JP2003209314A

JP2003209314A - 光半導体素子収納用パッケージ

Info

Publication number: JP2003209314A
Application number: JP2002006654A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Sakumoto; 大輔作本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2003-07-25
Anticipated expiration: 2022-01-15
Also published as: JP4009110B2

Abstract

(57)【要約】【課題】製造工程で生じる基体の反りと、光半導体装
置をネジ止めする際に生じる基体や枠体の変形と、電子
冷却素子の熱による光半導体素子の加熱とを有効に抑制
するとともに、光軸ズレを抑制した光半導体素子収納用
パッケージを低コストに製造できるようにすること。【解決手段】上面に光半導体素子４の載置部１ａを有
する略四角形の基体１と、基体１の上面に載置部１ａを
囲繞するように接合され、側部２ａに貫通孔２ｆが形成
された平面視形状が略四角形の枠体２と、貫通孔２ｆに
嵌着されるかまたは貫通孔２ｆの枠体２外側開口の周囲
に一端が取着された筒状の光ファイバ固定部材３とを具
備し、枠体２の貫通孔２ｆが形成された側部２ａに隣接
する側部２ｃ，２ｄの内面の下端に沿って枠体２内側に
凸の斜面を有する段部２ｅが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子を収
容するための光半導体素子収納用パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信分野等で使用されるととも
に半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等
の光半導体素子を収納するための光半導体素子収納用パ
ッケージ（以下、光半導体パッケージともいう）の側断
面図と正面断面図とを図４，図５に示す。これらの図に
おいて、101,102は、それぞれ金属から成り、容器本体
を構成する基体と、側部に貫通孔102fが形成された枠体
である。また、103は金属からなり、内部に透光性部材1
07ｂや外側の端面に光アイソレータ109および光ファイ
バ111が挿着された金属ホルダ112が接合される筒状の光
ファイバ固定部材（以下、固定部材という）である。さ
らに、104は光半導体素子、105は蓋体を示す。これら基
体101、枠体102、固定部材103および蓋体105とで光半導
体素子104を内部に収納する容器を構成する。

【０００３】このような光半導体パッケージは、一般
に、光半導体素子104を載置する載置用基台106と、光半
導体素子104からの出射光を集光または平行光に変換す
る透光性部材107ａを固定する固定ホルダ108とが搭載さ
れるペルチェ素子等の電子冷却素子113が載置される載
置部101ａを有する基体101と、基体101上面の外周部に
載置部101ａを囲繞するようにして銀ロウ等のロウ材に
より接合される枠体102とを有する。また、光を集光し
たり平行光とする透光性部材107ｂが嵌着されるととも
に光半導体素子104への戻り光を防止する光アイソレー
タ109および光ファイバ111が挿着された金属ホルダ112
が接合固定される固定部材103が、貫通孔102fに銀ロウ
等のロウ材によって接合される。また、蓋体105と枠体1
02は、それぞれの接合面に形成されたメタライズ層を介
して金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金半田等の低融点ロウ材
で接合される。

【０００４】基体101は、銅（Ｃｕ）−タングステン
（Ｗ）合金，鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト
（Ｃｏ）合金等の比較的高い熱伝導性を有する金属から
成る。また基体101は、電子冷却素子113より発生する熱
を吸収し大気中に放散するための放熱板として機能する
とともに電子冷却素子113を支持する支持部材として機
能する。

【０００５】また、枠体102は、基体101の熱膨張係数に
近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＣｕ−Ｗ合金等の
金属から成り、固定部材103が取着される貫通孔102f
と、入出力端子（図示せず）が嵌着される貫通孔等から
成る取付部（図示せず）が設けられる。

【０００６】さらに、固定部材103は、枠体102に熱膨張
係数が近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成
り、内部に透光性部材107ｂが半田材やガラス材等によ
り接合される。また、光アイソレータ109および光ファ
イバ111が半田材や樹脂接着剤等の接合材により接着さ
れた金属ホルダ112が、固定部材103の外側の端面にＹＡ
Ｇレーザ溶接等の溶接法により接合固定されて、光半導
体パッケージ内部の気密性を保つ。

【０００７】また、載置用基台106は、電子冷却素子113
の熱膨張係数と近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミッ
クスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等の誘
電体から成る。そして、その上面には、モリブデン（Ｍ
ｏ）−マンガン（Ｍｎ）等から成る金属ペーストを焼結
して成るとともに高周波信号が伝送される配線導体が形
成され、また光半導体素子104を搭載するための導体層
が形成される。

【０００８】また、電子冷却素子113は、一般的にＰ型
素子とＮ型素子から成る熱電半導体素子より構成され、
熱電半導体素子に電流を流すことによりペルチェ効果を
生じさせ、吸熱または発熱を行なう。そして、電子冷却
素子113は載置部101ａにインジウム（Ｉｎ）−鉛（Ｐ
ｂ）−銀（Ａｇ）半田や錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等
の半田材により取着される。

【０００９】そして、枠体102の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ合金等の金属またはアルミナセラミック等のセラミ
ックスから成る蓋体105を、枠体102の蓋体105との接合
面に形成されたメタライズ層を介してＡｕ−Ｓｎ合金半
田等の低融点ロウ材で接合することにより、光半導体パ
ッケージ内に光半導体素子104を気密に収納する。

