專利名稱：金屬罩和具有該金屬罩的光學(xué)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置有金屬罩的光學(xué)裝置，該金屬罩焊接到基 座上以氣密性地密封其中安裝有諸如半導(dǎo)體激光二極管(LD)或半 導(dǎo)體光電二極管(PD)等半導(dǎo)體光學(xué)器件的空間。
背景技術(shù)：
設(shè)置有同軸封裝的光學(xué)裝置通常包括金屬基座和金屬罩。該基 座安裝有LD或PD，偶爾安裝有一些諸如用于放大由PD產(chǎn)生的信 號的前置放大器IC和用于驅(qū)動LD的驅(qū)動器IC等電子器件。氣密性 地固定到基座上的罩提供了將LD或PD以及電子器件封裝在其中的 空間。在光學(xué)裝置的同軸封裝中，基座具有盤狀，而罩具有圓筒狀。 罩包括殼體部分和凸緣部分。殼體部分設(shè)置有透明窗，從安裝在上 述空間內(nèi)的LD發(fā)出的光或朝向安裝在上述空間內(nèi)的PD發(fā)射的光穿 過該透明窗；而位于透明窗相對側(cè)的凸緣部分通過焊接固定到基座 上。
對罩和基座進(jìn)行組裝，例如通過電阻焊接將罩的凸緣部分固定 到基座上。如圖4所示，電阻焊接將與基座103對齊的罩102的凸 緣102a置于兩個電極El與E2之間，以使得凸緣102a和基座103 的外周部分被電極El和E2壓緊并且提供大脈沖電流以熔化凸緣 102a和基座103的外周部分。這樣，將罩102焊接到基座103上。 然而，所述電阻焊接通常會由于焊接時熔化的且在內(nèi)部空間飛散的 碎片而導(dǎo)致或產(chǎn)生諸如器件之間的短路或者安裝在封裝內(nèi)的器件的 機械損壞等故障。即使焊接不會產(chǎn)生在空間S中飛散的碎片，但當(dāng) 罩102和基座103受到振動時由焊接熔化的多余金屬會滲出內(nèi)部空 間S，偶爾會產(chǎn)生飛散的碎片。
殼體111的凸緣部分llla有時設(shè)置有高度約為0.1mm的環(huán)狀突起lllb以增加焊接時的電流密度。該環(huán)狀突起lllb可便于使凸
緣部分llla熔化，進(jìn)而圍繞基座112進(jìn)行均質(zhì)焊接。然而，環(huán)狀突 起lllb對于突起的過量部分進(jìn)入空間S的分離不起作用。脈沖電流 易于將環(huán)狀突起lllb的頂端部分熔化，相反，突起便于熔化，熔化 的突起由于壓力而容易在空間S內(nèi)擴(kuò)展以將凸緣部分llla抵靠在基 座112上。
在空間S內(nèi)延伸的熔化的突起導(dǎo)致上述故障。電阻焊接的適當(dāng) 條件，具體為將凸緣部分llla抵靠在基座112上的減小的壓力可降 低焊接產(chǎn)生的過量碎片滲出空間S的可能性。然而，焊接處減小的 壓力不可避免將導(dǎo)致氣密性的可靠性降低。
日本專利申請公開JP-2007-134644A披露了如圖7示意性示出
的帶有焊接到基座上的罩的光學(xué)裝置。上述現(xiàn)有技術(shù)中的罩的凸緣 部分設(shè)置有環(huán)狀突起122a，該環(huán)狀突起122a附帶有緊鄰環(huán)狀突起 122a內(nèi)側(cè)且沿著環(huán)狀突起122a延伸的臺階122b。臺階122b設(shè)置成 確保焊接突起122a的高度并且具有保護(hù)突起122a免受過度擠壓的 功能，另外臺階122b還可表現(xiàn)出另一功能，即防止焊接產(chǎn)生的熔化 碎片飛散到空間S中。

發(fā)明內(nèi)容
圖7所示的突起122a和臺階122b的構(gòu)造可以非常有效地防止 熔化碎片向空間中飛散。然而，難以制造出帶有突起122a的臺階 122b。對金屬塊的加工可以制出基座122b，但這是一項浪費成本的 技術(shù)。考慮到圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明利甩節(jié)約成本的技術(shù)提 供了將罩焊接到基座上的構(gòu)造，其基本上防止了突起的熔化碎片飛 入內(nèi)部空間S中。
本發(fā)明的一個方面涉及一種光學(xué)裝置，其設(shè)置有諸如LD和PD 等的半導(dǎo)體光學(xué)器件。本發(fā)明的光學(xué)裝置包括金屬基座，其具有 圓盤形狀，并且構(gòu)造為在其上安裝有所述半導(dǎo)體光學(xué)器件；以及金 屬罩，其具有主體部分和凸緣部分。所述主體部分大致呈圓筒形狀，
而所述凸緣部分形成在所述主體部分的端部。所述凸緣部分設(shè)置有焊接到所述金屬基座上的環(huán)狀突起和鄰近所述環(huán)狀突起的內(nèi)側(cè)而形 成的環(huán)狀凹槽。所述環(huán)狀凹槽具有朝所述環(huán)狀突起的相反方向(與 所述環(huán)狀突起的突起方向相反的方向)延伸的凹部(中空部分)。 本發(fā)明具有這樣的特征即，通過對包括所述環(huán)狀突起和所述環(huán)狀
