JP2011077192A - Optical module, and temperature control structure thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光モジュールの温度制御構造に関する。 The present invention relates to a temperature control structure for an optical module.
近年、光通信システムの高速・大容量化に伴い、波長分割多重通信(D−WDM)のような高機能な光通信用モジュールが必要とされている。更に、一般の電子部品と同様に光通信用モジュールの小型化も求められている。このような要求に応じるために、光通信用モジュールの各構成部品の小型化が求められている。 In recent years, with the increase in speed and capacity of optical communication systems, highly functional optical communication modules such as wavelength division multiplex communication (D-WDM) are required. Furthermore, miniaturization of the module for optical communication is also demanded as in the case of general electronic components. In order to meet such a demand, miniaturization of each component of the module for optical communication is required.
以下に光モジュールの温度制御素子の半田付けに関して説明する。特許文献1〜3は、この技術分野における先行技術の例である。
The soldering of the temperature control element of the optical module will be described below.
光モジュールの温度を制御するために、一般的に以下の構造が形成される。温度制御素子の上に導熱性キャリアが半田で固定される。導熱性キャリアの上に光学部品が搭載される。光学部品の温度は、導熱性キャリアを介して温度制御素子によって制御される。 In order to control the temperature of the optical module, the following structure is generally formed. A thermally conductive carrier is fixed on the temperature control element with solder. Optical components are mounted on the thermally conductive carrier. The temperature of the optical component is controlled by the temperature control element via the thermally conductive carrier.
キャリアと温度制御素子を半田で固定する際、キャリアの外形が温度制御素子より大きい寸法を有すると、図2に示す参考例のような問題が発生する可能性がある。図2は、温度制御素子103と、それより大きいキャリア102とを示す側面図である。キャリア102は、半田104aによって温度制御素子103上に固定される。この際、温度制御素子103からはみ出したキャリア102の裏面に余剰な半田が付着して、半田玉108が形成されることがある。
When the carrier and the temperature control element are fixed with solder, if the outer shape of the carrier has a size larger than that of the temperature control element, a problem such as the reference example shown in FIG. 2 may occur. FIG. 2 is a side view showing the
このような半田玉108は特に、より強固な半田固着を行うためにキャリア102と温度制御素子103をスクラブ(=擦り合わせ)した場合に顕著となる。形成された半田玉108は、振動や衝撃により脱落してパッケージ内で電気ショートの原因になったり、光学部品を物理的に損傷したりする恐れがある。
Such a
図1は、このような問題を避けるための参考例における光モジュールを示す。この参考例のように、一般的にキャリア102の外形寸法は温度制御素子103より充分に小さく設計される。この場合、半田104は温度制御素子103の周縁領域の上面やキャリア102の側面に付着する。そのため半田玉108の形成を避けることができる。
FIG. 1 shows an optical module in a reference example for avoiding such a problem. As in this reference example, the outer dimension of the
しかしながら、昨今の高機能な光通信モジュールは部品のサイズが大型化しているため、面積が大きいキャリア102が求められる場合がある。一方で、製品の仕様上、モジュールサイズを大型にできない場合がある。そのため大きなキャリア102を小型モジュールに収める必要が生じている。そこで、キャリア102と温度制御素子103の寸法差を、可能な限り小さくすることが求められている。
However, since the size of parts of recent high-performance optical communication modules is increased, the
半田玉の発生を抑制しつつ、キャリアと温度制御素子の寸法差を小さくすることが望まれる。 It is desired to reduce the dimensional difference between the carrier and the temperature control element while suppressing the generation of solder balls.
光モジュールの温度制御構造は、温度が制御される素子上面を有する温度制御素子と、素子上面の所定領域上に配置されるキャリア下面とキャリア下面から上方向に向けて外側に傾斜するキャリア側面とを有する導熱性キャリアと、所定領域の外側における素子上面とキャリア側面とによって形成される窪みに充填された半田とを備える。窪みが半田プールとして機能することにより半田玉の発生が抑制される。 The temperature control structure of the optical module includes a temperature control element having an element upper surface whose temperature is controlled, a carrier lower surface disposed on a predetermined region of the element upper surface, and a carrier side surface inclined outward from the carrier lower surface upward. And a solder filled in a recess formed by the element upper surface and the carrier side surface outside the predetermined region. Generation of solder balls is suppressed by the depression functioning as a solder pool.
