにより、給電基板160の配線161eはSi−Phチップ120の配線905dと電気的に接続される。
なお、図9および図10では図示を省略するが、実施の形態4にかかる光モジュール100では、制御チップ150は、たとえば図9および図10において金属バー140の左側(すなわち側部142および下部143の反対側)に設けられる。そして、光導波路121a〜121dは、LD130a〜130dから出射された光を金属バー140の左側に配置された制御チップ150と対向して設けられた光変調器へ伝搬可能な部分を含む。
(実施の形態4にかかる金属バーの一例)
つぎに、実施の形態4にかかる金属バー140の一例について説明する。図11は、実施の形態4にかかる金属バーの一例を示す図である。図11は、たとえば、図10におけるD−D線の断面をD’の方から見た場合の一例を示している。図11において、図2、図9、および図10と同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
図11に示すように、LD130cの端子132は、たとえばSi−Phチップ120の配線905cと接する。そして、配線905cの基板110側端部の端子906cは、給電基板160の端子908dと半田1101により接合される。これにより、LD130cの端子132にLD130cの駆動電圧を印加することができる。
また、LD130cの端子133は、金属バー140の上部141と接する。また、金属バー140の下部143は、給電基板160における配線161cの端子908cと半田1102により接合される。また、配線161cの反対側の端子907cは、基板110の端子904と半田1103により接合される。
これにより、LD130cの端子133をグランドと電気的に接続することができる。このため、LD130cに駆動電力を供給することができ、LD130cを駆動させることができる。なお、図示および詳細な説明を省略するが、LD130a,130b,130dについても、LD130cと同様である。
以上に説明したように、実施の形態4にかかる光モジュール100では、金属バー140が給電基板160と接合されている。したがって、実施の形態4にかかる光モジュール100では、金属バー140に伝えられたLD130a〜130dの熱を金属バー140から給電基板160へ直接伝えることができる。これにより、金属バー140に伝えられたLD130a〜130dの熱を、Si−Phチップ120を経由して給電基板160へ伝えるようにした場合よりも効率よく給電基板160へ伝えることができ、LD130a〜130dの温度を下げることが可能となる。
また、実施の形態4にかかる光モジュール100の場合、たとえば、基板110の端子903a〜903dをグランドの配線と接続された端子とし、端子904をLD130a〜130dの駆動電圧が印加される端子としてもよい。このようにすれば、給電基板160および金属バー140を介して、LD130a〜130dの各端子133に一括して駆動電圧を印加することができる。したがって、この場合もLD130a〜130dの配線を簡略化することができる。
また、実施の形態4にかかる光モジュール100の場合、給電基板160により金属バー140を基板110と熱的および電気的に接続することができるため、金属バー140がSi−Phチップ120と接していなくてもよい。
以上に説明したように、本発明にかかる光モジュールによれば、制御チップの熱を基板に流して複数のレーザダイオードの温度を均等化することができる。
上述した各実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)基板と、
シリコンフォトニクスチップと、
前記基板と前記シリコンフォトニクスチップとに跨がって配置される制御チップと、
前記シリコンフォトニクスチップに配置される複数のレーザダイオードと、
前記複数のレーザダイオードの各端子と接し、前記各端子と前記シリコンフォトニクスチップまたは前記基板とを電気的に接続する金属性のバーと、
を備えることを特徴とする光モジュール。
(付記2)前記金属性のバーは、前記各端子と接する部分と、前記シリコンフォトニクスチップと接することにより、前記各端子と接する部分を保持する部分と、を有し、
前記保持する部分は、前記金属性のバーのうち前記制御チップに最も近い位置以外の位置に設けられる、
ことを特徴とする付記1に記載の光モジュール。
(付記3)前記基板と前記シリコンフォトニクスチップとに跨がって配置され、前記基板と前記シリコンフォトニクスチップとを電気的に接続する給電基板を備えることを特徴とする付記1または2に記載の光モジュール。
(付記4)前記金属性のバーは、前記給電基板と接合されることを特徴とする付記3に記載の光モジュール。
(付記5)前記制御チップは、前記基板とバンプ接合されることを特徴とする付記1〜4のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記6)前記制御チップは、前記シリコンフォトニクスチップとバンプ接合されることを特徴とする付記1〜5のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記7)前記給電基板は、前記基板とバンプ接合されることを特徴とする付記3または4に記載の光モジュール。
(付記8)前記給電基板は、前記シリコンフォトニクスチップとバンプ接合されることを特徴とする付記3、4、7のいずれか一つに記載の光モジュール。
(付記9)前記複数のレーザダイオードは、前記シリコンフォトニクスチップの光導波路に光を出射し、
前記制御チップは、前記光導波路に設けられた光変調器を制御して前記複数のレーザダイオードから出射された光を変調する、
ことを特徴とする付記1〜8のいずれか一つに記載の光モジュール。
100 光モジュール
110 基板
120 シリコンフォトニクスチップ(Si−Phチップ)
121a〜121d 光導波路
130a〜130d レーザダイオード(LD)
140 金属バー
141 上部
142 側部
143 下部
150 制御チップ
160 給電基板

Claims (4)

  1. 基板と、
    シリコンフォトニクスチップと、
    前記基板と前記シリコンフォトニクスチップとに跨がって配置される制御チップと、
    前記シリコンフォトニクスチップに配置される複数のレーザダイオードと、
    前記複数のレーザダイオードの各端子と接し、前記各端子と前記シリコンフォトニクスチップまたは前記基板とを電気的に接続する金属性のバーと、
    を備えることを特徴とする光モジュール。
  2. 前記金属性のバーは、前記各端子と接する部分と、前記シリコンフォトニクスチップと接することにより、前記各端子と接する部分を保持する部分と、を有し、
    前記保持する部分は、前記金属性のバーのうち前記制御チップに最も近い位置以外の位置に設けられる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の光モジュール。
  3. 前記基板と前記シリコンフォトニクスチップとに跨がって配置され、前記基板と前記シリコンフォトニクスチップとを電気的に接続する給電基板を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の光モジュール。
  4. 前記金属性のバーは、前記給電基板と接合されることを特徴とする請求項3に記載の光モジュール。
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