JP2003273437A - 光半導体モジュール用パッケージ - Google Patents
光半導体モジュール用パッケージInfo
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- JP2003273437A JP2003273437A JP2002072507A JP2002072507A JP2003273437A JP 2003273437 A JP2003273437 A JP 2003273437A JP 2002072507 A JP2002072507 A JP 2002072507A JP 2002072507 A JP2002072507 A JP 2002072507A JP 2003273437 A JP2003273437 A JP 2003273437A
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- semiconductor module
- optical semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 部品点数を削減して組立が簡単容易になると
ともに、高周波対応が可能で、放熱特性に優れた光半導
体モジュールが得られるパッケージを提供する。 【解決手段】 本発明の光半導体モジュール用パッケー
ジ１０は、フレーム部１１とベース部１３とがＭＩＭ
（Metal Injection Molding）法あるいはＣＩＭ（Ceram
ic Injection Molding）法により一体的に形成されてい
る。そして、底板となるベース部１３の一部には切欠部
１３ａが形成されていて、この切欠部１３ａに基板１４
が接合されている。基板１４は、上基板１４ａと、下基
板１４ｂと、これらの上基板１４ａと下基板１４ｂとの
間に多数のペルチェ素子１４ｃが配列されている。これ
により、半導体レーザで発生した熱をペルチェ素子１４
ｃを介して素早く系外に放熱することが可能となる。
ともに、高周波対応が可能で、放熱特性に優れた光半導
体モジュールが得られるパッケージを提供する。 【解決手段】 本発明の光半導体モジュール用パッケー
ジ１０は、フレーム部１１とベース部１３とがＭＩＭ
（Metal Injection Molding）法あるいはＣＩＭ（Ceram
ic Injection Molding）法により一体的に形成されてい
る。そして、底板となるベース部１３の一部には切欠部
１３ａが形成されていて、この切欠部１３ａに基板１４
が接合されている。基板１４は、上基板１４ａと、下基
板１４ｂと、これらの上基板１４ａと下基板１４ｂとの
間に多数のペルチェ素子１４ｃが配列されている。これ
により、半導体レーザで発生した熱をペルチェ素子１４
ｃを介して素早く系外に放熱することが可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信装置などに
使用する高出力の光半導体素子（例えば、半導体レー
ザ）と光ファイバとの結合器である光半導体モジュール
を収容するパッケージに関する。
使用する高出力の光半導体素子（例えば、半導体レー
ザ）と光ファイバとの結合器である光半導体モジュール
を収容するパッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、インターネットの急速な発展に伴
って、大容量のデータ（情報）を高速に伝送する必要性
が益々増大している。そこで、既に敷設されている光フ
ァイバー網を使用してデータ（情報）を伝送すると、デ
ータ（情報）の高速伝送が可能になることから、ここ数
年において、光ファイバー網の利用が急激に増加するよ
うになった。この場合、１本の光ファイバに異なる波長
の光を通してチャネルを多重化する、いわゆるＷＤＭ
（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）
あるいはＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multip
lexing：高密度波長分割多重）等の広帯域の光ネットワ
ーク技術を利用することにより、大容量のデータを双方
向で高速伝送することが可能になる。
って、大容量のデータ（情報）を高速に伝送する必要性
が益々増大している。そこで、既に敷設されている光フ
ァイバー網を使用してデータ（情報）を伝送すると、デ
ータ（情報）の高速伝送が可能になることから、ここ数
年において、光ファイバー網の利用が急激に増加するよ
うになった。この場合、１本の光ファイバに異なる波長
の光を通してチャネルを多重化する、いわゆるＷＤＭ
（Wavelength Division Multiplexing：波長分割多重）
あるいはＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multip
lexing：高密度波長分割多重）等の広帯域の光ネットワ
ーク技術を利用することにより、大容量のデータを双方
向で高速伝送することが可能になる。
【０００３】ここで、光ファイバ中を転送するデータ
（情報）は、レーザー光を変調した信号であり、これは
光半導体モジュールと呼ばれる半導体レーザー等を収容
した電子装置から発信される。また、光ファイバを用い
てデータ（情報）を伝送する中間地点で信号強度を増幅
する、いわゆる光アンプにもこの光半導体モジュールが
用いられている。ところで、半導体レーザーの発振波長
は温度によって大きく影響を受けるので、半導体レーザ
ーの動作時には、その温度を厳密に制御することが不可
