JP4232401B2 - 光モジュール、光モジュール搭載用基板および光モジュール基板ユニット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光通信に用いられる光モジュール、光モジュール搭載用基板および、光モジュール基板ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−３２６９３３号公報に、半導体レーザモジュールの高周波信号伝送時の損失を小さくすることを目的に、半導体レーザモジュールの位置決めに関する技術が開示されている。前記位置決めは、半導体レーザモジュールの４隅に穴を設けることにより行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報記載の技術では、４隅の穴で半導体レーザモジュールの位置決めをするため、製造上および組み立て上の工程が多くなるという問題があった。また、半導体レーザ等の放熱を効率的に行うような放熱手段を有していないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解消するためのものであり、光モジュールの位置決めの容易化および／または、放熱の向上を図る光モジュール、光モジュール搭載用基板および、光モジュール基板ユニットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、光半導体素子を内部に収納し、底部に外方に突出する突起を有するパッケージと、前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、前記突起の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する光モジュールである。
【０００６】
前記突起は円柱形状であってもよい。
【０００７】
第２の発明は、発熱素子と、上部に前記発熱素子を載置するキャリアと、前記発熱素子およびキャリアの一部を内部に収納し、底部に貫通穴を有するパッケージと、前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、前記貫通穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、前記キャリアは、その下部を前記貫通穴から外側に突出してパッケージに載置される光モジュールである。
【０００８】
第３の発明は、発熱素子と、上部に前記発熱素子を載置し、前記発熱素子を冷却する電子冷却素子と、前記発熱素子および電子冷却素子の一部を内部に収納し、底部に貫通穴を有するパッケージと、前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、前記貫通穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、前記電子冷却素子は、その下部を前記貫通穴から外側に突出してパッケージに載置される光モジュールである。
【００１０】
第４の発明は、内部に光半導体素子を収納した光モジュールを搭載するための光モジュール搭載用基板において、少なくとも、前記光モジュールの第一および第二のＲＦ用導体線の端部に電気的に接続されることになる接続端部をそれぞれ有する第一および第二のＲＦ用信号線路と、前記第一および第二のＲＦ用信号線路の前記接続端部の近傍に配置され、前記光モジュールを搭載することになるモジュール搭載領域部と、前記モジュール搭載領域部に設けられ、前記光モジュールの底部の外方に突出する突起と係合することで前記光モジュールを位置決めする位置決め穴と、を備え、前記位置決め穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用信号線路のそれぞれ前記端部の軸線の延長線の間に位置する光モジュール搭載用基板である。
【００１２】
第５の発明は、光半導体素子を内部に収納した光モジュールおよび該光モジュールを搭載する基板を備えた光モジュール基板ユニットにおいて、前記光モジュールは、底部に外方に突出する突起部と、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線と、を備え、前記突起部の中心は、前記第一および第二のRF用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、前記基板は、前記突起に係合する穴を有することを特徴とする光モジュール基板ユニットである。
【００１３】
前記突起と前記穴の間に配置された導電性部材を備え、前記突起の表面および前記穴の表面は、共にグランドとして形成されてもよい。
【００１４】
前記突起と前記穴の間に配置された放熱シートを備え、突起および穴は光半導体素子の放熱経路として形成されてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１から図１０は、本発明の実施の形態１を示す図である。図１から図３は、光モジュール搭載用基板に光モジュールを搭載した光モジュール基板ユニットに関する図であり、図１は上面図、図２(a)は図１の矢視AA側面図、図２(b)は図２(a)の係合部分Pの拡大部分断面図、図３は前面図である。
【００１６】
光モジュール基板ユニットは、光モジュール１および、光モジュール搭載用基板８から構成されている。光モジュール１と光モジュール搭載用基板８とは、光モジュール１の底部の外方に突出する突起２と、光モジュール搭載用基板８に設けられた基板穴９とを係合することで位置決めされている。なお、製造上および組立上の工数を減らすため、突起２と基板穴９はそれぞれ１個所である。場合により、製造上の工数などを考慮して複数にしても良い。
【００１７】
また、光モジュール１の入出力端子３と、光モジュール搭載用基板８の複数の信号線路１１とが、電気的に接続されている。特に、高周波信号は、入出力端子３の一部である第一および第二のRF用導体線４、５と、信号線路１１の第一および第二のRF用信号線路１２、１３とをそれぞれ電気的に接続することにより、伝送される。
【００１８】
光モジュール１は、内部に光半導体素子を収納している。更に、光モジュール１は、入出力端子３、第一のRF用導体線４、第二のRF用導体線５、レンズ部６および光ファイバ７を備えている。なお、第一および第二のRF用導体線４、５は、光モジュール１の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在し互いに水平に配置してある。
【００１９】
入出力端子３は、光モジュール１の側面に設けられ、光半導体素子のバイアス電圧、電子冷却素子の駆動電流やその他の制御信号等を入出力する。第一のRF用導体線４および第二のRF用導体線５は、入出力端子３の一部であり、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行であり、光モジュール１に高周波信号を入力する。
【００２０】
レンズ部６は、光モジュール１から出力される光を集光する。集光された光は、光ファイバ７により外部に伝送される。
【００２１】
光モジュール１を搭載する光モジュール搭載用基板８は、光モジュール1の突起２と係合する基板穴９および接続端子用基板１０とを備えている。
【００２２】
接続端子用基板１０は、光モジュール１と電気的に接続される複数の信号線路１１を有している。信号線路１１の一部に第一および、第二のRF用信号線路１２および１３があり、これらは、光モジュール１の第一および、第二のRF用導体線４、５とそれぞれ接続される。
【００２３】
以下で上記の高周波信号の流れを述べる。高周波信号は、接続端子用基板１０上に配置された、第一および第二のRF用信号線路１２および１３を経由して、光モジュール１の第一および第二のRF用導体線４および５へ伝送される。伝送された高周波信号は、光モジュール１の内部に収納されている光半導体素子により光変換される。変換された光は、レンズ部６で集光され、光ファイバ７から出力される。なお、本実施の形態では、高周波信号を差動で伝送することを想定しているため、RF用導体線は2本有している。
【００２４】
高周波信号を伝送するに当たり、伝送損失が問題となる。高周波信号の伝送速度が例えば１０Gbit/s程度となると、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との配置により伝送損失が変わり、結果として装置性能に差異が生じる。
【００２５】
図４を用いて伝送損失について説明する。図４は、光モジュール１と接続端子用基板１０との位置関係を示すものである。
【００２６】
図４において、光モジュール１の側面から第一および第二のRF用信号線路１２および１３までの距離をDとする。高周波信号を伝送する場合は、距離Dの長さにより伝送損失が変わり、結果として装置性能に差異が生じる。つまり、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との位置決めが重要となる。このため、光モジュール１に突起２を設け、光モジュール搭載用基板８に基板穴９を設け、それぞれを係合することにより位置決めを行う。
【００２７】
図５および図６を用いて突起２および基板穴９の位置に付いて説明する。
【００２８】
図５は、光モジュール１の突起２と、第一および第二のRF用導体線４、５との位置関係を示した図である。ここで、突起２の中心を突起中心L１とする。また、第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線を第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６とする。
【００２９】
