JP2562217B2 - 光通信集成装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光通信システム用の改良されたパッケージン
グ技術に関する。更に詳細には、本発明は送信機または
受信機の何れかに適した原価効率に優れたパッケージの
形成技術に関する。

［従来の技術］ 光送信機または受信機のパッケージング用に多くの様
々な集成装置が存在する。例えば、光デバイス（例え
ば、レーザ、LEDまたはPINホトダイオードなど）は適当
なレンズ群を有する光組立体および該組立体に接続され
た光ファイバ中に封止される。光デバイス（送信機用の
変調回路または受信機用の検波回路）を動作させるのに
必要な電子装置は別に組立構成され、そして、常用の電
気リード線により封止光デバイスに接続される。別法と
して、このような電子装置を別のハウジングに完全に封
入し、そして、光デバイスに接続するためのリード線だ
けを露出させておく。別のハウジングを使用する利点
は、多数の異なる電子回路を同じ光デバイスに接続でき
ることである。例えば、データリンク用の電子装置は、
パッケージハウジングを光デバイスと異ならせる必要な
しに、様々なタイプの論理信号（例えば、ECLまたはTT
L）で動作させることができる。更に、送信機または受
信機の電気部分または光部分が故障した場合、作動部分
を取り外し、そして、別の装置で再使用できる。別のパ
ッケージングを使用する主な欠点は、送信機または受信
機の全体的なサイズである。２個の別のパッケージを使
用するか、またはプリント配線板に実装された光パッケ
ージを使用すると、システムはかなり大きなスペースを
必要とする。更に、このようなシステムは電子装置と光
デバイスとを接続するのに必要な長いリード線により発
生された電気ノイズの影響を受け易い。この電気ノイズ
要因は約10Mb/s以上のビット速度で重大な問題になる。
また、長いリード線は、寄生リードインダクタンス（送
信機を制限する）および寄生キャパシタンス（受信機を
制限する）により、送信機および受信機の双方の最大ビ
ット速度を制限する。

これら、および、その他の懸念により、電子装置およ
び光デバイスを同じユニット内に封入するためのパッケ
ージデザインが開発された。電子装置用の混成集積回路
（HIC）およびこのHICに接続された光副組立体を使用す
る結果として、これらの一体的パッケージの多くは比較
的高価である。更に、これらのパッケージに連合される
光副組立体は往々にして機械加工された金属製部品から
形成されているので、システムのコストを更に増大させ
る。また、これらの副組立体は配列しにくいことも知ら
れている。また、各種の個々の部品（すなわち、外被、
光副組立体およびHIC）を整合させる組立問題も存在す
る。これらの一体的パッケージは多量の熱を発生するこ
とでも知られている。光データリンク送信機および受信
機の熱管理は重大な問題である。最後に、多くの場合
に、送信機および受信機のパッケージング工程は極めて
別個の作業で、これにより製造上の問題が惹起され、か
つ、パッケージシステムの総コストを増大させる。

［発明が解決しようとする課題］ 従って、本発明の目的は、光送信機および受信機を製
造するのに使用される、特に、電子装置を光デバイスと
共に封入するのに必要な、パッケージング技術を改良す
ることである。

［課題を解決するための手段］ 従来技術が有していた前記のような問題およびその他
の問題は、光通信システム用の改良されたパッケージン
グ技術、特に、送信機または受信機の何れかに適した原
価効率に優れたパッケージの形成技術に関する本発明に
より解決される。

本発明の一実施例によれば、集成装置の電子装置部分
で従来から使用されてきた混成集積回路（HIC）はプラ
スチック製のデュアルインラインパッケージ（DIP）で
置き換えられる。DIPは光デバイスを接続するための一
対の端部が熊手状（end−prong）のリード線を含むよう
に形成される。パッケージの端部に形成されたリード線
を使用することにより寄生キャパシタンスおよび従来の
DIPリードに伴うノイズピックアップが大幅に軽減され
ることが発見された。本発明の別の利点は、リードフレ
ーム上の電源リード線中にバイパスコンデンサを配置
し、次いで、DIPが形成されたとき、適所にこのコンデ
ンサを実装することにより電源フィルタが供給されるこ
とである。更に、従来の機械加工またはダイキャスト成
型された金属製個別部品の代わりに、成形プラスチック
個別部品を本発明により、光副組立体ハウジングおよび
ファイバコネクタ受口の形成に効果的に使用することが
できる。成形プラスチック部品を使用することにより大
幅なコスト削減を実現できる。

