(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバの取付孔が形成された外囲器と、この外囲器の前記取付孔に連通するよう形成された収納凹部内に装着された光半導体素子とを備える光半導体装置であって、前記光半導体素子は、前記取付孔に一端が取り付けられた前記光ファイバと光結合するための通光口を備えていると共に、外面に固定凹部を有しており、
前記外囲器は、前記光半導体素子を前記光ファイバの取付孔と前記通光口の中心を一致させた状態で前記収納凹部内に固定するための、前記固定凹部に係合する突出部を備えている
ことを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記外囲器の突出部は、前記光半導体素子を前記収納凹部内に挿入した後に、前記外囲器を塑性変形させて形成したものであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記外囲器の突出部は、該外囲器の外壁面に形成された固定ガイド穴に加熱された押し金型を挿入し、該固定ガイド穴の内底部を前記収納凹部内方向に突き押して該外囲器壁を膨出させることにより形成したものであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項４】
前記光半導体素子は、パッケージが積層されたセラミック基板で構成されていると共に、前記固定凹部は最外層の前記セラミック基板に予め貫通孔または凹状穴を設けておくことにより形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項５】
前記光半導体素子は、パッケージが合成樹脂材料により成形されたものであると共に、パッケージ成形時に前記固定凹部も同時に成形されたものであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項６】
前記光半導体素子は、パッケージが積層されたセラミック基板で構成されていると共に、前記固定凹部が最外層の前記セラミック基板の外面に固着した金属板に予め固定孔を貫通するように設けておくことにより形成したものであることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項７】
前記外囲器は導電性を有する合成樹脂材料でなると共に、前記外囲器と金属板とが導通するように構成されていることを特徴とする請求項６記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外囲器内に光半導体素子を収納してなる光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術を、図９を参照して説明する。図９は縦断面図であり、図９において、１は光半導体素子で、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックでなるパッケージ２内に図示しないレーザダイオード、受光素子等の送光受光素子を封止するようにして構成されている。また、３は外囲器であり、合成樹脂材料によって成形された外囲器３には、収納凹部４とこれに連通するファイバ取付孔５が形成されていて、ファイバ取付孔５には図示しない光ファイバの一端が取り付けられるようになっている。さらに収納凹部４には、その開口部分を塞ぐように合成樹脂製のカバー６が図示しない爪を外囲器３に係合させることにようにして設けられている。
【０００３】
光半導体素子１は、その一主面側の金属製の封止蓋７に形成された通光口である図示しない送光受光口とファイバ取付孔５の開口端の位置が一致するように収納凹部４内に圧入、装着されており、さらにエポキシ系の接着剤８によって収納凹部４内に固定されている。そして、収納凹部４に装着された光半導体素子１の他主面側には、シリコンゴム製の緩衝部材９を間に設けるようにしてカバー６が覆うように取り付けられている。なお、１０は外囲器３に設けられたアース端子であり、１１は光半導体素子１に設けられた外部接続端子で、内部のレーザダイオードや受光素子等を有する回路に導通する半田めっきにより形成された図示しない外部端子に半田付けにより固定されている。
【０００４】
このように構成されたものでは、外囲器３の収納凹部４内に光半導体素子１を圧入するようにして装着し、さらに、中心が一致しているファイバ取付孔５と封止蓋７に形成された送光受光口の位置がずれないようにパッケージ２を収納凹部４に接着剤８によって固定するようにして光半導体素子１は外囲器３内に組み込まれている。そして、このように構成された光半導体装置に、ファイバ取付孔５に光ファイバの一端部を挿入し固定することによって、光半導体素子１の送光受光口に対し光ファイバが光軸を一致させるようにして設けられる。
【０００５】
