(57)【要約】【課題】温度制御装置の破壊を抑制することが可能な光半導体装置を提供すること。【解決手段】光素子１６と、筐体２と、筐体２の内部に収納され、上側に光素子１６を搭載する温度制御装置１０と、筐体２の側壁に設けられ、外部からフェルール２４が弾性力を付与されつつ挿入されるレセプタクル４と、温度制御装置１０の上側に機械的に結合された第１接続部と、筐体２に機械的に結合された第２接続部と、第１接続部と第２接続部との間を、機械的に接続するブリッジ部２８と、を具備する光半導体装置。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子と、
筐体と、
前記筐体の内部に収納され、上側に前記光素子を搭載する温度制御装置と、
前記筐体の側壁に設けられ、外部からフェルールが弾性力を付与されつつ挿入されるレセプタクルと、
前記温度制御装置の上側に機械的に結合された第１接続部と、
前記筐体に機械的に結合された第２接続部と、
前記第１接続部と前記第２接続部との間を、機械的に接続するブリッジ部と、を具備することを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記第１接続部は、前記温度制御装置の上面、又は前記温度制御装置の上面に搭載されたキャリアの上面に設けられることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記第２接続部は、前記筐体の側壁、又は前記筐体に搭載されたブロック部の上面に設けられることを特徴とする請求項１又は２記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記第１接続部と前記第２接続部とは、前記レセプタクルに前記フェルールが挿入される方向に沿って配置されることを特徴とする請求項１から３いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記ブロック部上に設けられ、前記光素子を駆動させるドライバを具備することを特徴とする請求項３記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記ブリッジ部は、前記光素子に信号を伝送するストリップラインであることを特徴とする請求項１から５いずれか一項記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記ブリッジ部の材料はセラミックからなることを特徴とする請求項１から６いずれか一項記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光半導体装置に関し、特に光素子の温度を制御する温度制御装置を備える光半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信装置に用いられるＯＳＡ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｕｂ−Ａｓｓｅｍｂｌｙ）として、コネクタに内蔵された光ファイバが挿入されるレセプタクルを備える筐体に、光信号を出力する光素子を搭載した光半導体装置が用いられている。例えば特許文献１には、ＯＳＡの一例が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２３００３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような光半導体装置は、光素子の温度を制御するため、光素子は温度制御装置の上に搭載されることがある。しかしながら、光半導体装置に外部からわずかな衝撃が加わるだけで、温度制御装置が破壊されることがある。
【０００５】
本願発明は上記課題に鑑み、温度制御装置の破壊を抑制することが可能な光半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光素子と、筐体と、前記筐体の内部に収納され、上側に前記光素子を搭載する温度制御装置と、前記筐体の側壁に設けられ、外部からフェルールが弾性力を付与されつつ挿入されるレセプタクルと、前記温度制御装置の上側に機械的に結合された第１接続部と、前記筐体に機械的に結合された第２接続部と、前記第１接続部と前記第２接続部との間を、機械的に接続するブリッジ部と、を具備する光半導体装置である。本発明によれば、温度制御装置の下面及び上面の両方に加速度が加わる。従って、温度制御装置にモーメントがかかることが抑制され、温度制御装置の破壊が抑制される。
【０００７】
上記構成において、前記第１接続部は、前記温度制御装置の上面、又は前記温度制御装置の上面に搭載されたキャリアの上面に設けられる構成とすることができる。この構成によれば、温度制御装置にモーメントがかかることが抑制され、温度制御装置の破壊が抑制される。
【０００８】
上記構成において、前記第２接続部は、前記筐体の側壁、又は前記筐体に搭載されたブロック部の上面に設けられる構成とすることができる。この構成によれば、温度制御装置にモーメントがかかることが抑制され、温度制御装置の破壊が抑制される。
