JP3990557B2 - 光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＤ（レーザダイオード）、ＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子を気密に封止して収容するための光半導体素子収納用パッケージに使用されるレンズ部材およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体素子を収納するパッケージとしては、従来、図４（a）に斜視図で、（b）に断面図で、（c）に要部拡大断面図で示すような、封止材16ｂを溶融してレンズ部材16を固定する光半導体素子収納用パッケージが用いられている。この光半導体素子収納用パッケージは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、その上面略中央部にＬＤ、ＰＤ等の光半導体素子12を収容する凹部Ａを有するとともに側部に凹部Ａまで貫通する貫通孔11ａが設けられた箱状の容器本体11と、50アロイ（Ｆｅ50重量％−Ｎｉ50重量％合金）等の金属材料から成り、容器本体11の側部の貫通孔11ａに挿入固定され、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面に固定され、凹部Ａ側の端部にレンズ部材16が取着された、外側の端部に光ファイバが装着される筒状の固定部材15と、容器本体11の上面に凹部を覆うように取着される蓋体17とから構成されている。また、容器本体11の外側面には、通常、光半導体素子12と外部電気回路との電気的接続を行うためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るリード端子13がホウ珪酸系ガラス等から成るリード端子封止材14を介して溶着されている。
【０００３】
なお、レンズ部材16は、その形状が球状や半球状等の略球状のホウ珪酸系ガラスから成るレンズ本体16ａと、レンズ本体16ａの表面全体に被着された反射防止膜16ｃと、レンズ本体16ａを固定部材15の容器本体11の凹部Ａ側の端部に固定する封止材16ｂとで構成されている。また、容器本体11および固定部材15は、表面に酸化腐食を防止するとともに各部材接合用のろう材との濡れ性を改善するＮｉめっき層、Ａｕめっき層が順次被着されており、固定部材15は、容器本体11の貫通孔11ａ内部に、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面にＡｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で取着されている。
【０００４】
そして、この光半導体素子収納用パッケージは、全面に反射防止膜16ｃが被着されたレンズ部材16を固定部材15の容器本体11の凹部Ａ側の端部に封止材16ｂで取着し、しかる後、固定部材15を容器本体11の貫通孔11ａに挿入固定する、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面に固定することによって製作されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のレンズ部材16およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージにおいては、レンズ本体16ａと封止材16ｂとを反射防止膜16ｃを介して接合していることから、光半導体素子12が動作する際に発生する熱が長期間にわたりレンズ部材16に印加された場合、反射防止膜16ｃとレンズ本体16ａや封止材16ｂとの間に熱膨張による不整合が発生し、反射防止膜16ｃとレンズ本体16ａとの、あるいは反射防止膜16ｃと封止材16ｂとの接合強度が低下して、これらの界面から剥離してしまい、その結果、長期間にわたり正常かつ安定にレンズ部材16を固定保持させることが出来なくなってしまうととともに、光半導体素子収納用パッケージの気密封止が破れてしまい、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができないという問題点を有していた。
【０００６】
また、従来の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、レンズ本体16ａの全面に反射防止膜16ｃを被着したレンズ部材16を準備し、このレンズ部材16を固定部材15の容器本体11の凹部Ａ側の端部に封止材16ｂを加熱溶融して固定し、しかる後、固定部材15を容器本体11の貫通孔11aに挿入固定する、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面に固定することによって製作していることから、レンズ部材16に封止材16ｂの加熱溶融による大きな熱応力が加わって、反射防止膜16ｃとレンズ本体16ａや封止材16ｂとの間に熱膨張の不整合が発生し、これらの接合強度が低下したり反射防止膜16ｃにクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいはレンズ部材16の光学特性が劣化してしまい、内部に収納する光半導体素子12を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが出来なくなってしまうという問題点を有していた。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は容器本体の内部に光半導体素子を気密に封止するとともに、長期間に渡り正常かつ安定に固定保持させることが出来る光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材は、略球状のレンズ本体の大円上の表面に環状の封止材が被着されているとともに、該封止材の両側の前記レンズ本体の表面に反射防止膜が被着されていることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法は、上面に凹部が形成され該凹部内に光半導体素子が収容されるとともに側部に前記凹部まで貫通する貫通孔が設けられた容器本体と、請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材と、前記貫通孔に挿入固定され、または前記容器本体の前記貫通孔周辺の外表面に固定され、一方の端部に前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材が取着されるとともに他方の端部に光ファイバが装着される筒状の固定部材とを準備する工程と、該固定部材の前記一方の端部に前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を取着する工程と、前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材が取着された前記一方の端部が前記凹部側となるように、前記容器本体の前記貫通孔に前記固定部材を挿入固定する、または前記容器本体の前記貫通孔周辺の外表面に前記固定部材を固定する工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材によれば、略球状のレンズ本体の大円上の表面に環状の封止材が被着されているとともに、この封止材の両側のレンズ本体の表面に反射防止膜が被着されて成るものとしたことから、封止材がレンズ本体と反射防止膜を介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に印加されたとしても、レンズ本体と封止材との接合強度が低下したり、封止材がレンズ本体から剥離してしまうことはなく、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来る。
【００１２】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、固定部材の端部に上記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を取着することから、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に封止材の加熱溶融による大きな熱応力が加わったとしても、反射防止膜とレンズ本体や封止材との間に熱膨張の不整合が発生することはなく、これらの接合強度が低下したり反射防止膜にクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいは光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の光学特性が劣化してしまうことはなく、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが出来る光半導体素子収納用パッケージを提供できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の実施の形態の一例を示す光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の、封止材の直径方向から見た断面図、および封止材の直径方向と垂直な方向から見た断面図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図、および蓋体を外した状態での平面図である。
【００１５】
これらの図において、６ａはレンズ本体、６ｂは封止材、６ｃは反射防止膜であり、これらで本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６が構成されている。また、１は容器本体、２は半導体素子、３はリード端子、４はリード端子封止材、５は固定部材、７は蓋体であり、主に容器本体１、固定部材５、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６および蓋体７で本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージが構成されている。なお、この実施例では、固定部材５が貫通孔１ａに挿入固定されている例を示している。
