JP6548849B1 - Optical module - Google Patents
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Abstract
半導体レーザ(5)を内部に収納する表面実装型のパッケージ(1)と、パッケージ(1)の下部を、下方に向けて凸状をなす凸構造とすることにより形成され、回路基板(2)の金属パターン(2a)に接触する最下面(1a)と、パッケージ(1)における最下面(1a)以外の下面(1b)に設けられ、半導体レーザ(5)に対する信号の入力及び出力を可能とする電極パッド(8)とを備える。The circuit board (2) is formed by forming a surface mount type package (1) for accommodating the semiconductor laser (5) therein, and a projecting structure in which a lower part of the package (1) is convex downward. Provided on the lowermost surface (1a) in contact with the metal pattern (2a) and the lower surface (1b) other than the lowermost surface (1a) in the package (1), it is possible to input and output signals to the semiconductor laser (5). Electrode pads (8) to be provided.
Description
この発明は、光学部品を収納したパッケージを備える光モジュールに関する。 The present invention relates to an optical module provided with a package containing optical components.
近年、光通信技術の分野においては、通信トラフィックの増大に伴って、光通信ネットワークの高速化及び大容量化の需要が高まっている。また、局舎及びデータセンタは、光通信ネットワークを構築する光伝送装置を保有しており、この光伝送装置には、光信号と電気信号とを相互に変換するための光トランシーバが搭載されている。 In recent years, in the field of optical communication technology, with the increase of communication traffic, the demand for high speed and large capacity optical communication networks is increasing. In addition, the central office and the data center possess an optical transmission device for constructing an optical communication network, and the optical transmission device is equipped with an optical transceiver for converting an optical signal and an electric signal to each other. There is.
光通信ネットワークの高速化及び大容量化を図るためには、光伝送装置に搭載される光トランシーバの数量を増やすことが考えられる。しかしながら、光トランシーバの大きさ及び消費電力は、光トランシーバを搭載するための搭載スペース、及び、光伝送装置の空調能力によって制限されており、現状の光伝送装置では、光トランシーバの数量を単純に増やすことはできない。このため、光トランシーバの小型化及び低消費電力化は、急務となっている。 In order to increase the speed and capacity of the optical communication network, it is conceivable to increase the number of optical transceivers mounted in the optical transmission apparatus. However, the size and power consumption of the optical transceiver are limited by the mounting space for mounting the optical transceiver and the air conditioning capacity of the optical transmission apparatus, and in the current optical transmission apparatus, the number of optical transceivers is simply simplified. It can not be increased. For this reason, downsizing and low power consumption of the optical transceiver are urgently needed.
光トランシーバの小型化及び低消費電力化を実現するためには、当該光トランシーバの内部に実装される光モジュールの小型化及び低消費電力化を図る必要がある。この光モジュールは、発光素子、変調素子、及び、受光素子のうち、少なくとも1つの素子を有しており、その素子を、光学部品及び温調器等と共に、1つのパッケージ内に収納した構造となっている。また、光モジュールに適用されるパッケージとしては、バタフライ型パッケージが代表的なものとなっている。 In order to realize miniaturization and low power consumption of the optical transceiver, it is necessary to miniaturize and reduce the power consumption of the optical module mounted inside the optical transceiver. The optical module includes at least one element of a light emitting element, a modulation element, and a light receiving element, and the element is housed in one package together with an optical component and a temperature controller. It has become. Further, as a package applied to the optical module, a butterfly type package is representative.
バタフライ型パッケージを備えた光モジュールを、光トランシーバの内部に実装する場合には、光トランシーバは、バタフライ型パッケージを実装するための実装スペースに加えて、パッケージ外部から内部に向けて電気供給を行うリードピンを、回路基板に接続するためのスペースが必要となる。これにより、バタフライ型パッケージを採用した場合には、光モジュールの小型化は、阻害されてしまうことになる。 When an optical module provided with a butterfly type package is mounted inside an optical transceiver, the optical transceiver supplies electricity from the outside of the package to the inside in addition to the mounting space for mounting the butterfly type package Space is required to connect the lead pins to the circuit board. As a result, when a butterfly type package is adopted, miniaturization of the optical module is hindered.
