JPH08236660A - 気密シ−ルされた電子パッケ−ジ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 有機不純物と水分に対するゲッタ−を有し、
部品保護を与える気密シ−ルされた容器よりなる電気的
または光電子的装置または部品のためのパッケ−ジを提
供すること。 【解決手段】 多孔質材料で形成されたゲッタ−比較的
脆弱であり、かつ装置の使用時に粒子目こぼれを受け
る。容器内の部品の故障を防止するために、水蒸気と有
機不純物に対して透過性であるが粒子をゲッタ−から分
離した状態に保持するのに十分に小さい開孔または格子
を有するハウジング内にゲッタ−が収納されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体レ−ザのような電
子および光電子パッケ−ジのための容器に関し、さらに
詳細にはこのような容器のためのゲッタ−・ハウジング
に関する。

【０００２】本発明は一般的には電子および光電子パッ
ケ−ジに関するものであるが、本明細書ではハイパワ−
半導体レ−ザに関して説明される。

【０００３】

【従来の技術】半導体レ−ザ技術は長期間、信頼性のあ
る動作を必要とする用途に適した装置を製作するように
成熟している。レ−ザの安定性を維持しかつレ−ザ寿命
を延すための戦略はレ−ザ動作勧業の制御を含む。この
ような従来技術のレ−ザ・ハウジングに対する雰囲気は
半導体レ−ザ材料に対して比較的不活性であるべきであ
ると考えられており、特に酸素を含まない雰囲気がレ−
ザの寿命を延すとものと考えられていた。また、レ−ザ
材料とを反応を防止するためおよびレ−ザ動作に関連す
る極小電子回路の集積度を保持するためには乾燥した雰
囲気が好ましい。電気通信システムに光増幅気が導入さ
れたことにより、ハイパワ−・ポンプ・レ−ザが用いら
れるようになった。さらに、長い中継器間隔を有する高
デ−タ速度システムの需要により、ハイパワ−信号レ−
ザが使用されるようになった。このような用途で用いら
れるダイオ−ドでは、半導体レ−ザ切り子面パワ−は50
mW以上に増大している。このような装置では、安定で、
長期のレ−ザ動作に対する従前に受入れられていた戦略
では不十分である。

【０００４】標準のパッケ−ジにおいてレ−ザ寿命を短
くするおそれのある機構は、レ−ザ正面切り子面、レ−
ザビ−ム内のレンズまたはファイバ・レンズおよびウイ
ンドウのような強烈に照射される表面上における固体ま
たは液体物質の蓄積である。表面蓄積はつぎのようにし
て生じうる。半田フラックス残留物、クリ−ニング溶
剤、アセンブリ環境における汚染物からの移動炭化水素
が、気密封止されたレ−ザ容器内に存在する。炭化水素
がレ−ザ・フォトン束に遭遇すると光反応が生じうる。
この光反応の生成物が強烈に照射された表面上に堆積物
を形成することになりうる。これらの堆積物がレ−ザ光
を過度に反射させたりあるいは吸収すると、レ−ザ性能
が劣化する。その堆積物がフォトンを吸収すれば、熱の
蓄積が生じて能動または受動面を溶融させるおそれがあ
る。この熱の蓄積はレ−ザダイオ−ド接合またはその近
傍におけるド−パントの加速された拡散を生じさせ、そ
れによって接合を破壊したりあるいは接合効率を低下さ
せるおそれがある。

【０００５】パッケ−ジ内のシ−ルされた雰囲気内の酸
素は、その酸素が炭化水素汚染物または光反応した炭化
水素の生成物と結合して、レ−ザ・エンクロ−ジャ内の
受動または能動要素上における蓄積を防止または除去す
る作用によってレ−ザ寿命を長くしうるが、そのエンク
ロ−ジャ内の酸素はそのエンクロ−ジャの雰囲気内に存
在する水素と結合して水を形成するおそれがある。水素
はエンクロ−ジャに充填されたガス中に汚染物として存
在しうるか、あるいはエンクロ−ジャの温度が上昇する
と、そのエンクロ−ジャの金属壁から外に出ることにな
りうる。水分はエンクロ−ジャ内に存在する電気回路の
電気的ショ−ト、腐食あるいは電気泳動の原因となるこ
とが知られている。

