(57)【要約】  【課題】  シーム溶接の際に発生する変形や熱に起因する応力により、窓体にクラックや接合破壊が発生しないようにするとともに、窓体に発生する残留応力を低減し、長期にわたり気密信頼性を高く保持できる蓋体およびこれを用いた収納用パッケージを提供すること。  【解決手段】  本発明の蓋体７は、下面に凹部３ｂを有し上面と凹部３ｂの底面との間を貫通する光を透過させるための開口部３ａが形成された第一の枠体３、および開口部３ａを覆うように上側主面の外周部が凹部３ｂ内の開口部３ａの周囲に第一の封止材２を介して接合された、反射防止膜が形成されたガラス製の窓体１から成る第一の蓋体４と、中央部に開口６ａが形成され、上面の開口６ａの周囲に第二の封止材５を介して第一の蓋体４の第一の枠体３の下面が接合された第二の枠体６とを具備している。シーム溶接時の蓋体７に発生する残留応力によって窓体１が剥離しない。【選択図】  図１
2006066645.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下面に凹部を有し上面と前記凹部の底面との間を貫通する光を透過させるための開口部が形成された第一の枠体、および前記開口部を覆うように上側主面の外周部が前記凹部内の前記開口部の周囲に第一の封止材を介して接合されたガラス製の窓体から成る第一の蓋体と、中央部に開口が形成され、上面の前記開口の周囲に第二の封止材を介して前記第一の蓋体の前記第一の枠体の下面が接合された第二の枠体とを具備していることを特徴とする蓋体。
【請求項２】
前記第一の枠体は、その厚みが前記第二の枠体の厚みより厚く、前記第一の枠体のヤング率が前記第二の枠体のヤング率より大きいことを特徴とする請求項１記載の蓋体。
【請求項３】
前記第一の枠体は、その熱伝導率が前記第二の枠体の熱伝導率より小さいことを特徴とする請求項１または請求項２記載の蓋体。
【請求項４】
上面に光素子を収容するための凹所を有する基体と、該基体の上面に前記凹所を塞ぐように接合された請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蓋体とを具備している光素子収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部からの機械的衝撃や振動あるいは水分の浸入から光素子を保護するための蓋体および光素子収納用パッケージに関し、特にＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の撮像素子、光スイッチ，ミラーデバイス等のＭＥＭＳ、ＣＤ，ＤＶＤ用のＬＤ，ＰＤ等の光素子等を保護するための蓋体およびこれを用いた光素子収納用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の蓋体およびこれを用いた光素子収納用パッケージを図２に示す。図２において、11は窓体、12は封止材、13は金属枠体、14は蓋体、15は基体である。
【０００３】
窓体11は熱膨張率が5.0乃至8.0×10-6／℃でヤング率が45乃至100ＧＰａの物質で、主にホウケイ酸ガラスから成る。封止材12は熱膨張率が5.0乃至8.0×10-6／℃でヤング率が45乃至100ＧＰａの物質で、封止温度が300乃至500℃の接合ガラスから成る。金属枠体13は熱膨張率が約5.0乃至7.0×10-6／℃でヤング率が100乃至220ＧＰａの鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属材料から成る。このように、蓋体14は異なる物性値をもつ３つの材質から構成されている。
【０００４】
このような光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）は、光を透過させるための開口部を有する金属枠体13およびこの開口部を覆うように封止材12を介して接合された透光性の窓体11から成る平板状の蓋体14と、切削やプレスなどの機械加工が可能な金属材料から成る上面に光素子を収容し搭載するための凹部を有する基体15とから構成され、蓋体14と基体15とはシーム溶接などで接合される。
