JP2020194943A - 光モジュール、光通信装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】光ファイバを用いることなく外部デバイスに光結合可能であると共に外部デバイスに妨げられることなく電気的接続を可能にする構造を有する光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュール11は、蓋部品17、光学窓部品19、金属ベース21、及びリード端子23を含むパッケージ15、並びに基板13c、第1端面13a及び第2端面13bを含む半導体光素子13を備える。光学窓部品19は、金属ベース21の第1開口27aを塞ぎ、蓋部品17は、金属ベース21の第2開口27bを塞ぐ。第2開口27bから延在するキャビティを有し、半導体光素子13は、キャビティ内において側壁上に設けられる。半導体光素子13は、第1端面13aから第2端面13bへの方向に活性層13eを有する。【選択図】図1
Description
本発明は、光モジュール及び光通信装置に関する。
特許文献1は、光パッケージを開示する。
特許文献1は、枠体及び光半導体素子を基体上に搭載する光パッケージを開示する。光パッケージは、基体の底面に配列された電極パッドを介して外部電気回路上の導体バンプを介して外部電気回路に接続される。枠体は、側部に貫通孔を有し、貫通孔は筒状の固定部材を受け入れる。固定部材は、光ファイバを支持する。
シリコンフォトニクス素子といった外部の半導体光デバイスに光結合できる光モジュールが求められている。この用途は、光モジュールが、光ファイバを用いることなく該光モジュール内の半導体光素子が半導体光デバイスに光学的に結合されるように、該光モジュールを半導体光デバイス上に搭載できる構造を有することを求める。
本発明の一側面は、外部デバイスに光結合可能であると共に該外部デバイス又は他の外部デバイスに電気的接続を可能にする構造を有する光モジュールを提供することを目的とする。また、本発明の別側面は、光モジュールを含む光通信装置を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係る光モジュールは、蓋部品、光学窓部品、金属ベース、リード端子、及び前記金属ベースと前記リード端子との間に設けられた絶縁部材を含むパッケージと、第1端面、第2端面、及び基板を含む半導体光素子と、を備え、前記金属ベースは、第1軸の方向に配列された前端及び後端を有し、前記金属ベースは、前記金属ベースの前記前端に第1開口を有し、前記光学窓部品は、前記金属ベースの前記前端上において第1基準面に沿って延在して前記第1開口を塞ぐ、前記金属ベースは、前記金属ベースの前記前端と前記後端との間に第2開口を有し、前記蓋部品は、前記第2開口を塞ぎ、前記金属ベースは、前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に前記第2開口から延在するキャビティを有し、前記金属ベースは、前記第1軸の方向に前記後端から延在する側壁を有し、前記側壁は、前記リード端子を受け入れる貫通孔を有し、前記半導体光素子は、前記キャビティ内において前記側壁上に設けられ、前記半導体光素子は、第2基準面に沿って前記第1端面から前記第2端面への方向に延在する活性層を有し、前記活性層及び前記基板は、前記第2基準面に直交すると共に前記第1端面及び前記第2端面に交差する第3基準面に沿って配列され、前記第2基準面及び前記第3基準面の少なくとも一方は、前記第1基準面に対して傾斜する。
本発明の別の側面に係る光通信装置は、光モジュールと、前記光モジュールを搭載する半導体光デバイスと、前記光モジュールを前記半導体光デバイスに固定する接着部材と、を備え、前記半導体光デバイスは、光カプラを有する。
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、外部デバイスに光結合可能であると共に該外部デバイス又は他の外部デバイスに電気的接続を可能にする構造を有する光モジュールを提供できる。また、本発明の別側面によれば、光モジュールを含む光通信装置を提供できる。
いくつかの具体例を説明する。
具体例に係る光モジュールは、(a)蓋部品、光学窓部品、金属ベース、リード端子、及び前記金属ベースと前記リード端子との間に設けられた絶縁部材を含むパッケージと、(b)第1端面、第2端面、及び基板を含む半導体光素子と、を備え、前記金属ベースは、第1軸の方向に配列された前端及び後端を有し、前記金属ベースは、前記金属ベースの前記前端に第1開口を有し、前記光学窓部品は、前記金属ベースの前記前端上において第1基準面に沿って延在して前記第1開口を塞ぐ、前記金属ベースは、前記金属ベースの前記前端と前記後端との間に第2開口を有し、前記蓋部品は、前記第2開口を塞ぎ、前記金属ベースは、前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に前記第2開口から延在するキャビティを有し、前記金属ベースは、前記第1軸の方向に前記後端から延在する側壁を有し、前記側壁は、前記リード端子を受け入れる貫通孔を有し、前記半導体光素子は、前記キャビティ内において前記側壁上に設けられ、前記半導体光素子は、第2基準面に沿って前記第1端面から前記第2端面への方向に延在する活性層を有し、前記活性層及び前記基板は、前記第2基準面に直交すると共に前記第1端面及び前記第2端面に交差する第3基準面に沿って配列され、前記第2基準面及び前記第3基準面の少なくとも一方は、前記第1基準面に対して傾斜する。
