JP2019046829A - 光モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース部とキャップとの間の接合状態が良好でリークの発生が少ない、保護部材の気密性に優れた光モジュールを提供する。【解決手段】本願の光モジュール１は、本体部２０と保護部材とを備える。保護部材は、ベース部１０と、キャップ４０とを含む。キャップ４０は、上壁部３８と、側壁部３９と、ベース部１０の支持面１０Ａに溶接されているフランジ部４３とを含む。フランジ部４３は、側壁部３９の、上壁部３８に接続された側とは反対側に接続された湾曲部１０２と、湾曲部１０２に接続され、湾曲部１０２から側壁部３９の外側に向けて突出する平坦部１００とを有する。上壁部３８側から見た平面形状における、側壁部３９の外側面からフランジ部４３の外周４９までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、平坦部１００の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆは０．５０以上０．９０以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関するものである。

光モジュールは、表示装置、光ピックアップ装置、光通信装置など、種々の装置の光源として用いられる。従来の光モジュールとして、光半導体素子である発光素子と、発光素子を収容する保護部材と、を備えた光モジュールが知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記保護部材は、ベース部であるステムと、ステムに取り付けられた中空円筒状のキャップとを含む。上記のような光モジュールにおいては、発光素子が保護部材内に格納されるようにベース部とキャップとが接合される。

特開２０１５−９０９３２号公報

上記のような保護部材を備える光モジュールにおいては、ベース部と、キャップとが溶接されて接合される。このとき光半導体素子の長寿命化を図るため、キャップとベース部により取り囲まれる内部の空間が、高い気密性を維持した状態で封止されることが求められる。保護部材の高い気密性を達成するためには、ベース部とキャップとの間の良好な接合状態を確保し、リーク（漏れ）の発生を抑制することが望ましい。

そこで本発明においては、ベース部とキャップとの間の接合状態が良好でリークの発生が少ない、保護部材の気密性に優れた光モジュールを提供することを目的の１つとする。

本願の光モジュールは、光半導体素子を含む本体部と、本体部を取り囲む保護部材と、を備える。保護部材は、本体部を支持する支持面を有するベース部と、光半導体素子の光路となる貫通孔を有し、本体部を覆い、支持面に溶接されているキャップと、を含む。キャップは、支持面との間に間隔をおいて支持面に対向するように配置された上壁部と、上壁部の外周に沿って上壁部に接続され、上壁部と交差するように延びる側壁部と、側壁部の、上壁部に接続された側とは反対側に接続され、上壁部側から平面的に見て上壁部の周方向全周にわたって上壁部の外周側を取り囲むように延在し、支持面に溶接されているフランジ部と、を含む。

フランジ部は、側壁部の、上壁部に接続された側とは反対側に接続された湾曲部と、湾曲部に接続され、湾曲部から側壁部の外側に向けて突出する平坦部とを有する。上壁部側から見た平面形状における、側壁部の外側面からフランジ部の外周までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、平坦部の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆは０．５０以上０．９０以下である。

上記光モジュールおよびその製造方法によれば、ベース部とキャップとの間の接合状態が良好でリークの発生が少ない、保護部材の気密性に優れた光モジュールを提供することが可能となる。

光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 光モジュールの構造を示す概略斜視図である。 光モジュールの構造を示す概略平面図である。 キャップの上壁部側から平面的に見た光モジュールの構造を示す概略平面図である。 キャップのフランジ部の部分拡大図である。 線分ＶＩ−ＶＩに沿う断面を矢印の向きに見た状態において、キャップおよびステムのみを示した概略断面図である。 キャップとステムとの間の接合状態を示す部分拡大断面図である。 光モジュールの製造方法の手順を示すフローチャートである。 支持面上に本体部が配置されたステムの構造を示す概略斜視図である。 溶接前のキャップ単体の構造を示す概略斜視図である。 線分ＸＩ−ＸＩに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。 キャップとステムとの間の溶接時の状態を示す概略断面図である。 キャップとステムとの間の溶接時の状態を示す概略断面図である。

［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の光モジュールは、光半導体素子を含む本体部と、本体部を取り囲む保護部材と、を備える。保護部材は、本体部を支持する支持面を有するベース部と、光半導体素子の光路となる貫通孔を有し、本体部を覆い、支持面に溶接されているキャップと、を含む。キャップは、支持面との間に間隔をおいて支持面に対向するように配置された上壁部と、上壁部の外周に沿って上壁部に接続され、上壁部と交差するように延びる側壁部と、側壁部の、上壁部に接続された側とは反対側に接続され、上壁部側から平面的に見て上壁部の周方向全周にわたって上壁部の外周側を取り囲むように延在し、支持面に溶接されているフランジ部と、を含む。

フランジ部は、側壁部の、上壁部に接続された側とは反対側に接続された湾曲部と、湾曲部に接続され、湾曲部から側壁部の外側に向けて突出する平坦部とを有する。上壁部側から見た平面形状における、側壁部の外側面からフランジ部の外周までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、平坦部の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆは０．５０以上０．９０以下である。

上記のような光モジュールにおいては、本体部が保護部材内に格納されるように、保護部材を構成するベース部とキャップとが溶接される。このとき、例えばベース部の接合面に対しキャップの接合領域を押さえつけた状態で通電することによりベース部にキャップが溶接される。溶接されたキャップとベース部とにより取り囲まれる光モジュール内部の空間は気密状態に封止される。

