JP4756769B2 - 光モジュール - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、高密度波長多重光伝送システムに使用する光モジュールに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図17は、従来の光モジュールの構成を示す概略断面図である。図17を参照して、従来の光モジュールは、電気信号を光信号に変換する半導体レーザ20と、温度検出手段であるサーミスタ70と、これらを実装するマウント部50と、マウント部50の温度を制御するために加熱/冷却するための熱電冷却素子80と、ドライバIC(Integrated Circuit)30と、給電線路110と、これらの各部材を収容するパッケージ60と、パッケージ60の電気信号入力部に電気的に接続された信号入力コネクタ40とを主に有している。
【0003】
給電線路110は、半導体レーザ20とパッケージ60の電気信号入力部とを電気的に接続するために用いられている。給電線路10とパッケージ60の電気信号入力部との間には、半導体レーザ20に入力される電気信号を増幅するためのドライバICが電気的に接続されている。
【0004】
図18および図19は、この給電線路の構成を概略的に示す斜視図および断面図である。図18および図19を参照して、給電線路110は、酸化アルミニウムを主成分としたアルミナセラミックス基板101に導体膜102および103を形成したマイクロストリップラインである。なお、導体膜102、103の各々は、実際に高周波の電気信号が流れる下地導体102b、103bと、ハンダ付けあるいはワイヤボンディングなどを行なう上で必要となる金メッキ102a、103aとの2層以上の多層構造よりなっている。
【0005】
このような光モジュールの用途として注目を集めているものが波長多重伝送システムである。このシステムでは、複数の信号を光波長領域に多重化して伝送するもので、光通信システムの大容量化を容易にする技術である。近年、さらなる大容量化を目指して、多重化する波長間隔を200GHz、100GHzと狭めた高密度波長多重伝送システムが国際規格で規定された。光モジュールには、これらの波長間隔に対して、波長が十分に安定(波長間隔の100分の1程度以下が望ましい)である必要が生じてきた。
【0006】
図17に示す光モジュールにおける半導体レーザ20とサーミスタ70とを実装するマウント部50への主な熱流入経路は、上記給電線路110を伝わる経路である。光モジュールでは、サーミスタ70で検出した温度が一定になるように温度制御されている。
【0007】
しかしながら、図20に示すように実際には、半導体レーザ20が実装されている場所とサーミスタ70が実装されている場所との熱流入路から見た熱抵抗が異なり、両者の温度が異なる。このため、光モジュールの周囲温度が変化した場合に、サーミスタ70の検出温度が常に一定になるように温度制御をかけたとしても、半導体レーザ20の温度が変化する。
【0008】
なお、図20中には右下がりの実線と右上がりの実線とが示されているが、右下がりの実線は、半導体レーザ側に対してパッケージの温度が高い場合の温度分布を示しており、右上がりの実線は、半導体レーザ側に対してパッケージの温度が低い場合の温度分布を示している。
【0009】
なお、図18および図19に示すストリップラインの構造において、アルミナ部分(アルミナ:熱伝導率33W/m/K)の基板101の厚みを254μm、導体部分102、103(金:熱伝導率315W/m/K)の厚みを3μmとすると、アルミナ部分と導体部分との熱伝導は約9:1となり、アルミナの部分を伝わる熱が大きくなる。アルミナよりなる基板101の厚みを薄くすることにより、熱伝導率を下げることができるが、基板101の厚みを薄くすると割れやすくなるなど実用上の課題があり、あまり熱伝導率を下げることはできなかった。
【0010】
また、上記以外の熱流入経路としては、図21に示すようなドライバIC30の配線90aがある。このドライバIC30は、半導体レーザ20に入力される電気信号を増幅するためのものであり、それに接続された配線90aは電気回路実装部90A上に形成されている。電気信号の入力がコネクタ40の場合には、ドライバIC30の配線90aは、コネクタ40とは反対側に配置されたリード90Cに結線する必要がある。このため、配線90aは、マウント部50上の配線90dと、リード取付基板90B上の導体パターン90bとを介してリード90Cに電気的に接続されている。
【0011】
このように従来の光モジュールでは、半導体レーザ20が実装されているマウント部50を経由してドライバIC30と反対側に位置するリード90Cに配線90aが結線されているため、配線90aやワイヤを介してマウント部50に熱が流入する。このため、上記給電線路110から熱が流入する場合と同様に、光モジュールの周囲温度が変化した場合に、サーミスタ70の検出温度が常に一定になるように温度制御をかけたとしても、半導体レーザ20の温度が変化するという課題があった。
【0012】
ここで、半導体レーザ20の発振波長の温度依存性は約10GHz/℃であるため、その温度は使用温度範囲内で0.1℃程度以下の精度で制御されなければならない。このため、上記給電線路110もしくは配線90aからの熱流入による半導体レーザ20の波長変化が課題となる。
【0013】
また従来の光通信システムでは波長領域での多重化を行なっていなかったため、熱設計の基準は、単に使用温度範囲内でマウント部50を所定の温度内に加熱/冷却できるかであった。このため、上記のような課題は、波長領域に高密度に多重化する高密度波長多重伝送システムが注目されてきて初めて明らかになった課題である。