【００１６】
レンズ本体６ａは、その直径が1.5ｍｍ程度の略球状であり、光半導体素子収納用パッケージにおいて、光ファイバ（図示せず）を通過した外部光を集光して光半導体素子２に導く、あるいは光半導体素子２の発する光を光ファイバに導く機能を有する。このようなレンズ本体６ａは、ホウ珪酸系の高屈折ガラスから成り、レンズ本体６ａの大円上の表面には環状の封止材６ｂが取着されている。なお、ここで大円とは、球を球の中心を通る平面で切った時にその切り口に出きる円をさす。
【００１７】
封止材６ｂは、錫燐酸系の低融点ガラスから成り、内径がφ1.5ｍｍ程度、外径がφ2.7ｍｍ程度、厚みが全周に渡って0.6ｍｍ程度の環状であり、幅が0.15〜0.35ｍｍである。封止材６ｂの幅は、気密封止の信頼性の観点からは0.15〜0.35ｍｍが好ましく、その幅が0.15ｍｍ未満では、封止材６ｂの体積が不充分となり溶融時にレンズ本体６ａの周りに封止材６ｂのメニスカスが充分に形成されず、レンズ本体６ａの接合強度が不充分となる傾向があり、他方、0.35ｍｍを超えると、封止材６ｂの体積が過多となり、レンズ本体６ａの表面に封止材６ｂが広がり過ぎて光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光透過量を減少させ、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光学特性を低下させてしまう傾向がある。従って、封止材６ｂの幅は0.15〜0.35ｍｍが好ましい。
【００１８】
また、レンズ本体６ａの環状の封止材６ｂの両側表面には、高屈折材と低屈折材とから成る多層膜の反射防止膜６ｃが蒸着法やディッピング法等の手法によって被着されている。反射防止膜６ｃは、通常ＴｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の高屈折材から成る薄膜とＭｇＦ2やＳｉＯ2等の低屈折材から成る薄膜とを交互に積層して成る多層膜であるが、ＭｇＦ2あるいはＳｉＯ2の単層膜や、ＳｉＯ2の単層膜を表面層としてＴｉＯ2膜とＳｉＯ2膜とを交互に重ねた多層膜や、ＳｉＯ2を表面層としＴｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜とを重ねる３層多層膜でもよく、膜厚と屈折率とを最適化することによりレンズ本体６ａ表面への外光の映り込みを防止する機能を有する。
【００１９】
また、反射防止膜６ｃは、波長1260〜1620ｎｍにおいては、光の透過率が98％以上、波長1550ｎｍにおいては、光の透過率が99.5％以上とすることが好ましい。波長1260〜1620ｎｍにおいて光の透過率が98％未満、波長1550ｎｍにおいて光の透過率が99.5％未満であると、レンズ表面が光って見えたり外部の映り込みのためにレンズ本体６ａを通過する光の軸がぼやけてしまう傾向がある。
【００２０】
なお、封止材６ｂは、例えば五酸化燐30〜40重量％、一酸化錫47〜60重量％、酸化亜鉛１〜６重量％、酸化アルミニウム１〜４重量％および酸化珪素１〜３重量％を含むガラス成分にフィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で16〜45重量％添加したものから成り、ホウ珪酸系ガラスから成るレンズ本体６ａと強固な接合が可能となり、光半導体素子２が動作する際に発生する熱が長期間にわたり封止材６ｂとレンズ本体６ａとの接合部に印加されたとしても、レンズ本体６ａと封止材６ｂとの接合強度が低下したり、封止材６ｂがレンズ本体６ａから剥離してしまうことはなく、レンズ本体６ａを長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来る。
【００２１】
封止材６ｂは、五酸化燐（Ｐ２Ｏ５）が30重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向があり、他方、40重量％を超えると封止材６ｂの耐薬品性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、五酸化燐はその量が30〜40重量％の範囲であることが好ましい。
【００２２】
また、一酸化錫（ＳｎＯ）は、その量が47重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向があり、他方、60重量％を超えると封止材６ｂの耐薬品性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、一酸化錫はその量が47〜60重量％の範囲であることが好ましい。
【００２３】
さらに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、その量が１重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向があり、他方、６重量％を超えると封止材６ｂの結晶化が進んで流動性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止が困難となる傾向がある。従って、酸化亜鉛はその量が１〜６重量％の範囲であることが好ましい。
【００２４】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、その量が１重量％未満であると封止材６ｂの耐湿性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が低下する傾向にあり、他方、４重量％を超えると封止材６ｂの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向がある。従って、酸化アルミニウムはその量が１〜４重量％の範囲であることが好ましい。
【００２５】
酸化珪素（ＳｉＯ２）は、その量が１重量％未満であると封止材６ｂの熱膨張係数が大きくなってレンズ本体６ａおよび金属製固定部材５の熱膨張係数と大きく相違して、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が低下してしまう傾向があり、他方、３重量％を超えると封止材６ｂの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向がある。従って、酸化珪素はその量が１〜３重量％の範囲であることが好ましい。
【００２６】
さらに、フィラーとして添加されるコージェライト系化合物は、その量が16重量％未満であると封止材６ｂの強度が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向があり、他方、45重量％を超えると封止材６ｂの熱膨張係数が小さくなってレンズ本体６ａおよび金属製固定部材５の熱膨張係数と大きく相違して、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が低下してしまう傾向がある。従って、コージェライト系化合物はその量が16〜45重量％の範囲であることが好ましい。
【００２７】
このような環状の封止材６ｂは、例えば、平均粒子径が５〜15μｍの五酸化燐30〜40重量％、一酸化錫47〜60重量％、酸化亜鉛１〜６重量％、酸化アルミニウム１〜４重量％および酸化珪素１〜３重量％から成るガラス成分に平均粒子径が１〜10μｍのコージェライト系化合物を外添加で16〜45重量％添加したものとバインダー等とを混合した混合物を、封止材６ｂの形状となる金型を用いて約10ＭＰａの圧力でプレスすることにより形成される。
【００２８】
そして、ガラス本体６ａに環状の封止材６ｂを、例えば図３（ａ）に斜視図で、（ｂ）に断面図で示すような、縦30ｍｍ×横40ｍｍ×高さ３ｍｍ程度、材質が例えばＳＵＳ304である３段構造の組立治具８を用いて固定位置合せする。組立治具８は、その上段および下段治具８ａ・８ｃでガラス本体６ａと封止材６ｂを挟み込み、中段治具８ｂで封止材６ｂを固定位置合せする。そして、上段および下段治具８ａ・８ｃには開口部が設けられ、反転させることでガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面にそれぞれ反射防止膜６ｃを被着する。なお、この際、封止材６ｂには一切、反射防止膜６ｃが被着されないことが重要である。
【００２９】
反射防止膜６ｃは、真空蒸着機を用い、この装置内に組立治具８を設置してガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面にそれぞれに、反射防止膜６ｃと成る高屈折材と低屈折材とを1.33×10−３〜1.33×10−４Ｐａの真空中で加熱蒸発させて、ガラス本体６ａの表面に厚みが約20〜200ｎｍの薄膜を蒸着させることにより形成される。かくして本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６によれば、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材16を略球状のレンズ本体６ａの大円上の表面に環状の封止材６ｂが被着されているとともに、この封止材６ｂの両側のレンズ本体６ａの表面に反射防止膜６ｃが被着されて成るものとしたことから、封止材６ｂがレンズ本体６ａと反射防止膜６ｃを介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子２が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６に印加されたとしても、レンズ本体６ａと封止材６ｂとの接合強度が低下したり、封止材６ｂがレンズ本体６ａから剥離してしまうことはない。
【００３０】