欠となる。この温度制御には、通常、多数のペルチェ素
子を搭載した電子クーラー（ＴＥＣ：Thermo Electric
Cooler）と呼ばれる電子デバイスが使用されている。
（情報）は、レーザー光を変調した信号であり、これは
光半導体モジュールと呼ばれる半導体レーザー等を収容
した電子装置から発信される。また、光ファイバを用い
てデータ（情報）を伝送する中間地点で信号強度を増幅
する、いわゆる光アンプにもこの光半導体モジュールが
用いられている。ところで、半導体レーザーの発振波長
は温度によって大きく影響を受けるので、半導体レーザ
ーの動作時には、その温度を厳密に制御することが不可
欠となる。この温度制御には、通常、多数のペルチェ素
子を搭載した電子クーラー（ＴＥＣ：Thermo Electric
Cooler）と呼ばれる電子デバイスが使用されている。
【０００４】そして、半導体レーザー、ＴＥＣ等の電子
部品を収容する容器は、一般的にはパッケージと呼ば
れ、図４〜図６に示すような構造となっている。なお、
図４はパッケージに用いられる構成部品を示しており、
図５はこれらの構成部品を組み立てる状態を示してい
る。そして、図６はこれらの構成部品を組み立てた状態
のパッケージの断面を示している。ここで、光半導体モ
ジュール用パッケージ２０を形成する主要な構成部品
は、フレーム２１と、窓ホルダ２２と、底板となるベー
ス２３と、シールリング２４と、セラミックフィードス
ルー２５，２５と、一対のリード２６，２６と、カバー
（図示せず）とからなる。
部品を収容する容器は、一般的にはパッケージと呼ば
れ、図４〜図６に示すような構造となっている。なお、
図４はパッケージに用いられる構成部品を示しており、
図５はこれらの構成部品を組み立てる状態を示してい
る。そして、図６はこれらの構成部品を組み立てた状態
のパッケージの断面を示している。ここで、光半導体モ
ジュール用パッケージ２０を形成する主要な構成部品
は、フレーム２１と、窓ホルダ２２と、底板となるベー
ス２３と、シールリング２４と、セラミックフィードス
ルー２５，２５と、一対のリード２６，２６と、カバー
（図示せず）とからなる。
【０００５】この場合、フレーム２１、ベース２３、セ
ラミックフィードスルー２５、リード２６、シールリン
グ２４およびＡｇＣｕ合金からなるロウ材（図示せず）
を、図５（ａ）に示すような配置構成になるように、図
示しないカーボン製あるいはアルミナ製の治具に配置し
た。ついで、この治具を４０％の水素（Ｈ2）を含む窒
素（Ｎ2）ガスの雰囲気のリフロー炉中で、移動速度が
３０ｍｍ／分のベルト上に配置し、最高温度が９００℃
で２０分間加熱されるようなリフロー条件（昇温プロフ
ァイル）で加熱処理した。
ラミックフィードスルー２５、リード２６、シールリン
グ２４およびＡｇＣｕ合金からなるロウ材（図示せず）
を、図５（ａ）に示すような配置構成になるように、図
示しないカーボン製あるいはアルミナ製の治具に配置し
た。ついで、この治具を４０％の水素（Ｈ2）を含む窒
素（Ｎ2）ガスの雰囲気のリフロー炉中で、移動速度が
３０ｍｍ／分のベルト上に配置し、最高温度が９００℃
で２０分間加熱されるようなリフロー条件（昇温プロフ
ァイル）で加熱処理した。
【０００６】これにより、フレーム２１の一側壁に窓ホ
ルダ２２がロウ付けされ、フレーム２１の下面に底板と
なるベース２３がロウ付けされて固着される。また、フ
レーム２１の一対の側壁に形成された切欠部にセラミッ
クフィードスルー２５，２５がロウ付けにより固着され
る。さらに、これらのセラミックフィードスルー２５，
２５の上に一対のリード２６，２６がロウ付けされ、こ
れらのリード２６，２６の上にシールリング２４がロウ
付けされる。そして、ＴＥＣ２７、半導体レーザー（図
示せず）等の電子部品、あるいは光学系等をフレーム２
１内に収容、固定する。この後、フレーム２１内を窒素
ガスの雰囲気にし、最後にシールリング２４にカバー
（図示せず）を溶接してパッケージ２０が形成される。
これと同時に、光半導体モジュールも形成されることと
なる。
ルダ２２がロウ付けされ、フレーム２１の下面に底板と
なるベース２３がロウ付けされて固着される。また、フ
レーム２１の一対の側壁に形成された切欠部にセラミッ
クフィードスルー２５，２５がロウ付けにより固着され
る。さらに、これらのセラミックフィードスルー２５，
２５の上に一対のリード２６，２６がロウ付けされ、こ
れらのリード２６，２６の上にシールリング２４がロウ
付けされる。そして、ＴＥＣ２７、半導体レーザー（図
示せず）等の電子部品、あるいは光学系等をフレーム２
１内に収容、固定する。この後、フレーム２１内を窒素
ガスの雰囲気にし、最後にシールリング２４にカバー
（図示せず）を溶接してパッケージ２０が形成される。
これと同時に、光半導体モジュールも形成されることと
なる。
【０００７】なお、セラミックフィードスルー２５は所
定の配線２５ａを有するセラミック材により形成されて
いる。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とバイン
ダーからなるグリーンシートを所定の形状に形成すると
ともに、所定の配線２５ａを施したものを焼結すること
により形成されている。この場合、半導体レーザーとベ
ース２３との間にＴＥＣ２７を配置するようにして、半
導体レーザーで発生した熱を能動的に外部に放出するよ
うにしている。このため、ベース２３は高熱伝導性材料
であるＣｕＷが用いられることが多い。また、フレーム
２１、窓ホルダ２２およびシールリング２４は熱膨張係
数が小さいコバール（Kovar）と呼ばれるＦｅＮｉＣｏ
