(57)【要約】【課題】組立が容易で安価なレーザモジュールを提供する。【解決手段】レーザモジュール１は、光ファイバ５０と、レーザ光Ｌを出射可能なレーザ素子３２と、レーザ光Ｌを光ファイバ５０に結合する光学系４０と、レーザ素子３２が固定される底板１１と、開口部１４が形成された側壁１２とを含む筐体１０と、筐体１０の外部から側壁１２の開口部１４を通って筐体１０の内部に向かって延びるリード端子６０と、筐体１０の内部に位置するリード端子６０の接続部６２とレーザ素子３２とを互いに電気的に接続する導電ワイヤ７０と、側壁１２の開口部１４において側壁１２とリード端子６０との間を封止する封止部８１と、封止部８１からリード端子６０に接しつつ筐体１０の内部に向かって延びる延出部８２とを有する絶縁部材８０とを備える。絶縁部材８０の延出部８２は、リード端子６０の接続部６２に接して接続部６２を支持する支持部８３を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバと、
レーザ光を出射可能なレーザ素子と、
前記レーザ素子から出射された前記レーザ光を前記光ファイバに結合する光学系と、
前記レーザ素子が固定される底板と、開口部が形成された側壁とを含む筐体と、
前記筐体の外部から前記側壁の前記開口部を通って前記筐体の内部に向かって延びるリード端子と、
前記筐体の内部に位置する前記リード端子の接続部と前記レーザ素子とを互いに電気的に接続する導電ワイヤと、
前記側壁の前記開口部において前記側壁と前記リード端子との間を封止する封止部と、前記封止部から前記リード端子に接しつつ前記筐体の内部に向かって延びる延出部とを有する絶縁部材と
を備え、
前記絶縁部材の前記延出部は、前記リード端子の前記接続部に接して前記接続部を支持する支持部を有する、
レーザモジュール。
【請求項２】
前記絶縁部材の前記支持部の少なくとも一部は、平面視において前記リード端子の前記接続部と重なっている、請求項１に記載のレーザモジュール。
【請求項３】
前記絶縁部材の前記延出部には、前記側壁から前記筐体の内部に向かって延びる前記リード端子の少なくとも一部を収容する収容溝が形成されている、請求項１又は２に記載のレーザモジュール。
【請求項４】
前記絶縁部材の前記収容溝は、前記側壁から前記筐体の内部に向かって延びる前記リード端子をその全長にわたって内部に収容するように構成されている、請求項３に記載のレーザモジュール。
【請求項５】
前記絶縁部材の前記支持部は、前記筐体の前記底板又は前記底板に固定されたサブマウントに接する、請求項１から４のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項６】
前記絶縁部材の前記延出部は、前記筐体の前記底板又は前記底板に固定されたサブマウントに係合する係合部を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザモジュール。
【請求項７】
前記絶縁部材の前記係合部は、前記リード端子の振動を抑制するように前記筐体の前記底板に係合する、請求項６に記載のレーザモジュール。
【請求項８】
開口部が形成された側壁を含む筐体と、前記筐体に固定されたレーザ素子とを有するレーザモジュールを製造する方法であって、
前記側壁の前記開口部において前記筐体の前記側壁とリード端子との間を封止する封止部と、該封止部から延びる延出部とを有する絶縁部材を、前記延出部がリード端子に接しつつ、導電ワイヤが接続される前記リード端子の接続部の下方まで延びるように前記リード端子と一体的に形成し、
前記筐体に固定された前記レーザ素子に前記導電ワイヤの一端を接合し、
前記筐体の内部に位置する前記リード端子の前記接続部に前記導電ワイヤの他端を超音波接合により接合する、
レーザモジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザモジュール及びその製造方法に係り、特にレーザ光を出射可能なレーザ素子を備えたレーザモジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、このようなレーザモジュールにおいては、外部電源に接続されたリード端子とレーザ素子とを導電性ワイヤで接続し、リード端子を介して外部からレーザ素子に電力を供給することがなされている（例えば、特許文献１参照）。このようなリード端子は、レーザモジュールの側壁を貫通して設けられるため、リード端子と側壁との間を封止するための封止部材が必要となる。
【０００３】
