JPH0452635B2 - - Google Patents

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JPH0452635B2
JPH0452635B2 JP58151575A JP15157583A JPH0452635B2 JP H0452635 B2 JPH0452635 B2 JP H0452635B2 JP 58151575 A JP58151575 A JP 58151575A JP 15157583 A JP15157583 A JP 15157583A JP H0452635 B2 JPH0452635 B2 JP H0452635B2
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JP
Japan
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fiber
hole
optical fiber
support
stem
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JP58151575A
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Akira Ishii
Tsugio Nemoto
Kunio Aiki
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Hitachi Ltd
Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
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Publication date
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Priority to DE19843430762 priority patent/DE3430762A1/de
Priority to US06/643,259 priority patent/US4702556A/en
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Priority to US07/085,761 priority patent/US4834492A/en
Priority to US07/279,458 priority patent/US4883342A/en
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    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • H10W72/00Interconnections or connectors in packages
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    • H10W72/551Materials of bond wires
    • H10W72/552Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver
    • H10W72/5522Materials of bond wires comprising metals or metalloids, e.g. silver comprising gold [Au]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は発光装置、特に光通信に適用して有効
な技術に関する。
〔背景技術〕
光通信における発振側光通信装置(発光装置)
の一つとして、本出願人は第1図に示すような構
造を有する光フアイバー付レーザダイオード装置
を開発した。
すなわち、この装置はステム1の主面にサブマ
ウント2を介してレーザダイオードチツプ(チツ
プ)3がそれぞれ鑞材4,5で固定されるととも
に、ステム1の周壁に貫通固定されたフアイバー
ガイド6に支持される光フアイバー7の光結合端
8を前記チツプ3の出射面に対向させた構造とな
り、チツプ3の出射面から出射されるレーザー光
9を光結合端8から光フアイバー7内に取り込
み、光フアイバー7をレーザー光9の伝達媒体と
して装置外に伝送するようになつている。また、
光フアイバー7の光結合端部分はステム1の主面
に設けた突出した支持体10に穿つた孔11に挿
入されるとともに、孔11に充填したレジンある
いはソルダ等の固定材12によつて固定されてい
る。前記孔11の中心はチツプ3の出射面の中心
部に位置するように設計され、孔11に挿入され
た光フアイバー7は固定材12が硬化する前の液
状態であるときの粘着力等によつて孔11の中心
に位置するように構成され、光フアイバー7の光
取込効率(光結合効率)がより高くなるように設
計されている。なお、フアイバーガイド6は銀鑞
