(57)【要約】【課題】  関連したフィードスルーステップは、光ファイバを水平にスレッディングすることを含むので、自動化することが困難であり、ファイバの破損と関連した歩留まりの問題を引き起こす。【解決手段】  ファイバ結合型光学素子パッケージは、高い熱伝導率のベースと、セラミック基板とを備えるハウジングと、基板上に形成された光学素子マウントアパーチャと、光学素子マウントアパーチャに隣接した基板上の実質的に平面のファイバマウント領域とを備える。光学素子は、光学素子マウントアパーチャによって規定された領域内に固定され得、光ファイバは、実質的に平面のファイバマウント領域に取り付けられ得、ファイバと光学素子とを光学的に結合する。パッケージのふたは、ハウジング、光学素子、およびファイバの一部分の１つ以上にまたがって配置され得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファイバ結合型光学素子ハウジングであって、内部に形成された光学素子マウントアパーチャと、該光学素子マウントアパーチャに隣接する実質的に平面のファイバマウント領域とを有する基板を備える、ファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項２】
前記実質的に平面のファイバマウント領域上に形成された金属ファイバマウントパッドをさらに備える、請求項１に記載のファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項３】
前記ハウジング上に形成された１つ以上の電気的接触をさらに備える、請求項１に記載のファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項４】
前記ハウジング上にふたをマウントする手段をさらに備える、請求項１に記載のファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項５】
前記基板は、少なくとも１つの酸化アルミニウムセラミックを含む、請求項１に記載のファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項６】
前記ハウジングは、高い熱伝導率のベース上にマウントされる、請求項１に記載のファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項７】
光学素子は、前記光学素子マウントアパーチャによって規定された領域内で前記ベースに固定される、請求項６に記載のファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項８】
前記ファイバと前記光学素子とを光学的に結合するために、光ファイバが実質的に平面のファイバマウント可能領域に固定される、請求項７に記載のファイバ結合型光学素子ハウジング。
【請求項９】
ファイバ結合型光学素子パッケージであって、
高い熱伝導率のベースと、
該ベースの表面に接合されたファイバ結合型光学素子ハウジングであって、
内部に形成された光学素子マウントアパーチャ、および該光学素子マウントアパーチャに隣接する実質的に平面のファイバマウント領域を有する基板を備える、ファイバ結合型光学素子ハウジングと、
該ハウジング上にふたをマウントする手段と
を備える、ファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１０】
前記実質的に平面のファイバマウント領域上に形成された金属ファイバマウントパッドをさらに備える、請求項９に記載のファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１１】
前記ハウジング上にふたをマウントするための手段は、該ハウジングの表面に形成されたメタライズシールリングを備える、請求項９に記載のファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１２】
前記光学素子マウントアパーチャによって規定された領域内で前記ベースに結合された光学素子をさらに備える、請求項９に記載のファイバ結合型素子パッケージ。
【請求項１３】
前記実質的に平面のファイバマウント領域に結合された光ファイバをさらに備え、前記ファイバを前記光学素子の出力カップラに光学的に結合する、請求項１２に記載のファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１４】
前記ハウジンツ、前記光学素子、および前記ファイバの一部分の１つ以上にまたがって配置されるパッケージのふたをさらに備える、請求項１３に記載のファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１５】
