(57)【要約】【課題】  小型かつ低コストの光−電気変換モジュールを提供することにある。【解決手段】  光信号を送信あるいは受信するための半導体素子２と、その半導体素子２を固定するためのステム３ｓと、半導体素子２をカバーするためのキャップ３ｃと、半導体素子２に電気信号を印加あるいは半導体素子２からの電気信号を伝送するリード６４とを備え、キャップ３ｃにキャップ３ｃ内の気密を保持するための内壁１３を設け、その内壁１３から所定の間隔Ｌを隔てた周囲に、キャップ３ｃに取り付けた接続部材５を溶接するための外壁１４をキャップ３ｃと一体に設けたものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送信あるいは受信するための半導体素子と、その半導体素子を固定するためのステムと、前記半導体素子をカバーするためのキャップと、前記半導体素子に電気信号を印加あるいは前記半導体素子からの電気信号を伝送するリードとを備え、前記キャップに前記キャップ内の気密を保持するための内壁を設け、その内壁から所定の間隔を隔てた周囲に、前記キャップに取り付けた接続部材を溶接するための外壁を前記キャップと一体に設けたことを特徴とする光−電気変換モジュール。
【請求項２】
前記内壁と前記外壁とは、同心円状に設けられる請求項１記載の光−電気変換モジュール。
【請求項３】
前記間隔は、前記キャップに取り付けた接続部材と前記外壁とを溶接するレーザの焦点を前記外壁に合わせたとき、前記内壁が溶融しない間隔である請求項１または２記載の光−電気変換モジュール。
【請求項４】
前記間隔は、０．５〜１．０ｍｍである請求項３記載の光−電気変換モジュール。
【請求項５】
前記内壁と前記外壁とは、前記キャップとなる中実のキャップ材に旋盤による切削加工を施して形成される請求項１〜４いずれかに記載の光−電気変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を電気信号に、あるいは電気信号を光信号に変換する光−電気変換モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光−電気変換モジュールとしては、図６に示すような光−電気変換モジュール６１がある。モジュール６１は、光信号を送信するための半導体レーザ（ＬＤ）素子６２を、金属からなるパッケージ６３内に収納して主に構成され、ＬＤモジュールとも呼ばれる。
【０００３】
パッケージ６３は、ＬＤ素子６２を固定するための円盤状のステム６３ｓと、そのステム６３ｓの上面およびＬＤ素子６２を覆う（カバーする）略円筒状のキャップ（レンズキャップ）６３ｃとで構成される。このパッケージ６３は、一般にＣａｎパッケージと言われているものであり、ＬＤ素子６２を収納した安価な光−電気変換モジュールのパッケージとして、最もよく使用される。
【０００４】
ステム６３ｓおよびキャップ６３ｓは、一般にプレス加工で形成される。ステム６３ｓとキャップ６３ｃとは、キャップ６３ｃ（パッケージ６３）内がＮ2 等の不活性ガスで満たされると共に気密保持されるように、抵抗溶接で固定される。
【０００５】
ステム６３ｓには、パッケージ６３内のＬＤ素子６２などの部品をパッケージ６３外の部品と電気的に接続するためのリード６４が、ステム６３ｓを貫通するように複数本取り付けられる。ＬＤ素子６２は、ある一本のリード６４を介してパッケージ６３外の部品から電気信号が印加されることで、その電気信号を光信号に変換して上方（図６では＋ｚ方向）に送信する。キャップ６３ｃの上部には、ＬＤ素子６２のレーザ光を集光するレンズ６５が取り付けられる。
【０００６】
キャップ６３ｃの外周には金属からなる略円筒状のキャップ保護用カラー６６が取り付けられ、そのキャップ保護用カラー６６の外周には金属からなる略円筒状の光軸方向調整用カラー６７が取り付けられ、さらに光軸方向調整用カラー６７上にはキャピラリブロック６８が取り付けられる。
【０００７】
具体的には、ステム６３ｓとキャップ保護用カラー６６とは、抵抗溶接で固定される。キャップ保護用カラー６６と光軸方向調整用カラー６７とは、光軸方向調整用カラー６７を光軸方向（図６では±ｚ方向）に調整した後、ＹＡＧレーザによる多点同時溶接で溶接部ｗ６が形成され、固定される。光軸方向調整用カラー６７とキャピラリブロック６８とは、キャピラリブロック６８を光軸と水平方向（図６では±ｘ方向および±ｙ方向）に調整した後、ＹＡＧレーザによる多点同時溶接で溶接部ｗ７が形成され、固定される。