【特許文献１】特開2002−33407号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱膨張係数の異なる物質を、熱を加えて接合させる場合は少なからず反りが生じる。例えば図２記載の蓋体14において窓体11の熱膨張係数が7.0×10-6／℃で厚みが0.4ｍｍ、封止材12の熱膨張係数が7.2×10-6／℃、金属枠体13の熱膨張係数が10.0×10-6／℃で厚みが0.55ｍｍという構成部材から成る場合、封止材12を用いて300乃至500℃という熱を伴うガラス接合をする封止工程後の冷却の際、各構成部材は熱膨張係数に比例して収縮することから、収縮率に差があることにより、蓋体14は中心が高く、端が低くなるような凸形状に変形し、30乃至150μｍの反りが発生する。このように反りを有した蓋体14と基体15とをシーム溶接にて接合させる場合、蓋体14に反りと逆向きに変形させるような応力を加えて基体１5の形状に沿うように蓋体14を変形させながら蓋体14と基体15とを接合させることになる。すなわち、蓋体14は、シーム溶接の電極ローラーが蓋体14上面から押しつけられることで、反りと逆向きに変形するような応力を受けながらシーム溶接に要する短い時間で基体15に接合されることから、この応力を分散することができずに非常に大きな残留応力を生じてしまうことになる。
【０００６】
この接合による残留応力は、窓体11でも発生しており、窓体11が破壊され易くなってクラックを生じたり窓体11と封止材12との接合強度が弱くなって界面剥離を生じたりする。そして、これらの部位からパッケージの気密封止が破れ、内部に収容し搭載される光素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができなくなるという問題点を有していた。
【０００７】
加えて、シーム溶接の際、蓋体14と基体15との接合面に瞬間的に大きな熱量が発生するが、この溶接による熱が封止材12や窓体11にも伝わり、封止材12と窓体11との熱膨張係数の差から熱応力を発生させる。この熱応力も、窓体11にクラックを生じさせたり、窓体11と封止材12との界面剥離や接合強度の低下の要因となったりし、これらの部位からパッケージの気密封止が破れて内部に収容し搭載する光素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができなくなるという問題点を有していた。
【０００８】
さらに、金属枠体13の熱伝導率が高い場合、シーム溶接の際に発生する熱量が封止材12や窓体11に伝わりやすくなり、一方で冷却される際の温度勾配が大きくなることから、熱膨張係数の差により生じる熱応力が非常に大きくなるので、上記の問題点がより顕著になる。
【０００９】
また、各構成部品の熱膨張係数は一定でなく温度依存性があり、さらに熱伝導率まで考慮すると各構成部品の熱伝導率や熱膨張係数を近似させ、熱応力による反りや剥がれ等を抑止することは事実上困難であり、また、各構成部品の反り等が等しくなるように形状や接合部を制御することも事実上困難である。
【００１０】
従って、本発明はかかる従来の問題点に鑑み案出されたものであり、その目的は、シーム溶接の際の変形や熱に起因して発生する残留応力や熱応力による窓体のクラックや接合破壊を有効に防止できるとともに、気密信頼性の高い蓋体とすることである。特に窓体に発生する残留応力を低減することができる光素子収納用パッケージを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の蓋体は、下面に凹部を有し上面と前記凹部の底面との間を貫通する光を透過させるための開口部が形成された第一の枠体、および前記開口部を覆うように上側主面の外周部が前記凹部内の前記開口部の周囲に第一の封止材を介して接合されたガラス製の窓体から成る第一の蓋体と、中央部に開口が形成され、上面の前記開口の周囲に第二の封止材を介して前記第一の蓋体の前記第一の枠体の下面が接合された第二の枠体とを具備していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の蓋体において、好ましくは、前記第一の枠体は、その厚みが前記第二の枠体の厚みより厚く、前記第一の枠体のヤング率が前記第二の枠体のヤング率より大きいことを特徴とする。
【００１３】
