WO2018211644A1 - 光モジュール - Google Patents

光モジュール Download PDF

Info

Publication number
WO2018211644A1
WO2018211644A1 PCT/JP2017/018583 JP2017018583W WO2018211644A1 WO 2018211644 A1 WO2018211644 A1 WO 2018211644A1 JP 2017018583 W JP2017018583 W JP 2017018583W WO 2018211644 A1 WO2018211644 A1 WO 2018211644A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
submount
optical module
metal block
metal
optical element
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/018583
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
卓郎 品田
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to PCT/JP2017/018583 priority Critical patent/WO2018211644A1/ja
Priority to CN201780090696.3A priority patent/CN110651405B/zh
Priority to US16/493,470 priority patent/US10916914B2/en
Priority to JP2019518683A priority patent/JP6741155B2/ja
Publication of WO2018211644A1 publication Critical patent/WO2018211644A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
    • H01S5/02345—Wire-bonding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469—Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0201—Thermal arrangements, e.g. for cooling, heating or preventing overheating
    • H05K1/0203—Cooling of mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/0213—Electrical arrangements not otherwise provided for
    • H05K1/0237—High frequency adaptations
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/02—Details
    • H05K1/11—Printed elements for providing electric connections to or between printed circuits
    • H05K1/115—Via connections; Lands around holes or via connections
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K1/00—Printed circuits
    • H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
    • H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321—Disposition
    • H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024—Arrangements for thermal management
    • H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
    • H01S5/02492—CuW heat spreaders
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/06—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06226—Modulation at ultra-high frequencies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/3013—AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/06—Thermal details
    • H05K2201/066—Heatsink mounted on the surface of the PCB
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K2201/00—Indexing scheme relating to printed circuits covered by H05K1/00
    • H05K2201/10—Details of components or other objects attached to or integrated in a printed circuit board
    • H05K2201/10007—Types of components
    • H05K2201/10121—Optical component, e.g. opto-electronic component

