JPH0422907A - 受光モジュール及びその製造方法 - 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】 目次 概要 産業上の利用分野 従来の技術及び発明が解決しようとする課題課題を解決
するた袷の手段及び作用 実　　施　　例 発明の効果 概要 受光モンユール及びその製造方法に関し、高速化及び信
頼性の向上に適した受光モジュールの提供を主目的とし
、 例えば、光ファイバからの光を光−電気変換する受光素
子チップ及び回路実装基板が収容されたパッケージ本体
と、該パッケージ本体の側板上端で囲まれる開口に封止
固定された蓋部材と、上記パッケージ本体の側板に形成
された開口に封止固定された外部接続端子と、上記パッ
ケージ本体の側板に形成された開口に嵌合固定され、上
記受光素子チップが受光する光の光路が貫通する空洞を
有するフランジ部材と、該フランジ部材の空洞を上記パ
ッケージ本体内部側から閉塞する気密窓と、上記パッケ
ージ本体の上記フランジ部材が固定される側板でない側
板から上記パッケージ本体外部側に突出する固定用プレ
ートと、上記光ファイバ及び該光ファイバの出射光を収
束させるレンズを所定の位置関係で保持してなるファイ
バアセンブリとを備え、上記フランジ部材の上記パッケ
ージ本体外部側に形成された平坦な摺動面に上記ファイ
バアセンブリを密着固定して構成する。

産業上の利用分野 本発明は受光モジュール及びその製造方法に関する。

光通信の分野において、伝送容量の増大に伴って、受信
側で使用される受光モジュールについても高速化に適し
、高信頼なものが要求されている。

従来の技術及び発明が解決しようとする課題従来、高速
化に適した受光モジュールを提供するために、受光素子
チップと増幅器等の回路実装基板とをできるだけ近接さ
せて同一パッケージ内に収容し、高速化のネックとなる
寄生容量やインダクタンスの低減を図っていた。この種
の受光モジュールに要求される構成上、機能上あるいは
品買上の要件は次の通りである。

（１）光学系を調整して固定することができる機構が備
えられていること。受光素子チップに対する光軸調整が
必要だからである。

（２）受光素子チップを搭載する機構が備えられている
こと。

（３）増幅回路等の電子回路を実装するスペースが備え
られていること。電子回路を受光素子チップと同一パッ
ケージ内に実装することが、高速動作性を確保する上で
有効だからである。

（４）光伝送路として一般的な光ファイノーからの光信
号が入力する光学的な人力部が備えられていること。

（５）受信信号、制御信号、電源等についての電気的な
入出力部が備えられていること。

（６）パッケージについて気密封止が可能であること。

気密封止されていないと、湿度等の影響によって受光素
子チップや電子回路のベアチップが劣化する恐れがある
からである。

（７）複数の回路実装基板が収容されている場合に、こ
れらの間で良好な電６北遮蔽性が確保されティること。

受光モジュールには高利得な増幅回路が用いられている
ことが多く、漏話特性の劣化や回路の発振の恐れがある
からである。

（８）当該受光モジュールを他の電子回路部品と共にプ
リント配線板等に実装するに際して、ノマッケージの変
形に起因して光結合効率等の光学的特性が劣化しないこ
と。

本発明の目的は、これらの技術的課題の一部又は全部を
解決して高速化及び信頼性の向上に適した受光モジュー
ルを提供することである。又、そのような受光モジュー
ルの製造方法の提供もこの発明の目的である。

課題を解決するた約の手段及び作用 本発明の受光モジュールの基本構成は、光ファイバから
の光を光−電気変換する受光素子チ・ツブ及び回路実装
基板が収容されたバ・ソケージ本体と、該パッケージ本
体の側板上端で囲まれる開口に封止固定された蓋部材と
、上記パッケージ本体の側板に形成された開口に封止固
定された外部接続端子と、上記パンケージ本体の側板に
形成された開口に嵌合固定され、上記受光素子チップが
受光する光の光路が貫通する空洞を有するフランジ部材
と、該フランジ部材の空洞を上記パッケージ本体内部側
から閉塞する気密窓と、上記パッケージ本体の上記フラ
ンジ部材が固定される側板でない側板から上記パッケー
ジ本体外部側に突出する固定用プレートと、上記光ファ
イバ及び該光ファイバの出射光を収束させるレンズを所
定の位置関係で保持してなるファイバアセンブリとを備
え、上記フランジ部材の上記パッケージ本体外部側に形
成された平坦な摺動面に上記ファイバアセンブリを密着
固定したものである。

