JP2867924B2 - 光半導体素子モジュールの気密封止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光半導体素子モジュー
ルの気密封止装置に係わり、詳細には光半導体素子モジ
ュールを収納するパッケージに形成された光ファイバ挿
通孔を光ファイバとともに気密するに好適な光半導体素
子モジュールの気密封止装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光半導体素子モジュールを各種機
器に用いるには、半導体モジュール全体をパッケージ内
に収納するとともに光半導体素子モジュールに接続され
た光ファイバをパッケージの光ファイバ導出孔からパッ
ケージ外に引出し、この光ファイバを各種機器に接続す
る構成が採用されている。この場合、パッケージが気密
封止されていないと、パッケージの外部から浸入した湿
気がモジュール内外の温度差によって、光半導体素子モ
ジュール内部で結露する。特に、半導体レーザとして用
いられる電子冷却素子により温度制御を行う冷却型光半
導体素子モジュールの場合には、電子冷却素子により半
導体レーザや光学系構成部品が冷却されているため、特
に結露が発生しやすい。

【０００３】光半導体モジュールの内部で結露が発生す
ると、以下のような障害が発生する。

【０００４】まず、冷却型半導体素子モジュールの場合
には、レンズや光ファイバ端面などに結露が生じると、
光半導体素子と光ファイバ間の結合損失が増加する。ま
た光半導体素子などの電極間に結露が生じると、電気的
な短絡により動作不良を生じる。

【０００５】これらの問題点を解決するために、半導体
素子モジュールにおいては、気密封止が行われている。

【０００６】例えば、図４に示すように、光半導体素子
モジュールを収納するパッケージ５０に光ファイバ導出
孔５２を形成するとともに、この光ファイバ導出孔５２
内に光ファイバ５４を挿通し、光ファイバ５４の一部に
その表面が金メッキなどでメタライズされたメタライズ
部５６を形成し、メタライズ部５６と光ファイバ導出孔
５２との間に半田５８を装着し、高周波加熱機に接続さ
れた一対の電極６０、６２でメタライズ部５６や半田５
８を加熱して半田５８を溶融させ、半田５８を光ファイ
バ導出孔５２の壁面とメタライズ部５６にそれぞれ溶着
させることが行なわれている。すなわち光ファイバ導出
孔５２を光ファイバ５４とともに半田５８で密閉するこ
とが行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の気密封
止方法では、光ファイバ５４の一部にメタライズ部５６
を形成しなければならず、光ファイバの製造コストが高
くなるという問題点がある。なお、特開昭５６─１１３
１１０号公報に記載されているように、パッケージの開
口部にコイル状の半田を装着し、この半田を溶融させて
開口部を密閉する方法を採用することも考えられるが、
この方法では、パッケージの開口部がパッケージの上面
に形成されてなければ、溶融した半田が開口部内に十分
に浸透しない。

【０００８】そこで本発明の目的は、光ファイバにメッ
キを施すことなくしかもパッケージに形成された光ファ
イバ挿通孔の位置によらず光ファイバ挿通孔を確実に気
密封止することができる光半導体モジュールの気密封止
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明で
は、（イ）光半導体素子モジュールを収納しその一部に
円筒状に突出してその先端部が第１のテーパ角度で先端
にいくに従って漸次小径部となった第１のテーパ部が形
成されてなる凸部を備えたパッケージと、（ロ）このパ
ッケージの円筒状の凸部と嵌合可能で、その内壁におけ
る第１のテーパ部を構成するテーパ面と対向する第２の
テーパ面が、第１のテーパ角度とわずかに異なった角度
でかつ両テーパ面の間隔が凸部の外周側よりも内周側で
長くなるようなテーパ角度に設定された第２のテーパ部
を形成すると共に、凸部に設けられた第１の光ファイバ
挿通孔と連通する第２の光ファイバ挿通孔が形成された
キャップと、（ハ）第１の光ファイバ挿通孔と第２の光
ファイバ挿通孔を介して半導体素子モジュールに接続さ
れた光ファイバと、（ニ）パッケージから引き出された
光ファイバの周囲のうちパッケージの凸部とキャップと
の間の第１および第２のテーパ部に配置されたリング状
の半田と、（ホ）キャップに圧力を加えてリング状の半
田を第１および第２のテーパ部で挟持した状態で圧接す
る押圧手段と、（へ）凸部に非接触な状態でこれを挟む
ような位置に配置されリング状の半田が溶融するまで加
熱する一対の電極とを光半導体素子モジュールの気密封
止装置に具備させる。

【００１０】すなわち請求項１記載の発明では、パッケ
ージに円筒形で先端に第１のテーパ部が形成されてなる
凸部を具備させると共に、この凸部を覆うキャップにお
ける第１のテーパ部に対向する内壁に第２のテーパ部を
形成し、これら第１および第２のテーパ部のテーパ角度
が、両テーパ部を構成する対向する２つのテーパ面の間
隔が凸部の外周側よりも内周側で長くなるようなテーパ
角度に設定している。そして、これらのテーパ面の間に
リング状の半田を配置してキャップを押し込む側に押圧
することで両テーパ面がこのリング状の半田を圧接して
いる状態で、一対の電極によってリング状の半田を溶融
させるようにしている。したがって、半田は互いに角度
の異なる両テーパ面と光ファイバによって取り囲まれた
空間内で加圧状態で溶融し、傾斜の異なる２つのテーパ
面によって光ファイバの表面に形成された所定幅以上の
リング上の領域に圧接状態で固化する。これにより、光
ファイバ挿通孔を光ファイバと共に確実に気密封止する
ことができることになる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【００１７】

