JP5991721B2 - 周辺シールが可能な光組立体用パッケージ - Google Patents

Description

本発明は総括的には光組立体に関し、特に、周辺シールが可能な光組立体用パッケージに関する。

高い信頼性及び光伝送システムが利用可能な大きな帯域幅であるため、（音声データを含む）デジタルデータ伝送用の媒体としての光ファイバの使用が実用化されてきた。これらのシステムに重要なのは、光信号の送受信用、及び信号の多重化、逆多重化用の、一般的には光電（ＯＥ）部品と称されることが多い光組立体である。

多くの用途において、ＯＥ部品デバイスは、水、高温、極端な低温、高い標高等の過酷な環境にさらされる。このような過酷な環境における信頼性の高い作業については、気密エンクロージャ内でＯＥ部品が製造されるのが代表的であり、従来技術を用いた場合はコスト高となる。さらに、このような多くのデバイスは、外部気密エンクロージャから気密エンクロージャ内の部品へ電気接続する能力が要求される。従来技術のデバイスにおいて、気密の電気フィードスルーアプローチは、絶縁パネルの開口を貫通する金属電気導体ピンに対するガラス又は半田のシールを有する高価なセラミック製又はガラス製の絶縁材料パネルを用いるのが代表的である。これらのアプローチは高価であり、導体の貫通配置は、パッケージ内の能動素子及びパッケージの外側の進行中の回路相互接続の双方に対してインピーダンスマッチングするよう注意深く設計されねばならない。

本発明は、光結合用にシールされた光コネクタ化のアプローチと組み合わせた高速可撓性基板電子インタフェースを提供する。光パッケージは、外部環境から光パッケージまでの光電部品の周辺シールを可能にする。光パッケージは、開放後端を有するエンクロージャ部材と、可撓性回路を有する後端シール部材とを具備する。光電部品はエンクロージャ部材内に配置され、開放後端は後端シール部材でシールされることにより、開放後端の周辺をシールする。可撓性回路は、光電部品及び外部環境間を電気接続する。

正規位置ベンチアプローチを用いた従来技術の光組立体を軸方向から見た図である。 図１の従来技術の光組立体の平面図である。 本発明の一実施形態に係るフランジ組立体に結合された一態様の光ベンチを示す図である。 本発明の一実施形態に係る一態様の摺動管を示す図である。 本発明の一実施形態に係る押圧リング及び摺動管を示す図である。 本発明に係る周辺がシールされたパッケージを形成するための一実施形態の工程及び構造を示す部分断面図である。 本発明に係る周辺がシールされたパッケージを形成するための一実施形態の工程及び構造を示す部分断面図である。 本発明に係る周辺がシールされたパッケージを形成するための一実施形態の工程及び構造を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係る可撓性多層基板を示す図である。 本発明の一実施形態に係る第１マスキング／エッチング工程を示し、（Ａ）図９の可撓性多層基板の１対部の底面図、（Ｂ）図９のＡ−Ａ線に沿った同じ１対部の側断面図である。 本発明の一実施形態に係る第２マスキング／エッチング工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る切断工程を示す図である。 図１２（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿って90°回転した側面図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を例示により説明する。

本発明は、任意の種類のデバイス用の周辺がシールされたパッケージを提供するために用いることができる。本明細書に開示された一実施形態は、光部品用の気密シールを提供すること、より具体的には、米国特許第７５１１２５８号明細書（２５８特許）に記載された技法及び部材を用いて構成された光ベンチ用の気密シールを提供することに関する。本発明は、２５８特許の光ベンチ用の周辺がシールされたパッケージの形成に限定されない。そして、本発明は、任意の種類のデバイスの周辺をシールすることを含むよう構成されるべきである。しかし、本発明の一実施形態の説明をより容易にするために、２５８特許の或る態様が以下に説明される。従来技術のより詳細な説明は２５８特許に記載されるので、本発明を理解するために本明細書に含まれる必要はない。