【０００６】電子および光電子パッケ−ジの製作時に、
封止された容器内の有機物質の量を最少限に抑える工程
が行なわれる。例えば、イソプロピルアルコ−ルのよう
な適当なクリ−ニング剤が半田フラックスのような製造
処理の残留物を除去するために用いられ得る。

【０００７】ゲッタ−物質はレ−ザ・エンクロ−ジャへ
の組み込みを容易にするためにブロック状で使用される
べきであると従前は考えられていた。例えばエポキシあ
るいは接着剤のような有機物質よりも機械的取り付け手
段が好まれた。例えば、ワイヤ、ばねクリップまたはね
じ取り付け、ならびに例えばゲッタ−物質のブロックに
貫通穴が形成され、エンクロ−ジャのカバ−の内表面上
にゲッタ−が配置され、そしてその貫通穴を通じて溶融
半田を注入することによってゲッタ−がカバ−に半田付
けされた。

【０００８】ゲッタ−物質、特にガラスおよびガラス・
セラミック・ゲッタ−物質は粒子の目こぼれ（particul
ate shedding）を受ける。これが、例えば近接離間した
電気的通路をショ−トさせたりあるいはレ−ザダイオ−
ドの発光通路内への吸収粒子の侵入のような光電子部品
に対するより直接的な破損によって、共有のパッケ−ジ
内の部品の故障を生じさせるおそれがある。ゲッタ−の
粒子の目こぼれのおそれを軽減するためおよび／または
このような目こぼれが生じた場合においける装置の故障
が生ずるおそれを軽減するために、保護パッケ−ジが必
要とされる。

【０００９】

【本発明が解決しようとする課題】本発明の１つの目的
は、ゲッタ−物質の粒子の目こぼれによって生ずる半導
体レ−ザのような電子装置に対する破損を防止すること
である。他の目的は、電子および光電子パッケ−ジ内に
ゲッタ−物質を保持するための改良された技術を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、雰囲気内
にシ−ルされる装置が配置された気密シ−ルされたエン
クロ−ジャよりなる気密シ−ルされた電子パッケ−ジを
提供することによって達成される。この装置は雰囲気内
に不純物が存在すると、それによって悪影響を受けるお
それのあるものである。そのエンクロ−ジャ内には、ゲ
ッタ−を封入するためのゲッタ−・ハウジングがある。
このゲッタ−・ハウジングは、不純物に対して透過性で
あるがゲッタ−の粒子の通過に抵抗するようになされた
少なくとも１つの表面を有しており、ゲッタ−・ハウジ
ングは装置からのゲッタ−を完全にシ−ルする。ゲッタ
−・ハウジングの透過性表面は孔を有する多孔質金属ま
たはシ−ト金属で形成されうる。ゲッタ−・ハウジング
は必要に応じてゲッタ−を保持するためのばねを含む。

【００１１】

【発明の実施の形態】１つの実施例では、パッケ−ジさ
れる装置が半導体レ−ザであり、エンクロ−ジャには酸
素の含有量が100ppmより大であるガス状媒体が充填さ
れ、そしてゲッタ−は移動炭化水素および水を吸着また
は吸収する作用をする。

【００１２】

【実施例】本発明のゲッタ−・ハウジングをハイパワ−
・レ−ザ−・パッケ−ジングに関して説明する。しか
し、このゲッタ−・パッケ−ジは他の種々の電子パッケ
−ジングにも適用できる。

【００１３】図１はハウジング１０とカバ−１１を含ん
だハイパワ−・レ−ザ・パッケ−ジまたはエンクロ−ジ
ャ１２を示している。ハイパワ−・レ−ザ６が基板２に
固定されている。レ−ザに関連しかつ通常エンクロ−ジ
ャ内に含まれている電子装置および回路は示されていな
い。レ−ザ光を受光装置または光ファイバに結合するた
めの手段が光ファイバ４として示されている。レンズあ
るいは集積導波路装置のような他の結合手段がカプラと
して用いられうる。レ−ザ光はエンクロ−ジャ内に配置
された受光装置または導波路に結合されうる。代替案と
しては、結合手段がレ−ザ光をシ−ルされた孔を通じて
エンクロ−ジャから出させるようにしてもよい。