また、導電ワイヤとリード端子との接合は、超音波を用いたワイヤボンディングにより行われることが多い。この超音波を用いたワイヤボンディングにおいては、超音波発生器により生成した超音波振動をワイヤボンディング装置のツールの先端に伝達し、そのツールの先端で導電ワイヤをリード端子の接続部に押し付け、超音波振動による摩擦熱によって導電ワイヤをリード端子の接続部に接合する。このとき、超音波振動の印加によりリード端子が振動してしまうと、導電ワイヤがリード端子の接続部にうまく接合されずに接合不良を生じることが考えられる。
【０００４】
また、従来のレーザモジュールにおいては、筐体の側壁とリード端子との間の封止を行う封止部材と、リード端子の接続部を支持する支持部材とが別個に設けられていたため、レーザモジュールの製造コストが高くなるとともに、レーザモジュールの組立作業も煩雑になるという問題があった。また、複数の部材の公差が累積することによって、導電ワイヤを正確に所望の位置に接合することが難しくなるという問題もあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１８−２２７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、組立が容易で安価なレーザモジュールを提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、本発明は、ワイヤボンディングによる接合不良が生じにくく、簡単にレーザモジュールを組み立てることができるレーザモジュールの製造方法を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、組立が容易で安価なレーザモジュールが提供される。このレーザモジュールは、光ファイバと、レーザ光を出射可能なレーザ素子と、上記レーザ素子から出射された上記レーザ光を上記光ファイバに結合する光学系と、上記レーザ素子が固定される底板と、開口部が形成された側壁とを含む筐体と、上記筐体の外部から上記側壁の上記開口部を通って上記筐体の内部に向かって延びるリード端子と、上記筐体の内部に位置する上記リード端子の接続部と上記レーザ素子とを互いに電気的に接続する導電ワイヤと、上記側壁の上記開口部において上記側壁と上記リード端子との間を封止する封止部と、上記封止部から上記リード端子に接しつつ上記筐体の内部に向かって延びる延出部とを有する絶縁部材とを備える。上記絶縁部材の上記延出部は、上記リード端子の上記接続部に接して上記接続部を支持する支持部を有する。上記絶縁部材の上記支持部の少なくとも一部は、平面視において上記リード端子の上記接続部と重なっていることが好ましい。
【０００９】
このような構成によれば、筐体の側壁とリード端子との間を絶縁部材の封止部によって封止するとともに、封止部から筐体の内部に向かって延びる延出部に設けられた支持部によってリード端子の接続部を支持しているため、筐体の側壁とリード端子との間の封止とリード端子の接続部の支持の両方を単一の絶縁部材により行うことができる。これにより、必要な部材の数を減らすことができるので、レーザモジュールの製造コストを下げることができる。また、部材点数が減ることによりレーザモジュールの組立作業も容易になる。さらに、絶縁部材を単一の部材により構成することができるため、公差が累積することがなく、導電ワイヤを所望の位置に接合することが容易になる。
【００１０】
上記絶縁部材の上記延出部には、上記側壁から上記筐体の内部に向かって延びる上記リード端子の少なくとも一部を収容する収容溝が形成されていることが好ましい。また、上記絶縁部材の上記収容溝は、上記側壁から上記筐体の内部に向かって延びる上記リード端子をその全長にわたって内部に収容するように構成されていることが好ましい。このような絶縁部材の収容溝にリード端子を収容することによって、側壁から筐体の内部に向かって延びるリード端子が絶縁部材の延出部に保持されることとなるため、超音波接合の際のリード端子の振動をより効果的に抑制することができる。
【００１１】
上記絶縁部材の上記支持部は、上記筐体の上記底板又は上記底板に固定されたサブマウントに接していてもよい。この場合には、絶縁部材の支持部に加え、底板又はサブマウントによってよりしっかりとリード端子の接続部を支持することができる。
【００１２】
上記絶縁部材の上記延出部は、上記筐体の上記底板又は上記底板に固定されたサブマウントに係合する係合部を有していてもよい。この場合において、上記絶縁部材の上記係合部は、上記リード端子が上記筐体の上記底板に向かう方向又は上記筐体の上記底板から離れる方向に移動することを規制するように上記筐体の上記底板に係合することが好ましい。このような構成により、絶縁部材が底板又はサブマウントに対して移動することが規制されるので、リード端子の移動が抑制される結果、ワイヤボンディングによる接合不良が生じることが低減される。
【００１３】