【０００９】
上記構成において、前記第１接続部と前記第２接続部とは、前記レセプタクルに前記フェルールが挿入される方向に沿って配置される構成とすることができる。この構成によれば、モーメントの発生をより効果的に抑制するため、温度制御装置の破壊がより効果的に抑制される。
【００１０】
上記構成において、前記ブロック部上に設けられ、前記光素子を駆動させるドライバを具備する構成とすることができる。この構成によれば、ブロック部及びレーザーダイオードドライバを有する光半導体装置においても、温度制御装置の破壊を抑制することができる。
【００１１】
上記構成において、前記ブリッジ部は、前記光素子に信号を伝送するストリップラインである構成とすることができる。この構成によれば、電気的な接続と機械的な接続とを同時に行うことができ、光半導体装置の低コスト化が可能となる。
【００１２】
上記構成において、前記ブリッジ部の材料はセラミックからなる構成とすることができる。この構成によれば、熱伝導率が低く、かつ強度の高いブリッジ部を形成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、温度制御装置の破壊を抑制することが可能な光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は比較例に係る光半導体装置を例示する平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図２】図２（ａ）は比較例に係る温度制御装置及び光素子を例示する断面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は比較例に係る光半導体装置を例示する断面図である。
【図３】図３（ａ）は実施例１に係る光半導体装置を例示する平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面図である。
【図４】図４（ａ）は実施例２に係る光半導体装置を例示する平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【図５】図５は実施例２に係るブリッジ部を例示する斜視図である。
【図６】図６（ａ）は実施例３に係る光半導体装置を例示する平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図面を用いて、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１６】
まず、比較例として従来の光半導体装置について説明する。図１（ａ）は比較例に係る光半導体装置１を例示する平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。なお、筐体２の上部に設けられるキャップは省略して図示している。
【００１７】
図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、光半導体装置１は、側壁にレセプタクル４及び絶縁部８を備える筐体２、筐体２に搭載された例えばＴＥＣ（Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｏｌｅｒ：熱電クーラー）である温度制御装置１０、温度制御装置１０上に搭載されたキャリア１２、キャリア１２上に搭載されたキャリア１４及びレンズ１８、並びにキャリア１４上に搭載された例えばレーザーダイオードである光素子１６、を備える。温度制御装置１０は、キャリア１２及び１４を介して、上側に光素子１６を搭載し、光素子１６と熱的に接続されている。つまり温度制御装置１０は光素子１６の温度を制御する。光素子１６と、レセプタクル４に挿入される光ファイバとは最適の光結合量が得られるよう光軸の調整がされている。光素子１６が発光する光はレンズ１８により屈折され、穴６を通過して、レセプタクル４に挿入された光ファイバに入射する。つまり光半導体装置１は、ＴＯＳＡ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ  Ｏｐｔｉｃａｌ  ＳｕｂＡｓｓｅｍｂｌｙ）である。
【００１８】
絶縁部８にはワイヤ２０及びリード２２とが接続されている。絶縁部８は配線を備えており、ワイヤ２０とリード２２とは電気的に接続される。ワイヤ２０は、キャリア１４が備える配線と絶縁部８が備える配線とを電気的に接続する。光素子１６は、キャリア１４が備える配線とワイヤ２０とを介して、絶縁部８の配線と電気的に接続され、さらにリード２２と電気的に接続される。つまり、光素子１６はキャリア１４が備える配線、ワイヤ２０、絶縁部８が備える配線、及びリード２２を介して、光半導体装置１の外部と信号の入出力を行う。リード２２から入力する信号に基づいて、光素子１６は光信号を出力する。
【００１９】
