JP7745811B1 - Ｃａｎ型光モジュール - Google Patents

Abstract

温度制御モジュール（５）の上に導電性のキャリア（７）が設けられている。キャリア（７）の側面にサブマウント（９）が設けられている。サブマウント（９）の表面に光半導体素子（１０）が実装されている。信号線路（１１ａ）がサブマウント９）の表面に設けられ、リードピン（２ａ）と光半導体素子（１０）を接続する。グランド導体（１１ｂ）がサブマウント（９）の表面において信号線路（１１ａ）の両サイドに設けられ、キャリア（７）に接続されている。導電性の同軸ブロック（４）が金属ステム（１）の上面から突出したリードピン（２ａ）の突出部分を囲み、金属ステム（１）の上面に接合されている。導電性のポスト（８）が同軸ブロック（４）とキャリア（７）の間に設けられ、金属ステム（１）の上面に接合されている。接続部材（６ａ）がポスト（８）とキャリア（７）を直接的に接続する。同軸ブロック（４）とポスト（８）は一体化されている。

Description

本開示は、ＣＡＮ型光モジュールに関する。

金属ステムの上に温度制御モジュールを平置きし、温度制御モジュールの上にキャリアを実装し、キャリアの側面に光半導体素子を実装したＣＡＮ型光モジュールが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第２０１０／１４０４７３号

従来のＣＡＮ型光モジュールでは、金属ステムを貫通するリードピンから光半導体素子へ信号を供給するために橋渡し基板を用いていた。この供給経路の各接続箇所にてインピーダンスの不整合が発生する。橋渡し基板自体の線路ロスも存在する。また、温度制御モジュールの上に実装されたキャリアは、グランド電位の金属ステムから離れており、ワイヤを介して接続されている。このため、高周波特性にて共振が発生し、利得が不安定な振る舞いを示す。この結果、広帯域化が阻害され、利得が落ち込むという問題があった。近年、増大する通信トラフィックに伴って広帯域化が求められている。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は広帯域化を実現でき、利得の落ち込みを防ぐことができるＣＡＮ型光モジュールを得るものである。

本開示に係るＣＡＮ型光モジュールは、金属ステムと、前記金属ステムを貫通するリードピンと、前記金属ステムの上面に設けられた温度制御モジュールと、前記温度制御モジュールの上に設けられた導電性のキャリアと、前記キャリアの側面に設けられたサブマウントと、前記サブマウントの表面に実装された光半導体素子と、前記サブマウントの表面に設けられ、前記リードピンと前記光半導体素子を接続する信号線路と、前記サブマウントの表面において前記信号線路の両サイドに設けられ、前記キャリアに接続されたグランド導体と、前記金属ステムの上面から突出した前記リードピンの突出部分を囲み、前記金属ステムの上面に接合された導電性の同軸ブロックと、前記同軸ブロックと前記キャリアの間に設けられ、前記金属ステムの上面に接合された導電性のポストと、前記ポストと前記キャリアを直接的に接続する接続部材とを備え、前記同軸ブロックと前記ポストは一体化されていることを特徴とする。

本開示では、導電性の同軸ブロックが、金属ステムの上面から突出したリードピンの突出部分を囲む。これにより、サブマウントの直前までインピーダンスが保たれた状態となり、光半導体素子までの信号経路を短くしてロスを低減することができる。また、同軸ブロックとポストは一体化されて金属ステムに接合されるため、サイズの大きなＡＣグランドとして作用する。接続部材がポストとキャリアを直接的に接続する。従って、キャリアと金属ステムが温度制御モジュールにより分離されている場合でも、キャリアに安定した基準電位を与えることができる。キャリアに接続されたグランド導体もＡＣグランドとして作用する。これにより、グラウンドが強化されるため、共振を防いで広帯域化を実現でき、利得の落ち込みを防ぐことができる。

実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。 実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの背面側を示す斜視図である。 サブマウントの上面図である。 サブマウントの側面図である。 サブマウントの下面図である。 実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例１の正面側を示す斜視図である。 実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例１の背面側を示す斜視図である。 実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例２の正面側を示す斜視図である。 実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例３の正面側を示す斜視図である。 実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例４の正面側を示す斜視図である。 実施の形態２に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。 図１１の同軸ブロックを拡大した斜視図である。 実施の形態３に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。 実施の形態３に係るＣＡＮ型光モジュールの背面側を示す斜視図である。 実施の形態４に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。 実施の形態４に係るＣＡＮ型光モジュールの背面側を示す斜視図である。

