JPS63285506A

JPS63285506A - 光学部品固定用セラミックス基板

Info

Publication number: JPS63285506A
Application number: JP12061587A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yokota; 横田　隆; Akira Okamoto; 明岡本; Takayuki Masuko; 益子　隆行
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-05-18
Filing date: 1987-05-18
Publication date: 1988-11-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】概　　要セラミックス基板の表面から裏面に貫通する孔内で溶融
金属を凝固させて光学部品固定用セラミックス基板とす
る。これにより、凝固金属の露出部分に光学部品を直接
溶接により固定することが可能となり、信頼性が向上す
るものである。

１１上立且■皇１本発明は光デバイスを構成する際に光学部品を固定する
ためのセラミックス基板の構造に関するものである。

光通信システムを構築する場合には、発光・受光素子モ
ジュールを始めとして、光スィッチ、光カプラ及び合・
分波器等の種々の光デバイスが必要とされる。光デバイ
スの基本的形態として、平坦面を有する基板上に各種光
学部品な載置固定するようにしたバルク型のものがあり
、このようなデバイスにおいては、温度等の使用環境条
件に対して安定で信頼性の高い光学部品の固定手法が要
求されている。

従来の技術従来、この種のバルク型光デバイスには、温度変化によ
り光軸ずれ及び光学距離の変動が生じることを防止する
ために、熱膨張係数の小さなセラミックスからなる基板
が使用されていた。セラミックス基板に光学部品を固定
する場合には、光学部品を直接基板に接着するか、ある
いは基板に予めメタライズ処理を施しておき、この金属
層に光学部品の金属部分をハンダ付けする方法がとられ
ていた。

発明が解決しようとする問題点しかし、接着により光学部品を固定する場合には、その
固定に長時間を要するばかりでなく固定強度が低く、ま
た、ハンダ付けにより固定する場合には、ハンダ付は面
の前処理が不十分であると、ハンダ付は部分がいわゆる
テンプラ状態となり信頼性に欠けるという問題があった
。

本発明はこのような事情に鑑みて創作されたもので、そ
の目的は、光学部品の溶接による固定を可能ならしてめ
で、上記不具合を排除した光学部品固定用のセラミック
ス基板を提供することにある。

問題点を解決するための手段上述した従来技術の問題点は、その基本原理が第１図に
示されるように、セラミックス基板１の表面から裏面に
貫通する孔２内で溶融金属を凝固させてなる光学部品固
定用セラミックス基板により解決される。

作　　　用本発明によれば、溶融金属が凝固してセラミックス基板
１と一体化されるので、この凝固金属部分に光学部品３
の金ａｔ５分３ａを溶接することにより、光学部品３を
セラミックス基板１に対して固定することができる。

本発明の望ましい実施ｒｌ！Ａ様において、孔２の壁面
が連続した曲率を有する曲面となるようにしているのは
、孔２内で溶融金属を凝固させる際及び温度変化の激し
い環境でこの基板を使用する際に、熱歪応力が集中する
部分を排除するためである。

また、本発明の他の望ましい実ｔｓＭ様において、凝固
金属の露出部分が凹面となるようにしているのは、この
露出部分に光学部品の金属部分を溶接した際に当該溶接
部分に引張応力が働くようにして安定した固定強度を得
るためである。