本発明により、キャリア側面に半田プールを設けた構造を用いることで半田玉の発生を抑制し、キャリアと温度制御素子の寸法差を小さくすることが可能となる。 According to the present invention, by using a structure in which a solder pool is provided on the side surface of the carrier, the generation of solder balls can be suppressed, and the dimensional difference between the carrier and the temperature control element can be reduced.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図3は、本発明の第1実施形態における光モジュールの温度制御構造を示す側面図である。光モジュール1は、温度制御素子3と、導熱性のキャリア2と、光デバイス5とを備える。温度制御素子3の上面には、濡れ性を向上させる低融点のメッキ6が施される。メッキ6の材料としては、金、錫、半田が例示される。キャリア2の下面(温度制御素子3の上面と対向する面)にも、濡れ性を向上させるメッキ7が同様に施される。
[First Embodiment]
FIG. 3 is a side view showing the temperature control structure of the optical module in the first embodiment of the present invention. The
温度制御素子3の上に導熱性のキャリア2が配置される。キャリア2は、半田4により温度制御素子3の上に固定される。キャリア2の上に光デバイス5が配置される。光デバイス5は、キャリア2を介して温度制御素子3によって温度を制御されることにより、光特性を制御される。
A thermally conductive carrier 2 is disposed on the temperature control element 3. The carrier 2 is fixed on the temperature control element 3 by solder 4. An
キャリア2の上面は、光デバイス5を搭載するために十分な大きさの平面形状を有する。キャリア2の側面は上側(温度制御素子3が配置されている側と反対側)に向って外側に傾斜するように、すなわち平面形状の断面積が下側ほど小さくなるように、テーパー形状に加工される。その断面図は上面を底面とする台形である。その結果、キャリア2の裏面(温度制御素子3と半田4によって固定される側の面)の幅や長さは温度制御素子3の上面よりも小さくなるように設計される。
The upper surface of the carrier 2 has a planar shape large enough to mount the
このような構成において、キャリア2の下面は、温度制御素子3によって温度が制御される素子上面の所定領域上に配置される。素子上面の所定領域の外側である周縁領域と、キャリア2の側面とによって窪みが形成される。キャリア2と温度制御素子3とを固定するために半田付けする際、半田4はこの窪みに充填される。その結果、窪みはこの半田4が溜まる半田プールとして機能する。キャリア2の下面にはメッキ7が施され、キャリア2の側面にはメッキ7が施されずキャリア2を形成する材料が側面に露出する。こうした側面に半田4は付着しない。そのため半田4は図3に示したように、温度制御素子3のメッキ6の上に、キャリア2の下端の高さまで付着する。
In such a configuration, the lower surface of the carrier 2 is disposed on a predetermined region of the upper surface of the element whose temperature is controlled by the temperature control element 3. A recess is formed by the peripheral region outside the predetermined region on the upper surface of the element and the side surface of the carrier 2. When soldering to fix the carrier 2 and the temperature control element 3, the solder 4 is filled in this recess. As a result, the recess functions as a solder pool in which the solder 4 is accumulated. The lower surface of the carrier 2 is plated 7, and the side surface of the carrier 2 is not plated 7, and the material forming the carrier 2 is exposed on the side surface. The solder 4 does not adhere to these side surfaces. Therefore, the solder 4 adheres to the height of the lower end of the carrier 2 on the
キャリア2と温度制御素子3を固着する際に逃げた半田は、半田プールに溜まるために、半田玉108の発生を抑制することができる。更に、キャリア2(特にその上面)と温度制御素子3の寸法差を小さくすることができる。そのため、キャリア上面には大型のレーザ光源やその他の光学部品を光デバイス5として搭載した場合でも、光デバイス5の大きさに対して温度制御素子3の大きさを小さく抑えることができる。
