JP4028270B2 - 光モジュール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に実装して使用される光通信用の光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光モジュールはパッケージに収容された光半導体素子を有しており、この光半導体素子は光学系を介して光ファイバに光接続されている。光半導体素子は電力を供給されて駆動し、上述の光学系および光ファイバを通じてレーザ光を投受光することができる。光半導体素子はその駆動時の発熱により素子特性が変化しやすいため、その発熱による温度変動を抑制することが重要である。半導体素子の温度安定化には、例えばペルチェクーラを用いた強制冷却やヒートシンクを用いた自然冷却等の各種の手段があるが、省電力化の観点からはヒートシンクを用いた冷却手段がより好ましい。
【０００３】
その一方で、光モジュールを用いた光増幅器や信号光源等の光通信機器にあっては、その全体を小型化するため個々の光モジュールについても実装サイズの小型化が求められる。例えば、光モジュールを配線基板に挿入実装（スルーホール実装）する場合、その実装サイズを小型化するにはいわゆるＤＩＬ（dual in-line）型と称されるリード形状が適している。ＤＩＬ型のリードはパッケージの両側面に複数対をなして設けられ、それぞれ側面から下方に延びている。このためリードを配線基板に挿入して光モジュールを実装すれば、リードが側方に拡がらない分、実装面積は小さく抑えられるものと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の光モジュールにおいては通常、パッケージから外部への排熱はその底面を排熱経路として行われるが、ＤＩＬ型のリードはパッケージ底面よりも下方に突き出ているため、パッケージの直下にヒートシンク等を配置することは難しい。このためＤＩＬ型のリード形状を有するパッケージでは、ヒートシンク等による冷却手段の適用が困難となっている。
【０００５】
そこで本発明は、光モジュールの実装サイズを小型化するとともに、パッケージからの放熱性をも容易に向上することができる光モジュールの提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の態様において、本発明の光モジュールは、パッケージ底面およびこのパッケージ底面と交差する方向に延びる一対のパッケージ側面を有するパッケージ内に、光学系を介して光ファイバに光接続された光半導体素子が収容され、前記パッケージ底面は熱伝導部材を介して前記光半導体素子と熱結合され、前記パッケージ側面にはリード基端部を蝋付けするためのメッキ領域が形成され、このメッキ領域はその下端が前記パッケージ側面の下端から間隔を開けて画定され、リード基端部が前記メッキ領域に蝋付けされた形態でリードがパッケージ側面に沿って設けられており、さらに、前記パッケージに形成され、前記パッケージ側面の前記メッキ領域と前記パッケージ底面との間のコーナ部位を面取りする面取り部を備えた、光モジュールである。第２の態様において、本発明の光モジュールは、パッケージ底面およびこのパッケージ底面と交差する方向に延びる一対のパッケージ側面を有するパッケージ内に、光学系を介して光ファイバに光接続された光半導体素子が収容され、前記パッケージ底面は熱伝導部材を介して前記光半導体素子と熱結合され、前記パッケージ側面にはリード基端部を蝋付けするためのメッキ領域が形成され、このメッキ領域はその下端が前記パッケージ側面の下端から間隔を開けて画定され、リード基端部が前記メッキ領域に蝋付けされた形態でリードがパッケージ側面に沿って設けられており、さらに、前記パッケージに形成され、前記パッケージ側面の前記メッキ領域と前記パッケージ底面との間のコーナ部位をその長手方向に切り欠いて延びる切欠溝を備えた、光モジュールである。好ましくは、前記パッケージ底面は配線基板に対向し、前記リードは蝋付けされたリード基端部の手前を曲げ位置としてＬ字に曲げられ、Ｌ字の水平位置と配線基板表面の間に隙間が形成され、この隙間を使用してＬ字の水平位置の部分が配線基板表面の対応部分に半田付けされた状態において前記パッケージ底面が配線基板表面に密着した状態になる。これによりパッケージ底面から配線基板への排熱経路が確保されるので、配線基板をヒートシンクとして利用可能となる。またパッケージの底面を配線基板に密着させているため、実装高さが低く抑えられる。また、前記配線基板にて前記パッケージ底面が密着するべき位置に開口を形成し、この開口を通じて前記パッケージ底面にヒートシンクが密着されることが好ましい。
【０００８】
光モジュールの実装方法は上述のリードを備えることで容易に実現される。具体的には、パッケージの底面を配線基板に相対させ、基端部から先の部分を側方に曲げたリードを配線基板に固着するとともに、パッケージの底面を配線基板に密着させる。リードはパッケージの底面よりも上の位置で側方に曲げられているから、これを配線基板の表面に固着する際にパッケージの底面を配線基板に密着させることは容易である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は光モジュールの一例として、半導体レーザモジュール１を概略的に示している。この半導体レーザモジュール１はブロック状のパッケージ２を備えており、パッケージ２はその内部に半導体レーザ素子３を収容している。パッケージ２は金属製の底板４を有しており、この底板４の上にセラミック製の周壁６が形成されている。また周壁６の上には天板８が配置されており、この天板８は周壁６の上部開口を覆っている。なお底板４はその長手方向の一端が周壁６から張り出し、この張出部分にねじ挿通孔１０が形成されている。ただし底板４の張り出しは特に必須ではないし、また底板４は金属製のものに限らず周壁６と同様にセラミック製のものであってもよい。さらに周壁６は全てセラミック製ではなく、後述のリードを固着する部分を除いて金属製であってもよい。