この光モジュールによれば、半導体光素子はパッケージのキャビティ内において側壁上に設けられる。半導体光素子には、第2基準面に沿って延在する活性層が提供されると共に、活性層及び基板は第3基準面に沿って配列される。
このように、第2基準面及び第3基準面は、それぞれ、活性層の延在並びに活性層及び基板の配列に関連する。第2基準面及び第3基準面の少なくとも一方が第1基準面に対して傾斜することにより、半導体光素子は、パッケージの外面の向きから独立した向きに光の出射を為すことができる。
パッケージには金属ベース、絶縁部材及びリード端子を提供する。金属ベースは、金属加工により、パッケージの外観及びキャビティに所望の形状を提供できる。金属ベースは、リード端子から絶縁部材によって隔置される。
側壁には、リード端子のための貫通孔を提供できる。側壁の貫通孔は、リード端子が光出射の方向に干渉することを回避できる。
具体例に係る光モジュールでは、前記絶縁部材は、絶縁ビーズを含み、前記貫通孔は、前記蓋部品に交差する第4軸の方向に延在する。
光モジュールによれば、絶縁ビーズは貫通孔内に設けられる。貫通孔は、蓋部品に交差する方向に側壁を貫通する。この貫通孔は、リード端子が第3基準面の方向に側壁内を通過することを可能にする。
具体例に係る光モジュールでは、前記金属ベースは、前記後端から前記前端まで延在する側壁を有し、前記半導体光素子は、前記側壁上に設けられ、前記第2基準面が、前記第1基準面に対して傾斜する。
光モジュールによれば、側壁の内面の傾斜が第2基準面の傾斜を可能にする。
具体例に係る光モジュールは、前記光学窓部品と前記半導体光素子との間に設けられた光学部品を更に備え、前記光学部品及び前記半導体光素子は、前記第2基準面に沿って配置され、前記光学部品は、レンズ及び光アイソレータの少なくともいずれかを含む。
光モジュールによれば、第2基準面に沿って光学部品及び半導体光素子を配置すると、出射光が第1基準面に傾斜する第2基準面に沿って進む。
具体例に係る光モジュールでは、前記金属ベースは、前記後端から前記前端まで延在する側壁を有し、前記半導体光素子は、前記側壁上に設けられ、前記第3基準面が、前記第1基準面に対して傾斜する。
光モジュールによれば、側壁上において半導体発光素子を向き付けて、第3基準面の傾斜が可能になる。
具体例に係る光モジュールは、前記光学窓部品と前記半導体光素子との間に設けられた光学部品を更に備え、前記光学部品及び前記半導体光素子は、前記第3基準面に沿って配置され、前記光学部品は、レンズ及び光アイソレータの少なくともいずれかを含む。
光モジュールによれば、第3基準面に沿って光学部品及び半導体光素子を配置すると、出射光が第1基準面に傾斜する第3基準面に沿って進む。
具体例に係る光通信装置は、(a)具体例に係る光モジュールと、(b)前記光モジュールを搭載する半導体光デバイスと、(c)前記光モジュールを前記半導体光デバイスに固定する接着部材と、を備え、前記半導体光デバイスは、光カプラを有する。
光通信装置によれば、接着部材が光モジュールの光学窓部品と半導体光デバイスの主面との間に設けられて、光モジュールが光カプラに光学的に結合される。
具体例に係る光通信装置では、前記半導体光デバイスは、ボンディング可能な電極パッドと、該電極パッドに接続された前記半導体光素子を駆動する電流を生成する回路を有し、当該光通信装置は、前記光モジュールの前記リード端子を前記半導体光デバイスの前記パッド電極に接続する導電線を備え、前記リード端子は、前記金属ベースの外面に対して突出する。
光通信装置によれば、光モジュールのリード端子が、半導体光デバイスのパッド電極にボンディングワイヤを介して接続される。
具体例に係る光通信装置は、前記半導体光素子を駆動する電流を生成する回路を有する半導体デバイスと、前記半導体デバイス及び前記半導体光デバイスを搭載するリジットプリント回路基板と、前記光モジュールの前記リード端子及び前記プリント回路基板の導電体に固定されたフレキシブルプリント回路基板を備え、前記半導体デバイスは、前記リジットプリント回路基板及び前記フレキシブルプリント回路基板を介して前記光モジュールに接続される。
光通信装置によれば、光モジュールの金属ベースには、フレキシブルプリント回路基板を取り付け可能な外壁面を提供する。
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、光モジュール及び光通信装置に係る実施形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図1は、本実施形態に係る光モジュールの構成部品を示す分解図である。図2は、本実施形態に係る光モジュールを示す斜視図である。図3は、本実施形態に係る光モジュールのキャビティ内における半導体光素子及び光学部品の配置を模式的に示す図面である。
光モジュール11は、半導体光素子13及びパッケージ15を含む。半導体光素子13は、第1端面13a及び第2端面13bを有し、第1端面13aは第2端面13bの反対側にある。
パッケージ15は、蓋部品17、光学窓部品19、金属ベース21、リード端子23、及び絶縁部材25を含む。絶縁部材25は、金属ベース21とリード端子23との間に設けられて、リード端子23を金属ベース21から絶縁する。リード端子23は、半導体光素子13に導電体を介して接続される。リード端子23は、例えばピン形状を有する。
金属ベース21は、前端21a及び後端21bを有し、前端21a及び後端21bは、第1軸Ax1の方向に配列される。後端21bは、前端21aの反対側にある。
金属ベース21は、側壁31及び天井壁33を有する。天井壁33は、金属ベース21の後端21bに設けられ、また側壁31は、金属ベース21の前端21aから後端21bへの方向に向かう第1軸Ax1の方向に後端21bから前端21aまで延在する。
