JPH0480543B2 - - Google Patents

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JPH0480543B2
JPH0480543B2 JP55163350A JP16335080A JPH0480543B2 JP H0480543 B2 JPH0480543 B2 JP H0480543B2 JP 55163350 A JP55163350 A JP 55163350A JP 16335080 A JP16335080 A JP 16335080A JP H0480543 B2 JPH0480543 B2 JP H0480543B2
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optical semiconductor
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光半導体装置に係り、特にパツケージ
内に収納された光半導体素子とパツケージ外部の
光源とを光ガイドを用いて光学的に連絡する構造
に関する。
光エネルギを与えられることによつて駆動する
光半導体装置、例えば光駆動型サイリスタ（以下
光サイリスタ）は、電気信号によつて駆動する一
般の半導体装置、例えばサイリスタと比較して、
(1)主回路と駆動回路とを電気的に絶縁できるた
め、駆動回路を簡単にできる、(2)電磁誘導による
ノイズに対して強い、などの利点がある。このた
め、最近例えばサイリスタをこれらの利点を特に
良く発揮できる高圧直流送電用のサイリスタ変換
装置（HVDC装置と略称する）に適用するため
の試みがなされている。
このような用途においては、光サイリスタは大
型のものが使用され、扱う電圧も高いので、光サ
イリスタ本体と駆動用の光源とは離間されて配置
され、両者間を光フアイバ等の光ガイドで光学的
に連絡することが一般的である。また、光サイリ
スタ基体はパツケージ内に気密に収納される。
ここで問題となるものの一つに、光サイリスタ
を点弧させるための光を光源から伝送する光ガイ
ドをパツケージの気密性を維持しながら、如何に
効率良く、しかも作業性、信頼性を高くパツケー
ジ内の光サイリスタ基体に導くかという問題があ
る。
従来、この種光サイリスタにおける光ガイドの
導入構造として、例えば次のようなものが提案さ
れている。すなわち、例えば平型パツケージにお
いてパツケージの側周を構成する絶縁筒の一部に
貫通孔を設け、この貫通孔に光ガイドを通して先
端を光サイリスタ基体受光部に導く構造である。
この場合、従来は光ガイドと絶縁筒の貫通孔との
間は接着剤で気密に封止され、光ガイド先端と光
サイリスタ基体の受光部との間は光ガイドからの
光信号を受光部へ高効率で入射させるべく接着剤
により固着されている。
しかし、このような従来の構造では次のような
欠点があつた。第１は光サイリスタの組立時の作
業性が悪い点である。すなわち、光ガイドの先端
を光サイリスタ基体の受光部に位置合わせして接
着する作業と、光ガイドと絶縁筒の貫通孔とを気
密に接着する作業とをほとんど同時に行う必要が
あり、両方の作業を精度良く行うことは困難であ
つた。第２に、光サイリスタが破損される恐れが
大きいという点がある。すなわち、従来例ではパ
ツケージ内部の光ガイドはパツケージの絶縁筒お
よび光サイリスタ基体の両方に固着される。その
ために、固着後の組立作業時あるいは組立終了後
に加えられる力、振動等により、上述の固着部に
破損を生じる恐れがある。また、いわゆる加圧接
触型のパツケージの場合では、加圧力が印加され
たときに主電極および光サイリスタ基体が若千加
圧方向に変位するのであるが、この変位によりパ
ツケージ内の光ガイドあるいはその接着部が破損
される恐れもある。
上述の欠点は特にパツケージ内の光ガイドが例
えば石英ガラス棒のような剛体であるときに生じ
易い。パツケージ内の光ガイドとしては、光サイ
リスタ製造時あるいは通電時の温度上昇、例えば
約200℃に対し、耐熱性を有する必要がある。ま
