JP5426730B2 - 光モジュール用パッケージ - Google Patents

Description

本発明は光モジュール用パッケージに関する。

近年、デジタルコヒーレント受信用光フロントエンドモジュールの開発が進められている。受信用光フロントエンドモジュールとしては例えば特許文献１に記載されたものが知られている。このようなモジュールで用いられるパッケージは形状、ピン配置等が標準化されており、パッケージ両側面に１．２７ｍｍ間隔で２０本／片側のＤＣリードが配置される。それと直交する側面の一方に光入力端子、別の一方に１ｍｍ間隔２０本のＲＦリードが配置される。

上記モジュールに用いられるパッケージとして、ＳＭＴリードを備えたセラミック配線基板を側壁面に埋め込む形で接合された金属パッケージが用いられることが多い。例えば図１に示すように、従来のパッケージでは、バスタブ形状のパッケージベース１０に平板リッドの蓋（図示せず）をシーム溶接することで気密シールをとることが多い。受信用光フロントエンドモジュールは、図１（ａ）に示すとおり、パッケージ１０内部に導波路型光学素子２０と光学部品３０と光半導体や電子回路４０等を実装して構成されている。さらにパッケージ１０の両側面には複数のＤＣリード６０を接続するセラミック配線基板５０が設けられ、それと直交する側面にはファイバＦと出力端子７０とが設けられている。

特許第４９３４７３３号明細書

しかしながら、図１に示すバスタブ形状のパッケージ１０では、パッケージ１０内部に光学部品３０を実装するのが、容易ではない。図１（ｂ）に示すように光学部品３０の光学レンズ３１をバスタブ形状のパッケージ１０内で調心し、把持しながら、ＹＡＧレーザ溶接Ｌでレンズキャリア３２に固定することになるが、周囲に十分なスペースがないため上部から角度をつけて溶接せざるを得ない。ところが、ＹＡＧレーザ溶接では、上部から角度をつけて溶接すると固定精度を劣化させるという問題を生じる。したがって、図１のようなパッケージではバスタブ内部に十分なスペースを確保する必要があり、高密度に光学部品を配置することが困難であった。

そこで図２に示すように、パッケージベースをバスタブ形状ではなく平板にしたものも提案されている。平板状のパッケージベース８０を採用することで、光学部品３０の実装が容易になり、その結果、図３に示すように光学部品３０を高密度に配置することができる。たとえばＯＩＦ（ｔｈｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｎｅｔｗｏｒｋｉｎｇ Ｆｏｒｕｍ）で１００Ｇｂｉｔ対応したデジタルコヒーレント用受信フロントエンドモジュールが標準化されているが、部品点数が多く、高密度配置することが必要となる。平板状のパッケージベース８０を採用すれば、このＯＩＦで標準化されているデジタルコヒーレント用受信フロントエンドモジュールを構成することもできる。高密度配置した場合でも、図３（ｂ）に示すように、ＹＡＧレーザ溶接Ｌが容易に行える。

ＳＭＴリードを備えたセラミック配線基板９０は、リードからの入力を引き回す配線パタンとともに光半導体や電子回路にバイアスをかけたりＤＣ電圧を供給するためのパッドが設けられている。セラミック配線基板のパッド部９２は、パッケージ内の出力側に配置される光半導体や電子回路４０とボンディング接続するためにこれらの部品の両脇に配置される必要がある。光半導体や電子回路が配置される領域４０は、高周波配線の制約から決まる面積を必要とするので、場合によってはその両脇にあるセラミック配線基板９０のパッド部９２は幅を狭くする必要がある。一方で、配線パタンを引き回すためにはある程度の面積が必要となるため、パッドが設けられた部分以外の部分（引き回し部分）９１では、幅広または多層に構成されることとなる。このように、高密度配置に伴い、セラミック配線基板は、長手方向に一定の形状を有さなくなる。

