JPH09258070A - 光半導体装置の溶接用金属ホルダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ＴＯ型パッケージとこれを保持しスリーブとの
光接続を容易にした金属ホルダーの新しい構造であっ
て，パッケージとの電気溶接を可能にする． 【構成】円筒状の金属ホルダーのパッケージとの接触箇
所は電気溶接用の突起構造とし，突起の頂点はホルダー
内面の延長線上に位置し，裾部はホルダー外方向にのみ
広がっている．突起の断面の高さと幅はほぼ等しく，溶
接時に突起が溶融しても溶融材はホルダー外側に集中し
て展開するため，ホルダーとパッケージの位置のズレは
生じない．

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は受光素子、発光素子等
の光半導体素子を内蔵、封止したパッケージ保持する金
属ホルダーの電気溶接用の突起形状に係る。

【０００２】

【従来の技術】図１はフォトダイオード、レーザーダイ
オード等の光学機能を有する半導体素子９と光ファイバ
ー１とを光学的に接続するための部材の構成を示してい
る．すなわち，半導体素子を基台７とキャップ６からな
りレンズ５の備わっているパッケージに封止し，このパ
ッケージを円筒状の金属ホルダー４に嵌合する．一方フ
ァイバー側は，径がほぼファイバー径に等しい孔を中心
に有する円筒状のフェルール２にファイバーを貫通さ
せ，この一体化されたフェルールとファイバーとをスリ
ーブ３の中央の孔に嵌合した上で，スリーブ３と金属ホ
ルダー４とを光軸調整しながら溶接，固定して光モジュ
ールを完成する．

【０００３】ここで，ファイバーの径は１２５μｍ程度
であるが光が透過するコア径はシングルモードファイバ
ーでは４μｍに過ぎない．光半導体素子とファイバーの
光軸合わせにはミクロンオーダー，時にはサブミクロン
のオーダーの精度が要求されるため、従来は半導体を封
止するパッケージには複雑で高価な特殊な形状のものを
採用し，上記精度を実現していた．

【０００４】しかし、近年光通信の需要の急速な高まり
とともに半導体素子とファイバーとの光接合には，より
安価で簡便な接続形態の要求が強くなってきた。例えば
半導体を封止するパッケージには市販の標準品であるＴ
Ｏ型のものを使用し、フェルールの材料には、従来の金
属やセラミックに代え、プラスチックを採用する等であ
る。

【０００５】しかしＴＯパッケージ単体では光半導体素
子を搭載したモジュールに要求される様々の条件を必ず
しも満足することはできない。すなわち、十分な機械的
強度、スリーブとの接合時に使用されるＹＡＧ溶接には
必ずしも最適な材料ではない、等のためである。従って
従来はＴＯパッケージを金属ホルダに固定した後、この
金属ホルダと金属性のスリーブを光軸合わせした後、Ｙ
ＡＧ溶接で固定するのが一般的であった。

【０００６】ここでＴＯ型パッケージと金属ホルダとの
固定に際しては、従来は図４に示される様な接着剤によ
る方法が採用されていた。すなわち、ＴＯパッケージ６
の周囲に接着剤を塗布しておき、これに金属ホルダ４を
被せて固定した上で接着剤を固化させる方法である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら接着剤を
使用する前述の方法では、接着剤の固化までの時間がか
かる上に、接着剤の塗布均一性、固化条件を管理するの
が難しく、また良好な接着が果たされたとしても光モジ
ュールに要求される−４０℃〜８５℃の温度範囲におい
て、二つの材料の膨張係数の差に起因する光軸ズレを抑
制するのが困難であった。これはシングルモードファイ
バーや、レーザダイオードを使用する高い光軸合わせ精
度が要求される光モジュールに対しては致命的な問題と
なってくる。

【０００８】従来これらの問題を避けるためにはパッケ
ージと金属ホルダーを溶接により接着せざるを得なかっ
た。図５は図４において円で囲まれた箇所、すなわち、
金属ホルダー４と溶接されるパッケージキャップ６の側
底部の拡大図を示している。市販標準のＴＯ型パッケー
ジを使用した場合溶接代となるキャップフランジ６の平
坦部の幅は僅か０．１５ｍｍでしか確保することができ
なかった。

【０００９】また、従来より使用されている電気溶接の
ための金属ホルダーの溶接先端部の断面形状は、溶接の
均一性を確保する為に突起先端部に対してほぼ等方的な
広がりを有するのが一般的である。この場合には僅かな
面積しか確保されないキャップの溶接代に対し、金属ホ
ルダーの位置合わせに対する余裕度がさらに制約される
ことになってしまう。

【００１０】以上の理由により、従来市販の標準パッケ
ージと金属ホルダーの電気溶接は一般に困難で、電気溶
接を行うには溶接代が十分確保され位置合わせ余裕が保
てる特殊なパッケージを用意する必要があった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明によれば溶接代の
少ないＴＯ型パッケージとの間でも必要な合わせ精度を
拡大できる金属ホルダーの新たな形状を提供する。すな
わち、パッケージキャップと接触する金属ホルダー突起
部の断面形状を、幅と高さがほぼ等しく、先端が金属ホ
ルダー内面からの延長線上にあり、ホルダー外方向にの
み傾斜部を有する非対称のものとする。

