DE69909667T2

DE69909667T2 - Optisches Modul

Info

Publication number: DE69909667T2
Application number: DE69909667T
Authority: DE
Inventors: Shozi Minato-ku Hashizume; Yoshihiro Minato-ku Hasegawa; Hironori Minato-ku Ueda
Original assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Current assignee: NEC Compound Semiconductor Devices Ltd
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1999-02-25
Publication date: 2004-06-09
Anticipated expiration: 2019-02-26
Also published as: DE69909667D1; CN1153306C; EP0939328B1; EP0939328A3; US6130444A; EP0939328A2; CN1227421A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Halbleitervorrichtung mit einem optischen Element wie z. B. einem Lichtsendeelement oder Lichtempfangselement und einer Lichtleitfaser zur Lichtübertragung, die mit dem optischen Element optisch gekoppelt ist, und insbesondere einen Montageaufbau für die Lichtleitfaser.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Bei einer optischen Halbleitervorrichtung von diesem Typ wird ein optisches Element in einem Gehäuse montiert. Eine Lichtleitfaser wird axial auf das optische Element ausgerichtet und am Gehäuse befestigt. Danach wird der optische Kopplungsbereich des optischen Elementes und der Lichtleitfaser luftdicht verschlossen. Bei der Lichtleitfaser ist eine blanke Faser aus Glas mit einem Polyethylenmantel bedeckt. Der Mantel ist nicht wärmebeständig. Wenn der Mantelteil am Gehäuse befestigt wird, wird der Befestigungszustand durch Wärme verschlechtert, und die Axialposition des Mantels verschiebt sich in Bezug auf das optische Element. Um dies zu verhindern, wird konventionell ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem der Mantel entfernt wird, um die blanke Faser bloßzulegen, und die blanke Faser am Gehäuse befestigt wird. Da die blanke Faser sehr dünn ist und geringe mechanische Festigkeit hat, wird konventionell ein Montageaufbau mit einer Verstärkungs-Metallkapillare oder -Metallhülse verwendet. Dieser Aufbau hat eine große Zahl von Bestandteilen, die die optische Halbleitervorrichtung bilden, und eine große Zahl von Zusammenbauschritten, was zu einer Erhöhung der Kosten der optischen Halbleitervorrichtung führt.
Um die Zahl der Bestandteile zu vermindern, wird ein Aufbau vorgeschlagen, bei dem die Lichtleitfaser mit einem lichthärtenden Harz, z. B. einem ultraviolettaushärtenden Harz, am Gehäuse befestigt wird. Zum Beispiel in der japanischen ungeprüften Patentveröffentlichung Nr. 8-335744 wird eine blanke Faser einer Lichtleitfaser mittels eines ultraviolettaushärtenden Harzes auf einem Lichtleitfaser-Stützglied aus Glas, einem Kunststoff, Silikon, einem Harz, einem Keramikmaterial oder dergleichen montiert, und dieses Lichtleitfaser-Stützglied wird mit dem ultraviolettaushärtenden Harz am Gehäuse befestigt. Da dieser Aufbau keine Metallkapillare oder Metallhülse erfordert, bewirkt dies eine Verminderung der Zahl der Bestandteile. Dieser Aufbau erfordert jedoch ein Lichtleitfaser-Stützglied, das speziell bearbeitet werden muss, und die blanke Faser der Lichtleitfaser muss in ein kleines Loch eingeführt werden, das in dem Lichtleitfaser-Stützglied ausgebildet ist, so dass noch das Problem besteht, den Aufbau und die jeweiligen Arbeitsschritte beim Zusammenbau zu vereinfachen.
Der vorliegende Erfinder hat versucht, die blanke Faser der Lichtleitfaser direkt am Gehäuse zu befestigen, ohne so ein Lichtleitfaser-Stützglied zu verwenden. Zu diesem Zweck wird eine Kerbe oder Nut zum Führen der blanken Faser in einem Teil des Gehäuses ausgebildet. Die blanke Faser wird in diese Kerbe oder Nut eingeführt und mit einem lichthärtenden Harz befestigt, z. B. einem ultraviolettaushärtenden Harz. Mit dieser Gegenmaßnahme genügt es, die optische Achse der blanken Faser in Bezug auf ein im Voraus im Gehäuse montiertes optisches Element zu positionieren und die blanke Faser in diesem Zustand mit dem lichthärtenden Harz zu befestigen. Sowohl die Zahl der Bestandteile als auch die Zahl der Arbeitsschritte beim Zusammenbau können vermindert werden, so dass eine sehr preisgünstige optische Halbleitervorrichtung realisiert werden kann.
Wurde diese optische Halbleitervorrichtung versuchsweise unter Verwendung eines ultraviolettaushärtenden Harzes als das lichthärtende Harz hergestellt und einer Leistungsbewertung unterzogen, traten die folgenden Probleme auf. Wenn beim Befestigen der blanken Faser mit dem ultraviolettaushärtenden Harz die Dicke des ultraviolettaushärtenden Harzes 0,4 mm übersteigt, erreicht keine genügend große Lichtmenge von Ultraviolettstrahlen die untere Schicht des ultraviolettaushärtenden Harzes, da das ultraviolettaushärtende Harz hohes Absorptionsvermögen für Ultraviolettstrahlen hat. Es kann dann kein genügendes Aushärten durchgeführt werden, und die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser ist tendenziell unzureichend. Insbesondere kann das ultraviolettaushärtende Harz in der Kerbe oder Nut, in die die blanke Faser eingeführt wird, nicht genügend ausgehärtet werden. Wird die vom Mantel befreite blanke Faser mit dem ultraviolettaushärtenden Harz befestigt, so dass sie vollständig davon bedeckt ist, wird die Menge an ultraviolettaushärtendem Harzes größer. Wird dieses ultraviolettaushärtende Harz ausgehärtet, tritt im Harz Rissbildung auf, wodurch die Festigkeit der Befestigung vermindert wird. Um dies zu verhindern, wurde in diesem Fall Silika in das ultraviolettaushärtende Harz gefüllt, und die Menge von Silika als Füllmittel wurde verändert, so dass der Wärmeausdehnungskoeffizient des ultraviolettaushärtenden Harzes bei einer Glasübergangstemperatur oder weniger von 7,7 E^–5/°C auf 1,0 E^–5/°C vermindert wurde. Es war jedoch schwierig, die Festigkeit der Befestigung zu verbessern. Wurde der Wärmeausdehnungskoeffizient auf weniger als 1,5 E^–5/°C vermindert, nahm die Viskosität des ultraviolettaushärtenden Harzes steil zu und beeinträchtigte das Füllverhalten. Es wurde bestätigt, dass aufgrund eines Füllfehlers ein Durchgangsloch ausgebildet wurde, was die Zuverlässigkeit der Luftdichtigkeit beeinträchtigte. Da die blanke Faser vollständig mit dem ultraviolettaushärtenden Harz bedeckt und befestigt ist, wird sie durch auf das Gehäuse oder die Lichtleitfaser ausgeübte Belastung beschädigt. Es tritt dann Fehlausrichtung auf das optische Element auf, so dass das Ausgangssignal schwankt. Wenn die Belastung groß ist, wird die blanke Faser abgelöst, und es entsteht eine defekte optische Halbleitervorrichtung.
Die GB 2,128,768A offenbar ein optisches Modul vom im Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Typ.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschrieben Umstände im Stand der Technik gemacht und hat zur Aufgabe, eine höchst zuverlässige optische Halbleitervorrichtung bereitzustellen, bei der die Zahl der Zusammenbauschritte vermindert ist, die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser einer Lichtleitfaser mit einem lichthärtenden Harz vergrößert ist, Rissbildung im lichthärtenden Harz verhindert wird und die Belastung der blanken Faser gemildert werden kann.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine optische Halbleitervorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen technischen Merkmalen bereitgestellt.
