JP2019145762A - Lid body for optical device and optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、発光素子、撮像素子のような光学素子を搭載する光学装置に用いられる光学装置用蓋体および光学装置に関するものである。 The present invention relates to a lid for an optical device and an optical device that are used in an optical device on which an optical element such as a light emitting element or an imaging element is mounted.
CCD(Charged-Coupled Device)およびCMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)等の撮像素子、光スイッチおよびミラーデバイス等のMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)素子、レーザーダイオード(LD;Laser Diode)およびL
ED(Light Emitting Diode)等の発光素子のような光学素子を搭載する光学装置のための蓋体として、金属製の枠部材と枠部材の開口を塞ぐ透光性部材とで構成されたものが用いられている(例えば、特許文献1参照。)。パッケージに光学素子を搭載して、パッケージの上面に蓋体を接合して素子を気密封止することで光学装置となる。
Imaging devices such as CCD (Charged-Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor), MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) devices such as optical switches and mirror devices, laser diodes (LD) and L
As a lid for an optical device in which an optical element such as a light emitting element such as an ED (Light Emitting Diode) is mounted, a lid made of a metal frame member and a translucent member that closes the opening of the frame member (For example, refer to Patent Document 1). An optical element is mounted on the package, a lid is bonded to the upper surface of the package, and the element is hermetically sealed to provide an optical device.
この蓋体として、ガラス等からなる透光性部材に加わる応力を低減するために、金属製の枠部材と透光性部材との間にセラミックからなる枠体を配置したものがある(例えば、特許文献2を参照。)。枠体と透光性部材とがガラス等で接合され、枠体にろう材等で接合された枠部材がパッケージのシールリング等にシーム溶接等で接合される。 As this lid, in order to reduce the stress applied to the translucent member made of glass or the like, there is one in which a frame made of ceramic is disposed between the metal frame member and the translucent member (for example, (See Patent Document 2). The frame body and the translucent member are joined by glass or the like, and the frame member joined to the frame body by a brazing material or the like is joined to the seal ring or the like of the package by seam welding or the like.
近年、光学装置を用いた光学機器の小型化に対応するために光学装置も小型化の要求が高まっている。しかしながら、従来の蓋体においては、枠体の上に透光性部材が配置されているので、小型化(薄型化)が困難なものであった。枠体を枠部材の下に配置すれば薄型化することができるが、枠体の上に透光性部材が配置されているので、光学素子と透光性部材との間隔が大きくなるものであった。光学素子と透光性部材との間隔が大きいと、広角に光を放射する光学素子の場合には透光部分すなわち枠体および枠部材の開口を大きくしなければならず、小型化が困難であった。 In recent years, there is an increasing demand for miniaturization of optical devices in order to cope with the miniaturization of optical devices using the optical devices. However, in the conventional lid, since the translucent member is disposed on the frame, it is difficult to reduce the size (thinning). If the frame is placed under the frame member, the thickness can be reduced. However, since the translucent member is arranged on the frame, the distance between the optical element and the translucent member is increased. there were. If the distance between the optical element and the translucent member is large, in the case of an optical element that emits light at a wide angle, the translucent portion, that is, the opening of the frame body and the frame member must be enlarged, and miniaturization is difficult. there were.
また、小型化の要求の一方で、複数の光学素子を搭載する場合もあり、その場合には素子の搭載部および透光性部材はできるだけ大きくしなければならない。そのため光学装置用蓋体においては、例えば金属製の枠部材の幅を小さくするなどして全体としては小型化しなければならない。しかしながら、従来の光学装置用蓋体では、枠体を枠部材の下に配置して小型化(薄型化)すると、透光性部材が枠体の上に配置されているので、枠部材のパッケージへ接合する部分と透光性部材とが近いものとなり、枠部材をパッケージに接合する際の熱によって、透光性部材と枠体とを接合する、ガラス等の接合材にクラックが入る場合があった。そのため、気密信頼性が低下してしまう場合があった。 On the other hand, there is a case where a plurality of optical elements are mounted while demand for miniaturization is required. In that case, the element mounting portion and the translucent member must be made as large as possible. For this reason, the lid for an optical device must be reduced in size as a whole, for example, by reducing the width of a metal frame member. However, in the conventional lid for an optical device, when the frame is disposed under the frame member and is downsized (thinned), the translucent member is disposed on the frame, so the package of the frame member The part to be joined to the transparent member and the transparent member are close to each other, and the heat at the time of joining the frame member to the package may cause a crack in the joining material such as glass that joins the transparent member and the frame. there were. As a result, airtight reliability may be reduced.