【００１０】
底板４の張出部分と反対側に位置する周壁６には光通口１２が形成されている。この位置の周壁６には光通口１２に連なってレンズ筐体１４およびファイバ支持部材１６が順次連結されており、このうちレンズ筐体１４には集光レンズ１８が収容されており、またファイバ支持部材１６にはフェルール１９が収容されている。なお、フェルール１９には光ファイバ２０が挿入されている。
【００１１】
パッケージ２内にて、底板４上に例えばＣｕＷ製のブロック２２が配置されており、このブロック２２は底板４にＳｎＰｂ半田で固定されている。またブロック２２上には、ＡｌＮ製のキャリア２４を介して上述の半導体レーザ素子３が設置されている。半導体レーザ素子３はキャリア２４にＡｕＳｎ半田でダイボンディングされており、キャリア２４は同じＡｕＳｎ半田でブロック２２に半田付けされている。
【００１２】
半導体レーザ素子３と光通口１２との間に１次レンズ２６が立設されており、半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光は１次レンズ２６を透過して平行光に変換され、光通口１２に向けて照射される。平行光は上述の集光レンズ１８により集光されて光ファイバ２０に導入される。それゆえ半導体レーザ素子３は、１次レンズ２６および集光レンズ１８からなる光学系を介して光ファイバ２０に光接続されている。
【００１３】
図１の構造を有する半導体レーザモジュール１にあっては、半導体レーザ素子３自身の熱抵抗を除いて、パッケージ２の底面から素子３までの全熱抵抗が約８℃／Ｗである。ここで、例えば素子３の発熱量を０．５Ｗ程度とすると、素子３の温度上昇幅は約４℃となるものと見込まれる。
図２は、第１実施形態の半導体レーザモジュール１のリード２８を具体的に示している。リード２８はパッケージ２の両側面に４対設けられており、各側面に沿って４本のリード２８が１列をなしている。それゆえパッケージ２の両側面にてリード２８は２列をなし、いずれも側面から下方に向けて延びるＤＩＬ型のものとなっている。なお図示の例ではリード２８の本数は４対、つまり８ピンとなっているが、リード２８の本数には特に限定がない。
【００１４】
パッケージ２の各側面には鑞付け用のメッキパターン３０が４つずつ形成されており、これらメッキパターン３０の配列はリード２８の取り付け本数に対応したものとなっている（図２中ａ）。各リード２８はその基端部が四角くパッド状に広がっており、それゆえ基端部にはメッキパターン３０に対応して、一定の鑞付け面が確保されている。
【００１５】
個々のメッキパターン３０はリード２８の長手方向に沿って縦長に形成され、その下端はいずれもパッケージ２の底面よりも上方に位置付けられている。このため各リード２８はメッキパターン３０の範囲内だけで鑞付けされ、その基端部はパッケージ２の底面から離隔した位置で側面に固着される。したがって各リード２８の基端部は、メッキパターン３０の下端よりも上方がその鑞付けによる固着領域Ｓとなる（図２中ｂ）。
【００１６】
また、このような基端部の固着領域Ｓは、その先の部分のリード２８をパッケージ２の側面に固定することなく脱離自在とする。このためリード２８をパッケージ２の側方に曲げる際、固着領域Ｓの外にて基端部から先の部分のリード２８をパッケージ２の側面から引き離し、底面よりも上の位置でリード２８を曲げることが可能となる（図２中ｃ）。なお、半導体レーザモジュール１を表面実装する場合、パッケージ２の底面からリード２８の曲げ位置までの間隔ｄは例えば０．２ｍｍ以上確保されていることが好ましい。
【００１７】
図３および図４は、第１実施形態の半導体レーザモジュール１を配線基板３２に表面実装する場合の一例を示している。この第１実装例は、例えば以下の実装方法により実現される。
上述した半導体レーザモジュール１のパッケージ２の底面を、その実装するべき配線基板３２の実装面に相対させる。このとき互いの配置関係は、例えば配線基板３２が下に敷設された状態であるとすると、各リード２８はパッケージ２の底面から上方に離隔した位置で側方に曲げられた状態にある。この状態で各リード２８を配線基板３２に半田付けして固着するとともに、パッケージ２の底面を配線基板３２の表面に密着させることで図３および図４の表面実装例が得られる。なおこの場合、パッケージ２の底面と配線基板３２との間にグリスを介在させておくことが好ましい。
【００１８】
上述した第１実装例によれば、パッケージ２の底面を配線基板３２に密着させることで底面から配線基板３２への排熱経路が確保される。このため、配線基板３２をヒートシンクとして利用して半導体レーザ素子３を効率的に冷却し、その素子特性を良好に安定化させることができる。なお第１実装例では、素子３の温度上昇幅は約６℃であった。このことから、配線基板３２および配線基板３２とパッケージ２との密着部の熱抵抗が０．５℃／Ｗ程度であると推測できる。
【００１９】
上述したリード２８の固着領域Ｓによる有用性は、以下の従来技術との比較においてより明らかとなる。
すなわち、図５に示されるように従来のＤＩＬ型リード２８０はパッケージ２００の側面に対し、その下端位置（上下方向でみて底面と同じ位置）まで鑞付けされている。このため、リード２８０を側方に曲げる際、その曲げ位置は必ずパッケージ２００の底面よりも下となり、これより上の位置でリード２８０を側方に曲げることはできない。したがって、仮に従来のリード２８０を側方に曲げたとしても、パッケージ２００の底面を配線基板３２０に密着させた状態でモジュール１００を表面実装することはできない。