このような問題を解決するため、表面実装型パッケージを備えた光モジュールが、種々提供されている。表面実装型パッケージを備えた光モジュールを、光トランシーバの内部に実装する場合には、パッケージ外部から内部に向けて電気供給を行うリードピンを、回路基板の接続するためのスペースは不要となる。よって、光モジュールは、表面実装型パッケージを採用することにより、小型化を図ることができる。 In order to solve such a problem, various optical modules provided with surface mount type packages are provided. When the optical module having the surface mount type package is mounted inside the optical transceiver, the space for connecting the circuit board to the lead pins for supplying electricity from the outside of the package to the inside becomes unnecessary. Therefore, the optical module can be miniaturized by adopting the surface mount type package.
そこで、従来、表面実装型パッケージを備えた半導体モジュールが提供されている。このような、従来の半導体モジュールとしては、例えば、特許文献1に開示されている。
Therefore, conventionally, a semiconductor module provided with a surface mount package has been provided. Such a conventional semiconductor module is disclosed, for example, in
上記従来の半導体モジュールは、電子部品及び熱伝導部材等を組み立てた組立体を、表面実装型のパッケージ上に搭載し、そのパッケージを基板表面に接触させた構成となっている。これにより、上記従来の半導体モジュールは、実装密度を向上させて、小型化を図ると共に、発熱体となる電子部品で発生した熱を、熱伝導部材及びパッケージを介して排出し、実装部品の低消費電力化を図るようにしている。 The conventional semiconductor module is configured such that an assembly obtained by assembling electronic components, a heat conducting member, and the like is mounted on a surface mount type package, and the package is brought into contact with the substrate surface. As a result, the above-described conventional semiconductor module improves the mounting density and achieves miniaturization, and also discharges the heat generated in the electronic component to be the heat generating member through the heat conducting member and the package, thereby reducing the mounting component size. It is intended to reduce power consumption.
しかしながら、上記従来の半導体モジュールは、電子部品が搭載された表面実装型パッケージからの排熱を目的としたものであって、光学部品が搭載された表面実装型パッケージからの排熱を目的としたものではない。 However, the conventional semiconductor module aims at exhausting heat from the surface mount type package on which the electronic component is mounted, and aims at exhausting heat from the surface mount type package on which the optical component is mounted. It is not a thing.
この点について詳細に説明すると、上記従来の半導体モジュールは、表面実装型パッケージ上に搭載された電子部品と、その半導体モジュールの筐体との間に、熱伝導部材を配置している。この結果、熱伝導部材の膨張による圧力は、電子部品及び表面実装型パッケージに作用することになり、当該電子部品及び表面実装型パッケージは、位置ずれを起こすおそれがある。 Explaining this point in detail, in the conventional semiconductor module, the heat conducting member is disposed between the electronic component mounted on the surface mount type package and the housing of the semiconductor module. As a result, the pressure due to the expansion of the heat conducting member acts on the electronic component and the surface mount package, and the electronic component and the surface mount package may be displaced.
これに対して、光モジュールにおける光学部品の位置決め精度は、光モジュールにおける光の入出力に影響を与えるものであり、性能上、非常に重要な要素である。これにより、光学部品が搭載された表面実装型パッケージを備える光モジュールの構成に、上記従来の半導体モジュールの構成を適用した場合には、光学部品及び表面実装型パッケージは、位置ずれを起こしてしまい、それらの位置ずれは、光モジュールにおける光の入出力を低下させるおそれがある。 On the other hand, the positioning accuracy of the optical component in the optical module affects the light input / output in the optical module and is a very important element in terms of performance. As a result, when the above-described conventional semiconductor module configuration is applied to the configuration of the optical module including the surface-mounted package on which the optical component is mounted, the optical component and the surface-mounted package may be misaligned. These misalignments may reduce light input / output in the optical module.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、小型化を図りつつ、排熱を効率的に行うことにより、消費電力を抑制することができる光モジュールを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and to provide an optical module capable of suppressing power consumption by efficiently performing exhaust heat while achieving downsizing. To aim.