光モジュール内部の空間を高い気密状態で封止するためには、ベース部とキャップとの間の接合不良によるリーク（漏れ）を防ぐ必要がある。そのようなリークの発生のおそれを低減することが可能な構造を有する光モジュールが求められている。

本願の光モジュールによれば、キャップは、比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上０．９０以下であるという条件を満たすような幅の広い平坦部を含むフランジ部を備える。ベース部に接合されるフランジ部における比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上であるような幅の広い平坦部を有することにより、溶接時に、ベース部の接合面に対しキャップを押さえつけながら通電する際、キャップの周方向全体における加圧力のばらつきを管理することが容易となる。その結果、ベース部とキャップとの間の接合不良を低減することができる。またフランジ部における比Ｗｐ／Ｗｆを０．９０以下とし、フランジ部に一定の範囲の湾曲部を設けることで、ベース部の接合面に対しキャップを溶接する際にフランジ部に通電するための電極が側壁部と、フランジ部の平坦部との両方に同時に接触してフランジ部への通電が不均一になり溶接不良が発生するのを抑制することができる。湾曲部の幅（Ｗｆ−Ｗｐ）としては、０．０５ｍｍ以上０．２０ｍｍ以下であることが望ましい。湾曲部の幅が０．０５ｍｍ以上のとき、上記目的を達成することができる。湾曲部の幅が０．２０ｍｍを超えると、光モジュールの小型化に不利になる。このように、本願の光モジュールによれば、溶接不良の発生が抑制され、リークの発生率をより低減することが可能な構造を有する光モジュールを提供することができる。なお、比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上０．９０以下である、とは、直線部と角部を含むフランジの周方向全体にわたって比Ｗｐ／Ｗｆが上記範囲内であることを意味する。

本願の光モジュールにおいては、キャップの上壁部側から平面的に見た上壁部の形状が矩形状であってもよい。上壁部の平面形状が矩形状のキャップは、ベース部とキャップとの間の接合状態をキャップの周方向全域にわたって均一にするのが難しい。本願の光モジュールによれば、上記のようなフランジ部を有するキャップ備えることにより、上壁部の平面形状が矩形状のキャップであっても、キャップの周方向全域にわたって安定的な接合状態が達成され、ベース部とキャップとの間の接合不良をより低減することが容易となる。なおここでいう「矩形状」とは、長方形および正方形、並びに長方形や正方形の頂点が湾曲した角丸長方形、角丸正方形などの矩形に類似する形状を含む。

キャップの上壁部側から平面的に見た上壁部の形状が矩形状のキャップを備える光モジュールにおいては、上壁部側から平面的に見た形状において、矩形状の上壁部の、各辺の中央部における上記比Ｗｐ／Ｗｆが０．６０以上０．８５以下であってもよい。フランジの周方向全体にわたっての上記比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上０．９０以下であるとともに、各辺の中央部における上記比Ｗｐ／Ｗｆが０．６０以上であることにより、上壁部の平面形状が矩形状のキャップにおいて、ベース部とキャップとの間の接合状態を安定化するのが難しい各辺の中央部付近においても、接合不良を低減することができる。また、各辺の中央部における上記比Ｗｐ／Ｗｆが０．８５以下であることにより、光モジュールの体積を大きく増加させることなく、接合不良が少ない光モジュールを得ることができる。

上記光モジュールにおいて、上記フランジ部は、フランジ部の周方向全周にわたって形成され、平坦部の支持面に対向する面から突出し、支持面に溶接されている突出接合部をさらに有していてもよい。このような突出接合部においてベース部とキャップとを接合することにより、接合不良が少ない光モジュールを効率よく得ることができる。

上記光モジュールにおいて、突出接合部は、フランジ部の幅方向において中央よりも外周側に位置していてもよい。このようにすることで、外部から接合状態が視認しやすく品質保証上有利な光モジュールを得ることができる。

上記光モジュールにおいて、突出接合部は、フランジ部の外周を含むように位置してもよい。このようにすることで、外部から接合状態がより視認しやすく品質保証上より有利な光モジュールとすることができる

上記光モジュールにおいて、ベース部の支持面と、上記フランジ部の突出接合部との間の接合領域の幅が０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であってもよい。接合領域をこのような幅とすることで、ベース部とキャップとの間の接合が充分で、接合不良の発生がより効果的に抑制された光モジュールを得ることができる。

上記光モジュールにおいて、貫通孔は、側壁部に形成されていてもよい。貫通孔が側壁部に形成された構造は、小型化され高性能な光モジュールを得るのに好適である。貫通孔が側壁部に形成される場合、透過部材に非等方的な応力がかかり、透過部材にダメージが生じるおそれがある。貫通孔が側壁部に形成されている場合においても、フランジ部が上記比Ｗｐ／Ｗｆ０．５０以上の広い平坦部を有することにより、キャップの周方向全体においてフランジ部の加圧を均一化しやすい。そのため、側壁部にかかる応力を低減することができる。これにより、透過部材に過度なダメージを及ぼすことなく、小型で高性能な光モジュールを得ることができる。

