(57)【要約】【課題】低コスト化及び軽量化を図りつつ、光デバイスの気密封止を適切に行うことができる光デバイス封止構造及び方法を提供する。【解決手段】金属パッケージ３は、光デバイスを収容する筐体１９と、この筐体１９の上部に設けられた蓋部２０とを有している。筐体１９及び蓋部２０は、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｍｇ及びＭｇ合金のいずれかの軽金属で形成されている。筐体１９の表面にはＳｎ層２２が形成され、蓋部２０の表面にはＳｎ層２４が形成されている。Ｓｎ層２２，２４の融点は、筐体１９及び蓋部２０を構成する金属の融点よりも低い。筐体１９と蓋部２０とは、抵抗シーム溶接または加熱封止によって局所的に加熱されて接合される。これにより、筐体１９の表面に形成されたＳｎ層２２と蓋部２０の表面に形成されたＳｎ層２４とが拡散接合されることとなる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスを封止する光デバイス封止構造において、
前記光デバイスを収容する筐体と、
前記筐体の上部に設けられ、前記筐体の開口を覆う蓋部とを備え、
前記筐体は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金のいずれかの軽金属からなり、
前記筐体の表面には、前記筐体を構成する材料よりも融点の低い第１金属層が形成され、
前記蓋部の表面には、前記蓋部を構成する材料よりも融点の低い第２金属層が形成され、
前記第１金属層及び前記第２金属層は、主成分が同一の金属から構成され、
前記筐体と前記蓋部との接合部において前記第１金属層と前記第２金属層とが拡散接合されていることを特徴とする光デバイス封止構造。
【請求項２】
前記筐体及び前記蓋部は、ダイカスト合金で形成されていることを特徴とする請求項１記載の光デバイス封止構造。
【請求項３】
前記第１金属層及び前記第２金属層の融点は、前記筐体及び前記蓋部を構成する材料の融点よりも１００℃以上低いことを特徴とする請求項１または２記載の光デバイス封止構造。
【請求項４】
前記第１金属層よりも融点が低く、前記第１金属層と同一の金属を主成分とする半田によって、前記筐体に接合された部品を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の光デバイス封止構造。
【請求項５】
前記部品は複数存在し、
前記複数の部品は、前記筐体の内部と外部とを光ファイバにより空間的に連通するファイバフィードスルー部品と、前記筐体の内部と外部とを電気的に連結する電気フィードスルー部品とを含むことを特徴とする請求項４記載の光デバイス封止構造。
【請求項６】
前記第２金属層の厚さは、前記第１金属層の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項４または５記載の光デバイス封止構造。
【請求項７】
前記ファイバフィードスルー部品は、前記筐体内に複数本の光ファイバを導入するように構成され、
前記複数本の光ファイバは、所定の光信号を入力する入力ポートと、所定の光信号を出力する出力ポートとを含み、
前記光デバイスは、前記入力ポートから出射される光を前記出力ポートに向けて偏向する光学エンジンを有することを特徴とする請求項５または６記載の光デバイス封止構造。
【請求項８】
前記入力ポートに入力される光信号は波長多重信号であり、
前記出力ポートから出力される光信号は、前記波長多重信号に含まれる所定波長成分信号であり、
前記光デバイスは、前記入力ポートに入力される波長多重光を所定波長成分に分散する波長分散素子を更に有し、
前記光学エンジンは、前記所定波長成分光を前記出力ポートに向けて偏向することを特徴とする請求項７記載の光デバイス封止構造。
【請求項９】
光デバイスを封止する光デバイス封止方法において、
アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金のいずれかの軽金属からなる筐体と前記筐体の開口を覆う蓋部とを用意する工程と、
前記筐体の表面に、前記筐体を構成する材料よりも融点の低い第１金属層を形成する工程と、
前記蓋部の表面に、前記第１金属層と主成分が同一である金属から構成され、前記蓋部を構成する材料よりも融点の低い第２金属層を形成する工程と、
前記第１金属層が形成された前記筐体内に前記光デバイスを収容する工程と、
前記筐体内に前記光デバイスを収容した後、前記第２金属層が形成された前記蓋部を前記筐体の上に載せた状態で、前記筐体と前記蓋部との接合部において前記第１金属層と前記第２金属層とを拡散接合する工程とを含むことを特徴とする光デバイス封止方法。
【請求項１０】
前記第１金属層と前記第２金属層とを拡散接合する工程では、前記筐体と前記蓋部との接合部を、前記第１金属層及び前記第２金属層の融点よりも高く、前記筐体及び前記蓋部を構成する金属の融点より低い温度に加熱して実施することを特徴とする請求項９記載の光デバイス封止方法。
【請求項１１】
前記筐体と前記蓋部とを用意する工程では、前記筐体及び前記蓋部をダイカスト合金で形成することを特徴とする請求項９または１０記載の光デバイス封止方法。
【請求項１２】
前記第１金属層が形成された前記筐体内に前記光デバイスを収容する前に、前記筐体に部品を接合する工程を更に含み、
前記筐体に前記部品を接合する工程では、前記第１金属層よりも融点の低い半田によって、前記部品を前記第１金属層に接合することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか一項記載の光デバイス封止方法。
【請求項１３】
前記筐体に前記部品を接合する工程では、前記半田の融点よりも高く、前記第１金属層の融点よりも低い温度において実施することを特徴とする請求項１２記載の光デバイス封止方法。
【請求項１４】
前記筐体に前記部品を接合する工程では、前記筐体における複数の前記部品の接合位置に前記複数の部品及び前記半田を配置した状態で、前記筐体の全体を加熱することにより、前記複数の部品を一括して前記筐体に接合することを特徴とする請求項１３記載の光デバイス封止方法。
【請求項１５】
