(57)【要約】【課題】パッケージ変形による光軸の角度ずれを防止して結合効率の低下を抑制する。【解決手段】支持孔３９が形成された箱形パッケージ１０Ａに光半導体モジュール用光学系ホルダー４０を備え、このホルダーは、レンズ２８とフェルール３０とが同軸に挿着される筒部４１と、筒部４１のレンズ２８側一端から突出しチップキャリア２１及び２２並びにレンズキャリア２３を支持するマウントキャリア部４２とを有し、筒部４１とマウントキャリア部４２とが同一材料で一体形成され、支持孔３９に筒部４１が嵌挿された状態で長手方向の一端部と他端部が共に箱形パッケージ１０Ａの部材から離間するように形成されている。【選択図】          図１
2004294746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持孔が形成された中空パッケージに取り付けられる光半導体モジュール用光学系ホルダーであって、
収束性レンズとフェルールとが同軸に挿着される筒部と、該筒部の収束性レンズ側一端から突出しチップキャリアを支持するマウントキャリア部とを有し、該筒部と該マウントキャリア部とが一体的に形成され、該支持孔に該筒部が嵌挿された状態で長手方向の一端部と他端部が共に該中空パッケージの部材から離間するように形成されていることを特徴とする光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項２】
該筒部及び該マウントキャリア部の両方の少なくとも一部として、光学系ホルダーの光軸方向である長手方向の一端から他端まで一体形成された部分を有することを特徴とする請求項１記載の光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項３】
該筒部は、該収束性レンズが挿着される第１部と、該フェルールが装着される第２部とを有し、該第２部は、
該マウントキャリア部及び該第１部と一体形成され、該第１部の筒部の側方から突出したベース部と、
該第１部と別体であって、該ベース部上で該第１部に接合固着されるフェルールホルダと、
を有することを特徴とする請求項１記載の光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項４】
該フェルールホルダは、該フェルールがその軸方向を一方向へ平行移動自在に挿入される開口または長孔を有することを特徴とする請求項３記載の光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項５】
光ファイバの一端部が挿入されるフェルールと、
光半導体チップと、
該光半導体チップが搭載されるチップキャリアと、
該光ファイバの端面に対向して配置された光結合用第１収束性レンズと、
筒部に該第１収束性レンズと該フェルールとが同軸に挿着され、マウントキャリア部に該チップキャリアが固着された請求項１乃至４のいずれか１つに記載の光半導体モジュール用光学系ホルダーと、
を有することを特徴とする光半導体モジュール。
【請求項６】
支持孔が形成された中空パッケージをさらに有し、該光学部ホルダーの筒部が該支持孔に挿嵌されて該マウントキャリア部が該中空パッケージの内側に配置されていることを特徴とする請求項５記載の光半導体モジュール。
【請求項７】
該中空パッケージは箱形パッケージであり、
該箱形パッケージは、フレームと、該フレームの上部開口端に接合される蓋と、端部に止め孔が形成され、該フレームの下部開口端を覆う基板とを有し、
該フレームは、該支持孔が形成された第１側面と、該光半導体チップと電気的に接続される外部リードが設けられた第２側面とを有する、
ことを特徴とする請求項６記載の光半導体モジュール。
【請求項８】
該支持孔に嵌挿され又は該中空パッケージの内側で支持孔に近設されるヒートシンク部をさらに有し、該ヒートシンク部は、該筒部と該マウントキャリア部とともに一体的に形成され、かつ、底面が該基板に接している、
ことを特徴とする請求項７記載の光半導体モジュール。
【請求項９】
該半導体チップに対向して配置された光結合用第２収束性レンズと、
該チップキャリアと該筒部との間の該マウントキャリア部上に固着され、該第２収束性レンズを支持するレンズキャリアと、
該筒部の第２収束性レンズ側開口端を封止する透明部材と、
をさらに有することを特徴とする請求項５乃至８のいずれか１つに記載の光半導体モジュール。
【請求項１０】
筒部とその下部が中空パッケージの開口を閉じるように一体形成された光半導体モジュール用光学系ホルダーであって、
該筒部の下部はマウントキャリア部の端部であり、該マウントキャリア部の底面が該中空パッケージの内側の底面に接し、マウントキャリア部上に、光半導体チップが固着されるチップキャリア部と、該筒部にフェルールを介し挿入された光ファイバ内に該光半導体チップからの出射光を導く光結合部の支持部とを有する、
ことを特徴とする光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項１１】
該筒部及び該マウントキャリア部の両方の少なくとも一部として、該光学系ホルダーの光軸方向である長手方向の一端から他端まで一体形成された部分を有することを特徴とする請求項１０記載の光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項１２】
該光結合部は、該チップキャリア部と該筒部の間に、該光半導体チップからの出射光を光ファイバ先端面に収束させる収束性レンズの固定部を有する、