上記光モジュールにおいて、上記光半導体素子は、半導体発光素子であってもよい。このようにすることで、光を出射する光モジュールを得ることができる。

本体部は、ベース部材と、ベース部材上に搭載される複数の半導体発光素子と、複数の半導体発光素子のそれぞれに対応してベース部材上に搭載され、半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換する複数のレンズと、ベース部材上に搭載され、複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含んでもよい。このように、単一のパッケージ内に複数の半導体発光素子を配置し、これらからの光を当該パッケージ内において合波可能とすることで、複数のパッケージからの光を合波する場合に比べて、光モジュールが用いられる装置のコンパクト化を達成することができる。上記比Ｗｐ／Ｗｆを適切な範囲内とすることで、ベース部材上に複数の半導体光素子、レンズ、フィルタを搭載しながらも小型体積性を損なうことなく、ベース部とキャップとの間の接合不良を低減することができる。なお、フィルタとしては、たとえば波長選択性フィルタ、偏波合成フィルタなどを採用することができる。

上記光モジュールにおいて、複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する半導体発光素子、緑色の光を出射する半導体発光素子および青色の光を出射する半導体発光素子を含んでいてもよい。このようにすることにより、これらの光を合波し、所望の色の光を形成することができる。

上記光モジュールにおいて、上記光半導体素子はレーザダイオードであってもよい。このようにすることにより、レンズによるスポットサイズの変換を効率的に行うことができ、さらに波長の純度が高い出射光を得ることができる。

本願の光モジュールの製造方法は、支持面を有し、光半導体素子を含む本体部が支持面上に配置されたベース部を準備する工程と、ベース部に、本体部を覆うようにキャップを溶接する工程と、を含む。キャップは、溶接後の状態において上記支持面との間に間隔をおいて支持面に対向するように配置された上壁部と、上壁部の外周に沿って上壁部に接続され、上壁部と交差するように延びる側壁部と、側壁部の、上壁部に接続された側とは反対側に接続され、上壁部側から平面的に見て上壁部の周方向全周にわたって上壁部の外周側を取り囲むように延在し、支持面に溶接されるフランジ部と、を含む。

フランジ部は、側壁部の、上壁部に接続された側とは反対側に接続された湾曲部と、湾曲部に接続され、湾曲部から側壁部の外側に向けて突出する平坦部とを有する。上壁部側から見た平面形状における、側壁部の外側面からフランジ部の外周までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、平坦部の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆは０．５０以上０．９０以下である。またキャップを溶接する工程において、フランジ部と支持面との間に通電するための電極を、湾曲部に接触せず、平坦部に接触するようにフランジ部に接触させた状態で、支持面に対しフランジ部を押圧しながらフランジ部と支持面との間に通電することによりベース部にキャップを溶接する。

本願の光モジュールの製造方法において、上記キャップは、上壁部側から見た平面形状における、側壁部の外側面からフランジ部の外周までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、平坦部の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上０．９０以下であるという条件を満たすような幅の広い平坦部を含むフランジ部を備える。ベース部に接合されるフランジ部における比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上であるような幅の広い平坦部を有することにより、ベース部の接合面に対しフランジ部を押圧しながらフランジ部と接合面との間に通電する際、キャップの周方向全体における加圧力のばらつきを管理することが容易となる。その結果、ベース部とキャップとの間の接合不良を低減することができる。またフランジ部における比Ｗｐ／Ｗｆを０．９０以下とし、フランジ部に一定の範囲の湾曲部を設けることで、溶接時にフランジ部に通電するための電極が側壁部と、フランジ部の平坦部との両方に同時に接触してフランジ部への通電が不均一になり溶接不良が発生するのを抑制することができる。このように、本実施の形態に係る光モジュールの製造方法によれば、溶接不良の発生が抑制され、リークの発生率をより低減することが可能な構造を有する光モジュールを提供することができる。

また電極を、湾曲部に接触せず、平坦部に接触するようにフランジ部に接触させた状態で、支持面に対しフランジ部を押圧しながらフランジ部と支持面との間に通電することにより、ベース部に対するキャップの密着状態を高めるとともに、押圧時の圧力ばらつきが低減された状態で溶接を行うことができる。それにより、ベース部とキャップとの間の接合状態が良好で、保護部材の気密性に優れた光モジュールを提供することができる。

キャップを溶接する工程において、フランジ部の周方向全体にわたって電極が接触する状態でフランジ部と支持面との間に通電するようにしてもよい。このようにすることで、フランジ部の周方向全体における接合状態のばらつきがより少ない光モジュールを得ることが容易となる。

フランジ部は、フランジ部の周方向全周にわたって形成され、平坦部の支持面に対向する面から突出し、支持面に溶接される畝部をさらに有していてもよい。畝部は溶接後にはベース部との間で接合領域を形成する。このような畝部においてベース部とキャップとを接合することにより、接合不良が少ない光モジュールを効率よく得ることができる。

［本願発明の実施形態の詳細］
次に、本発明にかかる光モジュールの一実施の形態を、図１〜図７を参照しつつ説明する。図１は光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図２は光モジュールの構造を示す概略斜視図である。図３は光モジュールの構造を示す概略平面図である。図４はキャップの上壁部側から平面的に見た光モジュールの構造を示す概略平面図である。図５はキャップのフランジ部の部分拡大図である。図６は線分ＶＩ−ＶＩに沿う断面を矢印の向きに見た状態において、キャップおよびベース部としてのステムのみを示した概略断面図である。図７はキャップとステムとの間の接合状態を示す部分拡大断面図である。以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

