(57)【要約】【課題】光モジュールのパッケージを構成するキャップを抵抗溶接のために挟持したときに、キャップが薄い場合でも、パッケージの気密封止が損なわれない光モジュール作製用の抵抗溶接装置の提供。【解決手段】抵抗溶接装置は、一端部に集光レンズが固定され、他端部にフランジ４ｅが形成された金属シェル４ｂを、ＰＤ等の素子が実装されたステムに溶接し、素子を気密封止して光モジュールを作製するもので、抵抗溶接用の一方の電極としてステムを保持する保持部材１０と、抵抗溶接用の他方の電極として金属シェル４ｂを挟持するチャック２０とを備える。チャック２０が、保持部材１０との対向端部に金属シェル４ｂが装着される凹所２０ａを有し、凹所２０ａの下端部が略金属シェル４ｂの外径に等しく形成され、フランジ４ｅが上記下端部に接するまで凹所２０ａに挿入された金属シェル４ｂをチャック２０で挟持する。【選択図】図２
2010264464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に信号光を透過する透明部材が固定され、他端部にフランジが形成された金属シェル部材を、前記信号光を出力又は受光する光電変換素子を含む素子が実装されたステム部材に溶接し、前記素子を気密封止して光モジュールを作製する抵抗溶接装置であって、
抵抗溶接用の一方の電極として前記ステムを保持する保持部材と、抵抗溶接用の他方の電極として前記金属シェル部材を挟持するチャックと、を備え、
該チャックは、前記保持部材との対向端部に前記金属シェル部材が装着される凹所を有し、
該凹所の下端部は、略前記金属シェル部材の外径に等しく形成され、
前記フランジが前記下端部に接するまで前記凹所に挿入された前記金属シェル部材を挟持することを特徴とする抵抗溶接装置。
【請求項２】
前記チャックは、前記凹所の軸方向に延びる複数のスリットが形成されて、前記金属シェル部材の径方向に伸縮可能とされていることを特徴とする請求項１記載の抵抗溶接装置。
【請求項３】
前記チャックの下端部が前記金属シェル部材の外周を保持する範囲は、前記金属シェル部材のフランジ側から前記金属シェル部材の軸方向寸法の２０〜５０％の距離内であることを特徴とする請求項１又は２に記載の抵抗溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信に用いられる光モジュール作製用の抵抗溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光通信用の光モジュールは、信号光を発光／受光する光電変換素子（例えば、レーザダイオード（ＬＤ：Laser Diode）、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode））が実装されたステムをキャップで覆ったパッケージから成る。上記パッケージは、その内部が不活性ガスで満たされた状態で気密封止（ハーメチックシール）される。なお、気密封止の水準として、テルコーディア（Telcordia）ＧＲ−４６８−ＣＯＲＥあるいはＭＩＬ−ＳＴＤ７５０Ｄの仕様では、５Ｅ−８ａｔｍｃｃ／ｓｅｃ以下のヘリウム（Ｈｅ）リークレートが求められている。
【０００３】
また、気密封止したパッケージ内の光電変換素子とパッケージ外の光ファイバとの光結合のため、光モジュールのキャップには、信号光を透過する透明部材（例えば、平板ガラスや、集光機能等のレンズ機能を有するガラス部材）が取付けられている。キャップは、所定の形状をした金属製の筒状部材（金属シェル）の開口部分に透明部材が固定されて成る。透明部材の金属シェルへの固定は低融点ガラスを用いて行われる。なお、透明部材がガラス材料から形成される場合は、透明部材自体を金属シェルに直接融着させ固定することもある。
【０００４】
また、キャップとステムとの固着は、これらの間の接触部に大電流を流し、その際に生じる熱により接触部（ロウ材を用いる場合はそのロウ材も含む）を融解させる抵抗溶接により行われる。この抵抗溶接により、上記気密封止が確保されている（例えば、特許文献１参照）。抵抗溶接の際、キャップ及びステムはそれぞれ、抵抗溶接用電極として機能する一対の保持部材のいずれか一方に、位置ずれ等しないように保持される。特にキャップを、鉛直方向上側の保持部材に配置する場合は、自重で落ちないように、挟持により保持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３３３０２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、キャップを挟持する場合、その挟持する力によって、透明部材を固定している低融点ガラス部分等の固定部分にクラックが生じ、気密封止が損なわれる原因となってしまうことがある。