【００１０】このように、基体101、枠体102、固定部材
103および蓋体105とで光半導体素子104を光半導体パッ
ケージ内部に収納するとともに、載置用基台106に載置
された光半導体素子104と入出力端子とを電気的に接続
することにより、光半導体素子104に高周波信号を入出
力して作動させる光半導体装置となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の光半導体パッケージにおいて、例えば基体101を構
成する金属がＣｕ−Ｗ合金、枠体102を構成する金属が
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金である場合、これらの金属の熱膨
張係数は相違する。従って、基体101および枠体102を銀
ロウ等のロウ材により接合するために、加熱、冷却する
場合、冷却する際の基体101と枠体102との熱膨張係数差
に起因して生じる内部応力と収縮により、基体101に最
大高低差10〜30μｍ程度の反りが発生していた。その結
果、光半導体素子104と透光性部材107ａ，107ｂおよび
光ファイバ111との光軸を合わせて組み立てられた光半
導体装置を、平坦な外部電気回路基板等にネジ止めする
ために、基体101の四隅のネジ止め部（図示せず）をネ
ジで締め付けた場合、光半導体パッケージの製造工程で
生じた基体101の反りが矯正され、基体101とともに光半
導体装置全体が変形する。

【００１２】これにより、基体101の略中央部が高さ方
向に変位するとともに、固定部材103が取着される枠体1
02の側部が基体101と枠体102との接合部を支点とし、枠
体102の上部に向かうにつれて内側または外側に反るよ
うに変形する。従って、基体101上面の略中央部に電子
冷却素子113と載置用基台106を介して載置された光半導
体素子104と、透光性部材107ａと、固定部材103内に設
置された透光性部材107ｂと、光ファイバ111との間に位
置ズレが生じ、それぞれの光軸が大きくずれる。この結
果、透光性部材107ａ，107ｂを介する光半導体素子104
と光ファイバ111との光結合効率が著しく劣化し、光半
導体装置の外部に光信号を効率よくかつ安定して出力す
ることできなくなるという問題点を有していた。

【００１３】そこで、上記問題点を解消するために、基
体の中央部の厚みをｘ、両端の厚みをｔとした場合、0.
3ｍｍ≦ｔ≦１ｍｍ、ｘ≧２ｔを満足する光半導体パッ
ケージが提案されている（従来例１：特開平6−314747
号公報参照）。しかしながら、従来例１の光半導体パッ
ケージでは、基体の中央部を両端の厚みよりも厚くする
必要があり、光半導体装置のさらなる薄型化を行なうこ
とは困難である。

【００１４】また、上記問題点を解決する他の構成とし
て、Ｃｕ−Ｗ合金から成る基体の両端領域にネジ止めを
行なうための貫通孔を有し、ヤング率が1.96×10⁵Ｎ／
ｍｍ²以下で降伏応力が4.9×10²Ｎ／ｍｍ²以下の金属か
ら成るネジ止め部材が枠体から突出するように設けられ
た光半導体パッケージが提案されている（従来例２：特
開平11−74619号公報参照）。この光半導体パッケージ
をネジ止め部材を介して外部電気回路基板等にネジ止め
して強固に固定する場合、ネジ止め時の外力によって生
じる内部応力により生じる基体の変形を抑制でき、光半
導体素子の高さ方向の位置ズレを有効に抑制することが
できる。その結果、光半導体素子と光ファイバとの光軸
がずれず、光半導体素子と光ファイバとの光信号の入出
力を効率よくかつ安定して行ない得るとともに光半導体
装置の薄型化が可能となる。

【００１５】しかしながら、従来例２の光半導体パッケ
ージによれば、金属から成るネジ止め部材を平面視形状
が長方形の枠体の短辺側から突出するように基体の両端
に設けていたため、基体とネジ止め部材を銀ロウ等で接
着する工程が必要となる。その結果、光半導体パッケー
ジの組立工程が複雑になって組立工程が増えることによ
り歩留まりが低下する要因となる。また、ネジ止め部の
位置精度も低下し易く、基体とネジ止め部が別個である
ため構造が複雑となり光半導体パッケージが高価になる
とともに、ネジ止めによって基体と基体両端のネジ止め
部との接合部に応力が集中することにより、光半導体パ
ッケージが破損し易くなるという問題点を有していた。

【００１６】また、枠体に固定された金属からなる第１
の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に固定さ
れ、第１の底板よりもヤング率が大きい第２の底板とを
備えた光半導体気密封止容器（従来例３：特開平11−74
934号公報参照）、および、枠体に固定された金属から
成る第１の底板と、第１の底板の枠体と反対側の表面に
固定され第１の底板よりもヤング率の小さい金属から成
る第２の底板とを備えた光半導体気密封止容器（従来例
４：特開平11−74935号公報参照）が公知である。従来
例３，４では、上記の問題点に加え、銀ロウ付けの面積
が大きくなるため第１の底板と第２の底板との間の銀ロ
ウ付けの接合部にボイドが発生することにより、光半導
体装置内部の光半導体素子および駆動素子の熱の第１の
底板から銀ロウを介して第２の底板への熱伝達率が低下
し、光半導体装置を長期にわたって安定して作動させる
ことができないという問題点を有していた。