Die transparente Platte der optische Halbleitervorrichtung ist optional in das ausgehärtete lichthärtende Harz eingebaut.
Die Lichtleitfaser der optischen Halbleitervorrichtung enthält optional eine blanke Faser und einen Mantel, der die blanke Faser bedeckt. Die blanke Faser ist optional in einer in dem Gehäuse oder einem auf dem Gehäuse montierten Glied ausgebildeten Ausnehmung angeordnet und zwischen einem zweiten lichthärtenden Harz, das in die Ausnehmung gefüllt ist, und der auf dem Oberflächenschichtteil des ersten lichthärtenden Harzes angeordneten transparenten Platte befestigt, um in das erste lichthärtende Harz eingebaut zu werden.
Die blanke Faser der Lichtleitfaser der optischen Halbleitervorrichtung ist optional an mehreren, in ihrer Längsrichtung voneinander beabstandeten Teilen mit dem ersten und dem zweiten lichthärtenden Harz an dem Gehäuse befestigt.
Optional bereitgestellt wird eine optische Halbleitervorrichtung mit einem Gehäuse, einer Wärmesenke, die in einem in einer Oberseite des Gehäuses ausgesparten Hohlraum befestigt ist, einem optischen Element, das in dem Hohlraum montiert ist, einer Blankfaser-Führungsnut, die in einer Oberfläche der Wärmesenke ausgebildet ist, so dass sie einen V-förmigen Querschnitt hat, einer Ausnehmung für luftdichte Abdichtung der blanken Faser, die in der Oberseite des Gehäuses gegenüber dem Hohlraum ausgebildet ist, einer Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung, die in der Oberseite des Gehäuses ausgebildet ist, so dass sie mit der Ausnehmung für luftdichte Abdichtung der blanken Faser zusammenhängend ist, einer Lichtleitfaser, die eine blanke Faser aufweist, die an einem Endteil davon bloßliegt, wobei die verlegte blanke Faser so angeordnet ist, dass sie sich von der Blankfaser-Führungsnut zu der Ausnehmung für luftdichte Abdichtung der blanken Faser erstreckt, und die Lichtleitfaser einen Mantel aufweist, der in der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung angeordnet ist, einem lichthärtenden Harz, das jeweils in die Blankfaser-Führungsnut, die Ausnehmung für luftdichte Abdichtung der blanken Faser und die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung gefüllt ist, einer transparenten Platte, die Licht zum Aushärten des lichthärtenden Harzes durchlassen kann und auf einem Oberflächenschichtteil des lichthärtenden Harzes angeordnet ist, so dass sie die Blankfaser-Führungsnut und die Ausnehmung für luftdichte Abdichtung der blanken Faser bedeckt, und in das ausgehärtete lichthärtende Harz eingebaut ist, und einer luftdicht verschließenden Kappe oder einem Deckel, die bzw. der mit dem rings um den Hohlraum angebrachtem lichthärtenden Harz in der Oberseite des Gehäuses befestigt ist, wobei die Kappe den Hohlraum bedeckt.
Optional können ein Lichtsendeelement ein Lichtempfangselement jeweils als das optische Element montiert sein. Die Lichtleitfaser kann zwei Lichtleitfasern umfassen, die jeweils einen Endteil haben, der gegenüber einem Entsprechenden der Lichtsende- und Lichtempfangselemente angeordnet ist. Die zwei Lichtleitfasern können blanke Fasern aufweisen, die in zwei Blankfaser-Führungsnuten befestigt sind, die mit dem lichthärtenden Harz und der transparenten Platte in der Oberfläche der Wärmesenke ausgebildet sind. Die luftdicht verschließende Kappe kann mit einem Lichtabschirmfilm ausgebildet sein, der in ihrem den Hohlraum bedeckenden Bereich ausgebildet ist. Insbesondere wird bei der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass das lichthärtende Harz ein ultraviolettaushärtendes Harz ist und die transparente Platte eine Glasplatte ist, die ultraviolette Strahlen durchlassen kann.
Da bei der vorliegenden Erfindung eine Lichtleitfaser, insbesondere eine blanke Faser, mittels des ultraviolettaushärtendes Harzes direkt an dem Gehäuse oder der Wärmesenke befestigt wird, ist kein Glied nötig, das speziell bearbeitet werden muss, um die blanke Faser festzuhalten. Die blanke Faser wird mit dem lichthärtenden Harz und der transparenten Platte befestigt. Selbst wenn das Volumen des lichthärtenden Harzes um einen dem Volumen der transparenten Platte entsprechenden Betrag vermindert wird, kann eine erforderliche genügend hohe Festigkeit sichergestellt werden, und durch eine Verringerung der Harzmenge wird Rissbildung vermindert. Die transparente Platte lässt Licht zum Aushärten des lichthärtenden Harzes durch. Daher kann auch das unter der transparenten Platte vorhandene lichthärtende Harz mit einer genügenden Lichtmenge bestrahlt werden. Daher kann das lichthärtende Harz sogar bis zu seiner unteren Schicht genügend ausgehärtet werden, was die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser weiter vergrößert. Da die blanke Faser in Teilen am Gehäuse befestigt wird, die in erforderlichen Abständen in der Längsrichtung voneinander getrennt sind, wird die auf das Gehäuse oder die Lichtleitfaser ausgeübte Belastung von Teilen unter den befestigten Teilen der blanken Faser aufgenommen, so dass der Einfluss der Belastung der blanken Faser unterdrückt wird.
Die obigen und viele weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und beigefügten Zeichnungen offenkundig, in denen bevorzugte Ausführungsformen, die das Prinzip der vorliegenden Erfindung in sich schließen, anhand von veranschaulichenden Beispielen gezeigt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht, die die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 bis 5 sind Schnittansichten entlang der Linien II-II, III-III, IV-IV bzw. V-V von 1;
6 ist eine schematische Explosions-Perspektivansicht, die die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Flussdiagramm, das die Schritte bei der Herstellung der ersten Ausführungsform zeigt;
8A bis 8C sind Konzeptansichten zur Erläuterung des Schrittes zum Befestigen der Lichtleitfaser;
9a bis 9C sind Konzeptansichten zur Erläuterung des Schrittes zum luftdichten Verschließen;
10 ist eine schematische Draufsicht, die die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 bis 15 sind Schnittansichten entlang der Linien XI-XI, XII-XII, XIII-XIII, XIV-XIV bzw. XV-XV von 1.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die verschiedenen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben.
1 ist eine schematische Draufsicht auf die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 2 bis 5 sind Schnittansichten entlang der Linien II-II, III-III, IV-IV bzw. V-V von 1. 6 ist eine schematische Perspektivansicht, die den Hauptteil in einem Explosionszustand zeigt. Unter Bezugnahme auf 1 bis 6 wird eine Lichtleitfaser 10 durch eine blanke Faser 11, die aus Glas oder dergleichen besteht, und einen Mantel 12 gebildet, der aus Polyethylenharz oder dergleichen besteht und die blanke Faser 11 bedeckt. Ein Gehäuse 101, mit dem ein Endteil der Lichtleitfaser 10 verbunden ist und von dem er gestützt wird, hat eine Rechteckform und besteht aus einem Keramikmaterial, z. B. Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. In einem Bereich der Oberseite des Gehäuses 101 nahe an einem Ende in der Längsrichtung ist ein rechteckiger Hohlraum 102 ausgebildet. Auf der inneren Unterseite des Hohlraums 102 ist ein erforderliches Metallisierungsmuster 103 ausgebildet. Dieses Metallisierungsmuster 103 erstreckt sich zu der Seitenfläche des Gehäuses 101 und liegt bloß. Außen verlaufende Leiter 104 sind mit einer AgCu-Legierung an diese bloßliegende Oberfläche gelötet. In einer Position auf der anderen Endseite der Oberseite des Gehäuses 101 gegenüber dem Hohlraum 102 sind eine Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser und eine damit zusammenhängende Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 ausgebildet. Die Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser bildet einen Stufenteil mit einem tiefen Zentralteil aus und ist groß genug, um die blanke Faser 11 aufzunehmen. Die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 ist groß genug ausgebildet, um den Mantel 12 der Lichtleitfaser 10 aufzunehmen.