突起中心L１は、第一および第二のRF用導体線軸線１５および１６の間に位置する。
【００３０】
また、図６は光モジュール搭載用基板８の基板穴９と第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３との関係を示した図である。ここで、基板穴９の中心を基板穴中心L２とする。また、第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３のそれぞれの端部の軸線の延長線でを第一および第二のＲＦ用信号線路軸線１８、１９とする。さらに、光モジュール１を搭載する領域を、モジュール搭載領域部２０とする。
【００３１】
基板穴中心L２は、第一および第二のＲＦ用信号線路軸線１８および１９の間に位置する。
【００３２】
ここで、突起中心L１と基板穴中心L２の位置に関して図７を用いて説明する。図７において(a)は突起２が第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６から離れた位置にあり、基板穴９と係合している状態、(b)は(a)のS部分の拡大図、(c)は突起２が図５に示した位置にあり、基板穴９と係合している状態、(d)は(c)のT部分の拡大図を示す。
【００３３】
図７において、二点鎖線は光モジュール１が光モジュール搭載用基板８にずれが無く取り付けられた状態を示し、実線は二点鎖線で示すずれが無い状態から角度θ半時計周りにずれた状態を示す。また、第一のRF用導体線４の端部の中心と、光モジュール１の側面との会合点を会合点２３a、２３b、２３cおよび２３dとする。
【００３４】
図７の(a)(c)ともに紙面左右方向（Ｘ方向）および、紙面上下方向（Ｙ方向）のずれは、突起２と基板穴９との誤差範囲で位置決めができる。
【００３５】
次に、Ｘ−Ｙ軸での回転方向に関して述べる。なお、ここで突起中心L１はＹ方向に距離ｙ離れた位置にあるものとする。図７(a)において、突起中心L１と会合点２３a、２３bとの距離をＲ１とする。ずれが無い状態からθずれた状態に回転した場合、ずれ角度をθとすると、会合点２３aと２３bとの距離はＲ１θとなる。また、Ｙ方向のずれ量は、式（１）となる。
【００３６】
【数１】
【００３７】
図７(c)において、突起中心L１と会合点２３c、２３dとの距離をＲ２とする。ずれが無い状態からθずれた状態に回転した場合、ずれ角度をθとすると、会合点２３cと２３dとの距離はＲ２θとなる。また、Ｙ方向のずれ量は、式（２）となる。
【００３８】
ここで、Ｒ1＞Ｒ2であるため、図７(a)より図７(c)のほうのずれ量が少ないことを示している。
【００３９】
本実施の形態では、差動で高周波信号を伝送することを想定しているため、２本のRF用導体線４、５を有する。このため、突起中心L１が、第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間に位置する場合が、第一および第二の導体線路4、５のどちらに対しても、回転方向のずれが発生した場合のＹ軸方向のずれが最小となる。
【００４０】
本実施の形態では、第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間に突起中心L１を設けているが、伝送する高周波信号の伝送損失を考慮して、突起中心L１の位置を第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間から伝送損失が許容できる範囲でずらしてもよい。
【００４１】
さらに、高周波伝送路が１本の場合は、高周波信号を入力するRF用導体線の端部の軸線の延長上の周辺で、伝送損失が許容できる範囲に突起中心L１を設ければよい。
【００４２】
光モジュール設置用基板８の基板穴９は、光モジュール１の突起２と基板穴９とが係合するとともに、第一および第二のRF用導体線４、５の端部と第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３の端部とが接続できるような構成であればよい。
【００４３】
上記の様に構成される光モジュール搭載用基板は、内部に光半導体素子を収納した光モジュール１を搭載するための光モジュール搭載用基板８において、光モジュール１に電気的に接続されることになる接続端部をそれぞれ有する第一および第二のRF用信号線路１２、１３と、その接続端部の近傍に配置され、光モジュール１を搭載することになるモジュール搭載領域部２０とを備え、モジュール搭載領域部２０は、光モジュールを位置決めする位置決め基板穴９を有する。この基板穴９により光モジュール１の位置決めができる。
【００４４】
また、上記のように構成される光モジュール搭載用基板は、少なくともそれぞれの端部が互いに平行な第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３を含み、基板穴中心L２は、第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３のそれぞれ端部の軸線の延長線の間に位置する。このように、基板穴中心L２の位置を決めることで、高周波信号の伝送損失が一定となり、装置性能に差異が生じなくなる。
【００４５】
上記の様に、光モジュール基板ユニットは、光半導体素子を内部に収納した光モジュール１および、光モジュール搭載用基板８を備え、光モジュール１は、底部に外方に突出する突起２と、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線４、５とを備え、突起中心L１は、第一および第二のRF用導体線１２、１３のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、光モジュール搭載用基板８は、突起２に係合する基板穴９を有する。この様な構成を取ることで、位置決め用の突起を１個所のみ設けることで、光モジュールの位置決めが行える。これにより、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。
【００４６】
また、突起２と基板穴９とを係合することにより、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなり、結果として、放熱を効率的に行うことができる。
【００４７】
さらに、図８は放熱効率を向上するために放熱シートを用いた場合の部分断面図である。放熱シート１０１は、突起２と基板穴９との間に配置する。放熱シート１０１を配置することにより、突起２の表面および基板穴９は、光半導体素子の放熱経路として形成されることになる。
【００４８】
詳細を以下で説明する。突起２と基板穴９との間の熱抵抗を少なく接合するほうが、放熱効率が向上する。熱抵抗を少なくするためには、突起２と基板穴９とを熱的に密着させるほうが良い。突起２と基板穴９とを熱的に密着させるため、放熱シート１０１を使用する。なお、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面すべてにも放熱シート１０１を挟んでも良い。
【００４９】
上記の様に突起２と基板穴９の間に配置された放熱シートを備え、突起２および基板穴９は光半導体素子１の放熱経路として形成されている。これにより、係合部分における熱抵抗が小さくなり、放熱効率が向上する。
【００５０】
また、突起２と基板穴９とを係合することにより、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなり、接触抵抗が減少する。結果として、接触抵抗が減少することにより、グランド強化ができる。
【００５１】
さらに、図９は接触抵抗を減少させるために導電性部材を用いた場合の部分断面図である。導体路１０２は、光モジュール搭載用基板８の表面に設けられた導体路である。これは、光モジュール搭載用基板８が絶縁体であることを想定しているが、光モジュール搭載用基板８が導電体である場合には、導体路１０２は不要となる。
【００５２】
導電性部材１０２は、突起２と基板穴９の間に配置する。導電性部材１０２を配置することにより、突起２の表面および基板穴９の表面は、共にグランドとして形成されている。
【００５３】
詳細を以下で説明する。突起２と基板穴９との間で接触抵抗を少なく接合するほうが、グランド電位が安定する。接触抵抗を少なくするためには、突起２と基板穴９とを電気的に密着させるほうが良い。突起２と基板穴９とを電気的に密着させるため、導電性部材１０３を使用する。
【００５４】
上記のように、突起２と基板穴９の間に配置された導電性部材を備え、突起２の表面および、基板穴９の表面は、共にグランドとして形成る。これにより、係合部分における接触抵抗が小さくなり、グランドを安定にすることが可能となる。
【００５５】
図１０は光モジュール１の内部構成を示すものである。図１０において(a)は上蓋外した状態の上面図、(b)は矢視AA断面図である。パッケージ２８には上蓋２９があるが、図１０(a)には上蓋を図示していない。
【００５６】
パッケージ２８には、電子冷却素子２７、レンズ部６および入出力端子３が間接的、直接的に接合されており、内部に光半導体素子２４を収納している。また、パッケージ２８は、Fe-Ni-Co合金や、CuW、Cu、窒化アルミ等で構成されており、底部に外方に突出する突起２を有している。
【００５７】
突起２の形状は、光モジュール１の位置決めができれば良く、円柱形状でも、多角形柱形状でもよい。
【００５８】
突起２の突起中心L１は、前記第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線である第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間に位置している。なお、伝送する高周波信号の伝送損失を考慮して、突起中心L１の位置を第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間から伝送損失が許容できる範囲でずらしてもよい。