合金が使用される。
定の配線２５ａを有するセラミック材により形成されて
いる。例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）とバイン
ダーからなるグリーンシートを所定の形状に形成すると
ともに、所定の配線２５ａを施したものを焼結すること
により形成されている。この場合、半導体レーザーとベ
ース２３との間にＴＥＣ２７を配置するようにして、半
導体レーザーで発生した熱を能動的に外部に放出するよ
うにしている。このため、ベース２３は高熱伝導性材料
であるＣｕＷが用いられることが多い。また、フレーム
２１、窓ホルダ２２およびシールリング２４は熱膨張係
数が小さいコバール（Kovar）と呼ばれるＦｅＮｉＣｏ
合金が使用される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
にして形成される光半導体モジュールにおいては、部品
点数が多いとともに、それぞれの部品に加工を施す必要
があるため、材料コストが高価になるという問題を生じ
た。また、各部品を高温度でロウ付けにより組み立て、
かつ部品点数も多いために、組立歩留まりが低いという
問題を生じた。また、高温での作業が必要であるため、
これらを組み立てる装置も高価になり、得られたパッケ
ージも必然的に高価になるという問題も生じた。
にして形成される光半導体モジュールにおいては、部品
点数が多いとともに、それぞれの部品に加工を施す必要
があるため、材料コストが高価になるという問題を生じ
た。また、各部品を高温度でロウ付けにより組み立て、
かつ部品点数も多いために、組立歩留まりが低いという
問題を生じた。また、高温での作業が必要であるため、
これらを組み立てる装置も高価になり、得られたパッケ
ージも必然的に高価になるという問題も生じた。
【０００９】また、外部との電気的な入出力をセラミッ
クフィードスルー２５，２５を用いて行うようにしてい
るため、パターンピッチを細かくすることに限界があっ
て、高周波化に対応することが困難であるという問題も
生じた。さらに、セラミックフィードスルー２５，２５
を用いた場合には、光半導体モジュールの内部の配線が
複雑になるという問題も生じた。さらに、ＣｕＷ材料よ
りなるベース２３の下面にヒートシンクを接合して、半
導体レーザで発生した熱を外部に放熱するようにしてい
るため、放熱効率が悪く、素早く外部に放熱することが
困難であるという問題も生じた。
クフィードスルー２５，２５を用いて行うようにしてい
るため、パターンピッチを細かくすることに限界があっ
て、高周波化に対応することが困難であるという問題も
生じた。さらに、セラミックフィードスルー２５，２５
を用いた場合には、光半導体モジュールの内部の配線が
複雑になるという問題も生じた。さらに、ＣｕＷ材料よ
りなるベース２３の下面にヒートシンクを接合して、半
導体レーザで発生した熱を外部に放熱するようにしてい
るため、放熱効率が悪く、素早く外部に放熱することが
困難であるという問題も生じた。
【００１０】そこで、本発明は上記の如き問題点を解決
するためになされたものであって、部品点数を削減して
組立が簡単容易になるとともに、高周波対応が可能で、
放熱特性に優れた光半導体モジュールが得られるパッケ
ージを提供することを目的とするものである。
するためになされたものであって、部品点数を削減して
組立が簡単容易になるとともに、高周波対応が可能で、
放熱特性に優れた光半導体モジュールが得られるパッケ
ージを提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の光半導体モジュール用パッケージは、ベー
ス部の中央部に切欠部を備え、この切欠部に冷却素子を
搭載した基板が接合されていることを特徴とする。この
ように、冷却素子搭載した基板（なお、この基板は、冷
却素子を直接搭載した基板あるいは冷却素子を搭載した
ユニットを搭載した基板も含む）がベース部の中央部に
形成された切欠部に接合されていると、この基板上に直
接半導体レーザ素子を搭載することが可能となる。これ
により、半導体レーザで発生した熱を冷却素子を介して
素早く系外に放熱することが可能となる。そして、冷却
素子を搭載した基板の表面に半導体レーザに接続される
電子回路を備えるようにすると、高周波対応が可能にな
るとともに、半導体レーザと電子回路との接続が容易に
なる。
め、本発明の光半導体モジュール用パッケージは、ベー
ス部の中央部に切欠部を備え、この切欠部に冷却素子を
搭載した基板が接合されていることを特徴とする。この
ように、冷却素子搭載した基板（なお、この基板は、冷
却素子を直接搭載した基板あるいは冷却素子を搭載した
ユニットを搭載した基板も含む）がベース部の中央部に
形成された切欠部に接合されていると、この基板上に直
接半導体レーザ素子を搭載することが可能となる。これ
により、半導体レーザで発生した熱を冷却素子を介して
素早く系外に放熱することが可能となる。そして、冷却
素子を搭載した基板の表面に半導体レーザに接続される
電子回路を備えるようにすると、高周波対応が可能にな
るとともに、半導体レーザと電子回路との接続が容易に
なる。
【００１２】この場合、フレーム部とベース部とがＭＩ
Ｍ（Metal Injection Molding）法あるいはＣＩＭ（Cer
amic Injection Molding）法により一体的に形成されて
いると、セラミックフィードスルーやリード等を別途形
成する必要がなくなるので、部品点数を削減することが
可能となる。これにより、この種の光半導体モジュール
