JPH10242505A - 光通信モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 外力による変形に対して十分な強度を持つと
ともに、良好な放熱性と電磁波ノイズに対する遮蔽性と
を持つ安価なケースを備えた光通信モジュールを提供す
る。 【解決手段】 金属製ケース本体１の底部６に基板３を
搭載し、基板３のＧＮＤ層をＧＮＤ端子１２により外部
のＧＮＤと導通させ、金属製ケース本体１と金属製ふた
２を導通状態でかつ伝熱状態で接合し、十分な強度を持
たせるとともに、金属製ケース全体からの放熱により放
熱効率を高め、しかも、金属製ケース全体を電磁波遮蔽
物とする。外力による変形に対して十分な強度を持ち、
放熱効率が高く、電磁波ノイズの遮蔽性を持った安価な
金属製ケースを備えた光通信モジュールが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信モジュール
に係り、特に、外力による変形に対して十分な強度を持
ち、放熱性が高く、電磁波ノイズの遮蔽性にも優れた光
通信モジュールを実現するためのパッケージの構造に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の面実装用光通信モジュールは、半
導体レーザチップなどの発光素子またはフォトダイオー
ドなどの受光素子を搭載した基板を内部に備えており、
基板上でそれらの素子と光ファイバとを直接またはレン
ズ系を使って光結合させ光結合系を構成し、または、基
板に形成された光導波路とそれらの素子とを光結合させ
て光結合系を構成している。

【０００３】この種の光結合系は、各部品の位置がずれ
ると、光結合効率が大きく変動し、光通信モジュールと
しての特性が変化してしまうので、位置ずれの原因とな
る外力による変形をできるかぎり避ける必要がある。そ
のため、『１９９６年 電子情報通信学会予稿集』Ｃ−
１８８ に示されるように、セラミックパッケージまた
は樹脂パッケージに光結合系を入れ、ふたを接着しまた
ははんだ付けしてケースとし、物理的外力から保護して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、セラミックパ
ッケージは高価であり、強度を保ちつつ光結合系の収納
に適する形状に成形するには、多数のセラミック板の焼
成接合またはセラミック板との金属とのろう付けなどが
必要となり、コストアップを招く。一方の樹脂パッケー
ジの場合、任意の形状を作り易いが、セラミックよりも
物理的強度が低く、100〜200℃の温度では、容易に熱変
形を起こす。また、セラミックも樹脂も絶縁性が高いの
で、電磁波ノイズに対する遮蔽のため、パッケージの基
板搭載面にＧＮＤ端子と導通した導電面を蒸着形成する
などの特殊な加工が必要である。

【０００５】さらに、内部素子が発光素子である場合、
発生する熱を外部に放出しなければならないが、セラミ
ックも樹脂も材料自体の伝熱性が低いため、モジュール
の実装時には、モジュールに放熱フィンを密着させまた
はモジュール底面に伝熱シートなどを介在させて実装す
るなどの放熱手段が必要であった。

【０００６】また、特開昭63−228112号公報に記載の光
通信モジュールは、基板を用いていないので、光能動部
品などの発熱する素子の放熱効率が低い。

【０００７】特開平５−333248号公報に記載の光通信モ
ジュールは、基板を用いてモジュールを形成してある
が、ＧＮＤとケースとが接続されていないから、電磁ノ
イズを遮蔽する機能に問題があった。

【０００８】さらに、特開平８−136774号公報に記載の
光通信モジュールは、ＧＮＤの取扱いについての配慮が
何も記載されていないので、電磁ノイズを十分に遮蔽で
きるか否かが不明である。

【０００９】特開平４−022908号公報に記載の光通信モ
ジュールは、従来の光通信モジュール製造に際して、基
板がパッケージの底板に全面的に固定されていたので、
パッケージのフランジにふたをシーム溶接するときに、
パッケージの底板が変形する問題の影響を指摘し、パッ
ケージの底板に段差部を形成し、この段差部に基板を収
納して固定する構造を提案している。しかし、基板をパ
ッケージの底板にスポット溶接するとき生ずる歪の影響
を無視してもよい根拠の説明が不十分であり、特に、段
差部の底板と基板との間に空間ができてしまうので、伝
熱による放熱効率が確実に低下する問題については、何
も対策を示していない。