【００５９】
電子冷却素子２７の上には、キャリア２６が、キャリア２６の上には光素子マウント２５が、光素子マウント２５の上には光半導体素子２４が載置されている。光半導体素子２４で発生した熱は、電子冷却素子２７により冷却される。なお、電子冷却素子２７は、例えばペルチェ効果を利用して冷却する。
【００６０】
キャリア２６は、光素子マウント２５を上面に載置し、光素子マウント２５からの熱を伝達する。キャリア２６は、導電性に優れるCuW、Cu等が用いられることが多い。
【００６１】
光素子マウント２５は、光半導体素子２４を上面に載置し、光半導体素子２４からの熱を伝達する。光素子マウント２５は、窒化アルミ等である。
【００６２】
光半導体素子２４は、例えばレーザダイオードであり、外部から入力された高周波電気信号を光信号に変換する。高周波電気信号は、入出力端子３に備えられた第一および、第二のRF用導体線４、５から入力される。なお、第一のRF用導体線４と第二のRF用導体線５とは、パッケージ２８の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在し、互いに平行である。
【００６３】
光半導体素子２４に入力された高周波電気信号は、光に変調される。変調された光は、レンズ部６へ出射される。レンズ部６では入力された光を集光し、光ファイバ７へ出力する。
【００６４】
導体線路３０および、基板３１は、光素子マウント２５の上に備えられている。また、光半導体素子２４と基板３１、導体線路３０と第一のRF用導体線４、基板３１と第二のRF用導体線５とは、それぞれ金ワイヤや金リボン等の接続導体３２で接続されている。
【００６５】
本実施の形態においては、第一および第二のRF用導体線４、５に差動で高周波電気信号が入力されることを想定している。第一のRF用導体線４に入力された高周波電気信号の一方は、接続導体３２aにより導体線路３０に伝送され、導体線路３０から光半導体素子２４に入力される。
【００６６】
また第二のRF用導体線５に入力された高周波電気信号の他方は、接続導体３２bにより基板３１に伝送され、その後、接続導体３２cを通じて光半導体素子２４に入力される。
【００６７】
本実施の形態では、差動で高周波電気信号を伝送することを想定しているが、RF用導体線を１本のみ使い、グランドレベルとの差分を信号とする伝送形態でもよい。高周波伝送路が１本の場合は、高周波信号を入力するRF用導体線の端部の軸線の延長上の周辺で、伝送損失が許容できる範囲に突起中心L１を設ければよい。
【００６８】
上記の様に、光モジュール１は、光半導体素子２４を内部に収納し、底部に外方に突出する突起２を有するパッケージ２８と、パッケージ２８の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線４、５と、突起２の中心は、前記第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する。この突起２により光モジュール１の位置決めができる。また、突起中心L１の位置を決めることで、高周波信号の伝送損失が一定となり、装置性能に差異が生じなくなる。さらに、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。
【００６９】
実施の形態２．
図１１から図１６は、本発明の実施の形態２を示す図である。図１１は電子冷却素子２７の、光半導体素子２４等の発熱素子を冷却するのと反対側の面を、パッケージ２８の底部にある貫通穴３３から突出させたものであり、突出した電子冷却素子２７により位置決めおよび、放熱を効率的に実施するものである。図１１において、(a)は上面図、(b)は矢視AA断面図を示す。
【００７０】
以下で構成について説明する。パッケージ２８は、光半導体素子２４等の発熱素子および、電子冷却素子２７の一部を内部に収納する。
【００７１】
電子冷却素子２７は、上部に光半導体素子２４等の発熱素子を載置し、光半導体素子２４等の発熱素子を冷却する。
【００７２】
電子冷却素子２７は、その下部を貫通穴３３から外側に突出してパッケージ２８に載置されている。貫通穴３３から外部に突出した電子冷却素子２７の一部は、位置決めを目的に使用する。なお、貫通穴３３の中心は、電子冷却素子２７の中心と一致し、その中心は、第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する。また、図１１では貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７の形状を角柱とし、これで位置決めを行うよう記載しているが、場合により貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７の形状は、円柱でも多角柱でも、位置決めが行えればよい。
【００７３】
この貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７と係合するよう、基板穴９を光モジュール搭載用基板８に設ける。この基板穴９と、パッケージ２８の貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７とにより光モジュール１の位置決めを行う。
【００７４】
ところで、電子冷却素子２７は、冷却を行っている面と反対側の面は発熱する構造となっている。効率的に冷却を行うためには、電子冷却素子２７の発熱面の熱を効率的に放熱する必要がある。図１０では、電子冷却素子２７の発熱面をパッケージ２８と接合して放熱を実施していたが、図１１では電子冷却素子２７の発熱面を直接光モジュール搭載用基板８と接合させることにより、図１０と比較して効率よく放熱することが可能となる。
【００７５】
上記の様に、光モジュールは、光半導体素子２４等の発熱素子と、上部に発熱素子を載置し、発熱素子を冷却する電子冷却素子２７と、発熱素子および電子冷却素子２７の一部を内部に収納し、底部に貫通穴３３を有するパッケージ２８と、電子冷却素子２７は、その下部を貫通穴３３から外側に突出してパッケージ２８に載置される。これにより、電子冷却素子２７の発熱面を直接光モジュール搭載用基板８と接合させる事ができ、効率よく放熱することが可能となる。更に、貫通穴３３の下部から突出した電子冷却素子２７により光モジュール１の位置決めができる。さらに、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。
【００７６】
ここまでは、電子冷却素子２７を用いる実施の形態を説明してきたが、冷却を不要とする光半導体素子２４などを用いた場合は、電子冷却素子２７を用いない構成の場合もある。
【００７７】
図１２に電子冷却素子２７を用いない構成を示す。図１２において、(a)は上面図、(b)は矢視AA断面図を示す。
【００７８】
図１２において、キャリア２６はキャリア突起３４を有する形状となっている。また、図１３はキャリア突起３４を有したキャリア２６の斜視図を示したものである。
【００７９】
以下で構成について説明する。パッケージ２８は、光半導体素子２４等の発熱素子および、キャリア２６の一部を内部に収納する。
【００８０】
キャリア突起３４を有したキャリア２６は、上部に光半導体素子２４等の発熱素子を載置する。なお、キャリア突起３４の真上近傍に光半導体素子２４等の発熱素子を有する方が良い。
【００８１】
キャリア２６は、その下部のキャリア突起３４を貫通穴３３から外側に突出してパッケージに載置されている。貫通穴３３から外部に突出したキャリア２６の一部であるキャリア突起３４の一部は、位置決めを目的に使用する。なお、貫通穴３３の中心は、キャリア突起３４の中心と一致し、その中心は、第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する。
【００８２】
この貫通穴３３から突出したキャリア突起３４と係合するよう、基板穴９を光モジュール搭載用基板８に設ける。この基板穴９と、パッケージ２８の貫通穴３３から突出したキャリア２６のキャリア突起３４とにより光モジュール１の位置決めを行う。
【００８３】
上記により、パッケージ２８が熱伝導率が悪い材料であったとしても、キャリア２６上に載置されている光半導体素子２４等の発熱素子からの発熱を、キャリア２６を経由して光モジュール１を搭載する光モジュール搭載用基板８に放熱することが可能となる。なお、キャリア２６の材料は、熱伝導に優れるCuW、Cu等を用いる。
【００８４】
また、パッケージ２８が絶縁性材料であったとしても、キャリア２６がCuW、Cu等の導電性材料であれば、キャリア２６は光モジュール搭載用基板８と同電位にすることが可能となり、キャリア２６をグランドラインとすることが可能となる。さらに、光モジュール１と、光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなることから、接触抵抗が減少するためグランド電位を安定させるためのグランドラインとすることも可能となる。
【００８５】
上記の様に、光モジュールは、光半導体素子２４等の発熱素子と、上部に発熱素子を載置するキャリア２６と、熱素子およびキャリア２６の一部を内部に収納し、底部に貫通穴３３を有するパッケージ２８とを備え、キャリア２６の一部であるキャリア突起３４は、その下部を貫通穴３３から外側に突出してパッケージ２８に載置される。これにより、キャリア２６を直接光モジュール搭載用基板８と接合させる事ができ、効率よく放熱することが可能となる。また、接触抵抗が減少するためグランド電位を安定させるためのグランドラインとすることも可能となる。