本発明の蓋体において、好ましくは、前記第一の枠体は、その熱伝導率が前記第二の枠体の熱伝導率より小さいことを特徴とする。
【００１４】
本発明の光素子収納用パッケージは、上面に光素子を収容するための凹所を有する基体と、該基体の上面に前記凹所を塞ぐように接合された上記本発明の蓋体とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の蓋体は、下面に凹部を有し上面と凹部の底面との間を貫通する光を透過させるための開口部が形成された第一の枠体、および開口部を覆うように上側主面の外周部が凹部内の開口部の周囲に第一の封止材を介して接合された、ガラス製の窓体から成る第一の蓋体と、中央部に開口が形成され、上面の開口の周囲に第二の封止材を介して第一の蓋体の第一の枠体の下面が接合された第二の枠体とを具備していることから、蓋体が基体の形状に沿うように変形を伴いながらシーム溶接される際に発生する残留応力や熱応力を、第二の枠体が大きく変形することによって、吸収、分散することができるので、窓体が接合されている第一の蓋体に応力による歪みや反りが発生することを効果的に抑制できる。
【００１６】
さらに、窓体は第二の枠体に、第一の枠体，第一の封止材および第二の封止材を介して接合されるので、シーム溶接による熱が窓体に伝わりにくくなり、窓体および第一の枠体自身の熱による変形やその変形による応力の発生を有効に抑止することができる。
【００１７】
また、窓体が第一の枠体の凹部内の開口部の周囲に接合されていることから、凹部内の窓体が第一の枠体に保護され、パッケージの製造時や使用時に窓体を衝突や接触などの外的要因による傷の発生や脱落などから保護することができる。
【００１８】
本発明の蓋体は、好ましくは、第一の枠体は、その厚みが第二の枠体より厚く、第一の枠体のヤング率が第二の枠体のヤング率より大きいことから、シーム溶接の際に発生する残留応力や熱応力を第二の枠体の変形により効果的に吸収、分散させることができる。そうすることで第一の枠体が変形しにくくなるので窓体と第一の封止材とに加わる外力を抑止することができる。それによって、比較的強度の弱い窓体や第一の封止材の応力や反りの発生を少なくできるので、窓体のクラックや窓体と第一の封止材との封止部の破壊を有効に防止でき、気密信頼性の高い蓋体を実現することができる。
【００１９】
本発明の蓋体は、好ましくは、第一の枠体は、その熱伝導率が第二の枠体の熱伝導率より小さいことから、シーム溶接の際に第二の枠体で発生した熱が、第二の枠体から第一の枠体へ伝わりにくくなるので、窓体や第一の封止材に熱応力が発生することをさらに抑止し、より気密信頼性の高い蓋体を実現することができる。
【００２０】
本発明の光素子収納用パッケージは、上面に光素子を収容するための凹所を有する基体と、基体の上面に凹所を塞ぐように接合された本発明の蓋体とを具備していることから、シーム溶接の際に発生する残留応力や熱応力に起因して蓋体に応力や反りが発生することを効果的に抑止することができるので、窓体や第一の封止材にクラックや接合破壊が発生することを効果的に防止することができるため、光学特性が長期に安定した光素子収納用パッケージとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の蓋体およびこれを用いた光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の蓋体およびこれを用いた光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。図１において、１は反射防止膜が形成されたガラス製の窓体、２は窓体１の上側主面の外周部と枠体３の凹部３ｂ内の開口部３ａの周囲とを接合する第一の封止材、３は第一の枠体、４は第一の蓋体、５は第一の蓋体４の第一の枠体３の下面と第二の枠体６の開口６ａの周囲とを接合する第二の封止材、６は第二の枠体、７は第一の蓋体４と第二の枠体６とが第二の封止材５を介して接合された本発明の蓋体、８は上面に光素子を搭載する凹所を有する基体を示し、主に窓体１、第一の封止材２、第一の枠体３によって第一の蓋体４が構成され、第一の蓋体４、第二の封止材５、第二の枠体６によって本発明の蓋体７が構成され、さらに蓋体７および基体８によって本発明の光素子収納用パッケージが構成される。
