CN104412144A - 光半导体元件收纳用封装件以及光半导体装置 - Google Patents

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Abstract

光半导体元件收纳用封装件具备：基体(1)，其在上侧主面具有光半导体元件的载置部(1a)；框体(2)，其以围绕载置部(1a)的方式与基体(1)接合；光纤固定构件(3)，其安装于贯穿框体(2)内外的贯穿孔(2c)中。框体(2)是将一个带状板部件在多个位置处弯折并将一端(2a)侧与另一端(2b)侧接合而成的构件，贯穿孔(2c)以位于一端(2a)侧与另一端(2b)侧的接缝处的方式而形成。通过经由安装于贯穿孔(2c)的光纤固定构件(3)进行接合，能够得到组装容易且具备恒定的接合力的光半导体元件收纳用封装件。

Description

光半导体元件收纳用封装件以及光半导体装置
技术领域
本发明涉及一种用于收容光半导体元件的光半导体元件收纳用封装件以及光半导体装置。
背景技术
在图5A、图5B中示出以往的气密密封型的封装件(以下，也简称为封装件)的一个例子(例如，参照专利文献1)。图5A是封装件的主视图，图5B是图5A的A-A剖视图。在该图中，21是基体，22是框体。基体21由例如铜钨等热导率优异的金属构成，在基体21的上侧主面的外周部直立设置有由铁(Fe)-镍(Ni)-钴(Co)合金等金属构成的框体22。该框体22利用Ag(银)焊剂等焊料进行钎焊等而设置于基体21。
框体22是将带状金属板相对于长度方向弯折成直角形成框体状、并使弯折成该框体状的带状金属板的两端面彼此在一侧壁的面内对接并气密性地接合而成的构件。其焊缝部22a是使钩状、笔直的端面彼此对接且在之间夹入Ag焊剂等焊料并加热而将它们接合而成的构件。
另外，在专利文献1中，在框体22的焊缝部22a附近的外周侧壁面，与焊缝部22a并排地形成凹形状的凹陷部22b，并且在与外周侧壁面的凹陷部22b对置的内壁面形成有凸形状的突起部22c。通过该凹陷部22b和突起部22c，将因与基体21的热膨胀率的不同而在框体22上产生的拉伸应力分散，从而一定程度地防止焊缝部22a脱落。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-62181号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述以往的封装件中，存在需要将两端面彼此组合并接合起来的额外的劳力和时间的问题。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种组装容易的光半导体元件收纳用封装件以及光半导体装置。
用于解决课题的手段
本发明的一实施方式所涉及的光半导体元件收纳用封装件具备：基体，其在上侧主面具有光半导体元件的载置部；框体，其以围绕所述载置部的方式与所述基体接合；光纤固定构件，其安装于贯穿该框体内外的贯穿孔中。而且，所述框体是将一个带状板部件在多个位置处弯折并将一端侧与另一端侧接合而成的构件，所述贯穿孔以位于所述一端侧与所述另一端侧的接缝处的方式而形成。
另外，在上述光半导体元件收纳用封装件中，优选为，在所述框体的所述接缝、以及所述光纤固定构件的外周面与所述一端侧以及所述另一端侧之间连续地存在有接合材料。
另外，在上述光半导体元件收纳用封装件中，优选为，所述框体的所述接缝的与所述贯穿孔相比靠所述基体侧的长度比与所述贯穿孔相比靠上侧的长度长。
