(57)【要約】【課題】筐体における蓋部との接合部から接合剤が流れてしまうことを防止できる封止部品の製造方法を提供する。【解決手段】光モジュールを製造する場合、まず筐体１９及び蓋部２０を用意し、筐体１９及び蓋部２０の表面にそれぞれＳｎ層を形成する。そして、Ｓｎ層が形成された筐体１９の全体を加熱するリフロー工程を行うことにより、Ｓｎ層よりも融点が低く且つＳｎ層との融点の差が１００℃以下である半田Ｓによって筐体１９に所定の部品を接合する。このとき、筐体１９における蓋部２０との接合部の温度上昇を抑制するために、当該接合部を冷却器に接触させた状態または保持具に収容・保持した状態で、筐体１９の全体を加熱する。そして、筐体１９内に光デバイスを収容した後、筐体１９の上に蓋部２０を載せた状態で、シーム溶接により筐体１９及び蓋部２０のＳｎ層同士を接合する。【選択図】図５
2013145340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光デバイスを封止するための封止部品の製造方法において、
前記光デバイスを収容する筐体を用意する工程と、
前記筐体における少なくとも蓋部との接合部に第１接合剤を付与する工程と、
前記筐体の全体を加熱して、前記第１接合剤よりも融点が低く且つ前記第１接合剤との融点の差が１００℃以下である第２接合剤により所定の部品を前記筐体に固定する工程とを含み、
前記所定の部品を前記筐体に固定する工程では、前記接合部における前記第１接合剤の温度上昇を抑制するように、前記筐体の全体を加熱することを特徴とする封止部品の製造方法。
【請求項２】
前記第１接合剤及び前記第２接合剤は、同じ金属を主成分する材料で形成されていることを特徴とする請求項１記載の封止部品の製造方法。
【請求項３】
前記第１接合剤を付与する工程では、前記筐体における少なくとも前記蓋部との接合部及び前記第２接合剤を付与する部位に、前記第１接合剤をめっきにより形成し、
前記所定の部品を前記筐体に固定する工程では、前記第２接合剤を前記第１接合剤上に付与することを特徴とする請求項１または２記載の封止部品の製造方法。
【請求項４】
前記所定の部品を前記筐体に固定する工程では、前記接合部を冷却器に接触させた状態で、前記筐体の全体を加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の封止部品の製造方法。
【請求項５】
前記冷却器は、前記筐体が載置される載置部と、熱源からの熱を前記筐体に供給するための空間部とを有し、
前記所定の部品を前記筐体に固定する工程では、前記載置部中に冷媒を流して前記接合部を冷却すると共に、前記熱源からの熱を前記空間部を通して前記筐体に供給することで前記筐体の全体を加熱することを特徴とする請求項４記載の封止部品の製造方法。
【請求項６】
前記所定の部品を前記筐体に固定する工程では、熱源からの熱を反射させる保持具に前記接合部を収容・保持した状態で、前記筐体の全体を加熱することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の封止部品の製造方法。
【請求項７】
前記保持具は、前記接合部が収容される凹部と、前記筐体を固定するチャックとを有し、
前記保持具の外面は、前記熱源からの熱に対して反射性を有する高反射率材料で形成され、
前記所定の部品を前記筐体に固定する工程では、前記接合部を前記凹部に収容し、前記チャックにより前記筐体を前記保持具に固定した状態で、前記筐体の全体を加熱することを特徴とする請求項６記載の封止部品の製造方法。
【請求項８】
光デバイスが封止された封止構造体の製造方法において、
前記光デバイスを収容す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、
前記筐体における少なくとも前記蓋部との接合部に第１接合剤を付与する工程と、
前記筐体の全体を加熱して、前記第１接合剤よりも融点が低く且つ前記第１接合剤との融点の差が１００℃以下である第２接合剤により所定の部品を前記筐体に固定する工程と、
前記所定の部品が固定された前記筐体に前記光デバイスを搭載する工程と、
前記第１接合剤を介して前記筐体と前記蓋部とを接合する工程とを含み、
前記所定の部品を前記筐体に固定する工程では、前記接合部における前記第１接合剤の温度上昇を抑制するように、前記筐体の全体を加熱することを特徴とする封止構造体の製造方法。
【請求項９】
前記光デバイスは、電圧を印加することによりスイッチング動作を行う光学エンジンを有し、
前記所定の部品は、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有し、
前記筐体に前記光デバイスを搭載する工程を実施した後、前記筐体と前記蓋部とを接合する工程を実施する前に、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を通して前記筐体内に導入し、前記光ファイバを前記ファイバフィードスルー部品に固定する工程を更に含むことを特徴とする請求項８記載の封止構造体の製造方法。