前記ふたは、エポキシおよびハンダの少なくとも１つによって前記ハウジングに固定される、請求項１４に記載のファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１６】
前記ファイバと、前記ベース、前記ふた、および前記ハウジングの１つ以上との間のギャップに付与されるファイバシール剤をさらに備える、請求項１４に記載のファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１７】
前記ファイバシール剤は、エポキシ、ハンダ、およびシリコーンからなる群より選択される、請求項１６に記載のファイバ結合型光学素子パッケージ。
【請求項１８】
ファイバ結合型光学素子パッケージを形成する方法であって、
ａ）高い熱伝導率を有するパッケージベースを提供するステップと、
ｂ）光学素子マウントアパーチャを有するセラミックハウジングを形成するステップと、
ｃ）該セラミックハウジングを該ベースに固定するステップと、
ｄ）実質的に平面のファイバマウント領域を、該光学素子マウントアパーチャに隣接する該セラミックハウジングの表面上に指定するステップと
を包含する、ファイバ結合型光学素子パッケージを形成する方法。
【請求項１９】
ｅ）前記光学素子マウント可能アパーチャによって規定された領域内で、光学素子を前記ベースに固定するステップと、
ｆ）前記実質的に平面の光ファイバマウント領域に光ファイバを結合して、該ファイバと、該光学素子の出力カップラとを光学的に結合する、ステップと、
をさらに包含する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
非メタライズ光ファイバは、少なくともガラスハンダで前記実質的に平面のファイバマウント領域に直接結合される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
メタライズ光ファイバが金属ハンダで結合されるべき、前記実質的に平面のファイバマウント領域上に金属ファイバマウントパッドを形成するステップをさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
ｇ）前記ハウジング、前記光学素子、および前記ファイバの一部分の１つ以上にまたがってパッケージのふたを配置するステップと、
ｈ）該パッケージのふたを少なくとも該ハウジングに固定するステップと
をさらに包含する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記パッケージのふたは、エポキシおよびハンダの少なくとも１つを該ふたと前記ハウジングとの間に付与することによって、少なくとも該ハウジングに固定される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ｇ）前記ファイバと、前記パッケージベース、前記パッケージのふた、および前記パッケージハウジングの１つ以上との間のギャップを充填することによって該ファイバをシールするステップをさらに包含する、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記ギャップは、エポキシ、ハンダ、およびシリコーンの少なくとも１つで充填される、請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の詳細な説明）
（技術分野）
本発明は、概して、ファイバ結合型光学素子に関し、より具体的には、垂直方向アセンブリステップで製作されたファイバ結合型光学素子用のパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
任意の光学系における個々の素子の正確な相互アライメントを達成することの重要性は周知である。最近の光通信システムにおいて用いられる素子の小型化は、このようなアライメントを達成および維持することの両方を困難にしている。例えば、レーザ投光機の構造における１つの問題は、レーザダイオードからの光出力信号を光ファイバに効率的に結合することである。効率的な結合を取得するために、レーザは、光ファイバの受け取り領域と正確にアライメントされることが好ましい。このようなアライメントが達成された場合、レーザは、アライメントがデバイスの耐用期間全体を通じて維持されることを保証する方法によって所定の位置に固定されることが理想的である。
【０００３】
通常、ファイバ結合型ダイオードレーザは、金メッキされた金属パッケージにパッケージングされ、ファイバは、エポキシ、レーザ溶接、または、ハンダによる取り付け技術を用いて、レーザとアライメントされた状態で保たれる。エポキシによる取り付けは低コストであるが、経年変化および温度サイクルからガスの放出およびアライメントのずれが生じるので、長期的には信頼性が低い。レーザ溶接技術は信頼できるが、ファイバの補強シール（Ｆｅｒｒｕｌｉｚａｔｉｏｎ)にコストがかかり、特に、マウントまたはクリップが補強シール（ｆｅｒｒｕｌｉｚｅ）されたファイバを溶接で取り付けることができるように設計されている。他方、ハンダでよる取り付け技術は、信頼性があり、かつ低コストであるため当該技術において普及している。