【００１４】図２はハイパワ−・レ−ザの部品を示す図
である。レ−ジング本体１３は正面および背面切り子面
１４および１５を有するものとして示されている。正面
および背面切り子面の部分的に反射性のミラ−２０およ
び１８はそれぞれレ−ジング作用を支持する。レ−ザの
故障を生ずるおそれのあるメカニズムについては上述し
た。簡単には、ミラ−２０またはエンクロ−ジャ内の他
の光部品上に堆積物を生じさせるおそれのある光反応が
ミラ−２０で始まる束通路で発生する。

【００１５】前記の出願に論述されている理由で、レ−
ザ容器には、酸素含有量が100ppmより大きいガス状媒体
を充填されるのが好ましい。上述のように、パッケ−ジ
ング雰囲気内の酸素は有機不純物によるレ−ザ破損を最
少限に抑える。しかし、酸素は水素と反応して、エンク
ロ−ジャ内の電子部品の全体的な動作に悪影響を及ぼす
おそれのある水分をレ−ザ・エンクロ−ジャ内に形成す
るおそれがある。

【００１６】この水分も問題は、酸素を含んだ雰囲気の
酸素と反応するエンクロ−ジャ内の水素の量を減少させ
ることによって部分的に対処することができる。容器の
壁を形成するために用いられている金属は予備加熱され
る。すなわち、その金属は、それに吸着または吸収され
る水素の量を実質的に減少させるために延長された期間
の間、高温で焼成される。

【００１７】この水分も問題にさらに対処するために、
ハウジング１０には、予め選択されたタイプおよびサイ
ズの分子を不動化する作用をするゲッタ−８が設けられ
る。このゲッタ−はカバ−１１の上部内表面に付着され
た薄いスラブとして示されている。エンクロ−ジャの内
部容積は典型的には小さいので、内表面に付着された単
一のゲッタ−本体が、存在しているであろう水と有機不
純物を不動化する作用をするはずである。

【００１８】ゲッタ−物質は、それの小さい片が気密シ
−ルされた容器内の有用な量の望ましくない水分を吸着
または吸収するために使用できるのに十分なだけ大きい
表面積をそのゲッタ−物質に与えるのに十分な多孔度を
有していなければならない。したがって、このような物
質、特にガラスおよびガラスセラミック・ゲッタ−物質
は、脆弱でありかつ粒子目こぼれを受ける。本発明のハ
ウジングは、粒子目こぼれが生じた場合に部品に対する
破損を防止しかつ／または光通路の妨害を防止するよう
になされている。

【００１９】好ましいゲッタ−・ハウジング２６が図３
および４に示されている。このハウジングは、プレス加
工または放電加工で形成され得る多孔質金属容器よりな
る。容器２８は、カバ−１１の内表面に付着され得る中
間プレ−ト３０に固着され得る。あるいは、容器２８は
カバ−に直接固着され得る。ゲッタ−物質の粒子が通過
し得る間隙が存在しないように容器２８の全周がプレ−
ト３０に溶接されるのが好ましい。２つの側部がコ−ナ
を形成するように収斂する場合に生ずるもののような継
ぎ目も溶接、半田づけ等によって付着されなければなら
ない。カバ−１１がその後でハウジング１０に固着され
る。その結果得られたパッケ−ジ１２はゲッタ−８から
目こぼれしたあるいは落下した粒子からレ−ザと電子回
路部品を保護し、それによって装置の故障が生ずるおそ
れを少なくする。

【００２０】多孔質の金属容器が用いられた場合には、
ゲッタ−はペレットまたはスラブ状である必要はない。
むしろ、多孔質金属は粉末であってもゲッタ−容器から
閉塞された容器１２内の装置に逃げ出すのを防止するで
あろうから、それは粉末または粒子状であってもよい。