上記構成によると、フランジ部材の摺動面へのファイバ
アセンブリの密着固定が完了する前に、既にパッケージ
内部の気密が保たれているので、この受光モジュールを
気密封止するために、ファイバアセンブリの密着固定に
気密封止性が要求されない。よって、ファイバアセンブ
リを信頼性が高い例えばレーザ溶接によりフランジ部材
に固定することができる。フランジ部材に形成された平
坦な摺動面にファイバアセンブリを密着固定するように
しているのは、この固定に先立ちファイバアセンブリを
摺動面に対して摺動させることによって、光路に対して
垂直な方向についての光軸調整を可能にするためである
。

上記基本構成は、受光素子チップ及び回路実装基板を同
一のパッケージ本体内に収容しているという点において
、高速動作性を向上させるのに適している。

上記基本構成において、この受光モジュールをプリント
配線板等の他の部材に固定するための固定用プレートを
パッケージ本体のフランジ部材が固定されている側板で
ない側板に設けているのは、固定用プレートによる固定
に際して、既に調整されている光学的位置関係が、固定
に伴うパッケージ本体の光学的入力部近傍の変形によっ
て変化することを最小限に抑えるたｔである。

パッケージ本体の底板に段差部を形成しておくことによ
って、受光器子チンプが載置固定されたキャリアを信頼
性が高く自動化に適したレー→ノ溶接により上記段差部
に固定することができるようになる。

パンケージ本体の底板に立設された仕切りによりパッケ
ージ本体の内部を複数のスペースに画成し、これら複数
のスペースにそれぞれ回路実装基板を収容し、仕切りを
貫通して設けられた内部接続端子を介して回路実装基板
同士の接続を行うことによって、回路実装基板相互間の
電磁遮蔽性が確保され、漏話特性の劣化や回路の発振を
防止することができるようになる。

蓋部材におけるパッケージ本体の側板の上端に対応する
部分及び仕切りの上端に対応する部分の厚みをそれ以外
の部分の厚みよりも小さくしておくことによって、上記
電磁遮蔽性が更に向上する。

キャリア、回路実装基板及び外部接続端子並びに、パッ
ケージ本体内部が仕切りにより画成されている場合には
、これらに加えて内部接続端子の相互ボンディングワイ
ヤ接続点を同一平面上に設定することによって、許容さ
れ得る最短長さでのボンディングワイヤ接続が可能にな
るので、接続部のインピーダンス特性を向上させて高速
動作性が確保される。

固定用プレートが複数設けられている場合には、これら
の全部又は一部を、パッケージ本体の剛性が高い仕切り
の近傍の部分に設けておくことによって、固定用プレー
トを用いた受光モジュールの他の部材への固定に際して
生じる応力が、更に光学的入力部に影響を及ぼしにくく
なる。

ところで、気密窓が光通信で一般的に使用される波長の
光を透過させるサファイア板から形成されている場合、
サファイア板表面での反射光による通信品質の劣化を防
止するために、サファイア板に反射防止膜を形成するの
が通例である。サファイア板に予め反射防止膜を形成し
た場合、上記基本構成を実現する上でフランジ部材への
サファイア板の接合方法が限定される。即ち、反射防止
膜は熱に弱いから、予めサファイア板に反射防止膜を形
成した場合には、融点が比較的高い銀ロー等のロー材を
用いてサファイア板をフランジ部材に接合することは望
ましくなく、ＡｕＳｎ半田等の融点が低い半田により接
合することが要求される。しかし、この種の低融点半田
による微小部分の接合であると、良好な気密封止性を得
ることが困難である。このような点に鑑みて、次に示す
ような受光モジュールの製造方法が提供される。

本発明の受光モジュールの製造方法は、上記基本構成に
おける気密窓がサファイア板に反射防止膜を形成したも
のである場合において、上記サファイア板をロー材によ
り上記フランジ部材に接合する第１の工程と、上記サフ
ァイア板に反射防止膜を形成する第２の工程と、上記フ
ランジ部材を上記ロー材の融点よりも低い融点の半田材
により上記パッケージ本体に接合する第３の工程と、上
記ファイバアセンブリをレーサ°溶接により上記フラン
ジ部材に接合する第４の工程とをこの順に経るようにし
たものである。

この方法によると、サファイア板をロー材によりフラン
ジ部材に接合した後に、サファイア板に反射防止膜を形
成しているので、高融点なロー材を用いることによる反
射防止膜の損傷が防止される。本発明方法においては、
フランジ部材のパッケージ本体への接合を、既に形成さ
れている反射防止膜を損傷しないた約に半田材により行
っているが、フランジ部材とパッケージ本体の接合面積
は容易に大きくすることができるので、半田材を用いた
としても良好な気密封止が可能である。第４の工程にお
いて、ファイバアセンブリをレーザ溶接によりフランジ
部材に接合するようにしているので、ファイバアセンブ
リのパッケージ本体に対する、つまり受光素子チップに
対する相対的な位置調整を容易に行うことができるよう
になる。

