JP2004264640A

JP2004264640A - 光通信用デバイスパッケージおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2004264640A
Application number: JP2003055412A
Authority: JP
Inventors: Hironobu Ito; 浩信伊藤; Naoki Kawada; 直樹川和田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】パッケージ内の気密性が確保できる光通信用デバイスパッケージの提供。
【解決手段】熱可塑性樹脂からなり光ファイバー１３を挿入する光フィイバー挿入口１１ａを有する箱状に形成されたベース部材１１と、熱可塑性樹脂からなり、ベース部材１１上面に載置固定されるカバー部材１２、熱可塑性樹脂の被覆、もしくは、熱可塑性樹脂のクラッドを有する光ファイバー１３を有し、ベース部材１１と光ファイバー１３とカバー部材１２とを熱可塑性樹脂を溶融させることで溶着接合する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱可塑性樹脂材料から成り内部に空間を有し、光ファイバーが挿入される挿入口を有する光通信用デバイスパッケージおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信用デバイスパッケージはステンレス、コバール、等の金属材料が用いられていた。図７に従来の光通信デバイスパッケージの光ファイバー挿入口を説明する断面図を示す。光通信デバイスを収納するための上面側が開口した凹部７１ｂを有する金属ベース部材と、同材質の金属カバー部材をベース部材の上面に溶接する構造であった。また、ベース部材に設けた光ファイバー挿入口は、光ファイバーの外径よりも大きく開口し、挿入口と光ファイバーとは、融点の低い材料、例えばはんだで隙間を埋めて接合する構成であった。ここで、ベース部材７１に配置される光通信用デバイスに通電するための端子７５は、ベース部材７１の底部に設けた貫通孔７１ｃからベース部材７１の凹部７１ｂ内に挿入され、気密性と絶縁性を確保する目的から、リング状のガラス部品７５ａで端子７５とベース部材７１を約８００℃の高温で接合することが行われていた。また、端子７５には、光通信用デバイス７７からの配線７４がはんだ７４ａによって接合されている。また、光ファイバー挿入口７１ａとしてベース部材７１に貫通穴を設け、メタライズ部７３ａを有する光ファイバー７３と低融点金属材料の封止部品７３ｂを光ファイバー挿入口７１ａに挿入する。封止部品７３ｂを約３００℃で加熱することで溶融状態とし、光ファイバー挿入口７１ａと光ファイバー７３に設けたメタライズ部７３ａとが封止部品７３ｂによって接合される。また、カバー部材７２とベース部材７１は、予め数μｍ厚のニッケルめっきと金めっきをおこなっておき、各々部材のめっき膜を介してベース部材７１の上面とカバー部材７２のベース部材７１と対向する側の下面とが抵抗溶接される。石英製の光ファイバー７３のメタライズ部７３ａは、金めっきが用いられている。
【０００３】
また、特開平０６−１８６５０１の実施例において示されているように、光ファイバー挿入口７１ａと光ファイバー７３の固定には、エポキシ製の接着剤などの気密封止樹脂を充填することも行われていた。他の方法としては、特開２００１−１８３５５５に示されるように、パッケージ凹部の側面に半田めっきを施し、光ファイバー保持部材をＹＡＧレーザでスポット溶接した後、加熱を加えて半田を溶融することで、パッケージと光ファイバー保持部材との気密性を確保する方法が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０６−１８６５０１号公報（第３頁、第１図）
【０００５】
【特許文献２】
特開２００１−１８３５５５号公報（第５頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の構造および製造方法において、ベース部材に配置される光通信用デバイスに通電するための端子は、リング状のガラス部品で固定されるため、気密性と絶縁性は確保されるが、ガラスの溶融点まで加熱するための炉や高耐熱性を有する治具が必要とされる。また、ガラスと熱膨張率差の少ない金属材料を用いなければ、冷却後のガラスにはクラックが生じるため、金属材料は限定され、加工しやすい材料を選択することはできない。したがって、ランニングコスト、治具費用、加工費用ともに高価なものとなっていた。また、金属材料からなるベース部材とカバー部材の溶接では、抵抗溶接による１０００℃を越える発熱、溶融部の膨張、などに起因して、ベース部材に配置した光通信用デバイスが損傷する、もしくは、導通のための配線が外れる、などの問題が生じていた。また、光ファイバーを挿入口に低融点金属を用いて固定する際に約３００℃の加熱が必要であり、ここで受ける光ファイバーの熱ダメージから、通信信号光のロス、光ファイバーの割れが生じていた。