用パッケージの組立が簡単容易になるとともに、構造が
簡単で安価な光半導体モジュール用パッケージを提供す
ることが可能となる。
Ｍ（Metal Injection Molding）法あるいはＣＩＭ（Cer
amic Injection Molding）法により一体的に形成されて
いると、セラミックフィードスルーやリード等を別途形
成する必要がなくなるので、部品点数を削減することが
可能となる。これにより、この種の光半導体モジュール
用パッケージの組立が簡単容易になるとともに、構造が
簡単で安価な光半導体モジュール用パッケージを提供す
ることが可能となる。
【００１３】そして、冷却素子を搭載した基板上に電子
回路に接続されたコネクタを備えるようにすると、外部
回路との入出力コードの接続が容易になる。そして、冷
却素子を搭載する基板は一対の基板であって、この基板
の一方面上に半導体レーザーを載置するとともに、この
基板の他方面上にヒートシンクを搭載するようにする
と、半導体レーザで発生した熱を冷却素子およびヒート
シンクを介して素早く外部に放出することが可能になっ
て、放熱特性に優れた光半導体モジュールとすることが
可能になる。
回路に接続されたコネクタを備えるようにすると、外部
回路との入出力コードの接続が容易になる。そして、冷
却素子を搭載する基板は一対の基板であって、この基板
の一方面上に半導体レーザーを載置するとともに、この
基板の他方面上にヒートシンクを搭載するようにする
と、半導体レーザで発生した熱を冷却素子およびヒート
シンクを介して素早く外部に放出することが可能になっ
て、放熱特性に優れた光半導体モジュールとすることが
可能になる。
【００１４】なお、この種のパッケージのフレームの一
側壁にはレーザー光を透過させるガラス材あるいはセラ
ミック材等からなる窓を備えるようにしているが、別途
作製された窓ホルダを接合する工程が必要になるため好
ましくない。このため、本発明においては、窓ホルダを
フレームと一体的に形成するようにしている。これによ
り、この種のパッケージの製造が、簡単、容易になる。
側壁にはレーザー光を透過させるガラス材あるいはセラ
ミック材等からなる窓を備えるようにしているが、別途
作製された窓ホルダを接合する工程が必要になるため好
ましくない。このため、本発明においては、窓ホルダを
フレームと一体的に形成するようにしている。これによ
り、この種のパッケージの製造が、簡単、容易になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】ついで、本発明の光半導体モジュ
ール用パッケージの実施の形態を図１〜図３に基づいて
説明する。なお、図１は、本実施の形態のパッケージの
概略構成を示す断面図である。また、図２は、本実施の
形態のパッケージの概略構成を示す斜視図であり、図２
（ａ）は一体的に形成されたパッケージを示す斜視図で
あり、図２（ｂ）はこのパッケージに基板を取り付ける
状態を示す斜視図であり、図２（ｃ）はパッケージに基
板を取り付けた状態を示す斜視図である。さらに、図３
は本実施の形態のパッケージに高周波コネクタを取り付
けた例を示す斜視図である。
ール用パッケージの実施の形態を図１〜図３に基づいて
説明する。なお、図１は、本実施の形態のパッケージの
概略構成を示す断面図である。また、図２は、本実施の
形態のパッケージの概略構成を示す斜視図であり、図２
（ａ）は一体的に形成されたパッケージを示す斜視図で
あり、図２（ｂ）はこのパッケージに基板を取り付ける
状態を示す斜視図であり、図２（ｃ）はパッケージに基
板を取り付けた状態を示す斜視図である。さらに、図３
は本実施の形態のパッケージに高周波コネクタを取り付
けた例を示す斜視図である。
【００１６】本発明の光半導体モジュール用パッケージ
１０は、図１および図２に示すように、略箱形形状のフ
レーム部１１と、略円筒形状の窓ホルダ部１２と、フレ
ーム部１１の底板となるべース部１３とが、ＣＩＭ（Ce
ramic Injection Molding）法あるいはＭＩＭ（Metal I
njection Molding）法により一体的に形成された成形体
を、還元性雰囲気で焼結することにより形成されてい
る。そして、底板となるベース部１３の一部には切欠部
１３ａが形成されていて、この切欠部１３ａに基板１４
が半田付けにより接合されている。ここで、基板１４
は、上基板１４ａと、下基板１４ｂと、これらの上基板
１４ａと下基板１４ｂとの間に多数のペルチェ素子１４
ｃ（Ｐ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とか
らなる）が配列されている。
１０は、図１および図２に示すように、略箱形形状のフ
レーム部１１と、略円筒形状の窓ホルダ部１２と、フレ
ーム部１１の底板となるべース部１３とが、ＣＩＭ（Ce
ramic Injection Molding）法あるいはＭＩＭ（Metal I
njection Molding）法により一体的に形成された成形体
を、還元性雰囲気で焼結することにより形成されてい
る。そして、底板となるベース部１３の一部には切欠部
１３ａが形成されていて、この切欠部１３ａに基板１４
が半田付けにより接合されている。ここで、基板１４
は、上基板１４ａと、下基板１４ｂと、これらの上基板
１４ａと下基板１４ｂとの間に多数のペルチェ素子１４
ｃ（Ｐ型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とか
らなる）が配列されている。
【００１７】このように上基板１４ａと下基板１４ｂと
の間に多数のペルチェ素子１４ｃが配列された基板１４