しかしながら上記の従来技術においては、光ファイバを取り付けた時に、光半導体素子１の送光受光口の光軸と光ファイバの光軸とを一致させ、光結合を良好なものとするようファイバ取付孔５に対し、光半導体素子１の送光受光口の位置合わせが正確に行われるが、そのために、外囲器３への圧入やずれ防止の接着を必要とする。その結果、半田濡れ性を確保するために外部接続端子１１に施した半田めっきが圧入加工の際に剥がれたりする虞があり、また接着加工を行うことで工数が増加し、コスト上昇の要因となっていた。さらに、装置の外観を良好なものとするために光半導体素子１を装着した後にカバー６で覆わなければならず、カバー６取り付けに伴う工数増と部品点数増の点からもコスト上昇の要因となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況に鑑みて本発明はなされたもので、光半導体素子の通光口と光ファイバの取付孔の位置合わせと、光半導体素子の外囲器への固定とが正確かつ簡単に行え、光ファイバを取り付けた際に光半導体素子の通光口と光ファイバの光軸とが一致し良好な光結合が得られると共に、外部接続端子等に施した半田めっきが加工の際に剥がれたりする虞がなく、カバー等の別部品を用いなくても良好な外観が得られるようにした光半導体装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、光ファイバの取付孔が形成された外囲器と、この外囲器の取付孔に連通するよう形成された収納凹部内に装着された光半導体素子とを備える光半導体装置であって、光半導体素子は、取付孔に一端が取り付けられた光ファイバと光結合するための通光口を備えていると共に、外面に固定凹部を有しており、外囲器は、光半導体素子を光ファイバの取付孔と通光口の中心を一致させた状態で収納凹部内に固定するための、固定凹部に係合する突出部を備えていることを特徴とするものであり、
さらに、外囲器の突出部は、光半導体素子を収納凹部内に挿入した後に、外囲器を塑性変形させて形成したものであることを特徴とするものであり、
さらに、外囲器の突出部は、該外囲器の外壁面に形成された固定ガイド穴に加熱された押し金型を挿入し、該固定ガイド穴の内底部を収納凹部内方向に突き押して該外囲器壁を膨出させることにより形成したものであることを特徴とするものであり、
さらに、光半導体素子は、パッケージが積層されたセラミック基板で構成されていると共に、固定凹部が最外層のセラミック基板に予め貫通孔または凹状穴を設けておくことにより形成されたものであることを特徴とするものであり、
さらに、光半導体素子は、パッケージが合成樹脂材料により成形されたものであると共に、パッケージ成形時に固定凹部も同時に成形されたものであることを特徴とするものであり、
さらに、光半導体素子は、パッケージが積層されたセラミック基板で構成されていると共に、固定凹部が最外層の前記セラミック基板の外面に固着した金属板に予め固定孔を貫通するように設けておくことにより形成したものであることを特徴とするものであり、
さらに、外囲器は導電性を有する合成樹脂材料でなると共に、外囲器と金属板とが導通するように構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【０００９】
先ず、第１の実施形態を図１乃至図４を参照して説明する。図１は縦断面図であり、図２は光半導体素子の正面図であり、図３は光半導体素子の側面図であり、図４は光半導体素子を装着する前の外囲器の縦断面図である。
【００１０】
図１乃至図４において、２０は光伝送用の光半導体装置で、外囲器２１内に光半導体素子２２を装着して構成され、図示しない光ファイバが所定の部位に固定されることによって光の送受が行われ、固定された光ファイバを介して情報の伝達等が行われる。そして、外囲器２１内に装着される光半導体素子２２は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックでなるパッケージ２３内に図示しないレーザダイオード、受光素子等の送光受光素子を封止するようにして構成されている。
【００１１】
また、パッケージ２３は、例えば幅が約２０ｍｍ、高さが約６ｍｍ、厚さが約２．５ｍｍ、程度の直方体形状のもので、それぞれにレーザダイオードや受光素子等を有してなる所定回路が形成されていると共に、所定形状となるよう成形された複数のセラミック基板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅを厚さ方向に積層することによって形成されており、その一主面を形成するセラミック基板２３ａの外面は金属製の封止蓋２４で覆われている。そして封止蓋２４にはパッケージ２３内に封止されたレーザダイオードや受光素子等の送光受光部位への光結合が可能となるように、透光性ガラスの窓を設けてなる通光口である図示しない送光受光口が形成されている。
【００１２】