前記複数の部品は、前記筐体の内部と外部とを光ファイバにより空間的に連通するファイバフィードスルー部品と、前記筐体の内部と外部とを電気的に連結する電気フィードスルー部品とを含み、
前記ファイバフィードスルー部品及び前記電気フィードスルー部品が接合された前記筐体において、所定の光信号を入力する入力ポートと、所定の光信号を出力する出力ポートとを含む複数本の光ファイバを、前記ファイバフィードスルー部品に導入する工程を更に含み、
前記筐体内に前記光デバイスを収容する工程では、前記入力ポートから出射される光を前記出力ポートに向けて偏向する光学エンジンを、前記電気フィードスルー部品と電気的に接続するように搭載することを特徴とする請求項１４記載の光デバイス封止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスを封止する光デバイス封止構造及び方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の光デバイス封止構造としては、例えば特許文献１に記載されているものが知られている。特許文献１に記載の光デバイス封止構造は、光デバイスを収容するパッケージを備え、パッケージは、アルミナ・セラミックから作られた基部と、この基部に半田付けされると共にコバール（登録商標）から作られた側壁とを有し、側壁には、コバールから作られた上蓋が半田付け或いは抵抗溶接またはレーザ溶接されている。これにより、光デバイスを気密封止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１４５８８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術においては、高価なコバールの使用量が多いため、コストアップになるばかりでなく、パッケージ自体が重くなることから、振動耐性が低下するという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、低コスト化及び軽量化を図りつつ、光デバイスの気密封止を適切に行うことができる光デバイス封止構造及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光デバイスを封止する光デバイス封止構造において、光デバイスを収容する筐体と、筐体の上部に設けられ、筐体の開口を覆う蓋部とを備え、筐体は、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金のいずれかの軽金属からなり、筐体の表面には、筐体を構成する材料よりも融点の低い第１金属層が形成され、蓋部の表面には、蓋部を構成する材料よりも融点の低い第２金属層が形成され、第１金属層及び第２金属層は、主成分が同一の金属から構成され、筐体と蓋部との接合部において第１金属層と第２金属層とが拡散接合されていることを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明の光デバイス封止構造においては、筐体及び蓋部の表面に、筐体及び蓋部を構成する材料よりも融点の低い第１金属層及び第２金属層をそれぞれ形成した状態で、筐体と蓋部との接合部において第１金属層と第２金属層とを拡散接合することにより、筐体と蓋部とを容易に接合することができる。また、一般にアルミニウムやマグネシウムといった軽金属を主成分とする金属は熱伝導率が高く、当該金属同士を直接レーザ溶接で接合するのが難しいことが知られているが、筐体及び蓋部の表面にそれぞれ形成された第１金属層及び第２金属層を拡散接合する際には、これらの金属層のみを溶融させることになるので、筐体自体及び蓋部自体の損傷を防ぐことができる。以上により、低コスト化及び軽量化を図りつつ、光デバイスの気密封止を適切に行うことができる。
【０００８】
筐体及び蓋部は、ダイカスト合金で形成されていても良い。この場合には、筐体が一体として鋳造され得るため、更なる低コスト化を図ることができる。また、ダイカスト合金は、ＳｉやＣｕ等の不純物を有しているため、レーザ溶接を行うと、筐体や蓋部にクラックが生じたり、筐体と蓋部との接合部に気泡が発生し、適切に気密封止を行うことが困難である。本発明によれば、第１金属層及び第２金属層のみを溶融させることになるので、ダイカスト合金製の筐体及び蓋部であっても、適切に気密封止を行うことができる。
【０００９】
好ましくは、第１金属層及び第２金属層の融点は、筐体及び蓋部を構成する材料の融点よりも１００℃以上低い。この場合には、筐体と蓋部とを接合する際に、筐体及び蓋部の損傷を確実に防ぐことができる。
【００１０】
また、好ましくは、第１金属層よりも融点が低く、第１金属層と同一の金属を主成分とする半田によって、筐体に接合された部品を更に備える。このように第１金属層よりも融点の低い半田を用いることにより、部品を筐体に接合する際に、第１金属層の溶融が防止される。
【００１１】
このとき、部品は複数存在し、複数の部品は、筐体の内部と外部とを光ファイバにより空間的に連通するファイバフィードスルー部品と、筐体の内部と外部とを電気的に連結する電気フィードスルー部品とを含んでいても良い。この場合には、例えば光学部品と電気信号により動作可能な光学エンジンとを含む光デバイスを筐体内に収容することができる。
【００１２】
このとき、好ましくは、第２金属層の厚さは、第１金属層の厚さよりも大きい。この場合には、部品を筐体に半田で接合する際に、筐体の表面に施された第１金属層が万が一流れることがあっても、その後に実施される筐体及び蓋部の接合工程においては、蓋部の表面に施された厚めの第２金属層が上記第１金属層の流れ分をカバーすることになるため、筐体及び蓋部の表面にそれぞれ形成された第１金属層及び第２金属層を確実に拡散接合することができる。
【００１３】
また、好ましくは、ファイバフィードスルー部品は、筐体内に複数本の光ファイバを導入するように構成され、複数本の光ファイバは、所定の光信号を入力する入力ポートと、所定の光信号を出力する出力ポートとを含み、光デバイスは、入力ポートから出射される光を出力ポートに向けて偏向する光学エンジンを有する。この場合には、光スイッチを適切に気密封止することができる。
【００１４】