Definitions

  • This invention relates to an optical module.
  • Patent Document 1 when a laser chip is mounted on a stage of a package, there is a difference in thermal expansion coefficient between the laser chip and the stage. Therefore, stress is applied to the laser chip due to this difference in thermal expansion coefficient. It is disclosed to occur. Patent Document 1 further discloses two methods for relaxing the stress generated in the laser chip. The first method is to sufficiently increase the thickness of the solder layer when the laser chip is mounted on the stage using the solder layer. The second method is a method of stacking a submount using a solder layer on a stage and mounting a laser chip using the solder layer thereon.
  • an optical module including an optical element such as an LD (Laser Diode) element
  • the optical element is often mounted on a metal block.
  • a submount having a linear expansion coefficient comparable to that of the optical element is attached to the optical element and the metal. Place between blocks.
  • the optical element is provided on the submount.
  • a high frequency line such as a microstrip line is provided on the submount to electrically connect the optical element and the external signal line.
  • the impedance of the high-frequency line depends on the thickness of the submount and the line width. In order to reduce the size of the submount, it is preferable to narrow the width of the high-frequency line and make the submount thinner. However, when the submount is thinned, the stress applied to the optical element from the metal block increases.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an optical module suitable for miniaturization by miniaturizing the submount under the high-frequency line while suppressing the stress applied to the optical element.
  • the purpose is to do.
  • An optical module according to the present invention has a metal block, a first submount fixed to the metal block, an upper surface and a lower surface, and the lower surface is fixed to the first submount via a metal layer.
  • a second submount, an optical element mounted on the upper surface, and a high-frequency line formed on the upper surface are provided, and the metal layer is electrically connected to the metal block.
  • the first submount is provided on the metal block
  • the second submount is provided on the first submount
  • the optical element and the high-frequency line are provided on the second submount.
  • the lower surface of the second submount and the metal block are electrically connected.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the optical module according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a top view of the optical module of FIG. 6 is a cross-sectional view of an optical module according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an optical module according to Embodiment 3.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the optical module according to the first embodiment.
  • This optical module includes a metal block 10.
  • the material of the metal block 10 will not be specifically limited if it is a material which has favorable heat conductivity, For example, it is CuW.
  • the metal block 10 is a rectangular parallelepiped member.
  • a first submount 14 is fixed to the metal block 10 with solder 12.
  • the material of the solder 12 is not particularly limited, but is, for example, an Au—Sn alloy.
  • the first submount 14 may be fixed to the metal block 10 with a material other than solder. For example, a conductive adhesive can be used.
  • the first submount 14 is a flat member.
  • a through hole is formed in the first submount 14, and a through via 16 is provided in the through hole.
  • the through via 16 allows the upper surface and the lower surface of the first submount 14 to be electrically connected.
  • the second submount 20 is fixed to the upper surface of the first submount 14 via the metal layer 18.
  • the material of the metal layer 18 is, for example, a solder such as an Au—Sn alloy or a conductive adhesive.
  • the second submount 20 is a flat member having an upper surface 20a and a lower surface 20b.
  • the lower surface 20 b is fixed to the first submount 14 via the metal layer 18.
  • the lower surface 20 b is connected to the metal block 10 via the metal layer 18, the through via 16, and the solder 12. Thereby, the metal layer 18 is electrically connected to the metal block 10. In other words, the lower surface 20b and the metal block 10 are electrically connected.
  • the metal layer 18 is formed on most of the lower surface 20 b of the second submount 20.
  • the metal layer 18 is a solid pattern formed on the entire lower surface 20b of the second submount 20, for example.
  • An optical element 24 is mounted on the upper surface 20 a by an adhesive 22.
  • the optical element 24 is a semiconductor laser oscillator using an InP substrate.
  • an LED chip having a side of several hundred ⁇ m can be used as the optical element 24.
  • the linear expansion coefficient of the optical element 24 is about 4.5 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C.
  • the first submount 14 and the second submount 20 described above are preferably formed of a material having a linear expansion coefficient comparable to that of the optical element 24. Therefore, it is preferable that the first submount 14 and the second submount 20 are made of, for example, a ceramic material such as aluminum nitride or a metal material such as Kovor.
  • the material of the through via 16 is preferably selected so that the electrical resistance of the through via 16 is lower than the electrical resistance of the first submount 14.
  • FIG. 2 is a plan view of the optical module of FIG.
  • High-frequency lines 30 and 34 are formed on the upper surface 20 a of the second submount 20.
  • the high-frequency lines 30 and 34 are linear conductor foils.
  • the material of the high-frequency lines 30 and 34 is a metal such as gold.
  • the high frequency lines 30 and 34 can be formed by a method such as vapor deposition or plating. By providing the high frequency lines 30 and 34 on the upper surface 20a of the second submount 20 having the metal layer 18 formed on the lower surface 20b, a microstrip line is formed.
  • the high frequency lines 30 and 34 function as signal patterns, and the metal layer 18 functions as a ground pattern.
  • An anode and a cathode are provided on the upper surface of the optical element 24 which is a semiconductor laser oscillator.
