【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学素子（例えば、ＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）を用いた素子、光導波路（ＰＬＣ）、半導体レーザ（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）等）を内部に収納したパッケージに関する。さらに詳しくは、封止作業が容易で安定した封止構造を有し、小型で部品点数が少なく、歩留まりが高く、かつ効率的な光の伝播（伝送）が可能な光学素子パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、光学素子に関し、通信データ容量の増大に伴い、通信データ容量の処理能力に優れた光クロスコネクトスイッチ技術に対する需要が高まりつつある。このような技術の一つとして、マイクロマシニング等に用いられている技術で、微細な加工をシリコンエッチング等半導体プロセスにて行うＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）を用いたものが用いられるようになっている。このような光学素子は入出力が多心であり、かつ空間に光ビームを伝播させる（伝送する）必要があるため、このような光学素子の接続部材として、光学部材アレイ、例えば、光ファイバアレイ、レンズアレイ（コリメータアレイ）、導波路（ＰＬＣ）アレイ、半導体レーザ（ＬＤ）アレイ、フォトダイオード（ＰＤ）アレイ等が用いられている。シリコン製の部品等を用いた光学素子を内部に収納したパッケージは、塵埃や水分等に極めて敏感であり、そのパッケージにおける気密封止が重要な問題となっている。
【０００３】このような問題に対応した光学素子のパッケージ封止方法として、封止部分を光ファイバの途中に設け、この部分（封止部材）をパッケージに設置し、封止構造とする方法（気密シール部つき光ファイバの製造方法）が開示されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０５３８０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特許文献１に記載された発明の場合、下記のような問題があった。すなわち、
▲１▼ 接続部材と封止部材との間の光ファイバをパッケージの内部に収納するので、高集約化及び小型化の要請に逆行して、パッケージの大型化の原因となる。
▲２▼ 接続部材と封止部材との間の光ファイバをパッケージの内部に収納するので、張り過ぎたり撓み過ぎたりしないように適正な状態で配設する必要があり（接続部材と封止部材との間の光ファイバ長を厳しく管理する必要があり）、極めて煩瑣で困難な作業とならざるを得ず、歩留まりの低減、コストの上昇及び接続精度の低下を招来したり、光ファイバの配置（長さ）に余裕を持たせる必要があることからパッケージの大型化の原因ともなる。
▲３▼ ▲２▼に加えて、パッケージの熱膨張により光ファイバが伸縮するので、上述の適正な状態で配設するための作業における煩瑣度及び困難度がさらに増大する。また、配線に余裕を持たせると、光ファイバに曲がりが存在することになり、光ファイバは曲げによる特性変化が顕著で、伝送損失に影響がないレベルだとしても偏波依存性を発現する場合がある。パッケージが熱収縮した場合、この曲がりはさらに大きくなり、特性への悪影響の可能性は高まることになる。
▲４▼ 製造工程において、光ファイバ等の部材そのものの長さ以外に被覆の除去等のための余長を必要とするため、また、製品不良、被覆の除去及び組立時の作業不良等によってもやり直しのための光ファイバ長を必要とし、上述のように光ファイバ長さ公差が厳しいとやり直しすることができないため、歩留まりの低減やコストの上昇の原因となる。
▲５▼ 接続部材と封止部材との二つの部材が必要で、部品点数が多く複雑な構造とならざるを得ず、それぞれの部品間の寸法や心合わせの精度の管理が必要で、歩留まりの低減やコストの上昇の原因となる。
▲６▼ 光ファイバリボン等の途中に封止構造を形成し、封止部材として配設するのは極めて困難であり、歩留まりの減少やパッケージ大型化の原因となり、また、通常プラスティックで光ファイバを被覆した光ファイバリボンの耐熱温度は１２０℃程度であるため、封止に用いる半田材料が限定され、歩留まりの低減やコストの上昇の原因となる。
【０００６】図５は、従来の光学素子パッケージの一例（入出力開口部が一箇所の場合）を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）は光学素子がほぼ中央に配置される場合、図５（ｂ）は、一方に偏って配置される場合をそれぞれ示す。図５（ａ）、（ｂ）に示すように、パッケージ１２の入出力開口部１３が一箇所の場合、光学素子１１のパッケージ１２の内部における配置位置に関しては、ある程度の自由度があり、接続部材１４と封止部材１５との間の光ファイバ１８の長さ等のバラツキは吸収することは比較的容易であるが、光学素子１１がＭＥＭＳを用いたもの等で、入出力がある場合（外部機器との接続のため二箇所以上の入出力開口部を必要とするパッケージの場合）、上述の問題の大きさが増大することになる。
【０００７】図６は、従来の光学素子パッケージの一例（入出力開口部が二箇所の場合）を模式的に示す説明図であり、図６（ａ）は光学素子がほぼ中央に配置される場合、図６（ｂ）は、一方に偏って配置される場合をそれぞれ示す。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、二箇所の入出力開口部１３，１３’を必要とする場合、二箇所における封止部材１５，１５’及び二つの接続部材１４，１４’を必要とし、さらに光学素子１１に接続した接続部材１４，１４’と封止部材１５，１５’との間に二つの位置関係が生じて、光学素子１１のパッケージ１２の内部における配置位置の自由度は非常に低くなり、光ファイバ１８の長さ（寸法）や精度の管理が煩瑣で困難なものにならざるを得ないことに加えて、それぞれの部品を固定する場所も二箇所の封止部材１５，１５’と、二つの接続部材１４，１４’及び光学素子１１の接続部分とを必要とし、これらを考慮したそれぞれの部品間の寸法や心合わせの精度の管理が必要で、非常に煩瑣で困難なものにならざるを得ないことになる。
【０００８】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたもので、封止作業が容易で安定した封止構造を有し、小型で部品点数が少なく、歩留まりが高く、かつ効率的な光の伝播（伝送）が可能な光学素子パッケージを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述の課題を解決するべく鋭意研究した結果、接続部材そのものを用いて封止構造を構成することによって、上記目的を達成することができることを見出し、本発明を完成させた。
【００１０】すなわち、本発明は、以下の光学素子パッケージを提供するものである。
【００１１】
［１］ 二箇所以上の入出力開口部を有するパッケージと、前記パッケージの内部に収納された光学素子と、前記光学素子と外部機器との間の光学的な接続を確保する接続部材と、前記入出力開口部を封止して前記光学素子を前記パッケージの内部に気密に保持する封止構造とを備えた光学素子パッケージであって、前記接続部材が、少なくともそれ自身の一部で、前記パッケージの前記入出力開口部を塞ぐことによって、前記封止構造を構成してなることを特徴とする光学素子パッケージ。
【００１２】
［２］ 前記接続部材と前記光学素子とが、これらに周囲の環境変化による歪みの発生及び／又は配置位置（寸法関係）の変動があった場合であっても、前記歪みの発生及び前記配置位置（寸法関係）の変動が相互に干渉することがない状態で、前記パッケージに直接的又は間接的に固定されてなる前記［１］に記載の光学素子パッケージ。
【００１３】
［３］ 前記光学素子が、ＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）を用いた素子、光導波路（ＰＬＣ）、半導体レーザ（ＬＤ）及びフォトダイオード（ＰＤ）からなる群から選ばれる少なくとも一種である前記［１］又は［２］に記載の光学素子パッケージ。
【００１４】
［４］ 前記接続部材が、光ファイバアレイ、レンズアレイ（コリメータアレイ）、導波路（ＰＬＣ）アレイ、半導体レーザ（ＬＤ）アレイ、フォトダイオード（ＰＤ）アレイからなる群から選ばれる少なくとも一種である前記［１］〜［３］のいずれかに記載の光学素子パッケージ。
【００１５】
［５］ 前記接続部材を構成する前記基板の材質が、金属被覆が施された結晶化ガラスである前記［１］〜［４］のいずれかに記載の光学素子パッケージ。
【００１６】
［６］ 前記結晶化ガラスの熱膨張率が、前記パッケージを構成する材料の熱膨張率と同一の値又は近似した値である前記［５］に記載の光学素子パッケージ。
【００１７】
［７］ 前記接続部材を構成する前記基板の材質の少なくとも一部が、高融点共晶半田である前記［１］〜［４］のいずれかに記載の光学素子パッケージ。
【００１８】
［８］ 前記接続部材の先端部が、前記パッケージの前記入出力開口部の形状に対応した形状に成形され、前記先端部が前記入出力開口部に前記パッケージの外部側から嵌合した状態で貫通して配設された前記［１］〜［７］のいずれかに記載の光学素子パッケージ。
【００１９】
［９］ 前記接続部材の外周の、前記パッケージの外部側の側面と接する位置に、第一の金属リングが配設、固定されるとともに、前記第一の金属リングと、前記パッケージの外部側の側面自体又は側面に配設、固定された第二の金属リングとがＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）溶接又はシーム溶接によって仮固定されてなる前記［１］〜［８］のいずれかに記載の光学素子パッケージ。
【００２０】
［１０］ 前記光学素子と前記接続部材との接続及びその調心が、前記パッケージの外部側から作業可能な構造を有する前記［１］〜［９］のいずれかに記載の光学素子パッケージ。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の光学素子パッケージの一の実施の形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２２】図１（ａ）は、本発明の光学素子パッケージ１０の基本的な構成を模式的に示す説明図であり、図１（ｂ）は、第１の実施の形態を模式的に示す説明図である。図１（ａ）に示すように、本発明の光学素子パッケージ１０は、二箇所以上の入出力開口部３（本実施の形態においては、二箇所だけを示す）を有するパッケージ２と、パッケージ２の内部に収納された光学素子１と、光学素子１と外部機器（図示せず）との間の光学的な接続を確保する接続部材４ａと、入出力開口部３を封止して光学素子１をパッケージ２の内部に気密に保持する封止構造５ａとを備えた光学素子パッケージ１０であって、接続部材４ａが、少なくともそれ自身の一部で（本実施の形態においてはその中央部分４ｄ）でパッケージ２の入出力開口部３を塞ぐことによって、封止構造５ａを構成してなることを特徴とする。