このとき、入力ポートに入力される光信号は波長多重信号であり、出力ポートから出力される光信号は、波長多重信号に含まれる所定波長成分信号であり、光デバイスは、入力ポートに入力される波長多重光を所定波長成分に分散する波長分散素子を更に有し、光学エンジンは、所定波長成分光を出力ポートに向けて偏向するものであっても良い。この場合には、波長選択光スイッチを適切に気密封止することができる。
【００１５】
また、本発明は、光デバイスを封止する光デバイス封止方法において、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム及びマグネシウム合金のいずれかの軽金属からなる筐体と筐体の開口を覆う蓋部とを用意する工程と、筐体の表面に、筐体を構成する材料よりも融点の低い第１金属層を形成する工程と、蓋部の表面に、第１金属層と主成分が同一である金属から構成され、蓋部を構成する材料よりも融点の低い第２金属層を形成する工程と、第１金属層が形成された筐体内に光デバイスを収容する工程と、筐体内に光デバイスを収容した後、第２金属層が形成された蓋部を筐体の上に載せた状態で、筐体と蓋部との接合部において第１金属層と第２金属層とを拡散接合する工程とを含むことを特徴とするものである。
【００１６】
このように本発明の光デバイス封止方法においては、筐体及び蓋部の表面に、筐体及び蓋部を構成する材料よりも融点の低い第１金属層及び第２金属層をそれぞれ形成した状態で、筐体と蓋部との接合部において第１金属層と第２金属層とを拡散接合することにより、筐体と蓋部とを容易に接合することができる。また、一般にアルミニウムやマグネシウムといった軽金属を主成分とする金属は熱伝導率が高く、当該金属同士を直接レーザ溶接で接合するのが難しいことが知られているが、筐体及び蓋部の表面にそれぞれ形成された第１金属層及び第２金属層を拡散接合する際には、これらの金属層のみを溶融させることになるので、筐体自体及び蓋部自体の損傷を防ぐことができる。以上により、低コスト化及び軽量化を図りつつ、光デバイスの気密封止を適切に行うことができる。
【００１７】
好ましくは、第１金属層と第２金属層とを拡散接合する工程では、筐体と蓋部との接合部を、第１金属層及び第２金属層の融点よりも高く、前記筐体及び前記蓋部を構成する金属の融点より低い温度に加熱して実施する。この場合には、第１金属層及び第２金属層を拡散接合する際に、確実に第１金属層及び第２金属層のみを溶融させることができる。
【００１８】
筐体と蓋部とを用意する工程では、筐体及び蓋部をダイカスト合金で形成しても良い。この場合には、筐体が一体として鋳造され得るため、更なる低コスト化を図ることができる。また、ダイカスト合金は、ＳｉやＣｕ等の不純物を有しているため、レーザ溶接を行うと、筐体や蓋部にクラックが生じたり、筐体と蓋部との接合部に気泡が発生し、適切に気密封止を行うことが困難である。本発明によれば、第１金属層及び第２金属層のみを溶融させることになるので、ダイカスト合金製の筐体及び蓋部であっても、適切に気密封止を行うことができる。
【００１９】
また、好ましくは、第１金属層が形成された筐体内に光デバイスを収容する前に、筐体に部品を接合する工程を更に含み、筐体に部品を接合する工程では、第１金属層よりも融点の低い半田によって、部品を第１金属層に接合する。この場合には、部品を筐体に接合する際に、第１金属層の溶融が防止されるため、第１金属層が流れにくくなる。
【００２０】
筐体に部品を接合する工程では、半田の融点よりも高く、第１金属層の融点よりも低い温度において実施することが好ましい。この場合には、部品を筐体に接合する際に、第１金属層の溶融がより防止されるため、第１金属層が一層流れにくくなる。
【００２１】
このとき、好ましくは、筐体に部品を接合する工程では、筐体における複数の部品の接合位置に複数の部品及び半田を配置した状態で、筐体の全体を加熱することにより、複数の部品を一括して筐体に接合する。この場合には、筐体全体を所定温度に加熱して、複数の部品を半田により溶融接合するリフロー工程を実施できるので、部品の接合工程を低コスト化することができる。
【００２２】
また、好ましくは、複数の部品は、筐体の内部と外部とを光ファイバにより空間的に連通するファイバフィードスルー部品と、筐体の内部と外部とを電気的に連結する電気フィードスルー部品とを含み、ファイバフィードスルー部品及び電気フィードスルー部品が接合された筐体において、所定の光信号を入力する入力ポートと、所定の光信号を出力する出力ポートとを含む複数本の光ファイバを、ファイバフィードスルー部品に導入する工程を更に含み、筐体内に光デバイスを収容する工程では、入力ポートから出射される光を出力ポートに向けて偏向する光学エンジンを、電気フィードスルー部品と電気的に接続するように搭載する。この場合には、光ファイバを用いる光通信デバイスの製造工程において、耐熱性の低い樹脂被覆を備える光ファイバに上記部品の接合工程における熱衝撃が加わることを回避できるので、歩留まりを向上させることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、低コスト化及び軽量化を図りつつ、光デバイスの気密封止を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係わる光デバイス封止構造の一実施形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した光デバイス封止構造の分解斜視図である。
【図３】図２に示した光デバイスとして波長選択光スイッチを示す概略構成図である。
【図４】図２に示した光デバイスとして通常の光スイッチを示す概略構成図である。
【図５】図１に示した光デバイス封止構造の断面図である。
【図６】図５に示した筐体と蓋部との接合部分の拡大断面図である。
【図７】図５に示した筐体とファイバフィードスルー部品との接合部分の拡大断面図である。
【図８】図５に示した筐体と電気フィードスルー部品との接合部分の拡大断面図である。
【図９】図５に示した光デバイス封止構造を形成するための光デバイス封止方法の工程を示すフローチャートである。