実施の形態に係るＣＡＮ型光モジュールについて図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１
図１は、実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの背面側を示す斜視図である。金属ステム１をリードピン２ａ～２ｅが上下に貫通している。リードピン２ａ～２ｅはガラス材３を介して金属ステム１に固定されている。なお、金属ステム１及びリードピン２ａ～２ｅは例えば銅、鉄、アルミニウム又はステンレスなどの金属からなり、これらの表面に金メッキ又はニッケルメッキなどを施してもよい。

導電性の同軸ブロック４が、金属ステム１の上面から突出した信号用のリードピン２ａの突出部分を囲み、金属ステム１の上面に接合されている。リードピン２ａと同軸ブロック４の間もガラス材３で封止されている。なお、リードピン２ａと同軸ブロック４の間をガラス封止せず空隙にしてもよい。同軸ブロック４は円柱状であるが、四角柱でもよく、同軸ブロック４の形状は問わない。

金属ステム１の上面に温度制御モジュール５が設けられている。温度制御モジュール５は、放熱面５ａと冷却面５ｂとの間に挟まれたペルチェ素子５ｃを有する熱電クーラー（TEC: ThermoElectric Cooler）である。温度制御モジュール５の放熱面５ａは金属ステム１の上面に接合されている。リードピン２ｂ～２ｅは温度制御モジュール５の周囲に沿って配置されている。温度制御モジュール５のアノード電極とカソード電極がそれぞれ電流供給用のリードピン２ｂ，２ｃにワイヤ接続されている。

温度制御モジュール５の上に導電性のキャリア７が設けられている。キャリア７は温度制御モジュール５の冷却面５ｂにはんだ等の導電性接合材により接合されている。導電性のポスト８が同軸ブロック４とキャリア７の間に設けられ、金属ステム１の上面にはんだ等の導電性接合材により接合されている。複数のワイヤ６ａがポスト８とキャリア７を直接的に接続する。なお、ワイヤ６ａの代わりに、はんだ等の接続部材によりポスト８とキャリア７を直接的に接続してもよい。

同軸ブロック４とポスト８は一体化されている。この一体化したものがはんだ等の導電性接合剤により金属ステム１の上面に接合されている。ポスト８とキャリア７は例えば銅、鉄、アルミニウム又はステンレスなどの金属からなる。

キャリア７の側面にサブマウント９が設けられている。サブマウント９は例えばアルミナなどのセラミックからなる。サブマウント９の表面に光半導体素子１０が実装されている。光半導体素子１０は、分布帰還型レーザダイオードと電界吸収型光変調器をモノリシックに集積した電界吸収型変調器集積レーザダイオード(EML： Electro-absorption Modulator integrated Laser diode)である。

図３は、サブマウントの上面図である。図４は、サブマウントの側面図である。図５はサブマウントの下面図である。信号線路１１ａがサブマウント９の表面に設けられている。グランド導体１１ｂがサブマウント９の表面において信号線路１１ａの両サイドに一定の距離だけ離間して設けられている。信号線路１１ａとグランド導体１１ｂはグラウンド付きコプレナ線路を構成する。グランド導体１１ｂはサブマウント９の表面において光半導体素子１０の下方まで延在している。グランド導体１１ｂはサブマウント９の表面、側面及び裏面に一続きに設けられている。従って、サブマウント９の裏面のグランド導体１１ｂは、サブマウント９の側面のグランド導体１１ｂを介してサブマウント９の表面のグランド導体１１ｂに接続されている。または、サブマウント９を貫通するスルーホール１２を形成し、サブマウント９の裏面のグランド導体１１ｂをスルーホール１２を介してサブマウント９の表面のグランド導体１１ｂに接続してもよい。サブマウント９の表面には導体１１ｃ，１１ｄ，１１ｅも設けられている。導体１１ｄと導体１１ｅは抵抗１１ｆにより接続されている。

