专利名称：金属罩和具有该金属罩的光学装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种设置有金属罩的光学装置，该金属罩焊接到基 座上以气密性地密封其中安装有诸如半导体激光二极管(LD)或半 导体光电二极管(PD)等半导体光学器件的空间。
背景技术：
设置有同轴封装的光学装置通常包括金属基座和金属罩。该基 座安装有LD或PD，偶尔安装有一些诸如用于放大由PD产生的信 号的前置放大器IC和用于驱动LD的驱动器IC等电子器件。气密性 地固定到基座上的罩提供了将LD或PD以及电子器件封装在其中的 空间。在光学装置的同轴封装中，基座具有盘状，而罩具有圆筒状。 罩包括壳体部分和凸缘部分。壳体部分设置有透明窗，从安装在上 述空间内的LD发出的光或朝向安装在上述空间内的PD发射的光穿 过该透明窗；而位于透明窗相对侧的凸缘部分通过焊接固定到基座 上。
对罩和基座进行组装，例如通过电阻焊接将罩的凸缘部分固定 到基座上。如图4所示，电阻焊接将与基座103对齐的罩102的凸 缘102a置于两个电极El与E2之间，以使得凸缘102a和基座103 的外周部分被电极El和E2压紧并且提供大脉冲电流以熔化凸缘 102a和基座103的外周部分。这样，将罩102焊接到基座103上。 然而，所述电阻焊接通常会由于焊接时熔化的且在内部空间飞散的 碎片而导致或产生诸如器件之间的短路或者安装在封装内的器件的 机械损坏等故障。即使焊接不会产生在空间S中飞散的碎片，但当 罩102和基座103受到振动时由焊接熔化的多余金属会渗出内部空 间S，偶尔会产生飞散的碎片。
壳体111的凸缘部分llla有时设置有高度约为0.1mm的环状突起lllb以增加焊接时的电流密度。该环状突起lllb可便于使凸
缘部分llla熔化，进而围绕基座112进行均质焊接。然而，环状突 起lllb对于突起的过量部分进入空间S的分离不起作用。脉冲电流 易于将环状突起lllb的顶端部分熔化，相反，突起便于熔化，熔化 的突起由于压力而容易在空间S内扩展以将凸缘部分llla抵靠在基 座112上。
在空间S内延伸的熔化的突起导致上述故障。电阻焊接的适当 条件，具体为将凸缘部分llla抵靠在基座112上的减小的压力可降 低焊接产生的过量碎片渗出空间S的可能性。然而，焊接处减小的 压力不可避免将导致气密性的可靠性降低。
日本专利申请公开JP-2007-134644A披露了如图7示意性示出
的带有焊接到基座上的罩的光学装置。上述现有技术中的罩的凸缘 部分设置有环状突起122a，该环状突起122a附带有紧邻环状突起 122a内侧且沿着环状突起122a延伸的台阶122b。台阶122b设置成 确保焊接突起122a的高度并且具有保护突起122a免受过度挤压的 功能，另外台阶122b还可表现出另一功能，即防止焊接产生的熔化 碎片飞散到空间S中。
发明内容
图7所示的突起122a和台阶122b的构造可以非常有效地防止 熔化碎片向空间中飞散。然而，难以制造出带有突起122a的台阶 122b。对金属块的加工可以制出基座122b，但这是一项浪费成本的 技术。考虑到图7所示的现有技术，本发明利甩节约成本的技术提 供了将罩焊接到基座上的构造，其基本上防止了突起的熔化碎片飞 入内部空间S中。
本发明的一个方面涉及一种光学装置，其设置有诸如LD和PD 等的半导体光学器件。本发明的光学装置包括金属基座，其具有 圆盘形状，并且构造为在其上安装有所述半导体光学器件；以及金 属罩，其具有主体部分和凸缘部分。所述主体部分大致呈圆筒形状，