【００２３】
窓体１の材質は透光性のガラス材であれば特に制限はないが、例えばホウケイ酸ガラスやソーダガラス，サファイヤガラス等の硬質ガラス材料が採用可能である。窓体１は、一般にこれら材料を板状のウエハに成形し、ウエハ表面を研磨した後、個片に切り出すことによって製作される。
【００２４】
なお、窓体１となるウエハには光透過性を良くするために反射防止膜が塗布または蒸着により被着されるのが好ましい。反射防止膜は、チタニア（ＴｉＯ２），アルミナ（ＳｉＯ２），ジルコニア（ＺｒＯ２），フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）等を真空蒸着法や高周波イオンプレーティング法，スパッタリング法等により多層積層して形成される。その層数や各層の厚みは要求される光学特性により異なるが、反射防止膜の総厚みは0.1乃至5.0μｍとするのが反射防止膜の耐熱性および第一の封止材２となる低融点ガラスとの密着性を確保する上で好ましい。
【００２５】
窓体１をウエハから切り出して個片にするには、まず例えば直径が６インチ、厚みが0.5乃至１ｍｍのウエハをステンレススチール（ＳＵＳ）製の枠板に貼り付けられた厚さ90μｍの塩化ビニル製のフィルムの中央部に粘着させ、その後に直径80ｍｍ、厚み0.15ｍｍの円形刃をセットしたダイシング装置により、円形刃の回転速度20,000ｒｐｍ以上、円形刃の送り速度20ｍｍ／秒の条件で窓部材を例えば20乃至25ｍｍ×10乃至15ｍｍの個片に切断する。なお、ウエハから切り出された個片は、端面角部を面取り加工すると、封止面積を大きくすることできるので、第一の封止材２との応力緩和の観点からより好ましい。
【００２６】
また第一の封止材２および第二の封止材５は、低融点ガラスであれば特に制限は無いが、例えば鉛ホウ酸系ガラス（ＰｂＯ−Ｂ２０３系），ホウ酸塩ガラス（Ｂ２Ｏ３系,Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系,Ｎａ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３系等），鉛ケイ酸塩ガラス（ＰｂＯ−ＳｉＯ２系，ＰｂＯ−Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２系等），リン酸塩ガラス（Ｎａ２Ｏ−Ｐ２Ｏ５系,Ｂ２Ｏ３−Ｐ２Ｏ５系等）やリン酸スズ亜鉛ガラス（Ｐ２Ｏ５−ＳｎＯ−ＺｎＯ系）等が挙げられ、地球環境的には鉛フリーガラスであるホウ酸塩ガラスやリン酸塩ガラス，リン酸スズ亜鉛ガラス等が好ましい。
【００２７】
このような第一の封止材２および第二の封止材５は、低融点ガラスの粉末に無機充填材や有機溶剤および可塑材等を添加混合して得た混合ペーストを、厚みが100乃至300μｍとなるようにスクリーン印刷またはディスペンサにより、それぞれ第一の枠体３もしくは第二の枠体６に塗布し、大気中で温度約350乃至470℃で溶融させることによって第一の枠体３および窓体１ならびに第一の窓体４および第二の枠体６が接合される。
【００２８】
第一の封止材２が被着される窓体１の外周部のガラス封止部の幅は、0.5乃至２ｍｍとするのが好ましい。幅が0.5ｍｍ未満となると、第一の封止材２の量が不足することとなり、第一の枠体３に窓体１を接合させた際に気密不良を起こしたり、接合強度の低下を起こして窓体の剥がれ等を起こしたりする傾向がある。２ｍｍを超えると、封止幅が過度に広くなって広い幅を封止するために、第一の封止材２の量を多くする必要があり、その結果、第一の枠体３に窓体１を接合させた際に窓体１の下側主面、すなわち基体８側の主面へ第一の封止材２が流れ出したりあるいは枠体の側壁内に流れ出したりして光を透過させる領域を狭くしてしまい、窓体１の光の透過率が悪くなる傾向がある。
【００２９】
また、第一の枠体３および第二の枠体６の、第一の封止材２および第二の封止材５が被着されない領域には、腐食を防止するためおよび第二の枠体６の外周下面と基体８とのシーム溶接のために各種めっき層を形成しておくとよい。このメッキ層は、好ましくはニッケル（Ｎｉ）メッキを１〜５μｍの厚みで施した後、金（Ａｕ）メッキを１〜２μｍの厚みで施すのがよい。
【００３０】
