(57)【要約】【課題】抵抗溶接により接着したパッケージ内に高電圧が印加される光電変換素子等を搭載し気密封止したものであって、長期間に亘って不具合が生じない光モジュールを提供する。【解決手段】光モジュールは、光電変換素子を含む回路素子を搭載したステムと、回路素子を覆うように抵抗溶接によりステムに取付けられてそのステムと協働して回路素子を気密封止するキャップ４と、を備える。キャップ４は、抵抗溶接用の閉じた環状のプロジェクション４ｅを２以上有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む回路素子を搭載したステムと、
前記回路素子を覆うように抵抗溶接により取付けられて前記ステムと協働して前記回路素子を気密封止するキャップと、を備え、
前記キャップは、抵抗溶接用の閉じた環状のプロジェクションを２以上有することを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を送信または受信するための光電変換素子を搭載する光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールには、光電変換素子が実装されるステムにキャップを封着して構成される同軸型のＣＡＮパッケージを用いるものがある（例えば、特許文献１参照）。キャップには、光学窓となる平板ガラスや集光レンズが取付けられる。このような光モジュールでは、上記ＣＡＮパッケージによりハーメチックシール（気密封止）が確保される。また、光モジュールの気密封止の水準としては、テルコーディア（Telcordia）ＧＲ−４６８−ＣＯＲＥあるいはＭＩＬ−ＳＴＤ７５０Ｄの仕様で、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】
気密封止に用いられるキャップは、上記光学窓が取付けられるキャップシェルを有し、このキャップシェルが、プレス成形あるいは切削により作製される。プレス成形によるキャップシェルと切削によるキャップシェルのいずれも、上述のように、素子の気密封止のためにステムと抵抗溶接される。これらの抵抗溶接工程では、事前に、ステムやキャップを高温で熱処理することでステム等に吸着している水分を除去し、その後、窒素等の不活性ガスで満たされたグローブボックス内でステムとキャップを抵抗溶接する。これにより、ＣＡＮパッケージ内部（つまり光電変換素子周辺）を低い水分量に保った状態での気密封止が達成されている。なお、抵抗溶接には、プロジェクション溶接が用いられることが多い。
【０００４】
また、光モジュールには、光電変換素子としてアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ：Avalanche PhotoDiode）を搭載した長距離通信用の光受信モジュールがある。ＡＰＤは、十分な増倍状態が得られるよう、３０〜７０Ｖ程度の高電圧が印加されて使用される。このようなＡＰＤは、周辺の水分量が５０００ｐｐｍ以上と高いときに動作した際に、不具合が生じることが報告されている（例えば、非特許文献１参照）。
また、近年の調査により、ＭＩＬ−ＳＴＤでは、モジュールの内部水分（Internal Moisture）が５０００ｐｐｍ以下という条件を満足するよう規定されている。
【特許文献１】特開２００７−１３４６４４号公報
【非特許文献１】コミッツォーリ（Comizzoli）、外６名、「水蒸気存在雰囲気下におけるアバランシェフォトダイオードの不具合のメカニズム（Failure Mechanism of Avalanche Photodiodes in the Presence of Water Vapor）」、ジャーナル・オブ・ライトウェーブ・テクノロジー（Journal of Lightwave Technology）、オプティカル・ソサイエティ・オブ・アメリカ（The Optical Society of America）、２００１年２月、１９巻、第２号、p.252−265
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示の光モジュールのように、キャップ側に１つのプロジェクションを設けておき、プロジェクション溶接で封止することにより、現在の製品保証レベルである１Ｅ−８ａｔｍｃｃ／ｓｅｃや１Ｅ−９ａｔｍｃｃ／ｓｅｃといったリークレートを確保することはできる。しかし、計算によれば、例えば、これまでの合格レベルである１Ｅ−９ａｔｍｃｃ／ｓｅｃの場合、１０〜１００日前後でキャップ内のガスは大気と置換されることがわかっており、１０年などの長期に渡ってパッケージ内の水分量を５０００ｐｐｍ以下にすることができない。すなわち、従来の光モジュールでは、ＡＰＤのような高電圧が印加される素子を用いる場合、パッケージ内の水分量を５０００ｐｐｍ以下に維持できる期間が短いので、使用年数を考慮すると不具合が生じる可能性が高い。
【０００６】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、高電圧が印加される光電変換素子等を搭載し気密封止したものであって、長期間に亘って不具合が生じない光モジュール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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の光モジュールは、光電変換素子を含む回路素子を搭載したステムと、回路素子を覆うように抵抗溶接により取付けられてステムと協働して回路素子を気密封止するキャップと、を備え、キャップが、抵抗溶接用の閉じた環状のプロジェクションを２以上有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の光モジュールによれば、ステムへの抵抗溶接用のプロジェクションをキャップに多重に設け、光電変換素子を含む回路素子を気密封止するためのステムとキャップとの融着部の面積を大きくしたので、回路素子の気密封止部分からのリークレートを抑えることができる。
したがって、長期間に亘って、回路素子の気密封止部分内の水分量を低く維持できるので、高水分環境下で高電圧が印加されることにより回路素子が故障することを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の光モジュールの一例を説明する図であり、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。図２は図１の光モジュールのキャップを説明する図であり、図２（Ａ）は抵抗溶接前のキャップの要部断面拡大図であり、図２（Ｂ）は上記キャップの底面図である。