次に、上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージを、図２に基づいて説明する。容器本体１は、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、その上面略中央部にＬＤ、ＰＤ等の光半導体素子２を収容する凹部Ａを有するとともに側部に凹部Ａまで貫通する貫通孔１ａが設けられた箱状であり、容器本体１が例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る場合、容器本体１となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。また、貫通孔１ａも容器本体１と同時に加工することにより形成される。そして、容器本体１の凹部Ａ底面には、光半導体素子２がガラス等の接着剤を介して接着固定される。
【００３１】
なお、容器本体１には、光半導体素子２と外部電気回路（図示せず）との電気的接続を行うためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るリード端子３が、通常その一端が内部に、他端が外部に導出するように、ホウ珪酸系ガラス等から成るリード端子封止材４を介して固定されており、リード端子３の一端と光半導体素子２の電極とをボンディングワイヤ等の電気的接続部材８を開して電気的に接続するとともに、他端を外部電気回路に電気的に接続することにより、光半導体素子２と外部電気回路とが電気的に接続される。
【００３２】
容器本体１の貫通孔１ａには、筒状の固定部材５が挿入固定されている。固定部材５は、光ファイバ（図示せず）を光半導体素子収納用パッケージに固定する機能を有し、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成る。固定部材５が、例えば金属材料から成る場合、50アロイ（Ｆｅ50重量％−Ｎｉ50重量％合金）等の金属材料が用いられ、固定部材５となる50アロイの母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。
【００３３】
なお、容器本体１および固定部材５が金属材料から成る場合は、その表面に酸化腐食を防止するとともに各部材接合用のろう材との濡れ性を改善するＮｉめっき層、Ａｕめっき層を被着しておくことが好ましい。
【００３４】
また、固定部材５の、容器本体１の凹部Ａ側の端部には、上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６が取着されている。光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、レンズ本体６ａと、封止材６ｂと、反射防止膜６ｃとから成り、光ファイバを通過した外部光を集光して光半導体素子２に導く、あるいは光半導体素子２の発する光を光ファイバに導く機能を有する。
【００３５】
このような光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の封止材６ｂの外周が筒状の固定部材５の内部に当接するように固定部材５に挿入し、あるいは封止材６ｂの直径と平行な面が固定部材５の容器本体１の凹部Ａ側の端部に当接するように固定部材５に挿入し、しかる後、封止材６ｂを430〜500℃の温度の加熱炉で加熱溶融することにより固定部材５の容器本体１側部の内側の端部に固定される。
【００３６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージにおいては、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６を略球状のレンズ本体６ａの、大円上の表面に環状の封止材６ｂが被着されているとともに、この封止材６ｂの両側のレンズ本体６ａの表面に反射防止膜６ｃが被着されて成るものとしたことから、封止材６ｂがレンズ本体６ａと反射防止膜６ｃを介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子２が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６に印加されたとしても、レンズ本体６ａと封止材６ｂとの接合強度が低下したり、封止材６ｃがレンズ本体６ａから剥離してしまうことはなく、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６を長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来るとともに、光半導体素子収納用パッケージの気密封止が破れることはなく、内部に収容する光半導体素子２を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３７】
なお、容器本体１の貫通孔１ａへの筒状の固定部材５の取着は、Ａｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で固定部材５を固定するとともに金属ろう材を約400℃の温度で加熱溶融することにより行なわれる。
【００３８】
最後に、光半導体素子２を容器本体１の光半導体素子２搭載部に接着剤を介して搭載固定するとともに、光半導体素子２の各電極をリード端子３にボンディングワイヤ等の電気的接続手段８を介して電気的に接続させ、しかる後、容器本体１の上面に蓋体７を封止材を介して接合し、容器本体１と蓋体７とから成る容器内部に光半導体素子２を気密に収容することによって製品として光半導体装置が完成する。
【００３９】
なお、蓋体７は、厚みが0.3〜0.4ｍｍの平板で、金属材料や、セラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る場合は、蓋体７となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知のプレス加工により打ち抜き加工を施すことにより形成される。
【００４０】
次に上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法を、図１〜図３をもとに詳細に説明する。
【００４１】
まず、上面に凹部Ａが形成されこの凹部Ａ内に光半導体素子２が収容されるとともに側部に凹部Ａまで貫通する貫通孔１ａが設けられた容器本体１と、上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６と、貫通孔１ａに挿入固定され、容器本体１の凹部Ａ側の端部に光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６が取着されるとともに外側の端部に光ファイバが装着される筒状の固定部材５とを準備する。
【００４２】
容器本体１は、その大きさが縦10〜20ｍｍ、横５〜15ｍｍ、高さ２〜10ｍｍの直方体であり、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、光半導体素子２を気密に収納するとともに光半導体素子２が発生する熱を外部に良好に放散するという観点からは、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、容器本体１となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。貫通孔１ａも容器本体１と同時に加工することにより形成される。
【００４３】
なお、容器本体１には、光半導体素子２と外部電気回路（図示せず）との電気的接続を行うためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るリード端子３が、通常その一端が内部に、他端が外部に導出するように、ホウ珪酸系ガラス等から成るリード端子封止材４を介して固定されている。
【００４４】
固定部材５は、その形状が筒状で、光ファイバを光半導体素子収納用パッケージに固定する機能を有し、容器本体１の側部に設けられた貫通孔１ａに挿入固定される。このような固定部材５は、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、例えば金属材料から成る場合、50アロイ（Ｆｅ50重量％−Ｎｉ50重量％合金）等の金属材料が用いられ、固定部材５と成る50アロイの母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。
【００４５】
なお、容器本体１および固定部材５が金属材料から成る場合は、その表面に酸化腐食を防止するとともに各部材接合用のろう材との濡れ性を改善するＮｉめっき層、Ａｕめっき層を被着しておくことが好ましい。
【００４６】
光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、上述のように、その直径が1.5ｍｍ程度の略球状であり、光ファイバを通過した外部光を集光して光半導体素子２に導く、あるいは光半導体素子２の発する光を光ファイバに導く機能を有する。このような光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、ホウ珪酸系の高屈折ガラスから成るレンズ本体６ａと、この大円上の表面に取着された環状の封止材６ｂと、この封止材６ｂの両側のレンズ本体６ａの表面に被着された反射防止膜６ｃとから構成されている。また、封止材６ｂは、錫燐酸系の低融点ガラス、例えば五酸化燐30〜40重量％、一酸化錫47〜60重量％、酸化亜鉛１〜６重量％、酸化アルミニウム１〜４重量％および酸化珪素１〜３重量％を含むガラス成分にフィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で16〜45重量％添加したものから成り、その形状は内径φ1.5ｍｍ程度、外径φ2.7ｍｍ程度、厚みが全周に渡って0.6ｍｍ程度の環状であり、幅が0.15〜0.35ｍｍである。さらに、反射防止膜６ｃは、ＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の高屈折材から成る薄膜とＭｇＦ２やＳｉＯ２等の低屈折材から成る薄膜とを交互に積層して成る多層膜であるが、ＭｇＦ２あるいはＳｉＯ２の単層膜や、ＳｉＯ２の単層膜を表面層としてＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜とを交互に重ねた多層膜や、ＳｉＯ２を表面層としＴｉＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜とを重ねる３層多層膜でもよく、膜厚と屈折率とを最適にすることでレンズ表面への外光の映り込みを防止する機能を有する。