第一の枠体３は、金属材料や、アルミナセラミックスの下面に凹部３ｂを有し、中央部に上面と凹部３ｂの底面との間を貫通する光を透過させるための開口部３ａが打抜き金型で打抜かれた形状に製作され、金属材料から成る板材等に、中央部に光を透過させるための開口６ａを打抜き金型で打抜くことによって製作される。
【００３１】
第一の枠体３と第二の枠体６の材質としては、例えば、第一の枠体３として切削やプレスなどの機械加工が可能な鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金であるＦｅ（55％）−Ｎｉ（29％）−Ｃｏ（16％）合金（ヤング率：130ＧＰａ，熱伝導率：16.7Ｗ/ｍＫ）、第二の枠体６として銅（ヤング率：125ＧＰａ，熱伝導率：421Ｗ/ｍＫ）等の金属材料を組み合わせたものや、第一の枠体３としてアルミナセラミックス（ヤング率：250〜400ＧＰａ，熱伝導率：10〜100Ｗ/ｍＫ）、第二の枠体６としてＦｅ（55％）−Ｎｉ（29％）−Ｃｏ（16％）合金（ヤング率：130ＧＰａ，熱伝導率：16.7Ｗ/ｍＫ）等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や42アロイ（Ｆｅ(48％)−Ｎｉ(42％)合金、ヤング率：147ＧＰａ，熱伝導率：15.0Ｗ/ｍＫ，）、50アロイ（Ｆｅ(50％)−Ｎｉ(50％)合金、ヤング率：160ＧＰａ，熱伝導率：19.0Ｗ/ｍＫ）や銅（ヤング率：125ＧＰａ，熱伝導率：421Ｗ/ｍＫ）等の金属材料等を組み合わせるのがよい。
【００３２】
また、第一の枠体３の厚みｔ１は、第二の枠体６の厚みｔ２より厚みが厚くかつヤング率が大きいことが好ましい。これにより、第二の枠体６を第一の枠体３より変形しやすい構造とすることができるので、シーム溶接の際に発生する残留応力や熱応力を第二の枠体６の変形により効果的に第二の枠体６に吸収させることができ、第二の封止材５、第一の蓋体４に加わる外力を抑制することができる。さらに第一の枠体３自身が変形しにくいことから、窓体１、第一の封止材２に加わる外力は抑制される。これらの相乗効果により、第一の枠体３に取着されている窓体１とそれを接合している第一の封止材２にシーム溶接の際に発生する応力や反りにより生ずる外力をきわめて効果的に抑止することができる。
【００３３】
さらに、好ましくは第一の枠体３は、その熱伝導率が第二の枠体６より小さいことがよい。第一の枠体３の熱伝導率が第二の枠体６の熱伝導率より小さいことによって、シーム溶接の際に発生する熱を、第二の枠体６から第一の枠体３へ伝わりにくくすることができるので、第一の枠体３がこの伝達された熱により変形や熱応力を発生しにくくなり、第一の枠体３に取着されている窓体１および第一の封止材２にクラックや接合破壊を発生することを効果的に抑止することができる。従って、第二の枠体６に熱伝導率の小さな材料を選択し、第一の枠体３の熱伝導率が第二の枠体６の熱伝導率よりさらに小さい材料を選択するのが、窓体１および第一の封止材２にクラックや接合破壊を発生させないために好ましい。
【００３４】
また、第一の枠体３の第一の封止材２との接合部の厚みｔ１は0.1乃至0.7ｍｍの範囲とするのが好ましい。第一の枠体３の第一の封止材２との接合部の厚みが0.1ｍｍ未満だと、蓋体７と基体８とをシーム溶接する際に発生する蓋体７の残留応力により、窓体１のクラックや強度低下が起こるとともに、第一の封止材２に残留応力が作用して第一の封止材２と、窓体１および第一の枠体３との界面剥離や接合強度の低下が生じる。一方、第一の枠体３の厚みｔ１が0.7ｍｍを超えると、窓体１上面から第一の枠体３上面までの距離が長くなることで光素子で発生した光が窓体１を通過してから、第一の枠体３の開口部側壁に遮られる確立が高くなることで光の透過率が低減して製品としてのパッケージの光学特性を低下させる場合がある。よって、第一の枠体３の厚みは0.1乃至0.7ｍｍがよい。
【００３５】
さらに、第二の枠体６の厚みｔ２は0.1乃至0.2ｍｍの範囲とするのが好ましい。第二の枠体６のシーム溶接部の厚みが0.1ｍｍ未満だと、第一の蓋体４を第二の封止材５を介して第二の枠体６に接合する工程における熱履歴等の影響により第二の枠体６が大きく変形する場合がある。一方、第二の枠体６の厚みが0.2ｍｍを超えるとシーム溶接する工程において溶接の熱が逃げ易く、シーム溶接部により多くの電流を流さないと、シーム溶接部の第二の枠体６の下面表面に被着されたＮｉが十分に溶融せず蓋体７と基体８との気密封止が困難となる場合がある。