【０００８】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。
【０００９】
【特許文献１】国際公開第ＷＯ０１／４３２４５号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、光−電気変換モジュール６１では、キャップ６３ｃに光軸方向調整用カラー６７を直接ＹＡＧ打ちすると、溶接部がキャップ６３ｃを貫通するなどして穴があく場合があり、キャップ６３ｃ内の気密がとれないので、予めキャップ６３ｃの外周にキャップ保護用カラー６６を取り付ける必要がある。
【００１１】
したがって、キャップ保護用カラー６６の外周に取り付けられる光軸方向調整用カラー６７の外径Ｄ６が大きくなり、光−電気変換モジュール６１の外径が大きくなるという問題がある。つまり、キャップ６３ｃの外径Ｄｃを変えることなく、キャップ６３ｃに光軸方向調整用カラー６７を直接ＹＡＧ打ちできるような光−電気変換モジュールが求められている。
【００１２】
また、光−電気変換モジュール６１は、キャップ保護用カラー６６の分だけ部品数が増えるので、コストが高くなり、組み立て作業が複雑になるという問題がある。
【００１３】
一方、特許文献１に記載された光半導体モジュールは、肉厚のキャップの上部に形成されたレンズ配置孔にレンズを取り付けると、レンズの上部に空間が形成される。よって、キャップとキャップ上に取り付けられる部材とは、キャップの上部にＹＡＧ打ちすることで、キャップ内の気密が保持されたまま固定される。
【００１４】
しかし、特許文献１記載された光半導体モジュールでは、ＹＡＧ打ちしたときの衝撃や収縮が直接レンズに加わるので、レンズがわれてしまう場合がある。
【００１５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、小型かつ低コストの光−電気変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、光信号を送信あるいは受信するための半導体素子と、その半導体素子を固定するためのステムと、前記半導体素子をカバーするためのキャップと、前記半導体素子に電気信号を印加あるいは前記半導体素子からの電気信号を伝送するリードとを備え、前記キャップに前記キャップ内の気密を保持するための内壁を設け、その内壁から所定の間隔を隔てた周囲に、前記キャップに取り付けた接続部材を溶接するための外壁を前記キャップと一体に設けた光−電気変換モジュールである。
【００１７】
請求項２の発明は、前記内壁と前記外壁とは、同心円状に設けられる請求項１記載の光−電気変換モジュールである。
【００１８】
請求項３の発明は、前記間隔は、前記キャップに取り付けた接続部材と前記外壁とを溶接するレーザの焦点を前記外壁に合わせたとき、前記内壁が溶融しない間隔である請求項１または２記載の光−電気変換モジュールである。
【００１９】
請求項４の発明は、前記間隔は、０．５〜１．０ｍｍである請求項３記載の光−電気変換モジュールである。
【００２０】
請求項５の発明は、前記内壁と前記外壁とは、前記キャップとなる中実のキャップ材に旋盤による切削加工を施して形成される請求項１〜４いずれかに記載の光−電気変換モジュールである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００２２】
（１）外径を小さくでき、小型である。
【００２３】
（２）部品を少なくでき、低コストであり、組み立て作業が簡単である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００２５】
図１は、本発明の好適実施の形態を示す光−電気変換モジュールの縦断面図であり、図２は、その外観図である。
【００２６】
図１および図２に示すように、本実施の形態に係る光−電気変換モジュール１は、光信号を受信するための半導体素子としてのＰＤ（フォトダイオード）素子２を、金属からなるパッケージ３内に収納して主に構成され、ＰＤモジュールとも呼ばれる。
【００２７】
パッケージ３は、ＰＤ素子２を固定するための円盤状のステム３ｓと、そのステム３ｓの上面およびＰＤ素子２を覆う（カバーする）略円筒状のキャップ（レンズキャップ）３ｃとで構成されるＣａｎパッケージである。
【００２８】
キャップ３ｃの外径Ｄｃは、図６で説明した光−電気変換モジュール６１のキャップ６３ｃの外径Ｄｃと同じである。ステム３ｓとキャップ３ｃとは、キャップ３ｃ（パッケージ３）内がＮ2 等の不活性ガスで満たされると共に気密保持されるように、抵抗溶接で固定される。