【００２３】さらに具体的には、図１（ｂ）に示すように、本実施の形態の光学素子パッケージは、二箇所以上の入出力開口部３（本実施の形態においては、一箇所だけを示す）を有するパッケージ２と、パッケージ２の内部に収納された光学素子１と、光学素子１と外部機器（図示せず）との間の光学的な接続を確保する接続部材４ａと、入出力開口部３を封止して光学素子１をパッケージ２の内部に気密に保持する封止構造５ａとを備えた光学素子パッケージ１０であって、接続部材４ａが、少なくともそれ自身の一部で（本実施の形態においてはその中央部分４ｄ）でパッケージ２の入出力開口部３を塞ぐことによって、封止構造５ａを構成してなることを特徴とする。
【００２４】このように、本実施の形態においては、二箇所以上の入出力開口部３のうち少なくとも一箇所は、少なくとも接続部材４ａ自身の一部で、パッケージ２の内部に収納した光学素子１の封止を確保する。換言すれば、接続部材４ａが封止構造５ａの構成要素としても用いられている。
【００２５】このように構成することによって、従来のように接続部材と封止部材との間に光ファイバを配置する必要がなく、その分パッケージの小型化を図ることができるとともに、上述のような光ファイバの長さ（寸法）や精度の管理も必要がなくなり、このことに起因する上述の問題を解消することができる。また、二箇所以上の入出力開口部で封止をする場合、二箇所以上の分のパッケージの小型化を図ることができるとともに、従来の二セット以上の接続部材と封止部材と間の光ファイバの長さ（寸法）や精度の管理による加重した問題を有効に解消することができる。また、部品点数の低減により、歩留まりの向上や全体のコストの低減を実現することができる。
【００２６】本実施の形態においては、接続部材４ａと光学素子１とが、これら（接続部材４ａ及び光学素子１）に周囲の環境変化による歪みの発生及び／又は配置位置（寸法関係）の変動があった場合であっても、歪みの発生及び配置位置（寸法関係）の変動が相互に干渉することがない状態で、パッケージ２に直接的又は間接的に固定されている（固定状態は図示せず）。パッケージ２の熱膨張の場合を例にとって説明すると、接続部材４ａと光学素子１とは、パッケージ２の熱膨張によって発生する歪みや配置位置（寸法関係）の変動が相互に干渉することがない状態で、具体的には、互いに離間して、干渉物を介在させない状態で、パッケージ２に固定されている。
【００２７】この場合、パッケージ２の内部に両者を直接的に固定してもよく、両者を搭載するプレート（図示せず）を介在させた状態で間接的に固定してもよい。このようにすることによって、例えば、パッケージ２の熱膨張等の環境の変化によって、パッケージ２やプレートが伸縮し、接続部材４ａと光学素子１とに歪みや変動が発生した場合であっても、後述するように、相互に干渉することがないため、高い信頼性を得ることができる。このように構成することによって、パッケージ２との固定部分の剥離や破壊を防止することができるとともに、このような剥離や破壊に伴って発生する「光路における反射や損失の増大」を防止することができる。なお、上記においては、「周囲の環境変化」として、パッケージ２の熱膨張の例を挙げて説明したが、本発明における「周囲の環境変化」とは、これに限定されるものではなく、湿度の変化等を含む広い概念を意味する。
【００２８】なお、パッケージ２やプレートが伸縮することによって、光軸が相対的に変化することになるが、これが問題となる場合には、プレートの熱膨張率を、パッケージ２の熱膨張率、接続部材４ａ及び光学素子１の熱膨張率をそれぞれ加味して適正化することで、問題を低減することができる。また、この場合でも固定部分には熱膨張率の差による応力は発生するが、その応力は、接続部材４ａと光学素子１との端面のように限られた面積に集中するのではなく、収納部全体に拡散するので応力の影響を緩和することができる。また、仮に、若干の固定界面劣化があったとしても光が伝搬する光路にはならないので、特性劣化は小さくて済むことになる。
【００２９】光学素子１と接続部材４ａとが接着等によって直接固定されている場合、パッケージ２が伸びようとすると、接続部材４ａは光学素子１に固定されているため伸びることができず、この直接固定部分（接着部分）に応力が発生することになる。この直接固定部分（接着部分）は、通常、互いの端面間に設けられるので、光路をも含むことになり、前述の応力によって接着部分に破壊等の欠陥を発生する蓋然性が高い。例えば、光路となる部分に剥離が発生すると、剥離した部分は、形状がランダムな空気層となるが、この空気層の形状によっては、反射光が元のファイバに戻ったり（反射戻り光の発生）、透過光が光路を曲げられたりして、損失の増大を招く蓋然性が高い。本実施の形態の場合でも、光学素子１と接続部材４ａとが接着剤等によって直接固定されていないので、空気層は存在することになるが、接続部材４ａの端面と光学素子１の端面とで空気層の形状が一義的に決定されるので、反射光が元のファイバに戻らない設計とすることができ、反射戻り光の発生の問題が生じることはない。また、透過光の光路も予め空気による屈折を考慮した上で位置が決定されて固定されるので、損失の問題も生じることはない。つまり、剥離の発生ような、当初の状態からは思いも掛けない変化が発生することによって問題が生じることになる。
【００３０】光学素子１と接続部材４ａとが直接固定されずに、それぞれパッケージ２やプレートを介して接着固定されている場合、パッケージ２やプレートが伸びても接続部材４ａは光学素子１による拘束がないのでそのまま伸びることができ、前述の応力が発生することはない。なお、パッケージ２やプレートとの接着固定部分において発生する応力は光路から外れた部分であるので、特性劣化を来すことは極めて少ない。
【００３１】本発明に用いられる光学素子としては特に制限はないが、例えば、ＭＥＭＳ（マイクロ−エレクトロ−メカニカル−システム）を用いた素子、光導波路（ＰＬＣ）、半導体レーザ（ＬＤ）及びフォトダイオード（ＰＤ）からなる群から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。
【００３２】本発明に用いられる接続部材４ａとしては特に制限はないが、例えば、光ファイバアレイ、レンズアレイ（コリメータアレイ）、導波路（ＰＬＣ）アレイ、半導体レーザ（ＬＤ）アレイ及びフォトダイオード（ＰＤ）アレイからなる群から選ばれる少なくとも一種を挙げることができる。なお、これらは多心用のものに限定されるものではなく、単心用のものであってもよい。
【００３３】本実施の形態においては、接続部材４ａとしてコリメータアレイ４ｂを用いているが、このコリメータアレイ４ｂは、その先端部にレンズ６が配設された光ファイバ（図示せず）を二枚の基板４ｃ間に挟持して構成されている。なお、図１（ｂ）において符号７はコリメータアレイ４ｂによって平行に整列した光ビームを示している。
【００３４】コリメータアレイ４ｂを用いた場合、以下のような利点がある。すなわち、光学素子１が、例えば、光導波路（ＰＬＣ）等の場合、光ファイバと光導波路（ＰＬＣ）との間の距離を離し過ぎると伝送損失が大きくなり（光学素子の損失仕様が厳しい場合等は、この距離が１０μｍ程度である場合もある）、また、パッケージ２や光学素子１の外形寸法のバラツキもあり、これを完全に管理するのは困難であることから、光軸方向の自由度を接続部材４ａに分担させる（封止可能な領域（長さ）を長くしておく）ことが考えられる。しかし、光学素子１等の配置上の制約からパッケージ２の近傍に光学素子１を配置できない場合や、全体を小型化したい又は接続部材４ａ自体のコストを低減したい等の要請がある場合、接続部材４ａを大きく（長く）することもできないことある。このような場合、接続部材４ａをレンズ６の付いたコリメータアレイ４ｂや集光系部材等とすることによって、伝送損失増大させることなく、レンズ６の端面から光学素子１の距離を長く確保することができる。なお、光学素子１の中でも、厳しい集光条件（平行光線の確保）が課されるＭＥＭＳを用いたもの等の場合は、コリメータアレイ４ｂを用いることが特に好ましい。なお、ＭＥＭＳスイッチ等の場合、複雑な構成となることが多く（パッケージの四辺の全てに入出力開口部がある場合もある）、このような場合、特にコリメータアレイ４ｂを用いることの利点は大きい。
【００３５】接続部材４ａ（例えば、コリメータアレイ４ｂ）を構成する基板４ｃの材質としては特に制限はないが、例えば、ガラスやケイ素（Ｓｉ）を挙げることができる。パッケージ２の材質としてコバール（Ｋｏｖａｒ）やアルミナが一般的に用いられるので、熱膨張の観点、封止作業や耐封止材（半田）応力の面からの機械的強度の観点、さらに接続部材の機能の面からの高精度にＶ溝等を加工することができるという材料構造の観点等から結晶化ガラスが好ましい。半田を封止材に用いることを考慮すると、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）等の金属被覆が施された結晶化ガラスがさらに好ましい。
【００３６】また、結晶化ガラスの熱膨張率は、パッケージを構成する材料の熱膨張率と同一の値又は近似した値であることが、封止構造部分の歪み応力低減という観点から好ましい。封止は、通常、１×１-10〜１×１０-12Ｐａ・ｍ3／ｓｅｃと厳しい要求があり、歪み応力が大きいと封止構造にわずかでも劣化を招くおそれがある。
【００３７】また、接続部材４ａ（例えば、コリメータアレイ４ｂ）を構成する基板４ｃの材質の少なくとも一部（例えば、封止構造を形成する部分（加熱される部分））は、高融点共晶半田であってもよい。このように構成することによって、耐熱性を向上させることができる。
【００３８】また、接続部材４ａ（例えば、コリメータアレイ４ｂ）と入出力開口部３との間の隙間やこれらの周囲に封止剤５ｂを充填又は配設して封止構造５ａを形成してもよい。封止剤５ｂとしては特に制限はなく、例えば、鉛半田、高融点共晶半田等を挙げることができる。
【００３９】本実施の形態の光学素子パッケージは、上述のように構成されているため、封止作業が容易で安定した封止構造を有し、小型で部品点数が少なく、歩留まりが高く、かつ効率的な光の伝播（伝送）が可能となる。すなわち、本実施の形態においては、接続部材がそれ自身の一部で、入出力開口部を塞ぐことによって封止構造を形成していることから、従来の光ファイバリボンの中間部分に封止構造を形成した封止部材による封止とは異なり、光を伝播（伝送）する構成要素を加工することがないので、安定した封止が得られ、封止作業が容易で、小型で部品点数が少なく、歩留まりが高いとともに、例えば、半田ストレス等による伝播（伝送）損失が発生することがなく、コリメータアレイを用いていることと相俟って、効率的な光の伝播（伝送）が可能となる。
【００４０】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の光学素子パッケージの第２の実施の形態を模式的に示す説明図であり、（ａ）は、パッケージ２の内部側及び外部側から封止剤５ｂを用いた場合、（ｂ）は、パッケージ２の外部側から封止剤５ｂを用いた場合をそれぞれ示す。図２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態の光学素子パッケージ１０は、接続部材４ａ（コリメータアレイ４ｂ）の先端（アレイ先端）９が、パッケージ２の複数箇所（本実施の形態においては、一箇所だけを示す）に配設された入出力開口部３の形状に対応した形状に成形され、アレイ先端９が入出力開口部３にパッケージ２の外部側から嵌合した状態で嵌合して入出力開口部３を塞ぐことによって封止構造５ａを形成する構成になっている。
【００４１】このように構成することによって、信頼性が高く、より安定した封止を実現することができる。