透明部材が固定される金属シェルを厚くするなどしてその剛性を高くすることによって、キャップの低融点ガラス部分に、挟持による機械的応力が及ぶことを少なくすることができる。しかし、金属シェルをコスト、生産性に優れたプレス成形で形成する場合には、シェル厚は０．１〜０．３ｍｍ程度と薄くする必要がある。このため、金属シェルの剛性があまり高くなく、挟持により低融点ガラス部に及ぶ応力を少なくすることは難しい。
【０００７】
本発明は、上述のような実情を鑑み、光モジュールのパッケージを構成するキャップを抵抗溶接のために挟持したときに、当該キャップがプレス成形によって加工されており、その肉厚が例えば０．４ｍｍに満たない薄い場合でも、パッケージの気密封止が損なわれない光モジュール作製用の抵抗溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、一端部に信号光を透過する透明部材が固定され、他端部にフランジが形成された金属シェル部材を、信号光を発光又は受光する光電変換素子を含む素子が実装されたステム部材に溶接し、上記素子を気密封止して光モジュールを作製するものであって、抵抗溶接用の一方の電極としてステムを保持する保持部材と、抵抗溶接用の他方の電極として金属シェル部材を挟持するチャックと、を備え、チャックが、保持部材との対向端部に金属シェル部材が装着される凹所を有し、凹所の下端部が略金属シェル部材の外径に等しく形成され、フランジが上記下端部に接するまで凹所に挿入された金属シェル部材を挟持することを特徴とする。
【０００９】
なお、チャックに上記凹所の軸方向に延びる複数のスリットが形成され、金属シェル部材の径方向に伸縮可能とされていることが好ましい。また、チャックの下端部が金属シェル部材の外周を保持する範囲が、金属シェル部材のフランジ側から金属シェル部材の軸方向寸法の２０〜５０％の距離内であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、光モジュールのステムとキャップとの抵抗溶接の際に、キャップの透明部材固定部分から遠い部分を挟持するようにしたため、キャップが薄くても、挟持による応力がキャップの透明部材固定部分に及ばないので、光モジュールの気密封止を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明により作製される光モジュールの一例について説明する図である。
【図２】本発明の抵抗溶接装置の一例にステム及びキャップを配置する様子を示す図である。
【図３】本発明の抵抗溶接装置の一例のチャックを説明する図である。
【図４】図３の抵抗溶接装置のチャックの部分拡大図である。
【図５】本発明の抵抗溶接装置でステムとキャップとを抵抗溶接するときの様子を示す図である。
【図６】抵抗溶接装置のチャックのキャップ挟持部の厚さと、光モジュールの不良発生率との相関を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１を用いて、本発明により作製される光モジュールについて説明する。図１（Ａ）は、キャップの図示を省略した光モジュールの斜視図、図１（Ｂ）は光モジュールの部分断面図である。本発明により作製される光モジュールは、図１で例示するように、光電変換素子である信号光を受光するＰＤ２等の素子が搭載されるステム３と、ステム３を覆うキャップ４を備える。光モジュール１では、上記ステム３にキャップ４が後述のように抵抗溶接により固着されてパッケージが形成され、当該パッケージは、その内部の素子搭載空間ＶにＰＤ２を収容した状態で気密封止されている。
【００１３】
