JP2008277395A - Window member for optical element, package for housing optical element and optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光素子から発する光信号を透過する光素子用窓部材および光素子を収納するための光素子収納用パッケージおよび光モジュールに関するものである。 The present invention relates to an optical element window member that transmits an optical signal emitted from an optical element, an optical element storage package for storing the optical element, and an optical module.
従来、高速光通信等に使用される光モジュール、および光モジュールに用いられる光素子収納用パッケージには、光素子と光ファイバとの間で光信号を授受する箇所に貫通孔が形成されるとともに、この貫通孔を塞ぐようにしてガラスやサファイアから成る板状の透光性部材がロウ付けや半田付けによって接合されている。この透光性部材の一主面の外周部には、モリブデン(Mo)−マンガン(Mn)等のメタライズ層にニッケル(Ni)メッキ層や金(Au)メッキ層が被着された金属層が設けられており、この金属層がロウ付けや半田付けされることによって、透光性部材が光モジュール、および光モジュールに用いられる光素子収納用パッケージに取り付けられている(例えば、下記の特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, optical modules used for high-speed optical communication and the like and optical element storage packages used for optical modules have through holes formed at locations where optical signals are exchanged between optical elements and optical fibers. A plate-like translucent member made of glass or sapphire is joined by brazing or soldering so as to close the through hole. A metal layer in which a nickel (Ni) plating layer or a gold (Au) plating layer is deposited on a metallization layer such as molybdenum (Mo) -manganese (Mn) is provided on the outer peripheral portion of one main surface of the translucent member. The translucent member is attached to the optical module and the optical element storage package used in the optical module by brazing or soldering the metal layer (for example, the following patent document) 1).
また、透光性部材の一主面の外周部にチタン(Ti)リングを挟んで、鉄−コバルト−ニッケル合金等の金属リングを銀(Ag)ロウ付けにより接合し、そしてこの金属リングと光モジュールとを低融点ロウ材を介して接合した光素子収納用パッケージおよび光モジュールが知られている(例えば、下記の特許文献2参照)。
しかしながら、特許文献1に示される上記従来の光素子収納用パッケージおよび光モジュールにおいては、透光性部材にMo−Mnから成るメタライズ層を被着する場合、Mo,Mnの金属粉末と有機溶剤とを混合して成る金属ペーストを予め作製しておき、この金属ペーストを透光性部材の一主面の外周部に印刷塗布し約1300℃の高温炉内で焼成することによってメタライズ層が形成されるのであるが、焼成時に透光性部材や金属ペースト等に含まれる成分、特にガラス成分が飛散し、その後、透光性部材や金属ペースト等に含まれる成分が透光性部材の光信号が透過する箇所に再付着してしまい、透光性部材の光透過性を低下させてしまう場合があった。Mo−Mnから成るメタライズ層は還元雰囲気炉にて焼成するために、焼成時に炉内で対流が生じ易く、透光性部材や金属ペースト等に含まれる成分の透光性部材への再付着が生じ易い。その結果、光信号の伝送に支障を生じるという問題点が発生していた。
However, in the above-described conventional optical element storage package and optical module shown in
また、特許文献2に示される上記従来の光素子収納用パッケージおよび光モジュールにおいては、透光性部材の一主面の外周部にTiリングを挟んで金属リングをAgロウ付けにより接合するため、約800〜900℃の高温でAgロウ材を溶融させて透光性部材と金属リングとを接合するが、その後の冷却時に、透光性部材に金属リングとの熱膨張係数差による大きな熱応力が生じてしまい、この熱応力によって透光性部材にクラック等の破損が生じ易くなっていた。 Further, in the conventional optical element storage package and optical module shown in Patent Document 2, in order to join the metal ring by Ag brazing with the Ti ring sandwiched between the outer peripheral portion of one main surface of the translucent member, The Ag brazing material is melted at a high temperature of about 800 to 900 ° C. to join the translucent member and the metal ring, but during the subsequent cooling, a large thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between the translucent member and the metal ring. As a result, breakage such as cracks is likely to occur in the translucent member due to the thermal stress.
透光性部材にクラック等の破損が生じると、破損した箇所で光透過性が低下して、光信号の伝送に支障を生じるとともに、光素子収納用パッケージおよび光モジュールの内部の気密を保持できなくなるという問題点が発生してしまう。 If breakage such as cracks occurs in the translucent member, the light transmissibility will be reduced at the damaged part, and it will hinder the transmission of optical signals, and the airtightness inside the optical element storage package and the optical module can be maintained. The problem of disappearing will occur.
本発明は上記問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、透光性部材を介して光信号を支障なく伝送することができ、内部を気密保持できる光素子用窓部材ならびに光素子収納用パッケージおよび光モジュールを提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical element window member and an optical element that can transmit an optical signal through a translucent member without hindrance and can keep the inside airtight. The object is to provide a storage package and an optical module.
本発明の光素子用窓部材は、光素子収納用パッケージの光透過窓部に取着される光素子用窓部材であって、透光性部材の外周部の全周に銀−銅−チタン合金から成る金属層が被着され、該金属層が半田を介して前記光透過窓部に接合されていることを特徴とする。 An optical element window member of the present invention is an optical element window member that is attached to a light transmission window portion of an optical element storage package, and silver-copper-titanium is formed on the entire circumference of the outer peripheral portion of the translucent member. A metal layer made of an alloy is deposited, and the metal layer is bonded to the light transmission window portion via solder.