た温度上昇時に有害ガスを発生しないことが要求
される。このような要求を満足するものは現在の
ところ、石英ガラスのような無機材料のみからな
る光ガイドに限られ、このような光ガイドは柔軟
な光フアイバと異なり、破損されやすいのであ
る。
なお、上述の欠点は光サイリスタに限らず、光
ガイドをパツケージ内に収容された光半導体素子
に導く構造の半導体装置に共通するものである。
本発明の目的は上述した従来例の欠点を解決
し、作業性良く光ガイドをパツケージ内に導入可
能であり、かつ光ガイドあるいは光ガイドと他部
材との接続部が破損されにくい構造を有する光半
導体装置を提供することにある。
この目的を達成するために本発明の特徴とする
ところは、パツケージ内に収容された半導体素子
の所定部にパツケージ外部からパツケージを貫通
して光ガイドを導く光半導体装置において、パツ
ケージ内部の光ガイドを、第１の光ガイド部材で
あるパツケージ貫通部からパツケージ外部に至る
部分と、第２の光ガイド部材である独立した内部
光ガイドとして設け、第１光ガイド部材と第２の
光ガイド部材とはパツケージ内に配置され、第２
の光ガイド部材の第１の光ガイド部材に対向する
軸方向に回転自由度を与えかつはめ合わせにより
第１の光ガイド部材に柔軟に結合する連結具によ
つて、結合する点にある。
以下本発明を実施例により、詳細に説明する。
第１図に示す本発明の一実施例の光サイリスタに
おいて、円板状のアノード外部電極４上に光サイ
リスタ基体２がろう付けされ、光サイリスタ基体
２上には中心に孔のあけられたインターナルバツ
フア３１が載置され、インターナルバツフア３１
上にはカソード外部電極３が載置されている。ア
ノードおよびカソード外部電極にはそれぞれその
外周部にフランジ４０および３０が接着され、こ
れらはフランジ３０および４０間に介在しこれら
を連絡する絶縁筒５の上下端にそれぞれ設けられ
たフランジ５１および５０と全周において溶接さ
れている。
絶縁筒５の一部には絶縁筒５を貫通した絶縁筒
５と気密に接着されたコネクタスリーブ７が設け
られ、コネクタスリーブ７の中心部には光ガイド
６０が気密に設けられている。また、カソード外
部電極３にはコネクタスリーブ７に相対する位置
から光サイリスタ基体中央の受光部２０に至る切
り欠き部３２が設けられ、切り欠き部３２には光
ガイド６０のパツケージ内端から受光部２０に至
る内部光ガイド６１が設けられている。内部光ガ
イド６１の両端は後述される連結治具９および１
０によりコネクタスリーブ７および光サイリスタ
基体２の受光部２０に機械的に柔軟性を有するよ
うにすなわち固着されずに連結されている。な
お、１１は連結治具１０とカソード外部電極３間
に介装されたばねである。本光サイリスタは光源
（図示せず）から延びる光フアイバ６２をコネク
タスリーブ７とねじ止めされた外部コネクタ７３
を用いてコネクタスリーブ７のパツケージ外部端
に接続し、それによつて光源からの光信号を光サ
イリスタ基体の受光部へ導き、光サイリスタを順
阻止状態から点弧させるものである。
この光サイリスタは次の工程で組立てられる。
まず、絶縁筒５とコネクタスリーブ７とを銀ろう
で気密に接着する。この場合、コネクタスリーブ
７は該絶縁筒５と熱膨張係数が近いFe−Ni系あ
るいはFe−Ni−Co系の材質が好ましい。つぎに
光ガイド６０をコネクタスリーブ７の内壁との間
に接着剤を用いて気密接着する。接着剤として
は、エポキシ系樹脂、ガラスにも接着するはんだ
等が用いられる。あるいはガラス粉末を充填しこ
れを溶融させて気密封じをしてもよい。
このようにコネクタスリーブ７が取り付けられ
た絶縁筒５に銀ろうで接着されているFe−Ni系
フランジ５０と、サイリスタ基体２が接着された
アノード外部電極４に銀ろうで接着されている
Fe−Ni系フランジ４０とをアーク溶接によりフ
ランジ４０と５０の外周を合わせて気密溶接す
る。ＷあるいはMo製のインターナルバツフア３
１を光サイリスタ基体上に載置した後、直径約１
mmのＬ字形石英棒からなる内部光ガイド６１の一