【０００４】
ファイバがハンダ付けされる取り付け点は、有効に機能するように、特定の材料特性を有することが望ましい。取り付け点のための許容可能な材料は、パッケージが加熱されてもファイバのアライメントが維持される、低い熱伝導率（例えば、５０Ｗ／ｍ−Ｋ未満）および熱膨張係数（ＴＥＣ）を有することが望ましい。所望される厳密な熱膨張特性は、レーザが取り付けられる材料、ファイバマウントおよびレーザサブマウントのそれぞれの厚さ、および／または動作中に予測される温度プロファイルに依存し得る。ファイバマウント材料は、さらに、ハンダ付けされてもよいし、ハンダ付け可能な材料でメッキされてもよい。ハンダ付けプロセスの間、ファイバマウントは、温度勾配および材料の相違に基づいて膨張が異なるために著しい応力を被り得る。従って、ファイバマウントは、破損を回避するために、大きい引張り強度（例えば、２５ｋｐｓｉよりも大きい）を有することが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、ファイバ結合型レーザパッケージは、ファイバおよびレーザ用の別個のマウント素子を備え、主に、パッケージボディに入れるファイバのスナウトフィードスルー（ｓｎｏｕｔ  ｆｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈ）を有する。このフィードスルーは、アセンブリプロセスにおける任意のポイントでファイバを通すことを必要とし、これは、ファイバをパッケージ上の側管を通じて供給することが、標準的な自動製造機器で実現することが困難であり得るために製造を複雑にし得る。関連したフィードスルーステップは、光ファイバを水平にスレッディングすることを含むので、自動化することが困難であり、ファイバの破損と関連した歩留まりの問題を引き起こす。
【０００６】
ファイバ結合型レーザパッケージの製造中、カメラおよびマシンビジョンを用いて光ファイバとレーザとのアライメントをモニタリングすることも望ましい。好ましいビューは、プロセスの頭上ビューおよびサイドビューを含み得る。しかしながら、現在用いられているパッケージの多くにおいては、オートメーションモニタリングが複雑なるので、ファイバとレーザとのアライメント領域のサイドビューを取得することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
本発明は、内部に形成された光学素子マウントアパーチャ、および光学素子マウントアパーチャに隣接した、実質的に平面のファイバマウント領域を含むファイバ結合型光学素子ハウジングで具現化される。
【０００８】
ファイバ結合型光学素子ハウジングは、ハウジング上に形成された１つ以上の電気的接触と、ハウジンツ上にふたをマウントする手段とをさらに備え得る。ハウジングは、高熱伝導率のベース上にマウントされ得、かつ、光学素子マウントアパーチャによって規定される領域の範囲内にベースに固定された光学素子と、実質的に平面のファイバマウント領域に固定された光ファイバとを備え、ファイバと光学素子とを光学的に結合する。
【０００９】
ファイバ結合型光学素子ハウジングは、実質的に平面のファイバマウント領域に形成された金属ファイバマウントパッドをさらに備え得る。
【００１０】
上述の一般的記載および以下の詳細な記載の両方ともが本発明を例示するにすぎず、限定的でないことが理解されるべきである。
【００１１】
本発明は、添付の図面とともに読まれた場合に、以下の詳細な説明から最もよく理解される。一般的なならわしにより、図面の種々の特徴は、縮尺どおりではないことが強調される。逆に、明瞭化のために、種々の特徴の寸法は、任意に拡大または縮小される。図面には以下の図が含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
ファイバ結合型光学素子パッケージは、高い熱伝導率のベースと、セラミック基板とを備えるハウジングと、基板上に形成された光学素子マウントアパーチャと、光学素子マウントアパーチャに隣接した基板上の実質的に平面のファイバマウント領域とを備える。光学素子は、光学素子マウントアパーチャによって規定された領域内に固定され得、光ファイバは、実質的に平面のファイバマウント領域に取り付けられ得、ファイバと光学素子とを光学的に結合する。パッケージのふたは、ハウジング、光学素子、およびファイバの一部分の１つ以上にまたがって配置され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（発明の詳細な説明）