【発明の実施の形態】以下発明の実施の形態を実施例を
基に詳細に説明する。

【００１８】図１は本発明を説明するために参考となる
パッケージの要部断面図である。図１において、パッケ
ージ１０は半導体モジュール（図示省略）を収納する金
属容器として構成されており、このパッケージ１０の側
面側に凸部１２が膨出形成されている。この凸部１２に
は光ファイバ導出孔１４が形成されているとともに、光
ファイバ導出孔１４の一方の開口側にテーパ部１６が形
成されている。このテーパ部１６は光ファイバ導出孔１
４の一方の開口端から離れるに従って漸次小径となる円
錐面として形成されている。そして光ファイバ導出孔１
４内には光ファイバ１８が挿入されており、この光ファ
イバ１８の表面にはカーボンコートが施されている。

【００１９】上記構成におけるパッケージ１０の光ファ
イバ導出孔１４を光ファイバ１８とともに気密封止する
に際しては、光ファイバ導出孔１４内に光ファイバ１８
を挿入するとともに、リング状の半田２０を光ファイバ
１８とテーパ部１６に装着する。このあとパッケージ
（図示省略）などを用いて半田２０を光ファイバ１８の
軸方向に沿ってテーパ部１６側へ押圧する。この状態
で、高周波加熱機に接続された一対の電極２２、２４を
用いて凸部１２の周囲を加熱し、半田２０を溶融させ
る。すなわち半田２０に圧力を加えた状態で半田２０を
溶融させる。半田２０が溶融されると、半田２０にはテ
ーパ部１６側へ圧力が加えられているので、半田２０は
テーパ部１６の壁面に沿って流出し、光ファイバ導出孔
１４の壁面と光ファイバ１８の表面との間に浸透する。

【００２０】溶融した半田２１が光ファイバ導出孔１４
の壁面と光ファイバ１８の表面との間に浸透した後は、
電極２２、２４による加熱を停止する。電極２２、２４
による加熱が停止すると、溶融された半田２１の温度が
低下し、半田２１が凝固し始める。そして、パッケージ
１０と光ファイバ１８の熱膨張率の差により発生する応
力によって、光ファイバ導出孔１４と光ファイバ１８と
の間に圧入された半田２１が光ファイバ導出孔１４壁面
および光ファイバ１８の表面と密着する。これにより光
ファイバ導出孔１４を光ファイバ１４とともに半田２１
で確実に気密封止することができる。

【００２１】すなわち、パッケージ１０の側面側に光フ
ァイバ導出孔１４が形成されていても、半田２０に圧力
を加えた状態で半田２０を溶融させるようにしているた
め、溶融した半田２１を光ファイバ導出孔１４と光ファ
イバ１８との間に確実に浸透させることができる。しか
も、光ファイバ１４の表面に金メッキなどのメッキを施
すことなく、溶融した半田２１を光ファイバ１４と光フ
ァイバ導出孔１４の壁面との間に圧入することで、半田
２１を光ファイバ１８に密着させることができる。

【００２２】次に、本発明の実施例を図２に示す。

【００２３】本実施例は、パッケージ３０の側面側に膨
出形成された凸部３２の光ファイバ導出孔３４を光ファ
イバ１８とともに金属製のキャップ３６を用いて気密封
止するようにしたものであり、他の構成は図１のものと
同様であるので、図１と同一のものには同一符号を付し
てそれらの説明は省略する。

【００２４】凸部３２の先端側にはテーパ部３８が形成
されている。このテーパ部３８は光ファイバ導出孔３４
の開口端から離れるに従って漸次大径となる円錐面を形
成するようになっている。またキャップ３６は凸部３２
と嵌合可能な凹部４０を有し、この凹部４０には光ファ
イバ挿通孔４２が形成されているとともに、テーパ部３
８とはテーパ角度が異なるキャップ用テーパ部４４が形
成されている。このテーパ部４４は光ファイバ挿通孔４
２の一方の開口端から離れるに従って漸次大径となる円
錐面を形成するようになっている。すなわち凹部４０
は、光ファイバ挿通孔端と凹部開口端との中程に形成さ
れ、この凹部４０には、テーパ部４４と凹部開口端との
間に，半田２０を挿入するための空間部と溶融した半田
２１を収納するための空間部とが形成されている。

【００２５】パッケージ３０の凸部３２に形成された光
ファイバ導出孔３４を光ファイバ１８とともに気密封止
するに際しては、光ファイバ導出孔３４に光ファイバ１
８を挿入するとともに、凸部３２のテーパ部３８にリン
グ状の半田２０を装着する。さらにキャップ３６のテー
パ部４４に半田２０を装着するとともに光ファイバ１８
をキャップ３６の光ファイバ挿通孔４２に挿入する。