  • the anode and the high-frequency line 30 are connected by a wire 32, and the cathode and the high-frequency line 34 are connected by a wire 36.
  • the impedance of the microstrip line depends on the substrate thickness of the second submount 20 and the line widths of the high-frequency lines 30 and 34. As the substrate thickness of the second submount 20 is thinner, the line widths of the high-frequency lines 30 and 34 can be reduced while maintaining the same impedance. Therefore, in order to reduce the size of the optical module, it is preferable to make the second submount 20 thin.
  • the optical module of the comparative example has one submount on a metal block, and has an optical element and a high-frequency line on the submount.
  • a ceramic having a dielectric constant of 9 is used as the submount, and a high frequency line with an impedance of 25 ⁇ is formed.
  • the line width of the high frequency line is 1.30 mm.
  • the line width of the high-frequency line is the length in the y direction in FIG.
  • the width of the submount is required to be about 3 mm. With this, the optical module cannot be reduced in size.
  • the thickness of the second submount 20 is set to 0.1 mm, for example, and the thickness of the first submount 14 is set to 0.3 mm, for example, will be considered.
  • the stress suppressing effect on the optical element 24 is almost the same as that of the comparative example.
  • the second submount 20 is as thin as 0.1 mm, the line width of the high-frequency lines 30 and 34 can be reduced to 0.32 mm.
  • the width of the second submount 20 can be within 1 mm. This is very small as compared with 3 mm which is the width of the submount of the comparative example.
  • the second submount 20 can be reduced in size.
  • the planar area of the second submount 20 can be reduced.
  • the planar area of the first submount 14 can also be reduced. Therefore, the total volume of the first submount 14 and the second submount 20 is smaller than the volume of the submount of the comparative example.
  • the thickness of the second submount 20 is, for example, 0.2 mm or less. Is preferred. More preferably, the second submount 20 is thinner than the first submount 14.
  • the second submount 20 is too thin, the mechanical strength of the second submount 20 cannot be ensured. Therefore, it is preferable to set the lower limit of the thickness of the second submount 20 to, for example, 0.05 mm.
  • the second submount 20 is made of ceramic having a thickness of 0.05 mm or more and 0.2 mm or less, so that the total volume of the first submount 14 and the second submount 20 is reduced. 2 The mechanical strength of the submount 20 can be ensured.
  • the optical module according to Embodiment 1 can reduce the line widths of the high-frequency lines 30 and 34 while maintaining impedance matching by making the second submount 20 thinner. 20 can be reduced.
  • the stress exerted on the optical element 24 can be relaxed compared to the case where the first submount 14 is not provided.
  • the thermal stress acting between the second submount 20 and the optical element 24 is reduced as the total thickness of the first and second submounts 14 and 20 increases. Therefore, even if the second submount 20 is thinned, the stress exerted on the optical element 24 can be relaxed by thickening the first submount 14. Therefore, by reducing the size of the second submount 20 under the high-frequency lines 30 and 34 while suppressing the stress applied to the optical element 24, an optical module suitable for downsizing can be provided.
  • the optical element 24 may be an element other than the semiconductor laser oscillator.
  • a photodiode (PD), an avalanche photodiode (APD), a PIN photodiode, an optical modulator, an optical modulator integrated laser, or the like may be employed.
  • the metal layer 18 and the metal block 10 were electrically connected by providing the through via 16 that penetrates the first submount 14 and electrically connects the metal layer 18 and the metal block 10. However, the metal layer 18 and the metal block 10 may be electrically connected by a method other than the through via 16.
  • the first submount 14 and the second submount 20 are made of the same material, but different materials may be adopted. In that case, the total thickness of the first and second submounts 14 and 20 may be different from the thickness of the submount of the comparative example.
  • the modification mentioned in the first embodiment can also be applied to optical modules according to the following embodiments.
  • the optical module according to the following embodiment has many similarities to the optical module according to the first embodiment, and therefore, description will be made focusing on differences from the optical module according to the first embodiment.
  • FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the optical module according to the second embodiment.
  • the first submount 14 is covered with a metal part 40.
  • the metal part 40 can be formed by metallizing the first submount 14.
  • the metal portion 40 includes an upper surface portion 40 a provided on the upper surface of the first submount 14, a side surface portion 40 b provided on the side surface of the first submount 14, and a lower surface portion provided on the lower surface of the first submount 14. 40c.
  • the upper surface portion 40a is connected to the side surface portion 40b.
  • the side surface portion 40b is connected to the lower surface portion 40c.
  • the upper surface portion 40 a is in contact with the metal layer 18.
  • the lower surface portion 40 c is electrically connected to the metal block 10 by contacting the solder 12.
  • the optical module according to Embodiment 2 provides a metal part 40 as means for electrically connecting the metal layer 18 to the metal block 10.
  • the first submount 14 can be provided without affecting the impedance of the high-frequency lines 30 and 34.
  • the formation range of the metal part 40 is not particularly limited as long as the metal layer 18 is electrically connected to the metal block 10.
  • the metal part 40 may be provided in a part of the first submount 14, and the metal layer 18 and the metal block 10 may be electrically connected by the metal part 40.
  • FIG. FIG. 4 is a cross-sectional view of the optical module according to the third embodiment.
  • the metal layer 18 and the metal block 10 are electrically connected by a wire 50.
  • the first submount 14 can be provided without affecting the impedance of the high-frequency lines 30 and 34. Note that the features of the optical modules according to the above embodiments may be combined.