本開示の一つの態様による光学装置用蓋体は、金属板からなる枠部材と、該枠部材より平面視で小さく、下面から内側面にかけて切欠かれた段差部を有する枠体と、板状の透光性部材とを備え、前記枠部材は、外縁部が前記枠体の外縁から突出して前記枠体の上面に第1接合材で接合され、前記透光性部材は、上面の外縁部および側面が前記枠体の前記段
差部に第2接合材で接合されている。
An optical device lid according to one aspect of the present disclosure includes a frame member made of a metal plate, a frame body having a stepped portion that is smaller in plan view than the frame member and is notched from the lower surface to the inner surface, and a plate-like member. A translucent member, and the frame member has an outer edge protruding from the outer edge of the frame body and joined to the upper surface of the frame body by a first bonding material, and the translucent member includes an outer edge portion of the upper surface and A side surface is joined to the step portion of the frame body by a second joining material.
本開示の一つの態様による光学装置は、上記の光学装置用蓋体と、パッケージと、該パッケージに搭載された光学素子とを備えている。 An optical device according to an aspect of the present disclosure includes the above-described optical device lid, a package, and an optical element mounted on the package.
本開示の光学装置用蓋体によれば、枠部材の下面の内側に枠体が接合され、枠体の下方内側に透光性部材が接合されていることから、パッケージと接合される枠部材の外縁部と枠体と透光性部材とを接合する第2接合材との距離が大きくなるので、パッケージに接合する際の熱の第2接合材への影響が小さいものとなり、気密信頼性が向上する。また、透光性部材がもっとも下方に位置することから、パッケージに搭載された光学素子との距離が近いものとなり、小型でも広角に光を放射することのできる光学装置を得ることができる。 According to the lid for an optical device of the present disclosure, the frame member is bonded to the inner side of the lower surface of the frame member, and the translucent member is bonded to the lower inner side of the frame member. Since the distance between the outer edge of the frame, the frame, and the second bonding material for bonding the translucent member is increased, the influence of heat on the second bonding material when bonded to the package is small, and airtight reliability Will improve. In addition, since the translucent member is positioned at the lowest position, the distance from the optical element mounted on the package is short, and an optical device capable of emitting light at a wide angle even with a small size can be obtained.
本開示の光学装置によれば、上記光学装置用蓋体を用いていることから、小型で気密封止の信頼性に優れたものとなる。 According to the optical device of the present disclosure, since the lid for the optical device is used, the optical device is small and has excellent reliability of hermetic sealing.