は電子クーラー（ＴＥＣ：Thermo Electric Cooler）と
呼ばれる電子デバイスである。なお、基板１４の上基板
１４ａおよび下基板１４ｂは、例えばアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）
などのセラミック材により構成されており、これらの基
板１４ａ，１４ｂ上に、銅（Ｃｕ）メッキとエッチング
により電極パターンが形成されている。これにより、Ｐ
型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とがＰ，
Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気的に直列に接続されて、電子クー
ラー（ＴＥＣ）が形成されることとなる。
の間に多数のペルチェ素子１４ｃが配列された基板１４
は電子クーラー（ＴＥＣ：Thermo Electric Cooler）と
呼ばれる電子デバイスである。なお、基板１４の上基板
１４ａおよび下基板１４ｂは、例えばアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）、窒化アルミナ（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）
などのセラミック材により構成されており、これらの基
板１４ａ，１４ｂ上に、銅（Ｃｕ）メッキとエッチング
により電極パターンが形成されている。これにより、Ｐ
型半導体化合物素子とＮ型半導体化合物素子とがＰ，
Ｎ，Ｐ，Ｎの順に電気的に直列に接続されて、電子クー
ラー（ＴＥＣ）が形成されることとなる。
【００１８】この場合、図３に示すように、基板１４の
上基板１４ａの上面に、予め、レーザ発振用の電子回路
およびこの電子回路に接続された高周波コネクタ（例え
ば、ＳＭＡコネクタ）１５、あるいは図示しないレーザ
駆動用、ペルチェ素子用、レーザの温度制御用の電源回
路あるいは電子回路に接続されたフレキシブルコード用
コネクタ等が配設されている。また、基板１４の下基板
１４ｂの下面には、図示しないヒートシンクがグリース
を介してねじ止めにより接合されている。これにより、
半導体レーザ素子にて発生した熱は、基板１４を介して
ヒートシンクより効率よく放熱することができるように
なる。
上基板１４ａの上面に、予め、レーザ発振用の電子回路
およびこの電子回路に接続された高周波コネクタ（例え
ば、ＳＭＡコネクタ）１５、あるいは図示しないレーザ
駆動用、ペルチェ素子用、レーザの温度制御用の電源回
路あるいは電子回路に接続されたフレキシブルコード用
コネクタ等が配設されている。また、基板１４の下基板
１４ｂの下面には、図示しないヒートシンクがグリース
を介してねじ止めにより接合されている。これにより、
半導体レーザ素子にて発生した熱は、基板１４を介して
ヒートシンクより効率よく放熱することができるように
なる。
【００１９】ここで、フレーム部１１と、窓ホルダ部１
２と、べース部１３とからなるパッケージ１０は、低熱
伝導性で低熱膨張率の両方の性質を有するセラミック材
で形成されており、熱膨張率は２ｐｐｍ／Ｋ以上で１０
ｐｐｍ／Ｋ以下で、熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好
ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いている。これら
の低熱伝導性で低熱膨張率の両方の性質を有するセラミ
ック材としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、ムラ
イト（３Ａｌ2Ｏ3−２ＳｉＯ2）、ステアライト（Ｓｉ
Ｏ−ＭｇＯ）、コージエライト（２ＭｇＯ−２Ａｌ
2Ｏ3）、フォステライト（２ＭｇＯ−ＳｉＯ2）から選
ばれた１つ以上を主成分とするものである。
２と、べース部１３とからなるパッケージ１０は、低熱
伝導性で低熱膨張率の両方の性質を有するセラミック材
で形成されており、熱膨張率は２ｐｐｍ／Ｋ以上で１０
ｐｐｍ／Ｋ以下で、熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、好
ましくは５Ｗ／ｍ・Ｋ以下のものを用いている。これら
の低熱伝導性で低熱膨張率の両方の性質を有するセラミ
ック材としては、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、ムラ
イト（３Ａｌ2Ｏ3−２ＳｉＯ2）、ステアライト（Ｓｉ
Ｏ−ＭｇＯ）、コージエライト（２ＭｇＯ−２Ａｌ
2Ｏ3）、フォステライト（２ＭｇＯ−ＳｉＯ2）から選
ばれた１つ以上を主成分とするものである。
【００２０】また、これらに酸化アルミニウム（Ａｌ2
Ｏ3）あるいは酸化マグネシウム（Ｍｇ2Ｏ3）等の一般
的なセラミック材を加えて、他の部品と熱膨張率を近似
させるようにしたものを用いてもよい。なお、パッケー
ジ１０のフレーム部１１の上部には、タングステン
（Ｗ）、銅−タングステン（ＣｕＷ）、銅−モリブデン
（ＣｕＭｏ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの低熱
膨張率で高熱伝導性を有する材料により形成されたカバ
ー（図示せず）がロウ付けにより接合されることとな
る。
Ｏ3）あるいは酸化マグネシウム（Ｍｇ2Ｏ3）等の一般
的なセラミック材を加えて、他の部品と熱膨張率を近似
させるようにしたものを用いてもよい。なお、パッケー
ジ１０のフレーム部１１の上部には、タングステン
（Ｗ）、銅−タングステン（ＣｕＷ）、銅−モリブデン