端に例えば金属環９１を接着し、その周囲に取付
けられたテトラフルオロエチレン製の連結治具９
を用いて光ガイド６０の光軸と位置合わせしつつ
固定する。固定はコネクタスリーブ７を連結治具
９内にはめ込むことにより成される。光ガイド６
１の他端（光出力端）は、光サイリスタ基体２の
受光部２０に位置合わせできるように長さを調整
して置く。さらにこの他端には金属あるいは絶縁
性物質からなる支持用治具１０を接着する。この
接着には気密性は必ずしも必要ではない。
つぎにフランジ３０が取付けられたカソード外
部電極３を支持用治具１０との間にばね１１を介
してインターナルバツフア３１上に載置し、フラ
ンジ３０とフランジ５１をアーク溶接により気密
に溶接して光サイリスタが完成する。なお、支持
用治具１０はばね１１により受光部２０に加圧さ
れ、それにより、光ガイド６１の他端を受光部２
０に密着するようにして、光の損失を低減させ得
る。
本実施例によれば、光ガイドのうち、パツケー
ジ内部の部分を内部光ガイド６１として独立させ
ており、この内部光ガイド６１と光ガイド６０お
よび受光部２０との接続部に機械的に柔軟性を持
たせてあるため、内部光ガイド６１に力が加わつ
ても上述の接続部において力が吸収され、破損を
防ぐことができる。
また、光ガイド６０およびコネクタスリーブ７
を絶縁筒５に気密に接着する作業と、内部光ガイ
ド６１を取り付ける作業とを全く別に行うことが
できる。そのために、従来必要であつた光ガイド
の気密接着と光サイリスタ基体との位置合わせを
同時に行うという困難な作業が不要となつた。
更に、内部光ガイド６１とコネクタスリーブ７
との連結は、内部光ガイド６１が図中θの方向に
回転できるようにされており、また図中Ｚの方向
にも変動の余地があるので、内部光ガイド６１と
光サイリスタ基体の受光部２０との位置合わせが
容易である。
第２図に光ガイド６０と内部光ガイド６１を連
結する部分の一変形例を示す。コネクタスリーブ
７は、パツケージの外側から絶縁筒５の貫通孔に
挿入された後、該絶縁筒５と銀ろうによつて気密
接着する。なお７０１は第１図の外部コネクタ７
３を接続するためのねじ部である。つぎに、パツ
ケージ内部側のコネクタスリーブにテーパ状部７
２を有するねじ７１をねじ止めする。その後、光
ガイド６０を挿入して前述したと同じ方法でコネ
クタスリーブ７と気密接着する。内部光ガイド６
１の光入力端には、予めテトラフルオロエチレン
製の連結治具９を挿入した後、金属又は絶縁物の
リング９１を接着する。連結治具９の先端は図示
するようにテーパ状部９１０を有しているのでね
じ７１の方向に加圧することによりねじ７１に容
易にかつ確実にはめ合わすことができる。連結治
具９は図中Ａの部分で金属環９１と、Ｂの部分で
台形状ねじ７１と精密に位置合わせできるように
整形されているので上述のはめ合わせにより光ガ
イド６０の光軸と内部光ガイド６１の光軸とを正
確に合わせることができる。したがつて光軸ずれ
による光結合損失を解消することができ、光結合
効率を高めることができる。
第３図は、第２図に示す構造における光結合損
失をさらに低減することが可能な、光ガイド６０
と内部光ガイド６１の結合部断面を示す。第２図
と異なる部分は、内部光ガイド６１の先端に弾力
性のある透明樹脂（例えばシリコーン樹脂等）１
２を塗布し、この樹脂１２を連結治具９のはめ合
わせにより光ガイド６０の端面に押圧している点
である。これにより、光ガイド６０及び内部光ガ
イド６１の端面での反射を低減し、光結合効率を
高めることができる。なお、透明樹脂は光ガイド
６０側に塗布されてもよい。
第４図は、内部光ガイド６１の光サイリスタ基
体側端部での変形例を示す。内部光ガイド６１の
受光部２０側端に第３図に示したと同様の透明樹
脂１２を設けた構造である。こうすることによ
り、受光部２０表面での反射を緩和させる効果が
ある。支持用治具１０は第２図に示すように、カ
ソード外部電極とばねにより押圧されているので
内部光ガイド６１と受光部表面間を該透明樹脂１
２で密着させることができる。
第５図は、第４図に示す構造の変形例である。