本発明の光素子用窓部材において、好ましくは、前記透光性部材はサファイアから成ることを特徴とする。 In the optical element window member of the present invention, preferably, the translucent member is made of sapphire.
本発明の光素子収納用パッケージは、内部に光素子を載置する載置部を有する容器と、該容器に接合され内部を気密に封止するための蓋体と、前記光素子に対向するようにして前記容器または前記蓋体に設けられ、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る前記光透過窓部と、該光透過窓部に接合された上記構成の光素子用窓部材とを備えることを特徴とする。 An optical element storage package according to the present invention includes a container having a placement portion for placing an optical element therein, a lid that is joined to the container and hermetically seals the inside, and faces the optical element. As described above, the light transmitting window portion made of an iron-nickel-cobalt alloy provided on the container or the lid, and the optical element window member having the above-described structure joined to the light transmitting window portion. Features.
本発明の光素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、内部に光素子を載置する載置部を有する容器と、該容器の開口部に接合される鉄−ニッケル−コバルト合金から成る環状部材に、請求項1または請求項2記載の光素子用窓部材が接合された蓋体とを備えていることを特徴とする。
In the optical element storage package of the present invention, preferably, a container having a mounting portion for mounting the optical element therein, and an annular member made of an iron-nickel-cobalt alloy joined to the opening of the container, The optical element window member according to
本発明の光素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記容器は上側主面に光素子を載置する載置部を有する底板と、該底板の前記上側主面の外周部に前記載置部を囲繞するように設けられ、側部に貫通孔が形成された側壁と、前記貫通孔に嵌着され、透光性部材を保持する筒状の鉄−ニッケル−コバルト合金製の保持部材とから成り、該保持部材に上記構成の光素子用窓部材が接合されていることを特徴とする。 In the optical element storage package of the present invention, preferably, the container has a bottom plate having a placement portion for placing the optical element on the upper main surface, and the mounting portion described above on the outer peripheral portion of the upper main surface of the bottom plate. A side wall having a through-hole formed in a side portion and a holding member made of a cylindrical iron-nickel-cobalt alloy that is fitted in the through-hole and holds a translucent member. The optical element window member having the above structure is joined to the holding member.
本発明の光モジュールは、上記構成の光素子収納用パッケージと、前記容器の前記載置部に前記透光性部材と光学的に結合するように載置固定された光素子と、前記容器に接合された蓋体とを備えて成ることを特徴とする。 An optical module according to the present invention includes an optical element storage package having the above-described configuration, an optical element placed and fixed on the placement portion of the container so as to be optically coupled to the translucent member, and the container. And a lid that is joined.
本発明の光素子用窓部材は、透光性部材の外周部の全周に銀−銅−チタン合金から成る金属層が被着され、この金属層が半田を介して光透過窓部に接合されていることから、銀−銅−チタン合金から成る金属層の被着時の焼成を約800〜900℃で行なうことができ、従来のMo−Mnから成るメタライズ層を被着するときの焼成温度約1300℃よりも低温で焼成できる。焼成温度を約800〜900℃とできることにより、焼成時に焼成炉内で透光性部材や金属ペースト等に含まれる成分、特にガラス成分が飛散し難くなる。 In the optical element window member of the present invention, a metal layer made of a silver-copper-titanium alloy is deposited on the entire circumference of the outer peripheral portion of the translucent member, and this metal layer is joined to the light transmitting window portion via solder. Therefore, firing at the time of deposition of a metal layer made of a silver-copper-titanium alloy can be performed at about 800 to 900 ° C., and firing at the time of depositing a conventional metallized layer made of Mo—Mn. It can be fired at a temperature lower than about 1300 ° C. When the firing temperature can be set to about 800 to 900 ° C., components contained in the translucent member, the metal paste, and the like, particularly the glass component, are hardly scattered in the firing furnace during firing.
また、透光性部材と光素子収納用パッケージの光透過窓部とが半田を介して接合されていることにより、接合後に透光性部材に作用する熱応力を低減させ、透光性部材にクラック等の破損が生じるのを防止することができる。 Further, since the translucent member and the light transmissive window portion of the optical element storage package are joined via solder, thermal stress acting on the translucent member after joining is reduced, and the translucent member is formed. The occurrence of breakage such as cracks can be prevented.
従って、透光性部材を介して光信号を支障なく伝送することができ、内部を気密保持できる光素子用窓部材を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide an optical element window member that can transmit an optical signal through the translucent member without hindrance and can keep the inside airtight.
本発明の光素子用窓部材において、好ましくは、前記透光性部材がサファイアから成る場合、サファイアは抗折強度が高いので、透光性部材に熱応力が作用した際においてもクラック等の破損が生じ難いものとなる。 In the optical element window member of the present invention, preferably, when the light-transmitting member is made of sapphire, sapphire has a high bending strength, so that even when thermal stress acts on the light-transmitting member, breakage such as cracks Is unlikely to occur.