【0014】
それゆえ本発明の目的は、複数の信号を光波長領域に高密度に多重化して伝送する高密度波長多重光伝送システムにおいて、熱流入による半導体レーザの波長変化を抑制できる光モジュールを提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】
本発明の一および他の光モジュールは、パッケージと、光デバイスと、マウント部と、給電線路とを備えている。パッケージは電気信号入力部を有している。光デバイスはパッケージ内に配置されている。マウント部は光デバイスを実装するものである。給電線路は、光デバイスと電気信号入力部との間の電気接続に用いられ、かつ熱伝導率が酸化アルミニウムの熱伝導率よりも小さい誘電体基板とその誘電体基板に形成された導体膜とを有している。
本発明の一の光モジュールでは、さらに導体膜が、光デバイス側に接続するための第1の端子部と、電気信号入力部側に接続するための第2の端子部と、第1および第2の端子部間をつなぐ接続部とを有している。この接続部は、金よりも熱伝導率の小さい材料よりなり、第1および第2の端子部は金よりなっている。
本発明の他の光モジュールでは、さらに導体膜が、光デバイス側に接続するための第1の端子部と、電気信号入力部側に接続するための第2の端子部と、第1および第2の端子部間をつなぐ接続部とを有している。第1および第2の端子部と接続部とは、ニッケル、白金、パラジウム、タングステン、モリブデンおよび銅よりなる群から選ばれる1種以上を含む材料からなる第1の層を有している。第1および第2の端子部は、第1の層上に形成された金よりなる第2の層を有している。
【0016】
本発明の一および他の光モジュールでは、給電線路に用いられる誘電体基板の熱伝導率が酸化アルミニウムの熱伝導率よりも小さい。これにより、誘電体基板に酸化アルミニウムを使う従来の給電線路と比較して、給電線路を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができる。これにより、複数の信号を光波長領域に高密度に多重化して伝送する高密度波長多重伝送システムにおいても、熱流入による半導体レーザの波長変化を抑制することが可能となる。
本発明の一の光モジュールでは、接続部に金よりも熱伝導率の小さい材料を用いることにより、導体膜を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができるとともに、第1および第2の端子部においてハンダ付けやワイヤまたはリボンのボンディングが可能となる。
本発明の他の光モジュールでは、導体膜を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができるとともに、第1および第2の端子部においてハンダ付けやワイヤまたはリボンのボンディングが可能となる。
【0017】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、誘電体基板の熱伝導率は、3W/m/K以下である。
【0018】
これにより、従来の誘電体基板に用いられたアルミナの熱伝導率(33W/m/K)よりも大幅に熱伝導率を小さくすることができる。このため、給電線路を介した光デバイス側への熱流入をさらに抑制することができる。
【0019】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、マウント部の温度を制御するための熱電冷却素子と、マウント部に実装される温度検出素子とがさらに備えられている。
【0020】
上記のように本発明では給電線路を介した光デバイス側への熱流入を抑制できるため、温度検出素子により検出された温度に応じて熱電冷却素子でマウント部の温度を制御することで光デバイスの温度を一定に保つことが可能となる。
【0021】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、誘電体基板の材料が、二酸化珪素を含むガラスセラミックスである。
【0022】
これにより、酸化アルミニウムよりも低い熱伝導率、特に3W/m/K以下の熱伝導率を実現することが可能となる。
【0023】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、導体膜のうちパッケージおよびマウント部に接しない部分の導体膜の線幅が誘電体基板の幅よりも小さい。
【0024】
これにより、導体膜を介した光デバイス側への熱流入も抑制することができる。
【0025】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、信号伝送用の導体膜は、誘電体基板の互いに対向する1対の表面のうち一方表面のみに形成されている。
【0026】
これにより、導体膜を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができる。
【0027】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、給電線路はコプレーナ線路およびスロット線路のいずれかである。
【0028】
このように用途に応じて給電線路には各種の線路を適宜用いることができる。
