JPH11248973A - 光モジュール - Google Patents

光モジュール

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Publication number
JPH11248973A
JPH11248973A JP4786498A JP4786498A JPH11248973A JP H11248973 A JPH11248973 A JP H11248973A JP 4786498 A JP4786498 A JP 4786498A JP 4786498 A JP4786498 A JP 4786498A JP H11248973 A JPH11248973 A JP H11248973A
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JP
Japan
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optical
carrier
optical module
iron
based alloy
Prior art date
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Pending
Application number
JP4786498A
Other languages
English (en)
Inventor
Kaoru Yoshino
薫 吉野
Hisaki Nishizawa
寿樹 西澤
Tetsuya Kato
哲也 加藤
Yuji Sugiyama
雄次 杉山
Minoru Shishido
実 宍戸
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTT Electronics Corp
Original Assignee
NTT Electronics Corp
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Publication date
Application filed by NTT Electronics Corp filed Critical NTT Electronics Corp
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Publication of JPH11248973A publication Critical patent/JPH11248973A/ja
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/4237Welding

Abstract

(57)【要約】 【課題】短時間で高精度、高安定に溶接し得、且つ放熱
特性を向上し得、しかも、コストを低くし得る光モジュ
ールを提供することにある。 【解決手段】LD素子1と光ファイバ10とを結合用ガ
ラスレンズ11を介して光学結合させてなる光モジュー
ルにおいて、LD素子1を金属製のキャリヤ2に搭載
し、かつ、レンズ11も金属枠3に固定し、LD素子1
とレンズ11とを互いに光軸合わせした状態で、キャリ
ヤ2と金属枠3とを直接、もしくは別の金属製ホルダ部
品4を介してYAGレーザ溶接によって固定する構造の
光モジュールであって、金属枠3およびホルダ部品4
を、ステンレスもしくは鉄ニッケルコバルト系合金とい
った鉄系合金で構成し、キャリヤ2を鉄系合金より高熱
伝導率の金属材料で構成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【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で特に精密な光軸調整と素子の温度
安定性を要求される光モジュールの構造に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】YAGレーザ溶接技術は光モジュールの
組立に際して、短時間で高精度かつ高安定に部品を接合
できるので近年モジュール組立の主流となっている。し
かし、一般にはYAGレーザ溶接は熱伝導性の悪い材料
同士しかうまく接合できないと考えられており、そのた
め、光モジュールでもYAGレーザ溶接部はステンレス
や鉄ニッケルコバルト合金といった熱伝導率の低い材料
で構成されていた。
【0003】一方、光半導体素子は温度によって特性が
大きく変動するので放熱特性が良いことが必要とされ、
それらの素子を搭載するキャリヤは熱伝導率の高い材料
で構成することが望ましい。
【0004】従って、従来の光モジュールのキャリヤで