Im Hohlraum 102 des Gehäuses 101 ist eine aus einer Siliziumplatte ausgebildete Wärmesenke 107 montiert und dort an ihrer Unterseite mit AG-Paste oder einem AuSn-Lötmaterial 108 befestigt. Auf der Oberfläche der Wärmesenke 107 sind ein erforderliches Metallisierungsmuster 109 und eine ausgesparte Nut 110 ausgebildet. Die ausgesparte Nut 110 erstreckt sich in der Breitenrichtung der Wärmesenke 107, um einen Endteilbereich abzugrenzen. Auf dem Metallisierungsmuster ist mit einer AuSn-Legierung auf einer durch die ausgesparte Nut 110 abgegrenzten Endteilseite ein Lichtsendeelement 111 wie z. B. eine Leuchtdiode oder Laserdiode montiert, und die Elektrode des Lichtsendeelementes 111 und das Metallisierungsmuster 109 sind durch einen Au-Draht 112 miteinander drahtkontaktiert. In der Oberfläche der Wärmesenke 107 ist eine Blankfaser-Führungsnut 113 mit V-förmigem Querschnitt ausgebildet, die sich geradlinig zwischen dem Lichtsendeelement 111 und der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser erstreckt. In einer benachbarten Position gegenüber dem Lichtsendeelement 111 ist mit AG-Paste oder einem AuSn-Lötmaterial 115 ein Lichtempfangsüberwachungselement-Träger 114 im Hohlraum 102 befestigt, der aus Aluminium oder dergleichen besteht und blockförmig ist. Auf einer Seitenfläche des Lichtempfangsüberwachungselement-Trägers 114 ist mit dem AuSn-Lötmaterial ein Lichtempfangsüberwachungselement 116 wie z. B. eine Fotodiode montiert. Die Elektrode des Lichtempfangsüberwachungselementes 116 ist mit einem Au-Draht 117 mit einem Metallisierungsmuster drahtkontaktiert, das auf dem Lichtempfangsüberwachungselement-Träger 114 ausgebildet ist. Das Lichtempfangsüberwachungselement 116 bildet eine Überwachungseinrichtung zum Empfang eines Teils des vom Lichtsendeelement 111 ausgesendeten Lichtes. Die Metallisierungsmuster der Wärmesenke 107 und des Lichtempfangsüberwachungselement-Trägers 114 sind mit Au-Drähten 118 mit dem Metallisierungsmuster 103 des Gehäuses 101 drahtkontaktiert. Somit sind das Lichtsendeelement 111 und das Lichtempfangsüberwachungselement 116 jeweils mit den außen verlaufenden Leitern 104 elektrisch verbunden.
Die Lichtleitfaser 10 wird so angeordnet, dass sie sich durch die in der Oberseite des Gehäuses 101 ausgebildete Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 und Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser und die in der Oberseite der Wärmesenke 107 ausgebildete Blankfaser-Führungsnut 113 hindurch erstreckt. Der Polyethylenmantel 12 am distalen Endteil der Lichtleitfaser 10 wird entfernt, um die blanke Faser 11 bloßzulegen. Diese bloßgelegte blanke Faser 11 wird so angeordnet, dass sie sich durch einen Bereich der Blankfaser-Führungsnut 113 hindurch zu der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser erstreckt, und der Mantelteil 12 wird in der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 angeordnet. In diesem Zeitpunkt wird ein distaler Endteil 11a der blanken Faser 11 kegelförmig ausgebildet, und seine distale Endseite wird zu einer Kugelfläche geformt. Diese distale Endfläche liegt dem Lichtsendeelement in einem erforderlichen Abstand gegenüber und ist axial auf das Lichtsendeelement 111 ausgerichtet. Zusätzlich werden ultraviolettaushärtende Harze 119, 120 und 121 in den erforderlichen Bereich der Blankfaser-Führungsnut 113, d. h. einen Bereich, der beinahe die halbe Oberseite der Wärmesenke 107 auf einer Seite gegenüber der zum Lichtsendeelement 111 weisenden Seite bedeckt, die Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser und die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 gefüllt. Weiterhin werden eine Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122, die die Ultraviolettstrahlen durchlassen kann, und eine Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser auf der Oberseite des ultraviolettaushärtenden Harzes 119 der Blankfaser-Führungsnut 113 bzw. auf dem ultraviolettaushärtenden Harz 120 der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser angeordnet. Die Glasplatten 122 und 123 und die ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 120 befestigen und stützen die blanke Faser 11 in der Blankfaser-Führungsnut 113 und der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser. Die ultraviolettaushärtenden Harze 119, 120 und 121 werden durch Bestrahlung mit den Ultraviolettstrahlen ausgehärtet, um die blanke Faser 11 und den Mantel 12 an der Wärmesenke 107 bzw. dem Gehäuse 101 zu befestigen. Eine Glaskappe oder ein Glasdeckel 124 für luftdichten Verschluss, die bzw. der aus einer ebenen Glasplatte ausgebildet ist, wird auf dem Hohlraum 102 angeordnet und mit einem ultraviolettaushärtenden Harz 125 an die Oberseite des Gehäuses 101 geklebt, um das Innere des Hohlraums 102 luftdicht zu verschließen. Obwohl in den Zeichnungen nicht gezeigt, werden auf der Innen- oder Außenseite des Glasdeckels 124 für luftdichten Verschluss mit Ausnahme seines Umfangsteils Lichtabschirmfilme ausgebildet, so dass äußeres Licht das Lichtsendeelement 111 oder das Lichtempfangsüberwachungselement 116 im Hohlraum 102 nicht ungünstig beeinflusst.
Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung der optischen Halbleitervorrichtung beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm der Herstellungsschritte. Das Lichtsendeelement 111 wird auf dem Metallisierungsmuster 109 der aus Silizium bestehenden Wärmesenke 107 montiert. Hinsichtlich der Montagebedingung wird zum Beispiel das Lichtsendeelement 111 mit der AuSn-Legierung in einer N₂-Gas-Atmosphäre bei 320°C mit der Wärmesenke 107 verbunden (S11). Ähnlich wird das Lichtempfangsüberwachungselement 116 mit der AuSn-Legierung in einer N₂-Gas-Atmosphäre bei 320°C mit dem Lichtempfangsüberwachungselement-Träger 114 kontaktiert (S12). Das Lichtempfangsüberwachungselement 116 und das Metallisierungsmuster des Lichtempfangsüberwachungselement-Trägers 114 werden mit dem Au-Draht 117 miteinander drahtkontaktiert (S13). Danach werden die Wärmesenke 107 und der Lichtempfangsüberwachungselement-Träger 114 auf der inneren Unterseite des Hohlraums 102 des Gehäuses 101 mit Ag-Paste oder AuSn-Lötmaterial auf dem Metallisierungsmuster 103 montiert (S14). Danach werden das Metallisierungsmuster 109 der Wärmesenke 107 und das Lichtsendeelement 111, die Wärmesenke 107 und das Metallisierungsmuster 103 des Gehäuses 101 sowie der Lichtempfangsüberwachungselement-Träger 114 und das Metallisierungsmuster 103 des Gehäuses 101 mit den Au-Drahten 112 bzw. 118 miteinander drahtkontaktiert, und das Lichtsendeelement 111 und das Lichtempfangsüberwachungselement 116 werden mit den außen verlaufenden Leitern 104 des Gehäuses 101 elektrisch verbunden (S15).