ことを特徴とする請求項１０記載の光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項１３】
該光結合部は、該チップキャリア部と該筒部の間に、該テーパ先球光ファイバの先端が該光半導体チップに対向して配置された状態で該テーパ先球光ファイバを支持する光ファイバ支持部を有する、
ことを特徴とする請求項１０記載の光半導体モジュール用光学系ホルダー。
【請求項１４】
光ファイバ先端部を支持するフェルール及び該光ファイバの先端に収束させる収束性レンズを同軸にして直接又は間接的に支持する支持孔が形成された光半導体モジュール用中空パッケージであって、
該支持孔と、該支持孔と対向する位置に形成され出射光を該レンズに入射させる光半導体チップが搭載されるチップキャリアと、該チップキャリアの上方かつ該支持孔の上方に位置する開口とが一体成形されたパッケージ本体と、
該開口を気密封止するカバーと、
を有することを特徴とする光半導体モジュール用中空パッケージ。
【請求項１５】
該本体部に形成された支持孔は、該フェルール及び該収束性レンズが同軸に挿入される筒が挿入されて該筒を支持するためのものであることを特徴とする請求項１４記載の光半導体モジュール用中空パッケージ。
【請求項１６】
該本体部に形成された支持孔は、筒部の孔であって、同軸に直接挿入される該フェルール及び該収束性レンズを支持するためのものであることを特徴とする請求項１４記載の光半導体モジュール用中空パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムに用いられ、電気信号を光信号に変換して光ファイバに導き又はその逆の動作を行なう光半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体モジュールは、高い結合効率を長期間安定して維持することが要求されている。
【０００３】
図１５は、箱型パッケージを用いた従来の光半導体モジュールの縦断面構成を示す。
【０００４】
パッケージ１０では、放熱機能を有する基板１１上に、矩形フレーム１２の下部開口端が固着され、フレーム１２の上部開口端に蓋１３が封着され、フレーム１２の一面に形成された孔にパイプ１４が嵌挿され、パイプ１４の内側開口端がウインド１５で封止されている。フレーム１２の側面には、不図示の複数の外部リードが紙面垂直方向に取り付けられており、該リードと後述の半導体チップの端子との間がワイヤボンディングにより接続される。このパッケージ１０に、光半導体モジュールの本体部が次のように取り付けられている。
【０００５】
すなわち、フレーム１２内の基板１１上にマウントキャリア２０が固着され、マウントキャリア２０上に受光キャリア２１、発光キャリア２２及びレンズフォルダ２３が固着されている。発光キャリア２２上には、レーザダイオードを含む半導体チップ２４が固着され、その一方側から半導体チップ２４が正常に発光されているかを確認するため、受光キャリア２１に、ホトダイオードを含む半導体チップ２５が固着されている。半導体チップ２４から放射されたレーザビームを平行化するために、レンズフォルダ２３に光結合用凸レンズ２６が嵌入されて固着されている。パッケージ１０の外側では、パイプ２７内に光結合用球レンズ２８が嵌挿されて固着され、パイプ２９内にフェルール３０の一部が嵌挿されて固着され、被覆光ファイバ３１の先端部の光ファイバ心線３２がフェルール３０内に嵌挿されて固着されている。凸レンズ２６を通った平行光束は、球レンズ２８で光ファイバ心線３２の先端面上に集光されてその内側に導かれる。
【０００６】
パイプ２７は、次のような取付位置調整を行った後に、パイプ１４と２９の開口端間に固着される。すなわち、半導体チップ２４の光出力に対する、光ファイバ心線３２の一端からの光出力の比を測定して、半導体チップ２４から凸レンズ２６側へ出射した光束が光ファイバ心線３２内に取り込まれる結合効率を求め、これが仕様を満たすように、例えば７０％以上になるように、パイプ１４に対するパイプ２７の開口端面位置、パイプ２７に対するパイプ２９の開口端面位置、及び、パイプ２９に対するフェルール３０の軸方向位置が調整されて、これらが固定される。
【０００７】
部材間の固着は、半田付け、蝋付け、溶接又は接着剤で行われる。例えば、蓋１３の固着は電気溶接で行われ、凸レンズ２６及び２８の固着は接着剤で行われ、その他の固着は鑞付けで行われる。凸レンズ２６及び２８は、接着せずに圧入固定してもよい。また、基板１１は、熱伝導性のよい材料、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）又は鉄とニッケルの合金で形成され、フレーム１２及び蓋１３は、外部の熱をパッケージ内に伝えにくい材料、例えばコバールで形成され、フェルール３０は、例えばステンレス、セラミック又はジルコニアで形成される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、基板１１とフレーム１２の材料が異なることによる熱膨脹率の相違や、蓋１３をフレーム１２に溶接するときの温度分布の不均一などの原因により、組立完成後において部材に応力が残留し、特に剪断応力により、図１６（Ａ）に示すように基板１１及びフレーム１２が矢印方向に変形して、光軸の角度ずれが生ずる。
【０００９】