【００１７】また、近年の光通信等における情報量の大
容量化に伴い、光ファイバ内を伝達する光信号の出力お
よび伝送効率（ｂｐｓ：bit per second）が増大してき
ているとともに、中長距離の光ファイバ通信において、
光信号の増幅を行なう光増幅装置として光ポンプモジュ
ールと呼ばれる光半導体装置が使用されている。近年、
この光半導体装置の光信号の出力は300ｍＷまで向上し
ており、この光半導体装置に収納されて光信号を出力す
る光半導体素子も２Ｗ程度の駆動電力となってきてい
る。そこで、光半導体装置内部の載置用基台と基体との
間に電子冷却素子（ペルチェ素子）を配置し、電子冷却
素子により光半導体素子の温度制御を行なうといった構
成が採られている。しかし、この電子冷却素子の熱が基
体を介して枠体に伝達することにより光半導体パッケー
ジ全体が高温となり、光半導体素子および光半導体素子
を駆動させる駆動素子が加熱され高温となることから、
熱破壊を起こしたり、熱による特性劣化を引き起こし誤
動作が生じるといった問題点を有していた。

【００１８】従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成
されたものであり、その目的は、光半導体装置を外部電
気回路基板等にネジ止めする際の光半導体パッケージの
変形と、光半導体パッケージの製造工程で生じる基体の
反りと、光半導体装置の作動時の光半導体素子や駆動素
子または電子冷却素子の熱による光半導体パッケージの
高熱化とを有効に抑制し、光半導体素子を長期にわたり
正常かつ安定に作動させ得る光半導体パッケージとする
ことにある。また、部品点数を増加させずに光軸のズレ
を抑制した光半導体パッケージを低コストに製造するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子収
納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置用基台を
介して載置される載置部を有する略四角形の基体と、該
基体の上面に前記載置部を囲繞するように接合され、側
部に貫通孔が形成された平面視形状が略四角形の枠体
と、前記貫通孔に嵌着されるかまたは前記貫通孔の枠体
外側開口の周囲に一端が取着された筒状の光ファイバ固
定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにお
いて、前記枠体の前記貫通孔が形成された前記側部に隣
接する側部の内面の下端に沿って前記枠体内側に凸の斜
面を有する段部が設けられていることを特徴とする。

【００２０】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、上記の構成により、光半導体装置を基体の四隅のネ
ジ止め部で平坦な外部電気回路基板等にネジ止めする際
に、光半導体パッケージの製造工程で生じた基体の反り
が矯正されることによる、基体の中央部に生じる高さ方
向の変位と枠体に生じる変形とを、段部により有効に抑
制できる。また、基体の熱膨張係数が枠体より大きい場
合、光半導体パッケージの製造工程において生じる基体
と枠体との内部応力を段部により整合できることから基
体の反りを抑制できる。その結果、光半導体装置を外部
電気回路基板にネジ止めする際に基体を矯正することに
よる、光半導体素子と透光性部材と固定部材に取着され
る光ファイバとの間に発生する光軸のズレを小さくで
き、光結合効率の劣化を有効に抑制できる。また、部品
点数を増加させることなく低コストに光半導体パッケー
ジの変形を抑制でき、光半導体装置と外部との光信号の
入出力を効率よくかつ安定して行なうことができる。

【００２１】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
おいて、好ましくは、前記段部は前記枠体の前記貫通孔
が形成された前記側部の内面から前記側部に対向する側
部の内面にかけて設けられていることを特徴とする。

【００２２】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、上記の構成により、枠体の貫通孔が形成された側部
の内面からこの側部に対向する側部の内面にわたる枠体
の剛性が向上する。これにより、光半導体装置を基体の
四隅のネジ止めで平坦な外部電気回路基板等にネジ止め
する際の基体の変形と、貫通孔が形成される側部の変形
がより抑制される。従って、電子冷却素子や載置用基台
を介して基体の中央部に載置される光半導体素子および
透光性部材の高さ方向の変位と、固定部材に取着される
透光性部材および光ファイバの変位が抑制される。その
結果、光半導体素子と透光性部材と固定部材に取着され
る光ファイバとの間に発生する光軸のズレによる光出力
の劣化を有効に抑制でき、光半導体装置の外部との光信
号の授受が正常かつ効率よく行なわれる。

【００２３】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジにおいて、好ましくは、前記段部は中央部の断面積が
両端部よりも大きいことを特徴とする。

【００２４】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、上記の構成により、枠体の貫通孔が形成された側部
の内面からこの側部に対向する側部にわたる段部の断面
積を全体にわたって増加させることなく、枠体の剛性を
向上させることができる。これにより、光半導体パッケ
ージの重量を大きく増加させずに、光半導体装置を基体
の四隅のネジ止め部で平坦な外部電気回路基板等にネジ
止めする際の枠体の変形と、貫通孔が形成された側部の
変形とをさらに抑制でき、光半導体素子と透光性部材と
固定部材に取着される光ファイバとの間に発生する光軸
のズレによる光出力の低下と、光半導体パッケージの重
量化を有効に抑制できる。

【００２５】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジにおいて、好ましくは、前記基体は前記段部が設けら
れた側の側面から下面の前記段部の直下の部位にかけて
切欠き部が設けられていることを特徴とする。