本発明の第２の態様によれば、ワイヤボンディングによる接合不良が生じにくく、簡単にレーザモジュールを組み立てることができるレーザモジュールの製造方法が提供される。この方法では、開口部が形成された側壁を含む筐体と、上記筐体に固定されたレーザ素子とを有するレーザモジュールが製造される。この方法では、上記側壁の上記開口部において上記筐体の上記側壁とリード端子との間を封止する封止部と、該封止部から延びる延出部とを有する絶縁部材を、上記延出部がリード端子に接しつつ、導電ワイヤが接続される上記リード端子の接続部の下方まで延びるように上記リード端子と一体的に形成する。上記筐体に固定された上記レーザ素子に上記導電ワイヤの一端を接合し、上記筐体の内部に位置する上記リード端子の上記接続部に上記導電ワイヤの他端を超音波接合により接合する。
【００１４】
このような方法によれば、絶縁部材とリード端子とを一体化した上でリード端子の接続部に導電ワイヤを接合することができるので、レーザモジュールの組立作業が容易になる。また、絶縁部材の延出部がリード端子の接続部の下方まで連続して延びているため、超音波接合の際のリード端子の振動が抑制され、ワイヤボンディングによる接合不良が生じることが低減される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、筐体の側壁とリード端子との間を絶縁部材の封止部によって封止するとともに、封止部から筐体の内部に向かって延びる延出部に設けられた支持部によってリード端子の接続部を支持しているため、筐体の側壁とリード端子との間の封止とリード端子の接続部の支持の両方を単一の絶縁部材により行うことができる。これにより、必要な部材の数を減らすことができるので、レーザモジュールの製造コストを下げることができる。また、部材点数が減ることによりレーザモジュールの組立作業も容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザモジュールを模式的に示す部分断面図である。
【図２】図２は、図１に示すレーザモジュールにおける絶縁部材の一例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態におけるレーザモジュールの一部を模式的に示す部分断面図である。
【図４】図４は、本発明の第３の実施形態におけるレーザモジュールの一部を模式的に示す部分断面図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態におけるレーザモジュールの一部を模式的に示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るレーザモジュールの実施形態について図１から図５を参照して詳細に説明する。なお、図１から図５において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図５においては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。
【００１８】
図１は、本発明の第１の実施形態におけるレーザモジュール１を模式的に示す部分断面図である。図１に示すように、本実施形態におけるレーザモジュール１は、底板１１と側壁１２とを含む筐体１０と、筐体１０の上方を覆う蓋体２０と、底板１１上に固定されたサブマウント３０と、サブマウント３０上に実装された半導体レーザ素子３２と、底板１１上に固定された第１のレンズ４１及び第２のレンズ４２と、端部がフェルール５１に保持された光ファイバ５０と、筐体１０の外部に設けられた外部電源（図示せず）に接続されたリード端子６０とを含んでいる。フェルール５１は、側壁１２に設けられたフランジ１３に支持されており、側壁１２を貫通して筐体１０の内部まで延びている。
【００１９】
側壁１２には開口部１４が形成されており、この開口部１４を通ってリード端子６０が筐体１０の内部に導入されている。このリード端子６０は、例えば銅やアルミニウムなどの導電性材料から形成されるものである。リード端子６０は、筐体１０の内部に位置する接続部６２において導電ワイヤ７０の一端に接続されている。この導電ワイヤ７０の他端は、サブマウント３０上の半導体レーザ素子３２に接続されている。導電ワイヤ７０は、金や銅、アルミニウムなどの導電性材料から形成されるものであり、超音波を用いたワイヤボンディングによりリード端子６０の接続部６２に接合されている。これにより、半導体レーザ素子３２には、外部電源からリード端子６０及び導電ワイヤ７０を介して電流が供給される。
【００２０】