【００１０】本発明の目的は、外力による変形に対して
十分な強度を持ち、良好な放熱性と電磁波ノイズに対す
る十分な遮蔽性とを持つ安価なケースを備えた光通信モ
ジュールおよびその面実装基板への搭載方法を提供する
ことである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、光能動部品，光受動部品，光ファイバな
どの素子を組合せて基板上に光結合系を形成した光通信
モジュールにおいて、光通信モジュールのパッケージ
が、光信号を入出力する光ファイバを通すための孔と電
気信号を入出力するための電気信号端子とを備え物理的
外力および／または熱変動に伴う変形に耐える形状の金
属製ケース本体と、金属製ケース本体の金属製ふたとか
らなる金属製ケースであり、光結合系の基板が、金属製
ケース本体底部に密着して搭載され、金属製ふたが、金
属製ケース本体に導通状態および伝熱状態で固着され、
電気信号端子の少なくとも一つが、金属製ケース本体と
電気的に接続され、外部で接地されるＧＮＤ端子である
光通信モジュールを提案するものである。

【００１２】光結合系を納めた金属製ケース本体の少な
くとも一部に良熱伝導性樹脂を充填することができる。

【００１３】金属製ケース本体が、側壁上端に外側への
張り出しを持ち、金属製ふたが、側壁上端に対向する縁
に内側に屈曲した張り出しを持ち、金属製ふたの屈曲し
た張り出しと金属製ケース本体の張り出しとが嵌まり合
い、金属製ケース本体と金属製ふたとを導通状態および
伝熱状態で接続するようにしてもよい。

【００１４】いずれの光通信モジュールにおいても、金
属製ふたが、表面積を増すための溝，張り出し，突起の
少なくとも一つを有する。

【００１５】上記いずれかの光通信モジュールを面実装
基板に搭載する方法において、金属製ケース本体を面実
装基板のＧＮＤパターンに導通状態および伝熱状態で固
定することが可能である。

【００１６】本発明における金属製ケース本体は、外力
による変形に対して十分な強度を持つために、金属製ケ
ース本体の底部に光結合系を搭載すると、光結合系の位
置ずれによる光結合効率の変化を回避できる。金属製ケ
ース本体と金属製ふたとをＧＮＤ端子に導通させると、
電磁波ノイズに対する十分な遮蔽性を実現できる。しか
も、金属製ケースの伝熱性が高いので、良好な放熱性を
確保できる。

【００１７】また、光結合系を納めた金属製ケース本体
の底部に良熱伝導性の樹脂を充填すれば、発光素子など
の発熱体から金属製ケースへの伝熱効率が上がり、放熱
性をより一層高められる。

【００１８】さらに、金属製ケース本体の側壁上端に外
側への張り出しを設け、金属製ふたの縁に内側に屈曲し
た張り出しを設け、金属製ふたの屈曲した張り出しを金
属製ケース本体の張り出しに引っかけると、金属製ケー
ス本体と金属製ふたとは、接合状態を維持する構造とな
る。その結果、はんだや導電性樹脂を用いて金属製ふた
と金属製ケース本体とを接着しなくても、金属製ふたと
金属製ケース本体との間の導電性および伝熱性を十分に
確保できる。

【００１９】金属製ふたに溝や凸状構造などを形成し、
金属製ケースの表面積を増し、放熱効率を上げると、放
熱フィンや伝熱シートなどを別に用いなくとも、光通信
モジュールの放熱性を十分に確保できる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明による光通信モジ
ュールの一実施例の概略の構造を示す斜視図であり、図
２は、図１の光通信モジュールの構造を示す縦断面図で
ある。基板３は、Ｓｉまたはガラスからなる。基板３の
表面には、フォトリソグラフィにより半導体レーザ素子
(ＬＤ)４に電源を供給する配線や受光フォトダイオード
(ＰＤ)５からの電気信号を伝える配線が形成されてお
り、ＬＤ４，ＰＤ５が配線上に配置され、はんだ付けに
より配線と接合している。なお、回路の一部は、ワイヤ
ボンディング９により配線されている。基板３上のＶ溝
１０には、光ファイバ１１が、ＬＤ４と光結合するよう
に実装され、外部に光信号を出力する。ＬＤ４およびＰ
Ｄ５と光ファイバ１１との端部は、結露を防止するとと
もにガスなどによる端面の劣化を防ぐため、図２に示す
ように、光透過性を持つ樹脂１５により覆われる場合も
ある。

