JP2010199302A - 光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い接合強度を得て、溶接によるキャップ内の気密封止状態を失わず、レンズの損傷がないようにする。
【解決手段】光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１を搭載したステム２と、そのステム２に設けたリードピン３と、電子回路部品１を被うようにステム２に固定される円キャップ１０と、そのキャップ１０内に設けたレンズ５とからなる光半導体装置Ｍである。キャップ１０はフランジ１２へのＹＡＧレーザ溶接によって筐体Ａに溶接固定して取付ける。その溶接時、溶接線ｂをフランジ１２に対して垂直に近づけて当てることができるため、その溶接強度は高いものとなる。フランジは、電子回路部品を気密封止するキャップの壁を構成するものでないため、溶接によってその壁が破れて気密状態が失われる恐れもない。さらに、フランジは、キャップ端縁の径方向の外側に向けてあってレンズとは離れた場所となるため、溶接によるレンズの損傷の恐れも少ない。
【選択図】図２

Description

この発明は、光信号を電気信号に変換する受光素子または電気信号を光信号に変換する発光素子を含む光半導体装置、およびこの光半導体装置を備えた一芯双方向光モジュール等の電子機器に関するものである。

光半導体装置Ｍは、一般に、図１１に示すように、光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１を搭載したステム２と、そのステム２から突出され前記光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１に接続されたリードピン３と、前記光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１を被うようにステム２に溶接固定されるキャップ４と、そのキャップ４内に設けたレンズ５とからなる。
この光半導体装置Ｍは、光半導体素子として受光素子を搭載する受光装置の場合、光ファイバＢ（図１参照）からの光信号が、レンズ５を介してフォトダイオード等の受光素子に照射されて電気信号に変換され、その電気信号は直接にもしくは電子回路部品１を経た後、リードピン３によって外部に伝送される。また、光半導体素子として発光素子を搭載する発光装置では、リードピン３からの電気信号が直接にもしくは電子回路部品１を経て発光素子によって光信号に変換され、その光信号は、レンズ５を介して光ファイバに送り込まれ、その光ファイバＢによって外部に伝送される。

このような光半導体装置Ｍを用いて一芯双方向光モジュール等を構成する際、図１１に示すように、キャップ４を、その筐体Ａに溶接固定することによって、その光半導体装置Ｍを組み込んだものがある。
その溶接固定は、通常、ＹＡＧレーザ溶接でもって、キャップ４の端縁を溶接（図中、ａが溶接個所）することによって行っている（特許文献１、２参照）。

特開２００３−２４１０２９号公報 特開２００５−２１７０７４号公報

上記のキャップ４の端縁溶接において、その溶接はＹＡＧレーザ光ｂをできるだけ光半導体装置Ｍの軸心方向に近い方向から溶接個所ａに当てることが、高い接合（溶接）強度を得られる点から好ましい。
しかし、従来のキャップ４は、図１１のごとく、ほぼ同一径の円筒状であり、筐体Ａの形状によっては、そのキャップ４の外側面と筐体Ａの外壁との間隙が少なかったり（図１の筐体Ａの受光装置Ｍ１の取付け個所近傍の段部参照）、溶接機に対してキャップ４の外側面が邪魔となって、ＹＡＧレーザ光ｂを鎖線のように大きく傾けざるを得なかったりして、円滑な溶接が行われず、十分な溶接強度を得ることができない場合がある。
また、その溶接個所ａは、光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１を気密封止するキャップ４の壁であるため、溶接によってその壁が破れて気密封止状態が失われる場合があった。特に、図１１鎖線のように、レーザ光ｂが傾けば傾くほどキャップ側壁への照射となるため、その恐れは大きくなる。気密封止状態が失われれば、不良品となる。

さらに、キャップ４は、従来では、切削加工によって製作されているため、その製造コストが高いものとなっていた。従来、その切削加工のコストを抑えるため、図１１に示すように、キャップ４の端縁内側にフランジ４ａを設けてそのフランジ４ａ内にレンズ５を設けていた。このため、キャップ４からレンズ５が露出した状態となり、レンズ５に傷がつく恐れがあったとともに、溶接個所ａから近いため、レーザ光ｂによってレンズ５及びそのレンズ５を固定するガラスが損傷する場合もあった。