リード端子６０及び導電ワイヤ７０を介して半導体レーザ素子３２に電流が供給されると、半導体レーザ素子３２からレーザ光Ｌが出射される。このレーザ光Ｌは、第１のレンズ４１及び第２のレンズ４２によって光ファイバ５０の端面に集光され、光ファイバ５０を伝搬してレーザモジュール１の外部に出射される。このように、本実施形態においては、第１のレンズ４１と第２のレンズ４２とにより、半導体レーザ素子３２から出射されたレーザ光Ｌを光ファイバ５０に結合する光学系４０が構成されている。
【００２１】
ここで、筐体１０は銅などの金属により構成されているため、側壁１２の開口部１４には、側壁１２とリード端子６０との間を電気的に絶縁する絶縁部材８０が設けられている。この絶縁部材８０は、例えばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂やガラス、セラミックなどの電気的絶縁性を有する材料から構成される。リード端子６０と絶縁部材８０とは互いに固定されているが、この固定方法は特に限定されるものではない。例えば、接着材による固定、ネジの螺合による固定、インサート成形など様々な方法を用いてリード端子６０と絶縁部材８０とを互いに一体化することができる。
【００２２】
図１に示すように、絶縁部材８０は、側壁１２の開口部１４において側壁１２とリード端子６０との間を封止する封止部８１と、封止部８１から筐体１０の内部に向かって延びる延出部８２とを有している。本実施形態において、絶縁部材８０の延出部８２は、封止部８１と一体的に形成されており、リード端子６０の下面に接するようリード端子６０に沿って延びている。また、絶縁部材８０の延出部８２は、リード端子６０の接続部６２の下面に接する支持部８３を有しており、この支持部８３によってリード端子６０の接続部６２が支持されている。この支持部８３の少なくとも一部は、平面視においてリード端子６０の接続部６２と重なっている。
【００２３】
本実施形態においては、上述したように、筐体１０の側壁１２とリード端子６０との間を絶縁部材８０の封止部８１によって封止するとともに、封止部８１から筐体１０の内部に向かって延びる延出部８２に設けられた支持部８３によってリード端子６０の接続部６２を支持している。このように、本実施形態では、筐体１０の側壁１２とリード端子６０との間の封止とリード端子６０の接続部６２の支持の両方を単一の絶縁部材８０により行っている。これにより、半導体レーザ素子３２に電力を供給するために必要とされる部材の数を減らすことができるので、レーザモジュール１の製造コストを下げることができる。また、部材点数が減ることによりレーザモジュール１の組立作業も容易になる。さらに、絶縁部材８０は単一の部材により構成されているため、公差が累積することがなく、導電ワイヤ７０を所望の位置に接合することが容易になる。また、本実施形態の絶縁部材８０は、封止部８１から支持部８３まで連続して延びているため、リード端子６０の振動が抑制され、ワイヤボンディングによる接合不良が生じることが低減される。
【００２４】
このようなレーザモジュール１を製造する際は、上述したように、接着材による固定、ネジの螺合による固定、インサート成形などにより一体的に形成されたリード端子６０及び絶縁部材８０を用意する。この一体化された状態では、絶縁部材８０の延出部８２が、リード端子６０に接しつつ、リード端子６０の接続部６２の下方まで延びている。この状態で、絶縁部材８０の封止部８１を筐体１０の側壁１２の開口部１４に嵌め込み、筐体１０の側壁１２とリード端子６０との間を封止する。そして、例えば超音波接合により導電ワイヤ７０の一端を筐体１０の底板１１に固定された半導体レーザ素子３２に接合するとともに、同じく超音波接合により導電ワイヤ７０の他端をリード端子６０の接続部６２に接合する。このような方法によれば、絶縁部材８０とリード端子６０とを一体化した上でリード端子６０の接続部６２に導電ワイヤ７０を接合することができるので、レーザモジュール１の組立作業が容易になる。また、絶縁部材８０の延出部８２が、封止部８１からリード端子６０の接続部６２の下方まで連続して延びているため、超音波接合の際のリード端子６０の振動が抑制され、ワイヤボンディングによる接合不良が生じることが低減される。
【００２５】
ここで、図２に示すように、絶縁部材８０の延出部８２には、リード端子６０の少なくとも一部を収容する収容溝８５を形成することが好ましい。このような絶縁部材８０の収容溝８５にリード端子６０を収容することによって、側壁１２から筐体１０の内部に向かって延びるリード端子６０が絶縁部材８０の延出部８２に保持されることとなるため、超音波接合の際のリード端子６０の振動をより効果的に抑制することができる。なお、このような収容溝８５は、側壁１２から筐体１０の内部に向かって延びるリード端子６０の少なくとも一部を収容するように形成されていればよいが、リード端子６０の振動をより効果的に抑制するためには、側壁１２から筐体１０の内部に向かって延びるリード端子６０をその全長にわたって収容するように形成されていることが好ましい。