【００２０】
また従来のリード２８０では、その鑞付の際に余分な鑞がパッケージ２００の底面にまで回り込み、その結果、リード２８０と底面との間にフィレット（すみ肉）２８２が形成される。このため従来のモジュール１００を配線基板３２０に挿入実装する場合、図３に示されるようにフィレット２８２が干渉するためパッケージ２００の底面が配線基板３２０の表面から浮き上がった状態とならざるをえない。
【００２１】
この点、第１実施形態の半導体レーザモジュール１ではリード２８とパッケージ２の底面との間にフィレットが存在しておらず、それゆえ底面の平坦度が保持されている。したがって、挿入実装と表面実装のいずれの場合においてもパッケージ２の底面を配線基板３２に確実に密着させることができる。
図６は半導体レーザモジュール１の第２実装例を示している。この実装例では配線基板３２がモジュール１の直下にて部分的に切り取られており、それゆえ配線基板３２にてパッケージ２の底面が密着するべき位置に開口３３が形成されている。そして、この開口を通じてパッケージ２の底面にアルミニウム製のヒートシンク３４が密着されている。ヒートシンク３４は断面凸字形状をなし、その中央の隆起した部分は底板４よりもわずかに広い幅を有している。またヒートシンク３４は中央から両側へ拡がっており、これら両翼部分は配線基板３２の下方を延びている。なおヒートシンク３４の材質や具体的な形状は特に限定されていない。
【００２２】
また第２実装例においては、図７に示されるように配線基板３２の開口３３内にパッケージ２を没入させ、配線基板３２の上面よりも低い位置でパッケージ２の底面をヒートシンク３４に密着させることもできる。この場合、パッケージ２の底面が配線基板３２の厚み方向に没入する分だけリード２８の固着領域Ｓは第１実装例（図２中ｂ）の場合よりも上方に設けられており、それゆえ上述した間隔ｄの値もより大きくなっている。
【００２３】
上述の第２実装例は、例えば以下の実装方法により実現される。
ここでの実装方法は図２の半導体レーザモジュール１を用いる点で第１実装例の場合と同様であるが、配線基板３２にてパッケージ２の底面が密着するべき位置に切り欠き等による開口３３を形成し、この開口３３を通じてヒートシンク３４を底面に密着させる要素が加わっている。なお、ヒートシンク３４はリード２８を配線基板３２に半田付けした後で開口３３内に配置してもよいし、あるいは予め開口３３内にヒートシンク３４を配置しておいてリード２８を半田付けしてもよい。
【００２４】
上述した第２実装例によれば、より熱容量の大きいヒートシンク３４を用いることでパッケージ２の底面からの放熱効率を高め、半導体レーザ素子３を確実に冷却することができる。また図７の実装例のようにパッケージ２が配線基板３２の厚み方向に没入されている場合、その分だけ配線基板３２から上の実装高さがより低く抑えられる。
【００２５】
図８は第２実施形態の半導体レーザモジュール１を示している。この場合、パッケージ２の側壁６にて、その両側面の下部にそれぞれ面取り部３６が形成されている。これら面取り部３６はリード２８の固着領域Ｓと底面との間のコーナ部分を斜めに面取りしており、それゆえパッケージ２の両側面には各面取り部３６の上方にメッキパターン３０が形成されている。また底板４の両側縁位置は、各面取り部３６の際にほぼ合致している（図８中ｂ）。
【００２６】
このような面取り部３６はパッケージ２の底面および側面と固着領域Ｓとの間に隙間を形成し、リード２８を側方に曲げるのを容易にする（図８中ｂ，ｃ）。図９および図１０は、第２実施形態の半導体レーザモジュール１を表面実装した場合の一例を示している。この実装例においても、リード２８をパッケージ２の側方に曲げて配線基板３２に半田付けするとともに、パッケージ２の底面を配線基板３２の実装面に密着させることができる。
【００２７】
図１１は第３実施形態の半導体レーザモジュール１を示している。この場合、パッケージ２は金属製底板を有しておらず、その底板４および側壁６はセラミック積層により一体的に成形されている。またパッケージ２には、その両側面と底面との間の下側コーナ部分にそれぞれ面取り部３６が形成されている。これら面取り部３６も第２実施形態と同様に、リード２８の固着領域Ｓと底面との間のコーナ部分を斜めに面取りしており、パッケージ２の両側面には各面取り部３６の上方にメッキパターン３０が形成されている。また第３実施形態においても、面取り部３６はパッケージ２の底面および側面と固着領域Ｓとの間に隙間を形成し、リード２８を側方に曲げるのを容易にすることができる（図１１中ｂ，ｃ）。
【００２８】
また図１２は、第４実施形態の半導体レーザモジュール１を示している。この場合、面取り部３６に代えて両側のコーナ部分はその長手方向に切り欠かれており、そこに２本の切欠溝３８が形成されている。これら切欠溝３８はリード２８の固着領域Ｓと底面との間のコーナ部分を切り欠いており、パッケージ２の両側面には各切欠溝３８の上方にメッキパターン３０が形成されている。また第４実施形態においても、切欠溝３８はパッケージ２の底面および側面と固着領域Ｓとの間に隙間を形成し、リード２８を側方に曲げるのを容易にすることができる（図１２中ｂ，ｃ）。
【００２９】