【0032】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、光デバイスに入力される電気信号を増幅するための電気回路と、電気回路を実装する電気回路実装部と、電気回路実装部上に形成されかつ電気回路に電気的に接続された配線とがさらに備えられている。その配線は、マウント部を介さずにパッケージ外部のリードに電気的に接続されている。
【0033】
これにより、電気回路に電気的に接続された配線から光デバイス側へ熱が流入することを防止することができる。
【0034】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、パッケージに取付けられ、かつリードに電気的に接続するための導体パターンを有するリード取付基板がさらに備えられている。リード取付基板は、電気回路実装部側に引き伸ばされた延長部を有している。導体パターンは延長部上にまで伸びて配線に電気的に接続されている。
【0035】
これにより、電気回路に電気的に接続された配線から光デバイス側へ熱が流入することを防止できるとともに、特別な部材を必要とせずに導体パターンと配線とを電気的に接続することができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
【0037】
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における光モジュールの構成を概略的に示す断面図である。図1を参照して、本実施の形態の光モジュールは、給電線路10と、半導体レーザ20と、ドライバIC30と、信号入力コネクタ40と、マウント部50と、パッケージ60とを主に有している。半導体レーザ20は電気信号を光信号に変換するものであり、マウント部50はこの半導体レーザ20を実装するものである。パッケージ60はこの半導体レーザ20とマウント部50とを内部に収容するものであり、信号入力コネクタ40はパッケージ60の電気信号入力部に接続されている。
【0038】
給電線路10は、この半導体レーザ20とパッケージ60の電気信号入力部との間の電気的接続に用いられるものである。この給電線路10と信号入力コネクタ40との間には、たとえば半導体レーザ20に入力される電気信号を増幅するためのドライバIC30が電気的に接続されている。
【0039】
図2は、図1に示す給電線路の構成を概略的に示す斜視図である。図2を参照して、給電線路10は、誘電体基板1に導体膜2、3を形成したマイクロストリップラインである。誘電体基板1は、酸化アルミニウム(アルミナ)よりも小さい熱伝導率を有している。また導体膜2、3は、図19に示した従来例と同様、実際に高周波の電気信号が流れる下地導体と、ハンダ付けあるいはワイヤボンディングなどを行なう上で必要となる金メッキとの2層以上の多層構造よりなっている。なお、図1および2では説明の便宜上、導体膜2、3を単層で示している。
【0040】
本実施の形態では、給電線路10の誘電体基板1に従来例のアルミナよりも小さい熱伝導率を有する材料が用いられているため、アルミナを用いた従来例に比べて熱の伝導を小さくすることができる。このため、給電線路10を介して半導体レーザ20のマウント部50へ熱の流入することが抑えられる。
【0041】
半導体レーザ20は、その温度が高くなるほど性能が低下する特性を有している。しかし、本実施の形態では、図3に示すように熱流入が抑えられたことにより、半導体レーザ20の温度上昇が抑えられ、より高い温度まで光モジュールを使用することが可能となる。
【0042】
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2における光モジュールの構成を概略的に示す断面図である。図4を参照して、本実施の形態の光モジュールは、給電線路10と、半導体レーザ20と、ドライバIC30と、信号入力コネクタ40と、マウント部50と、パッケージ60と、サーミスタ70と、熱電冷却素子80とを主に有している。
【0043】
半導体レーザ20は電気信号を光信号に変換するものであり、サーミスタ70は半導体レーザ20周辺の温度を検出するための温度検出手段である。マウント部50は半導体レーザ20とサーミスタ70とを実装する部分であり、熱電冷却素子80はマウント部50の温度を制御するために加熱/冷却するものである。パッケージ60は、これらの各部材を内部に収容するものであり、信号入力コネクタ40はパッケージ60の電気信号入力部に接続されている。
【0044】
給電線路10は、この半導体レーザ20とパッケージ60の電気信号入力部とを電気的に接続するものであり、パッケージ60内に配置されている。また給電線路10とパッケージ60の電気信号入力部との間には、半導体レーザ20に入力される電気信号を増幅するためのドライバICが電気的に接続されている。
【0045】
本実施の形態に用いられる給電線路10は、たとえば図2で示すように誘電体基板1に導体膜2、3を形成したマイクロストリップラインである。この誘電体基板1には、3W/m/K以下の熱伝導率を有する材質が用いられている。導体膜2、3は、図19に示した従来例と同様、実際に高周波の電気信号が流れる下地導体と、ハンダ付けあるいはワイヤボンディングなどを行なう上で必要となる金メッキとの2層以上の多層構造よりなっている。なお、図4では説明の便宜上、導体膜2、3を単層で示している。
【0046】
本実施の形態では、給電線路10の誘電体基板1に熱伝導率が3W/m/K以下の材質を用いることにより、アルミナを用いた従来例に比べて、誘電体基板1の熱伝導率を大幅に小さくすることができる。このため、半導体レーザ20のマウント部50への熱の流入を大幅に抑えることが可能となる。
【0047】