（ＣｕＭｏ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの低熱
膨張率で高熱伝導性を有する材料により形成されたカバ
ー（図示せず）がロウ付けにより接合されることとな
る。
【００２１】ついで、上述のような構成となるパッケー
ジ１０の具体な作製例を、製造工程順に以下に、詳細に
説明する。まず、平均粒径が２μｍのアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）粉末とジルコニア（ＺｒＯ2）粉末を原料粉末とし
て用いた。そして、アルミナが５７モル％でジルコニア
が４３モル％の混合比になるように混合してセラミック
混合物とした。このセラミック混合物に、ポリスチレン
（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの熱可塑性樹脂
とワックスが混合された混合バインダーを、６０質量％
添加して混合、混練した。このとき、混合バインダーが
均一に分散されるように、加圧式ニーダーを用いて、１
７０℃で２時間混合、混練を行った。
ジ１０の具体な作製例を、製造工程順に以下に、詳細に
説明する。まず、平均粒径が２μｍのアルミナ（Ａｌ2
Ｏ3）粉末とジルコニア（ＺｒＯ2）粉末を原料粉末とし
て用いた。そして、アルミナが５７モル％でジルコニア
が４３モル％の混合比になるように混合してセラミック
混合物とした。このセラミック混合物に、ポリスチレン
（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）などの熱可塑性樹脂
とワックスが混合された混合バインダーを、６０質量％
添加して混合、混練した。このとき、混合バインダーが
均一に分散されるように、加圧式ニーダーを用いて、１
７０℃で２時間混合、混練を行った。
【００２２】ついで、この混練物をペレタイザにかけて
ペレット状にした後、射出成型機のホッパ内にペレット
状の混練物を導入し、図２（ａ）に示すような所定形状
のフレーム１１部と、窓ホルダ部１２と、べース部１３
とからなるパッケージ１０になるように射出成形してグ
リーン体とした。なお、べース部１３の一部（この場合
は中央部）には切欠部１３ａが形成されるようにした。
なお、上述のように、セラミック混合物に熱可塑性樹脂
などのバインダーを混合し、これを射出成形してグリー
ン体とする方法をＣＩＭ（Ceramic Injection Moldin
g）法という。
ペレット状にした後、射出成型機のホッパ内にペレット
状の混練物を導入し、図２（ａ）に示すような所定形状
のフレーム１１部と、窓ホルダ部１２と、べース部１３
とからなるパッケージ１０になるように射出成形してグ
リーン体とした。なお、べース部１３の一部（この場合
は中央部）には切欠部１３ａが形成されるようにした。
なお、上述のように、セラミック混合物に熱可塑性樹脂
などのバインダーを混合し、これを射出成形してグリー
ン体とする方法をＣＩＭ（Ceramic Injection Moldin
g）法という。
【００２３】ついで、得られたグリーン体を脱バインダ
炉内に配置した後、この脱バインダ炉内を窒素ガスで置
換した。この後、１分間に０．２５℃の昇温速度で脱バ
インダ炉内を加熱し、５５０℃の温度を１２０分間維持
した。これにより、グリーン体内に存在していたバイン
ダが除去されてブラウン体となる。このブラウン体を室
温まで冷却した後、焼結炉に移して、大気中で１分間に
５℃の昇温速度で加熱し、最終的に１５５０℃の温度を
２時間維持した。これにより、ブラウン体は焼結され
て、図２（ａ）に示すようなパッケージ１０が得られ
る。これを室温まで炉冷した後、焼結されたパッケージ
１０を焼結炉から取り出した。
炉内に配置した後、この脱バインダ炉内を窒素ガスで置
換した。この後、１分間に０．２５℃の昇温速度で脱バ
インダ炉内を加熱し、５５０℃の温度を１２０分間維持
した。これにより、グリーン体内に存在していたバイン
ダが除去されてブラウン体となる。このブラウン体を室
温まで冷却した後、焼結炉に移して、大気中で１分間に
５℃の昇温速度で加熱し、最終的に１５５０℃の温度を
２時間維持した。これにより、ブラウン体は焼結され
て、図２（ａ）に示すようなパッケージ１０が得られ
る。これを室温まで炉冷した後、焼結されたパッケージ
１０を焼結炉から取り出した。
【００２４】ついで、図２（ｂ）に示すように、上基板
１４ａと下基板１４ｂとの間にＰ型半導体化合物素子
と、Ｎ型半導体化合物素子からなるペルチェ素子１４ｃ
が交互に配列されて、直列接続となるように導電接続さ
れて構成された基板１４（電子クーラー（ＴＥＣ：Ther
mo Electric Cooler）という）を用意する。この場合、
基板１４の上基板１４ａの上面には、図示しないレーザ
発振用の配線およびこの配線に接続された高周波コネク
タ（例えば、ＳＭＡコネクタ）１５（図３参照）、ある
いは図示しないレーザ駆動用、ペルチェ素子用、レーザ
の温度制御用の配線およびこの配線に接続されたフレキ
シブルコード用コネクタ等が配設されている。
１４ａと下基板１４ｂとの間にＰ型半導体化合物素子
と、Ｎ型半導体化合物素子からなるペルチェ素子１４ｃ
が交互に配列されて、直列接続となるように導電接続さ
れて構成された基板１４（電子クーラー（ＴＥＣ：Ther
mo Electric Cooler）という）を用意する。この場合、
基板１４の上基板１４ａの上面には、図示しないレーザ
発振用の配線およびこの配線に接続された高周波コネク
タ（例えば、ＳＭＡコネクタ）１５（図３参照）、ある