２５８特許において、Ｖ溝内に実装された部品のうちで光軸に沿って受動整列を確保するＶ溝を有するプラットフォームを用いて、光実装プラットフォームすなわち光「ベンチ」が説明される。２５８特許は、レーザ／光検出器組立体等の基板型光部品（すなわち、非円形断面）を整列させるためにＶ溝の使用を説明し、Ｖ溝に実装された他の光部品の光軸と光軸が同軸であるように、Ｖ溝内で信頼性高く実装することを可能にするために基板型光部品上の側面構造を提供する。

図１及び図２を参照すると、２５８特許の従来技術の光ベンチ１の全体構成が説明される。それぞれ軸方向から見た図及び平面図である図１及び図２には、正規位置ベンチ（ＴＰＢ）アプローチを用いた光組立体すなわち「光ベンチ」が示される。光ベンチ１は、保持用のプラットフォーム２、本例では光学的に整列された第１光部品４及び第２光部品１１を具備する。

プラットフォームは、所定ピッチαの壁３ａ，３ｂを有するＶ溝３を画定する。第１光部品４はＶ溝３内に配置される。第１光部品４は、第１光軸１０ａ、基準面１５及び２側面６ａ，６ｂを有する。各側面は、基準面１５から外方へ所定ピッチαで面取りされる。第１光部品４は、基準面１５がプラットフォーム２の上面１４に対して下方を向くように且つ第１光部品４の側面６ａ，６ｂがＶ溝３の壁３ａ，３ｂと平行な接触状態になるように、Ｖ溝３内に配置される。第２光部品１１もＶ溝３内に配置される。第２光部品は、第２光軸１０ｂと、少なくとも２個の接点１３ａ，１３ｂを有する外周面１３とを有する。第２光部品１１は、接点１３ａ，１３ｂがＶ溝３の壁３ａ，３ｂに接触し且つ第２光軸１０ｂが第１光軸１０ａと同軸になるように、Ｖ溝内に配置される。

プラットフォーム２は、光組立体のための主な基礎として機能を果たす。第１光部品４は、（例えばファイバ及びフェルール等の）円形断面を有していないが、代わりに１個以上の光素子が取り付けられるほぼ平坦な基板を有する光部品と称される「基板型」光部品である。基板型光部品の例には、送信器／受信器電気インタフェース用の関連するレーザドライバ／トランスインピーダンス増幅器回路と共に光電気変換デバイスを有する能動型レーザ／光検出器サブ組立体や、変調器、スイッチ及び光子集積回路（ＰＩＣ）を有する他の能動デバイスや、結合器、スプリッタ、波長分割多重（ＷＤＭ）／逆多重デバイス等の他の受動デバイスが挙げられる。これらの能動型素子、能動型及び受動型素子の組み合わせは、電気接続（電力、信号等）を要するのが代表的である。周辺がシールされるパッケージを形成する際に、電気接続の問題は重要になる。というのは、接続自体及び光路における露出した光表面は、水分及び他の環境条件から隔離されねばならず、パッケージ内部からパッケージの外部までの電気接続経路は、外部の環境条件から内部の素子を保護できねばならないからである。

図３ないし図１３を参照して、本発明の一実施形態を説明する。本明細書の図面は、縮尺が一定ではなく、多くの場合、本発明がよりよく理解できるように寸法が誇張されている。

図３を参照すると、上述したような光ベンチ１は、フランジ組立体３０に結合される。フランジ組立体３０は、好適な一実施形態において、ステンレス鋼等の金属材料製であり、ファイバ（図示せず）を収容するセラミックフェルール１１が周知の方法で挿入された、縦軸に沿った開口を有する。本例において、光ベンチ１は、シリコンウエハ等の光素子４が包囲される容器の外部に電気接続を要する光素子４を有する。

フランジ組立体３０は、セラミックフェルール１１がフランジ組立体３０を通過しなければならないという明確な理由のためにセラミックフェルール１１の直径より大きな所定の直径を有する筒状部３４を具備する。図４を参照すると、エンクロージャ部材は、筒状部３４の外径より大きな内径を有して製作された摺動管３６を具備する。この結果、エンクロージャ部材は、フランジ組立体３０の筒状部３４上を摺動可能であるがしかしぴったりと嵌る。例えば、筒状部３４は3.65mmの外径を有し、摺動管３６は3.9mmの内径を有する。以下により詳細に説明されるように、摺動管３６及びフランジ組立体３０は、前端シール部材（図４に不図示）と協働して光ベンチ１の気密シールを可能にする。摺動管３６は、図示されるように開放前端及び開放後端を有する。

