光模块的制作方法

本申请涉及光模块。

背景技术：

目前，在高速的光通信中使用搭载集成有电场吸收型光调制器(electro-absorptionmodulator：eam)和半导体激光器的eam－ld(electroabsorptionmodulated-laser)的光模块。该光模块为了以半导体激光器以及eam的温度为恒定的方式进行控制，成为使用珀耳帖元件等冷却单元进行冷却的构造(例如参照专利文献1以及专利文献2)。

在eam－ld的情况下，对作为光调制器的eam施加调制用的高频信号来调制光。存在高频信号经由键合线(bondingwire)对eam施加的情况。该情况下，因eam中的寄生电容或寄生电阻、键合线的电感等的影响，随着频率变高，在向eam的连接点处无法取得阻抗匹配。

在专利文献1或专利文献2所公开的使用了搭载于金属心柱并在高频的输入部同轴状地贯通金属心柱的导线销的结构中，金属心柱的导线销贯通部的线路阻抗因保持导线销的玻璃直径与导线销直径的制约而为20ω～30ω左右，作为匹配电阻而无法与一般的50ω取得匹配。另外，成为搭载eam－ld的基板和用于传输高频的信号的基板分开并利用金属丝(wire)等配线部件将它们之间连接的结构。在该基板间的金属丝的部分也存在阻抗不匹配的问题。如以上那样，随着信号的频率变高，若当因阻抗的不匹配而导致高频信号在eam－ld中反射、在基板间的金属丝部分也反射、进而在贯通金属心柱的部分也反射而再次返回至eam－ld时高频信号的相位旋转了180度，则抵消增益，引起带宽劣化。

另一方面，在使用了现有的冷却单元的光模块中，由于用于进行冷却的电力对于光信号产生不是必需的电力，所以期望实现不冷却就能够动作的所谓的非冷却的光模块。在非冷却的光模块中，也仅是不需要用于温度控制的冷却单元，仅凭借非冷却的结构无法消除带宽劣化的问题。

专利文献1：国际公开wo2010－140473号

专利文献2：日本特开2011－197360号公报

在现有的使用了冷却单元的光模块中，如以上那样，为了尽量减小冷却部分的热容量，成为搭载半导体光集成元件的基板和用于传输高频的信号的基板被分开并利用金属丝等配线部件将它们之间连接的结构。该金属丝的部分处的阻抗匹配较难，该部分也成为反射点，成为高频信号的带宽劣化的原因。

技术实现要素：

本申请公开一种用于解决上述那样的课题的技术，其目的在于，提供可应用于非冷却的光模块的、抑制高频信号的带宽劣化的结构。

本申请所公开的光模块具备：板状的金属心柱，在贯通孔以与贯通孔同轴的方式插入有金属制的导线销；和一张电介质基板，具备与导线销连接的高频信号线路、和集成有半导体激光器与光调制器并通过键合线与高频信号线路连接的半导体光集成元件，电介质基板的一侧面沿着与半导体光集成元件的光轴方向垂直的方向延伸，电介质基板被配置为一侧面与上述金属心柱的表面接触。

根据本申请所公开的光模块，具有能够提供可应用于非冷却的光模块且抑制高频信号的带宽劣化的结构的效果。

附图说明

图1是表示实施方式1涉及的光模块的结构的立体图。

图2是与以往比较来示出实施方式1涉及的光模块的特性的图表。

图3是表示实施方式1涉及的光模块的电介质基板的结构的俯视图以及侧视图。

图4是表示实施方式1涉及的光模块的主要部分的侧视图。

图5是表示作为比较例的光模块的主要部分的侧视图。

图6是与比较例比较来示出实施方式1涉及的光模块的特性的图表。

图7是表示实施方式2涉及的光模块的电介质基板的结构的俯视图以及侧视图。

图8是与实施方式1比较来示出实施方式2涉及的光模块的特性的图表。

图9是表示实施方式3涉及的光模块的结构的立体图。

图10是表示实施方式4涉及的光模块的结构的立体图。

具体实施方式

图1是表示实施方式1涉及的光模块的结构的立体图。在图1中，在金属心柱2设置有导线销3，该导线销3以与设置于金属心柱2的贯通孔30同轴的方式插入于贯通孔30。导线销3借助设置为掩埋贯通孔30的玻璃件11被固定于金属心柱2。金属心柱2以及导线销3的材料例如能够使用铜、铁、铝或者不锈钢等金属，可以对表面实施镀金或者镀镍等。