金属ベース21は、金属ベース21の前端21aに第1開口27aを有する。金属ベース21は、前端21aと後端21bとの間に第2開口27bを有する。
金属ベース21は、第1開口27a及び第2開口27bに繋がるキャビティ39を有する。キャビティ39は、第1軸Ax1の方向に交差する第2軸Ax2の方向に第2開口27bから延在する。
半導体光素子13は、キャビティ39内において前端21a及び後端21bから離れており、前端21aと後端21bとの間において金属ベース21上に設けられる。具体的には、半導体光素子13は、金属ベース21の側壁31上に設けられる。
第1開口27aは、例えば側壁31又は底壁32によって規定される。光学窓部品19は、第1基準面R1EFに沿って延在して第1開口27aを塞き、本実施例ではエポキシ樹脂といった接着材によりキャビティ398を気密に封止する。光学窓部品19は、例えば板状の部材を含み、例えばガラスであることができる。
第2開口27bは側壁31及び天井壁33によって規定される。蓋部品17は、側壁31及び天井壁33上に設けられて第2開口27bを塞ぐ。蓋部品17は、例えば板状の部材を含み、本実施例ではエポキシ樹脂といった接着材によりキャビティ39を気密に封止する。
光学窓部品19、半導体光素子13の第1端面13a、及び半導体光素子13の第2端面13bは、第3軸Ax3に沿って配列されて、半導体光素子13及び光学窓部品19の光学的結合を可能にする。
金属ベース21は、リード端子23を受け入れる貫通孔37を有し、貫通孔37は、前端21aと後端21bとの間に位置する。具体的には、側壁31は、貫通孔37を有し、本実施例では、貫通孔37は第1軸Ax1及び第2軸Ax2の方向に交差する第4軸Ax4の方向に延在する。リード端子23は、貫通孔37内に設けられて、半導体光素子13を接続するために使用される。
半導体光素子13は、本実施例では、半導体レーザといった半導体発光素子であることができる。具体的には、図1に示されるように、半導体光素子13は、基板13c、下部半導体層13d、活性層13e、上部半導体層13f、上部電極13g及び下部電極13hを含む。下部半導体層13d、活性層13e、及び上部半導体層13fは、基板13c上において、第1端面13aから第2端面13bへの第3軸Ax3の方向に延在する。半導体光素子1からの光は、光学窓部品19を透過して、光モジュール11の外に提供される。
図3の(a)部は、光モジュールを示す斜視図であり、図3の(b)部及び(c)部は、それぞれ、図3の(a)部に示されたIIIb−IIIb線及びIIIc−IIIc線に沿って取られた断面を示す。本実施例では、図3の(b)部は、第3基準面R3EFに沿って取られており、図3の(c)部は、第2基準面R2EFに沿って取られている。
図3の(b)部及び(c)部を参照すると、本実施例では、活性層13eが、第2基準面R2EFに沿って延在する。また、上部電極13g、活性層13e、基板13c、及び下部電極13hは、第3基準面R3EFに沿って配列される。第3基準面R3EFは、第2基準面R2EFに直交すると共に、第1端面13a及び第2端面13bの一方から他方への方向に延在して第1端面13a及び第2端面13bに交差する。第2基準面R2EF及び第3基準面R3EFの少なくとも一方は、第1基準面R1EFに対して傾斜する。第2基準面R2EFは、第1基準面R1EFに対して角度A1Gを成し、第3基準面R3EFは、第1基準面R1EFに対して角度A2Gを成す。
光モジュール11によれば、半導体光素子13はパッケージ15のキャビティ39内において側壁31上に設けられる。半導体光素子13には、第2基準面R2EFに沿って延在する活性層13eが提供されると共に、活性層13e及び基板13cは第3基準面R3EFに沿って配列される。
このように、第2基準面R2EF及び第3基準面R3EFは、それぞれ、活性層13eの延在の傾斜並びに活性層13e及び基板13cの配列の傾斜に関連する。第2基準面R2EF及び第3基準面R3EFの少なくとも一方が第1基準面R1EFに対して傾斜することにより、半導体光素子13は、パッケージ15の外形から独立した方向に光の出射を可能にする。
パッケージ15には、金属ベース21、リード端子23及び絶縁部材25を提供する。金属ベース21は、金属加工により、パッケージ15の外観及びキャビティ39に所望の形状を提供できる。金属ベース21は、リード端子23から絶縁部材25によって隔置される。
側壁31には、リード端子23のための貫通孔37を提供できる。側壁31の貫通孔は、リード端子23が光出射の方向に干渉することを回避できる。
本実施例では、リード端子23は、第1リード端子23a及び第2リード端子23bを包含する。絶縁部材25は、第1絶縁部材25a及び第2絶縁部材25bを包含する。貫通孔37は、第1貫通孔37a及び第2貫通孔37bを包含する。第1リード端子23a及び第2リード端子23bは、それぞれ、第1貫通孔37a及び第2貫通孔37bを通過して、キャビティ39の内外にわたる電気接続を可能にする。第1リード端子23a及び第2リード端子23bは、それぞれ、第1絶縁部材25a及び第2絶縁部材25bによって金属ベース21から絶縁される。
貫通孔37は、第3基準面R3EFに平行な平面に沿って延在することができる。貫通孔37は、リード端子23が、例えば蓋部品17に交差する方向に延在する第4軸Ax4の方向に側壁31を貫通することを可能にする。可能な場合には、貫通孔37は、半導体光素子13の活性層13e及び基板13cの一方から他方への方向に側壁31を貫通するようにしてもよい。
