(57)【要約】【課題】本発明は、フットプリントが小さく、部品数が少なく、放熱性を改善した光トランシーバを提供しようとするものである【解決手段】本発明の１実施形態による光電モジュールは、高い熱伝導率を持つ材料の本体と、本体に整合するフレキシブル回路と、フレキシブル回路に電気的に結合され、活性領域を持つ少なくとも１つの光電素子を含んだウエハレベル・パッケージと、光ファイバ・コネクタと一致する形状を持ち、光電素子の活性領域を光ファイバとアライメントさせる構造を含むアライメント素子と、光ファイバ・コネクタと結合するように本体へと取り付けられたファイバ・レセプタクルとを有する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱用に高い熱伝導率を持つ材料を含む本体と、
前記本体に適合するフレキシブル回路と、
前記本体に取り付けられ、前記フレキシブル回路に電気的に結合されるウエハレベル・パッケージであって、活性領域を持つ少なくとも１つの光電素子を含む前記ウエハレベル・パッケージと、
前記ウエハレベル・パッケージに取り付けられたアライメント素子であって、光ファイバ・コネクタと一致する形状を持ち、前記光電素子の前記活性領域を光ファイバとアライメントさせる構造を含む前記アライメント素子と、
光ファイバ・コネクタと結合するように前記本体へと取り付けられたファイバ・レセプタクルとを有する光電モジュール。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
光ファイバ・ネットワーキング・システムにおける光トランシーバは、一般にネットワークカード上に搭載されている。各ネットワークカード上に設けることが出来るトランシーバ数を増やし、ネットワークカード自体のサイズを縮小する為には、光トランシーバの寸法を小さくすることが望ましい。また、データ伝送速度の更なる高速化に伴い、光トランシーバの設計にあたっては適切な放熱手段も考えなければならない。現在の伝送速度は約１０ギガビット・パー・セカンド（Ｇｂｐｓ）である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
従来のトランシーバにおいては、光トランスミッタ、レシーバ及び関連回路は、個々にパッケージングされ、プリント回路基板（ＰＣＢ）上に搭載された別個の集積回路（ＩＣ）部品である。これらのＩＣは、ＰＣＢ上に搭載された後に熱伝導性材料によりヒートシンクへと取り付けられていた。ＰＣＢ及びＩＣパッケージは相対的に大きく、これにより光トランシーバの全体サイズとフットプリント（設置面積)が大きくなってしまう。また、部品数の多さも製造及び組立工程の時間、難易度及び費用を増大させる結果となっている。更にこの部品からの熱除去方法では、更なる材料コストや熱伝導性中間挿入材料、そして追加組立工程が生じることから費用がかかる。
【０００３】
この結果、フットプリントが小さく、部品数が少なく、放熱性を改善した光トランシーバへの要求が未だに存在するのである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施例においては、光トランシーバは、光トランシーバ用ヒートシンクとしての役割を持つ本体を含んでいる。ウエハレベル・パッケージは、本体の第一の面に取り付けられている。このウエハレベル・パッケージは、発光素子又は光デテクタの様な光電素子を少なくとも１つ含んでいる。ウエハレベル・パッケージには、光ファイバとこの光電素子とのアライメント（整合)用にアライメント素子が取り付けられている。本体には光ファイバを固定保持する為のファイバ・レセプタクルが取り付けられている。本体の第二の面には１つ以上の補助部品が設けられていても良い。これらの補助部品を覆って保護する為に、オプションのカバーを本体に取り付けることも可能である。フレキシブル回路は柔軟な材料から作られ、本体に取り付けられる。フレキシブル回路は、補助部品とウエハレベル・パッケージに電気的に接続される。フレキシブル回路は更に、光トランシーバ外部の回路と接続する為の接触も持っている。
【０００５】