［光モジュールの構造］
図１〜図３を参照して、本実施の形態における光モジュール１は、光半導体素子としてのレーザダイオード８１，８２，８３を含む本体部２０と、本体部２０を取り囲む保護部材とを備える。保護部材は、ベース部としてのステム１０と、キャップ４０と、透過部材４１を含む。ベース部としてのステム１０は平板状の形状を有し、本体部２０を支持する。

光モジュール１は、ステム１０の主面１０Ｂ側から主面１０Ａ側まで貫通し、主面１０Ａ側および主面１０Ｂ側の両側に突出する複数のリードピン５１をさらに備えている。ステム１０とキャップ４０とは、たとえば溶接されることにより気密状態とされている。すなわち、本体部２０は、ステム１０とキャップ４０とによりハーメチックシールされている。ステム１０とキャップ４０とにより取り囲まれる空間には、たとえば乾燥空気などの水分が低減（除去）された気体が封入されている。

図２および図３を参照して、本体部２０は、板状の形状を有するベース部材としての基板６０を含む。基板６０は、平面的に見て長方形形状を有する一方の主面６０Ａを有している。基板６０は、ベース領域６１と、チップ搭載領域６２とを含んでいる。チップ搭載領域６２は、一方の主面６０Ａの一の短辺と、当該短辺に接続された一の長辺を含む領域に形成されている。チップ搭載領域６２の厚みは、ベース領域６１に比べて大きくなっている。その結果、ベース領域６１に比べて、チップ搭載領域６２の高さが高くなっている。チップ搭載領域６２において上記一の短辺の上記一の長辺に接続された側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第１チップ搭載領域６３が形成されている。チップ搭載領域６２において上記一の長辺の上記一の短辺に接続された側とは反対側の領域に、隣接する領域に比べて厚みの大きい（高さが高い）領域である第２チップ搭載領域６４が形成されている。

第１チップ搭載領域６３上には、平板状の第１サブマウント７１が配置されている。そして、第１サブマウント７１上に、第１光半導体素子としての赤色レーザダイオード８１が配置されている。一方、第２チップ搭載領域６４上には、平板状の第２サブマウント７２および第３サブマウント７３が配置されている。第２サブマウント７２から見て、上記一の長辺と上記一の短辺との接続部とは反対側に、第３サブマウント７３が配置されている。そして、第２サブマウント７２上には、第２光半導体素子としての緑色レーザダイオード８２が配置されている。また、第３サブマウント７３上には、第３光半導体素子としての青色レーザダイオード８３が配置されている。赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸の高さ（基板６０の一方の主面６０Ａを基準面とした場合の基準面と光軸との距離；Ｚ軸方向における基準面との距離）は、第１サブマウント７１、第２サブマウント７２および第３サブマウント７３により調整されて一致している。

光モジュール１は、ステム１０と本体部２０との間に、電子冷却モジュール３０を含んでいる。電子冷却モジュール３０は、吸熱板３１と、放熱板３２と、電極を挟んで吸熱板３１と放熱板３２との間に並べて配置された半導体柱３３とを含む。吸熱板３１および放熱板３２は、たとえばアルミナからなっている。吸熱板３１が基板６０の他方の主面６０Ｂに接触して配置されている。放熱板３２は、ステム１０の一方の主面１０Ａに接触して配置されている。本実施の形態において、電子冷却モジュール３０はペルチェモジュール（ペルチェ素子）である。そして、電子冷却モジュール３０に電流を流すことにより、吸熱板３１に接触する基板６０の熱がステム１０へと移動し、基板６０が冷却される。その結果、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度上昇が抑制される。これにより、たとえば自動車に搭載される場合など、温度が高くなる環境下においても光モジュール１を使用することが可能となる。また、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の温度を適正な範囲に維持することで、所望の色の光を精度よく形成することが可能となる。

基板６０のベース領域６１上には、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９が形成されている。そして、第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９上には、それぞれ第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３が配置されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれたとえば光硬化型樹脂接着剤により接着されて第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９に対して固定されている。

第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、表面がレンズ面となっているレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａを有している。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、レンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａとレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ以外の領域とが一体成型されている。第１レンズ保持部７７、第２レンズ保持部７８および第３レンズ保持部７９により、第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３のレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの中心軸、すなわちレンズ部９１Ａ，９２Ａ，９３Ａの光軸は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の光軸に一致するように調整されている。第１レンズ９１、第２レンズ９２および第３レンズ９３は、それぞれ赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射される光のスポットサイズを変換する。

基板６０のベース領域６１上には、第１フィルタ９７と第２フィルタ９８とが配置されている。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば光硬化型樹脂接着剤により接着されてベース領域６１に対して固定されている。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれ互いに平行な主面を有する平板状の形状を有している。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、たとえば波長選択性フィルタである。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、誘電体多層膜フィルタである。より具体的には、第１フィルタ９７は、赤色の光を透過し、緑色の光を反射する。第２フィルタ９８は、赤色の光および緑色の光を透過し、青色の光を反射する。このように、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、特定の波長の光を選択的に透過および反射する。その結果、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３から出射された光を合波する。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、それぞれベース領域６１上に形成された凸部である第１突出領域８８および第２突出領域８９上に配置されている。