本例の光モジュール１は、図１に示すように、光電変換素子であるアバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）２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の外形を成す同軸型のパッケージは、ステム３にキャップ４を抵抗溶接（プロジェクション溶接）により取付けて構成されている。また、光モジュール１では、ステム３とキャップ４との間に形成される空間にＡＰＤ２等の素子を気密封止している。
【００１０】
まず、ステム３について説明する。ステム３は、金属製の略円板状部材であり、素子搭載部として機能する上面３ａに、ＡＰＤ２等の各種素子が搭載される。ステム３は、例えば、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）や薄板冷間圧延鋼（ＳＰＣ）等の表面をＮｉ／Ａｕメッキした金属板を押し出し加工して得ることができる。ステム３の上面３ａには、ＡＰＤ２に対するバイパスコンデンサ５を介してＡＰＤ２が搭載される他、ＡＰＤ２により生じた光電流を増幅するためのプリアンプＩＣ６や、プリアンプＩＣ６に対するバイパスコンデンサ７等の素子が搭載される。
【００１１】
また、ステム３には、外部電気回路との電気接続のためのリードピン８がガラス封止等により取付けられている。ステム３上のＡＰＤ２とプリアンプＩＣ６は、ワイヤ（図示せず）を介して電気接続される。また、ＡＰＤ２とリードピン８、及び、プリアンプＩＣ６とリードピン８は、ワイヤやバイパスコンデンサ７、ステム上面３ａを介して電気接続される。このように電気接続することにより、光モジュール１では、後述の集光レンズ等の光学窓を介して受光した光信号をＡＰＤ２で光電変換し、得られた電気信号をプリアンプＩＣ６で増幅して、リードピン８等を介して外部電気回路に出力できるようになっている。
【００１２】
続いて、キャップ４について説明する。キャップ４は、ステム３の上面３ａを覆うものであり、光学窓としての集光レンズ４ａと、集光レンズ４ａを保持するキャップシェル４ｂとを有する。キャップシェル４ｂは、その上部中央の開口４ｃに集光レンズ４ａが封止ガラス等により固定され、その下部のフランジ部４ｄでステム３と抵抗溶接される。
フランジ部４ｄの下面には、図２（Ａ）に示すように、気密封止のためのプロジェクション溶接用のプロジェクション４ｅが内外多重（この例では、２重）に設けられている、すなわち、キャップ４は、閉じた環状のプロジェクション４ｅを２以上有する。これらプロジェクション４ｅは、例えば、図２（Ｂ）に示すように、同軸型パッケージの中心軸を中心とした同心円状に形成されている。
【００１３】
キャップ４のステム３への取付け工程の際、抵抗溶接前にステム３とキャップ４は高温で熱処理され、これにより各部品に吸着している水分が除去される。その後、ＡＰＤ２等の素子を気密封止するようにキャップ４とステム３とをプロジェクション溶接する。このプロジェクション抵抗溶接は、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われる。このように溶接することにより、溶接後の素子の気密封止部分Ｖの水分濃度を低くすることができる。
【００１４】
そして、光モジュール４では、キャップシェル４ｂの内外両方のプロジェクション４ｅが融解してステム３と融着するため、従来のように一重のプロジェクションを用いて抵抗溶接する場合に比べて、融着部の面積を大きくすることができ、素子の気密封止部分からのリークレートを抑えることができる。したがって、光モジュール２０では、素子の気密封止部分Ｖの内部の水分濃度を、長期間に亘って低く維持することができる。そのため、高水分濃度雰囲気下でＡＰＤ２等の素子に高電圧を加えることによる故障の発生を長期間防ぐことができる。
このように一つのキャップで二重（複数）の抵抗溶接（プロジェクション）を行うことで、光モジュールのサイズが大きくなるのを防いだまま高い気密性を確保することができる。
【００１５】
なお、キャップシェル４ｂは、例えば、ＦｅＮｉ５０材やコバール材を材料としてプレス成形により作製され、その表面は、Ｎｉメッキ（Ａｕメッキを追加することもある）で保護されている。このように表面をＮｉメッキで保護するようにすれば、そのＮｉメッキがロウ材の一部として寄与するため、抵抗溶接が比較的容易で、端圧・溶接電流等の溶接条件の幅を広く、すなわち、その抵抗溶接性を良くすることができる。
【００１６】
また、キャップシェル４ｂは、被削性及びＹＡＧ溶接性が良いフェライト系ステンレスのＳＦ２０Ｔやオーステナイト系ステンレスのＳＵＳ３０４を材料として、切削成形により作製されるようにしてもよい。これは、光モジュールのパッケージに、光コネクタを受納するスリーブをＹＡＧ溶接により取り付けるとき、すなわち、光モジュールを上記スリーブが取付けられて光サブアセンブリ（ＯＳＡ：Optical Sub-Assembly）として用いるときに好適である。
なお、図１及び図２の例では、集光レンズを光モジュールに取付けていた。しかし、光モジュールにスリーブを取り付けて用いる際に当該スリーブに集光レンズが設けられている場合は、光モジュール１に集光レンズを取付ける必要は無く、キャップシェルには光学窓として平板ガラスを取付ければよい。
【００１７】
また、以上では、本発明について、光電変換素子としてＡＰＤを搭載した光モジュールに適用した例で説明したが、本発明は、光電変換素子としてレーザダイオードやＰＩＮ型ＰＤを搭載する光モジュールに適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の光モジュールの一例を説明する図である。
【図２】図１の光モジュールのキャップを説明する図である。
【符号の説明】
【００１９】
１…光モジュール、２…ＡＰＤ、３…ステム、４…キャップ、４ａ…集光レンズ、４ｂ…キャップシェル、４ｃ…開口、４ｄ…フランジ部、４ｅ…プロジェクション、５，７…バイパスコンデンサ、６…プリアンプＩＣ、８…リードピン。
【図１】
2010040647.tif 000003
【図２】
2010040647.tif 000004