13によつてステム1に気密的に固着されてい
る。また、光フアイバー7はフアイバーガイド6
にレジン14によつて固定されている。
しかし、このような技術においては、レーザー
光と光フアイバーとの光軸合せを行なつて組立を
行なつても製品状態では光軸がずれてしまうとい
う問題点が生じることが本発明者によつてあきら
かとされた。
すなわち、レーザー光と光フアイバーとの光軸
合せは、フアイバーガイド6に挿入した光フアイ
バー7の光結合端8を支持体10の孔11に挿入
した後、孔11に液状のレジンからなる固定材1
2を充填することによつて行なわれている。光フ
アイバー7はレジンの粘着力により均一に周辺方
向に引つ張られるため円形の孔11の中心に位置
するように工夫されている。光軸合せに際して
は、フアイバーガイド6の細い先端部に外力を加
えてフアイバーガイド6の先端部の位置を調整
し、固定されたチツプ3から出射されるレーザー
光が光フアイバー7内に最大限に取り込める位置
を捜す。したがつて、孔11内のレジンの自然硬
化状態ではレーザ光と光フアイバーとの光軸は光
結合効率が最大となる状態にある。しかし光フア
イバー固定後にリードと全ワイヤーの接続、気密
封止のためのキヤツプ封着(シームウエルド)等
に伴う熱処理(70℃で数十分)が施され、この際
の熱の影響によつて残留応力を有するフアイバー
ガイド先端部の変動が生じ、光軸の不一致が発生
してしまうことが判明した。前記ベーキング時の
光フアイバーのずれは0.2〜0.4μm程度となり、光
軸許容ずれ値の0.1μmを大幅に超え、光軸不良が
発生する。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、光結合効率の高い光フアイバ
ー付レーザーダイオード装置の組立方法を提供す
ることにある。
また、本発明の他の目的は生産歩留が高くでき
る光フアイバー付レーザーダイオード装置の組立
方法を提供することにある。
本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面からあき
らかになるであろう。
〔発明の概要〕
本発明によれば、リング状封止壁、その封止壁
の一部にフアイバーガイドが挿入される貫通孔を
持つレーザー素子固定のためのステムを用意する
段階と、そのステムの内部主面にフアイバー先端
を固定するフアイバー貫通孔を有しかつその孔よ
りもステム主面に近接する位置にくびれ部をもつ
た前記ステムと同一材質のフアイバー支持体を、
前記リング状封止壁の貫通孔内に前記ステムと同
一材質の光フアイバー挿入貫通孔を持つフアイバ
ーガイドをそれぞれ固定する段階と、前記フアイ
バーガイド側に向かつて光が出射するように光出
射面が位置されるレーザー素子を前記ステム内部
主面に固定する段階と、先端がレーザー素子の出
射面に近接するようにして前記フアイバー支持体
貫通孔内およびフアイバーガイド貫通孔内に光フ
アイバーを固定する段階と、固定されたレーザー
素子を発光させ、光フアイバーに取り込まれる光
出力を検出しながら支持体の端部を所定方向に撤
動させて所定光出力となるように調整する段階
と、しかる後、リング状封止壁の上面にキヤツプ
を取付ける段階とからなる光フアイバー付レーザ
ーダイオード装置の組立方法にある。つまり、レ
ーザ素子と光フアイバーとの光結合状態を検査
し、光結合状態が悪いものに対しては、前記支持
体の頭部に所望方向に外力を加えて光フアイバー
の光結合端の位置修正を行なうことによつて、良
好な光結合効率を有する光通信装置の高歩留生産
を達成するものである。
〔実施例 1〕 第2図は本発明の一実施例による光フアイバー
付レーザダイオード装置(光通信装置)の平面
図、第3図は同じく第2図の−′線に沿う断
面図、第4図は同じく要部拡大断面図、第5図は
同じく支持体の調整状態を示す斜視図である。
レーザダイオード装置は第2図および第3図で
示すように、長方形板のステム1を基にして組み
立てられている。すなわち、ステム1は長方形金
属板の一面を切削加工して中央部にリング状封止
壁15を形成するとともに、このリング封止壁1
5の内側をさらに深くくり抜きかつその底面中央
部に台座部16を形作つている。そして、第4図
に示すように、この台座部16上にソルダー5を
介して固定したサブマウント2上にソルダー4に
よつてレーザダイオードチツプ(チツプ)3を固
定している。また、ステム1の両端にはチツプ3
のレーザー光9を出射する出射面に向かつて延在
するガイド孔17,18がそれぞれ設けられてい
る。一方のガイド孔17には光フアイバー7を中
心部に挿嵌固定したフアイバーガイド6が嵌合さ
れ、銀鑞13によつてステム1に固定されてい
る。光フアイバー7の先端はチツプ3の一方の出
射面に対面し、レーザー光9を光フアイバー7内
に取り込むようになつている。この際、第4図に
も示すように、光フアイバー7の先端の光結合端
8はステム1の台座部16に銀鑞19にて固定し
た丸棒からなる支持体20に穿つた円形断面の孔
21内に挿入され、かつ孔21内に充填された固
定材22によつて固定されている。