また、図１６（Ｂ）に示すように、基板１１の端部又はフランジに形成された止め孔３３にねじ３４を挿入し、光半導体モジュールを基板又はケースなどの取付面３５に螺着すると、基板１１又は取付面３５の平坦度が充分でないこと、基板１１と取付面３５との間に存在する微細な異物、温度変動や温度分布の不均一により基板１１と取付面３５との間やフレーム１２と蓋１３との間に働く熱応力、取付面３５の径年変化による平坦度の劣化などにより、上記同様の角度ずれが生ずる。
【００１０】
例えば、光軸方向の、止め孔３３の間隔２５ｍｍで、取付面３５の平坦度が当初から、劣化により、又は、基板１１と取付面３５との間に存在する微細な異物により、５０μｍであると、僅かな角度ずれが生じて、結合効率が低下し、光通信の信頼性が悪化する原因となる。
【００１１】
同軸型パッケージを有する光半導体モジュールにおいても、従来では筒形の光半導体チップホルダと筒形の収束性レンズホルダとを同軸にして両ホルダの端面を半田づけなどで固定し、又は、筒形の収束性レンズホルダと筒形のフェルールホルダとを同軸にして両ホルダの端面を半田付けなどで固定していたので、光半導体チップホルダに一体的に形成されたフランジをねじで取付面に固定すると、該フランジの歪みにより半田付け部分に応力が集中し、光半導体チップと収束性レンズとの間の光軸又は収束性レンズと光ファイバ先端部との間の光軸の角度ずれが生ずる。
【００１２】
本発明の目的は、このような問題点に鑑み、パッケージの一部の変形による光軸の角度ずれを防止して結合効率の低下を抑制することが可能な光半導体モジュールを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】
本発明の一態様の光半導体モジュールでは、支持孔が形成された中空パッケージに光半導体モジュール用光学系ホルダーを備え、該光半導体モジュール用光学系ホルダーは、収束性レンズとフェルールとが同軸に挿着される筒部と、該筒部の収束性レンズ側一端から突出しチップキャリアを支持するマウントキャリア部とを有し、該筒部と該マウントキャリア部とが一体的に形成され、該支持孔に該筒部が嵌挿された状態で長手方向の一端部と他端部が共に該中空パッケージの部材から離間するように形成されている。
【００１４】
この構成によれば、該筒部と該マウントキャリア部とが一体的に形成され、該支持孔に該筒部が嵌挿された状態で長手方向の一端部と他端部が共に該中空パッケージの部材から離間するように形成されているので、部材に残留応力が存在し、温度分布の不均一により部材に熱応力が生じ、パッケージの底面とその取付面との間に異物が存在し、該取付面が経時的変化し、或いはパッケージ又はその取付面の平坦度が不充分であったりして、パッケージが変形しても、光軸の角度ずれは殆ど生ぜず、高い結合効率を長期間にわたって安定に維持することが可能となり、光通信の信頼性向上に寄与するところが大きい。
【００１５】
また、従来では光軸の角度ずれ防止のためにパッケージ底面平坦度を高くする必要があったが、本発明によればパッケージが変形しても光軸の角度ずれが殆ど生じないので、パッケージ底面やパッケージ取付面の平坦度を低くしても問題がなく、コストを低減することが可能となる。
【００１６】
本発明の他の態様では、上記構成において、該筒部及び該マウントキャリア部の両方の少なくとも一部として、該光学系ホルダーの光軸方向である長手方向の一端から他端まで一体形成された部分を有する。
【００１７】
この構成によれば、一体形成された部分には接続部分がないので、光軸の角度ずれがさらに生じ難くなり、また、熱伝導性が向上して、パッケージ内光半導体チップで生じた熱のパッケージ外への放熱効果が高くなる。
【００１８】
本発明の他の態様では、上記一態様の構成において、該筒部は、該収束性レンズが挿着される第１部と、該フェルールが装着される第２部とを有し、該第２部は、
該マウントキャリア部及び該第１部と一体形成され、該第１部の筒部の側方から突出したベース部と、
該第１部と別体であって、該ベース部上で該第１部に接合固着されるフェルールホルダとを有する。
【００１９】
この構成によれば、該第１部の筒部の側方から突出したベース部上で該フェルールホルダが該第１部に接合固着されるので、該フェルールの光軸調整作業及び該フェルールホルダの取付作業が容易である。
【００２０】
本発明の他の態様では、上記構成においてさらに、該フェルールホルダは、該フェルールがその軸方向を一方向へ平行移動自在に挿入される開口または長孔を有する。
【００２１】
この構成によれば、フェルール光軸調整の自由度が増すので、結合効率をより向上させることができる。
【００２２】
本発明の他の態様は、筒部とその下部が中空パッケージの開口を閉じるように一体形成された光半導体モジュール用光学系ホルダーであって、
該筒部の下部はマウントキャリア部の端部であり、該マウントキャリア部の底面が該中空パッケージの内側の底面に接し、マウントキャリア部上に、光半導体チップが固着されるチップキャリア部と、該光半導体チップからの出射光を該筒部に挿入された光ファイバ内に導く光結合部の支持部とを有する。
【００２３】
この構成によれば、該筒部と該マウントキャリア部とが一体形成され、筒部の下部はマウントキャリア部の端部であり、該マウントキャリア部の底面が該中空パッケージの内側の底面に接しているので、パッケージが変形しても、光軸の角度ずれは殆ど生ぜず、高い結合効率を長期間にわたって安定に維持することが可能となり、光通信の信頼性向上に寄与するところが大きい。また、上記コスト低減効果も奏する。
【００２４】