また、光ファイバーを挿入口に固定した後でなければ、耐熱性の低い光通信用デバイスの設置や配線ができないため、光ファイバーと光通信用デバイスとの組立をベース部材の凹部の狭い空間でおこなうか、長めに確保した光ファイバーと光通信用デバイスとをベース部材の外で組み立てた後、ベース部材の凹部にすべてが収納されるように光ファイバーの余長処理をおこなう必要があった。このことは、組立の作業性を悪くし、光通信用デバイスパッケージを小型化することを困難としていた。また、接着剤を用いてベース部材に光ファイバーを固定する構造においても、光ファイバーの挿入口としてベース部材に貫通穴を設け、光ファイバーを挿入口に通した後、接着剤を挿入口に充填して封止する構造では、光通信用デバイスと光ファイバーとを組み立てた後に挿入口にファイバーを通すといった作業効率の悪い組立方法をおこなっていた。さらに、接着剤の充填が不十分であると気密性が確保できず、製品の歩留まりを低下させる原因となっていた。
【０００７】
別の組立方法として、光ファイバーを円筒部品に挿入し、低融点金属もしくは接着剤で光ファイバーを固定および間隙を充填した後に、円筒部品の外径とベース部材に設けた穴を勘合させて取り付ける工法がとられるが、作業効率が良くなった反面、ベース部材と光ファイバーが固定された円筒部品との勘合部における気密性を確保することが困難となる。
【０００８】
本発明の目的は、気密性の高く組立作業性のよい光通信用デバイスパッケージおよびその製造方法を提供することにある。すなわち、熱可塑性樹脂材料から成り、凹部を有する箱状に形成されたベース部材と、ベース部材に設けたひとつ以上の光ファイバー挿入口と、熱可塑性樹脂材料の被覆、もしくは、熱可塑性樹脂材料のクラッドを有する光ファイバーと、ベース部材の上面に重なるカバー部材とで構成され、光ファイバー挿入口がカバー部材に対向してＵ字に開口する形状を有し、ベース部材とカバー部材の溶着接合部と、光ファイバーを介してベース部材とカバー部材が接合する溶着接合部を有する光通信用デバイスパッケージとしたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の光通信用デバイスパッケージは、熱可塑性樹脂材料から成り、凹部を有する箱状に形成されたベース部材と、ベース部材に設けたひとつ以上の光ファイバー挿入口と、光ファイバー、ベース部材の凹部および挿入口と重なるカバー部材とで構成される。光ファイバーの被覆、もしくは、クラッドは熱可塑性樹脂材料であり、光ファイバー挿入口がカバー部材に対向してＵ字に開口する形状を有し、ベース部材とカバー部材の溶着接合部と、光ファイバーを介してベース部材とカバー部材が接合する溶着接合部を有することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、ベース部材とカバー部材、光ファイバーの被覆もしくはクラッドに熱可塑性樹脂を用いることにより、接着剤を使用することなく、各々の溶着接合部を構成できた。また、ベース部材に設けた光ファイバー挿入口をＵ字型の溝にすることで、光ファイバーを容易に配置することができる。Ｕ字型の溝において、光ファイバーとの溶着接合部を形成するとともに、カバー部材と重ね合わせることで、カバー部材とも溶着接合部が形成され、光通信用デバイスパッケージの気密性が確保される。
【００１１】
また本発明の光通信用デバイスパッケージは、前記ベース部材に、ベース部材の凹部の内側から外側に貫通する導電性端子を設けたことを特徴とする。
すなわち、従来の構造ではリング状のガラス部品を用いて、金属材料からなるベース部材との絶縁を確保した上で導電性端子を固定していた構造は、ベース部材を絶縁性の熱可塑性樹脂で構成することによって簡略化され、導電性端子をベース部材に直に固定することが可能となった。
【００１２】
また本発明の光通信用デバイスパッケージは、前記ベース部材およびカバー部材がポリスチレン系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエステル系、ポリアミド系の何れかからなる材料で構成されていることを特徴とする。
すなわち、これらの樹脂を用いることで、導電性端子に光通信用デバイスからの配線をワイヤーボンド、ハンダ接合、抵抗溶接、導電接着剤の加熱接着、等を可能とする剛性と耐熱性を有し、光通信用デバイスパッケージと実装ボードとの接合の際の加熱においても充分な耐熱性が確保できる。
【００１３】
また本発明の光通信用デバイスパッケージは、前記光ファイバーの被覆またはクラッドの融点が、前記ベース部材の融点との差で３０℃以内であることを特徴とする。
【００１４】
すなわち、ベース部材と光ファイバーの双方が溶融することで、溶着接合部が安定して形成され、気密性が確保できる。
【００１５】
また本発明の光通信用デバイスパッケージの製造方法は、熱可塑性樹脂材料から成り、凹部を有する箱状に形成されたベース部材に設けたひとつ以上の光ファイバー挿入口に、熱可塑性樹脂材料で被覆された光ファイバー、もしくは、熱可塑性樹脂材料からなるクラッドを有する光ファイバーを配置する工程と、
