(57)【要約】【課題】セラミックパッケージに金属製のリッドをシーム溶接で接合した際に、セラミックパッケージにクラックが生じる虞のない光モジュールを提供する。【解決手段】光素子２１，２２が搭載されたセラミックパッケージ１１、該セラミックパッケージの開口を覆う金属製のリッド１２、該リッドにジョイントスリーブを介して連結された光ファイバ接続のためのスリーブを備えた光モジュールであって、リッド１２は、セラミックパッケージに接合される平坦部１７とジョイントスリーブが嵌合される円筒部１８とからなり、平坦部１７と円筒部１８との間に応力緩和部１９が形成されている。なお、応力緩和部１８は、平坦部１７の面方向の荷重に対して変形しやすい形状であり、例えば、断面形状がＵ字状に形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子が搭載されたセラミックパッケージ、該セラミックパッケージの開口を覆う金属製のリッド、該リッドにジョイントスリーブを介して連結された光ファイバ接続のためのスリーブを備えた光モジュールであって、
前記リッドは、前記セラミックパッケージに接合される平坦部と前記ジョイントスリーブが嵌合される円筒部とからなり、前記平坦部と前記円筒部との間に応力緩和部が形成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記応力緩和部は、前記平坦部の面方向の荷重に対して変形しやすい形状であ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】
前記応力緩和部の断面形状がＵ字状に撓ませて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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いられるセラミックパッケージ型の光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光通信に用いられる光送信モジュールあるいは光受信モジュール、若しくは光送受信モジュール（以下、光モジュールという）は、発光素子（レーザダイオード：ＬＤ）や受光素子（フォトダイオード：ＰＤ）等の光素子が搭載されたパッケージに、光ファイバを光学的に結合するスリーブを連結して構成される。光通信のための信号光は、パッケージ内のレンズにより集光され、パッケージの光学窓を通して光ファイバに光結合される。
【０００３】
上記のパッケージとして、例えば、特許文献１に開示されるように、より小さくて安価なセラミックパッケージが知られている。このセラミックパッケージは、例えば、矩形状の下部セラミック層の上に、矩形枠状の複数の中間セラミック層を順次積層し、最上端の上部セラミック層に金属製のシールリングを配した積層構造で形成されている。そして、レンズが取り付けられた金属製のリッドの平坦部を、上記のシールリングにシーム溶接で接合し、リッドの円筒部にジョイントスリーブを介して光ファイバ接続のためのスリーブを取付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−９９９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
引用文献１に開示のように、セラミックパッケージの金属製のシールリングに金属製のリッドの平坦部をシーム溶接することにより、セラミックパッケージ内を気密封止することができる。このシーム溶接では、ローラ電極を介してシールリングとリッドの平坦部間に電流を流し、これにより生じるジュール熱で、シールリングおよびリッドに施したメッキが溶解してロウ材が形成され、セラミックパッケージにリッドが接合される。
【０００６】
メッキが、例えば、ニッケルおよび金であるような場合、その材料単体もしくはその合金の融点は１０００℃と非常に高温であり、高温状態でセラミックパッケージにリッドが接合された後、常温環境まで冷却される。このため、セラミックパッケージと金属製のリッドによる線膨張係数の差による残留応力が生じる。また、ローラ電極とリッドとの接触状態によっては、より高いジュール熱が発生し、さらに大きい残留応力が生じる虞がある。この残留応力により、セラミックパッケージにクラックが発生するという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した実状に鑑みてなされたもので、セラミックパッケージに金属製のリッドをシーム溶接で接合した際に、セラミックパッケージにクラックが生じる虞のない光モジュール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】