は、光半導体素子の放熱性を確保するために光半導体素
子搭載部を放熱性の良い銅タングステンのような材料で
構成し、溶接部分として鉄ニッケル合金をろう付けした
ような複合材とするか、光半導体素子の放熱性を犠牲に
して熱伝導性の悪い材料で構成されていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の光モジュールで
は、キャリヤに複合材を用いた場合、手間がかかるため
にキャリヤのコストが高くなり、また、キャリヤを熱伝
導性の悪い材料で構成した場合、放熱特性が悪いといっ
た欠点を有していた。
【0006】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、短時間で高精度、高安定に溶接し得、且つ放熱特性
を向上し得、しかも、コストを低くし得る光モジュール
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の光モジュールは、光素子と光ファイバとをレ
ンズ効果を持った光学結合用部品を介して光学結合させ
てなる光モジュールにおいて、前記光素子が搭載された
鉄系合金より熱伝導率の高い光素子搭載部材と、前記光
素子搭載部材に直接もしくは鉄系合金よりなるホルダ部
材を介して溶接され前記光学結合用部品が取り付けられ
た鉄系合金よりなる光学結合用部品取付部材とを具備す
ることを特徴とするものである。
【0008】また本発明の光モジュールは、光素子と光
ファイバとをレンズ効果を持った光学結合用部品を介し
て光学結合させてなる光モジュールにおいて、前記光素
子を金属製のキャリヤに搭載し、かつ、前記光学結合用
部品も金属枠に固定し、前記光素子と前記光学結合用部
品とを互いに光軸合わせした状態で、前記キャリヤと前
記金属枠とを直接、もしくは別の金属製ホルダ部品を介
してYAGレーザ溶接によって固定する構造の光モジュ
ールであって、前記金属枠および前記ホルダ部品を、ス
テンレスもしくは鉄ニッケルコバルト系合金といった鉄
系合金で構成し、前記キャリヤを前記鉄系合金より高熱
伝導率の金属材料で構成したことを特徴とするものであ
る。
【0009】また本発明は、前記光モジュールにおい
て、キャリヤを銅タングステン、銅、アルミニウム、し
んちゅう、もしくは、タングステンやモリブデンを主成
分とした鉄系合金より高熱伝導率の金属材料で構成した
ことを特徴とするものである。
【0010】本発明は、YAGレーザ溶接において被溶
接部材の片方が鉄系合金のような熱伝導率の低い材料で
あれば他方は銅タングステン合金等の鉄系合金より高熱
伝導率の材料(以下単に高熱伝導率材料という)を使っ
ても溶接が可能であることを実験的に見いだしたことに
鑑みなされたものである。
【0011】すなわち、被溶接部材の両方がそれぞれ高
熱伝導率材料同士では、YAGレーザの熱が逃げやすい
ために溶接には多大のエネルギーが必要となり、一方、
エネルギーを高くすると溶接時の熱衝撃も大きくなるの
で、精密な光軸合せが必要な光モジュールの組立には軸
ずれが生じるため、使用不能と考えられていた。
【0012】しかしながら、本発明者は、被溶接部材の
片方の部材を鉄系合金のような熱伝導率の低い材料にす
れば、もう一方の材料を高熱伝導率材料で形成しても、
従来並みのYAGレーザエネルギーで十分溶接が可能で
あることを実験的に確かめた。
【0013】これは、YAGレーザのエネルギーによっ
て、まず鉄系合金のような熱伝導率の低い方の部材が溶
解し、その熱でもう一方の高熱伝導率材料も溶融するこ
とで溶接されるものと推測される。
【0014】この推測より、高熱伝導率材料が鉄系合金
のような熱伝導率の低い材料より低融点であることが望
ましいが、一般に溶接用部材として用いられる鉄系合金
のステンレスや鉄ニッケルコバルト合金の融点は約14
00℃であり、一方、キャリヤ材料として良く使われる
高熱伝導率材料の銅タングステンは1100℃以下で溶
け始めるため、ちょうどこの条件に適している。
【0015】その他のキャリヤ材料として、銅(融点=
1083℃)、アルミニウム(融点=660℃)、しん
ちゅう(融点=900℃前後)でも溶接可能であること
を確認しており、各種要求条件に応じて適用可能であ
る。
【0016】さらに他の高熱伝導材料として、タングス
テンやモリブデンを主成分とした各種合金があるが、融
点が極端に高くなければ同様に使用可能である。また、
キャリヤはハンダ付けや防錆のため全体を金メッキする
事が多い。しかし、YAGレーザ溶接部だけは金メッキ
を除去するために追加研磨加工するのが通例であった。
本発明によればキャリヤ部の金メッキは除去する必要が
ないので、キャリヤの加工費が低減できるという利点も