【００２１】図５の実施例では、ゲッタ−・ハイジング
は複数の透孔４０を有するシ−ト金属容器よりなる。孔
４０はウォ−タジェット加工、レ−ザ加工等によって形
成され得る。容器１２内の装置をゲッタ−粒子から保護
する場合により効果的であるから、より小さい孔が好ま
しいことは明らかである。

【００２２】図５の実施例の修正が図６に示されてい
る。ゲッタ−８がカバ−１１上に配置されている。シ−
ト金属ばね４２がゲッタ−８上に配置されている。ハウ
ジング３８がばねとゲッタ−の上に配置されそしてカバ
−１１に溶接された後で、ばねの端部がハウジング３８
に接触しかつゲッタ−８をカバ−１１に固着する。この
構造は、パッケ−ジが移動または振動された時に容器内
でゲッタ−が移動するのを防止する。

【００２３】ゲッタ−容器はエンクロ−ジャの内表面の
うちの任意の部分またはその全部に固着されうる。図７
は、ハウジング１０の底壁、端壁および２つの側璧に固
着された屈曲した多孔質金属シ−ト４８よりなるゲッタ
−容器を示している。

【００２４】ファイバ増幅器内の光ファイバにパワ−を
与えるためにレ−ザを使用するためのレ−ザおよび他の
部品が、下記のようにして酸素を含んだ雰囲気を充填さ
れた低水素コバ−ル容器内にゲッタ−と一緒にパッケ−
ジされる。

【００２５】このレ−ザのための容器は、レ−ザと他の
部品を保持するための部分と、ゲッタ−を担持するため
のカバ−との２つの部分として金とニッケルをメッキし
たコバ−ル（Kovar）で作成される。これら２つの部分
はN₂で浄化した炉内において150℃で200時間焼成され
る。この容器の内部容積は約5cm²である。

【００２６】ゲッタ−は米国特許出願第08/320549号の
教示にしたがって形成される。35重量％のゼオライト Z
SM-5と、35重量％のゼオライト 4A、および約20重量％
の多孔質Vycor（商標）ブランド・ガラスよりなるバッ
チが乾式混合された。そのバッチに19重量％のダウ・コ
−ニング社製シリコ−ン樹脂 Q6-2230が添加されそして
乾式混合された。この量は完成ゲッタ−中に約10重量％
のシリカを生ずるのに十分であった。そのバッチにはダ
ウ・コ−ニング社製メチルセルロ−スも約6重量％過添
加（super-addition）で乾式混合された。基礎重量はゼ
オライトと、多孔質Vycor（商標）ブランド・ガラス
と、シリカの合成重量とされた。過添加重量パ−セント
はその基礎重量で計算されるが、重量パ−セント計算の
ための基礎重量には含まれない。押出し成形可能なバッ
チ・コンシステンシ−（batch consistency）を生成す
るために、イソプロピルアルコ−ルまたはデュポン社製
二塩基エステルの有機溶剤と水が乾燥した混合物に添加
された。可塑化されたバッチが押出し成形されて、1mm
より大きくない厚みを有する平坦なシ−トとなされた。
このグリ−ン・ボディ・シ−トが空気中において約85℃
で少なくとも３日間乾燥された。500-620℃で最低10時
間か焼した後で3mm×9mm×1mmの完成片を形成するため
の収縮に対する裕度をもって、これらのシ−トからタブ
レットが切出された。ゲッタ−物質よりなるこれらのタ
ブレットの１つが図３および４に関連して説明されたよ
うに多孔質金属で形成されたハウジング内に封入され
る。このアセンブリがレ−ザ・パッケ−ジ・カバ−の内
表面に固着される。

【００２７】半導体レ−ザと他の部品がパッケ−ジのハ
ウジング部分に取り付けられる。その部分はゲッタ−を
付着したカバ−部分と一緒に300℃で4時間焼成される。
最後に、これら２つの部分は上記の00.1空気生成物の雰
囲気内に一緒にシ−ルされる。このシ−リングはフラッ
クスレス電気抵抗加熱で行なわれる。

