(57)【要約】【課題】抵抗溶接用のプロジェクションを有すると共に、ステムへ抵抗溶接されてキャンパッケージとなるキャップであって、抵抗溶接の際に、溶融した部分がキャンパッケージの素子搭載空間内へ飛び散ったり広がったりすることを、低コストで防ぐことができるキャップを提供する。【解決手段】キャップ４は、集光レンズ４ａを具備し、集光レンズ４ａが固定されるキャップシェル４ｂの円筒状の本体部Ｂと、本体部Ｂの集光レンズ４ａとは反対側端に設けられステムに溶接されるキャップシェル４ｂのフランジ部Ｆと、を有し、フランジ部Ｆには、ステムとの抵抗溶接のための環状のプロジェクションＦ１と、該プロジェクションＦ１より内周側に、プロジェクションＦ１の突出方向とは反対側に凹む環状の溝Ｆ２が、プレス加工により同心円状に形成されている。【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素子が実装されるステムに抵抗溶接されてキャンパッケージを構成する、光学レンズを具備したキャップであって、
前記光学レンズが固定されるキャップシェルの円筒状の本体部と、該本体部の前記光学レンズとは反対側端に設けられ前記ステムに溶接されるキャップシェルのフランジ部と、を有し、
該フランジ部には、前記ステムとの抵抗溶接のための環状のプロジェクションと、該プロジェクションより内周側に、プロジェクションの突出方向とは反対側に凹む環状の溝が、プレス加工により同心円状に形成されていることを特徴とするキャップ。
【請求項２】
前記溝による空間の体積は、前記プロジェクションの体積に比べて小さいことを特徴とする請求項１に記載のキャップ。
【請求項３】
前記光学レンズとしてのボールレンズが低融点ガラスにより前記キャップシェルの本体部に固定されていることを特徴とする請求項１または２にキャップ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のキャップを用いた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、光電変換素子等の素子が搭載される空間の封止に用いられるキャップ及び当該キャップを備えた光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光信号の送信及び／または受信に用いられる同軸型の光モジュールは、光電変換素子等の素子を実装する素子実装部を有する金属製のステムと、上記素子実装部を覆うための金属製のキャップとを有する。一般的に、ステムは円板状に形成され、キャップは、円筒状であり、光電変換素子に対する光学窓と、光学窓が固定される円筒状のキャップシェルと、を有し、キャップシェルの光学窓固定端とは反対側の端部の周囲に、ステムと接合するフランジが設けられている。また、光モジュールでは、ステムにキャップを取付けて構成されるキャンパッケージにより、素子が搭載される空間（素子搭載空間）を封止している。
【０００３】
このキャンパッケージの組立の際、溶接により、キャップをステムに取り付け固定しており、溶接の方式としては、抵抗溶接を用いることが多い。
キャンパッケージの組立のときの抵抗溶接では、図４に示すように、冶具を兼ねた上下の電極Ｅ１，Ｅ２により、パッケージ１０１のキャップ１０２のフランジ１０２ａを含むキャップ１０２及びステム１０３の周辺部１０４に、一定の加圧条件のもとで加圧しながら瞬間的な大電流を流し、その部分に発生するジュール熱により、キャンパッケージ１０１の全周を一度に封止する。ただし、この方法では、溶接部における部品の汚れ、あるいは圧力分布の不均等などに起因して、溶接の際に溶けた部分が素子搭載空間Ｓ内へ飛び散り、キャンパッケージ内の回路のショートの原因となる、といった問題がある。また、溶接の際に溶けた部分は、上記のように飛び散らなくても、素子搭載空間Ｓ内へはみ出すことがあり、その場合、溶けた部分が固化した後パッケージに振動などが加わると、はみ出している部分から金属片が生じることがある。
【０００４】
また、圧力分布を均一にするために、図６（Ａ）に示すように、キャップ１１０のキャップシェル１１１のステムとの接触部分であるフランジ部１１１ａに、プロジェクション１１１ｂと呼ばれる高さ０.１ｍｍ程度の突起を設けて、電流を集中させて、均一にキャップシェル１１１を溶融させることが行われているが、素子搭載空間への飛び散りや広がりを十分に抑えることができない。これは、プロジェクション１１１ｂを設けたとしても、図６（Ｂ）に示すように、抵抗溶接を行うとプロジェクション部分が溶け、キャップ１１０をステム１１２に押付けている圧力により、逃げ場を失った溶けた部分が、キャンパッケージの素子搭載空間Ｓに広がったりするからである。
【０００５】