熱可塑性樹脂材料からなるカバー部材をベース部材の凹部開口側上面および光ファイバーに重ねる工程と、
カバー部材に熱もしくは振動を加えてカバー部材と光ファイバーとベース部材とを溶着する工程とを有することを特徴とする。
【００１６】
ここで、光もしくは振動を加えてカバー部材と光ファイバーとベース部材とを溶着する方法としては、ＹＡＧレーザの基本波長、第二高調波、第三高調波や、半導体レーザ、等の光透過・光吸収を用いる、圧電振動子で発振される超音波振動で各々の部材の摩擦熱を用いる、等が含まれる。
【００１７】
すなわち、カバー部材と光ファイバーとベース部材とを溶着することによって、機密性の高い光通信用デバイスパッケージが形成できる。
【００１８】
また本発明の光通信用デバイスパッケージの製造方法は、前記光ファイバー挿入口に、光ファイバーを配置する工程の後に、光ファイバーに光もしくは振動を加えて光ファイバーとベース部材を溶着する工程を有することを特徴とする。
【００１９】
すなわち、ベース部材に設けた光ファイバー挿入口と光ファイバーとの接合状態を検査した後に、次の工程でカバー部材とベース部材、および、カバー部材と光ファイバーとの溶着をおこなうことができる。確実性の高い組立をおこなうことで、光通信用デバイスパッケージの歩留まりが向上する。
【００２０】
また本発明の光通信用デバイスパッケージの製造方法は、前記ベース部材に設けたひとつ以上の光ファイバー挿入口をＵ字形状とし、ベース部材の内壁から外壁に向かってＵ字形状の開口幅を狭くすることを特徴とする。
【００２１】
すなわち、ベース部材に設けたＵ字形状の開口幅をベース部材の内壁から外壁に向かって狭くしたため、ベース部材と光ファイバーとの溶着は、外壁から内壁に向かって進行することとなり、また、外壁側ほど溶着部の体積が増えることで気密性が高くなる。あわせて、ベース部材に設けたＵ字形状の挿入口の長さが短くできる。
【００２２】
また本発明の光通信用デバイスパッケージの製造方法は、前記カバー部材が光ファイバーと重なる部位に凸部を設け、凸部と光ファイバーとが他の部位より先に溶着することを特徴とする。
【００２３】
すなわち、光ファイバーとカバー部材、カバー部材とベース部材の溶着が確実に行え、気密性が高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の光通信用デバイスパッケージの第１の実施形態の構成を示す。本発明の光通信用デバイスパッケージは、熱可塑性樹脂材料から成り、光通信用デバイス１７を収納するための箱状のベース部材１１と、熱可塑性樹脂材料で被覆された光ファイバー１３と、ベース部材１１の上面上に載置され、溶着される熱可塑性樹脂からなるカバー部材１２とを有する。ベース部材１１には光通信用デバイス１７を収納するための上面側に開口した凹部状の収納部１１ｂが設けられている。またベース部材１１の側壁には光ファイバー挿入口１１ａが設けられている。光ファイバー挿入口１１ａはベース部材１１の上面側、すなわちカバー部材１２に対向する側が開口したＵ字形状であり、カバー部材１２がベース部材上面に載置された際に光ファイバー１３の被覆の外周面がカバー部材１２の下面と接するように、光ファイバー１３の被覆の外径とほぼ同じ幅と深さの溝である。光ファイバー挿入口１１ａは本実施形態では、互いに対向する一対の側壁にそれぞれ設けたが、一箇所でも複数箇所でも光ファイバー１３の配置に合わせて適宜設ければよい。なお光ファイバー１３は、本実施形態では熱可塑性樹脂材料からなる被覆を有するものであるが、クラッドが熱可塑性樹脂材料からなる光ファイバーを用いても良い。本発明に用いた光ファイバー１３の詳細な構造については後述する。
【００２５】
ベース部材１１内に配置される光通信用デバイス１７と外部との導通をとるための導電性端子１５は、ベース部材１１の凹状収納部１１ｂの底部に露出し光通信用デバイス１７を載置固定する導電性端子１５ｂと、ベース部材１１の凹状収納部１１ｂ内から側壁を貫通し外部に導出した端子部１５ａを有する。ここで、ベース部材１１の内側と外側に貫通する導電性端子１５の材質としては、銅、銅合金、アルミニウムなどが用いられる。本実施形態では、銅を用いた。
【００２６】
この導電性端子１５は金属箔で連続的に形成する、いわゆるフープ成形を適用し、ベース部材１１の射出成形型内に配置し、型内に熱可塑性樹脂を射出し成形する、いわゆる射出インサート成形によりベース部材１１に一体的に配置固定されている。具体的には、送りガイド穴を有する銅箔に、プレス機で導電性端子１５ａ、１５ｂをフープ成形した後、ベース部材射出成形型内に配置し、熱可塑性樹脂を射出インサート成形して複数個のベース部材１１を連続して作製した。この後、送りガイド穴があるフレームと導電性端子１５ａ、１５ｂを切り離した。このような導電性端子の成形、熱可塑性樹脂の射出インサート成形により生産性が高められる。
【００２７】
光通信用デバイス１７と導電性端子１５ａとは配線１４により電気的に接続されている。
【００２８】
