(57)【要約】【課題】光半導体素子内蔵デバイスの製造において、ヘッダに取付けられた半導体素子への溶接時の電気的影響を抑制する。【解決手段】光半導体素子が設けられたヘッダに、光半導体素子を覆うキャップを接合して、光半導体素子内蔵デバイスを製造する方法は、光半導体素子の各端子を互いに短絡させる短絡ステップ（Ｓ３）と、その後に、キャップとヘッダとを溶接によって接合する接合ステップ（Ｓ５）と、その後に、各端子の短絡を解除するステップ（Ｓ６）とを有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子が設けられたヘッダに、該光半導体素子を覆うキャップを接合して、光半導体素子内蔵デバイスを製造する方法であって、
前記光半導体素子の各端子を互いに短絡させる短絡ステップと、
その後に、前記キャップと前記ヘッダとを溶接によって接合する接合ステップと、
その後に、前記各端子の短絡を解除するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
前記短絡ステップは、
前記端子の各々を、導電性の接触子に電気的に接続させるステップと、
前記接触子同士を互いに短絡させる接触子短絡ステップと、
を含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記接触子短絡ステップは、前記接触子同士を半田で接続することを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記接触子短絡ステップは、前記接触子を接地させることを含んでいる、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記短絡ステップは、
前記ヘッダを、前記複数の接触子を保持し、各接触子と電気的に接続されたソケットに保持させるとともに、該ソケットに電気的に接続された第１の電極を該ヘッダの先端部に設けられたヘッダフランジに電気的に接続させるステップと、
前記キャップの先端部に設けられたキャップフランジに、第２の電極を電気的に接続させるステップと
を有し、
前記接合ステップは、前記ヘッダフランジと前記キャップフランジとを互いに密着させて、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電流を流し、該ヘッダフランジと該キャップフランジとを溶接することを含んでいる、請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記短絡ステップは、前記端子同士をクリップで挟むことを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記短絡ステップは、前記端子同士を半田で接続することを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記短絡ステップは、前記端子の各々を、複数の穴を備えた金属体の各穴に挿入することによって、互いに短絡させることを含んでいる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記光半導体素子は発光素子と受光素子とを有し、
前記短絡ステップは、前記発光素子と前記受光素子の各端子を互いに全て短絡させることを含んでいる、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記光半導体素子は発光素子と受光素子とを有し、
前記短絡ステップは、前記発光素子を発光させながら、前記受光素子の各端子を互いに短絡させることを含んでいる、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光半導体素子内蔵デバイスの製造方法に関し、特に、光半導体素子が設けられたヘッダと、光半導体素子を覆うキャップとの接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールは、光通信や光信号による情報処理などに広く用いられている。光モジュールは、発光素子（レーザーダイオード）や受光素子（フォトダイオード）等の光半導体素子が内蔵された光半導体素子内蔵デバイスと、レンズ等の光学部品と、光ファイバーの位置合わせに用いられるフェルールなどを支持するハウジング等で構成されている。光半導体素子内蔵デバイスには様々な構成があるが、光半導体素子が設けられたヘッダに、光半導体素子を覆うキャップが接合された構造のものが知られている。キャップは、光半導体素子の保護や、発光素子からの光を受光素子に反射させる反射面を形成するといった目的で設けられる。また、ヘッダの主要部は、光半導体素子の自己発熱の影響を低減し、信頼性を向上するためにも、ＳＰＣ(鉄)もしくはＫＯＶ(コバール)にて形成されているものが代表的である。光の周辺への漏洩を防ぐという目的も有しているキャップは、このような目的から一定の強度特性や光の反射特性、漏洩防止特性が求められるため、金属で作られることが多い。その場合、キャップの中央部分には、光の通過経路を形成するために半透明の鏡やレンズが付けられるのが一般的であり、ヘッダとキャップとの調芯性も重要となる。