Since the solder that has escaped when the carrier 2 and the temperature control element 3 are fixed is collected in the solder pool, the generation of
[第2実施形態]
図4は、本発明の第2実施形態における光モジュールを示す。本実施形態における光モジュール1aは、第1実施形態における光モジュール1に加えて、キャリア2の側面に半田4aの濡れ性を向上させるメッキ7aが施されている。キャリア2と温度制御素子3とは低融点の半田4aで固着される。第1実施形態と同様に、キャリア2は上面が広く下面が狭い構造を有する。その断面は上側を底辺とする台形である。キャリア2の下面の幅(縦方向及び横方向の寸法)は、温度制御素子3の上面の幅より狭い。
[Second Embodiment]
FIG. 4 shows an optical module according to the second embodiment of the present invention. In the
このような構造により、キャリア2と温度制御素子3を固着する際に逃げた半田4aは、キャリア2側面に付着する。この構造により、キャリア2下面の半田玉の生成を回避すると共に、キャリア2の上面の面積を広げることができる。そのため、キャリア2上面には大型のレーザ光源やその他の光学部品を光デバイス5として搭載することができる。
With such a structure, the
第2実施形態においては、半田4aがキャリア2側面に付着するために、第1実施形態に比べて半田プールの容量が大きい。そのため、余剰の半田の量が多い場合でも半田玉の形成を抑えることが可能である。また、キャリア2の上面と下面の面積差をより大きく設計することができるため、温度制御素子3の大きさに比べて、更に大きい光デバイス5を搭載することができる。
In the second embodiment, since the
一方、第1実施形態のようにキャリア2の側面にメッキ7が施されない構造には、製造工程が少ないという利点がある。図6に示すように、キャリア2を製造する際に、一枚板の材料11の両面に予めメッキ12、13が施されることにより、キャリア母材10が形成される。その後、テーパー状の切断面14に沿ってキャリア母材10が切断される。その結果、側面にメッキ7が施されず、下面にメッキ7が施されたキャリア2が形成される。このような製造は、個々のキャリア2に対してメッキ7を施して第2実施形態におけるキャリアを製造する方法に比べて、工程数が少ない。従って、半田プールの容量が充分であると考えられる場合には、第1実施形態の構造が望ましい。
On the other hand, the structure in which the plating 7 is not applied to the side surface of the carrier 2 as in the first embodiment has an advantage that the number of manufacturing steps is small. As shown in FIG. 6, when the carrier 2 is manufactured, the
[第3実施形態]
図5は、本発明の第3実施形態における光モジュールを示す。本実施形態における光モジュール1bのキャリア2aは、テーパー状の側面に替えて、少なくとも2段の階段状の側面を有する。上段8は、キャリア2aの上面及び下面に対して垂直な側面を有する。上段9も、キャリア2aの上面及び下面に対して垂直な側面を有する。上段8の平面形状は、下段9の平面形状よりも大きく形成される。キャリア2aの周囲、少なくともその下面と下段9の側面とに、メッキ7bが施される。このような構成によっても、キャリア2aの段差と温度制御素子3の上面とによって半田プールを形成し、半田玉の形成を抑えることができる。
[Third Embodiment]
FIG. 5 shows an optical module according to the third embodiment of the present invention. The
実施形態1から3の温度制御構造を有する光モジュールにおいて、光デバイス5として、平面型光導波路(PLC、Planar Lightwave Circuit)で構成されたリング共振器型レーザ光源が好適に用いられる。一般に、半導体レーザ光源と比較して、PLCで構成されたリング共振器型レーザ光源はフットプリントが大きくなる。上記実施形態の構造を採用することで、温度制御素子3の寸法に比べてキャリア上面の面積を広くとることができ、フットプリントが大きい光デバイスを搭載することが容易になる。
In the optical module having the temperature control structure according to the first to third embodiments, as the
更に、実施形態1から3の温度制御構造を有する光モジュールにおいて、光デバイス5として、レーザ光源が波長可変機能を持つレーザ光源を有する光デバイスも好適に用いられる。一般に、波長可変機能を持つ光送信モジュールでは、その構成部品であるレーザ光源や波長ロッカに高精度の温度制御が要求される。また、単波長レーザと比較して光学部品の点数が多くなる。そこで、上記実施形態の構造を採用することにより、多くの光学部品を温度制御されたキャリアに搭載しながら、モジュール寸法を小型化することができる。
Furthermore, in the optical module having the temperature control structure of the first to third embodiments, as the
更に、実施形態1から3の温度制御構造を有する光モジュールにおいて、光デバイス5として、APD(アバランシェ・フォトダイオード)を搭載した光受信モジュールも好適に用いられる。このような光受信モジュールは、入射した光に応答してアバランシェフォトダイオードが電気信号を生成することによって光信号を受信する。APDは温度によって増倍率が変化するため、温度制御が必要である。また、高周波を扱うため、信号ラインの短小化やパッケージの小型化が要求される。そのためモジュール寸法を小型化できる上記実施形態の構造が有効である。