【００４７】
なお、レンズ本体６ａへの反射防止膜６ｂの被着は、例えば縦30ｍｍ×横40ｍｍ×高さ３ｍｍ、縦４×横５配列で３段構造の材質ＳＵＳ304からなる組立治具８を用いて行なう。３段構造である組立治具８の上段および下段治具８ａ・８ｃでガラス本体６ａと封止材６ｂを挟み込み、中段治具８ｂで封止材６ｂを固定位置合せする。上段および下段治具８ａ・８ｃには開口部が設けられ、反転させることでガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面それぞれに反射防止膜６ｃを被着する。この際、封止材６ｂには反射防止膜６ｃが一切被着されないことが重要である。
【００４８】
反射防止膜６ｃは、真空蒸着機を用い、この装置内に組立治具８を設置してガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面にそれぞれに、反射防止膜６ｃと成る高屈折材と低屈折材とを1.33×10−３〜1.33×10−４Ｐａの真空中で加熱蒸発させて、ガラス本体６ａの表面に厚みが約20〜200ｎｍの薄膜を凝着させることにより形成される次に、筒状の固定部材５に光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６を挿入するとともに封止材６ｂを温度が430〜500℃の加熱炉で加熱溶融して固定する。なお、封止材６ｂの幅が0.15ｍｍ未満では、封止材６ｂの体積が不充分となり溶融時に光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の周りに封止材６ｂのメニスカスが充分に形成されず、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の接合強度が不充分となる傾向があり、他方、0.35ｍｍを超えると、封止材６ｂの体積が過多となり、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の表面に封止材６ｂが広がり過ぎて光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光透過量を減少させ、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光学特性を低下させてしまう傾向がある。
【００４９】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、筒状の固定部材５に、封止材６ｂが取着されるとともに、この封止材６ｂの両側の外周面に反射防止膜６ｃが被着されたレンズ本体６ａを挿入し、封止材６ｂを加熱溶融して固定することから、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６に封止材６ｂの加熱溶融による大きな熱応力が加わったとしても、反射防止膜６ｃとレンズ本体６ａや封止材６ｂとの間に熱膨張の不整合が発生することはなく、これらの接合強度が低下したり反射防止膜６ｃにクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいは、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光学特性が劣化してしまうということもなく、内部に収納する光半導体素子２を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる光半導体素子収納用パッケージを提供することができる。
【００５０】
そして、容器本体１の貫通孔１ａに筒状の固定部材５を挿入するとともに、Ａｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で固定して光半導体素子収納用パッケージを製造する。なお、金属ろう材がＡｕ−Ｓｎ合金の場合、その溶融温度は400℃程度である。
【００５１】
最後に、光半導体素子２を容器本体１の光半導体素子２搭載部に接着剤を介して搭載固定するとともに、光半導体素子２の各電極をリード端子３にボンディングワイヤ等の電気的接続手段８を介して電気的に接続させ、しかる後、容器本体１の上面に蓋体７を封止材を介して接合し、容器本体１と蓋体７とから成る容器内部に光半導体素子２を気密に収容することによって製品として光半導体装置が完成する。なお、蓋体７は、厚みが0.3〜0.4ｍｍの平板で、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る場合は、蓋体７となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知のプレス加工により打ち抜き加工を施すことにより形成される。
【００５２】
なお、本発明は上述の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であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施例では固定部材５が容器本体１の貫通孔１ａに挿入される例を示したが、固定部材５が容器本体１の貫通孔１ａ周辺の外表面に固定されていてもよい。この場合、固定部材５の容器本体１への固定は、容器本体１表面と固定部材５の凹部Ａ側の端部とをＡｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で固定すればよい。また、上述の実施例では封止材６ｂをガラスで示したが、これ以外の例えば、エポキシ樹脂などにも適用できる。また、製造方法においては各工程の順序が入れ替わっても適用できる。さらにガラス部材６を固定部材５の筒状の内部に取着することも何等問題ない。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材によれば、略球状のレンズ本体の大円上の表面に環状の封止材が被着されているとともに、この封止材の両側のレンズ本体の表面に反射防止膜が被着されて成るものとしたことから、封止材がレンズ本体と反射防止膜を介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に印加されたとしても、レンズ本体と封止材との接合強度が低下したり、封止材がレンズ本体から剥離してしまうことはなく、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来る。
【００５４】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、固定部材の端部に上記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を取着することから、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に封止材の加熱溶融による大きな熱応力が加わったとしても、反射防止膜とレンズ本体や封止材との間に熱膨張の不整合が発生することはなく、これらの接合強度が低下したり反射防止膜にクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいは光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の光学特性が劣化してしまうことはなく、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが出来る光半導体素子収納用パッケージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の実施の形態の一例を示す光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の、直径方向から見た断面図、および直径方向と垂直な方向から見た断面図である。
【図２】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図、および蓋体を外した状態での平面図である。
【図３】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれガラス部材の組立治具の斜視図および側面図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来の光半導体素子収納用パッケージを示す斜視図、断面図、およびその要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１、11・・・・・・・・・・容器本体
２、12・・・・・・・・・・光半導体素子
３、13・・・・・・・・・・リード端子
４、14・・・・・・・・・・リード端子封止材
５、15・・・・・・・・・・金属製固定部材
６、16・・・・・・・・・・光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材
６ａ、16ａ・・・・・・・・レンズ本体
６ｂ、16ｂ・・・・・・・・封止材
６ｃ、16ｃ・・・・・・・・反射防止膜
７、17・・・・・・・・・・蓋体
