JP2003282754A - 光デバイス収納用パッケージ - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体素子収納用パッケージにおいて、熱応
力あるいは外部からの機械的衝撃による接合破壊を有効
に防止できない。 【解決手段】 光デバイスを搭載するための凹部を有す
る絶縁基体と、絶縁基体上面に鉄系合金から成るシール
リングを介して封止され、光を透過させるための開口部
を有する枠体および開口部内に設置された透光性の窓体
で構成された略平板状の蓋体とから成る光デバイス収納
用パッケージであって、枠体はシールリングと同一の合
金で形成されるとともに窓体は軟化点が300℃を超える
ガラス材で形成されており、かつこれらの20〜300℃に
おける熱膨張係数の差を0.4〜1.0×10-6／℃としてあ
り、枠体と窓体とは、両者を軟化点を超えて加熱した後
冷却して収縮させ焼嵌により直接接合してあることを特
徴とする光デバイス収納用パッケージである。
力あるいは外部からの機械的衝撃による接合破壊を有効
に防止できない。 【解決手段】 光デバイスを搭載するための凹部を有す
る絶縁基体と、絶縁基体上面に鉄系合金から成るシール
リングを介して封止され、光を透過させるための開口部
を有する枠体および開口部内に設置された透光性の窓体
で構成された略平板状の蓋体とから成る光デバイス収納
用パッケージであって、枠体はシールリングと同一の合
金で形成されるとともに窓体は軟化点が300℃を超える
ガラス材で形成されており、かつこれらの20〜300℃に
おける熱膨張係数の差を0.4〜1.0×10-6／℃としてあ
り、枠体と窓体とは、両者を軟化点を超えて加熱した後
冷却して収縮させ焼嵌により直接接合してあることを特
徴とする光デバイス収納用パッケージである。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、外部からの機械的
衝撃あるいは水分の浸入から光デバイスを保護するため
の光デバイス収納用パッケージに関するものであり、特
にＣＣＤ・ＣＭＯＳ等の撮像素子、光スイッチ・ミラー
デバイス等のＭＥＭＳ、ＣＤ・ＤＶＤ用のＬＤ・ＰＤ等
のレーザ部品の光デバイス収納用パッケージに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、移動体通信機器は軽薄短小化が急
激に進展し、これに伴って搭載される光デバイスを気密
に封止する光デバイス収納用パッケージも軽薄短小化が
進んでいる。 【０００３】このような光デバイス収納用パッケージ
は、一般に酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウ
ム質焼結体・ムライト質焼結体・窒化珪素質焼結体等の
電気絶縁材料から成り、光デバイスを搭載するための凹
部を有する絶縁基体と、絶縁基体の上面に半田やろう材
等により接合され、光を透過するための開口部を有する
枠体および開口部内に設置された透光性の窓体から成る
略平板状の蓋体とから構成されている。なお、枠体の材
料としては、半導体素子収納用パッケージの軽薄短小化
に併せ、薄型加工が可能な鉄−ニッケル−コバルト合金
等の金属が用いられており、窓体としては、ホウ珪酸ガ
ラスが用いられ、低融点ガラスあるいは半田等の接合材
により接合されている。 【０００４】しかしながら、このような光デバイス収納
用パッケージでは、熱膨張係数の異なる枠体と窓体と
を、弾性率が高く歪み等の応力を緩和しにくい低融点ガ
ラスあるいは半田等の接合材により接合しているため
に、光デバイスが作動する際に発生する熱によって枠体
と窓体との間に大きな応力が発生するとともにこの応力
が接合材に作用して接合材と被着体との界面剥離が発生
し、その結果、容器の気密封止が破れ、内部に収容する
光デバイスを長期間にわたり正常、かつ安定に作動させ
ることができないという欠点を有していた。 【０００５】他方、枠体と窓体との接合を、弾性率の低
い樹脂接着剤により行なう方法が提案されている。この
提案によれば、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂をスク
リーン印刷法やディスペンサ法を用いて枠体と窓体との
接合部分に塗布し、枠体と窓体との接合部分を重ね合わ
せ加圧・加熱して枠体と窓体とを接合することにより、
光デバイスが作動する際に発生する熱によって熱膨張係
数の異なる枠体と窓体との間に大きな応力が発生したと
しても、弾性率の低い樹脂接着剤が応力を緩和して接合
材と被着体との界面に剥離が生じることを有効に防止で
きるというものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな樹脂接着剤による接合では樹脂の３次元網目構造の
隙間からの水分浸入が避けられず、容器の気密信頼性が
低下してしまうという問題点を有していた。 【０００７】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
案出されたものであり、その目的は、熱応力あるいは外
部からの機械的衝撃による接合破壊を有効に防止でき、
かつ気密信頼性の高い半導体素子収納用パッケージを提
供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の光デバイス収納
用パッケージは、光デバイスを搭載するための凹部を有
する絶縁基体と、絶縁基体上面に鉄系合金から成るシー
ルリングを介して封止され、光を透過させるための開口
部を有する枠体および開口部内に設置された透光性の窓
体で構成された略平板状の蓋体とから成る光デバイス収
納用パッケージであって、枠体はシールリングと同一の
合金で形成されるとともに窓体は軟化点が300℃を超え
るガラス材で形成されており、かつこれらの20〜300℃
における熱膨張係数の差を0.4〜1.0×10-6／℃としてあ
り、枠体と窓体とは、両者を前記軟化点を超えて加熱し
た後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合してあること
を特徴とするものである。 【０００９】本発明の光デバイス収納用パッケージによ
れば、枠体をシールリングと同一の合金で形成するとと
もに窓体を軟化点が300℃を超えるガラス材で形成し、
これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数の差を0.4〜1.
