JP2009152339A - Optical device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】搭載部品の接合工程での管理が容易であり、LDからの放熱性が高い光デバイスを提供する。
【解決手段】光デバイスは、ステム3のサーモモジュール実装面に、LD1を実装したサーモモジュール2が取り付けられ、ステム3に、レンズが固定されたキャップを取り付けたものである。また、サーモモジュール2は、熱電素子2aの一方が放熱基板2bに設けられた電極2b2を介して半田接続され、熱電素子2aの他方は吸熱ブロック2cに設けられた電極を介して半田接続され、LD1は、吸熱ブロック2cのステム3のサーモモジュール実装面と垂直な側面に実装されている。
【選択図】図2An optical device that can be easily managed in a joining process of mounted components and has high heat dissipation from an LD.
An optical device is obtained by attaching a thermo module 2 on which an LD 1 is mounted to a thermo module mounting surface of a stem 3 and attaching a cap to which a lens is fixed to the stem 3. Moreover, thermo-module 2, one of the thermoelectric elements 2a are soldered via the electrode 2b 2 provided on the heat dissipating substrate 2b, the other thermoelectric elements 2a are soldered through the electrode provided on the heat absorbing block 2c LD1 is mounted on a side surface perpendicular to the thermomodule mounting surface of the stem 3 of the heat absorbing block 2c.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、サーモモジュールを内蔵するCANパッケージ型の光デバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a CAN package type optical device incorporating a thermo module and a method for manufacturing the same.
光モジュールにおいて、光波長多重の通信の信頼性を確保して、安定した波長の光信号を送出するためには、半導体レーザ(温度によって発光波長が変動する)の温度を正確に制御する必要がある。そこで、光モジュールでは、サーモモジュール(以下、TEC(Thermo electrical cooler)という)を用いている。TECは、複数の熱電変換素子を電極が形成された絶縁基板によって上下から挟み、電極に電流を流すことによって、一方の基板から吸熱を行い、他方の基板へ排熱を行う。 In an optical module, it is necessary to accurately control the temperature of a semiconductor laser (the emission wavelength varies depending on the temperature) in order to ensure the reliability of optical wavelength multiplexing communication and to transmit an optical signal having a stable wavelength. is there. Therefore, in the optical module, a thermo module (hereinafter referred to as TEC (Thermo electrical cooler)) is used. In the TEC, a plurality of thermoelectric conversion elements are sandwiched from above and below by an insulating substrate on which electrodes are formed, and a current is passed through the electrodes to absorb heat from one substrate and exhaust heat to the other substrate.
動作時に発熱する半導体レーザ(LD:Laser Diode)を搭載した光モジュールを、上記TECの吸熱面となる基板へ接触して配置することによって温度を制御する方法は一般的に行われている。また、特許文献1には、バタフライ型パッケージで構成され、パッケージ内にLDとTECを有する光モジュールが開示されている。この光モジュールは、LDを保持したチップキャリアやレンズ、モニタ用フォトダイオードなどをホルダ上に搭載し、そのホルダをTECの吸熱面となる基板上へ接触させた構造になっている。
A method of controlling the temperature by placing an optical module mounted with a semiconductor laser (LD: Laser Diode) that generates heat during operation in contact with the substrate serving as the heat absorption surface of the TEC is generally performed.
光モジュールのパッケージとしては、上記のバタフライ型のものの他に、バタフライ型のものよりも小型に構成できる同軸型のものがある。円筒状の部材が連結されたような同軸パッケージ型の光モジュールには、LD等を収納する光デバイスとして、(ステムとレンズ付きキャップから成る)CANパッケージ型のものが多く用いられる。CANパッケージは広く利用されているためにコスト面で有利である点が、用いられる理由の1つである。 As an optical module package, there is a coaxial type package other than the butterfly type, which can be configured smaller than the butterfly type. In an optical module of a coaxial package type in which cylindrical members are connected, a CAN package type (consisting of a stem and a cap with a lens) is often used as an optical device for storing an LD or the like. One of the reasons for using the CAN package is that it is advantageous in terms of cost because it is widely used.