第３および第４実施形態の半導体レーザモジュール１を配線基板３２に表面実装する場合、その実装例は第２実施形態の場合とほぼ同様となる（図９および図１０参照）。ただし、第３および第４実施形態の半導体レーザモジュール１では金属製底板４がなく、代わりにセラミック製底板４の下面がパッケージ２の底面となる。この実装例においても、パッケージ２の底面から配線基板３２への排熱経路が形成されるので、半導体レーザ素子３の放熱性を高めることができる。
【００３０】
また上述した第２〜第４実施形態の半導体レーザモジュール１について、それぞれ図６および図７に示される実装例を採用することもできる。この場合、配線基板３２の開口３３およびヒートシンク３４については同様とし、パッケージ２の形態のみをそれぞれ第２〜第４実施形態の半導体レーザモジュール１のものに置き換えればよい。これら実装例を採用することで、第２〜第４実施形態の半導体レーザモジュール１においても同様にヒートシンク３４による放熱性の向上や実装高さの小型化を図ることができる。
【００３１】
なお上述した各実装例では表面実装の場合を挙げているが、各実施形態の半導体レーザモジュール１は、図１３に示されるようにリード２８を曲げることなく挿入実装することも可能である。この場合、既に述べたようにパッケージ２の底面にフィレットが形成されていないため、パッケージ２に金属製底板を用いていない場合であっても、その底面を配線基板３２に密着させることができる。
【００３２】
上述した各種実施形態の半導体レーザモジュール１およびその実装方法は好ましい例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、光モジュールの具体的な構造は図１のものに限られず、その光学系要素は１レンズ系のものであってもよいし、光半導体素子は発光素子だけでなく受光素子でもよい。
また光モジュールの具体的な仕様や用途は特に限定がなく、本発明は各種の用途に用いる光モジュールに適用可能である。
【００３３】
その他、図示とともに説明した各種要素はあくまで一例であり、これらを適宜変形または置換可能であることはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の光モジュールおよびその実装方法によれば、いわゆるＤＩＬ型のリード形状であっても表面実装が可能であり、その際、パッケージ底面を配線基板またはヒートシンクに密着させてその放熱性を大きく向上することができる。このため光半導体素子の温度変動による特性の変化を抑え、光半導体素子に安定した性能を発揮させることが可能となる。
【００３５】
また本発明の光モジュールおよびその実装方法ではパッケージ底面が配線基板に密着するため、実装高さの小型化も可能である。特に表面実装の場合は配線基板の裏面側にリードが突出しないため、配線基板の裏面と外部筐体とのクリアランスを最小限に抑えることができる。このため外部筐体を全体として小型化できるという大きな利点がある。
【００３６】
さらに配線基板に開口を形成し、そこにパッケージ底面を没入させる実装方法によれば、配線基板から上方の実装高さをより低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザモジュールの構造を概略的に示した断面図である。
【図２】第１実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図３】半導体レーザモジュールの第１実装例を示した斜視図である。
【図４】半導体レーザモジュールの第１実装例を示した正面図である。
【図５】従来の半導体レーザモジュールを示した正面図である。
【図６】半導体レーザモジュールの第２実装例を示した斜視図である。
【図７】半導体レーザモジュールの第２実装例を示した正面図である。
【図８】第２実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図９】第２実施形態の半導体レーザモジュールの実装例を示した斜視図である。
【図１０】第２実施形態の半導体レーザモジュールの実装例を示した正面図である。
【図１１】第３実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図１２】第４実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図１３】半導体レーザモジュールを挿入実装した場合の例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザモジュール
２ パッケージ
３ 半導体レーザ素子
４ 底板
６ 側壁
１８ 集光レンズ
２０ 光ファイバ
２６ １次レンズ
２８ リード
３０ メッキパターン
３２ 配線基板
３３ 開口
３４ ヒートシンク
３６ 面取り部
３８ 切欠溝
【発明の属する技術分野】
本発明は、配線基板に実装して使用される光通信用の光モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光モジュールはパッケージに収容された光半導体素子を有しており、この光半導体素子は光学系を介して光ファイバに光接続されている。光半導体素子は電力を供給されて駆動し、上述の光学系および光ファイバを通じてレーザ光を投受光することができる。光半導体素子はその駆動時の発熱により素子特性が変化しやすいため、その発熱による温度変動を抑制することが重要である。半導体素子の温度安定化には、例えばペルチェクーラを用いた強制冷却やヒートシンクを用いた自然冷却等の各種の手段があるが、省電力化の観点からはヒートシンクを用いた冷却手段がより好ましい。
【０００３】