実　　施　　例以下、本発明の望ましい実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。

第２図は本発明の主要構成要素であるセラミックス基板
４′の平面図（ａ）及び（ｂ）−（ｂ）線に沿った断面
図である。５はセラミックス基板４′の表面から裏面に
貫通するように形成された孔であり、この孔５の壁面は
、連続した曲率を有する曲面となっている。このような
孔５を形成するためには、例えばアルミナ系等の通常の
セラミックス材を焼結する際に、第３図に示されるよう
に孔５に対応する形状の中子６を有するプレス材７を対
で用いれば良い。ここで、孔２の壁面が連続した曲率を
有する曲面であるというのは、孔２の壁面を形成する曲
面上の任意の点における接平面の勾配が不連続でない滑
らかな曲面であるということである。このような孔５の
形状としておくことにより、後述するように孔５内で溶
融金属を凝固させる際等に熱歪応力がセラミックス基板
４′の一部分に集中することが防止される。すなわち、
第４図に示されるように、セラミックス基板４′に不連
続曲面からなる壁面を有する孔８あるいは９が形成され
ている場合には、これらのエツジ部８ａあるいは溝部９
ａに応力集中が生じるものであるが、壁面を滑らかに形
成することにより応力集中を防止できる。また、第２図
に示されるような孔５の形状であれば、セラミックス基
板４′の表面及び裏面近傍における孔５の径と、中火部
における孔５の径とが異なるので、孔５内で溶融金属を
凝固させたときに当該金属とセラミックス基板４′の密
着力が十分でないとしても、凝固金属がセラミックス基
板４′から外れることがない。

第５図は、セラミックス基板４′の孔５内に金属部分を
形成する方法を説明するためのものである。

（ａ）の方法は、孔５の一方の開口面を密閉することの
できる台１０をセラミックス基板４′に密着させておき
、るつぼ１１から溶融金属を孔５に流し込むものである
。

（ｂ）の方法は、同じく台１０をセラミックス基板４′
に密着させておぎ、適当型ωの金属ブロック１２を孔５
内に載置した状態で、当該金属の溶融点以上の温度に昇
温するものである。

（Ｃ）の方法は、（ｂ）の金属ブロック１２に代えて、
適当聞の金属粉１３を用いたものである。

いずれの方法共、室温まで空冷等することにより、溶融
金属を凝固させて孔５に金属部分を形成することができ
る。なお、これら一連の作業は、金属部分の酸化を防止
するために不活性ガス中で行なわれることが望ましい。

金属の材質としては、溶接性に勝れた、５ＵＳ３０４並
びにＡＩ系及びＦｅ／Ｎｉ系合金等が適している。

第６図は、以上の工程により得られた光学部品固定用セ
ラミックス基板４の断面構成図である。

孔５に充填された凝固金属１４の一方の露出部分は凹面
１４ａとなっている。これは溶融金属のＪを規定してお
くことにより、溶融金属の表面張力及びその凝固時の収
縮作用により得ることができるが、第７図に示されるよ
うな方法で形成しても良い。同図において１５は孔５の
開口部における直径よりも大きな直径の球部材であり、
この球部材１５はセラミックス継板４′と同様に使用金
属の融点より高い融点を有する材質から成る。このよう
にセラミックス基板４′と台１０間に球部材１５を介在
させ、球部材１５の表面と孔５の壁面とが線接触するよ
°うにしているので、ｔｊＳ５図に示される一連の実施
例において台１０のみにより孔５を密閉しているのと比
較して、溶融金属の粘度が低い場合にこれが漏れ出すこ
とを防止することができるという利点もある。

第８図は、本発明を適用して構成される発光素子七ジュ
ールの平面図（ａ）及び（ｂ）−（ｂ）線に沿った断面
図である。このモジュールは、セラミックス基板１６と
一体化された金属部分１７に、発光素子アッセンブリ１
８及び光フフイバアッセンブリ１９を同図中Ｂで示され
る位置をレーザ溶接して構成される。発光素子モジュー
ル１８は、球レンズ１８ｂの圧入された本体ハウジング
１８ａと、本体ハウジング１８ａに装着され電極１８ｅ
を有するチップ保持台１８ｄと、チップ保持台１８ｄに
支持される例えば半導体レーザ等の発光素子チップ１８
ｃとからなる。一方、光フアイバアッセンブリ１９は、
光フアイバコード２０の素線２０ａが挿入固定されるフ
ェルール１９Ｃを、球レンズ１９ｂが圧入固定された本
体ハウジング１９ａに装希して成る。発光素子チップ１
８Ｃから出射された光は、球レンズ１８ｂによりコリメ
ートされ、さらに球レンズ１９ｂにより集光されて光フ
アイバ素線２Ｏａ内に導かれる。