以下、本開示の光学装置用蓋体および光学装置について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際に光学装置用蓋体等が使用されるときの上下を限定するものではない。図1(a)は光学装置用蓋体の一例を示す斜視図であり、図1(b)は図1(a)を分解して示す分解斜視図であり、図1(c)は図1(a)のC−C線における断面図である。図2(a)は図1(c)のA部を拡大して示す断面図であり、図2(b)は他の例を示す断面図である。図3(a)および図3(b)はいずれも光学装置用蓋体の他の一例の要部を拡大して示す断面図である。図4(a)および図4(b)はいずれも図3に示す光学装置用蓋体を示す、枠体側から見た平面図(下面図)であり、第2接合材を省略して示している。また、断面図ではないが、区別しやすいように凹部にハッチングを施している。図5は光学装置の一例を示す斜視図であり、光学装置用蓋体を外した状態を示している。図6(a)は図5のA−A線における断面図であり、図6(b)は図5のB−B線における断面図である。 Hereinafter, the lid for an optical device and the optical device according to the present disclosure will be described with reference to the drawings. In addition, the distinction between the upper and lower sides in the following description is for convenience, and does not limit the upper and lower sides when the optical device lid or the like is actually used. FIG. 1A is a perspective view showing an example of a lid for an optical device, FIG. 1B is an exploded perspective view showing FIG. 1A in an exploded view, and FIG. It is sectional drawing in the CC line of (a). FIG. 2A is an enlarged cross-sectional view showing a portion A of FIG. 1C, and FIG. 2B is a cross-sectional view showing another example. FIG. 3A and FIG. 3B are both cross-sectional views showing an enlarged main part of another example of the lid for an optical device. 4 (a) and 4 (b) are plan views (bottom view) of the optical device lid shown in FIG. 3 as seen from the frame body side, with the second bonding material omitted. Yes. Although not a cross-sectional view, the concave portions are hatched so as to be easily distinguished. FIG. 5 is a perspective view showing an example of the optical device, and shows a state in which the lid for the optical device is removed. 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
光学装置用蓋体10は、図1に示す例のように、金属板からなる枠部材1と、枠部材1より平面視で小さく、下面22から内側面23にかけて切欠かれた段差部2aを有する枠体2と、板状の透光性部材3とを備えている。枠部材1は、外縁部1aが枠体2の外縁から突出して枠体2の上面21に第1接合材4で接合されている。透光性部材3は、上面31の外縁部および側面33が枠体2の段差部2aに第2接合材5で接合されている。
As shown in the example shown in FIG. 1, the
このような構成の光学装置用蓋体10によれば、枠部材1の下面の内側に枠体2が接合され、枠体2の下方内側に透光性部材3が接合されていることから、パッケージ6と接合される部分である枠部材1の外縁部1aと、枠体2と透光性部材3とを接合する第2接合材5との距離が大きくなる。そのため、パッケージ6にシームウエルド等の方法で接合する際の熱の第2接合材5への影響が小さいものとなり、また、枠部材1から枠体2に加わる応力が緩和されて第2接合材5に加わる応力も小さくなるので、気密信頼性が向上する。また、透光性部材3が最も下方に位置することから、パッケージ6に搭載された光学素子7との距離が近いものとなり、小型でも広角に光を放射することのできる光学装置100を得ることができる。また、光学装置用蓋体10をパッケージ6に取り付けると、枠体2および枠部材1が透光性部材3より外側に位置しているので、透光性部材3が損傷する可能性が低減されており、光学装置100の光学特性が低下する可能性が低減される。
According to the optical
図2に示す例のように、枠部材1と枠体2とは、段差部2aより外側で接合されている。図2(a)に示す例では、枠部材1の内側面13は、枠体2の段差部2aより外側に位置しているのに対して、図2(b)に示す例では、枠部材1の内側面13は、枠体2の段差部2aより内側に位置している。しかしながら、いずれの例においても、枠部材1と枠体2とは、段差部2aより外側で接合されている。言い換えれば、枠部材1と枠体2とを接合する第1接合材4は、枠体2側において段差部2aより外側に位置する。