而所述凸缘部分形成在所述主体部分的端部。所述凸缘部分设置有焊接到所述金属基座上的环状突起和邻近所述环状突起的内侧而形 成的环状凹槽。所述环状凹槽具有朝所述环状突起的相反方向(与 所述环状突起的突起方向相反的方向)延伸的凹部(中空部分)。 本发明具有这样的特征即，通过对包括所述环状突起和所述环状
凹槽的金属板材进行冲压而形成所述罩的所述主体部分和所述凸缘 部分，并且所述环状凹槽捕获在将所述环状突起焊接到所述基座上 时产生的碎片。
所述环状凹槽的凹部具有梯形截面，在焊接之前所述凹部的体 积大致等于或大于所述环状突起的体积。所述罩可以由铁镍钴 (Fe-Ni-Co)合金或冷轧钢制成。所述环状凹槽可以与所述环状突起 形成为同心圆状，以便沿着圆盘状的基座的外周捕获由于均质焊接 而产生的碎片。
将参考附图进一步详细地说明本发明，其中
图1为根据本发明实施例的光学装置的截面图，其中省略罩来
说明光学装置的基座；
图2A至2C分别为根据本发明实施例的罩的凸缘部分的截面
图、俯视图以及放大图3为将罩电阻焊接到基座上的截面图4示意性示出了将罩电阻焊接到基座上的工艺；
图5为提供凸缘部分的变型结构的另一罩的截面图6A为具有仅设置环状突起的凸缘部分的传统罩的截面图，
图6B示意性示出了由于将突起焊接到基座上而产生的碎片在罩的
空间内飞散的故障；以及
图7示意性示出了另一类型的具有环状突起的罩，该环状突起
带有限定突起的焊接高度的台阶。
具体实施例方式
图1示意性示出了根据本发明实施例的光学装置的截面图，而
6图2A至2C示意性示出了光学装置的罩。图2A至2C分别为罩4的截面图、俯视图以及放大图。根据本实施例的光学装置是一种安装有作为光-电转换器件的半导体光电二极管(在下文中记作PD)的光接收器(在下文中记作ROSA)。尽管着重说明了ROSA，但本发明的精神可同样应用于另一种称作光发送器(在下文中记作TOSA)的光学装置，其安装有作为电-光转换器件的半导体激光二极管(在下文中记作LD)。
本实施例的光学装置1设置有基座3和固定到基座3上的罩4。PD 2被安装在基座3上并处于由基座3和罩4形成的且从外部气密性地密封的空间S中。图中所示的光学装置1大致呈圆筒形状，并且通常称作CAN型器件。通过凸焊将罩4固定到基座3的顶面上。
由金属制成的基座3具有主表面3a，诸如本实施例中的PD 2等半导体器件安装在该主表面3a上。可以通过模压例如由铁镍钴(Fe-Ni-Co)合金(通常称作科瓦铁基镍钴合金，Kovar)制成的金属板或镀有镍(Ni)和金(Au)的冷轧钢板来形成基座3。基座3具有直径约为5.6mm的大致圆盘形状。基座3的主表面3a也可以安装有诸如用于放大由PD 2产生的微弱电信号的前置放大器和插入电源线的一些电容器等其他电子器件。
基座3还设置有贯穿密封玻璃的多个引脚5。利用接合线将引脚5电气地连接至PD 2或前置放大器以便将由PD产生的信号和/或由前置放大器放大的信号从光学装置中输出。
覆盖基座主表面3a的罩4设置有透镜4a和保持透镜4a的壳体4b。罩4可以通过如下步骤形成首先，对厚度约为0.2mm的由铁镍合金制成的金属板进行冲孔以得到带有将透镜4a设置到其中的开孔的金属盘；其次，冲压金属盘以形成壳体4b。本发明具有这样的特征S卩，该冲压步骤还在壳体4b上形成后面将说明的突起和凹槽。最后，通过密封玻璃将透镜4a固定到外壳4b上，进而制成罩4。优选地，壳体4b涂覆有镍和金。