ここで、同じ参照符号が種々の図面全体を通じて同じ素子を示す図面を参照して、図１Ａは、従来技術による、パッケージ１００を示し、図１Ｂは、パッケージ１００の一部分をクローズアップする。
【００１４】
従来技術のパッケージ１００は、スナウトフィードスルー１０１に挿入され、ハンダ１０３でファイバマウント１０２に取り付けられた光ファイバ１１４を備える。光ファイバ１１４は、さらに、光学素子１１１（たとえば、半導体レーザ）と光学的に結合される。光ファイバ１１４が、光学素子１１１とは別個のファイバマウント１０２にマウントされ、かつ、ファイバ１１４が光学素子１１１とアライメントおよび結合されるべき領域に関する利用可能なサイドビューが欠如し得ることがわかり得る。さらに、ファイバ１１４がスナウトフィードスルー１０１を通るように挿入することは、非垂直方向の製造プロセスを必要とし、これは、製造プロセスを複雑にして、歩留まりの問題を引き起こし得る。
【００１５】
図２は、高い熱伝導率（例えば、１３０Ｗ／ｍ−Ｋ）のベース２００を有し、ファイバ結合型光学素子のハウジング２１０がベース２００上にマウントされた基本パッケージとして本発明の例示的実施形態を示す。ハウジング２１０は、標準的サブマウントパッケージ内のレーザか、または、パッケージングされないＰＩＮダイオードレーザ（図２に図示せず）等の光学素子が結合され得る光学素子マウント２１１を規定する。ハウジング２１０は、光ファイバ（図２に図示せず）が結合され得るファイバマウント可能パッド３１３、および、電気リード２０３が動作電力をパッケージに供給するために結合され得る電気的接触３０３をさらに備え得る。ハウジング２１０は、パッケージのふた（図２に図示せず）が結合され得るシールリング３１４をさらに備え得る。
【００１６】
図３Ａは、本発明の例示的実施形態の側面図を示し、ハウジング下部層３００およびハウジング上部層３１０を備え、電気リード２０３がハウジング下部層３００に結合されたハウジング２１０を示す。
【００１７】
図３Ｂは、ベース２００よりも低い熱伝導率（例えば、２０Ｗ／ｍ−Ｋ）を有し得る上部層３１０の例示的実施形態を示す。上部層３１０は、シールリング３１４と、ファイバマウント可能パッド３１３と、上部層アパーチャ３１１とが上に形成され得る上部層基板３１５を備える。
【００１８】
本発明のある実施形態では、シールリング３１４およびファイバマウント可能パッド３１３は、耐熱材料（例えば、タングステン）から形成され、ニッケル、その後、金でメッキされ、ここで、メタライゼーション３１６の選択的薄型ストリップが所望のように形成されて、シールリング３１４およびファイバマウント可能パッド３１３を電気的に結合し、これにより、これらのすべてが単一ステップで電気メッキされ得る。
【００１９】
図３Ｃは、さらに、ベース２００よりも低い熱伝導率（例えば、２０Ｗ／ｍ−Ｋ）を有し得る下部層３００の例示的実施形態を示す。下部層３００は、電気的接触３０３と下部層アパーチャ３０１とが上に形成され得る下部層基板３０５を備える。電気的接触３０３は、耐熱材料（例えば、タングステン）から形成され、ニッケル、その後、金でメッキされ得ることが好ましい。
【００２０】
本発明のある実施形態では、上部層３１０上の１つ以上のシールリング３１４、ファイバマウント可能パッド３１３、およびメタライゼーション３１６をベース２００に結合するために、１つ以上のベース接続ビア３０６が形成され得、従って、パッケージ全体が最小の接続（ベース２００への１つの接続、および、電気リード２０３への別の接続）で電気メッキされ得る。ベース接続ビア３０６は、さらに、ベース２００への非常に小さい熱経路を提供し、デバイスの動作中に熱を散逸させ得る。図３Ｃにより示される例示的実施形態では、２つのベース接続ビア３０６を供える下部層３００が示される。しかしながら、本発明の他の実施形態は、必要に応じて、任意の数のビアを備え得ることが理解される。
【００２１】
例示的実施形態では、高い熱伝導率のベース２００は、好ましくは、銅−タングステン（Ｃｕ−Ｗ）から形成され、基板３０５および３１５は、アルミニウム酸化物（アルミナ）から形成され得るが、これは、これらの材料が所望の熱膨張係数（ＴＥＣ）の適合性を有するからである。さらに、電気リード２０３は、ニッケル−コバルト−鉄の合金（例えば、Ｋｏｖａｒ、ＡＳＴＭ合金Ｆ１５）から形成され得る。
【００２２】
さらに、ハウジング上部層３１０およびハウジング下部層３００は、高温同時焼結セラミック（ＨＴＣＣ）プロセスを通じてハウジング２１０を形成するために結合され得ることが好ましく、ハウジング２１０およびベース２００は、銀−銅ろうでロウ付けすることによって結合され得ることが好ましい。電気リード２０３もまた、銀−銅ろうでロウ付けされることによって電気的接触３０３に結合され得ることが好ましい。さらに、上部層アパーチャ３１１および下部層アパーチャ３０１の組み合わせは、光学素子マウント２１１を規定する。