いは図示しないレーザ駆動用、ペルチェ素子用、レーザ
の温度制御用の配線およびこの配線に接続されたフレキ
シブルコード用コネクタ等が配設されている。
【００２５】この後、図２（ｃ）に示すように、パッケ
ージ１０のべース部１３の中央の切欠部１３ａ上に基板
１４を配置し、切欠部１３ａの周縁部と基板１４の上基
板１４ａとをＰｂＳｎ合金により半田付けして一体化し
た。これにより、図１に示すように、べース部１３の中
央の切欠部１３ａ上に基板１４が一体化されたパッケー
ジ１０が形成されることとなる。
ージ１０のべース部１３の中央の切欠部１３ａ上に基板
１４を配置し、切欠部１３ａの周縁部と基板１４の上基
板１４ａとをＰｂＳｎ合金により半田付けして一体化し
た。これにより、図１に示すように、べース部１３の中
央の切欠部１３ａ上に基板１４が一体化されたパッケー
ジ１０が形成されることとなる。
【００２６】なお、切欠部１３ａの周縁部と基板１４の
上基板１４ａとをＰｂＳｎ合金により半田付けするに際
しては、カーボン製あるいはアルミナ製の治具内にべー
ス部１３の中央の切欠部１３ａ上にＰｂＳｎ合金からな
る半田材（図示せず）を介して基板１４を配置した後、
この治具を窒素（Ｎ2）ガスの雰囲気のリフロー炉中
で、移動速度が３０ｍｍ／分のベルト上に配置し、最高
温度が２５０℃で２０分間加熱されるようなリフロー条
件（昇温プロファイル）で加熱処理することにより接合
されることとなる。
上基板１４ａとをＰｂＳｎ合金により半田付けするに際
しては、カーボン製あるいはアルミナ製の治具内にべー
ス部１３の中央の切欠部１３ａ上にＰｂＳｎ合金からな
る半田材（図示せず）を介して基板１４を配置した後、
この治具を窒素（Ｎ2）ガスの雰囲気のリフロー炉中
で、移動速度が３０ｍｍ／分のベルト上に配置し、最高
温度が２５０℃で２０分間加熱されるようなリフロー条
件（昇温プロファイル）で加熱処理することにより接合
されることとなる。
【００２７】最後に、上述のようにして作製したパッケ
ージ１０内に半導体レーザー、レンズ系などからなるレ
ーザ装置を固定する。この後、レンズの光軸を調整し、
パッケージ１０の上部にカバーを配置し、これらを電気
溶接することにより、光半導体モジュールが形成され
る。なお、下基板１４ｂの下面にシリコーングリースを
介して図示しないヒートシンクを配置し、このヒートシ
ンクをねじ止めにより下基板１４ｂに取り付けることに
より、放熱特性に優れた光半導体モジュールとすること
が可能になる。
ージ１０内に半導体レーザー、レンズ系などからなるレ
ーザ装置を固定する。この後、レンズの光軸を調整し、
パッケージ１０の上部にカバーを配置し、これらを電気
溶接することにより、光半導体モジュールが形成され
る。なお、下基板１４ｂの下面にシリコーングリースを
介して図示しないヒートシンクを配置し、このヒートシ
ンクをねじ止めにより下基板１４ｂに取り付けることに
より、放熱特性に優れた光半導体モジュールとすること
が可能になる。
【００２８】
【発明の効果】上述したように、本発明においては、フ
レーム部１１とベース部１３とがＣＩＭ（Ceramic Inje
ction Molding）法により一体的に形成された成形体の
焼結体を光半導体モジュール用パッケージとしているの
で、セラミックフィードスルーやリード等を別途形成す
る必要がなくなる。これにより、部品点数を削減するこ
とが可能となり、この種の光半導体モジュール用パッケ
ージの組立が簡単容易になるとともに、構造が簡単で安
価な光半導体モジュール用パッケージを提供することが
可能となる。
レーム部１１とベース部１３とがＣＩＭ（Ceramic Inje
ction Molding）法により一体的に形成された成形体の
焼結体を光半導体モジュール用パッケージとしているの
で、セラミックフィードスルーやリード等を別途形成す
る必要がなくなる。これにより、部品点数を削減するこ
とが可能となり、この種の光半導体モジュール用パッケ
ージの組立が簡単容易になるとともに、構造が簡単で安
価な光半導体モジュール用パッケージを提供することが
可能となる。
【００２９】なお、上述した実施の形態においては、一
体成型のパッケージをＣＩＭ（Ceramic Injection Mold
ing）法に作製する例について説明したが、本発明の一
体成型のパッケージは、ＣＩＭ法に代えてＭＩＭ（Meta
l Injection Molding）法により製造するようにしても
良い。この場合、原材料としてＦｅＮｉＣｏ粉末、Ｃｕ
Ｗ粉末等を用いるようにすればよい。
体成型のパッケージをＣＩＭ（Ceramic Injection Mold
ing）法に作製する例について説明したが、本発明の一
体成型のパッケージは、ＣＩＭ法に代えてＭＩＭ（Meta
l Injection Molding）法により製造するようにしても
良い。この場合、原材料としてＦｅＮｉＣｏ粉末、Ｃｕ
Ｗ粉末等を用いるようにすればよい。
【図１】 本発明のパッケージの概略構成を示す断面図
である。
である。
【図２】 本発明のパッケージの概略構成を示す斜視図
であり、図２（ａ）は一体的に形成されたパッケージを
示す斜視図であり、図２（ｂ）はこのパッケージに基板
を取り付ける状態を示す斜視図であり、図２（ｃ）はパ
ッケージに基板を取り付けた状態を示す斜視図である。
であり、図２（ａ）は一体的に形成されたパッケージを
示す斜視図であり、図２（ｂ）はこのパッケージに基板
を取り付ける状態を示す斜視図であり、図２（ｃ）はパ
ッケージに基板を取り付けた状態を示す斜視図である。
【図３】 本発明のパッケージに高周波コネクタを取り
付けた例を示す斜視図である。