0×10-6／℃とし、枠体と窓体とを軟化点を超えて加熱
した後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合したことか
ら、枠体と窓体とを接合した後に、窓体は枠体から常に
圧縮方向の力が加えられることから両者の接合が非常に
強固なものとなり、その結果、熱応力あるいは外部から
の機械的衝撃に対して枠体と窓体との接合破壊が起こり
難く、気密信頼性の良好な光デバイス収納用パッケージ
とすることができる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の光デバイス収納用
パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。図
１は本発明の光デバイス収納用パッケージの実施の形態
の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２はシール
リング、３は蓋体であり、主にこれらで本発明の光デバ
イス収納用パッケージが構成される。なお、蓋体３は光
を透過させるための開口部を有する枠体３ａおよび開口
部内に設置された透光性の窓体３ｂで構成されており、
その形状は略平板状である。 【００１１】絶縁基体１は、その凹部１ａ底面の略中央
部に光デバイス７を搭載するための搭載部が設けてあ
り、この搭載部には光デバイス７がガラス・樹脂・ろう
材等から成る接着剤を介して接着固定される。 【００１２】このような絶縁基体１は、酸化アルミニウ
ム質焼結体やムライト質焼結体・窒化アルミニウム質焼
結体・窒化珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体等の電気絶
縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体か
ら成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸
化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な
有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥
漿物を作り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード
法やカレンダーロール法等のシート成形法を採用しシー
ト状にしてセラミックグリーンシート（セラミック生シ
ート）を得、しかる後、それらセラミックグリーンシー
トに適当な打抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層
し、約1600℃の高温で焼成することによって製作され
る。 【００１３】また、絶縁基体１には、搭載部周辺から下
面にかけて複数の配線導体層６が被着形成されており、
この配線導体層６の搭載部の周辺部には光デバイス７の
各電極がボンディングワイヤ８を介して電気的に接続さ
れ、また、絶縁基体１の下面に導出された部位には外部
電気回路（図示せず）が半田等の接続部材を介して電気
的に接続される。 【００１４】配線導体層６は、光デバイス７の各電極を
外部電気回路に電気的に接続する際の導電路として作用
し、例えばタングステン・モリブデン・マンガン等の高
融点金属粉末に適当な有機溶剤・溶媒・可塑剤等を添加
混合して得た金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷
法等の厚膜手法を採用して絶縁基体１となるセラミック
グリーンシートにあらかじめ印刷塗布しておき、これを
セラミックグリーンシートと同時に焼成することによっ
て絶縁基体１の搭載部周辺から下面にかけて所定パター
ンに被着形成される。 【００１５】なお、配線導体層６はその表面にニッケル
・金等の良導電性で耐蝕性およびろう材との濡れ性が良
好な金属をめっき法により１〜20μｍの厚みに被着させ
ておくと、配線導体層６の酸化腐蝕を有効に防止するこ
とができるとともに配線導体層６とボンディングワイヤ
８との接続および配線導体層６と外部電気回路の配線導
体との半田付けを強固となすことができる。従って、配
線導体層６の酸化腐蝕を防止し、配線導体層６とボンデ
ィングワイヤ８との接続および配線導体層６と外部電気
回路の配線導体との半田付けを強固となすためには、配
線導体層６の表面にニッケル・金等をめっき法により１
〜20μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。 【００１６】また、絶縁基体１の上面には、鉄系合金か
ら成るシールリング２が、銀ろう等のろう材を介して接
合されている。シールリング２は、蓋体３を絶縁基体１
に接合する機能を有し、鉄・アルミニウム・銅・タング
ステン・鉄−ニッケル合金・鉄−コバルト合金・鉄−ニ
ッケル−コバルト合金等の金属材料により形成されてい
る。このようなシールリング２は、例えば鉄−ニッケル
合金から成る場合であれば、鉄−ニッケル合金のインゴ
ット（塊）を圧延し板状にしたものを、所定の突起形状
に対応して製作したプレス金型により圧縮プレス成形す
るとともに、従来周知の打抜き加工法により所定の寸法
に形成される。または、ケミカルエッチングにより形成
および所定の外寸への成形も可能である。 【００１７】また、シールリング２の上面には、枠体３