一方、前記他方のガイド孔18にはモニターフ
アイバー23が挿嵌固定されている。このモニタ
ーフアイバー23の先端はチツプ3の他方の出射
面に対面し、レーザー光の光強度をモニターする
ようになつている。また、ステム1には2本のリ
ード24,25が配設されている。一方のリード
24はグランドリードであつて、ステム1に溶接
され、ステム1およびサブマウント2を介してチ
ツプ3の下部電極に電気的に繁がつている。ま
た、他方のリード25はステム1に図示しないガ
ラス(絶縁体)を介して固定されるとともに、内
端はステム1の端面からリング状封止壁15内の
空間部に突出している。そして、この内端とチツ
プ3の上部電極とは金線からなる導線(ワイヤ)
26で電気的に接続されている。さらに、リング
状封止壁15の上面にはシームウエルドによつて
板状のキヤツプ27が気密的に取り付けられ、チ
ツプ3等を気密的に封止している。また、ステム
1の四隅には実装時に利用する取付孔28が設け
られている。
このようなレーザダイオード装置はつぎのよう
な手順によつて製造される。
すなわち、ステム1を用意した後、フアイバー
ガイド6、支持体20、モニターフアイバー23
を銀鑞によつて固定する。その後、ステム1の台
座部16上にチツプ3を固定したサブマウント2
をソルダー5によつて位置決め固定する。また、
チツプ3の上部電極(チツプ上面に設けられた図
示しない電極)とリード25をワイヤ26で接続
する。
つぎに、光フアイバー7をフアイバーガイド6
内に挿入するとともに、先端の光結合端8を支持
体20の孔21内に挿入し、先端をチツプ3の出
射面に対面させる。この状態でレジンからなる固
定材29で光フアイバー7をフアイバーガイド6
の先端部分で固定し、かつフアイバーガイド6の
孔を塞ぐ。
つぎに、チツプ3に所定の電圧を印加して発光
させ、光フアイバーに取り込まれる光出力を検出
する。そして、光出力が最大となるように、フア
イバーガイド6の先端部を上、下、左、右に微動
させ、光結合端8が孔21の中心に位置するよう
に調整する。設計上、光フアイバー7の光結合端
部分が孔21の中心に位置すると、光結合効率が
最大となるようになつている。
つぎに、支持体20の孔21内にレジンからな
る液状の固定材22を充填する。固定材22は粘
着力を有し、光フアイバー7の外径がたとえば
125μm〓、孔21の直径がたとえば400μm〓となり
両者は近接していることから、粘着力によつて光
フアイバー7の周面と孔21の周面間には引つ張
り力が作用する。また孔21は円形であることか
ら光フアイバー7の全周面部に存在する固定材2
2は均一に分布するため、全周面には半径方向に
均一な力で引つ張られ、光フアイバー7は孔21
の中心に自動的に位置するようになる。
つぎに、ベーキングを施して前記孔21内の固
定材22を硬化させる。この際、ベーキング温度
は光フアイバー7を被うジヤケツト30の劣化防
止のために、たとえば70℃と低い温度で行なう。
つぎに、再度光出力の検出を行ない光出力が低
下している場合には、特に限定はされないが、第
5図で示すような修正工具31で支持体20をわ
ずかに曲げる。修正工具31は下端面に支持体2
0が入る挿入孔32が設けられていることから、
この挿入孔32に支持体20の頭部が入るように
して修正工具31を支持体20に挿し込み、支持
体20をわずかに倒し、光フアイバー7における
光出力が最大となるように調整する。支持体20
の頭部をチツプ側に倒せば光結合端8は首を振つ
て下方に移動し、逆にすれば光結合端8は上方に
移動する。また、支持体20の頭部を左右に動か
せば光結合端8はステム1の主面に沿つて左右動
する。なお、支持体20の孔21の高さW1と孔
21から支持体20の頭部までの長さW2は支持
体20を倒す際、光フアイバー7に修正工具31
が接触し、光フアイバー7を折つたりしないよう
に長くしておくことが望しい。したがつて、W1
とW2の関係はこのようなことからW2>W1とな
る。また、支持体20は頭部に力を加えた場合、
付け根部分から曲がりが生じ、頭部に向かうにし
たがつてその曲がり具合(倒れ具合)は大きくな
る。このためW2を長くすればする程、工具31
をわずかな力で動かすだけで、フアイバー7の先
端の位置調整ができるようになり微調整が楽にな
る。また、支持体20は小さな力でも容易に塑性
変形が起きるように、たとえば直径が1mmU〓と細
い、また、支持体20は熱によつてチツプ等との
位置関係が変動しないようにステム1、フアイバ
ーガイド6と同一な材質(たとえばコバール)と
し、熱膨張係数を一致させてある。なお、支持体
20は孔21を有しかつ変形する細い変形部33
と、板状の台座部分34と、からなり、台座部3
4がステム1に固定されるようになつている。
第4図および第5図には図示していないが、こ
の支持体20は曲げやすくするために、後述する
具体的構成をなしている。
つぎに、コバールからなるキヤツプ27をリン
グ状封止壁15に重ね合せ、シームウエルドによ
つて気密的に固定する。
第6図は本発明に係る支持体の構成示す斜視図