図3の(a)部、(b)部及び(c)部に示されるように、リード端子23は、側壁31の内側面を基準にしてキャビティ39内に突出している。リード端子23の内側突出部は、半導体光素子13に導電線20により接続される。必要な場合には、リード端子23は、側壁31の外側面を基準にして突出することができる。リード端子23の外側突出部は、外部デバイスへの電気接続に利用される。
図1を参照すると、光モジュール11は、光学窓部品19と半導体光素子13との間に設けられた光学部品41を更に備えることができる。光学部品41は、レンズ41a及び光アイソレータ41bの少なくともいずれかを含む。本実施例では、半導体光素子13は、例えばレンズ41a及び光アイソレータ41bを介して光学窓部品19に光学的に結合される。
本実施例では、金属ベース21の側壁31は、第1側壁部31a、第2側壁部31b、及び第3側壁部31cを有する。第1側壁部31a、第2側壁部31b、及び第3側壁部31cは、後端21b、具体的には天井壁33から前端21aまで第1軸Ax1の方向に延在する。第2側壁部31b及び第3側壁部31cは、第1側壁部31aの両縁に位置する。
本実施例では、金属ベース21は、さらに、底壁32を含み、底壁32は前端21aに位置する。底壁32には、第1開口27aが設けられる。底壁32、天井壁33、第2側壁部31b及び第3側壁部31cは、第2開口27bを規定して、底壁32、天井壁33、第2側壁部31b及び第3側壁部31cは、実質的に同じ高さを有しており、これらの壁の上端面のところで蓋部品17を支持してキャビティ39の気密封止を容易にする。
図1を参照すると、半導体光素子13は、キャビティ39内において側壁31の内側面上に設けられる。本実施例では、半導体光素子13及び光学部品41は、第1側壁部31aの内側面上に配置されて、光学窓部品19に光学的に結合される。具体的には、半導体光素子13及びレンズ41aは、ベンチといった搭載部材43上に搭載されて、互いに光学的に位置合わせされて、組立体45を成す。組立体45及び光アイソレータ41bは、側壁31の内側面上においてアクティブ調芯されて、第2基準面R2EF及び第3基準面R3EFの少なくとも一方が第1基準面R1EFに対して傾斜するように、半導体光素子13を含む組立体45及び光アイソレータ41bが光学窓部品19に光学的に結合される。
絶縁部材25は、例えばガラスであることができ、例えば絶縁ビーズを含む。蓋部品17は、例えばガラスであることができる。蓋部品17は、エポキシ樹脂といった接着材によって気密に封止されることができる。また、光学窓部品19は、例えばガラスであることができる。光学窓部品19は、エポキシ樹脂といった接着材によって気密に封止されることができる。
貫通孔37は、第1側壁部31a、第2側壁部31b、及び第3側壁部31cのいずれかに設けられることができ、本実施例では、貫通孔37は、第1側壁部31aに位置して第4軸Ax4の方向に向く。貫通孔37は、絶縁部材25を用いてリード端子23を保持すると共に、絶縁部材25は貫通孔37に位置してキャビティ39を気密に封止するために役立つ。
半導体光素子13は半導体レーザを含む。図3の(b)部及び(c)部は、キャビティ39内における組立体45及び光アイソレータ41bの典型的な配置を示す。
図3の(b)部に示されるように、蓋部品17は、底壁32、天井壁33、第2側壁部31b及び第3側壁部31c上に第4基準面R4EFに沿って置かれる。第4基準面R4EFは、第1基準面R1EFに交差する。
金属ベース21は、例えばプレス加工により作製されることができる。金属ベース21は、例えば銅または鉄であることができる。金属板といった金属体のプレス加工により、側壁31、底壁32及び天井壁33が一体に形成されて、金属ベース21を提供する。プレス加工により金属体が変形して、第2開口27b及びキャビティ39が規定される(可能な場合には、第1開口27a)。キャビティ39は、天井壁33、第2側壁部31b及び第3側壁部31c(存在する場合には底壁32)の内側面、並びに第1側壁部31aの内側面によって規定される。
(具体的な配置例1)
図3の(b)部の断面に示されるように、キャビティ39は、第5基準面R5EFに沿って形成されることができる。第5基準面R5EFは、第1基準面R1EF及び第4基準面R4EFの少なくとも一方に対してゼロより大きく90度より小さい角度で傾斜する。
図3の(b)部の断面に示されるように、キャビティ39は、第5基準面R5EFに沿って形成されることができる。第5基準面R5EFは、第1基準面R1EF及び第4基準面R4EFの少なくとも一方に対してゼロより大きく90度より小さい角度で傾斜する。
例えば、第5基準面R5EFは、第1基準面R1EF及び第4基準面R4EFの両方に対して傾斜する。キャビティ39の該傾斜は、底壁32及び天井壁33の内側面32a、33a(キャビティ39の前内面及び後内面)を第1基準面R1EFに対して傾斜させると共に、第1側壁部31aの第1内面31aa(キャビティ39の底面)を第1基準面R1EFに対して傾斜させる。キャビティ39の前内面は、第2開口27bを規定する金属ベース21の端面21cに対して鈍角を成し、キャビティ39の後内面は、該端面に対して鋭角を成す。第5基準面R5EFは、第4基準面R4EFに対して例えば95度から110度の範囲の角度で傾斜する。必要な場合には、キャビティ39の向きに関して。第5基準面R5EFが、第1基準面R1EF及び第4基準面R4EFに対して大きな角度で傾斜すると共に、第3基準面R3EFが第4基準面R4EFに対して実質的に直交することができる。第2開口27bから延在するキャビティ39の向き付けは、プレズ加工におけるプレス方向に応じて規定される。
本実施例では、リード端子23及び貫通孔37は、第4基準面R4EFに実質的に直交する方向に延在することができる。