ａと窓体３ｂとから成る蓋体３が、シーム溶接法や、銀
ろう等のろう材を用いて接合されている。枠体３ａは、
その外寸が３〜50ｍｍ程度、開口部の寸法が１〜30ｍｍ
程度、厚みが0.2〜５ｍｍ程度であり、また窓体３ｂ
は、その外寸が枠体３ａの開口部の寸法と同一であり、
厚みは枠体３ａの厚みと同一から10％程度厚い形状に形
成されている。 【００１８】枠体３ａは、その開口部に窓体３ｂが組み
合わされており光デバイス７をパッケージ内部に気密に
封止する作用を成すとともに外部からの衝撃により光デ
バイス７が破壊されることを防止する機能を有し、鉄・
アルミニウム・銅・タングステン・鉄−ニッケル合金・
鉄−コバルト合金・鉄−ニッケル−コバルト合金等の金
属材料により形成されている。なお、枠体３ａは、例え
ば鉄−ニッケル合金から成る場合であれば、鉄−ニッケ
ル合金のインゴット（塊）を圧延し板状にしたものを、
所定の突起形状に対応して製作したプレス金型により圧
縮プレス成形するとともに、従来周知の打抜き加工法に
より所定の寸法に形成される。または、ケミカルエッチ
ングにより形成および所定の外寸への成形も可能であ
る。 【００１９】窓体３ｂは、光デバイス７が受発光する光
を損失が少なく効率良く透過する機能を有し、ホウ珪酸
ガラス等の光学ガラスにより形成されている。このよう
な窓体３ｂは、窓体３ｂと成る母材を、一般に用いられ
る切断・研磨方法を用いて、所定の形状にすることによ
り製作される。 【００２０】本発明の光デバイス収納用パッケージにお
いては、枠体３ａをシールリング２と同一の合金で形成
するとともに窓体３ｂを軟化点が300℃を超えるガラス
材で形成し、これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数
の差を0.4〜1.0×10-6／℃とし、枠体３ａと窓体３ｂと
を軟化点を超えて加熱した後冷却して収縮させ焼嵌によ
り直接接合することが重要である。 【００２１】本発明の光デバイス収納用パッケージによ
れば、枠体３ａをシールリング２と同一の合金で形成す
るとともに窓体３ｂを軟化点が300℃を超えるガラス材
で形成し、これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数の
差を0.4〜1.0×10-6／℃とし、枠体３ａと窓体３ｂとを
軟化点を超えて加熱した後冷却して収縮させ焼嵌により
直接接合したことから、枠体３ａと窓体３ｂとを接合し
た後に、光デバイス７の動作環境である300℃以下の温
度領域において、窓体３ａは枠体３ｂから常に圧縮方向
の力が加えられることから両者の接合が非常に強固なも
のとなり、その結果、熱応力あるいは外部からの機械的
衝撃に対して枠体３ａと窓体３ｂとの接合破壊が起こり
難く、また、枠体３ａと窓体３ｂとの間に異種材料によ
るストレスおよび接着剤の劣化による接合破壊が起こら
ないことから気密信頼性の良好な光デバイス収納用パッ
ケージとすることができる。 【００２２】なお、窓体３ａの軟化点が300℃以下の場
合、光デバイスの動作環境において窓体３ｂが軟化し、
窓体３ａの脱落あるいは変形による光学特性劣化が起こ
りやすくなる傾向がある。従って、窓体３ａの軟化点は
300℃以上とすることが好ましい。 【００２３】また、枠体３ａと窓体３ｂの20〜300℃範
囲での熱膨張係数の差が0.4×10-6／℃未満の場合、枠
体３ａとの熱膨張係数の差が小さく枠体３ａからの圧縮
方向の力が弱くなり枠体３ａと窓体３ｂとの接合強度が
低下し、窓体３ａが脱落しやすくなる傾向がある。さら
に、枠体３ａと窓体３ｂの20〜300℃範囲での熱膨張係
数の差が1.0×10-6／℃を超える場合、枠体３ａとの熱
膨張係数の差が大きく枠体３ａからの圧縮方向の力が過
剰に強くなり窓体３ｂが枠体３ａの圧縮応力に耐えきれ
ず破壊しやすくなる傾向がある。従って、枠体３ａと窓
体３ｂの20〜300℃範囲での熱膨張係数の差は0.4〜1.0
×10-6／℃の範囲とすることが重要である。 【００２４】さらに、枠体３ａと窓体３ｂの間に異種材
料の接着材を用いる場合、異種材料と枠体３ａおよび窓
体３ｂの間にさらに熱膨張係数の差による応力が加わ
り、接着剤起因の気密不良が発生する危険性がある。従
って、枠体３ａと窓体３ｂとは両者を軟化点を超えて加
熱した後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合すること
が重要である。 【００２５】枠体３ａは、シールリング２とのシーム溶
接の際の電力および圧力を低減し、枠体３ａとシールリ
ング２との間の封止後の応力を低減する観点から、図１
に示すように窓体３ｂの接合部と比較して外周の厚みが
薄い形状であることが好ましい。 【００２６】なお、枠体３ａと窓体３ｂとは、表面を温
度が600〜800℃程度の加熱により酸化させた枠体３ａ
に、枠体３ａの開口寸法に対して外周寸法が２〜10％小
さく、厚みが５〜20％厚い寸法に加工した窓体３ｂを設
置し、両者の軟化点を超える温度、例えば700〜1000℃
の温度に加熱して窓体３を一旦軟化させ、枠体３ａの開
口部に窓体３ｂの材料を満たした後、冷却固化すること
により接合される。この際、枠体３ａと窓体３ｂとは、
位置合わせ治具を用いて所定の位置に互いを位置決め
し、接合することが好ましい。また、加熱雰囲気は枠体
３ａの過剰な酸化を防止する為、還元雰囲気が好まし