【００３６】
第二の枠体６は、第二の枠体６のシーム溶接される外周部分の厚みｔ２が内周部分より薄くされた、図１のような形状のものでもよい。図１のような形状とすることにより、第二の枠体６がよりたわみ易い構造となり、シーム溶接の際に発生する残留応力や熱応力を第二の枠体６の変形により効果的に吸収、分散させることができる。そうすることで第一の枠体３が変形しにくくなるので窓体１と第一の封止材２とに加わる外力を抑止することができる。それによって、比較的強度の弱い窓体１や第一の封止材２に生じる応力や反りを少なくできるので、窓体１のクラックや窓体１と第一の封止材２との封止部の破壊を有効に防止でき、気密信頼性の高い蓋体を実現することができる。
【００３７】
基体８は、アルミナセラミックス，鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等から成り、上面に光素子を収容するための凹所８ａを有するように、切削加工等によって形成される。また、凹所８ａ内の光素子の周辺から基体８の外側にかけて配線導体（図示せず）が導出されている。
【００３８】
まず、基体８の材質がアルミナセラミックスから成る場合、例えば、基体８の壁面または底面に、基体８の内外を導通させる配線導体と成る配線層が形成される。また、基体８がアルミナセラミックス等の絶縁体からなることにより基体８の上面の凹所８ａの周囲に金属体をシーム溶接することができないために、基体８の蓋体７との接合面にメタライズ層が形成され、このメタライズ層にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る枠体９が、融点が約700℃の銀ロウ材等にて接合される。
【００３９】
基体８の材質がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ合金等の金属材料から成るときは、壁面または底面に設けられた貫通孔に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等からなる配線用リードピンを、例えば融点が約900度のホウ酸系ガラス等の高融点ガラスから成る接合材を介して貫通孔に挿通させて接合される。
【００４０】
そして、基体８の凹所８ａに光素子をＡｕ−Ｓｎ合金やＡｕ−Ｓｉ合金などの低融点金属ロウ材等により搭載し、光素子の電極を配線導体の凹所８ａ内の一端にＡｌやＡｕなどのワイヤーボンディングにより接続した後に、基体８の上面に凹所８ａを塞ぐように上記本発明の蓋体７を載置し、蓋体７の外周部の上面にシーム溶接のローラーを押し付けながら80〜130ｍＡの電流を流すことにより、蓋体７が基体８に溶接されて、本発明の光素子収納用パッケージが完成する。
【００４１】
そして、パッケージ外部から配線導体もしくは配線用リードピンを介して駆動信号を供給することによって光素子を光励起せしめ、この励起された光を窓体１を介して外部に出力する光装置とすることができる。または、外部からの光信号を窓体１から入力し、凹所８ａの光素子によってこの光信号を電気信号に変換し、配線導体または配線リードピンを介して外部に電気信号を出力する光装置とすることができる。
【００４２】
本発明のパッケージによれば、上面に光素子を収容するための凹所８ａを有する基体８と、基体８の上面に凹所８ａを塞ぐように接合された本発明の蓋体７とを具備していることから、シーム溶接の際に発生する残留応力や熱応力に起因して蓋体７に応力や反りが発生することを効果的に抑止することができ、窓体１や、窓体１と第一の封止材２との封止部のクラックや接合破壊が発生することを効果的に防止することができるため、光学特性が長期に安定した光素子収納用パッケージとすることができる。
【００４３】
本発明のパッケージは、例えば、ＣＣＤ，ＣＭＯＳ等の撮像素子、光スイッチ，ミラーデバイス等のＭＥＭＳ、ＣＤ，ＤＶＤの読み取りまたは書き込み装置用のＬＤ（レーザダイオード），ＰＤ（フォトダイオード）等の電気−光信号変換を行なう光素子を収容するのに好適である。
【実施例】
【００４４】