図4は、同軸型光モジュールに用いられる、LDとTECを内蔵した従来のCANパッケージ型の光デバイス(例えば、特許文献2参照)の部分断面図である。図示のように、従来の光デバイス10は、LD11、TEC12、ステム13、キャップ14を有する。
FIG. 4 is a partial cross-sectional view of a conventional CAN package type optical device (see, for example, Patent Document 2) that incorporates an LD and a TEC used in a coaxial optical module. As illustrated, the conventional
ステム13は、金属製のものであり、キャップ14と協働して、内部に素子搭載空間を有するCANパッケージを構成するものであって、LD11やTEC12が搭載されており、これらを外部電気回路に電気接続するためのリードピン13aがガラス封止されている。キャップ14は、上部中央に開口14a1を有するキャップシェル14aを有し、LD11からの送信光を集光するレンズ14bが、開口14a1にガラス封着されている。
光デバイス10の組み立て時は、まず、ステム13上にTEC12が取り付けられ、次いで、TEC12上にLD11が実装され、最後に、レーザ溶接によりキャップ14をステム13に取り付けることで、LD11とTEC12を封止した光デバイスが完成する。
The
When the
図5は、キャップ取り付け前の従来の光デバイスの様子を示す図である。LD11の温度管理のためのTEC12は、図5(A),(B)に示すように、半導体材料からなる熱電変換素子(TEC素子)12aに、放熱板となる下部基板12b及び吸熱板となる上面基板12cが固定されてなる。また、TEC12の下部基板12bは、ステム13に固定されており、上面基板12c上には、窒化アルミニウム(AlN)から成るキャリア11b及びチップキャリア11aを介してLD11が固定されている。
FIG. 5 is a diagram showing a state of a conventional optical device before the cap is attached. As shown in FIGS. 5A and 5B, the
このような構成により、下部基板12b上に形成した電極(図示せず)に電流を流したときに、LD11で発生した熱を、キャリア11b及びチップキャリア11aを介して上面基板12cで吸熱し、下部基板12bからステム13を介して外部へ放出できるようになっている。なお、TEC素子12aと下部基板12b及びTEC素子12aと上面基板12cは、それぞれAu/20Sn(280℃融点)で接合されている。
With such a configuration, when a current is passed through an electrode (not shown) formed on the
このような光デバイスを同軸型光モジュールに用いる場合、同軸型光モジュールは、他の構成部品として、例えば、さらに、光ファイバケーブルの光コネクタが装着されるスリーブ、及び、スリーブと光デバイス10を連結するジョイントスリーブ(Jスリーブ)を有する。そして、同軸型光モジュールでは、Jスリーブに対して、光デバイス10及びスリーブの位置決めをすることで調芯するようになっている。
When such an optical device is used for a coaxial optical module, the coaxial optical module includes, for example, a sleeve to which an optical connector of an optical fiber cable is attached, and a sleeve and the
ただし、この調芯を行ったとしても、光デバイス10において、LD11とレンズ14bが予め所定の精度で位置決めされて固定されていなければ、つまり、LD11とレンズ14bの距離が所定の範囲内になければ、高い光結合効率は得られない。なお、LD11とレンズ14bの距離は、部品精度に依存する。また、LD11とレンズ14bはそれぞれ、TEC12とキャップシェル14aを介してステム13に対して固定されるが、レンズはステム13に対して位置調節することができない。そこで、部品精度によるLD‐レンズ間距離のバラつきを抑え当該距離が所定の範囲内になるようにするために、ステム13に対するLD11及びTEC12の取り付けを、従来、以下の図6のように行っていた。
However, even if this alignment is performed, in the
LD11及びTEC12の取り付けの際は、まず、図6(A)に示すように、組み立て済みのTEC12をステム13上に、Au/20Sn半田(280℃融点)で接合する。次に、図6(B)に示すように、TEC12の上面基板12c上にSn/10Au半田(217℃融点)でキャリア11bを接合する。そして、図6(C)に示すように、LD11が固定されたチップキャリア11aを、LD11のステム13に対する位置が所定の位置になるように、キャリア11bの側面(図では上面)上で位置合わせし、その後、Sn/Zn半田(199℃融点)で接合する。
When the
このようにLD11(LD11が固定されたチップキャリア11a)を最後に位置合わせして実装することにより、同軸型光モジュール(光デバイス10)に重要な、ステム13の実装面13b上からのLD発光点の位置バラつきを抑えることができる(TEC12の部品高さバラつきを吸収することができる)ようにしている。
しかし、この方法では、Sn/10Au半田、Sn/Zn半田の融点差が18℃しかなく、TECが断熱材となり、半田付けの際の熱がステムを介して逃げないため、LDキャリア実装時に、Sn/10Au半田を用いた接合が破断する不良モードが一定割合で発生していた(すなわち、実装温度マージンが少なかった)。この実装不良を防ぐためには、接合工程での煩雑で厳密な管理が必要である。
また、光デバイスでは、LDからTECの吸熱面までの伝熱経路上に接合面が多いと放熱面で不利となるが、この点について、従来の光デバイスには改善の余地があった。
However, in this method, the melting point difference between Sn / 10Au solder and Sn / Zn solder is only 18 ° C., TEC becomes a heat insulating material, and heat at the time of soldering does not escape through the stem. A failure mode in which the bonding using Sn / 10Au solder breaks occurred at a certain rate (that is, the mounting temperature margin was small). In order to prevent this mounting failure, complicated and strict management in the joining process is necessary.
