JPH10223988A - 高速光電子素子モジュール - Google Patents
高速光電子素子モジュールInfo
- Publication number
- JPH10223988A JPH10223988A JP2624597A JP2624597A JPH10223988A JP H10223988 A JPH10223988 A JP H10223988A JP 2624597 A JP2624597 A JP 2624597A JP 2624597 A JP2624597 A JP 2624597A JP H10223988 A JPH10223988 A JP H10223988A
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- Japan
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- alumina
- mullite
- frequency
- wiring board
- optoelectronic device
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速でかつ温度制御性の良い高速光電子素子
モジュールを得る。 【解決手段】 光電子素子と温度制御素子とを備えた高
速光電子素子モジュールであって、前記光電子素子と電
気信号端子間の接続回路の少なくとも一部に、アルミナ
より熱伝導率の低い絶縁体と高周波線路からなる高周波
配線基板を用いたものである。また、前記絶縁体はムラ
イトからなる。
モジュールを得る。 【解決手段】 光電子素子と温度制御素子とを備えた高
速光電子素子モジュールであって、前記光電子素子と電
気信号端子間の接続回路の少なくとも一部に、アルミナ
より熱伝導率の低い絶縁体と高周波線路からなる高周波
配線基板を用いたものである。また、前記絶縁体はムラ
イトからなる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や計測に用
いられる光モジュールに関し、特に、高速で動作し、か
つ、温度安定化を必要とする光モジュールに適用して有
効な技術に関するものである。
いられる光モジュールに関し、特に、高速で動作し、か
つ、温度安定化を必要とする光モジュールに適用して有
効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図３（ａ）は従来の光電子素子モジュー
ルの概略構成を示す気密封止用の蓋を取り外して上から
見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’
で切った断面図である。図３において、１は光電子素
子、２はセラミック製の高周波配線基板、２’はメタラ
イズされた電気配線、３はその外径部には螺線状のネジ
が施こされている電気コネクタ、３Ａは電気コネク３の
中心導体の端子、４は金属製サブマウント、５はペルチ
ェ熱電子素子、６は金ワイヤ、７はパッケージ、８は光
電子素子側のコリメートレンズ、９はファイバ側コリメ
ートレンズ、１０は光ファイバ、１１は気密封止用の蓋
である。
ルの概略構成を示す気密封止用の蓋を取り外して上から
見た平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＣ−Ｃ’
で切った断面図である。図３において、１は光電子素
子、２はセラミック製の高周波配線基板、２’はメタラ
イズされた電気配線、３はその外径部には螺線状のネジ
が施こされている電気コネクタ、３Ａは電気コネク３の
中心導体の端子、４は金属製サブマウント、５はペルチ
ェ熱電子素子、６は金ワイヤ、７はパッケージ、８は光
電子素子側のコリメートレンズ、９はファイバ側コリメ
ートレンズ、１０は光ファイバ、１１は気密封止用の蓋
である。
【０００３】１ＧＨｚ以下の帯域で使われる通常の光電
子素子（半導体レーザ等）では、前記の図３に示すよう
に、金ワイヤで配線されるのが普通であった。
子素子（半導体レーザ等）では、前記の図３に示すよう
に、金ワイヤで配線されるのが普通であった。
【０００４】しかし、数ＧＨｚを越えるような高速動作
のためには金ワイヤのインダクタンスが問題になってく
る。
のためには金ワイヤのインダクタンスが問題になってく
る。
【０００５】そこで、光電子素子１を高周波配線基板２
にできるだけ近づけて配置し、金ワイヤ６を極力短くす
るようなパッケージ構造が取られていた。
にできるだけ近づけて配置し、金ワイヤ６を極力短くす
るようなパッケージ構造が取られていた。
【０００６】一方、光電子素子においては、温度による
特性の変化が問題になることが多いため、素子を搭載し
たサブマウント４をパッケージ７から熱的に隔離し、ペ
ルチェ熱電子素子５に搭載して温度安定化を図ることが
多い。
特性の変化が問題になることが多いため、素子を搭載し