【０００８】
本発明による光モジュールは、光素子が搭載されたセラミックパッケージ、該セラミックパッケージの開口を覆う金属製のリッド、該リッドにジョイントスリーブを介して連結された光ファイバ接続のためのスリーブを備えた光モジュールであって、リッドは、セラミックパッケージに接合される平坦部とジョイントスリーブが嵌合される円筒部とからなり、平坦部と円筒部との間に応力緩和部が形成されていることを特徴とする。
なお、応力緩和部は、平坦部の面方向の荷重に対して変形しやすい形状であり、例えば、断面形状がＵ字状に形成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、線膨張係数の差により金属製のリッドからの荷重が、靭性の小さいセラミックパッケージに及ぶのを緩和することができ、セラミックパッケージにクラックが生じるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明による光モジュールの一例を説明する図である。
【図２】本発明によるセラミックパッケージとリッドとの接合状態を示す図である。
【図３】本発明によるリッドの形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図により本発明の実施の形態を説明する。図において、１０は光モジュール、１１はセラミックパッケージ、１１ａは下部セラミック層、１１ｂは中間セラミック層、１１ｃは上部セラミック層、１２は金属製のリッド、１３はジョイントスリーブ、１４はスリーブ、１４ａは挿入部、１４ｂは支持部、１５は金属製のシールリング、１６はフレキシブル基板、１７は平坦部、１８は円筒部、１８ａは光学窓、１９は応力緩和部、２０はレンズ、２１は発光素子、２２は受光素子、２３はキャリア、２４は光学部品、２５は封止材、２６はローラ電極を示す。
【００１２】
本発明による光モジュール１０は、図１に示すように、セラミックパッケージ１１の上面にパッケージ内を封止する金属製のリッド１２を接合し、該リッド１２にジョイントスリーブ１３を介して、光ファイバが挿入接続されるスリーブ１４を連結して構成される。リッド１２は、上記のセラミックパッケージ１１との接合のための矩形状の平坦部１７と、ジョイントスリーブ１３と嵌合される円筒部１８とを有している。
【００１３】
ジョイントスリーブ１３は、リッド１２の円筒部１８に嵌合されて軸方向の位置調整により、光ファイバ端との光路長の調心を行ない、スリーブ１４との当接面で軸方向と直交する方向の位置調整により、光ファイバ端との位置ずれに対する調心が行なわれる。ジョイントスリーブ１３を介して、セラミックパッケージ１１とスリーブ１４間の調心が行なわれた後、それぞれの調整部分は接着剤あるいは溶接により固定される。なお、スリーブ１４には、光ファイバ端に取付けられた光コネクタが嵌合接続される挿入孔１４ａ、光トランシーバ等の送受信機器に保持固定する支持部１４ｂなどが設けられている。
【００１４】
セラミックパッケージ１１は、アルミナ等のセラミック材から形成された積層材を複数積層して矩形の有底容器形状に形成され、その開口側に金属製のシールリング１５を接合して、金属製のリッド１２の平坦部１７とシーム溶接が可能なようにされている。また、セラミックパッケージ１１の底壁側には外部回路と接続のための導電パッド（図示省略）が形成されていて、フレキシブル基板１６の導電パッドに半田材等により電気接続するように構成されている。なお、フレキシブル基板１６の他端は、光トランシーバ等の送受信機器内の回路基板に電気接続される。
【００１５】
セラミックパケージ１１は、図２に示すように、例えば、底壁を形成する矩形平板状の下部セラミック層１１ａと、矩形枠形状の中間セラミック層１１ｂと上部セラミック層１１ｃを順次積層し、最上端に金属製のシールリング１５を配した積層構造のものを用いることができる。下部セラミック層１１ａには、光素子等の電子部品への給電や回路接続のための配線路、導電パッド、スルホール（ビア）等が形成される。また、この下部セラミック層１１ａの壁面から放熱を必要とする場合は、下部セラミック層１１ａの一部を金属製の放熱板で形成することもある。
【００１６】
中間セラミック層１１ｂは、図では１層で示してあるが、パッケージ内に実装する部品の大きさや数に応じて、その積層数を増やして収納容積（高さ）を大きくすることができる。そして、一番上の上部セラミック層１１ｃには、例えば、低熱膨張率のコバール等の金属からなる矩形環状のシールリング１５が設けられる。このシールリング１５は、金属製のリッド１２を接合するためのもので、その表面には、ＮｉメッキもしくはＮｉ／Ａｕメッキが施され、上部セラミック層１１ｃの上面にメタライズ等で形成された金属層に、ロウ材等でロウ付けされる。