光半導体素子１０の裏面電極がグランド導体１１ｂにはんだ等の導電性接合材により接合されている。信号線路１１ａの一端はワイヤ６ｂによりリードピン２ａに接続されている。信号線路１１ａの他端はワイヤ６ｃにより光半導体素子１０の変調器用のパッド１０ａに接続されている。サブマウント９の表面のグランド導体１１ｂは同軸ブロック４又はポスト８にワイヤ６ｄにより接続されている。グランド導体１１ｂと同軸ブロック４をはんだ等の導電性接合材により接合してもよい。サブマウント９の裏面全面に設けられたグランド導体１１ｂは、はんだ等の導電性接合材によりキャリア７に接合されている。

リードピン２ａに電気信号が入力されると、ワイヤ６ｂを介して信号線路１１ａに伝達され、さらにワイヤ６ｃを介して光半導体素子１０の変調器用のパッド１０ａに印加される。この時、リードピン２ａに入力された電気信号は金属ステム１と電磁的に結合するため、金属ステム１はＡＣグランドとして作用する。金属ステム１に接続された同軸ブロック４とポスト８もＡＣグランドとして作用する。ワイヤ６ａがポスト８とキャリア７を直接的に接続するため、キャリア７に接続されたグランド導体１１ｂもＡＣグランドとして作用する。

サブマウント９の表面の導体１１ｃは光半導体素子１０のレーザ部用のパッド１０ｂにワイヤ接続されている。導体１１ｄは光半導体素子１０の変調器用のパッド１０ａにワイヤ接続されている。

キャリア７の側面にコンデンサ１２ａ，１２ｂが実装されている。コンデンサ１２ａ，１２ｂの下面電極がキャリア７にはんだ等の導電性接合材により接合されている。コンデンサ１２ａの表面電極は、導体１１ｃとワイヤ接続され、かつリードピン２ｄにもワイヤ接続されている。コンデンサ１２ｂの表面電極と導体１１ｅがワイヤ接続されている。コンデンサ１２ａはパスコンの役割を担っている。コンデンサ１２ｂは低消費電力のために設けられている。なお、コンデンサ１２ｂを省略して、変調器用のパッド１０ａをキャリア７にＤＣ結合してもよい。

キャリア７の背面側にサーミスタ１３が設けられている。サーミスタ１３の下面電極はキャリア７にはんだ等の導電性接合材により接合されている。サーミスタ１３の上面電極はリードピン２ｅにワイヤ接続されている。サーミスタ１３はキャリア７の温度を測定することで光半導体素子１０の温度を測定している。

以上説明したように、本実施の形態では、導電性の同軸ブロック４が、金属ステム１の上面から突出したリードピン２ａの突出部分を囲む。これにより、サブマウント９の直前までインピーダンスが保たれた状態となり、光半導体素子１０までの信号経路を短くしてロスを低減することができる。

また、同軸ブロック４とポスト８は一体化されて金属ステム１に接合されるため、サイズの大きなＡＣグランドとして作用する。ワイヤ６ａがポスト８とキャリア７を直接的に接続する。従って、キャリア７と金属ステム１が温度制御モジュール５により分離されている場合でも、キャリア７に安定した基準電位を与えることができる。キャリア７に接続されたグランド導体１１ｂもＡＣグランドとして作用する。これにより、グラウンドが強化されるため、共振を防いで広帯域化を実現でき、利得の落ち込みを防ぐことができる。この結果、高周波特性が向上する。

また、ポスト８だけではスペースに限りがあるため、グラウンド強化のためにポスト８とキャリア７を接続するワイヤ６ａを打つ本数に制限がある。そこで、同軸ブロック４及びポスト８を一体化することで、ワイヤ６ａを打つスペースを確保することができる。ボンディング装置のキャピラリのサイズ、ワイヤ６ａの本数などの組立性の制限が緩和される。

また、同軸ブロック４及びポスト８を一体化することで、これらを一度に金属ステム１に接合することができるため、製造コストを低減することができる。なお、同軸ブロック４及びポスト８を金属ステム１と一体化してもよく、その場合は金型成型又は切削等で製造する。

図６は、実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例１の正面側を示す斜視図である。図７は、実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例１の背面側を示す斜視図である。ポスト８は、サブマウント９が設けられたキャリア７の正面側とは反対側のキャリア７の背面側まで延在する。これにより、同軸ブロック４とポスト８を一体化した構造物は、キャリア７の側面から背面側まで延在し、平面視でＬ字型になる。なお、ポスト８がキャリア７の反対側の側面まで延在して、同軸ブロック４とポスト８を一体化した構造物が平面視でＵ字型になってもよい。ポスト８とキャリア７の背面側が複数のワイヤ６ａにより接続されている。このようにポスト８をキャリア７の背面側まで延在させることでワイヤ又ははんだにより両者を接続しやすくなるため、更にグラウンドを強化することができる。