Abstract

金属ブロックと、該金属ブロックに固定された第１サブマウントと、上面と下面を有し、該下面が金属層を介して該第１サブマウントに固定された第２サブマウントと、を備える。さらに、該第２サブマウントの該上面に搭載された光素子と、該第２サブマウントの該上面に形成され、該光素子と電気的に接続されることで高周波信号などの信号を該光素子に入力または出力する高周波線路と、を備える。そして、該金属層は該金属ブロックと電気的に接続されたことを特徴とする。

Description

光モジュール
　この発明は光モジュールに関する。
　特許文献１には、パッケージのステージ上にレーザチップをマウントする場合、レーザチップとステージとの間には熱膨張係数差が存在するため、この熱膨張係数差に起因してレーザチップに応力が生じることが開示されている。特許文献１には、さらに、レーザチップに生じる応力を緩和する２つの方法が示されている。第１の方法は、ステージ上にはんだ層を用いてレーザチップをマウントするときに、そのはんだ層の厚さを十分に大きくすることである。第２の方法は、ステージ上にはんだ層を用いてサブマウントを積層し、その上にはんだ層を用いてレーザチップをマウントする方法である。
日本特開平１１－３０７８７５号公報
　ＬＤ（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）素子などの光素子を備えた光モジュールでは、光素子を金属ブロック上に搭載することが多い。光素子と金属ブロックとの線膨張係数の差に起因して光素子に加わる熱応力を緩和するために、光素子の線膨張係数と同程度の線膨張係数を有するサブマウントを光素子と金属ブロックの間に配置する。この場合、光素子はサブマウントの上に設けられる。
　光モジュールでは光素子と外部の信号線路とを電気的に接続するため、サブマウント上にマイクロストリップラインなどの高周波線路を設ける。高周波線路のインピーダンスはサブマウントの厚みと線路幅に依存する。サブマウントを小型化するため、高周波線路の線路幅を狭めてサブマントを薄くすることが好ましい。しかしながら、サブマウントを薄くすると金属ブロックから光素子に加わる応力が増加してしまう。
　本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、光素子に加わる応力を抑制しつつ、高周波線路の下のサブマウントを小型化することで、小型化に好適な光モジュールを提供することを目的とする。
　本願の発明にかかる光モジュールは、金属ブロックと、該金属ブロックに固定された第１サブマウントと、上面と下面を有し、該下面が金属層を介して該第１サブマウントに固定された第２サブマウントと、該上面に搭載された光素子と、該上面に形成された高周波線路と、を備え、該金属層は該金属ブロックと電気的に接続されたことを特徴とする。
　本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。
　この発明によれば、金属ブロックの上に第１サブマウントを設け、第１サブマウントの上に第２サブマウントを設け、第２サブマウントの上に光素子と高周波線路を設ける。第２サブマウントの下面と金属ブロックを電気的に接続する。これにより、光素子に加わる応力を抑制しつつ、第２サブマウントを小型化できるので、小型化に好適な光モジュールを提供できる。
実施の形態１に係る光モジュールの断面図である。 図１の光モジュールの平面図である。 実施の形態２に係る光モジュールの断面図である。 実施の形態３に係る光モジュールの断面図である。
　本発明の実施の形態に係る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に係る光モジュールの断面図である。この光モジュールは金属ブロック１０を備えている。金属ブロック１０の材料は、良好な熱伝導性を有する材料であれば特に限定されないが、例えばＣｕＷである。金属ブロック１０は直方体状の部材である。金属ブロック１０には、はんだ１２により第１サブマウント１４が固定されている。はんだ１２の材料は特に限定されないが例えばＡｕ－Ｓｎ合金である。はんだ以外の材料で金属ブロック１０に第１サブマウント１４を固定してもよい。例えば導電性接着剤を用いることができる。第１サブマウント１４は平板状の部材である。
　第１サブマウント１４には貫通孔が形成されており、その貫通孔に貫通ビア１６が設けられている。貫通ビア１６により第１サブマウント１４の上面と下面が電気的に導通できるようになっている。