【００１７】
セラミックパケージ１１内には、レーザダイオード等の発光素子２１、フォトダイオード等の受光素子２２、これらの光素子を所定位置に実装するためのキャリア２３、信号光を光素子に結合するための反射ミラー等の光学部品２４が搭載される。また、レーザダイオードのような発熱部品が実装され、冷却が必要な場合は、電子冷却装置を実装し、底壁側に放熱板を配置して温度制御が可能な構成とすることもできる。
【００１８】
金属製のリッド１２は、図２および図３に示すように、平坦部１７の面に直交する円筒部１８を一体に有する形状で、プレス成形等で形成することができる。また、その表面には、ＮｉメッキもしくはＮｉ／Ａｕメッキが施される。平坦部１７は、セラミックパケージ１１のシールリング１５とほぼ一致する矩形状の外周縁を有し、厚さが０.１ｍｍ〜０.２ｍｍ程度で形成される。円筒部１８は、ジョイントスリーブが嵌合される外径を有し、内部にレンズ２０を保持する円形の光学窓１８ａが設けられている。この光学窓１８ａには、レンズ２０が封止材２５により気密形状で固定される。
【００１９】
平坦部１７と円筒部１８とは、応力緩和部１９を介して一体化されている。応力緩和部１９は、例えば、円筒部１８と同心状で、平坦部１７と円筒部１８との連結部分に断面形状がＵ字状（またはクランク状）になるように撓ませて、変形しやすい形状とすることにより形成することができる。なお、応力緩和部１９の厚さは、平坦部１７の厚さとほぼ同じである。このような形状によれば、例えば、円筒部１８の径方向の伸縮に対して、この伸縮による荷重は、Ｕ字状の撓み部分の変形により吸収されて、平坦部１７の面方向への伝搬を緩和することができる。
【００２０】
上記のリッド１２は、例えば、窒素雰囲気においてセラミックパッケージ１１に接合される。これにより、セラミックパッケージ内部は、窒素雰囲気となって気密封止され、内部に実装された光素子等の電子部品の劣化を防ぎ、長期信頼性を高めることができる。
【００２１】
リッド１２のセラミックパッケージ１１への接合は、シーム溶接により行われる。このシーム溶接は、溶接用のローラ電極２６を金属製のリッド１２の平坦部１７の周縁に押し当てて接触移動させて行われる。ローラ電極２６の押し当てにより、平坦部１７の周縁部分と金属製のシールリング１５との間に電圧が印加されて電流が流れ、その接触界面の接触抵抗によりジュール熱が発生し加熱される。この加熱による熱は、リッド１２およびシールリング１５に施されたＮｉメッキもしくはＮｉ／Ａｕメッキを溶融させ、Ａｕロウ材を形成して接合される。
【００２２】
上記のシーム溶接で、リッド１２の平坦部１７とシールリング１５との接合部分は、１０００℃程度の高温となり、この後常温の２５℃まで冷却される。ここで、例えば、セラミックパッケージ１１がアルミナで形成されていると、その線膨張係数は、７.０×１０−６／度程度あり、シールリング１５にコバールを用いると、その線膨張係数は、５.０×１０−６／度程度であり、リッド１２に５０アロイを用いると、その線膨張係数は、１０.０×１０−６／度程度となる。この場合、これらの線膨張係数差により、セラミックパッケージ１１とリッド１２との接合部分に、０.５％程度の歪が発生する。
【００２３】
この場合、リッド１２の平坦部１７と円筒部１８との間に応力緩和部１９を有しない場合は、上記の歪によって生じる残留応力によって、靱性の低いセラミックパッケージ１１の接合部分にクラックが発生する可能性がある。しかし、リッド１２の平坦部１７と円筒部１８との間に応力緩和部１９を設け、線膨張係数差によって生じる歪を構造変形で吸収させることにより、残留応力を低減させることができ、セラミックパッケージ１１の接合部分にクラックが発生するのを防ぐことができる。
【符号の説明】
【００２４】
１０…光モジュール、１１…セラミックパッケージ、１１ａ…下部セラミック層、１１ｂ…中間セラミック層、１１ｃ…上部セラミック層、１２…金属製のリッド、１３…ジョイントスリーブ、１４…スリーブ、１４ａ…挿入孔、１４ｂ…支持部、１５…金属製のシールリング、１６…フレキシブル基板、１７…平坦部、１８…円筒部、１８ａ…光学窓、１９…応力緩和部、２０…レンズ、２１…発光素子、２２…受光素子、２３…キャリア、２４…光学部品、２５…封止材、２６…ローラ電極。
【図１】
2013021220.tif 000003
【図２】
2013021220.tif 000004
【図３】
2013021220.tif 000005