As in the example shown in FIG. 2, the
このような構成である場合には、枠体2に設けられた切欠きである段差部2aの角、言い換えれば断面形状が屈曲したL字状である枠体2の内側の角に加わる応力を小さいものとすることができ、この応力によってクラック等が発生して気密信頼性が低下する可能性を低減することができる。この応力は、光学装置用蓋体10をパッケージ6に接合する際、枠部材1と枠体2とを接合する際の熱、あるいは光学素子7の動作の際に発生する熱による、枠部材1と枠体2との間に発生する熱応力である。枠体2の上面21において段差部2aより内側まで接合されると、上面21に対して上面の面方向に熱応力が作用し、枠体2に、段差部2aの角が広がったり狭まったりするような歪が発生する。段差部2aより外側で接合されていると、熱応力によるこのようなひずみを小さくすることができる。
In such a configuration, the stress applied to the corner of the stepped
枠部材1の表面には、枠部材1の腐食防止、枠部材1と枠体2との接合性およびパッケージ6との接合性のためにめっき被膜を設けることができる。このめっき被膜としては、Ni(ニッケル)、Au(金)等の金属めっき被膜を用いることができる。コストの点でAuよりNiの方が有利である。
On the surface of the
そして、Niめっきの中でもCo(コバルト)またはCr(クロム)が含有されたNiめっき被膜で枠部材1の表面が覆われている光学装置用蓋体10とすることができる。Niめっき被膜にCoまたはCrが含有されるとNiとCoまたはCrの合金が形成され、めっき被膜の電気抵抗が増加する一方、融点はNiめっきと同程度である。そのため、枠部材1とパッケージ6とをシームウエルド等の抵抗溶接で接合する際に、枠部材1の表面に位置するめっき被膜で発熱しやすくなる。すなわち、枠部材1の表面部分での局所加熱による接合が可能となるので、枠部材1全体での発熱量が低減されて第2接合材5への影響が小さいものとなり、また、枠部材1から枠体2に加わる応力が緩和されて第2接合材5に加わる応力も小さくなるので、気密信頼性が向上する。Niめっきに含有される金属としてCoとCrとを比較すると、Coの方がNiと合金を形成した時に結晶構造がより変化しにくいので、Niめっき被膜の品質をより一定に保つことができる。
And it can be set as the
Bが含有されたNiめっき被膜で枠部材1の表面を覆うことができる。Bが含有されたNiめっき被膜(硼素を含むニッケルめっき被膜)は、耐熱性が高いので、枠部材1と枠体2との接合後の、枠体2と透光性部材3との接合時の熱により変質し難く、さらにその後の光学装置用蓋体10とパッケージ6との接合性への影響を小さいものとすることがで
きる。そのため、光学装置用蓋体10(の枠部材1)とパッケージ6との接合信頼性、気密信頼性が高い光学装置100を得ることができる。
The surface of the
上述したように、枠体2の段差部2aに透光性部材3が第2接合材5で接合されている。より詳細には、段差部2aは、上面21および下面22に沿っている段差面24と、段差面24と交差し内側面23に沿っている段差側面25とを有している。図2(a)および図2(b)に示す例のように、透光性部材3の外縁部が段差面24と段差側面25とで囲まれた空間に配置され、透光性部材3の上面31の外縁部および側面33が第2接合材5で接合されている。図2(b)に示す例では、第2接合材5が、段差側面25から透光性部材3の下面32の外縁部まで伸びており、透光性部材3の下面32の外縁部も段差部2aに接合されている。また、図2(a)および図2(b)に示す例においては、第2接合材5が、枠体2の内側面23から透光性部材3の上面31にかけても配置されており、枠体2の内側面23と透光性部材3の上面31の外縁部とも接合されている。第2接合材5は、枠体2の内側面23よりも内側にはみ出し、枠体2の内側面23よりも内側にも位置している。
As described above, the
これに対して、図3(a)および図3(b)に示す例のように、第2接合材5が枠体2の内側面23よりも内側にはみ出していない、すなわち第2接合材5が枠体2の内側面23よりも外側に位置するようにすることができる。この場合、第2接合材5の枠体2の内側面23よりも内側にはみ出している部分で、光の反射等が発生することがない。内側面23より内側の第2接合材5での反射による不要な光が発生しないので、例えば光学素子7が発光素子である場合には素子から発した光に不要な光が混ざり込むのを防ぐことができ、また光学素子7が撮像素子等の受光素子である場合には、受光素子で不要な光を受光するのを防ぐことができるので、光学装置100の光学特性が優れたものとなる。
In contrast, as in the example shown in FIGS. 3A and 3B, the
また、図3(a)および図3(b)に示す例では、枠体2は段差部2aの段差面24に凹部24aを有しており、この凹部24aに第2接合材5が入りこんでいる。第2接合材5が枠体2の内側面23より内側にはみ出さないようにするには、第2接合材5の量や配置位置を調節するなどすればよいが、段差面24に凹部24aがある場合には、より容易に、第2接合材5が枠体2の内側面23よりも内側にはみ出さないようにすることができる。第2接合材5で透光性部材3と枠体2に接合する際に、溶融状態の第2接合材5は凹部24a内に流れ込んで溜まりやすくなるので、枠体2の内側面23より内側へ流れ出難くなるからである。また、第2接合材5が枠体2の凹部24aに入り込んでいることで、第2接合材5と枠体2との接合面積が増加するとともに、第2接合材5が枠体2に食い込んだ形となるので、第2接合材5と枠体2との接合強度および接合信頼性が向上する。これは、第2接合材5が枠体2の内側面23より内側にはみ出している場合でも同様である。