【０００３】
このような要求を満たし、信頼性の高い光半導体素子内蔵デバイスを提供するため、接合部は通常、各種溶接工程によって形成される。溶接方式としては、抵抗溶接や、レーザー溶接が一般的に使用される。抵抗溶接は電位の異なる２つの電極間に溶接する部品を設置し、接触させる際に大電流を流すことで熱を発生させ、部品を溶かし溶接する方法である。レーザー溶接は、ハイパワーレーザーを用い、レーザースポットポイントでの照射熱によって部品を溶かし溶接する方法である。このような従来技術として、例えば特許文献１には、ステム（ヘッダ）とキャップとを抵抗溶接で接合し、キャップとフェルールを収納するスリーブとをプロジェクション溶接で接合する技術が開示されている。
【０００４】
ヘッダとキャップとの調芯性を確保しながらヘッダとキャップとを接合する技術については、さらに以下のような従来技術が知られている。図７は、この従来技術が適用される光半導体素子内蔵デバイスの概略側面図である。光半導体素子内蔵デバイス１は、同図（ｂ）に示すヘッダ２と、同図（ａ）に示すキャップ３とからなり、ヘッダ２のベース２１の上には、発光素子２２と受光素子２３とが配置されている。発光素子２２はレーザーダイオードが代表例であり、受光素子２３はフォトダイオードが代表例である。受光素子２３は発光素子２２の使用時に発光量をモニターするために備えられている。発光素子２２の発光を制御する端子２４ａ、２４ｂと、受光素子２３の動作を制御する端子２５ａ、２５ｂが各々ベース２１の反対側に延びている。これらの端子の長さは、一例では２ｃｍ程度である。ベース２１の外周部は金属性のフランジ（以下、ヘッダフランジ２６という。）を形成している。キャップ３はカバー３１と、ベース３２とを備え、ベース３２の外周部はフランジ（以下、キャップフランジ３３という。）となっている。キャップ３は金属性であるが、カバー３１の中央付近には光路の確保のため、半透明の鏡やレンズ（図示せず）が付けられている。ヘッダ２のヘッダフランジ２６と、キャップ３のキャップフランジ３３とを抵抗溶接によって接合して、同図（ｃ）に示す光半導体素子内蔵デバイス１が形成される。
【０００５】
このような構造のヘッダとキャップは、従来技術では以下のように接合される。図８は、図７に示すヘッダとキャップの接合方法を示す概略図である。まず同図（ａ）に示すように、ヘッダ２をソケット４に収納する。次に、ソケット４に円筒形の第１の電極５を装着する。ヘッダ２の先端部に設けられたヘッダフランジ２６の直径は、第１の電極５の内径より大きく形成されているので、ヘッダフランジ２６は、同図（ｂ）に示すように、第１の電極５の先端部に保持される。一方、キャップ３にも第２の電極７を装着する。キャップフランジ３３は同様に第２の電極７の先端部に保持される。次に、同図（ｃ）に示すように、第１の電極５と第２の電極７を近づけ、ヘッダフランジ２６とキャップフランジ３３を接触させる。この状態で電極５，７間に電流を流し、ヘッダフランジ２６とキャップフランジ３３とを抵抗溶接によって接合する。その後、同図（ｄ）に示すように、電極５，７とソケット４とを取外し、光半導体素子内蔵デバイス１が形成される。
【特許文献１】特開平６−２９１３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような方法で光半導体素子内蔵デバイス１を製造する場合、抵抗溶接時には両電極に大電流(数ｋＡ〜数十ｋＡ)が流れる。しかし、発光素子２２の端子２４ａ、２４ｂおよび受光素子２３端子２５ａ、２５ｂは開いた状態にあるため、電極から微量のサージ電流(電荷)が発光素子や受光素子などの半導体素子へ流れ込み、蓄積され、これらの素子の不具合に至る場合がある。すなわち、溶接時の電気的影響により半導体素子がダメージを受け、特性や信頼性の低下に至る可能性がある。これらはまた、製品歩留まりの悪化にもつながる。
【０００７】
そこで、本発明は、ヘッダに取付けられた半導体素子への溶接時の電気的影響を抑制することのできる、光半導体素子内蔵デバイスの製造方法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】
【０００８】