このようなモジュールにあっては、両アッセンブリ１８
．１９の相対的位置関係が直接的に結合効率に影響する
ものであるが、この実施例のように金属部分１７の溶接
側に凹面を形成しておくことにより、溶接部Ｂの溶接時
の熱収縮が、両アッセンブリ１８．１９をセラミックス
基板１６に密着させる方向に作用するので、安定した固
定力が得られ、光軸のずれ等が生ずる恐れがない。また
、セラミックスの熱膨張係数は一般に極めて小さいので
、モジュールの使用温度範囲が広い場合でも、セラミッ
クス基板１６の熱膨張あるいは熱収縮により、両アッセ
ンブリ１８．１９間の離間距離が変動して、結合効率が
低下する恐れがない。

さらに、この種の発光素子アッセンブリ１８には、通常
出力安定化等を目的として、図示しない受光素子が同一
パッケージ内に設けられており、この受光素子及び発光
素子に対する配線は一般に極力短い方が望ましいとされ
ているものであるが、この実施例のように発光素子アッ
センブリ１８をセラミックス基板１６に直接的に固定し
ている場合には、セラミックス基板１６の図示しないス
ペースに、通常の方法により配線パターンを形成し、こ
の配線パターンを介して図示しない表面実装！　゛のＩ
Ｃ等に対して短距離で配線を行なうことができる。

ルｌと１里以上詳述したように、本発明によれば、セラミックス基
板に形成された孔内で溶融金属を凝固させることにより
金属部分を形成したので、この金属部分を光学部品との
溶接に供することが可能となり、接着剤及びハンダ付は
等の方法によることなく、光学部品を確実にセラミック
ス基板に固定することが可能になるという効果を奏する
。

また、実施例のように孔の壁面が連続した曲率を有する
曲面となるようにすることにより、使用時等に熱歪応力
集中の発生が防止され、セラミックス基板が破損する恐
れがなくなるという効果もある。

さらに、金属部分の溶接面を凹面とすることにより、溶
接時の熱収縮力が光学部品に作用するので、より安定し
た光学部品とセラミックス基板の密着力が得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、第２図は本発明の実施例図であって、セラミックス基板
の平面図及び断面図、第３図は本発明の実施例図であって、セラミックス基板
製造用プレス材の斜視図、第４図は第２図の比較対象図であって、実施例における
孔形状の効果を説明するだめの図、第５図は本発明の実
施例図であって、金属部分の作成方法を説明するための
図、第６図は本発明の実施例図であって、光学部品固定用セ
ラミックス基板の断面構成図、第７図は本発明の実施例
図であって、凹面の形成方法を説明するための図、第８図は本発明の実施例図であって、発光素子モジュー
ルの平面図及び断面図である。１．４′・・・セラミックス基板、２．５．８．９・・・孔、　　３・・・光学部品、４・
・・光学部品固定用セラミックス基板、６・・・中子、
　　　　　　　７・・・プレス材、１２・・・金属ブロ
ック、　　１３・・・金属粉、１４．１７・・・凝固金
属、１８・・・発光素子アッセンブリ、１９・・・光フアイバアッセンブリ。第１図　ネぎ明ｆ）凰理凹本銑明０莢ガ乞イ列図　←ヒフミックス某才更）第２図、Ｉ−丸明の友宏邑例図　（也うミックス纂ネ反Ｊｋ造
用プレス主ｊ）第３図４“ 第２図の尤Ｐ丈対２シ区　（凡千淋゛０効果）水光明０
芙太芝イ列図（煮漠邦介の作成）占Ｖ　？　結ｄ１４　　本乏目４を為本発明ｎＫ方芭イ列図　（尤学書隣固定坪トヒラミ・り
鴎才瓦）第６図本発明の丈ま芝例図（凹面Ｑ形成）第７図＃宅明の爽プ尼イ列図（大裂例）第８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）セラミックス基板（１）の表面から裏面に貫通す
る孔（２）内で溶融金属を凝固させてなることを特徴と
する光学部品固定用セラミックス基板。
（２）前記孔（２）の壁面が連続した曲率を有する曲面
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
学部品固定用セラミックス基板。
（３）当該凝固金属の露出部分が凹面になっていること
を特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光
学部品固定用セラミックス基板。