　第１サブマウント１４の上面には金属層１８を介して第２サブマウント２０が固定されている。金属層１８の材料は例えばＡｕ－Ｓｎ合金などのはんだ又は導電性接着剤である。第２サブマウント２０は上面２０ａと下面２０ｂを有する平板状の部材である。下面２０ｂが金属層１８を介して第１サブマウント１４に固定されている。また、下面２０ｂは、金属層１８と、貫通ビア１６と、はんだ１２を介して金属ブロック１０に接続されている。これにより、金属層１８は金属ブロック１０と電気的に接続される。言いかえれば、下面２０ｂと金属ブロック１０が電気的に接続される。
　金属層１８は、第２サブマウント２０の下面２０ｂの大部分に形成されることが好ましい。金属層１８は、例えば第２サブマウント２０の下面２０ｂ全体に形成されたべたパターンである。
　上面２０ａには、接着剤２２により光素子２４が搭載されている。光素子２４はＩｎＰ基板を用いた半導体レーザ発振器である。例えば一辺数百μｍ程度のＬＥＤチップを光素子２４とすることができる。光素子２４の線膨張係数は４．５×１０－６/℃程度である。前述の第１サブマウント１４と第２サブマウント２０は、光素子２４の線膨張係数と同程度の線膨張係数を有する材料で形成することが好ましい。したがって、第１サブマウント１４と第２サブマウント２０は、例えば、窒化アルミニウムのようなセラミック材料又はＫｏｖｏｒのような金属材料で構成することが好ましい。第１サブマウント１４を金属材料とする場合は、貫通ビア１６の電気抵抗が第１サブマウント１４の電気抵抗より低くなるように、貫通ビア１６の材料を選択することが好ましい。
　図２は、図１の光モジュールの平面図である。第２サブマウント２０の上面２０ａには高周波線路３０、３４が形成されている。高周波線路３０、３４は線状の導体箔である。高周波線路３０、３４の材料は例えば金などの金属である。高周波線路３０、３４は蒸着又はめっき等の方法で形成することができる。下面２０ｂに金属層１８が形成された第２サブマウント２０の上面２０ａに高周波線路３０、３４を設けたことで、マイクロストリップラインが形成されている。高周波線路３０、３４は信号パターンとして機能し、金属層１８はグラウンドパターンとして機能する。
　半導体レーザ発振器である光素子２４の上面にはアノードとカソードが設けられる。当該アノードと高周波線路３０がワイヤ３２で接続され、当該カソードと高周波線路３４がワイヤ３６で接続される。マイクロストリップラインのインピーダンスは、第２サブマウント２０の基板厚さと高周波線路３０、３４の線路幅に依存する。第２サブマウント２０の基板厚が薄いほど同じインピーダンスを保ったまま高周波線路３０、３４の線路幅を狭くできる。よって、光モジュールを小型化するためには、第２サブマウント２０を薄くすることが好ましい。
　ここで、実施の形態１に係る光モジュールの意義の理解を容易にするために、比較例について説明する。比較例の光モジュールは、金属ブロックの上に１枚のサブマウントを有し、そのサブマウントの上に光素子と高周波線路を有するものである。熱歪によって光素子に加わる応力を抑制するためにサブマウントの厚さを０．４ｍｍとし、サブマウントとして誘電率９のセラミックを用い、インピーダンス２５Ωの高周波線路を形成する場合を考える。この場合、高周波線路の線路幅は１．３０ｍｍとなる。高周波線路の線路幅とは図２のｙ方向長さである。光素子のアノード用とカソード用に２本の高周波線路を設けるためには、サブマウントの幅は３ｍｍ程度必要となる。これでは光モジュールを小型化できない。
　これに対し、本発明の実施の形態１に係る光モジュールにおいて第２サブマウント２０の厚みを例えば０．１ｍｍとし、第１サブマウント１４の厚みを例えば０．３ｍｍとした場合について検討する。この場合、第１サブマウント１４と第２サブマウント２０の厚さの合計は０．４ｍｍなので、光素子２４への応力抑制効果は比較例と同程度である。さらに、第２サブマウント２０は０．１ｍｍと薄いので、高周波線路３０、３４の線路幅を０．３２ｍｍに狭めることができる。光素子２４のアノード用とカソード用に２本の高周波線路３０、３４を設けることを考慮しても、第２サブマウント２０の幅を１ｍｍ以内とすることができる。これは比較例のサブマウントの幅である３ｍｍと比べて非常に小さい。
　このように、第２サブマウント２０の厚みを比較例のサブマウントの厚みである０．４ｍｍより薄くすれば、第２サブマウント２０を小型化することができる。言いかえれば、第２サブマウント２０の平面面積を小さくできる。第２サブマウント２０の平面面積を小さくすることで、第１サブマウント１４の平面面積も小さくできる。よって、第１サブマウント１４と第２サブマウント２０の体積の合計は、比較例のサブマウントの体積より小さい。
　第２サブマウント２０を厚くするほど、第１サブマウント１４と第２サブマウント２０の体積の合計が大きくなってしまうので、第２サブマウント２０の厚さは例えば、０．２ｍｍ以下とすることが好ましい。第２サブマウント２０を第１サブマウント１４より薄くすることがより好ましい。