可能な場合には、半導体光素子13及び光学窓部品19は、第2基準面R2EFが第1基準面R1EFに対して傾斜すると共に第3基準面R3EFが第1基準面R1EFに対して実質的に直角であるように、配列されることができる。本実施例では、設計において第2基準面R2EFの向きがレーザ光の出射方向を規定するように、第3基準面R3EFは第1基準面R1EF及び第4基準面R4EFに対して実質的に直角であることができる。角度A1Gは、例えば85度から70度の範囲にある。
図1及び図3の(b)部を参照しながら、金属ベース21の具体例を説明する。
側壁31の第1側壁部31aは、前端21aから後端21bへの方向に延在する第1内面31aa及び第1外面31abを有する。第1側壁部31aは、第1軸Ax1の方向に変化する厚さを有する部分を有し、この厚さは、第1外面31abから第1内面31aaまでの距離として規定される。第1側壁部31aの該部分において、第1内面31aaは、第1外面31abに対してゼロより大きく90度より小さい角度で傾斜するエリアを有する。組立体45は、このエリア上に設けられる。本実施例では、該エリアは、底壁32の内側面の下端を天井壁33の内側面の下端に繋ぐ。半導体光素子13は第1内面31aaの該エリア上に設けられる。上記の傾斜は、キャビティ39の向き付け(第2軸Ax2)に関連付けられる。
光モジュール11によれば、第1内面1aaの傾斜が半導体光素子13の活性層13eの向きを規定する。
天井壁33は、内面33aa及び外面33abを有する。天井壁33は、第2軸Ax2又は第4軸Ax4の方向に変化する厚さを有する部分を有し、この厚さは、外面33abから内面33aaまでの距離として規定される。内面33aaは、外面33abに対してゼロより大きく90度より小さい角度で成すエリアを有する。この傾斜は、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、キャビティ39の向き付け(第2軸Ax2)に関連付けられる。本実施例では、第2開口27bの位置(端面21cのレベル)における内面33aaと外面33abとの間隔は、キャビティ39の後側の底における内面33aaと外面33abとの間隔より大きい。
底壁32は、内面32aa及び外面32abを有する。底壁32は、第2軸Ax2又は第4軸Ax4の方向に変化する厚さを有する部分を有し、この厚さは、外面32abから内面32aaまでの距離として規定される。内面32aaは、外面32abに対してゼロより大きく90度より小さい角度で成すエリアを有する。この傾斜は、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、キャビティ39の向き付け(第2軸Ax2)に関連付けられる。本実施例では、第2開口27bの位置(端面21cのレベル)における内面32aaと外面32abとの間隔は、キャビティ39の前底における内面32aaと外面32abとの間隔より大きい。
側壁31の第2側壁部31bは、前端21aから後端21bへの方向に延在する第2内面31ba及び第2外面31bbを有する。本実施例では、第2側壁部31bは、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、実質的に同じ厚さを有する。しかしながら、第2側壁部31bは、キャビティ39の向き付けに応じて、天井壁33及び底壁32のように、第1軸Ax1の方向に変化する厚さを有することができる。
第3側壁部31cは、前端21aから後端21bへの方向に延在する第3内面31ca及び第3外面31cbを有する。本実施例では、第3側壁部31cは、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、実質的に同じ厚さを有する。しかしながら、第3側壁部31cは、キャビティ39の向き付けに応じて、天井壁33及び底壁32のように、第1軸Ax1の方向に変化する厚さを有することができる。
(具体的な配置例2)
図3の(c)部の断面に示されるように、第3基準面R3EFは、第1基準面R1EFに対して傾斜する。この傾斜によれば、半導体光素子13及びレンズ41aは、第1側壁部31aの第1内面31aa(キャビティ39の底面)上において第3軸Ax3の方向及び第3基準面R3EFに沿って配置される。本実施例では、第3軸Ax3は第1軸Ax1に対してゼロより大きく90度より小さい角度で傾斜する。角度A2Gは、例えば85度から70度の範囲の角度にあることができる。第3軸Ax3は第1軸Ax1に対して例えば5度から20度の範囲の角度であることができる。
図3の(c)部の断面に示されるように、第3基準面R3EFは、第1基準面R1EFに対して傾斜する。この傾斜によれば、半導体光素子13及びレンズ41aは、第1側壁部31aの第1内面31aa(キャビティ39の底面)上において第3軸Ax3の方向及び第3基準面R3EFに沿って配置される。本実施例では、第3軸Ax3は第1軸Ax1に対してゼロより大きく90度より小さい角度で傾斜する。角度A2Gは、例えば85度から70度の範囲の角度にあることができる。第3軸Ax3は第1軸Ax1に対して例えば5度から20度の範囲の角度であることができる。
キャビティ39は、第2開口27bから第4軸Ax4の方向に延在するように向き付けられることができる。底壁32及び天井壁33の内側面32a、33a(キャビティ39の前内面及び後内面)並びに側壁31の第2側壁部31b及び第3側壁部31cの第2内面31ba及び第3内面31ca(キャビティ39の一対の側内面)は、第4軸Ax4の方向に延在する。一方、リード端子23及び貫通孔37が、第4軸Ax4の方向に延在する。