本発明の他の態様では、上記構成において、該筒部及び該マウントキャリア部の両方の少なくとも一部として、該光学系ホルダーの光軸方向である長手方向の一端から他端まで一体形成された部分を有する。
【００２５】
この構成によれば、一体形成された部分には接続部分がないので、光軸の角度ずれがさらに生じ難くなり、また、熱伝導性が向上して、パッケージ内光半導体チップで生じた熱のパッケージ外への放熱効果が高くなる。この一体形成された部分は、光軸の角度ずれ防止及び熱伝導性向上のため、好ましくは該一端から該他端までの直線部分を有する。
【００２６】
本発明のさらに他の態様は、光ファイバ先端部を支持するフェルール及び該光ファイバの先端に収束させる収束性レンズを同軸にして直接又は間接的に支持する支持孔が形成された光半導体モジュール用中空パッケージであって、
該支持孔と、該支持孔と対向する位置に形成され出射光を該レンズに入射させる光半導体チップが搭載されるチップキャリアと、該チップキャリアの上方かつ該支持孔の上方に位置する開口とが一体成形されたパッケージ本体と、
該開口を気密封止するカバーとを有する。
【００２７】
この構成によれば、該パッケージ本体に該支持孔と該チップキャリアとが一体形成され、該支持孔により光ファイバ先端部を支持するフェルール及び該光ファイバの先端に収束させる収束性レンズが同軸に支持されるので、該パッケージ本体の該カバーと反対側の部分を基板に固定することによりパッケージが変形しても、光軸の角度ずれは殆ど生ぜず、高い結合効率を長期間にわたって安定に維持することが可能となり、光通信の信頼性向上に寄与するところが大きい。また、上記コスト低減効果も奏する。
【００２８】
本発明の他の目的、構成及び効果は以下の説明から明らかになる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
図１（Ａ）は、本発明の第１実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す。
【００３０】
パッケージ１０Ａは、フレーム１２Ａの一面１２Ａ１に形成された支持孔３９の直径が、図１５の対応するものよりも大きい点でのみ、パッケージ１０と異なっている。この支持孔３９に、一体形成された光学系ホルダー４０が嵌挿固着されている。
【００３１】
光学系ホルダー４０は、筒部４１とマウントキャリア部４２とからなる。筒部４１の筒孔４３は、フェルール３０と光結合用球レンズ２８とを嵌挿させて固着するためのものである。筒部４１のマウントキャリア部４２側開口端には、光透過率の高いサファイヤ板又はガラス板であるウインド１５が封着されている。
【００３２】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）中の光学系ホルダー４０の平面図であり、図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の光半導体モジュールの正面図である。
【００３３】
マウントキャリア部４２には、図１（Ｂ）に示すように、溝４４が形成され、これに受光キャリア２１、発光キャリア２２及びレンズフォルダ２３の下端部が遊嵌されている。光学系ホルダー４０に取り付けられる各部材の取付位置は、予め計算により定められているが、加工誤差により結合効率が低下するので、これを防止するために、フェルール３０の取付位置が次のように調整される。すなわち、レンズ２８で集光された光の光ファイバ心線３２のコア内への結合効率が最大になる様にフェルール３０を軸方向に移動させ、フェルール３０を光学系ホルダー４０に固着する。
【００３４】
フレーム１２Ａの上部開口端に蓋１３を固着して封止する。
【００３５】
基板１１及び光学系ホルダー４０は、熱伝導性のよい材料、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）又は鉄とニッケルの合金で形成され、フレーム１２Ａ及び蓋１３は、外部の熱をパッケージ内に伝えにくい材料、例えばコバールで形成され、フェルール３０は、例えばステンレス、セラミック又はジルコニアで形成される（以下の他の実施形態でも同様）。
【００３６】
部材間の固着は、半田付け、蝋付け、溶接又は接着剤で行われる。例えば、蓋１３の固着は電気溶接で行われ、光結合用凸レンズ２６及び２８の固着は接着剤で行われ（レンズ２６及び２８は、接着せずに圧入固定してもよい。）、フェルール３０の固着はレーザスポット溶接又は接着剤で行われ、その他の固着は鑞付けで行われる（以下の他の実施形態でも同様）。図１（Ａ）中の黒塗り部分は、半田付け、鑞付け又はレーザスポット溶接の部分を示している。
【００３７】
このような光半導体モジュールが出荷され、客先において取付面に取り付けられる。図２（Ａ）又は図２（Ｂ）に示すように、基板１１又は取付面３５の平坦度が充分でないこと、基板１１と取付面３５との間に存在する微細な異物、温度変動や温度分布の不均一により基板１１と取付面３５との間に働く熱応力、取付面３５の径年変化による平坦度の劣化などにより、パッケージ１０Ａが変形する。
【００３８】
しかしながら、本第１実施形態によれば、筒部４１とマウントキャリア部４２とからなる光学系ホルダー４０が一体形成され、筒部４１がフレーム１２Ａの支持孔３９に嵌挿されてパッケージ１０Ａの一面に固着され、光学系ホルダー４０の長手方向両端部がパッケージ１０Ａから離間して浮いているので、パッケージ１０Ａが変形しても光軸の角度ずれは殆ど生ぜず、高い結合効率を長期間にわたって安定に維持することが可能となり、光通信の信頼性向上に寄与するところが大きい。