本発明の光半導体素子内蔵デバイスを製造する方法は、光半導体素子が設けられたヘッダに、光半導体素子を覆うキャップを接合して、光半導体素子内蔵デバイスを製造する方法である。本発明は、光半導体素子の各端子を互いに短絡させる短絡ステップと、その後に、キャップとヘッダとを溶接によって接合する接合ステップと、その後に、各端子の短絡を解除するステップとを有している。
【０００９】
このように、本発明では、光半導体素子の各端子を互いに短絡させた後にキャップとヘッダとを溶接するので、溶接時に高電圧が光半導体素子にかかり、光半導体素子の一方の端部に電荷が発生しても、端部同士が短絡しているので、発生した電荷は反対側の端部に逃げ、端部および光半導体素子内に蓄積することはない。このため、光半導体素子の本体に電荷が影響を及ぼすおそれが低減される。
【００１０】
短絡ステップは、端子の各々を、導電性の接触子に電気的に接続させるステップと、接触子同士を互いに短絡させる接触子短絡ステップとを含んでいてもよい。
【００１１】
接触子短絡ステップは、接触子同士を半田で接続すること、または、接触子を接地させることを含んでいてもよい。
【００１２】
短絡ステップは、ヘッダを、複数の接触子を保持し、各接触子と電気的に接続されたソケットに保持させるとともに、ソケットに電気的に接続された第１の電極をヘッダの先端部に設けられたヘッダフランジに電気的に接続させるステップと、キャップの先端部に設けられたキャップフランジに、第２の電極を電気的に接続させるステップとを有し、接合ステップは、ヘッダフランジとキャップフランジとを互いに密着させて、第１の電極と第２の電極との間に電流を流し、ヘッダフランジとキャップフランジとを溶接することを含んでいてもよい。
【００１３】
短絡ステップは、端子同士をクリップで挟むこと、または、端子同士を半田で接続することを含んでいてもよい。
【００１４】
短絡ステップは、端子の各々を、複数の穴を備えた金属体の各穴に挿入することによって、互いに短絡させることを含んでいてもよい。
【００１５】
光半導体素子は発光素子と受光素子とを有し、短絡ステップは、発光素子と受光素子の各端子を互いに全て短絡させることを含んでいてもよい。
【００１６】
光半導体素子は発光素子と受光素子とを有し、短絡ステップは、発光素子を発光させながら、受光素子の各端子を互いに短絡させることを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、溶接に先立って光半導体素子の端部同士を短絡させるので、溶接で発生した電荷が端部および光半導体素子内に蓄積することはなくなり、光半導体素子の本体への電荷の影響が低減される。このように、本発明によれば、ヘッダに取付けられた半導体素子への溶接時の電気的影響を抑制することのできる、光半導体素子内蔵デバイスの製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。本発明が適用される光半導体素子内蔵デバイスは、発光素子と受光素子とを備えた光半導体素子が設けられたヘッダに、光半導体素子を覆うキャップが接合された構造のものである。
【００１９】
図１は、本発明に適用されるヘッダとソケットの概略断面図である。同図（ａ）に示すヘッダは、図６と同じ構造であるので、詳細な説明は従来技術を参照されたい。ただし、本図は端子２４ａ，２５ａだけを示しており、図面奥行き方向に図示しない２４ｂ，２５ｂが設けられている。
【００２０】
同図（ｂ）はソケットの概略断面図である。ソケット４は概ね円柱形で、開口４１ａ側には外径の縮小された径縮小部６６が形成されている。径縮小部６６には円筒形の第１の電極５が嵌められる。ソケット４はヘッダ２の端子２４ａ，２５ａが挿入される開口４１ａ，４２ａを備えている。図示しない端子２４ｂ，２５ｂが挿入される開口４１ｂ，４２ｂも同様に設けられている。以下の説明は、端子２４ａおよびこれに対応する開口４１ａを対象とするが、端子２４ｂ，２５ａ，２５ｂおよび開口４１ｂ，４２ａ，４２ｂについても同様である。開口４１ａには金属製その他の導電性の接触子６が設けられており、ソケット４の下部開口４３ａを貫通して、ソケット４の外側まで延びている。接触子６は下部開口４３ａと接触しており、下部開口４３ａと電気的に導通されている。このように、ソケット４は、複数の接触子６を保持し、各接触子６と電気的に接続されている。
【００２１】
開口４１ａの内部には接触子６の上方にピン６１が設けられている。ピン６１は頭部６２と棒状部６４とからなり、頭部６２には端子２４ａを受け入れる凹部６３が設けられている。凹部６３の形状は円筒形、円錐形、円錐台形その他端子２４ａの先端部の形状に応じて適宜に定めることができる。頭部６２にはばね６３が設けられており、棒状部６４の周りを巻回して延びている。