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＤ（レーザダイオード）、ＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子を気密に封止して収容するための光半導体素子収納用パッケージに使用されるレンズ部材およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光半導体素子を収納するパッケージとしては、従来、図４（a）に斜視図で、（b）に断面図で、（c）に要部拡大断面図で示すような、封止材16ｂを溶融してレンズ部材16を固定する光半導体素子収納用パッケージが用いられている。この光半導体素子収納用パッケージは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、その上面略中央部にＬＤ、ＰＤ等の光半導体素子12を収容する凹部Ａを有するとともに側部に凹部Ａまで貫通する貫通孔11ａが設けられた箱状の容器本体11と、50アロイ（Ｆｅ50重量％−Ｎｉ50重量％合金）等の金属材料から成り、容器本体11の側部の貫通孔11ａに挿入固定され、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面に固定され、凹部Ａ側の端部にレンズ部材16が取着された、外側の端部に光ファイバが装着される筒状の固定部材15と、容器本体11の上面に凹部を覆うように取着される蓋体17とから構成されている。また、容器本体11の外側面には、通常、光半導体素子12と外部電気回路との電気的接続を行うためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るリード端子13がホウ珪酸系ガラス等から成るリード端子封止材14を介して溶着されている。
【０００３】
なお、レンズ部材16は、その形状が球状や半球状等の略球状のホウ珪酸系ガラスから成るレンズ本体16ａと、レンズ本体16ａの表面全体に被着された反射防止膜16ｃと、レンズ本体16ａを固定部材15の容器本体11の凹部Ａ側の端部に固定する封止材16ｂとで構成されている。また、容器本体11および固定部材15は、表面に酸化腐食を防止するとともに各部材接合用のろう材との濡れ性を改善するＮｉめっき層、Ａｕめっき層が順次被着されており、固定部材15は、容器本体11の貫通孔11ａ内部に、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面にＡｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で取着されている。
【０００４】
そして、この光半導体素子収納用パッケージは、全面に反射防止膜16ｃが被着されたレンズ部材16を固定部材15の容器本体11の凹部Ａ側の端部に封止材16ｂで取着し、しかる後、固定部材15を容器本体11の貫通孔11ａに挿入固定する、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面に固定することによって製作されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来のレンズ部材16およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージにおいては、レンズ本体16ａと封止材16ｂとを反射防止膜16ｃを介して接合していることから、光半導体素子12が動作する際に発生する熱が長期間にわたりレンズ部材16に印加された場合、反射防止膜16ｃとレンズ本体16ａや封止材16ｂとの間に熱膨張による不整合が発生し、反射防止膜16ｃとレンズ本体16ａとの、あるいは反射防止膜16ｃと封止材16ｂとの接合強度が低下して、これらの界面から剥離してしまい、その結果、長期間にわたり正常かつ安定にレンズ部材16を固定保持させることが出来なくなってしまうととともに、光半導体素子収納用パッケージの気密封止が破れてしまい、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができないという問題点を有していた。
【０００６】
また、従来の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、レンズ本体16ａの全面に反射防止膜16ｃを被着したレンズ部材16を準備し、このレンズ部材16を固定部材15の容器本体11の凹部Ａ側の端部に封止材16ｂを加熱溶融して固定し、しかる後、固定部材15を容器本体11の貫通孔11aに挿入固定する、または容器本体11の貫通孔11ａ周辺の外表面に固定することによって製作していることから、レンズ部材16に封止材16ｂの加熱溶融による大きな熱応力が加わって、反射防止膜16ｃとレンズ本体16ａや封止材16ｂとの間に熱膨張の不整合が発生し、これらの接合強度が低下したり反射防止膜16ｃにクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいはレンズ部材16の光学特性が劣化してしまい、内部に収納する光半導体素子12を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが出来なくなってしまうという問題点を有していた。
【０００７】
本発明はかかる従来技術の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は容器本体の内部に光半導体素子を気密に封止するとともに、長期間に渡り正常かつ安定に固定保持させることが出来る光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材は、略球状のレンズ本体の大円上の表面に環状の封止材が被着されているとともに、該封止材の両側の前記レンズ本体の表面に反射防止膜が被着されていることを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法は、上面に凹部が形成され該凹部内に光半導体素子が収容されるとともに側部に前記凹部まで貫通する貫通孔が設けられた容器本体と、請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材と、前記貫通孔に挿入固定され、または前記容器本体の前記貫通孔周辺の外表面に固定され、一方の端部に前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材が取着されるとともに他方の端部に光ファイバが装着される筒状の固定部材とを準備する工程と、該固定部材の前記一方の端部に前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を取着する工程と、前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材が取着された前記一方の端部が前記凹部側となるように、前記容器本体の前記貫通孔に前記固定部材を挿入固定する、または前記容器本体の前記貫通孔周辺の外表面に前記固定部材を固定する工程とを具備することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材によれば、略球状のレンズ本体の大円上の表面に環状の封止材が被着されているとともに、この封止材の両側のレンズ本体の表面に反射防止膜が被着されて成るものとしたことから、封止材がレンズ本体と反射防止膜を介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に印加されたとしても、レンズ本体と封止材との接合強度が低下したり、封止材がレンズ本体から剥離してしまうことはなく、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来る。
【００１２】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、固定部材の端部に上記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を取着することから、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に封止材の加熱溶融による大きな熱応力が加わったとしても、反射防止膜とレンズ本体や封止材との間に熱膨張の不整合が発生することはなく、これらの接合強度が低下したり反射防止膜にクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいは光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の光学特性が劣化してしまうことはなく、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが出来る光半導体素子収納用パッケージを提供できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材およびこれを用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の実施の形態の一例を示す光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の、封止材の直径方向から見た断面図、および封止材の直径方向と垂直な方向から見た断面図であり、図２（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図、および蓋体を外した状態での平面図である。
【００１５】
これらの図において、６ａはレンズ本体、６ｂは封止材、６ｃは反射防止膜であり、これらで本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６が構成されている。また、１は容器本体、２は半導体素子、３はリード端子、４はリード端子封止材、５は固定部材、７は蓋体であり、主に容器本体１、固定部材５、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６および蓋体７で本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージが構成されている。なお、この実施例では、固定部材５が貫通孔１ａに挿入固定されている例を示している。
【００１６】
レンズ本体６ａは、その直径が1.5ｍｍ程度の略球状であり、光半導体素子収納用パッケージにおいて、光ファイバ（図示せず）を通過した外部光を集光して光半導体素子２に導く、あるいは光半導体素子２の発する光を光ファイバに導く機能を有する。このようなレンズ本体６ａは、ホウ珪酸系の高屈折ガラスから成り、レンズ本体６ａの大円上の表面には環状の封止材６ｂが取着されている。なお、ここで大円とは、球を球の中心を通る平面で切った時にその切り口に出きる円をさす。