　第２サブマウント２０を薄くするほど、第１サブマウント１４と第２サブマウント２０の体積の合計を小さくすることができる。しかし第２サブマウント２０を薄くしすぎると第２サブマウント２０の機械的強度を確保できなくなる。そこで、第２サブマウント２０の厚みの下限を例えば０．０５ｍｍとすることが好ましい。以上の考察から、第２サブマウント２０を、厚みが０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のセラミックとすることで、第１サブマウント１４と第２サブマウント２０の体積の合計を小さくしつつ、第２サブマウント２０の機械的強度を確保できる。
　このように、実施の形態１に係る光モジュールは、第２サブマウント２０を薄くすることで、インピーダンス整合を保ちつつ高周波線路３０、３４の線路幅を狭くすることができるので、第２サブマウント２０を小さくすることができる。しかも、金属ブロック１０と第２サブマウント２０の間に第１サブマウント１４を設けることで、第１サブマウント１４がない場合と比べて光素子２４に及ぼされる応力を緩和できる。
　第２サブマウント２０と光素子２４との間に働く熱応力は、第１第２サブマウント１４、２０の厚みの合計が大きいほど緩和される。そのため、第２サブマウント２０を薄くしても、第１サブマウント１４を厚くすることで、光素子２４に及ぼされる応力を緩和できる。したがって、光素子２４に加わる応力を抑制しつつ、高周波線路３０、３４の下の第２サブマウント２０を小型化することで、小型化に好適な光モジュールを提供することができる。
　本発明の実施の形態１に係る光モジュールはその特徴を失わない範囲で様々な変形が可能である。例えば、光素子２４は半導体レーザ発振器以外の素子としてもよい。光素子２４として、フォトダイオード(ＰＤ)、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）、ＰＩＮフォトダイオード、光変調器又は光変調器集積レーザなどを採用してもよい。
　第１サブマウント１４を貫通し金属層１８と金属ブロック１０を電気的に接続する貫通ビア１６を設けることで、金属層１８と金属ブロック１０を電気的に接続した。しかしながら、貫通ビア１６以外の方法で金属層１８と金属ブロック１０を電気的に接続してもよい。
　第１サブマウント１４と第２サブマウント２０を同じ材料としたが、異なる材料を採用してもよい。その場合、第１第２サブマウント１４、２０の厚さの合計は、比較例のサブマウントの厚さと異なることがある。実施の形態１において言及した変形例は以下の実施の形態に係る光モジュールにも応用できる。なお、以下の実施の形態に係る光モジュールは実施の形態１の光モジュールと類似点が多いので実施の形態１の光モジュールとの相違点を中心に説明する。
実施の形態２．
　図３は、実施の形態２に係る光モジュールの断面図である。第１サブマウント１４は金属部４０に覆われている。金属部４０は第１サブマウント１４をメタライズして形成することができる。金属部４０は、第１サブマウント１４の上面に設けられた上面部分４０ａと、第１サブマウント１４の側面に設けられた側面部分４０ｂと、第１サブマウント１４の下面に設けられた下面部分４０ｃを備えている。上面部分４０ａは側面部分４０ｂにつながっている。側面部分４０ｂは下面部分４０ｃにつながっている。上面部分４０ａは金属層１８に接している。下面部分４０ｃははんだ１２に接することで金属ブロック１０に電気的に接続されている。
　実施の形態２に係る光モジュールは、金属層１８を金属ブロック１０と電気的に接続する手段として、金属部４０を提供するものである。金属層１８と金属ブロック１０を電気的に接続することで、高周波線路３０、３４のインピーダンスに影響を及ぼすことなく、第１サブマウント１４を提供することができる。
　金属部４０の形成範囲は、金属層１８を金属ブロック１０と電気的に接続するものであれば特に限定されない。例えば、金属部４０を第１サブマウント１４の一部に設けて、その金属部４０で金属層１８と金属ブロック１０を電気的に接続してもよい。
実施の形態３．
　図４は、実施の形態３に係る光モジュールの断面図である。金属層１８と金属ブロック１０は、ワイヤ５０によって電気的に接続されている。ワイヤ５０によって金属層１８を金属ブロック１０に電気的に接続することで、高周波線路３０、３４のインピーダンスに影響を及ぼすことなく、第１サブマウント１４を提供することができる。なお、上記の各実施の形態に係る光モジュールの特徴を組み合わせても良い。
　１０　金属ブロック、　１４　第１サブマウント、　１８　金属層、　２０　第２サブマウント、　２２　接着剤、　２４　光素子

