JPH02239212A - 光通信集成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は光通信システム用の改良されたバツう゛一ソン
グ技術に関する。更に詳細には、本発明は送信機または
受信機の何れかに適した原価効率に優れたパッケージの
形成技術に関する。

［従末の技術］ 光送信機または受信機のパッケージング用に多くの様々
な集成装置が存在する。例えば、光デバイス（例えば、
レーザ、ＬＥＤまたはＰＩＮホトダイオードなど）は適
当なレンズ群を有する光組立体および該組立体に接続さ
れた光ファイバ中に封止される。光デバイス（送信機用
の変調回路または受信機用の検波回路）を動作させるの
に必要な電子装置は別に組立構成され、そして、常用の
電気リード線により封正光デバイスに接続される。

別法として、このような電子装置を別のハウジングに完
全に封入し、そして、光デバイスに接続するためのリー
ド線だけを露出させておく。別のハウジングを使用する
利点は、多数の異なる電子回路を同じ光デバイスに接続
できることである。例えば、データリンク用の電子装置
は、パッケージハウジングを光デバイスと異ならせる必
要なしに、様々なタイプの論理栢号（例えば、ＥＣＬま
たはＴＴＬ）で動作させることができる。更に、送信機
または受信機の電気部分または光部分が故障した場合、
作動部分を取り外し、そして、別の装置で再使用できる
。別のパッケージングを使用する主な欠点は、送信機ま
たは受信機の全体的なサイズである。２個の別のパッケ
ージを使用するか、またはプリント配線板に実装された
光バツうージを使用すると、システムはかなり大きなス
ペースを必要とする。更に、このようなシステムは電子
装置と光デバイスとを接続するのに必要な長いリード線
により発生された電気ノイズの影響を受け易い。この電
気ノイズ要因は約１０Ｍｂ／ｓ以上のビット速度で重大
な問題になる。また、長いリード線は、寄生リードイン
ダクタンス（送信機を制限する）および寄生キャバシタ
ンス（受信機を’Ｔｌｌ限する）により、送信機および
受信機の双方の最大ビット速度を制限する。

これら、および、その他の懸念により、電子装置および
光デバイスを同じユニット・内に封入するためのパッケ
ージデザインが開発された。電子装置用の混成集積回路
（Ｈ　Ｉ　Ｃ）およびこのＨＩＣに接続された光副組立
体を使用する結果として、これらの一体的パッケージの
多くは比較的高価である。更に、これらのパッケージに
連合される光副組立体は往々にして機械加工された金属
製部品から形成されているので、システムのコストを更
に増大させる。また、これらの副組立体は配列しにくい
ことも知られている。また、各種の個々の部品（すなわ
ち、外被、光副組立体およびＨＴＣ）を整合させる組立
問題も存在する。これらの一体的パッケージは多量の熱
を発生することでも知られている。光データリンク送信
機および受信機の熱管理は重大な問題である。最後に、
多くの場合に、送信機および受信機のパッヶージング工
程は極めて明確であり、これにより製造上の問題が惹起
され、かつ、パッケージシステムの総コストを増大させ
る。

［発明が解決しようとする課題コ 従って、本発明の目的は、光送信機および受払機を製造
するのに使用される、特に、電子装置を光デバイスと共
に封入するのに必要な、パッヶージング技術を改良する
ことである。

［課題を解決するための千段］ 従来技術が有していた前記のような問題およびその他の
問題は、光通信システム用の改良されたバッケージング
技術、特に、送信機または受信機の何れかに適した原価
効率に優れたパッゲージの形成技術に関する本発明によ
り解決される。