【００２２】
図２は、光半導体素子内蔵デバイスの製造方法を説明するフロー図である。以下、本図にしたがって、光半導体素子内蔵デバイスの製造方法を説明する。
【００２３】
（ステップＳ１）ソケット４に第１の電極５を装着する。ソケット４と第１の電極５はともに導電性であるので、ソケット４と第１の電極５は、電気的に接続される。あらかじめ第１の電極５が設けられたソケット４を用いることも可能で、この場合、本ステップは不要となる。
【００２４】
（ステップＳ２）ヘッダ２をソケット４に保持する。すなわち、図１に示した状態から、図３に示すように、ヘッダ２の各端子２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂをソケット４の開口４１ａ，４１ｂ，４２ａ，４２ｂに挿入する。以下、端子２４ａと開口４１ａを対象に説明する。端子２４ａの終端部はピン６１の頭部６２の凹部６３に嵌合し、ピン６１を下方に押す。すると、ばね６５が縮み、ピン６１の棒状部６４が接触子６に当接する。ピン６１は導電性であるので、端子２４ａは接触子６に電気的に導通する。また、ヘッダ２がソケット４に装着されると、第１の電極５の先端はヘッダ４の先端部に設けられたヘッダフランジ２６に当接し、電気的に接続させる。
【００２５】
（ステップＳ３）接触子６を接合部６７によって互いに電気的に短絡（導通）させる。接合部６７は、作業性および、導通抵抗を小さくできる観点から、半田を用いるのが好ましい。接合部６７は、隣接する接触子６を周回するように順に半田接続するのが好ましく、これによって、発光素子２２と受光素子２３の各端子２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは互いに全て短絡される。あらかじめ接合部６７が設けられたソケット４を用いることも可能で、この場合、本ステップは不要となる。
【００２６】
（ステップＳ４）キャップ３に第２の電極７を装着する。装着方法は、図８（ａ），（ｂ）と同様である。キャップ３の先端部に設けられたキャップフランジ３３は円筒形の第２の電極７の内径よりも大きいため、第２の電極７の先端部に当接して保持され、第２の電極７は、キャップフランジ３３と電気的に接続する。
【００２７】
なお、ステップＳ１，Ｓ２は一連の作業としてこの順番で行なう必要があるが、ステップＳ３、Ｓ４はステップＳ１，Ｓ２とは独立しているので、ステップＳ１，Ｓ２の組、ステップＳ３、Ｓ４は任意の順番で行なうことができる。
【００２８】
（ステップＳ５）図４に示すように、ヘッダフランジと２６キャップフランジ３３とを互いに密着させて、第１の電極５と第２の電極７との間に電流を流し、ヘッダフランジ２６とキャップフランジ３３とを抵抗溶接で接合する。図５は、抵抗溶接の原理を示した概念図である。まず、第１、第２の電極５，７に溶接部品であるヘッダ２とキャップ３を各々セットし、次に、スイッチ８３を電源８１側に接続した状態で、大容量キャパシター８２を所望の電圧まで充電する。充電完了後、スイッチ８３を切り替え、整流用トランス８４に電流を供給すると、整流用トランス８４で整流された２次電流が電極５，７間に供給され、ヘッダフランジと２６キャップフランジ３３とが接合される。
【００２９】
（ステップＳ６）その後、電極５，７およびソケット４をはずすことによって、各端子の短絡を解除して、光半導体素子内蔵デバイスが完成する。
【００３０】
ここで、以上説明した光半導体素子内蔵デバイスの製造方法の作用効果について説明する。図６は、本実施形態および従来技術におけるヘッダの各端子の接続状況を模式的に示す概念図である。同図（ａ）は従来技術における各端子の接続状況を示しており、同図（ｄ）はこれを電気回路図として模式的に示したものである。各端子２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂはすべて開いた状態にある。各端子は以下のようなメカニズムで帯電すると考えられる。まず、抵抗溶接の電極５，７間の電荷が、光半導体素子２２，２３を経由して帯電する。抵抗溶接の電極５，７間には、完全充電状態で、１８０Ｖの電圧がかかるが、ヘッダ２の大きさは４〜５ｍｍφ程度のため、場所によっては１ｋＶ／ｃｍ以上の強い電場が発生する。そのため、接触していなくても、空気を経由して、電流が光半導体素子など近くの良導電体へリークする。空気中での放電は一般的に１ｋＶ／ｃｍ程度で始まるといわれており、また放電現象は確率的な問題ではあるが、半導体素子の歩留まりに影響することとなる。また、光半導体素子、およびその配線等の金属（半導体も含む）内で、電流が発生することが考えられる。すなわち、抵抗溶接で瞬間的に大きな電流が流れるため、その周辺で磁場が発生し、その磁場の影響で、半導体素子内およびその配線などで誘導起電力が生じて帯電が起きる。