図３を参照して、赤色レーザダイオード８１、第１レンズ９１のレンズ部９１Ａ、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｘ軸方向に並んで）配置されている。緑色レーザダイオード８２、第２レンズ９２のレンズ部９２Ａおよび第１フィルタ９７は、緑色レーザダイオード８２の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。青色レーザダイオード８３、第３レンズ９３のレンズ部９３Ａおよび第２フィルタ９８は、青色レーザダイオード８３の光の出射方向に沿う一直線上に並んで（Ｙ軸方向に並んで）配置されている。すなわち、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは交差する。より具体的には、赤色レーザダイオード８１の出射方向と、緑色レーザダイオード８２および青色レーザダイオード８３の出射方向とは直交する。緑色レーザダイオード８２の出射方向は、青色レーザダイオード８３の出射方向に沿った方向である。より具体的には、緑色レーザダイオード８２の出射方向と青色レーザダイオード８３の出射方向とは平行である。第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向に対して傾斜している。より具体的には、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８の主面は、赤色レーザダイオード８１の光の出射方向（Ｘ軸方向）に対して４５°傾斜している。

［キャップの構造］
次に図１および図４〜図７を参照してキャップの構造について説明する。キャップ４０は、上壁部３８と、側壁部３９と、フランジ部４３とを有する。上壁部３８は、支持面であるステム１０の主面１０Ａとの間に間隔をおいて主面１０Ａに対向するように配置されている。図１および図４を参照して、上壁部３８は、矢印Ｄ１の向きに見た平面形状が矩形状、より具体的には角丸長方形である。

側壁部３９は、上壁部３８の外周３８ａに沿って上壁部３８に接続され、上壁部３８と交差するように延びる。

フランジ部４３は、側壁部３９の、上壁部３８に接続された側とは反対側に接続されている。フランジ部４３は、上壁部３８側から（矢印Ｄ１の向きに）平面的に見て上壁部３８の周方向全周にわたって上壁部３８の外周３８ａ側を取り囲むように延在する。フランジ部４３は、ステム１０の主面１０Ａに溶接されている。

キャップ４０は本体部２０を覆い、フランジ部４３においてステム１０に溶接されている。本体部２０は、ステム１０と、キャップ４０の上壁部３８および側壁部３９とに囲まれる空間に収容される。

キャップ４０は光半導体素子としてのレーザダイオード８１，８２，８３の光路となる貫通孔５５を有する。貫通孔５５は、側壁部３９（具体的には外側面３９Ａ側を有する部分）に形成されている。キャップ４０には、貫通孔５５を覆うように透過部材４１が低融点ガラス４２を介して固定されている。透過部材４１は、光半導体素子に対応する波長の光（レーザダイオード８１，８２，８３から出射される光）を透過する材料からなる。本実施の形態においては、光半導体素子に対応する波長の光を透過する材料はガラスである。透過部材４１は主面が互いに平行な平板状の形状を有していてもよいし、本体部２０からの光を集光または拡散させるレンズ形状を有していてもよい。

図５〜図７を参照して、フランジ部４３は、側壁部３９の、上壁部３８に接続された側とは反対側に接続された湾曲部１０２と、湾曲部１０２に接続され、湾曲部１０２から側壁部３９の外側に向けて突出する平坦部１００とを有する。平坦部１００は、上壁部３８側から見た平面形状における、上壁部３８の外周に沿って上壁部３８の外周よりも径方向の外側に配置されている。また上壁部３８側から見た平面形状における、側壁部３９の外側面３９Ｂ（または外側面３９Ａ，３９Ｃ，３９Ｄ）からフランジ部４３の外周４９までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、平坦部１００の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆは０．５０以上０．９０以下である。上記比Ｗｐ／Ｗｆは、好ましくは０．６０以上０．８５以下である。上記比Ｗｐ／Ｗｆが０．６０以上のとき、ベース部とキャップとの間の接合不良低減の効果をより着実に得ることができる。また、上記比Ｗｐ／Ｗｆを０．８５以下とすることで、光モジュールの体積を大きく増加させることなく、この効果を得ることができる。

また図４を参照して、上壁部３８側から平面的に見た形状において、矩形状の上壁部３８の、各辺の中央部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４における上記比Ｗｐ／Ｗｆが０．６０以上０．８５以下である。中央部Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４における上記比Ｗｐ／Ｗｆがさらに０．８０以下のとき、光モジュールの小型化に一層有利になる。

図６および図７を参照して、フランジ部４３は、平坦部１００の、主面１０Ａに対向する面４３Ａから突出し、主面１０Ａに溶接されている突出接合部５０を有する。突出接合部５０は、フランジ部４３の周方向全周にわたって形成されている。キャップ４０は、突出接合部５０の接合面においてステム１０の主面１０Ａに接合される。突出接合部５０の接合面とステム１０の主面１０Ａとの間で接合領域５６が形成されている。本実施の形態において、突出接合部５０はフランジ部４３の幅方向において中央よりも外周側に位置する。より具体的には、突出接合部５０はフランジ部４３の幅方向においてフランジ部４３の外周４９を含むように位置する。また主面１０Ａと、突出接合部５０との間の接合領域５６の幅Ｗｂが０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である。この範囲内であれば、ベース部とキャップとの間で良好な接合を形成するために投入する溶接エネルギーが管理しやすい。幅Ｗｂは、好ましくは０．１ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。幅Ｗｂが０．１ｍｍ以上であれば、一般的な部品の加工精度で光モジュールを形成することができる。幅Ｗｂが０．２ｍｍ以下であれば、投入する溶接エネルギーをより小さくすることができる。