【００８６】
次に図１３について説明する。キャリア突起３４は、キャリア２６の一部である。このように、キャリヤ２６は、キャリア２６の一部を位置決め用に加工した形状であっても良い。また、キャリア突起３４の形状は、円柱形状であっても良いし、多角形柱形状であっても良い。また、場合によりキャリア２６の本体部分と、キャリア突起３４とを別部材で形成した後に接合して構成しても良い。
【００８７】
図１４は、図１２に示したようにキャリアの一部を位置決め用に使用するのではなく、キャリア全体を位置決めのために使用する構成を示したものである。図１４において(a)は上面図、(b)は矢視AA断面図を示す。
【００８８】
構成は、前段と同じであるが、図１２のキャリア突起３４と比較して、パッケージ２８から外側に突出する部分が多くなるため、図１２よりも放熱効率および、グランド電位安定を図ることが可能となる。
【００８９】
さらに、貫通穴３３の円周方向に絶縁部材を配置し、キャリア２６とパッケージ２８とを電気的に隔たりを設けても良い。これにより、キャリア２６とパッケージ２８との間に電位差が生じるような構成を取ることも可能となる。
【００９０】
上記の様に、光モジュールは、パッケージ２８の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線と４、５を備え、貫通穴３３の中心は、前記第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置するこの様な構成を取ることで、位置決め用の突起を一個所のみ設けることで、光モジュールの位置決めが行える。これにより、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。さらに、接触面積の増大により、放熱効率を上げることができる。また、同時にグランド電位を安定させることも可能となる。
【００９１】
図１５は放熱効率を向上するために放熱シートを用いた図である。放熱シート１０１は、キャリア２６と基板穴９との間に配置する。放熱シート１０１を配置することにより、キャリア２６の表面および基板穴９は、光半導体素子の放熱経路として形成されることになる。
【００９２】
詳細を以下で説明する。キャリア２６と基板穴９との間の熱抵抗を少なく接合するほうが、放熱効率が向上する。熱抵抗を少なくするためには、キャリア２６と基板穴９とを熱的に密着させるほうが良い。キャリア２６と基板穴９とを熱的に密着させるため、放熱シート１０１を使用する。なお、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面にも放熱シート１０１を挟んでも良い。
【００９３】
もちろん、キャリア２６に変わって、電子冷却素子２７であっても同じである。
【００９４】
上記の様にキャリア２６と基板穴９の間に配置された放熱シートを備え、キャリア２６および基板穴９は光半導体素子１の放熱経路として形成されている。これにより、係合部分における熱抵抗が小さくなり、放熱効率が向上する。
【００９５】
また、キャリア２６と基板穴９とを係合することにより、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなり、接触抵抗が減少する。結果として、接触抵抗が減少することにより、グランド強化ができる。
【００９６】
さらに、図１６は接触抵抗を減少させるために導電性部材を用いた図である。導体路１０２は、光モジュール搭載用基板８の表面に設けられた導体路である。これは、光モジュール搭載用基板８が絶縁体であることを想定しているが、光モジュール搭載用基板８が導電体である場合には、導体路１０２は不要となる。
【００９７】
導電性部材１０２は、キャリア２６と基板穴９の間に配置する。導電性部材１０２を配置することにより、キャリア２６の表面および基板穴９の表面は、共にグランドとして形成されている。
【００９８】
詳細を以下で説明する。キャリア２６と基板穴９との間で接触抵抗を少なく接合するほうが、グランド電位が安定する。接触抵抗を少なくするためには、キャリア２６と基板穴９とを電気的に密着させるほうが良い。突起２と基板穴９とを電気的に密着させるため、導電性部材１０３を使用する。
【００９９】
もちろん、キャリア２６に変わって、電子冷却素子２７であっても同じである。
【０１００】
上記のように、キャリア２６と基板穴９の間に配置された導電性部材を設け、キャリア２６の表面および、基板穴９の表面は、共にグランドとして形成する。これにより、係合部分における接触抵抗が小さくなり、グランドを安定にすることが可能となる。
【０１０１】
【発明の効果】
上記により、光モジュールの位置決めの容易化または／および、放熱の向上が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる光モジュール基板ユニットの実施の形態１を示す上面図である。
【図２】 (a)は図１に示される光モジュール基板ユニットのAA矢視側面図、(b)は図２(a)の係合部分Pの拡大部分断面図である。
【図３】 本発明に係わる光モジュール基板ユニットの実施の形態１を示す前面図である。
【図４】 伝送損失を示す図である。
【図５】 本発明に係わる光モジュールの実施の形態１の突起の位置を示す図である。
【図６】 本発明に係わる光モジュール搭載用基板の実施の形態１の基板穴の位置を示す図である。
【図７】 (a)は突起が第一および第二のRF用導体線軸線から離れた位置にあり、基板穴と係合している状態、(b)はS部分の拡大図、(c)は突起が図５に示した位置にあり、基板穴と係合している状態、(d)はT部分の拡大図である。
【図８】 放熱シートを用いた場合の部分断面図である。
【図９】 導電性部材を用いた場合の部分断面図である。
【図１０】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態１を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１０(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。
【図１１】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態２を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１１(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。
【図１２】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態２を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１２(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。
【図１３】 キャリアの斜視を示す図である。
【図１４】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態２を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１４(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。。
【図１５】 放熱シートを用いた場合の部分断面図である。
【図１６】 導電性部材を用いた場合の部分断面図である。
【符号の説明】
１ 光モジュール、２ 突起、３ 入出力端子、４ 第一のRF用導体線、５ 第二のRF用導体線、６ レンズ部、７ 光ファイバ、８ 光モジュール搭載用基板、９ 基板穴、１０ 接続端子用基板、１１ 信号線路、１２ 第一のRF用信号線路、１３ 第二のRF用信号線路、１５ 第一のRF用導体線軸線、１６ 第二のRF用導体線軸線、１８ 第一のＲＦ用信号線路軸線、１９ 第二のＲＦ用信号線路軸線、２０ モジュール搭載領域部、２３a、２３b、２３cおよび２３d 会合点、２４ 光半導体素子、２５ 光素子マウント、２６ キャリア、２７ 電子冷却素子、２８ パッケージ、２９ 上蓋、３０ 導体線路、３１ 基板、３２接続導体、３３ 貫通穴、３４ キャリア突起、１０１ 放熱シート、１０２導体路、１０３ 導電性部材
【発明の属する技術分野】
この発明は光通信に用いられる光モジュール、光モジュール搭載用基板および、光モジュール基板ユニットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平１０−３２６９３３号公報に、半導体レーザモジュールの高周波信号伝送時の損失を小さくすることを目的に、半導体レーザモジュールの位置決めに関する技術が開示されている。前記位置決めは、半導体レーザモジュールの４隅に穴を設けることにより行うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報記載の技術では、４隅の穴で半導体レーザモジュールの位置決めをするため、製造上および組み立て上の工程が多くなるという問題があった。また、半導体レーザ等の放熱を効率的に行うような放熱手段を有していないという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解消するためのものであり、光モジュールの位置決めの容易化および／または、放熱の向上を図る光モジュール、光モジュール搭載用基板および、光モジュール基板ユニットを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、光半導体素子を内部に収納し、底部に外方に突出する突起を有するパッケージと、前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、前記突起の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する光モジュールである。