この発明に係る光モジュールは、発熱素子を内部に収納する表面実装型のパッケージと、パッケージの下部を、下方に向けて凸状をなす凸構造とすることにより形成される最下面と、パッケージにおける最下面以外の下面に設けられ、発熱素子に対する信号の入力及び出力を可能とする電極パッドと、最下面と熱伝導体との間に、最下面及び熱伝導体に接触するように配置され、非導電性を有するインターポーザとを備えることを特徴とするものである。 An optical module according to the present invention comprises a surface mount type package for housing a heat generating element inside, a lowermost surface formed by forming a convex structure in which a lower portion of the package is directed downward, and a package Provided on the lower surface other than the lowermost surface, between the lowermost surface and the thermal conductor, in contact with the lowermost surface and the thermal conductor, between the lowermost surface and the thermal conductor, which are capable of inputting and outputting signals to the heating element; And a non-conductive interposer.
この発明によれば、小型化を図りつつ、排熱を効率的に行うことにより、消費電力を抑制することができる。 According to the present invention, power consumption can be suppressed by efficiently performing exhaust heat while achieving downsizing.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
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構成を示した斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view showing the configuration of the optical module according to the first embodiment.
図1に示すように、実施の形態1に係る光モジュールは、表面実装型のパッケージ1、TEC(Thermo-electric Cooler)3、サブマウント基板4、半導体レーザ5、インターポーザ6、コンタクトピン7、電極パッド8、及び、ワイヤ9を備えている。この光モジュールは、回路基板2の表面に接触している。そして、回路基板2、TEC3、及び、サブマウント基板4は、発熱素子となる半導体レーザ5で発生した熱が流入すると、その熱を伝導する熱伝導体を構成するものである。
As shown in FIG. 1, the optical module according to the first embodiment includes a surface
なお、図1に示したX軸、Y軸、及び、Z軸は、直交三軸の座標系を構成するものである。X軸は、光モジュールの幅方向を示す軸である。Y軸は、光モジュールの上下方向を示す軸である。Z軸は、光モジュールの縦方向を示す軸である。 The X axis, the Y axis, and the Z axis shown in FIG. 1 constitute a coordinate system of orthogonal three axes. The X axis is an axis that indicates the width direction of the optical module. The Y axis is an axis that indicates the vertical direction of the optical module. The Z axis is an axis indicating the longitudinal direction of the optical module.
パッケージ1は、TEC3、サブマウント基板4、及び、半導体レーザ5を収納するものであって、回路基板2の表面に接触している。このパッケージ1の材質は、例えば、セラミック及びガラス等である。
The
また、パッケージ1は、全体として、上面が開口した箱型状をなしており、更に、パッケージ1の下部は、下方に向けて凸状をなす凸構造になっている。即ち、パッケージ1は、凸状下面及び凹状底面を有している。具体的には、パッケージ1は、最下面1a、下面1b、最底面1c、及び、底面1dを有している。
In addition, the
最下面1aは、パッケージ1の下面の中で、最も下方に位置する凸面となっている。また、下面1bは、最下面1aの両側部において、最下面1a及び最底面1cよりも上方に配置されている。
The
これに対応して、最底面1cは、パッケージ1の底面の中で、最も下方に位置する凹面となっており、最下面1aと上下方向において対向している。底面1dは、最底面1cの両側部において、最底面1cよりも上方に配置されており、下面1bと上下方向において対向している。
Corresponding to this, the
回路基板2は、金属パターン2a及び複数の電極パッド2bを有している。金属パターン2aは、回路基板2の表面に配置されている。電極パッド2bは、基板側電極パッドを構成するものであって、金属パターン2aの両側部に配置されている。即ち、パッケージ1の最下面1aは、金属パターン2aに接触している。
The
TEC3は、発熱素子となる半導体レーザ5で発生した熱を冷却するものである。このTEC3は、パッケージ1の最底面1cに接触している。また、サブマウント基板4は、TEC3の上面に接触している。このサブマウント基板4の材質は、例えば、セラミック及びガラス等である。更に、半導体レーザ5は、サブマウント基板4の上面に接触している。