図８は、実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例２の正面側を示す斜視図である。光半導体素子１０の変調器用のパッド１０ａとリードピン２ａは、信号線路１１ａの代わりに、フレキシブル基板１４上の信号配線１５ａにより接続されている。信号配線１５ａとパッド１０ａはフレキシブル基板１４を貫通するスルーホールにより接続されている。信号配線１５ａはリードピン２ａにはんだ１６ａにより接合されている。これにより、ワイヤ接続に比べてインピーダンスずれを小さくすることができる。

図９は、実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例３の正面側を示す斜視図である。光半導体素子１０の変調器用のパッド１０ａとリードピン２ａは、信号線路１１ａの代わりに、誘電体基板１７上の信号配線１５ａにより接続されている。誘電体基板１７は例えば高誘電体の窒化アルミ又は低誘電体の石英からなる。信号配線１５ａはリードピン２ａにはんだ１６ａにより接合されている。これにより、ワイヤ接続に比べてインピーダンスずれを小さくすることができる。

図１０は、実施の形態１に係るＣＡＮ型光モジュールの変形例４の正面側を示す斜視図である。サブマウント９はリードピン２ａの上方まで延在している。信号線路１１ａはリードピン２ａにはんだ１６ａにより接合されている。これにより、ワイヤ接続に比べてインピーダンスずれを小さくすることができる。なお、信号線路１１ａとリードピン２ａがワイヤ、フレキシブル基板、誘電体基板等により接続されていてもよい。

実施の形態２
図１１は、実施の形態２に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。図１２は、図１１の同軸ブロックを拡大した斜視図である。金属ステム１の上面から突出したリードピン２ａの突出部分は信号線路１１ａに向けて折り曲げられている。同軸ブロック４はリードピン２ａの折り曲げられた部分も囲む。これによりリードピン２ａと光半導体素子１０の変調器用のパッド１０ａの距離が実施の形態１よりも近くなるため、高周波特性が更に向上する。なお、リードピン２ａの突出部分の折り曲げは直角でなくてもよい。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。

実施の形態３
図１３は、実施の形態３に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。図１４は、実施の形態３に係るＣＡＮ型光モジュールの背面側を示す斜視図である。サブマウント９はリードピン２ａの上方まで延在する。グランド導体１１ｂは金属ステム１にはんだ１６ｂにより接合されている。信号線路１１ａはリードピン２ａにはんだ１６ａにより接合されている。これにより、サブマウント９とリードピン２ａの間のワイヤを無くすことができるため高周波特性が向上する。

サブマウント９の裏面のグランド導体１１ｂはキャリア７及びポスト８にはんだ等の導電性接合材により接合されている。ポスト８は金属ステム１にはんだ等の導電性接合材により接合されてＡＣグランドとして作用する。ワイヤ６ａがポスト８とキャリア７を直接的に接続する。これにより、グラウンドが強化されるため、共振を防いで広帯域化を実現でき、利得の落ち込みを防ぐことができる。この結果、高周波特性が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。

実施の形態４
図１５は、実施の形態４に係るＣＡＮ型光モジュールの正面側を示す斜視図である。図１６は、実施の形態４に係るＣＡＮ型光モジュールの背面側を示す斜視図である。他の実施の形態と同様に、金属ステム１の上面に導電性のポスト８が接合されている。ワイヤ６ａがポスト８とキャリア７を直接的に接続する。グランド導体１１ｂはサブマウント９の裏面にも形成されている。サブマウント９の裏面のグランド導体１１ｂは、サブマウント９の表面のグランド導体１１ｂに接続され、かつキャリア７に接合されている。

本実施の形態では、ポスト８の側面にフレキシブル基板１４が設けられている。信号配線１５ａがフレキシブル基板１４の表面に設けられている。グランド配線１５ｂがフレキシブル基板１４の表面で信号配線１５ａの両サイドに設けられている。グランド配線１５ｂはフレキシブル基板１４の裏面にも形成されている。フレキシブル基板１４の裏面のグランド配線１５ｂは、フレキシブル基板１４の表面のグランド配線１５ｂに接続され、かつポスト８に接合されている。これにより、フレキシブル基板１４のグランド配線１５ｂが、ＡＣグランドとして作用するポスト８に接続される。

