JPH1031145A - レンズ部品の取付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率良く光半導体モジュールを製造できるレ
ンズ部品の取付方法を提供すること。 【解決手段】 本発明の方法は、光半導体用パッケージ
４の孔部４ａの外周面４ｂに金属製の微小突起輪４ｈを
形成しておき、頂頭部１ｂに気密固着されたレンズ２を
備え、孔部４ａよりも位置調整用の間隙４ｃだけ小さい
外径の円筒状中空部１ｄを有し、その開口端１ｅに鍔部
１ｆを有する金属製キャップ１ａからなるレンズ部品１
を、位置調整用の間隙４ｃを利用して取付位置を調整し
ながら、孔部４ａに金属製キャップ１ａの円筒状中空部
１ｄを嵌入させた状態で鍔部１ｆの面を微小突起輪４ｈ
に当接させ、レンズ部品１と光半導体用パッケージ４間
に通電して溶接し気密固着するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ部品を光半
導体用パッケージに取付る方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光半導体モジュールは、円筒型の
容器内に発光素子または受光素子のみが収納されていた
が、近年、特に光通信用の光半導体モジュールでは取り
扱う光ビームに高い品位が要求されるようになり、その
形態が光ビーム出力信号の制御機能、光学系等を取り込
むことが可能な箱型のものが多くなっている。図４は、
光半導体モジュールの一例の断面図である。この光半導
体モジュールは、光半導体として半導体レーザー１０と
コリメータレンズ６を光半導体用パッケージ４（以下パ
ッケージ４と称す）内に備えている。半導体レーザー１
０は、サブキャリア１１、ベース１２を介してスペーサ
１３に固定してあり、このスペーサ１３をパッケージ４
の底部４ｄに固定してある。ベース１２にはレンズ系と
してコリメータレンズ６を設けてある。このコリメータ
レンズ６は、レンズホルダ６ａに固定してあり、このレ
ンズホルダ６ａを位置および角度調整して半導体レーザ
ー１０の出射光が平行ビームになるようにした後、ベー
ス１２にＹＡＧ溶接などを用いて固定している。

【０００３】コリメータレンズ６から出射された光ビー
ムは、パッケージ４の側面にある孔部４ａを通して外部
に導かれる。この光ビームは金属製のスリーブ７に挿入
されたレンズ２により集光され、フェルール８に固定さ
れた光ファイバ９に入射される。このフェルール８は、
スリーブ７に挿入されＹＡＧ溶接などを用いて固定され
ている。

【０００４】前記スリーブ７は、その貫通孔７ａに接着
剤３で固着されたレンズ２を備えている。このスリーブ
７をパッケージ４に取付る方法は、半田濡れ性のよい金
属製のパッケージ４の孔部４ａにスリーブ７の先端部を
嵌入し、その外面を半田５を使用して孔部４ａ内面に気
密固着している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ス
リーブ７の取付位置には、その外周とその貫通孔７ａと
の偏心精度、レンズ２の取付精度、パッケージ４の孔部
４ａの加工精度、スリーブ７の取付精度などの多くの累
積する位置ずれ要素が存在し、そのどれか一つの要素が
所定の精度から外れると半導体レーザー１０から出射さ
れる光ビームの光軸とレンズ２以降の光学系の光軸が規
格を外れて光半導体モジュールが不良品となる問題があ
り、一方各部品の加工精度および取付精度を厳しくする
とコストが高くなる問題がある。

【０００６】また、パッケージ４に半導体レーザー１０
等を組みつけた後、蓋４ｆで気密構造にできない場合に
は、光半導体モジュールの組み立て工程は、最後の光フ
ァイバ９の組みつけまでを一貫して行うか、またはパッ
ケージ４の孔部４ａの内側開口面に透明な窓部材４ｅを
設けねばならず、製造工程の自由度に問題がある。