一方、他主面であるセラミック基板２３ｅ側の外面には、例えば約１０ｍｍのピッチで、例えば大きさが２ｍｍ×２ｍｍで、深さが約０．５ｍｍの第１の固定凹部２５が３つ形成されており、さらに一側辺部側には、第１の固定凹部２５の略半分に相当する形状の第２の固定凹部２６が形成されている。そして、これらの第１の固定凹部２５と第２の固定凹部２６は、セラミック基板２３ｅを作る際に予め貫通孔を形成しておき、パッケージ２３を構成するために各セラミック基板２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅを積層することにより形成されるようにするか、あるいはまた、セラミック基板２３ｅに予め所定形状の凹状穴を形成しておくことにより設けるようにする。なお、パッケージ２３の他主面の下辺部分には、内部のレーザダイオードや受光素子等を有する回路の所定部位に導通する外部電極２７が辺方向に配列するように形成されいて、各外部電極２７には銀ろう付けによって外部接続端子２８が固定されており、さらに外部電極２７と外部接続端子２８には半田めっきが施されている。
【００１３】
また、外囲器２１は熱可塑性の合成樹脂材料、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等によって、略直方体状の所定の形状となるように成形されたもので、片方の側面には図示しない光ファイバが挿入される開口部２９が形成されている。そして外囲器２１の他方の側面側部分には、下面に開口するように収納凹部３０が形成されていて、その形状はパッケージ２３と略同形状となっており、この収納凹部３０には光半導体素子２２が下面の開口した部分から収納される。
【００１４】
さらに、開口部２９の内奥部には、収納凹部３０との間に隔壁部３１が設けられていて、この隔壁部３１には、開口部２９から挿入された光ファイバの一端が取り付けられるファイバ取付孔３２が、収納凹部３０の側壁面に直交するようにして収納凹部３０内に連通している。またさらに開口部２９の上下部分には、光ファイバの一端に固着された図示しない光コネクタを外囲器２１に固定する勘合溝３３が形成されている。
【００１５】
また、外囲器２１の他方の外側面には、収納凹部３０に収納された光半導体素子２２の他主面に形成された第１の固定凹部２５、第２の固定凹部２６に対応する位置に、各固定凹部２５，２６に応じた形状の押し金型３４が白抜き矢印Ａ方向に進出して挿入される固定ガイド穴３６が形成されている。押し金型３４は、先端部分に小形状部３５が突出するよう形成されたもので、図示しない加熱源により外囲器２１を形成している合成樹脂材料が軟化する温度、例えば外囲器２１がＰＢＴである場合には約１８０℃程度に加熱されるようになっている。なお、３７は外囲器２１に設けられたアース端子である。
【００１６】
そして、外囲器２１への光半導体素子２２の取り付けは、外囲器２１の収納凹部３０内に光半導体素子２２を収納し、ファイバ取付孔３２と封止蓋２４に形成された送光受光口の中心とを一致させた後、両者が位置ずれしないようにした状態で所定温度にまで加熱源で加熱した押し金型３４を固定ガイド穴３６に挿入する。そして、押し金型３４の先端部分の小形状部３５で固定ガイド穴３６の内底部分を押し、収納凹部３０と固定ガイド穴３６の内底部分との間の境界壁を収納凹部３０内方向に押し出し膨出させる。
【００１７】
これにより固定ガイド穴３６の内底部分は押し金型３４の先端部分の形状と同形状に変形すると共に、境界壁の収納凹部３０内への膨出部分は、突出部３８としてパッケージ２３の第１の固定凹部２５と第２の固定凹部２６内に半充填し、同時に光半導体素子２２をファイバ取付孔３２方向に押圧しながら収納凹部３０内に位置ずれしないように固定する。光半導体素子２２が固定された後、押し金型３４は白抜き矢印Ａとは逆の方向に引き戻され、光半導体素子２２の外囲器２１への取り付けを完了する。
【００１８】
そして、このように構成された光半導体装置２０に対し、光コネクタが固着されている光ファイバの一端部を外囲器２１の開口部２９から挿入し、光コネクタを勘合溝３３に係合させて固定すると共に、光ファイバの一端をファイバ取付孔３２に取り付ける。これにより光半導体素子２２の送光受光口に対し光ファイバが光軸を一致させるようにして設けられる。
【００１９】
以上の通り構成されたものでは、外囲器２１の収納凹部３０内に光半導体素子２２を収納すると共に第１の固定凹部２５と第２の固定凹部２６内に半充填するよう突出部３８を形成することで、光半導体素子２２の送光受光口の中心とファイバ取付孔３２の中心を一致させた状態で、光半導体素子２２をファイバ取付孔３２方向に押圧しながら収納凹部３０内に位置ずれしないように、正確かつ簡単に固定することができる。これにより、光ファイバを取り付けた時に、光半導体素子２２の送光受光口の光軸と光ファイバの光軸とを一致させ、良好な光結合を行うことができる。
【００２０】
また、このように構成されたものでは、装置の外観を良好なものとするために特にカバー等を設ける必要がなく、光半導体素子２２を外囲器２１の収納凹部３０内に装着する際に圧入加工や接着加工を行う必要がないため、外部接続端子２８に施した半田めっきが剥がれたりする等の虞がなく、さらに接着やカバー取付け等のための工数や部品点数増の点からのコスト上昇を生じることがない。