【００２１】図１の実施例の光通信モジュールの金属製
ケース本体１は、コバール (Fe−17Co−29Ni)，４２ア
ロイ(Fe−42Ni)，ステンレス(SUS430)などの金属を材質
としている。光結合は基板３上でなされており、金属製
ケース本体１には、高い寸法精度は要求されないので、
プレス加工などの安価な方法で所定の形状に加工でき
る。金属製ケース本体１の底部６には、基板３が、樹脂
により接着されまたははんだ付けされて、金属製ケース
本体１と密着しており、入出力用の電気信号端子８が設
けられている。電気信号端子８は、金属製ケース本体１
底部６を貫通して設けられ、金属製ケース本体１とは、
低融点ガラス７により、電気的絶縁を保って固定され
る。電気信号端子８のうち、ＧＮＤ端子１２のみが、金
属製ケース本体１とろう付け接続され、導通状態とな
る。

【００２２】各電気信号端子８は、基板３の配線とワイ
ヤボンディングにより結線される。金属製ケース本体１
の一つの側壁には、光ファイバ１１を通すための孔１３
が開けられている。金属製ふた２は、４２アロイやステ
ンレスなどの金属を材質としており、金属製ケース本体
１と同様、プレス加工などにより安価に製造できる。

【００２３】図２に示すように、金属製ふた２は、はん
だまたは樹脂の接着剤１４により金属製ケース本体１に
接着されてケースとなる。樹脂を利用する場合、金属製
ケース本体１と金属製ふた２との間に樹脂が流れ込ん
で、金属製ケース本体１と金属製ふた２との接触面積が
減ってしまうおそれがある。そこで、金属製ケース本体
１と金属製ふた２との導通性および伝熱性を確保するす
るため、樹脂としては、ＡｌやＡｇなどのフィラーを含
有した導電性および熱伝導性の高い種類を利用する。

【００２４】このような金属製ケース本体１はＧＮＤ端
子１２と導通しており、金属製ふた２は金属製ケース本
体１と導通しているので、基板３の周囲にはＧＮＤ端子
１２と導通した囲いができ、外部からの電磁波ノイズの
進入を防ぐとともに、内部で発生する電磁波ノイズの発
散を防ぐ遮蔽物として働く。また、ＬＤ４で発生した熱
は、ワイヤボンディング９と電気信号端子８とを通して
放熱されるとともに、基板３を通して金属製ケース本体
１と金属製ふた２にも伝熱し、空間に放熱されるので、
金属製ケース本体１の底部の外に伝熱シートを接着した
り放熱フィンを外装するなどの補助手段を講じなくて
も、十分な放熱性を確保できる。

【００２５】図３は、本発明による光通信モジュールの
他の実施例の構造を示す縦断面図である。図３の実施例
においては、基板３を入れた金属製ケース本体１の底部
６には、電気的絶縁性を持ちしかも高い伝熱性のフィラ
ー入り樹脂１６が充填されている。この良熱伝導性樹脂
１６により、ＬＤ４などの発熱部から金属製ケース本体
１および金属製ふた２への伝熱効率を上げられるので、
金属製ケースを利用してより効果的に放熱できる。ま
た、光ファイバ１１は、基板３上のＶ溝１０と光ファイ
バ押え板１７に挟まれ保持されている。光ファイバ押え
板１７は、基板３に対し接着剤１８により固定されてい
る。

【００２６】図４は、本発明による光通信モジュールの
別の実施例の構造を示す縦断面図である。図４の実施例
においては、ＬＤ４は、基板３上の光導波路３０と光結
合している。導波路３０の途中には、スリット３１が設
けられ、光学フィルタ３２が接着剤３３により固定され
ている。このような場合、電気的絶縁性を持ちかつ伝熱
性の高いフィラー入り樹脂１６が、フィルタ３２に接触
すると、熱膨張によりまたは樹脂１６に含まれる化学物
質などにより、フィルタ３２の特性を劣化させたり破損
させたりする可能性がある。そこで、樹脂１６として
は、チキソ性の高い樹脂を用い、基板３のＬＤ４の近く
だけを樹脂１６で覆うようにする。

【００２７】図５は、図１の光通信モジュールの実施例
における金属製ケース本体１と金属製ふた２とを下方か
ら見た図であり、図６は、図５の金属製ケース本体１と
金属製ふた２とを接合時に変形させる様子を示す縦断面
図であり、図７は、図５の光通信モジュールの組立て後
の接合状態を示す縦断面図である。図５の実施例の場
合、金属製ケース本体１は、側壁の上端に外側への張り
出し１９を持っている。一方、金属製ふた２は、内側に
屈曲した張り出し２０を持っている。金属製ケース本体
１の張り出し１９の幅Ｌ１は、金属製ふた２の張り出し
２０の開口幅Ｌ２よりも大きい。