この発明は、以上の実情に鑑み、高い接合強度を得ることができ、かつ、溶接によるキャップ４内の気密封止状態が失われることがなく、さらに、レンズ５等の溶接による損傷がないようにすることを課題とする。

上記の課題を達成するために、この発明は、キャップ４の端縁に径方向の外側に向けて溶接用のフランジを設けることとしたのである。
キャップ端縁に径方向の外側に向けた溶接用フランジがあれば、キャップ側壁が邪魔にならない限りにおいて、ＹＡＧレーザ光等の溶接線ｂをフランジに対して垂直に近づけて当てることができるため、その溶接強度は高いものとなる。
また、フランジは、電子回路部品等を気密封止するキャップの壁を構成するものではなく、そのフランジの溶接部と気密封止部を分離することができるため、仮に、フランジに溶接によって孔が生じても、キャップの壁ではないからその壁が破れて気密封止状態が失われる恐れもない。
さらに、フランジへの溶接個所は、キャップ端縁から径方向の外側に向かった位置にあってレンズ及びそのレンズを固定するガラスとは離れた場所となるため、溶接によるレンズの損傷の恐れも少ない。この結果、レーザ照射位置の位置合わせ精度も緩和できる。

この発明の構成としては、光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品を搭載したステムと、そのステムから突出されたリードピンと、前記光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品を被うように前記ステムに固定されるキャップと、そのキャップ内に設けたレンズとからなり、前記キャップはステム側とは反対側の溶接固定側端縁に溶接用フランジを径方向の外側に向けて有する構成を採用することができる。ここで、「径方向」とは、キャップの軸心から外側面に向かう方向を言う。

上記レンズは、従来と同様に、キャップから突出する態様でも良いが、上記キャップ内のステム側とは反対側の溶接固定側端縁開口から突出しないように位置させれば、レンズがキャップから突出露出しないため、レンズが他の部品に触れて傷がつく等の恐れもなくなる。

上記キャップの形状としては、従来と同様なほぼ円筒状に限らず、四角などの多角筒状等と、光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１やレンズ２を収納し、かつ光電変換作用に支障がない限りにおいて任意であるが、上記ステムへの固定端から上記溶接用フランジに向かう絞り部を有すれば、その絞られた分、フランジがキャップ内側に入り込んでキャップ全体の大きさが小さくなって、光半導体装置の小型化を図り得る。

このとき、その絞り度合は、設計上等の点から適宜に決定すれば良いが、上記ステムへの固定端からの絞り角度θ（図２参照）を４５度とすれば、フランジへのＹＡＧレーザ光等の溶接線ｂもその４５度の照射角αによって当てることができる。フランジの溶接において、最も高い溶接強度を得る溶接線ｂの照射角αは、９０度近くであって、その照射角α：４５度は、十分な溶接強度を得るための最小照射角であり、それ以下の絞り角度θ（４５度＞θ）になると、キャップ側壁がフランジに対して直角に近くなり、溶接線ｂの照射の邪魔となって、溶接線ｂの十分な照射角α（＞４５度）を得にくい問題が生じ、それ以上の絞り角θ（４５度＜θ）になると、キャップ内の容積が小さくなって、レンズ５等の収納・気密封止等に問題が生じる。

また、その絞りは、キャップ側壁軸方向全長に亘って徐々に行ったり、その絞りを途中までとしたり（図５参照）、キャップのステムへの固定端から一定長さ筒状とした後、徐々に絞るようにしたり、その絞りも途中までとしたりすることができる（図２参照）等と、その態様は、この発明の作用効果を発揮できる限りにおいて任意である。

上記レンズ５はその絞り内面によって支持することができ、そのとき、その支持面は円筒状とすることができる（図２、図５参照）。円筒支持面とすれば、レンズ５のガラス封止が容易になるとともに、取付状態が安定する。さらに、レンズ５はステム２側からガラス封止するのが好ましい。フランジ１２とガラス封止部をより離すことができるので、フランジ溶接時に気密が破れにくくなるからである。