支持用治具１０と光サイリスタ基体２の間に絶縁
環１３が設けられ、上記透明樹脂１２が押圧され
た時に絶縁環１３によつて定まる一定の厚さ、す
なわち、受光部２０に一定の接触面積で接するよ
うにされている。内部光ガイド６１と受光部間の
光結合効率を高めかつ一定にすることができると
いう効果がある。ここでは、受光部との間に絶縁
環１３を設けた例を示したが、この考え方は先に
第３図に述べた実施例に応用できることは明らか
である。
更に、第５図では絶縁環１３を新たに設けた例
を示したが、支持用治具１０の受光部表面側の構
造を変更して支持用治具１０自体で絶縁環１３の
機能を有するようにしても良いことは明らかであ
る。なお、上述の説明において絶縁環１３のかわ
りに、受光部の電極構造の特性を損なわない限り
同様の形状を有する金属環としても良い。
なお、第１図の実施例において、光ガイド６０
として石英ガラス棒を用いた場合、光ガイド６０
のパツケージ外部端から内部光ガイド６１の受光
部側端に至る経路での光伝送効率は約93.1％であ
つた。また、光ガイド６０と内部光ガイド６１の
結合構造を第３図に示すものにした場合、上と同
じ経路での光伝送効率は約99.8％であつた。
また、第４図あるいは第５図に示す実施例にお
いて受光部２０での反射による光損失は約５％で
あつた。第１図の実施例においては同じ部分での
光損失は約30％であつた。
以上の説明では平型パツケージを有する光サイ
リスタを例にとつたが、本発明は広く光ガイドを
用いてパツケージ内に収納された光半導体素子と
外部の光源とを光学的に連絡する構造の光半導体
装置に適用され得ることは言うまでもない。
本発明によれば、作業性良く組み立てられ、光
ガイドの損失の恐れがなくかつ光結合効率が高い
光半導体装置を得るのに効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例の光サイリスタの断
面図、第２図ないし第５図はそれぞれ本発明の他
の実施例を示す要部断面図である。 ２……光サイリスタ基体、３……カソード外部
電極、４……アノード外部電極、５……絶縁筒、
７……コネクタスリーブ、９……連結治具、１０
……支持用治具、６０……光ガイド、６１……内
部光ガイド。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 所定の接合構造を有し、その表面の一部に受
    光面を有する光半導体素子と、 内部に光半導体素子を気密に収納するパツケー
    ジと、 パツケージを貫通し、パツケージに気密に固着
    された無機材料の第１の光ガイド部材と、パツケ
    ージ内に配置され、一端が第１の光ガイド部材の
    パツケージ内の端部に対向しかつ他端が光半導体
    素子の受光面に近接して対向する無機材料の第２
    の光ガイド部材と、 パツケージ内に配置され、第２の光ガイド部材
    の一端に設けられた第２の光ガイド部材の第１の
    光ガイド部材に対向する軸方向の回転自由度を与
    えかつはめ合わせにより第１の光ガイド部材に柔
    軟に結合する連結具と、 を少なくとも具備することを特徴とする光半導体
    装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、第２の光ガ
    イド部材の他端の端面には弾性を有する透明樹脂
    が塗布され、かつ上記他端の端面は光半導体素子
    の受光面に押圧手段により押圧されていることを
    特徴とする光半導体装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
    て、第１の光ガイド部材のパツケージ内端面と、
    第２の光ガイド部材の一端の端面との少なくとも
    一方側に弾性を有する透明樹脂が塗布され、かつ
    両端面が透明樹脂を介して対向していることを特
    徴とする光半導体装置。
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