(57)【要約】【課題】半導体光素子をモールド封止したパッケージの生産性を損なうことなく、光コネクタが挿着されるスリーブとの固定強度が低コストで容易に得られる光モジュールを提供する。【解決手段】半導体光素子１２を樹脂でモールドしたパッケージ１１と、該パッケージに固定されるスリーブ１７とを有する光モジュールで、パッケージ１１内に配設され一部が外部に露出した金属板１６とスリーブ１７の金属部分とで互いに固定一体化する。前記の金属板１６は、インサートモールドで配設され、また、金属板１６はリードフレーム１５の一部を利用して形成してもよい。なお、前記の金属板１６とスリーブ１７の金属部分は、接着剤または溶接により固定することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体光素子を樹脂でモールドしたパッケージと、該パッケージに固定されたスリーブとを有する光モジュールであって、
前記パッケージ内に配設され一部が外部に露出した金属板と、前記スリーブの金属部分と、で互いに固定一体化されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記金属板は、インサートモールドで配設されていることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記金属板は、リードフレームの一部であることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記金属板と前記スリーブの金属部分は、接着剤により固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記金属板と前記スリーブの金属部分は、溶接により固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記スリーブの金属部分は、ジョイントスリーブ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信の送受信に用いられる半導体光素子を搭載したパッケージ部と、光コネクタとの接続を形成するスリーブ部を備えた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号の送受信に用いられる光モジュールは、発光または受光用の半導体光素子を収納したパッケージに、光ファイバを接続するためのスリーブを結合した構造のものが一般的である。標準的なパッケージとしては、リードピンを埋設したステムに半導体光素子を搭載し、その外側を、集光レンズを取付けた金属製のハウジングで覆って封止する形態のものが知られている。しかしながら、この形態の光モジュールは、加工コストが高く、大型化を招くと共に設計の自由度が低いと問題があった。
【０００３】
このため、金属製のパッケージに変えて、リードフレーム上に直接半導体光素子を搭載し、プラスチック樹脂でモールド封止した一体化構造の光モジュールが提案されている。しかし、樹脂モールドで形成されたパッケージは、金型から抜きやすいような形状で、表面が滑らかである。パッケージとスリーブとの固定は、通常、接着剤を用いて行なわれるが、必然的に表面が滑らかな面同士の接着となり、使用環境の変化（−４０℃〜＋８５℃）に対して耐久性に欠けるという問題があった。
【０００４】
この点を改善するために、互いに接着固定するパッケージとスリーブの一方の側に、接着による結合強度を向上させる構造を設けることが開示されている（例えば、特許文献１参照）。図５は、その具体的な一例を示す図で、１はパッケージ、２はスリーブを示す。パッケージ１は、樹脂のモールドにより形成され、円錐台形上の台部３ａと基部３ｃおよび台部３ａの頂部に集光用のレンズ３ｂとを一体成形してなる。また、パッケージ内には、発光素子、受光素子等の光学デバイスが内蔵され、外部回路への接続用のリードピン４が導出されている。
【０００５】
スリーブ２は、光コネクタが挿入される挿入孔５ａとパッケージ１に嵌合接着する挿入孔５ｂ、挿入孔５ａと５ｂを連通する連通孔５ｃからなる中空の円筒状部材で形成される。パッケージ１が嵌合される挿入孔５ｂの面は、細かな凹凸のあるシボ面で形成されている。スリーブ２の挿入孔５ｂとパッケージ１の台部３ａとは、嵌合部分に紫外線硬化樹脂等の接着剤が注入され、それぞれ調整治具により支持して光軸方向および径方向に調芯された後、上記の接着剤が固化され結合が固定される。パッケージ１の挿入孔５ｂとパッケージ１の台部３ａとの結合強度は、挿入孔５ｂに設けた凹凸面により向上され、耐久性を持たせることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１８７１３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、樹脂モールドしてなるスリーブあるいはパッケージに、細かな凹凸面を設ける場合、凹凸を樹脂モールド後に機械加工で設けるとモールドによる生産性の良さを損なうことになる。そこで、モールド金型に微細な凹凸を形成して転写させる方法を用いることになる。しかし、この場合は、モールド金型からの離型性がよくないことや、その結果、金型の凹凸形状面の目詰まりによるモールド品の形状不良を生じ、これを回避するには、やはり管理に手間を要することになる。また、細かな凹凸をもつ金型は、モールド回数を重ねるごとに、当該凹凸の磨耗による劣化激しく、金型寿命が短いという点も問題である。