另外，在上述光半导体元件收纳用封装件中，优选为，在所述光纤固定构件的外周面施设有表示与所述接缝一致的位置的标识。
另外，在上述光半导体元件收纳用封装件中，优选为，在所述框体的上表面接合有密封圈。
另外，在上述光半导体元件收纳用封装件中，优选为，在所述密封圈的与所述接缝接合的位置形成有跨越所述接缝的槽。
本发明的一实施方式所涉及的光半导体装置的特征在于，具备：上述任一种光半导体元件收纳用封装件；光半导体元件，其载置于所述载置部；盖体，其以封堵住所述框体的内侧的方式安装于所述框体的上表面。
发明效果
在本发明的一实施方式所涉及的光半导体元件收纳用封装件中，在将一个带状板部件在多个位置处弯折而成的框体中，以位于一端侧与另一端侧的接缝处的方式形成有贯穿孔，在该贯穿孔中安装有光纤固定构件。由于贯穿孔兼作光纤固定构件的安装孔，能够减少组装工时。另外，通过在框体的一端侧与另一端侧的接合面存在有光纤固定构件，能够增大一端侧与另一端侧的接合力。并且，能够抑制框体的一端侧与另一端侧的上下方向的偏移。
另外，当在框体的接缝、以及光纤固定构件的外周面与一端侧以及另一端侧之间连续地存在有接合材料时，抑制了因框体、光纤固定构件、接合材料的热膨胀差而产生的应力等集中于接合材料的一部分的情况。
另外，当框体的接缝的与贯穿孔相比靠基体侧的长度比与贯穿孔相比靠上侧的长度长时，在光半导体元件收纳用封装件的制造工序中，载置于框体与密封圈之间的接合材料容易从与贯穿孔相比靠上侧的接缝经由光纤固定构件的外周面与一端侧以及另一端侧之间向与贯穿孔相比靠基体侧的接缝浸润。其结果是，框体的一端和另一端、以及与光纤固定构件的外周面的接合性提高。
另外，当在光纤固定构件的外周面上施设有表示与所述接缝一致的位置的标识时，容易将光纤固定构件相对于贯穿孔的中心轴安装在所希望的旋转角的位置处。
另外，当在框体的上表面接合有密封圈时，不易在框体与密封圈之间产生间隙，能够容易保持光半导体装置的气密性。
另外，由于在密封圈的与接缝接合的位置形成有跨越接缝的槽，因此能够在接缝位置处牢固地形成框体与密封圈的接合。
本发明的一实施方式所涉及的光半导体装置具备：上述结构的光半导体元件收纳用封装件；载置于载置部的光半导体元件；以封堵住框体的内侧的方式安装于框体的上表面的盖体，由此能够提供一种不易在框体的接合部产生接合不良、密封性能优异、并且能够使光半导体元件长期正常且稳定地工作的光半导体装置。
附图说明
图1是表示本发明的光半导体元件收纳用封装件的实施方式的一个例子的立体图。
图2A是图1所示的光半导体元件收纳用封装件的侧视图。
图2B是表示本发明的光半导体元件收纳用封装件的实施方式的其他例子的侧视图。
图2C是表示本发明的光半导体元件收纳用封装件的实施方式的另一其他例子的侧视图。
图3A是表示以往的光半导体元件收纳用封装件的例子的主视图。
图3B是图3A的A-A剖视图。
具体实施方式
以下对本发明的光半导体元件收纳用封装件进行详细说明。图1是表示本发明的封装件的实施方式的一个例子的立体图。另外，图2A是图1的封装件的侧视图。在这些图中，1表示基体，2表示框体，3表示光纤固定构件。
如图1以及图2A所示，本发明的一实施方式所涉及的封装件具备：具有在上侧主面载置有光半导体元件的载置部1a的金属制的基体1、以围绕载置部1a的方式与基体1的上侧主面接合的四边框状等的框体2。而且，在框体2的一侧面形成有固定光纤固定构件3的贯穿孔2c，在该贯穿孔2c中插入并固定有光纤固定构件3。
