JP2006145610A - 光学部品収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部品を収納するパッケージにおいて、光学部品のチップや金属キャップが大型化した場合においても、金属キャップをパッケージ本体にシームウェルド接合する際の金属キャップのフランジ部の平坦度を確保し、十分な気密性をもって光学部品を搭載可能にする。
【解決手段】 上面に光学部品（１２）が搭載される部品搭載部を有する基板（１０）と、部品搭載部の周囲にて基板上面に固定した金属枠（３０）と、中央部にガラス窓（２４）を気密に保持し、周囲に前記金属枠に熱圧着によって接合されるフランジ部（４４）を有し、内部に前記光学部品を気密に収容する金属キャップ（４０）とを具備して成る光学部品収納用パッケージにおいて、金属キャップ（４０）のフランジ部（４４）は金属枠（３０）との接合部の内側に応力吸収部（４６）を有する。
【選択図】 図３

Description

本発明は光学部品を収納するためのパッケージの構造、特にガラス窓を保持する金属キャップがフランジ部を有し、このフランジ部が光学部品を搭載したパッケージ本体にシームウェルドにより接合される光学部品収納用パッケージに関する。

光学素子収納用のパッケージは、内部の光学素子に入出射させる光を透過させるためのガラス窓を有するが、このガラス窓を金属キャップに接合する場合、或いは金属キャップをパッケージの本体に接合する場合には、高度な気密性が要求される。例えば、従来の量産されているＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）パッケージの場合、光を透過させるためのガラス窓と、セラミックパッケージとの間を気密封止するために使用する部材として、金属キャップが構成されている。そして、この金属キャップには、高い封止気密性が要求されるために、ガラスと金属との封止面積を大きくする理由から、厚いガラスと厚い金属キャップを使用した構造として設計・製造が行われている。その上、セラミックパッケージと金属キャップを気密封止用として熱圧着（シームウェルド）するため、図１に示すように、金属キャップのフランジ部が薄い部分として構成されている。

今後、光学部品における画素数の向上に伴い、チップの大型化が予想され、それに伴い大型のガラス窓用金属キャップが要求される。この場合、気密封止性を維持するためにフランジ部の平坦度を大きくしなければならず、シームウェルドする際にガラスと金属の接合部に歪みが発生し、クラックなどの発生する可能性が増すことから製品信頼性の観点から不利になることが予想される。

関連する先行技術として、特許文献１では、電子部品用金属容器において、抵抗溶接時における金属屑の発生及び飛散を防止するため、いずれの外周にもフランジを有する、１対のリード線が貫通したベースとカバーからなり、ベースとカバーのフランジのいずれかに環状突起を有して両者を抵抗溶接により接合し、リード線と電気的に接続する電子素子を封入する電子部品用金属容器において、ベース又はカバーに設けたフランジの環状突起と嵌合する環状溝部を、カバー又はベースのフランジに設けた構成としている。これにより、カバーとベースの位置決めを確実にし、抵抗溶接時の金属屑の発生及び飛散を防止している。

また、特許文献２では、電子部品収納用パッケージにおいて、絶縁基材に取着したフランジ部材に金属キャップを溶接で接合する際、フランジ部材が絶縁基体から剥がれたり絶縁基体にクラックが発生して、電子部品収納用パッケージの容器の気密が破れてしまうのを防止するために、フランジの外周部の外周側の厚みをその他の領域の厚みより厚くして、溶接時の熱応力を良好に緩和し機械的強度も確保できるようにしている。

特開平１１−９７９６４号公報 特開平１０−２４２３１８号公報

上述したように、従来の光学部品収納用パッケージにおいては、搭載すべき光学部品のチップが大型化し金属キャップ自体も大型のものを使用する必要が生じた場合に、金属キャップのフランジ部の平坦度を確保することが困難となり、金属キャップをパッケージ本体にシームウェルドにより接合する際に、搭載した光学部品に対する気密性を十分確保できなくなる虞がある。

そこで、本発明では、光学部品チップや金属キャップが大型化した場合においても、金属キャップをパッケージ本体にシームウェルド接合する際の金属キャップのフランジ部の平坦度を確保し、十分な気密性をもって光学部品を搭載可能にする光学部品収納用パッケージを提供することを課題とする。

上記の課題を達成するために、本発明によれば、上面に光学部品が搭載される部品搭載部を有する基板と、前記部品搭載部の周囲にて前記基板の上面に固定した金属枠と、中央部にガラス窓を気密に保持し、周囲に前記金属枠に熱圧着によって接合されるフランジ部を有し、内部に前記光学部品を気密に収容する金属キャップとを具備して成る光学部品収納用パッケージにおいて、前記金属キャップのフランジ部は前記金属枠との接合部の内側に応力吸収部を有することを特徴とする光学部品収納用パッケージが提供される。