本発明の光素子収納用パッケージは、内部に光素子を載置する載置部を有する容器と、この容器に接合され内部を気密に封止するための蓋体と、光素子に対向するようにして容器または蓋体に設けられ、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る光透過窓部と、この光透過窓部に接合された上記構成の光素子用窓部材とを備えることから、接合時の容器または蓋体の熱膨張が小さく抑えられて透光性部材の熱膨張と近似し、接合後に透光性部材に作用する熱応力を低減させることができる。したがって、熱応力によって透光性部材が破損し難く、光信号を支障なく伝送することができ、内部を気密保持できる光素子収納用パッケージを提供することができる。 The optical element storage package of the present invention has a container having a placement portion for placing an optical element therein, a lid joined to the container for hermetically sealing the inside, and the optical element so as to face the optical element. Provided with a light transmitting window portion made of an iron-nickel-cobalt alloy and a window member for an optical element having the above structure bonded to the light transmitting window portion. The thermal expansion of the container or the lid can be suppressed to be small and approximate to the thermal expansion of the translucent member, and the thermal stress acting on the translucent member after joining can be reduced. Accordingly, it is possible to provide an optical element housing package that can hardly transmit a light transmissive member due to thermal stress, can transmit an optical signal without hindrance, and can keep the inside airtight.
また、本発明の光素子収納用パッケージは、内部に光素子を載置する載置部を有する容器と、この容器の開口部に接合される鉄−ニッケル−コバルト合金から成る環状部材に、上記構成の光素子用窓部材が接合された蓋体とを備えていることから、光素子用窓部材と環状部材とを400℃以下で半田接合する際に環状部材の熱膨張を小さいものとでき、接合後に光素子用窓部材に生じる熱応力を小さく抑えることができる。したがって、熱応力によって透光性部材が破損し難く、光信号を支障なく伝送することができ、内部を気密保持できる光素子収納用パッケージを提供することができる。 Further, the optical element storage package of the present invention includes a container having a placement portion for placing the optical element therein, and an annular member made of an iron-nickel-cobalt alloy joined to the opening of the container. Since the optical element window member having the structure is joined to the lid member, the thermal expansion of the annular member can be reduced when the optical element window member and the annular member are solder-bonded at 400 ° C. or lower. The thermal stress generated in the optical element window member after bonding can be kept small. Accordingly, it is possible to provide an optical element housing package that can hardly transmit a light transmissive member due to thermal stress, can transmit an optical signal without hindrance, and can keep the inside airtight.
本発明の光素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、容器は上側主面に光素子を載置する載置部を有する底板と、この底板の上側主面の外周部に載置部を囲繞するように設けられ、側部に貫通孔が形成された側壁と、貫通孔に嵌着され、透光性部材を保持する筒状の鉄−ニッケル−コバルト合金製の保持部材とから成り、この保持部材に上記構成の光素子用窓部材が接合されている場合、光信号の伝送が良好で内部の気密信頼性が高い光素子収納用パッケージを提供することができる。 In the optical element storage package according to the present invention, preferably, the container surrounds the mounting portion on the outer peripheral portion of the upper main surface of the bottom plate, and the bottom plate having the mounting portion for mounting the optical element on the upper main surface. And a holding member made of a cylindrical iron-nickel-cobalt alloy that is fitted in the through-hole and holds the translucent member. When the optical element window member having the above-described configuration is joined to the optical element housing member, it is possible to provide an optical element storage package that has good optical signal transmission and high internal hermetic reliability.
本発明の光モジュールは、上記構成の光素子収納用パッケージと、容器の載置部に透光性部材と光学的に結合するように載置固定された光素子と、容器に接合された蓋体とを備えて成ることから、上記本発明の光素子収納用パッケージを用いた信頼性の高い光モジュールとなる。 The optical module of the present invention includes an optical element storage package having the above-described configuration, an optical element that is placed and fixed on the placement portion of the container so as to be optically coupled to the translucent member, and a lid that is joined to the container. Since it comprises a body, it becomes a highly reliable optical module using the optical element storage package of the present invention.
本発明の光素子用窓部材ならびに光素子収納用パッケージ(以下、単にパッケージともいう)および光モジュールについて以下に詳細に説明する。本発明の光素子収納用パッケージおよび光モジュールを図1,図2および図3に示す。図1(a)は本発明の光素子収納用パッケージおよび光モジュールの実施の形態の一例を示す断面図、(b)は図1(a)に示す光素子収納用パッケージおよび光モジュールの平面図である。図2は本発明の光素子収納用パッケージおよび光モジュールの実施の形態の他の例を示す断面図である。図3は本発明の光素子収納用パッケージおよび光モジュールの実施の形態のさらに他の例を示す断面図である。 An optical element window member, an optical element storage package (hereinafter also simply referred to as a package) and an optical module according to the present invention will be described in detail below. The optical element storage package and the optical module of the present invention are shown in FIGS. 1A is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an optical element storage package and an optical module according to the present invention, and FIG. 1B is a plan view of the optical element storage package and the optical module shown in FIG. It is. FIG. 2 is a sectional view showing another example of the embodiment of the optical element storage package and the optical module of the present invention. FIG. 3 is a sectional view showing still another example of the embodiment of the optical element storage package and the optical module of the present invention.