框体2通过将细长的矩形状的金属板例如在四个位置处弯折成直角并在除弯折角以外的框体2的平坦的一侧壁位置处对一端2a和另一端2b进行接合而形成。这样，并不通过切削金属块来形成框形状，而是将细长的金属板弯折来形成框体2，因此，能够在不产生不必要的金属屑且不需要很长的加工时间的情况下，形成经济性良好且容易制造的框体2。
框体2在其一端侧2a具有成为贯穿孔2c的一部分的切口。另一方面，在框体2的另一端侧2b具有当与一端2a的贯穿孔2c的一部分组合时形成贯穿孔2c的、成为贯穿孔2c的一部分的切口。而且，当将上述一端侧2a和另一端侧2b对接时，形成在其接缝的位置形成有贯穿孔2c的框体2。
光纤固定构件3是用于从封装件的外侧固定光纤的筒状的构件。通过对固定于光纤前端的金属配件进行位置调节以使封装件内部的光半导体元件与光纤光耦合，并利用焊接等将该金属配件固定于该光纤固定构件3，能够使用光纤来传送从封装件内部的光半导体元件输出、或向光半导体元件输入的光信号。
为了对封装件的内外进行气密性地密封，在成为筒状的光纤固定构件3的内侧或封装件内侧的端面，设置有相对于光信号而言为透明的玻璃、蓝宝石玻璃、或其他的结晶体等。
通过将光纤固定构件3嵌入框体2的贯穿孔2c，并利用焊料等接合材料4对框体2的一端侧2a以及另一端侧2b之间、光纤固定构件3的外周面与一端侧2a之间以及该光纤固定构件3的外周面与另一端侧2b之间进行接合，由此制作出安装有光纤固定构件3的框体2。
对于这种框体2而言，除一端侧2a与另一端侧2b的接缝以外，还环绕光纤固定构件3的周围进行基于接合材料4的接合，因此能够增长基于接合材料4的接合距离。因此，能够牢固地进行接合。即使例如在光半导体元件收纳用封装件的制造工序等中，因与基体1、输入输出端子5的热膨胀系数差而使框体2产生弯曲、形变，导致在框体2的接合部上作用有压缩方向或拉伸方向的力，也能够使框体2的接合部的强度恒定。
其结果是，在光半导体元件收纳用封装件的制造工序等中，能够使两端2a、2b的接合不易脱开。另外，由于经由光纤固定构件3将两端2a、2b接合起来，因此能够降低一端2a与另一端2b在上下方向上错位导致在框体2的上表面以及下表面高低不平的状态下接合框体2的可能性。
其结果是，在光半导体元件收纳用封装件、光半导体装置的制造工序等中，在将基体1、密封圈5、盖体接合于框体2时，能够降低在由框体2的上表面以及下表面的高低不平的状态形成的阶梯部上由于没有设置接合材料4而产生的密封不良的可能性。另外，能够降低基体1、密封圈5、或盖体倾斜地接合于框体2的可能性。
光纤固定构件3固定于在接缝处形成的贯穿孔2C中，因此无需另外在框体2上设置贯穿孔。另外，除框体2的一端侧2a与另一端侧2b的接合以外，无需将光纤固定构件3接合在框体2的其他位置。以往，在框体2上加工用于固定光纤固定构件3的贯穿孔，并将光纤固定构件3接合于该贯穿孔。
需要说明的是，当将光纤固定构件3设为圆筒形状，将贯穿孔2c设为圆形状时，两端2a、2b的接缝成为没有角的曲面，焊料等接合材料4容易在接合部中流动。因此，容易将接合材料4设置成相同的宽度，能够使接合强度相同。
另外，当将一端2a与另一端2b之间的接合材料4、以及光纤固定构件3的外周面与一端2a以及另一端2b之间的接合材料4连续地形成为一体时，不会在接合材料4中途切断的部分形成接合界面。因此，难以在接合界面集中力而导致剥离。其结果是，能够使两端2a、2b的接合不易脱开，从而能够提高光半导体元件收纳用封装件的气密性。
并且，因框体2、光纤固定构件3以及接合材料4的热膨胀差而产生的应力不会集中在接合材料4未连续形成的接合材料4的一部分。其结果是，在光半导体元件收纳用封装件的制造工序等中，能够使两端2a、2b的接合不易脱开。