Die Lichtleitfaser 10, von deren distalem Endteil der Polyethylenmantel 12 entfernt ist, wird auf dem Gehäuse 101 und der Wärmesenke 107 angeordnet. In diesem Zeitpunkt wird der Mantel 12 auf der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 des Gehäuses 101 angeordnet, und die bloßgelegte blanke Faser 11 wird so angeordnet, dass sie sich von der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser des Gehäuses 101 zu der Blankfaser-Führungsnut 113 der Wärmesenke 107 erstreckt. Die blanke Faser 11 wird axial auf das Lichtsendeelement 111 ausgerichtet. Das ultraviolettaushärtende Harz 119 wird in den vorbestimmten Bereich der Blankfaser-Führungsnut 113 gefüllt, die Glasplatte 11 wird auf dem ultraviolettaushärtenden Harz 119 angeordnet, und das ultraviolettaushärtende Harz 119 wird zum Aushärten mit den Ultraviolettstrahlen bestrahlt. Das ultraviolettaushärtende Harz 120 wird in die Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser in der Oberseite des Gehäuses 101 gefüllt, die Glasplatte 123 wird auf dem ultraviolettaushärtenden Harz 120 angeordnet, und das ultraviolettaushärtende Harz 120 wird mit den Ultraviolettstrahlen bestrahlt und ausgehärtet. Auf diese Weise wird die blanke Faser 11 befestigt (S16). Nachfolgend wird das ultraviolettaushärtende Harz 121 in die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 gefüllt. Das ultraviolettaushärtende Harz 125 wird rings um den Hohlraum 102 angebracht. Der Glasdeckel 124 für luftdichten Verschluss wird auf dem Hohlraum 102 angeordnet. Das ultraviolettaushärtende Harz 125 wird mit den Ultraviolettstrahlen bestrahlt und ausgehärtet. Auf diese Weise wird der Mantel 12 der Lichtleitfaser 10 befestigt, und das luftdichte Verschließen des Inneren des Hohlraums 102 ist abgeschlossen (S17).
Der oben beschriebene Schritt zum Befestigen der blanken Faser (S16) wird nun unter Bezugnahme auf 8A bis 8C im Detail erläutert. Wie in 8A gezeigt, werden das Gehäuse 101 und die Lichtleitfaser 10 auf eine Lichtleitfaser-Befestigungseinheit (nicht gezeigt) gesetzt, und die bloßgelegte blanke Faser 11 der Lichtleitfaser wird auf dem Gehäuse 101 und der Blankfaser-Führungsnut 113 in der Wärmesenke 107 angeordnet. Das Lichtsendeelement 111 wird Licht aussenden gelassen, und eine Licht detektor-Überwachungseinrichtung wird mit dem anderen Ende der Lichtleitfaser 10 verbunden. Während die Lichtstärke mit dieser Übenrwachungseinrichtung überwacht wird, wird die Position der blanken Faser 11 etwas geändert. Auf diese Weise wird die blanke Faser 11 in einer Position in ihrer Längsrichtung, in der das Überwachungslicht maximal wird, in Bezug auf das Lichtsendeelement 111 positioniert, und die blanke Faser wird mit einer Lichtleitfaserpresse (nicht gezeigt) auf die Wärmesenke 107 gepresst und darauf festgehalten. Das ultraviolettaushärtende Harz 119 wird mit einem Spender auf die Blankfaser-Führungsnut 113 aufgebracht. Wie in 8B gezeigt, wird nachfolgend die Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 auf dem ultraviolettaushärtenden Harz 119 angeordnet. Die Oberseite des Gehäuses 101 wird mit Ultraviolettstrahlen (UV-Licht) bei einer Beleuchtungsstärke von 120 mW/cm² unter einem Höhenwinkel von 45° jeweils in der Längsrichtung der blanken Faser und einer diese senkrecht schneidenden Richtung ungefähr 60 Sekunden lang bestrahlt, wodurch das ultraviolettaushärtende Harz 119 ausgehärtet wird. Ein Teil der Ultraviolettstrahlen wird durch die Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 durchgelassen und bestrahlt das ultraviolettaushärtende Harz 119. Wie in 8C gezeigt, werden einige Tropfen (in diesem Fall 3 Tropfen) ultraviolettaushärtendes Harz 121 auf das Innere der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 aufgebracht, und die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 wird unter der gleichen Bedingung wie oben beschrieben mit den Ultraviolettstrahlen bestrahlt. Dementsprechend wird das ultraviolettaushärtende Harz 121 ausgehärtet, und der Mantel 12 der Lichtleitfaser 10 wird vorübergehend in der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 befestigt. Danach wird das Erzeugnis von der Lichtleitfaser-Befestigungseinheit entfernt.
Der in 7 gezeigte Schritt zum luftdichten Verschließen wird nun unter Bezugnahme auf 9A bis 9D im Detail beschrieben. Wie in 9A gezeigt, wird das ultraviolettaushärtende Harz 120 mittels eines Spenders (nicht gezeigt) auf die Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser aufgebracht, und nachfolgend wird die Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser auf dem ultraviolettaushärtenden Harz 120 angeordnet, wie in 9B gezeigt. Wie in 9C gezeigt, wird das ultraviolettaushärtende Harz 120 bei einer Beleuchtungsstärke von 200 mW/cm² 120 Sekunden lang (60 Sekunden × 2) in drei Richtungen über dem Gehäuse 101 mit den Ultraviolettstrahlen bestrahlt. Als Folge wird die Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser, durch die sich die blanke Faser 11 erstreckt, mit dem ultravio lettaushärtenden Harz 120 und der Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser verschlossen. Wie in 9D gezeigt, werden die ultraviolettaushärtenden Harze 121 und 125 auf die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106, um den Mantel 12 der Lichtleitfaser 10 im vorhergehenden Schritt vorübergehend zu befestigen, bzw. rings um den Hohlraum 102 in der Oberseite des Gehäuses 101 aufgebracht. Der Glasdeckel 124 für luftdichten Verschluss wird auf dem Hohlraum 102 angeordnet. Dieser Aufbau wird in eine N₂-Gas-Atmosphäre gesetzt. Das ultraviolettaushärtende Harz 121 wird unter der gleichen Bedingung wie jene in 9B mit Ultraviolettstrahlen bestrahlt, um auszuhärten. Als Folge wird die Lichtleitfaser 10 in der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 befestigt, und das Lichtsendeelement 111, das Lichtempfangsüberwachungselement 116 und die blanke Faser 11 im Hohlraum 102 werden luftdicht mit dem Glasdeckel 124 für luftdichten Verschluss verschlossen, so dass die optische Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung vervollständigt wird.