【０００７】本発明は、以上のような従来の光半導体モ
ジュールの製造上の問題点を解決し、効率の良い光半導
体モジュールの製造を可能にするレンズ部品の取付方法
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願発明に係るレンズ部
品の取付方法は、頂頭部の貫通孔に気密固着されたレン
ズを備え、その頂頭部から延在して光半導体用パッケー
ジの孔部よりも位置調整用の間隙だけ小さい一様な外径
の円筒状中空部を有し、その円筒状中空部の開口端に鍔
部を有する金属製キャップからなるレンズ部品を、光半
導体用パッケージの孔部に固着するレンズ部品の取付方
法において、前記光半導体用パッケージの孔部の外周面
に金属製の微小突起輪を形成しておき、前記レンズ部品
を位置調整用の間隙を利用して取付位置を調整しなが
ら、光半導体用パッケージの孔部に金属製キャップの円
筒状中空部を嵌入させた状態で鍔部の面を前記微小突起
輪に当接させ、その後レンズ部品と光半導体用パッケー
ジ間に通電して溶接し気密固着することを特徴とする。

【０００９】本発明のレンズ部品の取付方法によれば、
光半導体用パッケージの孔部の外周面に金属製の微小突
起輪を形成しておき、前記レンズ部品を位置調整用の間
隙を利用して取付位置を調整しながら、光半導体用パッ
ケージの孔部に金属製キャップの円筒状中空部を嵌入さ
せた状態で鍔部の面を前記微小突起輪に当接させ、その
後レンズ部品と光半導体用パッケージ間に通電して溶接
し気密固着するので、金属製キャップの鍔部の肉厚を厚
くでき、溶接時に鍔部の変形を生じなくなり、鍔部の光
半導体用パッケージに固着されていない側の面にスリー
ブ等の他の金属製部品を精度よく溶接することができ
る。また、光半導体用パッケージの構成材料が導体でな
い場合でも、金属製の微小突起輪を有する溶接用部材を
光半導体用パッケージの孔部の外周面に設けておくだけ
で溶接による気密固着が可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のレンズ部品の取付方法で
は、金属製キャップの頂頭部の貫通孔にレンズが気密固
着され、その頂頭部から延在して一様な外径の円筒状中
空部を有し、その外径は光半導体用パッケージ（以下再
びパッケージと称す）の孔部の内径より小さくしてあ
り、その孔部と円筒状中空部との間隙をレンズ部品を取
付る位置の調整用として使用できる金属製キャップから
なるレンズ部品を準備する。

【００１１】パッケージ側の準備として、パッケージの
孔部の外周面、即ち前記レンズ部品の鍔部が当接する面
に、その鍔部を溶接して気密固着するための微小突起輪
を形成しておく。

【００１２】レンズ部品の取付は、レンズ部品を光半導
体の光軸と直交する方向に対して位置調製用の間隙を利
用してその取付位置を調整しながら、レンズ部品の円筒
状中空部をパッケージの孔部に嵌入させた状態でレンズ
部品の鍔部の面をパッケージの孔部の外周面に形成され
た微小突起輪に当接する。その後、双方に電極が接続さ
れたレンズ部品の金属製キャップとパッケージとの間に
所定の条件で通電し、微小突起輪を溶かして気密固着す
るものである。

【００１３】金属製キャップとしては、通電により溶接
可能な金属材料であればステンレス等の材料も使用可能
であり、特に、レンズに使用される光学ガラス材料と膨
張係数が近く、金属製の薄板からプレス成形などにより
安価に大量生産可能な鉄−ニッケル合金、鉄−ニッケル
−コバルト合金（所謂コバール合金）などの材料が好ま
しい。金属製キャップの頂頭部の貫通孔としては、気密
固着されるレンズよりも僅かに大きい口径のもの、レン
ズよりも僅かに小さい口径のもの、円筒状中空部の内径
とほぼ同じ口径のものなどがある。この金属製キャップ
の頂頭部から延在して一様な外径の円筒状中空部は、そ
の長さがレンズの焦点距離、パッケージへのレンズ部品
の取付形態などに従って決められ、その外径が嵌入され
るパッケージの孔部の内径に対して位置調整用の間隙を
設けた値に決められる。円筒状中空部の開口端の鍔部
は、微小突起輪の直径と位置調整用の間隙を合わせた値
よりも大きい直径を有しており、そのパッケージに当接
する面は、溶接の際、パッケージ孔部の外周面に形成さ
れた微小突起輪が溶けたときに気密固着が可能な平坦度
を有していればよい。