In the example shown in FIGS. 3A and 3B, the
凹部24aは、上記のように第2接合材5の内側への流れを抑えるためのものであるので、段差面24の全域に、すなわち全周にわたって設けられる。図4(a)に示す例では、凹部24aは内側面23に沿って伸びる、連続した環状の溝である。全周にわたって同じ幅の凹部24aが設けられているので、全周にわたって一様に第2接合材5の内側への流れを抑えることができ、また第2接合材5と枠体2との接合強度も一様になる。しかしながら、凹部24aは連続した環状の溝でなく、環状の溝を周方向に複数に分割したような形状であってもよいし、図4(b)に示す例のように、複数の点状の凹部24aを周方向に配列したものであってもよい。いずれの場合も、複数の凹部24a同士の間隔が小さければ、全周にわたってほぼ一様に第2接合材5の内側への流れを抑えることができ、また第2接合材5と枠体2との接合強度もほぼ一様になる。また、点状の凹部24aを互いに一部が重なるように配列して、周方向において幅が周期的に変動する、すなわち幅が一定でない溝状にすることもできる。なお、点状の凹部24aの重なりが大きければ、幅が
一定の溝状となる。凹部24aの縦断面形状は、図3に示す例のような半円形に限られるものではなく、例えば三角形状あるいは四角形状であってもよい。
Since the
また、透光性部材3の上面31および下面32の少なくとも一方に光学膜を備えている光学装置用蓋体10とすることができる。光学装置用蓋体10および光学装置100の光学特性をさらに向上させることができる。光学フィルタ膜は、例えば、反射防止膜(ARコーディング:Anti-Reflection Coating)、UV(Ultra Violet:紫外線)カットフィルタやIR(infrared rays:赤外線)カットフィルタ等の光学フィルタ膜、あるいは
遮光膜である。反射防止膜や光学フィルタ膜は、用途に応じて、例えばフッ化マグネシウム(MgF2)、二酸化珪素(SiO2)、フッ化ランタン(LaO3)、酸化ランタン(La2O3)、五酸化タンタル(Ta2O5)、五酸化チタン(Ti3O5)、五酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化チタン(TiO2)、またはZrO2+TiO2等の混合物等の誘電体単層膜あるいは多層膜で形成することができる。遮光膜は、例えばクロム(Cr)、酸化クロム(CrOx)等の金属膜やカーボンを添加して黒色に着色したエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂等で形成することができる。
Moreover, it can be set as the optical
光学装置100は、上記のような光学装置用蓋体10と、パッケージ6と、パッケージ6に搭載された光学素子7とを備えている。上記のような光学装置用蓋体10を用いていることから、小型で気密封止の信頼性に優れたものとなる。
The
図5および図6に示す例では、パッケージ6は、金属から成る基体61と、基体61の上に接合された金属から成る枠部62とで基本的な光学素子7を収納する容器が構成され
ている。基体61と枠部62とは、例えば銀銅(Ag−Cu)合金を用いた金属ろう材で接合されている。枠部62は枠部の62内面から外面にかけて貫通する貫通孔を有している。貫通孔には棒状の端子63が挿入され、ガラス等の絶縁性の封止材64によって固定されるとともに気密封止されている。このようなパッケージ6の枠部62の上面と光学装置用蓋体10の枠部材1の外縁部1aの下面とが、シームウエルド等の溶接で接合される。これによって、枠部62の内側において基体61に搭載された光学素子7が気密に封止された光学装置100となっている。
In the example shown in FIGS. 5 and 6, the
枠部材1は、薄板金属からなり、パッケージ6の枠部62に対応した外形を持ち、その中央部に、枠部62の内寸より小さい貫通孔を有する枠形状となっている。枠部材1の下面の内縁部は、第1接合材4で枠体2の上面の外周部に接合される、枠体2との接合面となる。また、枠部材1の下面において、この枠体2と接合した際に枠体2の外縁から外側に突出する外縁部が、枠部62との接合面となる。
The
枠部材1は、枠部62にシームウエルド等の溶接法で接合されるときに部分的に高温に加熱されるので、接合後の冷却時の収縮による熱応力が大きくならないように、小さい熱膨張係数を有するものが好ましい。例えば、42アロイ(熱膨張係数約5.0×10−6
/℃)またはFeNi29Co17合金(熱膨張係数約4.8×10−6/℃)は、小さい熱膨張係数を有するものとして枠部材1に用いることができる。
Since the
/ Ni) Co17 alloy (coefficient of thermal expansion of about 4.8 × 10 −6 / ° C.) can be used for the
また、枠部材1は、例えば厚みが0.05〜0.2mm程度の上記のような金属の薄板に、従来周知のエッチング法またはプレス加工法等を用いることで、中央部を含む領域に貫通孔を有する枠形状のものとすることができる。
Further, the
上述したように、枠部材1の表面には、枠部材1の腐食防止、枠部材1と枠体2との接合性およびパッケージ6との接合性のためにめっき被膜を設けることができる。従来周知の、電解めっき法あるいは無電解めっき法などによりめっき皮膜を形成することができる。