参考图2A，壳体4b设置有与基座3—起形成空间S的主体部分B和围绕主体部分B的凸缘部分F。主体部分B将透镜4a保持在贯穿密封玻璃而在中心部分形成的开孔4c中。透镜4a可以是直径约为1.5mm且由HOYA提供的产品名为TAF3的球透镜。在透镜4a的表面涂覆有增透膜，该增透膜对于波长为1.3pm和1.55pm的光表现出大约为0的反射率。
如图2A至2C所示，凸缘部分F设置有朝向与形成空间S的一侧相反的方向突出的环状突起Fl。凸缘部分F在环状突起Fl的内侧还设置有朝向空间S的方向形成凹部的环状凹槽F2。环状突起Fl和环状凹槽F2在凸缘部分F上形成为同心圆状。
如图2C所示，环状突起F1的截面为顶角a约为75°的等腰三角形且顶部被截平，即环状突起的截面可以为梯形。环状突起F1的高度T设定为0.1mm。另一方面，环状凹槽F2的截面具有形状与环状突起F1的截面吻合的内空间K。优选地，空间K的体积等于或略大于环状突起F1的体积。在本实施例中，环状凹槽F2形成为与环状突起Fl连续。可以在通过冲压使主体部分B成型的同时形成环状突起F1和环状凹槽F2。
如上所述，由于环状凹槽F2形成在环状突起F1的内侧，从熔化的突起F1产生的飞散碎片可以被捕获在环状凹槽F2之内。将罩4固定到基座3上的电阻焊接通常会使熔化突起的碎片向内侧及外侧飞散。飞散到罩4内侧的碎片通常会引起电路短路以及器件损坏的故障。紧邻环状突起F1内侧形成的环状凹槽F2可以有效地捕获由于焊接环状突起F1而导致的向罩4内侧飞散的碎片；相应地，即使光学装置l发生振动，也可以防止由于飞散的碎片而导致的短路。
如上所述，由于环状凹槽F2的体积K大致等于或略大于环状突起F1的体积，因此如图3所示熔化突起M可以填充环状凹槽F2，并且在该处固化，从而可以有助于将罩4固定到基座3上，具体而言，可以增强空间S的气密性。此外，由于环状凹槽F2的截面具有下边长于上边的标准梯形的形状，因此也可以增强对飞散碎片的捕获和空间S的气密性。
接下来，将说明本发明的效果。准备两个试样并且对其进行比较，其中一个试样具有形状如图2A至2C所示的罩，而另一个试样具有形状如图4所示的罩。对这两个光学装置进行基于标准MIL-STD-883-2020和MIS-STD-750-2052的PIND试验(粒子冲击噪声检测仪试验)。PIND试验分析中空主体内的异物的存在。冲击光学装置以便于中空主体内异物的移动并且在振动台上振动光学装置，分析频率与振动频率不同的噪声水平以判定在中空主体内是否存在异物。
图4所示的传统器件在PIND试验下在100个试样中^生3个次品；而具有图2A至2C所示的罩的器件在100个试样中仅出现一个次品。这样，带有紧邻环状突起Fl内侧的环状凹槽F2的罩4可以有效地防止熔化的碎片飞入罩4的内部空间。
图5示出了设置有变型凸缘部分FA的另一罩4A。由相同的符号或相同的数字指代与图2A至2C所示的结构相似的结构，并且将省略重复的说明。本实例的壳体4Ab包括主体部分B和围绕主体部分B的凸缘部分FA。与图2A至2C所示的凸缘部分F不同的是，凸缘部分FA的顶面F3形成为平面。凸缘部分FA的平坦表面F3可便于在凸焊时将凸缘部分FA按压在基座3上。平坦表面F3的相对面即凸缘部分FA的底面设置有用于凸焊的环状突起Fl和紧邻环状突起内侧的环状凹槽F2。这些环状突起Fl和环状凹槽F2形成为同心圆状。这样，环状凹槽F2可以有效地捕获由于对环状突起进行凸焊而产生的碎片。