Auf diese Weise wird bei der optischen Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform die blanke Faser 11 mittels der ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 120 direkt am Gehäuse 101 und an der Wärmesenke 107 befestigt. Ein Glied, das speziell bearbeitet werden muss, um die blanke Faser festzuhalten, ist unnötig, so dass die Zahl der Arbeitsschritte bei Herstellung und Zusammenbau vermindert werden kann. Die Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 wird auf dem ultraviolettaushärtenden Harz 119 angeordnet, um die blanke Faser 11 an der Wärmesenke 107 zu befestigen. Die blanke Faser 11 wird mit dem ultraviolettaushärtenden Harz 119 und der Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 in der Blankfaser-Führungsnut 113 befestigt. Selbst wenn das Volumen des ultraviolettaushärtenden Harzes 119 um einen dem Volumen der Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 entsprechenden Betrag vermindert wird, kann eine genügend große Festigkeit sichergestellt werden, die zum Befestigen der blanken Faser 11 erforderlich ist. Da die auf dem oberen Schichtbereich des ultraviolettaushärtenden Harzes 119 angeordnete Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 die Ultraviolettstrahlen durchlässt, kann hinsichtlich Bestrahlung der Ultraviolettstrahlen zum Aushärten des ultraviolettaushärtenden Harzes 119 das unter der Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 vorhandene ultraviolettaushärtende Harz 119 mit einer genügend großen Menge Ultraviolettstrahlen bestrahlt werden. Da das ultraviolettaushärtende Harz 119 sogar bis zu seiner unteren Schicht genügend ausgehärtet werden kann, kann die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser 11 weiter vergrößert werden. Die Blankfaser- Befestigungsglasplatte 122 kann die Gesamtmenge von ultraviolettaushärtendem Harz 119 vermindern, wie oben beschrieben. Daher kann Rissbildung im ultraviolettaushärtenden Harz 119, die durch eine auf die blanke Faser 11 ausgeübte Belastung verursacht wird, unterdrückt werden, und dementsprechend kann die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser 11 weiter vergrößert werden. In dieser Ausführungsform gibt es zwischen einem Teil im Hohlraum 102, in dem die blanke Faser 11 an der Wärmesenke 107 befestigt ist, und einem Teil im Gehäuse 101, in dem die blanke Faser 11 in der Blankfaserausnehmung 105 befestigt ist, einen Teil, in dem sich die bloßgelegte blanke Faser 11 erstreckt. Daher wird die auf das Gehäuse 101 oder die Lichtleitfaser 10 ausgeübte Belastung vom bloßgelegten Teil der blanken Faser 11 aufgenommen, so dass die Wirkung der Belastung der blanken Faser 11 unterdrückt wird. Wie in der vergrößerten Ansicht von 5 gezeigt, wird, während die blanke Faser 11 in die Blankfaser-Führungsnut 113 der Wärmesenke 107 gepresst wird, das ultraviolettaushärtende Harz 119 mit dem Spender zugeführt, wird die Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 angeordnet und wird das ultraviolettaushärtende Harz 119 ausgehärtet, um die blanke Faser 11 zu befestigen. Die blanke Faser 11 kommt in wesentlichen Kontakt mit der Blankfaser-Führungsnut 113, und das ultraviolettaushärtende Harz 119 tritt nicht zwischen der blanken Faser 11 und der Wärmesenke 107 ein oder tritt, wenn überhaupt, nur in einer sehr geringen Menge ein. Daher kann axiale Fehlausrichtung zwischen dem Lichtsendeelement 111, dem Lichtempfangsüberwachungselement 116 und der blanken Faser 11, die durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten des ultraviolettaushärtenden Harzes oder den Einfluss von Ausdehnung aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption des ultraviolettaushärtenden Harzes verursacht wird, verhindert werden. Mit anderen Worten, da die Glasplatte 122 eine beliebige Form haben kann, so weit sie die Lichtleitfaser befestigen kann, kann sie eine einfache ebene Glasplatte sein, die keine Nutenausbildung erfordert, was auch die Kosten der Glasplatte 122 vermindert.
Ähnlich wird bei der mit dem Hohlraum 102 zusammenhängenden Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser die blanke Faser 11 mit dem ultraviolettaushärtenden Harz 120 und der darauf angeordneten Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser befestigt. Eine durch die Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser und die Ultraviolettstrahlen-Durchlasswirkung der Glasplatte 123 erreichte Volumenverminderung des ultraviolettaushärtenden Harzes 120 vergrößert die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser 11. Rissbildung im ultra violettaushärtenden Harz 120 wird ebenfalls verhindert, was eine sehr luftdichte Verschlusswirkung erzeugt. Die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 ist mit der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser zusammenhängend ausgebildet, und das ultraviolettaushärtende Harz 121 zum Befestigen des Mantels 12 der Lichtleitfaser 10 wird darin eingefüllt. Die Haftfestigkeit zwischen dem Polyethylen des Mantels 12 der Lichtleitfaser 10 und dem ultraviolettaushärtenden Harz 121 vergrößert die Festigkeit der Befestigung der Lichtleitfaser 10. Das in die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 gefüllte ultraviolettaushärtende Harz 121 vergrößert die Luftdichtigkeit in der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser ebenfalls. Hinsichtlich des mit dem ultraviolettaushärtenden Harz 125 an der Oberseite des Gehäuses 101 befestigten Glasdeckels 124 für luftdichten Verschluss kann genügendes Aushärten erwartet werden, wenn das ultraviolettaushärtende Harz 125 mit den Ultraviolettstrahlen bestrahlt und ausgehärtet wird, da die Ultraviolettstrahlen durch den Glasdeckel 124 für luftdichten Verschluss durchgelassen werden. Als Folge wird die luftdichte Verschlusswirkung verbessert.
Die Standardkennwerte des Belcore-Tests (TA-NWT-000983) sind 1 kgf × 5 Sekunden × 3 mal oder mehr. Diesbezüglich zeigte die optische Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform Kennwerte von 1,2 kgf × 5 Sekunden × 3 mal oder mehr. Es wurde ein Erzeugnis erhalten, das den Standard erfüllt. Die Ausgangsfluktuation der optischen Halbleitervorrichtung dieser Ausführungsform nach einem Temperaturzyklus (2.000 Stunden lang eine Temperatur von 85°C und eine Luftfeuchtigkeit von 85%) betrug 6% in Bezug auf ±10% der Standard-Ausgangsfluktuation. Daher wurde auch in dieser Hinsicht ein Erzeugnis erhalten, das den Standard erfüllt. Bei Durchführung einer Rotprüfung wurde bestätigt, dass im abgedichteten Teil der blanken Faser keine Undichtigkeit auftrat. Es wird bevorzugt, dass den ultraviolettaushärtenden Harzen 119, 120 und 121 ein Füllstoff aus Silika mit guter Durchlässigkeit für Ultraviolettstrahlen hinzugefügt wird und dass der Wärmeausdehnungskoeffizient der Ultraviolettstrahlen bei einer Glasübergangstemperatur oder weniger in den Bereich von 5 E^–5/°C bis 1,5 E^–5/°C fällt. Wenn das ultraviolettaushärtende Harz eine große Menge Füllstoff enthält und der Wärmeausdehnungskoeffizient kleiner als 1,5 E^–5/°C wird, wird die Viskosität des ultraviolettaushärtenden Harzes vor dem Aushärten ziemlich hoch. Das Harzfüllvermögen wird dann beeinträchtigt. Aufgrund eines Füllfehlers der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 tritt eine Verminderung der Haltefestigkeit auf. Durch einen Füllfehler der Ausneh mung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser wird leicht ein Durchgangsloch ausgebildet. Alternativ wird die Beschichtungs-Verarbeitbarkeit des ultraviolettaushärtenden Harzes 125 zum luftdichten Verschließen des Glasdeckels 124 für luftdichten Verschluss schlecht. Die Zahl der Arbeitsschritte wird größer, und weiterhin tritt tendenziell ein Luftdichtigkeitsschaden aufgrund eines Füllfehlers auf. Wenn die Füllstoffmenge des ultraviolettaushärtenden Harzes klein ist und der Wärmeausdehnungskoeffizient größer als 5,0 E^–5/°C wird, wird die Viskosität des ultraviolettaushärtenden Harzes vor dem Aushärten ziemlich niedrig. Eine vom ultraviolettaushärtenden Harz 119 abgetrennte Harzkomponente tritt dann durch Kappilarwirkung oder dergleichen in die Lücke zwischen der in der Wärmesenke 107 ausgebildeten Blankfaser-Führungsnut 113 und der blanken Faser 11 (in der vergrößerten Ansicht von 5 gezeigt) ein und füllt sie. Da die Harzkomponente des vom Füllstoff abgetrennten ultraviolettaushärtenden Harzes einen großen Wärmeausdehnungskoeffizienten hat (ungefähr 7,7 E^–5/°C), dehnt sie sich aus und schrumpft in Übereinstimmung mit einer Temperaturdifferenz in der Umgebung, in der die optische Halbleitervorrichtung benutzt wird, und die Position der blanken Faser 11 relativ zur Wärmesenke 107 ändert sich etwas (in der Größenordnung von Submikron), was zu einer Änderung der axialen Positionsbeziehung zwischen der blanken Faser 11 und dem Lichtsendeelement 111 führt. Diese axiale Positionsänderung zwischen der blanken Faser 11 und dem Lichtsendeelement 111 bewirkt Fluktuation des Lichtausgangssignals der optischen Halbleitervorrichtung.