【０００６】
前記突起は円柱形状であってもよい。
【０００７】
第２の発明は、発熱素子と、上部に前記発熱素子を載置するキャリアと、前記発熱素子およびキャリアの一部を内部に収納し、底部に貫通穴を有するパッケージと、前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、前記貫通穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、前記キャリアは、その下部を前記貫通穴から外側に突出してパッケージに載置される光モジュールである。
【０００８】
第３の発明は、発熱素子と、上部に前記発熱素子を載置し、前記発熱素子を冷却する電子冷却素子と、前記発熱素子および電子冷却素子の一部を内部に収納し、底部に貫通穴を有するパッケージと、前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、前記貫通穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、前記電子冷却素子は、その下部を前記貫通穴から外側に突出してパッケージに載置される光モジュールである。
【００１０】
第４の発明は、内部に光半導体素子を収納した光モジュールを搭載するための光モジュール搭載用基板において、少なくとも、前記光モジュールの第一および第二のＲＦ用導体線の端部に電気的に接続されることになる接続端部をそれぞれ有する第一および第二のＲＦ用信号線路と、前記第一および第二のＲＦ用信号線路の前記接続端部の近傍に配置され、前記光モジュールを搭載することになるモジュール搭載領域部と、前記モジュール搭載領域部に設けられ、前記光モジュールの底部の外方に突出する突起と係合することで前記光モジュールを位置決めする位置決め穴と、を備え、前記位置決め穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用信号線路のそれぞれ前記端部の軸線の延長線の間に位置する光モジュール搭載用基板である。
【００１２】
第５の発明は、光半導体素子を内部に収納した光モジュールおよび該光モジュールを搭載する基板を備えた光モジュール基板ユニットにおいて、前記光モジュールは、底部に外方に突出する突起部と、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線と、を備え、前記突起部の中心は、前記第一および第二のRF用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、前記基板は、前記突起に係合する穴を有することを特徴とする光モジュール基板ユニットである。
【００１３】
前記突起と前記穴の間に配置された導電性部材を備え、前記突起の表面および前記穴の表面は、共にグランドとして形成されてもよい。
【００１４】
前記突起と前記穴の間に配置された放熱シートを備え、突起および穴は光半導体素子の放熱経路として形成されてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１から図１０は、本発明の実施の形態１を示す図である。図１から図３は、光モジュール搭載用基板に光モジュールを搭載した光モジュール基板ユニットに関する図であり、図１は上面図、図２(a)は図１の矢視AA側面図、図２(b)は図２(a)の係合部分Pの拡大部分断面図、図３は前面図である。
【００１６】
光モジュール基板ユニットは、光モジュール１および、光モジュール搭載用基板８から構成されている。光モジュール１と光モジュール搭載用基板８とは、光モジュール１の底部の外方に突出する突起２と、光モジュール搭載用基板８に設けられた基板穴９とを係合することで位置決めされている。なお、製造上および組立上の工数を減らすため、突起２と基板穴９はそれぞれ１個所である。場合により、製造上の工数などを考慮して複数にしても良い。
【００１７】
また、光モジュール１の入出力端子３と、光モジュール搭載用基板８の複数の信号線路１１とが、電気的に接続されている。特に、高周波信号は、入出力端子３の一部である第一および第二のRF用導体線４、５と、信号線路１１の第一および第二のRF用信号線路１２、１３とをそれぞれ電気的に接続することにより、伝送される。
【００１８】
光モジュール１は、内部に光半導体素子を収納している。更に、光モジュール１は、入出力端子３、第一のRF用導体線４、第二のRF用導体線５、レンズ部６および光ファイバ７を備えている。なお、第一および第二のRF用導体線４、５は、光モジュール１の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在し互いに水平に配置してある。
【００１９】
入出力端子３は、光モジュール１の側面に設けられ、光半導体素子のバイアス電圧、電子冷却素子の駆動電流やその他の制御信号等を入出力する。第一のRF用導体線４および第二のRF用導体線５は、入出力端子３の一部であり、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行であり、光モジュール１に高周波信号を入力する。
【００２０】
レンズ部６は、光モジュール１から出力される光を集光する。集光された光は、光ファイバ７により外部に伝送される。
【００２１】
光モジュール１を搭載する光モジュール搭載用基板８は、光モジュール1の突起２と係合する基板穴９および接続端子用基板１０とを備えている。
【００２２】
接続端子用基板１０は、光モジュール１と電気的に接続される複数の信号線路１１を有している。信号線路１１の一部に第一および、第二のRF用信号線路１２および１３があり、これらは、光モジュール１の第一および、第二のRF用導体線４、５とそれぞれ接続される。
【００２３】
以下で上記の高周波信号の流れを述べる。高周波信号は、接続端子用基板１０上に配置された、第一および第二のRF用信号線路１２および１３を経由して、光モジュール１の第一および第二のRF用導体線４および５へ伝送される。伝送された高周波信号は、光モジュール１の内部に収納されている光半導体素子により光変換される。変換された光は、レンズ部６で集光され、光ファイバ７から出力される。なお、本実施の形態では、高周波信号を差動で伝送することを想定しているため、RF用導体線は2本有している。
【００２４】
高周波信号を伝送するに当たり、伝送損失が問題となる。高周波信号の伝送速度が例えば１０Gbit/s程度となると、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との配置により伝送損失が変わり、結果として装置性能に差異が生じる。
【００２５】
図４を用いて伝送損失について説明する。図４は、光モジュール１と接続端子用基板１０との位置関係を示すものである。
【００２６】
図４において、光モジュール１の側面から第一および第二のRF用信号線路１２および１３までの距離をDとする。高周波信号を伝送する場合は、距離Dの長さにより伝送損失が変わり、結果として装置性能に差異が生じる。つまり、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との位置決めが重要となる。このため、光モジュール１に突起２を設け、光モジュール搭載用基板８に基板穴９を設け、それぞれを係合することにより位置決めを行う。
【００２７】
図５および図６を用いて突起２および基板穴９の位置に付いて説明する。
【００２８】
図５は、光モジュール１の突起２と、第一および第二のRF用導体線４、５との位置関係を示した図である。ここで、突起２の中心を突起中心L１とする。また、第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線を第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６とする。
【００２９】
突起中心L１は、第一および第二のRF用導体線軸線１５および１６の間に位置する。
【００３０】
また、図６は光モジュール搭載用基板８の基板穴９と第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３との関係を示した図である。ここで、基板穴９の中心を基板穴中心L２とする。また、第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３のそれぞれの端部の軸線の延長線でを第一および第二のＲＦ用信号線路軸線１８、１９とする。さらに、光モジュール１を搭載する領域を、モジュール搭載領域部２０とする。
【００３１】
基板穴中心L２は、第一および第二のＲＦ用信号線路軸線１８および１９の間に位置する。
【００３２】
ここで、突起中心L１と基板穴中心L２の位置に関して図７を用いて説明する。図７において(a)は突起２が第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６から離れた位置にあり、基板穴９と係合している状態、(b)は(a)のS部分の拡大図、(c)は突起２が図５に示した位置にあり、基板穴９と係合している状態、(d)は(c)のT部分の拡大図を示す。
【００３３】
図７において、二点鎖線は光モジュール１が光モジュール搭載用基板８にずれが無く取り付けられた状態を示し、実線は二点鎖線で示すずれが無い状態から角度θ半時計周りにずれた状態を示す。また、第一のRF用導体線４の端部の中心と、光モジュール１の側面との会合点を会合点２３a、２３b、２３cおよび２３dとする。