【図１０】図５に示した筐体と蓋部との接合方法として抵抗シーム溶接及び加熱封止を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係わる光デバイス封止構造及び方法の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明に係わる光デバイス封止構造の一実施形態を示す斜視図であり、図２は、図１に示した光デバイス封止構造の分解斜視図である。なお、図２（ａ）は、光デバイス封止構造を上面側から見た分解斜視図であり、図２（ｂ）は、光デバイス封止構造を裏面側から見た分解斜視図である。
【００２７】
各図において、本実施形態に係わる光モジュール１は、光デバイス２と、この光デバイス２を気密封止する矩形箱型の金属パッケージ３とを備えている。
【００２８】
光デバイス２は、例えば図３に示すような波長選択光スイッチ２Ａである。波長選択光スイッチ２Ａは、複数本の光ファイバ４と、複数のコリメータアレイ５と、回折格子（波長分散素子）６と、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）ミラー（光路切替素子）７と、駆動ＩＣ８とを有している。
【００２９】
光ファイバ４は、入力ポート４ａ及び複数の出力ポート４ｂを構成する。コリメータアレイ５は、光ファイバ４と光学的に接続されている。入力ポート４ａから出射された波長多重信号光は、回折格子６において所定の波長成分光に分散され、波長成分毎に異なる方向に分散させる。
【００３０】
回折格子６により分散された各波長成分光は、ＭＥＭＳミラー７の反射面に入射される。ＭＥＭＳミラー７は、駆動ＩＣ８により電気的に反射面の傾斜角を制御可能であり、各波長成分光をいずれかの出力ポート４ｂに向けて偏向する。駆動ＩＣ８は、後述するように筐体１９に設けられた電気フィードスルー部品２９を通して、外部の制御部９と電気的に接続されており、所望の出力ポート４ｂに向けて各波長成分光を結合させるように制御する。
【００３１】
コリメータアレイ５及び回折格子６を含む複数の光学部品１０は、図２に示すように、ベースＢに搭載されている。ベースＢは、低線膨張係数材料により形成されており、温度変動による光学特性の変動を防止する。ＭＥＭＳミラー７及び駆動ＩＣ８を含む複数の光学エンジン１１は、図２に示すように、プリント基板Ｐに実装されていることが好ましい。また、プリント基板Ｐは、ベースＢと共に金属パッケージ３に収容されていることが好ましい。
【００３２】
また、光デバイス２は、図４に示すような通常の光スイッチ２Ｂであっても良い。光スイッチ２Ｂは、入力ポートを形成する複数本の光ファイバ１２と、出力ポートを形成する複数本の光ファイバ１３と、各光ファイバ１２から出射された光をコリメートする複数のコリメートレンズ１４と、各光ファイバ１３に入射される光を集光する複数の集光レンズ１５と、コリメートレンズ１４を通過した光を対応する光ファイバ１３に向けて偏向するＭＥＭＳミラー１６，１７と、ＭＥＭＳミラー１６，１７をそれぞれ駆動する駆動ＩＣ１８Ａ，１８Ｂとを有している。駆動ＩＣ１８Ａ，１８Ｂは、後述するように筐体１９に設けられた電気フィードスルー部品２９を通して、外部の制御部９と電気的に接続されている。
【００３３】
なお、光路切替素子としては、上記のＭＥＭＳミラー以外に、液晶素子（ＬＣ）、ＬＣｏＳ（Liquid Crystal on Silicon）、ＤＬＰ（Digital Light Processing）等を用いても良い。即ち、信号光の進行方向を空間的に変調することができれば良く、電気的に駆動可能であって、入力ポートから出射された信号光を所望の出力ポートに任意に偏向可能であることが好ましい。
【００３４】
金属パッケージ３は、図５に示すように、光デバイス２（図５では省略）を収容する筐体１９と、この筐体１９の上部に設けられ、筐体１９の開口を覆う蓋部２０とを有している。筐体１９は、基部１９ａと側壁部１９ｂとからなっている。基部１９ａと側壁部１９ｂとは、所定の金属板を切削した後に半田等を用いて貼り合わせても良いし、鋳造により一体に形成しても良い。
【００３５】
筐体１９には、筐体１９の内部と外部とを光ファイバにより空間的に連通するファイバフィードスルー部品２６と、筐体１９の内部と外部とを電気的に連結する電気フィードスルー部品２９と、筐体１９の内部に封止ガスを導入可能なガス導入部４０とが設けられている。
【００３６】
筐体１９及び蓋部２０は、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金（Ａｌ合金）、マグネシウム（Ｍｇ）及びマグネシウム合金（Ｍｇ合金）のいずれかの軽金属で構成される。なお、筐体１９及び蓋部２０のうち少なくとも筐体１９が、上記の軽金属で構成されていれば良い。このとき、筐体１９の作製の容易性や、筐体１９及び蓋部２０の損傷しにくさ等を考慮すると、Ａｌ合金及びＭｇ合金としては、鋳造により形成されるＡｌ合金ダイカスト及びＭｇ合金ダイカストを使用するのが好ましい。
【００３７】
例えばＡｌ合金ダイカストとしては、ＪＩＳ規格の１０種（ＡＤＣ１０）、１２種（ＡＤＣ１２）及び１４種（ＡＤＣ１４）等が用いられる。ＡＤＣ１０、ＡＤＣ１２及びＡＤＣ１４は、表１で示すように、不純物としてＳｉ及びＣｕを含んだＡｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系のＡｌ合金ダイカストである。
【表１】
2013145339.tif 000003
【００３８】
ＡＤＣ１０は、Ｃｕを２．０〜４．０％含み、Ｓｉを７．５〜９．５％含み、残りがＡｌである。ＡＤＣ１２は、Ｃｕを１．５〜３．５％含み、Ｓｉを９．６〜１２．０％含み、残りがＡｌである。ＡＤＣ１４は、Ｃｕを４．０〜５．０％含み、Ｓｉを１６．０〜１８．０％含み、残りがＡｌである。
【００３９】
図６に示すように、筐体１９の表面には、Ｎｉ層２１を介してＳｎ層（第１金属層）２２が形成されており、蓋部２０の表面には、Ｎｉ層２３を介してＳｎ層（第２金属層）２４が形成されている。Ｓｎ層２２，２４は、筐体１９及び蓋部２０の表面全体に形成されているのが、外観が良く好ましい。Ｓｎの融点は２３０℃であり、Ａｌ合金の融点に比べて十分（１００℃以上）低い。