実　　施　　例 以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施に使用するパッケージ本体の斜視
図であり、第２図はこのパッケージ本体の■−■線に沿
った断面図である。ＳＯ５３０４、コバール等の溶接が
可能な金属材からなるバッヶ−ジ本体２は、牟既略長方
形状の底板４と、底板４の長手方向端部に位置する側板
６，８と、底板４の側板６，８が形成された端部でない
端部に位置する側板１０．１２と、底板４上に側板６，
８と平行に位置する仕切り１４とを一体に形成して構成
されている。１６は受光光路が貫通する空洞が形成され
たフランジ部材であり、このフランジ部材１６は、パッ
ケージ本体の側板６に形成された開口に半田付けにより
嵌合固定されている。フランジ部材１６はパッケージ本
体同様溶接可能な金属からなる。１８は反射防止膜が施
されたサファイ板からなる気密窓であり、この気密窓１
８は、フランジ部材１６の空洞をパッケージ本体内部側
から閉塞している。気密窓１８はロー材によりフランジ
部材１６に接合される。２０は側板８，１０．１２に形
成された開口にそれぞれ封止固定されたセラミック端子
等からなる外部接続端子であり、この外部接続端子２０
は、電源及び制御信号の人力並びに信号出力に用いられ
る。２２は仕切り１４を貫通して設けられたセラミック
端子等の内部接続端子であり、この内部接続端子２２は
、仕切り１４により画成されたスペースにそれぞれ収容
された回路実装基板同士を接続する。２４２６は側板１
０，１２の下端部からノ々ノケージ本体外部側に突出す
る固定用プレートであり、この固定用プレート２４．２
６には、完成した受光モジュールを図示しないプリント
配線板等に取り付けるためのねじ孔が形成されている。

固定用プレート２４は仕切り１４の延長上に設けられて
おり、固定用プレート２６は側板８の延長上に設けられ
ている。このようにフランジ部材１６から離間した位置
であって、パッケージ本体における剛性の高い位置に固
定用プレート２４．２６を設けているので、プリント配
線板へのねじ止めに際して不所望な応力発生に起因する
光結合効率の低下が防止される。

このパッケージの組立方法を説明する。まず、フランジ
部材１６には半田付を可能にするためにＡｕメツキを施
しておき、ＡｇＣｕロー材等のロー材を用いてサファイ
板をフランジ部材１６に接合する。この接合を行うため
に、フランジ部材１６及びサファイア板を９００℃程度
に加熱する必要があるが、サファイア板にはまだ反射防
止膜が施されていないので、その損傷の恐れはない。次
いで、フランジ部材１６に接合されたサファイア板に蒸
着等により誘電体多層膜等からなる反射防止膜を形成す
る。この場合、フランジ部材１６は小型であるから、蒸
着装置における被蒸着材の取り扱いが容易である。しか
る後、ＡｕＳｎ等の半田材を用いて３００℃程度の加熱
温度下にてフランジ部材１６を側板６の開口に挿入固定
する。この場合、フランジ部材１６と側板６との接合面
積はフランジ部材１６と気密窓１８との接合面積と比べ
て著しく大きいので、気密封止性がロー材接合に劣る半
田付接合を採用しているにも関わらず、パッケージ本体
についての良好な気密封止を行うことができる。

パッケージ本体への受光素子チップの実装及びフランジ
部材へのファイバアセンブリの接合についてを第３図及
び第４図により説明する。第３図は受光モジュールの光
入力部の断面図であり、第４図は実装された受光素子チ
ップ近傍の斜視図である。

この実施例では、底板４の気密窓１８側には段差部２８
が形成されており、ＡＰＤ　（、アハランンエホトダイ
オード）等の受光素子チップ３２が搭載されたキャリア
３０が、段差部２８に固定されている。キャリア３０は
、熱伝導性が良く放熱性に優れたチップ搭載用のブロッ
ク３４と、熱伝導性が悪く溶接性に優れたＬ字形金具３
６とから構成されている。このような複合構成のキャリ
ア３０を用いているのは、キャリアを単一素材から形成
した場合には、放熱性及び溶接性を同時に満足させるこ
とが困難だからである。キャリア３０はＬ字形金具３６
を段差部２８に例えばレーザ溶接により溶接固定される
。レーザ溶接を採用した場合、５ｎＰｂ共晶半田を用い
て固定していた従来方法による場合と比べて、作業性が
向上すると共に、対環境安定性の面で有利である。受光
素子チップ３２の電極取出しは、ブロック３４のチップ
搭軟面から上端面にまで延在する導体パターン４０，４
２によりなされる。３８は底板４上に設けられた回路実
装基板であり、前述の導体パターン４０．４２はボンデ
インクワイヤにより回路実装基板３８上の導体パターン
に接続される。