このように熱流入が大幅に抑えられたことにより、図5に示すように、半導体レーザ20とサーミスタ70との間の熱抵抗が変わらなくても、その間に生じる温度差は小さくなり、半導体レーザ20の周囲温度が変化しても光モジュールの波長は安定になる。
【0048】
なお、図5中には右下がりの実線と右上がりの実線とが示されているが、右下がりの実線は、半導体レーザ側に対してパッケージの温度が高い場合の温度分布を示しており、右上がりの実線は、半導体レーザ側に対してパッケージの温度が低い場合の温度分布を示している。
【0049】
また、給電線路10の誘電体基板1の熱伝導率を3W/m/K以下にすることにより、給電線路10の導体部分を伝わる熱が支配的となり、導体部分の構成、構造を工夫することにより、さらなる波長変換の抑制が可能となる。
【0050】
(実施の形態3)
図2を参照して、本実施の形態の光モジュールに用いられる給電線路10の誘電体基板1は、二酸化ケイ素を含むガラスセラミックスよりなっている。
【0051】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態1または2の構成とほぼ同じであるため、その説明は省略する。
【0052】
本実施の形態では、誘電体基板1は、二酸化ケイ素を含むガラスセラミックスよりなっている。このため、誘電体基板1の熱伝導率を小さくできるとともに、誘電体損も小さくすることができる。特に熱伝導率については、誘電体基板1の熱伝導率を、従来例で用いられている酸化アルミニウム(アルミナ)の熱伝導率よりも小さくでき、さらに3W/m/K以下の熱伝導率とすることができる。
【0053】
このため、この給電線路10を用いることで、マウント部50への熱流入を大幅に抑えることができ、半導体レーザ20の周囲温度が変化しても波長が安定であるとともに、高周波特性に優れた光モジュールを得ることができる。
【0054】
(実施の形態4)
図6および図7は、本発明の実施の形態4における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す平面図および背面図である。図6および図7を参照して、誘電体基板1の表面もしくは裏面に形成される導体膜2、3のパッケージ60およびマウント部50に接しない部分の導体パターンの線幅W2、W3は誘電体基板1の幅W1よりも細い。
【0055】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態1または2の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0056】
誘電体基板1を熱伝導率の小さい材質で構成した場合、導体膜2、3が主要な熱の伝導経路となる。本実施の形態では、この導体パターン2、3の線幅W2、W3が誘電体基板の幅W1よりも細くなっているため、導体膜2、3部分の熱伝導量が小さくなる。このため、半導体レーザ20を実装するマウント部50への熱流入が小さくなり、周囲温度の変化に対しても波長が安定な光モジュールを得ることができる。
【0057】
(実施の形態5)
図8および図9は、本発明の実施の形態5における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す平面図および背面図である。図8および図9を参照して、本実施の形態の給電線路10では、熱伝導率の小さい材料よりなる誘電体基板1の表裏両面のうち一方の面(表面)にのみ、信号伝送用の導体膜2が形成されている。一方、誘電体基板1の裏面の両端部には、パッケージ60またはマウント部50に給電線路10をハンダ付けするための金属パターン3が形成されている。
【0058】
表面に形成された2本の導体膜2の一方は半導体レーザ20へ電気信号を通すためのものであり、他方は接地電位を印加されるものである。
【0059】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態1または2の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0060】
熱伝導率の小さい材質で誘電体基板1を構成した場合、信号伝送用の導体膜が主要な熱の伝導経路となる。本実施の形態では、この導体膜2が誘電体基板1の表面側にしかないため、導体膜2の熱伝導量が小さくなる。このため、半導体レーザ20を実装するマウント部50への熱流入が小さくなり、周囲温度の変化に対しても波長が安定な光モジュールを得ることができる。
【0061】
なお、図10に示すように、信号伝送用の導体膜2を上面として下面をパッケージ60およびマウント部50に接続すると、熱の主な伝導経路は、図中矢印で示すようにパッケージ60→誘電体基板1→導体膜2→誘電体基板1→マウント部50となる。このため、熱伝導率の小さい材質よりなる誘電体基板1を2度通過することになり、より効果的に熱伝導の抑圧効果が得られる。
【0062】
(実施の形態6)
図11および図12は、本実施の形態6における光モジュールに用いられる給電線路を示す平面図である。本実施の形態の給電線路10は、実施の形態5で説明したように、誘電体基板1の表面側にのみ信号伝送用の導体膜2が形成されている。また、その導体膜2のパターンは、図11に示すようなコプレーナ線路あるいは図12に示すようなスロット線路を形成している。
【0063】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態1または2の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0064】