キャップは、従来と同様に切削加工によって製作しても良いが、フランジを径方向の外側に向けた態様は、プレス加工によってその製作が容易のため、安価なプレス加工を採用することが好ましい。

以上の各態様の光半導体装置は、従来の光半導体装置と同様な使用態様が考えられ、例えば、一芯多方向光モジュール等の種々の電子機器に使用できる。

この発明は、以上のように、溶接用のフランジを設けたので、高い接合強度を得ることができ、かつ、溶接によるキャップ内の気密状態が失われることがなく、さらに、レンズ等の溶接による損傷がないものとすることができる。

この発明に係る光半導体装置の一実施形態の斜視図 同実施形態の要部断面図 図２の一部拡大図 同実施形態の光半導体装置の斜視図 同他の実施形態の要部断面図 同他の実施形態の要部断面図 同他の使用態様の斜視図 同他の使用態様の斜視図 同他の使用態様の斜視図 同他の使用態様の斜視図 従来例の要部断面図

図１〜図４に、この発明に係る受光装置Ｍ１と従来態様（図１１）の発光装置Ｍ２を採用したダイプレクサ等に使用する一芯双方向光モジュールの一実施形態を示す。
受光装置Ｍ１と発光装置Ｍ２は、光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１を搭載したステム２と、そのステム２から突出されたリードピン３と、前記光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品１を被うようにステム２に固定されて筐体Ａに溶接固定されるキャップ１０と、そのキャップ１０内に設けたレンズ５とからなる構成は従来と同様であり、受光装置Ｍ１のキャップ１０以外は、従来と同様の材料及び態様で製作されている。
なお、受光装置Ｍ１における光半導体素子としては、ＰＩＮフォトダイオード、アバランシェフォトダイオードなど、電子回路部品としては光半導体素子のほかプリアンプ、ダイキャップ、抵抗、インダクタ等を必要に応じて用いる。発光装置Ｍ２における光半導体素子としては、半導体レーザ、発光ダイオードなど、電子回路部品としては光半導体素子のほか駆動回路、ダイキャップ、抵抗、インダクタ等を必要に応じて用いる。発光装置Ｍ２の筐体Ａへの取付け態様は、特許文献１図３等と同様である。

その受光装置Ｍ１のキャップ１０は、板厚：０．２ｍｍのステンレス鋼のプレス成型品であって、その両端縁全周にそれぞれ径方向外側に向くフランジ１１、１２を有している。そのステム２に固定されるフランジ１１は、外径：４．７ｍｍ、内径：３．５ｍｍであって、図３に示すように、外面（ステム２側の面）全周に亘る断面三角状の突条１３が形成され、この突条１３をステム２に溶接することによって気密性が担保されている。筐体Ａに溶接されるキャップ１０のステム２の反対側端縁にある溶接用フランジ１２は外径：３．１ｍｍ、内径（開口１５の径）：１．５ｍｍである。因みに、キャップ１０の長さＬ（図２における左右長）は２．８５ｍｍである。
キャップ１０の両フランジ１１、１２間の胴部１４は、ステム２側（一方）のフランジ１１から途中まで円筒状部１４ａ（図２における左右長さ：１．０ｍｍ）を呈し、その端から内側に４５度の傾斜角（絞り角）θで徐々に絞られた円錐台状絞り部１４ｂ（同長さ：０．７５±０．０２ｍｍ）を経た後、更に円筒状部１４ｃを経て、筐体Ａ側（他方）のフランジ１２に至った形状となっている。

そのキャップ１０の胴部円筒状部１４ｃにレンズ５が低融点ガラスを介して設けられて、そのレンズ５は他方のフランジ端縁開口１５より内側に位置して、その開口１５から突出しないようになっている。その低融点ガラスｃ（図２参照）は、ステム２側からレンズ５とキャップ１０の間にガラスプリフォームとして配置し、それを加熱溶融することによって両者５、１０間を封止する（ステム２側からガラス封止する）。