本発明の光素子用窓部材4は、透光性部材4aの外周部の全周に銀−銅−チタン合金から成る金属層4bが被着され、金属層4bが半田4cを介して光素子収納用パッケージの光透過窓14の周囲に接合されるものである。
In the optical
本発明の光素子収納用パッケージは、内部に光素子8を載置する載置部1aを有する金属またはセラミックスから成る容器10と、容器10に接合され内部を気密に封止するための蓋体3と、光素子8に対向するようにして容器10または蓋体3に設けられた光透過窓14部に接合された透光性部材4とを備え、光透過窓14の透光性部材4との接合部が鉄−ニッケル−コバルト合金から成り、光透過窓14部に上記構成の光素子用窓部材4が接合されているものである。
The optical element storage package of the present invention includes a
本発明の光モジュールは、上記構成の光素子収納用パッケージと、容器10の載置部1aに透光性部材4aと光学的に結合するように載置固定された光素子8と、容器10に接合された蓋体とを備えて成るものである。
The optical module of the present invention includes an optical element storage package having the above configuration, an
以下、図1に示す形態を本発明の第1の実施の形態、図2に示す形態を本発明の第2の実施の形態、図3に示す形態を本発明の第3の実施の形態として本発明の光素子用窓部材4ならびに光素子収納用パッケージおよび光モジュールの各実施形態の例を説明する。なお、以下は一例であって、この他にも種々の形態とすることは可能である。
Hereinafter, the embodiment shown in FIG. 1 will be referred to as the first embodiment of the present invention, the embodiment shown in FIG. 2 as the second embodiment of the present invention, and the embodiment shown in FIG. 3 as the third embodiment of the present invention. Examples of the embodiments of the optical
まず本発明の第1の実施の形態のパッケージについて説明する。本発明の第1の実施の形態のパッケージにおいて、図1に示すように、本発明の光素子用窓部材4は、透光性部材4aの外周部に全周にわたって銀−銅−チタン合金から成る金属層4bが被着され、金属層4bが半田4cを介して光透過窓14の周囲の部材に接合される。この光素子用窓部材4が光透過窓14の周囲の環状部材3aに接合されることによって光素子用窓部材4と環状部材3aとで成る蓋体3が構成されている。第1の実施の形態のパッケージは、この蓋体3を内部に光素子8を載置する載置部1aを有する金属またはセラミックスから成る容器10の内部を気密に封止するための蓋体3として用い、光素子用窓部材4が光素子8に対向するようにして接合される形態のパッケージである。
First, the package according to the first embodiment of the present invention will be described. In the package according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, the optical
ここで、容器10は上側主面に光素子8を載置する載置部1aを有する底板1と、底板1の上側主面の外周部に載置部1aを囲繞するように設けられた側壁2とから成る。底板1と側壁2によって、光素子8を収納する収納部10aを形成する。底板1と側壁2は一体に作製されてもよいし、別々に作製された後に接合されてもよい。
Here, the
容器10は、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金,ステンレス鋼(SUS),銅(Cu)−タングステン(W)合金,Cu−モリブデン(Mo)合金等の金属、またはアルミナ(Al2O3)質セラミックス,窒化アルミニウム(AlN)質セラミックス,ムライト(3Al2O3・2SiO2)質セラミックス等のセラミックスから成る。金属から成る場合、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工,切削加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に作製される。
The
また、容器10が例えばAl2O3質セラミックスから成る場合以下のようにして作製される。Al2O3,酸化珪素(SiO2),酸化カルシウム(CaO),酸化マグネシウム(MgO)等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤,分散剤,溶剤等を添加混合して泥漿状となす。
Further, when the
これを従来周知のドクターブレード法でシート状となすことによって複数枚のセラミックグリーンシートを得る。 A plurality of ceramic green sheets are obtained by making this into a sheet by a conventionally known doctor blade method.
しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し積層し、還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって作製される。 Thereafter, these ceramic green sheets are appropriately punched and laminated, and are fired at a temperature of about 1600 ° C. in a reducing atmosphere.
底板1の上側主面には、半導体レーザー(LD),フォトダイオード(PD)等の光素子8が載置される載置部1aが形成されており、載置部1aには光素子8の発光面または受光面が光素子用窓部材4に対向するようにして載置固定される。光素子8は1個だけ載置されてもよいし、複数個載置されていてもよい。光素子8が1個だけ載置される場合、複数箇所の光入出力部が設けられている光素子8が1個載置されている形態であってもよい。
On the upper main surface of the
ここで、蓋体3は、光素子用窓部材4と光素子用窓部材4の外周部に全周にわたって接合された環状部材3aとから成り、光素子用窓部材4と成る透光性部材4aの環状部材3aが接合される箇所に金属層4bが被着され、金属層4bと環状部材3aとが融点400℃以下の半田4cを介して接合され、光素子用窓部材4が光透過窓14として機能する環状部材3aの貫通孔3bを塞ぐようにして取り付けられている。