本実施の形態では、導体膜2がコプレーナ線路あるいはスロット線路を形成しており、これらの給電線路は高周波の電気信号に対しても良好な電気信号を伝送することができる。このため、これらの給電線路を用いることにより、周囲温度の変化に対して波長が安定でなおかつ高周波の伝送特性に優れた光モジュールを得ることができる。
【0065】
(実施の形態7)
図13は、本実施の形態7における光モジュールに用いられる給電線路の平面図(a)および断面図(b)である。なお、図13(b)は、図13(a)のXIII−XIII線に沿う断面に対応している。
【0066】
図13(a)、(b)を参照して、本実施の形態の給電線路10では、パッケージ60およびマウント部50に接する部分およびワイヤまたはリボンをボンディングする部分以外は、金よりも熱伝導率の小さい材料で導体膜2が形成されている。つまり、図13(a)で示すワイヤまたはリボンをボンディングする部分(端子部)2a1は金よりなっており、両端の端子部2a1をつなぐ接続部2a2は金よりも熱伝導率の小さい材料よりなっている。これらの導体膜2a1、2a2は、誘電体基板1の上に直接形成されており、導体膜2a1、2a2と誘電体基板1との間には下地導体は形成されていない。
【0067】
また、図13(b)に示すように誘電体基板1の裏面側には、パッケージ60またはマウント部50に接する部分にのみハンダ付け用の金属パターン3が形成されている。
【0068】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態1または2の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0069】
熱伝導率の小さい材質で誘電体基板1を構成した場合、信号伝送用の導体膜が主要な熱の伝導経路となる。本実施の形態では、この導体膜2の接続部2a2が金よりも熱伝導率の小さい材質よりなるため、導体膜2全体としての熱伝導率が小さくなり、伝送線路の熱伝導量が小さくなる。このため、半導体レーザ20を搭載するマウント部50への熱流入が小さくなり、周囲温度の変化に対しても波長が安定な光モジュールを得ることができる。
【0070】
なお、金よりも熱伝導率の小さい金属として、ニッケル(Ni)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、タングステン(W)、またはモリブデン(Mo)を用いた場合の熱伝導率の比較を行なった。その結果を表1に示す。
【0071】
【表1】
【0072】
熱伝導率の小さい材料で誘電体基板1を構成した場合には、導体膜2が熱流入経路として支配的になる。このため、誘電体基板1での熱伝導を無視すると、表1中で最も熱伝導率の大きいタングステンを用いた場合でも、金を用いた場合に比べて熱の流入が約半分になる。また、最も熱伝導率の小さい白金またはパラジウムを用いた場合には、金を用いた場合に比べて熱流入が1/4〜1/5になり、熱の流入が抑えられる。
【0073】
(実施の形態8)
図14は、本発明の実施の形態8における光モジュールに用いられる給電線路の構成を示す平面図(a)および断面図(b)である。なお、図14(b)は、図14(a)のXIV−XIV線に沿う断面に対応している。
【0074】
図14(a)、(b)を参照して、本実施の形態の給電線路10では、導体膜2は、材質の異なる導電膜2a1と2bとを有している。導体膜2bは、ニッケル、白金、パラジウム、タングステン、モリブデンおよび銅のいずれかを単独でもしくは任意の組合せで少なくとも含む金属よりなっている。導体膜2a1は、金よりなっており、ワイヤまたはリボンをボンディングする部分(端子部)においてのみ上記導体膜2b上に形成されている。
【0075】
また、誘電体基板1の裏面には、パッケージ60またはマウント部50に接する部分(両端部)に、金よりなる導体膜3が形成されている。
【0076】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態1または2の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0077】
通常の給電線路の導体膜は、図19に示したように誘電体基板101との密着性などを考慮して、ニッケル、白金、パラジウム、タングステン、モリブデンまたは銅などの下地導体102b、103bと、ハンダ付けやワイヤボンディングなどのために施された金メッキの導体102a、103aとの多層構造よりなっている。実際の電気信号の導通に寄与しているのは2〜3μmの下地導体102b、103bであり、金メッキ102a、103aはあまり寄与していない。
【0078】
そこで本実施の形態のように、ハンダ付けが必要となる部分や、ワイヤまたはリボンのボンディングが必要となる部分にのみ金メッキ2a1、3を施すようにすれば、本来は必要でない部分に金メッキがついて熱伝導を良くしてしまうということがなくなり、給電線路10の熱伝導量が小さくなる。このため、半導体レーザ20を実装するマウント部50への熱流入が小さくなり、周囲温度の変化に対しても波長が安定な光モジュールを得ることができる。また、下地導体2bの上から金のメッキを施すようにすれば、実施の形態7と比較して製作も非常に容易となる。
【0079】
下地導体として、ニッケル、白金、パラジウム、タングステン、モリブデンまたは銅を用いて、全面に金メッキを施した場合と、必要部分のみに金メッキを施した場合との熱伝導率の比較を行なった。なお、下地導体と金メッキの厚みは同じとした。その結果を表2に示す。