本発明の更なる特徴及び利点は、本発明の推奨される実施例の構造及び作用と共に、添付図を参照しつつ以下に詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の教示内容に基づいて構築された光トランシーバの一実施例を示している。図１Ａは分解図であり、図１Ｂは組み立て後の光トランシーバを示している。光トランシーバ１１は、第一の面１４及び第二の面１２を有する本体１３を含んでいる。本体１３は、光トランシーバ１１のヒートシンクとしての役割を持つ。ウエハレベル・パッケージ１６は本体１３の第一の面１４に取り付けられる。ウエハレベル・パッケージ１６は、発光素子又は光デテクタのような光電素子を少なくとも１つ含んでいる。この光電素子へと光ファイバ（図示せず）をアライメントする為に、アライメント素子１７がウエハレベル・パッケージ１６へと取り付けられている。光ファイバを固定して保持する為にファイバ・レセプタクル１９が本体１３へと取り付けられている。
【０００７】
本体１３の第二の面１２上には、１つ以上の補助部品２１（マイクロプロセッサ、抵抗器、ＥＥＰＲＯＭ、ＲＯＭ等）を取り付けることが出来る。図１においては、単純化の為に１つの補助部品２１しか描かれていないが、より多くの部品を使用しても良い。補助部品２１は、ウエハレベル・パッケージ１６とその中にある光電素子の機能制御を実施する為に設けることが出来る。補助部品２１を覆って保護する為に、本体１３にはオプションのカバー２５を取り付けても良い。オプションのカバー２５は金属シート或いは他の材料で形成することが出来る。
【０００８】
粘着剤、接着剤又は他の取り付け手段によりフレキシブル回路２３が本体に取り付けられる。フレキシブル回路２３は、外部部品への接続用の導電性トレース（図示せず）及び接触サイト（図示せず）を含んでいる。フレキシブル回路２３は、本体１３の形状に合致して適合する柔軟材料から作られている。フレキシブル回路２３には、ウエハレベル・パッケージ１６及び補助部品２１の周囲に勘合する１つ以上の穴２４が切り抜かれている。一実施例においては、フレキシブル回路２３は穴２４の切り抜きを持たない部品であり、ウエハレベル・パッケージ１６及び補助部品２１がフレキシブル回路２３上に設けられている。フレキシブル回路２３は本体の形状に適合するものである為、従来のＰＣボードのように貴重なスペースを無駄にすることが無い。
【０００９】
補助部品２１及びウエハレベル・パッケージ１６はワイヤボンディング、はんだ付け、又は電気接続を作る為の他の技術によりフレキシブル回路２３上の接触サイトへと電気的に接続されている。フレキシブル回路２３の導電性トレースは、補助部品２１をウエハレベル・パッケージ１６へと電気的に接続する。フレキシブル回路２３は更に光トランシーバ１１外部の部品への接続を提供する接触サイトも含んでいる。
【００１０】
ウエハレベル・パッケージ１６及び補助部品２１は本体１３へと直接搭載することが出来る為、熱の伝達は部品と本体１３との間でより効率的に行われる。従って本発明は、従来の光トランシーバよりも優れた放熱性を持つものである。
【００１１】
図１Ａ、図１Ｂに示したファイバ・レセプタクル１９は、ｍｉｎｉ  ＭＴ−ＲＪ光ファイバ・コネクタと勘合するように設計されている。しかしながら、ファイバ・レセプタクル１９は、ＭＰＯ、ＭＴ−ＲＪ、ＦＣ、ＬＣ、ＳＣ及びＳＴタイプのコネクタ等、他の種類の光ファイバ・コネクタと勘合するように容易に適応させることが出来る。ファイバ・レセプタクル１９はタブ２０又は他の構造を持っており、これが本体１３上の切り込み４５等へと連結することによりファイバ・レセプタクル１９が所定位置に固定維持される。ファイバ・レセプタクル１９の本体１３への固定は、他の様々な機構を用いて実施しても良い。ファイバ・レセプタクル１９は、光レシーバ１１からの電磁干渉（ＥＭＩ）を低減する上で好適な金属から作ることが出来る。プラスチックのような他の非金属材料も使用可能ではあるが、その場合は金属の持つＥＭＩ低減能力を欠くことになる。ファイバ・レセプタクル１９は射出成形又は他の方法により作ることが出来る。
【００１２】