然而，如图1以及图2A所示，如果一端2a与另一端2b的接缝2d、2e中的、与贯穿孔2c相比靠下侧的基体1侧的接缝2d的长度比与贯穿孔2c相比靠上侧的框体2的上侧的接缝2e的长度长，则在光半导体元件收纳用封装件的制造工序等中，载置于框体2与密封圈6之间的接合材料4容易从上侧的接缝2e经由光纤固定构件3的外周面与一端侧2a以及另一端侧2b之间向下侧的接缝2d浸润。其结果是，框体2的一端2a和另一端2b、以及与光纤固定构件3的外周面的接合性提高。
另外，如果在光纤固定构件3的外周面预先施设表示与框体2的接缝2e、2d一致的位置的标识3a，则能够确认标识3a相对于接缝2e、2d的位置偏移。而且，能够在与贯穿孔2c的中心轴相关的所希望的旋转位置处安装光纤固定构件3。
标识3a例如通过在光纤固定构件3的外周面上描出与光纤固定构件3的中心轴平行的槽或线而设置。或者，也可以通过使光纤固定构件3的外周面的形状发生变化来设置。例如可以如图2B所示，在光纤固定构件3的外周面的一部分上设置平坦部3B。此外，还可以通过在该平坦部3B上描出与光纤固定构件3的中心轴平行的槽或线来设置。
需要说明的是，当在外周面设置平坦部3B，并使该平坦部3B位于与框体2的接缝2e、2d一致的上表面或下表面时，能够降低光纤固定构件3的高度，从而能够降低光半导体元件收纳用封装件的高度。
本发明的基体1由金属或绝缘体构成，例如由Fe(铁)-Ni(镍)-Co(钴)合金、Fe-Ni合金、Cu(铜)-W(钨)、Cu-Mo(钼)复合材料等Cu系材料、或者Cu或以C为主要成分的合金等构成。特别是，从使基体1的热传导性良好从而使收容于内部的光半导体元件工作时所产生的热量高效地向外部扩散的观点出发，优选为Cu系材料。需要说明的是，也可以使用热传导性良好的陶瓷等。
这种基体1通过对金属锭实施轧制加工、冲裁加工等以往公知的金属加工法而制作成规定形状。在基体1的上侧主面的中央部配置有载置光半导体元件的载置部1a。载置部1a是载置有光半导体元件的场所。该基体1发挥将光半导体元件工作时所产生的热量向外部释放的散热板的作用。
有时在载置部1a的上侧主面载置有基台，光半导体元件搭载于基台。基台由氧化铝(Al2O3)质烧结体、氮化铝(AlN)质烧结体，多铝红柱石(3Al2O3·2SiO2)质烧结体等绝缘体构成，发挥使基体1与光半导体元件电绝缘的功能。
另外，在基体1的上侧主面的载置部1a的周围，以围绕载置部1a的方式经由Ag(银)焊剂、Ag-Cu焊剂等焊料直立设置有金属制的框体2。在框体2上设置有用于安装输入输出端子5的安装部2f，从而在框体2上安装有输入输出端子5，该输入输出端子5用于使封装件内外导通。框体2与基体1一起发挥在其内侧形成收容光半导体元件的空间的功能。
框体由2Fe-Ni-Co合金、Fe-Ni合金等金属构成，并通过对各种金属锭实施轧制加工，之后实施切削加工、冲裁加工等以往公知的金属加工法而制作成细长的带状的板形状。也可以采用如下方式，即，在形成框体2的裁切成规定尺寸的金属板的预先弯折的位置处的一主面上，预先从上端到下端形成槽部，并沿着该槽部来弯折。需要说明的是，对于框体2也可以使用树脂等绝缘体。
使框体2的一端2a与另一端2b对齐，将光纤固定构件3插入所形成的贯穿孔2c中，在基体1与密封圈6之间及/或基体1与框体2之间加入焊料的预制品并放入焊料熔融炉。由此，在基体1、框体2及/或密封圈6之间流入有熔融的焊料，并且在框体2的一端2a以及另一端2b对接的接合部中也流入有焊料，能够同时将框体2的两端2a、2b接合部、光纤固定构件3与基体1、框体2以及密封圈6一起接合起来。