たサブマウント４をパッケージ７から熱的に隔離し、ペ
ルチェ熱電子素子５に搭載して温度安定化を図ることが
多い。
【０００７】図３の構成では、高周波配線基板と光電子
素子間を細い金ワイヤで接続することで熱絶縁を取って
いる。この熱絶縁や、部品の寸法精度の関係で金ワイヤ
は、最短でも１〜２ｍｍ程度の長さになり高速化に限界
があった。また、素子をサブマウントの辺縁部に配置し
なければならないため、レンズ等の部品配置にも大きな
制約がかかるため実装が難しくなるといった問題があっ
た。
素子間を細い金ワイヤで接続することで熱絶縁を取って
いる。この熱絶縁や、部品の寸法精度の関係で金ワイヤ
は、最短でも１〜２ｍｍ程度の長さになり高速化に限界
があった。また、素子をサブマウントの辺縁部に配置し
なければならないため、レンズ等の部品配置にも大きな
制約がかかるため実装が難しくなるといった問題があっ
た。
【０００８】金ワイヤ長の影響を避けるためには、光電
子素子１への接続にコプレーナやマイクロストリップと
いった構造の高周波的にインピーダンス整合された高周
波配線基板を用いることが有効である。
子素子１への接続にコプレーナやマイクロストリップと
いった構造の高周波的にインピーダンス整合された高周
波配線基板を用いることが有効である。
【０００９】図４（ａ）はそのような高周波基板で配線
した光電子素子モジュールの概略構成を示す平面図であ
り、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’で切った断面図
である。図４は前記図３と同じ機能を有するものは、同
じ符号を付けてある。
した光電子素子モジュールの概略構成を示す平面図であ
り、図４（ｂ）は図４（ａ）のＤ−Ｄ’で切った断面図
である。図４は前記図３と同じ機能を有するものは、同
じ符号を付けてある。
【００１０】図４の構成では、光電子素子１の直近（１
ｍｍ以下）まで高周波配線基板２で接続されるので高周
波特性は優れている。
ｍｍ以下）まで高周波配線基板２で接続されるので高周
波特性は優れている。
【００１１】しかしながら、通常、前記のような高周波
配線基板材料として用いられている高密度アルミナは熱
伝導率が高いため、この高周波配線基板２を介してパッ
ケージ７と光電子素子１間で熱が伝わるため、ペルチェ
熱電子素子５の効率を落したり、周囲温度による影響を
受けやすくなるという問題があった。
配線基板材料として用いられている高密度アルミナは熱
伝導率が高いため、この高周波配線基板２を介してパッ
ケージ７と光電子素子１間で熱が伝わるため、ペルチェ
熱電子素子５の効率を落したり、周囲温度による影響を
受けやすくなるという問題があった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高速
でかつ温度制御性の良い高速光電子素子モジュールを提
供することにある。
でかつ温度制御性の良い高速光電子素子モジュールを提
供することにある。
【００１３】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以
下のとおりである。
【００１５】本発明の（１）の手段は、光電子素子と温
度制御素子とを備えた高速光電子素子モジュールであっ
て、前記光電子素子と電気信号端子間の接続回路の少な
くとも一部に、アルミナより熱伝導率の低い絶縁体と高
周波線路からなる高周波配線基板を用いたことを特徴と
するものである。
度制御素子とを備えた高速光電子素子モジュールであっ
て、前記光電子素子と電気信号端子間の接続回路の少な
くとも一部に、アルミナより熱伝導率の低い絶縁体と高
周波線路からなる高周波配線基板を用いたことを特徴と
するものである。
【００１６】本発明の（２）の手段は、前記絶縁体がム
ライトであることを特徴とするものである。
ライトであることを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態（実施例）を詳細に説明する。
施形態（実施例）を詳細に説明する。
【００１８】なお、実施形態（実施例）を説明するため
の全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。
の全図において、同一機能を有するものは同一符号を付
け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１９】（実施形態１）図１（ａ）は本発明の実施
形態１の高速光電子素子モジュールの概略構成を示す気
密封止用の蓋を取り外して上から見た平面図であり、図
１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’で切った断面図であ
る。図１において、１は光電子素子、２Ａはムライト製
のマイクロストリップ高周波配線基板、２Ａ’はメタラ
イズされた電気配線（斜線を施こしている部分）、３は
その外径部には螺線状のネジが施こされている電気コネ