Claims (8)

  1. 　金属ブロックと、
    　前記金属ブロックに固定された第１サブマウントと、
    　上面と下面を有し、前記下面が金属層を介して前記第１サブマウントに固定された第２サブマウントと、
    　前記上面に搭載された光素子と、
    　前記上面に形成された高周波線路と、を備え、
    　前記金属層は前記金属ブロックと電気的に接続されたことを特徴とする光モジュール。
  2. 　前記第１サブマウントを貫通し前記金属層と前記金属ブロックを電気的に接続する貫通ビアを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  3. 　前記第１サブマウントを覆い、前記金属層に接し、前記金属ブロックに電気的に接続された金属部を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  4. 　前記金属層と前記金属ブロックを電気的に接続するワイヤを備えたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
  5. 　前記金属ブロックと前記第１サブマウントを接合するはんだを備え、
    　前記金属層の材料ははんだであることを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の光モジュール。
  6. 　前記第１サブマウントと前記第２サブマウントはセラミックであることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の光モジュール。
  7. 　前記第２サブマウントは、厚みが０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下のセラミックであることを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の光モジュール。
  8. 　前記第２サブマウントは前記第１サブマウントより薄いことを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の光モジュール。
PCT/JP2017/018583 2017-05-17 2017-05-17 光モジュール WO2018211644A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/018583 WO2018211644A1 (ja) 2017-05-17 2017-05-17 光モジュール
CN201780090696.3A CN110651405B (zh) 2017-05-17 2017-05-17 光模块
US16/493,470 US10916914B2 (en) 2017-05-17 2017-05-17 Light module
JP2019518683A JP6741155B2 (ja) 2017-05-17 2017-05-17 光モジュール

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/018583 WO2018211644A1 (ja) 2017-05-17 2017-05-17 光モジュール

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018211644A1 true WO2018211644A1 (ja) 2018-11-22

Family

ID=64274108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/018583 WO2018211644A1 (ja) 2017-05-17 2017-05-17 光モジュール