【００３４】
図７の(a)(c)ともに紙面左右方向（Ｘ方向）および、紙面上下方向（Ｙ方向）のずれは、突起２と基板穴９との誤差範囲で位置決めができる。
【００３５】
次に、Ｘ−Ｙ軸での回転方向に関して述べる。なお、ここで突起中心L１はＹ方向に距離ｙ離れた位置にあるものとする。図７(a)において、突起中心L１と会合点２３a、２３bとの距離をＲ１とする。ずれが無い状態からθずれた状態に回転した場合、ずれ角度をθとすると、会合点２３aと２３bとの距離はＲ１θとなる。また、Ｙ方向のずれ量は、式（１）となる。
【００３６】
【数１】
図７(c)において、突起中心L１と会合点２３c、２３dとの距離をＲ２とする。ずれが無い状態からθずれた状態に回転した場合、ずれ角度をθとすると、会合点２３cと２３dとの距離はＲ２θとなる。また、Ｙ方向のずれ量は、式（２）となる。
【００３８】
ここで、Ｒ1＞Ｒ2であるため、図７(a)より図７(c)のほうのずれ量が少ないことを示している。
【００３９】
本実施の形態では、差動で高周波信号を伝送することを想定しているため、２本のRF用導体線４、５を有する。このため、突起中心L１が、第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間に位置する場合が、第一および第二の導体線路4、５のどちらに対しても、回転方向のずれが発生した場合のＹ軸方向のずれが最小となる。
【００４０】
本実施の形態では、第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間に突起中心L１を設けているが、伝送する高周波信号の伝送損失を考慮して、突起中心L１の位置を第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間から伝送損失が許容できる範囲でずらしてもよい。
【００４１】
さらに、高周波伝送路が１本の場合は、高周波信号を入力するRF用導体線の端部の軸線の延長上の周辺で、伝送損失が許容できる範囲に突起中心L１を設ければよい。
【００４２】
光モジュール設置用基板８の基板穴９は、光モジュール１の突起２と基板穴９とが係合するとともに、第一および第二のRF用導体線４、５の端部と第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３の端部とが接続できるような構成であればよい。
【００４３】
上記の様に構成される光モジュール搭載用基板は、内部に光半導体素子を収納した光モジュール１を搭載するための光モジュール搭載用基板８において、光モジュール１に電気的に接続されることになる接続端部をそれぞれ有する第一および第二のRF用信号線路１２、１３と、その接続端部の近傍に配置され、光モジュール１を搭載することになるモジュール搭載領域部２０とを備え、モジュール搭載領域部２０は、光モジュールを位置決めする位置決め基板穴９を有する。この基板穴９により光モジュール１の位置決めができる。
【００４４】
また、上記のように構成される光モジュール搭載用基板は、少なくともそれぞれの端部が互いに平行な第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３を含み、基板穴中心L２は、第一および第二のＲＦ用信号線路１２、１３のそれぞれ端部の軸線の延長線の間に位置する。このように、基板穴中心L２の位置を決めることで、高周波信号の伝送損失が一定となり、装置性能に差異が生じなくなる。
【００４５】
上記の様に、光モジュール基板ユニットは、光半導体素子を内部に収納した光モジュール１および、光モジュール搭載用基板８を備え、光モジュール１は、底部に外方に突出する突起２と、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線４、５とを備え、突起中心L１は、第一および第二のRF用導体線１２、１３のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、光モジュール搭載用基板８は、突起２に係合する基板穴９を有する。この様な構成を取ることで、位置決め用の突起を１個所のみ設けることで、光モジュールの位置決めが行える。これにより、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。
【００４６】
また、突起２と基板穴９とを係合することにより、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなり、結果として、放熱を効率的に行うことができる。
【００４７】
さらに、図８は放熱効率を向上するために放熱シートを用いた場合の部分断面図である。放熱シート１０１は、突起２と基板穴９との間に配置する。放熱シート１０１を配置することにより、突起２の表面および基板穴９は、光半導体素子の放熱経路として形成されることになる。
【００４８】
詳細を以下で説明する。突起２と基板穴９との間の熱抵抗を少なく接合するほうが、放熱効率が向上する。熱抵抗を少なくするためには、突起２と基板穴９とを熱的に密着させるほうが良い。突起２と基板穴９とを熱的に密着させるため、放熱シート１０１を使用する。なお、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面すべてにも放熱シート１０１を挟んでも良い。
【００４９】
上記の様に突起２と基板穴９の間に配置された放熱シートを備え、突起２および基板穴９は光半導体素子１の放熱経路として形成されている。これにより、係合部分における熱抵抗が小さくなり、放熱効率が向上する。
【００５０】
また、突起２と基板穴９とを係合することにより、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなり、接触抵抗が減少する。結果として、接触抵抗が減少することにより、グランド強化ができる。
【００５１】
さらに、図９は接触抵抗を減少させるために導電性部材を用いた場合の部分断面図である。導体路１０２は、光モジュール搭載用基板８の表面に設けられた導体路である。これは、光モジュール搭載用基板８が絶縁体であることを想定しているが、光モジュール搭載用基板８が導電体である場合には、導体路１０２は不要となる。
【００５２】
導電性部材１０２は、突起２と基板穴９の間に配置する。導電性部材１０２を配置することにより、突起２の表面および基板穴９の表面は、共にグランドとして形成されている。
【００５３】
詳細を以下で説明する。突起２と基板穴９との間で接触抵抗を少なく接合するほうが、グランド電位が安定する。接触抵抗を少なくするためには、突起２と基板穴９とを電気的に密着させるほうが良い。突起２と基板穴９とを電気的に密着させるため、導電性部材１０３を使用する。
【００５４】
上記のように、突起２と基板穴９の間に配置された導電性部材を備え、突起２の表面および、基板穴９の表面は、共にグランドとして形成る。これにより、係合部分における接触抵抗が小さくなり、グランドを安定にすることが可能となる。
【００５５】
図１０は光モジュール１の内部構成を示すものである。図１０において(a)は上蓋外した状態の上面図、(b)は矢視AA断面図である。パッケージ２８には上蓋２９があるが、図１０(a)には上蓋を図示していない。
【００５６】
パッケージ２８には、電子冷却素子２７、レンズ部６および入出力端子３が間接的、直接的に接合されており、内部に光半導体素子２４を収納している。また、パッケージ２８は、Fe-Ni-Co合金や、CuW、Cu、窒化アルミ等で構成されており、底部に外方に突出する突起２を有している。
【００５７】
突起２の形状は、光モジュール１の位置決めができれば良く、円柱形状でも、多角形柱形状でもよい。
【００５８】
突起２の突起中心L１は、前記第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線である第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間に位置している。なお、伝送する高周波信号の伝送損失を考慮して、突起中心L１の位置を第一および第二のRF用導体線軸線１５、１６の間から伝送損失が許容できる範囲でずらしてもよい。
【００５９】
電子冷却素子２７の上には、キャリア２６が、キャリア２６の上には光素子マウント２５が、光素子マウント２５の上には光半導体素子２４が載置されている。光半導体素子２４で発生した熱は、電子冷却素子２７により冷却される。なお、電子冷却素子２７は、例えばペルチェ効果を利用して冷却する。
【００６０】
キャリア２６は、光素子マウント２５を上面に載置し、光素子マウント２５からの熱を伝達する。キャリア２６は、導電性に優れるCuW、Cu等が用いられることが多い。
【００６１】
光素子マウント２５は、光半導体素子２４を上面に載置し、光半導体素子２４からの熱を伝達する。光素子マウント２５は、窒化アルミ等である。
【００６２】
光半導体素子２４は、例えばレーザダイオードであり、外部から入力された高周波電気信号を光信号に変換する。高周波電気信号は、入出力端子３に備えられた第一および、第二のRF用導体線４、５から入力される。なお、第一のRF用導体線４と第二のRF用導体線５とは、パッケージ２８の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在し、互いに平行である。
【００６３】
光半導体素子２４に入力された高周波電気信号は、光に変調される。変調された光は、レンズ部６へ出射される。レンズ部６では入力された光を集光し、光ファイバ７へ出力する。
【００６４】