本発明の別の利点は、集積回路により発生された熱の
放熱路としてDIPから出るリード線を使用することによ
り、優れた熱管理を為し得ることである。この利点によ
り、DIPリード線は従来のリード線よりも若干長めに形
成されており、このため、リード線はパッケージのフロ
アーから突出して、完全な組立体用の出力リード線とし
て機能する。パッケージのフロアーは常用のプリント配
線板（両面硬質エポキシガラス、半田メッキ銅板）から
なり、送信機または受信機の接地面として機能する。こ
のフロワーはパッケージの底部を封止するばかりでな
く、DIP用の追加的なEMIシールドおよび放熱子としても
機能する。そして、DIPリード線および／または外部構
成部品との間の相互接続を果たす。伝熱性エポキシ樹脂
により光副組立体に装着された金属製カバーは光デバイ
スにより発生された熱を放熱させる。更に、金属製カバ
ーは、デバイス用のEMIシールドを提供するために、パ
ッケージのフロアーに接続するように形成されている。
この接地構造の手段は、受信機集積回路の高利得感度
（出力から入力へのフィードバック）およびEMI感受性
を大幅に軽減することが発見された。

本発明の別の利点は、送信機または受信機組立体と一
緒に使用できるパッケージを提供することである。下記
の詳細に説明されるように、製造工程で必要な唯一の変
更は、受信光デバイスと送信光デバイスを置き換えるこ
とと、受信機用DIPと送信機用DIPを置き換えることであ
る。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の構成および利点を
更に詳細に説明する。

第１図を参照する。第１図には本発明により形成され
た改良型パッケージ50が示されている。この改良型パッ
ケージ50は従来技術に付随する前記のような問題点を解
決するために開発された。第１図に示されているよう
に、パッケージ50は、アモコ社（Amoco Inc,）から市販
されている液晶ポリマー、Xydar（登録商標）またはヘ
キストの一部門のセラニーズ（Celanese）から市販され
ているVectra（登録商標）のような高性能エンジニアリ
ングプラスチック材料から形成されたコネクタフレーム
組立体52を有する。コネクタフレーム組立体52は光ファ
イバネクタ受口54を含むように成形されている。この成
形は周知の技術、例えば、注入成形、圧縮成形またはト
ランスファー成形など成形方法を使用することにより行
うことができる。本発明により成形個別部品を使用する
ことの利点は、フレーム52の接続部品54を、金型を変え
ることにより他のコネクタ様式に容易に適合させること
ができることである。これは、新たなコネクタ設計を各
パッケージについて再現性よく製造しなければならない
従来の機械加工ハウジングに比べて、一度だけで済む操
作（once−and−done operation）である。フレームお
よび光副組立体にプラスチック個別部品を使用する利点
は、光ファイバと光デバイスとの間の心合せに必要とさ
れる耐蝕性の精密部品を製造するのに必要なリーマー加
工またはメッキのような二次的な仕上げ操作が不要なこ
とである。従って、成形はコネクタ受口の再設計に伴う
コストを人幅に軽減する。また、コネクタフレーム組立
体52は内腔56を含む。この内腔56は光組立体60の嵌合を
可能にするためフレーム52の端部に形成されている。特
に、フレーム52と同じプラスチック材料から形成されて
いるスリーブ58は、光デバイスとレンズ（図示されてい
ない）を含む光組立体６に接合するように設計されてい
る。光組立体60の様々な構成部品は第２図に詳細に図示
されている。スリーブ58を内腔56に挿入するのにスナッ
プ嵌めが使用されている。スリーブ58内に挿入された時
に、光ファイバのコア領域（図示されていない）が光フ
ァイバの活性領域と心合せされるようにフレーム52を成
形する。更に、光組立体60は電子回路に接続するための
一対のリード線63,64を有する。

本発明のパッケージング集成装置の顕著な改良点は必
要な電気構成部品を封入するのにプラスチック製デュア
ルインパッケージ（DIP）66を使用することである。従
来の受注製産されたHICの代わりにプラスチックDIPを使
用すると、大幅なコスト削減が為されることが発見され
た。第１図に示されているように、DIP66は常用の16−
ピンDIPからなる。このDIPは光組立体60のリード線63,6
4へ接続するための一対の端部が熊手状（end−prong）
のリード線68,70を含むように改造されている。本発明
の新規な構造では、リード線68,70は、光組立体60と電
子装置との接続を容易にするため、90度の角度で上方へ
折り曲げられている。第１図に示されているように、リ
ード線68,70の端部は、前記接続を更に一層容易にする
ため、Ｕ字形をしている。光デバイスと電子装置との間
の熊手端接続を使用すると、DIPの側面に沿って形成さ
れた従来のリード線に光デバイスを接続することに伴う
寄生ノイズ素子が大幅に減少されることが発見された。