As described above, a plating film can be provided on the surface of the
枠体2は、枠部材1の内寸より大きく外寸より小さく、また、パッケージ6の枠部62の内寸よりも小さい外寸を有する枠状の部材である。そして、枠体2は、下面22から内側面23にかけて切欠かれた段差部2aを有する。言い換えれば、枠体2は、上部と下部とで外寸は同じであるが、内寸は下部の方が大きい枠状である。
The
枠体2は、セラミック材料等の透光性部材3より剛性の高い材料からなる。枠体2が、例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、以下のようにして作製することができる。まず、アルミナ(Al2O3)またはシリカ(SiO2)、カルシア(CaO)、マグネシア(MgO)等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒等を添加混合して泥漿状とし、これを周知のスプレードライ法等を用いて顆粒を作製する。次に、この顆粒を周知の乾式プレス法を用いて、上記したような、上面21、下面22、内側面23、段差部2aを有する形状の成形体を得る。その後、この成形体を、例えば、約1600(℃)の温度で焼成することにより枠体2が製作される。枠体2の凹部24aの形成は、例えば焼成前の成形体を作製する際にプレス金型で行なってもよいし、焼成後にレーザー加工やスライシング加工等で行なってもよい。
The
透光性部材3は、透光性材料すなわち光を透過する材料からなる板状体である。ここでいう光は、光学装置用蓋体10が用いられる光学装置100に搭載される光学素子が発光または受光する光であり、主には可視光である。透光性部材3は、例えば、ソーダガラスまたはホウケイ酸ガラス等の透明なガラス材料からなる板材であり、光の透過率の高いガラス材料が好ましい。なお、一般的にガラス等の透光性部材3はセラミックスから成る枠体2に比べて、剛性が小さく、また、引っ張り強度も小さい。そのため、透光性部材3と枠体2との接合部に加わる熱応力で透光性部材3が破壊することがないように、互いの熱膨張係数を、近似した値にすることができる。例えば、枠部材1がアルミナ質焼結体(熱膨張係数約7.2×10−6/℃)の場合であれば、透光性部材3は例えば、BK7(HOYA社製、熱膨張係数が約7.5×10−6/℃)またはD263(ショット社製、熱膨張係数が約7.2×10−6/℃)等のガラス材料のような、互いの熱膨張係数の差が0.5×10−6/℃以下となるようなものを用いることができる。
The
透光性部材3は、例えば、上記のような透光性材料からなる大型の板材を切断して所定の大きさの矩形状の板材(以下、矩形板体とも呼ぶ。)に加工することで作製される。例えば、大型の板材の主面に、レーザーやダイシング等で溝を形成し、溝に機械応力や熱応力を加えることで切断することができる。この切断により得た矩形板体の側面は、ほぼ平面で形成されたものとなる。このまま透光性部材3として使用してもよいが、矩形板体の両主面と側面のなす直角の角部、側面同士のなす直角に対して45°の角度で角部を研磨によってC面を形成した場合には、角部に欠けが発生し難くなり、透光性部材3に応力が加わった場合にも割れ難くなる。
For example, the
枠部材1と枠体2とは第1接合材4で接合され、枠体2と透光性部材3とは第2接合材5で接合されている。枠部材1と枠体2との接合と、枠体2と透光性部材3との接合は同時には行なわないので、後の接合の際に先の接合に用いた接合材が溶融してしまうことがないように、第1接合材4と第2接合材5とは互いに融点の異なるものを用いる。また、光学装置用蓋体10(の枠部材1)とパッケージ6の枠部62に接合する際に、第1接合材4の方が枠部材1と枠部62との接合部に近いので、第1接合材4の方が耐熱性(融点)の高いものとすることができる。そのため、例えば、第1接合材4として金属ろう材を用い、第2接合材5として低融点ガラスを用いることができる。
The
第1接合材4は、銀銅(Ag−Cu)合金を用いた金属ろう材もしくは銀銅合金にチタン(Ti)等の活性金属を添加した活性金属ろう材からなり、枠部材1と枠体2とを気密
に接合する役割を果たす。活性金属ろう材は、金属からなる枠部材1とセラミックスからなる枠体2とを直接接合することができる。金属ろう材を用いる場合は、枠体2の上面に金属ろう材が濡れて接合されるように、例えばメタライズ層等の金属膜を設ける。この場合は、第1接合材4が金属膜を超えて濡れ広がらないので、枠部材1と枠体2との接合部の位置をより正確に設定することができる。
The
第2接合材5は、枠体2と透光性部材と3を気密に接合する役割を果たす。第2接合材5は、枠体2または透光性部材3と同程度の熱膨張係数を有する材料からなるものを用いることができる。例えば、第2接合材5として、枠体2または透光性部材3と同程度の熱膨張係数を有する低融点ガラスを用いることができる。これによって、第2接合材5に加わる熱応力が比較的小さいものとなって、高い接合強度でもって枠体2の段差部2aに接合される。低融点ガラスの熱膨張係数が10×10−6/℃程度以上と大きめの場合には、コージェライト系化合物等の低熱膨張性の材料をフィラーとして加えて、熱膨張係数を4〜8×10−6/℃程度以下とすることができる。
The
第2接合材5として用いる、低融点ガラスは、例えば、従来周知の鉛系の低融点ガラスを用いてもよいが、環境に与える影響から、鉛フリーガラスからなるものが好ましい。鉛フリーの低融点ガラスとしては、例えば、約450(℃)程度の低温で接合できるビスマス系鉛フリーガラス、約400(℃)程度の低温で接合できる五酸化バナジウム系鉛フリーガラスがある。
The low-melting glass used as the