【００１７】
封止材６ｂは、錫燐酸系の低融点ガラスから成り、内径がφ1.5ｍｍ程度、外径がφ2.7ｍｍ程度、厚みが全周に渡って0.6ｍｍ程度の環状であり、幅が0.15〜0.35ｍｍである。封止材６ｂの幅は、気密封止の信頼性の観点からは0.15〜0.35ｍｍが好ましく、その幅が0.15ｍｍ未満では、封止材６ｂの体積が不充分となり溶融時にレンズ本体６ａの周りに封止材６ｂのメニスカスが充分に形成されず、レンズ本体６ａの接合強度が不充分となる傾向があり、他方、0.35ｍｍを超えると、封止材６ｂの体積が過多となり、レンズ本体６ａの表面に封止材６ｂが広がり過ぎて光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光透過量を減少させ、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光学特性を低下させてしまう傾向がある。従って、封止材６ｂの幅は0.15〜0.35ｍｍが好ましい。
【００１８】
また、レンズ本体６ａの環状の封止材６ｂの両側表面には、高屈折材と低屈折材とから成る多層膜の反射防止膜６ｃが蒸着法やディッピング法等の手法によって被着されている。反射防止膜６ｃは、通常ＴｉＯ2やＡｌ2Ｏ3等の高屈折材から成る薄膜とＭｇＦ2やＳｉＯ2等の低屈折材から成る薄膜とを交互に積層して成る多層膜であるが、ＭｇＦ2あるいはＳｉＯ2の単層膜や、ＳｉＯ2の単層膜を表面層としてＴｉＯ2膜とＳｉＯ2膜とを交互に重ねた多層膜や、ＳｉＯ2を表面層としＴｉＯ2膜とＡｌ2Ｏ3膜とを重ねる３層多層膜でもよく、膜厚と屈折率とを最適化することによりレンズ本体６ａ表面への外光の映り込みを防止する機能を有する。
【００１９】
また、反射防止膜６ｃは、波長1260〜1620ｎｍにおいては、光の透過率が98％以上、波長1550ｎｍにおいては、光の透過率が99.5％以上とすることが好ましい。波長1260〜1620ｎｍにおいて光の透過率が98％未満、波長1550ｎｍにおいて光の透過率が99.5％未満であると、レンズ表面が光って見えたり外部の映り込みのためにレンズ本体６ａを通過する光の軸がぼやけてしまう傾向がある。
【００２０】
なお、封止材６ｂは、例えば五酸化燐30〜40重量％、一酸化錫47〜60重量％、酸化亜鉛１〜６重量％、酸化アルミニウム１〜４重量％および酸化珪素１〜３重量％を含むガラス成分にフィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で16〜45重量％添加したものから成り、ホウ珪酸系ガラスから成るレンズ本体６ａと強固な接合が可能となり、光半導体素子２が動作する際に発生する熱が長期間にわたり封止材６ｂとレンズ本体６ａとの接合部に印加されたとしても、レンズ本体６ａと封止材６ｂとの接合強度が低下したり、封止材６ｂがレンズ本体６ａから剥離してしまうことはなく、レンズ本体６ａを長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来る。
【００２１】
封止材６ｂは、五酸化燐（Ｐ２Ｏ５）が30重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向があり、他方、40重量％を超えると封止材６ｂの耐薬品性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、五酸化燐はその量が30〜40重量％の範囲であることが好ましい。
【００２２】
また、一酸化錫（ＳｎＯ）は、その量が47重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向があり、他方、60重量％を超えると封止材６ｂの耐薬品性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向にある。従って、一酸化錫はその量が47〜60重量％の範囲であることが好ましい。
【００２３】
さらに、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、その量が１重量％未満であるとガラスの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向があり、他方、６重量％を超えると封止材６ｂの結晶化が進んで流動性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止が困難となる傾向がある。従って、酸化亜鉛はその量が１〜６重量％の範囲であることが好ましい。
【００２４】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）は、その量が１重量％未満であると封止材６ｂの耐湿性が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が低下する傾向にあり、他方、４重量％を超えると封止材６ｂの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向がある。従って、酸化アルミニウムはその量が１〜４重量％の範囲であることが好ましい。
【００２５】
酸化珪素（ＳｉＯ２）は、その量が１重量％未満であると封止材６ｂの熱膨張係数が大きくなってレンズ本体６ａおよび金属製固定部材５の熱膨張係数と大きく相違して、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が低下してしまう傾向があり、他方、３重量％を超えると封止材６ｂの軟化溶融温度が高くなり、低温での光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の金属製固定部材５への気密接合が困難となる傾向がある。従って、酸化珪素はその量が１〜３重量％の範囲であることが好ましい。
【００２６】
さらに、フィラーとして添加されるコージェライト系化合物は、その量が16重量％未満であると封止材６ｂの強度が低下し、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が大きく低下する傾向があり、他方、45重量％を超えると封止材６ｂの熱膨張係数が小さくなってレンズ本体６ａおよび金属製固定部材５の熱膨張係数と大きく相違して、光半導体素子収納用パッケージの気密封止の信頼性が低下してしまう傾向がある。従って、コージェライト系化合物はその量が16〜45重量％の範囲であることが好ましい。
【００２７】
このような環状の封止材６ｂは、例えば、平均粒子径が５〜15μｍの五酸化燐30〜40重量％、一酸化錫47〜60重量％、酸化亜鉛１〜６重量％、酸化アルミニウム１〜４重量％および酸化珪素１〜３重量％から成るガラス成分に平均粒子径が１〜10μｍのコージェライト系化合物を外添加で16〜45重量％添加したものとバインダー等とを混合した混合物を、封止材６ｂの形状となる金型を用いて約10ＭＰａの圧力でプレスすることにより形成される。
【００２８】
そして、ガラス本体６ａに環状の封止材６ｂを、例えば図３（ａ）に斜視図で、（ｂ）に断面図で示すような、縦30ｍｍ×横40ｍｍ×高さ３ｍｍ程度、材質が例えばＳＵＳ304である３段構造の組立治具８を用いて固定位置合せする。組立治具８は、その上段および下段治具８ａ・８ｃでガラス本体６ａと封止材６ｂを挟み込み、中段治具８ｂで封止材６ｂを固定位置合せする。そして、上段および下段治具８ａ・８ｃには開口部が設けられ、反転させることでガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面にそれぞれ反射防止膜６ｃを被着する。なお、この際、封止材６ｂには一切、反射防止膜６ｃが被着されないことが重要である。
【００２９】
反射防止膜６ｃは、真空蒸着機を用い、この装置内に組立治具８を設置してガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面にそれぞれに、反射防止膜６ｃと成る高屈折材と低屈折材とを1.33×10−３〜1.33×10−４Ｐａの真空中で加熱蒸発させて、ガラス本体６ａの表面に厚みが約20〜200ｎｍの薄膜を蒸着させることにより形成される。かくして本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６によれば、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材16を略球状のレンズ本体６ａの大円上の表面に環状の封止材６ｂが被着されているとともに、この封止材６ｂの両側のレンズ本体６ａの表面に反射防止膜６ｃが被着されて成るものとしたことから、封止材６ｂがレンズ本体６ａと反射防止膜６ｃを介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子２が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６に印加されたとしても、レンズ本体６ａと封止材６ｂとの接合強度が低下したり、封止材６ｂがレンズ本体６ａから剥離してしまうことはない。
【００３０】
次に、上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージを、図２に基づいて説明する。容器本体１は、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、その上面略中央部にＬＤ、ＰＤ等の光半導体素子２を収容する凹部Ａを有するとともに側部に凹部Ａまで貫通する貫通孔１ａが設けられた箱状であり、容器本体１が例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る場合、容器本体１となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。また、貫通孔１ａも容器本体１と同時に加工することにより形成される。そして、容器本体１の凹部Ａ底面には、光半導体素子２がガラス等の接着剤を介して接着固定される。
【００３１】