図２Ａ〜図２Ｄは、本体１３を複数の異なる方向から見た場合の図である。図２Ａは平面図、図２Ｂは側面からの斜視図、図２Ｃは側面図、そして図２Ｄは本体１３の正面図である。本体１３は放熱用に高い熱伝導率を持つ金属又は他の材料から形成される。例えば一実施例においては、本体１３は射出成形されたアルミニウム部品である。本体１３は一体成型されたヒートシンク・フィン１５のような構造を含むものであっても良い。一体成型されたヒートシンク・フィン１５は、放熱性を高める為に本体１３の露出表面積を増大させる空洞部又は突出部のような構造である。本体１３はフレキシブル回路２３の位置を決める為に用いる突起４３を持っている。フレキシブル回路２３は、フレキシブル回路２３を本体１３へと取り付ける際にこれらの突起４３に勘合するように作られた対応する穴を含んでいても良い。これらの突起４３はまた、光トランシーバ１１を対応するネットワークカード上の所定位置へとガイドする為に用いることも出来る。この場合、対応ネットワークカードは突起４３に一致する構造を含むことになる。
【００１３】
一実施例においては、本体１３の第一の面１４はオプションとして窪ませた空洞部２７を持っており、ここにウエハレベル・パッケージ１６が搭載される。第二の面１２もオプションとして窪ませた空洞部２７を持ち、ここに補助部品２１が搭載される。本体１３は更に、ファイバ・レセプタクル１９及びオプションのカバー２５を本体１３へと固定する為の切り込み４５又は他の取り付け用構造も含んでいる。
【００１４】
図３Ａ及び図３Ｂは、ウエハレベル・パッケージ１６をより詳細に示す図である。図３Ａはウエハレベル・パッケージ１６の分解図である。ウエハレベル・パッケージ１６はサブマウント５１、１つ以上の光電素子５３及びリッド５５を含んでいる。サブマウント５１はシリコン、ヒ化ガリウム又は他の同様の材料から成る基板である。サブマウント５１は光電素子５３を取り付ける為の接触サイト５７を持っている。サブマウント５１は、光電素子５３用の電気トレース及び回路（ドライバやアンプ等）を集積化して製作される。抵抗器等の他の回路もまたサブマウント５１中に製作される。
【００１５】
光電素子５３は、発光素子（垂直共振器表面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）、エッジ発光ダイオード等）、光デテクタ（フォトダイオード、フォトトランジスタ等）、又はこれらの組み合わせとすることが出来る。図３Ａに示した実施例では、光電素子５３は光データ伝送用のＶＣＳＥＬ、ＶＣＳＥＬの出力を監視するモニタ・フォトダイオード、及び光データ受信用のＰＩＮダイオードを含んでいる。この実施例は光トランシーバとして作用するものである。一実施例においては、光電素子５３は発光素子及びオプションのモニタ・フォトダイオードから成り、この実施例の場合はトランスミッタの作用を持つ。また、一実施例においては、唯一の光電素子５３はＰＩＮダイオードのようなデテクタであり、この実施例の場合はレシーバの作用を持つ。光電素子５３をサブマウント５１へと接続する方法には様々なものがある。例えば、光電素子５３の１つが背面発光型ＶＣＳＥＬ又は背面照射型フォトダイオードである場合、これを接触サイト５７へとフリップチップ方式で取り付けることが出来る。代わりに、光電素子５３を単にサブマウント５１の所定位置へとはんだ付けし、その後サブマウント５１上の接触パッド（図示せず）へとワイヤボンディングすることも可能である。
【００１６】
サブマウント５１上のガスケット５９は接触サイト５７を囲んでいる。ガスケット５９は金属製のはんだリング又は他の封止材料とすることが出来る。筐体のリッド５５がサブマウント５１のガスケット５９部に取り付けられ、光電素子５３用に気密封止空洞が形成される。リッド材料は光トランシーバ１１の作動光波長に対して好適な透明性を持っていなければならない。光電素子５３は活性領域（発光又は光検出領域）上に一体成型されたレンズを有する場合もあり、レンズは光電素子５３自体の表面に設けられている、或いは表面上に位置する構造体によって支持されている。レンズはまた、一体成型レンズ６１のようにリッド５５の一部として形成することも出来、リッド５５がサブマウント５１へと取り付けられた場合に光電素子５３の活性領域とレンズがアライメントされるようになっていても良い。図３Ｂは一体成型レンズ６１を持つリッド５５の後面図である。リッド５５は、伝送される光の一部を屈折させてモニタ素子へと向ける反射面を内蔵していても良い。
【００１７】