在输入输出端子5的安装部2f安装有Al2O3质烧结体、AlN质烧结体、3Al2O3·2SiO2质烧结体等陶瓷或其他绝缘体。例如在安装部2f的绝缘体由Al2O3质烧结体构成的情况下，向Al2O3、SiO2、MgO、CaO等原料粉末添加混合适当的有机粘合剂、有机溶剂、增塑剂、分散剂等形成浆状，并通过以往公知的成形方法将其成形为板状等。
接下来，通过在成为该输入输出端子5的线路导体的位置或成为安装于安装部2f的外侧面的位置印刷涂敷导体膏，由此形成线路导体或焊料接合用的金属层，所述导体膏是向W、Mo、Mn等金属粉末混合适当的粘合剂、溶剂而形成的。之后，将这些陶瓷成形体切断成规定的尺寸，最后通过在约1600℃的温度下烧制，能够制作出成为具有金属层的输入输出端子5的烧结体。经由Ag焊剂、Ag-Cu焊剂等焊料将由Fe-Ni-Co合金等金属构成的导线端子5a与设置于该输入输出端子5的线路导体接合。然后，将输入输出端子5嵌入框体2的安装部2f，并经由Ag焊剂、Ag-Cu焊剂等焊料进行接合。
导线端子5a与外部电路(未图示)电连接。而且，导线端子5a将从外部电路供给的电信号向光半导体元件传递从而驱动光半导体元件，并且进行光半导体元件与外部电路的信号的输入输出。优选为，导线端子5a安装于未接合有框体2的一端2a以及另一端2b的侧壁。
而且，在将光半导体元件载置固定于上述结构的封装件的载置部1a之后，通过等电位连接线等将与导线端子5a电连接并设置于框体2的内侧的输入输出端子5的线路导体与光半导体元件的电极电连接，利用软钎焊法、焊接法等将由Fe-Ni-Co合金等金属或陶瓷等构成的盖体安装于框体2的上表面，通过对光半导体元件进行气密性地密封从而形成作为产品的光半导体装置。
根据本发明的一实施方式所涉及的光半导体装置，通过使用上述结构的封装件能够容易且经济地形成框体2。另外，通过使用上述结构的封装件，能够使框体2的两端2a、2b接合部的密封性能优异，并且使光半导体元件长期正常且稳定地工作。而且，通过使用上述结构的封装件，能够形成光半导体元件的动作可靠性高的光半导体装置。
需要说明的是，也可以在框体2的上表面安装密封圈5，所述密封圈5由Fe-Ni-Co合金、Fe-Ni合金等金属构成，并通过对金属锭实施轧制加工之后实施切削加工、冲裁加工等以往公知的金属加工法而制作成框形状。而且，也可以将盖体接合于密封圈6的上表面。密封圈6是根据需要而使用的构件，并不是不可或缺的。
通过将密封圈6接合于框体2的上表面，设置于框体2的上表面与密封圈6之间的接合材料4流入并填满框体2的一端侧2a与另一端侧2b的接缝2e的上端部所产生的凹部或阶梯部。其结果是，不易在框体2的上表面与密封圈6之间产生间隙，由此维持封装件的气密性。并且，能够提高经由密封圈6而与盖体的接合性。
另外，优选为，在位于框体2的一端侧2a与另一端侧2b的接缝2e的密封圈6的一边的下表面施设沿着框体2的一端侧2a与另一端侧2b的接合界面的槽6a。槽6a以跨越作为接合界面的接缝2e的方式设置于密封圈6的下表面。槽6a设置在密封圈6的内周面与外周面之间。由此，能够确认框体2的上侧的接缝2e与槽6a以及密封圈6的位置偏移。并且，通过流入槽部6a的接合材料4能够提高框体2的一端侧2a以及另一端侧2b的上端部与密封圈6的接合强度。
作为上述封装件的代表性的一具体例，记载构成材料以及它们的尺寸。但这仅是一个例子，本发明并不限定于以下的例子。