凹槽的金屬板材進(jìn)行沖壓而形成所述罩的所述主體部分和所述凸緣 部分，并且所述環(huán)狀凹槽捕獲在將所述環(huán)狀突起焊接到所述基座上 時產(chǎn)生的碎片。
所述環(huán)狀凹槽的凹部具有梯形截面，在焊接之前所述凹部的體 積大致等于或大于所述環(huán)狀突起的體積。所述罩可以由鐵鎳鈷 (Fe-Ni-Co)合金或冷軋鋼制成。所述環(huán)狀凹槽可以與所述環(huán)狀突起 形成為同心圓狀，以便沿著圓盤狀的基座的外周捕獲由于均質(zhì)焊接 而產(chǎn)生的碎片。


將參考附圖進(jìn)一步詳細(xì)地說明本發(fā)明，其中
圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)裝置的截面圖，其中省略罩來
說明光學(xué)裝置的基座；
圖2A至2C分別為根據(jù)本發(fā)明實施例的罩的凸緣部分的截面
圖、俯視圖以及放大圖3為將罩電阻焊接到基座上的截面圖4示意性示出了將罩電阻焊接到基座上的工藝；
圖5為提供凸緣部分的變型結(jié)構(gòu)的另一罩的截面圖6A為具有僅設(shè)置環(huán)狀突起的凸緣部分的傳統(tǒng)罩的截面圖，
圖6B示意性示出了由于將突起焊接到基座上而產(chǎn)生的碎片在罩的
空間內(nèi)飛散的故障；以及
圖7示意性示出了另一類型的具有環(huán)狀突起的罩，該環(huán)狀突起
帶有限定突起的焊接高度的臺階。
具體實施例方式
圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的光學(xué)裝置的截面圖，而
6圖2A至2C示意性示出了光學(xué)裝置的罩。圖2A至2C分別為罩4的截面圖、俯視圖以及放大圖。根據(jù)本實施例的光學(xué)裝置是一種安裝有作為光-電轉(zhuǎn)換器件的半導(dǎo)體光電二極管(在下文中記作PD)的光接收器(在下文中記作ROSA)。盡管著重說明了ROSA，但本發(fā)明的精神可同樣應(yīng)用于另一種稱作光發(fā)送器(在下文中記作TOSA)的光學(xué)裝置，其安裝有作為電-光轉(zhuǎn)換器件的半導(dǎo)體激光二極管(在下文中記作LD)。
本實施例的光學(xué)裝置1設(shè)置有基座3和固定到基座3上的罩4。PD 2被安裝在基座3上并處于由基座3和罩4形成的且從外部氣密性地密封的空間S中。圖中所示的光學(xué)裝置1大致呈圓筒形狀，并且通常稱作CAN型器件。通過凸焊將罩4固定到基座3的頂面上。
由金屬制成的基座3具有主表面3a，諸如本實施例中的PD 2等半導(dǎo)體器件安裝在該主表面3a上。可以通過模壓例如由鐵鎳鈷(Fe-Ni-Co)合金(通常稱作科瓦鐵基鎳鈷合金，Kovar)制成的金屬板或鍍有鎳(Ni)和金(Au)的冷軋鋼板來形成基座3?；?具有直徑約為5.6mm的大致圓盤形狀?；?的主表面3a也可以安裝有諸如用于放大由PD 2產(chǎn)生的微弱電信號的前置放大器和插入電源線的一些電容器等其他電子器件。
基座3還設(shè)置有貫穿密封玻璃的多個引腳5。利用接合線將引腳5電氣地連接至PD 2或前置放大器以便將由PD產(chǎn)生的信號和/或由前置放大器放大的信號從光學(xué)裝置中輸出。
覆蓋基座主表面3a的罩4設(shè)置有透鏡4a和保持透鏡4a的殼體4b。罩4可以通過如下步驟形成首先，對厚度約為0.2mm的由鐵鎳合金制成的金屬板進(jìn)行沖孔以得到帶有將透鏡4a設(shè)置到其中的開孔的金屬盤；其次，沖壓金屬盤以形成殼體4b。本發(fā)明具有這樣的特征S卩，該沖壓步驟還在殼體4b上形成后面將說明的突起和凹槽。最后，通過密封玻璃將透鏡4a固定到外殼4b上，進(jìn)而制成罩4。優(yōu)選地，殼體4b涂覆有鎳和金。
參考圖2A，殼體4b設(shè)置有與基座3—起形成空間S的主體部分B和圍繞主體部分B的凸緣部分F。主體部分B將透鏡4a保持在貫穿密封玻璃而在中心部分形成的開孔4c中。透鏡4a可以是直徑約為1.5mm且由HOYA提供的產(chǎn)品名為TAF3的球透鏡。在透鏡4a的表面涂覆有增透膜，該增透膜對于波長為1.3pm和1.55pm的光表現(xiàn)出大約為0的反射率。
如圖2A至2C所示，凸緣部分F設(shè)置有朝向與形成空間S的一側(cè)相反的方向突出的環(huán)狀突起Fl。凸緣部分F在環(huán)狀突起Fl的內(nèi)側(cè)還設(shè)置有朝向空間S的方向形成凹部的環(huán)狀凹槽F2。環(huán)狀突起Fl和環(huán)狀凹槽F2在凸緣部分F上形成為同心圓狀。