図１（ａ）に示すように筐体の幅Ｗは例えば５ｍｍである。筐体２は金属からなり、絶縁部８は例えばセラミックからなる。キャリア１２及び１４は、例えばＣｕＷ（銅タングステン）等の金属やＡｌＮ（窒化アルミニウム）等のセラミックからなる。ワイヤ２０は例えばＡｕ等の金属からなる。リード２２は例えばＣｕ等の金属からなる。温度制御装置１０は筐体２の上面に、キャリア１２は温度制御装置１０の上面に、キャリア１４はキャリア１２の上面に、それぞれ例えば半田等により固定されている。レンズ１８はキャリア１２の上面に、例えば溶接により固定されている。
【００２０】
次に比較例に係る光半導体装置１において発生する温度制御装置の破壊について説明する。図２（ａ）は比較例に係る温度制御装置及び光素子を例示する断面図であり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）は比較例に係る光半導体装置１を例示する断面図である。なお、図２（ａ）から図２（ｃ）では光素子やワイヤ等は省略して図示している。またエレメント１１の対数は例示である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、温度制御装置１０は絶縁部９と、２つの絶縁部９の間に設けられたエレメント１１とを備える。エレメント１１は筐体２の上面に沿って配置されている。エレメント１１はＮ型半導体及びＰ型半導体からなる。温度制御装置１０の上にはキャリア１２が設けられる。
【００２２】
図２（ｂ）に示すように、筐体２の側壁に設けられたフェルール２４の先端に、光ファイバ２３が挿入されたフェルール２４が当接する。このとき、フェルール２４の先端がレセプタクル４の先端に引っ掛かる場合がある。この場合、フェルール２４は、レセプタクル４に押圧され、フェルール２４の基端側に設けられたバネ２６が押し込まれる。レセプタクル４は、フェルール２４の先端から弾性力を付与される。
【００２３】
図２（ｃ）に示すように、フェルール２４の引っ掛かりが解消されると、図２（ｂ）において圧縮されていたバネ２６が解放され、レセプタクル４にフェルール２４が挿入される。つまり、レセプタクル４には、フェルール２４の先端から弾性力を付与されつつ、フェルール２４が挿入される。このとき、バネ２６の弾性力がフェルール２４に加わり、図の左方向つまり光ファイバ２３のレセプタクル４への挿入方向の加速度が発生する（図中の矢印参照）。加速されたフェルール２４は筐体２に衝突する。このとき、フェルール２４の突入により筐体２に加えられる衝撃により、光半導体装置１に加速度が加わる。
【００２４】
この結果、筐体２に搭載された温度制御装置１０にも加速度が加わる。このとき、温度制御装置１０の筐体２に接している下面には加速度が加わるが、温度制御装置１０の筐体２に接していない上面には加速度が加わらない。従って、温度制御装置１０にモーメントが加わり、温度制御装置１０が破壊されることがある。特に、温度制御装置１０が小型で、エレメント１１の断面積が小さい場合や、エレメント１１の対数が少ない場合は、エレメント１１の耐久性が弱いため、モーメントにより温度制御装置１０が破壊されることが多い。
【００２５】
次に、実施例１に係る光半導体装置１００について説明する。図３（ａ）は実施例１に係る光半導体装置１００を例示する平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）と同じ構成については説明を省略する。
【００２６】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、実施例１に係る光半導体装置１００は、例えばＴＥＣである温度制御装置１０の上に設けられたブリッジ部２８を備える。ブリッジ部２８は筐体２の内側の側壁に形成された段差部３と温度制御装置１０の上面とを機械的に接続する。ブリッジ部２８の幅は例えば０．１７ｍｍ、厚さは例えば０．１２ｍｍ、長さは例えば０．５ｍｍである。なお、ブリッジ部２８による接続の強度を強くするために、ブリッジ部２８の幅は０．１５ｍｍ以上、厚さは０．１ｍｍ以上が好ましい。ブリッジ部２８は例えばＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）やＡｌＮ等のセラミックからなる。ブリッジ部２８は、例えば半田等により固定されている。筐体２の上に設けられるキャップ５により、光素子１６等は封止される。
【００２７】
なお、本実施例において、温度制御装置１０の上面のうち、ブリッジ部２８と機械的に接続される領域を第１接続部とする。つまり、第１接続部は温度制御装置１０上に機械的に結合されている。また、筐体２の段差部３のうち、ブリッジ部２８と機械的に接続される領域を第２接続部とする。つまり、第２接続部は筐体２に機械的に結合されている。
【００２８】
実施例１によれば、温度制御装置１０の上面がブリッジ部２８により筐体２に接続される。つまり温度制御装置１０の下面及び上面が筐体２に接続される。従って、図２（ｃ）に示すように筐体２に加速度が加わった場合、温度制御装置１０の下面及び上面の両方に加速度が加わる。従って、温度制御装置１０にモーメントがかかることが抑制され、温度制御装置１０の破壊が抑制される。
【００２９】