【０００８】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたもので、半導体光素子をモールド封止したパッケージの生産性を損なうことなく、光コネクタが挿着されるスリーブとの固定強度が低コストで容易に得られる光モジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による光モジュールは、半導体光素子を樹脂でモールドしたパッケージと、該パッケージに固定されたスリーブとを有する光モジュールで、パッケージ内に配設され一部が外部に露出した金属板と、スリーブの金属部分と、で互いに固定一体化されていることを特徴とする。
前記の金属板は、インサートモールドで配設され、また、金属板はリードフレームの一部を利用して形成してもよい。なお、前記の金属板とスリーブの金属部分は、接着剤または溶接により固定することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、スリーブとパッケージを金属部分同士の結合で強固で高精度の固定ができ、スリーブあるいはパッケージの結合部分に凹凸をつける必要がないので、低コストの光モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による同軸型光モジュールの構成例を示す図である。
【図２】図１の組立て前の状態を示す図である。
【図３】本発明による箱型光モジュールの構成例を示す図である
【図４】図３の組立て前の状態を示す図である。
【図５】従来の光モジュールの一例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１，２により本発明の実施形態を説明する。図中、１１はパッケージ、１２は半導体光素子、１３は樹脂モールド体、１３ａはリブ部、１４は集光レンズ、１５はリードフレーム、１６は金属板、１６ａは突出部、１６ｂは中央部、１６ｃは上面、１７はスリーブ、１８はスリーブシェル、１８ａはレセプタクル部、１８ｂは連結部、１８ｃは連通孔、１８ｄは挿入孔，１８ｅは下端面、１９はガイドスリーブを示す。
【００１３】
本発明による光モジュールは、図１に示すように、半導体光素子１２を樹脂でモールドしたパッケージ１１と、該パッケージに固定される光コネクタが挿入されるスリーブとからなる。パッケージ１１は、発光素子、受光素子等の半導体光素子１２が搭載され、外部回路に接続のためのリードフレーム１５を、透明な樹脂モールド体１３により封止すると共に、頂部に集光レンズ１４を一体に成形して構成される。
【００１４】
また、本発明においては、外部接続用のリードピンを形成するリードフレーム１５と共に、金属板１６がインサートモールド等により樹脂モールド体１３に埋設一体化される。この金属板１６は、全体的には円盤状で、樹脂モールド体１３のリブ部１３ａから外側に放射状に突き出る複数の突出部１６ａと、樹脂モールド体１３内に埋設される中央部１６ｂとからなる。金属板１６の材料として、例えば、フェライト系ステンレス鋼（ＳＦ２０Ｔ）などを用いると、厚みは０.４ｍｍ程度で強度を確保することができる。
【００１５】
半導体光素子１２は、樹脂モールド体１３内に埋設される上記の金属板１６の中央部１６ｂに直接実装して配置することができる。この場合、樹脂モールド体１３の金型と金属板１６との相対的な位置の調整が可能となり、樹脂モールド体１３と一体に成形される集光レンズ１４と半導体光素子１２との位置精度を高精度にすることができる。なお、半導体光素子１２の実装は、リードフレーム１５に実装するようにしてもよい。
【００１６】
また、金属板１６は、リードフレーム１５とは別体のもので形成してよいが、リードフレームの一部として一体に形成打ち抜いておき、インサートモールド後に分離するようにしてもよい。リードフレーム１５としては、通常、銅（Ｃｕ）系の金属材、または鉄（Ｆｅ）系の金属材が用いられるが、放熱性の観点からは、Ｃｕ系の金属材を用いるのが好ましく、例えば、（株）神戸製鋼所製の高導電性耐熱銅合金「ＫＦＣ（Ｒ）」を用いることができる。
【００１７】
半導体光素子１２は、金属板１６とは電気的に絶縁され、リードフレーム１５の各リードにワイヤボンディング等により電気的に接続される。なお、光モジュールが、受信用光モジュール（ＲＯＳＡ：Receiver Optical Sub-Assembly）として構成される場合は、半導体素子１２としてフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子が搭載され、送信用光モジュール（ＴＯＳＡ：Transmitter Optical Sub-Assembly）として構成される場合は、レーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子が搭載される。