本発明の一実施例によれば、集成装置の電子装置部分で
従来から使用されてきた混成集積回路（ＨＩＣ）はプラ
スチック製のデュアルインラインバッゲージ（Ｄ　Ｉ　
Ｐ）で置き換えられる。ＤＩＰは光デバイスを接続する
ための一対の端部が熊手状（ｅｎｄ−ｐｒｏｎｇ）のり
−Ｌ線を含むように形成され１る。パッケージの端部に
形成されたリード線を使用することにより寄生キャパシ
タンスおよび従来のＩ）　Ｉ　Ｐリードに伴うノイズビ
ックアップが大幅に軽減されることが発見された。本発
明の別の利点は、リードフレーム上の電源リードｌＱ中
にバイハスコンデンサを配置し、次いで、ＤＩＰが形成
されたとき、適所にこのコンデンサを実装することによ
り電源フィルタが供給されることである。

更に、従来の機械加工またはグイキャスト成型された金
属製個別部品の代わりに、成形プラスチック個別部品を
本発明により、光副組立体ハウジングおよびファイバコ
ネクタ受口の形成に効渠的に使用ｒることができる。成
形プラスチック品品を使用することにより大幅なコスト
削減を実現できる。

本発明の別の利点は、集積回路により発生された熱の放
熱路としてＤＩＰから出るＵ　−　１’線を使用するこ
とにより、優れた熱管理を為し得ることである。この利
点により、ＤＩＰリード線は従来のリード線よりも若Ｔ
長めに形成されており、このため、リード線はパッケー
ジのフロアーから突出して、完全な組立体用の出力リー
ド線として機能する。パッケージのフロアーは常用のプ
リント配線板（両面硬質エポキシガラス、半田メッキ銅
板）からなり、送信機または受信機の接地而として機能
する。このフロアーはパッケージの底部を封市するばか
りでな＜、ＤＩＰ用の追加的なＥＭＩシールドおよび放
熱了としても機能する。そして、Ｄ　Ｉ　Ｐ　ＩＪ−ド
線および／または外部構成郎品との間の相互接続を果た
す。伝熱性エポキシ樹脂により光副組立体に接着された
金属製カバーは光デバイスにより発生された熱を放熱さ
せる。更に、金属製カバーは、デバイス用のＥＭＩシー
ルドを提供するために、パッケージのフロアーに接続す
るように形成されている。この接地構造の手段は、受信
機集積回路の高利得感度（出力から入力へのフィードバ
ック）およびＥＭＩ感受性を大幅に軽減することが発見
された。

本発明の別の利点は、送信機または受信機組立体と一緒
に使用できるパッケージを提供することである。下記の
詳細に説明されるように、製造工程で必要な唯一の変更
は、受信光デバイスと送信光デバイスを置き換えること
と、受信機用ＤＩＰと送信機用ＤＩＰを置き換えること
である。

［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の構成および利点を史
に詳細に説明する。

第１図を参照する。第１図には本発明により形成された
改良型パソケージ５０が示されている。

この改良型パッケージ５０は従来技術に付随する前記の
ような問題点を解決するために開発された。

第１図に示されているように、パッケージ５０は、アモ
コ社（Ａｍｏｃｏ　Ｉｎｃ，）から市販されている液晶
ボリマー％　Ｘ　５’　ｄ　ａ　ｒ　（登録商標）また
はヘキストの一部門のセラニース（Ｃｅｌａｎｅｓｅ）
から市販されているＶｅｃｔｒａ（登録商標）のような
高性能エンジニアリングプラスチック材料から形成され
たコネクタフレーム組立体５２を有する。コネクタフレ
ーム組立体５２は光ファイバコネクタ受口５４を含むよ
うに成形されている。この成形は周知の技術、例えば、
注入成形、圧縮成形またはトランスファー成形など成形
方法を使用することにより行うことができる。本発明に
より成形個別部品を使用することの利点は、フレーム５
２の接続部品５４を、金型を変えることにより他のコネ
クタ様式に容易に適合させることができることである。