ベース部材およびカバー部材に用いられる材料としては、熱可塑性樹脂であればすべての材料が適用できるが、ポリスチレン系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエステル系、ポリアミド系などのエンプラ、もしくは、スーパーエンプラと呼ばれる材料が剛性、耐熱性の面から適している。ここで、ポリスチレン系としてはシンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド系としてはリニア型および架橋型ポリフェニレンサルファイド、ポリエステル系としては液晶ポリマーの呼称の全芳香族ポリエステル、ポリアミド系としてはナイロン、などが含まれる。また、全ての熱硬化性樹脂に関して、ガラス、などのフィラー含有材料が含まれる。実施形態では、ベース部材１１、カバー部材とも３０％ガラスフィラーを含有するポリフェニレンサルファイド製とした。また、ベース部材とカバー部材は同じ種類の熱可塑性樹脂のほかに、異なる材料の組合せでも構成が可能である。
【００２９】
光ファイバーの被覆材料としては、熱可塑性樹脂であればすべての材料が適用できるが、シンジオタクチックポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマーの呼称の全方向族ポリエステル、ナイロン等がベース部材とカバー部材との接合性の面から適している。また、光ファイバーのクラッド材料としては、熱可塑性樹脂であればすべての材料が適用できるが、フッ素樹脂、メタクリル樹脂、ポリスチレン、メチルペンテン樹脂、等が適している。本実施形態ではポリフェニレンサルファイドの被覆を有する光ファイバーを用いた。また、本実施形態ではベース部材とカバー部材と光ファイバーの被覆材料は同じ種類の熱可塑性樹脂を用いたが、異なる材料の組合せでも構成が可能である。
【００３０】
図４に本発明の光通信用デバイスパッケージの製造方法を説明するフロー図を示す。まず、フロー図４１０に従って工程を説明する。熱可塑性樹脂材料のポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）で作製したベース部材１１の凹状収納部１１ｂの導電性端子１５ｂに、予め、ポリフェニレンサルファイドの被覆を施した光ファイバー１３を結合しておいた光通信用デバイス１７を、図示しない導電性接着剤を用いて固定した。この時、光通信用デバイス１７と導電性端子１５ａとの間は配線１４で接続される。そして熱可塑性樹脂材料のポリフェニレンサルファイドの被覆を施した光ファイバー１３をこのベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａに配置した（工程４１１）。
【００３１】
そして、ベース部材１１の凹部１１ｂおよび光ファイバー挿入口１１ａと重なるように、ベース部材１１と同一のポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）で作製したカバー部材１２の下面を、ベース部材１１の凹状収納部１１ｂ開口側である上面に重ねた。この時、ベース部材１１の上面とベース部材１１に対向するカバー部材の下面、光ファイバー挿入口１１ａの内周面と光ファイバー１３の被覆の外周面、ベース部材１１の上面から露出した光ファイバ−１３の被覆の外周面とカバー部材１２の下面とが接触する（工程４１２）。
【００３２】
その後、ベース部材１１と光ファイバー１３とカバー部材１２を挟み込む状態に、カバー部材１２側に超音波振動子を配置し、３０ＫＨｚの超音波振動を加えた。この超音波振動によって、カバー部材１２の下面とベース部材１１上面との界面、カバー部材１２の下面と光ファイバー１３の被覆の外周面との界面、光ファイバー１３の被覆の外周面とベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａの内周面の各々の界面に摩擦熱を生じさせ、各々部材の熱可塑性樹脂が融点に達し溶着が開始した。超音波振動を１０秒加えて５秒停止の条件で断続的に５分間の加工をおこなったところ、光ファイバー１３の被覆の外周面とベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａとの界面にも摩擦熱が生じた。超音波振動を停止すると溶着が完了した（工程４１３）。
【００３３】
カバー部材と光ファイバーとベース部材とを溶着する方法としては、圧電振動子で発振される超音波振動で各々の部材の摩擦熱を用いる方法の他に、ＹＡＧレーザの基本波長、第二高調波、第三高調波や、半導体レーザ、等の光吸収など、光もしくは振動を加える方法が用いられる。溶着に光透過・光吸収を用いる場合、カバー部材側からレーザを照射する際、カバー部材は透過し、ベース部材および光ファイバーは吸収するレーザ光の波長を選択する。カバー部材と同じ熱可塑性樹脂であっても、ベース部材および光ファイバーにはレーザ光を吸収させるための顔料を予め熱可塑性樹脂に混合するか、レーザ光を吸収する塗料をベース部材および光ファイバーに塗布することで選択的にレーザ光の吸収をおこすことができる。カバー部材を透過したレーザ光が、ベース部材および光ファイバーで吸収されると吸熱が生じ、各部材界面での光透過・光吸収の溶着がおこなわれる。また、溶着に摩擦熱を用いる場合は、超音波振動の横振動、縦振動、ねじり振動など、摩擦熱が効率よく生じる振動を選択する。