く、リフロー炉等の連続炉で処理することが好ましい。 【００２７】また、枠体３ａと窓体３ｂを接合して蓋体
３を製作した後、蓋体３の両面を研磨することにより窓
体３ｂの表面を鏡面研磨し、窓体３ｂの材料本来の屈折
率が得られるように加工を行う。 【００２８】かくして、本発明の光デバイス収納用パッ
ケージによれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に光デバイ
ス７をガラス・樹脂・ろう材等の接着剤を介して接着固
定するとともに光デバイス７の各電極を配線導体層６に
ボンディングワイヤ８を介して電気的に接続し、しかる
後、絶縁基体１の上面に凹部１ａを覆うように蓋体３を
被せ、シールリング２と蓋体３とをシーム溶接法により
接合させ、絶縁基体１と蓋体３とから成る容器の内部に
光デバイス７を気密に封止することによって最終製品と
しての光デバイスと成る。 【００２９】 【実施例】枠体３ａに20〜300℃の温度範囲での熱膨張
係数が4.8×10-6／℃のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を用い、
窓体３ｂに熱膨張係数が3.6×10-6〜4.8×10-6／℃の範
囲のホウ珪酸ガラスを用いて蓋体３を試料を製作して評
価した。試料は、まず、表面を600℃の温度で酸化させ
た枠体に、枠体の開口寸法に対して外周寸法が５％小さ
く、厚みが10％厚い寸法に加工した窓体を用い、両者を
800℃の温度に加熱して窓体を一旦軟化させるとともに
膨張させ、枠体の開口部に窓体を挿入し、しかる後、冷
却固化することにより製作した。試料は、焼嵌め後の目
視検査およびＨｅリークテストを行ない評価した。結果
を、表１に示す。 【００３０】 【表１】【００３１】表１から、枠体の熱膨張係数と蓋体の熱膨
張係数との差が1.1×10-6／℃では、窓体が割れてしま
った。また、Ｈｅリークテストにおいても、Ｈｅのリー
クが確認された。さらに、枠体の熱膨張係数と蓋体の熱
膨張係数との差が0.3×10-6／℃では、窓体が枠体から
外れるとともに、Ｈｅリークテストにおいても、Ｈｅの
リークが確認された。 【００３２】これに対して、本発明の請求範囲内の枠体
の熱膨張係数と蓋体の熱膨張係数との差が0.4〜1.2×10
-6／℃では、外観上問題は見られず、またＨｅリークテ
ストでも1×10-8Ｐａ・ｍｍ3/s以下と良好な結果が得ら
れた。従って、枠体２と窓体３の20〜300℃範囲での熱
膨張係数の差は0.4〜1.0×10-6／℃の範囲とすることが
好ましいことがわかった。 【００３３】 【発明の効果】本発明の光デバイス収納用パッケージに
よれば、枠体をシールリングと同一の合金で形成すると
ともに窓体を軟化点が300℃を超えるガラス材で形成
し、これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数の差を0.4
〜1.0×10-6／℃とし、枠体と窓体とを軟化点を超えて
加熱した後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合したこ
とから、枠体と窓体とを接合した後に、窓体は枠体から
常に圧縮方向の力が加えられることから両者の接合が非
常に強固なものとなり、その結果、熱応力あるいは外部
からの機械的衝撃に対して枠体と窓体との接合破壊が起
こり難く、気密信頼性の良好な光デバイス収納用パッケ
ージとすることができる。
衝撃あるいは水分の浸入から光デバイスを保護するため
の光デバイス収納用パッケージに関するものであり、特
にＣＣＤ・ＣＭＯＳ等の撮像素子、光スイッチ・ミラー
デバイス等のＭＥＭＳ、ＣＤ・ＤＶＤ用のＬＤ・ＰＤ等
のレーザ部品の光デバイス収納用パッケージに関する。 【０００２】 【従来の技術】近年、移動体通信機器は軽薄短小化が急
激に進展し、これに伴って搭載される光デバイスを気密
に封止する光デバイス収納用パッケージも軽薄短小化が
進んでいる。 【０００３】このような光デバイス収納用パッケージ
は、一般に酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウ
ム質焼結体・ムライト質焼結体・窒化珪素質焼結体等の
電気絶縁材料から成り、光デバイスを搭載するための凹
部を有する絶縁基体と、絶縁基体の上面に半田やろう材
等により接合され、光を透過するための開口部を有する
枠体および開口部内に設置された透光性の窓体から成る
略平板状の蓋体とから構成されている。なお、枠体の材
料としては、半導体素子収納用パッケージの軽薄短小化
に併せ、薄型加工が可能な鉄−ニッケル−コバルト合金
等の金属が用いられており、窓体としては、ホウ珪酸ガ
ラスが用いられ、低融点ガラスあるいは半田等の接合材
により接合されている。 【０００４】しかしながら、このような光デバイス収納
用パッケージでは、熱膨張係数の異なる枠体と窓体と
を、弾性率が高く歪み等の応力を緩和しにくい低融点ガ
ラスあるいは半田等の接合材により接合しているため
に、光デバイスが作動する際に発生する熱によって枠体
と窓体との間に大きな応力が発生するとともにこの応力
が接合材に作用して接合材と被着体との界面剥離が発生
し、その結果、容器の気密封止が破れ、内部に収容する
光デバイスを長期間にわたり正常、かつ安定に作動させ
ることができないという欠点を有していた。 【０００５】他方、枠体と窓体との接合を、弾性率の低
い樹脂接着剤により行なう方法が提案されている。この