付けた例を示す斜視図である。
【図４】 従来例のパッケージに用いられる構成部品を
示す斜視図である。
示す斜視図である。
【図５】 図４の構成部品を用いてパッケージを組み立
てる状態を示す斜視図である。
てる状態を示す斜視図である。
【図６】 図４の構成部品を用いて組み立てた状態のパ
ッケージの概略構成を示す断面図である。
ッケージの概略構成を示す断面図である。
１０…パッケージ、１１…フレーム部、１２…窓ホルダ
部、１３…ベース部、１３ａ…切欠部、１４…基板、１
４ａ…上基板、１４ｂ…下基板、１４ｃ…ペルチェ素
子、２０…パッケージ、２１…フレーム、２２…窓ホル
ダ、２３…ベース、２４…シールリング、２５…セラミ
ックフィードスルー、２５ａ…配線、２６…リード
部、１３…ベース部、１３ａ…切欠部、１４…基板、１
４ａ…上基板、１４ｂ…下基板、１４ｃ…ペルチェ素
子、２０…パッケージ、２１…フレーム、２２…窓ホル
ダ、２３…ベース、２４…シールリング、２５…セラミ
ックフィードスルー、２５ａ…配線、２６…リード
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体レーザを備えた光半導体モジュー
ルを収容するフレーム部と、該フレーム部の底板となる
ベース部とからなる光半導体モジュール用パッケージで
あって、 前記ベース部の一部に切欠部を備え、該切欠部に冷却素
子を搭載した基板が接合されていることを特徴とする光
半導体モジュール用パッケージ。 - 【請求項２】 前記フレーム部と前記ベース部とがＭＩ
Ｍ（Metal Injection Molding）法あるいはＣＩＭ（Cer
amic Injection Molding）法により一体的に形成された
成形体の焼結体であることを特徴とする請求項１に記載
の光半導体モジュール用パッケージ。 - 【請求項３】 前記冷却素子を搭載した基板の表面には
前記半導体レーザに接続される電子回路を備えるように
したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
光半導体モジュール用パッケージ。 - 【請求項４】 前記冷却素子を搭載した基板上に前記電
子回路に接続されたコネクタを備えるようにしたことを
特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光
半導体モジュール用パッケージ。 - 【請求項５】 前記冷却素子を搭載する基板は一対の基
板であって、当該基板の一方面上に前記光半導体モジュ
ールを載置するとともに、当該基板の他方面上にヒート
シンクを搭載するようにしたことを特徴とする請求項１
から請求項４のいずれかに記載の光半導体モジュール用
パッケージ。 - 【請求項６】 前記フレームの一側壁に光を透過する窓
材を固定する窓ホルダを備えるとともに、該窓ホルダは
前記フレームと一体的に形成されていることを特徴とす
る請求項１から請求項５のいずれかに記載の光半導体モ
ジュール用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072507A JP2003273437A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 光半導体モジュール用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002072507A JP2003273437A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 光半導体モジュール用パッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003273437A true JP2003273437A (ja) | 2003-09-26 |
Family
ID=29202481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002072507A Withdrawn JP2003273437A (ja) | 2002-03-15 | 2002-03-15 | 光半導体モジュール用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003273437A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7520683B2 (en) | 2004-09-06 | 2009-04-21 | Opnext Japan, Inc. | Optical module |
| CN111082306A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-04-28 | 海南师范大学 | 一种半导体激光阵列及其封装方法 |
-
2002
- 2002-03-15 JP JP2002072507A patent/JP2003273437A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7520683B2 (en) | 2004-09-06 | 2009-04-21 | Opnext Japan, Inc. | Optical module |
| CN111082306A (zh) * | 2019-11-13 | 2020-04-28 | 海南师范大学 | 一种半导体激光阵列及其封装方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050607 |