【００４０】
一方、例えば亜鉛の融点は３００℃程度であり、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｍｇ及びＭｇ合金に比較して、Ｓｎの融点との差が１００℃以下である。このような材料で筐体１９を形成した場合、後述するようにＳｎ層２２，２４の溶融接合時において筐体１９が損傷するおそれがあり、歩留まりが低下する可能性がある。従って、第１金属層２２及び第２金属層２４の融点は、筐体１９及び蓋部２０を構成する材料の融点よりも１００℃以上低いことが好適である。
【００４１】
なお、Ｓｎ層２２，２４は、光沢を出すために有機物を含有していても良いし、酸化防止処理が施されていても良い。Ｓｎ層２２，２４に半光沢材が添加されていると、後述する筐体１９のリフロー工程を経たとしてもＳｎ層２２，２４の変色を適切に防止することができ、Ｓｎ層２２，２４の外観が更に良くなる。
【００４２】
Ｓｎ層２２，２４の厚膜は、５μｍ以上である。このとき、筐体１９の表面に形成されるＳｎめっき２２の厚膜は、好ましくは１０〜１５μｍであり、蓋部２０の表面に形成されるＳｎ層２４の厚膜は、好ましくは１５〜２０μｍである。また、Ｎｉ層２１，２３の厚膜は、例えば７〜１５μｍである。Ｎｉ層２１，２３は、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｍｇ及びＭｇ合金を保護するために形成される。なお、Ｎｉ層２１，２３の上にＣｕ層を形成し、その上にＳｎ層２２，２４を形成しても良い。
【００４３】
筐体１９の側壁部１９ｂには、上記のファイバフィードスルー部品２６が側壁部１９ｂを貫通するように設けられている。ファイバフィードスルー部品２６は、図５及び図７に示すように、筐体１９の内部と外部とを空間的に連通しており、筐体１９内に複数本の光ファイバ２５（図３に示す光ファイバ４、図４に示す光ファイバ１２，１３に相当）を導入可能に構成されている。
【００４４】
光ファイバ２５は、被覆部２５ａを除去して裸ファイバ（ガラスファイバ）２５ｂを露出させ、その裸ファイバ２５ｂをそれと線膨張係数の近い低線膨張係数金属２７（例えばコバール（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏを含む合金））で被覆することが好ましい。このように裸ファイバ２５ｂを線膨張係数の近い材料でメタライズすることにより、環境温度の変化による部材の伸縮によって裸ファイバ２５ｂが損傷することを防止できる。
【００４５】
低線膨張係数金属２７は、ファイバフィードスルー部品２６に半田Ｓで接合されている。また、ファイバフィードスルー部品２６は、側壁部１９ｂの表面に形成されたＳｎ層２２に半田Ｓで接合されている。このとき、ファイバフィードスルー部品２６は、裸ファイバ２５ｂを被覆する金属の線膨張係数と筐体１９を構成する金属の線膨張係数との間の範囲における線膨張係数を有する材料（例えばステンレス）で構成することが好ましい。このようにすれば、Ａｌ合金やＭｇ合金といった比較的線膨張係数の大きい材料と裸ファイバ２５ｂを被覆する低線膨張係数金属２７とを直接接合する場合に比較して、環境温度の変化による部材の伸縮によって両者の接合部に負荷がかかることを防止できる。
【００４６】
使用される半田Ｓとしては、例えばＳｎ−Ｐｂ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｂｉ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系等のＳｎ系半田が挙げられる。これらのＳｎ系半田の融点は、１９０〜２２０℃であり、Ｓｎの融点（２３０℃）よりも低い。そのようなＳｎ系の半田Ｓを用いることで、後述する半田リフロー工程においてＳｎ層２２，２４が溶けることが防止される。また、Ｓｎ系の半田Ｓは、Ｓｎ層２２，２４と同一の金属を主成分とするものであるから、Ｓｎ層２２，２４に対する濡れ性が良好であり、接合部における気密性を適切に確保することができる。
【００４７】
筐体１９の基部１９ａには、筐体１９内に複数本の導電性ピン（電気線）２８を導入するための上記の電気フィードスルー部品２９が設けられている。電気フィードスルー部品２９は、図５及び図８に示すように、複数本の導電性ピン２８を保持している。電気フィードスルー部品２９は、例えばステンレスで形成され、導電性ピン２８の貫通部分２９ａは、絶縁性を確保するために溶融ガラス等で形成されている。
【００４８】
電気フィードスルー部品２９の両端部（ステンレス部分）は、基部１９ａの表面に形成されたＳｎ層２２に半田Ｓで接合されている。半田Ｓとしては、上記のファイバフィードスルー部品２６の接合と同じものが使用される。
【００４９】
電気フィードスルー部品２９における導電性ピン２８は、外部の回路基板等と電気的に接続することが可能であり、例えば図２及び図３に示すように、光路切替素子７を含む光学エンジン１１の動作を制御する制御部９と接続される。即ち、光路切替素子７は、駆動ＩＣ８及び制御部９を通じて電気的に駆動・制御され得る。
【００５０】
ガス導入部４０は、図５に示すように、筐体１９の内部と外部とを空間的に連通するように側壁部１９ｂに設けられている。そして、筐体１９の内部に封止ガスを導入した後、所定のキャップ部材４１を用いて封止可能に形成されている。ガス導入部４０は、上記のファイバフィードスルー部品２６と同様に、例えばステンレスにより構成され、半田Ｓによって側壁部１９ｂに接合されている。
【００５１】
筐体１９と蓋部２０とは、その当接部において、それぞれの表面に形成されたＳｎ層２２，２４同士が接合されている。これにより、光デバイス２は、金属パッケージ３の内部に気密封止される。ここで、Ｓｎ層２２，２４同士は、拡散接合されていることが好ましい。拡散接合は、Ｓｎ層２２，２４が溶融接合されることにより構成されるＳｎ分子の拡散による接合であり、筐体１９と蓋部２０との接合部を適切に封止することができる。
【００５２】