【００２６】
図３は、本発明の第２の実施形態におけるレーザモジュールの一部を模式的に示す部分断面図である。上述した第１の実施形態では、絶縁部材８０の延出部８２とサブマウント３０との間に間隙が形成されているが、本実施形態では、絶縁部材８０の延出部８２、特に支持部８３がサブマウント３０に接触している。
【００２７】
本実施形態においても、筐体１０の側壁１２とリード端子６０との間の封止とリード端子６０の接続部６２の支持の両方を単一の絶縁部材８０により行っているため、半導体レーザ素子３２に電力を供給するために必要とされる部材の数を減らすことができるので、レーザモジュールの製造コストを下げることができる。また、部材点数が減ることによりレーザモジュールの組立作業も容易になる。さらに、絶縁部材８０は単一の部材により構成されているため、公差が累積することがなく、導電ワイヤ７０を所望の位置に接合することが容易になる。また、本実施形態の絶縁部材８０は、封止部８１から支持部８３まで連続して延びているため、リード端子６０の振動が抑制され、ワイヤボンディングによる接合不良が生じることが低減される。
【００２８】
特に、本実施形態では、絶縁部材８０の延出部８２、特に支持部８３がサブマウント３０に接触しているので、絶縁部材８０の支持部８３に加え、サブマウント３０によってよりしっかりとリード端子６０の接続部６２を支持することができる。なお、絶縁部材８０の延出部８２は、サブマウント３０ではなく底板１１に直接接していてもよい。
【００２９】
図４は、本発明の第３の実施形態におけるレーザモジュールの一部を模式的に示す部分断面図である。本実施形態における絶縁部材８０は、サブマウント３０に形成された段差部１３１に係合する係合部１８４を有している。本実施形態では、上述した第２の実施形態の効果に加え、以下のような効果が得られる。
【００３０】
すなわち、本実施形態における絶縁部材８０の係合部１８４は、リード端子６０の長手方向においてサブマウント３０の段差部１３１に係合している。このような係合部１８４によって、絶縁部材８０がサブマウント３０に対してリード端子６０の長手方向に移動することが規制されるので、リード端子６０の長手方向に沿った振動が抑制される。この結果、ワイヤボンディングによる接合不良が生じることをより効果的に低減することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、絶縁部材８０の係合部１８４がサブマウント３０の段差部１３１に係合しているが、絶縁部材８０の係合部１８４がサブマウント３０に形成された突起や溝、凹部に係合するように構成されていてもよい。また、絶縁部材８０の係合部１８４は、サブマウント３０の段差部１３１ではなく底板１１に形成された段差部や突起、溝又は凹部に係合するように構成されていてもよい。
【００３２】
図５は、本発明の第３の実施形態におけるレーザモジュールの一部を模式的に示す部分断面図である。本実施形態における絶縁部材８０は、サブマウント３０に形成された凹部２３１に係合する係合部２８４を有している。本実施形態では、上述した第２の実施形態の効果に加え、本実施形態における絶縁部材８０の係合部２８４によって、リード端子６０の上下方向に沿った振動が抑制される。したがって、ワイヤボンディングによる接合不良が生じることをより効果的に低減することができる。
【００３３】
上述した実施形態では、単一の半導体レーザ素子３２を有するレーザモジュールについて説明したが、本発明は、複数の半導体レーザ素子を備えたマルチチップレーザモジュールにも適用できることは言うまでもない。
【００３４】
これまで本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３５】
１    レーザモジュール
１０    筐体
１１    底板
１２    側壁
１３    フランジ
１４    開口部
２０    蓋体
３０    サブマウント
３２    半導体レーザ素子
４０    光学系
４１    第１のレンズ
４２    第２のレンズ
５０    光ファイバ
５１    フェルール
６０    リード端子
６２    接続部
７０    導電ワイヤ
８０    絶縁部材
８１    封止部
８２    延出部
８３    支持部
８５    収容溝
１３１    段差部
１８４    係合部
２３１    凹部
２８４    係合部
Ｌ    レーザ光
【図１】
2020174163.tif 000003
【図２】
2020174163.tif 000004
【図３】
2020174163.tif 000005
【図４】
2020174163.tif 000006
【図５】
2020174163.tif 000007