【００３９】
また、光学系ホルダー４０が一体形成されているので、部品点数が従来よりも少なく、組立工数を削減でき、光半導体モジュールの製造コストを低減でき、しかも、この一体形成により、熱伝導性が向上して、パッケージ内光半導体チップで生じた熱のパッケージ外への放熱効果が高くなる。
【００４０】
また、従来では光軸の角度ずれ防止のために基板１１の底面平坦度を高くする必要があったが、本第１実施形態によればパッケージ１０Ａが変形しても光軸の角度ずれが殆ど生じないので、基板１１及び取付面３５の底面平坦度を低くしても問題がなく、さらにコストを低減することが可能となる。
【００４１】
さらに、光学系ホルダー４０が一体形成されているので、より小型化が可能となる。
【００４２】
［第２実施形態］
図３（Ａ）は、本発明の第２実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す。
【００４３】
この光学系ホルダー４０Ａでは、筒部４１の先端部４１ａが接合固着されており、先端部４１ａの接着前に先端部４１ａの開口端面内の位置を調整することにより、結合効率を向上させている。
【００４４】
先端部４１ａの接着により光学系ホルダー４０Ａが一体的に形成されているので、本第２実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４５】
［第３実施形態］
図４（Ａ）は、本発明の第３実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す。図４（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ図４（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線及び５Ｃ−５Ｃ線に沿った断面図である。
【００４６】
この光学系ホルダー４０Ｘでは、マウントキャリア部４２Ｘに受光キャリア２１Ａ、発光キャリア２２Ａ及びレンズフォルダ２３Ａが一体形成されており、部品点数が削減されて組付を簡略化している。
【００４７】
一方、光学系ホルダー４０Ｘの筒部４１Ｘは、その先端部のベース部４１ｂ上に、別体のフェルールホルダ４１ｃが、フェルール３０の光軸調整後に固着される。このベース部４１ｂと、筒部４１Ｘの筒孔の下方の部分と、マウントキャリア部４２Ｘからキャリア２１Ａ、２２Ａ及びレンズフォルダ２３Ａを除いた部分とが、光学系ホルダー４０Ｘのベース部（取付部品のベース部）を構成しており、該ベース部が光学系ホルダー４０Ｘの長手方向一端から他端まで一体形成された直線部分を有するので、光軸の角度ずれが生じ難くなり、また、熱伝導性が向上して、パッケージ内光半導体チップで生じた熱のパッケージ外への放熱効果が高くなる。
【００４８】
図４（Ｂ）に示すように、フェルールホルダ４１ｃは断面が逆Ｕ字形であり、フェルール３０の軸方向のみならず上下方向の光軸位置を調整してフェルール３０をフェルールホルダ４１ｃに固着することができる。さらに、この光軸の紙面垂直方向位置を調整してフェルールホルダ４１ｃをベース部４１ｂ上に固着することができる。筒部４１Ｘのフェルールホルダ４１ｃとの接合面には、筒孔の内側に突出したフランジ４１ｄが形成されている。このフランジ４１ｄにフェルールホルダ４１ｃの先端面が接合固着される。
【００４９】
筒部４１Ｘのフレーム１２Ａとの接合部にはフランジ４６Ａが形成され、この部分がフレーム１２Ａに固着される。
【００５０】
光学系ホルダー４０Ｘが一体的に形成されているので、本第３実施形態によっても、上記第１実施形態と同じ効果が得られる（光学系ホルダー４０Ｘはキャリアも一体形成されているので、放熱効果は第１実施形態よりも大きい）。
【００５１】
また、フェルールホルダ４１ｃによりフェルール３０の上下、左右、及び軸方向の光軸位置が調整できるので、結合効率を向上させることができる。
【００５２】
さらに、マウントキャリア部４２Ｘから延設され筒部４１Ｘの筒孔の一方側に位置するベース部４１ｂ上に、フェルールホルダ４１ｃが取り付けられるので、光軸調整作業及び取付作業が容易である。
【００５３】
なお、図４（Ｄ）に示すように、フェルールホルダ４１ｃ１は、図４（Ｄ）の断面逆Ｕ字形開口の替わりに、フェルール３０がその軸方向を一方向へ平行移動自在に挿入される長孔が形成されたものであってもよい。４１ｂ１は、４１ｂに対応したベース部である。この長孔の断面は、図４（Ｅ）に示すように、矩形であってもよく、同様に、図４（Ｄ）の開口はコ字形であってもよい。
【００５４】
［第４実施形態］
図５（Ａ）は、本発明の第４実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中の光学系ホルダー４０Ｂの平面図であり、図５（Ｃ）は、該光半導体モジュールの正面図である。
【００５５】
この光学系ホルダー４０Ｂでは、図１（Ａ）の光学系ホルダー４０にさらに、軸方向中央部から基板１１側へ突出したヒートシンク部４７が形成されている。これに対応して、フレーム１２Ｂの支持孔３９Ａは、図５（Ｃ）に示すように基板１１の底面まで伸びた形になっている。光学系ホルダー４０Ｂは、熱伝導率が比較的高い金属、例えば銅タングステン（ＣｕＷ）で形成されている。光学系ホルダー４０Ｂは、支持孔３９Ａに嵌挿固着され、ヒートシンク部４７の底面が基板１１に接合固着されている。
【００５６】