The
インターポーザ6は、後述するコンタクトピン7の設置間隔を、回路基板2における電極パッド2bの設定間隔に対応させるためのものである。また、インターポーザ6は、上下方向において、パッケージ1の下面1bと回路基板2の電極パッド2bとの間に配置されている。このようなインターポーザ6は、非導電性を有する材料から形成されている。
The
コンタクトピン7は、電極パッド2bの設置間隔に対応した間隔で、インターポーザ6を上下方向に貫通して、当該インターポーザ6に支持されている。このコンタクトピン7は、ばね状に形成されたばね部材であって、導電性を有する材料から形成されている。コンタクトピン7の材質は、例えば、ベリリウム銅等の金属である。
The contact pins 7 pass through the
電極パッド8は、パッケージ1に設けられており、下面1bと底面1dとを上下方向において貫通するように配置されている。このとき、パッケージ1における下面1b及び底面1dを含む側壁は、積層セラミックで形成されているため、電極パッド8の設置は、容易に行われる。ワイヤ9は、例えば、金で形成されており、半導体レーザ5と電極パッド8との間を、ワイヤボンディングで電気的に接続している。
The
そして、インターポーザ6に貫通支持されたコンタクトピン7は、回路基板2の電極パッド2bと電極パッド8における下面1b側の端面との間において、圧縮状態で挟まれている。更に、コンタクトピン7の自然長は、回路基板2の電極パッド2bと電極パッド8における下面1b側の端面との間の距離よりも長くなっている。これにより、コンタクトピン7は、回路基板2の電極パッド2b、及び、電極パッド8における下面1b側の端面を、ばね力によって押圧し、それらの間を電気的に接続している。
The contact pins 7 supported in a penetrating manner by the
従って、回路基板2の電極パッド2bから入力された電気信号は、コンタクトピン7、電極パッド8、及び、ワイヤ9を順に通過して、半導体レーザ5に送信される。
Therefore, the electric signal inputted from the
また、半導体レーザ5で発生した熱は、サブマウント基板4、TEC3、最底面1c、及び、最下面1aを順に伝達し、最終的に、回路基板2の金属パターン2aに到達することで、光モジュールの外部に排出されたことになる。
Further, the heat generated by the
次に、実施の形態1に係る光モジュールと、比較例に係る光モジュールとを、図2及び図3を用いて対比する。図2は、比較例に係る光モジュールの構成を示した斜視図である。図3Aは、実施の形態1に係る光モジュールに対応した関係図であり、図3Bは、比較例に係る光モジュールに対応した関係図である。
Next, the optical module according to the first embodiment and the optical module according to the comparative example will be compared using FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a perspective view showing the configuration of an optical module according to a comparative example. FIG. 3A is a relationship diagram corresponding to the optical module according to
図2に示すように、比較例に係るモジュールは、実施の形態1に係る光モジュールのパッケージ1、インターポーザ6、及び、電極パッド8に替えて、パッケージ1A、インターポーザ6A、及び、電極パッド8Aを備えている。
As shown in FIG. 2, in the module according to the comparative example, the
パッケージ1Aの下部は、上記凸構造にはなっていない。即ち、パッケージ1Aは、最底面1c、底面1d、及び、下面1eを有するものの、最下面1aを有してはいない。パッケージ1Aの下面1eは、底面1dのみと上下方向において対向するパッケージ1の下面1bとは異なり、最底面1c及び底面1dと上下方向において対向する面となっている。
The lower portion of the
インターポーザ6Aは、パッケージ1Aの下面1eと回路基板2の表面との間に配置されており、そのインターポーザ6Aに貫通支持されたコンタクトピン7は、下面1eと金属パターン2aとの間において、圧縮状態で挟まれている。即ち、パッケージ1Aの下面1eは、回路基板2の金属パターン2aに直接接触していない。また、電極パッド8Aは、底面1dと下面1eとを上下方向において貫通するように配置されている。
The
従って、半導体レーザ5で発生した熱は、サブマウント基板4、TEC3、最底面1c、下面1e、及び、コンタクトピン7を順に伝達し、最終的に、回路基板2の金属パターン2aに到達することで、光モジュールの外部に排出されたことになる。
Therefore, the heat generated by the
この結果、図3Aに示すように、実施の形態1に係る光モジュールは、半導体レーザ5を使用する環境温度が75℃に達しても、TEC3の消費電力が2W以内に収まっている。これに対して、図3Bに示すように、比較例に係る光モジュールは、半導体レーザ5を25℃で駆動する場合に、TEC3が熱暴走を起こしてしまい、機能しなくなる。
As a result, as shown in FIG. 3A, in the optical module according to the first embodiment, the power consumption of the
即ち、比較例に係る光モジュールは、パッケージ1Aの下部が凸構造になっていないため、インターポーザ6Aをパッケージ1Aの下面1eと回路基板2の金属パターン2aとの間に配置しなくてはならず、パッケージ1Aの下面1eを、回路基板2の金属パターン2aに直接接触させることができない。これにより、比較例に係る光モジュールは、実施の形態1に係る光モジュールに比べて、排熱性能が低下する。よって、比較例に係るパッケージ1Aに収納されたTEC3の消費電力は、増大する。