提案によれば、例えば熱硬化性のエポキシ系樹脂をスク
リーン印刷法やディスペンサ法を用いて枠体と窓体との
接合部分に塗布し、枠体と窓体との接合部分を重ね合わ
せ加圧・加熱して枠体と窓体とを接合することにより、
光デバイスが作動する際に発生する熱によって熱膨張係
数の異なる枠体と窓体との間に大きな応力が発生したと
しても、弾性率の低い樹脂接着剤が応力を緩和して接合
材と被着体との界面に剥離が生じることを有効に防止で
きるというものである。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな樹脂接着剤による接合では樹脂の３次元網目構造の
隙間からの水分浸入が避けられず、容器の気密信頼性が
低下してしまうという問題点を有していた。 【０００７】本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み
案出されたものであり、その目的は、熱応力あるいは外
部からの機械的衝撃による接合破壊を有効に防止でき、
かつ気密信頼性の高い半導体素子収納用パッケージを提
供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明の光デバイス収納
用パッケージは、光デバイスを搭載するための凹部を有
する絶縁基体と、絶縁基体上面に鉄系合金から成るシー
ルリングを介して封止され、光を透過させるための開口
部を有する枠体および開口部内に設置された透光性の窓
体で構成された略平板状の蓋体とから成る光デバイス収
納用パッケージであって、枠体はシールリングと同一の
合金で形成されるとともに窓体は軟化点が300℃を超え
るガラス材で形成されており、かつこれらの20〜300℃
における熱膨張係数の差を0.4〜1.0×10-6／℃としてあ
り、枠体と窓体とは、両者を前記軟化点を超えて加熱し
た後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合してあること
を特徴とするものである。 【０００９】本発明の光デバイス収納用パッケージによ
れば、枠体をシールリングと同一の合金で形成するとと
もに窓体を軟化点が300℃を超えるガラス材で形成し、
これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数の差を0.4〜1.
0×10-6／℃とし、枠体と窓体とを軟化点を超えて加熱
した後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合したことか
ら、枠体と窓体とを接合した後に、窓体は枠体から常に
圧縮方向の力が加えられることから両者の接合が非常に
強固なものとなり、その結果、熱応力あるいは外部から
の機械的衝撃に対して枠体と窓体との接合破壊が起こり
難く、気密信頼性の良好な光デバイス収納用パッケージ
とすることができる。 【００１０】 【発明の実施の形態】以下、本発明の光デバイス収納用
パッケージを添付の図面に基づいて詳細に説明する。図
１は本発明の光デバイス収納用パッケージの実施の形態
の一例を示す断面図であり、１は絶縁基体、２はシール
リング、３は蓋体であり、主にこれらで本発明の光デバ
イス収納用パッケージが構成される。なお、蓋体３は光
を透過させるための開口部を有する枠体３ａおよび開口
部内に設置された透光性の窓体３ｂで構成されており、
その形状は略平板状である。 【００１１】絶縁基体１は、その凹部１ａ底面の略中央
部に光デバイス７を搭載するための搭載部が設けてあ
り、この搭載部には光デバイス７がガラス・樹脂・ろう
材等から成る接着剤を介して接着固定される。 【００１２】このような絶縁基体１は、酸化アルミニウ
ム質焼結体やムライト質焼結体・窒化アルミニウム質焼
結体・窒化珪素質焼結体・炭化珪素質焼結体等の電気絶
縁材料から成り、例えば、酸化アルミニウム質焼結体か
ら成る場合であれば、酸化アルミニウム・酸化珪素・酸
化マグネシウム・酸化カルシウム等の原料粉末に適当な
有機バインダ・溶剤・可塑剤・分散剤を添加混合して泥
漿物を作り、この泥漿物を従来周知のドクターブレード
法やカレンダーロール法等のシート成形法を採用しシー
ト状にしてセラミックグリーンシート（セラミック生シ
ート）を得、しかる後、それらセラミックグリーンシー
トに適当な打抜き加工を施すとともにこれを複数枚積層
し、約1600℃の高温で焼成することによって製作され
る。 【００１３】また、絶縁基体１には、搭載部周辺から下
面にかけて複数の配線導体層６が被着形成されており、
この配線導体層６の搭載部の周辺部には光デバイス７の
各電極がボンディングワイヤ８を介して電気的に接続さ
れ、また、絶縁基体１の下面に導出された部位には外部
電気回路（図示せず）が半田等の接続部材を介して電気
的に接続される。 【００１４】配線導体層６は、光デバイス７の各電極を
外部電気回路に電気的に接続する際の導電路として作用
し、例えばタングステン・モリブデン・マンガン等の高
融点金属粉末に適当な有機溶剤・溶媒・可塑剤等を添加
混合して得た金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷
法等の厚膜手法を採用して絶縁基体１となるセラミック
グリーンシートにあらかじめ印刷塗布しておき、これを
セラミックグリーンシートと同時に焼成することによっ
て絶縁基体１の搭載部周辺から下面にかけて所定パター