【００２６】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
は、上記の構成により、光半導体装置等に収納され光半
導体素子の温度制御を行なう電子冷却素子の熱や光半導
体素子や駆動素子の熱が、基体を介して枠体に伝達し光
半導体パッケージ全体が高温になることを抑制できる。
その結果、光半導体素子および駆動素子は常に適温とな
り、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に動作さ
せ得る。また、基体の熱膨張係数が枠体より大きい場
合、光半導体パッケージの製造工程で基体と枠体との熱
膨張係数差に起因し生じる内部応力の差を小さくするこ
とができるため基体の反りを抑制できる。その結果、光
半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際に基体
を矯正することによって光半導体素子と透光性部材と固
定部材に取着される光ファイバとの間に発生する光軸の
ズレを小さくでき、光結合効率の劣化を有効に抑制でき
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の光半導体パッケージにつ
いて以下に詳細に説明する。図１〜図３は本発明の光半
導体パッケージについて実施の形態の例を示し、図１は
光半導体パッケージの側断面図、図２，図３は光半導体
パッケージの正面断面図である。これらの図において、
１は容器の底板を成す基体、２は容器の側壁を成す枠
体、３は透光性部材７ｂや光アイソレータ９を設置固定
するための筒状の光ファイバ固定部材（以下、固定部材
という）、４はＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子、５は蓋体
である。これら基体１、枠体２、固定部材３および蓋体
５とで、内部に光半導体素子４を収納するための容器が
基本的に構成される。また、固定部材３の外側の端面に
は、光アイソレータ９と光ファイバ11とを樹脂接着剤10
で接着した金属ホルダ12が、ＹＡＧレーザ溶接等により
固定される。

【００２８】本発明の基体１は、光半導体素子４および
固定ホルダ８を支持するための支持部材ならびに電子冷
却素子13の熱を放散するための放熱板として機能する。
基体１上面の中央部に、光半導体素子４を載置する載置
用基台６と透光性部材７ａが固定された固定ホルダ８と
を載置する載置部１ａが設けられている。この載置部１
ａには、載置用基台６が錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等
の低融点ロウ材を介して取着され、固定ホルダ８がＹＡ
Ｇレーザ溶接や半田材等により接合固定される。そし
て、電子冷却素子13の熱は、この低融点ロウ材を介して
基体１に伝えられ外部に効率良く放散されることによ
り、電子冷却素子13の作動性を良好にする。また、光半
導体素子４より出射される光は、透光性部材７ａ，７ｂ
により集光されたり平行光等に変換されて光ファイバ11
に授受される。

【００２９】この電子冷却素子13は一般的に、Ｐ型素子
とＮ型素子から成る熱電半導体素子より構成され、熱電
半導体素子に電流を流すことによりペルチェ効果を生じ
させ、吸熱または発熱を行なうものであり、インジウム
（Ｉｎ）−鉛（Ｐｂ）−銀（Ａｇ）半田や錫（Ｓｎ）−
鉛（Ｐｂ）半田等の半田材を介して載置部１ａに取着さ
れる。また、電子冷却素子13の上面には、基体１との接
合材である半田材より低い融点の接合材により載置用基
台６や固定ホルダ８が取着固定される。

【００３０】また、基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や
Ｃｕ−Ｗ合金等の金属から成り、そのインゴットに圧延
加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すこ
とによって所定形状に成形され製作される。また、その
表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金
属、具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さ0.5〜９
μｍのＡｕ層を順次メッキ法により被着させておくのが
よく、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとと
もに、基体１上面に載置用基台６を介して光半導体素子
４を強固に接合させることができる。

【００３１】基体１上面に載置される載置用基台６は、
放熱性および加工性に優れるシリコン（Ｓｉ）、または
基体１の熱膨張係数に近似するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セ
ラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス
等の誘電体から成る。そして、載置用基台６は、光半導
体素子４から基体１へ熱を伝えるための伝熱媒体である
とともに、その高さを調整することにより、透光性部材
７ａと光半導体素子４と光ファイバ11との光軸が合うよ
うに調節することができる。この載置用基台６の上面に
は、高周波信号が伝送される配線導体が形成されるとと
もに光半導体素子４を搭載するための導体層が形成され
る。

【００３２】本発明の枠体２は、基体１と同様にその材
料のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知
の金属加工法を施すことにより、所定形状に成形され製
作される。また、枠体２はドリルによる孔あけ加工等に
より所定形状に形成される貫通孔２ｆを有しており、貫
通孔２ｆの枠体２外面側開口の周囲に筒状の固定部材３
が接合される。または、貫通孔２ａの内面に固定部材３
が嵌着される。

【００３３】また、枠体２は、基体１との接合を強固に
するとともに光半導体パッケージの外部に対する電磁遮
蔽（電磁シールド）を行なうために、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るのがよい。そし
て、その表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優
れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さ
0.5〜９μｍのＡｕ層をメッキ法により順次被着させて
おくのがよく、枠体２が酸化腐食するのを有効に防止で
きるとともに、貫通孔２ａに固定部材３を強固に接合で
きる。