【００４２】なお、このような構成を採用した場合、パッケージに当たる面（当接面）間の距離を厳密に制御する必要が生じる。接続部材と光学素子とが一体固定された形態の場合、このような制御は通常極めて困難である。また、長さにズレが生じた場合、当接面とパッケージに必要以上の間隔が空いてしまい、十分な封止を実現することができなかったり、後述するＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）による仮止めができないことになる。接続部材と光学素子とを形状歪みが互いに干渉しないようにした場合（例えば、離間させた場合）、接続部材と光学素子との距離は、μｍのオーダーになるが、ここでの長手方向位置の許容が可能となる。ただし、この場合、パッケージの外側で固定してしまうと前述の困難度となってしまう。そこで、パッケージの内部に光学素子を収納した状態で、又は収納と同時に、接続部材と光学素子の調心を行うことが好ましい。この場合、接続部材の当接面をパッケージに当てた状態で調心を行うことによって確実な封止を得ることができる。
【００４３】図３は、本発明の光学素子パッケージの第３の実施の形態を模式的に示す説明図である。図３に示すように、本実施の形態の光学素子パッケージ１０は、接続部材４ａ（例えば、コリメータアレイ４ｂ）の外周の、パッケージ２の外部側の側面と接する位置に、第一の金属リング２１が配設、固定されるとともに、第一の金属リング２１と、パッケージ２の外部側の側面に配設、固定された第二の金属リング２２とがＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）溶接、スポットレーザー溶接又はシーム溶接（溶接箇所を符号２３で表示）によって仮固定されてなる構成となっている。図３では金属リング２２を用いた場合を示すが、この金属リング２２は用いなくてもよい。
【００４４】このように構成することによって、信頼性が高く、より安定した封止を実現することができる。
【００４５】本発明の光学素子パッケージ１０は、光学素子１と接続部材４ａ（コリメータアレイ４ｂ）との接続及びその調心が、パッケージの外部側から作業可能な構造を有している。すなわち、パッケージ２及び光学素子１を固定しておき、コリメータアレイ４ｂをｘｙｚステージに固定する。コリメータアレイ４ｂの両端に光を入れておき、ｘｙｚステージでコリメータアレイ４ｂを動かし、光学素子１の両端と調心を行う。これによりコリメータアレイ４ｂと光学素子１とを全チャネル調心することができる。ｘｙｚステージをこの状態で固定しておけば、調心がずれることはない。
【００４６】本発明の光学素子パッケージは、図４に示すように、パッケージ２の内部に光学素子１（図１（ｂ）参照）を収納し、接続部材４ａによって入出力開口部３を塞ぐことによって封止構造５ａを形成した後、蓋体２４を、例えば、シーム溶接することによって、最終的な形態が完成する。
【００４７】以下、本発明の光学素子パッケージを製造する方法の一例について説明する。
【００４８】まず、接続部材（例えば、コリメータアレイ）をパッケージを構成する材料の材質と同一の値又は近似した値の熱膨張率を有する材料で作製し、レンズをアライメントして固定する。この場合、接続部材（コリメータアレイ）の表面の、少なくとも半田等の封止剤が配設される箇所に、半田の付着を高めるために、金属被覆（メタライズ）を施しておくとよい。次に、パッケージの外部側から接続部材（例えば、コリメータアレイ）と光学素子とをアライメントし、調心が完了した段階で、そのまま半田を金属被覆（メタライズ）面に流し、気密封止をするか、又は精度を向上させるため、第一の金属リング（必要に応じて第二の金属リングも）を用いて、ＹＡＧ溶接又はシーム溶接による仮止めした後、気密封止をする。なお、半田は、予めリング状に成形したものを接続部材（例えば、コリメータアレイ）に嵌め込んだ状態で溶かすようにしてもよい。最後に、パッケージに蓋体をシーム溶接することによって、本発明の光学素子パッケージを得ることができる。
【００４９】
【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限を受けるものではない。
【００５０】（実施例１）
本実施例では、図２（ａ）に示す構造のものを作製した。
光学素子としてのＭＥＭＳスイッチ（図示せず）を封止する接続部材としてコリメータアレイ４ｂを用いた。ファイバアレイとレンズアレイとからなる（いずれも図示せず）コリメータアレイ４ｂを構成するコリメータアレイ基板４ｃの材質はパッケージ２の材質であるアルミナと膨張係数を合わせ、ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｌｉ2Ｏ系結晶化ガラス（日本ガイシ（株）製、商品名：ミラクロンＰＰ−１）とした。コリメータアレイ基板４ｃの側部とパッケージ２の挿入部にニッケル（Ｎｉ）の被覆を施しておいた。レンズ６は１ｍｍピッチで１２チャンネル並べた。コリメータアレイ基板４ｃの寸法は１４×８×３ｍｍ（（Ｗ）×（Ｌ）×（Ｈ））とした。
【００５１】ファイバアレイ（パッケージとの封止構造を構成する部分（加熱される部分））は金錫（ＡｕＳｎ）半田で実装を行った。レンズアレイそのものの実装及びファイバアレイとレンズアレイとの結合には耐熱性の接着剤で実装を行った。パッケージの封止用半田のために加熱をする際、肝心な接続部材が壊れることを防止する必要がある。この場合、接続部材の全ての部分を高温半田で作り上げて、耐熱性を持たせるのは現実的には困難であることから、パッケージとの封止構造を構成する部分（加熱される部分）を耐熱性の高いファイバアレイ部とし、その他の部分（レンズアレイそのものの実装部及びファイバアレイとレンズアレイとの結合部）にはファイバアレイ部よりは耐熱性の低い接着剤を用いた。
【００５２】リング状に加工した封止剤５ｂとしてのプリフォーム半田（錫鉛５０μｍ厚）をパッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃ、入出力開口部３に置いた。プリフォーム半田のサイズは、１６×５ｍｍ、厚さ５０μｍで、１４．２×３．２ｍｍの孔が開いており、この孔にコリメータアレイ基板４ｃを通してパッケージ２にセットした。
【００５３】入出力開口部３は１４．５×３．５ｍｍとしておき、封止構造５ａとなるリング状プリフォーム半田とコリメータアレイ基板４ｃとを入出力開口部３に差し込んだ。コリメータアレイ基板４ｃとパッケージ２には十分なクリアランスがあり、コリメータアレイ４ｂを動かし、パッケージ２の内部のＭＥＭＳスイッチと調心を行い光ビーム７を調心することができた。
【００５４】パッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃは調心した状態で仮固定しておいた。その状態で入出力開口部３とアレイ先端９を錫鉛半田が溶け、かつファイバアレイ実装半田である金錫（ＡｕＳｎ）半田が溶けない程度の２００℃にレーザーにより局所過熱を行い、封止剤５ｂとしてのリング状の半田を溶かした。この時半田は金属被覆のある部分にのみ濡れるのでパッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃは封止剤５ｂにより、入出力開口部３が埋まり接合される。封止剤５ｂは入出力開口部３を封止するのに十分な量があるので封止構造５ａとすることができた。また、封止構造５ａの部分はファイバアレイを構成する部分であり、金錫（ＡｕＳｎ）半田により十分な耐熱性を持っている。また、接着剤で実装したレンズアレイそのものの実装部及びファイバアレイとレンズアレイとの結合部は封止のみの局所加熱により耐熱温度以下であったため、品質劣化なく封止作業を行うことができた。
【００５５】（実施例２）
本実施例では、図２（ｂ）に示す構造のものを作製した。
パッケージ２と膨張係数を合わせたコリメータアレイ基板４ｃをパッケージ２にアレイ先端９とパッケージ２の外に出る部分で段差をつけパッケージ２の外に出る部分は入出力開口部３より大きく作製し、ツバ形状に組み立てをした。コリメータアレイ基板４ｃは１６（Ｗ）×８（Ｌ）×５（Ｈ）ｍｍとし、段差部は１４（Ｗ）×２（Ｌ）×３（Ｈ）ｍｍとした。他の基本的な設計、材質等は実施例１と同様にした。
【００５６】コリメータアレイ基板４ｃのツバの部分とパッケージ２の入出力開口部３にニッケル（Ｎｉ）の金属被覆を施しておいた。
【００５７】リング状に加工した封止剤５ｂのプリフォーム半田（例えば、錫鉛５０μｍ厚）をパッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃ、入出力開口部３に置いた。プリフォーム半田のサイズは１６×５ｍｍ、厚さ５０μｍで、１４．２×３．２ｍｍの孔が開いており、この孔にコリメータアレイ基板４ｃのアレイ先端９を通してパッケージ２にセットした。入出力開口部は１４．５（Ｗ）×３（Ｌ）×５（Ｈ）ｍｍとした。
【００５８】封止構造５ａを形成することになる封止剤５ｂとしてのリング状プリフォーム半田とコリメータアレイ基板４ｃを入出力開口部３に差し込んだ。これによりパッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃの間にはプリフォーム半田が挟持される。
【００５９】コリメータアレイ基板４ｃとパッケージ２には十分なクリアランスがあり、コリメータアレイ４ｂを動かし、パッケージ２の内部の光学素子（図示せず）と調心を行い光ビーム７を調心することができた。
【００６０】パッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃは調心した状態で固定しておいた。その状態で入出力開口部３とアレイ先端９を錫鉛半田が溶け、かつファイバアレイ実装半田である金錫（ＡｕＳｎ）半田が溶けない程度の２００℃にレーザーにより局所過熱を行い、封止剤５ｂとしてのリング状の半田を溶かした。この時半田は金属被覆のある部分にのみ濡れるのでパッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃは封止剤５ｂにより、入出力開口部３が埋まり接合された。封止剤５ｂは入出力開口部３を封止するのに十分な量があるので封止構造５ａとすることができた。
【００６１】（実施例３）
本実施例では、図３に示す構造のものを作製した。
ファイバアレイ実装を高融点半田である金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）としたこと以外は、基本形状、材質を実施例２と同様とした。また、コリメータ挿入前にコリメータアレイ基板４ｃとパッケージ２の側面との間に応力緩和のため第一の金属リング２１としてのコバールリング（外形１６×５ｍｍ、厚さ１００μｍで、１４．２×３．２ｍｍの孔が開いている）を嵌めた。この第一の金属リング（コバールリング）２１を予めコリメータアレイ基板４ｃに高融点半田である金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）半田で固定した。
【００６２】コリメータアレイ基板４ｃのツバの部分とパッケージ２の入出力開口部３に金（Ａｕ）の被覆を施しておいた。
【００６３】リング状に加工した封止剤５ｂとしてのプリフォーム半田（金錫（ＡｕＳｎ）５０μｍ厚）をパッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃ、入出力開口部３に置いた。プリフォーム半田のサイズは、１６×５ｍｍ、厚さ５０μｍで、１４．２×３．２ｍｍの孔が開いており、この孔にコリメータアレイ基板４ｃのアレイ先端部９を通してパッケージ２にセットした。入出力開口部３は１４．５（Ｗ）×３（Ｌ）×５（Ｈ）ｍｍとした。