ンに被着形成される。 【００１５】なお、配線導体層６はその表面にニッケル
・金等の良導電性で耐蝕性およびろう材との濡れ性が良
好な金属をめっき法により１〜20μｍの厚みに被着させ
ておくと、配線導体層６の酸化腐蝕を有効に防止するこ
とができるとともに配線導体層６とボンディングワイヤ
８との接続および配線導体層６と外部電気回路の配線導
体との半田付けを強固となすことができる。従って、配
線導体層６の酸化腐蝕を防止し、配線導体層６とボンデ
ィングワイヤ８との接続および配線導体層６と外部電気
回路の配線導体との半田付けを強固となすためには、配
線導体層６の表面にニッケル・金等をめっき法により１
〜20μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。 【００１６】また、絶縁基体１の上面には、鉄系合金か
ら成るシールリング２が、銀ろう等のろう材を介して接
合されている。シールリング２は、蓋体３を絶縁基体１
に接合する機能を有し、鉄・アルミニウム・銅・タング
ステン・鉄−ニッケル合金・鉄−コバルト合金・鉄−ニ
ッケル−コバルト合金等の金属材料により形成されてい
る。このようなシールリング２は、例えば鉄−ニッケル
合金から成る場合であれば、鉄−ニッケル合金のインゴ
ット（塊）を圧延し板状にしたものを、所定の突起形状
に対応して製作したプレス金型により圧縮プレス成形す
るとともに、従来周知の打抜き加工法により所定の寸法
に形成される。または、ケミカルエッチングにより形成
および所定の外寸への成形も可能である。 【００１７】また、シールリング２の上面には、枠体３
ａと窓体３ｂとから成る蓋体３が、シーム溶接法や、銀
ろう等のろう材を用いて接合されている。枠体３ａは、
その外寸が３〜50ｍｍ程度、開口部の寸法が１〜30ｍｍ
程度、厚みが0.2〜５ｍｍ程度であり、また窓体３ｂ
は、その外寸が枠体３ａの開口部の寸法と同一であり、
厚みは枠体３ａの厚みと同一から10％程度厚い形状に形
成されている。 【００１８】枠体３ａは、その開口部に窓体３ｂが組み
合わされており光デバイス７をパッケージ内部に気密に
封止する作用を成すとともに外部からの衝撃により光デ
バイス７が破壊されることを防止する機能を有し、鉄・
アルミニウム・銅・タングステン・鉄−ニッケル合金・
鉄−コバルト合金・鉄−ニッケル−コバルト合金等の金
属材料により形成されている。なお、枠体３ａは、例え
ば鉄−ニッケル合金から成る場合であれば、鉄−ニッケ
ル合金のインゴット（塊）を圧延し板状にしたものを、
所定の突起形状に対応して製作したプレス金型により圧
縮プレス成形するとともに、従来周知の打抜き加工法に
より所定の寸法に形成される。または、ケミカルエッチ
ングにより形成および所定の外寸への成形も可能であ
る。 【００１９】窓体３ｂは、光デバイス７が受発光する光
を損失が少なく効率良く透過する機能を有し、ホウ珪酸
ガラス等の光学ガラスにより形成されている。このよう
な窓体３ｂは、窓体３ｂと成る母材を、一般に用いられ
る切断・研磨方法を用いて、所定の形状にすることによ
り製作される。 【００２０】本発明の光デバイス収納用パッケージにお
いては、枠体３ａをシールリング２と同一の合金で形成
するとともに窓体３ｂを軟化点が300℃を超えるガラス
材で形成し、これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数
の差を0.4〜1.0×10-6／℃とし、枠体３ａと窓体３ｂと
を軟化点を超えて加熱した後冷却して収縮させ焼嵌によ
り直接接合することが重要である。 【００２１】本発明の光デバイス収納用パッケージによ
れば、枠体３ａをシールリング２と同一の合金で形成す
るとともに窓体３ｂを軟化点が300℃を超えるガラス材
で形成し、これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数の
差を0.4〜1.0×10-6／℃とし、枠体３ａと窓体３ｂとを
軟化点を超えて加熱した後冷却して収縮させ焼嵌により
直接接合したことから、枠体３ａと窓体３ｂとを接合し
た後に、光デバイス７の動作環境である300℃以下の温
度領域において、窓体３ａは枠体３ｂから常に圧縮方向
の力が加えられることから両者の接合が非常に強固なも
のとなり、その結果、熱応力あるいは外部からの機械的
衝撃に対して枠体３ａと窓体３ｂとの接合破壊が起こり
難く、また、枠体３ａと窓体３ｂとの間に異種材料によ
るストレスおよび接着剤の劣化による接合破壊が起こら
ないことから気密信頼性の良好な光デバイス収納用パッ
ケージとすることができる。 【００２２】なお、窓体３ａの軟化点が300℃以下の場
合、光デバイスの動作環境において窓体３ｂが軟化し、
窓体３ａの脱落あるいは変形による光学特性劣化が起こ
りやすくなる傾向がある。従って、窓体３ａの軟化点は
300℃以上とすることが好ましい。 【００２３】また、枠体３ａと窓体３ｂの20〜300℃範
囲での熱膨張係数の差が0.4×10-6／℃未満の場合、枠
体３ａとの熱膨張係数の差が小さく枠体３ａからの圧縮
方向の力が弱くなり枠体３ａと窓体３ｂとの接合強度が
低下し、窓体３ａが脱落しやすくなる傾向がある。さら
に、枠体３ａと窓体３ｂの20〜300℃範囲での熱膨張係
数の差が1.0×10-6／℃を超える場合、枠体３ａとの熱
膨張係数の差が大きく枠体３ａからの圧縮方向の力が過
剰に強くなり窓体３ｂが枠体３ａの圧縮応力に耐えきれ