Here, the
環状部材3aは、Fe−Ni−Co合金から成り、中央部に光素子用窓部材4を介して光信号を透過させるための円形や四角形等の貫通孔3bが設けられた円板や四角板から成る環状の部材である。この環状部材3aは、環状部材3aと成るインゴットに圧延加工や打ち抜き加工,切削加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に作製される。
The
Fe−Ni−Co合金の熱膨張係数は400〜500℃の間で急激に上昇することが知られている。環状部材3aがFe−Ni−Co合金から成ることにより、光素子用窓部材4の金属層4bとFe−Ni−Co合金製の環状部材3aとが融点400℃以下の半田4cを介して接合される場合、Fe−Ni−Co合金製の環状部材3aの熱膨張係数を小さく抑えることができる。接合時の環状部材3aの熱膨張が小さく抑えられるので、光素子用窓部材4の熱膨張と近いものになり、接合後に光素子用窓部材4に作用する熱応力を低減させることができる。従って、光素子用窓部材4にクラック等の破損が生じることのない蓋体3を提供することができる。
It is known that the thermal expansion coefficient of Fe—Ni—Co alloys rises rapidly between 400 and 500 ° C. Since the
透光性部材4aは、ガラスやサファイア等から成る円板状,四角板状等の板状や球状,半球状,レンズ状のものである。
The
図1においては、透光性部材4aは図1(b)に示すように四角板状から成り、環状部材3aは四角形の貫通孔3bが設けられた四角板状のものを示す。
In FIG. 1, the
透光性部材4aの一主面(図1(a)においては下面)の外周部には全周にわたってAg−Cu−チタン(Ti)合金から成る金属層4bが被着され、金属層4bと環状部材3aとを融点400℃以下の半田4cを介して接合することによって、光素子用窓部材4とされ、環状部材3aに気密に接合される。
A
金属層4bは活性金属としてTiが含有されており、活性金属メタライズ法によって透光性部材4aに被着形成される。Ag−Cu−Ti合金から成る金属層4bのメタライズペーストは、Ag粉末とCu粉末と水素化チタン(TiH2)粉末をエチルセルロースを溶解したテルピネオールやブチルカルビトール等の溶剤と混合して成り、このメタライズペーストを透光性部材4aの所定の箇所にスクリーン印刷法等を用いて印刷塗布した後、真空雰囲気中、約800〜900℃で焼成することで金属層4bが形成される。
The
透光性部材4aに金属層4bを被着するときの焼成温度は約800〜900℃であり、従来のMo−Mnから成るメタライズ層を被着するときの焼成温度約1300℃よりも低温である。焼成温度を約800〜900℃とすることができることにより、焼成時に焼成炉内で透光性部材4aや金属ペースト等に含まれる成分、特にガラス成分が飛散し難くなる。また、金属層4bは真空炉にて焼成されるため、焼成時の高温炉中での対流が少なく、飛散成分が気中に漂って透光性部材4aの光信号が透過する箇所に再付着することがない。その結果、透光性部材4aの光透過性を良好なものとすることができ、光信号を遮ることなく正確に伝送することができる。
The firing temperature when depositing the
また、融点400℃以下の半田4cとしては、例えば、Auが80質量%と錫(Sn)が20質量%とから成るAu−Sn半田(融点が280℃),Auが88質量%とゲルマニウム(Ge)が12質量%とから成るAu−Ge半田,Sn−Ag系半田,Sn−アンチモン(Sb)系半田,Sn−ビスマス(Bi)系半田,Sn−鉛(Pb)系半田等の半田が挙げられる。 As the solder 4c having a melting point of 400 ° C. or lower, for example, Au—Sn solder (melting point is 280 ° C.) composed of 80% by mass of Au and 20% by mass of tin (Sn), 88% by mass of Au and germanium ( Solder such as Au-Ge solder, Sn-Ag series solder, Sn-antimony (Sb) series solder, Sn-bismuth (Bi) series solder, Sn-lead (Pb) series solder consisting of 12 mass% of Ge) Can be mentioned.
好ましくは、半田4cが比較的融点の高いAu−Sn半田またはAu−Ge半田から成るのが良く、光素子8の作動時に光素子8から発生した熱やパッケージ周囲の温度上昇等でパッケージが温度上昇した場合においても、半田4cが軟化して、気密接合が破れないようにすることができる。
Preferably, the solder 4c is made of Au—Sn solder or Au—Ge solder having a relatively high melting point, and the temperature of the package is increased due to heat generated from the
そして、環状部材3aと透光性部材4aとが金属層4bと融点400℃以下の半田4cとを介することによって接合されて成る蓋体3は、環状部材3aが容器10の上面にシーム溶接法等の溶接法やロウ材や半田等を用いたロウ付け接合法によって気密に接合され光素子8が収納された収納部10a内部を気密に封止することができる。
The
その結果、パッケージの内部に収納する光素子8を気密に収納でき、光素子8を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るとともに、透光性部材4aの光透過性が良好で光信号を正確に伝送させ得るパッケージとすることができる。
As a result, the
好ましくは、光素子用窓部材3において、透光性部材4aがサファイアから成るのがよい。サファイアはガラス等の他の透光性材料に比べ抗折強度が高く、透光性部材4aに熱応力等が作用した際においてもクラック等の破損が生じ難いものとできる。また、サファイアは、単結晶を成長させて形成されるため、透光性部材4aの内部に気泡等が巻き込まれることがなく、透光性部材4aの光透過性を良好なものとすることができる。従って、透光性部材4aの光信号伝送特性を向上することができ、内部の気密保持信頼性も向上できる光素子用窓部材3を提供することができる。
Preferably, in the optical
また、光素子収納用窓部材4に環状部材3aを接合した蓋体3が容器10の開口部10bに接合され、透光性部材4aや金属ペースト等に含まれる成分が透光性部材4aに再付着し難く、透光性部材4aの光透過性を阻害することが透光性部材4aの全箇所で生じ難いので、光透過性が良好で光信号を正確に伝送させることができるパッケージとなる。即ち、複数個の光素子8に対して光信号を入出力する場合、透光性部材4aの表面に小さな再付着が1箇所あるだけでも、複数個の光素子8のうちの1個に対し、光信号の入出力ができなくなる場合があり、再付着による影響が大きくなるが、このような構成の蓋体3では、複数個の光素子8を載置する場合の作動信頼性を向上することができる。