【００３４】
溶着手段として、ＹＡＧレーザを用いて加工することを試みた。
【００３５】
レーザ光を吸収する顔料を混合したポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）からなるベース部材１１の凹状収納部１１ｂの導電性端子１５ｂに、予め、レーザ光を吸収する顔料を混合したポリフェニレンサルファイドの被覆を施した光ファイバー１３を結合した光通信用デバイス１７を、図示しない導電性接着剤を用いて固定した。この時、光通信用デバイス１７と導電性端子１５ａとの間は配線１４で接続した。光ファイバー１３をベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａに配置した。そして、ポリフェニレンサルファイドで作製したカバー部材１２の下面をベース部材１１の凹状収納部１１ｂの開口側の上面に重ねた。
【００３６】
ベース部材１１の上面とカバー部材１２の下面とが対向した部分に対して、カバー部材１２のベース部材１１と対向した面の反対側の面からＹＡＧレーザを照射した。この時、ＹＡＧレーザはカバー部材１２を透過するレーザ波長を選択した。カバー部材１２を透過したＹＡＧレーザは、ベース部材１１の上面とカバー部材１２の下面との界面で熱吸収が生じ、各々の部品の融点に達したところで溶融流体となった。また、レーザ光を吸収する顔料を混合したポリフェニレンサルファイドの被覆を施した光ファイバー１３とカバー部材１２の界面でも熱吸収が生じた。この溶融流体は、ベース部材１１とカバー部材１２と光ファイバー１３との界面に流動し、毛管現象で各々部材の間隙が充填され、冷却の後に溶着が完了した（工程４１３）。
【００３７】
工程４１３において、各部材を溶着する際の光通信用デバイス１７のダメージを確認するために、光ファイバー１３を計測器に接続し、光通信用デバイス１７の特性をモニターしながらカバー部材１２に超音波振動を与えた。カバー部材１２とベース部材１１、カバー部材１２と光ファイバー１３、光ファイバー１３とベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａの各々の界面において摩擦熱がポリフェニレンサルファイドの融点に達して接合がなされたが、接合前と接合後において、光通信用デバイス１７の特性に変化はなかった。
【００３８】
次に、フロー図４２０に従って工程を説明する。熱可塑性樹脂材料のポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）で作製したベース部材１１の凹状収納部１１ｂの導電性端子１５ａに、予め、ポリフェニレンサルファイドの被覆を施した光ファイバー１３を結合しておいた光通信用デバイス１７を、図示しない導電性接着剤を用いて固定した。この時、光通信用デバイス１７と導電性端子１５ａとの間は配線１４で接続される。そして熱可塑性樹脂材料のポリフェニレンサルファイドの被覆を施した光ファイバー１３をこのベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａに配置した（工程４２１）。
【００３９】
光ファイバー１３に超音波振動子を配置し、３０ＫＨｚの超音波振動を加えた。ベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａの内周面と光ファイバー１３の被覆の外周面との界面に摩擦熱が生じ、各々部材の融点に達したところで溶融が開始し、超音波振動を停止すると溶着が完了した（工程４２２）。
ベース部材１１と光ファイバー１３との接合状態は、顕微鏡を用いて検査することで、隙間なく接合されていることが目視できた。
【００４０】
そして、ベース部材１１と同一のポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）で作製したカバー部材１２をベース部材１１の凹状収納部１１ａの開口側となる上面に重ねた（工程４２３）。
【００４１】
その後、ベース部材１１と光ファイバー１３とカバー部材１２を挟み込む状態に、カバー部材１２側に超音波振動子を配置し、３０ＫＨｚの超音波振動を加えた。この超音波振動によって、ベース部材１１の上面とベース部材１１に対向するカバー部材１２の下面との界面、カバー部材１２の下面とベース部材１１の上面に露出した光ファイバー１３の被覆の外周面との界面に摩擦熱を生じさせ、各々部材の融点に達したところで溶融が開始し、超音波振動を停止すると溶着が完了した（工程４２４）。
【００４２】
以上の工程で作製した光通信用デバイスパッケージの封止状態を確認するため、フッ素系液体に浸漬し、リークテストをおこなったところ、すべてのパッケージが１０^−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性であった。
【００４３】
また、接合前と接合後において、光通信用デバイス１７の特性に変化はなかった。
【００４４】