对在长宽为21mm×13mm、厚度1mm的两短边设置有螺纹安装部的由Cu-W复合材料构成的金属板进行冲裁而制作出基体1。对于框体2而言，将长度68mm×宽度9mm、厚度1mm的由Fe-Ni-Co合金构成的金属板冲裁成在两端2a、2b设置有成为贯穿孔2c的切口的形状。然后，在四个位置处弯折，制作出外周尺寸在俯视观察时呈长21mm×宽13mm的长方形的框体2。
通过对Fe-Ni-Co合金材料进行切削加工而制作出光纤固定构件3。另外，将由Fe-Ni-Co合金构成的金属板冲裁成在俯视观察时长21mm×宽13mm、厚度1mm、内侧长宽19mm×11mm的框状，从而制作出密封圈6。
输入输出端子使用Al2O3质烧结体来形成。
然后，将它们组合，在基体1与框体2之间、框体2与密封圈6之间配置有Ag-Cu焊剂构成的焊料的预制品，在约800℃的炉内使焊料熔融，从而对各部件进行接合。
将长宽为21mm×13mm、厚度1mm的由铁-镍-钴合金构成的金属板冲裁成长方形从而制作出盖体，在将电子部件安装于封装件内部后，通过缝焊或经由焊料接合于密封圈6的上表面。
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够实施各种变更。例如，在上述实施方式中，作为接合材料4，可以代替焊料而使用树脂粘合剂或其他接合材料4。
另外，对于接缝2d、2e而言，例示了沿上下方向的一直线的例子，然而也可以是沿倾斜方向的直线，也可以不是直线状。在该情况下，能够进一步增长接合距离。
附图标记说明
1：基体
1a：载置部
2：框体
2a：一端
2b：另一端
2c：贯穿孔
2d：接缝(下侧或基体侧)
2e：接缝(上侧)
2f：安装部
3：光纤固定构件
4：接合材料
5：输入输出端子
6：密封圈

Claims (7)

1.一种光半导体元件收纳用封装件，具备：基体，其在上侧主面具有光半导体元件的载置部；框体，其以围绕所述载置部的方式与所述基体接合；光纤固定构件，其安装于贯穿该框体内外的贯穿孔中，所述光半导体元件收纳用封装件的特征在于，
所述框体是将一个带状板部件在多个位置处弯折并将一端侧与另一端侧接合而成的构件，所述贯穿孔以位于所述一端侧与所述另一端侧的接缝处的方式而形成。
2.根据权利要求1所述的光半导体元件收纳用封装件，其特征在于，
在所述框体的所述接缝、以及所述光纤固定构件的外周面与所述一端侧以及所述另一端侧之间连续地存在有接合材料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的光半导体元件收纳用封装件，其特征在于，
所述框体的所述接缝的与所述贯穿孔相比靠所述基体侧的长度比与所述贯穿孔相比靠上侧的长度长。
4.根据权利要求1至权利要求3中任一项所述的光半导体元件收纳用封装件，其特征在于，
在所述光纤固定构件的外周面施设有表示与所述接缝一致的位置的标识。
5.根据权利要求1至权利要求4中任一项所述的光半导体元件收纳用封装件，其特征在于，
在所述框体的上表面接合有密封圈。
6.根据权利要求5所述的光半导体元件收纳用封装件，其特征在于，
在所述密封圈的与所述接缝接合的位置形成有跨越所述接缝的槽。
7.一种光半导体装置，其特征在于，具备：
权利要求1至权利要求6中任一项所述的光半导体元件收纳用封装件；
光半导体元件，其载置于所述载置部；
盖体，其以封堵住所述框体的内侧的方式安装于所述框体的上表面。
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