これは、新たなコネクタ設計を各バッケーソについてｍ
現性よく製造しなければならない従来の機械加工ハウジ
ングに比べて、一度だけで済む操作（ｏｎｃｅ−ａｎｄ
−ｄｏｎｅ　ｏｐｅｒａｔｌｏｎ）である０フレームお
よび光副組〜γ体にプラスチック個別部品を使用する利
点は、光ファイバと光デバイスとの間の心合せに必要と
される−４蝕性の精密部品を製造ｔるのに必認なリーマ
ー加工またはメッキのような二次的な仕−］ユげ操作が
不要なことである。従って、成形はコネクタ受口の再設
計に伴うコストを大幅に軽減する。また、コネクタフレ
ーム組立体５２ｉｔ内腔５６を含む。この内腔５６は光
組立体６ｏの嵌合を可能にするためフレーム５２の端部
に形成されている。特に、フレーム５２と同じプラスチ
ック材料から形成されているスリーブ５８は、光デバイ
スとレンズ（図示されていない）を含む光組立体６０に
接合するように設計されている。光組立体６０の様々な
構成部品は第２図に詳細に図示されている。スリーブ５
８を内腔５６に挿入するのにスナップ嵌めが使用されて
いる。スリーブ５８内に挿入された時に、光ファイバの
コア領域（図示されていない）が光ファイバの活性領域
と心合せされるようにフレーム５２を成形する。更に、
光組立体６０は電子回路に接続するための一対のリード
線６３．６４を有する。

本発明のバッケージング集成装置の顕著な改良点は必要
な電気構成部品を封入するのにプラスチック製デュアル
インパッケージ（ＤＩＰ）８［−使用することである。

従来の受注製産されたＨＩＣの代わりにプラスチックＩ
）　Ｉ　Ｐを使用すると、人幅なコスト削減が為される
ことが発見された。

第１図に示されているように，ＤＩＲ８Ｅ３は常用の１
６−ピンＤＩＰからなる。このＤＩＰは光組立体６０の
リードｌ！６３．８４へ接続するための・対の端部が熊
手伏（ｅｎｄ−ｐｒｏｎｇ）のリード線６８，７０を含
むように改造されている。本発明の新規な構造では、リ
ード線６８．７０は、光組立体６０と電子装置との接続
を容易にするため、９０度の角度で上方へ折り曲げられ
ている。第１図に示されているように、リード線８８．
７０の端部は、前記接続を更に一層容易にするため、Ｕ
字形をしている。光デバイスと電子装置との間で熊手端
接続を使用すると、Ｉ）ＩＰの側面に沿って形成された
従来のリード線に光デバイスを接続することに伴う寄生
ノイズ素子が大幅に減少されることが発見された。

第２図に・ついて以下に説明されるように、バイパスス
コンデンサ（図ボされていない）は電源リード線を横切
って形成され、そして，ＤＩＰ６Ｂのプラスチック力バ
ーの成形中に適所に成形される。

バイパススコンデンサは、外部電源（図示されていない
）に伴う変調ノイズの他、増幅器出力ステージの自己発
生ノイズ（このタイプの受信機は１００ｄＢ以下の利得
を示す）の殆どを濾過するのに１役立つ。ｉＹＩ記のよ
うに、本発明のＤＩＰ８６は比較的長いリード線７２（
例えば、０．３９４ｃｍ）を利用する。これにより、リ
ード線７２は底部支持郎品７４から突出して、パブケー
ジ５０のための外部接続として使用される。リード線７
２をパッケージ５０の外に出すことにより、電子回路に
より発生された熱は、リード線７２に沿った通路から外
部の支持フレーム構造に伝えることによりＷＩ単に放熱
させることができる。例えば、ＤＩＰ６６内の電ｒ一回
路は放熱用通路を形成するＤＩＰＩＪ−１’線の−・つ
になる伝熱性支持部材上に直接実装することができる。