Ｓｎ層２２，２４同士を接合し、大面積の光デバイス２を適切に気密封止するためには、Ｓｎ層２２，２４の膜厚は、それぞれ５μｍ以上であることが好ましい。このようにすれば、両者の接合後においても、接合部におけるＳｎ層の膜厚は５μｍ以上確保される。また、筐体１９の表面に形成されるＳｎ層２２の膜厚は、更に好ましくは１０〜１５μｍ以上である。このようにすれば、両者の接合後においても、接合部におけるＳｎ層の膜厚は１０μｍ以上確保される。このとき、後述するように、製造工程においてＳｎ層２２を形成した筐体１９の全体を加熱して（リフロー工程）、部品を接合する必要がある場合には、蓋部２０の表面に形成されるＳｎ層２４の膜厚は、筐体１９の表面に形成されるＳｎ層２２の膜厚よりも厚くしておくことが好ましく、例えば１５〜２０μｍ程度にしておくことが好ましい。
【００５３】
また、筐体１９及び蓋部２０を構成する金属を保護するため、上述したように、Ｎｉ層２１，２３を形成した後に、Ｓｎ層２２，２４を形成するのが好ましい。Ｎｉ層２１，２３の膜厚は、例えば７〜１５μｍである。なお、Ｎｉ層２１，２３の上にＣｕ層を形成し、その上にＳｎ層２２，２４を形成しても良い。このようにすれば、Ｓｎ層２２，２４と筐体１９との接合性の濡れ性が良好となり、更に適切な気密封止を実現することができる。
【００５４】
次に、以上のような光デバイス封止構造を形成するための光デバイス封止方法を図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００５５】
まず、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｍｇ及びＭｇ合金のいずれかの軽金属で構成される筐体１９及び蓋部２０を用意する（工程Ｓ１０１）。筐体１９は、基部１９ａと側壁部１９ｂとからなっており、基部１９ａと側壁部１９ｂとは、所定の金属板を切削した後に半田等を用いて貼り合わせて構成したり、鋳造により一体に構成することができる。
【００５６】
筐体１９及び蓋部２０は、ダイカスト合金であることが好ましい。筐体１９をダイカスト合金で形成することにより、筐体１９を凹状に鋳造することができる。筐体１９を切削品とした場合には、基部１９ａ及び側壁部１９ｂを別々に作製した後に、基部１９ａと側壁部１９ｂとを溶接する必要があるが、本実施形態では、基部１９ａと側壁部１９ｂとが一体となって鋳造されるため、筐体１９の作製に手間がかからず、低コスト化に寄与することができる。
【００５７】
ここで、Ａｌ合金ダイカストを始めとするダイカスト用合金は、不純物を多く含んでおり、レーザ溶接による気密封止が難しい。例えば、Ｓｉ含有率が多い場合（典型的には１０％以上）には、Ｓｉ晶出物が出て亀裂発生の要因となる。また、Ｃｕはレーザ溶接時に蒸発しやすく、気泡発生の原因となる。このため、筐体１９と蓋部２０との接合部における空隙の発生により、適切に気密封止を行うことが難しい。これに対し本実施形態によれば、筐体１９及び蓋部２０を溶融させることなくＳｎ層２２，２４同士を接合することにより気密封止するため、上気問題を解消することができる。
【００５８】
次に、筐体１９の表面に、筐体１９を構成する金属よりも融点の低い金属層（第１金属層）２２を形成し、同様に蓋部２０の表面に、蓋部２０を構成する金属よりも融点の低い金属層（第２金属層）２４を形成する（工程Ｓ１０２）。上記の金属層２２，２４は、筐体１９及び蓋部２０を構成する金属に、めっきプロセスによって形成することが好ましい。このとき、筐体１９の表面にＮｉ層２１を施し、そのＮｉ層２１の上にＳｎ層（第１金属層）２２を施すと共に、蓋部２０の表面にＮｉ層２３を施し、そのＮｉ層２３の上にＳｎ層（第２金属層）２４を施す。
【００５９】
Ｓｎ層２２，２４は、Ｓｎ系合金ではなく、純Ｓｎを主成分とするものであるのが好ましい。これにより、Ｓｎ層２２，２４をめっきプロセスにより容易に厚膜化することが可能となる（Ｓｎを主成分とする合金では、数μｍを超える膜厚を形成することが難しい）ため、両者を接合することにより（後述）、適切に気密封止することができる。また、大面積の光デバイスを封止する上で、Ｓｎ層２２，２４を大面積にわたって形成する必要があるが、めっきプロセスによりＳｎ層２２，２４を均一に形成することができるので、適切に気密封止され得る。
【００６０】
次に、第１金属層２２が形成された筐体１９にファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０を接合する（工程Ｓ１０３）。この工程では、第１金属層２２よりも融点の低い半田Ｓによって、筐体１９の表面に施された第１金属層２２に部品を接合する。この工程は、半田Ｓの融点よりも高く、第１金属層２２の融点よりも低い温度において実施されることが好ましい。具体的には、筐体１９における上記の部品接合位置に、部品及び半田を配置した状態で、筐体１９の全体を加熱するリフロー工程を実施する。このようにすれば、筐体１９に接合すべき部品が複数ある場合であっても、それらの部品を一括して筐体１９に接合することができる。
【００６１】
本実施形態においては、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０を、筐体１９に半田リフローによって一括固定する。即ち、側壁部１９ｂの部品接合位置に半田Ｓ及びファイバフィードスルー部品２６を配置し、側壁部１９ｂの他の部品接合位置に半田Ｓ及びガス導入部４０を配置し、基部１９ａに半田Ｓ及び電気フィードスルー部品２９を配置した状態で、筐体１９の全体を加熱することによって、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０を筐体１９に接合する。このとき、半田Ｓの融点よりも高く且つＳｎ層２２の融点よりも低い温度（ピーク温度２２０〜２３０℃）で、半田Ｓを加熱することにより、筐体１９の表面に形成したＳｎ層２２が流れ出すことを防止しつつ、各部品を筐体１９に接合することができる。
【００６２】
次に、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０が接合された筐体１９内に光デバイス２を収容する（工程Ｓ１０４）。本実施形態においては、光デバイス２を構成する複数の光学部品１０をベースＢに搭載する。一方、上記のＭＥＭＳミラー７及び駆動ＩＣ８を含む複数の光学エンジン１１は、プリント基板Ｐに実装する。具体的には、複数の光学部品１０をベースＢ上で位置合わせして、接着やネジ等により固定する。そして、光学エンジン１１が実装されたプリント基板Ｐを、ベースＢにおける所定の位置に固定し、光デバイス２として筐体１９内に収容する。