横断面積が比較的広くて熱伝導率が比較的高いヒートシンク部４７が光学系ホルダー４０Ｂに形成され、ヒートシンク部４７の底面が、ヒートシンクとして機能する基板１１に接合しているので、本第４実施形態によれば、第１実施形態よりも高温環境下で使用することができる。また、上記第１実施形態と同じ効果が得られる。
【００５７】
［第５実施形態］
図６（Ａ）は、本発明の第５実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す。図６（Ｂ）は、該光半導体モジュールの正面図である。
【００５８】
この光学系ホルダー４０Ｃではさらに、光学系ホルダー４０Ｃの中央部外周に沿って、フレーム１２Ｂの一面１２Ａ１との接合部にフランジ４６Ａが形成され、その分、光学系ホルダー４０Ｃの軸方向についてヒートシンク部４７Ａが厚い点で、上記第４実施形態と相違している。
【００５９】
［第６実施形態］
図７は、本発明の第６実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す。
【００６０】
この光学系ホルダー４０Ｅでは、冷却効果をさらに高めるために、図５（Ａ）のヒートシンク部４７の替わりにペルチェクーラ５０を用いている。ペルチェクーラ５０の冷却板５１及び放熱板５２はそれぞれ、光学系ホルダー４０Ｅの本体部底面及び基板１１に接合固着されている。フレーム１２及び蓋１３は外部の熱をパッケージ内に伝えにくい材料、例えばコバールで形成されている。ペルチェクーラ５０は、パッケージ１０Ａ内の半導体チップを効率よく冷却するために、パッケージ１０Ａ内に配置され、また、パッケージ１０Ａの変形の影響を小さくするために、フレーム１２Ａの支持孔３９Ａ側の面１２Ａ１に近設されている。
【００６１】
ペルチェクーラ５０は、半導体チップ２４に形成された不図示のサーミスタの検出温度が所定値になるように制御される。
【００６２】
光学系ホルダー４０Ｅが一体形成され、フレーム１２Ａの面１２Ａ１にペルチェクーラ５０が近設され、光学系ホルダー４０Ｅの長手方向両端部がパッケージ１０Ｂから離間し浮いているので、本第６実施形態によっても、上記第１実施形態と同じ効果が得られる。
【００６３】
［第７実施形態］
図８（Ａ）は、本発明の第７実施形態の１球式光半導体モジュールの縦断面構成を示す。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）中の光学系ホルダー４０Ｅの平面図である。図９（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、この光半導体モジュールの側面図及び正面図である。
【００６４】
この構成の光学系ホルダー４０Ｅは、筒部４１Ａと、筒部４１Ａの下部を一部とするマウントキャリア部４２Ａとが、同一材料で一体形成されている。光学系ホルダー４０Ｅの前面と、これに隣り合う両側面とが、フレーム１２Ｃに大きく形成された開口を閉じる。筒部４１Ａの一部は、マウントキャリア部４２Ａの、矩形の前端壁面部前端壁部４８に形成された孔である。例えば、フレーム１２Ｃ及び蓋１３が断熱性のコバールで形成されているのに対し、光学系ホルダー４０Ｅは熱伝導性のＣｕＷで形成されている。光学系ホルダー４０Ｅをこのように大きくする事で、モジュールの放熱効果を向上させる事が出来る。
【００６５】
マウントキャリア部４２Ａは、その底面がパッケージ１０Ｃの内側底面（基板１１）に接し、上部に、半導体チップ２４及び２５がそれぞれ固着される発光キャリア２２Ａ及び受光キャリア２１Ａが一体形成されている。
【００６６】
レンズ２８Ａは、治具で把持されて、結合効率が最大になるように高さ及び水平方向の位置が微調整されて、接着剤で固着される。光学系ホルダー４０Ｅと基板１１及びフレーム１２Ｃとの間は、鑞付けにより固着され、気密封止される。マウントキャリア部４２Ａが基板１１に比し充分厚く、このマウントキャリア部４２Ａと、フェルール３０の一部が嵌入固定される筒部４１Ａとが  同一材料で一体形成され、筒部４１とフレーム１２Ｃの接合部の下方にマウントキャリア部４２Ａの端部が存在するので、すなわちマウントキャリア部４２Ａが前端壁部４８を有するので、パッケージ１０Ｃの固定や熱変動によりパッケージ１０Ｃが変形しても、光軸の角度ずれは殆ど生ぜず、高い結合効率を長期間にわたって安定に維持することが可能となり、光通信の信頼性向上に寄与するところが大きい。
【００６７】
また、光学系ホルダー４０Ｅが一体形成されているので、部品点数が従来よりも少なく、組立工数を削減でき、光半導体モジュールの製造コストを低減できる。
【００６８】
［第８実施形態］
図１０（Ａ）は、本発明の第８実施形態のテーパ先球光ファイバ式光半導体モジュールの縦断面構成を示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）中の光学系ホルダー４０Ｆの平面図である。図１１（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、この光半導体モジュールの側面図及び正面図である。
【００６９】
この構成の光学系ホルダー４０Ｆも第７実施形態と同様に、筒部４１Ｂと、筒部４１Ｂの下部を一部とするマウントキャリア部４２Ｂとが、一体形成されている。光学系ホルダー４０Ｆの前面と、これに隣り合う両側面とが、フレーム１２Ｃに大きく形成された開口を閉じる。筒部４１Ｂの一部は、マウントキャリア部４２Ｂの、矩形の前端壁面部前端壁部４８Ａに形成された孔である。