【００２３】
図４は、光学素子４００（例えば、半導体レーザ）および光ファイバ４１０がインストールされた例示的パッケージを示す。光学素子４００は、光学素子マウント２１１を通じてベース２００上にマウントされ、さらに、ワイヤボンディング４０１で対応する電気的接触３０３に電気的に結合される。さらに、光学素子４００は、インジウム合金ハンダ（例えば、ＩｎＰｂ）から形成され得るサブマウントプリフォーム５０１（図４に図示せず）を有する光学素子マウント可能アパーチャ２１１によって規定された領域内でベース２００に結合され得る。さらに、光ファイバ４１０は、光学素子４００に光学的に結合されるようにアライメントされ、その後、ファイバハンダプリフォーム４１１でファイバマウント可能パッド３１３に固定される。
【００２４】
例示的実施形態では、ワイヤボンディング４０１が金から形成され得、光ファイバ４１０は、金−ニッケル−金でメタライゼーションされることが好ましく、これにより、金―スズハンダから形成されるファイバハンダプリフォーム４１１と適合し得る。これに代わる実施形態では、光ファイバ４１０は、非メタライズであり得、ファイバハンダプリフォーム４１１は、その後、ガラスハンダから形成され得る。このような代替的実施形態では、ファイバマウント可能パッド３１３は必要とされ得ず、光ファイバ４１０は、ガラスハンダから形成されたファイバハンダプリフォーム４１１でハウジング２１０に直接固定され得る。
【００２５】
さらに、光ファイバ４１０は、アライメントプロセスによって光学素子４００に光学的に結合され得ることが好ましい：１）上部および側方からのカメラビューを利用する光ビジョンカメラを用いて粗く配置し、２）光学素子を起動し、３）ファイバを３軸方向に正確に移動し、これにより、ファイバ出力インターフェースにおける光学素子からの出力信号は所望の値になる。通常、光ファイバ４１０と光学素子４００との間が５〜１０ミクロン分離する。
【００２６】
図５は、例示的実施形態のさらなる素子を別個にともなう基本パッケージの分解組立て斜視図を示す。ファイバ結合型光学素子パッケージを製造する例示的方法は、ハウジング２１０をベース２００に結合するステップと、電気リード２０３をハウジング２１０に結合するステップと、光学素子４００をサブマウントプリフォーム５０１でハウジング２１０に結合するステップと、光ファイバ４１０を光ファイバプリフォーム４１１でハウジング２１０に結合するステップと、光ファイバ４１０をファイバシール５０３でハウジング２１０およびパッケージのふた５４０にさらに結合するステップと、パッケージのふたをふたシールプリフォーム５０２でハウジング２１０に結合するステップとを包含する。方法は、光学シール剤５０５を付与して、光ファイバ４１０と、ハウジング２１０と、ベース２００と、パッケージのふた５４０との間のギャップを充填するステップをさらに包含し得ることが好ましい。
【００２７】
ある例示的実施形態では、パッケージのふた５４０は、コバールおよびファイバシール５０３から形成され得、ふたシールプリフォーム５０２は、サブマウントプリフォーム５０１のものよりも低い融点を有するインジウム合金ハンダ（例えば、ＩｎＳｎ）から形成され得る。これに代わる実施形態では、ファイバシール５０３およびふたシールプリフォーム５０２は、エポキシから形成され得る。さらに、光学シール剤５０５は、エポキシ、シリコーン、またはハンダであり得る。
【００２８】
図６は、ベース２００、ベース２００上にマウントされたハウジング２１０、ハウジング２１０に結合されたリード２０３、ハウジング２１０に結合されたファイバ４１０、ハウジング２１０の上に取り付けられたパッケージのふた５４０、およびベース２００の一部分の上のファイバ開口部５４４（図６に図示せず）におけるファイバ４１０に付与される光学シール剤５０５を有するアセンブルされたパッケージを示す。光学シール剤５０５は、ファイバ４１０と、ベース２００と、ハウジング２１０と、ふた５４０との間のギャップを充填するように付与されることが好ましい。
【００２９】
図７は、本発明の例示的実施形態の製造のいくつかの例示的方法を示すフローチャートである。例示的代替的方法は、フローチャートにおいて決定ブロックを用いて示される。現在のアセンブリ方法は、それぞれの経路の１つを用い、決定ブロックがない。
【００３０】