信号線路１１ａと信号配線１５ａははんだ１６ｃにより接合されている。信号配線１５ａはリードピン２ａにはんだ１６ａにより接合されている。従って、信号配線１５ａはリードピン２ａと信号線路１１ａを接続する。グランド導体１１ｂとグランド配線１５ｂははんだ１６ｄにより接合されている。グランド配線１５ｂは金属ステム１にはんだ１６ｂにより接合されている。これにより、リードピン２ａ、フレキシブル基板１４、サブマウント９の間でワイヤを無くすことができるため、高周波特性が向上する。その他の構成及び効果は実施の形態１と同様である。

１ 金属ステム、２ａ リードピン、４ 同軸ブロック、５ 温度制御モジュール、６ａ ワイヤ（接続部材）、７ キャリア、８ ポスト、９ サブマウント、１０ 光半導体素子、１１ａ 信号線路、１１ｂ グランド導体、１２ スルーホール、１４ フレキシブル基板、１５ａ 信号配線、１５ｂ グランド配線、１７ 誘電体基板

Claims (12)

1. 金属ステムと、
   前記金属ステムを貫通するリードピンと、
   前記金属ステムの上面に設けられた温度制御モジュールと、
   前記温度制御モジュールの上に設けられた導電性のキャリアと、
   前記キャリアの側面に設けられたサブマウントと、
   前記サブマウントの表面に実装された光半導体素子と、
   前記サブマウントの表面に設けられ、前記リードピンと前記光半導体素子を接続する信号線路と、
   前記サブマウントの表面において前記信号線路の両サイドに設けられ、前記キャリアに接続されたグランド導体と、
   前記金属ステムの上面から突出した前記リードピンの突出部分を囲み、前記金属ステムの上面に接合された導電性の同軸ブロックと、
   前記同軸ブロックと前記キャリアの間に設けられ、前記金属ステムの上面に接合された導電性のポストと、
   前記ポストと前記キャリアを直接的に接続する接続部材とを備え、
   前記同軸ブロックと前記ポストは一体化されていることを特徴とするＣＡＮ型光モジュール。
2. 前記グランド導体は前記サブマウントの裏面にも形成され、
   前記サブマウントの裏面の前記グランド導体は、前記サブマウントの表面の前記グランド導体に接続され、かつ前記キャリアに接合されていることを特徴とする請求項１に記載のＣＡＮ型光モジュール。
3. 前記ポストは、前記サブマウントが設けられた前記キャリアの正面側とは反対側の前記キャリアの背面側まで延在し、
   前記接続部材は、前記ポストと前記キャリアを接続する複数のワイヤであることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＡＮ型光モジュール。
4. 前記信号線路は、フレキシブル基板上の信号配線を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＡＮ型光モジュール。
5. 前記信号線路は、誘電体基板上の信号配線を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＡＮ型光モジュール。
6. 前記信号配線は前記リードピンに接合されていることを特徴とする請求項４に記載のＣＡＮ型光モジュール。
7. 前記サブマウントは前記リードピンの上方まで延在していることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＡＮ型光モジュール。
8. 前記信号線路は前記リードピンに接合されていることを特徴とする請求項７に記載のＣＡＮ型光モジュール。
9. 前記リードピンの前記突出部分は前記信号線路に向けて折り曲げられ、
   前記同軸ブロックは前記リードピンの折り曲げられた部分を囲むことを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＡＮ型光モジュール。
10. 前記グランド導体は前記サブマウントの表面、側面及び裏面に一続きに設けられていることを特徴とする請求項２に記載のＣＡＮ型光モジュール。
11. 前記サブマウントの裏面の前記グランド導体は、前記サブマウントを貫通するスルーホールを介して前記サブマウントの表面の前記グランド導体に接続されることを特徴とする請求項２に記載のＣＡＮ型光モジュール。
12. 前記グランド導体は前記サブマウントの表面において前記光半導体素子の下方まで延在し、
    前記光半導体素子の裏面電極が前記グランド導体に接合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＡＮ型光モジュール。