以上の構成の受光装置Ｍ１は、フランジ１２にＹＡＧレーザ光ｂを照射することより、そのフランジ１２でもって筐体Ａに溶接固定して取付けることができる。

この一芯双方向光モジュールは、従来と同様に、受光装置Ｍ１において、光ファイバＢからの光信号が、レンズ５を介して受光素子に照射されて電気信号に変換され、その電気信号は直接にもしくは他の電子回路部品１を経た後、リードピン３によって外部に伝送され、発光装置Ｍ２においては、リードピン３からの電気信号が、直接にもしくは電子回路部品１を経て発光素子に伝送され、その発光素子によって光信号に変換され、その光信号は、レンズ５を介して光ファイバＢに送り込まれ、その光ファイバＢによって外部に伝送される。

受光装置Ｍ１のキャップ１０の態様としては、図５に示すように、胴部１４の一方の円筒状部１４ａを絞り部１４ｂに連続した傾斜状としたり（円筒状部１４ａを絞って、その絞り円筒状部１４ａと円錐台状部１４ｂで絞り部を構成）、図６に示すように、絞り部１４ｂをなくしたりした態様が考えられる。図５の態様では、円筒状部１４ｃも絞り形状とし得る（両絞り円筒状部１４ａ、１４ｃと円錐台状部１４ｂで絞り部を構成）。図６の態様では、フランジ１２を折り返して、レンズ５の支持用内側円筒部１４ｄを形成している。
また、発光装置Ｍ２のキャップも、受光装置Ｍ１のキャップ１０と同様な上記各態様を採用することができる。

これらの各態様の光半導体装置Ｍは、図１に示す一芯双方向光モジュールに限らず、図７、図８に示すトライプレクサ等の一芯双方向光モジュールや、図９に示す一芯単方向光モジュールや、多芯双方向光モジュール、多芯単方向光モジュール、さらに、図１０に示す箱形態様の光モジュール等の各種の電子機器においても採用できる。
溶接手段は、この発明の作用効果を発揮し得れば、ＹＡＧレーザ溶接によらなくても、その作用効果に支障がない限りにおいて、他の溶接方法を採用できる。

このように、この発明の光半導体装置Ｍは種々の態様が考えられ、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品
２ ステム
３ リードピン
４、１０ キャップ
５ レンズ
１１ ステム側フランジ
１２ 筐体側（溶接用）フランジ
１４ キャップ胴部
１４ａ、１４ｃ キャップ胴部円筒状部
１４ｂ キャップ胴部絞り部
１５ キャップ内の溶接固定側端縁開口
Ａ 筐体
Ｍ 光半導体装置
Ｍ１ 受光装置
Ｍ２ 発光装置
ａ 溶接個所
ｂ ＹＡＧレーザ光（溶接線）
α 溶接線照射角度
θ 絞り角度

Claims (8)

1. 光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品（１）を搭載したステム（２）と、そのステム（２）から突出されたリードピン（３）と、前記光半導体素子または光半導体素子を含む電子回路部品（１）を被うように前記ステム（２）に固定されるキャップ（１０）と、そのキャップ（１０）内に設けたレンズ（５）とからなり、前記キャップ（１０）は前記ステム（２）とは反対側の溶接固定側端縁に溶接用フランジ（１２）を径方向の外側に向けて有することを特徴とする光半導体装置。
2. 上記キャップ（１０）は、上記ステム（２）への固定端から上記溶接用フランジ（１２）に向かって絞り部（１４ｂ）を有することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
3. 上記絞り部（１４ｂ）の絞り角度（θ）を４５度としたことを特徴とする請求項２に記載の光半導体装置。
4. 上記レンズ（５）を、上記キャップ（１０）内の上記溶接固定側端縁開口（１５）から突出しないように位置させたことを特徴とする請求項1乃至３の何れか１つに記載の光半導体装置。
5. 上記キャップ（１０）を上記レンズ（５）が支持できるまで絞ってその絞り内面で前記レンズ（５）を支持したことを特徴とする請求項４に記載の光半導体装置。
6. 上記レンズ（５）は上記キャップ（１０）にステム側からガラス封止することを特徴とする請求項1乃至５の何れか１つに記載の光半導体装置。
7. 上記キャップ（１０）はプレス加工されたものであることを特徴とする請求項1乃至６の何れか１つに記載の光半導体装置。
8. 請求項1乃至７の何れか1つに記載の光半導体装置（Ｍ）を有する一芯双方向光モジュール。

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