【００３４】本発明において、枠体２は、枠体２の貫通
孔２ｆが形成された側部２ａに隣接する側部２ｃ，２ｄ
の内面の下端に沿って枠体２内側に凸の斜面を有する段
部２ｅが設けられている。これにより、光半導体装置を
基体１の四隅のネジ止め部で平坦な外部電気回路基板に
ネジ止めして固定する際に、光半導体パッケージの製造
工程で生じた基体１の反りが矯正されて生じる、基体１
の中央部における高さ方向の変位と側部２ａの変形とが
抑制される。また、段部２ｅが枠体２内側に凸の斜面を
有する形状、具体的には断面形状が円弧状等とされてい
ることにより、段部２ｅに加わる応力が分散されて段部
２ｅの剛性が向上する。その結果、段部２ｅが破壊され
にくくなるとともに、基体１の中央部の高さ方向の変位
と側部２ａの変形とを有効に抑えることができる。この
ような効果を奏する段部２ｅの具体的な形状としては、
図２のような断面形状が略円弧状である形状、図３のよ
うな段部２ｅの角部（稜部）を曲面状とした形状などが
ある。

【００３５】そして、光半導体パッケージの製造工程で
基体１と枠体２との熱膨張係数差に起因して生じた基体
１の反りが、光半導体装置のネジ止め時の外力によって
矯正されると、この外力により基体１には曲げモーメン
トが生じ、基体１とともに光半導体パッケージ全体が変
形する。その結果、基体１の略中央部が高さ方向に変位
するとともに、側部２ａが基体１との接合部を支点とし
内側または外側に反るように変形する。これにより、光
半導体装置を外部電気回路基板等にネジ止めする際に、
光半導体素子４と透光性部材７ａとの光軸ズレ、透光性
部材７ａ，７ｂの光軸ズレ、透光性部材７ｂと光ファイ
バ11との光軸ズレが発生し、光結合効率が著しく劣化す
る。

【００３６】また、側部２ｃ，２ｄの内面の下端に本発
明の段部２ｅを設けることにより、側部２ａから側部２
ｂにわたって枠体２の剛性が向上する。その結果、光半
導体装置を基体１の四隅のネジ止め部で平坦な外部電気
回路基板にネジ止めして固定する際に、光半導体パッケ
ージの製造工程で生じた基体１の反りを矯正することに
よる光半導体パッケージ全体の変形を抑制できる。

【００３７】また、基体１の熱膨張係数が枠体２より大
きい場合、光半導体パッケージの製造工程で生じる基体
１の内部応力に対し、側部２ｃ，２ｄの下端の内部応力
を段部２ｅにより増加させることにより、基体１に生じ
る反りを抑制できる。

【００３８】即ち、熱膨張係数が約７×10^-6／℃である
Ｃｕ−Ｗ合金から成る基体１と、熱膨張係数が約４×10
^-6／℃であるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金か
ら成る枠体２とを、約800℃まで加熱し、冷却してロウ
材により接合する場合、基体１に生じる内部応力が、側
部２ｃ，２ｄの下端に発生する内部応力より大きくな
り、基体１と枠体２との冷却時において基体１に凸方向
の反りが生じる。これにより、光半導体装置を平坦な外
部電気回路基板にネジ止めして固定する際に、基体１の
反りが矯正されるとともに中央部が高さ方向に変位す
る。さらに、基体１と側部２ａとの接合部を支点として
枠体２が内側または外側に反ることによって固定部材３
が変動する。その結果、光半導体素子４と透光性部材７
ａ，７ｂと光ファイバ11との間に位置ズレが生じ光軸が
ずれることから、光結合効率は著しく劣化し、光半導体
素子４と光ファイバ11との間で効率良く光信号の入出力
が行なわれない。

【００３９】従って、側部２ｃ，２ｄの内面の下端に沿
って枠体２内側に凸の斜面を有する段部２ｅを設けるこ
とにより、光半導体パッケージの製造工程で段部２ｅに
生じる内部応力を増加させ、基体１に生じる内部応力と
整合させる。これにより、光半導体パッケージの製造工
程で生じる基体１の反りが有効に抑制され、光半導体装
置を平坦な外部電気回路基板にネジ止めして固定する際
の基体１に対する曲げモーメントが低下し、基体１の中
央部における高さ方向の変位と、側部２ａの基体１との
接合部を支点とした変位とが有効に抑制される。

【００４０】段部２ｅは、枠体２の内面または基体１の
上面に一体的に形成されるか、または融点が250〜900℃
のロウ材によって形成されることが好ましい。枠体２の
内面または基体１の上面に一体的に形成される場合、小
さな断面積の段部２ｅであっても枠体２または基体１の
剛性が高くなる。段部２ｅがロウ材から成る場合、その
融点が250℃未満では、光半導体パッケージに光半導体
素子４を実装する際の加熱や各種信頼性評価時の温度履
歴によりロウ材が軟化または溶融し、その結果光半導体
パッケージ内部の光学系の光軸のズレが生じる恐れがあ
る。また、ロウ材の融点が900℃を超えると、ロウ付け
時に、基体１と枠体２、枠体２と入出力端子および固定
部材３等を接合する各種接合材が溶融して気密不良を生
じる恐れがある。

