JP2616671B2

JP2616671B2 - 光学モジュール装置

Info

Publication number: JP2616671B2
Application number: JP5261695A
Authority: JP
Inventors: 暢洋村井
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-09-25
Filing date: 1993-09-25
Publication date: 1997-06-04
Anticipated expiration: 2012-06-04
Also published as: JPH0792355A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光半導体素子等を用いる
光学モジュール装置に関し、特に光半導体素子に対して
光ファイバを光学的に接続するために用いるフェルール
の取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光半導体素を用いた光学モジュー
ル装置の一例を図３（ａ）に示す。ここでは、光半導体
素子としてレーザダイオード、発光ダイオード、フォト
ダイオード等が用いられ、この光半導体素子が金属ソル
ダにより高熱伝導性のヒートシンク２上に接合され、更
に金属ソルダにより高熱伝導性のチップキャリア３に搭
載され、その上で金属基板４上に一体的に固着されてい
る。この金属基板４はペルチェ効果を利用した冷却装置
５上に搭載され、金属ケース６内に内装される。また、
前記金属基板４には光半導体素子と光学的に結合される
レンズ７が固着され、更にこのレンズ７を介して光ファ
イバ９と光学的に結合している。

【０００３】図３（ｂ）に一部を拡大して示すように、
光ファイバ９はその端末部において樹脂等からなる被覆
（２次被覆）９ａが除去されて裸光ファイバ９ｂとされ
ており、この裸光ファイバ９ｂにガラス管又はセラミッ
ク管１１が被せられ、更にその外側にステンレス等の金
属から成るフェルール１０′が２次被覆９ａの一部を覆
う位置にまで被せられ、その上でこれらがエポキシ系樹
脂１２により一体的に固着される。そして、前記フェル
ール１０′はレーザ溶接によりスライドリング８と呼ば
れる輪状のステンレス材と接合され、このスライドリン
グ８を介して前記金属基板４にレーザ溶接固定されてい
る。また、フェルール１０′は金属ケース６の一側に設
けられた穴６ａに通され、金属ケース６との間に金属ソ
ルダや樹脂等の充填材１３を充填することで固着される

【０００４】この光学モジュールでは、光半導体素子１
と光ファイバ９とはレンズ７を介して光学的に接続さ
れ、光半導体素子１と光ファイバ９との間で光信号を伝
達することが可能となる。また、フェルール１０′と金
属ケース６との間に充填材１３を充填することにより金
属ケース６内の気密性が確保され、光半導体素子１と光
ファイバ９の光学的結合の信頼度が向上する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の光学
モジュールにおいては、ステンレス等の金属からなるフ
ェルール１０′が光ファイバ９の被覆９ａとエポキシ系
樹脂１２により接合されているため、スライドリング８
を金属基板４にレーザ溶接する際の熱がフェルール１
０′を介して２次被覆９ａにまで伝達されると、この２
次被覆９ａの耐熱温度は約８０℃と低いため、この熱に
よって２次被覆９ａが硬化し、２次被覆９ａとエポキシ
系樹脂１２の接着強度が低下され、結果として光ファイ
バ９とフェルール１０′の接着強度が低下する。この接
着強度が低下されると、光ファイバ９がフェルール１
０′内で移動され、レンズ７に対する位置が移動され、
光半導体素子１との光学的な接続が損なわれるという問
題点がある。

【０００６】この問題点を解決するために、例えば特開
昭６３ー４７９９０号公報では、フェルールの外面の一
部に同心状の外筒部を設け、この外筒部とフェルールの
間に断熱空隙を画成することにより、スライドリングの
レーザ溶接の際の熱がフェルールに伝達し難くし、フェ
ルールと光ファイバの破損を防止する構成が提案されて
いる。しかしながら、断熱空隙を設けるためには、フェ
ルールに対して中ぐり施盤加工を施す必要があり、フェ
ルールの製造が困難になるとともに、フェルールが大型
化し、更にコストが高くなるという問題点がある。本発
明の目的は、フェルールに断熱空隙を設けることなく、
フェルールと光ファイバとの接続部への熱の伝達を抑制
して光ファイバの接着強度を高めることを可能にした光
学モジュール装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、光半導体素子
を搭載した金属ケース内の金属基板に光ファイバの端末
を固定するためのフェルールを長さ方向に分割し、分割
された一方のフェルールを金属基板に固定し、他方のフ
ェルールを光ファイバの被覆に接続した構成とする。こ
の場合、分割された各フェルールは互いに長さ方向に間
隙を有して光ファイバに樹脂で接続され、かつその間隙
内には、例えばフェルールと光ファイバとを固定するた
めの樹脂の一部等のような熱伝導性の低い材料を介装し
た構成とする。例えば、フェルールを長さ方向に２分割
し、第１のフェルールを金属基板に固定し、かつ金属ケ
ースに設けた穴を挿通させて充填材で固定し、第２のフ
ェルールを光ファイバの被覆に接続する。或いはフェル
ールを長さ方向に３分割し、第１のフェルールを金属基
板に固定し、第２のフェルールを金属ケースに設けた穴
を挿通して充填材で固定し、第３のフェルールを光ファ
イバの被覆に接続する。