【００６４】コリメータアレイ基板４ｃとパッケージ２には十分なクリアランスがあり、コリメータアレイ４ｂを動かし、パッケージ２の内部の光学素子（図示せず）と調心を行い光ビーム７を調心することができた。
【００６５】パッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃは調心した状態で固定しておいた。その状態で第二の金属リング２２とパッケージ２との界面をスポットレーザー溶接ですみ肉溶接し固定した（図中溶接箇所を符号２３で示す）。なお、レーザー出力は３Ｊであった。
【００６６】パッケージ２と第一の金属リング（コバールリング）２１とコリメータアレイ基板４ｃとは調心した状態で固定しておいた。その状態で入出力開口部３とアレイ先端部９を金錫（ＡｕＳｎ）半田が溶ける２８０℃程度に部分過熱し、封止剤５ｂとしてのリング状の半田を溶かした。半田は金（Ａｕ）の被覆のある部分にのみ濡れるのでパッケージ２とコリメータアレイ基板４ｃは封止剤５ｂにより、入出力開口部３が埋まり接合された。封止部剤５ｂは入出力開口部３を封止するのに十分な量があるので封止構造５ａとすることができた。また、封止構造５ａの部分はファイバアレイを構成する部分であり、金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）半田により十分な耐熱性を持っている。また、接着剤で実装したレンズアレイそのものの実装部及びファイバアレイとレンズアレイとの結合部は封止のみの局所加熱により耐熱温度以下であったため、品質劣化なく封止作業を行うことができた。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、封止作業が容易で安定した封止構造を有し、小型で部品点数が少なく、歩留まりが高く、かつ効率的な光の伝播（伝送）が可能な光学素子パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、本発明の光学素子パッケージの基本的な構成を模式的に示す説明図で、図１（ｂ）は、本発明の光学素子パッケージの第１の実施の形態を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の光学素子パッケージの第２の実施の形態を模式的に示す説明図であり、図２（ａ）は、パッケージの内部側及び外部側に封止剤を用いた場合、図２（ｂ）は、パッケージの外部側に封止剤を用いた場合をそれぞれ示す。
【図３】本発明の光学素子パッケージの第３の実施の形態を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明において、パッケージに蓋体をシーム溶接した状態を模式的に示す説明図である。
【図５】従来の光学素子パッケージの一例（入出力開口部が一箇所の場合）を模式的に示す説明図であり、図５（ａ）は光学素子がほぼ中央に配置される場合、図５（ｂ）は、一方に偏って配置される場合をそれぞれ示す。
【図６】従来の光学素子パッケージの一例（入出力開口部が二箇所の場合）を模式的に示す説明図であり、図６（ａ）は光学素子がほぼ中央に配置される場合、図６（ｂ）は、一方に偏って配置される場合をそれぞれ示す。
【符号の説明】
１…光学素子、２…パッケージ、３…入出力開口部、４ａ…接続部材、４ｂ…コリメータアレイ、４ｃ…基板、４ｄ…中央部分、５ａ…封止構造、５ｂ…封止剤、６…レンズ、７…光ビーム、８…光ファイバリボン、９…アレイ先端、１０…光学素子パッケージ、１１…光学素子、１２…パッケージ、１３，１３’…入出力開口部、１４，１４’…接続部材（コリメータアレイ）、１５，１５’…封止部材、１８…光ファイバ、２１…第一の金属リング（コバールリング）、２２…第二の金属リング、２３…溶接箇所、２４…蓋体。[0001]
The present invention relates to an optical element (for example, an element using a MEMS (micro-electro-mechanical system), an optical waveguide (PLC), a semiconductor laser (LD), a photodiode (PD), etc.). Related to a package that houses the inside More specifically, the present invention relates to an optical element package which has a stable sealing structure which facilitates sealing work, has a small number of parts, has a high yield, and can efficiently transmit (transmit) light.
[0002]
2. Description of the Related Art In recent years, with respect to optical elements, with an increase in communication data capacity, demand for an optical cross-connect switch technology having excellent processing capacity for communication data capacity has been increasing. As one of such techniques, a technique using MEMS (micro-electro-mechanical system) for performing fine processing in a semiconductor process such as silicon etching, which is used in micromachining or the like, may be used. It has become. Since such an optical element has many inputs and outputs and needs to propagate (transmit) a light beam in space, an optical member array, for example, an optical fiber array is used as a connecting member of such an optical element. A lens array (collimator array), a waveguide (PLC) array, a semiconductor laser (LD) array, a photodiode (PD) array, and the like are used. A package in which an optical element using a silicon component or the like is housed inside is extremely sensitive to dust, moisture, and the like, and hermetic sealing of the package is an important problem.
As a method of sealing a package of an optical element to cope with such a problem, a sealing portion is provided in the middle of an optical fiber, and this portion (sealing member) is installed in a package to form a sealing structure ( A method for manufacturing an optical fiber with an airtight seal portion) is disclosed (see Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
JP 2001-305380A
[0005]
However, the invention described in Patent Document 1 has the following problems. That is,
{Circle around (1)} Since the optical fiber between the connecting member and the sealing member is housed inside the package, it goes against the demand for high integration and miniaturization, which causes the package to become large.
{Circle around (2)} Since the optical fiber between the connecting member and the sealing member is housed inside the package, it is necessary to arrange the optical fiber in an appropriate state so as not to be overstretched or bent too much (the connecting member and the sealing member). It is necessary to strictly control the length of the optical fiber between them), which must be an extremely complicated and difficult operation, leading to a reduction in yield, an increase in cost and a decrease in connection accuracy, and an arrangement of the optical fiber. Since it is necessary to provide a margin for (length), this may cause an increase in the size of the package.
(3) In addition to (2), since the optical fiber expands and contracts due to the thermal expansion of the package, the complexity and difficulty of the operation for arranging the optical fiber in an appropriate state described above further increase. In addition, if there is a margin in the wiring, the optical fiber will bend, and if the optical fiber has a remarkable change in characteristics due to bending and exhibits polarization dependence even at a level that does not affect transmission loss. There is. If the package thermally shrinks, this bend will be even greater, increasing the potential for adverse effects on properties.