マウントキャリア部４２Ｂは、その底面がパッケージ１０Ｃの内側の底面に接し、マウントキャリア部４２Ｂ上に、半導体チップ２４及び２５がそれぞれ固着される発光キャリア２２Ｂ及び受光キャリア２１Ｂと、光ファイバ３２Ａの先端付近が貫通されてこれを保持するファイバホルダ５４とが、固着されている。ファイバホルダ５４は、結合効率が最大になるように位置決めされて固着される。筒部４１Ｂに形成された孔にフェルール５５が嵌着され、筒部４１Ｂに形成されたフェルール５５の先端外周のリング溝５６に封止及び固定用の接着剤又は半田が埋め込まれている。光ファイバ３２Ａは、ファイバ保護キャップ５７の軸芯部に形成された孔を貫通し、さらにフェルール５５及び筒部４１Ｂの孔を貫通している。
【００７０】
光学系ホルダー４０Ｆと基板１１及びフレーム１２Ｃとの間は、鑞付けにより固着され、気密封止される。光ファイバ３２Ａの表面は鍍金されており、筒部４１Ｂと光ファイバ３２Ａとの間及びファイバホルダ５４と光ファイバ３２Ａとの間は半田付け又は接着剤で固定される。ファイバ保護キャップ５７と筒部４１Ｂとの間は接着剤又はレーザ溶接で固定される。
【００７１】
この第８実施形態も第７実施形態と同様の効果を奏する。
【００７２】
なお、キャリア２１Ｂ、２２Ｂ及び５４は、マウントキャリア部４２Ｂと一体形成されていてもよい。
【００７３】
［第９実施形態］
図１２（Ａ）は、本発明の第９実施形態の同軸型光半導体モジュールの縦断面構成を示す。図１２（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、このモジュールの正面図、側面図及び背面図である。図１２（Ｅ）は、図１２（Ａ）の１３Ｅ−１３Ｅ線に沿った断面図である。
【００７４】
このモジュールのパッケージは、パッケージ本体６０と、パッケージ本体６０の開口を閉じるカバー６１とを有する。パッケージ本体６０は、その前面に、パッケージ本体６０と同心の支持孔６２が形成され、これに筒４１Ｃが嵌入固着されている。筒４１Ｃには、その一端側に、光ファイバ３２を支持するフェルール３０の一部が挿入固着され、他端側に、半導体チップ２４の放射光を光ファイバ３２の先端に収束させるレンズ２８Ｂが圧入固着されている。
【００７５】
パッケージ本体６０、カバー６１及び筒４１Ｃの材料は、例えばいずれもＣｕＷである。
【００７６】
パッケージ本体６０は、その内部の、支持孔６２と対向する位置の発光キャリア２２Ｃと、傾斜底部である受光キャリア２１Ｃと、チップキャリア２２Ｃの上方かつ支持孔６２の上方の開口とが、一体成形されている。発光キャリア２２Ｃ及び受光キャリア２１Ｃ上にそれぞれ半導体チップ２４及び２５が固着されている。半導体チップ２４の取付位置は、結合効率が最大になるように設計位置に固着される。収束性レンズとして非球面レンズ２８Ｂを用いているので、光ファイバ３２の先端面の光スポットを円形にして結合効率を向上させることができる。
【００７７】
パッケージ本体６０の底面には、ピン６３〜６５が植設され、これらはパッケージ内部でワイヤボンディングにより半導体チップ２４及び２５に接続されている。
【００７８】
筒４１Ｃとパッケージ本体６０との間及びカバー６１とパッケージ本体６０との間が鑞付け又は半田付けにより固着されて封止される。
【００７９】
このように構成された光半導体モジュールは、図１３に示すように、パッケージ本体６０の後部にΩ字形バンド６６が掛けられて、ねじ３４で取付面３５に固定される。
【００８０】
本第９実施形態によれば、パッケージ本体６０に支持孔６２と発光キャリア２２Ｃとが一体形成され、支持孔６２に筒４１Ｃを介してフェルール３０及びレンズ２８Ｂが同軸に支持されているので、パッケージ本体６０の後部をバンド６６で基板に固定することによりパッケージが変形しても、光軸の角度ずれは殆ど生ぜず、高い結合効率を長期間にわたって安定に維持することが可能となる。
【００８１】
また、筒４１Ｃがパッケージ本体６０と別体であるので、組付けが容易である。
【００８２】
［第１０実施形態］
図１４（Ａ）は、本発明の第１０実施形態の同軸型光半導体モジュールの縦断面構成を示す。図１４（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、このモジュールの正面図、側面図及び背面図である。図１４（Ｅ）は、図１４（Ａ）の１５Ｅ−１５Ｅ線に沿った断面図である。
【００８３】
このモジュールでは、筒４１Ｄがパッケージ本体６０Ａと一体形成されている点で、第９実施形態と異なる。筒４１Ｄの発光キャリア２２Ｃ側に不図示のレンズストッパーを置いて、筒４１Ｄにレンズ２８Ｂを固定し、その後、フェルール３０を筒４１Ｄに挿入する。
【００８４】
本第１０実施形態によれば、筒４１Ｄがパッケージ本体６０Ａと一体形成されているので、上記光軸の角度ずれがより生じ難くなり、また、部品点数がより少なくなってコストを低減できる。
【００８５】
なお、本発明には外にも種々の変形例が含まれる。
例えば、上記複数の実施形態の構成部分の組み合わせの構成、例えば図７においてペルチェクーラ５０を単なるヒートシンクで置き換えた構成、２球式を１球式にしてウインド１５を省略した構成、球レンズの替わりに非球面レンズ２８Ｂを用いることにより結合効率を向上させて結合効率向上のための取付調整を簡略化した構成などが本発明に含まれることは勿論である。
【００８６】