［光モジュールの動作］
次に、本実施の形態における光モジュール１の動作について説明する。図３を参照して、赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光は、光路Ｌ_１に沿って進行して第１レンズ９１のレンズ部９１Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば赤色レーザダイオード８１から出射された赤色の光がコリメート光に変換される。第１レンズ９１においてスポットサイズが変換された赤色の光は、光路Ｌ_２に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_３に沿ってさらに進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は赤色の光を透過するため、赤色レーザダイオード８１から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、キャップ４０の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光は、光路Ｌ_５に沿って進行して第２レンズ９２のレンズ部９２Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば緑色レーザダイオード８２から出射された緑色の光がコリメート光に変換される。第２レンズ９２においてスポットサイズが変換された緑色の光は、光路Ｌ_６に沿って進行し、第１フィルタ９７に入射する。第１フィルタ９７は緑色の光を反射するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_３に合流する。その結果、緑色の光は赤色の光と合波され、光路Ｌ_３に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。そして、第２フィルタ９８は緑色の光を透過するため、緑色レーザダイオード８２から出射された光は光路Ｌ_４に沿ってさらに進行し、キャップ４０の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

青色レーザダイオード８３から出射された青色の光は、光路Ｌ_７に沿って進行して第３レンズ９３のレンズ部９３Ａに入射し、光のスポットサイズが変換される。具体的には、たとえば青色レーザダイオード８３から出射された青色の光がコリメート光に変換される。第３レンズ９３においてスポットサイズが変換された青色の光は、光路Ｌ_８に沿って進行し、第２フィルタ９８に入射する。第２フィルタ９８は青色の光を反射するため、青色レーザダイオード８３から出射された光は光路Ｌ_４に合流する。その結果、青色の光は赤色の光および緑色の光と合波され、光路Ｌ_４に沿って進行し、キャップ４０の透過部材４１を通って光モジュール１の外部へと出射する。

［光モジュールの製造方法］
次に図１〜図７とともに、図８〜図１３を参照して本実施の形態に係る光モジュール１の製造方法について説明する。図８は光モジュール１の製造方法の手順を示すフローチャートである。図９は支持面上に本体部が配置されたステムの構造を示す概略斜視図である。図１０は溶接前のキャップ単体の構造を示す概略斜視図である。図１１は線分ＸＩ−ＸＩに沿う断面を矢印の向きに見た状態に対応する概略断面図である。図１２はキャップとステムとの間の溶接時の状態を示す概略断面図である。図１３はキャップとステムとの間の溶接時の状態を示す概略断面図である。

本実施の形態に係る光モジュール１の製造方法においては、図８に示すＳ１０およびＳ２０のステップが実施される。まず支持面である主面１０Ａ上に上記本体部２０が配置されたステム１０（ベース部）を準備する（Ｓ１０）。図８および図９を参照して、ステップＳ１０においては、主面１０Ａ上に本体部２０が実装され配置されたステム１０が準備される。ステム１０への本体部２０の実装は、例えば機械的に位置を制御しながら各部材を所定の位置に配置することにより行うことができる。

次にベース部であるステム１０に、本体部２０を覆うようにキャップ４０を溶接する（Ｓ２０）。溶接されるキャップ４０の構造を図１０および図１１に示す。溶接前のキャップ４０において、フランジ部４３は、フランジ部４３の周方向全周にわたって形成され、平坦部１００の、主面１０Ａに対向する面４３Ａから突出する畝部４４を有する。畝部４４は主面１０Ａに溶接される部分であり、溶接後は突出接合部５０となる。畝部４４は、フランジ部４３の幅方向において中央よりも外周側に位置する。より具体的には、畝部４４はフランジ部４３の幅方向においてフランジ部４３の外周４９を含むように位置する。

畝部４４と突出接合部５０とが異なる点を除き、図１０および図１１に示す溶接前のキャップ４０は、図１および図４〜図７に示す溶接後のキャップ４０と同様の形状および構造を有する。このようなキャップ４０は、例えば金属板のプレスなどによって製造することができる。また金属の切削加工によって製造することも可能である。

このキャップ４０をステム１０の主面１０Ａに溶接する。図１０に示すような中空直方体状の形状を有するキャップ４０は、開口部の外周領域における、主面１０Ａに対する平坦性を確保することが難しい。特にプレスによってキャップ４０を形成する場合、キャップ４０にひずみが生じやすい。そのため主面１０Ａの上に静置すると、キャップ４０の外周４９近傍において主面１０Ａから浮き、主面１０Ａとフランジ部４３との間に部分的にすき間が生じる場合がある。主面１０Ａとフランジ部４３との間に部分的にすき間が生じた状態で溶接すると溶接不良によりリークが発生する。

そのため、図１２および図１３を参照して、フランジ部４３と主面１０Ａとの間に通電するための電極１１０を、湾曲部１０２に接触せず、平坦部１００に接触するようにフランジ部４３に接触させた状態で、主面１０Ａに対しフランジ部４３を押圧しながらフランジ部４３と主面１０Ａとの間に通電することにより、ステム１０にキャップ４０を溶接する。このとき、フランジ部４３の平坦部１００の周方向全体を覆うような形状の電極１１０を用い、フランジ部４３の周方向全体にわたって電極１１０が接触する状態でフランジ部４３と主面１０Ａとの間に通電するのが好ましい。