本発明によると、前記金属キャップのフランジ部は前記金属枠との接合部の内側に応力吸収部を有するので、金属キャップをパッケージ本体にシームウェルド接合する際に、金属キャップのフランジ部が熱変形したとしても、フランジ部に設けた応力吸収部により応力が吸収されてパッケージ本体側に接合する際の平坦度が確保され、金属キャップ内部の気密性を十分確保することができる。

前記金属キャップの本体部は、中央部に前記ガラス窓を保持する開口部を有する枠状の肉厚部分からなり、前記フランジ部は該本体部の外側周囲に一体的に薄肉部分として構成され、前記応力吸収部は断面が湾曲部として構成されていることを特徴とする。

この場合、ガラス窓を保持する金属キャップの本体部は肉厚部として構成されているので、肉厚のあるガラス窓材と金属キャップの開口部内周との間の接合面積を大きくとることができ、ガラス窓を気密に保持するのに好適であり、一方で、本体部の外側周囲に一体的に構成されたフランジ部は薄肉部分であり、このフランジ部に応力吸収部として湾曲断面部が形成されているので、応力吸収部の外側のフランジ周囲部をパッケージ本体の金属枠にシームウェルドにより接合する際の応力が湾曲部により吸収され、金属キャップのフランジ部とパッケージ本体の金属枠との間の密着性が向上し、金属キャップ内部の気密封止性が向上する。

前記金属キャップ及び金属枠の材質はコバールであり、中央部にガラス窓を保持するための開口を有する厚肉の本体部とその周囲の薄肉のフランジ部とが一体的に切削加工され、断面が湾曲部からなる応力吸収部は、プレス加工等によって成形される。

以下、添付図面を参照して従来例と比較しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は従来の光学部品収納用パッケージ、一例としてＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）パッケージの構造を示す断面図である。

セラミック等の絶縁基板１０の上面には、光学素子１２、例えばマイクロミラーを搭載するための部品搭載領域１４を有する。絶縁基板１０の上面の部品搭載領域１４の周囲には多数のボンディングパッド１６を有し、各パッド１６は絶縁基板１０の内部配線１８を経由し、絶縁基板１０の下面の外部接続パッド２０に接続されている。

光学素子１２は絶縁基板１０の部品搭載領域１４に搭載された後、光学素子１２の電極端子と絶縁基板１０上のボンディングパッド１６との間が、周知のワイヤボンディング工程により、ワイヤ２２により相互に接続される。

中央部にガラス窓２４を保持するための開口部２８を有する金属キャップ２６は、ガラス窓２４の周囲側面と開口部２８の内周部との間の気密性を保持するために互いの接触領域を十分確保する必要性から、ガラス窓２４自体及び開口部２８を有する本体部２６ａは、厚肉に形成されている。

これに対し、金属キャップ２６の本体部２６ａの周囲に外側へ突出するように設けられているフランジ部２６ｂは、光学部品１２の周囲にて絶縁基板１０に固定した金属枠３０にシームウェルド（熱圧着）により気密に接合する必要性から、シームウェルド時の応力をできるかぎり吸収しうるように、薄肉に形成されている。なお、金属枠３０はボンディングパッド１６の外側領域にて絶縁基板１０の上面に固定されており、金属キャップ２６のフランジ部２６ｂに対応する枠状に形成されている。

このように厚肉の本体部２６ａと薄肉のフランジ部２６ｂとを有する金属キャップ２６は、適当な金属、例えばコバールを切削加工することりにより一体的に形成される。絶縁基板１０の上面に固定される金属枠３０も、同様に、適当な金属、例えばコバールを切削加工することにより形成される。

そして、図１のＡの部分を示した図２のように、シームウェルドにより互いに接合される金属キャップ２６のフランジ部２６ｂと金属枠３０のコバールの表面には、ニッケルめっき３２及び金めっき３４が施されている。しかし、フランジ部２６ｂと金属枠３０の接合部である外周側領域３６では、金めっき３４は、シームウェルド時の加熱によって熱拡散してしまうので、金めっき層とはならず、ニッケルめっき層３２のみが残る。

前述のように、図１に示すような従来の光学部品収納用パッケージにおいては、搭載すべき光学部品１２が大型化するのに伴って、金属キャップ２６自体も大型のものを使用する必要があるが、大型になればなるほど金属キャップ２６のフランジ部２６ｂの平坦度を確保することが困難となる。

図３は本発明の光学部品収納用パッケージ、一例としてＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）パッケージの構造を示す断面図である。

図３において、本発明では、金属キャップ４０の本体部４２は、ガラス窓２４の周囲側面と開口部２８の内周部との間の気密性を保持するために互いの接触領域を十分確保する必要性から、ガラス窓２４自体及び開口部２８を有する本体部４２は、厚肉に形成されている点、並びに、金属キャップ４０の本体部４２の周囲に外側へ突出するように設けられているフランジ部４４は、光学部品１２の周囲にて絶縁基板１０に固定した金属枠３０にシームウェルド（熱圧着）により気密に接合する必要性から、シームウェルド時の応力をできるかぎり吸収しうるように、薄肉に形成されている点は、図１に示した従来例と同様であるが、本発明では、金属キャップ４０を絶縁基板１０上の金属枠３０にシームウェルドにより接合する際に、これらの間の気密性を確保して、搭載される光学部品１２に対する気密封止を達成するために、金属キャップ４０のフランジ部４４の金属枠３０との接合部の内側に応力吸収部４６を設けた。