【請求項１０】
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することを特徴とする請求項９記載の封止構造体の製造方法。 
【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ための封止部品の製造方法、及び光デバイスが封止された封止構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における封止構造体の製造方法としては、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に記載の封止構造体の製造方法は、蓋部における筐体との接合面に、Ｓｎを主成分とするＳｎ系金属層及びＮｉを主成分とするＮｉ系金属層を順番に形成し、その状態でシーム溶接や電子ビーム溶接（レーザ溶接）等の局部加熱法によって筐体と蓋部とを接合する。このとき、Ｎｉ系金属層及びＳｎ系金属層が共に加熱によって溶融される。このうち、Ｎｉ系金属層は、筐体との接合を実現するための接合剤（実質的なろう材）として作用し、Ｓｎ系金属層は、筐体表面の状態（微小な凹凸形状）に応じて塑性変形することで筐体表面との密着性を向上させる密着性強化剤として作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３１８９４９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、以下の問題点が存在する。即ち、特許文献１に記載のものでは、蓋部における筐体との接合面にＳｎ系金属層及びＮｉ系金属層といった接合剤が順番に形成されているが、筐体における蓋部との接合面に上記の接合剤を形成することも考えられる。このとき、シーム溶接やレーザ溶接等により筐体と蓋部とを接合する前に、例えば筐体の全体を加熱（リフロー）して、半田により所定の部品を筐体に接合する必要がある場合、接合剤及び半田の融点が近いと、リフロー工程において接合剤の流動性が増すことにより、筐体における蓋部の接合面から接合剤が流れてしまい、筐体と蓋部との接合に必要な接合剤が不足することがある。特に半田は、同種の金属を主成分とするものとの濡れ性が高いが、同種の金属を主成分とするものとは融点も近い。このため、半田と同種の金属を主成分とする接合剤を介して筐体と蓋部との接合を行う場合には、接合剤が流れてしまうという問題が顕著となる。
【０００５】
本発明の目的は、筐体における蓋部との接合部から接合剤が流れてしまうことを防止できる封止部品の製造方法及び封止構造体の製造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ための封止部品の製造方法において、光デバイスを収容する筐体を用意する工程と、筐体における少なくとも蓋部との接合部に第１接合剤を付与する工程と、筐体の全体を加熱して、第１接合剤よりも融点が低く且つ第１接合剤との融点の差が１００℃以下である第２接合剤により所定の部品を筐体に固定する工程とを含み、所定の部品を筐体に固定する工程では、接合部における第１接合剤の温度上昇を抑制するように、筐体の全体を加熱することを特徴とするものである。
【０００７】
このように本発明の封止部品の製造方法においては、筐体における少なくとも蓋部との接合部に第１接合剤を付与した後、筐体の全体を加熱して、第１接合剤よりも融点が低く且つ第１接合剤との融点の差が１００℃以下である第２接合剤により所定の部品を筐体に固定する。このとき、第１接合剤の融点と第２接合剤の融点との差が１００℃以下と小さいことから、第１接合剤の流動性が高くなる。しかし、筐体における蓋部との接合部に存在する第１接合剤の温度上昇を抑制するように、筐体の全体を加熱することにより、第１接合剤の流動性が高いにもかかわらず、筐体における蓋部との接合部から第１接合剤が流れてしまうことが防止される。
【０００８】
好ましくは、第１接合剤及び第２接合剤は、同じ金属を主成分する材料で形成されている。この場合には、第１接合剤と第２接合剤との濡れ性が良くなる。また、第１接合剤の融点と第２接合剤の融点との差が十分小さくなるため、第１接合剤の流動性が一層高くなるが、上述したように筐体における蓋部との接合部から第１接合剤が流れてしまうことが防止される。
【０００９】
また、好ましくは、第１接合剤を付与する工程では、筐体における少なくとも蓋部との接合部及び第２接合剤を付与する部位に、第１接合剤をめっきにより形成し、所定の部品を筐体に固定する工程では、第２接合剤を第１接合剤上に付与する。この場合には、例えば第１接合剤及び第２接合剤を構成する金属の主成分が同じときは、第１接合剤と第２接合剤との濡れ性が良くなるため、所定の部品を筐体に強固に接合することができる。また、第１接合剤をめっきにより形成することにより、第１接合剤の形成及び品質管理を容易に行うことができる。