【００４１】上記融点を有するロウ材としては、銀12重
量％−ゲルマニウム88重量％、鉛５重量％−銀95重量
％、ＢＡｇ−１（ＪＩＳ．Ｚ．3261：銀45重量％−銅15
重量％−カドミウム24重量％−亜鉛16重量％）、ＢＡｇ
−４（ＪＩＳ．Ｚ．3261：銀40重量％−銅30重量％−亜
鉛28重量％−ニッケル２重量％）、ＢＡｇ−８ａ（ＪＩ
Ｓ．Ｚ．3261：銀72重量％−銅28重量％−リチウム0.2
重量％）、ＢＡｇ−13（ＪＩＳ．Ｚ．3261：銀54重量％
−銅40重量％−亜鉛５重量％−ニッケル１重量％）、Ｂ
Ａｇ−18（ＪＩＳ．Ｚ．3261：銀60重量％−銅30重量％
−錫10重量％−リン0.2５重量％）、ＢＡｇ−19（ＪＩ
Ｓ．Ｚ．3261：銀92.5重量％−銅7.2重量％−リチウム
0.2重量％）、ＢＡｇ−21（ＪＩＳ．Ｚ．3261：銀63重
量％−銅28.5重量％−錫６重量％−ニッケル2.5重量
％）、ＢＡｇ−23（ＪＩＳ．Ｚ．3261：銀85重量％−マ
ンガン15重量％）等が挙げられる。とりわけ、メニスカ
スの形成のし易さ、製造上での取り扱い易さ、環境問題
等の観点から、ＢＡｇ−８ａおよびＢＡｇ−23が好適で
ある。

【００４２】また、段部２ｅは、側部２ｃ，２ｄの下端
に枠体２の側部２ａの内面から側部２ｂの内面にわたっ
て設けられることが好ましい。これにより、側部２ａか
ら側部２ｂにわたる枠体２の剛性が向上する。即ち、光
半導体装置を平坦な外部電気回路基板にネジ止めして固
定する際の基体１に生じる曲げモーメントによる基体１
と枠体２との変形を抑制する。その結果、基体１の中央
部における高さ方向の変位と、側部２ａの基体との接合
部を支点とする内側または外側への反りが有効に抑制さ
れる。

【００４３】また、段部２ｅは、枠体２の側部２ｃ，２
ｄの内面に垂直な面における中央部の断面積が両端部よ
りも大きいことが好ましい。これにより、側部２ａの内
面から側部２ａに対向する側部２ｂの内面にわたる段部
２ｅの断面積を全体的に増加させることなく、枠体２の
剛性を十分に向上させることができる。即ち、段部２ｅ
の断面積を大きくするにつれて側部２ａ内面から側部２
ｂ内面にわたる枠体２の剛性は増加するが、光半導体パ
ッケージの軽量化を十分に満足することができなくな
る。従って、段部２ｅの中央部の断面積を両端部よりも
大きくすることにより、光半導体パッケージの重量を著
しく増加させることなく、枠体２の剛性を向上させるこ
とができる。その結果、光半導体装置を基体１の四隅の
ネジ止めで平坦な外部電気回路基板等にネジ止めする際
に、ネジ止めによる外力で生じる枠体２の変形を抑制で
きる。

【００４４】この場合、段部２ｅの断面積が大きい中央
部は、段部２ｅの長さの30〜70％であることが好まし
い。30％未満では段部２ｅの強度が向上しにくくなり、
70％を超えると光半導体パッケージが重量化することに
なる。また、断面積が大きい中央部は両端部の断面積の
1.5〜５倍であることが好ましい。1.5倍未満では段部２
ｅの強度が向上しにくくなり、５倍を超えると光半導体
パッケージが重量化するとともに、電子冷却素子13を囲
繞する枠体２の下側開口が囲む面積を大きくする必要が
あることから枠体２が大きくなり、光半導体パッケージ
の軽量化，小型化の点で不適である。具体的には、中央
部の断面積は3.2ｍｍ²程度であり、両端部の断面積は0.
7ｍｍ²程度である。

【００４５】また、基体１の段部２ｅが設けられた側の
側面から下面の段部２ｅ直下の部位にかけて切欠き部１
ｂを設けることが好ましい。これにより、光半導体装置
に収納されて光半導体素子４の温度制御を行なう電子冷
却素子13の熱や、光半導体素子４や駆動素子の熱が、基
体１を介して枠体２に伝達し、光半導体パッケージ全体
が高温になることを抑制できる。即ち、電子冷却素子13
の熱が基体１を介して枠体２に伝達することにより光半
導体パッケージ全体が高温となり、光半導体素子４およ
び駆動素子が加熱され高温となることから、熱破壊を起
こしたり、熱による特性劣化を引き起こし誤動作を生じ
る。従って、基体１の下面の段部２ｅ直下の部位に切欠
き部１ｂを設けることにより、光半導体素子４や駆動素
子の熱が基体１を介して枠体２に伝達されて光半導体パ
ッケージ全体が高温になることを抑制できる。