Further, in the optical device, if there are many joint surfaces on the heat transfer path from the LD to the heat absorption surface of the TEC, it is disadvantageous in terms of heat dissipation, but there is room for improvement in the conventional optical device.
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、搭載部品の接合工程での管理が容易であり、LDからの放熱性が高い光デバイスを提供すること及び、その光デバイスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an optical device that can be easily managed in a joining process of mounted components and has high heat dissipation from an LD, and the manufacture of the optical device. It aims to provide a method.
本発明の光デバイスは、ステムのサーモモジュール実装面に、光素子を実装したサーモモジュールが取り付けられ、ステムに、レンズが固定されたキャップを取り付けたものであって、サーモモジュールは、熱電素子の一方が放熱基板に設けられた電極を介して半田接続され、熱電素子の他方は吸熱ブロックに設けられた電極を介して半田接続され、光素子は、吸熱ブロックのステムのサーモモジュール実装面と垂直な側面に実装されていることを特徴とする。 The optical device of the present invention is such that a thermo module on which an optical element is mounted is attached to a thermo module mounting surface of a stem, and a cap on which a lens is fixed is attached to the stem. One is soldered via an electrode provided on the heat dissipation substrate, the other thermoelectric element is soldered via an electrode provided on the heat absorbing block, and the optical element is perpendicular to the thermo module mounting surface of the stem of the heat absorbing block. It is mounted on various sides.
なお、吸熱ブロックの光素子の実装面と反対側は、放熱基板の端部よりも突出しており、当該吸熱ブロックに光素子を実装する際の冶具に対する当接面を形成することが好ましい。 In addition, it is preferable to form the contact surface with respect to the jig | tool at the time of mounting an optical element in the said heat absorption block, since the other side of the mounting surface of the optical element of a heat absorption block protrudes from the edge part of a thermal radiation board.
また、本発明の光デバイスの製造方法は、ステムのサーモモジュール実装面に、光素子を実装したサーモモジュールが取り付けられ、ステムに、レンズが固定されたキャップを取り付けたものであって、熱電素子の一方を放熱基板に設けられた電極を介して接合し、熱電素子の他方を吸熱ブロックに設けられた電極を介して接合して、サーモモジュールを組み立てた後、吸熱ブロックにおけるステムとサーモモジュール実装面と垂直な面に形成されている光素子の実装面に、吸熱ブロックの当該実装面とは反対側の面を冶具に当接させ熱的に接触させた状態で、光素子を位置合わせして接合し、吸熱ブロックに光素子が実装されたサーモモジュールをステムのサーモモジュール実装面に接合することを特徴とする。 The method for manufacturing an optical device according to the present invention is such that a thermo module having an optical element mounted thereon is attached to a thermo module mounting surface of a stem, and a cap having a lens fixed thereto is attached to the stem. One of the two is joined via an electrode provided on the heat dissipation board, the other of the thermoelectric elements is joined via an electrode provided on the heat absorption block, and the thermo module is assembled, and then the stem and the thermo module mounted on the heat absorption block The optical device is aligned with the mounting surface of the optical device formed on the surface perpendicular to the surface, in contact with the jig and the surface opposite to the mounting surface of the heat absorption block in contact with the jig. And a thermo module having an optical element mounted on the heat absorption block is bonded to the thermo module mounting surface of the stem.