光デバイス（特に、ＬＥＤのような送信デバイス）によ
り発生された熱は金属製カバープレート７６（第１図に
仮想線で図示されている）により放熱される。金属製カ
バープレート７６は半導体光デバイスおよびＤＩＰ８６
の双方をシールドするのに使用されている。カバープレ
ート７６は、必要な側面と背面を形成するように適当に
屈曲された、ニッケルをメッキした銅の打ち抜き（また
は絞り）シートからなる。光組立体８ｏをカバープレー
ト７６に接着することにより必要な放熱路を形成し、か
つ、カバープレート７６を適所に保持するために伝熱性
エボキシ樹脂（図示されていない）を使用する。本発明
により形成された受信機と共に金属袈カバープレート７
６を使用すると、受信機回路のための接地シールド構造
体が形成される。特に、カバープレート７６は庭部支持
部品７４上に形成された電気接地面に半田付けされた（
またはエボキシ樹脂接着された）タブ７８を含む。伝熱
性および／または導電性のエボキシ樹脂を使用し、受信
機光組立体をカパープレート７６に接着することができ
る。このような接地技術を使用すると、受信機回路の感
度を大幅に向上させ、そして、そのＥＭＩ感受性を低下
させることが発見された。

第２図は本発明のパブケージ５０を形成するための製造
工程の−・例の分解組立図である。本発明の集成装置の
利点は第２図の上郎ラインおよび下部ラインに沿ってそ
れぞれ図示されているように、並列的な組立ラインを使
用して光および電気副組立体を形成できることである。

従って、組立工程中に欠陥の発見された光デバイス、レ
ンズまたは集積回路のような部品は、最終のパッケージ
を完全に組立、そしてテストする前に、簡単に交換でき
る。

図示された組立工程を特に参照すれば、光組立体６０は
半導体光デバイス６１（例えば、送信機用パッケージに
はＡＪＧａＡｓまたはＩｎＧａＡｓＰＬＥＤもしくは受
信機用パッケージにはシリコンまたはＩｎＧａＡｓＰＩ
Ｎ）を含む。光デバイス６１は次いで、適当な材料（プ
ラスチックまたは金属。熱収縮の点からはプラスチック
が好ましい）から形成されたヘッダ−６２に取付られる
。

第２図に示されるように、ヘッダ−６２は常用の電気／
光ヘッダーの変形体からなる。この場合、ヘッダーはト
ップフランジ部分６２（心合わせ中にヘッダ−６２の把
持および移動を容易にするためのもの）を含むように逆
転されている。リード線６３、８４がヘッダ−６２の底
部がら突出している。次いで、この形態の光組立体を十
分な動作をするかテストする。ヘッダ−６２内に光デバ
イス６１が正しく配置されていれば，ヘッダ−６２の形
成により、第２図に示されているように、扇平領域が確
実に含まれる。その後、内部にネジが切られたナット６
７をヘッダ−６２とデバイス６１−１＝に挿入する。（
ナット６７は例えば、プラスチックまたは金属のような
任意の材料からなる。）その後、レンズ６５を保持する
スリーブ５８をナット６７にネジ込み、そして、光デバ
イス６１をスリーブ５８内に配列させる。別法として、
レンズ６５はスリーブ５８の装着前に、デバイス６１に
配置させておくこともできる。第２図に示されるように
、スリーブ６８は光組立体６０をコネクタフレーム５２
の内腔５θ内に嵌合させるようなサイズの長尺なバレル
部分を有する。前記のように、コネクタフレーム５２お
よびスリーブ５８は液晶ポリ７−のような適当なプラス
チック材料から形成されている。このような材料の使用
により、所望の形状を有するように成形することができ
る。