クタ、３Ａは電気コネク３の中心導体の端子、４は金属
製サブマウント、５はペルチェ熱電子素子、６は金ワイ
ヤ、７はパッケージ、８は光電子素子側のコリメートレ
ンズ、９はファイバ側コリメートレンズ、１０は光ファ
イバ、１１は気密封止用の蓋である。前記電気線２Ａ’
は電気コネクタ３の端子３Ａに接続されている。
形態１の高速光電子素子モジュールの概略構成を示す気
密封止用の蓋を取り外して上から見た平面図であり、図
１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’で切った断面図であ
る。図１において、１は光電子素子、２Ａはムライト製
のマイクロストリップ高周波配線基板、２Ａ’はメタラ
イズされた電気配線（斜線を施こしている部分）、３は
その外径部には螺線状のネジが施こされている電気コネ
クタ、３Ａは電気コネク３の中心導体の端子、４は金属
製サブマウント、５はペルチェ熱電子素子、６は金ワイ
ヤ、７はパッケージ、８は光電子素子側のコリメートレ
ンズ、９はファイバ側コリメートレンズ、１０は光ファ
イバ、１１は気密封止用の蓋である。前記電気線２Ａ’
は電気コネクタ３の端子３Ａに接続されている。
【００２０】本実施形態１の高速光電子素子モジュール
においては、図１に示すように、光電子素子１への電気
配線２Ａ’は基本的にマイクロストリップ構造のインピ
ーダンス整合された高周波配線基板２Ａを用いており、
優れた高周波特性が得られる。
においては、図１に示すように、光電子素子１への電気
配線２Ａ’は基本的にマイクロストリップ構造のインピ
ーダンス整合された高周波配線基板２Ａを用いており、
優れた高周波特性が得られる。
【００２１】一方で、パッケージ７と光電子素子１との
間の断熱を得るために、マイクロストリップ高周波配線
基板２Ａとしてムライトを採用した。
間の断熱を得るために、マイクロストリップ高周波配線
基板２Ａとしてムライトを採用した。
【００２２】ムライトはアルミナと同様高周波損失が小
さいが、アルミナに比べ非常に熱伝導率が低い材料であ
る。熱伝導率はアルミナ（９９．９％）が３３Ｗ／ｍＫ
に対し、ムライトは５．５Ｗ／ｍＫである。一方で、誘
電率はアルミナが９．９に対し、ムライトは６．４であ
り、通常高周波回路で用いられる５０Ωインピーダンス
のストリップライン高周波配線基板２Ａに必要な基板厚
はムライトの方が薄くできる。熱伝導量は断面積に比例
するので、この点でもムライトはアルミナより有利であ
る。
さいが、アルミナに比べ非常に熱伝導率が低い材料であ
る。熱伝導率はアルミナ（９９．９％）が３３Ｗ／ｍＫ
に対し、ムライトは５．５Ｗ／ｍＫである。一方で、誘
電率はアルミナが９．９に対し、ムライトは６．４であ
り、通常高周波回路で用いられる５０Ωインピーダンス
のストリップライン高周波配線基板２Ａに必要な基板厚
はムライトの方が薄くできる。熱伝導量は断面積に比例
するので、この点でもムライトはアルミナより有利であ
る。
【００２３】例えば、本実施形態１では電極の幅を０．
２ｍｍとしたので、アルミナの場合基板厚０．２ｍｍ、
ムライトの場合は基板厚０．１５５ｍｍでほぼ５０Ωイ
ンピーダンスとなる。
２ｍｍとしたので、アルミナの場合基板厚０．２ｍｍ、
ムライトの場合は基板厚０．１５５ｍｍでほぼ５０Ωイ
ンピーダンスとなる。
【００２４】以上の値よりストリップライン配線基板２
Ａの幅を１ｍｍ、ストリップライン配線基板２Ａの断熱
部分の長さを１ｍｍ、電極金の厚みを１．５μｍとして
パッケージ７と光電子素子１の温度差が５０℃の場合の
熱伝導量を計算すると、アルミナが３３０ｍＷに対し、
ムライトは４３ｍＷ、電極金を伝わる分は共通で２．９
ｍＷである。
Ａの幅を１ｍｍ、ストリップライン配線基板２Ａの断熱
部分の長さを１ｍｍ、電極金の厚みを１．５μｍとして
パッケージ７と光電子素子１の温度差が５０℃の場合の
熱伝導量を計算すると、アルミナが３３０ｍＷに対し、
ムライトは４３ｍＷ、電極金を伝わる分は共通で２．９
ｍＷである。
【００２５】比較のために２５μｍφの金ワイヤの２本
で接続した場合を計算すると、６２ｍＷであり、ムライ
ト基板では金ワイヤと同等かそれ以下にできることが分
かる。
で接続した場合を計算すると、６２ｍＷであり、ムライ
ト基板では金ワイヤと同等かそれ以下にできることが分
かる。
【００２６】光電子素子１として一般的な半導体レーザ
を考えた場合、素子自体の発熱は５０〜１００ｍＷ程度
であるのでアルミナの場合の熱量は無視できない。
を考えた場合、素子自体の発熱は５０〜１００ｍＷ程度
であるのでアルミナの場合の熱量は無視できない。
【００２７】作製したモジュールで同じ温度差（約５０
℃）を得るために必要なペルチェ電流を比較してみた
所、アルミナ基板を用いた場合に比べムライト基板を用
いると１０％低減でき、金ワイヤ接続した物とほぼ同等
であることがわかった。また、周囲温度変化に対する素
子温度の安定度もアルミナより優れていることが確認さ