【００１０】
また、好ましくは、所定の部品を筐体に固定する工程では、接合部を冷却器に接触させた状態で、筐体の全体を加熱する。この場合には、筐体の全体を加熱したときに、筐体における蓋部との接合部が冷却されるため、当該接合部における第１接合剤の温度上昇を確実に抑制することができる。
【００１１】
このとき、好ましくは、冷却器は、筐体が載置される載置部と、熱源からの熱を筐体に供給するための空間部とを有し、所定の部品を筐体に固定する工程では、載置部中に冷媒を流して接合部を冷却すると共に、熱源からの熱を空間部を通して筐体に供給することで筐体の全体を加熱する。この場合には、冷却器の構成を簡単化しつつ、筐体における蓋部との接合部を冷却することができる。
【００１２】
また、所定の部品を筐体に固定する工程では、熱源からの熱を反射させる保持具に接合部を収容・保持した状態で、筐体の全体を加熱しても良い。この場合には、筐体の全体を加熱したときに、熱源からの熱が保持具で反射されるため、筐体における蓋部との接合部に熱が到達しにくくなる。従って、当該接合部における第１接合剤の温度上昇を確実に抑制することができる。
【００１３】
このとき、好ましくは、保持具は、接合部が収容される凹部と、筐体を固定するチャックとを有し、保持具の外面は、熱源からの熱に対して反射性を有する高反射率材料で形成され、所定の部品を筐体に固定する工程では、接合部を凹部に収容し、チャックにより筐体を保持具に固定した状態で、筐体の全体を加熱する。この場合には、保持具の構成を簡単化しつつ、熱源からの熱を筐体における蓋部との接合部に到達しにくくすることができる。
【００１４】
また、本発明は、光デバイスが封止された封止構造体の製造方法において、光デバイスを収容する筐体と筐体の開口を覆う蓋部とを用意する工程と、筐体における少なくとも蓋部との接合部に第１接合剤を付与する工程と、筐体の全体を加熱して、第１接合剤よりも融点が低く且つ第１接合剤との融点の差が１００℃以下である第２接合剤により所定の部品を筐体に固定する工程と、所定の部品が固定された筐体に光デバイスを搭載する工程と、第１接合剤を介して筐体と蓋部とを接合する工程とを含み、所定の部品を筐体に固定する工程では、接合部における第１接合剤の温度上昇を抑制するように、筐体の全体を加熱することを特徴とするものである。
【００１５】
このように本発明の封止構造体の製造方法においては、筐体における少なくとも蓋部との接合部に第１接合剤を付与した後、筐体の全体を加熱して、第１接合剤よりも融点が低く且つ第１接合剤との融点の差が１００℃以下である第２接合剤により所定の部品を筐体に固定する。このとき、第１接合剤の融点と第２接合剤の融点との差が１００℃以下と小さいことから、第１接合剤の流動性が高くなる。しかし、筐体における蓋部との接合部に存在する第１接合剤の温度上昇を抑制するように、筐体の全体を加熱することにより、第１接合剤の流動性が高いにもかかわらず、筐体における蓋部との接合部から第１接合剤が流れてしまうことが防止される。これにより、筐体における蓋部との接合部には所望量の第１接合剤が確保されることになるため、第１接合剤を介して筐体と蓋部とを確実に接合することができる。
【００１６】
好ましくは、光デバイスは、電圧を印加することによりスイッチング動作を行う光学エンジンを有し、所定の部品は、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有し、筐体に光デバイスを搭載する工程を実施した後、筐体と蓋部とを接合する工程を実施する前に、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を通して筐体内に導入し、光ファイバをファイバフィードスルー部品に固定する工程を更に含む。この場合には、光デバイスが光スイッチとして構成されることとなる。本発明によれば、上述したように、筐体における蓋部との接合部から第１接合剤が流れてしまうことが防止されることから、筐体と蓋部とが第１接合剤を介して確実に接合されるため、光スイッチを適切に気密封止することができる。
【００１７】
このとき、好ましくは、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する。この場合には、光デバイスが波長選択光スイッチとして構成されることとなる。波長選択光スイッチは、波長毎にチャネルが決まっているため、高い機密性が要求される。本発明によれば、そのような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。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、筐体における蓋部との接合部から接合剤が流れてしまうことを防止できる。これにより、筐体と蓋部との接合に必要な接合剤が確保されるため、筐体と蓋部とを確実に接合し、光デバイスの気密封止を適切に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係わる封止構造体の製造方法の一実施形態により製造される封止構造体を示す斜視図である。