That is, in the optical module according to the comparative example, since the lower portion of the
言い換えれば、実施の形態1に係る光モジュールは、パッケージ1の下部を凸構造とすることにより、その最下面1aを、回路基板2の金属パターン2aに直接接触させることができるので、排熱性能を向上させることができる。よって、パッケージ1に収納されたTEC3の消費電力は、減少する。
In other words, in the optical module according to the first embodiment, the
なお、図3A及び図3Bを用いた対比においては、パッケージ1,1Aの材質は、窒化アルミニウムとし、その熱伝導率は、170W/(m・k)になっている。また、コンタクトピン7の材質は、ベリリウム銅とし、その熱伝導率は、90W/(m・k)になっている。更に、パッケージ1における最下面1aと最底面1cとの間の厚みと、パッケージ1Aにおける下面1eと最底面1cとの間の厚みとは、同じ厚みになっている。そして、TEC3の大きさ及び冷却性能と、半導体レーザ5の駆動条件とは、パッケージ1,1Aにおいて、同一になっている。
In comparison with FIGS. 3A and 3B, the material of the
以上より、実施の形態1に係る光モジュールは、表面実装型のパッケージ1を用いることにより、実装密度を向上させることができる。また、実施の形態1に係る光モジュールは、パッケージ1の下部を凸構造にして、その最下面1aを回路基板2の金属パターン2aに直接接触させることにより、半導体レーザ5で発生した熱の排出性能を向上させることができる。これにより、実施の形態1に係る光モジュールは、小型化を図りつつ、排熱を効率的に行うことにより、消費電力を抑制することができる。
As described above, the optical module according to the first embodiment can improve the mounting density by using the surface
また、実施の形態1に係る光モジュールは、コンタクトピン7をばね状とすることにより、電極パッド2b,8間の電気的接続を、コンタクトピン7の押圧力によって行うことができる。
Further, in the optical module according to the first embodiment, by making the
更に、実施の形態1に係る光モジュールは、コンタクトピン7をインターポーザ6によって支持しているため、インターポーザ6をパッケージ1の下面1bと回路基板2の表面との間に挿入することにより、コンタクトピン7による電極パッド2b,8間の電気的接続を行うことができる。
Furthermore, in the optical module according to the first embodiment, since the contact pins 7 are supported by the
実施の形態2.
図4は、実施の形態2に係る光モジュールの構成を示した斜視図である。Second Embodiment
FIG. 4 is a perspective view showing the configuration of the optical module according to the second embodiment.
図4に示すように、実施の形態2に係る光モジュールは、実施の形態1に係る光モジュールのインターポーザ6及びコンタクトピン7に替えて、はんだバンプ10を備えている。
As shown in FIG. 4, the optical module according to the second embodiment includes a
はんだバンプ10は、電極パッド8における下面1b側の端面に塗布されて、リフロー工程において溶融されるものである。これにより、回路基板2の電極パッド2bと電極パッド8とは、電気的に接続されている。このとき、はんだバンプ10の高さ寸法は、パッケージ1の下面1bと回路基板2の電極パッド2bとの間の高さ寸法と一致している。
The solder bumps 10 are applied to the end face of the
従って、回路基板2の電極パッド2bから入力された電気信号は、はんだバンプ10、電極パッド8、及び、ワイヤ9を順に通過して、半導体レーザ5に送信される。
Therefore, the electric signal input from the
また、半導体レーザ5で発生した熱は、サブマウント基板4、TEC3、最底面1c、及び、最下面1aを順に伝達し、最終的に、回路基板2の金属パターン2aに到達することで、光モジュールの外部に排出されたことになる。
Further, the heat generated by the
なお、上述した実施の形態2に係る光モジュールは、電極パッド2b,8間の電気的接続に、はんだバンプ10を適用しているが、この電気的接続に限定されることはない。例えば、実施の形態2に係る光モジュールは、電極パッド2b,8の各々に実装された金バンプに対して超音波振動を与えて、当該金バンプ同士を金属結合させることにより、電極パッド2b,8間の電気的接続を行っても構わない。
In the optical module according to the second embodiment described above, the solder bumps 10 are applied to the electrical connection between the
以上より、実施の形態2に係る光モジュールは、電極パッド2b,8間の電気的接続に、はんだバンプ10または金バンプを適用することができるので、インターポーザ6及びコンタクトピン7を用いる必要がなく、部品点数を削減することができる。
As described above, in the optical module according to the second embodiment, the solder bumps 10 or the gold bumps can be applied to the electrical connection between the
実施の形態3.