可能な場合には、半導体光素子13及び光学窓部品19は、第1基準面R1EFが第3基準面R3EFに対して傾斜すると共に第2基準面R2EFが第1基準面R1EFに対して実質的に直角であるように、配列されることができる。本実施例では、設計において第3軸Ax3の向きがレーザ光の出射方向を規定するように、第2軸Ax2及び第4軸Ax4は、第4基準面R4EFに対して実質的に直角であることができる。第4基準面R4EFは、第2基準面R2EFに対して実質的に平行であることができる。
図3の(c)部を参照しながら、金属ベース21の具体例を説明する。第4軸Ax4が第2軸Ax2と同じ向きであって、キャビティ39は、第4軸Ax4の方向に第2開口27bから延在する。
側壁31の第1側壁部31aは、前端21aから後端21bへの方向に延在する第1内面31aa及び第1外面31abを有する。本実施例では、第1側壁部31aは、実質的に同じ厚さを有する。光モジュール11によれば、第1内面1aa上における組立体45の向き付けが、半導体光素子13の活性層の向きを規定する。
第2側壁部31bは、前端21aから後端21bへの方向に延在する第2内面31ba及び第2外面31bbを有する。本実施例では、第2側壁部31bは、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、実質的に同じ厚さを有する。
第3側壁部31cは、前端21aから後端21bへの方向に延在する第3内面31ca及び第3外面31cbを有する。本実施例では、第3側壁部31cは、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、実質的に同じ厚さを有する。
天井壁33は、内面33aa及び外面33abを有する。本実施例では、天井壁33は、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、実質的に同じ厚さを有する。
底壁32は、内面32aa及び外面32abを有する。本実施例では、底壁32は、プレス加工における僅かな抜きテーパー角が差異を生じさせる可能性があるが、実質的に同じ厚さを有する。
図4は、本実施例に係る光通信装置を示す平面図である。図5は、図4に示されたV−V線に沿って取られた断面を示す。光モジュール11aは、配置例1に係る構造に類似する構造を有する。光モジュール11bは、配置例2に係る構造に類似する構造を有する。
光通信装置51は、光モジュール11a、11bと、半導体光デバイス53と、接着部材57a、57bとを備える。半導体光デバイス53は、光モジュール11a、11bを搭載する。光モジュール11a、11bは、接着部材57a、57bを用いて半導体光デバイス53に固定される。接着部材57a、57bは、例えばエポキシ樹脂を含むことができる。半導体光デバイス53は、その主面53aに沿って設けられたグレーティングカプラといった光カプラ53b、53cを有する。半導体光デバイス53は、例えばシリコンフォトニクス素子であることができる。
光通信装置51によれば、接着部材57a、57bが光モジュール11a、11bの光学窓部品19と半導体光デバイス53の主面53aとの間に設けられて、光モジュール11a、11bがそれぞれの光カプラ53b、53cに光学的に結合される。具体的には、光モジュール11a、11bの各々は、アクティブ調芯により半導体光デバイス53に位置合わせされる。
半導体光デバイス53は、光導波路構造53d、53eと、光変調器及びフォトダイオードといった光回路53fと、ボンディング可能な電極パッド53gと、電気回路53hとを備える。電気回路53hは、半導体レーザといった半導体光素子13を駆動する電流を生成する。光カプラ53b、53cは、光導波路構造53d、53eを介して光回路53fに光学的に結合される。
本実施例では、光モジュール11aのリード端子23が、金属ベース21の側壁31から突出する。電極パッド53gが、ボンディングワイヤといった導電線を介してリード端子23の側面に接続されて、光モジュール11aの半導体光素子13は、電気回路53hによって駆動される。半導体光素子13からのレーザ光は、光カプラ53b及び光導波路構造53dを介して光回路53fに供給されて、光回路53fはレーザ光を処理する。
光通信装置51は、さらに、半導体デバイス59、リジットプリント回路基板61、及びフレキシブルプリント回路基板63を含む。半導体デバイス59は、半導体光素子13を駆動する電流を生成する回路を有する。リジットプリント回路基板は、半導体光デバイス53及び半導体デバイス59を搭載すると共に、半導体光デバイス53及び半導体デバイス59に接続される。
本実施例では、光モジュール11bにおけるリード端子23は、金属ベース21の側壁31から突出する。フレキシブルプリント回路基板63が、光モジュール11bにおける金属ベース21の側壁31に取り付けられる。フレキシブルプリント回路基板63は、リジットプリント回路基板61に接続される。
光モジュール11bは、フレキシブルプリント回路基板63及びリジットプリント回路基板61を介して半導体デバイス59に接続されて、光モジュール11bの半導体光素子13は、半導体デバイス59によって駆動される。半導体光素子13からのレーザ光は、光カプラ53b及び光導波路構造53eを介して光回路53fに供給されて、光回路53fはレーザ光を処理する。
必要な場合には、光モジュール11aが、フレキシブルプリント回路基板63及びリジットプリント回路基板61を介して半導体デバイス59に接続されることができる。また、光モジュール11bが、ボンディングワイヤを介して電極パッド53gに接続されることができる。