【００２６】次に、キャップ３６を凸部３２側へ押圧し
た状態で、電極２２、２４により凸部３２およびキャッ
プ３６の周囲を加熱する。すなわち半田２０に、テーパ
部３０側への圧力を加えた状態で半田２０を加熱する。
半田２０への加熱により、半田２０が溶融すると、図３
に示すように、キャップ３６が凸部３２側へ移動するに
伴って、溶融した半田２１が凹部４０の空間部内に流れ
出し、光ファイバ１８と光ファイバ導出孔３４の壁面と
の間に浸透する。そして溶融した半田２１がキャップ３
６のァイバ挿通孔４２の壁面と光ファイバ１８との間に
浸透する。このあと電極２２、２４による加熱を終了す
ると、溶融した半田２１が凝固し始める。半田２１が凝
固し始めると、パッケージ３０、キャップ３６および光
ファイバ１８の熱膨張率の差に従って発生する応力によ
り、光ファイバ１８の外周面に圧入された半田２１が光
ファイバ１８と密着する。これにより、光ファイバ導出
孔３４を光ファイバ１８とともに確実に気密封止するこ
とができる。

【００２７】また本実施例では、半田２０に圧力を与え
た状態で半田２０を溶融させるようにしているため、光
ファイバ１８に金メッキなどを施すことなく、しかも、
光ファイバ導出孔３４の位置によらず光ファイバ１８を
確実に機密封止することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の発明
によれば、パッケージに円筒形で先端に第１のテーパ部
が形成されてなる凸部を具備させると共に、この凸部を
覆うキャップにおける第１のテーパ部に対向する内壁に
第２のテーパ部を形成し、これら第１および第２のテー
パ部のテーパ角度が、両テーパ部を構成する対向する２
つのテーパ面の間隔が凸部の外周側よりも内周側で長く
なるようなテーパ角度に設定し、これらのテーパ面の間
にリング状の半田を配置してキャップを押し込む側に押
圧することで両テーパ面がこのリング状の半田を圧接し
ている状態で、一対の電極によってリング状の半田を溶
融させるようにしたので、半田は互いに角度の異なる両
テーパ面と光ファイバによって取り囲まれた空聞内で加
圧状態で溶融し、傾斜の異なる２つのテーパ面によって
光ファイバの表面に形成された所定幅以上のリング上の
領域に圧接状態で固化することになる。これにより、光
ファイバ導出孔を光ファイバと共に確実に気密封止する
ことができることになる。しかもリング状の半田を凸部
の第１のテーパ部に引っかけるように置いてキャップを
凸部に被せるようにすることで半田の配置および光ファ
イバの封止の準備が終了するので、光半導体素子モジュ
ールの気密封止の作業を効率化することが可能である。

【００２９】

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の説明の参考としてのパッケージの要部
断面図である。

【図２】本発明の実施例における光半導体素子モジュー
ルの光ファイバ挿通部の拡大断面図である。

【図３】本実施例における過熱後の状態を説明するため
の要部断面図である。

【図４】従来例の気密封止方法を説明するための要部断
面図である。

【符号の説明】

１０、３０ パッケージ １２、３２ 凸部 １４、３４ 光ファイバ導出孔 １６、３８ テーパ部 １８ 光ファイバ ２０ リング状半田 ２２、２４ 電極 ３６ キャップ ４０ 凹部 ４２ 光ファイバ挿通孔

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光半導体素子モジュールを収納しその一
   部に円筒状に突出してその先端部が第１のテーパ角度で
   先端にいくに従って漸次小径部となった第１のテーパ部
   が形成されてなる凸部を備えたパッケージと、 このパッケージの円筒状の凸部と嵌合可能で、その内壁
   における前記第１のテーパ部を構成するテーパ面と対向
   する第２のテーパ面が、前記第１のテーパ角度とわずか
   に異なった角度でかつ両テーパ面の間隔が前記凸部の外
   周側よりも内周側で長くなるようなテーパ角度に設定さ
   れた第２のテーパ部を形成すると共に、前記凸部に設け
   られた第１の光ファイバ挿通孔と連通する第２の光ファ
   イバ挿通孔が形成されたキャップと、 前記第１の光ファイバ挿通孔と第２の光ファイバ挿通孔
   を介して前記半導体素子モジュールに接続された光ファ
   イバと、 前記パッケージから引き出された光ファイバの周囲のう
   ち前記パッケージの凸部と前記キャップとの間の第１お
   よび第２のテーパ部に配置されたリング状の半田と、 前記キャップに圧力を加えて前記リング状の半田を前記
   第１および第２のテーパ部で挟持した状態で圧接する押
   圧手段と、 前記凸部に非接触な状態でこれを挟むような位置に配置
   され前記リング状の半田が溶融するまで加熱する一対の
   電極とを具備することを特徴とする光半導体素子モジュ
   ールの気密封止装置。