【図２】図１に示した封止構造体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に示した封止構造体の断面図である。
【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に示した封止構造体の製造工程を示すフローチャートである。
【図１０】図５に示した筐体の全体を加熱するリフロー工程を行うための設備を概略的に示す図である。
【図１１】図１０に示した冷却器を筐体と共に示す斜視図である。
【図１２】図１０に示した冷却器に筐体が載置された状態を示す断面図である。
【図１３】図５に示した筐体の全体を加熱するリフロー工程を行うための他の設備である保持具に筐体が収容・保持された状態を示す断面図である。
【図１４】本発明に係わる封止構造体の製造方法の他の実施形態により製造される封止構造体における筐体と蓋部との接合部分の拡大断面図である。
【図１５】図１４に示した封止構造体の製造工程を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係わる封止部品の製造方法及び封止構造体の製造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。
【００２１】
図１は、本発明に係わる封止構造体の製造方法の一実施形態により製造される封止構造体として光モジュールを示す斜視図であり、図２は、図１に示した光モジュールの分解斜視図である。なお、図２（ａ）は、光モジュールを上面側から見た分解斜視図であり、図２（ｂ）は、光モジュールを裏面側から見た分解斜視図である。
【００２２】
各図において、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パッケージ３とを備えている。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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と共にパッケージ３に収容されていることが好ましい。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。これらの軽金属は、振動に強いものである。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、コストが低いこと等を考慮すると、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。
【００３２】
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、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。これらのＡｌ合金ダイカストは、Ｓｉを５〜２０％含んでいる。なお、Ａｌの融点は６４０℃である。
【００３３】
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接合剤）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１接合剤）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層２２，２４は、めっきという簡易で品質管理が容易な手法により形成されているのが好ましい。Ｓｎ層２２，２４は、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）。なお、Ｓｎ層２２，２４はＳｎ系合金であっても良く、この場合にはＳｎ層２２，２４を印刷処理によって形成するのが好ましい。Ｓｎの融点は、Ａｌの融点よりも低く、２３０℃である。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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（図示せず）によって側壁部１９ｂに接合されている。
【００４３】
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、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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
ここで、筐体１９、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は、光デバイス２を封止するための封止部品を構成している。