図5は、実施の形態3に係る光モジュールの構成を示した斜視図である。Third Embodiment
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the optical module according to the third embodiment.
図5に示すように、実施の形態3に係る光モジュールは、実施の形態1に係る光モジュールのインターポーザ6に替えて、インターポーザ16を備えている。このインターポーザ16は、発熱素子となる半導体レーザ5で発生した熱が流入すると、その熱を伝導する熱伝導体を構成するものである。
As shown in FIG. 5, the optical module according to the third embodiment includes an
インターポーザ16は、パッケージ1の最下面1aと回路基板2の金属パターン2aとの間に配置されてる。このインターポーザ16の下部は、下方に向けて凸状をなす凸構造になっている。即ち、インターポーザ16は、上面16a、インターポーザ側最下面となる最下面16b、及び、インターポーザ側下面となる下面16cを有している。そして、パッケージ1の最下面1aは、上面16aに接触している。また、最下面16bは、回路基板2の金属パターン2aに接触している。
The
更に、インターポーザ16は、複数のサーマルビア16dを有している。このサーマルビア16dは、回路基板2側への熱抵抗を低減し、半導体レーザ5で発生した熱を、回路基板2に向けて効率的に排出する。また、サーマルビア16dは、銅等が充填されたものであって、インターポーザ16において、上面16aと最下面16bとを貫通するように設けられている。即ち、インターポーザ16内に設けられたサーマルビア16dは、パッケージ1の最下面1a及び回路基板2の金属パターン2aに接触している。
Furthermore, the
従って、回路基板2の電極パッド2bから入力された電気信号は、コンタクトピン7、電極パッド8、及び、ワイヤ9を順に通過して、半導体レーザ5に送信される。
Therefore, the electric signal inputted from the
また、半導体レーザ5で発生した熱は、サブマウント基板4、TEC3、最底面1c、最下面1a、及び、サーマルビア16dを順に伝達し、最終的に、回路基板2の金属パターン2aに到達することで、光モジュールの外部に排出されたことになる。
Further, the heat generated by the
以上より、実施の形態3に係る光モジュールは、パッケージ1の最下面1aと回路基板2の金属パターン2aとの間に、インターポーザ16を配置しても、インターポーザ16の下部を凸構造とすると共に、当該インターポーザ16の内部にサーマルビア16dを備えている。これにより、実施の形態3に係る光モジュールは、小型化を図りつつ、排熱を効率的に行うことにより、消費電力を抑制することができる。
As described above, in the optical module according to the third embodiment, even when the
実施の形態4.
図6A及び図6Bは、実施の形態4に係る光モジュールの構成を示した図である。Fourth Embodiment
6A and 6B are diagrams showing the configuration of the optical module according to the fourth embodiment.