枠部材1と枠体2との接合は、例えば、第1接合材4として活性金属ろう材を用いる場合であれば、以下のようにして行なうことができる。まず、枠部材1と枠体2との接合面の少なくとも一方に活性金属ろう材ペーストを周知のスクリーン印刷等を用いて、例えば、30μm〜50μmの厚さで所定パターンに印刷塗布する。活性金属ろう材ペーストは、銀および銅粉末、銀−銅合金粉末、またはこれらの混合粉末からなる銀ろう材(例えば、銀:72質量%−銅:28質量%)粉末に対して、チタン、ハフニウム、ジルコニウムまたはその水素化物等の活性金属を銀ろう材に対して2〜5質量%添加混合して、適当なバインダと有機溶剤等の溶媒とを添加混合して、混練することによって製作することができる。そして、所定の構造となるように枠部材1を枠体2上に載置して、枠部材1に荷重をかけながら、真空中、水素ガス雰囲気または窒素ガス雰囲気等の非酸化性雰囲気中において780℃〜900℃で、10分〜120分間加熱し、ろう材を溶融させることによって、枠部材1と枠体2とが第1接合材4で接合されたものとなる。
For example, when the active metal brazing material is used as the
枠部材1の表面にめっき被膜を形成する場合は、枠部材1と枠体2とを第1接合材4で接合してから施すのがよい。めっき被膜は、Ni(ニッケル)、Au(金)等の金属めっき被膜からなり、枠部材1とパッケージ6との接合性を向上させたり、枠部材1の耐腐食性を向上させたりする役割を果たす。なお、ニッケルめっきを施す場合は、上述したように、CoまたはCrが含有されたNiめっき被膜とすると、NiとCoの合金またはNiとCrの合金が形成されて、めっき被膜の融点は同程度のままで電気抵抗が増加する。そのため、光学装置用蓋体10とパッケージ6とを接合する際に、枠部材1の表面近傍での加熱が可能となって第2接合材5へ伝わる熱量がさらに小さいものとなり、気密信頼性がさらに向上する。また、Bが含有されたNiめっき被膜(硼素を含むニッケルめっき被膜)とすると、ニッケルめっき中に含まれる硼素が表面にごく薄いガラス質を形成し、ニッケルを酸化から保護するように働くために、ニッケルめっき膜の耐熱性が高くなる。そのため、枠体2と透光性部材3との接合時の熱が加わっても酸化し難く、さらにその後の光学装置用蓋体10とパッケージ6との接合性への影響を小さいものとすることができる。
When forming a plating film on the surface of the
枠体2と透光性部材3との、低融点ガラス等の第2接合材5による接合は、例えば以下のようにして行われる。まず、枠部材1が接合された枠体2の段差部2a内に第2接合材
となるガラスペーストを周知のディスペンス法等を用いて、例えば80(μm)〜200(μm)の厚さで塗布する。ガラスペーストは、上記のようなガラスの粉末とバインダと有機溶剤等の溶媒とを添加混合して、混練することによって製作することができる。ガラスペーストを乾燥した後、透光性部材3を段差部2a内に配置し、ガラスの融点より高い例えば500℃〜550℃に加熱することで、透光性部材3の上面の外縁部および側面が第2接合材5で枠体2の段差部2aに接合される。これによって、枠部材1と、枠体2と、透光性部材3とを含む光学装置用蓋体10となる。
The
枠体2の下面22の内側面23側の段差部2a内に透光性部材3の上面の外周縁部および側面が第2接合材5を介して接合されている。枠体2の剛性が高いことによって、枠部材1が枠部62にシームウエルド等で接合される熱による熱応力が透光性部材3に伝わり難くなり、基体61や枠部62と透光性部材3の熱膨張係数が異なった場合でも気密信頼性を保つことができるようになる。
The outer peripheral edge portion and the side surface of the upper surface of the
ガラスペーストの塗布量や加熱温度、加熱時間等の条件を調整することで、第2接合材5が内側面23よりも内側にはみ出さないようにすることができる。
By adjusting conditions such as the amount of glass paste applied, heating temperature, and heating time, the
光学装置100は、パッケージ6の基体61上に光学素子7を搭載し、ボンディングワイヤ8で光学素子7とパッケージ6の端子63とを電気的に接続し、光学装置用蓋体10枠部材1の枠部材の外縁部1aの下面11と枠部62の上面とを、例えばシームウエルドで接合することで光学素子7を気密に封止することで作製することができる。
In the
光学素子7は、例えばレーザーダイオードもしくはLED等の発光素子であり、プロジェクターや自動車のヘッドライト等の光源となる。図5および図6に示す例では、3つの光学素子7が搭載されている。例えば、発光色がR(赤)、G(緑)、B(青)のように異なるものとすることができる。発光素子以外の光学素子7としては、CCDおよびCMOS等の撮像素子、光スイッチおよびミラーデバイス等のMEMS素子等も用いることができる。光学素子7が光を広角に放射するもの、あるいは広角の入射光を受光するものである場合に、上記の光学装置用蓋体10はより有効である。搭載する光学素子7の数、および光の色や種類は、光学装置に応じたものとすればよい。光学素子7は、例えばAu−Sn等の金属性の接合材、あるいは樹脂接着剤で基体61の上に固定される。
The
光学素子7と端子63とを接続するボンディングワイヤ8は、金やアルミのワイヤーを用いることができる。
The