【００４６】また、基体１の熱膨張係数が枠体２より大
きい場合、光半導体パッケージの製造工程で生じる基体
１と枠体２との内部応力が段部２ｅにより整合され、基
体１の反りが抑制される。その結果、光半導体パッケー
ジの重量を著しく増加させることなく枠体２の剛性を増
加させ、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めす
る際の光半導体パッケージ全体の変形を抑制し、電子冷
却素子13や載置用基台６を介して基体１の中央部に載置
される光半導体素子４の高さ方向の変位と、固定部材３
に取着された透光性部材７ｂおよび光ファイバ11の位置
ズレを抑制できる。その結果、光半導体素子４と透光性
部材７ａ，７ｂと光ファイバ11との光軸のズレによる光
結合効率の劣化が生じず、光半導体装置に光信号を効率
よく円滑に入出力できる。また、光半導体素子４および
駆動素子は常に適温となり、光半導体素子４を長期にわ
たり正常かつ安定に動作させ得るとともに光半導体装置
の信頼性が向上する。

【００４７】枠体２の側部２ａに設けられる固定部材３
は、光ファイバ11を枠体２に固定するためのものであ
り、貫通孔２ｆの枠体２外側開口の周囲または貫通孔２
ａの内面に銀ロウ等のロウ材を介して接合される。この
固定部材３は枠体２の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属からなり、例えばＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴット（塊）をプレス加工
で筒状とすることにより作製される。また、固定部材３
の枠体２外側の端面には、戻り光防止用の光アイソレー
タ９と光ファイバ11とを樹脂接着剤で接着した金属ホル
ダ12が半田材やＹＡＧレーザ溶接により接合される。こ
の固定部材３の内部には、光半導体素子４より出射され
る光信号の消光比の劣化が生じないサファイアや非晶質
ガラス等から成り、集光レンズとして機能するとともに
光半導体パッケージ内部を塞ぐための透光性部材７ｂ
が、半田材またはガラス材等の接合材により固定されて
光半導体パッケージ内部の気密性を保つ。

【００４８】透光性部材７ａ，７ｂは、熱膨張係数が４
×10^-6〜12×10^-6／℃（室温〜400℃）のサファイア
（単結晶アルミナ）や非晶質ガラス等から成り、球状，
半球状，凸レンズ状、ロッドレンズ状等とされる。そし
て、透光性部材７ａ，７ｂは、光半導体素子４からの出
射光を集光したり平行光に変換して光ファイバ11に入力
するための集光部材として用いられる。また、透光性部
材７ａ，７ｂは、例えば結晶軸の存在しない非晶質ガラ
スの場合、酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化鉛（ＰｂＯ）を
主成分とする鉛系、またはホウ酸やケイ砂を主成分とす
るホウケイ酸系のものを用いる。その結果、光半導体素
子4からの出射光が透光性部材７ａ，７ａで複屈折の影
響を及ぼされず、効率良く光ファイバ11に光信号を入力
できる。

【００４９】また、透光性部材７ｂは、例えばその外周
部に予めメタライズ層を被着させておき、このメタライ
ズ層と固定部材３とをＡｕ−Ｓｎ半田等の低融点ロウ材
を介しロウ付けされる。これにより、光半導体素子４を
収納した光半導体装置の気密が行なわれ、光半導体素子
４を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る。この透
光性部材７ｂは、その熱膨張係数が枠体２と異なってい
ても、固定部材３が熱膨張係数差による内部応力を吸収
し緩和するので、結晶軸が応力のためにある方向に揃う
ことによって光の屈折率の変化を起こすことは発生しに
くい。従って、このような透光性部材７ｂを用いること
により、光半導体素子４と光ファイバ11との間の光結合
効率の変動を小さく抑えることができ、安定した光信号
の入出力を行ない得る。

【００５０】透光性部材７ａを固定する固定ホルダ８は
載置用基台６の熱膨張係数と近似する金属から成り、固
定ホルダ８の貫通孔や切欠き部から成る取付部に透光性
部材７ａが嵌着される。そして、固定ホルダ８は、光半
導体素子４と透光性部材７ａとの光軸が一致するように
調整された後に、電子冷却素子13の上面に半田やＹＡＧ
レーザ溶接等の溶接法により固定される。

【００５１】また、蓋体５は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等
の金属やアルミナセラミックス等のセラミックスから成
り、枠体２上面にＡｕ−Ｓｎ合金半田等の低融点ロウ材
を介して接合されたり、ＹＡＧレーザ溶接等の溶接法に
より接合される。

【００５２】かくして、本発明の光半導体パッケージ
は、基体1の載置部１ａに電子冷却素子13と載置用基台
６を介して光半導体素子４を載置し、光半導体素子４の
各電極と載置用基台６上面の配線導体および入出力端子
とをボンディングワイヤにより電気的に接続し、しかる
後、枠体２上面に蓋体５を接合し、基体１と枠体２と固
定部材３と蓋体５とから成る容器の内部に光半導体素子
４を収納し気密封止することによって、製品としての光
半導体装置となる。