【００２１】
次に、第２の実施形態を図５乃至図８を参照して説明する。なお、第１の実施形態と同一部位には同符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図５は縦断面図であり、図６は光半導体素子の正面図であり、図７は光半導体素子の側面図であり、図８は光半導体素子を装着する前の外囲器の縦断面図である。
【００２２】
図５乃至図８において、４０は光伝送用の光半導体装置で、外囲器４１内に光半導体素子４２を装着して構成され、第１の実施形態と同様に、図示しない光ファイバが所定の部位に固定されることによって光の送受が行われ、固定された光ファイバを介して情報の伝達等が行われる。そして、外囲器４１内に装着される光半導体素子４２は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックでなるパッケージ４３内に図示しないレーザダイオード、受光素子等の送光受光素子を封止するようにして構成されている。
【００２３】
また、パッケージ４３は、例えば幅が約２０ｍｍ、高さが約６ｍｍ、厚さが約２．５ｍｍ程度の直方体形状のもので、それぞれにレーザダイオードや受光素子等を有してなる所定回路が形成されていると共に、所定形状となるよう成形された複数のセラミック基板４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅを厚さ方向に積層することによって形成されており、その一主面を形成するセラミック基板４３ａの外面は金属製の封止蓋２４で覆われている。
【００２４】
一方、他主面であるセラミック基板４３ｅの外面には、例えば厚さが０．０５ｍｍで略長方形状のＦｅＮｉ合金で形成された金属板４４が固着されており、この金属板４４には、例えば大きさが２ｍｍ×２ｍｍの固定孔４５が離間して２つ貫通するように形成されていると共に、下辺の中間部分にグランド端子４６が突出するように形成されている。なお、この金属板４４の固着は、セラミック基板４３ｅの外面にタングステン（Ｗ）ペーストを所定の形状を有するように塗布し、ニッケル（Ｎｉ）めっきを施して形成した金属板固着部４７に、銀ろう付けによって固着されている。
【００２５】
また、パッケージ４３の他主面の下辺部分には、内部のレーザダイオードや受光素子等を有する回路の所定部位に導通する外部電極２７が辺方向に配列するように形成されいて、各外部電極２７には銀ろう付けによって外部接続端子２８が固定されており、さらに光半導体素子４２の外面に露出する金属部である金属板４４、グランド端子４６、金属板固着部４７、外部電極２７、外部接続端子２８には半田めっきが施されている。
【００２６】
また、外囲器４１は熱可塑性の合成樹脂材料、例えばＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）やＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＰＯ（ポリフェニレンオキサイド）等によって、略直方体状の所定の形状となるように成形されたもので、片方の側面には図示しない光ファイバが挿入される開口部２９が形成されている。そして外囲器４１の他方の側面側部分には、光半導体素子４２が下面の開口部分から収納されるパッケージ４３と略同形状の収納凹部３０が形成されている。
【００２７】
また、外囲器４１の他方の外側面には、収納凹部３０に収納された光半導体素子４２の他主面側に設けられた固定孔４５に対応する位置に、固定孔４５に応じた形状の押し金型３４が白抜き矢印Ａ方向に進出して挿入される固定ガイド穴３６が形成されている。押し金型３４は、先端部分に小形状部３５が突出するよう形成されたもので、図示しない加熱源により外囲器４１を形成している合成樹脂材料が軟化する温度、例えば外囲器４１がＰＢＴである場合には約１８０℃程度に加熱されるようになっている。
【００２８】
そして、外囲器４１への光半導体素子４２の取り付けは、外囲器４１の収納凹部３０内に光半導体素子４２を収納し、ファイバ取付孔３２と封止蓋２４に形成された送光受光口の中心とを一致させた後、両者が位置ずれしないようにした状態で所定温度にまで加熱源で加熱した押し金型３４を固定ガイド穴３６に挿入する。そして、押し金型３４の先端部分の小形状部３５で固定ガイド穴３６の内底部分を押し、収納凹部３０と固定ガイド穴３６の内底部分との間の境界壁を収納凹部３０内方向に押し出し膨出させる。
【００２９】