Furthermore, in the optical module having the temperature control structure of the first to third embodiments, an optical receiver module in which an APD (avalanche photodiode) is mounted as the
1、1a、1b 光モジュール
2、2a キャリア
3 温度制御素子
4、4a、4b 半田
5 光デバイス
6 メッキ
7、7a、7b メッキ
8 上段
9 下段
10 キャリア母材
11 材料
12、13 メッキ
14 切断面
102 キャリア
103 温度制御素子
104、104a 半田
108 半田玉
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記素子上面の所定領域上に配置されるキャリア下面と、前記キャリア下面から上方向に向けて外側に傾斜するキャリア側面とを有する導熱性キャリアと、
前記所定領域の外側における前記素子上面と前記キャリア側面とによって形成される窪みに充填された半田
とを具備する光モジュールの温度制御構造。 A temperature control element having an upper surface of the element whose temperature is controlled;
A thermally conductive carrier having a carrier lower surface disposed on a predetermined region of the element upper surface, and a carrier side surface inclined outward from the carrier lower surface;
A temperature control structure of an optical module, comprising: a solder filled in a recess formed by the upper surface of the element and the side surface of the carrier outside the predetermined region.
前記キャリア下面と前記キャリア側面には前記半田の濡れ性を向上させるメッキが施されている
光モジュールの温度制御構造。 A temperature control structure for an optical module according to claim 1,
A temperature control structure of an optical module, wherein the lower surface of the carrier and the side surface of the carrier are plated to improve the wettability of the solder.
前記キャリア下面には前記半田の濡れ性を向上させるメッキが施され、前記キャリア側面には前記メッキが施されていない
光モジュールの温度制御構造。 A temperature control structure for an optical module according to claim 1,
A temperature control structure of an optical module, wherein the lower surface of the carrier is plated to improve the wettability of the solder, and the side surface of the carrier is not plated.
前記キャリアの上面上に配置された光平面型導波路
とを具備する光モジュール。 The temperature control structure of the optical module according to any one of claims 1 to 3,
An optical module comprising: an optical planar waveguide disposed on an upper surface of the carrier.
前記キャリアの上面上に配置された波長可変機能を有するレーザ光源
とを具備する光モジュール。 The temperature control structure of the optical module according to any one of claims 1 to 3,
An optical module comprising: a laser light source having a wavelength variable function disposed on an upper surface of the carrier.
前記キャリアの上面上に配置され、入射した光に応答してアバランシェフォトダイオードが電気信号を生成することによって光信号を受信する光受信部
とを具備する光モジュール。 The temperature control structure of the optical module according to any one of claims 1 to 3,
An optical module comprising: an optical receiver disposed on an upper surface of the carrier and receiving an optical signal by an avalanche photodiode generating an electrical signal in response to incident light.
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