市記のように、フレーム５２は適当な形状のファイバ接
続受口５４を有する。

前記のように、組立体の電気的部分の組立加工は並列的
な加工ラインに沿って進められる。特に、集積回路８０
（送信機１ｃまたは受信機ＩＣの何れか）が組立られ、
そして、ウエハレベルでテストされる。次いで、このウ
エハはダイシング加工され、個々の集積回路８０がリー
ドフレーム組立体８２に接合される。リードフレーム組
立体８２は、ＤＩＰ８Ｂの側面に沿って突出する常用の
リ一ド１ａ７２および−・対の端部が熊手状のリード線
６８．７０を含むように形成されている。また、前記の
ように、バイパススコンデンサ８　３　ｈ’　、第２図
に小されるように、電源に接続されるリード線対中の適
所にエボキシ接着（または半１月付け）される。これら
の構造体を、第２図に示されるように端耶が熊手状のリ
ード線８８．７０が突出されるような特別な金型を使用
し、プラスチック中に封止する。リード線θ８，７ｏお
よび７２はリードフレーム８２から打ち抜がれ、ＤＩＰ
８Ｂを形成する。そして、前記のように、端部が熊手状
のＩＪ−ＦＪＩｊｌ８８，７０は９０度の角度になるよ
うに下方に折り曲げられる。その後、この封正集積回路
をこの形吠でテストする。次いで、ＤＩＰ６６を底部支
持プレート７４上に配置する。プレー１・７４は常用の
プリント配線板、例えば、この目的に適した゛ト田メッ
キ付銅エポキシガラス基板がらなる。第２図に示される
ように、支持プレート７４はリード線７２を通すための
複数の穴７５を有する。

組立工程のこの段階で、第２図に示されるように、光組
立体６０のリード１１６３、６４をそれらの対応ｒる、
端部が熊手状のリード線８８．７０に゛ｒ川付けするこ
とにより副組立体を相互に接合させる。その後、第２図
に示されるように、カバー７６を底部支持プレート７４
に結合させるのに使用されるタブ７８により金属カバー
７６を取付る。最終的な組立パツうージを第２図に示す
。

本発明にもとることなく，前記のパフケージング方法の
多くの変法が存在することは明らかである。例えば、本
発明により形成された送信機は前記のように、ＬＥＤ（
長波長または短波長）の代わりに適当な半導体レーザ光
デバイスを使用できる。端部発光ＬＥＤも使用できる。

同様に、本発明により形成された受信機も前記のＰＴＨ
の代わりにアバランシホトダイオー１’　（ＡＰＤ）を
使用できる。レンズ集成装置も変更できる。更に、訂記
の材料以外の様々な材料を使用し、本発明のパッケージ
の個別部品を形成することもできる。例えば、カバープ
レート７６を形成するのに、ニブケルメッキ銅、ステン
レススチールまたはアルミニウムのような多数の金属組
成物を使用できる。