パッケージを構成するステム３は、金属製の略円板状部材でありＰＤ２等の各種素子が搭載されるステムベース３ａを有する。ステムベース３ａは、例えば、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や薄板冷間圧延鋼（ＳＰＣ）等の金属板を押し出し加工して得られる。ステムベース３ａには、パッケージの内側から外側への貫通孔３ｂが形成されており、貫通孔３ｂには、パッケージ内の素子と外部電気回路との電気接続のためのリードピン３ｃが、当該貫通孔３ｂに挿通された状態で封止ガラスにより固定される。固定後、ステムベース３ａ，リードピン３ｃの表面をＮｉ／Ａｕメッキし、ステム３が得られる。
光モジュール１では、リードピン３ｃとパッケージ内のＰＤ２等の素子とを電気接続することにより、パッケージ内への入射信号光をＰＤ２で光電変換して得られた電気信号を、リードピン３ｃ等を介して外部電気回路に出力できる。また、ステムベース３ａの外周上には、抵抗溶接の際に用いられる位置決め突起３ｄが設けられている。
【００１４】
ステム３と共にパッケージを構成するキャップ４は、ステム３の素子の搭載部を覆うものであり、信号光を透過させる透明部材としての集光レンズ４ａと、集光レンズ４ａが固定される金属シェル部材（以下、金属シェルと省略）４ｂとを有する。金属シェル４ｂは、例えば、ＦｅＮｉ５０材やコバール材等の金属材料を資材としてプレス成形し、その表面をＮｉメッキ（Ａｕメッキを加えることもある）で保護したものである。金属シェル４ｂの上端部中央には信号光が通過する開口４ｃが設けられており、当該開口４ｃに集光レンズ４ａが低融点ガラス４ｄにより固定封止されている。また、金属シェル４ｂの下端部にフランジ４ｅが形成されており、開口４ｃとフランジ４ｅとの間は、素子搭載空間Ｖを囲む筒状部４ｆとなっている。
【００１５】
光モジュール１の作製の際、抵抗溶接装置を用いて金属シェル４ｂはステム３と抵抗溶接される。この抵抗溶接は、抵抗溶接用の電極となるチャックにより金属シェル４ｂの筒状部４ｆが挟持され、フランジ４ｅがステム３に向けて押され、フランジ４ｅの下面のプロジェクション（不図示）がステム３に押付けられた状態で行われる。溶接の際に溶融する上記プロジェクションは、光軸と同心の軸Ｘを囲む環形状で形成される。
【００１６】
続いて、本発明の一実施形態に係る、光モジュールの作製に供する抵抗溶接装置の一例を説明する。図２は、図１の光モジュールの作製に用いられる抵抗溶接装置にステム及びキャップを配置する様子を示している（ステム上の素子等の図示は省略）。抵抗溶接装置は、図示のように、保持部材１０及びチャック２０を備える。
【００１７】
保持部材１０は、ステム３を保持すると共に抵抗溶接用の一方の電極となるものであり、下部電極１１とステムガイド１２とを有する。下部電極１１には、軸Ｘと平行に設けられたリードピン３ｃを収容する収容孔１１ａが形成されている。また、ステムガイド１２には、ステムベース３ａを収容する収容孔１２ａが形成されており、当該収容孔１２ａの内周壁には、ステムベース３ａの位置決め突起３ｄを収容できる位置決め凹部１２ｂが形成されている。また、ステムガイド１２は、絶縁性材料から形成されるものであり、下部電極１１と、抵抗溶接用の他方の電極となるチャック２０との接触による電気的短絡を防止する。
なお、保持部材１０とチャック２０とが直接接触しないように設計されていれば、例えば、上記保持部材１０に相当するもの全体を金属材料等で形成し全体を抵抗溶接用の電極とすることもできる。
【００１８】
次に、上記の図２と図３及び図４によりチャック２０について説明する。図３（Ａ）は、キャップを装着した状態のチャックの部分断面斜視図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ断面図、図３（Ｃ）は上記のチャックの斜視図である。図４は、図３（Ｂ）の部分拡大図である。
【００１９】
チャック２０は、上記の下部電極１１と対向する他方の電極（上部電極）として機能するとともに、キャップ４を挟持するものである。チャック２０は、図２に示すように、キャップ４が装着される凹所２０ａを有する。この凹所２０ａは、図３（Ａ），（Ｂ）に示すように、チャック２０の下部（すなわち保持部材１０と対向する側の端部）に形成される。本発明の抵抗溶接装置は、このチャック２０の凹所２０ａの形状に特徴があるものであり、この特徴については後述する。