在金属心柱2安装有电介质基板5，在电介质基板5上安装有半导体光集成元件9，该半导体光集成元件9集成有振荡激光的半导体激光器和调制来自该半导体激光器的光的光调制器。作为半导体光集成元件9，例如使用将使用了ingaasp系或alingaas系量子阱吸收层的电场吸收型光调制器与分布反馈型激光二极管集成为单片(monolithic)的eam－ld。半导体激光器并不局限于分布反馈型激光二极管，另外，作为光调制器，可以使用半导体mz光调制器等。在金属心柱2上设置有具有垂直于金属心柱的表面2a的面20a的基板支承部20，电介质基板5例如背面与基板支承部件20接合等被沿着该基板支承部20安装。此外，金属心柱2的安装有电介质基板5的一侧例如被氮气等密封，但在图1中省略了金属心柱2的导线销3的贯通部以外的密封的构造。另外，在金属心柱2除了设置有导入高频信号的导线销3以外，还为了导入其他信号配线或电源供给配线等而设置有与导线销3的导入类似的配线导入机构，但由于与本申请无直接关系，所以省略了图示。

在现有的冷却型的光模块中，为了减少用于冷却半导体光集成元件的消耗电力、使温度控制的响应性良好，以尽量减小冷却部分的热容量的方式将搭载半导体光集成元件的基板与用于传输来自导线销的高频的信号的基板分开。然而，在不进行温度控制的非冷却的光模块中，不存在尽量减小冷却部分的热容量这一制约条件。在图1的光模块中，在基板支承部20未设置冷却半导体光集成元件9来进行温度控制的温度控制部件。在由一张构成的电介质基板5上不仅配置有半导体光集成元件9，还配置有从导线销3向半导体光集成元件9传输高频信号的信号线路。为了将调制用的高频信号从配置于金属心柱2的背面的挠性印刷电路基板1输入至安装有电介质基板5的一侧而设置导线销3。为了从导线销3传输高频信号，在电介质基板5上形成有阳极电极6与阴极电极7作为电介质基板5上的高频信号线路60。在将阳极电极6与阴极电极7的间隔保证为恒定的状态下形成于电介质基板5上的整个面而构成共面线路，能够形成为高频信号线路60。另外，阴极电极7通过借助形成于电介质基板5的通孔、凹部(castration)或电介质基板5的侧面的金属等某种方法与金属心柱2电连接。

电介质基板5的材料例如可以使用aln或氧化铝等陶瓷，也可以使用环氧等树脂。此外，优选电介质基板5配置于导线销3的附近。

导线销3的一端与电介质基板5上的阳极电极6的一端借助粘接剂4相互连接。导线销3的另一端与挠性印刷电路基板1的配线图案连接。阳极电极6的另一端与半导体光集成元件9经由键合线8连接，键合线8还与形成于电介质基板5上的导体12连接。导体12以与阴极电极7绝缘的方式形成于电介质基板5上，在导体12与阴极电极7之间连接有电阻器10。

接下来对动作进行说明。在eam－ld等集成有半导体激光器和光调制器的半导体光集成元件存在寄生电容成分、寄生电阻成分以及与电极连接的键合线的寄生电感成分，随着输入信号的频率变高而无法取得阻抗匹配。另一方面，对于导线销的贯通部而言，从气密性以及可靠性的观点考虑，导线直径为φ0.3～0.4mm，玻璃直径为φ0.7～0.8mm左右，玻璃的相对介电常数εr＝5.5～7.0左右，若换算为阻抗，则为20～30ω。

一般为了高效地确保电压振幅，匹配电阻调和为50ω左右，但在此，随着信号的频率变高而无法取得与导线销的贯通部的阻抗匹配。因此，电信号的高频成分的一部分在半导体光集成元件反射而返回至驱动侧，另一部分在导线销的贯通部反射而返回来。

若将行波设为y0并将振幅标准化，则可用下式表示。

y0＝sin(ωt)

可如以下那样考虑电介质基板由形成有用于向半导体光集成元件传输高频信号的高频信号线路的第1电介质基板和搭载有半导体光集成元件的第2电介质基板构成的、现有的结构的光模块中的高频传输。若将半导体光集成元件、将半导体光集成元件与第2电介质基板连接的键合线、将第1电介质基板与第2电介质基板连接的键合线、以及导线销的贯通部处的反射率分别设为ρ1、ρ2、ρ3、ρ4，则反射波y1被表示为

y1＝ρ1×ρ2×ρ3×ρ4×sin(ωt－φ)，

合成波y2被表示为

y2＝y0+y1

＝sin(ωt)+ρ1×ρ2×ρ3×ρ4×sin(ωt－φ)