その一方で、光モジュールを用いた光増幅器や信号光源等の光通信機器にあっては、その全体を小型化するため個々の光モジュールについても実装サイズの小型化が求められる。例えば、光モジュールを配線基板に挿入実装（スルーホール実装）する場合、その実装サイズを小型化するにはいわゆるＤＩＬ（dual in-line）型と称されるリード形状が適している。ＤＩＬ型のリードはパッケージの両側面に複数対をなして設けられ、それぞれ側面から下方に延びている。このためリードを配線基板に挿入して光モジュールを実装すれば、リードが側方に拡がらない分、実装面積は小さく抑えられるものと考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この種の光モジュールにおいては通常、パッケージから外部への排熱はその底面を排熱経路として行われるが、ＤＩＬ型のリードはパッケージ底面よりも下方に突き出ているため、パッケージの直下にヒートシンク等を配置することは難しい。このためＤＩＬ型のリード形状を有するパッケージでは、ヒートシンク等による冷却手段の適用が困難となっている。
【０００５】
そこで本発明は、光モジュールの実装サイズを小型化するとともに、パッケージからの放熱性をも容易に向上することができる光モジュールの提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の態様において、本発明の光モジュールは、パッケージ底面およびこのパッケージ底面と交差する方向に延びる一対のパッケージ側面を有するパッケージ内に、光学系を介して光ファイバに光接続された光半導体素子が収容され、前記パッケージ底面は熱伝導部材を介して前記光半導体素子と熱結合され、前記パッケージ側面にはリード基端部を蝋付けするためのメッキ領域が形成され、このメッキ領域はその下端が前記パッケージ側面の下端から間隔を開けて画定され、リード基端部が前記メッキ領域に蝋付けされた形態でリードがパッケージ側面に沿って設けられており、さらに、前記パッケージに形成され、前記パッケージ側面の前記メッキ領域と前記パッケージ底面との間のコーナ部位を面取りする面取り部を備えた、光モジュールである。第２の態様において、本発明の光モジュールは、パッケージ底面およびこのパッケージ底面と交差する方向に延びる一対のパッケージ側面を有するパッケージ内に、光学系を介して光ファイバに光接続された光半導体素子が収容され、前記パッケージ底面は熱伝導部材を介して前記光半導体素子と熱結合され、前記パッケージ側面にはリード基端部を蝋付けするためのメッキ領域が形成され、このメッキ領域はその下端が前記パッケージ側面の下端から間隔を開けて画定され、リード基端部が前記メッキ領域に蝋付けされた形態でリードがパッケージ側面に沿って設けられており、さらに、前記パッケージに形成され、前記パッケージ側面の前記メッキ領域と前記パッケージ底面との間のコーナ部位をその長手方向に切り欠いて延びる切欠溝を備えた、光モジュールである。好ましくは、前記パッケージ底面は配線基板に対向し、前記リードは蝋付けされたリード基端部の手前を曲げ位置としてＬ字に曲げられ、Ｌ字の水平位置と配線基板表面の間に隙間が形成され、この隙間を使用してＬ字の水平位置の部分が配線基板表面の対応部分に半田付けされた状態において前記パッケージ底面が配線基板表面に密着した状態になる。これによりパッケージ底面から配線基板への排熱経路が確保されるので、配線基板をヒートシンクとして利用可能となる。またパッケージの底面を配線基板に密着させているため、実装高さが低く抑えられる。また、前記配線基板にて前記パッケージ底面が密着するべき位置に開口を形成し、この開口を通じて前記パッケージ底面にヒートシンクが密着されることが好ましい。
【０００８】
光モジュールの実装方法は上述のリードを備えることで容易に実現される。具体的には、パッケージの底面を配線基板に相対させ、基端部から先の部分を側方に曲げたリードを配線基板に固着するとともに、パッケージの底面を配線基板に密着させる。リードはパッケージの底面よりも上の位置で側方に曲げられているから、これを配線基板の表面に固着する際にパッケージの底面を配線基板に密着させることは容易である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は光モジュールの一例として、半導体レーザモジュール１を概略的に示している。この半導体レーザモジュール１はブロック状のパッケージ２を備えており、パッケージ２はその内部に半導体レーザ素子３を収容している。パッケージ２は金属製の底板４を有しており、この底板４の上にセラミック製の周壁６が形成されている。また周壁６の上には天板８が配置されており、この天板８は周壁６の上部開口を覆っている。なお底板４はその長手方向の一端が周壁６から張り出し、この張出部分にねじ挿通孔１０が形成されている。ただし底板４の張り出しは特に必須ではないし、また底板４は金属製のものに限らず周壁６と同様にセラミック製のものであってもよい。さらに周壁６は全てセラミック製ではなく、後述のリードを固着する部分を除いて金属製であってもよい。
【００１０】
底板４の張出部分と反対側に位置する周壁６には光通口１２が形成されている。この位置の周壁６には光通口１２に連なってレンズ筐体１４およびファイバ支持部材１６が順次連結されており、このうちレンズ筐体１４には集光レンズ１８が収容されており、またファイバ支持部材１６にはフェルール１９が収容されている。なお、フェルール１９には光ファイバ２０が挿入されている。
【００１１】
パッケージ２内にて、底板４上に例えばＣｕＷ製のブロック２２が配置されており、このブロック２２は底板４にＳｎＰｂ半田で固定されている。またブロック２２上には、ＡｌＮ製のキャリア２４を介して上述の半導体レーザ素子３が設置されている。半導体レーザ素子３はキャリア２４にＡｕＳｎ半田でダイボンディングされており、キャリア２４は同じＡｕＳｎ半田でブロック２２に半田付けされている。