ステップ７０１において、上部層および下部層アパーチャは、アルミナ製グリーンテープにパンチングされ、その後、その上部および下部層基板は、グリーンテープからパンチングされ、各々がそれぞれのアパーチャを備える。次に、ステップ７０２において、光学素子マウント可能アパーチャを含むファイバ結合型光学素子ハウジングが、上部層基板と下部層基板とを結合することによって形成される。一般に、ハウジングは、任意の数の基板層を備え得ることが理解される。動作パワーを受取るための電気コンタクトメタライゼーションが、その後、ステップ７０３において、下部層基板上に形成され得る。代替的実施形態では、ステップ７０３は、ステップ７０２の前に実行される。本発明の例示的実施形態では、電気的接触メタライゼーションは、タングステンインクを用いて形成される。コンタクトメタライゼーションが下部層基板上に形成された後、上部層基板および下部層基板は、例えば、高温同時焼結セラミック（ＨＴＣＣ）プロセスを用いて積層化および加熱されてハウジングを形成する。この時点で、ステップ７０３ａにおける高い熱伝導率の基板に結合され得る。この時点で、ハウジングは、例えば、ロウ付けによってステップ７０３ａにおいて高い熱伝導率のベースに結合され得るが、このステップは、通常、ステップ７１０まで後に先送りされ得る。
【００３１】
ステップ７０４において、製造プロセスが、金属ハンダでハウジングに固定されるか、または、むき出しの光ファイバがガラスハンダでハウジングに固定されるようにメタライズ光ファイバを用いるかどうかという決定が下される。
【００３２】
メタライズファイバが用いられるべき場合、ステップ７０５ａにおいて、ハウジングの上面を通り、かつ、ベースに接続する１つ以上のビアがハウジング上に形成される。ステップ７０６ａにおいて金属ファイバマウントパッドが形成され、１つ以上のメタライゼーションの薄型ストリップが形成され、ステップ７０７ａにおいて、１つ以上のベース接続ビアにマウントパッドを接続する。ステップ７０６ａおよび７０７ａは、通常、相互交換可能である。ステップ７０８ａにおいて、パッケージのふたがハンダを用いて固定されるべきかどうかの決定が下される。固定されるべき場合、ステップ７０９ａにおいて、ハウジングの表面上に金属シールリングが形成される。固定されない場合、製造ステップは、ステップ７１０に進み、ここで、すべてのメタライゼーションが電気メッキされる。
【００３３】
ステップ７０４にて、むき出しの光ファイバをガラスハンダで用いるという決定が下された場合、ステップ７０５ｂにおいて、パッケージのふたがハンダを用いて固定されるべきかどうかの決定が下される。固定されるべき場合、ステップ７０６ｂにおいて、ハウジングの上面を通り、かつ、ベースに接続する１つ以上のビアがハウジング上に形成される。ステップ７０７ｂにおいて、金属シールリングがハウジングの表面上に形成される。製造は、ステップ７１０に進み、ここで、シールリングメタライゼーションが電気メッキされる。７０５ｂにおいて、パッケージのふたがハンダを用いて固定されるべきでないという決定が下された場合、製造は、ステップ７１１に進む。
【００３４】
ステップ７１１にて、光学素子４００（例えば、半導体レーザ）がハウジングアパーチャ３１１によって規定された領域内でベース２００にマウントされる。ステップ７１２において、光ファイバ４１０は、光学素子の所望の出力信号を受信するようにアライメントされ、その後、ガラスハンダまたは金属ハンダを用いてその位置で固定され、ガラスハンダプリフォームは、ファイバ上に直接、およびセラミックハウジング上に付与され、および金属ハンダプリフォームは、メタライズファイバ上に直接、および、金属ファイバマウントパッド３１３上に付与される。一旦プリフォームが所定の位置に配置されると、このプリフォームは、１つ以上のレーザ（図示せず）でその融解温度にまで加熱されて、ハンダを融かしてファイバを固定する。
【００３５】
パッケージのふた５４０は、その後、ステップ７１３において、１つ以上のハウジング２１０、光学素子４００、およびファイバ４１０の一部分上に配置される。さらにパッケージのふたは、ハンダまたはエポキシを用いて固定され得る。ステップ７１３ａにおいて、光ファイバシール５０３は、ファイバが通ることを可能にするパッケージのふた５４４の開口部に付与され得る。この選択的シールは、ファイバをファイバ開口部に固定するために利用され、例えば、ハンダまたはエポキシであり得る。ステップ７１４において、選択的光学シール剤は、パッケージのふた、ファイバ、およびベースの１つ以上に付与されて、ギャップを充填してファイバをさらに固定し得る。
【００３６】
本発明の例示的実施形態は、垂直方向のアセンブリプロセスステップのみを用いて実現され得る。さらに、図３Ａおよび図５に示されるように、ベース２００上にマウントされたハウジング２１０のサイドビューへのアクセスが提供され得る。これにより、カメラで製造をモニタリングし、次に、光学的に光学素子４００に結合するファイバ４１０と関連したアライメント精度を改善することが可能になる。これは、製造歩留まりを改善し、かつ、プロセスサイクルタイムを低減し得る。図１Ａおよび図１Ｂに示される従来技術は、カメラへのサイドビューアクセスをサポートしない。さらに、光学素子４００および光ファイバ４１０は、共有されるハウジング２１０にマウントされ、必要とされる素子の数を低減し、分離ファイバマウント５をパッケージ１に配置および取りつける従来技術のプロセスステップを省略する。