【００２９】
ステム３ｓには、パッケージ３内のＰＤ素子２などの部品をパッケージ３外の部品と電気的に接続するためのリード６４が、ステム３ｓを貫通するように複数本取り付けられる。ＰＤ素子２は、上方（図１では−ｚ方向）から受信した光信号を電気信号に変換し、ある一本のリード６４を介してパッケージ３外の部品に伝送する。キャップ３ｃの上部中央には、上方からの光信号を集光するレンズ４が取り付けられる。
【００３０】
キャップ３ｃの外周には金属からなる略円筒状の光軸方向調整用カラー５が取り付けられ、光軸方向調整用カラー５上にはキャピラリブロック６が取り付けられる。
【００３１】
光軸方向調整用カラー５は、キャップ３ｃとキャピラリブロック６とを接続するための接続部材である。この光軸方向調整用カラー５は、キャップ３ｃの外周に取り付けられた際、図３および図４に示すように、光軸方向（図１では±ｚ方向）に移動可能となっている。光軸方向調整用カラー５を光軸方向に適宜移動することで、レンズ４で集光された光信号がＰＤ素子２で適切に受信されるように調整できる。
【００３２】
図１および図２に示すように、キャピラリブロック６は、光軸方向調整用カラー５と図示しない光コネクタとを接続するための接続部材であり、フェルールブロックあるいはレセプタクルとも呼ばれる。光コネクタは、伝送路となる光ファイバと、その光ファイバを保持するフェルールとを備えている。
【００３３】
キャピラリブロック６は、金属からなる略円筒状のキャピラリブロック本体７と、そのキャピラリブロック本体７から突出した略円筒状のシェル８とで主に構成される。シェル８としては、金属からなるものを使用してもよいし、セラミックスやプラスチックなどの絶縁体からなるものを使用してもよい。
【００３４】
キャピラリブロック本体７の一端部には、中心に光ファイバ９を保持したフェルール１０が挿入されて固定される。フェルール１０の上部の外周にはスリーブ（例えば、割スリーブ）１１が嵌め合わされる。キャピラリブロック本体７の他端部には、シェル８の一端部がスリーブ１１を覆い、かつシェル８の他端部がキャピラリブロック本体７の他端部から突出するように、シェル８の一端部が挿入されて固定される。
【００３５】
シェル８の一端部は、フェルール１０の他端部が固定される部分である。シェル８の他端部は、上述した光コネクタが抜き差しされる抜差し口１２を有し、その光コネクタが備えるフェルールが固定される部分である。
【００３６】
さて、キャップ３ｃの上部には、キャップ３ｃ内の気密を保持するための略円筒状の内壁（気密保持用壁）１３がキャップ３ｃと一体に設けられる。すなわち、内壁１３はキャップ３ｃと同一部材である。内壁１３は、その内径がレンズ４の外径より大きく、かつその外径がキャップ３ｃの内径より小さければよい。内壁１３は薄く、図６で説明したキャップ６３ｃと同じ程度の厚さである。
【００３７】
内壁１３から所定の間隔Ｌを隔てた周囲には、キャップ３ｃの外周に取り付けた光軸方向調整用カラー５を溶接するための円筒状の外壁（溶接用壁）１４がキャップ３ｃと一体に設けられる。すなわち、外壁１４はキャップ３ｃと同一部材である。外壁１４は薄く、図６で説明したキャップ６３ｃと同じ程度の厚さである。この外壁１４は、内壁１３や、キャップ３ｃの内壁１３および外壁１４以外の部分とは異なり、キャップ３内の気密とは無関係の部分である。外壁１４は、その内径が内壁１３の外径より大きく、かつその外径がキャップ３ｃの外径Ｄｃ以下であればよい。
【００３８】
本実施の形態では、外壁１４の内径を内壁１３の外径より間隔Ｌだけ大きくし、かつ外壁１４の外径をキャップ３ｃの外径Ｄｃと同じにし、さらに外壁１４の高さを内壁１３の高さと同じにした。つまり、内壁１３と外壁１４とは、同心円状に間隔Ｌを隔てて設けられ、内壁１３と外壁１４間に略円筒状の空間部１５が区画形成される。
【００３９】
後述するように、キャップ３ｃの外周に取り付けた光軸方向調整用カラー５と、外壁１４とは、例えば、ＹＡＧレーザによる溶接で固定される。間隔Ｌは、ＹＡＧレーザの焦点を外壁１４に合わせたとき、内壁１３が溶融しない間隔にする。
【００４０】
言い換えれば、間隔ＬをＹＡＧレーザの焦点が振動などにより移動しても、内壁１３に溶接の影響が及ばない間隔、あるいはＹＡＧレーザの焦点が内壁１３に合わない（ピンボケする）間隔、さらに言えば、ＹＡＧレーザの溶接可能な範囲よりも広い間隔にする。