【０００８】

【作用】フェルールを長さ方向に分割し、互いに間隙を
もって配置し、その間隙に樹脂を介装することで、分割
された各フェルール間の熱抵抗を大きくし、金属基板に
一方のフェルールを固定した際に生じる熱を他方のフェ
ルールに伝達され難くし、他方のフェルールに接続した
光ファイバの被覆の接続が熱によって剥がれることを抑
制する。

【０００９】

【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１（ａ）は本発明の一実施例の全体構成を示す断
面図である。レーザダイオード、発光ダイオード等の光
半導体素子１は高熱伝導性材料からなるヒートシンク２
上に、金−ケイ素合金、金−錫合金、鉛−錫合金等から
なる金属ソルダにより接合され、更に、銅などの高熱伝
導性を有する金属からなるチップキャリア３上に金属ソ
ルダを介して接合され、その上で金属ソルダやレーザ溶
接により金属基板４上に固着されている。金属基板４は
ペルチェ効果を利用した冷却装置５により金属ケース６
内に搭載される。この冷却装置５を金属ケース６に固定
する金属ソルダとしてはインジウム−錫合金が用いられ
る。また、この金属基板４の一部．には金属ソルダによ
りレンズ７が固着され、前記光半導体素子１と光学的に
接続される。また、前記金属基板４には輪状の金属から
なるスライドリング８がレーザ溶接され、かつ金属ケー
ス６の一側に設けた孔６ａを挿通された光ファイバ９の
端部がフェルール１０により前記スライドリング８に支
持され、前記レンズ７を介して光半導体素子１に光学的
に接続されている。

【００１０】図１（ｂ）は前記光ファイバ９とフェルー
ル１０の詳細な断面図である。光ファイバ９の端末部で
は２次被覆９ａが剥離されており、露呈された裸光ファ
イバ９ｂにはガラス管１１が被せられる。更に、その外
側にはステンレスからなるフェルール１０が被せられ
る。このフェルール１０は、その長さ方向に分割された
第１および第２のフェルール１０ａ，１０ｂで構成さ
れ、比較的に長い第１フェルール１０ａを光ファイバ９
の端末側に位置させ、これよりも短い第２フェルール１
０ｂをその内側で第１フェルール１０ａとは隙間を設
け、かつ光ファイバ９の２次被覆９ａの一部に被される
ように位置させている。そして、光ファイバ９、ガラス
管１１，第１および第２のフェルール１０ａ，１０ｂを
エポキシ系樹脂１２により一体的に接続している。

【００１１】そして、前記第１フェルール１０ａはスラ
イドリング８にレーザ溶接され、このスライドリング８
は金属基板４にレーザ溶接されてそれぞれ固定されてい
る。また、第１フェルール１０ａは金属ケース６の側面
に設けた穴６ａに挿通され、この穴にインジウム等の金
属ソルダまたはエポキシ系樹脂からなる充填材１３を充
填することで金属ケース６に固着される。なお、この充
填材１３による充填作業では、昇温によるモジュールの
信頼度低下を防ぐために、充填箇所を半田鏝で局所的に
加熱して行われる。