【００１８】
図１，２は、半導体光素子１２として受光素子を搭載し、ＲＯＳＡとして構成する例を示している。スリーブ１７としては、例えば、金属製のスリーブシェル１８と径方向に伸縮可能なガイドスリーブ１９とで構成される。スリーブシェル１８は、ガイドスリーブ１９が収納され光ファイバの端部に設けられている光コネクタが挿着されるレサプタクル部１８ａと、パッケージ１１に嵌合して固着される連結部１８ｂと、レサプタクル部１８ａと連結部１８ｂを連通する連通孔１８ｃとで形成される。ガイドスリーブ１９は、ジルコニアあるいは樹脂により形成され、光コネクタのフェルールを精度よく位置決めする。
【００１９】
パッケージ１１とスリーブ１７との結合は、図２の状態から図１の状態に組付けることにより行なわれる。すなわち、スリーブ１７のスリーブシェル１８の連結部１８ｂの挿入孔１８ｄ内に、パッケージ１１の樹脂モールド体１３を挿入し、スリーブシェル１８の下端面１８ｅをパッケージ１１に一体化されている金属板１６の突出部１６ａの上面１６ｃに当接させ、その当接面を接着または溶接により接合固定して行われる。なお、パッケージ１１とスリーブ１７との結合に先立って、半導体光素子１２、集光レンズ１４とスリーブ１８の連通孔１８ｃの光学経路の調芯（位置調整）が行なわれる。
【００２０】
パッケージ１１とスリーブ１７の位置調整は、パッケージ１１およびスリーブ１７を調整可能な支持装置によりそれぞれ個別に支持して行われる。そして、スリーブ１７のガイドスリーブ１９内には、光ファイバの一方の端部に設けられた光コネクタを挿着し、他方の端部から試験光を送出する。パッケージ１１の受光素子には、光パワーメータ等を接続して、光ファイバから送出された光を、集光レンズ１４を経て受光する光量が最大になるように、パッケージ１１とスリーブ１７の径方向の位置を調整する。
【００２１】
パッケージ１１とスリーブ１７は、上記の位置調整の後に、互いに当接している金属板１６の突出部１６ａの上面１６ｃとスリーブシェル１８の下端面１８ｅとを、接着剤または溶接にて接合固定する。接着剤としては、一般的な紫外線硬化型接着剤（ＵＶ硬化接着剤）を用いることもできるが、ＵＶ硬化接着剤を仮止めに使用し、熱硬化型接着剤または瞬間接着剤で固定してもよい。高精度な固定を考慮すると、例えば、ＵＶ硬化接着剤として、協立化学産業（株）製の「ワールドロックＮｏ．８８３３」を用い、瞬間接着剤としては、東亜合成（株）製の「アロンアルファシリーズ」などを用いればよい。また、接着剤による固定以上の高精度が要求される場合は、ＹＡＧ溶接等による溶接で固定するようにしてもよい。
【００２２】
パッケージ１１とスリーブ１７の結合は、金属同士の接合固定となるため、モールドされたプラスチックとの接着と比べて接着性がよく、この結果、接着強度を向上させ、高精度の固定が可能となる。また、金属同士の結合となるので、溶接により接合固定も可能となり、より高精度で信頼性の高い光モジュールの提供が可能となる。
【００２３】
図３，４により他の実施形態を説明する。図中、２１はパッケージ、２２は半導体光素子、２３は樹脂モールド体、２４は集光レンズ、２５はリードフレーム、２６は金属板、２６ａは突出部、２７はスリーブ、２８はスリーブシェル、２８ａはレサプタクル部、２８ｂは連結部、２８ｃは連通孔、２８ｄは接合面、２９はガイドスリーブ、３０はジョイントスリーブ、３０ａは挿入孔、３０ｂはスロット、３０ｃは貫通孔，３０ｄは頂面を示す。
【００２４】
本例の光モジュールは、図３に示すように、半導体光素子を樹脂でモールドしたパッケージ２１と、該パッケージに固定される光コネクタが挿入されるスリーブ２７とからなる。パッケージ２１は、発光素子、受光素子等の半導体光素子２２が搭載され、外部回路に接続のためのリードフレーム２５を、透明な樹脂モールド体２３により封止すると共に、頂部に集光レンズ２４を一体に成形して構成される。
【００２５】
また、本発明においては、外部接続用のリードピンを形成するリードフレーム２５と共に、金属板２６がインサートモールド等により樹脂モールド体２３に埋設一体化される。この金属板２６は、長方形状の２枚の板材で、樹脂モールド体２３の両側面から外側に突出部２６ａとして突き出るように、樹脂モールド体２３内に埋設固定される。金属板２６の材料としては、図１の例と同様に、フェライト系ステンレス鋼（ＳＦ２０Ｔ）などを用いることができる。
【００２６】