導体線路３０および、基板３１は、光素子マウント２５の上に備えられている。また、光半導体素子２４と基板３１、導体線路３０と第一のRF用導体線４、基板３１と第二のRF用導体線５とは、それぞれ金ワイヤや金リボン等の接続導体３２で接続されている。
【００６５】
本実施の形態においては、第一および第二のRF用導体線４、５に差動で高周波電気信号が入力されることを想定している。第一のRF用導体線４に入力された高周波電気信号の一方は、接続導体３２aにより導体線路３０に伝送され、導体線路３０から光半導体素子２４に入力される。
【００６６】
また第二のRF用導体線５に入力された高周波電気信号の他方は、接続導体３２bにより基板３１に伝送され、その後、接続導体３２cを通じて光半導体素子２４に入力される。
【００６７】
本実施の形態では、差動で高周波電気信号を伝送することを想定しているが、RF用導体線を１本のみ使い、グランドレベルとの差分を信号とする伝送形態でもよい。高周波伝送路が１本の場合は、高周波信号を入力するRF用導体線の端部の軸線の延長上の周辺で、伝送損失が許容できる範囲に突起中心L１を設ければよい。
【００６８】
上記の様に、光モジュール１は、光半導体素子２４を内部に収納し、底部に外方に突出する突起２を有するパッケージ２８と、パッケージ２８の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線４、５と、突起２の中心は、前記第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する。この突起２により光モジュール１の位置決めができる。また、突起中心L１の位置を決めることで、高周波信号の伝送損失が一定となり、装置性能に差異が生じなくなる。さらに、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。
【００６９】
実施の形態２．
図１１から図１６は、本発明の実施の形態２を示す図である。図１１は電子冷却素子２７の、光半導体素子２４等の発熱素子を冷却するのと反対側の面を、パッケージ２８の底部にある貫通穴３３から突出させたものであり、突出した電子冷却素子２７により位置決めおよび、放熱を効率的に実施するものである。図１１において、(a)は上面図、(b)は矢視AA断面図を示す。
【００７０】
以下で構成について説明する。パッケージ２８は、光半導体素子２４等の発熱素子および、電子冷却素子２７の一部を内部に収納する。
【００７１】
電子冷却素子２７は、上部に光半導体素子２４等の発熱素子を載置し、光半導体素子２４等の発熱素子を冷却する。
【００７２】
電子冷却素子２７は、その下部を貫通穴３３から外側に突出してパッケージ２８に載置されている。貫通穴３３から外部に突出した電子冷却素子２７の一部は、位置決めを目的に使用する。なお、貫通穴３３の中心は、電子冷却素子２７の中心と一致し、その中心は、第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する。また、図１１では貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７の形状を角柱とし、これで位置決めを行うよう記載しているが、場合により貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７の形状は、円柱でも多角柱でも、位置決めが行えればよい。
【００７３】
この貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７と係合するよう、基板穴９を光モジュール搭載用基板８に設ける。この基板穴９と、パッケージ２８の貫通穴３３から突出した電子冷却素子２７とにより光モジュール１の位置決めを行う。
【００７４】
ところで、電子冷却素子２７は、冷却を行っている面と反対側の面は発熱する構造となっている。効率的に冷却を行うためには、電子冷却素子２７の発熱面の熱を効率的に放熱する必要がある。図１０では、電子冷却素子２７の発熱面をパッケージ２８と接合して放熱を実施していたが、図１１では電子冷却素子２７の発熱面を直接光モジュール搭載用基板８と接合させることにより、図１０と比較して効率よく放熱することが可能となる。
【００７５】
上記の様に、光モジュールは、光半導体素子２４等の発熱素子と、上部に発熱素子を載置し、発熱素子を冷却する電子冷却素子２７と、発熱素子および電子冷却素子２７の一部を内部に収納し、底部に貫通穴３３を有するパッケージ２８と、電子冷却素子２７は、その下部を貫通穴３３から外側に突出してパッケージ２８に載置される。これにより、電子冷却素子２７の発熱面を直接光モジュール搭載用基板８と接合させる事ができ、効率よく放熱することが可能となる。更に、貫通穴３３の下部から突出した電子冷却素子２７により光モジュール１の位置決めができる。さらに、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。
【００７６】
ここまでは、電子冷却素子２７を用いる実施の形態を説明してきたが、冷却を不要とする光半導体素子２４などを用いた場合は、電子冷却素子２７を用いない構成の場合もある。
【００７７】
図１２に電子冷却素子２７を用いない構成を示す。図１２において、(a)は上面図、(b)は矢視AA断面図を示す。
【００７８】
図１２において、キャリア２６はキャリア突起３４を有する形状となっている。また、図１３はキャリア突起３４を有したキャリア２６の斜視図を示したものである。
【００７９】
以下で構成について説明する。パッケージ２８は、光半導体素子２４等の発熱素子および、キャリア２６の一部を内部に収納する。
【００８０】
キャリア突起３４を有したキャリア２６は、上部に光半導体素子２４等の発熱素子を載置する。なお、キャリア突起３４の真上近傍に光半導体素子２４等の発熱素子を有する方が良い。
【００８１】
キャリア２６は、その下部のキャリア突起３４を貫通穴３３から外側に突出してパッケージに載置されている。貫通穴３３から外部に突出したキャリア２６の一部であるキャリア突起３４の一部は、位置決めを目的に使用する。なお、貫通穴３３の中心は、キャリア突起３４の中心と一致し、その中心は、第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する。
【００８２】
この貫通穴３３から突出したキャリア突起３４と係合するよう、基板穴９を光モジュール搭載用基板８に設ける。この基板穴９と、パッケージ２８の貫通穴３３から突出したキャリア２６のキャリア突起３４とにより光モジュール１の位置決めを行う。
【００８３】
上記により、パッケージ２８が熱伝導率が悪い材料であったとしても、キャリア２６上に載置されている光半導体素子２４等の発熱素子からの発熱を、キャリア２６を経由して光モジュール１を搭載する光モジュール搭載用基板８に放熱することが可能となる。なお、キャリア２６の材料は、熱伝導に優れるCuW、Cu等を用いる。
【００８４】
また、パッケージ２８が絶縁性材料であったとしても、キャリア２６がCuW、Cu等の導電性材料であれば、キャリア２６は光モジュール搭載用基板８と同電位にすることが可能となり、キャリア２６をグランドラインとすることが可能となる。さらに、光モジュール１と、光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなることから、接触抵抗が減少するためグランド電位を安定させるためのグランドラインとすることも可能となる。
【００８５】
上記の様に、光モジュールは、光半導体素子２４等の発熱素子と、上部に発熱素子を載置するキャリア２６と、熱素子およびキャリア２６の一部を内部に収納し、底部に貫通穴３３を有するパッケージ２８とを備え、キャリア２６の一部であるキャリア突起３４は、その下部を貫通穴３３から外側に突出してパッケージ２８に載置される。これにより、キャリア２６を直接光モジュール搭載用基板８と接合させる事ができ、効率よく放熱することが可能となる。また、接触抵抗が減少するためグランド電位を安定させるためのグランドラインとすることも可能となる。
【００８６】
次に図１３について説明する。キャリア突起３４は、キャリア２６の一部である。このように、キャリヤ２６は、キャリア２６の一部を位置決め用に加工した形状であっても良い。また、キャリア突起３４の形状は、円柱形状であっても良いし、多角形柱形状であっても良い。また、場合によりキャリア２６の本体部分と、キャリア突起３４とを別部材で形成した後に接合して構成しても良い。
【００８７】
図１４は、図１２に示したようにキャリアの一部を位置決め用に使用するのではなく、キャリア全体を位置決めのために使用する構成を示したものである。図１４において(a)は上面図、(b)は矢視AA断面図を示す。
【００８８】
構成は、前段と同じであるが、図１２のキャリア突起３４と比較して、パッケージ２８から外側に突出する部分が多くなるため、図１２よりも放熱効率および、グランド電位安定を図ることが可能となる。
【００８９】
さらに、貫通穴３３の円周方向に絶縁部材を配置し、キャリア２６とパッケージ２８とを電気的に隔たりを設けても良い。これにより、キャリア２６とパッケージ２８との間に電位差が生じるような構成を取ることも可能となる。
【００９０】
上記の様に、光モジュールは、パッケージ２８の側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のRF用導体線と４、５を備え、貫通穴３３の中心は、前記第一および第二のRF用導体線４、５のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置するこの様な構成を取ることで、位置決め用の突起を一個所のみ設けることで、光モジュールの位置決めが行える。これにより、従来４個所で位置決めしていた場合と比較して、製造上および、組み立て上の工数を減らすことが可能となる。さらに、接触面積の増大により、放熱効率を上げることができる。また、同時にグランド電位を安定させることも可能となる。