である。この実施例では前記実施例1の支持体2
0において、変形部33の台座部34における付
け根部分で折れ曲がり易いようにくびれている。
このくびれ部35は支持体20の頭部に外力を加
えた際、応力集中を起こすため、簡単に曲がる。
また、変形部33には光フアイバー7を挿入する
孔21が設けられているため、この孔21が設け
られた部分も光フアイバー7や固定材22が入つ
ていても応力集中を起こし、場合によつてはこの
孔21の部分で支持体20が折れるおそれもある
が、この実施例のように、くびれ部35を設けて
おけば、このくびれ部分での応力集中が大きく、
くびれ部35で曲がるため、支持体20の折れは
生じないという効果が得られる。
〔実施例 2〕 以下の実施例に対応した図では支持体33のく
びれ部が図示されていないが、先の実施例のよう
に支持体の曲がりを容易にするために設けられる
ことはいうまでもない。
第7図は前記支持体の他の例を示す斜視図であ
る。この実施例では支持体20の変形部33およ
び台座部34を短形断面構造とした例であり、前
記実施例1と同様な効果が得られる。すなわち、
支持体20は丸棒以外の他の断面構造のものでも
よい。なお、この実施例では台座部34が短形で
あることから、ステム1に固着する際、方向決め
がし易い効果が得られる。
〔実施例 3〕 第8図に本発明の他の実施例を示す。なお、図
面において前掲の実施例と同一あるいは相当する
部分は同一符号で示す。この実施例の特徴は支持
体20に設けた孔21にフアイバーガイド6を貫
通し銀鑞36を介して固定することにある。フア
イバーガイド6の直径はたとえば500μmとし、孔
21の直径はたとえば800μmとしてある。支持体
20、フアイバーガイド6とステム1は熱によつ
てチツプ等との位置関係が変動しないように同一
材質(たとえばコバール)とし、熱膨張係数を一
致させてある。前掲の実施例では、支持体20の
孔には石英よりなる光フアイバー7が直接に固定
されるため、その固定材には、銀鑞は使えなかつ
た。(銀鑞を用いるとフアイバーに加えられる熱
ストレスが大となる)しかしこの実施例によれば
フアイバーガイドを延長し支持体20の孔21
に、このフアイバーガイドを介して光フアイバー
7を固定するため、固定材として銀鑞を使用する
ことができる。銀鑞はフアイバーガイドとの接着
性がよく、レジンに比べ信頼性も高い。このよう
な構造とすることにより、ステムおよびフアイバ
ー支持体、フアイバーガイドとフアイバー支持体
の接触部の熱膨張係数がほぼ同一となり、フアイ
バーに加わる熱ストレスを非常に小さくすること
ができる。さらにフアイバー固定後の光軸微調整
の際に支持体20から加えられる機械的ストレス
が延長されたフアイバーガイドによつて、ある程
度吸収され光フアイバーに余分な機械的ストレス
が加わらない。この結果光結合効率の悪化を防止
する効果がさらに高まり、信頼性も向上する。
〔効果〕
(1) 本発明によれば、光フアイバー7の固定後に
光を取り込む光結合端部分の位置修正が行なえ
ることから、光フアイバー固定時等において光
フアイバー位置ずれが生じたとしても、パツケ
ージング前の組立最終段階でチツプ3と光フア
イバー7との光軸合せができ、光結合効率の高
いレーザダイオード装置を提供することができ
る。
(2) 上記(1)により、光結合状態を組立の最終段階
で調整できるため、光軸合せ不良の発生を軽減
でき、歩留の向上が図れる。
(3) チツプ3に対する光フアイバー7の光軸合せ
調整は光フアイバー7を支持する支持体20を
所望方向に曲げるだけで簡単に行なえることか
ら、作業性がよい。
(4) 光フアイバー7の光結合端部分は円形の孔2
1に入れられ、かつ液状の固定材22によつて
全周を均一に引つ張られた状態で支持されるた
め、孔21の中心に自動的に位置するようにな
り、光結合端8の位置精度も高くなり、チツプ
3との光軸合せ歩留も高くなる。したがつて、
支持体20を曲げる光軸合せ修正作業は必ずし
も製品全部に行なう必要もなくなり、組立工数
低減化も図れる。
(5) 光フアイバー7を支持する支持体20は下部
にくびれ部35を設けることにより応力集中が
生じ易く、支持体20の曲げ修正が容易とな
る。
(6) 支持体20は光フアイバー7を支持するフア
イバーガイド6およびステム1と同一材質で形
成され、熱膨張係数が同一となるように配慮さ
れていることから、温度変化が生じても、チツ
プ3と光フアイバー7との位置関係は変化せ
ず。安定した光通信が維持できる。
(7) フアイバーガイドをフアイバー固定用孔まで
延長し、フアイバーをこのフアイバーガイドを
介して銀鑞で固定する構造とすれば、ステムお
よびフアイバー支持体、フアイバーガイドとフ
アイバー支持体の接触部の熱膨張係数がほぼ同
一となりフアイバーに加わる熱ストレスを低減
できる。また、機械的応力をフアイバーガイド
がある程度吸収するため光フアイバーに余分な
機械的応力が加わらない。このため光結合効率
の悪化を防止する効果がさらに高まる。
以上本発明者によつてなされた発明を実施例に