ず破壊しやすくなる傾向がある。従って、枠体３ａと窓
体３ｂの20〜300℃範囲での熱膨張係数の差は0.4〜1.0
×10-6／℃の範囲とすることが重要である。 【００２４】さらに、枠体３ａと窓体３ｂの間に異種材
料の接着材を用いる場合、異種材料と枠体３ａおよび窓
体３ｂの間にさらに熱膨張係数の差による応力が加わ
り、接着剤起因の気密不良が発生する危険性がある。従
って、枠体３ａと窓体３ｂとは両者を軟化点を超えて加
熱した後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合すること
が重要である。 【００２５】枠体３ａは、シールリング２とのシーム溶
接の際の電力および圧力を低減し、枠体３ａとシールリ
ング２との間の封止後の応力を低減する観点から、図１
に示すように窓体３ｂの接合部と比較して外周の厚みが
薄い形状であることが好ましい。 【００２６】なお、枠体３ａと窓体３ｂとは、表面を温
度が600〜800℃程度の加熱により酸化させた枠体３ａ
に、枠体３ａの開口寸法に対して外周寸法が２〜10％小
さく、厚みが５〜20％厚い寸法に加工した窓体３ｂを設
置し、両者の軟化点を超える温度、例えば700〜1000℃
の温度に加熱して窓体３を一旦軟化させ、枠体３ａの開
口部に窓体３ｂの材料を満たした後、冷却固化すること
により接合される。この際、枠体３ａと窓体３ｂとは、
位置合わせ治具を用いて所定の位置に互いを位置決め
し、接合することが好ましい。また、加熱雰囲気は枠体
３ａの過剰な酸化を防止する為、還元雰囲気が好まし
く、リフロー炉等の連続炉で処理することが好ましい。 【００２７】また、枠体３ａと窓体３ｂを接合して蓋体
３を製作した後、蓋体３の両面を研磨することにより窓
体３ｂの表面を鏡面研磨し、窓体３ｂの材料本来の屈折
率が得られるように加工を行う。 【００２８】かくして、本発明の光デバイス収納用パッ
ケージによれば、絶縁基体１の凹部１ａ底面に光デバイ
ス７をガラス・樹脂・ろう材等の接着剤を介して接着固
定するとともに光デバイス７の各電極を配線導体層６に
ボンディングワイヤ８を介して電気的に接続し、しかる
後、絶縁基体１の上面に凹部１ａを覆うように蓋体３を
被せ、シールリング２と蓋体３とをシーム溶接法により
接合させ、絶縁基体１と蓋体３とから成る容器の内部に
光デバイス７を気密に封止することによって最終製品と
しての光デバイスと成る。 【００２９】 【実施例】枠体３ａに20〜300℃の温度範囲での熱膨張
係数が4.8×10-6／℃のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を用い、
窓体３ｂに熱膨張係数が3.6×10-6〜4.8×10-6／℃の範
囲のホウ珪酸ガラスを用いて蓋体３を試料を製作して評
価した。試料は、まず、表面を600℃の温度で酸化させ
た枠体に、枠体の開口寸法に対して外周寸法が５％小さ
く、厚みが10％厚い寸法に加工した窓体を用い、両者を
800℃の温度に加熱して窓体を一旦軟化させるとともに
膨張させ、枠体の開口部に窓体を挿入し、しかる後、冷
却固化することにより製作した。試料は、焼嵌め後の目
視検査およびＨｅリークテストを行ない評価した。結果
を、表１に示す。 【００３０】 【表１】【００３１】表１から、枠体の熱膨張係数と蓋体の熱膨
張係数との差が1.1×10-6／℃では、窓体が割れてしま
った。また、Ｈｅリークテストにおいても、Ｈｅのリー
クが確認された。さらに、枠体の熱膨張係数と蓋体の熱
膨張係数との差が0.3×10-6／℃では、窓体が枠体から
外れるとともに、Ｈｅリークテストにおいても、Ｈｅの
リークが確認された。 【００３２】これに対して、本発明の請求範囲内の枠体
の熱膨張係数と蓋体の熱膨張係数との差が0.4〜1.2×10
-6／℃では、外観上問題は見られず、またＨｅリークテ
ストでも1×10-8Ｐａ・ｍｍ3/s以下と良好な結果が得ら
れた。従って、枠体２と窓体３の20〜300℃範囲での熱
膨張係数の差は0.4〜1.0×10-6／℃の範囲とすることが
好ましいことがわかった。 【００３３】 【発明の効果】本発明の光デバイス収納用パッケージに
よれば、枠体をシールリングと同一の合金で形成すると
ともに窓体を軟化点が300℃を超えるガラス材で形成
し、これらの20〜300℃の範囲での熱膨張係数の差を0.4
〜1.0×10-6／℃とし、枠体と窓体とを軟化点を超えて
加熱した後冷却して収縮させ焼嵌により直接接合したこ
とから、枠体と窓体とを接合した後に、窓体は枠体から
常に圧縮方向の力が加えられることから両者の接合が非
常に強固なものとなり、その結果、熱応力あるいは外部
からの機械的衝撃に対して枠体と窓体との接合破壊が起
こり難く、気密信頼性の良好な光デバイス収納用パッケ
ージとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光デバイス収納用パッケージの実施の
形態の一例を示す断面図である。 【符号の説明】 １・・・・・・絶縁基体 １ａ・・・・・・凹部 ２・・・・・・シールリング ３・・・・・・蓋体 ３ａ・・・・・枠体 ３ｂ・・・・・窓体 ６・・・・・・配線導体層 ７・・・・・・光デバイス
形態の一例を示す断面図である。 【符号の説明】 １・・・・・・絶縁基体 １ａ・・・・・・凹部 ２・・・・・・シールリング ３・・・・・・蓋体 ３ａ・・・・・枠体 ３ｂ・・・・・窓体 ６・・・・・・配線導体層 ７・・・・・・光デバイス