【0080】
【表2】
【0081】
熱伝導率の小さい材質で誘電体基板1を構成した場合には、導体膜が熱流入経路として支配的になる。このため、誘電体基板1での熱伝導を無視すると、表2中で最も熱伝導の大きい銅でも、必要部分のみに金メッキを施した場合、全面に金メッキを用いた場合に比べて熱流入が約半分になる。また最も熱伝導率の低い白金またはパラジウムを用いると、必要部分のみに金メッキを施した場合、全面に金メッキを用いた場合に比べて熱流入は1/5以下になり、熱の流入が抑えられる。
【0082】
(実施の形態9)
図15は、本発明の実施の形態9における光モジュールの構成を概略的に示す一部破断平面図である。図15を参照して、本実施の形態における光モジュールでは、電気回路実装部90Aとリード取付基板90Bとがパッケージ60に取付けられている。
【0083】
電気回路実装部90Aには、ドライバIC30が実装されており、かつドライバIC30に電気的に接続するための配線90aが形成されている。またリード取付基板90Bには、リード90Cに電気的に接続するための導体パターン90bが形成されている。この配線90aと導体パターン90bとは、マウント部50を介さずに、たとえばワイヤボンディングなどにより直接電気的に接続されている。
【0084】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態1または2の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0085】
パッケージ60の電気信号入力コネクタ40から入力された電気信号はドライバIC30において増幅されて半導体レーザ20に入力される。ここで、ドライバIC30の配線90aはマウント部50を介さずにリード90Cと結線されているため、ドライバIC30の配線90aからマウント部50への熱流入はない。このため、配線90aを介した熱流入による半導体レーザ20とサーミスタ70との間の温度差はなくなり、周囲温度が変化しても光モジュールの波長は安定になる。
【0086】
(実施の形態10)
図16は、本発明の実施の形態10における光モジュールの構成を概略的に示す一部破断平面図である。図16を参照して、本実施の形態における光モジュールの構成は、実施の形態9の構成と比較して、リード取付基板90Bが、電気回路実装部90A側に一部引き延ばされたリード取付基板延長部90B1を有する点において異なる。リード取付基板90B上に形成される導体パターン90bの各々は、このリード取付基板延長部90B1の端部まで引き延ばされており、最も配線90aに近い位置で配線90aと電気的に接続されている。
【0087】
なお、これ以外の本実施の形態の構成については、上述した実施の形態9の構成とほぼ同じであるため、同一の部材については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0088】
本実施の形態においては、延長部90B1を設けたことにより、配線90aと導体パターン90bとの間隔が短くなる。これにより、ワイヤボンディングによる両者の接続距離を短くすることができ、特別な部材を必要とせずに配線90aと導体パターン90bとを結線することができる。このため、配線90aを介した熱流入による半導体レーザとサーミスタ間との温度差を容易になくすことができ、周囲温度が変化しても光モジュールの波長は安定になる。
【0089】
なお、上記実施の形態1〜10においては、光デバイスとして半導体レーザを用いた場合について説明したが、これに限定されず、電気信号を光信号に変換できる光デバイスであれば本発明に適用することができる。
【0090】
また、誘電体基板1の材質として、実施の形態3においては二酸化珪素を含むガラスセラミックスを用いた場合について説明したが、これに限定されず、酸化アルミニウムよりも熱伝導率の小さい材質であれば本発明に適用することができる。
【0091】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【0092】
【発明の効果】
本発明の光モジュールでは、給電線路に用いられる誘電体基板の熱伝導率が酸化アルミニウムの熱伝導率よりも小さい。これにより、誘電体基板に酸化アルミニウムを使う従来の給電線路と比較して、給電線路を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができる。これにより、複数の信号を光波長領域に高密度に多重化して伝送する高密度波長多重伝送システムにおいても、熱流入による半導体レーザの波長変化を抑制することが可能となる。
【0093】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、誘電体基板の熱伝導率は、3W/m/K以下である。これにより、従来の誘電体基板に用いられたアルミナの熱伝導率(33W/m/K)よりも大幅に熱伝導率を小さくすることができる。このため、給電線路を介した光デバイス側への熱流入をさらに抑制することができる。
【0094】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、マウント部の温度を制御するための熱電冷却素子と、マウント部に実装される温度検出素子とがさらに備えられている。上記のように本発明では給電線路を介した光デバイス側への熱流入を抑制できるため、温度検出素子により検出された温度に応じて熱電冷却素子でマウント部の温度を制御することで光デバイスの温度を一定に保つことが可能となる。