ここで、上記キャップ４０は、上壁部３８側から見た平面形状における、側壁部３９の外側面３９Ｂ（または外側面３９Ａ，３９Ｃ，３９Ｄ）からフランジ部４３の外周４９までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、平坦部１００の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上０．９０以下であるという条件を満たすような幅の広い平坦部１００を含むフランジ部４３を備える。ベース部であるステム１０に接合されるフランジ部４３における比Ｗｐ／Ｗｆが０．５０以上であるような幅の広い平坦部１００を有することにより、ステム１０の主面１０Ａに対しフランジ部４３を押圧しながらフランジ部４３と主面１０Ａとの間に通電する際、キャップ４０の周方向全体における加圧力のばらつきを管理することが容易となる。その結果、ステム１０とキャップ４０との間の接合不良を低減することができる。またフランジ部４３における比Ｗｐ／Ｗｆを０．９０以下とし、フランジ部４３に一定の範囲の湾曲部１０２を設けることで、溶接時にフランジ部４３に通電するための電極１１０が側壁部３９Ｂ（または側壁部３９Ａ，３９Ｃ，３９Ｄ）と、フランジ部４３の平坦部１００との両方に同時に接触してフランジ部４３への通電が不均一になり溶接不良が発生するのを抑制することができる。このように、本実施の形態に係る光モジュール１の製造方法によれば、溶接不良の発生が抑制され、リークの発生率をより低減することが可能な構造を有する光モジュール１を提供することができる。

畝部４４を主面１０Ａと接触させた状態で通電することにより、キャップ４０は畝部４４においてステム１０の主面１０Ａと接合される。溶接後、畝部４４は突出接合部５０として、キャップ４０とステム１０との接合領域５６を形成する。このようにしてキャップ４０とステム１０とを接合することにより、キャップ４０の周方向全体にわたって接合状態のばらつきが少ない状態でキャップ４０とステム１０とが接合される。このようにして、ステム１０とキャップ４０の間のシール性が高く、内部の気密性が高い光モジュール１を製造することができる。

以上が本実施の形態の説明である。なお、上記実施の形態においては、上壁部３８側から平面的に見た上壁部３８の形状が矩形状であるキャップ４０を用いる場合を説明したが、キャップ４０の形状はこのようなものに限定されない。キャップ４０として、例えば、上壁部３８側から平面的に見た上壁部３８の形状が円形の、中空円筒状のキャップを用いることも可能である。

上記実施の形態においては、光半導体素子として、３個の出射波長の異なるレーザダイオード８１，８２，８３が備え付けられた光モジュール１について説明したが、光半導体素子の種類および数は特に限定されない。またレーザダイオード８１とレーザダイオード８２, ８３の出射方向が直交する場合について説明したが、３個のレーザダイオード８１，８２，８３の出射方向をすべて平行として、小型化を図ることもできる。また光モジュール１は、光半導体素子として、発光素子であるレーザダイオードの代わりに受光素子を備えていてもよい。また発光素子として、レーザダイオード８１，８２，８３の代わりに、たとえば発光ダイオードが採用されてもよい。また、上記実施の形態においては、第１フィルタ９７および第２フィルタ９８として波長選択性フィルタが採用される場合を例示したが、これらのフィルタは、たとえば偏波合成フィルタであってもよい。また必要に応じてこれらのフィルタは省略することもできる。

またステム１０に対して接合するための、キャップ４０のフランジ部４３の畝部４４および突出接合部５０は必須ではなく、その他の種々の接合形態を採用することができる。また畝部４４および突出接合部５０は、フランジ部４３の幅方向において中央よりも外周側に位置するのが好ましいが、リークが発生しない限り、中央より内側に設けられていてもよい。

また上記実施形態において、貫通孔５５は側壁部３９に設けられていたが、上壁部３８に設けることも可能である。上壁部３８に貫通孔５５を設けた場合、上壁部３８から光を出射することが可能となる。この場合、本体部２０は、貫通孔５５が光半導体素子の光路となるような構造を有するように設計される。

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、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した意味ではなく、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。

本願の光モジュールは、ベース部とキャップとの間の接合状態が良好でリークの発生が少ない、保護部材の気密性に優れた光モジュールが求められる分野において、特に有利に適用され得る。

１ 光モジュール
１０ ステム
１０Ａ 主面
１０Ｂ 主面
２０ 本体部
３０ 電子冷却モジュール
３１ 吸熱板
３２ 放熱板
３３ 半導体柱
３８ 上壁部
３８ａ 外周
３９ 側壁部
３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄ 外側面
４０ キャップ
４１ 透過部材
４２ 低融点ガラス
４３ フランジ部
４３Ａ 面
４４ 畝部
４９ 外周
５０ 突出接合部
５１ リードピン
５５ 貫通孔
５６ 接合領域
６０ 基板
６０Ａ 主面
６０Ｂ 主面
６１ ベース領域
６２ チップ搭載領域
６３ 第１チップ搭載領域
６４ 第２チップ搭載領域
７１ 第１サブマウント
７２ 第２サブマウント
７３ 第３サブマウント
７７ 第１レンズ保持部
７８ 第２レンズ保持部
７９ 第３レンズ保持部
８１ 赤色レーザダイオード
８２ 緑色レーザダイオード
８３ 青色レーザダイオード
８８ 第１突出領域
８９ 第２突出領域
９１ 第１レンズ
９２ 第２レンズ
９３ 第３レンズ
９１Ａ，９２Ａ，９３Ａ レンズ部
９７ 第１フィルタ
９８ 第２フィルタ
１００ 平坦部
１０２ 湾曲部
１１０ 電極