Further, the
また、透光性部材4aに複数の光信号を透過させるために、透光性部材4aの光信号透過面を面積の大きいものとする必要があるが、このような構成の蓋体3においては、透光性部材4aが大きなものになっても、透光性部材4aに環状部材3aを接合する際の環状部材3aとの熱膨張差が小さく、透光性部材4aに作用する熱応力を軽減することができ、透光性部材4aにクラック等の破損が生じ難い。この結果、透光性部材4aの光透過性が良好で光信号を正確に伝送することができるとともにパッケージ内部の気密性を保持するパッケージとすることができる。
Further, in order to transmit a plurality of optical signals to the
従ってこの構成により、載置部1aに複数個の光素子8を載置し、複数個の光素子8から発せられる光信号をそれぞれ外部に正確に伝送することができ、複数個の光素子8から発せられる光信号をそれぞれ入出力するのに適したパッケージとなる。
Therefore, with this configuration, a plurality of
好ましくは、蓋体3の環状部材3aはシーム溶接法等の溶接法によって容器10の上面に接合されるのがよい。この構成により、蓋体3の環状部材3aを容器10に接合する際に、環状部材3aと透光性部材4aとを気密に接合している半田4c部に熱を加わり難くして、半田4cが軟化するのを防止することができる。そして、半田4c部における気密信頼性を保持することができる。また、溶接法により、光素子用窓部材3を容器10に接合する作業の作業性を向上することもできる。また、環状部材3aがFe−Ni−Co合金から成ることから、環状部材3aの熱伝導率が適度で溶接時に加える熱が直ちに拡散され難く、溶接部のみを局部的に加熱しやすいので、容器10との溶接接合性を良好なものとすることができる。
Preferably, the
また、環状部材3aの光素子用窓部材4との接合面を全体的に傾斜面としたり、容器10の上面を全体的に傾斜面としたりして、光素子用窓部材4の表面が光信号の光軸に対して直角に交わらないように光素子用窓部材4を傾斜させて接合してもよい。
Further, the surface of the optical
この場合、光素子用窓部材4の表面での光の反射、特に正反射(光の入射面への垂直入射による反射)を防ぐことにより生じる通信ノイズを抑制することができる。
In this case, it is possible to suppress communication noise caused by preventing reflection of light on the surface of the optical
このとき、光素子用窓部材4の中心軸と光素子8の光軸とのなす角度は1〜10°が好ましい。
At this time, the angle formed by the central axis of the optical
1°未満では、光素子8がLDである場合、光素子8からの光が光素子用窓部材4表面で正反射し、その反射光が光素子8に戻って、反射光により、光素子8の発振周波数がずれる等の光素子8の誤作動を招く場合がある。
If the angle is less than 1 °, when the
また光素子8がPDである場合、外部からの光信号が光素子用窓部材4表面で正反射し、その反射光が光信号の入射先に戻って、通信ノイズが発生する原因となる。
When the
10°を超えると、光素子用窓部材4表面での斜め入射による反射光の強度が大きくなり、光素子用窓部材4で光信号を効率よく通過させることが困難になる。
If it exceeds 10 °, the intensity of the reflected light due to the oblique incidence on the surface of the optical
次に本発明の第2の実施の形態のパッケージについて説明する。本発明の第2の実施の形態のパッケージは、図2に示すように、容器10は上側主面に光素子8を載置する載置部1aを有する底板1と、底板1の上側主面の外周部に載置部1aを囲繞するように設けられ、側部に貫通孔2aが形成された側壁2と、貫通孔2aに嵌着され、透光性部材4を保持する筒状のFe−Ni−Co合金製の保持部材5とから成り、保持部材5に、透光性部材4aの外周部の全周にAg−Cu−Ti合金から成る金属層4bが被着され、金属層4bが融点400℃以下の半田4cを介して接合された上記構成の光素子用窓部材4を有するものである。
Next, a package according to a second embodiment of the present invention will be described. In the package of the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, the
本発明の第2の実施の形態のパッケージの底板1は、Fe−Ni−Co合金,SUS,Cu−W合金,Cu−Mo合金等の金属、またはAl2O3,AlN,3Al2O3・2SiO2等のセラミックスから成る。金属から成る場合、従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に作製される。また、底板1がセラミックスから成る場合、複数枚のセラミックグリーンシートを作製し、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施して積層し、還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって作製される。
The
底板1の上側主面には、LD,PD等の光素子8が載置される載置部1aが形成されており、載置部1aには光素子8が回路基板やサブキャリア等の載置用基台9を介して載置固定される。
On the upper main surface of the
また、底板1の上側主面の外周部には、載置部1aを囲繞するようにして接合されるとともに一側部に光信号の入出力部となる貫通孔2aを有し、貫通孔2aに光ファイバ6固定用の枠状や筒状の固定部材7が設けられた側壁2が接合され立設される。
Further, the outer peripheral portion of the upper main surface of the
この側壁2は、底板1とともにその内側(内部空間)に光素子8を収納する空所を形成する。側壁2は平面視形状が長方形や円形等の枠状体であり、保持部材5を支持する。
The side wall 2 forms a space for accommodating the