【0095】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、誘電体基板の材料が、二酸化珪素を含むガラスセラミックスである。これにより、酸化アルミニウムよりも低い熱伝導率、特に3W/m/K以下の熱伝導率を実現することが可能となる。
【0096】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、導体膜のうちパッケージおよびマウント部に接しない部分の導体膜の線幅が誘電体基板の幅よりも小さい。これにより、導体膜を介した光デバイス側への熱流入も抑制することができる。
【0097】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、信号伝送用の導体膜は、誘電体基板の互いに対向する1対の表面のうち一方表面のみに形成されている。これにより、導体膜を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができる。
【0098】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、給電線路はコプレーナ線路およびスロット線路のいずれかである。このように用途に応じて給電線路には各種の線路を適宜用いることができる。
【0099】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、導体膜は、光デバイス側に接続するための第1の端子部と、電気信号入力部側に接続するための第2の端子部と、第1および第2の端子部間をつなぐ接続部とを有している。この接続部は、金よりも熱伝導率の小さい材料よりなり、第1および第2の端子部は金よりなっている。このように接続部に金よりも熱伝導率の小さい材料を用いることにより、導体膜を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができるとともに、第1および第2の端子部においてハンダ付けやワイヤまたはリボンのボンディングが可能となる。
【0100】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、導体膜は、光デバイス側に接続するための第1の端子部と、電気信号入力部側に接続するための第2の端子部と、第1および第2の端子部間をつなぐ接続部とを有している。第1および第2の端子部と接続部とは、ニッケル、白金、パラジウム、タングステン、モリブデンおよび銅よりなる群から選ばれる1種以上を含む材料からなる第1の層を有している。第1および第2の端子部は、第1の層上に形成された金よりなる第2の層を有している。これにより、導体膜を介した光デバイス側への熱流入を抑制することができるとともに、第1および第2の端子部においてハンダ付けやワイヤまたはリボンのボンディングが可能となる。
【0101】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、光デバイスに入力される電気信号を増幅するための電気回路と、電気回路を実装する電気回路実装部と、電気回路実装部上に形成されかつ電気回路に電気的に接続された配線とがさらに備えられている。その配線は、マウント部を介さずにパッケージ外部のリードに電気的に接続されている。これにより、電気回路に電気的に接続された配線から光デバイス側へ熱が流入することを防止することができる。
【0102】
上記の光モジュールにおいて好ましくは、パッケージに取付けられ、かつリードに電気的に接続するための導体パターンを有するリード取付基板がさらに備えられている。リード取付基板は、電気回路実装部側に引き伸ばされた延長部を有している。導体パターンは延長部上にまで伸びて配線に電気的に接続されている。これにより、電気回路に電気的に接続された配線から光デバイス側へ熱が流入することを防止できるとともに、特別な部材を必要とせずに導体パターンと配線とを電気的に接続することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態1における光モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【図2】 本発明の実施の形態1における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す斜視図である。
【図3】 パッケージから半導体レーザまでの温度分布を示す図である。
【図4】 本発明の実施の形態2における光モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【図5】 パッケージからサーミスタまでの温度分布を示す図である。
【図6】 本発明の実施の形態4における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す平面図である。
【図7】 本発明の実施の形態4における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す背面図である。
【図8】 本発明の実施の形態5における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す平面図である。
【図9】 本発明の実施の形態5における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す背面図である。
【図10】 本発明の実施の形態5における光モジュールにおける熱の伝導経路を示す図である。