＝a×sin(ωt+θ)

其中，

a＝[{1+ρ1×ρ2×ρ3×ρ4×cos(φ)}²+

{ρ1×ρ2×ρ3×ρ4×sin(φ)}²]^1/2

tanθ＝－{ρ1×ρ2×ρ3×ρ4×sin(φ)}/

{1+ρ1×ρ2×ρ3×ρ4×cos(φ)}。

另外，若将从半导体光集成元件至导线销的贯通部为止的长度设定l，将频率设为f，将传输路中的信号速度设为c'，则反射波的相位φ被表示为：

φ＝2l×(f/c')×2π。

根据上述的式子可知：合成波的振幅a大幅度取决于反射率、半导体光集成元件与导线销的贯通部的有效电长度，具有频率依赖性。

在仅使截止频率宽频带化这一观点中，优选使匹配电路以及线路的阻抗与导线销的贯通部的特性阻抗匹配。为了使导线销的贯通部的特性阻抗与50ω匹配，一般使导线－金属心柱间的填充材料为相对介电常数是1.8～2.8的电介质，或者若填充材料为一般使用的玻璃件(εr＝5.5～7.0)，则需要使导线直径与玻璃直径的比为7.2～9.2。

在实施方式1的光模块中，利用形成于1张电介质基板5上的阳极电极6和键合线8来将导线销3与作为eam－ld的半导体光集成元件9电连接，不存在以往所存在的将第1电介质基板与第2电介质基板连接的键合线。因此，能够使将第1电介质基板与第2电介质基板连接的键合线中的反射率ρ3的影响无效化，与以往相比能够抑制高的频带中的增益的劣化。

此时，为了抑制在半导体光集成元件9与导线销的贯通部之间产生的多重反射，而优选阳极电极6的线路阻抗以及电阻器10的电阻值为接近导线销的贯通部的特性阻抗的值。

一般在光模块中，为了监视光输出，可采取在半导体光集成元件9与金属心柱2之间配置对从半导体光集成元件9的背面漏出的激光进行检测的光电二极管(pd)等光检测器的构成。在本实施方式1涉及的光模块中，如图1所示不配置光检测器，通过配置为使半导体光集成元件9的背面与金属心柱的表面2a的间隔尽量接近，从而降低电介质基板5的高度，缩短阳极电极6的长度。由此，也能够抑制高的频带中的增益的劣化。

此外，在不设置光检测器的情况下，作为光模块的控制方法，可以通过半导体激光器的驱动电流控制涉及的acc(autocurrentcontrol)进行驱动，在光调制器为电场吸收型光调制器(eam)的情况下，可以监视调制时产生的光电流，例如通过在反馈控制的信号中使用光电流等apc(autopowercontrol)进行驱动。

图2a以及图2b中示出了电介质基板被分成第1电介质基板与第2电介质基板这2个并利用金属丝将电介质基板间连接的现有的结构的光模块的频率特性例(虚线)、和电介质基板为1张且不存在电介质基板间的金属丝连接的结构亦即实施方式1涉及的光模块的频率特性例(实线)。可知作为高频传输的反射特性的s参数s11(图2a)以及作为透过特性的s21(图2b)均在实施方式1涉及的光模块中被改善了特性。

图3a是从基板表面侧观察图1所示的电介质基板5的俯视图，图3b是表示与金属心柱的表面2a接触的电介质基板5的一侧面5a一侧的电介质基板5的侧视图。电介质基板5的一侧面5a沿着与半导体光集成元件9的光轴方向la垂直的方向延伸。因此，由于通过配置为使电介质基板5沿着基板支承部20，并且使电介质基板5的一侧面5a与金属心柱的表面2a接触，使得半导体光集成元件9的光轴方向la被设定为与金属心柱的表面2a垂直的方向，所以光轴方向的调整变容易。