図５は、押圧リング３８を具備する前端シール部材を示す。押圧リング３８は、摺動管３６及び押圧リング３８の双方がフランジ組立体３０の筒状部３４に挿入される際に、筒状部３４上に摺動可能に且つ摺動管３６内にぴったりと嵌るよう設計される。好適な一実施形態において、図５及びその後の図６ないし図８に見られるように、摺動管３６及び押圧リング３８の嵌合端は、摺動管３６への押圧リング３８のきつい挿入を容易にするために対応する面取りされた表面を有する。上述した摺動管及び押圧リングの組合せは、詳細に後述するようにパッケージの筒状部（前端）に気密シールを形成するのに役立つ。摺動管３６はまたフランジ部３７を有し、その目的は以下に詳細に説明される。

パッケージの後端について、気密シール可能な後端シール部材が、図６ないし図１３に関連して説明されるように構成された後端組立体６０を具備する。図６ないし図８は、本発明の一実施形態に係る、周辺がシールされたパッケージを形成するために起こった順の工程及び構造を示す部分断面図である。図６を参照すると、気密シール可能な後端組立体６０は、可撓性多層基板６２で始まって製作される。可撓性多層回路の製作は一般的に、可撓性多層基板が用いられる特定用途に適するＬＰＩ（液状感光性絶縁体）やＬＣＰ（液晶ポリマ）やカプトン（登録商標）等の可撓性絶縁材料間に多層の銅を挟むことを含む。（本実施形態に係る具体的な可撓性多層回路６２の製作の詳細は、図９ないし図１３を参照して以下に提供される。）

図６に見られるように、最初に押圧リング３８が、次に摺動管３６が、図示されるようにフランジ組立体３０の筒状部３４に挿入される。明白であろうように、押圧リング３８の面取り部は、摺動管３６の面取り部と対面するように配置される。気密シール可能な後端組立体６０は、摺動管３６のフランジ部３７に対して非結合状態で図示される。摺動管３６はフランジ組立体３０の筒状部３４の長さ方向に往復動することができるので、信号搬送層６３の舌片部６４は光素子４に容易に電気接続されるのに対し、摺動管３６は図６に示されるように外れて押される。舌片部６４を光素子４に接続（例えば、チップオンフレックス熱圧着又は半田バンプ結合）するための公知技術も使用可能である。

図７を参照すると、舌片部６４が光素子４に一旦電気接続されると、摺動管３６のフランジ３７が図示されるように気密シール可能な後端組立体６０の層６６に当接するまで、摺動管３６が気密シール可能な後端組立体６０に向かって押圧される。以下の図９ないし図１２の詳細な説明を読めばより明白であるように、フランジ部３７は、接地層に当接するように層６６に「嵌め込まれ」、デバイス用の接地を提供する。摺動管３６のフランジ部３７を気密シール可能な後端組立体６０に気密結合するための公知手段、例えば半田結合又はレーザ溶接を用いることができる。信号搬送層６３は、層６６及び層６７間に挟まれ、外部環境から光コネクタの内部部材への電気経路を気密シールする。この気密接続は、以下に十分に説明されるように、電源／信号端６５及び信号搬送層６３を介してシールされたパッケージの外部及び光素子４間に気密の電気接続が形成されることを可能にする。

次に、図８に示されるように、押圧リング３８は移動して図示されるように摺動管３６の端部へ駆動される。この好適な実施形態の押圧リング３８の楔形端部形状により、組立工具が押圧リング３８を摺動管３６の内径へ押圧することが可能になり、摺動管３６を拡開して押圧リング３８により及ぼされる摺動管３６上のフープ応力により維持される半径方向の表面シールを形成する。これにより、コネクタの前端の筒状部３４に気密シールを形成する。最後に、後端シール板６９の追加により容器の気密シールが完成するので、内容物（本例では光学部品自体及び光学部品に実装される全て）を外部部材から保護する。