なお、吸熱ブロックの光素子の実装面に光素子を接合する際に、放熱基板の下面を基準にして光素子の位置合わせを行うことが好ましい。 In addition, when joining an optical element to the mounting surface of the optical element of a heat absorption block, it is preferable to align an optical element on the basis of the lower surface of a thermal radiation board | substrate.
本発明の光デバイスによれば、電極部と光素子実装部とが一体に形成された吸熱ブロックを有するサーモモジュールを用いたため、部品点数が少ないので、部品の半田接合部分の数を減らすことができる。その結果、接合に用いる半田の種類も少なくてよく、一の半田と他の半田との融点差を大きくすることができるため、搭載部品の接合工程での管理(温度管理など)が容易になり、その結果、生産性が向上する。また、本発明の光デバイスによれば、半田接合面の数を少なくできるため、LDからの熱の放熱性を高めることができる。 According to the optical device of the present invention, since the thermo module having the heat absorption block in which the electrode portion and the optical element mounting portion are integrally formed is used, the number of components is small, so that the number of solder joint portions of the components can be reduced. it can. As a result, the number of types of solder used for bonding may be small, and the melting point difference between one solder and another solder can be increased, making management (temperature management, etc.) in the bonding process of mounted components easier. As a result, productivity is improved. Further, according to the optical device of the present invention, since the number of solder joint surfaces can be reduced, the heat dissipation of heat from the LD can be enhanced.
以下、図面に基づいて、本発明の光デバイスについて説明する。ただし、光デバイスのステム及びキャップについては、図4のステム及びキャップとその構造が同じであるため、その説明を省略する。
図1は、本発明の光デバイスが用いられる同軸パッケージ型の光モジュールを示す斜視図である。同軸型光モジュールは、CANパッケージ型の本光デバイス15の他、LD1(後述の図2参照)と外部光伝送路との光接続を形成するためのスリーブ16、及び、光デバイス15とスリーブ16を連結するジョイントスリーブ(Jスリーブ)17を備える。同軸型光モジュールは、光デバイス15にJスリーブ17を介してスリーブ16を結合してなり、スリーブ16に光コネクタが挿入されることで、当該光コネクタを介して外部伝送路に光接続され、光信号を送信することができるようになる。
Hereinafter, the optical device of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the stem and cap of the optical device are the same in structure as the stem and cap of FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a coaxial package type optical module in which the optical device of the present invention is used. The coaxial optical module includes a CAN package type
同軸型光モジュールがこのようにして調芯されると、LD1から出力された送信光は、レンズ4bにより集光され、スリーブ16のファイバスタブの光ファイバに入射されるようになり、LD1と外部光伝送路との光接続が達成できるようになる。
ただし、上述のように調芯したとしても、光デバイス15において、LD1とレンズ4bの距離が所定の範囲内になければ、高い光結合効率は得られない。本発明の光デバイスは、部品精度によるLD‐レンズ間距離のバラつきを抑え当該距離が所定の範囲内になるように、部品が構成されるとともに各部品が取り付けられている。
When the coaxial optical module is aligned in this way, the transmission light output from the
However, even if alignment is performed as described above, high optical coupling efficiency cannot be obtained in the
図2は、本発明の光デバイスについて説明する図であり、図2(A)は、キャップの図示を省略した本光デバイスの斜視図、図2(B)は、本光デバイスのTECの斜視図、図2(C)は、同TECの側面図である。
光デバイス15は、図2(A)に示すように、LD1を光素子として有し、また、温度によって発光波長が変動するLD1を波長多重通信で利用するため、LD1の温度を安定させる必要があるので、LD1の温度調整用のTEC2及び測温素子(図示せず)を有する。また、光デバイス15は、ステム3及びキャップ4(図1参照)も有する。なお、光デバイス15において、キャップ4が有するレンズ4bは、ステム3のLD実装面(上面3b)に垂直な方向に位置する。また、TEC2は、例えばSn/10Au半田(融点217℃)によりステム3上に取り付けられる。本発明の特徴の1つはTEC2の構造にある。
2A and 2B are diagrams for explaining the optical device of the present invention. FIG. 2A is a perspective view of the optical device with the cap omitted, and FIG. 2B is a perspective view of the TEC of the optical device. FIG. 2 (C) is a side view of the TEC.