第２図について以下に説明されるように、バイパスコ
ンデンサ（図示されていない）は電源リード線を横切っ
て形成され、そして、DIP66のプラスチックカバーの成
形中に適所に成形される。バイパスコンデンサは、外部
電源（図示されていない）に伴う変調ノイズの他、増幅
器出力ステージの自己発生ノイズ（このタイプの受信機
は100dB以下の利得を示す）の殆どを濾過するのに役立
つ。前記のように、本発明のDIP66は比較的長いリード
線72（例えば、0.394cm）を利用する。これにより、リ
ード線72は底部支持部品74から突出して、パッケージ50
のための外部接続として使用される。リード線72をパッ
ケージ50の外に出すことにより、電子回路により発生さ
れた熱は、リード線72に沿った通路から外部の支持フレ
ーム構造に伝えることにより簡単に放熱させることがで
きる。例えば、DIP66内の電子回路は放熱用通路を形成
するDIPリード線の一つになる伝熱性支持部材上に直接
実装することができる。

光デバイス（特に、LEDのような送信デバイス）によ
り発生された熱は金属製カバープレート76（第１図に仮
想線で図示されている）により放熱される。金属製カバ
ープレート76は半導体光デバイスおよびDIP66の双方を
シールドするのに使用されている。カバープレート76
は、必要な側面と背面を形成するように適当に屈曲され
た、ニッケルをメッキした銅の打ち抜き（または絞り）
シートからなる。光組立体60をカバープレート76に接着
することにより必要な放熱路を形成し、かつ、カバープ
レート76を適所に保持するために伝熱性エポキシ樹脂
（図示されていない）を使用する。本発明により形成さ
れた受信機と共に金属製カバープレート76を使用する
と、受信機回路のための接地シールド構造体が形成され
る。特に、カバープレート76は底部支持部品74上に形成
された電気接地面に半田付けされた（またはエポキシ樹
脂接着された）タブ78を含む。伝熱性および／または導
電性のエポキシ樹脂を使用し、受信機光組立体をカバー
プレート76に接着することができる。このような接地技
術を使用すると、受信機回路の感度を大幅に向上させ、
そして、そのEMI感受性を低下させることが発見され
た。

第２図は本発明のパッケージ50を形成するための製造
工程の一例の分解組立体図である。本発明の集成装置の
利点は第２図の上部ラインおよび下部ラインに沿ってそ
れぞれ図示されているように、並列的に組立ラインを使
用して光および電気副組立体を形成できることである。
従って、組立工程中に欠陥の発見された光デバイス、レ
ンズまたは集積回路のような部品は、最終のパッケージ
を完全に組立、そしてテストする前に、簡単に交換でき
る。

図示された組立工程を特に参照すれば、光組立体60は
半導体光デバイス61（例えば、送信機用パッケージには
AlGaAsまたはInGaAsPLEDもしくは受信機用パッケージに
はシリコンまたはInGaAsPIN）を含む。光デバイス61は
次いで、適当な材料（プラスチックまたは金属。熱収縮
の点からはプラスチックが好ましい）から形成されたヘ
ッダー62に取付けられる。第２図に示されるように、ヘ
ッダー62は常用の電気／光ヘッダの変形体からなる。こ
の場合、ヘッダーはトップフランジ部分62（心合わせ中
にヘッダー62の把持および移動を容易にするためのも
の）を含むように逆転されている。リード線62,64がヘ
ッダー62の底部から突出している。次いで、この形態の
光組立体を十分な動作をするかテストする。ヘッダー62
内の光デバイス61が正しく配置されていれば、ヘッダー
62の形成により、第２図に示されているように、扁平領
域が確実に含まれる。その後、内部にネジが切られたナ
ット67をヘッダー62とデバイス61上に挿入する（ナット
67は例えば、プラスチックまたは金属のような任意の材
料からなる。）その後、レンズ65を保持するスリーブ58
をナット67にネジ込み、そして、光デバイス61をスリー
ブ58内に配列させる。別法として、レンズ65はスリーブ
58の装着前に、デバイス61に配置させておくこともでき
る。第２図に示されるように、スリーブ58は光組立体60
をコネクタフレーム52の内腔56内に嵌合させるようなサ
イズの長尺なバレル部分を有する。前記のように、コネ
クタフレーム52およびスリーブ58は液晶ポリマーのよう
な適当なプラスチック材料から形成されている。このよ
うな材料の使用により、所望の形状を有するように成形
することができる。前記のように、フレーム52は適当な
形状のファイバ接続受口54を有する。