(4) In the manufacturing process, an extra length for removing the coating is required in addition to the length of the optical fiber and other members themselves. An optical fiber length is required for redoing, and if the optical fiber length tolerance is too tight as described above, redoing cannot be performed, which causes a reduction in yield and an increase in cost.
(5) Two members, a connecting member and a sealing member, are required, and the number of parts must be large and the structure must be complicated, and it is necessary to manage the dimensions and the accuracy of alignment between the parts. This leads to a reduction in cost and an increase in cost.
(6) It is extremely difficult to form a sealing structure in the middle of an optical fiber ribbon or the like and to dispose it as a sealing member, which causes a reduction in yield and an increase in package size. Since the heat-resistant temperature of the coated optical fiber ribbon is about 120 ° C., the solder material used for sealing is limited, which causes a reduction in yield and an increase in cost.
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an example of a conventional optical element package (in the case where there is one input / output opening), and FIG. 5 (a) shows the optical element arranged almost at the center. In this case, FIG. 5 (b) shows a case where they are arranged on one side. As shown in FIGS. 5A and 5B, when the input / output opening 13 of the package 12 is located at one place, there is a certain degree of freedom regarding the arrangement position of the optical element 11 inside the package 12. It is relatively easy to absorb variations in the length of the optical fiber 18 between the member 14 and the sealing member 15, but when the optical element 11 uses MEMS or the like and there is input / output ( In the case of a package that requires two or more input / output openings for connection to an external device), the size of the above problem increases.
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing an example of a conventional optical element package (in the case where there are two input / output openings), and FIG. 6 (a) shows the optical element arranged almost at the center. In this case, FIG. 6B shows a case where the antennas are arranged on one side. As shown in FIGS. 6A and 6B, when two input / output openings 13 and 13 'are required, the sealing members 15 and 15' and the two connecting members 14 and 14 'at two locations are required. In addition, two positional relationships occur between the connecting members 14 and 14 ′ connected to the optical element 11 and the sealing members 15 and 15 ′, and the optical element 11 can be freely arranged in the package 12. The degree is very low, and the management of the length (dimensions) and accuracy of the optical fiber 18 must be complicated and difficult. In addition, each part is fixed in two places. It requires the members 15, 15 'and the two connecting members 14, 14' and the connecting part of the optical element 11, and it is necessary to manage the dimensions and the alignment accuracy between the respective parts in consideration of these. It has to be complicated and difficult.
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a stable sealing structure that is easy to perform a sealing operation, is small in size, has a small number of parts, has a high yield, and has an efficient light An object of the present invention is to provide an optical element package that can propagate (transmit).
[0009]
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, the above object can be achieved by forming a sealing structure using the connecting members themselves. And completed the present invention.
That is, the present invention provides the following optical element package.
[0011]
[1] A package having two or more input / output openings, an optical element housed in the package, a connection member for securing an optical connection between the optical element and an external device, A sealing structure that seals the writing output opening to keep the optical element airtight inside the package, wherein the connection member is at least a part of itself, An optical element package comprising the sealing structure by closing the input / output opening of the package.
[0012]
[2] Even if the connection member and the optical element are distorted due to a change in the surrounding environment and / or the arrangement position (dimension relation) is changed, the distortion is generated and the arrangement is performed. The optical element package according to the above [1], wherein the optical element package is fixed directly or indirectly to the package in a state where fluctuations in positions (dimensional relationships) do not interfere with each other.