ウエハレベル・パッケージ１６は光電素子とドライバを１つの合理化されたパッケージ中へと集積化したものであり、これによって部品数が低減されている。一体成型レンズと反射面を持つウエハレベル・パッケージに関するより詳細な情報は、米国特許出願第１０／６６６４４２号（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）、米国特許出願第１０／６６５６８０号（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｐａｃｋａｇｅ  Ｗｉｔｈ  Ｔｕｒｎｉｎｇ  Ｍｉｒｒｏｒ  ａｎｄ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ  Ｐｏｓｔ）、又は米国特許出願第１０／６６６３６３号（Ｗａｆｅｒ−Ｌｅｖｅｌ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  ｏｆ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｄｅｖｉｃｅｓ）に記載されている。ウエハレベル・パッケージとフレキシブル回路の利用により、光トランシーバ１１を劇的に小型化することが可能である。概算によれば、本発明の光トランシーバ１１はＸｅｎｐａｋ、Ｘ２、ＳＦＦ及びＳＦＰのような従来のトランシーバの３分の１以下のフットプリントまで縮小出来る可能性がある。
【００１８】
図４Ａ〜図４Ｄは、アライメント素子１７の詳細を示す図である。図４Ａは斜視図、図４Ｂは後面図、図４Ｃは側面図、そして図４Ｄは平面図である。アライメント素子１７は射出成形、又はモノリシック構造の部品を作ることが出来る他のプロセスによって作られた単体部品である。従来のアライメント素子は２つ以上の別個の部品であり、それぞれが光電素子への別々の取り付け工程を要するものであった。本発明は単体のアライメント素子１７を提供しており、従って光トランシーバ１１の製造及び組み立てに要する部品数を低減するものである。
【００１９】
アライメント素子１７はプラスチック、ガラス、又は光トランシーバ１１の作動光波長に対して好適な透明性を持つ他の材料から作られる。アライメント素子１７は前面７５及び背面７７を持っている。背面７７は好適な透光性接着剤又は他の固定手段によりウエハレベル・パッケージ１６のリッド５５へと取り付けられる。アライメント素子１７の前面７５には、光ファイバからの背面反射を低減する為にスロープをつけることが出来る。
【００２０】
アライメント素子１７は、光ファイバ・コネクタと勘合、インターロック又は一致する構造を持っており、これにより光電素子５３の活性領域が光ファイバとアライメントされるものである。例えば、図４Ａ〜図４Ｄに示した実施例においては、アライメント素子１７は２本のポスト７１を持っており、これがファイバ・コネクタを、ウエハレベル・パッケージ１６中の光電素子５３とアライメントされる位置へとガイドする。ｍｉｎｉ  ＭＴ−ＲＪコネクタは、ポスト７１と勘合させることが出来る対応するメス型造作を含むフェルールを持っている。光電素子５３が送る、或いは受ける光信号の経路は、アライメント素子１７を通じてポスト７１間を通り、フェルール中の光ファイバへと至っている。ポスト７１は、他種の光ファイバ・コネクタにも容易に適合させることが可能である。一実施例においては、光信号経路はアライメント素子１７のポスト７１中を通る。このようなアライメント素子はＬＣ、ＳＴ及びＳＣタイプのコネクタの接続に好適である。
【００２１】
本発明の詳細を特定の実施例に基づいて説明して来たが、本発明の属する分野の当業者にとっては、本願請求項の趣旨及び範囲から離れることなく様々な変更及び強化を加えることが可能であることは明らかである。
【００２２】
本発明の実施態様の一部を下記に例示する。
（実施態様１)：放熱用に高い熱伝導率を持つ材料を含む本体（１３）と、
前記本体（１３）に適合するフレキシブル回路（２３）と、
前記本体（１３）に取り付けられ、前記フレキシブル回路（２３）に電気的に結合されるウエハレベル・パッケージ（１６）であって、活性領域を持つ少なくとも１つの光電素子（５３）を含む前記ウエハレベル・パッケージ（１６）と、
前記ウエハレベル・パッケージ（１６）に取り付けられたアライメント素子（１７）であって、光ファイバ・コネクタと一致する形状を持ち、前記光電素子の前記活性領域を光ファイバとアライメントさせる構造を含む前記アライメント素子（１７）と、