フランジ部材１６に接合されるファイバアセンブリ４４
は、球レンズ４６を円筒形状のレンズボルダ４８に圧入
し、光ファイバ５０をその被覆と共ニフェルール５２に
挿入固定し、これらレンズホルダ４８及びフェルール５
２を所定距離離間させてスリーブ５４に挿入固定して構
成されている。

５Ｇはスリーブ５４の長手方向途中から外側に向かって
突出した円盤形状のフランジである。フェルール５２と
レンズホルダ４８の離間距離は、光ファイバ５０から放
射された光がレンズ４６により収束されて高効率で受光
素子チップ３２の受光面に入射するような距離に予め設
定されている。

この実施例では、フランジ部材１６の平坦面１６ａにフ
ランジ５６を摺動させてファイバアセンブリ４４を光軸
と垂直な方向に移動させることにょって、光軸調整が可
能である。この光軸調整を行ってファイバアセンブリ４
４の位置が確定したら、フランジ５６をフランジ部材１
６にレーザ溶接により接合することによって、高い光結
合効率を得ることができる。側板６に形成された開口は
フランジ部材１６及び気密窓１８により気密封止されて
いるので、フランジ５６の全周をフランジ部材１６に溶
接する必要はない。即ち、レーザ溶接によるスポット溶
接で足りる。このため、溶接部の凝固時の収縮に起因す
る光軸ずれを最小限に抑えることができる。

第５図は本実施例におけるファイバアセンブリを取り付
ける前の受光モジュールの断面図である。

仕切り１４により画成された二つのスベ・−スには別体
の回路実装基板３８．３８′がそれぞれ収容されており
、回路実装基板３８．３８’間の接続は内部接続端子２
２及びボンディングワイヤによりなされている。又、回
路実装基板３８’　　（３８）と外部接続端子２０の接
続もボンディングワイヤによりなされている。接続に用
いられるボンデインクワイヤは、回路実装基板や内部、
外部接続端子上に形成された導体パターンと比較して大
きなインダクタンスを有しているので、高速動作特性の
劣化を抑制するためには、接続に用いられるボンディン
グワイヤの長さはできるだけ短い方が好ましい。そこで
、この実施例では、キャリア３０、回路実装基板３８．
３８’、内部接続端子２２及び外部接続端子２０の相互
のボンディングワイヤ接続点が同一平面上に位置するよ
うにして、許容され得る最短の長さでワイヤボンディン
グ接続を行っている。各ボンディングワイヤ接続点を同
一平面上に位置させるためには、各部材の厚みや形状等
に応じて、パッケージ本体の底部から段差部２８まての
高さｈｌ、回路実装基板３８．３８’の実装面までの高
さｈ２　、内部接続端子２２の導体パターン面までの高
さｈ３、外部接続端子２０の導体パターン面までの高さ
り、を調整すれば良い。

これと同じようにして、第４図において、受光素子チッ
プ３２とブロック３４上の導体パターン４０とのボンデ
ィングワイヤ接続点が同一平面上に位置するように、ブ
ロック３４の受光素子チンブ３２を固定する部分を窪ま
せておいても良い。

第５図において、５８はパッケージ本体の側板上端で囲
まれる開口に封止固定された蓋部材である。この実施例
では、蓋部材５８におけるパッケージ本体２の側板の上
端に対応する部分５８ａ及び仕切り１４の上端に対応す
る部分５８ｂの厚みはそれ以外の部分５８ｃの厚みより
も小さくされている。蓋部材５８の封止固定は、厚みの
薄い部分５８ａをパッケージ本体の側板６，８，１０゜
１２に抵抗溶接することによってなされている。

蓋部材５８の仕切り１４に対応する部分を薄く形成して
いるのは、仕切り１４により画成された一方の空間から
他方の空間に仕切り１４と蓋部材５８との間の隙間を介
して電磁界がわずかにても漏れ出さないようにするため
である。この仕切り１４に対応した部分についても抵抗
溶接等を行うことによって、更に電磁遮蔽性を高めるこ
とができる。蓋部材５８を部分的に薄く形成するには、
例えば、蓋部材となる金属箔仮についてエツチングを施
せば良い。