【００５３】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を
施すことは何等支障ない。

【００５４】

【発明の効果】本発明の光半導体パッケージは、枠体の
貫通孔が形成された側部に隣接する側部の内面の下端に
沿って枠体内側に凸の斜面を有する段部が設けられてい
ることにより、光半導体装置を基体の四隅のネジ止め部
で平坦な外部電気回路基板等にネジ止めする際に、光半
導体パッケージの製造工程で生じた基体の反りが矯正さ
れることによる、基体の中央部に生じる高さ方向の変位
と枠体に生じる変形とを段部に有効に抑制できる。ま
た、基体の熱膨張係数が枠体より大きい場合、光半導体
パッケージの製造工程で生じる基体と枠体との内部応力
を段部により整合できることから基体の反りを抑制でき
る。その結果、光半導体装置を外部電気回路基板にネジ
止めする際に基体を矯正することによる、光半導体素子
と透光性部材と固定部材に取着される光ファイバとの間
に発生する光軸のズレを小さくでき、光結合効率の劣化
を有効に抑制できる。また、部品点数を増加させること
なく低コストに光半導体パッケージの変形を抑制でき、
光半導体装置と外部との光信号の入出力を効率よくかつ
安定して行なうことができる。

【００５５】また本発明の光半導体パッケージは、好ま
しくは、段部は枠体の貫通孔が形成された側部の内面か
ら側部に対向する側部の内面にかけて設けられているこ
とにより、枠体の貫通孔が形成された側部の内面からこ
の側部に対向する側部の内面にわたる枠体の剛性が向上
する。これにより、光半導体装置を基体の四隅のネジ止
めで平坦な外部電気回路基板等にネジ止めする際の基体
の変形と、貫通孔が形成される側部の変形がより抑制さ
れる。従って、電子冷却素子や載置用基台を介して基体
の中央部に載置される光半導体素子および透光性部材の
高さ方向の変位と、固定部材に取着される透光性部材お
よび光ファイバの変位が抑制される。その結果、光半導
体素子と透光性部材と固定部材に取着される光ファイバ
との間に発生する光軸のズレによる光出力の低下を有効
に抑制でき、光半導体装置の外部との光信号の授受が正
常かつ効率よく行なわれる。

【００５６】また本発明の光半導体パッケージは、好ま
しくは、段部は中央部の断面積が両端部よりも大きいこ
とにより、枠体の貫通孔が形成された側部の内面からこ
の側部に対向する側部にわたる段部の断面積を全体にわ
たって増加させることなく、枠体の剛性を向上させるこ
とができる。これにより、光半導体パッケージの重量を
大きく増加させずに、光半導体装置を基体の四隅のネジ
止め部で平坦な外部電気回路基板等にネジ止めする際の
枠体の変形と貫通孔が形成された側部の変形とをさらに
抑制でき、光半導体素子と透光性部材と固定部材に取着
される光ファイバとの間に発生する光軸のズレによる光
出力の低下と、光半導体パッケージの重量化を有効に抑
制できる。

【００５７】また本発明の光半導体パッケージは、好ま
しくは、基体は段部が設けられた側の側面から下面の段
部の直下の部位にかけて切欠き部が設けられていること
により、光半導体装置等に収納され光半導体素子の温度
制御を行なう電子冷却素子の熱や光半導体素子や駆動素
子の熱が、基体を介して枠体に伝達し光半導体パッケー
ジ全体が高温になることを抑制できる。その結果、光半
導体素子および駆動素子は常に適温となり、光半導体素
子を長期にわたり正常かつ安定に動作させ得る。また、
基体の熱膨張係数が枠体より大きい場合、光半導体パッ
ケージの製造工程で生じる基体の内部応力を小さくする
ことができるため基体の反りを抑制できる。その結果、
光半導体装置を外部電気回路基板にネジ止めする際に基
体を矯正することによって光半導体素子と透光性部材と
固定部材に取着される光ファイバとの間に発生する光軸
のズレを小さくでき、光結合効率の劣化を有効に抑制で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージについ
て実施の形態の一例を示す側断面図である。

【図２】図１の光半導体素子収納用パッケージの光半導
体素子部における正面断面図である。

【図３】本発明の光半導体素子収納用パッケージについ
て実施の形態の他の例を示し、光半導体素子収納用パッ
ケージの光半導体素子部における正面断面図である。

【図４】従来の光半導体素子収納用パッケージの側断面
図である。

【図５】従来の光半導体素子収納用パッケージの光半導
体素子部における正面断面図である。

【符号の説明】

１：基体１ａ：載置部１ｂ：切欠き部２：枠体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ：側部２ｅ：段部２ｆ：貫通孔３：光ファイバ固定部材４：光半導体素子５：蓋体６：載置用基台７ａ，７ｂ：透光性部材 11：光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に光半導体素子が載置用基台を介し
て載置される載置部を有する略四角形の基体と、該基体
の上面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に
貫通孔が形成された平面視形状が略四角形の枠体と、前
記貫通孔に嵌着されるかまたは前記貫通孔の枠体外側開
口の周囲に一端が取着された筒状の光ファイバ固定部材
とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、
前記枠体の前記貫通孔が形成された前記側部に隣接する
側部の内面の下端に沿って前記枠体内側に凸の斜面を有
する段部が設けられていることを特徴とする光半導体素
子収納用パッケージ。
【請求項２】前記段部は、前記枠体の前記貫通孔が形
成された前記側部の内面から前記側部に対向する側部の
内面にかけて設けられていることを特徴とする請求項１
記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】前記段部は、中央部の断面積が両端部よ
りも大きいことを特徴とする請求項１または請求項２記
載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】前記基体は、前記段部が設けられた側の
側面から下面の前記段部の直下の部位にかけて切欠き部
が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいず
れかに記載の光半導体素子収納用パッケージ。