また、側壁2は、底板1と同様にFe−Ni−Co合金,SUS,Cu−W合金,Cu−Mo合金等の金属、またはAl2O3,AlN,3Al2O3・2SiO2等のセラミックスから成り、底板1と一体成形される、または底板1にAg−Cuロウ等のロウ材でロウ付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、底板1の上側主面の外周部に接合される。
Further, the side walls 2, Fe-Ni-Co alloy in the same manner as the
さらに、Fe−Ni−Co合金から成り、貫通孔2aに光素子用窓部材4を保持するための筒状の保持部材5が側壁2に嵌着される。光素子用窓部材4の保持部材5は、金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に作製される。保持部材5は、Agロウ等によるロウ付け、Au−Sn半田等による半田付けにより貫通孔2aに接合され、透光性部材4aとともにパッケージの光透過窓14と成る貫通孔2aを気密に塞ぐ。
Further, a cylindrical holding member 5 made of an Fe—Ni—Co alloy for holding the optical
この保持部材5の側壁2外側の一端には光ファイバ6を固定するための枠状や筒状の固定部材7が設けられる。透光性部材4aの接合は、図2に示すように透光性部材4aの中心軸と貫通孔5aの中心軸(保持部材5の中心軸5c)とが一致するようにして接合される。
A frame-like or cylindrical fixing
また、保持部材5の透光性部材4aとの接合面を傾斜面として、透光性部材4aの表面と信号光の光軸が直角にならないように、透光性部材4aの中心軸と貫通孔5aの中心軸とを傾斜させて接合してもよい。
Further, the surface of the
この場合、透光性部材4aの表面での光の反射、特に正反射(光の入射面への垂直入射による反射)を防ぐことにより、光の反射による損失を抑制することができる。
In this case, the loss due to the reflection of the light can be suppressed by preventing the reflection of the light on the surface of the
このとき、透光性部材4aの中心軸と光素子8の光軸とのなす角度は1〜10°が好ましい。
At this time, the angle formed by the central axis of the
1°未満では、光素子8がLDである場合、光素子8からの光が透光性部材4a表面で正反射し、その反射光が光素子8に戻って、反射光により光素子8の温度が上昇したり、光素子8の発振周波数がずれて光素子8が誤作動する場合がある。
If the angle is less than 1 °, when the
また光素子8がPDである場合、光ファイバ6からの光信号が透光性部材4a表面で正反射し、その反射光が光ファイバ6に戻って、光ファイバ6を伝送される光信号にノイズが発生する原因となる。
When the
10°を超えると、透光性部材4a表面での斜め入射による反射光の強度が大きくなり、透光性部材4aで光信号を効率よく通過させることが困難になる。
If it exceeds 10 °, the intensity of the reflected light due to the oblique incidence on the surface of the
保持部材5には、中央部の軸方向に貫通孔5aが形成されており、貫通孔5aを塞ぐように透光性部材4aの金属層4bが貫通孔5aの載置部1a側開口の周囲に融点400℃以下の低温半田を介して気密に接合される。
A through hole 5a is formed in the holding member 5 in the axial direction of the central portion, and the
また、好ましくは、図2に示すように、保持部材5には貫通孔5aの載置部1a側の端面に段差部5bが形成されており、段差部5bに透光性部材4aが嵌め込まれて接合されるのがよい。この構成により、保持部材5に対しての透光性部材4aの位置合わせを容易なものとすることができ、パッケージの作製の作業性を向上することができる。また、透光性部材4aの位置を正確に位置決めすることにより、透光性部材4aとしてレンズを用いた場合に透光性部材4aの焦点位置を所定の位置に配置することができ、光学特性に優れたパッケージとすることができる。
Preferably, as shown in FIG. 2, the holding member 5 has a stepped
保持部材5を貫通孔2aに嵌着することにより、側壁2に対する保持部材5の取り付けの位置ずれを抑制し、光ファイバ6の光軸と光素子8の光軸との位置合わせを確実にできるとともに、透光性部材4aと固定部材7の両方が保持部材5に接合されることから、光ファイバ6に対する透光性部材4aの位置ずれも防止でき、光信号を無駄なく確実に伝送できる。
By fitting the holding member 5 into the through
透光性部材4aは、ガラスやサファイア等から成る円板状等の板状や球状,半球状,レンズ状のものである。
The
図2においては、透光性部材4aは板状から成り、透光性部材4aの一主面の外周部には全周にわたって金属層4bが形成されており、金属層4bに半田4cを介して保持部材5に接合することによって、保持部材5に気密に接合されている。金属層4bと半田4cの構成は、本発明の第1の実施の形態と同様であり、透光性部材4aの光透過性を良好なものとすることができ、光信号を正確に伝送することができる。
In FIG. 2, the
そして、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金等の金属、またはAl2O3,AlN,3Al2O3・2SiO2等のセラミックスから成る蓋体3を容器10の上面にロウ材や半田等を用いたロウ付け接合法やシーム溶接法等の溶接法によって気密に接合し、光素子8が収納されたパッケージ内部を気密に封止することができる。
A
その結果、パッケージの内部に収納する光素子8を気密に収納でき、光素子8を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るとともに、透光性部材4aの光透過性が良好で光信号を正確に伝送させ得るパッケージとすることができる。
As a result, the
図2に示すパッケージは、内部の気密信頼性が高いとともに、底板1を側壁2より外側に張り出させ、張り出した箇所を外部電気回路基板にネジ止め固定する構成であることによって、底板1を外部電気回路基板に密着固定させるのが容易であり、光素子8から発生する熱を底板1から良好に熱放散させることができる。従って、光素子8の作動時に発生する熱を容器10の外部に効率良く熱放散でき、高速光通信に適した光素子収納用パッケージを提供することができる。特に、長距離伝送系の光通信用の光素子収納用パッケージとして好適に用いることができる。