発明の詳細 な説明したように、本発明によれば、高速動作性の向上
及び信頼性の向上に適した受光モジュール及びその製造
方法の提供が可能になるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すパッケージ本体の斜視図
、 第２図は第１図における■−■線に沿った断面図、 第３図は本発明の実施例を示す受光モジュールの光入力
部の断面図、 第４図は本発明の実施例を示す受光素子チップ近傍の斜
視図、 第５図は本発明の実施例を示す受光モジュールの断面図
である。 ２・・・パンケージ本体、 １４・・・仕切り、 １６・・フランジ部材） １８・・・気密窓、 ２０・・・外部接続端子、 ２２・・・内部接続端子、 ２４．２６・・・固定用プレート、 ２８・・・段差部、 ３０・・・キャリア、 ３２・・・受光素子チップ、 ３８．３８’・・・回路実装基板、 ４４・・・ファイバアセンブリ、 ４６・・・レンズ、 ５０・・・光ファイバ ５８・・・蓋部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光ファイバ（５０）からの光を光−電気変換する受
   光素子チップ（３２）及び回路実装基板が収容されたパ
   ッケージ本体（２）と、 該パッケージ本体（２）の側板上端で囲まれる開口に封
   止固定された蓋部材（５８）と、 上記パッケージ本体（２）の側板に形成された開口に封
   止固定された外部接続端子（２０）と、上記パッケージ
   本体（２）の側板に形成された開口に嵌合固定され、上
   記受光素子チップ（３２）が受光する光の光路が貫通す
   る空洞を有するフランジ部材（１６）と、 該フランジ部材（１６）の空洞を上記パッケージ本体（
   ２）内部側から閉塞する気密窓（１８）と、上記パッケ
   ージ本体（２）の上記フランジ部材（１６）が固定され
   る側板でない側板から上記パッケージ本体（２）外部側
   に突出する固定用プレート（２４、２６）と、 上記光ファイバ（５０）及び該光ファイバ（５０）の出
   射光を収束させるレンズ（４６）を所定の位置関係で保
   持してなるファイバアセンブリ（４４）とを備え、上記
   フランジ部材（１６）の上記パッケージ本体（２）外部
   側に形成された平坦な摺動面（１６ａ）に上記ファイバ
   アセンブリ（４４）を密着固定したことを特徴とする受
   光モジュール。 ２、上記受光素子チップ（３２）が載置固定されたキャ
   リア（３０）が上記パッケージ本体（２）の底板に形成
   された段差部（２８）に固定されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の受光モジュール。 ３、上記キャリア（３０）、回路実装基板及び外部接続
   端子（２０）の相互のボンディングワイヤ接続点が同一
   平面上にあること特徴とする請求項２に記載の受光モジ
   ュール。 ４、上記パッケージ本体（２）の内部は上記パッケージ
   本体（２）の底板に立設された仕切り（１４）により複
   数のスペースに画成され、該複数のスペースにはそれぞ
   れ回路実装基板（３８、３８′）が収容され、該回路実
   装基板（３８、３８′）同士の接続は上記仕切り（１４
   ）を貫通して設けられた内部接続端子（２２）を介して
   なされることを特徴とする請求項２に記載の受光モジュ
   ール。 ５、上記キャリア（３０）、回路実装基板（３８、３８
   ′）、内部接続端子（２２）及び外部接続端子（２０）
   の相互のボンディングワイヤ接続点が同一平面上にある
   ことを特徴とする請求項４に記載の受光モジュール。 ６、上記蓋部材（５８）における上記パッケージ本体（
   ２）の側板の上端に対応する部分及び上記仕切り（１４
   ）の上端に対応する部分の厚みはそれ以外の部分の厚み
   よりも小さくされていることを特徴とする請求項４又は
   ５に記載の受光モジュール。 ７、複数設けられた上記固定用プレート（２４、２６）
   の全部又は一部は上記仕切り（１４）の近傍に設けられ
   ていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記
   載の受光モジュール。 ８、気密窓（１８）がサファイア板に反射防止膜を形成
   したものである請求項１に記載の受光モジュールの製造
   方法であって、 上記サファイア板をロー材により上記フランジ部材（１
   ６）に接合する第１の工程と、 上記サファイア板に反射防止膜を形成する第２の工程と
   、 上記フランジ部材（１６）を上記ロー材の融点よりも低
   い融点の半田材により上記パッケージ本体（２）に接合
   する第３の工程と、 上記ファイバアセンブリ（４４）をレーザ溶接により上
   記フランジ部材（１６）に接合する第４の工程とをこの
   順に経ることを特徴とする受光モジュールの製造方法。