この金属の溶融部分がパッケージ内部（素子搭載空間）に広がるのを抑えるためには、抵抗溶接の条件を見直すことにより回避できる場合もある。しかし、その場合は、キャップを押付けている圧力を抑えることにより、溶けた金属がパッケージ内部に広がる前に固めることができるが、圧力を抑えた分、溶接部分の均一性が低下する懸念や、溶接部分の気密性の低下につながる懸念がある。
【０００６】
特許文献１に開示の光モジュールは、キャップシェルのフランジ部にプロジェクションを有するキャップに構造的な工夫を施し、キャップの溶接後の高さを一定に保つことを目的としたものであるが、以下の構造により、溶融部分の素子搭載空間Ｓへの飛び散りや広がりが抑えられるようになっている。すなわち、特許文献１に開示の光モジュールは、図７に示すように、キャップ１２０が、レンズ１２１を保持するキャップシェル１２２を有しており、キャップシェル１２２のフランジ部Ｙのプロジェクション１２２ａより内側に設けた、キャップ１２０の高さを決める凸部１２２ｂで、溶融部分の素子搭載空間Ｓへの飛び散りや広がりが抑えられる構造となっている。
【特許文献１】特開２００７−１３４６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
溶けた金属の素子搭載空間への飛び散りや広がりが抑えられる構造としては、特許文献１に開示のものが有効である。しかしながら、この構造に用いるキャップのキャップシェルは、その構造的に、プレス加工ができず、切削加工などの高コストな加工方法で製造する必要がある。
【０００８】
本発明は、上述のような実情に鑑みてなされ、抵抗溶接用のプロジェクションを有すると共に、ステムへ抵抗溶接されてキャンパッケージとなるキャップであって、抵抗溶接の際に、溶融した部分がキャンパッケージの素子搭載空間内へ飛び散ったり広がったりすることを、低コストで防ぐことができるキャップ及び当該キャップを備えた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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のキャップは、光電変換素子を含む素子が実装されるステムに抵抗溶接されてキャンパッケージを構成する、光学レンズを具備したものであって、光学レンズが固定されるキャップシェルの円筒状の本体部と、本体部の光学レンズとは反対側端に設けられステムに溶接されるキャップシェルのフランジ部と、を有し、フランジ部には、ステムとの抵抗溶接のための環状のプロジェクションと、該プロジェクションより内周側に、プロジェクションの突出方向とは反対側に凹む環状の溝が、プレス加工により同心円状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、溝による空間の体積が、プロジェクションの体積に比べて小さいことが好ましい。また、光学レンズとしてのボールレンズが低融点ガラスによりキャップシェルの本体部に固定されているとよい。
なお、本発明は、上記キャップを用いたことを特徴とする光モジュールとすることもできる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、キャップシェルの本体部及びフランジ部を成型するプレス加工において、フランジ部に、抵抗溶接用のプロジェクションに加えて、そのプロジェクションより素子搭載空間側に溝を形成するので、抵抗溶接の際に溶けたプロジェクションが素子搭載空間に達するのを防ぐことができる。また、プレス加工で成型するため、キャップ及びキャップを備えた光モジュールを低コストで作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の光モジュールの一例をキャップの図示を省略して示す断面図である。図２は、本発明のキャップの一例を説明する図であり、図２（Ａ）はキャップの断面図、図２（Ｂ）はキャップの下面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）の部分拡大図である。図３は、図１の光モジュールのステムに図２のキャップを抵抗溶接したときの様子を示す断面図である。
本発明の光モジュールは、光電変換機能を有しており、その光電変換機能を担う光電変換素子としては、フォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）等の受光素子や、半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）等の発光素子が挙げられる。以下では、本発明の光モジュールについて、ＰＤを備える受光モジュールとして構成した例で説明する。
【００１３】