もとづき具体的に説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱し
ない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。
たとえば、光フアイバーを支持する支持体は個
別部品とはせずに、ステム形成時ステム素材を切
削加工して一体形としてもよい。この場合にはス
テムに対する支持体の位置精度は切削加工による
ため、より精度が高くなる効果が得られる。ま
た、光フアイバーは支持体に穿つた孔に固定され
ているが、この孔は必ずしも円形でなくともよく
例えば四角形でもよい。その例を第9図に示す。
また第10図に示すように孔38に細い切り欠き
溝39を設け、ここから銀鑞を流し込む構造とし
てもよい。また孔ではなく、支持体に設けた溝あ
るいは突部で光フアイバーを支持する構造として
もよい。さらに、光フアイバーを固定する固定材
としてはガラスの接着に用いられている特殊ハン
ダ(たとえばセラソルザなる商品名で市販されて
いるハンダ)を用いても、ハンダの接着力によつ
て円形孔の中心に光フアイバーを位置決め固定す
ることができる。
〔利用分野〕
以上の説明では主として本発明者によつてなさ
れた発明をその背景となつた利用分野であるレー
ザダイオードによる光通信技術に適用した場合に
ついて説明したが、それに限定されるものではな
く、たとえば、発光ダイオードによる光通信技
術、あるいはレーザダイオードや発光ダイオード
等の発光素子を組み込んだ発光装置にも適用する
ことができる。本発明は、少なくとも発光素子と
光フアイバーを組み込んだ装置という条件のもの
には適用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本出願人の開発による光フアイバー付
レーザダイオード装置の要部を示す断面図、第2
図は本発明の一実施例による光フアイバー付レー
ザダイオード装置の平面図、第3図は第2図の
−′線に沿う断面図、第4図は同じく要部拡大
断面図、第5図は同じく支持体の調整状態を示す
斜視図、第6図は支持体の構成をより具体的に示
す斜視図、第7図は支持体の他の構造を示す斜視
図、第8図は本発明の他の実施例による光フアイ
バー付レーザダイオード装置の要部を示す断面図
である。第9図及び第10図は本発明の他の実施
例による光フアイバーの支持体の要部を示す斜視
図である。 1……ステム、2……サブマウント、3……チ
ツプ(レーザダイオードチツプ)、4,5……鑞
材、6……フアイバーガイド、7……光フアイバ
ー、8……光結合端、9……レーザー光、10…
…支持体、11……孔、12……固定材、13…
…銀鑞、14……レジン、15……リングー状封
止壁、16……台座部、17,18……ガイド
孔、19……銀鑞、20……支持体、21……
孔、22……固定材、23……モニターフアイバ
ー、24,25……リード、26……ワイヤ、2
7……キヤツプ、28……取付孔、29……固定
材、30……ジヤケツト、31……修正工具、3
2……挿入孔、33……変形部、34……台座
部、35……くびれ部、36……銀鑞、37……
四角形の孔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 リング状封止壁、その封止壁の一部にフアイ
    バーガイドが挿入される貫通孔を持つレーザー素
    子固定のためのステムを用意する段階と、 そのステムの内部主面にフアイバー先端を固定
    するフアイバー貫通孔を有しかつその孔よりもス
    テム主面に近接する位置にくびれ部をもつた前記
    ステムと同一材質のフアイバー支持体を、前記リ
    ング状封止壁の貫通孔内に前記ステムと同一材質
    の光フアイバー挿入貫通孔を持つフアイバーガイ
    ドをそれぞれ固定する段階と、 前記フアイバーガイド側に向かつて光が出射す
    るように光出射面が位置されるレーザー素子を前
    記ステム内部主面に固定する段階と、 先端がレーザー素子の出射面に近接するように
    して前記フアイバー支持体貫通孔内およびフアイ
    バーガイド貫通孔内に光フアイバーを固定する段
    階と、 固定されたレーザー素子を発光させ、光フアイ
    バーに取り込まれる光出力を検出しながら支持体
    の端部を所定方向に微動させて所定光出力となる
    ように調整する段階と、 しかる後、リング状封止壁の上面にキヤツプを
    取付ける段階とからなる光フアイバー付レーザー
    ダイオード装置の組立方法。 2 前記フアイバーガイドは前記支持体の貫通孔
    内に延びるように設けられ、前記光フアイバーを
    そのフアイバーガイドを介して前記支持体の貫通
    孔内に固定することを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の光フアイバー付レーザーダイオード
    装置の組立方法。
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