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 光デバイスを搭載するための凹部を有す
る絶縁基体と、該絶縁基体上面に鉄系合金から成るシー
ルリングを介して封止され、光を透過させるための開口
部を有する枠体および前記開口部内に設置された透光性
の窓体で構成された略平板状の蓋体とから成る光デバイ
ス収納用パッケージであって、前記枠体は前記シールリ
ングと同一の合金で形成されるとともに前記窓体は軟化
点が３００℃を超えるガラス材で形成されており、かつ
これらの２０〜３００℃における熱膨張係数の差を０．
４〜１．０×１０-6／℃としてあり、前記枠体と前記窓
体とは、両者を前記軟化点を超えて加熱した後冷却して
収縮させ焼嵌により直接接合してあることを特徴とする
光デバイス収納用パッケージ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002089438A JP2003282754A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 光デバイス収納用パッケージ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002089438A JP2003282754A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 光デバイス収納用パッケージ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003282754A true JP2003282754A (ja) | 2003-10-03 |
Family
ID=29235017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002089438A Pending JP2003282754A (ja) | 2002-03-27 | 2002-03-27 | 光デバイス収納用パッケージ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003282754A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073852A (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Dainippon Printing Co Ltd | センサーパッケージおよびその製造方法 |
| JP2008193400A (ja) * | 2007-02-05 | 2008-08-21 | Epson Toyocom Corp | 圧電振動子及びその製造方法 |
| KR101502849B1 (ko) * | 2012-09-18 | 2015-03-16 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체장치 |
| US9225882B2 (en) | 2013-02-28 | 2015-12-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Electronic component packaging that can suppress noise and electronic apparatus |
| CN107800431A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 精工爱普生株式会社 | 发光元件模块、原子振荡器和电子设备 |
| JP2018046268A (ja) * | 2016-09-07 | 2018-03-22 | セイコーエプソン株式会社 | 発光素子モジュール、原子発振器、電子機器および移動体 |
-
2002
- 2002-03-27 JP JP2002089438A patent/JP2003282754A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006073852A (ja) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Dainippon Printing Co Ltd | センサーパッケージおよびその製造方法 |
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| US9225882B2 (en) | 2013-02-28 | 2015-12-29 | Canon Kabushiki Kaisha | Electronic component packaging that can suppress noise and electronic apparatus |
| CN107800431A (zh) * | 2016-09-07 | 2018-03-13 | 精工爱普生株式会社 | 发光元件模块、原子振荡器和电子设备 |
| JP2018046268A (ja) * | 2016-09-07 | 2018-03-22 | セイコーエプソン株式会社 | 発光素子モジュール、原子発振器、電子機器および移動体 |
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