如圖2C所示，環(huán)狀突起F1的截面為頂角a約為75°的等腰三角形且頂部被截平，即環(huán)狀突起的截面可以為梯形。環(huán)狀突起F1的高度T設(shè)定為0.1mm。另一方面，環(huán)狀凹槽F2的截面具有形狀與環(huán)狀突起F1的截面吻合的內(nèi)空間K。優(yōu)選地，空間K的體積等于或略大于環(huán)狀突起F1的體積。在本實施例中，環(huán)狀凹槽F2形成為與環(huán)狀突起Fl連續(xù)?？梢栽谕ㄟ^沖壓使主體部分B成型的同時形成環(huán)狀突起F1和環(huán)狀凹槽F2。
如上所述，由于環(huán)狀凹槽F2形成在環(huán)狀突起F1的內(nèi)側(cè)，從熔化的突起F1產(chǎn)生的飛散碎片可以被捕獲在環(huán)狀凹槽F2之內(nèi)。將罩4固定到基座3上的電阻焊接通常會使熔化突起的碎片向內(nèi)側(cè)及外側(cè)飛散。飛散到罩4內(nèi)側(cè)的碎片通常會引起電路短路以及器件損壞的故障。緊鄰環(huán)狀突起F1內(nèi)側(cè)形成的環(huán)狀凹槽F2可以有效地捕獲由于焊接環(huán)狀突起F1而導(dǎo)致的向罩4內(nèi)側(cè)飛散的碎片；相應(yīng)地，即使光學(xué)裝置l發(fā)生振動，也可以防止由于飛散的碎片而導(dǎo)致的短路。
如上所述，由于環(huán)狀凹槽F2的體積K大致等于或略大于環(huán)狀突起F1的體積，因此如圖3所示熔化突起M可以填充環(huán)狀凹槽F2，并且在該處固化，從而可以有助于將罩4固定到基座3上，具體而言，可以增強空間S的氣密性。此外，由于環(huán)狀凹槽F2的截面具有下邊長于上邊的標(biāo)準(zhǔn)梯形的形狀，因此也可以增強對飛散碎片的捕獲和空間S的氣密性。
接下來，將說明本發(fā)明的效果。準(zhǔn)備兩個試樣并且對其進(jìn)行比較，其中一個試樣具有形狀如圖2A至2C所示的罩，而另一個試樣具有形狀如圖4所示的罩。對這兩個光學(xué)裝置進(jìn)行基于標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-883-2020和MIS-STD-750-2052的PIND試驗(粒子沖擊噪聲檢測儀試驗)。PIND試驗分析中空主體內(nèi)的異物的存在。沖擊光學(xué)裝置以便于中空主體內(nèi)異物的移動并且在振動臺上振動光學(xué)裝置，分析頻率與振動頻率不同的噪聲水平以判定在中空主體內(nèi)是否存在異物。
圖4所示的傳統(tǒng)器件在PIND試驗下在100個試樣中^生3個次品；而具有圖2A至2C所示的罩的器件在100個試樣中僅出現(xiàn)一個次品。這樣，帶有緊鄰環(huán)狀突起Fl內(nèi)側(cè)的環(huán)狀凹槽F2的罩4可以有效地防止熔化的碎片飛入罩4的內(nèi)部空間。
圖5示出了設(shè)置有變型凸緣部分FA的另一罩4A。由相同的符號或相同的數(shù)字指代與圖2A至2C所示的結(jié)構(gòu)相似的結(jié)構(gòu)，并且將省略重復(fù)的說明。本實例的殼體4Ab包括主體部分B和圍繞主體部分B的凸緣部分FA。與圖2A至2C所示的凸緣部分F不同的是，凸緣部分FA的頂面F3形成為平面。凸緣部分FA的平坦表面F3可便于在凸焊時將凸緣部分FA按壓在基座3上。平坦表面F3的相對面即凸緣部分FA的底面設(shè)置有用于凸焊的環(huán)狀突起Fl和緊鄰環(huán)狀突起內(nèi)側(cè)的環(huán)狀凹槽F2。這些環(huán)狀突起Fl和環(huán)狀凹槽F2形成為同心圓狀。這樣，環(huán)狀凹槽F2可以有效地捕獲由于對環(huán)狀突起進(jìn)行凸焊而產(chǎn)生的碎片。
盡管已經(jīng)例舉且說明了當(dāng)前認(rèn)為是本發(fā)明的示例性實施例，但對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以進(jìn)行多種其他變型，并且在不偏離本發(fā)明的主旨范圍的情況下可以替換等同內(nèi)容。另外，可以進(jìn)行許多變型以將具體情況適用于本發(fā)明的教義而不偏離本文所述的中心發(fā)明思想。