図6A及び図6Bに示すように、実施の形態4に係る光モジュールは、実施の形態1に係る光モジュールに加えて、窓11、レンズ12、及び、光ファイバ13を備えている。レンズ12及び光ファイバ13は、光学部品である。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the optical module according to the fourth embodiment includes a
窓11は、パッケージ1の側壁において、半導体レーザ5のレーザ出射口と対向するように開口している。レンズ12は、半導体レーザ5から出射されたレーザ光を、透過させることにより、窓11に向けて出力するものである。光ファイバ13は、レンズ12によって出力されたレーザ光を結合させて、光モジュールの外部に送信するものである。
The
ここで、光学部品となるレンズ12及び光ファイバ13は、光モジュールにおける光の入出力低下を抑えるために、高精度に位置決めされた状態で、設置されなければならない。しかしながら、半導体レーザ5、レンズ12、及び、光ファイバ13の相対的な位置関係は、パッケージ1に作用する応力によって変化してしまうおそれがある。特に、パッケージ1は、その下部を凸構造にしているため、段差方向となるX軸方向において、歪みが生じ易くなっている。
Here, the
そこで、半導体レーザ5、レンズ12、及び、光ファイバ13は、それらの軸心が、歪が生じ易いX軸方向に対して直交するZ軸方向と一致するように配置されている。即ち、半導体レーザ5、レンズ12、及び、光ファイバ13は、パッケージ1の凸状断面に対して直交する方向に沿って、光軸を有している。
Therefore, the
以上より、実施の形態4に係る光モジュールは、パッケージ1の下部を凸構造にしても、当該凸構造によって発生する歪みに起因した光学損失を、低減することができる。
As described above, in the optical module according to the fourth embodiment, even if the lower portion of the
但し、パッケージ1と、回路基板2、TEC3、サブマウント基板4、半導体レーザ5、インターポーザ6,16、コンタクトピン7、電極パッド8、ワイヤ9、及び、はんだバンプ10等との位置関係は、上述した実施の形態1−4におけるそれらの位置関係に限定されることはない。
However, the positional relationship between the
パッケージ1、サブマウント基板4、コンタクトピン7、ワイヤ9、及び、金バンプ等の材質は、上述した実施の形態1−4における各材質に限定されることはない。例えば、サブマウント基板4の材質を金属にした場合には、当該サブマウント基板4は、半導体レーザ5で発生した熱を効率良く逃がすことできる。
The materials of the
パッケージ1、回路基板2、TEC3、サブマウント基板4、半導体レーザ5、インターポーザ6,16、コンタクトピン7、電極パッド8、はんだバンプ10等の形状及び構成は、上述した実施の形態1−4における各形状及び各構成に限定されることはない。
The shapes and configurations of the
例えば、パッケージ1は、最下面1aと最底面1cとによって形成される底板部内に、銅を充填したサーマルビアを設けた構成、または、最下面1aと最底面1cとによって形成される底板部に、他の部位よりも熱伝導性が良好な金属板を設けた構成としても構わない。これにより、パッケージ1は、半導体レーザ5で発生した熱を、最下面1aから効率良く逃がすことできる。
For example, the
また、実施の形態1−4に係る光モジュールは、発光素子となる半導体レーザ5を、受光素子等の各種素子に替えても、同じ効果を得ることができる。このように、受光素子を適用した場合には、光ファイバ13を介して入力された光信号は、上述した、電気信号の送信経路を逆方向に辿ることになる。
The optical module according to Embodiment 1-4 can obtain the same effect even if the
更に、レンズ12は、パッケージ1の内側に設置されているが、窓11の外側に取り付けても構わない。レンズ12の数量及び種類は、適宜設定可能である。レンズ12は、コリメートレンズ及び集光レンズであっても構わない。
Furthermore, although the
そして、実施の形態1−4に係る光モジュールは、パッケージ外部からパッケージ内部への電気信号入力用途として用いているが、パッケージ内部からパッケージ外部への電気信号出力用途として用いても構わない。 And although the optical module concerning Embodiment 1-4 is used as an electrical signal input application to the package inside from the package exterior, you may use it as an electrical signal output application to the package exterior from the package inside.
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは、各実施の形態における任意の構成要素の変形、もしくは、各実施の形態における任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, free combination of each embodiment, or modification of any component in each embodiment or omission of any component in each embodiment is possible. It is possible.
この発明に係る光モジュールは、発熱素子を内部に収納する表面実装型のパッケージの下部を、下方に向けて凸状をなす凸構造とすることで、小型化を図りつつ、排熱を効率的に行うことにより、消費電力を抑制することができ、光学部品を収納したパッケージを実装するようにした光モジュールに適している。 In the optical module according to the present invention, the lower part of the surface mount type package for housing the heat generating element inside is a convex structure having a convex shape toward the lower side, thereby achieving downsizing while efficiently exhausting heat. Thus, the power consumption can be suppressed, and it is suitable for an optical module in which a package containing optical components is mounted.