10 ist eine Draufsicht auf die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 11 bis 15 sind Schnittansichten entlang der Linien XI-XI, XII-XII, XIII-XIII, XIV-XIV bzw. XV-XV von 10. In 10 bis 15 sind Teile, die denen der ersten Ausführungsform äquivalent sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. In der zweiten Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung auf eine optische Halbleitervorrichtung angewendet, bei der ein Lichtsendeelement 111 und ein Lichtempfangselement 126 in einem Gehäuse 101 montiert sind und zwei den Lichtsende- und Lichtempfangselementen 111 bzw. 126 entsprechende Lichtleitfasern 10A und 10B am Gehäuse 101 befestigt sind. Diese optische Halbleitervorrichtung sendet ein Lichtsignal über die eine Lichtsende-Lichtleitfaser 10A und empfängt ein Lichtsignal über die andere Lichtempfangs-Lichtleitfaser 10B. Auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform hat das Gehäuse 101 eine Rechteckform und besteht aus einem Keramikmaterial, z. B. Aluminiumoxid oder Aluminiumnitrid. In einem Bereich der Oberseite des Gehäuses 101 nahe an einem Ende in der Längsrichtung ist ein rechteckiger Hohlraum 102 ausgebildet. Auf der inneren Unterseite des Hohlraums 102 ist ein erforderliches Metallisierungsmuster 103 ausgebildet. Außen verlaufende Leiter 104, die auf der Seitenfläche des Gehäuses 101 angeordnet sind, sind mit einer AgCu-Legierung an das Metallisierungsmuster 103 gelötet. Auf der anderen Endseite der Oberseite des Gehäuses 101 gegenüber dem Hohlraum 102 sind eine Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern und eine damit zusammenhängende Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 ausgebildet. Der Querschnitt der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern bildet einen Stufenteil mit einem tiefen Zentralteil aus, und dieser tiefe Zentralteil ist so groß, dass die zwei blanken Fasern parallel zueinander darin eingefügt werden. Die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 ist groß genug ausgebildet, um die Mäntel der zwei Lichtleitfasern 10A und 10B parallel zueinander aufzunehmen.
Im Hohlraum 102 des Gehäuses 101 ist eine aus einer Siliziumplatte ausgebildete Wärmesenke 107 montiert und dort an ihrer Unterseite mit AG-Paste oder einem AuSn-Lötmaterial 108 befestigt. Auf der Oberfläche der Wärmesenke 107 sind ein erforderliches Metallisierungsmuster 109 und eine ausgesparte Nut 110 ausgebildet. Die ausgesparte Nut 110 erstreckt sich in der Breitenrichtung der Wärmesenke 107, um einen Endteilbereich abzugrenzen. Auf dem Metallisierungsmuster ist mit einer AuSn-Legierung auf einer durch die ausgesparte Nut 110 abgegrenzten Endteilseite ein Lichtsendeelement 111 wie z. B. eine Leuchtdiode oder Laserdiode montiert, und die Elektrode des Lichtsendeelementes 111 und das Metallisierungsmuster 109 sind durch einen Au-Draht 112 miteinander drahtkontaktiert. In einer benachbarten Position gegenüber dem Lichtsendeelement 111 sind mit AG-Paste oder AuSn-Lötmaterialien 115 und 128 ein Lichtempfangsüberwachungselement-Träger 114, der aus Aluminium oder dergleichen besteht und blockförmig ist, und ein Lichtempfangselement-Träger 127 im Hohlraum 102 befestigt. Auf einer Seitenfläche des Lichtempfangsüberwachungselement-Trägers 114 ist mit dem AuSn-Lötmaterial ein Lichtempfangsüberwachungselement 116 wie z. B. eine Fotodiode montiert. Die Elektrode des Lichtempfangsüberwachungselementes 116 ist mit einem Au-Draht 117 mit einem Metallisierungsmuster drahtkontaktiert, das auf dem Lichtempfangsüberwachungselement-Träger 114 ausgebildet ist. Ähnlich ist auf einer Seitenfläche des Lichtempfangselement-Trägers 127 mit dem AuSn-Lötmaterial das Lichtempfangselement 126 wie z. B. eine Fotodiode montiert, und die Elektrode des Lichtempfangselementes 126 ist mit Au-Drähten 129 mit dem Metallisierungsmuster drahtkontaktiert, das auf dem Lichtempfangselement-Träger 127 ausgebildet ist. Die Metallisierungsmuster der Wärmesenke 107, des Lichtempfangsüberwachungselement-Trägers 114 und des Lichtempfangselement-Trägers 127 sind mit einem Au-Draht 118 mit dem Metallisierungsmuster des Gehäuses 101 drahtkontaktiert. Somit sind das Lichtsendeelement 111, das Lichtempfangselement 126 und das Lichtempfangsüberwachungselement 116 jeweils mit den außen verlaufenden Leitern 104 elektrisch verbunden.
Auf der Oberfläche der Wärmesenke 107 sind zwei Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B mit V-förmigem Querschnitt ausgebildet, die sich geradlinig zwischen dem Lichtsendeelement 111 und Lichtempfangselement 126 und der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern erstrecken. Die Lichtsende- und Lichtempfangs-Lichtleitfasern 10A und 10B sind parallel zueinander so angeordnet, dass sie sich durch die in der Oberseite des Gehäuses 101 ausgebildete Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 und Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern und die zwei in der Oberseite der Wärmesenke 107 ausgebildeten Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B hindurch erstrecken. Polyethylenmäntel 12A und 12B am distalen Endteil der Lichtleitfaser 10 werden entfernt, um die blanken Fasern 11A und 11B bloßzulegen. Diese bloßgelegten blanken Fasern 11A und 11B werden so angeordnet, dass sich durch einen Bereich der Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B hindurch zu der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern erstrecken, und die Mantelteile 12A und 12B werden in der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 angeordnet. In diesem Zeitpunkt wird der distale Endteil der blanken Faser 11A der Lichtsende-Lichtleitfaser 10A kegelförmig ausgebildet, und seine distale Endseite wird zu einer Kugelfläche geformt. Diese distale Endfläche liegt dem Lichtsendeelement 111 in einem erforderlichen Abstand gegenüber und ist axial auf das Lichtsendeelement 111 ausgerichtet. Der distale Endteil der blanken Faser 11B der Lichtempfangs-Lichtleitfaser 10B wird so ausgebildet, dass er schrägt in Bezug auf die optische Achse spitz zuläuft. Diese spitz zulaufende distale Endfläche liegt dem Lichtempfangselement 126 in einem erforderlichen Abstand gegenüber und ist axial auf das Lichtempfangselement 126 ausgerichtet.