因此，本意在于并不將本發(fā)明限制為所披露的具體實施例，而是使本發(fā)明包括屬于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)置有半導(dǎo)體光學(xué)器件的光學(xué)裝置，包括金屬基座，其具有圓盤形狀，并且構(gòu)造為在其上安裝有所述半導(dǎo)體光學(xué)器件；以及罩，其包括大致呈圓筒形狀的主體部分和設(shè)置在所述主體部分的端部的凸緣部分，所述凸緣部分設(shè)置有焊接到所述金屬基座上的環(huán)狀突起和緊鄰所述環(huán)狀突起內(nèi)側(cè)而形成的環(huán)狀凹槽，所述環(huán)狀凹槽具有朝所述環(huán)狀突起的相反方向延伸的凹部，其中，通過對包括所述環(huán)狀突起和所述環(huán)狀凹槽的金屬板材進(jìn)行沖壓而形成所述主體部分和所述凸緣部分，并且其中，所述環(huán)狀凹槽捕獲在將所述環(huán)狀突起焊接到所述基座上時產(chǎn)生的碎片。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述環(huán)狀凹槽的所述凹部具有梯形截面，在焊接之前所述凹部 的體積大致等于或大于所述環(huán)狀突起的體積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中， 所述罩由鐵鎳鈷(Fe-Ni-Co)合金制成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的的光學(xué)裝置，其中， 所述罩由冷軋鋼制成。
5. —種悍接到金屬基座上以形成光學(xué)裝置的金屬罩，所述金屬 罩和所述金屬基座形成CAN封裝，所述金屬罩包括主體部分，其大致呈圓筒形狀；以及凸緣部分，其設(shè)置在所述主體部分的一端，并且具有朝所述主 體部分的相反方向延伸的環(huán)狀突起和鄰近所述環(huán)狀突起內(nèi)側(cè)而形成 的環(huán)狀凹槽，所述環(huán)狀突起與所述環(huán)狀凹槽形成為同心圓狀，其中，通過沖壓金屬板材而同時形成所述主體部分和所述凸緣 部分。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬罩，其中， 所述環(huán)狀突起具有等腰三角形的截面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬罩，其中， 所述等腰三角形具有約為75°的頂角和被截平的頂部。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬罩，其中， 所述環(huán)狀突起具有O.lmm的高度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬罩，其中， 所述環(huán)狀突起具有梯形截面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬罩，其中， 所述環(huán)狀凹槽具有梯形截面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的金屬罩，其中， 所述環(huán)狀突起具有梯形截面，所述環(huán)狀突起的體積等于或小于具有梯形截面的所述環(huán)狀凹槽的體積。
12. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬罩，其中， 所述環(huán)狀凹槽與所述環(huán)狀突起形成為同心圓狀。
13. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬罩，其中， 所述金屬板材由鐵鎳鈷(Fe-Ni-Co)合金制成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬罩，其中， 所述金屬板材由冷軋鋼制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有CAN封裝的光學(xué)裝置，其中，將罩電阻焊接到基座上而不會引起由于焊接產(chǎn)生的碎片飛入所述封裝內(nèi)而導(dǎo)致的故障。本發(fā)明的所述罩具有焊接到所述基座上的凸緣部分。除了用于焊接的環(huán)狀突起以外，所述凸緣部分還設(shè)置有環(huán)狀凹槽。由于焊接產(chǎn)生的碎片可以被捕獲到所述環(huán)狀凹槽中，進(jìn)而可防止所述碎片飛入所述封裝內(nèi)。在沖壓以形成所述罩的主體部分的同時形成所述環(huán)狀凹槽和所述環(huán)狀突起。
文檔編號H01L23/02GK101640192SQ20091015206
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月29日
發(fā)明者西山直樹 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社