本発明の光素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。  
図１に示すようなパッケージを製作するにあたり、窓体１として外形が縦21.40ｍｍ×横13.20ｍｍ×厚み1.00ｍｍのホウケイ酸ガラスを準備した。
【００４５】
次に、外形寸法が縦27.75ｍｍ×横16.75ｍｍ×高さ2.00ｍｍ、前述のホウ酸系ガラスから成る窓体１を収容するための凹部３ｂの寸法が縦22.40ｍｍ×横14.40ｍｍ×高さ（2.00−ｔ１）ｍｍ、開口部３ａの寸法が縦17.30ｍｍ×横9.20ｍｍであり、ヤング率が約310ＧＰａのアルミナセラミックスおよびヤング率が約145ＧＰａのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金の２種類の材料を用いた第一の枠体３を準備した。なお、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る第一の枠体３には、その表面に厚みが5.0μｍのニッケル層および厚みが2.0μｍの金層を順次メッキした。
【００４６】
この第一の枠体３の凹部３ｂの開口部３ａの周囲に、融点が約320℃の低融点ガラスである鉛ホウ酸系ガラスから成る第一の封止材２を塗布し、ヒータブロックにて350℃に加熱して溶融させることにより上記窓体１の上側主面の外周部が第一の枠体３の凹部３ｂ内の開口部３ａの周囲に第一の封止材２を介して接合された第一の蓋体４を作製した。
【００４７】
次に、外形寸法が縦31.20ｍｍ×横20.20ｍｍ×厚み0.5ｍｍ、シーム溶接部厚みがｔ２ｍｍ、開口６ａの寸法が縦17.30ｍｍ×横19.20ｍｍであり、その表面に厚みが5.0μｍのニッケル層および厚みが2.0μｍの金層が順次メッキされた、ヤング率が約145ＧＰａのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金およびヤング率が約125ＧＰａの銅から成る２種類の材料を用いた第二の枠体６を準備した。この第二の枠体６の上面の開口６ａの周囲に、前述の第一の封止材２と同じ鉛ホウ酸系ガラスから成る第二の封止材５を塗布し、ヒータブロックにて350℃に加熱して溶融させることにより第一の蓋体４の第一の枠体３の下面が第二の封止材５を介して接合された本発明の蓋体７を作製した。
【００４８】
さらに、ヤング率が約145ＧＰａのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る、寸法が縦31.20ｍｍ×横20.20ｍｍ×厚み0.7ｍｍ、シーム溶接部厚み0.1ｍｍ、開口寸法が縦17.30ｍｍ×横19.20ｍｍの金属枠体13の表面に厚みが5.0μｍのニッケル層および厚みが２μｍの金層が順次メッキされた従来の蓋体14を準備した。
【００４９】
そして、図１に示すような外形寸法が縦28.75ｍｍ×横17.75ｍｍ×厚み12.0ｍｍ、凹所８ａの寸法が縦24.75ｍｍ×横13.75ｍｍ×高さ10.0ｍｍのアルミナセラミックスから成る基体８に、外形寸法が縦27.75ｍｍ×横16.75ｍｍ×厚み0.50ｍｍ、開口寸法が縦26.75ｍｍ×横15.75ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るシールリング用枠体９を融点が約700℃の銀ロウ材にて接合した基体８を準備し上記蓋体７と基体８をシーム溶接（日本アビオニクス社製NAW-1099）にて接合したものを評価用試料とした。
【００５０】
なお、第一の枠体３の第一の封止材２との接合部の厚みｔ１は0.1ｍｍ，0.3ｍｍ，0.7ｍｍの３通り、第二の枠体６のシーム溶接部の厚みｔ２は0.1ｍｍ，0.2ｍｍの２通りとし、上記にあるように２種類の材料によって作製した２種の第一の枠体３と、２種類の材料によって作製した２種の第二の枠体６とを組み合わせたもののうち18種類の評価用試料に従来品の蓋体14を加えた計19種類を評価用試料とした。
【００５１】
評価は、蓋体７と基体８とをシーム溶接後に外観試験および気密性試験ならびに構成部材の温度計測をし、さらに熱衝撃試験後に再度外観試験および気密性試験を行なうことにより行なった。各試験は以下の方法によって行なった。
【００５２】