半導体光素子２２は、図１で説明したように、樹脂モールド体２３内に埋設される上記の金属板２６上に実装するようにしてもよいが、リードフレーム２５に直接実装するようにしてもよい。この場合、搭載されるリードフレーム２５の一部に搭載可能な領域を設ける。また、金属板２６は、リードフレーム２５とは別体のもので形成してよいが、リードフレームの一部として一体に形成打ち抜いておき、インサートモールド後に分離するようにしてもよい。この場合、リードフレーム２５としては、通常、銅（Ｃｕ）系の金属材、または鉄（Ｆｅ）系の金属材が用いられるが、放熱性の観点からは、Ｃｕ系の金属材を用いるのが好ましい。
【００２７】
半導体光素子２２は、金属板２６とは電気的に絶縁され、リードフレーム２５の各リードにワイヤボンディング等により電気的に接続される。なお、図３，４は、半導体光素子２２としてレーザダイオード（ＬＤ）等の発光素子を搭載し、ＴＯＳＡとして構成する例を示している。スリーブ２７としては、光コネクタが挿着されるレセプタクル部分とパッケージ２１との結合を行なうジョイント部分を分離して形成することができる。例えば、ガイドスリーブを収納する金属製のスリーブシェル２８と、さらに金属製のジョイントスリーブ３０で構成することができる。
【００２８】
スリーブシェル２８は、ガイドスリーブ２９が収納され光ファイバの端部に設けられている光コネクタが挿着されるレサプタクル部２８ａと、ジョイントスリーブ３０と連結する連結部２８ｂと、レサプタクル部２８ａと連結部２８ｂを連通する連通孔２８ｃと、ジョイントスリーブ３０と接合する接合面２８ｄとで形成される。ガイドスリーブ２９は、ジルコニアあるいは樹脂により形成され、光コネクタのフェルールを精度よく位置決めする。ジョイントスリーブ３０は、外形が箱型の矩形状に形成され、パッケージ２１が挿入される挿入孔３０ａと、パッケージに埋設された金属板２６の突出部２６ａがスライドして挿通されるスロット３０ｂと、スリーブシェル２８に通じる貫通孔３０ｃと、スリーブシェル２８に接する頂面３０ｄを有している。
【００２９】
パッケージ２１とスリーブ２７との結合は、図４の状態から図３の状態に組付けることにより行なわれる。すなわち、パッケージ２１の金属板２６の突出部２６ａを、ジョイントスリーブ３０のスロット３０ｂに挿通させて、パッケージ２１をジョイントスリーブ３０の挿入孔３０ｂ内に挿入して、突出部２６ａとスロット３０ｂとの接触部分を接着または溶接により結合固定する。また、スリーブシェル２８の接合面２８ｄをジョイントスリーブ３０の頂面３０ｄに接合させて、その接合部分を接着または溶接により結合固定する。
【００３０】
なお、パッケージ２１とスリーブ２７との結合に先立って、半導体光素子２２、集光レンズ２４とスリーブ２８の連通孔２８ｃの光学経路の調芯（位置調整）が行なわれる。パッケージ２１とスリーブ２７の位置調整は、パッケージ２１、ジョイントスリーブ３０、スリーブシェル２８を調整可能な支持装置により、それぞれ個別に支持して行われる。そして、パッケージ２１内の発光素子に試験光を発光させ、スリーブ２７のガイドスリーブ２９内には、光ファイバの一方の端部に設けられた光コネクタを挿着し、他方の端部に光パワーメータ等を接続して、発光素子からの光パワーが最大になるように、それぞれの接合位置を調整する。
【００３１】
発光素子から送出された光を、集光レンズ２４を経て受光する光量が最大になるように、パッケージ２１とスリーブ２７の光軸方向の位置調整が、パッケージ２１に埋設された金属板２６の突出部２６ａとジョイントスリーブ３０のスロット３０ｂとの挿通位置を調整することにより行われる。また、パッケージ２１とスリーブ２７の径方向位置は、スリーブ２７を構成するスリーブシェル２８の接合面２８ｄとジョイントスリーブ３０の頂面３０ｄの接合による径方向位置を調整することにより行われる。
【００３２】
パッケージ２１とジョイントスリーブ３０、並びに、ジョイントスリーブ３０とスリーブシェル２８の結合には、図１,２の構成例と同様な接着剤を用いることができる。本例の場合も、それぞれの結合部分が金属同士の接合固定によって形成されるため、モールドされたプラスチックとの接着と比べて接着性がよく、この結果、接着強度を向上させ、高精度の固定が可能となる。また、金属同士の結合となるので、溶接により接合固定も可能となり、より高精度で信頼性の高い光モジュールの提供が可能となる。
【符号の説明】
【００３３】
１１，２１…パッケージ、１２，２２…半導体光素子、１３，２３…樹脂モールド体、１３ａ…リブ部、１４，２４…集光レンズ、１５，２５…リードフレーム、１６，２６…金属板、１６ａ，２６ａ…突出部、１６ｂ…中央部、１６ｃ…上面、１７，２７…スリーブ、１８，２８…スリーブシェル、１８ａ，２８ａ…レサプタクル部、１８ｂ，２８ｂ…連結部、１８ｃ，２８ｃ…連通孔、１８ｄ…挿入孔、１８ｅ…下端面、１９，２９…ガイドスリーブ、３０…ジョイントスリーブ、３０ａ…挿入孔、３０ｂ…スロット、３０ｃ…貫通孔，３０ｄ…頂面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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