JP7023809B2 - 光学装置用蓋体および光学装置 - Google Patents

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。

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。

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。

特開２００３－２８２７５４号公報 特開２０１５－１９５３３０号公報

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。

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。

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おり、前記枠部材と前記枠体とは、前記段差部より外側で接合されている。

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。

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。

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。

（ａ）は光学装置用蓋体の一例を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）を分解して示す分解斜視図であり、（ｃ）は（ａ）のＣ－Ｃ線における断面図である。 （ａ）は図１（ｃ）のＡ部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は他の一例の要部を拡大して示す断面図である。 （ａ）および（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。 （ａ）および（ｂ）はいずれも図３に示す光学装置用蓋体を示す平面図(下面図)である。 光学装置の一例を示す斜視図である。 （ａ）は図５のＡ－Ａ線における断面図であり、（ｂ）は図５のＢ－Ｂ線における断面図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（ＭｇＦ_２）、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）、フッ化ランタン（ＬａＯ_３）、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、五酸化チタン（Ｔｉ_３Ｏ_５）、五酸化ニオブ（Ｎｂ_２Ｏ_５）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）、酸化チタン（ＴｉＯ_２）、またはＺｒＯ_２＋ＴｉＯ_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (7)

1. 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おり、
   前記枠部材と前記枠体とは、前記段差部より外側で接合されている光学装置用蓋体。
2. 前記枠部材の表面は、ＣｏまたはＣｒが含有されたＮｉめっき被膜で覆われている請求項１に記載の光学装置用蓋体。
3. 前記枠部材の表面は、Ｂが含有されたＮｉめっき被膜で覆われている請求項１または請求項２に記載の光学装置用蓋体。
4. 前記第２接合材は、前記枠体の前記内側面より外側に位置する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光学装置用蓋体。
5. 前記枠体は前記段差部の段差面に凹部を有しており、該凹部に前記第２接合材が入りこんでいる請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光学装置用蓋体。
6. 前記透光性部材の前記上面および下面の少なくとも一方に光学膜を備えている請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の光学装置用蓋体。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載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光学装置。

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