窓体１および第一の封止材２の外観試験は、窓体１および第一の封止材２のクラックの有無および接合部の剥離の有無を20倍の顕微鏡で確認し、これら欠陥が無ければ合格（○）、有れば不合格（×）とした。
【００５３】
気密性試験は、外観試験に合格したものを、ファインリーク装置（HELIOT ULVAC社製Helium Leak Detector Model 305）を用いてMIL-STD-883 METHOD 1014.10 SEALの規格に従って合否を判断し、1.0×10−９Ｐａ・ｍ３／秒未満であれば合格（○）、それ以上であれば不合格（×）とした。
【００５４】
そして、０℃で５分の恒温槽に放置後に100℃で５分の恒温層に放置する熱衝撃試験を15回繰り返した後に再度上記同様の外観試験および気密性試験を行ない、共に合格であれば合格（〇）とし、それ以外は不合格（×）とした。
【００５５】
また、窓体１の残留応力の大きさを判断するため、窓体１の最も高い部位の高さと最も低い部位の高さとの差をシーム溶接後に冷却して常温にもどった際に測定し、それを窓体１の反りとした。この窓体１の反りが小さいほうが、残留応力が小さくなるため、より気密信頼性が優れていると判断できる。
【００５６】
さらに、シーム溶接直後の部材（窓体１および第一の封止材２）の温度の高さが、冷却されて常温に戻った際の窓体１および第一の封止材２に生じる残留応力に大きく関係するため、シーム溶接の際に、窓体１および第一の封止材２の上面の温度を、熱電対を耐熱テープで取り付け、温度プロファイル計（キーエンス社製）を用いて測定した。
【００５７】
窓体１および第一の封止材２の温度測定は、第一の枠体３の厚みｔ１＝0.1ｍｍである６種類の評価用試料に従来品を加えた７種類の場合において測定した。なお、評価に用いたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、アルミナセラミックス、銅の熱伝導率は、それぞれ16.7Ｗ／ｍＫ、16.0Ｗ／ｍＫ、421.0Ｗ／ｍＫである。
【００５８】
この窓体１の反りと、シーム溶接直後の部材の温度の測定結果とにより、第一の枠体３の熱伝導率が第二の枠体６の熱伝導率より小さい場合は、シーム溶接直後の部材の温度が、より低くなり窓体１の反りが小さくなるとともに第一の封止材２の接合性を確保できるため、気密信頼性がより優れていると判断できる。
【００５９】
以上の評価の結果をまとめて表１に示す。  
【表１】
2006066645.tif 000003
【００６０】
表１の外観試験および気密性試験から分かるように、従来品に比べて本発明の蓋体７を具備する光素子収納用パッケージは、窓体１のクラックも見られず、気密性も良好であった。
【００６１】
また、第一の枠体３に第二の枠体６よりヤング率の大きい材料を用いることで、蓋体７の反りをより抑えることができることも分かった。また、第一の枠体３の第一の封止材２との接合部の厚みｔ１は、第二の枠体６のシーム溶接部の厚みｔ２より厚くすることが、窓体１の反りをより抑制する効果があることが分かった。
【００６２】
さらに、第一の枠体３の厚みｔ１が同じ第一の枠体３同士において、第二の枠体６に、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のような熱伝導率の小さな材料を選択し、第一の枠体３の熱伝導率が第二の枠体６の熱伝導率よりさらに小さい材料を選択した場合には、窓体１と第一の封止材２の温度はより低くなり、窓体の反りもより小さくなることで、熱応力の発生を、より抑える効果があることが分かった。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の蓋体およびこれを用いた光素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の蓋体およびこれを用いた光素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・窓体
２・・・第一の封止材
３・・・第一の枠体
３ａ・・開口部
３ｂ・・凹部
４・・・第一の蓋体
５・・・第二の封止材
６・・・第二の枠体
６ａ・・開口
７・・・蓋体
８・・・基体
８ａ・・凹所
【図１】
2006066645.tif 000004
【図２】
2006066645.tif 000005