【００１２】
半導体レーザ素子３と光通口１２との間に１次レンズ２６が立設されており、半導体レーザ素子３から射出されたレーザ光は１次レンズ２６を透過して平行光に変換され、光通口１２に向けて照射される。平行光は上述の集光レンズ１８により集光されて光ファイバ２０に導入される。それゆえ半導体レーザ素子３は、１次レンズ２６および集光レンズ１８からなる光学系を介して光ファイバ２０に光接続されている。
【００１３】
図１の構造を有する半導体レーザモジュール１にあっては、半導体レーザ素子３自身の熱抵抗を除いて、パッケージ２の底面から素子３までの全熱抵抗が約８℃／Ｗである。ここで、例えば素子３の発熱量を０．５Ｗ程度とすると、素子３の温度上昇幅は約４℃となるものと見込まれる。
図２は、第１実施形態の半導体レーザモジュール１のリード２８を具体的に示している。リード２８はパッケージ２の両側面に４対設けられており、各側面に沿って４本のリード２８が１列をなしている。それゆえパッケージ２の両側面にてリード２８は２列をなし、いずれも側面から下方に向けて延びるＤＩＬ型のものとなっている。なお図示の例ではリード２８の本数は４対、つまり８ピンとなっているが、リード２８の本数には特に限定がない。
【００１４】
パッケージ２の各側面には鑞付け用のメッキパターン３０が４つずつ形成されており、これらメッキパターン３０の配列はリード２８の取り付け本数に対応したものとなっている（図２中ａ）。各リード２８はその基端部が四角くパッド状に広がっており、それゆえ基端部にはメッキパターン３０に対応して、一定の鑞付け面が確保されている。
【００１５】
個々のメッキパターン３０はリード２８の長手方向に沿って縦長に形成され、その下端はいずれもパッケージ２の底面よりも上方に位置付けられている。このため各リード２８はメッキパターン３０の範囲内だけで鑞付けされ、その基端部はパッケージ２の底面から離隔した位置で側面に固着される。したがって各リード２８の基端部は、メッキパターン３０の下端よりも上方がその鑞付けによる固着領域Ｓとなる（図２中ｂ）。
【００１６】
また、このような基端部の固着領域Ｓは、その先の部分のリード２８をパッケージ２の側面に固定することなく脱離自在とする。このためリード２８をパッケージ２の側方に曲げる際、固着領域Ｓの外にて基端部から先の部分のリード２８をパッケージ２の側面から引き離し、底面よりも上の位置でリード２８を曲げることが可能となる（図２中ｃ）。なお、半導体レーザモジュール１を表面実装する場合、パッケージ２の底面からリード２８の曲げ位置までの間隔ｄは例えば０．２ｍｍ以上確保されていることが好ましい。
【００１７】
図３および図４は、第１実施形態の半導体レーザモジュール１を配線基板３２に表面実装する場合の一例を示している。この第１実装例は、例えば以下の実装方法により実現される。
上述した半導体レーザモジュール１のパッケージ２の底面を、その実装するべき配線基板３２の実装面に相対させる。このとき互いの配置関係は、例えば配線基板３２が下に敷設された状態であるとすると、各リード２８はパッケージ２の底面から上方に離隔した位置で側方に曲げられた状態にある。この状態で各リード２８を配線基板３２に半田付けして固着するとともに、パッケージ２の底面を配線基板３２の表面に密着させることで図３および図４の表面実装例が得られる。なおこの場合、パッケージ２の底面と配線基板３２との間にグリスを介在させておくことが好ましい。
【００１８】
上述した第１実装例によれば、パッケージ２の底面を配線基板３２に密着させることで底面から配線基板３２への排熱経路が確保される。このため、配線基板３２をヒートシンクとして利用して半導体レーザ素子３を効率的に冷却し、その素子特性を良好に安定化させることができる。なお第１実装例では、素子３の温度上昇幅は約６℃であった。このことから、配線基板３２および配線基板３２とパッケージ２との密着部の熱抵抗が０．５℃／Ｗ程度であると推測できる。
【００１９】
上述したリード２８の固着領域Ｓによる有用性は、以下の従来技術との比較においてより明らかとなる。
すなわち、図５に示されるように従来のＤＩＬ型リード２８０はパッケージ２００の側面に対し、その下端位置（上下方向でみて底面と同じ位置）まで鑞付けされている。このため、リード２８０を側方に曲げる際、その曲げ位置は必ずパッケージ２００の底面よりも下となり、これより上の位置でリード２８０を側方に曲げることはできない。したがって、仮に従来のリード２８０を側方に曲げたとしても、パッケージ２００の底面を配線基板３２０に密着させた状態でモジュール１００を表面実装することはできない。
【００２０】
また従来のリード２８０では、その鑞付の際に余分な鑞がパッケージ２００の底面にまで回り込み、その結果、リード２８０と底面との間にフィレット（すみ肉）２８２が形成される。このため従来のモジュール１００を配線基板３２０に挿入実装する場合、図３に示されるようにフィレット２８２が干渉するためパッケージ２００の底面が配線基板３２０の表面から浮き上がった状態とならざるをえない。
【００２１】
この点、第１実施形態の半導体レーザモジュール１ではリード２８とパッケージ２の底面との間にフィレットが存在しておらず、それゆえ底面の平坦度が保持されている。したがって、挿入実装と表面実装のいずれの場合においてもパッケージ２の底面を配線基板３２に確実に密着させることができる。