また、フロー図４２０においても、カバー部材と光ファイバーとベース部材とを溶着する方法として、圧電振動子で発振される超音波振動で各々の部材の摩擦熱を用いる方法の他に、ＹＡＧレーザの基本波長、第二高調波、第三高調波や、半導体レーザ、等の光吸収など、光もしくは振動を加える方法を用いることができる。溶着に光透過・光吸収を用いる場合、カバー部材側からレーザを照射する際、ベース部材および光ファイバーにはレーザを吸収させるための顔料を予め熱可塑性樹脂に混合する、または、レーザ光を吸収する塗料をベース部材および光ファイバーに塗布しても良い。カバー部材を透過するレーザ波長を選択することで、光透過・光吸収の溶着がおこなわれる。
【００４５】
このように本発明では、熱可塑性樹脂が熱や圧力を加えると溶融し、熱や圧力を取り除くと硬化する特性を利用し、ベース部材、光ファイバー、カバー部材を固定する構造とした。ベース部材とカバー部材の溶着接合部は、各々の熱可塑性樹脂材料が溶融後硬化した界面を介して気密性良く接合されているとともに、光通信用デバイスパッケージの特徴である光ファイバーの挿入口においても、ベース部材と光ファイバー、光ファイバーとカバー部材が各々の熱可塑性樹脂材料が溶融後硬化した界面を介して気密性良く接合されている。
【００４６】
すなわち、ベース部材とカバー部材、光ファイバーの被覆もしくはクラッドに熱可塑性樹脂を用いることにより、接着剤を使用することなく、各々の溶着接合部を構成できた。また、ベース部材に設けた光ファイバー挿入口をＵ字型の溝にすることで、光ファイバーを容易に配置することができる。Ｕ字型の溝において、光ファイバーとの溶着接合部を形成するとともに、カバー部材と重ね合わせることで、カバー部材とも溶着接合部が形成され、光通信用デバイスパッケージの気密性が確保される。
【００４７】
また、フロー図４２０に示した工程のように、ベース部材に設けた光ファイバー挿入口と光ファイバーとの接合状態を検査した後に、カバー部材とベース部材、および、カバー部材と光ファイバーとの溶着を行うという確実性の高い組立を行うことで、光通信用デバイスパッケージの歩留まりを向上させることができる。
【００４８】
図２に本発明の光通信用デバイスパッケージの溶着後の各々界面を説明する断面図を示す。超音波振動を与えて接合したパッケージを切断して観察したところ、ベース部材１１の上面とカバー部材１２のベース部材１１の上面と対向する下面との界面には溶着接合部１６ａが形成され、更に光ファイバー１３を介してベース部材１１とカバー部材１２が接合された溶着接合部、つまり光ファイバー１３の被覆部分とカバー部材１２の下面およびベース部材１１の光ファイバー挿入口１１ａとの界面の溶着接合部１６ｂが形成されていた。
【００４９】
図３に本発明の光通信用デバイスパッケージに用いた光ファイバー１３の構造を示す。熱可塑性樹脂材料で被覆が形成された光ファイバー１３の一例として石英製光ファイバー２３は、石英のコア２３ａと石英のクラッド２３ｂ、熱可塑性樹脂の被覆２３ｃで構成されている。また、クラッド部が熱可塑性樹脂材料が形成された光ファイバー１３の一例としてプラスチック製光ファイバー３３は、プラスチックのコア３３ａとプラスチックのクラッド３３ｂで構成されている。
【００５０】
ここで、クラッド３３ｂにフッ素樹脂、メタクリル樹脂、ポリスチレン、またはメチルペンテン樹脂を用いた光ファイバー３３をベース部材１１とカバー部材１２に接合することを試みた。プラスチック製光ファイバーの接合試験の結果を表１に示す。
【００５１】
【表１】

【００５２】
ベース部材１１とカバー部材１２には同一の材料を用い、略号としてシンジオタクチックポリスチレンをＳＰＳ、ポリフェニレンサルファイドをＰＰＳ、全芳香族ポリエステルをＬＣＰ、ナイロンをＰＡと記した。評価方法としては、フッ素系液体に浸漬するリークテストをおこない、１０^−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性を○、１０^−３ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃの気密性を△、接合されないものを×とした。また、未評価の部分にはダッシュを記入した。この接合試験から、クラッド３３ｂの融点とベース部材１１およびカバー部材１２の融点との差が小さいほど良好な接合ができる傾向にあり、各々部材の融点差がおよそ３０℃以内となる組み合わせを選定することで気密性の高いパッケージが作製できた。
【００５３】
また、石英製ファイバー２３の被覆２３ｃにポリアミド、全芳香族ポリエステル、またはポリフェニレンサルファイドを用い、ベース部材１１とカバー部材１２と接合してパッケージを作製し、前記と同様の接合試験をおこなったところ、被覆２３ｃの融点とベース部材１１およびカバー部材１２の融点との差が小さいほど良好な接合ができる傾向にあり、各々部材の融点差がおよそ３０℃以内となる組み合わせを選定することで気密性の高いパッケージが作製できた。
【００５４】