光半導体装置１００の外部から熱が伝わり光素子１６の温度が上昇することを抑制するために、ブリッジ部２８は熱伝導率が低い材料からなることが好ましい。また、ブリッジ部２８の強度を高めるために、材料は硬いことが好ましい。このため、ブリッジ部２８はセラミックからなることが好ましい。ただし、ブリッジ部２８はセラミックに限定されるものではない。ブリッジ部２８は例えばストリップラインであり、光素子１６と絶縁部８に接続されたリード２２とを電気的に接続してもよい。また、ブリッジ部２８はガラスや金属で形成されていてもよい。ワイヤ２０を用いた電気的な接続には、ワイヤ２０以外にリボンを用いてもよい。
【実施例２】
【００３０】
次に実施例２について説明する。図４（ａ）は実施例２に係る光半導体装置２００を例示する平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【００３１】
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、実施例２に係る光半導体装置２００はブリッジ部２８を有する。ブリッジ部２８は、筐体２の絶縁部８に設けられた段差部１５とキャリア１４の上面とを機械的に接続する。また、ブリッジ部２８は筐体２とキャリア１２の上面とを接続してもよい。ブリッジ部２８は、レセプタクル４にフェルール２４が挿入される方向に沿って配置されている（図２（ｂ）参照）。また、ブリッジ部２８は温度制御装置１０を介して、レセプタクル４とは反対の位置に配置されている。
【００３２】
なお、本実施例において、温度制御装置１０に搭載されているキャリア１４の上面のうち、ブリッジ部２８と機械的に接続される領域を第１接続部とする。つまり、第１接続部は温度制御装置１０の上側に機械的に結合されている。また、筐体２の絶縁部８に設けられた段差部１５のうち、ブリッジ部２８と機械的に接続される領域を第２接続部とする。つまり、第２接続部は筐体２に機械的に結合されている。
【００３３】
次に、ブリッジ部２８の構成について説明する。図５は実施例２に係るブリッジ部を例示する斜視図である。
【００３４】
図５に示すように、ブリッジ部２８は上面に例えばＡｕ等の金属からなる配線２９を、下面に例えばＡｕ等の金属からなる金属膜２７を有する。配線２９は光素子１６に信号を伝送する。金属膜２７はグランドとして機能する。また、ブリッジ部２８は、材料に例えばＡｌ２Ｏ３やＡｌＮ等のセラミックを含む。つまり、ブリッジ部２８はマイクロストリップラインである。ブリッジ部２８の幅は例えば０．１７ｍｍ、厚さは例えば０．１２ｍｍ、長さは例えば０．５ｍｍである。ブリッジ部２８による接続の強度を強くするために、ブリッジ部２８の幅は０．１５ｍｍ以上、厚さは０．１ｍｍ以上が好ましい。
【００３５】
図４（ａ）に示すように、光素子１６は、ワイヤ２０、キャリア１４上の配線、ブリッジ部２８、及び絶縁部８が備える配線を介してリード２２と、電気的に接続する。
【００３６】
実施例２によれば、温度制御装置１０の上面がブリッジ部２８により筐体２に接続されるため、温度制御装置１０にモーメントがかかることが抑制され、温度制御装置１０の破壊が抑制される。また、ブリッジ部２８は、フェルール２４の挿入方向に設けられる。つまり、第１接続部と第２接続部とは、レセプタクル４にフェルール２４が挿入される方向に配置される。このためブリッジ部２８は、加速度の方向に沿って温度制御装置１０を押さえつけることになり、モーメントの発生をより効果的に抑制する。この結果、温度制御装置１０の破壊がより効果的に抑制される。
【００３７】
さらに、ブリッジ部２８は、温度制御装置１０を介してレセプタクル４とは反対の位置に配置されている。つまり、第１接続部と第２接続部とは、温度制御装置１０を介してレセプタクル４とは反対の位置に形成される。引張応力は圧縮応力より強いため、ブリッジ部２８がレセプタクルと同じ側に設けられている場合よりも、ブリッジ部２８がレセプタクルとは反対側に配置されている場合の方が、ブリッジ部２８の応力は強くなる。つまり、ブリッジ部２８が温度制御装置１０に加える力は強くなり、モーメントの発生をさらに効果的に抑制する。従って、温度制御装置１０の破壊がさらに効果的に抑制される。
【００３８】
ブリッジ部２８はマイクロストリップラインに限定されない。ブリッジ部２８は、例えばマイクロストリップライン以外のストリップラインでもよいし、ストリップライン以外の配線、例えばコプレーナ導波路でもよい。また、ブリッジ部２８は配線を有さなくてもよい。つまり、ブリッジ部２８は筐体２と温度制御装置１０とを機械的に接続するものであれば、温度制御装置１０にモーメントがかかることが抑制できる。しかし、ブリッジ部２８により機械的な接続と電気的な接続とが同時に可能であり、部品点数の削減や工程の簡略化により低コスト化できるため、ブリッジ部２８は配線を有していることが好ましい。特に、光素子１６へ伝送される信号は、周波数が例えば１０ＧＨｚ等の高周波信号である場合があるため、信号の漏洩を抑制できるマイクロストリップラインを用いることが好ましい。
【実施例３】
【００３９】
次に実施例３について説明する。図６（ａ）は実施例３に係る光半導体装置３００を例示する平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａに沿った断面図である。