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10916914B2 (ja)
JP (1) JP6741155B2 (ja)
CN (1) CN110651405B (ja)
WO (1) WO2018211644A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022180123A (ja) * 2021-05-24 2022-12-06 日亜化学工業株式会社 発光装置および発光装置の製造方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003209313A (ja) * 2002-01-17 2003-07-25 Sony Corp 半導体レーザ装置
JP2006156585A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Kyocera Corp サブマウントおよびそれを用いた電子装置
WO2007065455A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-14 Pirelli & C. S.P.A. Passive phase control in an external cavity laser
JP2007208065A (ja) * 2006-02-02 2007-08-16 Mitsubishi Electric Corp 光モジュール
WO2009113180A1 (ja) * 2008-03-14 2009-09-17 三菱電機株式会社 光モジュール
JP2011029387A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Mitsubishi Electric Corp 光半導体モジュール
JP2013004571A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Hamamatsu Photonics Kk 半導体レーザ装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11307875A (ja) * 1998-04-24 1999-11-05 Sony Corp 電子装置
JP2005079385A (ja) * 2003-09-01 2005-03-24 Toshiba Corp 光半導体装置および光信号入出力装置
JP4544892B2 (ja) * 2004-03-30 2010-09-15 三洋電機株式会社 半導体レーザ装置およびその製造方法
JP3801188B2 (ja) * 2004-09-06 2006-07-26 セイコーエプソン株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP4970924B2 (ja) * 2006-03-28 2012-07-11 三菱電機株式会社 光素子用パッケージとこれを用いた光半導体装置
JP2008016730A (ja) * 2006-07-07 2008-01-24 Toshiba Corp サブマウント基板およびそれを用いた半導体装置並びにサブマウント基板の製造方法
US8320419B2 (en) * 2007-09-20 2012-11-27 Oclaro Technology Limited High power semiconductor laser diodes
JP2015162591A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 三菱電機株式会社 光モジュール及び光伝送方法
JP6652856B2 (ja) * 2016-02-25 2020-02-26 株式会社フジクラ 半導体レーザモジュール及びその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003209313A (ja) * 2002-01-17 2003-07-25 Sony Corp 半導体レーザ装置
JP2006156585A (ja) * 2004-11-26 2006-06-15 Kyocera Corp サブマウントおよびそれを用いた電子装置
WO2007065455A1 (en) * 2005-12-06 2007-06-14 Pirelli & C. S.P.A. Passive phase control in an external cavity laser
JP2007208065A (ja) * 2006-02-02 2007-08-16 Mitsubishi Electric Corp 光モジュール
WO2009113180A1 (ja) * 2008-03-14 2009-09-17 三菱電機株式会社 光モジュール
JP2011029387A (ja) * 2009-07-24 2011-02-10 Mitsubishi Electric Corp 光半導体モジュール
JP2013004571A (ja) * 2011-06-13 2013-01-07 Hamamatsu Photonics Kk 半導体レーザ装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022180123A (ja) * 2021-05-24 2022-12-06 日亜化学工業株式会社 発光装置および発光装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110651405B (zh) 2021-06-11
US10916914B2 (en) 2021-02-09
CN110651405A (zh) 2020-01-03
JP6741155B2 (ja) 2020-08-19
US20200136345A1 (en) 2020-04-30
JPWO2018211644A1 (ja) 2019-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107430293B (zh) 光电路
KR101430634B1 (ko) 광 모듈
KR101906592B1 (ko) 광모듈
JP5144628B2 (ja) Ｔｏ−ｃａｎ型ｔｏｓａモジュール
JP3822599B2 (ja) 光モジュール
US20240097399A1 (en) Semiconductor laser light source device
WO2018142499A1 (ja) 波長可変光源
KR101920320B1 (ko) 광송신기 및 이를 포함하는 광모듈
WO2018211644A1 (ja) 光モジュール
CN107658691B (zh) 光半导体装置
JP2004335584A (ja) 半導体パッケージ
WO2023089059A2 (en) Laser package and method for manufacturing a laser package
JP7020590B1 (ja) レーザ光源装置
JP5515182B2 (ja) 光モジュール
JP6228560B2 (ja) 高周波伝送線路および光回路
JP5318913B2 (ja) 光モジュール
US10985527B2 (en) Laser diode surface mounting structure
JP4454233B2 (ja) 光パッケージ及びそれを用いた光モジュール
JP2004342882A (ja) 半導体ステム
JP7132073B2 (ja) 光デバイス
JP7466773B1 (ja) 光モジュール
WO2024084693A1 (ja) 半導体レーザ光源装置
JP7036286B1 (ja) 光半導体装置
KR100216523B1 (ko) 전기흡수변조기 모듈 구조 및 그 제작방법
JP6228559B2 (ja) 光回路

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17910239

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019518683

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17910239

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1