The package shown in FIG. 2 has a high internal airtight reliability, and has a configuration in which the
光ファイバ6は、Fe−Ni−Co合金等の金属から成る枠状や円筒状の固定部材7に固定されており、固定部材7の一端または一主面が保持部材5の側壁2外側の端面にレーザー溶接法等の溶接によって接合され、光ファイバ6が固定部材7を介して側壁2の一側部に接合される。
The
これにより、光ファイバ6を介してパッケージ内部に収納する光素子8と外部との光信号の授受が可能となる。
As a result, optical signals can be exchanged between the
そして、本発明のパッケージは、光素子8の電極を外部電気回路に電気的に接続し、しかる後、側壁2の上面にFe−Ni−Co合金等の金属から成る蓋体3を半田付け法やシームウエルド法により接合することにより、製品としての光モジュールとなる。
In the package of the present invention, the electrode of the
この光モジュールは、外部電気回路から供給される電気信号によって光素子8に光を励起させ、この光を透光性部材4a、光ファイバ6の順に透過させ、光ファイバ6を介して外部に伝送することによって、高速光通信等に使用される。
This optical module excites light in the
または、外部から光ファイバ6を伝送されてくる光信号を、透光性部材4aを透過させ、光素子8に受光させて光信号を電気信号に変換することによって、高速光通信等に使用される。
Alternatively, an optical signal transmitted from the outside through the
次に本発明の第3の実施の形態のパッケージについて説明する。本発明の第3の実施の形態のパッケージにLD,PD等の光素子8を気密封止して収納した光モジュールの例を図3に断面図で示す。同図において、10は容器、8は光素子、3は金属製の蓋体、4は透光性部材、6は光ファイバである。
Next, a package according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a sectional view showing an example of an optical module in which an
容器10はFe−Ni−Co合金,SUS,Cu−W合金,Cu−Mo合金等の金属から成り、その上側主面の略中央部には載置部1aが設けられ、光素子8が、Al2O3質セラミックス等のセラミックスから成る直方体の載置用基台9を介して容器10の上側主面に対して垂直な面に搭載固定される。図3において、容器10は板状であるが、外周部が全周にわたって上側に絞り加工した凹状であってもよい。
The
光素子8がこのように搭載されることにより、光素子8から発する光信号が容器10の上方へ出射される。
By mounting the
また、容器10の上側主面の外周部に接合され、上端が閉じられ下端が開かれた筒状であり上端面3dの中央部に光透過窓14と成る貫通孔3bが形成されており、Fe−Ni−Co合金等の金属から成る蓋体3が設けられる。
Further, it is joined to the outer peripheral portion of the upper main surface of the
蓋体3の下端3cは、例えば図3のような鍔状となっており、これにより容器10と蓋体3との接合面積が大きくなり、容器10と蓋体3とで構成される容器内部の気密信頼性が向上する。
The
さらに、貫通孔3bを塞ぐように、貫通孔3bの上端面3d側開口の周囲に光素子用窓部材4が接合される。
Further, the optical
光素子用窓部材4と成る透光性部材4aは、ガラスやサファイア等から成る円板状等の板状や球状,半球状,レンズ状のものである。
The
好ましくは、透光性部材4aがサファイアから成るのがよく、透光性部材4aを介しての光信号伝送特性を向上することができ、内部の気密保持信頼性を向上できる。
Preferably, the
図3においては、透光性部材4aは板状であり、透光性部材4aの一主面(下面)の外周部には全周にわたって金属層4bが形成されており、金属層4bを低融点半田4cを介して保持部材5に接合することによって、保持部材5に気密に接合されている。金属層4bと半田4cの構成は、本発明の第1の実施の形態、本発明の第2の実施の形態と同様であり、透光性部材4aの光透過性を良好なものとすることができ、光信号を正確に伝送することができる。
In FIG. 3, the
またこの場合においても、蓋体3の透光性部材4aとの接合面を傾斜面として、透光性部材4aの中心軸と貫通孔3bの中心軸とを傾斜させて接合してもよい。
Also in this case, the joint surface of the
このような容器10、蓋体3および透光性部材4aから本発明の第3の実施の形態のパッケージが形成され、このパッケージ内部に光素子8を収容し気密に封止する。
A package according to the third embodiment of the present invention is formed from the
最後に、光ファイバ6固定用の筒状の固定部材7が、蓋体3の外周面に溶接され、光ファイバ6が固定部材7の上面の貫通孔に外部から挿通固定されて透光性部材4aの上方に固定され、容器10に設けられた端子(図示せず)が外部電気回路(図示せず)に電気的に接続されることによって、光モジュールとなる。
Finally, a
この構成により、パッケージの内部に収納する光素子8を気密に収納でき、光素子8を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るとともに、透光性部材4aの光透過性が良好で光信号を正確に伝送させ得るパッケージとすることができる。また、本発明の光モジュールは、上記本発明の光素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
With this configuration, the
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更を施すことは何等差し支えない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1:底板
1a:載置部
2:側壁
2a:貫通孔
3:蓋体
3a:環状部材
4:光素子用窓部材
4a:透光性部材
4b:金属層
4c:半田
5:保持部材
8:光素子
10:容器
10b:開口
14:光透過窓
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1:
10: Container
10b: Opening
14: Light transmission window
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