As shown in FIG. 2A, the
TEC2は、図2(B)に示すように、熱電変換素子(TEC素子)2aと、Hot面側の基板である本発明で言う放熱基板2bと、Cold面側の基板である吸熱ブロック(図5の上面基板+キャリアに相当)2cとから成る。TEC素子2aは、半導体材料からなり、半導体材料としては、例えば、ビスマス・テルル合金を主成分とした材料を用いることができる。放熱基板2b及び吸熱ブロック2cは、絶縁性が高く熱伝導率が高い材料、例えば、窒化アルミニウム(AlN)からなる。放熱基板2bの上面2b1には、金属電極(例えば、Cu電極)2b2が形成されており、また、吸熱ブロック2cの下面2c1にも、図では見えないが、同様の金属電極が形成されている。
As shown in FIG. 2B, the
TEC2は、放熱基板2bの上面2b1の金属電極2b2とTEC素子2aの上面、及び、吸熱ブロック2cの下面2c1の金属電極とTEC素子2aの下面をそれぞれ、例えば、融点270度以上の半田(Au/20Sn)で半田付けすることにより、組み立てられる。なお、図示は省略するが、リードピン3aの上端部が、TEC2への電気接続等のために、ステム3の上面から突出するようになっており、このリードピン3aと放熱基板2bの上面2b1の金属電極2b2とがワイヤリング等により電気接続される。TEC素子2aは、リードピン3aを介して供給される電流の量に応じて、吸熱ブロック2cから熱量を奪い、放熱基板2bに熱量を与えることができる。
The
また、吸熱ブロック2cの、光デバイス15の中心軸側の面(以下、中心軸側面という)2c2には、金属蒸着(メタライズ)により、金属パターン2c3が形成されている。この吸熱ブロック2cの金属パターン2c3に、チップキャリア1aを介してLD1が実装される。実装には、例えば、Sn/10Au半田(217℃融点)が用いられる。なお、LD1は、チップキャリア1aの所定の位置に、位置合わせして実装されている。また、吸熱ブロック2cの中心軸側面2c2は、TEC2がステム3に実装されたときに光軸と平行(ステム3の上面3bと垂直)な平面になるようになっていると共に、当該光軸方向に幅を有するので、LD1の実装を、光軸方向に位置合わせした上で行うことができる。
Further, the
このように、光デバイス15では、TEC素子2aに電気接続する金属電極が形成された電極形成部分(電極部)と、金属パターン2c3が形成された中心軸側面2c2がLD1の実装面となる光素子実装部と、一体に形成された吸熱ブロック2cを用いている。そのため、光デバイス15では、部品点数が従来の光デバイスに比べ、少なくなっている。
Thus, the
また、吸熱ブロック2cは、図2(C)に示すように、光デバイス15の中心軸側とは反対側(以下、外側という)において、その端部が放熱基板2bの端部に対して突き出して(オーバハングして)おり、外側の端面2c4も、TEC2がステム3に実装されたときに光軸と平行な平面であると共に、当該光軸方向に幅を有する。このような構造にすることで、吸熱ブロック2cのこの突き出した部分の外側端面2c4を下側にしてLD1をTEC2に実装する際に、後述のLD実装補助冶具等で、安定してTEC2を支持することができる。
Further, as shown in FIG. 2C, the
続いて、図3を用いて、本発明の光デバイスの組み立てに用いるLD実装補助冶具及び組み立て手順の一例を説明する。
レンズ付きキャップを使用するCANパッケージ型光デバイスでは、ステム3の上面(実装面)3bからレンズ4b(図1参照)までの距離が固定であり、LD1とレンズ4bとを所定の位置関係に配置するには、ステム3の上面3bを基準面として組み立てることが望ましい。本発明では、後述のように、LD1の実装後にTEC2をステム3に取り付けるので、TEC2へのLD1の実装は、ステム3の上面3bと接するTEC2の放熱基板2bの下面2b3(図2(C)参照)からの距離を管理して行う。このために、例えば、図3(A)に示すようなLD実装補助冶具100を用いる。
Next, an example of an LD mounting auxiliary jig used for assembling the optical device of the present invention and an assembly procedure will be described with reference to FIG.