また、パッケージ本体６０又は６０Ａの底面から側方に突出したフランジを設けて、光軸が基板に直角になるようにパッケージを該基板に固定してもよい。取付用のフランジやバンドを用いずに、ピン（リード）をプリント基板に接着させる構成であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は、本発明の第１実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図、（Ｂ）は、（Ａ）中の光学系ホルダー４０の平面図、（Ｃ）は、（Ａ）の光半導体モジュールの正面図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）は本発明の第１実施形態の作用効果説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図である。
【図４】（Ａ）は、本発明の第３実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ（Ａ）の５Ｂ−５Ｂ線及び５Ｃ−５Ｃ線に沿った断面図、（Ｄ）及び（Ｅ）はそれぞれ（Ｂ）に対応した第１及び第２の変形例を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は、本発明の第４実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図、（Ｂ）は、（Ａ）中の光学系ホルダー４０Ｃの平面図、（Ｃ）は、（Ａ）の光半導体モジュールの正面図である。
【図６】（Ａ）は、本発明の第５実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図、（Ｂ）は、（Ａ）の光半導体モジュールの正面図である。
【図７】本発明の第６実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図である。
【図８】本発明の第７実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図８の光半導体モジュールの側面図及び正面図である。
【図１０】（Ａ）は本発明の第８実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図、（Ｂ）は（Ａ）中の光学系ホルダーの平面図である。
【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１０（Ａ）の光半導体モジュールの側面図及び正面図である。
【図１２】（Ａ）は本発明の第９実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、このモジュールの正面図、側面図及び背面図、（Ｅ）は（Ａ）の１３Ｅ−１３Ｅ線に沿った断面図である。
【図１３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、図１２の光半導体モジュールの取付状態を示す側面図及び正面図である。
【図１４】（Ａ）は本発明の第１０実施形態の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）及び（Ｄ）はそれぞれ、このモジュールの正面図、側面図及び背面図、（Ｅ）は（Ａ）の１５Ｅ−１５Ｅ線に沿った断面図である。
【図１５】箱型パッケージを用いた従来の光半導体モジュールの縦断面構成を示す図である。
【図１６】（Ａ）及び（Ｂ）は図１５の光半導体モジュールの問題点説明図である。
【符号の説明】
１０、１０Ａ〜１０Ｃ  パッケージ
１１  基板
１２、１２Ａ〜１２Ｃ  フレーム
１２１、１２Ａ１  一面
１３  蓋
１４、２７、２９  パイプ
１５  ウインド
２０  マウントキャリア
２１、２１Ａ〜２１Ｃ  受光キャリア
２２、２２Ａ〜２２Ｃ  発光キャリア
２３  レンズフォルダ
２４、２５  半導体チップ
２６、２８、２８Ａ、２８Ｂ  球レンズ
２８Ｂ  非球面レンズ
３０、５５  フェルール
３１  被覆光ファイバ
３２  光ファイバ
３３  止め孔
３４  ねじ
３５  取付面
３９、３９Ａ、６２  支持孔
４０、４０Ａ〜４０Ｆ  光学系ホルダー
４１、４１Ａ〜４１Ｄ  筒部
４１ａ  先端部
４２、４２Ａ、４２Ｂ  マウントキャリア部
４３  筒孔
４４  溝
４６、４６Ａ  フランジ
４７  ヒートシンク部
４８、４８Ａ  前端壁部
５０  ペルチェクーラ
５１  冷却板
５２  放熱板
５４  ファイバホルダ
５６  リング溝
５７  ファイバ保護キャップ
６０、６０Ａ  パッケージ本体
６１  カバー
６３〜６５  ピン
６６  バンド
【図１】
2004294746.tif 000003
【図２】
2004294746.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004294746.tif 000009
【図８】
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【図９】
2004294746.tif 000011
【図１０】
2004294746.tif 000012
【図１１】
2004294746.tif 000013
【図１２】
2004294746.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2004294746.tif 000017
【図１６】
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