【００４０】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、実施例３に係る光半導体装置３００は、ブロック部３０及びＬＤＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ  Ｄｒｉｖｅｒ：レーザーダイオードドライバ）３４を有する。ブロック部３０は筐体２上に搭載され、ＬＤＤ３４はブロック部３０上に搭載される。ブロック部３０は、フェルール２４の挿入方向であって、かつ温度制御装置１０と離間して配置されている。またブロック部３０は、レセプタクル４と温度制御装置１０を介して反対側に配置されている。ブロック部３０上には基板３２及び３６が搭載されている。基板３２、及び基板３６の各々は、例えばＡｕ等の金属からなる配線３５及び３７の各々を有する。
【００４１】
ブリッジ部２８は、キャリア１４の上面と、ブロック部３０の上面とを接続する。すなわち、ブリッジ部２８は、キャリア１４とブロック部３０とを介して、筐体２と温度制御装置１０の上面とを機械的に接続する。ブリッジ部２８の幅は例えば０．１７ｍｍ、厚さは例えば０．１２ｍｍ、長さは例えば２．０ｍｍである。ブリッジ部２８による接続の強度を強くするために、ブリッジ部２８の幅は０．１５ｍｍ以上、厚さは０．１ｍｍ以上が好ましい。
【００４２】
本実施例において、温度制御装置１０に搭載されているキャリア１４の上面のうちブリッジ部２８と機械的に接続される領域を第１接続部とする。つまり、第１接続部は温度制御装置１０の上側に機械的に結合されている。また、筐体２に搭載されているブロック部３０の上面のうちブリッジ部２８と機械的に接続される領域を第２接続部とする。つまり、第２接続部はブロック部３０を介して筐体２に機械的に結合されている。
【００４３】
光素子１６は、ワイヤ２０、ブリッジ部２８、及び基板３６の配線３７を介してＬＤＤ３４と、電気的に接続される。ＬＤＤ３４は、基板３２の配線３５、ワイヤ２０及び絶縁部８の配線を介してリード２２と電気的に接続される。ワイヤ２０を用いた電気的な接続は、リボンを用いて接続してもよい。リード２２から入力する信号によりＬＤＤ３４は変調電気信号を出力し、ＬＤＤ３４から入力した変調電気信号に基づいて、光素子１６は光信号を出力する。
【００４４】
ブロック部３０は例えばＣｕＷやＡｌＮ等からなり、ＬＤＤ３４が発生させる熱を放熱する。すなわちブロック部３０はヒートシンクとして機能する。
【００４５】
実施例３によれば、ブロック部３０とＬＤＤ３４を有する光半導体装置３００においても、温度制御装置１０の上面がブリッジ部２８により筐体２に接続されるため、温度制御装置１０にモーメントがかかることが抑制され、温度制御装置１０の破壊が抑制される。また、ブロック部３０は、フェルール２４の挿入方向であって、レセプタクル４と温度制御装置１０を介して反対側に配置されている。従って、ブリッジ部２８も、フェルール２４の挿入方向であって、レセプタクル４と温度制御装置１０を介して反対側に配置される。このため、実施例２と同様に、温度制御装置１０の破壊がより効果的に抑制される。
【００４６】
さらにブリッジ部２８はマイクロストリップラインであるため、機械的な接続と電気的な接続とが同時に可能であり、光半導体装置の低コスト化が可能となる。ただし、ブリッジ部２８はマイクロストリップラインに限定されない。ブリッジ部２８は例えばセラミック等からなり、機械的な接続をするものであれば、温度制御装置１０にモーメントがかかることが抑制できる。ＬＤＤ３４から光素子１６に伝送される信号は高周波信号である場合があるため、ブリッジ部２８はマイクロストリップラインであることが好ましい。
【００４７】
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４８】
光半導体装置        １，１００，２００，３００
筐体                ２
段差部              ３，１５
レセプタクル        ４
穴                  ６
絶縁部              ８
温度制御装置        １０
キャリア            １２，１４
光素子              １６
レンズ              １８
ワイヤ              ２０
リード              ２２
光ファイバ          ２３
フェルール          ２４
バネ                ２６
ブリッジ部          ２８
ブロック部          ３０
基板                ３２，３６，３８
ＬＤＤ              ３４
【図１】
2011129592.tif 000003
【図２】
2011129592.tif 000004
【図３】
2011129592.tif 000005
【図４】
2011129592.tif 000006
【図５】
2011129592.tif 000007
【図６】
2011129592.tif 000008