[0013]
[3] The optical element is at least one selected from the group consisting of an element using MEMS (micro-electro-mechanical system), an optical waveguide (PLC), a semiconductor laser (LD), and a photodiode (PD). The optical element package according to the above [1] or [2].
[0014]
[4] The connection member is at least one selected from the group consisting of an optical fiber array, a lens array (collimator array), a waveguide (PLC) array, a semiconductor laser (LD) array, and a photodiode (PD) array. The optical element package according to any one of [1] to [3].
[0015]
[5] The optical element package according to any one of [1] to [4], wherein the material of the substrate constituting the connection member is crystallized glass coated with metal.
[0016]
[6] The optical element package according to [5], wherein a coefficient of thermal expansion of the crystallized glass is the same as or approximate to a coefficient of thermal expansion of a material forming the package.
[0017]
[7] The optical element package according to any one of [1] to [4], wherein at least a part of a material of the substrate constituting the connection member is a high melting point eutectic solder.
[0018]
[8] A state in which the distal end of the connection member is formed into a shape corresponding to the shape of the input / output opening of the package, and the distal end is fitted to the input / output opening from the outside of the package. The optical element package according to any one of the above [1] to [7], which is disposed so as to penetrate therethrough.
[0019]
[9] A first metal ring is disposed and fixed at a position on the outer periphery of the connection member, which is in contact with a side surface on the outside of the package. The optical element according to any one of [1] to [8], wherein the side surface itself or a second metal ring disposed and fixed on the side surface is temporarily fixed by YAG (yttrium aluminum garnet) welding or seam welding. package.
[0020]
[10] The optical element package according to any one of [1] to [9], wherein the connection between the optical element and the connecting member and the alignment thereof can be performed from the outside of the package.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the optical element package according to the present invention will be specifically described below with reference to the drawings.
FIG. 1A is an explanatory view schematically showing a basic structure of an optical element package 10 according to the present invention, and FIG. 1B is a view schematically showing a first embodiment. FIG. As shown in FIG. 1A, an optical element package 10 according to the present invention includes a package 2 having two or more input / output openings 3 (only two locations are shown in this embodiment), , An optical element 1 housed inside the optical element 1, a connection member 4a for securing an optical connection between the optical element 1 and an external device (not shown), and an optical element An optical element package 10 having a sealing structure 5a for hermetically holding the inside of the package 2 inside the package 2, wherein the connection member 4a is at least a part of itself (in the present embodiment, a central portion 4d thereof). 3), the input / output opening 3 of the package 2 is closed to form a sealing structure 5a.
More specifically, as shown in FIG. 1B, the optical element package according to the present embodiment has two or more input / output openings 3 (in this embodiment, only one ), An optical element 1 housed inside the package 2, a connection member 4a for securing an optical connection between the optical element 1 and an external device (not shown), and an input / output. A sealing structure 5a for sealing the opening 3 to hermetically hold the optical element 1 inside the package 2, and wherein the connection member 4a is at least a part of itself ( The present embodiment is characterized in that the sealing structure 5a is formed by closing the input / output opening 3 of the package 2 with the central portion 4d).
As described above, in the present embodiment, at least one of the two or more input / output openings 3 is at least a part of the connection member 4a itself, and the optical element 1 housed inside the package 2 is provided. Ensuring the sealing of In other words, the connection member 4a is also used as a component of the sealing structure 5a.
With this configuration, it is not necessary to dispose an optical fiber between the connecting member and the sealing member as in the related art, and the size of the package can be reduced by that much, and as described above. There is no need to manage the length (dimensions) and accuracy of the optical fiber, and the above-described problems caused by this can be solved. In addition, when sealing is performed at two or more input / output openings, the size of the package can be reduced at two or more locations, and the light between the conventional two or more sets of connection members and the sealing member can be reduced. The weighted problem due to the management of the length (dimension) and accuracy of the fiber can be effectively solved. In addition, by reducing the number of parts, it is possible to improve the yield and reduce the overall cost.
In the present embodiment, the connecting member 4a and the optical element 1 are distorted due to a change in the surrounding environment and / or the arrangement position (dimension relationship) is changed in these (the connecting member 4a and the optical element 1). Even if there is, there is a direct or indirect fixation to the package 2 in a state where the occurrence of distortion and the fluctuation of the arrangement position (dimensional relationship) do not interfere with each other (the fixed state is shown in FIG. Not shown). Taking the case of the thermal expansion of the package 2 as an example, the connection member 4a and the optical element 1 are in a state where the distortion and the change in the arrangement position (dimensional relationship) caused by the thermal expansion of the package 2 do not interfere with each other. Specifically, they are fixed to the package 2 while being separated from each other and without interfering objects.
In this case, both may be fixed directly inside the package 2 or indirectly with a plate (not shown) for mounting both interposed therebetween. By doing so, for example, even when the package 2 or the plate expands and contracts due to a change in environment such as thermal expansion of the package 2 and the connection member 4a and the optical element 1 are distorted or changed, As will be described later, since they do not interfere with each other, high reliability can be obtained. With such a configuration, it is possible to prevent peeling and destruction of the fixed portion from the package 2 and also to prevent “increase in reflection and loss in an optical path” that occurs with such peeling and destruction. Can be. In the above description, the example of the thermal expansion of the package 2 has been described as the “change in the surrounding environment”. However, the “change in the surrounding environment” in the present invention is not limited to this. Means a wide concept including changes in
The optical axis relatively changes due to expansion and contraction of the package 2 and the plate. If this is a problem, the coefficient of thermal expansion of the plate is determined by the coefficient of thermal expansion of the package 2. The problem can be reduced by optimizing the thermal expansion coefficients of the connection member 4a and the optical element 1 respectively. Also in this case, stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion is generated in the fixed portion, but the stress is not concentrated on a limited area like the end face of the connection member 4a and the optical element 1, but is stored. The effect of the stress can be reduced because it is diffused to the entire part. Further, even if there is a slight deterioration of the fixed interface, it does not become an optical path through which light propagates, so that the characteristic deterioration is small.
When the optical element 1 and the connecting member 4a are directly fixed by bonding or the like, when the package 2 is to be expanded, the connecting member 4a cannot be expanded because the connecting member 4a is fixed to the optical element 1. Stress will be generated in the directly fixed portion (adhered portion). Since this directly fixed portion (adhesive portion) is usually provided between the end faces, it also includes an optical path, and there is a high possibility that a defect such as breakage occurs in the adhesive portion due to the above-mentioned stress. For example, if separation occurs in a portion serving as an optical path, the separated portion becomes an air layer having a random shape. Depending on the shape of the air layer, the reflected light returns to the original fiber (the occurrence of reflected return light). ), There is a high probability that the transmitted light is bent in the optical path and the loss is increased. Even in the case of the present embodiment, since the optical element 1 and the connection member 4a are not directly fixed by an adhesive or the like, an air layer exists, but the end face of the connection member 4a and the end face of the optical element 1 Since the shape of the air layer is uniquely determined, the design can be made such that the reflected light does not return to the original fiber, and the problem of the generation of the reflected return light does not occur. Further, since the position of the optical path of the transmitted light is determined and fixed in consideration of the refraction by air in advance, the problem of loss does not occur. That is, a problem arises when an unexpected change such as peeling occurs from the initial state.
When the optical element 1 and the connecting member 4a are not directly fixed but are adhered and fixed via the package 2 and the plate, respectively, the connecting member 4a is restricted by the optical element 1 even if the package 2 and the plate extend. Because there is no, the film can be stretched as it is, and the above-mentioned stress does not occur. It should be noted that the stress generated in the portion fixed to the package 2 or the plate by adhesion is a portion deviated from the optical path, so that the characteristic is hardly deteriorated.
The optical element used in the present invention is not particularly limited. For example, an element using MEMS (micro-electro-mechanical system), an optical waveguide (PLC), a semiconductor laser (LD), and a photodiode ( And at least one selected from the group consisting of PD).
The connection member 4a used in the present invention is not particularly limited. For example, an optical fiber array, a lens array (collimator array), a waveguide (PLC) array, a semiconductor laser (LD) array, and a photodiode (PD) ) At least one selected from the group consisting of arrays. Note that these are not limited to those for multiple cores, and may be for single cores.
In the present embodiment, the collimator array 4b is used as the connecting member 4a. The collimator array 4b has two optical fibers (not shown) each having a lens 6 disposed at the tip thereof. Between the substrates 4c. In FIG. 1B, reference numeral 7 denotes light beams arranged in parallel by the collimator array 4b.