【００９１】
図１５は放熱効率を向上するために放熱シートを用いた図である。放熱シート１０１は、キャリア２６と基板穴９との間に配置する。放熱シート１０１を配置することにより、キャリア２６の表面および基板穴９は、光半導体素子の放熱経路として形成されることになる。
【００９２】
詳細を以下で説明する。キャリア２６と基板穴９との間の熱抵抗を少なく接合するほうが、放熱効率が向上する。熱抵抗を少なくするためには、キャリア２６と基板穴９とを熱的に密着させるほうが良い。キャリア２６と基板穴９とを熱的に密着させるため、放熱シート１０１を使用する。なお、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面にも放熱シート１０１を挟んでも良い。
【００９３】
もちろん、キャリア２６に変わって、電子冷却素子２７であっても同じである。
【００９４】
上記の様にキャリア２６と基板穴９の間に配置された放熱シートを備え、キャリア２６および基板穴９は光半導体素子１の放熱経路として形成されている。これにより、係合部分における熱抵抗が小さくなり、放熱効率が向上する。
【００９５】
また、キャリア２６と基板穴９とを係合することにより、光モジュール１と光モジュール搭載用基板８との接触面積が大きくなり、接触抵抗が減少する。結果として、接触抵抗が減少することにより、グランド強化ができる。
【００９６】
さらに、図１６は接触抵抗を減少させるために導電性部材を用いた図である。導体路１０２は、光モジュール搭載用基板８の表面に設けられた導体路である。これは、光モジュール搭載用基板８が絶縁体であることを想定しているが、光モジュール搭載用基板８が導電体である場合には、導体路１０２は不要となる。
【００９７】
導電性部材１０２は、キャリア２６と基板穴９の間に配置する。導電性部材１０２を配置することにより、キャリア２６の表面および基板穴９の表面は、共にグランドとして形成されている。
【００９８】
詳細を以下で説明する。キャリア２６と基板穴９との間で接触抵抗を少なく接合するほうが、グランド電位が安定する。接触抵抗を少なくするためには、キャリア２６と基板穴９とを電気的に密着させるほうが良い。突起２と基板穴９とを電気的に密着させるため、導電性部材１０３を使用する。
【００９９】
もちろん、キャリア２６に変わって、電子冷却素子２７であっても同じである。
【０１００】
上記のように、キャリア２６と基板穴９の間に配置された導電性部材を設け、キャリア２６の表面および、基板穴９の表面は、共にグランドとして形成する。これにより、係合部分における接触抵抗が小さくなり、グランドを安定にすることが可能となる。
【０１０１】
【発明の効果】
上記により、光モジュールの位置決めの容易化または／および、放熱の向上が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる光モジュール基板ユニットの実施の形態１を示す上面図である。
【図２】 (a)は図１に示される光モジュール基板ユニットのAA矢視側面図、(b)は図２(a)の係合部分Pの拡大部分断面図である。
【図３】 本発明に係わる光モジュール基板ユニットの実施の形態１を示す前面図である。
【図４】 伝送損失を示す図である。
【図５】 本発明に係わる光モジュールの実施の形態１の突起の位置を示す図である。
【図６】 本発明に係わる光モジュール搭載用基板の実施の形態１の基板穴の位置を示す図である。
【図７】 (a)は突起が第一および第二のRF用導体線軸線から離れた位置にあり、基板穴と係合している状態、(b)はS部分の拡大図、(c)は突起が図５に示した位置にあり、基板穴と係合している状態、(d)はT部分の拡大図である。
【図８】 放熱シートを用いた場合の部分断面図である。
【図９】 導電性部材を用いた場合の部分断面図である。
【図１０】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態１を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１０(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。
【図１１】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態２を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１１(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。
【図１２】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態２を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１２(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。
【図１３】 キャリアの斜視を示す図である。
【図１４】 (a)は本発明に係わる光モジュールの実施の形態２を、パッケージの上蓋を取り外した状態で示す平面図、(b)は図１４(a)に示される光モジュールのAA矢視断面図である。。
【図１５】 放熱シートを用いた場合の部分断面図である。
【図１６】 導電性部材を用いた場合の部分断面図である。
【符号の説明】
１ 光モジュール、２ 突起、３ 入出力端子、４ 第一のRF用導体線、５ 第二のRF用導体線、６ レンズ部、７ 光ファイバ、８ 光モジュール搭載用基板、９ 基板穴、１０ 接続端子用基板、１１ 信号線路、１２ 第一のRF用信号線路、１３ 第二のRF用信号線路、１５ 第一のRF用導体線軸線、１６ 第二のRF用導体線軸線、１８ 第一のＲＦ用信号線路軸線、１９ 第二のＲＦ用信号線路軸線、２０ モジュール搭載領域部、２３a、２３b、２３cおよび２３d 会合点、２４ 光半導体素子、２５ 光素子マウント、２６ キャリア、２７ 電子冷却素子、２８ パッケージ、２９ 上蓋、３０ 導体線路、３１ 基板、３２接続導体、３３ 貫通穴、３４ キャリア突起、１０１ 放熱シート、１０２導体路、１０３ 導電性部材
Claims (8)
- 光半導体素子を内部に収納し、底部に外方に突出する突起を有するパッケージと、
前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、
前記突起の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置する光モジュール。 - 前記突起は円柱形状である請求項１に記載の光モジュール。
- 発熱素子と、
上部に前記発熱素子を載置するキャリアと、
前記発熱素子およびキャリアの一部を内部に収納し、底部に貫通穴を有するパッケージと、
前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、
前記貫通穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、
前記キャリアは、その下部を前記貫通穴から外側に突出してパッケージに載置される光モジュール。 - 発熱素子と、
上部に前記発熱素子を載置し、前記発熱素子を冷却する電子冷却素子と、
前記発熱素子および電子冷却素子の一部を内部に収納し、底部に貫通穴を有するパッケージと、
前記パッケージの側面から外方に突出し、少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備えた光モジュールにおいて、
前記貫通穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、
前記電子冷却素子は、その下部を前記貫通穴から外側に突出してパッケージに載置される光モジュール。 - 内部に光半導体素子を収納した光モジュールを搭載するための光モジュール搭載用基板において、
少なくとも、前記光モジュールの第一および第二のＲＦ用導体線の端部に電気的に接続されることになる接続端部をそれぞれ有する第一および第二のＲＦ用信号線路と、
前記第一および第二のＲＦ用信号線路の前記接続端部の近傍に配置され、前記光モジュールを搭載することになるモジュール搭載領域部と、
前記モジュール搭載領域部に設けられ、前記光モジュールの底部の外方に突出する突起と係合することで前記光モジュールを位置決めする位置決め穴と、を備え、
前記位置決め穴の中心は、前記第一および第二のＲＦ用信号線路のそれぞれ前記端部の軸線の延長線の間に位置する光モジュール搭載用基板。 - 光半導体素子を内部に収納した光モジュールおよび該光モジュールを搭載する基板を備えた光モジュール基板ユニットにおいて、
前記光モジュールは、
底部に外方に突出する突起部と、
少なくともそれぞれの端部が水平に延在して互いに平行な第一および第二のＲＦ用導体線と、を備え、
前記突起部の中心は、前記第一および第二のＲＦ用導体線のそれぞれの端部の軸線の延長線の間に位置し、
前記基板は、前記突起に係合する穴を有する光モジュール基板ユニット。 - 前記突起と前記穴の間に配置された導電性部材を備え、
前記突起の表面および前記穴の表面は、共にグランドとして形成された請求項６に記載の光モジュール基板ユニット。 - 前記突起と前記穴の間に配置された放熱シートを備え、
前記突起および穴は光半導体素子の放熱経路として形成された請求項６に記載の光モジュール基板ユニット。
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