図６は半導体レーザモジュール１の第２実装例を示している。この実装例では配線基板３２がモジュール１の直下にて部分的に切り取られており、それゆえ配線基板３２にてパッケージ２の底面が密着するべき位置に開口３３が形成されている。そして、この開口を通じてパッケージ２の底面にアルミニウム製のヒートシンク３４が密着されている。ヒートシンク３４は断面凸字形状をなし、その中央の隆起した部分は底板４よりもわずかに広い幅を有している。またヒートシンク３４は中央から両側へ拡がっており、これら両翼部分は配線基板３２の下方を延びている。なおヒートシンク３４の材質や具体的な形状は特に限定されていない。
【００２２】
また第２実装例においては、図７に示されるように配線基板３２の開口３３内にパッケージ２を没入させ、配線基板３２の上面よりも低い位置でパッケージ２の底面をヒートシンク３４に密着させることもできる。この場合、パッケージ２の底面が配線基板３２の厚み方向に没入する分だけリード２８の固着領域Ｓは第１実装例（図２中ｂ）の場合よりも上方に設けられており、それゆえ上述した間隔ｄの値もより大きくなっている。
【００２３】
上述の第２実装例は、例えば以下の実装方法により実現される。
ここでの実装方法は図２の半導体レーザモジュール１を用いる点で第１実装例の場合と同様であるが、配線基板３２にてパッケージ２の底面が密着するべき位置に切り欠き等による開口３３を形成し、この開口３３を通じてヒートシンク３４を底面に密着させる要素が加わっている。なお、ヒートシンク３４はリード２８を配線基板３２に半田付けした後で開口３３内に配置してもよいし、あるいは予め開口３３内にヒートシンク３４を配置しておいてリード２８を半田付けしてもよい。
【００２４】
上述した第２実装例によれば、より熱容量の大きいヒートシンク３４を用いることでパッケージ２の底面からの放熱効率を高め、半導体レーザ素子３を確実に冷却することができる。また図７の実装例のようにパッケージ２が配線基板３２の厚み方向に没入されている場合、その分だけ配線基板３２から上の実装高さがより低く抑えられる。
【００２５】
図８は第２実施形態の半導体レーザモジュール１を示している。この場合、パッケージ２の側壁６にて、その両側面の下部にそれぞれ面取り部３６が形成されている。これら面取り部３６はリード２８の固着領域Ｓと底面との間のコーナ部分を斜めに面取りしており、それゆえパッケージ２の両側面には各面取り部３６の上方にメッキパターン３０が形成されている。また底板４の両側縁位置は、各面取り部３６の際にほぼ合致している（図８中ｂ）。
【００２６】
このような面取り部３６はパッケージ２の底面および側面と固着領域Ｓとの間に隙間を形成し、リード２８を側方に曲げるのを容易にする（図８中ｂ，ｃ）。図９および図１０は、第２実施形態の半導体レーザモジュール１を表面実装した場合の一例を示している。この実装例においても、リード２８をパッケージ２の側方に曲げて配線基板３２に半田付けするとともに、パッケージ２の底面を配線基板３２の実装面に密着させることができる。
【００２７】
図１１は第３実施形態の半導体レーザモジュール１を示している。この場合、パッケージ２は金属製底板を有しておらず、その底板４および側壁６はセラミック積層により一体的に成形されている。またパッケージ２には、その両側面と底面との間の下側コーナ部分にそれぞれ面取り部３６が形成されている。これら面取り部３６も第２実施形態と同様に、リード２８の固着領域Ｓと底面との間のコーナ部分を斜めに面取りしており、パッケージ２の両側面には各面取り部３６の上方にメッキパターン３０が形成されている。また第３実施形態においても、面取り部３６はパッケージ２の底面および側面と固着領域Ｓとの間に隙間を形成し、リード２８を側方に曲げるのを容易にすることができる（図１１中ｂ，ｃ）。
【００２８】
また図１２は、第４実施形態の半導体レーザモジュール１を示している。この場合、面取り部３６に代えて両側のコーナ部分はその長手方向に切り欠かれており、そこに２本の切欠溝３８が形成されている。これら切欠溝３８はリード２８の固着領域Ｓと底面との間のコーナ部分を切り欠いており、パッケージ２の両側面には各切欠溝３８の上方にメッキパターン３０が形成されている。また第４実施形態においても、切欠溝３８はパッケージ２の底面および側面と固着領域Ｓとの間に隙間を形成し、リード２８を側方に曲げるのを容易にすることができる（図１２中ｂ，ｃ）。
【００２９】
第３および第４実施形態の半導体レーザモジュール１を配線基板３２に表面実装する場合、その実装例は第２実施形態の場合とほぼ同様となる（図９および図１０参照）。ただし、第３および第４実施形態の半導体レーザモジュール１では金属製底板４がなく、代わりにセラミック製底板４の下面がパッケージ２の底面となる。この実装例においても、パッケージ２の底面から配線基板３２への排熱経路が形成されるので、半導体レーザ素子３の放熱性を高めることができる。
【００３０】
また上述した第２〜第４実施形態の半導体レーザモジュール１について、それぞれ図６および図７に示される実装例を採用することもできる。この場合、配線基板３２の開口３３およびヒートシンク３４については同様とし、パッケージ２の形態のみをそれぞれ第２〜第４実施形態の半導体レーザモジュール１のものに置き換えればよい。これら実装例を採用することで、第２〜第４実施形態の半導体レーザモジュール１においても同様にヒートシンク３４による放熱性の向上や実装高さの小型化を図ることができる。
【００３１】
なお上述した各実装例では表面実装の場合を挙げているが、各実施形態の半導体レーザモジュール１は、図１３に示されるようにリード２８を曲げることなく挿入実装することも可能である。この場合、既に述べたようにパッケージ２の底面にフィレットが形成されていないため、パッケージ２に金属製底板を用いていない場合であっても、その底面を配線基板３２に密着させることができる。
【００３２】