これにより固定ガイド穴３６の内底部分は押し金型３４の先端部分の形状と同形状に変形すると共に、境界壁の収納凹部３０内への膨出部分は、突出部３８としてパッケージ４３の外面に固着された金属板４４の固定孔４５内に半充填し、同時に光半導体素子４２をファイバ取付孔３２方向に押圧しながら収納凹部３０内に位置ずれしないように固定する。なお、セラミック基板４３ｅの外面に固定孔４５に対応して同形状の凹部を形成しておき、固定孔４５内に半充填するように形成された突出部３８の形状をより大きく突出したものとしてもよい。また光半導体素子４２が固定された後、押し金型３４は白抜き矢印Ａとは逆の方向に引き戻され、光半導体素子４２の外囲器４１への取り付けを完了する。
【００３０】
そして、このように構成された光半導体装置４０に対し、光コネクタが固着されている光ファイバの一端部を外囲器４１の開口部２９から挿入し、光コネクタを勘合溝３３に係合させて固定すると共に、光ファイバの一端をファイバ取付孔３２に取り付ける。これにより光半導体素子４２の送光受光口に対し光ファイバが光軸を一致させるようにして設けられる。
【００３１】
以上の通り構成されたものでは、外囲器４１の収納凹部３０内に光半導体素子４２を収納すると共に固定孔４５に半充填するよう突出部４８を形成することで、光半導体素子４２の送光受光口の中心とファイバ取付孔３２の中心を一致させた状態で、光半導体素子４２をファイバ取付孔３２方向に押圧しながら収納凹部３０内に位置ずれしないように、正確かつ簡単に固定することができることになり、光ファイバと光半導体素子４２の良好な光結合が実現でき、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
さらに、パッケージ４３の外面に金属板４４を固着するように設けたので、外囲器４１を軟化させながら固定孔４５に半充填する際にパッケージ４３に加わる押し金型３４の圧力が、金属板４４に多く逃れ分散することになるので、セラミック基板４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅのクラック発生が防止される。また、外面に熱伝導性のよい金属板４４を設けたことによってパッケージ４３の高い放熱効果が得られる。
【００３３】
なお、上記の第２の実施形態においては光半導体素子４２のパッケージ４３を複数のセラミック基板４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅを積層することによって形成したが、エポキシ系合成樹脂材料を用いた成形により形成してもよい。なおまた、外囲器４１をＰＢＴ等により形成する場合、カーボンフィラーを所定の割合で混練して導電性を持たせるようにすれば、グランド端子４６をグランド電位とすることにより外囲器４１に高いシールド効果を持たせることができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光半導体素子の通光口と光ファイバの取付孔の位置合わせと、光半導体素子の外囲器への固定とが正確かつ簡単に行え、光ファイバを取り付けた際に光半導体素子の通光口と光ファイバの光軸とが一致し良好な光結合が得られ、また外部接続端子等に施した半田めっきが加工の際に剥がれたりする虞がなく、カバー等の別部品を用いなくても良好な外観が得られる等の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る光半導体素子の正面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る光半導体素子の側面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る光半導体素子を装着する前の外囲器の縦断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る光半導体素子の正面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る光半導体素子の側面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る光半導体素子を装着する前の外囲器の縦断面図である。
【図９】従来例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
２１，４１…外囲器
２２，４２…光半導体素子
２３，４３…パッケージ
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ，４３ｅ…セラミック基板
２５…第１の固定凹部
２６…第２の固定凹部
３０…収納凹部
３２…ファイバ取付孔
３４…押し金型
３６…固定ガイド穴
３８…突出部
４４…金属板
４５…固定孔
【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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【図８】
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【図９】
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