パッケージ6の基体61として、熱伝導率の高い銅(熱膨張係数約16.7×10−6/℃)や銅合金材料を使用することで、高出力の光学素子7から発生する熱を効果的に外に排出できる。基体61は、図5および図6に示す例のように、光学素子7が搭載される部分の厚みが厚いと、熱の排出がより効果的に行なわれる。
By using copper (thermal expansion coefficient: about 16.7 × 10 −6 / ° C.) having a high thermal conductivity or a copper alloy material as the
また、パッケージ6の枠部62としては、基体61ほどの熱伝導率は必要ではなく、剛性が高い金属、例えばSPC(Steel Plate Cold)等の金属部材を用いることができる。銅の熱膨張係数は約16.7×10−6/℃で、SPCの熱膨張係数は約11.7×10−6/℃であり、光学装置用蓋体10の枠部材1や枠体2に比べて大きい。そのため、パッケージ6と光学装置用蓋体10をシームウエルド接合した場合には、接合部に応力が加わるようになるが、上記構造の光学装置用蓋体10を用いることで、温度サイクル等の信頼性に優れた光学装置100となる。
Further, the
パッケージ6の端子63は、例えば、42アロイ(FeNi42合金)、FeNi29Co17合金等の金属材料からなる、断面が円形の棒状のものであり、腐食防止およびボ
ンディングワイヤ8等の接続部材の接合性のために、表面に、ニッケルおよび金などのめっき皮膜を設けることができる。
The terminal 63 of the
パッケージ6の封止材64は、絶縁性のものであり、例えばガラスを用いることができる。上記の第2接合材5に用いられるガラスを用いることもできるし、それ以外の例えば、シリカが多く含まれた誘電率の低い高温ガラスを用いることもできる。
The sealing
本発明は以上の実施の形態の例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種々の変更および改良が可能である。例えば、枠部材1に第1接合材4の寸法と同じ枠形状の銅板を銀ろう等の接合材で接合し、その銅板部分と枠体2とを活性銀ろうからなる第1接合材4で接合してもよい。この場合は、枠部材1と枠体2の接合部分に柔らかい銅板が介することになるので、より応力を緩和することができるようになる。
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, a frame-shaped copper plate having the same dimensions as the
また、パッケージ6の構造等についても上記の例に限定されるものではない。例えば、パッケージ6の基体61および枠部62は、上記以外の金属であってもよいし、セラミックスを用いることもできる。その場合は、枠部62の上面には、金属板を接合するなどして、枠部材1をシームウエルドで接合できるようにすることができる。また、端子63は、1つの端子63に対して1つの貫通孔を枠部62に設けて封止材64で固定しているのに対して、複数の端子63を封止材64で1つの貫通孔にまとめて固定することもできる。
Further, the structure of the
1・・・枠部材
1a・・・(枠部材の)外縁部
11・・・(枠部材の)上面
12・・・(枠部材の)下面
13・・・(枠部材の)内側面
2・・・枠体
2a・・・段差部
21・・・(枠体の)上面
22・・・(枠体の)下面
23・・・(枠体の)内側面
24・・・(枠体の)段差面
24a・・・凹部
25・・・(枠体の)段差側面
3・・・透光性部材
31・・・(透光性部材の)上面
32・・・(透光性部材の)下面
33・・・(透光性部材の)側面
4・・・第1接合材
5・・・第2接合材
6・・・パッケージ
61・・・基体
62・・・枠部
63・・・端子
64・・・封止材
7・・・光学素子
8・・・ボンディングワイヤ
10・・・光学装置用蓋体
100・・・光学装置
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記枠部材は、外縁部が前記枠体の外縁から突出して前記枠体の上面に第1接合材で接合され、前記透光性部材は、上面の外縁部および側面が前記枠体の前記段差部に第2接合材で接合されている光学装置用蓋体。 A frame member made of a metal plate, a frame body having a stepped portion that is smaller in plan view than the frame member and cut out from the lower surface to the inner surface, and a plate-like translucent member,
The frame member has an outer edge projecting from the outer edge of the frame body and joined to the upper surface of the frame body with a first bonding material, and the translucent member has an outer edge portion and a side surface on the upper surface of the step of the frame body. A lid for an optical device that is bonded to the portion with a second bonding material.
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