このような平板状のパッケージベース８０では、モノコック構造を有するバスタブ形状と比べると剛性が低くなるため、図３に示すように、セラミック配線基板は、網掛けで示された領域、すなわち裏面全体をパッケージベース８０に接合している。しかしながら、電気配線のためのセラミック配線基板９０の一面をパッケージベース８０に全面接合すると、ボード実装時にろう付け接合する際に熱膨張を生ずるとセラミック配線基板９０の引き回し部分９１とパッド部９２との境界部分に応力が集中して、セラミック配線基板９０にクラック等が発生する恐れがある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、高密度配置が可能であり、熱膨張時におけるセラミック配線基板における応力集中を緩和してクラックの発生を防止することにより、信頼性も高い光モジュールパッケージを提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、平板状の金属ベースと、複数の端子が長手方向に配列され、前記金属ベースの上面にろう付け接合されたセラミック配線基板とを備え、前記セラミック配線基板は長手方向に沿って幅または厚みが変化して形成される段差を有し、該段差を形成するように隣接している２つの領域の一方の領域が前記金属ベースに対してろう付け接合されていることを特徴とする光モジュール用パッケージである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の光モジュール用パッケージにおいて、前記セラミック配線基板の前記段差は、前記長手方向に沿った幅が変化する部分であることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の光モジュール用パッケージにおいて、前記セラミック配線基板の前記段差は、前記長手方向に沿った厚みが変化する部分である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の光モジュール用パッケージにおいて、前記ろう付けに用いられるろう材はＡｕＳｎ半田である。

従来の光モジュール用パッケージを採用した光モジュールを示す図である。 従来の光モジュール用パッケージを採用した光モジュールを示す図である。 従来の光モジュール用パッケージを採用した光モジュールを示す図である。 第１の実施形態の光モジュール用パッケージを採用した光モジュールを示す図である。 第２の実施形態の光モジュール用パッケージを採用した光モジュールを示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図４は本実施形態の光モジュール用パッケージを採用した光モジュールを示す図である。図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）は（ｂ）−（ｂ）断面図であり、図４（ｃ）は（ｃ）−（ｃ）断面図である。光モジュールは図４に示すように、平板状のパッケージベース８０の上面に導波路型光学素子２０と光学部品３０と光半導体や電子回路４０等を実装して構成されている。また、パッケージベース８０の上面の両側部には、複数のＤＣリード６０を接続するセラミック配線基板９０が設けられ、これと直交する両側部の上面には、光入力端子となるファイバＦと、出力端子７０とが配置されている。また、パッケージベース８０は、上面から箱状の蓋（図示せず）で覆われてパッケージングされることにより光モジュールとして構成される。

パッケージベース８０は、Ｋｏｖａｒ等の金属製の躯体の表面にＮｉメッキを施したものを用いることができる。平板状とは、図４（ｂ）に示すように、周囲にＹＡＧレーザ溶接を行う際に障害となる側壁がないことを意味し、平坦であることに限定されず、凹凸構造物があってもよい。

複数のＤＣリード６０は、パッケージ８０内に実装された部品を駆動制御するための電気信号を入力するための端子である。これらの複数のＤＣリード６０は、セラミック配線基板９０の一端に、その長手方向に沿って設けられている。

セラミック配線基板９０は、複数のＤＣリード６０から入力された信号を引き回す配線パタンが形成されている配線パタン部９１と、配線パタンとともに、引き回された入力信号を光半導体や電子回路４０に供給するための接続部となるパッドが設けられたパッド部９２とを有している。パッド部９２は、光半導体や電子回路４０に対してボンディング接続されるために、光半導体や電子回路４０の両脇に配置されている。この実施形態では、光半導体や電子回路４０は、幅広の領域に亘って配置されているので、パッド部９２の幅Ｗ１はあまり大きく設定できない。一方、配線パタン部９１は、必要な配線引き回しを行うためにその幅Ｗ２が大きく設定されている。

このように、セラミック配線基板９０は、配線パタン部９１とパッド部９２との境界部分で長手方向に沿った幅が変化している。すなわちセラミック配線基板９０は、長手方向に沿って形状が変化する形状変化部を有している。本実施形態では、セラミック配線基板９０の形状変化部を含まない領域、すなわち、配線パタン部９１とパッド部９２との境界部分を含まない領域が金属ベースであるパッケージベース８０に対してろう付け接合により固定されている。図４（ａ）、（ｃ）に示す例では、配線パタン部９１のみが接合されている。図４（ａ）では、セラミック配線基板９０において網掛け部分が接合領域として示されており、図４（ｃ）では接合領域に設けられたろう材Ｐが示されている。接合される領域は、配線パタン部９１とパッド部９２との境界部分を含まない領域であれば、図４に示す領域よりも小さい領域であってもよいし、パッド部９２のみであってもよい。接合面積が大きいほうが、接合力が向上するので好ましい。このように構成することによって、ろう付け接合後の金属ベースが底面を凸にした歪を生じても、セラミック配線基板９０が引っ張り応力を受けて破壊するおそれがない。