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
の形態例を詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施
形態例を示す断面図である。図において、1はLD(レ
ーザダイオード)素子、2は銅タングステン製キャリ
ヤ、3は鉄ニッケルコバルト系合金製の金属枠、4は結
合用ガラスレンズを保持するためのステンレス製のホル
ダ部品、5はペルチェ熱電子素子、6は光ファイバ入り
フェルール、7はパッケージ、8はファイバ固定用カラ
ー、9は金属蓋、10は光ファイバ、11は結合用ガラ
スレンズで金属枠3に一体成形される。121 〜1210
はYAGレーザ溶接ポイントである。
【0018】これを組み立てるには、まず、LD素子1
をキャリヤ2に金スズ半田によってダイボンディングす
る。前記キャリヤ2をパッケージ7内のペルチェ熱電子
素子5上に鉛スズ系の半田で固定する。
【0019】次いで、LD素子1を光らせながら、結合
用ガラスレンズ11を位置合せして、光ファイバ10へ
の入力パワーが最大になる位置で、結合用ガラスレンズ
11の金属枠3とホルダ部品4を溶接ポイント123
124 で、ホルダ部品4とキャリヤ2を溶接ポイント1
1 ,122 でそれぞれYAGレーザ溶接して固定す
る。
【0020】最後に、再度光ファイバ10をパッケージ
7に対して位置合せしてフェルール6とカラー8を溶接
ポイント127 〜1210で、カラー8とパッケージ7を
溶接ポイント125 ,126 でそれぞれYAGレーザ溶
接して固定した後、蓋9を抵抗溶接して光モジュールを
完成する。
【0021】この光モジュールでは、ステンレス製のホ
ルダ部品4と銅タングステン製キャリヤ2を短時間で高
精度、高安定に溶接することができる。また、キャリヤ
2は銅タングステン製であるため、放熱特性も良好であ
る。
【0022】なお、本実施形態例ではキャリヤ2に直接
LD素子1を搭載しているが、LD素子1とキャリヤ2
の間に小型のヒートシンクブロックを介在させても良
い。一般に、異種材料を溶接した場合、特にその熱膨張
係数の差によって、長期信頼性の面で問題が生じると考
えられている。
【0023】しかしながら、本発明は光モジュールの光
学結合部の固定に用いるものであるため、元々それほど
過酷な環境にさらされるおそれはない。完成した光モジ
ュールを通常の光素子モジュールとしては現在もっとも
厳しい−40〜+85℃のヒートサイクル試験にかけた
結果でも、数1000サイクル以上にわたって結合効率
の劣化は認められなかった。
【0024】これは光モジュール自体がもともと小型で
溶接部位も数mm程度とごく狭い範囲であり、使用温度
範囲も部材の融点からみれば極めて低いので、熱膨張の
ストレスが問題にならないためと考えられる。
【0025】図2は本発明の第2の実施形態例を示す断
面図である。図において、21はLD素子、22は銅
(金メッキ)製LDステム、23は金属枠、24は光フ
ァイバ入りフェルール、25は鉄ニッケルコバルト合金
(ニッケルメッキ)製パッケージ、26はファイバ固定
用カラー、27はガラス窓付きの気密封止用のキャッ
プ、28は光ファイバ、29は結合用ガラスレンズで金
属枠23に一体成形される。301 〜3010はYAGレ
ーザ溶接ポイントである。
【0026】これを組み立てるには、LD素子21をL
Dステム22に金スズ半田でダイボンディングした後、
キャップ27を抵抗溶接して気密封止する。一方、ガラ
スレンズ29の金属枠23もYAGレーザ溶接でパッケ
ージ25内に溶接ポイント303 ,304 で固定する。
【0027】次に、ステム22に固定したLD素子21
を光らせながら、レンズ29付パッケージ25を位置合
せして、光ファイバ28への入力パワーが最大になる位
置で、ステム22とパッケージ25を溶接ポイント30
1 ,302 でYAGレーザ溶接により固定する。
【0028】最後に、再度光ファイバ28をパッケージ
25に対して位置合せしてフェルール24とカラー26
を溶接ポイント307 〜3010で、カラー26とパッケ
ージ25を溶接ポイント305 ,306 でそれぞれYA
Gレーザ溶接により固定して光モジュールを完成する。
【0029】この光モジュールでは、銅製LDステム2
2と鉄ニッケルコバルト合金製パッケージ25を短時間
で高精度、高安定に溶接することができる。また、ステ
ム22に銅を用いているため、従来のステムに鉄や鉄ニ
ッケルコバルト合金を使っていたのに対し、大幅な放熱
特性の向上が計れる。
【0030】なお、本実施形態例では、光素子として半
導体LDを用いているが、これに限らずLEDやフォト