また、チャック２０の下面２０ｂは、抵抗溶接の際、キャップ４のフランジ４ｅの上面に接触し（図４参照）、ステム３方向への力をキャップ４に加えられるように形成されている。
【００２０】
さらに、チャック２０は、図３（Ｃ）に示すように、その外壁面から内壁面まで到達し凹所２０ａが設けられたチャック２０の下端部を、例えば、３片に分離する３つの割溝２０ｃを有する。これら割溝２０ｃは、凹所２０ａの軸Ｘ方向（図４参照）に延びるように形成されている。チャック２０は、上述のような割溝２０ｃが設けられることにより径方向に伸縮可能となっている。例えば、その外壁面にテーパを付し、チャック２０にリング２１を装着するようにしておくことで、リング２１の装着位置に応じて、下端部の凹所２０ａの大きさを拡大・縮小できる。この例では、凹所２０ａにキャップ４を配置し、リング２１の装着位置を上にずらしていくと、キャップ４はチャック２０に固定される。抵抗溶接後に、リング２１を外すことで、キャップ４はチャック２０から外れる。
【００２１】
本発明の特徴部に係る凹所２０ａは、図４に示すように、下端部に、軸Ｘの方向に突出する凸部２０ｄを有する。この凸部２０ｄにより、凹所２０ａの下端部が略金属シェル４ｂの外径に等しくなり、凹所２０ａの奥側の内径が金属シェル４ｂの外径よりも大となっている。チャック２０は、凸部２０ｄがフランジ４ｅに当たるまで凹所２０ａに挿入された金属シェル４ｂを保持する。このとき、凸部２０ｄの内周面２０ｅが金属シェル４ｂの筒状部４ｆの下部の外周壁に接触した状態となっている。そして、金属シェル４ｂと接触する凸部２０ｄの内周面２０ｅの長さＬ、すなわち、凸部２０ｄが金属シェル４ｂの外周を挟持する範囲が、金属シェル４ｂの上端面からフランジ４ｅまでの高さＨ２の半分以下となっている。
【００２２】
このように本発明の抵抗溶接装置では、チャック２０が、金属シェル４ｂの集光レンズ４ａの固定部分から遠い下部を摘み（挟持し）、さらに挟持する面の軸Ｘ方向の長さＬが、金属シェルの高さＨ１（あるいは金属シェル４ｂの上端面からフランジ４ｅまでの高さＨ２）の半分以下であり短い。そのため、チャック２０によりキャップ４を挟持した際にその機械的応力がキャップ４の集光レンズ４ａの固定部分に及ぶのを少なくし、当該固定部分に力が加わって光モジュールの気密封止が損なわれるのを低減することができる。
【００２３】
続いて、上記図２を参照しながら、図１の光モジュールの作製方法の一例を説明する。
予め、ステム３にはリードピン３ｃを取付けＰＤ等の素子を実装しておき、キャップ４には集光レンズ４ａを固定封止しておく。そして、各部品に吸着している水分を除去するため、高温で熱処理する。その上で、まず、下部電極１１上にステムガイド１２を配置し、ステムガイド１２の収容孔１２ａ内にステム３を配置する。これにより、ステム３は、下部電極１１に支持される。そして、チャック２０の凹所２０ａにキャップ４を挿入する。
【００２４】
このとき、キャップ４のうち、チャック２０の凹所２０ａの凸部２０ｄで挟持される部分が、集光レンズ４ａの固定部から遠い下部となるように、フランジ４ｅに凸部２０ｄが接触するまでキャップ４を凹所２０ａに挿入する。この状態で、リング２１をチャック２０に装着し、上方にずらしていくと、割溝２０ｃにより径方向に伸縮可能となっているチャック２０の凹部２０ａの径が縮小され、チャック２０にキャップ４を挟持することができる。
【００２５】
これまでの作業で、下部電極１１上へのステム３の配置と、チャック２０へのキャップ４の取付けとが完了する。その後、チャック２０の上方にあるＣＣＤカメラを用いて、軸Ｘと直交する平面内におけるＰＤ２とキャップ４のレンズ４ａとの位置決めを行う。
【００２６】
次いで、ステム３上にキャップ４が載置されるよう下部保持部材１０とチャック２０とを軸Ｘ方向に相対的に動かした後、チャック２０と下部電極１１との間に圧力を印加する。図５は、この状態におけるステム３とキャップ４とを示す図である。チャック２０と下部電極１１との間には、電源Ｐ及びスイッチＳが接続されているので、このスイッチＳを閉じ、ステム３とキャップ４との間に所定値を超える電流を流す。
【００２７】