図５に本発明の光通信用デバイスパッケージの第２の実施形態の光ファイバー挿入口を説明する外観図であり、図５（ａ）はベース部材の上面から見た図であり、図５（ｂ）はベース部材の光ファイバー挿入口を設けた側壁側から見た図である。図示しないが光ファイバー挿入口以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５５】
光通信用デバイスを収納するための箱状に形成されたベース部材４１は、凹状収納部４１ｂと光ファイバー挿入口４１ａがＵ字形状に形成されている。光ファイバー挿入口４１ａは、図５に示すように凹状収納部４１ｂの内壁から外壁に向けて開口幅が狭くなるように傾斜をつけた。溶着条件によって開口幅を調整する必要があるが、ここでは、外壁側の開口幅と深さは光ファイバーの被覆もしくはクラッド部の外径とほぼ一致させる。
【００５６】
ここで、Ｕ字形状の挿入口４１ａの開口幅は、内壁側で２．８ｍｍ、外壁側で２．４ｍｍとし、挿入口４１ａの長さ、すなわち挿入口４１ａを設けたベース部材４１の壁の厚さが０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍであるものを用意した。また、ベース部材４１は熱可塑性樹脂のポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）で作製し、熱可塑性樹脂のポリフェニレンサルファイドで被覆した外径３ｍｍの光ファイバーを光ファイバー挿入口４１ａに配置した。つぎに、３０ｋＨｚの超音波振動を光ファイバーに加えて溶着をおこなった。さらに、熱可塑性樹脂のポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）で作製したカバー部材をベース部材４１の上面に重ね合わせ、３０ｋＨｚの超音波振動で溶着をおこなった。このパッケージのリークテストを行ったところ、すべてのパッケージが１０^−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性であった。比較のため、Ｕ字形状の挿入口の開口幅と深さを内壁側、外壁側ともに２．６ｍｍにし、挿入口の長さを０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍとしたベース部材を用意して前記同様のリークテストをおこなった。この結果、挿入口の長さが１ｍｍ、２ｍｍであれば、１０^−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性であったが、挿入口の長さが０．５ｍｍの場合は１０^−３ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃの気密性であった。
【００５７】
このようにベース部材に設けたＵ字形状の開口幅をベース部材の内壁から外壁に向かって狭くすることで、ベース部材と光ファイバーとの溶着は、外壁から内壁に向かって進行することとなり、ベース部材に設けたＵ字形状の挿入口の長さがを短くできる。すなわち、ベース部材の壁厚さが薄くなれば、光通信用デバイスパッケージの小型・省スペース化が実現できる。
【００５８】
図６に本発明の光通信用デバイスパッケージの第３の実施形態のカバー部材に設けた凸部を説明する概観図を示す。カバー部材以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００５９】
光通信用デバイスを収納するための箱状に形成されたベース部材５１は、光ファイバー５３の挿入口５１ａがＵ字形状に形成されている。また、カバー部材５２のベース部材５１と対向する下面側には光ファイバー５３と重なる部位に凸部５２ａを設けた。凸部５２ａは、光ファイバーの外径とほぼ同じ幅で設けられる。光ファイバー５３は、石英製ファイバー５３ａと熱可塑性樹脂のポリフェニレンサルファイドの被覆５３ｂとで構成されている。ここで、ベース部材５１とカバー部材５２は熱可塑性樹脂のポリフェニレンサルファイド（３０％ガラスフィラーを含有）で作製した。
【００６０】
ベース部材５１の光ファイバー挿入口５１ａに光ファイバー５３を配置し、カバー部材５２の下面とベース部材５１の上面、および、カバー部材５２の凸部５２ａと光ファイバー５３とが重なるように配置した。このとき、凸部５２ａと光ファイバー５３の被覆５３ｂの外周面は接しているが、カバー部材５２とベース部材５１とは接しておらず隙間があることを確認した。次に、カバー部材５２に超音波振動子を加圧し、まず、カバー部材５２の凸部５２ａと光ファイバー５３の被覆５３ｂとの溶着をおこなった。この後、さらに超音波振動子をカバー部材５２側から加圧するとカバー部材５２の下面とベース部材５１の上面とが溶着された。
【００６１】
以上の工程で作製した光通信用デバイスパッケージの封止状態を確認するため、フッ素系液体に浸漬し、リークテストをおこなったところ、すべてのパッケージが１０^−５ａｔｍ・ｃｃ／ｓｅｃ以上の気密性であった。
【００６２】