ダイオード、リチウムナイオベートやガラス導波路とい
った光素子に対しても、高熱伝導で精密固定の必要のあ
る光モジュールには全て適用可能であることは言うまで
もない。
【0031】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、短時
間で高精度、高安定に溶接することができ、且つ放熱特
性を向上でき、しかも、コストを低くすることができる
光モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態例を示す断面図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施形態例を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1 LD素子 2 銅タングステン製キャリヤ 3 鉄ニッケルコバルト系合金製の金属枠 4 ステンレス製のホルダ部品 5 ペルチェ熱電子素子 6 光ファイバ入りフェルール 7 パッケージ 8 ファイバ固定用カラー 9 金属蓋 10 光ファイバ 11 結合用ガラスレンズ 121 〜1210 YAGレーザ溶接ポイント 21 LD素子 22 銅(金メッキ)製LDステム 23 金属枠 24 光ファイバ入りフェルール 25 鉄ニッケルコバルト合金(ニッケルメッキ)製パ
ッケージ 26 ファイバ固定用カラー 27 ガラス窓付きの気密封止用のキャップ 28 光ファイバ 29 結合用ガラスレンズ 301 〜3010 YAGレーザ溶接ポイント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉山 雄次 東京都渋谷区桜丘町20番1号 エヌティテ ィエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者 宍戸 実 東京都渋谷区桜丘町20番1号 エヌティテ ィエレクトロニクス株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光素子と光ファイバとをレンズ効果を持
    った光学結合用部品を介して光学結合させてなる光モジ
    ュールにおいて、 前記光素子が搭載された鉄系合金より熱伝導率の高い光
    素子搭載部材と、 前記光素子搭載部材に直接もしくは鉄系合金よりなるホ
    ルダ部材を介して溶接され前記光学結合用部品が取り付
    けられた鉄系合金よりなる光学結合用部品取付部材とを
    具備することを特徴とする光モジュール。
  2. 【請求項2】 光素子と光ファイバとをレンズ効果を持
    った光学結合用部品を介して光学結合させてなる光モジ
    ュールにおいて、 前記光素子を金属製のキャリヤに搭載し、かつ、前記光
    学結合用部品も金属枠に固定し、前記光素子と前記光学
    結合用部品とを互いに光軸合わせした状態で、前記キャ
    リヤと前記金属枠とを直接、もしくは別の金属製ホルダ
    部品を介してYAGレーザ溶接によって固定する構造の
    光モジュールであって、 前記金属枠および前記ホルダ部品を、ステンレスもしく
    は鉄ニッケルコバルト系合金といった鉄系合金で構成
    し、前記キャリヤを前記鉄系合金より高熱伝導率の金属
    材料で構成したことを特徴とする光モジュール。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の光モジュールにおいて、
    キャリヤを銅タングステン、銅、アルミニウム、しんち
    ゅう、もしくは、タングステンやモリブデンを主成分と
    した鉄系合金より高熱伝導率の金属材料で構成したこと
    を特徴とする光モジュール。
JP4786498A 1998-02-27 1998-02-27 光モジュール Pending JPH11248973A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6531676B2 (en) * 2000-01-22 2003-03-11 Robert Bosch Gmbh Method for producing an electrically conductive connection by laser radiation
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JP2019197820A (ja) * 2018-05-10 2019-11-14 株式会社島津製作所 レーザ装置

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