In a CAN package type optical device using a cap with a lens, the distance from the upper surface (mounting surface) 3b of the
LD実装補助冶具100は、吸熱部側当接部材21及び放熱基板側当接部材22からなるTEC挟持部20と、放熱性の高い吸熱部支持部30とを備える。LD実装補助冶具100には、TEC2の吸熱ブロック2cの外側端面2c4が下側になるようにして、TEC2が吸熱部支持部30に置かれる。これにより、吸熱ブロック2cは、吸熱部支持部30と熱的に接触する。また、この状態では、TEC2は吸熱ブロック2cが放熱基板2bに対してオーバハングする構造のため、吸熱部支持部30がTEC2の吸熱ブロック2cを支持することになる。
The LD mounting auxiliary jig 100 includes a
LD実装補助冶具100では、吸熱部支持部30に置かれたTEC2に対し、吸熱ブロック2c側から吸熱部側当接部材21を当接させ、放熱基板2b側から放熱基板側当接部材22を当接させることで、TEC2をTEC挟持部20で挟持する。このような構成により、LD実装補助冶具100では、TEC2を安定的に保持することができる。
In the LD mounting auxiliary jig 100, the heat absorption part side contact member 21 is brought into contact with the
また、TEC挟持部20の放熱基板側当接部材22は、突き当て部材22aを一体的に有する。突き当て部材22aには、チップキャリア1aへの突き当て面22a1が形成されており、この突き当て面22a1は、TEC2の放熱基板2bの下面2b3からの距離が一意に決まった面である。したがって、TEC2をLD実装補助冶具100で保持しているときに突き当て面22a1にチップキャリア1aを突き当てた場合、TEC2の放熱基板2bの下端面からLD1までの距離が常に所定値になるようになっている。
Moreover, the heat dissipation board
このようなLD実装補助冶具100を用いて、光デバイスを組み立てる場合、前述のように、まず、組み立て済みのTEC2をLD実装補助冶具100に保持させる。そして、突き当て部材22aの突き当て面22a1にチップキャリア1aを当て付け、TEC2の吸熱ブロック2cの中心軸側面2c2に、チップキャリア1a(LD実装済み)を、Sn/10Au半田(217℃融点)で接合する。その後、チップキャリア1aが接合されたTEC2をLD実装補助冶具100から取り外し、図3(B)に示すように、当該TEC2の放熱基板2bをステム3の上面3bに、Sn/10Au半田(217℃融点)で接合する。そして、キャップ4(図1参照)をレーザ溶接によりステム3に取り付けることにより、光デバイスが完成する。
When an optical device is assembled using such an LD mounting auxiliary jig 100, the assembled
CANパッケージ型の光デバイスでは、ステム表面からレンズまでの距離が固定であるため、光学設計上、ステム上面からのLD発光点の位置バラつきは、±20μm程度以下に抑える必要がある。しかし、上述のように実装することにより、TECの放熱基板の底面からLD発光点までの距離が常に所定値になっているため、TECのステムへの実装精度を考慮しても、上記位置バラつきを確実に±20μm程度以下にすることができる。 In the CAN package type optical device, since the distance from the stem surface to the lens is fixed, the variation in the position of the LD emission point from the upper surface of the stem needs to be suppressed to about ± 20 μm or less in optical design. However, since the distance from the bottom surface of the heat dissipation substrate of the TEC to the LD light emitting point is always a predetermined value by mounting as described above, the above-mentioned position variation is considered even if the mounting accuracy to the stem of the TEC is taken into consideration. Can be reliably set to about ± 20 μm or less.