Claims (15)

1. 光半導体素子を含む本体部と、
   前記本体部を取り囲む保護部材と、を備え、
   前記保護部材は、
   前記本体部を支持する支持面を有するベース部と、
   前記光半導体素子の光路となる貫通孔を有し、前記本体部を覆い、前記支持面に溶接されているキャップと、を含み、
   前記キャップは、
   前記支持面との間に間隔をおいて前記支持面に対向するように配置された上壁部と、
   前記上壁部の外周に沿って前記上壁部に接続され、前記上壁部と交差するように延びる側壁部と、
   前記側壁部の、前記上壁部に接続された側とは反対側に接続され、前記上壁部側から平面的に見て前記上壁部の周方向全周にわたって前記上壁部の外周側を取り囲むように延在し、前記支持面に溶接されているフランジ部と、を含み、
   前記フランジ部は、
   前記側壁部の、前記上壁部に接続された側とは反対側に接続された湾曲部と、
   前記湾曲部に接続され、前記湾曲部から前記側壁部の外側に向けて突出する平坦部とを有し、
   前記上壁部側から見た平面形状における、前記側壁部の外側面から前記フランジ部の外周までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、前記平坦部の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆは０．５０以上０．９０以下である、光モジュール。
2. 前記上壁部側から平面的に見た前記上壁部の形状が矩形状である、請求項１に記載の光モジュール。
3. 前記上壁部側から平面的に見た形状において、矩形状の前記上壁部の、各辺の中央部における前記比Ｗｐ／Ｗｆが０．６０以上０．８５以下である、請求項２に記載の光モジュール。
4. 前記フランジ部は、前記フランジ部の周方向全周にわたって形成され、前記平坦部の前記支持面に対向する面から突出し、前記支持面に溶接されている突出接合部をさらに有する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光モジュール。
5. 前記突出接合部は、前記フランジ部の幅方向において中央よりも外周側に位置する、請求項４に記載の光モジュール。
6. 前記突出接合部は、前記フランジ部の外周を含むように位置する、請求項５に記載の光モジュール。
7. 前記支持面と前記突出接合部との間の接合領域の幅が０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である、請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の光モジュール。
8. 前記貫通孔は、前記側壁部に形成される、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光モジュール。
9. 前記光半導体素子は、半導体発光素子である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の光モジュール。
10. 前記本体部は、
    前記ベース部材と、
    前記ベース部材上に搭載される複数の前記半導体発光素子と、
    前記複数の半導体発光素子のそれぞれに対応して前記ベース部材上に搭載され、前記半導体発光素子から出射される光のスポットサイズを変換する複数のレンズと、
    前記ベース部材上に搭載され、前記複数の半導体発光素子からの光を合波するフィルタと、を含む、請求項９に記載の光モジュール。
11. 前記複数の半導体発光素子は、赤色の光を出射する前記半導体発光素子、緑色の光を出射する前記半導体発光素子および青色の光を出射する前記半導体発光素子を含む、請求項１０に記載の光モジュール。
12. 前記半導体発光素子はレーザダイオードである、請求項９〜請求項１１のいずれか１項に記載の光モジュール。
13. 支持面を有し、光半導体素子を含む本体部が前記支持面上に配置されたベース部を準備する工程と、
    前記ベース部に、前記本体部を覆うようにキャップを溶接する工程と、を含み、
    前記キャップは、
    溶接後の状態において前記支持面との間に間隔をおいて前記支持面に対向するように配置された上壁部と、
    前記上壁部の外周に沿って前記上壁部に接続され、前記上壁部と交差するように延びる側壁部と、
    前記側壁部の、前記上壁部に接続された側とは反対側に接続され、前記上壁部側から平面的に見て前記上壁部の周方向全周にわたって前記上壁部の外周側を取り囲むように延在し、前記支持面に溶接されるフランジ部と、を含み、
    前記フランジ部は、
    前記側壁部の、前記上壁部に接続された側とは反対側に接続された湾曲部と、
    前記湾曲部に接続され、前記湾曲部から前記側壁部の外側に向けて突出する平坦部とを有し、
    前記上壁部側から見た平面形状における、前記側壁部の外側面から前記フランジ部の外周までの距離であるフランジ幅Ｗｆに対する、前記平坦部の平坦幅Ｗｐの比Ｗｐ／Ｗｆは０．５０以上０．９０以下であり、
    前記キャップを溶接する工程において、前記フランジ部と前記支持面との間に通電するための電極を、前記湾曲部に接触せず、前記平坦部に接触するように前記フランジ部に接触させた状態で、前記支持面に対し前記フランジ部を押圧しながら前記フランジ部と前記支持面との間に通電することにより前記ベース部に前記キャップを溶接する、光モジュールの製造方法。
14. 前記キャップを溶接する工程において、前記フランジ部の周方向全体にわたって前記電極が接触する状態で前記フランジ部と前記支持面との間に通電する、請求項１３に記載の光モジュールの製造方法。
15. 前記フランジ部は、前記フランジ部の周方向全周にわたって形成され、前記平坦部の前記支持面に対向する面から突出し、前記支持面に溶接される畝部をさらに有する、請求項１３または請求項１４に記載の光モジュールの製造方法。

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