Zusätzlich werden ultraviolettaushärtende Harze 119 und 130 in die erforderlichen Bereiche der Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B, d. h. Bereiche, die beinahe die halbe Oberseite der Wärmesenke 107 auf einer Seite gegenüber der zum Lichtsendeelement 111 weisenden Seite und einschließlich der Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B bedecken, und den Bereich der Blankfaser-Führungsnut 113B an einer Endseite gegenüber dem Lichtempfangselement 126 gefüllt. Ähnlich werden ultraviolettaushärtende Harze 120 und 121 in die Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern bzw. die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 gefüllt. Weiterhin werden Blankfaser-Befestigungsglasplatten 122 und 131, die die Ultraviolettstrahlen durchlassen können, und eine Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern auf den Oberseiten der zwei ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 130 der Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B bzw. auf dem ultraviolettaushärtenden Harz 120 der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern angeordnet. Die jeweiligen ultraviolettaushärtenden Harze werden bestrahlt und mit den Ultraviolettstrahlen ausgehärtet. Die Glasplatten 122 und 131 und die ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 130 befestigen und stützen daher die blanken Fasern 11A und 11B der Lichtsende- und Lichtempfangs-Lichtleitfasern 10A und 10B in den Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B, und ähnlich befestigen, stützen und verschließen die Glasplatte 123 und das ultraviolettaushärtende Harz 120 die blanken Fasern 11A und 11B in der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Faser. Außerdem hält das ultraviolettaushärtende Harz 121 in der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 die Mäntel 12A und 12B der jeweiligen Lichtleitfasern 10A und 10B fest. Ein aus einer ebenen Glasplatte ausgebildeter Glasdeckel 124 für luftdichten Verschluss wird auf dem Hohlraum 102 angeordnet und mit einem ultraviolettaushärtenden Harz 125 an die Oberseite des Gehäuses 101 geklebt, um das Innere des Hohlraums 102 luftdicht zu verschließen. Auf der Innen- oder Außenseite des Glasdeckels 124 für luftdichten Verschluss mit Ausnahme seines Umfangsteils werden Lichtabschirmfilme ausgebildet, so dass äußeres Licht das Lichtsendeelement 111 oder das Lichtempfangselement 126 im Hohlraum 102 nicht ungünstig beeinflusst.
Ein Verfahren zur Herstellung der optischen Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform ist mit demjenigen zur Herstellung der optischen Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beinahe identisch, und dementsprechend wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen. Man beachte, dass die zweite Ausführungsform den Schritt erfordert, das Lichtempfangselement 126 und die Lichtempfangs- Lichtleitfaser 10B im Gehäuse 101 zu montieren. Das Lichtempfangselement 126 kann auf die gleiche Weise wie das Lichtempfangsüberwachungselement 116 montiert werden. Die Lichtempfangs-Lichtleitfaser 10B kann gleichzeitig mit der Lichtsende-Lichtleitfaser 10 der ersten Ausführungsform montiert werden.
Bei der optischen Halbleitervorrichtung der zweiten Ausführungsform werden die blanken Fasern 11A und 11B der Lichtempfangs- und Lichtsende-Lichtleitfasern 10A und 10B mittels der ultraviolettaushärtenden Harze 119, 120, 121 und 130 direkt am Gehäuse 101 und an der Wärmesenke 107 befestigt. Ein Glied, das speziell bearbeitet werden muss, um die blanken Fasern 11A und 11B festzuhalten, ist unnötig, so dass die Zahl der Arbeitsschritte bei Herstellung und Zusammenbau vermindert werden kann. Die Blankfaser-Befestigungsglasplatten 122 und 131 werden auf den ultraviolettaushärtenden Harzen 119 und 130 angeordnet, um die blanken Fasern 11A und 11B an der Wärmesenke 107 zu befestigen. Die blanken Fasern 11A und 11B werden mit den ultraviolettaushärtenden Harzen 119 und 130 und den Blankfaser-Befestigungsglasplatten 122 und 131 in den Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B befestigt. Selbst wenn das Volumen der ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 130 jeweils um einen dem Volumen der jeweiligen Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122, 131 entsprechenden Betrag vermindert wird, kann eine genügend große Festigkeit sichergestellt werden, die zum Befestigen der blanken Faser 11 erforderlich ist. Da die auf den oberen Schichtbereichen der ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 130 angeordneten Blankfaser-Befestigungsglasplatten 122 und 131 die Ultraviolettstrahlen durchlassen, können hinsichtlich Bestrahlung der Ultraviolettstrahlen zum Aushärten des ultraviolettaushärtenden Harzes die unter den Blankfaser-Befestigungsglasplatten 122 und 131 vorhandenen ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 130 mit einer genügend großen Menge Ultraviolettstrahlen bestrahlt werden. Da diese ultraviolettaushärtenden Harze sogar bis zu ihren unteren Schichten genügend ausgehärtet werden können, kann die Festigkeit der Befestigung der blanken Fasern 11A und 11B weiter vergrößert werden. Die Blankfaser-Befestigungsglasplatten 122 und 131 können die Gesamtmenge der jeweiligen ultraviolettaushärtenden Harze 119 und 130 vermindern, wie oben beschrieben. Daher kann Rissbildung im ultraviolettaushärtenden Harz, die durch eine auf die blanken Fasern 11A oder 11B ausgeübte Belastung verursacht wird, unterdrückt werden, und dementsprechend kann die Festigkeit der Befestigung der blanken Fasern weiter vergrößert werden. Weiterhin gibt es zwischen einem Teil im Hohlraum 102, in dem die blanken Fasern 11A und 11B an der Wärmesenke 107 befestigt sind, und einem Teil im Gehäuse 101, in dem die blanken Fasern 11A und 11B in der Blankfaserausnehmung 105 befestigt sind, einen Teil, in dem sich die bloßgelegten blanken Fasern 11A und 11B erstrecken. Daher wird die auf das Gehäuse 101 oder die Lichtleitfaser 10A oder 10B ausgeübte Belastung vom bloßgelegten Teil jeder blanken Faser aufgenommen, so dass die Wirkung der Belastung der blanken Fasern unterdrückt wird. Wie in der vergrößerten Ansicht von 15 gezeigt, wird, während die blanken Fasern 11A und 11B in die Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B gepresst werden, das ultraviolettaushärtende Harz 119 mit dem Spender zugeführt, wird die Blankfaser-Befestigungsglasplatte 122 angeordnet und wird das ultraviolettaushärtende Harz 119 ausgehärtet, um die blanken Fasern 11A und 11B zu befestigen. Die blanken Fasern 11A und 11B kommen in wesentlichen Kontakt mit den Blankfaser-Führungsnuten 113A und 113B, und das ultraviolettaushärtende Harz 119 tritt nicht zwischen den blanken Fasern 11A und 11B und der Wärmesenke 107 ein oder tritt, wenn überhaupt, nur in einer sehr geringen Menge ein. Daher kann axiale Fehlausrichtung zwischen dem Lichtsendeelement 111, dem Lichtempfangsüberwachungselement 116 und den blanken Fasern 11A und 11B, die durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten des ultraviolettaushärtenden Harzes oder den Einfluss von Ausdehnung aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption des ultraviolettaushärtenden Harzes verursacht wird, verhindert werden. Mit anderen Worten, da die Glasplatte 122 eine beliebige Form haben kann, so weit sie eine Lichtleitfaser befestigen kann, kann sie eine einfache ebene Glasplatte sein, die keine Nutenausbildung erfordert, was auch die Kosten der Glasplatte 122 vermindert.