以上のように、本発明の光デバイスによれば、少ない部品点数及び少ない組み立て工数で、ステム上面からのLD発光点の位置バラつきを抑えることができる。 As described above, according to the optical device of the present invention, it is possible to suppress the variation in the position of the LD emission point from the upper surface of the stem with a small number of parts and a small number of assembly steps.
また、組み立て工程を順番に行う際に、一般的に、前工程で行った接合に対して影響を与えないように、順番に融点が低い接合材料を用いて行う。このとき互いの接合材料の融点の差が大きければ影響は生じないが、現実には選択できる材料は限られており、融点の温度差に余裕は無く、従来の光デバイスでは、加熱実装工程では煩雑で厳密な管理が必要となったり、実装不良が発生したりしていた。しかし、本発明の光デバイスによれば、Au/20Sn半田とSn/10Au半田とでは、60度以上の融点差があるため、チップキャリアのTECへの実装時に厳密な温度管理は必要なく、実装不良も発生しない。また、チップキャリア実装済のTECのステムへの取り付け時も、TEC素子が断熱材となるため、同様である。すなわち、本発明の光デバイスによれば、実装温度マージンを確保することができる。 Moreover, when performing an assembly process in order, generally, it uses a joining material with a low melting | fusing point in order so that it may not influence with respect to the joining performed at the previous process. At this time, if the difference between the melting points of the bonding materials is large, there is no effect, but in reality, the materials that can be selected are limited, and there is no room for the temperature difference between the melting points. It was cumbersome and strict management was required, or mounting defects occurred. However, according to the optical device of the present invention, since there is a melting point difference of 60 degrees or more between the Au / 20Sn solder and the Sn / 10Au solder, strict temperature control is not necessary when mounting the chip carrier on the TEC. There is no defect. The same applies to the attachment of the TEC mounted on the chip carrier to the stem because the TEC element becomes a heat insulating material. That is, according to the optical device of the present invention, a mounting temperature margin can be ensured.
CANパッケージ内にLDを有する光デバイスは、SFFやSFP等の光送受信モジュールで利用されており、業界標準化や高速光伝送の普及に伴ない生産性の向上、生産コストの低減が強く求められていた。しかし、本発明の光デバイスによれば、各部品の実装時に厳密な温度管理が必要なく、また、必要な部品が少ないため、生産性を向上させ、生産コストを低減させることができる。 Optical devices having LDs in a CAN package are used in optical transceiver modules such as SFF and SFP, and there is a strong demand for improvement in productivity and reduction in production costs due to the spread of industry standardization and high-speed optical transmission. It was. However, according to the optical device of the present invention, strict temperature control is not required when mounting each component, and since there are few necessary components, productivity can be improved and production cost can be reduced.
また、各温度域に対して使用できる半田が限られるため、従来の光デバイスでは、酸化しやすいSn/Zn半田を使用していたり、光部品実装ではあまり用いられない低融点半田を使用していた。しかし、本発明の光デバイスでは、実装に用いる半田は光部品実装で広く用いられる半田に限定しているため、高信頼性の実装ができる。言い換えれば、本発明の光デバイスは、信頼性が高い。
また、本発明の光デバイスは、LD−ステム間の半田接合面の数が少ないため、製品特性上放熱性が改善する。
Also, since the solder that can be used for each temperature range is limited, conventional optical devices use Sn / Zn solder that is easily oxidized, or low melting point solder that is not often used in optical component mounting. It was. However, in the optical device of the present invention, since the solder used for mounting is limited to the solder widely used for optical component mounting, highly reliable mounting is possible. In other words, the optical device of the present invention has high reliability.
In addition, since the optical device of the present invention has a small number of solder joint surfaces between the LD and the stem, heat dissipation is improved in terms of product characteristics.