なお、容器本体１には、光半導体素子２と外部電気回路（図示せず）との電気的接続を行うためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るリード端子３が、通常その一端が内部に、他端が外部に導出するように、ホウ珪酸系ガラス等から成るリード端子封止材４を介して固定されており、リード端子３の一端と光半導体素子２の電極とをボンディングワイヤ等の電気的接続部材８を開して電気的に接続するとともに、他端を外部電気回路に電気的に接続することにより、光半導体素子２と外部電気回路とが電気的に接続される。
【００３２】
容器本体１の貫通孔１ａには、筒状の固定部材５が挿入固定されている。固定部材５は、光ファイバ（図示せず）を光半導体素子収納用パッケージに固定する機能を有し、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成る。固定部材５が、例えば金属材料から成る場合、50アロイ（Ｆｅ50重量％−Ｎｉ50重量％合金）等の金属材料が用いられ、固定部材５となる50アロイの母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。
【００３３】
なお、容器本体１および固定部材５が金属材料から成る場合は、その表面に酸化腐食を防止するとともに各部材接合用のろう材との濡れ性を改善するＮｉめっき層、Ａｕめっき層を被着しておくことが好ましい。
【００３４】
また、固定部材５の、容器本体１の凹部Ａ側の端部には、上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６が取着されている。光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、レンズ本体６ａと、封止材６ｂと、反射防止膜６ｃとから成り、光ファイバを通過した外部光を集光して光半導体素子２に導く、あるいは光半導体素子２の発する光を光ファイバに導く機能を有する。
【００３５】
このような光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の封止材６ｂの外周が筒状の固定部材５の内部に当接するように固定部材５に挿入し、あるいは封止材６ｂの直径と平行な面が固定部材５の容器本体１の凹部Ａ側の端部に当接するように固定部材５に挿入し、しかる後、封止材６ｂを430〜500℃の温度の加熱炉で加熱溶融することにより固定部材５の容器本体１側部の内側の端部に固定される。
【００３６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージにおいては、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６を略球状のレンズ本体６ａの、大円上の表面に環状の封止材６ｂが被着されているとともに、この封止材６ｂの両側のレンズ本体６ａの表面に反射防止膜６ｃが被着されて成るものとしたことから、封止材６ｂがレンズ本体６ａと反射防止膜６ｃを介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子２が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６に印加されたとしても、レンズ本体６ａと封止材６ｂとの接合強度が低下したり、封止材６ｃがレンズ本体６ａから剥離してしまうことはなく、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６を長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来るとともに、光半導体素子収納用パッケージの気密封止が破れることはなく、内部に収容する光半導体素子２を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３７】
なお、容器本体１の貫通孔１ａへの筒状の固定部材５の取着は、Ａｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で固定部材５を固定するとともに金属ろう材を約400℃の温度で加熱溶融することにより行なわれる。
【００３８】
最後に、光半導体素子２を容器本体１の光半導体素子２搭載部に接着剤を介して搭載固定するとともに、光半導体素子２の各電極をリード端子３にボンディングワイヤ等の電気的接続手段８を介して電気的に接続させ、しかる後、容器本体１の上面に蓋体７を封止材を介して接合し、容器本体１と蓋体７とから成る容器内部に光半導体素子２を気密に収容することによって製品として光半導体装置が完成する。
【００３９】
なお、蓋体７は、厚みが0.3〜0.4ｍｍの平板で、金属材料や、セラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る場合は、蓋体７となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知のプレス加工により打ち抜き加工を施すことにより形成される。
【００４０】
次に上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法を、図１〜図３をもとに詳細に説明する。
【００４１】
まず、上面に凹部Ａが形成されこの凹部Ａ内に光半導体素子２が収容されるとともに側部に凹部Ａまで貫通する貫通孔１ａが設けられた容器本体１と、上述の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６と、貫通孔１ａに挿入固定され、容器本体１の凹部Ａ側の端部に光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６が取着されるとともに外側の端部に光ファイバが装着される筒状の固定部材５とを準備する。
【００４２】
容器本体１は、その大きさが縦10〜20ｍｍ、横５〜15ｍｍ、高さ２〜10ｍｍの直方体であり、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、光半導体素子２を気密に収納するとともに光半導体素子２が発生する熱を外部に良好に放散するという観点からは、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成り、容器本体１となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。貫通孔１ａも容器本体１と同時に加工することにより形成される。
【００４３】
なお、容器本体１には、光半導体素子２と外部電気回路（図示せず）との電気的接続を行うためのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成るリード端子３が、通常その一端が内部に、他端が外部に導出するように、ホウ珪酸系ガラス等から成るリード端子封止材４を介して固定されている。
【００４４】
固定部材５は、その形状が筒状で、光ファイバを光半導体素子収納用パッケージに固定する機能を有し、容器本体１の側部に設けられた貫通孔１ａに挿入固定される。このような固定部材５は、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、例えば金属材料から成る場合、50アロイ（Ｆｅ50重量％−Ｎｉ50重量％合金）等の金属材料が用いられ、固定部材５と成る50アロイの母材を従来周知の切削加工やプレス加工、あるいは金属射出成形法（ＭＩＭ）等により凹凸加工・打ち抜きを施すことにより形成される。
【００４５】
なお、容器本体１および固定部材５が金属材料から成る場合は、その表面に酸化腐食を防止するとともに各部材接合用のろう材との濡れ性を改善するＮｉめっき層、Ａｕめっき層を被着しておくことが好ましい。
【００４６】
光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、上述のように、その直径が1.5ｍｍ程度の略球状であり、光ファイバを通過した外部光を集光して光半導体素子２に導く、あるいは光半導体素子２の発する光を光ファイバに導く機能を有する。このような光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６は、ホウ珪酸系の高屈折ガラスから成るレンズ本体６ａと、この大円上の表面に取着された環状の封止材６ｂと、この封止材６ｂの両側のレンズ本体６ａの表面に被着された反射防止膜６ｃとから構成されている。また、封止材６ｂは、錫燐酸系の低融点ガラス、例えば五酸化燐30〜40重量％、一酸化錫47〜60重量％、酸化亜鉛１〜６重量％、酸化アルミニウム１〜４重量％および酸化珪素１〜３重量％を含むガラス成分にフィラーとしてコージェライト系化合物を外添加で16〜45重量％添加したものから成り、その形状は内径φ1.5ｍｍ程度、外径φ2.7ｍｍ程度、厚みが全周に渡って0.6ｍｍ程度の環状であり、幅が0.15〜0.35ｍｍである。さらに、反射防止膜６ｃは、ＴｉＯ２やＡｌ２Ｏ３等の高屈折材から成る薄膜とＭｇＦ２やＳｉＯ２等の低屈折材から成る薄膜とを交互に積層して成る多層膜であるが、ＭｇＦ２あるいはＳｉＯ２の単層膜や、ＳｉＯ２の単層膜を表面層としてＳｉＯ２膜とＴｉＯ２膜とを交互に重ねた多層膜や、ＳｉＯ２を表面層としＴｉＯ２膜とＡｌ２Ｏ３膜とを重ねる３層多層膜でもよく、膜厚と屈折率とを最適にすることでレンズ表面への外光の映り込みを防止する機能を有する。
【００４７】
なお、レンズ本体６ａへの反射防止膜６ｂの被着は、例えば縦30ｍｍ×横40ｍｍ×高さ３ｍｍ、縦４×横５配列で３段構造の材質ＳＵＳ304からなる組立治具８を用いて行なう。３段構造である組立治具８の上段および下段治具８ａ・８ｃでガラス本体６ａと封止材６ｂを挟み込み、中段治具８ｂで封止材６ｂを固定位置合せする。上段および下段治具８ａ・８ｃには開口部が設けられ、反転させることでガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面それぞれに反射防止膜６ｃを被着する。この際、封止材６ｂには反射防止膜６ｃが一切被着されないことが重要である。