必要な場合には、光通信装置51は、光モジュール11a及び光モジュール11bのいずれか一方を備えることができる。
光通信装置51は、ハウジング65を含み、ハウジング65は、光モジュール11a、11b、半導体光デバイス53、半導体デバイス59、及びリジットプリント回路基板61を収容することができる。光通信装置51は、ハウジング65と光モジュール11a、11bの天井壁33との間に設けられるシリコングリースといった放熱部材67を備える。光モジュール11a、11bの金属ベース21、例えば(側壁31及び天井壁33)は、半導体光素子13からの熱をハウジング65に伝える放熱経路を形成する。
光通信装置51は、以下のように作製される。半導体光デバイス53及び半導体デバイス59をリジットプリント回路基板61上に固定する。光モジュール11a及び光モジュール11bは、半導体光デバイス53上に置かれて、それぞれの光カプラ53b、53cにアクティブ調芯される。この調芯の後に、光モジュール11a、11bは、樹脂接着材により、リジットプリント回路基板61に固定される。光モジュール11a、11bにおけるリード端子23は、それぞれ、半導体光デバイス53及び半導体デバイス59に接続される。光学調芯及び電気接続の後に、リジットプリント回路基板61はハウジング65内に固定される。ハウジング65の天板と光モジュール11a、11bの天井壁33との間にシリコングリースを満たす。
光モジュール11aを作製する方法を説明する。
図6の(a)部は、本実施形態に係る光モジュールを製造する方法における主要な工程を示す平面図であり、図6の(b)部は、図6の(a)部のVI−VI線に沿って取られた断面図である。図7の(a)部は、ベンチを示す平面図であり、図7の(b)部は、図7の(a)部のVIIb−VIIb線に沿って取られた断面図である。図7の(c)部は、金属ベース上のベンチを模式的に示す側面図である。
この方法は、パッケージ15及びベンチ69を準備する工程を含む。金属プレス加工により作製された金属ベース21を準備する。金属ベース21の貫通孔35に絶縁ビーズ及びリード端子23を挿入すると共にリード端子23を金属ベース21に固定して、パッケージ15を準備する。絶縁部材25として絶縁ビーズを用いると、金属ベース21とリード端子23との間の熱伝導性を小さくできる。
金属ベース21を準備した後に、図7の(a)部及び(b)部に示されるように、パッケージ15の金属ベース21(例えば、キャビティ39の底面)上にベンチ69を位置決めする。ベンチ69は、シリコン製ベース69a、裏面金属69b、金属電極69c、ハンダ材69d、有底孔69e、及びハンダ材69fを備える。裏面金属69bはシリコン製ベース69aの裏面に設けられる。ハンダ材69fは、裏面金属69bに設けられる。
ハンダ材69fを用いて、ベンチ69を金属ベース21の第1側壁部31aに固定する。次いで、半導体光素子13をベンチ69に位置合わせする。シリコン製ベース69aの上面に位置する金属電極69c上にハンダ材69dを用いて半導体光素子13を固定する。
半導体光素子13の上部電極13g及びベンチ69の金属電極69cをパッケージ15のリード端子23に導電線20を用いて接続する。
必要な場合には、フレキシブルプリント回路基板63をパッケージ15のリード端子23に半田材で取り付ける。この際、第1側壁部31aの第1外面31ab上に沿った形でフレキシブルプリント回路基板63を配置することができる。このフレキシブルプリント回路基板63をパッケージ15のリード端子23に半田材で取り付ける際、金属ベース21とリード端子23の間には熱伝導性の小さい絶縁ビーズが存在するので、リード端子23にフレキシブルプリント回路基板63を半田付けする際に付随的に生じる金属ベース21の温度上昇を小さく抑えることができる。本実施例では、フレキシブルプリント回路基板63をパッケージ15に取り付けることなく、次工程を行う。
図8の(a)部は、本実施形態に係る光モジュールを製造する方法における主要な工程を示す平面図であり、図8の(b)部は、図8の(a)部のVIIIb−VIIIb線に沿って取られた断面図である。シリコン製ベース69aの上面に位置する有底孔69eに、ボールレンズといったレンズ41aを樹脂接着材により固定すると共に、光アイソレータ41bをパッケージ15の第1側壁部31aの第1内面31aa上に樹脂接着材により取り付ける。
図9の(a)部は、本実施形態に係る光モジュールを製造する方法における主要な工程を示す平面図であり、図9の(b)部は、図9の(a)部のIXb−IXb線に沿って取られた断面図である。光アイソレータ41bは、部分的に、第1開口27a内に位置する。
ベンチ69及びパッケージ15に半導体光素子13及び光学部品41を取り付けた後に、図9の(a)部に示されるように、第1開口27aを塞ぐように、光学窓部品19を金属ベース21の底壁32上に樹脂接着材により固定する。光学窓部品19は、反射防止膜を有する。半導体光素子13に係る光は、光学窓部品19を透過できる。
パッケージ15に光学窓部品19を取り付けた後に、図9の(b)部に示されるように、第2開口27bを塞ぐように、蓋部品17を金属ベース21の側壁31、底壁32及び天井壁33上に樹脂接着材により固定する。これらの工程により、光モジュール11aが作製された。
光モジュール11bを作製する方法を説明する。光モジュール11aを作製する方法と同様に、ベンチ69をパッケージ15に固定する工程、ベンチ69及びパッケージ15に半導体光素子13及び光学部品41を固定する工程、光学窓部品19を金属ベース21に固定する工程を行う。
図10の(a)部は、本実施形態に係る光モジュールを製造する方法における主要な工程を示す平面図であり、図10の(b)部は、図10の(a)部のXb−Xb線に沿って取られた断面図である。