この電流は、ステム３に接触した、キャップ４の下面に環状に形成されたプロジェクションに集中するので、ジュール熱が、主にこの部分において発生し温度が上昇する。温度が融点を超えると、上記プロジェクションが溶融、もしくはキャップ４及びステム３におけるプロジェクション近傍のメッキ材が合金化（Ａｕロウ）するので、キャップ４は溶接によってステム３に対し固定されることになる。この固定によれば、連続した溶接部分が形成されるので、この接合部分によりパッケージの気密性が確保される。なお、抵抗溶接は、Ｎ２等の不活性ガスで満たされた、低い水分量（１ｐｐｍ以下）のグローブボックス内で行うのが好ましい。
【００２８】
光モジュールを上述の方法に従って作製した場合（実施例１〜３）と、比較例１〜４のように作製した場合の、不良発生率を図６に示す。
実施例と比較例の違いは以下の通りである。すなわち、フランジ部分を除いた金属シェルの高さ（図４の符号Ｈ２参照）に対する、抵抗溶接装置のチャックの金属シェル挟持部の長さ（図４の符号Ｌ参照）が、実施例１〜３ではそれぞれ、０．２，０．４，０．５であるのに対し、比較例１〜４ではそれぞれ、０．６，０．７，０．８，１．０である。作製方法を含め、その他の点では、同じである。
【００２９】
図６のグラフの横軸は、フランジ部分を除いた金属シェルの高さに対する抵抗溶接装置のチャックの金属シェル挟持部の長さ（Ｌ／Ｈ２）を示し、横軸は不良発生率を示す。
なお、光モジュールが不良であるか否かは以下のように気密試験を通して判定した。
各例で作製した光モジュールに対する気密試験では、Ｈｅ加圧装置とＨｅリークディテクタを用いた。試験手順は、最初にＨｅ加圧装置内(５気圧のＨｅガス雰囲気)に光モジュールを１時間放置する。そして、光モジュールをＨｅ加圧装置から取り出し、Ｈｅリークディテクタにて、光モジュールからのＨｅガスの洩れ量を測定した。つまり、Ｈｅ加圧装置内で、光モジュールのパッケージ内に入り込んだＨｅガスを検出した。そして、５Ｅ−８ａｔｍｃｃ／ｓｅｃより大きいＨｅリークレートが検出された場合を「不良」とした。
【００３０】
図６に示すように、チャックの金属シェル挟持部の長さが、フランジ部分を除いた金属シェルの高さと同じまたは略同じである比較例２〜４では、不良発生率が６〜１０％と高かった。これは、チャックの金属シェル挟持部の長さが大きいと、金属シェルの集光レンズを固定する低融点ガラス近傍も挟持することになり、これによる締付応力が低融点ガラス部（透光部材固定部）に伝わり当該箇所にクラックが発生することがあるためと考えられる。そして、チャックの金属シェル挟持部の長さを、フランジ部分を除いた金属シェルの高さの６割程度とした比較例１では、不良発生率が下がったものの、まだ不良が発生していた。これに対し、上記金属シェル挟持部の長さが、フランジ部分を除いた金属シェルの高さの半分以下である実施例１〜３では、不良が全く発生しなかった。
【００３１】
この結果からも、本発明のように、金属シェルの集光レンズ（透光部材）の固定部分から遠い下部を抵抗溶接装置のチャックで挟持し、さらに、当該挟持部分の長さを、フランジ部分を除いた金属シェルの高さの半分以下とすることで、挟持することによる機械的応力がキャップの透光部材の固定部分に及ぶことを少なくでき、光モジュールの気密封止の点での不良発生率を大幅に下げられることが分かる。
【００３２】
なお、以上では、本発明により作製できる光モジュールとして、ＰＤを搭載したものを例に挙げたが、本発明は、光電変換素子としてＬＤを搭載するものにも適用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…光モジュール、２…ＰＤ、３…ステム、３ａ…ステムベース、３ｂ…貫通孔、３ｃ…リードピン、３ｄ…位置決め突起、４…キャップ、４ａ…集光レンズ、４ｂ…金属シェル、４ｃ…開口、４ｄ…低融点ガラス、４ｅ…フランジ、４ｆ…筒状部、１０…保持部材、１１…下部電極、１１ａ…収容孔、１２…ステムガイド、１２ａ…収容孔、１２ｂ…位置決め凹部、２０…チャック、２０ａ…凹所、２０ｂ…下面、２０ｃ…割溝、２０ｄ…凸部、２０ｅ…内周面、２１…リング。
【図１】
2010264464.tif 000003
【図２】
2010264464.tif 000004
【図３】
2010264464.tif 000005
【図４】
2010264464.tif 000006
【図５】
2010264464.tif 000007
【図６】
2010264464.tif 000008