好適な一実施形態において、熱テープ層７０又は同様の熱伝導材料がプラットフォーム２に形成され（図示されるように、Ｖ溝３の反対側のプラットフォーム２の側に形成され）、図６ないし図８に示されるようにフランジ組立体３０にも接触するように曲げることができる。これはプラットフォーム２からフランジ組立体３０までの熱経路が形成し、これにより、（多くの場合、かなりの量の熱を発生する）光素子４から熱を奪うヒートシンクを形成する。例えば、光素子４がシリコンウエハ上に形成される場合、シリコンウエハは光素子４からプラットフォーム２に熱を伝達することができ、今度は熱テープ７０に沿ってフランジ組立体３０に熱を伝達することができる。

好適な一実施形態において、上述したように、可撓性多層基板６２は、図９に示されるように多層積層で始まることにより製作される。図９に示される例において、多層積層は、最下層から最上層まで、例えばカプトン（登録商標）等の高温ポリイミド膜の最下層、接着剤層、銅製接地層、高温ポリイミド膜の中間層、接着剤層上の又は接着剤層と共に存在する複数対（３対を図示）の銅製信号トレース、及びＬＰＩ製の最上層を具備する。この積層の初期構成は例示であり、当業者には積層の初期構成は多数の変形があることが明白であり、このような変形は特許請求の範囲に包含されると考えらえることを理解されたい。結果物の可撓性多層基板は可撓性回路の「材料」を提供し、それぞれ１対の銅製信号トレースを含むその複数の部分は切断して使用することができる。図９の例において、このような３つの部分を切断することができる。本明細書で用いられるように、「高温ポリイミド膜」の用語は、200〜300℃の範囲、好適には240〜250℃の範囲の半田付け温度に耐えられる任意のポリイミド膜を意味する。

図９の平面図に見られるように、複数対の銅製信号トレース（説明のために見えるように示されているが、実際にはＬＰＩ製最上層が透明でない限り、見えない）は、可撓性基板の幅内で終端する。以下に詳細に説明するように、銅製信号トレースの端部は、最終的には光素子４への接続のために半田付け点を提供する。

図１０、図１１及び図１２は、可撓性多層基板６２の１対部と、気密シール可能な後端組立体６０の可撓性回路部となるマスキング／エッチング工程を示す底面図及び側断面図である。図１０を参照すると、図９の可撓性多層基板の１対部の底面が図１０（Ａ）に示される。図１０（Ｂ）は、図９のＡ−Ａ線に沿った同じ１対部の側断面図である。図１０（Ａ）に示された底面図は、図１０（Ｂ）の矢印Ｂから見た図に対応する。

気密シール可能な後端組立体６０を形成するために、図１０に示されるように、カプトン（登録商標）製最下層及び隣接する接着剤層は、公知のマスキング及びエッチング技術を用いて図示の通り円形状に除去される。除去された円の寸法は、銅製接地を露出し、図８に関して上述したように摺動管３６のフランジ部３７に接続するための接地及び実装面を提供するよう選択される。

次に、図１１に示されるように、公知のマスキング及びエッチング技術が用いられ、露出した銅製接地層の小径円形部と、その下のカプトン（登録商標）製中間層を除去し、これにより銅製信号対トレースを露出する。次に、図１２に点線で示されるように、銅製信号対トレースに隣接する接着剤層及びＬＰＩ製最上層を通って３か所切断されることにより、舌片部６４を形成する。最後に、図１３（図１２（Ａ）の90°回転した側面図）に示されるように、舌片部６４が矢印Ｃ方向に押圧されることにより、図６ないし図８で図示されたように、光素子４に固定するために銅製信号トレースを所定位置に配置する。

上述したマスキング、エッチング及び切断工程の最終結果は、１対の露出した銅製信号トレースを有する舌片を有する「サンドイッチ」の製作となる。これらの銅製信号トレースは、例えば図６ないし図８に示されるように、光素子４に取り付け可能である。