【００１４】レンズとしては、ＢＫ−７、ＴａＦ−３な
どの光学ガラスを球形に加工した球レンズ、球レンズを
研削して金属製キャップとの接合部を円筒状に加工した
ドラム状レンズなどが使用可能であり、そのレンズは金
属製キャップの貫通孔に低融点ガラスなどを用いた接着
剤を使用して加熱処理されて気密固着される。このレン
ズの表面には光半導体モジュールの使用目的に応じて反
射防止膜、フィルタ等を設けてもよい。

【００１５】パッケージとしては、パッケージを構成す
る材料が通電による溶接に適した金属製の場合には、鋳
造、鍛造加工、プレス加工などを行ってパッケージを形
成し、その孔部の外周面の所定の寸法位置にレンズ部品
を接合するための平滑な面とその面上に気密溶接用の微
小突起輪を形成するだけでよい。しかし、それ以外の材
料である場合、光半導体用パッケージの孔部の外周面
に、光ビームの透光孔を備え、そのレンズ部品の鍔部と
当接する面に微小突起輪を備えたコバール合金等の溶接
に適した金属製の溶接用部材を、蝋着け、インサート射
出成形などの方法を用いて取付けておき、通電によりレ
ンズ部品を溶接して固着可能なものにしておく。この微
小突起輪は、溶接の際に切れ目の生じない気密固着が可
能な形状に形成してあり、その断面形状は、レンズ部品
の鍔部に当接する部分が尖った三角形、楔形などの形状
をしていて、その先端は通電の際に電流が集中して当接
部が溶け易いものであることが好ましい。

【００１６】

【実施例】図１はレンズ部品の説明図、図２はレンズ部
品の取付方法の説明図、図３はレンズ部品を取付けて組
立た光半導体モジュールの説明図であって、１はレンズ
部品を示しており、前記で説明した図４と同一部分には
同一符号を付してそれぞれ示している。

【００１７】本発明のレンズ部品の取付方法では、レン
ズ部品１は、図１に示すように、コバール合金製の金属
製キャップ１ａの頂頭部１ｂの中央に直径が２．０３ｍ
ｍの貫通孔１ｃが明けられており、その頂頭部１ｂから
延在してレンズ２の光軸方向の固定位置に応じた長さ
３．０ｍｍの一様な外径３．０ｍｍの円筒状中空部１ｄ
を有しており、この外径寸法は、後述するパッケージ４
の孔部４ａの内径３．４ｍｍより位置調整用の間隙４ｃ
の０．４ｍｍだけ小さくしてある。その円筒状中空部１
ｄの開口端１ｅに直径４．８ｍｍで厚さ１．０ｍｍの鍔
部１ｆを有している。この金属製キャップ１ａの頂頭部
１ｂの貫通孔１ｃには光学ガラス材料のＢＫ−７からな
る直径２．０ｍｍの球レンズ２が、低融点ガラスを主成
分とする接着剤３により気密固着されているものであ
る。

【００１８】パッケージ４は、通常の半導体用パッケー
ジに使用されるアルミナを主材料とするセラミックス製
であり、その孔部４ａの外周面４ｂに、レンズ部品１の
鍔部１ｆに当接する面に気密溶接用の高さ０．１ｍｍの
断面形状が三角形をした微小突起輪４ｈを形成してあ
り、光半導体の光ビームの透光孔を有するコバール合金
製の溶接用部材４ｇを溶融金属を用いて蝋着けして固着
しておく。