れた。
℃）を得るために必要なペルチェ電流を比較してみた
所、アルミナ基板を用いた場合に比べムライト基板を用
いると１０％低減でき、金ワイヤ接続した物とほぼ同等
であることがわかった。また、周囲温度変化に対する素
子温度の安定度もアルミナより優れていることが確認さ
れた。
【００２８】一方、モジュールとして、２０ＧＨｚまで
の周波数特性を測定した結果でもアルミナとの差は認め
られず、十分な高周波特性を有していることも確認でき
た。
の周波数特性を測定した結果でもアルミナとの差は認め
られず、十分な高周波特性を有していることも確認でき
た。
【００２９】（実施形態２）図２（ａ）は本発明の実施
形態１の高速光電子素子モジュールの概略構成を示す気
密封止用の蓋を取り外して上から見た平面図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’で切った断面図であ
る。図２において、６Ａは金リボン配線、１２はアルミ
ナ製コプレーナ配線基板、１２Ａは石英ガラス基板製コ
プレーナ配線基板である。
形態１の高速光電子素子モジュールの概略構成を示す気
密封止用の蓋を取り外して上から見た平面図であり、図
２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ’で切った断面図であ
る。図２において、６Ａは金リボン配線、１２はアルミ
ナ製コプレーナ配線基板、１２Ａは石英ガラス基板製コ
プレーナ配線基板である。
【００３０】本実施形態２においては、図２に示すよう
に、高周波配線基板としてマイクロストリップ配線基板
２Ａの代わりにコプレーナ配線基板１２Ａ、１２を用い
たものである。前記各配線基板１２Ａ、１２にはそれぞ
れメタライズされた電気配線が形成されている（斜線を
施こした部分）。
に、高周波配線基板としてマイクロストリップ配線基板
２Ａの代わりにコプレーナ配線基板１２Ａ、１２を用い
たものである。前記各配線基板１２Ａ、１２にはそれぞ
れメタライズされた電気配線が形成されている（斜線を
施こした部分）。
【００３１】このコプレーナ配線基板１２Ａの材質とし
て熱絶縁部分に石英ガラスを用い、断熱性を高めてい
る。石英ガラスはムライトよりさらに熱伝導率が低く
１．４Ｗ／ｍＫである。ただし、誘電率が３．８と低く
実施形態１のようなマイクロストリップ構造に使うと基
板が薄くなりすぎて強度が不足するが、本実施形態２で
はコプレーナ構造の配線板にしているので、低誘電率で
も基板を厚くできるので問題なく使える。さらに、本実
施形態２では実装上の扱い易さを考慮してアルミナ製コ
プレーナ配線基板１２と併用している。
て熱絶縁部分に石英ガラスを用い、断熱性を高めてい
る。石英ガラスはムライトよりさらに熱伝導率が低く
１．４Ｗ／ｍＫである。ただし、誘電率が３．８と低く
実施形態１のようなマイクロストリップ構造に使うと基
板が薄くなりすぎて強度が不足するが、本実施形態２で
はコプレーナ構造の配線板にしているので、低誘電率で
も基板を厚くできるので問題なく使える。さらに、本実
施形態２では実装上の扱い易さを考慮してアルミナ製コ
プレーナ配線基板１２と併用している。
【００３２】基板の幅１．５ｍｍ、厚み０．３ｍｍのケ
ースで、実施形態１と同様パッケージと素子間温度差５
０℃の場合、石英基板を介した熱伝導は３２ｍＷとな
り、十分に低くできる。
ースで、実施形態１と同様パッケージと素子間温度差５
０℃の場合、石英基板を介した熱伝導は３２ｍＷとな
り、十分に低くできる。
【００３３】基本的にコプレーナ構造でもインピーダン
ス整合が取れていれば、優れた高周波特性を確保できる
ので、帯域的には問題はない。むしろ、コプレーナでは
インピーダンスを保ったまま配線基板の幅を狭められる
ので、素子の近傍に配置しやすいので帯域的に有利にな
ることが多い。実際のモジュールでも熱効率、帯域とも
に実施形態１と同等であった。
ス整合が取れていれば、優れた高周波特性を確保できる
ので、帯域的には問題はない。むしろ、コプレーナでは
インピーダンスを保ったまま配線基板の幅を狭められる
ので、素子の近傍に配置しやすいので帯域的に有利にな
ることが多い。実際のモジュールでも熱効率、帯域とも
に実施形態１と同等であった。
【００３４】以上、本発明を、前記実施形態に基づき具
体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種
々変更可能であることは勿論である。
体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種
々変更可能であることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果は以下のとおりである。
的なものによって得られる効果は以下のとおりである。
【００３６】本発明によれば、光モジュールの高速動作
と温度安定化を同時に実現できる。