【００４１】
本実施の形態では、間隔Ｌを０．５〜１．０ｍｍにした。これは、間隔Ｌが０．５ｍｍ未満だと、通常のＹＡＧレーザの出力によって内壁１３が溶融し、キャップ３ｃ内の気密が保持されなくなるからである。また、間隔Ｌが１．０ｍｍを超えると、キャップ３ｃの上部にレンズ４を取り付けるスペースを確保できないからである。
【００４２】
内壁１３、外壁１４および空間部１５は、例えば、図５に示すように、キャップ３ｃ（図１および図２参照）となる少なくとも一端部が中実の略円筒状のキャップ材５１に旋盤による切削加工を施して形成される。
【００４３】
具体的には、旋盤のチャック５２でキャップ材５１をつかんでキャップ材５１の軸回りに回転させ、キャップ材５１の一端面５１ｓに刃（バイト）５３を接触させてキャップ材５１内に入り込ませ、その刃５３でキャップ材５１の中実部分を所定深さ切削する切削加工により、内壁１３、外壁１４および空間部１５が同時に一括形成される。キャップ材５１の一端面５１ｓに刃５３が入り込むだけの隙間が必要な点からも、本実施の形態のように、内壁１３と外壁１４との間隔Ｌを０．５〜１ｍｍにするのは妥当である。
【００４４】
本実施の形態の作用を説明する。
【００４５】
キャップ３ｃの外周には光軸方向調整用カラー５が取り付けられ、キャップ３ｃの外壁１４と光軸方向調整用カラー５とは、光軸方向調整用カラー５を光軸方向（図１では±ｚ方向）に調整した後、光軸方向調整用カラー５の外周の複数位置（例えば、４か所）からＹＡＧレーザによる多点同時溶接することで、光軸方向調整用カラー５と外壁１４とが溶接された溶接部ｗが形成され、固定される。
【００４６】
このとき、キャップ３ｃの上部が内壁１３と外壁１４との二重構造になっており、特に、内壁１３と外壁１４とが間隔Ｌだけ隔てられているので、ＹＡＧレーザが外壁１４を突き抜けたとしても、内壁１３と外壁１４間に区画形成された空間部１５によってＹＡＧレーザの焦点が内壁１３に合わずにボケる。これにより、内壁１３が損傷せず、キャップ３ｃ内の気密が破られることはない。
【００４７】
つまり、キャップ３ｃは、図６で説明したキャップ６３ｃの機能と、キャップ保護用カラー６６の機能との二つの機能を併せ持ち、キャップ６３ｃとキャップ保護用カラー６６とを一体化したものである。
【００４８】
したがって、光−電気変換モジュール１は、キャップ３ｃの外周に取り付けられる光軸方向調整用カラー５の外径Ｄが、図６で説明した光軸方向調整用カラー６７の外径Ｄ６より小さいので、外径を小さくでき、小型である。
【００４９】
また、光−電気変換モジュール１は、キャップ保護用カラー６６が不要となるので、部品を一つ少なくでき、低コストであり、組み立て作業が簡単である。
【００５０】
さらに、光−電気変換モジュール１は、ＹＡＧ溶接時の衝撃や収縮が外壁１４や空間部１５によって吸収されるので、ＹＡＧ溶接時のストレスがレンズ４に伝わりにくく、レンズ４が割れることはない。
【００５１】
一方、光軸方向調整用カラー５とキャピラリブロック６とは、キャピラリブロック６を光軸と水平方向（図１では±ｘ方向および±ｙ方向）に調整した後、ＹＡＧレーザによる多点同時溶接、あるいは抵抗溶接で固定される。
【００５２】
上記実施の形態では、半導体素子としてＰＤ素子２を使用した例で説明したが、半導体素子としては、例えば、ＬＤ素子、発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の好適実施の形態である光−電気変換モジュールの縦断面図である。
【図２】図１に示した光−電気変換モジュールの外観図である。
【図３】光軸方向調整用カラーを光軸方向に動かしたときの光−電気変換モジュールの縦断面図である。
【図４】図３に示した光−電気変換モジュールの外観図である。
【図５】内壁と外壁の形成工程を説明する概略図である。
【図６】背景技術の光−電気変換モジュールの縦断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  光−電気変換モジュール
２  ＰＤ素子（半導体素子）
３  パッケージ
３ｓ  ステム
３ｃ  キャップ
５  光軸方向調整用カラー（接続部材）
１３  内壁
１４  外壁
１５  空間部
６４  リード
Ｌ  間隔
【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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