【００４７】
次に、以上のような光モジュール（封止構造体）１を製造する方法を図９に示すフローチャートを参照して説明する。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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Ｓｎ層（第１接合剤）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Ｓｎ層（第１接合剤）２４を形成する（工程Ｓ１０２）。上記のＳｎ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２４を施す。
【００５１】
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。
【００５２】
次に、Ｓｎ層２２が形成された筐体１９の全体を加熱するリフロー工程を行うことにより、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）。筐体１９は、図１０に示すように、ベルトコンベア等の搬送部５１により搬送されて加熱炉５０内に導入される。加熱炉５０内には、例えば筐体１９を加熱するための赤外線を照射する熱源５２が上下に複数ずつ配置されている。
【００５３】
リフロー工程では、Ｓｎ層（第１接合剤）２２よりも融点が低く且つＳｎ層２２との融点の差が１００℃以下である半田（第２接合剤）Ｓによって、筐体１９の表面に施されたＳｎ層２２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。リフロー工程は、半田Ｓの融点よりも高く、Ｓｎ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、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。
【００５４】
このとき、リフロー工程は、筐体１９における蓋部２０との接合部を冷却器５３に接触させた状態で実施する。冷却器５３は、図１１及び図１２に示すように、筐体１９が載置される載置部５４と、熱源５２からの熱を筐体１９に供給するための空間部５５とを有している。空間部５５は、冷却器５３の上下方向に貫通するように冷却器５３の中央部に形成されている。載置部５４には、冷却水や冷却空気等の冷却媒体（冷媒）を流すためのＵ字状の冷却通路５６が形成されている。このような冷却器５３は、筐体１９と共に搬送部５１に載置される構成であっても良いし、予め搬送部５１に取り付けられていても良い。
【００５５】
このような冷却器５３を用いてリフロー工程を実施するときは、筐体１９を上下反転させて、筐体１９における蓋部２０との接合部が冷却器５３の上面（載置部５４）における冷却通路５６に対応する位置に接触するように、筐体１９を冷却器５３上に置く。そして、搬送部５１により筐体１９を冷却器５３と共に搬送して加熱炉５０内に導入した後、冷却器５３の冷却通路５６に冷却水等の冷媒を流した状態で、複数の熱源５２により筐体１９の全体を加熱する。この筐体１９の加熱時には、冷却器５３の載置部５４中を冷媒が流れているので、筐体１９における蓋部２０との接合部の温度上昇が抑制されるようになる。従って、筐体１９の表面に形成されたＳｎ層（第１接合剤）２２の融点と半田（第２接合剤）Ｓの融点との差が１００℃以下と小さいためにＳｎ層２２の流動性が高くても、筐体１９における蓋部２０との接合部からＳｎ層２２が溶出してしまうことは殆ど無い。
【００５６】
筐体１９における蓋部２０との接合部の温度上昇を抑制する方法としては、上記の冷却器５３を使用する代わりに、図１３に示すような方形状の保持具６０に、筐体１９における蓋部２０との接合部を収容・保持した状態で、筐体１９の全体を加熱しても良い。保持具６０は、筐体１９における蓋部２０との接合部の全体を収容する凹部６１と、筐体１９を固定するチャック６２とを有している。凹部６１は、保持具６０に沿って方形状に形成されている。保持具６０は、赤外線を高い反射率（例えば９０％以上）で反射させる高反射率材料で形成されている。これにより、保持具６０の外面は高反射率材料で形成されていることとなる。高反射率材料としては、アルミニウムや銅等が挙げられる。なお、保持具６０の外面における赤外線が当たる部位のみを高反射率材料で形成しても良い。
【００５７】
このような保持具６０を用いてリフロー工程を実施するときは、保持具６０を搬送部５１に載せた状態で、筐体１９を上下反転させて、筐体１９における蓋部２０との接合部が保持具６０の凹部６１に収容されるように筐体１９を置く。そして、搬送部５１により筐体１９を保持具６０と共に搬送して加熱炉５０内に導入し、複数の熱源５２により筐体１９の全体を加熱する。このとき、保持具６０の外面は高反射率材料で形成されているので、熱源５２から照射された赤外線は保持具６０の外面で反射され、筐体１９における蓋部２０との接合部に赤外線が到達することが抑制される。従って、筐体１９における蓋部２０との接合部の温度上昇が抑制されるため、当該接合部からＳｎ層２２が溶出してしまうことは殆ど無い。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