【００１２】この構成によれば、金属基板４にスライド
リング８をレーザ溶接する際、或いは第１フェルール１
０ａをスライドリング８にレーザ溶接する際に生じる熱
は、少なくとも第１フェルール１０ａにまで伝達され、
第１フェルール１０ａでは局所的に１２０〜１６０℃に
まで昇温される。しかしながら、本実施例では第１フェ
ルール１０ａと第２フェルール１０ｂとが分割形成さ
れ、かつ両フェルールの間には隙間を設けてその間にエ
ポキシ樹脂１２を介装していること、およびステンレス
の熱伝導率が１７Ｗ／ｍｋであるのに対しエポキシ系樹
脂は約１Ｗ／ｍｋであることにより、第１フェルール１
０ａと第２フェルール１０ｂとの間の熱抵抗が大きくさ
れているため、第１フェルール１０ａの熱が第２フェル
ール１０ｂに伝達され難く、したがって、第２フェルー
ル１０ｂと光ファイバ９の２次被覆９ａとの接続部分の
昇温が抑制される。

【００１３】このため、従来ではフェルールを通した熱
伝導により２次被覆９ａが約９０℃迄昇温していたのに
対し、本実施例では約６５℃までしか昇温されず、２次
被覆９ａは通常８０℃以上で硬化されるので、エポキシ
系樹脂１２の硬化が防止され、エポキシ樹脂１２と２次
被覆９ａとの接着剥がれを有効に防止することが可能と
なる。これにより、光ファイバ９と第２フェルール１０
ｂの接着強度を改善し、光ファイバ９と光半導体素子１
との光学的な接続の信頼性を向上することができる。な
お、この効果は、フェルール１０を金属ケース６の穴６
ａに挿通し、充填材１３を充填する際の熱に対しても同
様に有効である。

【００１４】因みに、本発明と従来の光学モジュールに
おける光ファイバとフェルールの接着強度の測定結果を
各々図４と図５に示す。これらの図において、（ａ）は
フェルールをモジュールに接続する前の強度、（ｂ）は
接続した後の強度をそれぞれ示している。なお、測定結
果は第１フェルール１０ａと第２フェルール１０ｂの間
隔が１．０ｍｍ、外径が１．５ｍｍの場合である。測定
結果から判るように、従来の光半導体装置では約１００
０ｇの接着強度の低下がみられるが、本発明では約１０
０ｇしか低下していない。このことから本発明は金属ソ
ルダー又は樹脂による接合の際に加えた熱に起因する光
ファイバとフェルールの接着強度の低下を防止する効果
を有する。したがって、フェルールに断熱空隙を設けな
くとも光ファイバとフェルールの接着強度を高いものに
維持でき、フェルールに中ぐり施盤加工を施す必要はな
く、フェルールの大型化や構造の複雑化は回避でき、か
つ低コスト化が実現できる。

【００１５】次に本発明の他の実施例を図面を参照して
説明する。図２（ａ）その全体構成の断面図、図２
（ｂ）はそのフェルール部の詳細な断面図である。この
実施例ではフェルール部の構造のみ前記実施例と異なる
のでフェルール部の構造について説明する。ここでは、
フェルールを長さ方向に３分割しており、第１，第２，
第３のフェルール１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃで構成してい
る。そして、光ファイバ９は２次被覆９ａが剥離された
端末の裸光ファイバ９ｂにガラス管１１が被せられ、そ
の外側に第１，第２，第３のフェルール１０Ａ，１０
Ｂ，１０Ｃが長さ方向に間隙をおいて被せられ、各フェ
ルールがエポキシ系樹脂１２により固着されている。こ
の場合、第２フェルール１０Ｂは金属ケース６の穴６ａ
に相当する位置に配置され、第３フェルール１０Ｃはそ
の一部が２次被覆９ａに被せられる位置に配置される。

【００１６】この構成では、第１フェルール１０Ａはレ
ーザ溶接によりステンレス製のスライドリング８に接合
され、更に金属基板４に接続される。また、第２フェル
ール１０Ｂは金属ケース６の穴６ａ内において充填材に
よりに固着されている。したがって、第１フェルール１
０Ａと第２フェルール１０Ｂとの間には間隙が画成さ
れ、かつ両者間にエポキシ樹脂１２が存在しているた
め、その熱抵抗が大きくなり、第１フェルール１０Ａお
よびスライドリング８のレーザ溶接時に生じる熱が第１
フェルール１０Ａに伝達されたときにも、その熱が第２
フェルール１０Ｂに伝達されることが抑制される。した
がって、この第２フェルール１０Ｂとの間に間隙を有
し、かつエポキシ樹脂１２が存在している第３フェルー
ル１０Ｃへの熱の伝達は極めて小さなものとなる。これ
により、光ファイバ９の２次被覆９ａにおける昇温は前
記実施例の場合よりも小さくなり、光ファイバ９と第３
フェルール１０Ｃの接着強度は低下され難いものとな
る。