また、上述の組み立て方法では、チップキャリアすなわちLDを吸熱ブロックに実装する際に、TECの吸熱ブロックがLD実装補助冶具の吸熱部支持部に支持されている。そのため、チップキャリア実装時の熱を吸熱部支持部を介して放出することができ、この時に厳密な温度管理が必要ないので、生産コストを削減することができる。 In the above assembly method, when the chip carrier, that is, the LD, is mounted on the heat absorption block, the heat absorption block of the TEC is supported by the heat absorption portion support portion of the LD mounting auxiliary jig. Therefore, heat at the time of mounting the chip carrier can be released through the heat absorbing portion support portion, and at this time, strict temperature management is not necessary, so that the production cost can be reduced.
なお、上述では、チップキャリアのTECへの実装の際に、機械的当て付けを行っていたが、位置決め方法はこれに限られず、位置決め冶具にマーキングを設けた上で、画像認識する方法等も用いることができる。
また、本光デバイスは、従来の光デバイスと同様に、サーモモジュールをステムに取り付けた後に、LDを位置合わせして、サーモモジュールに取り付けてもよい。
In the above description, the mechanical application is performed when the chip carrier is mounted on the TEC. However, the positioning method is not limited to this, and there is a method for recognizing an image after marking the positioning jig. Can be used.
Further, in the same optical device as in the conventional optical device, after the thermo module is attached to the stem, the LD may be aligned and attached to the thermo module.
1…LD、1a…チップキャリア、2…TEC、2a…TEC素子、2b…放熱基板、2b1…上面、2b2…金属電極、2b3…下面、2c…吸熱ブロック、2c1…下面、2c2…中心軸側面、2c3…金属パターン、2c4…外側端面、3…ステム、3a…リードピン、3b…実装面(上面)、4…キャップ、4b…レンズ、15…光デバイス、16…スリーブ、17…Jスリーブ、20…TEC挟持部、21…吸熱部側当接部材、22…放熱基板側当接部材、22a…突き当て部材、22a1…突き当て面、30…吸熱部支持部、100…LD実装補助冶具。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記サーモモジュールは、熱電素子の一方が放熱基板に設けられた電極を介して半田接続され、前記熱電素子の他方は吸熱ブロックに設けられた電極を介して半田接続され、
前記光素子は、前記吸熱ブロックの前記ステムのサーモモジュール実装面と垂直な側面に実装されていることを特徴とする光デバイス。 A thermo module on which an optical element is mounted is attached to a thermo module mounting surface of a stem, and a cap on which a lens is fixed is attached to the stem with the lens and the optical element facing each other.
In the thermo module, one of the thermoelectric elements is soldered via an electrode provided on a heat dissipation substrate, and the other thermoelectric element is soldered via an electrode provided on a heat absorbing block,
The optical device is mounted on a side surface perpendicular to the thermo module mounting surface of the stem of the heat absorption block.
熱電素子の一方を放熱基板に設けられた電極を介して接合し、前記熱電素子の他方を吸熱ブロックに設けられた電極を介して接合して、前記サーモモジュールを組み立てた後、
前記吸熱ブロックにおける前記ステムとサーモモジュール実装面と垂直な面に形成されている前記光素子の実装面に、前記吸熱ブロックの当該実装面とは反対側の面を冶具に当接させ熱的に接触させた状態で、前記光素子を位置合わせして接合し、
前記吸熱ブロックに前記光素子が実装された前記サーモモジュールを前記ステムの前記サーモモジュール実装面に接合することを特徴とする光デバイスの製造方法。 A thermo module mounting an optical element is attached to a thermo module mounting surface of a stem, and a manufacturing method of an optical device in which a cap with a lens fixed is attached to the stem,
After one of the thermoelectric elements is joined via an electrode provided on a heat dissipation board, the other of the thermoelectric elements is joined via an electrode provided on a heat absorption block, and the thermo module is assembled,
The mounting surface of the optical element formed on the surface of the heat absorption block perpendicular to the mounting surface of the stem and the thermo module is brought into contact with a jig on the surface opposite to the mounting surface of the heat absorption block to thermally In the state of contact, the optical element is aligned and joined,
A method for manufacturing an optical device, comprising: bonding the thermo module in which the optical element is mounted on the heat absorption block to the thermo module mounting surface of the stem.
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