上述した各種実施形態の半導体レーザモジュール１およびその実装方法は好ましい例示であり、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、光モジュールの具体的な構造は図１のものに限られず、その光学系要素は１レンズ系のものであってもよいし、光半導体素子は発光素子だけでなく受光素子でもよい。
また光モジュールの具体的な仕様や用途は特に限定がなく、本発明は各種の用途に用いる光モジュールに適用可能である。
【００３３】
その他、図示とともに説明した各種要素はあくまで一例であり、これらを適宜変形または置換可能であることはいうまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の光モジュールおよびその実装方法によれば、いわゆるＤＩＬ型のリード形状であっても表面実装が可能であり、その際、パッケージ底面を配線基板またはヒートシンクに密着させてその放熱性を大きく向上することができる。このため光半導体素子の温度変動による特性の変化を抑え、光半導体素子に安定した性能を発揮させることが可能となる。
【００３５】
また本発明の光モジュールおよびその実装方法ではパッケージ底面が配線基板に密着するため、実装高さの小型化も可能である。特に表面実装の場合は配線基板の裏面側にリードが突出しないため、配線基板の裏面と外部筐体とのクリアランスを最小限に抑えることができる。このため外部筐体を全体として小型化できるという大きな利点がある。
【００３６】
さらに配線基板に開口を形成し、そこにパッケージ底面を没入させる実装方法によれば、配線基板から上方の実装高さをより低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体レーザモジュールの構造を概略的に示した断面図である。
【図２】第１実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図３】半導体レーザモジュールの第１実装例を示した斜視図である。
【図４】半導体レーザモジュールの第１実装例を示した正面図である。
【図５】従来の半導体レーザモジュールを示した正面図である。
【図６】半導体レーザモジュールの第２実装例を示した斜視図である。
【図７】半導体レーザモジュールの第２実装例を示した正面図である。
【図８】第２実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図９】第２実施形態の半導体レーザモジュールの実装例を示した斜視図である。
【図１０】第２実施形態の半導体レーザモジュールの実装例を示した正面図である。
【図１１】第３実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図１２】第４実施形態の半導体レーザモジュールを具体的に示した側面図および正面図等である。
【図１３】半導体レーザモジュールを挿入実装した場合の例を示す正面図である。
【符号の説明】
１ 半導体レーザモジュール
２ パッケージ
３ 半導体レーザ素子
４ 底板
６ 側壁
１８ 集光レンズ
２０ 光ファイバ
２６ １次レンズ
２８ リード
３０ メッキパターン
３２ 配線基板
３３ 開口
３４ ヒートシンク
３６ 面取り部
３８ 切欠溝
Claims (4)
- パッケージ底面およびこのパッケージ底面と交差する方向に延びる一対のパッケージ側面を有するパッケージ内に、光学系を介して光ファイバに光接続された光半導体素子が収容され、前記パッケージ底面は熱伝導部材を介して前記光半導体素子と熱結合され、前記パッケージ側面にはリード基端部を蝋付けするためのメッキ領域が形成され、このメッキ領域はその下端が前記パッケージ側面の下端から間隔を開けて画定され、リード基端部が前記メッキ領域に蝋付けされた形態でリードがパッケージ側面に沿って設けられており、さらに、前記パッケージに形成され、前記パッケージ側面の前記メッキ領域と前記パッケージ底面との間のコーナ部位を面取りする面取り部を備えた、光モジュール。
- パッケージ底面およびこのパッケージ底面と交差する方向に延びる一対のパッケージ側面を有するパッケージ内に、光学系を介して光ファイバに光接続された光半導体素子が収容され、前記パッケージ底面は熱伝導部材を介して前記光半導体素子と熱結合され、前記パッケージ側面にはリード基端部を蝋付けするためのメッキ領域が形成され、このメッキ領域はその下端が前記パッケージ側面の下端から間隔を開けて画定され、リード基端部が前記メッキ領域に蝋付けされた形態でリードがパッケージ側面に沿って設けられており、さらに、前記パッケージに形成され、前記パッケージ側面の前記メッキ領域と前記パッケージ底面との間のコーナ部位をその長手方向に切り欠いて延びる切欠溝を備えた、光モジュール。
- 前記パッケージ底面は配線基板に対向し、前記リードは蝋付けされたリード基端部の手前を曲げ位置としてＬ字に曲げられ、Ｌ字の水平位置と配線基板表面の間に隙間が形成され、この隙間を使用してＬ字の水平位置の部分が配線基板表面の対応部分に半田付けされた状態において前記パッケージ底面が配線基板表面に密着した状態にな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。
- 前記配線基板にて前記パッケージ底面が密着するべき位置に開口が形成されており、この開口を通じて前記パッケージ底面にヒートシンクが密着されてい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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