The use of the collimator array 4b has the following advantages. That is, when the optical element 1 is, for example, an optical waveguide (PLC) or the like, if the distance between the optical fiber and the optical waveguide (PLC) is too large, the transmission loss increases (for example, when the loss specification of the optical element is severe). In some cases, this distance is about 10 μm). Also, there are variations in the outer dimensions of the package 2 and the optical element 1, and it is difficult to completely manage the external dimensions. May be assigned to the connection member 4a (the sealable region (length) is made longer). However, if the optical element 1 cannot be arranged in the vicinity of the package 2 due to restrictions on the arrangement of the optical element 1 or the like, or if there is a demand to reduce the size of the whole or to reduce the cost of the connecting member 4a itself, 4a may not be able to be made large (long). In such a case, the distance of the optical element 1 from the end face of the lens 6 can be increased without increasing the transmission loss by using the connection member 4a as the collimator array 4b with the lens 6 or a light collecting member. Can be. In addition, among the optical elements 1, in the case of a device using MEMS under which strict light-gathering conditions (secure of parallel rays) are imposed, it is particularly preferable to use the collimator array 4 b. In the case of a MEMS switch or the like, the configuration is often complicated (there may be input / output openings on all four sides of the package). In such a case, the advantage of using the collimator array 4b is particularly great. .
The material of the substrate 4c constituting the connecting member 4a (for example, the collimator array 4b) is not particularly limited, and examples thereof include glass and silicon (Si). Since Kovar or alumina is generally used as the material of the package 2, the viewpoint of thermal expansion, the viewpoint of mechanical strength from the viewpoint of sealing work and stress of sealing material (solder) stress, and further, the connection member Crystallized glass is preferred from the viewpoint of the material structure that the V-groove and the like can be processed with high precision from the viewpoint of function. Considering the use of solder as a sealing material, crystallized glass coated with a metal such as nickel (Ni) or gold (Au) is more preferable.
The coefficient of thermal expansion of the crystallized glass is preferably the same as or similar to the coefficient of thermal expansion of the material constituting the package, from the viewpoint of reducing the strain stress in the sealing structure. Sealing is usually 1 × 1 -Ten ~ 1 × 10 -12 Pa ・ m Three / Sec, and a high strain stress may cause even a slight deterioration in the sealing structure.
Further, at least a part of the material of the substrate 4c (for example, the part forming the sealing structure (the part to be heated)) constituting the connection member 4a (for example, the collimator array 4b) is a high melting point eutectic solder. It may be. With this configuration, the heat resistance can be improved.
The sealing structure 5a is formed by filling or disposing a sealing agent 5b in or around the gap between the connection member 4a (for example, the collimator array 4b) and the input / output opening 3 or around them. Is also good. There is no particular limitation on the sealant 5b, and examples thereof include lead solder and high melting point eutectic solder.
Since the optical element package of the present embodiment is configured as described above, it has a stable sealing structure that facilitates sealing work, is small in size, has a small number of parts, has a high yield, and Efficient light propagation (transmission) becomes possible. That is, in the present embodiment, since the connection member forms a sealing structure by closing the input / output opening as a part of itself, the sealing structure is provided at the intermediate portion of the conventional optical fiber ribbon. Unlike the sealing by the sealing member formed with the above, a component for transmitting (transmitting) light is not processed, so that a stable sealing can be obtained, the sealing operation is easy, the size is small, and the number of parts is small. With low yield and high yield, propagation (transmission) loss due to, for example, solder stress does not occur, and efficient use of light propagation (transmission) is possible with the use of a collimator array. Become.
FIGS. 2A and 2B are explanatory views schematically showing a second embodiment of the optical element package of the present invention. FIG. 2A shows the inside and outside of the package 2. (B) shows the case where the sealing agent 5b is used from the outside of the package 2. As shown in FIGS. 2A and 2B, in the optical element package 10 according to the present embodiment, the distal end (array distal end) 9 of the connection member 4a (collimator array 4b) is located at a plurality of locations of the package 2 (this embodiment). In the embodiment, only one location is shown), the input / output opening 3 is formed in a shape corresponding to the shape of the input / output opening 3, and the array front end 9 is fitted into the input / output opening 3 from the outside of the package 2. The sealing structure 5a is formed by fitting in the state and closing the input / output opening 3.
With this configuration, a more reliable and more stable sealing can be realized.
When such a configuration is adopted, it is necessary to strictly control the distance between the surfaces (contact surfaces) that hit the package. In the case where the connection member and the optical element are integrally fixed, such control is usually extremely difficult. In addition, if the length is misaligned, an unnecessarily large space is left between the contact surface and the package, so that sufficient sealing cannot be realized, or temporary fixing by YAG (yttrium aluminum garnet) described later. Can not do. When the shape distortion does not interfere with the connection member and the optical element (for example, when the connection member and the optical element are separated from each other), the distance between the connection member and the optical element is on the order of μm. Acceptability becomes possible. However, in this case, if it is fixed outside the package, the above-described difficulty will be caused. Therefore, it is preferable that the alignment of the connection member and the optical element be performed in a state where the optical element is stored in the package or simultaneously with the storage. In this case, reliable sealing can be obtained by performing alignment while the contact surface of the connection member is in contact with the package.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a third embodiment of the optical element package of the present invention. As shown in FIG. 3, the optical element package 10 of the present embodiment includes a first metal ring 21 at a position on the outer periphery of the connection member 4 a (for example, the collimator array 4 b) in contact with the outer side surface of the package 2. Are arranged and fixed, and the first metal ring 21 and the second metal ring 22 arranged and fixed on the outer side surface of the package 2 are YAG (yttrium aluminum garnet) welding and spot laser welding. Or, it is configured to be temporarily fixed by seam welding (welding portions are indicated by reference numeral 23). FIG. 3 shows a case where the metal ring 22 is used, but the metal ring 22 may not be used.
With this configuration, a more reliable and more stable sealing can be realized.
The optical element package 10 of the present invention has a structure in which the connection between the optical element 1 and the connection member 4a (collimator array 4b) and the alignment thereof can be performed from the outside of the package. That is, the package 2 and the optical element 1 are fixed, and the collimator array 4b is fixed to the xyz stage. Light is input to both ends of the collimator array 4b, and the collimator array 4b is moved by the xyz stage to align the two ends of the optical element 1. Thereby, the collimator array 4b and the optical element 1 can be aligned on all channels. If the xyz stage is fixed in this state, the alignment does not shift.
In the optical element package of the present invention, as shown in FIG. 4, the optical element 1 (see FIG. 1B) is housed inside the package 2 and the input / output opening 3 is closed by the connecting member 4a. After the sealing structure 5a is formed, the final form is completed by, for example, seam welding the lid 24.
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the optical element package of the present invention will be described.
First, a connection member (for example, a collimator array) is made of a material having a coefficient of thermal expansion of the same value or a value close to that of the material constituting the package, and the lens is aligned and fixed. In this case, metallization (metallization) may be applied to at least a portion of the surface of the connection member (collimator array) where the sealant such as solder is provided, in order to increase the adhesion of solder. Next, a connection member (for example, a collimator array) and an optical element are aligned from the outside of the package, and when alignment is completed, the solder is allowed to flow to a metal coating (metallized) surface and airtightly sealed. Or, in order to improve the accuracy, the first metal ring (and the second metal ring as necessary) is temporarily fixed by YAG welding or seam welding and then hermetically sealed. Note that the solder may be melted in a state where it is formed in a ring shape in advance and fitted into a connection member (for example, a collimator array). Finally, the optical element package of the present invention can be obtained by seam welding the lid to the package.
[0049]
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited by these Examples.
(Example 1)
In the present example, the one having the structure shown in FIG.
The collimator array 4b was used as a connection member for sealing a MEMS switch (not shown) as an optical element. The material of the collimator array substrate 4c constituting the collimator array 4b composed of a fiber array and a lens array (neither is shown) matches the expansion coefficient of alumina as the material of the package 2, Two -Al Two O Three −Li Two O-based crystallized glass (trade name: Milacron PP-1 manufactured by NGK Insulators, Ltd.). The side portion of the collimator array substrate 4c and the insertion portion of the package 2 were coated with nickel (Ni). The lens 6 has 12 channels arranged at a pitch of 1 mm. The dimensions of the collimator array substrate 4c were 14 × 8 × 3 mm ((W) × (L) × (H)).