７レームハ・冫ジング５２およびスリーブ５８は、所望
の形伏に成形することのできる材料であれば、液晶ポリ
マー以外の材料、例えば、プラスチック材料のＲ７ｔｏ
ｎ（登録商標）（フィリップス社により製造されている
ポリフェニレンスルフィド化合物）などからも構成でき
る。前記に明確に述べなかったその他の様々な変更例も
前記のパッケージング技術を使用することは明らかであ
り、これらも当然、本発明の範囲内に含まれる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、効果的に放熱さ
せることのできる、安価なパッケージを製造するための
バッゲージング技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の技術を用いて形成されたパッケージの
一例の部分切欠き斜視図である。 第２図は第１図に示されたパッケージを形成するのに使
用される代表的な組立工程を示す分解組立図である。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体光デバイス（例えば、６１）；外部に延び
   る一対の電気リード線（例えば、６３、６４）を含む、
   前記光デバイスの取付手段（例えば、６２）； 光ファイバ組立体の挿入用の中心内腔を含む光スリーブ
   （例えば、５８）；および、 前記半導体光デバイスを動作させるのに必要な集積回路
   （例えば、８０）； からなる光通信集成装置であって、 プラスチック材料からなるコネクタフレーム組立体（例
   えば、５２）、前記フレーム組立体は前記光スリーブの
   挿入用にその端部壁面を貫通して形成された内腔（例え
   ば、５６）を含み、前記スリーブは前記フレーム組立体
   と同一組成のプラスチック材料から形成されており、前
   記コネクタフレーム組立体は光ファイバコネクタ受口（
   例えば、５４）を更に含み、前記コネクタ受口は成形に
   より適当に造形されている； 集積回路封止用のプラスチック製デュアルインラインパ
   ッケージ、前記デュアルインラインパッケージは前記取
   付手段から延びる電気リード線対に接続するための一対
   の、端部が熊手状のリード線（例えば、６８、７０）を
   含み、前記デュアルインラインパッケージは前記パッケ
   ージの両側面から延びる比較的長い複数のリード線（例
   えば、７２）を更に含む； 複数の比較的長いリード線が底部支持プレート中に形成
   された付属の複数の穴（例えば、７５）を通過するよう
   な態様で前記デュアルインラインパッケージの下部に配
   置された底部支持プレート（例えば、７４）、前記リー
   ド線は外部の回路に接続するために使用される；および
   、 前記デュアルインラインパッケージおよび前記光スリー
   ブが完全に封入されるように、前記コネクタフレーム組
   立体に接触して配置された金属カバープレート（例えば
   、７６）； を更に含むことを特徴とする光通信集成装置。
2. （２）光スリーブおよびコネクタフレーム組立体を形成
   するプラスチック材料は液晶ポリマー材料からなること
   を特徴とする請求項１記載の光通信集成装置。
3. （３）金属カバープレートはニッケルメッキ銅からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の光通信集成装置。
4. （４）底部支持プレートはエポキシガラス材料からなる
   ことを特徴とする請求項１記載の光通信集成装置。
5. （５）デュアルインラインパッケージの端部が熊手状の
   リード線はＵ字形端部を有し、そして、前記取付手段か
   ら延びる電気リード線対に接続するために上方へ向かっ
   て折り曲げられていることを特徴とする請求項１記載の
   光通信集成装置。
6. （６）集成装置は伝熱性エポキシ樹脂と共に送信光デバ
   イスを有する光送信機を含み、前記伝熱性エポキシ樹脂
   は前記送信光デバイスにより発生された熱の放熱路を形
   成するために金属カバープレートを送信光デバイスに結
   合させるために使用されていることを特徴とする請求項
   １記載の光通信集成装置。
7. （７）送信光デバイスはＬＥＤからなることを特徴とす
   る請求項６記載の光送信機。
8. （８）ＬＥＤはＡｌＧａＡｓＬＥＤからなることを特徴
   とする請求項７記載の光送信機。
9. （９）ＬＥＤはＩｎＧａＡｓＰＬＥＤからなることを特
   徴とする請求項７記載の先送信機。
10. （１０）ＬＥＤは端部発光ＬＥＤからなることを特徴と
    する請求項７記載の光送信機。
11. （１１）送信光デバイスは半導体レーザからなることを
    特徴とする請求項６記載の光送信機。
12. （１２）集成装置は感光性光デバイスを含む光受信機を
    有し、デュアルインラインパッケージは一対の電源リー
    ド線中に挿入されたバイパススコンデンサ（例えば、８
    ３）を更に有し、そして、金属カバープレートは底部支
    持プレート上に形成された電気接地面に接続されている
    ことを特徴とする請求項１記載の光通信集成装置。
13. （１３）感光性光デバイスはＰＩＮホトダイオードから
    なることを特徴とする請求項１２記載の光受信機。
14. （１４）ＰＩＮホトダイオードはシリコンホトダイオー
    ドからなることを特徴とする請求項１３記載の光受信機
    。
15. （１５）ＰＩＮホトダイオードはＩｎＧａＡｓホトダイ
    オードからなることを特徴とする請求項１３記載の光受
    信機。
16. （１６）感光性光デバイスはアバランシホトダイオード
    からなることを特徴とする請求項１２記載の光受信機。