【００３７】
上述のように、本発明の代替的実施形態では、ガラスハンダを用いて光ファイバ４１０をハウジング２１０に固定し、エポキシを用いてパッケージのふた５４０をハウジング２１０に固定し、これにより、ハウジング２１０の上面３１０上の任意のメタライゼーションおよびベース接続ビア３０６の必要をなくす。
【００３８】
図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂは、本発明のさらなる実施形態を示す。この実施形態では、光学素子は、パッケージハウジングに直接結合され、光学素子パッケージサブマウント（例えば、図５における４００）の使用を回避する。図８Ａ、図８Ｂ、図９Ａ、および図９Ｂの両方の実施形態では、光学素子は、高い熱伝導率のベース上に直接マウントされる。
【００３９】
図８Ａは、光学素子８４０が高い熱伝導率のベース８０１に直接取り付けられる、ある実施形態の斜視図を示す。高い熱伝導率のベース８０１は、低い熱伝導率の基板８０２（図８Ａに示される切断線８Ｂ−８Ｂに沿う図８Ｂの側方断面図に、より明確に見られる）。低い熱伝導率の基板８０２は、例えば、銀−銅ろうでろう付けすることによって、高い熱伝導率ベース８０１に結合され得る。さらに、動作パワーまたはグラウンドを提供するために、電気的接触として利用されるように、光学素子の上面がメタライズされ得ることが好ましい。さらなるメタライゼーション（図８に図示せず）は、グラウンドまたは動作パワーをそれぞれ提供するための電気的接触として利用されるように、低い熱伝導率のベース８０２上に形成され得る。パッケージ上にふた（図８に図示せず）を取りつけるため、および、金属ハンダ８１１でファイバマウント領域８１５上にメタライズ光ファイバ１８１０を取りつけるために、さらなるメタライゼーション（図８に図示せず）が低い熱伝導率の基板８０２上に形成され得る。
【００４０】
図９Ａは、光学素子９４０が高い熱伝導率のベース９０１に直接マウントされるような別の実施形態の斜視図を示す。高い熱伝導率ベース９０１は、低い熱伝導率の基板９０２を収容するように適合された凹部（図９Ａに示される、切断線９Ｂ−９Ｂに沿う図９Ｂの側方断面図により明確に見られる）を示す。低い熱伝導率の基板９０２は、例えば、銀−銅ろうでロウ付けすることによって、高い熱伝導率のベース９０１に結合され得る。さらに、光学素子の上面は、動作パワーまたはグラウンドを提供するために、電気的接触として利用されるようにメタライズされ得ることが好ましい。さらなるメタライゼーション（図９に図示せず）は、メタライズ光ファイバ９１０に金属ハンダ９１１をマウントするためにファイバマウント領域９１５上の低い熱伝導率ベース９０２上に形成され得る。
【００４１】
通常、初期のバーンイン（ｂｕｒｎ−ｉｎ）の間、歩留まりの問題があるので、レーザチップを取り付けるためにサブマウントが用いられる。レーザチップがバーンインに失敗した場合、サブマウントのコストを最終製品のコストに著しく貢献させる。しかしながら、サブマウントは用いられる。なぜなら、従来技術による素子パッケージは、サブマウントなしで直接レーザチップのバーンインを可能にするためには、通常、過度に高価だからである。本発明の例示的実施形態は、従来技術のパッケージよりもはるかに安く製造され得るが、依然としてサブマウントほど安価ではない。しかしながら、サブマウントと本発明の例示的実施形態との間のコストの差は、初期アセンブリステップの間に光学素子を最終パッケージアセンブリに直接マウントすることによって取得される製造材料およびアセンブリステップの低減によって相殺され得る。
【００４２】
図１０は、本発明の代替的実施形態を示す。この実施形態では、光ファイバ１８１０は、レーザ１８００のレーザ出力カップラ１８０７に光学的に結合される。ファイバ１８１０は、さらに、ファイバマウントパッド１８０９上のファイバ１８１０上に直接付与されたハンダプリフォーム１８０８によって、レーザ基板１８０２に機械的に結合される。これに代わる実施形態では、ファイバ１８１０は、ファイバマウントパッド１８０９なしでレーザ基板１８０２に直接ハンダ付けされる。レーザ１８００は、例えば、バルクゲイン材料または量子井戸構造等であり得る活性層１８０４内でレイジングを提供するために格子を備え得る基板１８０２を備える。半導体層１８０５は、活性層１８０４上に形成され、好ましくは、活性層内に放射線を隔離する屈折率を有する材料である。レーザ１８００の前面および後面は、さらに、活性層内でレイジングを提供するために、実質的に反射し得る。電極１８０６は、動作パワーを提供するように活性層の上部に形成される。レーザ１８００は、さらに、パッケージのふた（図１０に図示せず）が上部に固定され得る高い熱伝導率のベース８０１に結合される。例示的実施形態では、基板１８０２は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）または燐化インジウム（ＩｎＰ）から形成され得る。