次に、Ｓｎ層２２が表面に形成された筐体１９の上に、Ｓｎ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Ｓｎ層２２とＳｎ層２４とを接合する（工程Ｓ１０６）。この工程では、筐体１９及び蓋部２０を、Ｓｎ層２２及びＳｎ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。
【００６２】
筐体１９と蓋部２０とは、抵抗シーム溶接によって接合される。抵抗シーム溶接では、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電極に当てて、各ローラ電極により蓋部２０を加圧しながら通電加熱を行い、筐体１９と蓋部２０との溶接を行う。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。このとき、上述したように、リフロー工程において筐体１９における蓋部２０との接合部からＳｎ層２２が流れてしまうことが無いため、当該接合部には筐体１９と蓋部２０との接合に必要な量のＳｎ層２２が確保されている。これにより、Ｓｎ層２２，２４を介して筐体１９と蓋部２０とが確実に接合されるため、光デバイス２が金属パッケージ３により適切に気密封止されることとなる。
【００６３】
なお、抵抗シーム溶接に代えて、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）によって接合しても良い。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。
【００６４】
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。
【００６５】
以上のように本実施形態にあっては、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、筐体１９における蓋部２０との接合部の温度上昇を抑制するように、筐体１９の全体を加熱するリフロー工程を行うことで、Ｓｎ層２２よりも融点が低く且つＳｎ層２２との融点の差が１００℃以下である半田Ｓ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に固定する。従って、Ｓｎ層２２の融点と半田Ｓの融点とが近いためにＳｎ層２２の流動性が高いにもかかわらず、筐体１９における蓋部２０との接合部からＳｎ層２２が流れてしまうことが防止される。これにより、当該接合部には筐体１９と蓋部２０との接合に必要な量のＳｎ層２２が確保されるため、その後の筐体１９と蓋部２０との接合工程において、Ｓｎ層２２，２４を介して筐体１９と蓋部２０とを確実に接合することができる。また、抵抗シーム溶接や加熱封止により筐体１９と蓋部２０との接合を行うことにより、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い。その結果、歩留まりが向上し、光デバイス２の気密封止の品質を向上させることが可能となる。
【００６６】
また、筐体１９の表面に施されたＳｎ層２２に対して濡れ性の良いＳｎ系の半田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、光デバイス２を気密性良く封止することができる。
【００６７】
図１４は、本発明に係わる封止構造体の製造方法の他の実施形態により製造される封止構造体である光モジュールにおける筐体と蓋部との接合部分の拡大断面図である。図中、上述した実施形態と同一または同等の要素には同じ符号を付し、その説明を省略する。
【００６８】
図１４において、筐体１９及び蓋部２０は、上述した実施形態と同様に、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。このとき、筐体１９を構成する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。そして、上述した実施形態と同様に、筐体１９の表面には、Ｎｉ層２１を介してＳｎ層（第１接合剤）２２が形成されている。
【００６９】
一方、蓋部２０を構成するＡｌ合金及びＭｇ合金としては、耐食性合金である非合金ダイカストを使用するのが好ましい。筐体１９がＡｌ合金ダイカストで形成されている場合には、蓋部２０を構成する金属しては、非Ａｌ合金ダイカスト（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系の合金：例えばＡ６０６１）が用いられる。Ａ６０６１は、Ｓｉを０．４〜０．８％含み、Ｍｇを０．８〜１．２％含んでいる。蓋部２０の表面には、上記のＳｎ層（第１接合剤）２４は形成されていない。