【００２８】金属製ふた２の中央部分に荷重２１をかけ
ながら、金属製ケース本体１に押し付けると、図６に示
すように、金属製ふた２が弾性範囲内で変形し、開口幅
が広がり、金属製ケース本体１の張り出し１９が、金属
製ふた２の張り出し２０を通過できる。通過後、金属製
ふた２の中央への荷重２１を取り除くと、図７に示すよ
うに、金属製ふた２は、弾性で元の形状に戻ろうとする
ので、金属製ふた２の屈曲した張り出し２０で金属製ケ
ース本体１の張り出し１９を引っかける構造となり、金
属製ケース本体１と金属製ふた２とが接合され、電気的
および熱的接触状態を維持できる。

【００２９】その結果、金属製ケース本体１と金属製ふ
た２は、十分な導電性と伝熱性とを確保できる。また、
金属製ケース本体１と金属製ふた２との接合部に接着剤
を充填する場合でも、金属製ケース本体１と金属製ふた
２とは、既に接合しているので、接着剤を硬化させてい
る間、金属製ケース本体１と金属製ふた２の位置を外力
により保持しておく必要はない。

【００３０】金属製ケース本体１の張り出し１９と金属
製ふた２の張り出し２０とは、必ずしも全周に亘って形
成す必要はない。接触面積が大きい方が伝熱性が高くな
るので、長手方向に平行な両側壁に設けると、放熱性の
点では効果的である。

【００３１】図８は、本発明による金属製ふたに放熱構
造を持つ光通信モジュールの一実施例の外観を示す斜視
図であり、図９は、図８の実施例の金属製ふたの縦断面
を示す図である。図８の実施例の金属製ふた２は、長手
方向の両側に金属製ケース本体１との接合用の張り出し
２０を持っている。金属製ふた２の上面は、張り出し２
０と平行に凸状構造２２が設けられており、金属製ふた
２の表面積を増し、光通信モジュール全体の放熱性を高
めている。

【００３２】その結果、発熱量の大きいＬＤ４を搭載し
た場合でも、放熱フィンや伝熱シートなどの補助手段を
追加せずに、十分な放熱性を持った光通信モジュールを
実現できる。金属製ふた２の凸状構造２２は、精度を要
求されないので、プレス加工などの方法で安価に形成で
きる。

【００３３】なお、図１０に示すように、凸状構造２２
を図７の例とは直交する方向に設けると、金属製ふた２
の剛性が高まり、金属製ふた２の弾性変形を利用する接
合が困難になるので、図８おおよび図９に示した方向が
望ましい。

【００３４】図１１は、本発明による光通信モジュール
の基板への搭載構造の一実施例を示す縦断面図である。
モジュール搭載基板２３には、電気信号端子用配線パッ
ド２５が設けられており、光通信モジュールの表面実装
用電気信号端子８は、配線パッド２５にはんだで固定さ
れ、基板２３上の配線２６と導通している。モジュール
搭載基板２３上の光通信モジュールの金属製ケース本体
１の下には、電気信号端子８部分を除いて、基板２３の
ＧＮＤ層２８と導通するＧＮＤパターン２４が設けられ
ている。

【００３５】ＬＤ４からの発熱は、金属製ケース本体
１，はんだ２９，ＧＮＤパターン２４などを経て、基板
２３のＧＮＤ層２８も利用して放熱できるので、モジュ
ールの放熱効率が、大幅に高まる。また、ケース本体１
は金属なので、このＧＮＤパターン２４と金属製ケース
本体１とが、はんだ２９により接着されると、表面実装
用電気信号端子８と配線パッド２５とによる基板２３へ
のモジュールの固着力を補強できる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、金属製ケース本体は、
外力による変形に対して十分な強度を持つために、光結
合系の位置ずれによる光結合効率の変化を回避できる。
金属製ケース本体と金属製ふたとをＧＮＤ端子に導通さ
せると、電磁波ノイズに対する十分な遮蔽性を実現でき
る。しかも、金属製ケースの伝熱性が高いので、良好な
放熱性を確保できる。

【００３７】光結合系を納めた金属製ケース本体の底部
に伝熱性の樹脂を充填すれば、発光素子などの発熱体か
ら金属製ケースへの伝熱効率が上がり、放熱性をより一
層高められる。

【００３８】金属製ケース本体の側壁上端に外側への張
り出しを設け、金属製ふたの縁に内側に屈曲した張り出
しを設けたので、金属製ケース本体と金属製ふたとは、
接合状態を維持する構造となる。その結果、金属製ふた
と金属製ケース本体との間の導電性および伝熱性を十分
に確保できる。