【００４８】
反射防止膜６ｃは、真空蒸着機を用い、この装置内に組立治具８を設置してガラス本体６ａ表面の封止材６ｂの両側外周面にそれぞれに、反射防止膜６ｃと成る高屈折材と低屈折材とを1.33×10−３〜1.33×10−４Ｐａの真空中で加熱蒸発させて、ガラス本体６ａの表面に厚みが約20〜200ｎｍの薄膜を凝着させることにより形成される次に、筒状の固定部材５に光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６を挿入するとともに封止材６ｂを温度が430〜500℃の加熱炉で加熱溶融して固定する。なお、封止材６ｂの幅が0.15ｍｍ未満では、封止材６ｂの体積が不充分となり溶融時に光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の周りに封止材６ｂのメニスカスが充分に形成されず、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の接合強度が不充分となる傾向があり、他方、0.35ｍｍを超えると、封止材６ｂの体積が過多となり、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の表面に封止材６ｂが広がり過ぎて光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光透過量を減少させ、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光学特性を低下させてしまう傾向がある。
【００４９】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、筒状の固定部材５に、封止材６ｂが取着されるとともに、この封止材６ｂの両側の外周面に反射防止膜６ｃが被着されたレンズ本体６ａを挿入し、封止材６ｂを加熱溶融して固定することから、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６に封止材６ｂの加熱溶融による大きな熱応力が加わったとしても、反射防止膜６ｃとレンズ本体６ａや封止材６ｂとの間に熱膨張の不整合が発生することはなく、これらの接合強度が低下したり反射防止膜６ｃにクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいは、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材６の光学特性が劣化してしまうということもなく、内部に収納する光半導体素子２を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができる光半導体素子収納用パッケージを提供することができる。
【００５０】
そして、容器本体１の貫通孔１ａに筒状の固定部材５を挿入するとともに、Ａｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で固定して光半導体素子収納用パッケージを製造する。なお、金属ろう材がＡｕ−Ｓｎ合金の場合、その溶融温度は400℃程度である。
【００５１】
最後に、光半導体素子２を容器本体１の光半導体素子２搭載部に接着剤を介して搭載固定するとともに、光半導体素子２の各電極をリード端子３にボンディングワイヤ等の電気的接続手段８を介して電気的に接続させ、しかる後、容器本体１の上面に蓋体７を封止材を介して接合し、容器本体１と蓋体７とから成る容器内部に光半導体素子２を気密に収容することによって製品として光半導体装置が完成する。なお、蓋体７は、厚みが0.3〜0.4ｍｍの平板で、金属材料やセラミックス等の無機絶縁材料・樹脂等の有機材料から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る場合は、蓋体７となるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の母材を従来周知のプレス加工により打ち抜き加工を施すことにより形成される。
【００５２】
なお、本発明は上述の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であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施例では固定部材５が容器本体１の貫通孔１ａに挿入される例を示したが、固定部材５が容器本体１の貫通孔１ａ周辺の外表面に固定されていてもよい。この場合、固定部材５の容器本体１への固定は、容器本体１表面と固定部材５の凹部Ａ側の端部とをＡｕ−Ｓｎ合金等の金属ろう材で固定すればよい。また、上述の実施例では封止材６ｂをガラスで示したが、これ以外の例えば、エポキシ樹脂などにも適用できる。また、製造方法においては各工程の順序が入れ替わっても適用できる。さらにガラス部材６を固定部材５の筒状の内部に取着することも何等問題ない。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材によれば、略球状のレンズ本体の大円上の表面に環状の封止材が被着されているとともに、この封止材の両側のレンズ本体の表面に反射防止膜が被着されて成るものとしたことから、封止材がレンズ本体と反射防止膜を介することなく直接接合し、その結果、光半導体素子が動作する際に発生する熱が長期間にわたり光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に印加されたとしても、レンズ本体と封止材との接合強度が低下したり、封止材がレンズ本体から剥離してしまうことはなく、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を長期間にわたり正常かつ安定に固定保持することが出来る。
【００５４】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、固定部材の端部に上記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を取着することから、光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材に封止材の加熱溶融による大きな熱応力が加わったとしても、反射防止膜とレンズ本体や封止材との間に熱膨張の不整合が発生することはなく、これらの接合強度が低下したり反射防止膜にクラックが発生して気密封止の信頼性が低下してしまう、あるいは光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の光学特性が劣化してしまうことはなく、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることが出来る光半導体素子収納用パッケージを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の実施の形態の一例を示す光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材の、直径方向から見た断面図、および直径方向と垂直な方向から見た断面図である。
【図２】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を用いた光半導体素子収納用パッケージの製造方法における光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図、および蓋体を外した状態での平面図である。
【図３】 （ａ）、（ｂ）は、それぞれガラス部材の組立治具の斜視図および側面図である。
【図４】 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ従来の光半導体素子収納用パッケージを示す斜視図、断面図、およびその要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１、11・・・・・・・・・・容器本体
２、12・・・・・・・・・・光半導体素子
３、13・・・・・・・・・・リード端子
４、14・・・・・・・・・・リード端子封止材
５、15・・・・・・・・・・金属製固定部材
６、16・・・・・・・・・・光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材
６ａ、16ａ・・・・・・・・レンズ本体
６ｂ、16ｂ・・・・・・・・封止材
６ｃ、16ｃ・・・・・・・・反射防止膜
７、17・・・・・・・・・・蓋体
Claims (2)
- 略球状のレンズ本体の大円上の表面に環状の封止材が被着されているとともに、該封止材の両側の前記レンズ本体の表面に反射防止膜が被着されていることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材。
- 上面に凹部が形成され該凹部内に光半導体素子が収容されるとともに側部に前記凹部まで貫通する貫通孔が設けられた容器本体と、請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材と、前記貫通孔に挿入固定され、または前記容器本体の前記貫通孔周辺の外表面に固定され、一方の端部に前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材が取着されるとともに他方の端部に光ファイバが装着される筒状の固定部材とを準備する工程と、該固定部材の前記一方の端部に前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材を取着する工程と、前記光半導体素子収納用パッケージ用レンズ部材が取着された前記一方の端部が前記凹部側となるように、前記容器本体の前記貫通孔に前記固定部材を挿入固定する、または前記容器本体の前記貫通孔周辺の外表面に前記固定部材を固定する工程とを具備することを特徴とする光半導体素子収納用パッケージの製造方法。
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