本例の光モジュール１は、図１及び図２（Ａ）に示すように、ＰＤ２等の素子が搭載される素子実装部を有するステム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の素子搭載空間Ｓを封止するキャンパッケージは、同軸型であり、ステム３にキャップ４をプロジェクション溶接により取付けて構成されている。
本発明の光モジュールは、キャップの構造に特徴があるものであるが、まず、ステム３について説明する。
【００１４】
ステム３は、金属製の部材であり、素子実装部として機能する上面３ａに、ＰＤ２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。また、ステム３は、略円板状に形成され、その直径は、例えば、５.６ｍｍである。なお、ステム３の上面３ａには、ＰＤ２の他に、ＰＤ２により生じた光電流を増幅するためのプリアンプＩＣ等の素子が搭載されるようにしてもよい。
【００１５】
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５がガラス封止等により取付けられている。ステム３上のＰＤ２とリードピン５は、図示しないワイヤ等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（光学レンズ）を介して受光した光信号をＰＤ２で光電変換し、得られた電気信号を、リードピン５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。
【００１６】
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、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４の作製の際、例えば、まず、鉄−ニッケル系の合金からできた０.２ｍｍ厚の板を打ち抜き、集光レンズ４ａの固定のための開口が形成された円板を得る。そして、その円板をプレス加工することにより、キャップシェル４ｂを成型する。このプレス加工により、後述のプロジェクションや溝がキャップシェル４ｂに形成されることに本発明の特徴がある。次に、成型したキャップシェル４ｂに集光レンズを固定することにより、キャップ４は完成する。なお、キャップシェル４ｂの表面は、Ｎｉメッキ仕上げとなっていることが好ましい。
【００１７】
このようなキャップ４のキャップシェル４ｂは、ステム３の上面３ａと共に素子搭載空間Ｓを形成する本体部Ｂと、本体部Ｂのステム３側の底部の周囲に形成されているフランジ部Ｆとを有する。
キャップシェル４ｂの本体部Ｂは、その上部中央の開口４ｃに集光レンズ４ａが低融点ガラスにより固定されている。集光レンズ４ａは、例えば、ＴａＦ３製の１.５ｍｍΦのボールレンズであり、その表面に、１.３１μｍまたは１.５５μｍの光に対する、反射防止膜がコーティングされている。
【００１８】
また、キャップシェル４ｂのフランジ部Ｆの底部には、図２に示すように、ステム３との抵抗溶接のためのプロジェクションＦ１が、集光レンズ４ａ方向とは反対方向に突出する形態で、円状に形成されている。さらに、フランジ部Ｆの底部におけるプロジェクションＦ１より素子搭載空間Ｓ側すなわち内側の部分には、溝Ｆ２が、プロジェクションＦ１の突出方向とは反対側の方向である集光レンズ４ａ方向に凹む形態で、プロジェクションＦ１と同心状に形成されている。
【００１９】
プロジェクションＦ１は、例えば、図２（Ｃ）に示すように、断面において、頂角αが略７５度である二等辺三角形の頂角部分を切り落としたような形状であり、その突出高さＴは、０.１ｍｍである。
一方、溝Ｆ２は、例えば、断面において、当該溝Ｆ２の内部の空間ＫがプロジェクションＦ１と同様な形状（台形状）となるようになっており、溝Ｆ２による空間Ｋの体積が、プロジェクションＦ１の体積と比べて若干少ないが略同じとなっている。また、溝Ｆ２は、その開口部が底部（図では上部）より大きく形成されている。
これらプロジェクションＦ１と溝Ｆ２は互いに近接するように設けられている。
また、これらプロジェクションＦ１及び溝Ｆ２は、プレス加工によりキャップシェルを成型した時に、本体部Ｂ等と同時に形成される。
【００２０】
キャップシェル４ｂは、上述のように、フランジ部Ｆの底面に設けられたプロジェクションＦ１の内側に溝Ｆ２を設けている。そのため、抵抗溶接の際、溶けたプロジェクション（以下、溶解プロジェクションという）が、プロジェクションがあった部分から、キャンパッケージに対して外側及び内側に飛び散ったり広がったりするが、図３に示すように、溶解プロジェクションＭのうち内側に飛び散ったり等したものは溝Ｆ２に入り込むため、溶解プロジェクションが素子搭載空間Ｓに、到達することがない。したがって、振動を加えたりしても、溶接プロジェクションＭから金属片が生じることがないので、キャンパッケージ内でのショート事故を未然に防ぐことができる。
【００２１】