【００３９】金属製ふたに溝や凸状構造などを形成し、
金属製ケースの表面積を増し、放熱効率を上げると、放
熱フィンや伝熱シートなどを別に用いなくとも、光通信
モジュールの放熱性を十分に確保できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光通信モジュールの一実施例の概
略構造を示す斜視図である。

【図２】図１の光通信モジュールの構造を示す縦断面図
である。

【図３】本発明による光通信モジュールの他の実施例の
構造を示す縦断面図である。

【図４】本発明による光通信モジュールの別の実施例の
構造を示す縦断面図である。

【図５】図１の光通信モジュールの実施例における金属
製ケース本体と金属製ふたとを下方から見た図である。

【図６】図５の金属製ケース本体と金属製ふたとを接合
時に変形させる様子を示す縦断面図である。

【図７】図５の光通信モジュールの組み立て後の接合状
態を示す縦断面図である。

【図８】本発明による金属製ふたに放熱構造を持つ光通
信モジュールの一実施例の外観を示す斜視図である。

【図９】図８の実施例の金属製ふたの縦断面を示す図で
ある。

【図１０】図８の放熱構造を長手方向に直交させた好ま
しくない光通信モジュールの外観を示す斜視図である。

【図１１】本発明による光通信モジュールの基板への搭
載構造の一実施例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１ 金属製ケース本体 ２ 金属製ふた ３ 基板 ４ 半導体レーザ素子 ５ 受光用フォトダイオード ６ 金属製ケース本体１の底部 ７ 低融点ガラス ８ 電気信号端子 ９ ワイヤボンディング １０ Ｖ溝 １１ 光ファイバ １２ ＧＮＤ端子 １３ 光ファイバ用孔 １４ 接着剤 １５ 光透過性樹脂 １６ 伝熱性樹脂 １７ 光ファイバ押え板 １８ 接着剤 １９ 金属製ケース本体１の張り出し ２０ ふた２の張り出し ２１ 荷重方向 ２２ 凸状構造 ２３ モジュール搭載基板 ２４ ＧＮＤパターン ２５ 電気信号端子用配線パッド ２６ 配線パターン ２７ 絶縁体 ２８ ＧＮＤ層 ２９ はんだ ３０ 光導波路 ３１ スリット ３２ 光学フィルタ ３３ 接着剤

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 和之 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 (72)発明者 寺岡 達夫 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 堀江 誠 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内 (72)発明者 高橋 龍太 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日立 電線株式会社オプトロシステム研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光能動部品，光受動部品，光ファイバな
   どの部品を組合せて基板上に光結合系を形成した光通信
   モジュールにおいて、 前記光通信モジュールを納めるパッケージが、光信号を
   入出力する光ファイバを通すための孔と電気信号を入出
   力するための電気信号端子とを備え物理的外力および／
   または熱変動に伴う変形に耐える形状の金属製ケース本
   体と、前記金属製ケース本体の金属製ふたとからなる金
   属製ケースであり、 前記光結合系の前記基板が、前記金属製ケース本体底部
   に密着して搭載され、 前記金属製ふたが、前記金属製ケース本体に導通状態お
   よび伝熱状態で固着され、 前記電気信号端子の少なくとも一つが、前記金属製ケー
   ス本体と電気的に接続され、外部で接地されるＧＮＤ端
   子であることを特徴とする光通信モジュール。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の光通信モジュールにお
   いて、 前記光結合系を納めた前記金属製ケース本体の少なくと
   も一部に良熱伝導性樹脂を充填したことを特徴とする光
   通信モジュール。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の光通信モジュ
   ールにおいて、 前記金属製ケース本体が、側壁上端に外側への張り出し
   を持ち、 前記金属製ふたが、前記側壁上端に対向する縁に内側に
   屈曲した張り出しを持ち、 前記金属製ふたの屈曲した張り出しと前記金属製ケース
   本体の張り出しとが嵌まり合い、前記金属製ケース本体
   と前記金属製ふたとを導通状態および伝熱状態で接続す
   ることを特徴とする光通信モジュール。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか一項
   に記載の光通信モジュールにおいて、 前記金属製ふたが、表面積を増すための溝，張り出し，
   突起の少なくとも一つを有することを特徴とする光通信
   モジュール。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか一項
   に記載の光通信モジュールを面実装基板に搭載する方法
   において、 前記金属製ケース本体を面実装基板のＧＮＤパターンに
   導通状態および伝熱状態で固定することを特徴とする光
   通信モジュールの面実装基板への搭載方法。