尽管已经例举且说明了当前认为是本发明的示例性实施例，但对于本技术领域的技术人员可以进行多种其他变型，并且在不偏离本发明的主旨范围的情况下可以替换等同内容。另外，可以进行许多变型以将具体情况适用于本发明的教义而不偏离本文所述的中心发明思想。因此，本意在于并不将本发明限制为所披露的具体实施例，而是使本发明包括属于所附权利要求的范围内的所有实施例。
权利要求
1.一种设置有半导体光学器件的光学装置，包括金属基座，其具有圆盘形状，并且构造为在其上安装有所述半导体光学器件；以及罩，其包括大致呈圆筒形状的主体部分和设置在所述主体部分的端部的凸缘部分，所述凸缘部分设置有焊接到所述金属基座上的环状突起和紧邻所述环状突起内侧而形成的环状凹槽，所述环状凹槽具有朝所述环状突起的相反方向延伸的凹部，其中，通过对包括所述环状突起和所述环状凹槽的金属板材进行冲压而形成所述主体部分和所述凸缘部分，并且其中，所述环状凹槽捕获在将所述环状突起焊接到所述基座上时产生的碎片。
2. 根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述环状凹槽的所述凹部具有梯形截面，在焊接之前所述凹部 的体积大致等于或大于所述环状突起的体积。
3. 根据权利要求1所述的光学装置，其中， 所述罩由铁镍钴(Fe-Ni-Co)合金制成。
4. 根据权利要求1所述的的光学装置，其中， 所述罩由冷轧钢制成。
5. —种悍接到金属基座上以形成光学装置的金属罩，所述金属 罩和所述金属基座形成CAN封装，所述金属罩包括主体部分，其大致呈圆筒形状；以及凸缘部分，其设置在所述主体部分的一端，并且具有朝所述主 体部分的相反方向延伸的环状突起和邻近所述环状突起内侧而形成 的环状凹槽，所述环状突起与所述环状凹槽形成为同心圆状，其中，通过冲压金属板材而同时形成所述主体部分和所述凸缘 部分。
6. 根据权利要求5所述的金属罩，其中， 所述环状突起具有等腰三角形的截面。
7. 根据权利要求6所述的金属罩，其中， 所述等腰三角形具有约为75°的顶角和被截平的顶部。
8. 根据权利要求6所述的金属罩，其中， 所述环状突起具有O.lmm的高度。
9. 根据权利要求5所述的金属罩，其中， 所述环状突起具有梯形截面。
10. 根据权利要求5所述的金属罩，其中， 所述环状凹槽具有梯形截面。
11. 根据权利要求IO所述的金属罩，其中， 所述环状突起具有梯形截面，所述环状突起的体积等于或小于具有梯形截面的所述环状凹槽的体积。
12. 根据权利要求5所述的金属罩，其中， 所述环状凹槽与所述环状突起形成为同心圆状。
13. 根据权利要求5所述的金属罩，其中， 所述金属板材由铁镍钴(Fe-Ni-Co)合金制成。
14. 根据权利要求5所述的金属罩，其中， 所述金属板材由冷轧钢制成。
全文摘要
本发明公开了一种具有CAN封装的光学装置，其中，将罩电阻焊接到基座上而不会引起由于焊接产生的碎片飞入所述封装内而导致的故障。本发明的所述罩具有焊接到所述基座上的凸缘部分。除了用于焊接的环状突起以外，所述凸缘部分还设置有环状凹槽。由于焊接产生的碎片可以被捕获到所述环状凹槽中，进而可防止所述碎片飞入所述封装内。在冲压以形成所述罩的主体部分的同时形成所述环状凹槽和所述环状突起。
文档编号H01L23/02GK101640192SQ20091015206
公开日2010年2月3日 申请日期2009年7月28日 优先权日2008年7月29日
发明者西山直树 申请人:住友电气工业株式会社