【００３１】
これに対して、本実施形態では、同図（ｂ）に示すように、各端子２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは互いにすべて短絡した状態にある。同図（ｅ）はこれを電気回路図として模式的に示したものであり、図中、太線部が追加された配線部である。このように、各端子２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂは接触子６を介して互いに短絡され、互いに同電位とされ、しかも接触子６は半田などによって短絡されているため、抵抗は素子の抵抗に比べると桁違いに小さい。したがって、各端子に発生した電荷（サージ電流）は、端子から接触子６に流れ、半田等の接合部６７および他の接触子６を介してヘッダ２に抜け、最終的に第１の電極５に流れる。このようにして、各端子に発生した電荷は素子を経由せずに放電されるため、素子への悪影響が抑制される。
【００３２】
なお、上述した例は、各端子がすべて開放されたタイプの場合であったが、素子のＧＮＤ側がヘッダと接続している（つまり、ヘッダをＧＮＤにしている）タイプの場合、ＧＮＤでない方の端子をＧＮＤ側の端子と短絡させれば、同様の効果が得られることになる。いずれにせよ、素子の両端子を短絡させ、導通抵抗を素子自身の抵抗より十分小さくすることで、どんな位置から電流が流れ込んでも、素子に電流は流れなくなる。
【００３３】
本実施形態を適用したところ、歩留りが約９０％から約９９％へと向上し、溶接工程による不具合が大幅に改善した。
【００３４】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の例に限定されない。例えば、各接触子を接合部で短絡させ電荷をヘッダ側に逃がす代わりに、短絡方法として各接触子につながる接触子を接地させてもよい。各端子に生じた電荷は、接触子を介してＧＮＤに流れるので、素子側に電荷が蓄積されることはなく、同様の効果が得られる。
【００３５】
また、光半導体素子内蔵デバイスが発光素子２２と受光素子２３とからなる場合、発光素子２２の光出力の調整が必要な場合、発光素子２２を発光させながら溶接をおこなうことがある。たとえば、キャップの光軸上前方に光ファイバー側の受光器があり、光が最も強くなるようにキャップの位置を調整しながら溶接するような場合である。図６（ｃ）はそのような場合における本発明の適用例を示している。この場合、受光素子２３は従来開いた状態のままで溶接がおこなわれていたが、本発明を受光素子のみに適用すれば同様の効果を奏することができる。なお、同図は受光素子の端子を接地する場合を示しているが、上述のように接触子を設け、接触子同士を短絡させる方式としてもよい。
【００３６】
さらに、端子の短絡方法として、接触子を介さずに直接短絡させることも可能である。例えば、端子同士をクリップで挟んだり、端子同士を半田で接続してもかまわない。さらに、端子の各々を、複数の穴を備えた金属体の各穴に挿入することによって、互いに短絡させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に適用されるヘッダとソケットの概略断面図である。
【図２】光半導体素子内蔵デバイスの製造方法を説明するフロー図である。
【図３】図１に示すヘッダとソケットが結合された状態を示す概略断面図である。
【図４】ヘッダとキャップが接合された状態を示す概略断面図である。
【図５】抵抗溶接の原理を示した概念図である。
【図６】本実施形態および従来技術におけるヘッダの各端子の接続状況を模式的に示す概念図である。
【図７】光半導体素子内蔵デバイスの概略側面図である。
【図８】図７に示すヘッダとキャップの接合方法を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  光半導体素子内蔵デバイス
２  ヘッダ
２１  ベース
２２  発光素子
２３  受光素子
２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ  端子
２６  ヘッダフランジ
３  キャップ
３１  カバー
３２  ベース
３３  キャップフランジ
４  ソケット
５  第１の電極
６  接触子
７  第２の電極
【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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