1 パッケージ、1a 最下面、1b 下面、1c 最底面、1d 底面、2 回路基板、2a 金属パターン、2b 電極パッド、3 TEC、4 サブマウント基板、5 半導体レーザ、6 インターポーザ、7 コンタクトピン、8 電極パッド、9 ワイヤ、10 はんだバンプ、11 窓、12 レンズ、13 光ファイバ、16 インターポーザ、16a 上面、16b 最下面、16c 下面、16d サーマルビア。
Claims (9)
前記パッケージの下部を、下方に向けて凸状をなす凸構造とすることにより形成される最下面と、
前記パッケージにおける前記最下面以外の下面に設けられ、前記発熱素子に対する信号の入力及び出力を可能とする電極パッドと、
前記最下面と熱伝導体との間に、前記最下面及び前記熱伝導体に接触するように配置され、非導電性を有するインターポーザとを備える
ことを特徴とする光モジュール。 A surface mount package that houses the heat generating element inside;
A lowermost surface formed by forming a convex structure in a downward direction toward the lower side of the lower portion of the package;
An electrode pad provided on the lower surface other than the lowermost surface of the package and capable of inputting and outputting a signal to the heating element
An optical module comprising a nonconductive interposer disposed between the lowermost surface and a heat conductor so as to be in contact with the lowermost surface and the heat conductor .
ことを特徴とする請求項1記載の光モジュール。 A thermal via is provided inside the interposer disposed between the lowermost surface and the heat conductor, and is provided with a thermal via for discharging heat transferred from the lowermost surface to the heat conductor. 1 light module.
前記電極パッド及び前記基板側電極パッドをばね力によって押圧し、導電性を有するばね部材とを備え、
前記ばね部材は、前記インターポーザに支持される
ことを特徴とする請求項2に記載の光モジュール。 A substrate-side electrode pad provided on a circuit substrate constituting the heat conductor;
And a spring member having conductivity and pressing the electrode pad and the substrate-side electrode pad by a spring force.
The optical module according to claim 2, wherein the spring member is supported by the interposer.
前記インターポーザの下部を、下方に向けて凸状をなす凸構造とすることにより形成され、前記熱伝導体に接触するインターポーザ側最下面と、
前記インターポーザにおける前記インターポーザ側最下面以外のインターポーザ側下面とを有し、
前記サーマルビアは、前記インターポーザの上面と前記インターポーザ側最下面との間を貫通するように設けられ、
前記ばね部材は、前記インターポーザの上面及び前記インターポーザ側下面を貫通して支持される
ことを特徴とする請求項3記載の光モジュール。 The interposer is
The lower side of the interposer is formed by forming a convex structure having a convex shape facing downward, and the interposer-side lowermost surface in contact with the heat conductor;
And an interposer-side lower surface other than the interposer-side lower surface in the interposer;
The thermal via is provided to penetrate between the upper surface of the interposer and the lower surface on the interposer side.
The optical module according to claim 3, wherein the spring member is supported through an upper surface of the interposer and a lower surface on the interposer side.
前記最下面と前記熱伝導体との間に配置されるとともに、前記下面と回路基板との間に配置される
ことを特徴とする請求項1から請求項4のうちのいずれか1項記載の光モジュール。 The interposer is
Wherein while being disposed between the lowermost surface with the heat conductor, any one of claims of claims 1 to 4, wherein the arrangement is the fact between the lower surface and the circuitry board Light module.
ことを特徴とする請求項1から請求項5のうちのいずれか1項記載の光モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 5, wherein the package accommodates an optical component therein.
前記パッケージの凸状断面に対して直交する方向に沿って、光軸を有する
ことを特徴とする請求項6記載の光モジュール。 The optical component is
The optical module according to claim 6, further comprising an optical axis along a direction orthogonal to the convex cross section of the package.
ことを特徴とする請求項1から請求項7のうちのいずれか1項記載の光モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 7, further comprising a thermal via provided so as to penetrate the lowermost surface.
ことを特徴とする請求項1から請求項8のうちのいずれか1項記載の光モジュール。 The optical module according to any one of claims 1 to 8, wherein the lowermost surface has a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the lower surface.
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