图4是将安装有电介质基板5的部分放大表示的侧视图。如图3所示，在电介质基板5的一侧面5a，除了与在表面形成有阳极电极6的部分对应的部分之外，形成有阴极电极7。如图4所示，通过以使一侧面5a与金属心柱的表面2a接触的方式配置电介质基板5，能够将形成于电介质基板5的一侧面5a的阴极电极7与金属心柱表面2a接合，将阴极电极7直接接地于金属心柱2。通过该结构，由于ac－gnd接近于成为信号线路的导线部，所以导线部的电感成分减少，能够实现光模块的宽频带化。图6a以及图6b中示出了图4所示的形成于电介质基板5的一侧面5a的阴极电极7直接接地于金属心柱的表面2a的情况(实线)、和电介质基板5的一侧面5a与金属心柱的表面2a如图5所示的侧视图那样分离配置、阴极电极7不直接接地于金属心柱的表面2a的情况(虚线)的频率特性。可知在直接接地的情况下，虽然轻微，但改善了频率特性。

如以上那样，在实施方式1涉及的光模块中，由于将与贯通金属心柱2的导线销3连接的高频信号线路与集成有半导体激光器和光调制器的半导体光集成元件9配置于一张电介质基板5，并将电介质基板5的一侧面5a配置为与金属心柱的表面2a接触，所以能够成为可应用于非冷却的光模块、高频特性为宽频带并且光轴的调整容易的光模块。

实施方式2.

图7a是表示实施方式2涉及的光模块的电介质基板5的结构的、从表面观察电介质基板5的俯视图，图7b是电介质基板5的从金属心柱2侧观察的侧视图。如图7a以及图7b所示，在电介质基板5表面设置槽13，并在该槽13安装半导体光集成元件9。通过该结构，能够缩短阳极电极6－半导体光集成元件9－导体12间的键合线8，金属丝电感降低，能够实现光模块的宽频带化。图8a以及图8b中示出了不设置槽13的实施方式1涉及的光模块和设置槽13而缩短了键合线8的光模块的频率特性。可知通过设置槽13而缩短键合线8，使得s参数中的特别是作为透过特性的s21延伸至更高频，实现了宽频带化。

实施方式3.

图9是表示实施方式3涉及的光模块的结构的立体图。在实施方式1中，不设置光检测器，但通过设置光检测器，会使得光输出的稳定化变容易。本实施方式3是设置光检测器15的实施方式。为了减小电介质基板5的光轴方向的尺寸，不将光检测器设置于电介质基板5，而在金属心柱2的表面2a设置槽14并在该槽14安装作为光检测器15的光电二极管。通过在槽14设置光检测器15，不会增大电介质基板5，因此，也不会增长阳极的长度，能够在抑制带宽劣化的状态下检测向半导体光集成元件9的背面漏出的背面光。通过使用检测到背面光的光检测器15的输出，从而光模块的apc(autopowercontrol)驱动变容易。此外，之所以使设置光电二极管等光检测器15的槽14的底面相对于金属心柱的表面2a倾斜是为了使反射光不返回至半导体光集成元件9，以便不存在被光检测器15反射后的背面光再次返回至半导体光集成元件9而影响半导体光集成元件9的动作的情况。

实施方式4.

图10是表示实施方式4涉及的光模块的结构的立体图。在实施方式3中，为了电介质基板5的光轴方向的尺寸不变大而在金属心柱2的表面2a设置槽14并在该槽14安装了光电二极管等光检测器15。在本实施方式4中，电介质基板5的光轴方向的尺寸稍微变大，但如图10所示，在电介质基板5的成为半导体光集成元件9的背面的部分稍微设置空间来将光检测器15安装于电介质基板5上。在本实施方式4中，也与实施方式3同样，希望设置为向任一方向倾斜以便使来自光检测器15的反射光不返回至半导体光集成元件9。根据该结构，通过使用检测半导体光集成元件9的背面光的光检测器15的输出，也使得光模块的apc驱动变容易。

在本申请中记载了各种例示的实施方式以及实施例，但记载于1个或者多个实施方式的各种特征、方式以及功能并不局限于特定的实施方式的应用，能够单独或者以各种组合应用于实施方式。因此，在本申请说明书所公开的技术范围内可假定有未例示的无数的变形例。例如，包括将至少1个构成要素变形的情况、进行追加的情况或者进行省略的情况、以及提取至少1个构成要素来与其他实施方式的构成要素组合的情况。

附图标记说明：

2…金属心柱；2a…金属心柱的表面；3…导线销；5…电介质基板；7…阴极电极；8…键合线；9…半导体光集成元件；13…(电介质基板的)槽；14…(金属心柱的表面的)槽；15…光检测器；20…基板支承部；30…贯通孔；60…高频信号线路。