応力吸収部４６は、例えばプレス加工等により、フランジ部４４の周囲にわたって断面が湾曲部となるように形成される。即ち、厚肉の本体部４２と薄肉のフランジ部４４とを有する金属キャップ４０は、適当な金属、例えばコバールを切削加工することりにより一体的に形成されるが、切削加工の後、金属キャップ４０をプレス機（図示せず）にかけてフランジ部４４の内側領域を周囲にわたって湾曲させる。これにより、所定の薄肉厚に形成されたフランジ部４４の内側領域が上側方向に湾曲させて、この湾曲部を応力吸収部４６とする。

金属キャップ４０のフランジ部４４の外側領域は、シームウェルドにより金属枠３０に接合するために接合領域として平坦部のままに残しておく。シームウェルドにより互いに接合される金属キャップ４０のフランジ部４４と金属枠３０は、適当な金属、例えばコバールからなり、従来例と同様、表面にニッケルめっき３２及び金めっき３４が施されている。また、フランジ部４４と金属枠３０の接合部である外周側領域３６（図２）では、金めっき３４は、シームウェルド時の加熱によって熱拡散してしまうので、金めっき層とはならず、ニッケルめっき層３２のみが残る点は、従来例と同様である。したがって、図２は、図３のＡで示す領域にも相当する。

本発明によれば、図３に示すように、金属キャップ４０のフランジ部４４に断面が湾曲部からなる応力吸収部４６を設けたので、光学部品１２を搭載したパッケージ基板１０の金属枠３０に金属キャップ４０を熱圧着ローラ（図示せず）を用いた周知の方法でシームウェルド接合する際に生ずる歪み応力が、応力吸収部４６により吸収されるので、金属キャップ４０のフランジ部４４の接合領域においては、金属枠３０との間の熱圧着による密着度が高まり、十分な気密封止を達成することができる。また、この際ガラス窓２４と金属の界面に発生する歪み応力も開放され、製品の信頼性の向上が期待される。

なお、パッケージ上に搭載される光学部品１２は、例えばＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）であるが、ＤＭＤは、外部の光源（図示せず）より光をパッケージのガラス窓２４を通して内部の光学部品１２であるマイクロミラーに投影し、マイクロミラーからの反射光を投影レンズ（図示せず）を通してスクリーン等の上に投影するのに使用され、マイクロミラーを電気的に駆動することにより光のＯＮ／ＯＦＦ等の制御を行う。

本発明の光学部品収納用パッケージをこのようなＤＭＤとして使用する場合は、内部に収容するマイクロミラーに対して高度の気密性が要求されるので、本発明を好適に使用することができる。

以上添付図面を参照して本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。

以上説明したように、本発明によれば、金属キャップのフランジ部に応力吸収部を設けたので、金属キャップをパッケージ本体にシームウェルド接合する際の金属キャップのフランジ部とパッケージ側の金属枠との間の平坦度及び密着度を向上させることができ、十分な気密性をもってパッケージに搭載した光学部品を封止することができる。したがって、今後画素数の増加などに伴ってパッケージに搭載する光学部品が大型化するのに伴って金属キャップ自体も大型になったとしても、ＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）のように高度の気密性が要求される部品においても、好適に適用でき、製品の信頼性を向上させることが可能となる。

従来の光学部品収納用パッケージの構造を示す断面図である。 図１及び図３におけるＡの部分の拡大断面図である。 本発明の光学部品収納用パッケージの構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ 絶縁基板
１２ 光学部品
１４ 部品搭載部
２４ ガラス窓
２８ 開口部
３０ 金属枠
４０ 金属キャップ
４２ 金属キャップ本体
４４ フランジ部
４６ 応力吸収部

Claims (3)

1. 上面に光学部品が搭載される部品搭載部を有する基板と、前記部品搭載部の周囲にて前記基板上面に固定した金属枠と、中央部にガラス窓を気密に保持し、周囲に前記金属枠に熱圧着によって接合されるフランジ部を有し、内部に前記光学部品を気密に収容する金属キャップとを具備して成る光学部品収納用パッケージにおいて、
   前記金属キャップのフランジ部は前記金属枠との接合部の内側に応力吸収部を有することを特徴とする光学部品収納用パッケージ。
2. 前記金属キャップの本体部は、中央部に前記ガラス窓を保持する開口部を有する枠状の肉厚部分からなり、前記フランジ部は該本体部の外側周囲に一体的に薄肉部分として構成され、前記応力吸収部は断面が湾曲部として構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光学部品収納用パッケージ。
3. 前記金属キャップ及び金属枠はコバールからなり、表面にニッケルめっき及び金めっきが施されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学部品収納用パッケージ。

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