ろう付け接合に用いられるろう材Ｐは、低温ろう材であるＡｕＳｎ半田接合を採用することができる。低温ろう材であるＡｕＳｎを用いると、予めセラミック配線基板９０のみを金メッキ処理することが可能であり、光学部品３０の実装に必要となる金属ベース８０の上面の金メッキ除去工程を削減できるから好ましい。ちなみに、ろう材としてＳｎＣｕを用いると、ろう付け接合が高温となるため、接合後に金属ベースを含めて金メッキ処理が必要である。また、金スズ半田接合を行えば、セラミックの金メッキ処理をベースメタルとは独立に加工できるので、光学実装をより容易にすることが可能である。その際、金スズ半田接合後、ベースメタル側が凸状に歪を生じるので、ボード実装時にセラミックに引っ張り応力が生じ、クラックの危険が大きいが、一部領域のみを接合することで信頼性を確保できるため、特に有効である。

ＡｕＳｎ半田接合するため、パッケージベース８０は、Ｋｏｖａｒ等の金属製の躯体の表面にＮｉメッキを施し、セラミック配線基板９０との接合面に金メッキをパタン化している。ＡｕＳｎ半田接合は、５０μｍ厚の金スズ半田シートを用いて半田付けした。

この実施形態の光モジュール用パッケージによれば、高密度配置が可能であり、熱膨張時、またはボード実装応力が加えられた場合にもセラミック配線基板における応力集中を緩和してクラックの発生を防止することにより、信頼性も高い光モジュールパッケージを提供することができる。

（第２の実施形態）
この実施形態は、第１の実施形態のセラミック配線基板９０が長手方向に幅が変化することによって形状変化部を形成している態様に代えて、セラミック配線基板１００が長手方向に厚みが変化することによって形状変化部を形成する態様である。その他の構成は第１の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。

セラミック配線基板１００は、長手方向に沿った幅は一定であるが、複数の層で配線パタン部１０１を形成しているので、配線パタン部１０１の厚みＤ１はパッド部１０２の厚みＤ２よりも大きく構成されている。したがって、幅方向にパッド部１０２がある領域は長手方向に厚みが変化するので、接合は行わず、幅方向にパッド部１０２がない領域のみを接合する。図５（ａ）に示すように、セラミック配線基板１００において網掛け部分が接合領域として示されている。

この実施形態の光モジュール用パッケージによれば、長手方向に厚みが変化するセラミック配線基板を用いた場合でも、高密度配置が可能であり、熱膨張時、またはボード実装応力が加えられた場合にもセラミック配線基板における応力集中を緩和してクラックの発生を防止することにより、信頼性も高い光モジュールパッケージを提供することができる。

以上の実施形態では、配線パタン部９１、１０１とパッド部９２、１０２との境界において長手方向に沿った幅や厚みが変化する場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、配線パタン部９１、１０１やパッド部９２、１０２の中に幅や厚みが変化する境界があってもよい。その場合は、長手方向に幅や厚みが変化する境界を含む領域を接合領域としない。

また、以上の実施形態では、受信モジュールについて説明しているが、実装する部品を送信用の部品に変更することで送信モジュールについても採用できる。

１０ バスタブ形状のパッケージ
２０ 導波路型光学素子
３０ 光学部品
４０ 光半導体や電子回路
６０ ＤＣリード
７０ 出力端子
８０ パッケージベース
９０、１００ セラミック配線基板
９１、１０１ 配線パタン部
９２、１０２ パッド部
Ｆ ファイバ

Claims (4)

1. 平板状の金属ベースと、
   複数の端子が長手方向に配列され、前記金属ベースの上面にろう付け接合されたセラミック配線基板とを備え、
   前記セラミック配線基板は長手方向に沿って幅または厚みが変化して形成される段差を有し、該段差を形成するように隣接している２つの領域の一方の領域が前記金属ベースに対してろう付け接合されていることを特徴とする光モジュール用パッケージ。
2. 前記セラミック配線基板の前記段差は、前記長手方向に沿った幅が変化する部分であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール用パッケージ。
3. 前記セラミック配線基板の前記段差は、前記長手方向に沿った厚みが変化する部分であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール用パッケージ。
4. 前記ろう付けに用いられるろう材はＡｕＳｎ半田であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光モジュール用パッケージ。

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