図10の(a)部に示されるように、第1開口27aを塞ぐように、光学窓部品19を金属ベース21の底壁32上に樹脂接着材により固定する。
パッケージ15に光学窓部品19を取り付けた後に、図10の(b)部に示されるように、第2開口27bを塞ぐように、蓋部品17を金属ベース21の側壁31、底壁32及び天井壁33上に樹脂接着材により固定する。これらの工程により、光モジュール11bが作製された。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
以上説明したように、本実施形態によれば、光ファイバを用いることなく外部デバイスに光結合可能であると共に外部デバイスに妨げられることなく電気的接続を可能にする構造を有する光モジュールを提供でき、また光モジュールを含む光モジュールを含む光通信装置を提供できる。
11、11a、11b…光モジュール、13…半導体光素子、13a…第1端面、13b…第2端面、13c…基板、13d…下部半導体層、13e…活性層、13f…上部半導体層、13g…上部電極、13h…下部電極、15…パッケージ、17…蓋部品、19…光学窓部品、21…金属ベース、23…リード端子、25…絶縁部材、27a…第1開口、27b…第2開口、31…側壁、32…底壁、33…天井壁、37…貫通孔、39…キャビティ、Ax1…第1軸、Ax2…第2軸、Ax3…第3軸、Ax4…第4軸、R1EF…第1基準面、R2EF…第2基準面、R3EF…第3基準面。
Claims (9)
- 光モジュールであって、
蓋部品、光学窓部品、金属ベース、リード端子、及び前記金属ベースと前記リード端子との間に設けられた絶縁部材を含むパッケージと、
第1端面、第2端面、及び基板を含む半導体光素子と、
を備え、
前記金属ベースは、第1軸の方向に配列された前端及び後端を有し、
前記金属ベースは、前記前端に第1開口を有し、
前記金属ベースは、前記前端と前記後端との間に第2開口を有し、
前記光学窓部品及び前記蓋部品は、それぞれ、前記第1開口及び前記第2開口を塞ぎ、
前記光学窓部品は、前記金属ベースの前記前端上において第1基準面に沿って延在し、
前記金属ベースは、前記リード端子を受け入れる貫通孔を前記前端と前記後端との間に有し、
前記金属ベースは、前記第1軸の方向に交差する第2軸の方向に前記第2開口から延在するキャビティを有し、
前記半導体光素子は、前記前端と前記後端との間において前記前端及び前記後端から離れて前記キャビティ内の前記金属ベース上に設けられ、
前記半導体光素子は、前記第1端面から前記第2端面への方向に第2基準面に沿って延在する活性層を有し、
前記活性層及び前記基板は、前記第2基準面に直交すると共に前記第1端面及び前記第2端面に交差する第3基準面に沿って配列され、
前記第2基準面及び前記第3基準面の少なくとも一方は、前記第1基準面に対して傾斜する、光モジュール。 - 前記絶縁部材は、絶縁ビーズを含み、
前記貫通孔は、前記蓋部品に交差する第4軸の方向に延在する、請求項1に記載された光モジュール。 - 前記金属ベースは、前記後端から前記前端まで延在する側壁を有し、
前記半導体光素子は、前記側壁上に設けられ、
前記第2基準面が、前記第1基準面に対して傾斜する、請求項1又は請求項2に記載された光モジュール。 - 前記光学窓部品と前記半導体光素子との間に設けられた光学部品を更に備え、
前記光学部品及び前記半導体光素子は、前記第2基準面に沿って配置され、
前記光学部品は、レンズ及び光アイソレータの少なくともいずれかを含む、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載された光モジュール。 - 前記金属ベースは、前記後端から前記前端まで延在する側壁を有し、
前記半導体光素子は、前記側壁上に設けられ、
前記第3基準面が、前記第1基準面に対して傾斜する、請求項1、請求項2又は請求項4に記載された光モジュール。 - 前記光学窓部品と前記半導体光素子との間に設けられた光学部品を更に備え、
前記光学部品及び前記半導体光素子は、前記第3基準面に沿って配置され、
前記光学部品は、レンズ及び光アイソレータの少なくともいずれかを含む、請求項1、請求項2又は請求項5に記載された光モジュール。 - 光通信装置であって、
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載された光モジュールと、
前記光モジュールを搭載する半導体光デバイスと、
前記光モジュールを前記半導体光デバイスに固定する接着部材と、
を備え、
前記半導体光デバイスは、光カプラを有する、光通信装置。 - 前記半導体光デバイスは、ボンディング可能な電極パッドと、該電極パッドに接続された前記半導体光素子を駆動する電流を生成する回路を有し、
当該光通信装置は、前記光モジュールの前記リード端子を前記半導体光デバイスの前記電極パッドに接続する導電線を備え、
前記リード端子は、前記金属ベースの外壁面に対して突出する、請求項7に記載された光通信装置。 - 前記半導体光素子を駆動する電流を生成する回路を有する半導体デバイスと、
前記半導体デバイス及び前記半導体光デバイスを搭載するリジットプリント回路基板と、
前記光モジュールの前記リード端子及び前記リジットプリント回路基板の導電体に固定されたフレキシブルプリント回路基板と、
を備え、
前記半導体デバイスは、前記リジットプリント回路基板及び前記フレキシブルプリント回路基板を介して前記光モジュールに接続される、請求項7に記載された光通信装置。
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