【００１９】上記のレンズ部品１を微小突起輪４ｈが形
成されたパッケージ４に溶接して気密固着し、光半導体
モジュールを組み立てる場合を説明する。

【００２０】先ず、図２に示すように、パッケージ４
を、その孔部４ａにレンズ部品が嵌入できる向きで溶接
装置（図示しない）の保持部３１に精確に固定し、外周
面４ｂに設けられた溶接用部材４ｇにパッケージ４側の
プラス電極が接続された押さえ部材３２で固定する。次
いで、レンズ部品１を、光半導体１０の光軸方向及び光
軸と直交する方向に移動調整可能な移動テーブル（図示
しない）に備えられ中央に観察孔３４が設けらマイナス
電極が接続された取付部３３に、そのレンズ２が突き出
す方向に向けて鍔部１ｆの開口端１ｅ側の面を当接させ
て取付る。以上の準備が整った後、レンズ部品１を、そ
の金属製キャップ１ａの円筒状中空部１ｄの外径と嵌入
されているパッケージ４の孔部４ａの内径より位置調整
用の０．４ｍｍの間隙４ｃを利用して半導体レーザー１
０の矢印２０で示した光軸と直交する方向に対して取付
位置を調整する。この位置調整は、レンズ２の中心位置
を簡単な光ファイバ光学系を使用してモニターしながら
行う。光軸と直交する方向の位置調整が終われば、レン
ズ部品１を光軸方向にパッケージ４側に移動させて鍔部
１ｆをリング４ｇに当接させ、鍛圧を加えて微小突起輪
４ｈを鍔部１ｆに突き刺し、所定の条件でプラス電極と
マイナス電極間に通電すると、図３に示すように、微小
突起輪４ｈが溶けて溶接輪４ｉとなって溶接されて気密
固着が完了する。この溶接によりレンズ部品１に固着さ
れたレンズ２の光軸方向の位置が所定の規格範囲内には
いり、最終的にレンズ部品１は所定の取付位置に溶接さ
れ気密固着される。

【００２１】このレンズ２が取り付けられたパッケージ
４に、半導体レーザー１０等を組みつけて蓋４ｆで密閉
して気密構造とした後、フェルール８および光ファイバ
９を備えたスリーブ７を、パッケージ４内の半導体レー
ザー１０から出射される光ビームを光パワーメータを使
用してモニターしながら光出力が最大になる位置に調整
し、その位置でＹＡＧ溶接などを用いてパッケージ４に
固着される。

【００２２】

【発明の効果】本発明のレンズ部品の取付方法によれ
ば、気密構造にすることが可能なレンズ付きの光半導体
用パッケージが製造でき、光半導体モジュールの組立が
効率良くできるので、光半導体モジュールの製造工程の
自由度が広がり、且つ部品コストの低減が可能となる実
用上優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレンズ部品の説明図

【図２】レンズ部品の取付方法の説明図

【図３】レンズ部品を固着した光半導体モジュールの説
明図

【図４】従来の光半導体モジュールの説明図

【符号の説明】

１ レンズ部品 １ａ 金属製キャップ １ｂ 頂頭部 １ｃ 貫通孔 １ｄ 円筒状中空部 １ｅ 開口端 １ｆ 鍔部 ２ レンズ ３ 接着剤 ４ 光半導体用パッケージ ４ａ 孔部 ４ｂ 外周面 ４ｃ 接合位置調整用の間隙 ４ｄ 底部 ４ｅ 窓部材 ４ｆ 蓋 ４ｇ 溶接用部材 ４ｈ 微小溶接輪 ４ｉ 溶接輪

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 頂頭部の貫通孔に気密固着されたレンズ
   を備え、その頂頭部から延在して光半導体用パッケージ
   の孔部よりも位置調整用の間隙だけ小さい一様な外径の
   円筒状中空部を有し、その円筒状中空部の開口端に鍔部
   を有する金属製キャップからなるレンズ部品を、光半導
   体用パッケージの孔部に固着するレンズ部品の取付方法
   において、 前記光半導体用パッケージの孔部の外周面に金属製の微
   小突起輪を形成しておき、前記レンズ部品を位置調整用
   の間隙を利用して取付位置を調整しながら、光半導体用
   パッケージの孔部に金属製キャップの円筒状中空部を嵌
   入させた状態で鍔部の面を前記微小突起輪に当接させ、
   その後レンズ部品と光半導体用パッケージ間に通電して
   溶接し気密固着することを特徴とするレンズ部品の取付
   方法。