【００１７】また、第２フェルール１０Ｃを金属ケース
６の穴６ａ内に充填材１３により固定する際の熱が第２
フェルール１０Ｂに伝達された場合でも、前記実施例と
同様な理由で、第３フェルール１０Ｃにおける熱伝達が
抑制され、２次被覆９ａの昇温が防止され、光ファイバ
９と第３フェルール１０Ｃの接着強度は低下され難いも
のとなる。この実施例では、レーザ溶接及び充填材の充
填前後における光ファイバ６と第３フェルール１０Ｃの
接着強度の低下は１００ｇ以下となる。また、この実施
例においてもフェルールに断熱空隙を設ける必要はな
く、フェルールの大型化、構造の複雑化を回避し、低コ
スト化が実現できる。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、光半導体
素子を搭載した金属ケース内の金属基板に光ファイバの
端末を固定するためのフェルールを長さ方向に分割し、
分割された一方のフェルールを金属基板に固定し、他方
のフェルールを光ファイバの被覆に接続し、両者間の間
隙内に熱伝導性の低い材料を介装しているので、分割さ
れた各フェルール間の熱抵抗を大きくし、金属基板や金
属ケースに一方のフェルールを固定した際に生じる熱を
他方のフェルールに伝達され難くし、他方のフェルール
に接続した光ファイバの被覆の接続が熱によって剥がれ
ることを抑制する。これにより、フェルールに断熱空隙
を形成しなくとも接続強度を高め、フェルールの大型
化、複雑化、及びコスト高を防止することができる効果
がある。特に、分割された各フェルール間の間隙に、フ
ェルールと光ファイバとを固定するための樹脂の一部を
介装することで、特に材料を増やすことなく両者間の熱
抵抗を更に大きくし、光ファイバの接続強度を更に高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学モジュール装置の一実施例を示
し、（ａ）は全体構成を示す断面図、（ｂ）はフェルー
ル部の拡大断面図である。

【図２】本発明の他の実施例を示し、（ａ）は全体構成
を示す断面図、（ｂ）はフェルール部の拡大断面図であ
る。

【図３】従来の光学モジュール装置の一例を示し、
（ａ）は全体構成を示す断面図、（ｂ）はフェルール部
の拡大断面図である。

【図４】本発明の一実施例における光ファイバとフェル
ールとの接着強度を示す図であり、（ａ）はレーザ溶接
前の強度、（ｂ）はレーザ溶接後の強度である。

【図５】従来の光学モジュール装置における光ファイバ
とフェルールとの接着強度を示す図であり、（ａ）はレ
ーザ溶接前の強度、（ｂ）はレーザ溶接後の強度であ
る。

【符号の説明】

１光半導体素子３チップキャリア４金属基板６金属ケース８スライドリング９光ファイバ９ａ２次被覆１０（１０ａ，１０ｂ，１０Ａ〜１０Ｃ）フェルール１１ガラス管１２樹脂１３充填材

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属ケース内の金属基板に搭載された光
半導体素子と、前記光半導体素子と光学的に接続される
ように前記金属基板にその端末が固定される光ファイバ
とで構成され、前記光ファイバの端末に金属製のフェル
ールを被せて光ファイバに樹脂で固定し、かつこのフェ
ルールを前記金属基板に溶接等により固定してなる光学
モジュール装置において、前記フェルールを長さ方向に
分割し、分割された一方のフェルールを金属基板に固定
し、他方のフェルールを光ファイバの被覆に接続し、分
割された各フェルールは互いに長さ方向に間隙を有し、
この間隙内には樹脂等の熱伝導性の低い材料を介装した
ことを特徴とする光学モジュール装置。
【請求項２】間隙内に介装される材料はフェルールを
光ファイバに固定する樹脂の一部である請求項１の光学
モジュール装置。
【請求項３】フェルールを長さ方向に２分割し、第１
のフェルールを金属基板に固定し、かつ金属ケースに設
けた穴を挿通させて充填材で固定し、第２のフェルール
を光ファイバの被覆に接続してなる請求項１または２の
光学モジュール装置。
【請求項４】フェルールを長さ方向に３分割し、第１
のフェルールを金属基板に固定し、第２のフェルールを
金属ケースに設けた穴を挿通して充填材で固定し、第３
のフェルールを光ファイバの被覆に接続してなる請求項
１または２の光学モジュール装置。