【図11】 本発明の実施の形態6における光モジュールに用いられるコプレーナ線路型の給電線路の構成を示す平面図である。
【図12】 本発明の実施の形態6における光モジュールに用いられるスロット線路型の給電線路の構成を示す平面図である。
【図13】 本発明の実施の形態7における光モジュールに用いられる給電線路の構成を示す平面図(a)および断面図(b)である。
【図14】 本発明の実施の形態8における光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す平面図(a)および断面図(b)である。
【図15】 本発明の実施の形態9における光モジュールの構成を概略的に示す一部破断平面図である。
【図16】 本発明の実施の形態10における光モジュールの構成を概略的に示す一部破断平面図である。
【図17】 従来の光モジュールの構成を概略的に示す断面図である。
【図18】 従来の光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す斜視図である。
【図19】 従来の光モジュールに用いられる給電線路の構成を概略的に示す断面図である。
【図20】 従来の光モジュールにおけるパッケージからサーミスタまでの温度分布を示す図である。
【図21】 従来の光モジュールの構成を概略的に示す一部破断平面図である。
【符号の説明】
1 誘電体基板、2,3 導体膜、20 半導体レーザ、30 ドライバIC、40 信号入力コネクタ、50 マウント部、60 パッケージ、70 サーミスタ、80 熱電冷却素子、90A 電気回路実装部、90B リード取付基板、90B1 リード取付基板延長部、90a 配線、90b 導体パターン。
Claims (10)
- 電気信号入力部を有するパッケージと、
前記パッケージ内に配置された光デバイスと、
前記光デバイスを実装するためのマウント部と、
前記光デバイスと前記電気信号入力部との間の電気接続に用いられる給電線路とを備え、
前記給電線路は、熱伝導率が酸化アルミニウムの熱伝導率よりも小さい誘電体基板と、前記誘電体基板に形成された導体膜とを有し、
前記導体膜は、前記光デバイス側に接続するための第1の端子部と、前記電気信号入力部側に接続するための第2の端子部と、前記第1および第2の端子部間をつなぐ接続部とを有し、
前記接続部は金よりも熱伝導率の小さい材料よりなり、前記第1および第2の端子部は金よりなることを特徴とする、光モジュール。 - 電気信号入力部を有するパッケージと、
前記パッケージ内に配置された光デバイスと、
前記光デバイスを実装するためのマウント部と、
前記光デバイスと前記電気信号入力部との間の電気接続に用いられる給電線路とを備え、
前記給電線路は、熱伝導率が酸化アルミニウムの熱伝導率よりも小さい誘電体基板と、前記誘電体基板に形成された導体膜とを有し、
前記導体膜は、前記光デバイス側に接続するための第1の端子部と、前記電気信号入力部側に接続するための第2の端子部と、前記第1および第2の端子部間をつなぐ接続部とを有し、
前記第1および第2の端子部と前記接続部とは、ニッケル、白金、パラジウム、タングステン、モリブデンおよび銅よりなる群から選ばれる1種以上を含む材料からなる第1の層を有し、
前記第1および第2の端子部は、前記第1の層上に形成された金よりなる第2の層を有することを特徴とする、光モジュール。 - 前記誘電体基板の熱伝導率は3W/m/K以下であることを特徴とする、請求項1または2に記載の光モジュール。
- 前記マウント部の温度を制御するための熱電冷却素子と、
前記マウント部に実装される温度検出素子とをさらに備えたことを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の光モジュール。 - 前記誘電体基板の材料が、二酸化珪素を含むガラスセラミックスであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記導体膜のうち前記パッケージおよび前記マウント部に接しない部分の前記導体膜の線幅が前記誘電体基板の幅よりも小さいことを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の光モジュール。
- 信号伝送用の前記導体膜は、前記誘電体基板の互いに対向する1対の表面のうち一方表面のみに形成されていることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の光モジュール。
- 前記給電線路はコプレーナ線路およびスロット線路のいずれかであることを特徴とする、請求項6に記載の光モジュール。
- 前記光デバイスに入力される電気信号を増幅するための電気回路と、
前記電気回路を実装する電気回路実装部と、
前記電気回路実装部上に形成され、かつ前記電気回路に電気的に接続された配線とをさらに備え、
前記配線は、前記マウント部を介さずに前記パッケージ外部のリードに電気的に接続されることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の光モジュール。 - 前記パッケージに取付けられ、かつ前記リードに電気的に接続するための導体パターンを有するリード取付基板をさらに備え、
前記リード取付基板は、前記電気回路実装部側に引き伸ばされた延長部を有し、
前記導体パターンは前記延長部上にまで伸びて前記配線に電気的に接続されている、請求項9に記載の光モジュール。
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