【００２８】同様のパッケ−ジでは、半導体レ−ザは長
期間にわたって、すなわち5000時間以上の間、パッケ−
ジ内ないの自由水が最少限抑えられて、すなわちテスト
期間の終りにおけるパッケ−ジ雰囲気内の水の濃度が50
00ppm以下であるようにして、満足に動作することが認
められた。したがって、このパッケ−ジされたハイパワ
−半導体レ−ザは、ファイバ・オプティック・システム
における増幅器ファイバにパワ−を与えるために使用す
るのに適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】 ゲッタ−を入れ込んだレ−ザ・エンクロ−ジ
ャの断面図である。

【図２】 ハイパワ−・レ−ザの典型的な構成要素を示
す分解側面図である。

【図３】 多孔質金属ゲッタ−・ハウジングの断面図で
ある。

【図４】 図３の線４−４に沿って見た断面図である。

【図５】 他のゲッタ−・ハウジングの断面図である。

【図６】 図５の修正を示す分解図である。

【図７】 さらに他のゲッタ−・ハウジングを組込んだ
レ−ザ・エンクロ−ジャの断面図である。

【符号の説明】

４ 光ファイバ ６ ハイパワ−・レ−ザ ８ ゲッタ− １０ ハウジング １１ カバ− １２ エンクロ−ジャ ２６ ゲッタ−・ハウジング ２８ 容器 ３８ ハウジング ４２ シ−ト金属ばね ４８ 多孔質金属シ−ト

フロントページの続き (72)発明者 カ−ロス マニュエル マ−ティネズ アメリカ合衆国ニュ−ヨ−ク州14830、コ −ニング、ウエスト カトン ロ−ド 10719

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気密シ−ルされた電子パッケ−ジであっ
   て、 （ａ）雰囲気内に不純物が存在することによって悪影響
   を受けるおそれのある装置であってその雰囲気内にシ−
   ルされた装置が配置されている気密シ−ルされたエンク
   ロ−ジャと、 （ｂ）前記エンクロ−ジャ内のゲッタ−と、 （ｃ）前記ゲッタ−を封入するための前記エンクロ−ジ
   ャ内のゲッタ−・ハウジングを具備しており、前記ゲッ
   タ−・ハイジングは前記不純物に対して透過製であるが
   前記ゲッタ−の粒子の通過に抵抗するようになされた少
   なくとも１つの表面を有しており、前記ゲッタ−・ハウ
   ジングが前記ゲッタ−を前記装置から完全にシ−ルして
   いる気密シ−ルされた電子パッケ−ジであって。
2. 【請求項２】 前記ゲッタ−・ハウジングの少なくとも
   一部分が多孔質金属で形成されている請求項１のパッケ
   −ジ。
3. 【請求項３】 前記ゲッタ−・ハウジングの少なくとも
   一部分が開孔を有するシ−ト金属で形成されている請求
   項１のパッケ−ジ。
4. 【請求項４】 前記エンクロ−ジャがカバ−を含んでお
   り、かつ前記ゲッタ−・ハウジングが前記カバ−に固定
   されている請求項１のパッケ−ジ。
5. 【請求項５】 前記ゲッタ−・ハウジングが前記ゲッタ
   −を保持するためのばねを含んでいる請求項１のパッケ
   −ジ。
6. 【請求項６】 前記ゲッタ−が薄いスラブ状をなしてい
   る請求項１のパッケ−ジ。
7. 【請求項７】 前記ゲッタ−が物理的動揺を受けた場合
   に薄片になってはげ落ちる傾向のある多孔質材料で形成
   されており、あるいは前記ゲッタ−が粉末状である請求
   項１のパッケ−ジ。
8. 【請求項８】 前記エンクロ−ジャに、酸素含有量が10
   0ppmより多いガス状媒体が充填されている請求項１のパ
   ッケ−ジ。
9. 【請求項９】 前記ゲッタ−が可動炭化水素と水分を吸
   着または吸収する作用をする請求項８のパッケ−ジ。
10. 【請求項１０】 前記装置が半導体レ−ザであり、前記
    エンクロ−ジャに、酸素含有量が100ppmより多いガス状
    媒体が充填されている請求項１〜９のうちの１つによる
    パッケ−ジ。