【００７０】
また、特に図示はしないが、筐体１９には、上述した実施形態と同様に、Ｓｎ系の半田Ｓにより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が接合されている。そして、筐体１９と蓋部２０とは、レーザ溶接によって接合されている。
【００７１】
次に、以上のような光モジュール（封止構造体）１を製造する方法を図１５に示すフローチャートを参照して説明する。
【００７２】
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Ｓ１１１）。筐体１９はダイカスト合金であることが好ましく、蓋部２０は非ダイカスト合金であることが好ましい。
【００７３】
次に、上述した実施形態と同様に、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Ｓｎ層（第１接合剤）２２を形成する（工程Ｓ１１２）。なお、蓋部２０の表面には、Ｓｎ層を形成しない。
【００７４】
そして、上述した実施形態と同様に工程Ｓ１０３〜Ｓ１０５を実施した後、Ｓｎ層２２が表面に形成された筐体１９の上に蓋部２０を載せた状態で、レーザ溶接によって筐体１９と蓋部２０とを接合する（工程Ｓ１１６）。具体的には、筐体１９及び蓋部２０を構成する金属同士を、パルスレーザまたは連続（ＣＷ）レーザにより直接溶融接合する。このように筐体１９及び蓋部２０を構成する金属同士が直接溶融されるので、上述したように蓋部２０の表面にＳｎ層を形成する必要は無い。
【００７５】
このとき、筐体１９に形成されたＳｎ層２２は、筐体１９と蓋部２０との密着性を向上させるための密着性強化剤として作用する。特に筐体１９がダイカスト品で形成されている場合には、ダイカスト品に含まれる気泡が膨張し、隙間を生じて機密性を悪化させることがあるので、筐体１９の表面に密着性強化剤としてＳｎ層２２を形成するのが有効である。
【００７６】
最後に、上述した実施形態と同様に工程Ｓ１０７を実施することで、光モジュール１が完成する。
【００７７】
本実施形態においては、筐体１９の表面にＳｎ層２２を形成し、筐体１９における蓋部２０との接合部の温度上昇を抑制するように、筐体１９の全体を加熱する半田リフロー工程を行うので、上述した実施形態と同様に、Ｓｎ層２２の融点と半田Ｓの融点とが近いためにＳｎ層２２の流動性が高いにもかかわらず、筐体１９における蓋部２０との接合部からＳｎ層２２が流れてしまうことが防止される。これにより、その後の筐体１９と蓋部２０との接合工程において、密着性強化剤としてのＳｎ層２２を介して筐体１９と蓋部２０とを確実に接合することができる。
【００７８】
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、筐体１９の表面に形成される第１接合剤をＳｎ系のＳｎ層２２とし、筐体１９と所定の部品とを固定するための第２接合剤をＳｎ系の半田Ｓとしたが、第１接合剤及び第２接合剤としては特にＳｎ系のものには限られず、第２接合剤の融点が第１接合剤の融点よりも低く、且つ第１接合剤の融点と第２接合剤の融点との差が１００℃以下のものであれば良い。
【００７９】
また、上記実施形態では、筐体１９の表面全体に第１接合剤２２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との接合部分のみに第１接合剤２２を形成しても良い。また、蓋部２０に第１接合剤２４を形成する場合には、蓋部２０における筐体１９との接合部分のみに第１接合剤２４を形成しても良い。
【００８０】
さらに、上記実施形態では、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構成したが、筐体１９及び蓋部２０を構成する材料としては特にそのような軽金属に限られず、コバール等であっても良く、また抵抗シーム溶接や加熱封止によって筐体１９及び蓋部２０を接合する場合には、セラミック等を用いても良い。
【符号の説明】
【００８１】
１…光モジュール（封止構造体）、２…光デバイス、４…光ファイバ、４ａ…入力ポート、４ｂ…入力ポート、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（封止部品）、２０…蓋部（封止部品）、２２…Ｓｎ層（第１接合剤）、２５…光ファイバ、２６…ファイバフィードスルー部品（封止部品）、２９…電気フィードスルー部品（封止部品）、４０…ガス導入部（封止部品）、Ｓ…半田（第２接合剤）。
【図１】
2013145340.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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