【００６３】
次に、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０が接合された筐体１９において、所定の光信号を入力する入力ポートと所定の光信号を出力する出力ポートとを含む複数本の光ファイバ２５を、ファイバフィードスルー部品２６に導入する（工程Ｓ１０５）。本実施形態においては、まず低線膨張係数金属２７によって保持された光ファイバ２５を用意し、これをファイバフィードスルー部品２６に固定する。本工程においては、低線膨張係数金属２７をファイバフィードスルー部品２６に半田付けすることが好ましい。このとき、筐体１９におけるＳｎ層２２及びファイバフィードスルー部品２６を筐体１９に接合する半田Ｓが溶融しないように、誘導加熱等により低線膨張係数金属２７及びファイバフィードスルー部品２６を局所的に加熱することにより、半田付けすることが好ましい。このように、ファイバフィードスルー部品２６をリフロー工程で接合した後に光ファイバ２５を導入することとすれば、光ファイバ２５を用いる光通信デバイスの製造工程において、耐熱性の低い樹脂被覆を備える光ファイバ２５に上記部品の接合工程における熱衝撃が加わることを回避できるので、歩留まりを向上することができる。
【００６４】
また、上記光デバイス２は、ＭＥＭＳミラー７を駆動ＩＣ８を介して電気フィードスルー部品２９と電気的に接続されるように搭載する。さらに、ＭＥＭＳミラー７が入力ポートから出射される光を所望の出力ポートに向けて偏向することができるように、ＭＥＭＳミラー７を位置合わせする。
【００６５】
次に、第１金属層２２が表面に形成された筐体１９の上に、第２金属層２４が表面に形成された蓋部２０を載せた状態で、筐体１９と蓋部２０との接合部において第１金属層２２と第２金属層２４とを接合する（工程Ｓ１０６）。このとき、第１金属層２２と第２金属層２４とを接合する工程は、筐体１９及び蓋部２０を、第１金属層２２及び第２金属層２４の融点よりも高く、筐体１９及び蓋部２０を構成する金属の融点よりも低い温度に加熱して実施されることが好ましい。
【００６６】
筐体１９と蓋部２０とは、抵抗シーム溶接または単に筐体１９と蓋部２０との接合部を局所的に加熱すること（加熱封止）によって接合される。これにより、筐体１９の表面に形成されたＳｎ層２２と蓋部２０の表面に形成されたＳｎ層２４とが接合されることとなる。ここでの接合は、溶融されたＳｎ層２２，２４同士におけるＳｎ分子の拡散による接合である。つまり、筐体１９自体及び蓋部２０自体を形成するＡｌ合金ダイカストは溶かさず、筐体１９及び蓋部２０の表面に形成されたＳｎ層２２，２４のみを溶かして、Ｓｎ層２２，２４同士を溶融接合する。これにより、光デバイス２が金属パッケージ３により気密封止されることとなる。
【００６７】
抵抗シーム溶接では、図１０（ａ）に示すように、筐体１９の上に蓋部２０を載せた状態で、蓋部２０の両端にそれぞれローラ状の電極３０に当てて、各電極３０を転がしながら筐体１９と蓋部２０との溶接を行う。
【００６８】
加熱封止では、図１０（ｂ）に示すように、筐体１９の上に金錫３１を介して蓋部２０を載せ、それを上下反転させてヒータプレート３２上に置き、押さえ板３３により筐体１９をヒータプレート３２に対して押さえ付けた状態で、ヒータプレート３２により蓋部２０を加熱して金錫３１を溶融させることで、筐体１９と蓋部２０とを接合する。
【００６９】
なお、筐体１９と蓋部２０とを接合する時点では、筐体１９内に光デバイス２が収容されているため、ファイバフィードスルー部品２６及び電気フィードスルー部品２９のように半田リフローにより一括固定を行うことはできない。従って、筐体１９と蓋部２９との接合方法としては、抵抗シーム溶接や加熱封止が採用される。
【００７０】
最後に、ガス導入部４０より筐体１９内に封止ガスを導入し、所定のキャップ部材４１でガス導入部４０を封止する（工程Ｓ１０７）。これにより、光学デバイス２の光学特性を一定に保つことができる。封止ガスとしては、Ｈｅガスが挙げられる。キャップ部材４１としては、半田を挙げることができ、ガス導入部４０内に半田を配置した状態で、誘導加熱等による局所加熱により、当該半田を溶融すれば良い。
【００７１】
以上のように本実施形態にあっては、筐体１９及び蓋部２０をＡｌ、Ａｌ合金、Ｍｇ及びＭｇ合金のいずれかの軽金属で形成し、筐体１９の表面にＳｎ層２２を形成すると共に蓋部２０の表面にＳｎ層２４を形成し、Ｓｎ層２２，２４同士の拡散接合により筐体１９と蓋部２０とを接合するようにしたので、光デバイス２の気密封止を容易に行うことができる。このとき、Ｓｎ層２２，２４のみが溶融するため、筐体１９及び蓋部２０を損傷させることが無く、歩留まりが良くなる。
【００７２】
また、筐体１９及び蓋部２０の金属材料として高価なコバールを使用しなくて済むため、低コスト化が図られると共に、パッケージ３自体が軽くなることから、パッケージ３の耐振動性が向上する。
【００７３】
さらに、筐体１９の表面に施されたＳｎ層２２に対して濡れ性の良い半田Ｓを用いて、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０を筐体１９に接合するので、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０とＳｎ層２２との密着性が高くなる。従って、筐体１９が一体として鋳造されること、Ｓｎ層２２，２４同士の拡散接合により筐体１９と蓋部２０とを接合することと相俟って、光デバイス２を気密性良く封止することができる。
【００７４】
また、蓋部２０の表面に形成されたＳｎ層２４は、筐体１９の表面に形成されたＳｎ層２２よりも厚くなっている。このため、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０の接合工程において半田リフローを実施したときに、Ｓｎ層２２が若干流れることでＳｎ層２２の厚みが小さくなったとしても、そのＳｎ層２２が薄くなった分を蓋部２０の表面のＳｎ層２４がカバーすることになる。従って、筐体１９と蓋部２０との拡散接合に必要な膜厚が確保されるため、筐体１９と蓋部２０とを確実に接合することができる。