また、凸部５２ａを設けることにより、ベース部材５１とカバー部材５２は同じ種類の熱可塑性樹脂を用い、カバー部材５２と光ファイバー５３の被覆５３ｂの融点が異なる熱可塑性樹脂を用いて接合することができる。すなわち、カバー部材５２と光ファイバー５３との溶着条件と、カバー部材５２とベース部材５１とのの溶着条件が各々で異なる場合において、カバー部材５２と光ファイバー５３との溶着を優先しておこない、続けて、カバー部材５２とベース部材５１の溶着を行うことで、光ファイバー５３とカバー部材５２、カバー部材５２とベース部材５１の溶着が確実に行え、気密性が高くなり信頼性を向上させることができた。
【００６３】
第２、第３の実施形態においても、カバー部材、光ファイバー、ベース部材を溶着する方法としては超音波振動で各々の部材の摩擦熱を用いる方法のほかに、ＹＡＧレーザの基本波長、第二高調波、第三高調波や、半導体レーザ、等の光吸収など、振動もしくは光を加える方法を用いることができる。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように、熱可塑性樹脂材料から成り、内部に空間を有する容器をベース部材とカバー部材とで構成するとともに光ファイバーの挿入口を設け、また、熱可塑性樹脂材料で被覆された光ファイバー、もしくは、熱可塑性樹脂材料のクラッドを有する光ファイバーとベース部材、カバー部材を溶着することで気密性の高い光通信用デバイスパッケージおよびその製造方法を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光通信用デバイスパッケージの構成図である。
【図２】本発明の光通信用デバイスパッケージの各々界面を説明する断面図である。
【図３】本発明の光通信用デバイスパッケージに用いた光ファイバーの構成図である。
【図４】本発明の光通信用デバイスパッケージの製造方法を説明するフロー図である。
【図５】本発明の光通信用デバイスパッケージの第２の実施形態の光ファイバー挿入口を説明する概観図であり、図５（ａ）はベース部材の上面から見た図であり、図５（ｂ）はベース部材の光ファイバー挿入口を設けた側壁側から見た図である。
【図６】本発明の光通信用デバイスパッケージの第３の実施形態のカバー部材に設けた凸部を説明する概観図である。
【図７】従来の光通信用デバイスパッケージの光ファイバー挿入口を説明する断面図である。
【符号の説明】
１１、４１・・・ベース部材
１１ａ、４１ａ・・・光ファイバー挿入口
１１ｂ・・・凹部
１２、５２・・・カバー部材
１３、５３・・・光ファイバー
１５・・・導電性端子
１６ａ、１６ｂ・・・溶着接合部
凸部・・・５２ａ

Claims

熱可塑性樹脂材料から成り、凹部１１ｂを有する箱状に形成されたベース部材１１と、前記ベース部材１１に設けたひとつ以上の光ファイバー挿入口１１ａと、前記光ファイバー１３、前記ベース部材１１の凹部１１ｂおよび挿入口１１ａと重なるカバー部材１２とを有し、前記光ファイバー１３の被覆、もしくは、クラッドは熱可塑性樹脂材料であり、前記光ファイバー挿入口１１ａが前記カバー部材１２に対向してＵ字に開口する形状を有し、前記ベース部材１１と前記カバー部材１２の溶着接合部１６ａと、前記光ファイバー１３を介して前記ベース部材１１と前記カバー部材１２が接合する溶着接合部１６ｂを有することを特徴とする光通信用デバイスパッケージ。
前記ベース部材１１に、該ベース部材１１の凹部の内側から外側に貫通する導電性端子１５を設けたことを特徴とする請求項１記載の光通信用デバイスパッケージ。
前記ベース部材１１およびカバー部材１２がポリスチレン系、ポリフェニレンサルファイド系、ポリエステル系、ポリアミド系の何れかからなる材料で構成されていることを特徴とする請求項１記載の光通信用デバイスパッケージ。
前記光ファイバー１３の被覆またはクラッドの融点が、前記ベース部材１１の融点との差で３０℃以内であることを特徴とする請求項３記載の光通信用デバイスパッケージ。
熱可塑性樹脂材料から成り、凹部１１ｂを有する箱状に形成されたベース部材１１に設けたひとつ以上の光ファイバー挿入口１１ａに、熱可塑性樹脂材料で被覆された光ファイバー１３、もしくは、熱可塑性樹脂材料からなる光ファイバー１３を配置する工程と、
熱可塑性樹脂材料からなるカバー部材１２を前記ベース部材１１の凹部１１ｂの開口側上面および光ファイバー１３に重ねる工程と、
前記カバー部材１２に熱もしくは振動を加えて前記カバー部材１２と前記光ファイバー１３と前記ベース部材１１とを溶着する工程とを有する光通信用デバイスパッケージの製造方法。
前記光ファイバー挿入口１１ａに、前記光ファイバー１３を配置する工程の後に、前記光ファイバー１３に光もしくは振動を加えて前記光ファイバー１３と前記ベース部材１１を溶着する工程を有する請求項５記載の光通信用デバイスパッケージの製造方法。
前記ベース部材４１に設けたひとつ以上の光ファイバー挿入口４１ａをＵ字形状とし、前記ベース部材４１の内壁から外壁に向かってＵ字形状の開口幅を狭くすることを特徴とする請求項５または６記載の光通信用デバイスパッケージの製造方法。
前記カバー部材５２が光ファイバー５３と重なる部位に凸部５２ａを設け、前記凸部５２ａと前記光ファイバー５３とが他の部位より先に溶着することを特徴とする請求項５から７何れか一項記載の光通信用デバイスパッケージの製造方法。