このように、光モジュール１は、キャップシェル４ｂの本体部Ｂを成型する際に同時に形成されるフランジ部ＦのプロジェクションＦ１より素子搭載空間Ｓ側に、プロジェクションＦ１の突出方向とは反対方向に凹む溝Ｆ２を有するので、溶解プロジェクションが素子搭載空間Ｓに達するのを防ぐことができる。また、キャップシェル４ｂをプレス加工で成形可能であるので、コスト増を防ぐことができる。
【００２２】
また、溝Ｆ２の空間Ｋの体積が、上述のように、プロジェクションＦ１の体積と比べて若干少ないが略同じとなっているため、溝Ｆ２に入り込んだ溶解プロジェクションＭが、当該溝Ｆ２内で固まり、ステム３との接合に寄与することができる。また、溝Ｆ２の開口部を底部（図では上部）より大きく形成したので、溝Ｆ２に入り込んだ溶解プロジェクションＭを、効率的に接合に寄与させることができる。
【００２３】
なお、キャップ４とステム３の抵抗溶接の方式としては、コンデンサ式抵抗溶接が好適である。これは、この方式では、電界コンデンサに充電したエネルギーを瞬時に放出するため、短時間で大電流が得られ、熱影響の少ない溶接が可能であるからである。また、この方式では、他に比べて、入力電源を小さい容量にすることができる。
また、キャップシェル４ｂの溝Ｆ２は、図２に示した形状に限られず、本発明の主旨を変更しない範囲内で様々な形状を用いることができる。
【００２４】
以下では、図２のキャップを有する光モジュールと、従来の図４のキャップを有する光モジュールとを実際に作製し、作製したこれら光モジュールに、試験規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−８８３−２０２０及びＭＩＬ−ＳＴＤ−７５０−２０５２に基づいたＰＩＮＤ（Particle Impact Noise Detector）試験を行った結果について説明する。なお、ＰＩＮＤ試験とは、光モジュールなどの中空構造の部品内部に存在する、異物の有無を検出・判定する試験である。この試験の際、異物が移動しやすいように予め光モジュールに衝撃を加えた後、光モジュールを振動テーブル上で加振させ、加振により異物が存在すれば、振動周波数とは異なる衝突ノイズを発するので、そのノイズレベルにより、異物を検出し良否を判定した。試験装置としては、Ｂ＆Ｗ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ社製のＢＷ−４０００を用いた。
【００２５】
従来の図４のキャップを用いた光モジュールの場合、１００個製造して、３個の不良がＰＩＮＤ試験において検出された。一方、本発明の図２のキャップを用いた光モジュールの場合、１００個製造して、不良は１個という結果が得られた。このように、本発明の光モジュールでは溶接により金属が素子搭載空間に飛び散ったり広がったりすることを抑えることができる。
【００２６】
図５は、参考例のキャップを説明する図である。図２等のキャップと同様の部分については、同じ参照符号を用いることにより、その説明を省略する。キャップ４’のキャップシェル４ｂ’は、図２のキャップシェル４ｂと同様に、本体部Ｂと、本体部Ｂの周囲に形成されているフランジ部Ｆ’とを有する。
このフランジ部Ｆ’の上面Ｆ３は、図２のものと異なり、平らに形成されている。そのため、溶接の際の圧力印加が容易である。
なお、図２のキャップシェル４ｂと同様に、キャップシェル４ｂ’のフランジ部Ｆ’の底部には、抵抗溶接のためのプロジェクションＦ１が円状に形成されている。さらに、フランジ部Ｆの底部におけるプロジェクションＦ１より内側の部分には、溝Ｆ２が、プロジェクションＦ１と同心状に形成されている。そのため、キャップ４’を用いる光モジュールにおいても、溶解プロジェクションが素子搭載空間に達するのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の光モジュールの一例をキャップの図示を省略して示す断面図である。
【図２】本発明のキャップの一例を説明する図である。
【図３】図１の光モジュールのステムに図２のキャップを抵抗溶接したときの様子を示す断面図である。
【図４】キャンパッケージの抵抗溶接方法を説明する図である。
【図５】参考例のキャップを説明する図である。
【図６】従来の光モジュールのキャップを説明する図である。
【図７】従来の光モジュールの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…光モジュール、２…ＰＤ、３…ステム、３ａ…上面、４…キャップ、４ａ…集光レンズ、４ｂ…キャップシェル、Ｂ…本体部、フランジ部…Ｆ、プロジェクション…Ｆ１、溝…Ｆ２、４ｃ…開口、５…リードピン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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