Ähnlich werden bei der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern die blanken Fasern 11A und 11B mit dem ultraviolettaushärtenden Harz 120 und der darauf angeordneten Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern verschlossen. Eine durch die Glasplatte 123 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern und die Ultraviolettstrahlen-Durchlasswirkung der Glasplatte 123 erreichte Volumenverminderung des ultraviolettaushärtenden Harzes 120 vergrößert die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser. Rissbildung im ultraviolettaushärtenden Harz 120 wird ebenfalls verhindert, was eine sehr luftdichte Verschlusswirkung erzeugt. Die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 ist mit der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern zusammenhängend ausgebildet, und das ultraviolettaushärtende Harz zum Befestigen der Mäntel 12A und 12B der Lichtleitfasern 10A und 10B wird darin eingefüllt. Die Haftfestigkeit zwischen dem Polyethylenharz der Mäntel 12A und 12B und dem ultraviolettaushärtenden Harz 120 vergrößert die Festigkeit der Befestigung der Lichtleitfaser. Das in die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung 106 gefüllte ultraviolettaushärtende Harz 121 vergrößert die Luftdichtigkeit in der Ausnehmung 105 für luftdichte Abdichtung der blanken Fasern ebenfalls. Hinsichtlich des mit dem ultraviolettaushärtenden Harz 125 an der Oberseite des Gehäuses 101 befestigten Glasdeckels 124 für luftdichten Verschluss kann genügendes Aushärten erwartet werden, wenn das ultraviolettaushärtende Harz 125 mit den Ultraviolettstrahlen bestrahlt und ausgehärtet wird, da die Ultraviolettstrahlen durch den Glasdeckel 124 für luftdichten Verschluss durchgelassen werden. Als Folge wird die luftdichte Verschlusswirkung verbessert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Anordnungen der optischen Halbleitervorrichtungen der ersten und der zweiten Ausführungsform beschränkt. Wird bei einer optischen Halbleitervorrichtung, bei der eine Lichtleitfaser mittels eines ultraviolettaushärtenden Harzes oder auch eines anderen lichthärtenden Harzes befestigt wird, eine transparente Platte, die Licht zum Aushärten des lichthärtenden Harzes durchlässt, auf dem lichthärtenden Harz angeordnet, und wird das lichthärtende Harz durch die transparente Platte hindurch mit Licht bestrahlt, kann das lichthärtende Harz bis zu seiner unteren Schicht genügend ausgehärtet werden.
Wie oben beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei einer optischen Halbleitervorrichtung, bei der der Endteil einer Lichtleitfaser optisch mit einem in einem Gehäuse montierten optischen Element gekoppelt wird, eine transparente Platte, die Licht zum Aushärten des lichthärtenden Harzes durchlässt, auf dem oberen Schichtteil des lichthärtenden Harzes angeordnet. Diese transparente Platte wird in das ausgehärtete lichthärtende Harz eingebaut. Selbst wenn das Volumen des lichthärtenden Harzes um einen dem Volumen der transparenten Platte entsprechenden Betrag vermindert wird, kann eine erforderliche genügend große Festigkeit sichergestellt werden, und Rissbildung wird durch eine Verminderung der Harzmenge vermindert. Selbst die untere Schicht des lichthärtenden Harzes kann mit einer genügenden Lichtmenge bestrahlt werden. Daher kann das lichthärtende Harz sogar bis zu seiner unteren Schicht genügend ausgehärtet werden, was die Festigkeit der Befestigung der blanken Faser weiter vergrößert. Da die blanke Faser der Lichtleitfaser in der im Gehäuse aus gebildeten Ausnehmung angeordnet wird und mit dem lichthärtenden Harz und der transparenten Platte befestigt wird, ist ein Glied, das speziell bearbeitet werden muss, um die blanke Faser am Gehäuse zu befestigen, unnötig, so dass Herstellung und Zusammenbau der optischen Halbleitervorrichtung vereinfacht werden können. Da die blanke Faser in erforderlichen Abständen in der Längsrichtung an voneinander beabstandeten Teilen am Gehäuse befestigt wird, wird die auf das Gehäuse oder die Lichtleitfaser ausgeübte Belastung von Teilen unter den befestigten Teilen der blanken Faser aufgenommen, so dass der Einfluss der Belastung der blanken Faser unterdrückt wird.

Claims

Optisches Modul mit einem Gehäuse (101), einem optischen Halbleiterelement (111), das in dem Gehäuse (101) montiert ist, einer Lichtleitfaser (10), die mit einem ersten lichthärtenden Harz (120) an dem Gehäuse befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Modul weiterhin eine transparente Platte (123) enthält, die auf einem Oberflächenschichtteil des ersten lichthärtenden Harzes (120) angeordnet ist, wobei die transparente Platte (123) für Licht transparent ist, das das erste lichthärtende Harz aushärtet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die transparente Platte (123) in das ausgehärtete lichthärtende Harz (120) eingebaut ist und das optische Halbleiterelement ein Lichtsendeelement (111) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Lichtleitfaser (10) eine blanke Faser (11) und einen Mantel (12) enthält, der einen Teil der blanken Faser (11) bedeckt, und die blanke Faser (11) in einer in dem Gehäuse ausgebildeten Ausnehmung (105) oder einem auf dem Gehäuse montierten Glied angeordnet ist und mit einem lichthärtenden Harz (120) befestigt ist, das in die Ausnehmung gefüllt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die blanke Faser (11) an mehreren, in ihrer Längsrichtung voneinander beabstandeten Teilen mit dem lichthärtenden Harz an dem Gehäuse befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der das lichthärtende Harz ein ultraviolettaushärtendes Harz ist und die transparente Platte (123) eine Glasplatte ist, die einen ultravioletten Strahl durchlassen kann.
Optisches Modul nach Anspruch 1, bei dem an einem Bodenteil in einem Hohlraum, der in einer Oberseite des Gehäuses (101) ausgespart ist, eine Wärmesenke (107) befestigt ist und das optische Halbleiterelement auf der Wärmesenke (107) montiert ist, eine Blankfaser-Führungsnut (113) in einer Oberfläche der Wärmesenke (107) ausgebildet ist, so dass sie einen V-förmigen Querschnitt hat, eine Ausnehmung (105) für luftdichte Abdichtung der blanken Faser in der Oberseite des Gehäuses (101) gegenüber dem Hohlraum ausgebildet ist, eine Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung (106) in der Oberseite des Gehäuses ausgebildet ist, so dass sie durchgehend mit der Ausnehmung (105) für luftdichte Abdichtung der blanken Faser ist, die Lichtleitfaser (10) eine blanke Faser (11) aufweist, die an einem Endteil davon bloßliegt, wobei die blanke Faser (11) so angeordnet ist, dass sie sich von der Blankfaser-Führungsnut (113) zu der Ausnehmung (105) für luftdichte Abdichtung der blanken Faser erstreckt, die Lichtleitfaser (10) einen Teil mit einem Mantel (12) aufweist, wobei ein Teil der Lichtleitfaser mit einem Mantel in der Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung (106) angeordnet ist, lichthärtendes Harz (119, 120, 121) in die Blankfaser-Führungsnut, in die Ausnehmung für luftdichte Abdichtung der blanken Faser und in die Lichtleitfaser-Befestigungsausnehmung gefüllt ist, die transparente Platte (123) auf einem Oberflächenschichtteil des lichthärtenden Harzes angeordnet ist, so dass sie die Blankfaser-Führungsnut (106) und die Ausnehmung (105) für luftdichte Abdichtung der blanken Faser bedeckt, und in das ausgehärtete lichthärtende Harz (120) eingebaut ist, und eine luftdicht verschließende Kappe (124) mit weiterem, rings um den Hohlraum angebrachtem lichthärtenden Harz (125) an der Oberseite des Gehäuses befestigt ist, wobei die Kappe den Hohlraum bedeckt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das optische Halbleiterelement ein Lichtsendeelement (111) ist und die Vorrichtung weiterhin ein Lichtempfangselement (126) und eine zweite Lichtleitfaser (10B) enthält, wobei die zwei Lichtleitfasern (10A, 10B) jeweils einen Endteil haben, der gegenüber einem Entsprechenden der Lichtsende- und Lichtempfangselemente angeordnet ist, und die zweite Lichtleitfaser (10B) eine blanke Faser (11B) aufweist, die in einer zweiten Blankfaser-Führungsnut (113B) befestigt ist, die in der Oberfläche der Wärmesenke (107) ausgebildet ist, wobei die zwei blanken Fasern (11A, 11B) mit lichthärtendem Harz (119) und einer zweiten transparenten Platte (122) befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die luftdicht verschließende Kappe (124) mit einem Lichtabschirmfilm ausgebildet ist, der in einem den Hohlraum bedeckenden Bereich davon ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der das lichthärtende Harz (119, 120, 121, 125) ein ultraviolettaushärtendes Harz ist und die transparente Platte (123) eine Glasplatte ist, die einen ultravioletten Strahl durchlassen kann.