銅製信号トレース６３に電気接続を提供し、銅製信号トレース６３に接続される光素子４に電気接続を提供するために、図８を参照すると、ＬＰＩ製最上層及び銅製信号トレースを具備する層６７の端部がエッチングされてＬＰＩ層６７を除去し、これにより銅製信号トレース６３の電源／信号端６５が露出する。このため、銅製信号トレース６３が電源又は他の電気接続部に接続可能になる。このエッチングされた部分は図に示されていないが、当業者には層６７の必要領域がどのようにエッチングされて銅製信号トレース６３の電源／信号端６５が露出するかは明白であろう。最後に、後端シール板６９の追加により容器の気密シールが完成するので、図６ないし図８に示されるように内容物（本例では光学部品自体及び光学部品に実装される全て）が外部部材から保護される。

４ 光電部品（光素子）
１１ フェルール
３０ フランジ組立体
３４ 筒状部
３６ エンクロージャ部材（摺動管）
３８ 前端シール部材（押圧リング）
６０ 後端シール部材（後端組立体）
６２ 可撓性回路
６４ 舌片部
６５ 電源／信号端

Claims (8)

1. 外部環境から光パッケージまでの光電部品（４）の周辺シールを可能にする前記光パッケージであって、
   開放後端を有するエンクロージャ部材（３６）と、可撓性回路組立体を有する後端シール部材（６０）とを具備し、
   前記光電部品は前記エンクロージャ部材内に配置され、前記開放後端は前記後端シール部材でシールされることにより、前記開放後端の周辺をシールし、
   前記可撓性回路組立体は、前記光電部品及び前記外部環境間を電気接続し、
   前記可撓性回路組立体は、導電経路が形成された可撓性多層回路を具備し、
   前記可撓性多層回路は、屈曲した状態で前記光電部品に電気接続された舌片部（６４）と、前記外部環境から前記光パッケージまで前記導電経路に電気接続する電源／信号端（６５）とを有することを特徴とする光パッケージ。
2. 前記エンクロージャ部材は開放前端をさらに具備し、
   前記光パッケージは、フランジ組立体（３０）と、前端シール部材（３８）とをさらに具備し、
   前記前端シール部材は前記フランジ組立体及び前記エンクロージャ部材に結合され、これにより前記開放前端の周辺をシールすることを特徴とする請求項１記載の光パッケージ。
3. 前記フランジ組立体は、フェルール（１１）が通過すると共に所定の外径を有する筒状部（３４）を具備し、
   前記エンクロージャ部材は、前記外径より大きな内径を有する摺動管を具備し、
   前記摺動管は、前記筒状部上を摺動可能に嵌まることを特徴とする請求項２記載の光パッケージ。
4. 前記前端シール部材は押圧リングを具備し、
   前記押圧リングは、前記摺動管の前記内径とほぼ等しい内径と、前記摺動管の内部にぴったりと押圧されることができる寸法の外径とを有することを特徴とする請求項３記載の光パッケージ。
5. 前記押圧リングは、前記摺動管への挿入を容易にする面取りされた縁を有することを特徴とする請求項４記載の光パッケージ。
6. 前記可撓性多層回路は、
   第１可撓性絶縁材料層と、
   前記第１可撓性絶縁材料層上に形成された第１接着剤層と、
   前記第１接着剤層上に形成された銅製接地層と、
   前記銅製接地層上に形成された第２可撓性絶縁材料層と、
   前記第２可撓性絶縁材料層上に形成された第２接着剤層と、
   前記第２接着剤層上に形成された１対の銅製信号トレースと、
   前記１対の銅製信号トレース上に形成された第３可撓性絶縁材料層と
   を具備することを特徴とする請求項４記載の光パッケージ。
7. 前記可撓性絶縁材料は高温ポリイミド膜を具備することを特徴とする請求項６記載の光パッケージ。
8. 前記可撓性絶縁材料は、液状感光性絶縁体、液晶ポリマ及びカプトン（登録商標）のいずれかを具備することを特徴とする請求項６記載の光パッケージ。

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