【００７５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、純Ｓｎを主成分とするＳｎ層２２，２４を筐体１９及び蓋部２０の表面に形成するようにしたが、Ｓｎ層２２，２４の厚膜化が可能であれば、Ｓｎ系合金からなるＳｎ層２２，２４を筐体１９及び蓋部２０の表面に形成しても良い。また、筐体１９及び蓋部２０の表面に形成される金属層としては、そのようなＳｎ層に限られず、筐体１９及び蓋部２０を形成する金属よりも融点の低いものであれば良い。
【００７６】
さらに、上記実施形態では、筐体１９及び蓋部２０の表面全体に金属層２２，２４を形成したが、特にそれには限られず、筐体１９における蓋部２０、ファイバフィードスルー部品２６、電気フィードスルー部品２９及びガス導入部４０との接合部分、蓋部２０における筐体１９との接合部分のみに金属層２２，２４を形成しても良い。
【００７７】
以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、表２で示すように、筐体を構成する材料、蓋部を構成する材料、筐体の表面に形成される第１金属層を構成する材料、蓋部の表面に形成される第２金属層を構成する材料、半田の材料を種々変えて、上述した光デバイス封止方法に従って光デバイス封止構造を形成した。
【表２】
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【００７８】
実施例１では、筐体及び蓋部を構成する材料をＡｌ合金ダイカスト（融点：５８０℃）とし、第１金属層及び第２金属層を構成する材料を純Ｓｎ（融点：２３０℃）とし、これらの金属層をめっきにより形成した。また、半田の材料としては、Ａｇを３．５ｗｔ％含み、Ｂｉを０．５ｗｔ％含み、Ｉｎを８．０ｗｔ％含み、残りがＳｎであるもの（融点：２１４℃）を使用した。実施例２では、筐体及び蓋部を構成する材料をＭｇ合金ダイカスト（融点：６００℃）とし、その他は実施例１と同様とした。実施例３では、筐体及び蓋部を構成する材料を純度が４ＮのＡｌ（融点：６００℃）とし、その他は実施例１と同様とした。実施例４では、筐体及び蓋部を構成する材料を純度が３ＮのＭｇ（融点：６５０℃）とし、その他は実施例１と同様とした。
【００７９】
比較例１では、蓋部を構成する材料をコバール（融点：１４５０℃）とし、蓋部の表面に第２金属層を形成せず、その他は実施例１と同様とした。比較例２では、蓋部を構成する材料をアルミナ（融点：２０５０℃）とし、蓋部の表面に第２金属層を形成せず、その他は実施例１と同様とした。比較例３では、筐体及び蓋部を構成する材料を純度が４ＮのＺｎ（融点：３００℃）とし、その他は実施例１と同様とした。比較例４では、第１金属層及び第２金属層を構成する材料をＮｉ（融点：８００℃以上）とし、これらの金属層をめっきにより形成し、その他は実施例１と同様とした。比較例５では、半田の材料として、Ｓｂを１０ｗｔ％含み、残りがＳｎであるもの（融点：２６６℃）を使用した以外は、実施例１と同様とした。
【００８０】
また、表２で示すように、ファイバフィードスルー部品、電気フィードスルー部品及びガス導入部等の部品を筐体に接合する工程は、半田リフローによって実施し、筐体と蓋部とを接合する工程は、溶接によって実施した。
【００８１】
具体的には、実施例１〜４では、半田リフローによって２２０〜２３０℃の温度で部品を筐体に接合する工程を実施し、シーム溶接によって２５０℃の温度で筐体と蓋部とを接合する工程を実施した。このとき、部品と筐体との接合具合、筐体と蓋部との接合具合のいずれも良好であった。
【００８２】
比較例１，２では、部品を筐体に接合する工程を実施例１〜４と同様の方法で実施し、筐体と蓋部とを接合する工程をレーザ溶接により実施した。このとき、部品と筐体との接合具合は良好であったが、レーザ溶接を用いて筐体と蓋部とを溶接したために、筐体と蓋部との接合部に気泡が発生すると共に、筐体及び蓋部にクラックが生じた。
【００８３】
比較例３では、部品を筐体に接合する工程、筐体と蓋部とを接合する工程をいずれも実施例１〜４と同様の方法で実施した。このとき、部品と筐体との接合具合は良好であったが、筐体及び蓋部を構成する亜鉛の融点と第１金属層及び第２金属層の融点との差が１００℃よりも低いため、筐体と蓋部との接合時に筐体及び蓋部が損傷し、歩留まりが低下した。
【００８４】
比較例４では、部品を筐体に接合する工程、筐体と蓋部とを接合する工程をいずれも実施例１〜４と同様の方法で実施した。このとき、部品と筐体との接合具合は良好であったが、第１金属層及び第２金属層の融点が筐体及び蓋部を構成する金属の融点に比べて十分高いため、筐体と蓋部との接合時に、第１金属層及び第２金属層が溶融する前に筐体及び蓋部が溶融した。
【００８５】
比較例５では、部品を筐体に接合する工程を実施例１〜４と同様の方法で実施したが、半田の融点が第１金属層及び第２金属層の融点よりも高いため、第１金属層及び第２金属層が溶融した。
【００８６】
以上のような実施例１〜４及び比較例１〜５から、本発明の有効性を実証することができた。
【符号の説明】
【００８７】
１…光モジュール（光デバイス封止構造）、２…光デバイス、４…光ファイバ、６…回折格子（波長分散素子）、７…ＭＥＭＳミラー（光学エンジン）、１２，１３…光ファイバ、１６，１７…ＭＥＭＳミラー（光学エンジン）、１９…筐体、２０…蓋部、２２…Ｓｎ層（第１金属層）、２４…Ｓｎ層（第２金属層）、２５…光ファイバ、２６…ファイバフィードスルー部品、２９…電気フィードスルー部品、４０…ガス導入部（部品）、Ｓ…半田。
【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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【図１０】
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