前記のように、組立体の電気的部分の組立加工は並列
的な加工ラインに沿って進められる。特に、集積回路80
（送信機ICまたは受信機ICの何れか）が組立られ、そし
て、ウエハレベルでテストされる。次いで、このウエハ
はダイシング加工され、個々の集積回路80がリードフレ
ーム組立体82に接合される。リードフレーム組立体82
は、DIP66の側面に沿って突出する常用のリード線72お
よび一対の端部が熊手状のリード線68,70を含むように
形成されている。また、前記のように、バイパスコンデ
ンサ83が、第２図に示されるように、電源に接続される
リード線対中の適所にエポキシ接着（または半田付け）
される。これらの構造体を、第２図に示されるように端
部が熊手状のリード線68,70が突出されるような特別な
金型を使用し、プラスチック中に封止する。リード線6
8,70および72はリードフレーム82から打ち抜かれ、DIP6
6を形成する。そして、前記のように、端部が熊手状の
リード線68,70は90度の角度になるように下方に折り曲
げられる。その後、この封止集積回路をこの形状でテス
トする。次いで、DIP66を底部支持プレート74上に配置
する。プレート74は常用のプリント配線板、例えば、こ
の目的に適した半田メッキ付銅エポキシガラス基板から
なる。第２図に示されるように、支持プレート74はリー
ド線72を通すための複数の穴75を有する。

組立工程のこの段階で、第２図に示されるように、光
組立体60のリード線63,64をそれらの対応する、端部が
熊手状のリード線68,70に半田付けすることにより副組
立体を相互に接合させる。その後、第２図に示されるよ
うに、カバー76を底部支持プレート74に結合させるのに
使用されるタブ78により金属カバー76を取付ける。最終
的な組立パッケージを第２図に示す。

本発明にもとることなく、前記のパッケージング方法
の多くの変法が存在することは明らかである。例えば、
本発明により形成された送信機は前記のように、LED
（長波長または短波長）の代わりに適当な半導体レーザ
光デバイスを使用できる。端部発光LEDも使用できる。
同様に、本発明により形成された受信機も前記のPINの
代わりにアバランシホトダイオード（APD）を使用でき
る。レンズ集成装置も変更できる。更に、前記の材料以
外の様々な材料を使用し、本発明のパッケージの個別部
品を形成することもできる。例えば、カバープレート76
を形成するのに、ニッケルメッキ銅、ステンレススチー
ルまたはアルミニウムのような多数の金属組成物を使用
できる。フレームハウジング52およびスリーブ58は、所
望の形状に成形することのできる材料であれば、液晶ポ
リマー以外の材料、例えば、プラスチック材料のRyton
（登録商標）（フィリップス社により製造されているポ
リフェニレンスルフィド化合物）などからも構成でき
る。前記に明確に述べなかったその他の様々な変更例も
前記のパッケージング技術を使用することは明らかであ
り、これらも当然、本発明の範囲内に含まれる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、効果的に放熱
させることのできる、安価なパッケージを製造するため
のパッケージング技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の技術を用いて形成されたパッケージの
一例の部分切欠き斜視図である。 第２図は第１図に示されたパッケージを形成するのに使
用される代表的な組立工程を示す分解組立図である。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光組立体（60）と、電子組立体（66,74）
   と、前記光組立体（60）と電子組立体（66,74）とを搭
   載するフレーム（52）と、前記フレーム（52）に係合
   し、前記光組立体（60）と電子組立体（66,74）とを収
   納包囲する金属製カバープレート（76）と からなる光通信集成装置において、 （Ａ）前記光組立体（60）は、 一対の電気リード（63、64）を有する半導体光デバイス
   （61,65）と、 前記半導体光デバイス（61,65）を前記フレーム（52）
   に搭載するための組立体（67,58）と、を有し、 （Ｂ）前記電子組立体（66,74）は、 前記半導体光デバイス（61,65）を電気的に駆動する集
   積回路（80）と、前記集積回路（80）と電気的接触を形
   成する複数のリード（72）と前記リード（72）と反対方
   向に突出した一対のリード線（68,70）とを有するパッ
   ケージ（66）と、前記リード（72）が貫通し前記集積回
   路（80）が載置される底部支持部品（74）と、を有し、 （Ｃ）前記フレーム（52）は、 全体がプラスチック製で、前記光組立体（60）を搭載す
   る内腔（56）を有する側壁と前記側壁から延びる底部フ
   レームとから形成され、 （Ｄ）前記金属製カバープレート（76）は、前記フレー
   ム（52）に係合する手段（78）を有し、 前記光組立体（60）の一対の電気リード（63、64）は、
   電子組立体（66,74）の一対のリード線（68,70）に電気
   的に接触し、 前記底部支持部品（74）は、前記底部フレームに係合
   し、前記フレームに係合する金属製カバープレート（7
   6）と共に、前記集積回路（80）と前記光組立体（60）
   とを包囲する ことを特徴とする光通信集成装置。