【００１３】

【作用】金属ホルダーとキャップの溶接前にはこの突起
の先端部のみがキャップと接触することで、キャップ側
部と底部の境界部の局面の影響を回避することが可能と
なる。また突起先端部がホルダー内面の延長線上にある
ために、溶接代の幅を最大限利用して金属ホルダーとパ
ッケージの位置合わせを行うことが可能となる。本発明
に係る金属ホルダーとパッケージキャップ部を電気溶接
は突起先端部から基底部に向かって順次溶融することで
果たされる。その時には溶融部材はキャップ平坦部の上
を主に外側に沿って広がりことになるため、キャップと
の間で十分な溶接強度が確保されるばかりでなく、溶接
前後での位置ズレを防止することが可能となる。

【００１４】

【発明の実施の態様】以下実施例を用いて本発明に係る
金属ホルダーを説明する。図２は本発明に係る金属ホル
ダー示している。外径５．７２ｍｍΦの円筒状で、その
一端は内径５．１ｍｍΦで深さ４．２ｍｍのくり貫き部
を備え、この箇所に集光レンズを備えた蓋付きのＴＯ型
パッケージが収納される。他端は３．６ｍｍΦの貫通孔
を有し、この貫通孔の先にフェルールを一体化した光フ
ァイバーを嵌合したスリーブを接続することで、ＴＯパ
ッケージ内の半導体素子と、光ファイバーの光結合が実
現される。金属ホルダー底部は高さ０．１ｍｍ、幅０．
１ｍｍの突起を有し、突起の先端は前述の４．２ｍｍΦ
にくり貫かれた内壁の延長線上に位置している。

【００１５】半導体素子はＴＯパッケージの基台部のほ
ぼ中央にマウントされ、パッケージとリードピンとの間
でワイヤーボンディングにより電気的な接続が果たされ
る。パッケージキャップは高さ約３．５ｍｍで、その中
央にはレンズ搭載用の孔が設けられ、この孔に素子側と
素子と反対側で焦点距離の異なる球レンズが設けられ
る。パッケージ基台部との接続はキャップ底部に設けら
れた幅０．３５ｍｍのフランジと基台を電気溶接して行
う。これらＴＯパッケージとキャップの材料としてはコ
バールが一般的である。

【００１６】次に本発明に係る金属ホルダーとＴＯパッ
ケージの溶接方法について説明する。図３−（ａ）ない
し図３−（ｃ）はこの工程の一連の流れを示すものであ
る。金属ホルダーの収納治具を兼ねた下部電極２１内に
底面を上にしてホルダーを載置する（ａ）。半導体が基
台部にマウントされ、球レンズを備えたキャップにより
封止されたＴＯパッケージ６を金属ホルダーの繰り抜き
孔に挿入する（ｂ）。この時両者の相対位置をキャップ
のフランジ平坦部の幅の範囲内で調整することも可能で
ある。

【００１７】次いで上方より上部電極２２を下降させて
パッケージの基部と接触させ、金属ホルダーに押付け加
圧した状態で両電極間（２１−２２）に電流を流す
（ｃ）。電流は金属ホルダーの突起部にのみ集中して流
れるため、ジュール熱によって突起の先端部から順次溶
融が始まる。この時ホルダーとパッケージの間には両電
極間に印加された押圧力が加わっているため、両者の接
触が不完全になることはない。また、突起部がホルダー
外側に向かって広くなる非対称な形状をしているため、
ジュール熱により融解した溶融材もホルダーの外側に向
かって広がることになる。従ってホルダーとキャップ側
面の間隔は電流導通前の状態のままであり、溶接中に位
置ズレを起こすことはない。

【００１８】

【発明の効果】本発明による金属ホルダーを用いること
で、市販の標準的なＴＯ型パッケージを用いても位置合
わせ裕度が確保でき、かつ十分な溶接強度が実現された
光モジュールを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＯ型パッケージと光ファイバーを接続するた
めの各部材の関係図。

【図２】本発明に係る金属ホルダーの形状を示す図。

【図３】本発明の金属ホルダーとＴＯ型パッケージを溶
接する工程図。

【図４】ＴＯ型パッケージと金属ホルダーを接合する従
来の方法を示す図。

【図５】従来の方法によるホルダーとパッケージの接触
箇所の拡大図。

【符号の説明】

１．光ファイバー ２．フェルール ３．スリーブ ４．金属ホルダー ５．レンズ ６．パッケージキャップ ７．パッケージ基台 ８．リードピン ９．光半導体素子 １０．ボンディングワイヤー １１．サブマウント １２．接着剤 ２１．下部電極 ２２．上部電極

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端にスリーブが接合され、他端に光半
   導体素子を封止したパッケージを接合し、該光半導体素
   子と該スリーブに軸合わせされた光ファイバーとを光結
   合させるための中空円筒状の金属製ホルダーにおいて、
   該パッケージと接合される側の端面に頂点が該ホルダー
   内面の延長線上にあって裾がホルダーの外部方向だけに
   広がる電気溶接用の突起を有する、ことを特徴とする金
   属製ホルダー。
2. 【請求項２】 該突起の円筒軸に平行な方向の断面形状
   がほぼ二等辺三角形である請求項１記載の金属製ホルダ
   ー。
3. 【請求項３】 該突起のホルダー端面からの突起量がほ
   ぼ０．１ｍｍで、該端面上での突起の幅がほぼ０．１ｍ
   ｍである請求項１および請求項２記載の金属製ホルダ
   ー。
4. 【請求項４】 該ホルダーがステンレスで形成されてい
   る請求項１ないし３記載の金属製ホルダー。
5. 【請求項５】 該パッケージはＴＯ型パッケージである
   請求項１記載の金属製ホルダー。