The fiber array (the part constituting the sealing structure with the package (the part to be heated)) was mounted with gold tin (AuSn) solder. The mounting of the lens array itself and the connection between the fiber array and the lens array were performed using a heat-resistant adhesive. It is necessary to prevent the important connecting member from being broken when heating for the solder for sealing the package. In this case, since it is practically difficult to make all parts of the connection member by high-temperature solder and to have heat resistance, a part (heated part) constituting a sealing structure with the package is difficult. The fiber array part having high heat resistance was used, and an adhesive having lower heat resistance than that of the fiber array part was used for other parts (the mounting part of the lens array itself and the joint part between the fiber array and the lens array).
A preform solder (50 μm thick tin lead) serving as a ring-shaped sealing agent 5 b was placed on the package 2, the collimator array substrate 4 c, and the input / output opening 3. The preform solder had a size of 16 × 5 mm, a thickness of 50 μm, and a hole of 14.2 × 3.2 mm. The hole was set in the package 2 through the collimator array substrate 4c.
The input / output opening 3 was set to 14.5 × 3.5 mm, and the ring-shaped preform solder to be the sealing structure 5a and the collimator array substrate 4c were inserted into the input / output opening 3. There was sufficient clearance between the collimator array substrate 4c and the package 2, and the collimator array 4b was moved to align the MEMS switch inside the package 2 to align the light beam 7.
The package 2 and the collimator array substrate 4c were temporarily fixed in an aligned state. In this state, the tin-lead solder is melted in the input / output opening 3 and the array end 9 and gold-tin (AuSn) solder, which is a fiber array-mounted solder, is locally heated to 200 ° C. by laser so that the solder is not melted. The ring-shaped solder as 5b was melted. At this time, since the solder is wet only in a portion having a metal coating, the package 2 and the collimator array substrate 4c are joined by filling the input / output opening 3 with the sealing agent 5b. Since the amount of the sealing agent 5b is sufficient to seal the input / output opening 3, the sealing structure 5a can be obtained. The portion of the sealing structure 5a is a portion constituting a fiber array, and has sufficient heat resistance by gold tin (AuSn) solder. In addition, since the mounting part of the lens array itself and the bonding part of the fiber array and the lens array, which were mounted with the adhesive, were at or below the heat resistance temperature due to local heating of only the sealing, the sealing operation could be performed without quality deterioration. .
(Example 2)
In the present example, the one having the structure shown in FIG.
A collimator array substrate 4c having the same expansion coefficient as that of the package 2 is formed on the package 2 with a step at the array tip 9 and a portion outside the package 2 and a portion outside the package 2 is made larger than the input / output opening 3. Assembled into shape. The collimator array substrate 4c was 16 (W) x 8 (L) x 5 (H) mm, and the step was 14 (W) x 2 (L) x 3 (H) mm. Other basic designs, materials, and the like were the same as in Example 1.
The collar portion of the collimator array substrate 4c and the input / output opening 3 of the package 2 are covered with a metal coating of nickel (Ni).
A preform solder (for example, tin lead having a thickness of 50 μm) of a sealant 5b processed into a ring shape was placed on the package 2, the collimator array substrate 4c, and the input / output opening 3. The preform solder had a size of 16 × 5 mm, a thickness of 50 μm, and a hole of 14.2 × 3.2 mm. The hole was set in the package 2 through the array end 9 of the collimator array substrate 4c. The input / output opening was 14.5 (W) × 3 (L) × 5 (H) mm.
A ring-shaped preform solder as a sealant 5 b for forming a sealing structure 5 a and a collimator array substrate 4 c were inserted into the input / output opening 3. Thereby, the preform solder is sandwiched between the package 2 and the collimator array substrate 4c.
There is sufficient clearance between the collimator array substrate 4c and the package 2, and the collimator array 4b can be moved to align the optical elements (not shown) inside the package 2 to align the light beam 7. did it.
The package 2 and the collimator array substrate 4c were fixed in an aligned state. In this state, the tin-lead solder is melted in the input / output opening 3 and the array end 9 and gold-tin (AuSn) solder, which is a fiber array-mounted solder, is locally heated to 200 ° C. by laser so that the solder is not melted. The ring-shaped solder as 5b was melted. At this time, since the solder was wet only on a portion having a metal coating, the package 2 and the collimator array substrate 4c were joined by filling the input / output opening 3 with the sealant 5b. Since the amount of the sealing agent 5b is sufficient to seal the input / output opening 3, the sealing structure 5a can be obtained.
(Embodiment 3)
In the present example, the structure shown in FIG. 3 was manufactured.
The basic shape and material were the same as in Example 2 except that the fiber array was mounted using gold germanium (AuGe) which was a high melting point solder. Before inserting the collimator, a Kovar ring (external size 16 × 5 mm, thickness 100 μm, 14.2 × 3. 2 mm hole). The first metal ring (Kovar ring) 21 was fixed to the collimator array substrate 4c in advance with gold germanium (AuGe) solder which is a high melting point solder.
The collar portion of the collimator array substrate 4c and the input / output opening 3 of the package 2 are covered with gold (Au).
A preform solder (gold tin (AuSn) 50 μm thick) as a ring-shaped sealing agent 5 b was placed on the package 2, the collimator array substrate 4 c, and the input / output opening 3. The preform solder had a size of 16 × 5 mm, a thickness of 50 μm, and a hole of 14.2 × 3.2 mm. The hole was set in the package 2 through the array tip 9 of the collimator array substrate 4c. The input / output opening 3 was 14.5 (W) × 3 (L) × 5 (H) mm.
There is sufficient clearance between the collimator array substrate 4c and the package 2, and the collimator array 4b can be moved to align the optical element (not shown) inside the package 2 to align the light beam 7. did it.
The package 2 and the collimator array substrate 4c were fixed in an aligned state. In this state, the interface between the second metal ring 22 and the package 2 was spot-welded by spot laser welding and fixed by welding (in the figure, the welded portion is indicated by reference numeral 23). The laser output was 3J.
The package 2, the first metal ring (Kovar ring) 21, and the collimator array substrate 4c were fixed in an aligned state. In this state, the input / output opening 3 and the array tip 9 were partially heated to about 280 ° C. at which the gold-tin (AuSn) solder melts, thereby melting the ring-shaped solder as the sealant 5b. Since the solder is wet only on the portion having the gold (Au) coating, the package 2 and the collimator array substrate 4c are joined by filling the input / output opening 3 with the sealant 5b. Since the sealing agent 5b has a sufficient amount to seal the input / output opening 3, the sealing structure 5a can be obtained. The portion of the sealing structure 5a is a portion constituting the fiber array, and has sufficient heat resistance due to gold germanium (AuGe) solder. In addition, since the mounting portion of the lens array itself and the bonding portion between the fiber array and the lens array, which were mounted with the adhesive, were at or below the heat-resistant temperature due to local heating only for sealing, the sealing operation could be performed without quality deterioration. .
[0067]
As described above, according to the present invention, the sealing operation is easy, the sealing structure is stable, the size is small, the number of parts is small, the yield is high, and the efficient light propagation (transmission) is achieved. ) Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is an explanatory view schematically showing a basic configuration of an optical element package of the present invention, and FIG. 1B is a first embodiment of the optical element package of the present invention. It is explanatory drawing which shows a form typically.
FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a second embodiment of the optical element package of the present invention. FIG. 2A shows a case where a sealant is used on the inner side and the outer side of the package. FIG. 2B shows a case where a sealant is used on the outside of the package.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a third embodiment of the optical element package of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view schematically showing a state in which a lid is seam-welded to a package in the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view schematically showing an example of a conventional optical element package (in the case where there is one input / output opening), and FIG. 5A shows a case where the optical element is arranged substantially at the center. FIG. 5 (b) shows a case where they are arranged on one side.
FIG. 6 is an explanatory view schematically showing an example of a conventional optical element package (in the case where there are two input / output openings), and FIG. 6 (a) shows a case where the optical element is arranged substantially at the center. FIG. 6 (b) shows a case where they are arranged on one side.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical element, 2 ... Package, 3 ... Input / output opening, 4a ... Connection member, 4b ... Collimator array, 4c ... Substrate, 4d ... Central part, 5a ... Sealing structure, 5b ... Sealant, 6 ... Lens , 7: light beam, 8: optical fiber ribbon, 9: array tip, 10: optical element package, 11: optical element, 12: package, 13, 13 ': input / output opening, 14, 14': connecting member ( Collimator array), 15, 15 'sealing member, 18 optical fiber, 21 first metal ring (Kovar ring), 22 second metal ring, 23 welding spot, 24 lid.