【００４３】
ある特定の実施形態を参照して例示および記載されてきたが、本発明は、示された詳細に限定されることを決して意図しない。むしろ、請求項の均等物の範囲およびレンジ内、および本発明から逸脱することなく、細部にわたって種々の改変が成され得る。
【００４４】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。
【００４５】
（要約）
ファイバ結合型光学素子パッケージは、高い熱伝導率のベースと、セラミック基板とを備えるハウジングと、基板上に形成された光学素子マウントアパーチャと、光学素子マウントアパーチャに隣接した基板上の実質的に平面のファイバマウント領域とを備える。光学素子は、光学素子マウントアパーチャによって規定された領域内に固定され得、光ファイバは、実質的に平面のファイバマウント領域に取り付けられ得、ファイバと光学素子とを光学的に結合する。パッケージのふたは、ハウジング、光学素子、およびファイバの一部分の１つ以上にまたがって配置され得る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１Ａ】図１Ａは、パッケージ内の別々のマウント素子にハンダ付けされた光ファイバのスナウトフィードスルーおよび光ファイバを示すファイバ結合型光学素子パッケージの斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来技術による、図１Ａに示されるパッケージの一部分の拡大図である。
【図２】図２は、本発明による、リードが取り付けられたベースにマウントされたハウジングの上面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明による、リードが取り付けられたベースにマウントされたハウジングの側面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明による、光学素子ハウジングの上部層の上面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、本発明による、光学素子ハウジングの下部層の上面図である。
【図４】図４は、本発明による、リードが取り付けられ、光学素子が所定の位置にあり、かつ電気的接触にワイヤボンディングされた基板上にマウントされたハウジングのオーバーヘッド平面図である。
【図５】図５は、本発明による、パッケージの分解組み立て斜視図である。
【図６】図６は、本発明による、素子が取り付けられ、パッケージのふたが所定の位置にあり、かつ、ファイバシール剤が所定の位置にあるパッケージの斜視図である。
【図７】図７は、本発明による、例示的製造手順の概観を示すフローチャートである。
【図８Ａ】図８Ａは、本発明による、パッケージの斜視図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、本発明による、図８Ａにおけるパッケージの切断線８Ｂ−８Ｂに沿う側方の断面図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本発明による、別のパッケージの斜視図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本発明による、図９Ａにおけるパッケージの切断線９Ｂ−９Ｂに沿う側方断面図である。
【図１０】図１０は、同じ基板上に形成された光学素子およびファイバマウントを示す本発明の代替的実施形態の平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
２００  ベース
２０３  電気リード
２１０  ハウジング
２１１  光学素子マウント
３００  ハウジング下層部
３０３  電気的接触
３０５  下部層基板
３０６  ベース接続ビア
３１０  ハウジング上層部
３１１  上部層アパーチャ
３１３  ファイバマウント可能パッド
３１４  シールリング
３１５  上部層基板
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【外国語明細書】
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