光ファイバ・コネクタと結合するように前記本体へと取り付けられたファイバ・レセプタクルとを有する光電モジュール。
（実施態様２)：前記アライメント素子（１７）が前記光ファイバ・コネクタ上のフェルールと勘合することを特徴とする実施態様１に記載のモジュール。
（実施態様３)：前記本体（１３）へと取り付けられた補助部品（２１）を更に具備し、前記補助部品が前記フレキシブル回路（２３）を通じて前記ウエハレベル・パッケージ（１６）と結合することを特徴とする実施態様２に記載のモジュール。
（実施態様４)：前記補助部品（２１）を覆うように前記本体（１３）へ取り付けられたカバー（２５）を更に具備することを特徴とする実施態様３に記載のモジュール。
（実施態様５)：前記ファイバ・レセプタクル（１９）がｍｉｎｉ  ＭＴ−ＲＪコネクタであることを特徴とする実施態様１に記載のモジュール。
（実施態様６)：前記ファイバ・レセプタクル（１９）がＭＰＯ、ＭＴ−ＲＪ、ＦＣ、ＬＣ、ＳＣ及びＳＴコネクタから成るグループから選択されたタイプのものであることを特徴とする実施態様１に記載のモジュール。
（実施態様７)：前記ウエハレベル・パッケージ（１６）が、第一の面と前記第一の面上に形成されたガスケット（５９）とを含むサブマウント（５１）であって、前記光電素子（５３）がガスケット（５９）中の前記第一の面に取り付けられた前記サブマウント（５１）と、
前記サブマウント（５１）の前記ガスケット（５９）に取り付けられ、前記光電素子を包含する筐体を形成するリッド（５５）とを具備することを特徴とする実施態様１に記載のモジュール。
（実施態様８)：前記サブマウント（５１）が第一のウエハを含み、前記リッド（５５）が第二のウエハを含むことを特徴とする実施態様７に記載のモジュール。
（実施態様９)：前記ウエハレベル・パッケージ（１６）が、前記光電素子（５３）を駆動するため前記サブマウントに形成されたドライバを具備することを特徴とする実施態様８に記載のモジュール。
（実施態様１０)：前記ウエハレベル・パッケージ（１６）が、前記光電素子（５３）からの信号を増幅するため前記サブマウントに形成されたアンプを更に具備することを特徴とする実施態様８に記載のモジュール。
（実施態様１１)：前記光電素子（５３）が活性領域を含み、前記ウエハレベル・パッケージ（１６）の前記リッド（５５）が、前記光電素子（５３）の前記活性領域とアライメントされた一体成型レンズ（６１）を含むことを特徴とする実施態様８に記載のモジュール。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】光トランシーバの一実施例を示す分解図である。
【図１Ｂ】組み立て後の図１Ａの光トランシーバを示している。
【図２Ａ】本体の平面図である。
【図２Ｂ】本体の斜視図である。
【図２Ｃ】本体の側面図である。
【図２Ｄ】本体の正面図である。
【図３Ａ】ウエハレベル・パッケージをより詳細に示す分解図である。
【図３Ｂ】一体成型レンズを持つリッドの後面図である。
【図４Ａ】アライメント素子の斜視図である。
【図４Ｂ】アライメント素子の後面図である。
【図４Ｃ】アライメント素子の側面図である。
【図４Ｄ】アライメント素子の平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１３：本体
１６：ウエハレベル・パッケージ
１７：アライメント素子
１９：ファイバ・レセプタクル
２１：補助部品
２３：フレキシブル回路
２５：カバー
５１：サブマウント
５３：光電素子
５５：リッド
５９：ガスケット
６１：一体成型レンズ
【図１Ａ】
2005284281.tif 000003
【図１Ｂ】
2005284281.tif 000004
【図２Ａ】
2005284281.tif 000005
【図２Ｂ】
2005284281.tif 000006
【図２Ｃ】
2005284281.tif 000007
【図２Ｄ】
2005284281.tif 000008
【図３Ａ】
2005284281.tif 000009
【図３Ｂ】
2005284281.tif 000010
【図４Ａ】
2005284281.tif 000011
【図４Ｂ】
2005284281.tif 000012
【図４Ｃ】
2005284281.tif 000013
【図４Ｄ】
2005284281.tif 000014