と温度安定化を同時に実現できる。
【図１】本発明の実施形態１の高速光電子素子モジュー
ルの概略構成を示す図である。
ルの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態２の高速光電子素子モジュー
ルの概略構成を示す図である。
ルの概略構成を示す図である。
【図３】従来の光電子素子モジュールの概略構成を示す
図である。
図である。
【図４】従来の他の光電子素子モジュールの概略構成を
示す図である。
示す図である。
１…光電子素子、２Ａ…ムライト製マイクロストリップ
高周波配線基板、２’，２Ａ’…電気配線、３…電気コ
ネクタ、３Ａ…電気コネク３の中心導体の端子、４…金
属製サブマウント、５…ペルチェ熱電子素子、６…金ワ
イヤ、６Ａ…金リボン配線、７…パッケージ、８…光電
子素子側のコリメートレンズ、９…ファイバ側コリメー
トレンズ、１０…光ファイバ、１１…気密封止用の蓋、
１２…アルミナ製コプレーナ配線基板、１２Ａ…石英ガ
ラス基板製コプレーナ配線基板。
高周波配線基板、２’，２Ａ’…電気配線、３…電気コ
ネクタ、３Ａ…電気コネク３の中心導体の端子、４…金
属製サブマウント、５…ペルチェ熱電子素子、６…金ワ
イヤ、６Ａ…金リボン配線、７…パッケージ、８…光電
子素子側のコリメートレンズ、９…ファイバ側コリメー
トレンズ、１０…光ファイバ、１１…気密封止用の蓋、
１２…アルミナ製コプレーナ配線基板、１２Ａ…石英ガ
ラス基板製コプレーナ配線基板。
Claims (2)
- 【請求項１】 光電子素子と温度制御素子とを備えた高
速光電子素子モジュールであって、前記光電子素子と電
気信号端子間の接続回路の少なくとも一部に、アルミナ
より熱伝導率の低い絶縁体と高周波線路からなる高周波
配線基板を用いたことを特徴とする高速光電子素子モジ
ュール。 - 【請求項２】 前記絶縁体がムライトであることを特徴
とする請求項１に記載の高速光電子素子モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2624597A JPH10223988A (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 高速光電子素子モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2624597A JPH10223988A (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 高速光電子素子モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223988A true JPH10223988A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12187918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2624597A Pending JPH10223988A (ja) | 1997-02-10 | 1997-02-10 | 高速光電子素子モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10223988A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1104053A2 (en) * | 1999-11-29 | 2001-05-30 | Nec Corporation | Semiconductor laser module |
| JP2002335034A (ja) * | 2001-05-09 | 2002-11-22 | Mitsubishi Electric Corp | 光モジュール |
| WO2014056745A1 (en) * | 2012-10-09 | 2014-04-17 | Oclaro Technology Limited | Optoelectronic assembly |
| DE102019127593A1 (de) * | 2019-10-14 | 2021-04-15 | Schott Ag | Sockel für ein Gehäuse mit einer elektronischen Komponente zur Hochfrequenz-Signalübertragung |
| CN113678331A (zh) * | 2019-04-12 | 2021-11-19 | 株式会社藤仓 | 激光模块及其制造方法 |
-
1997
- 1997-02-10 JP JP2624597A patent/JPH10223988A/ja active Pending
Cited By (11)
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