JP2004111406A

JP2004111406A - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置

Info

Publication number: JP2004111406A
Application number: JP2002235914A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Uratani; 浦谷　貢; Mitsuhiro Nakatani; 中谷　充宏
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】光半導体素子に対する透光性部材の位置精度を良好に維持でき、また透光性部材に基体成型時の樹脂のバリが付着するのを防止するとともに透光性部材にクラック等の損傷が発生しないようにすることができる光半導体素子収納用パッケージを提供すること。
【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子８を上面に載置する凸部１ａが設けられている基体１と、凹部から基体１の外側面にかけて形成された貫通孔２ａと、貫通孔２ａの凹部側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差と、段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌着され、一面とそれに対向する面との間を貫通する貫通孔６ａが一面の中央部に形成された金属部材６と、金属部材６の貫通孔６ａに接合された透光性部材６ｂとを具備している。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等に用いられ、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および光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野に使用されて電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）や光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）等の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（以下、半導体パッケージともいう）を図３に示す。
【０００３】
同図に示すように、半導体パッケージは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体（アルミナセラミックス）等のセラミックスまたはエポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等から成るエンジニアプラスチック等の電気絶縁材料から成り、上面に形成された凹部の底面の中央部に光半導体素子２８を載置するための凸部２１ａを有し、側壁部２２に貫通孔２２ａを設けた基体２１と、貫通孔２２ａの内側に取付された集光レンズ等としての透光性部材２６と、両端が側壁部２２の内外に突出するように取着され、側壁部２２の外側に突出する一端が外部電気回路に電気的に接続される複数の外部リード端子２４とから基本的に構成される。なお、側壁部２２を別体の枠部とし、その枠部を平板状の基体２１の上面の外周部に接合する場合もある。
【０００４】
また、基体２１の側壁部２２の上面に樹脂接着材等の封止材を介して取着され、内部を気密に封止する蓋体２３を設けることにより光半導体装置となる。即ち、基体２１の凸部２１ａ上に光半導体素子２８を載置固定するとともに光半導体素子２８の各電極を外部リード端子２４にボンディングワイヤ２５等の接続手段を介して電気的に接続し、しかる後、側壁部２２の上面に蓋体２３を封止材を介して接合し、基体２１と蓋体２３とから成る容器内部に光半導体素子２８を収容することによって製品としての光半導体装置となる。
【０００５】
なお、基体２１はエポキシ樹脂やエンジニアプラスチック等を用いてインジェクションモールド法やトランスファモールド法によって一体的に成型され、その際複数の外部リード端子２４と貫通孔２２ａに設けられた透光性部材２６は、成型時に基体２１に組み込まれた状態で設けることができる。また基体２１は、全体をセラミックスで作製する、または底板部をセラミックスで作製し側壁部２２をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属で構成する、または底板部を銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等で作製し側壁部２２をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属で構成するといった方法で作製することもできる。
【０００６】
この光半導体装置は、光半導体素子２８に外部リード端子２４を介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、光半導体素子２８に光を励起させるとともに励起した光を光ファイバ２７で伝達させることによって、または光ファイバ２７を伝達する光を光半導体素子２８に受光させ、光半導体素子２８により電気信号を発生させるとともに発生した電気信号を外部リード端子２４を介して外部に取り出すことによって作動する。このような光半導体装置は光通信分野に多用される。
【０００７】
【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は、基体２１と複数の外部リード端子２４と貫通孔２２ａに設けられた透光性部材２６とが、エポキシ樹脂等の樹脂を成型することにより一体的に構成されており、光半導体素子２８に対する透光性部材２６の位置精度は良いのであるが、樹脂に直接透光性部材２６を取り付けているため、透光性部材２６の表面に樹脂の成型バリが付着し、透光性部材２６を入出射する光信号を効率良く伝送できなくなるという問題があった。
【０００８】
また、成型時に透光性部材２６の位置を固定するためにガラス等から成る透光性部材２６を金型で直接押さえなければならず、透光性部材２６にクラック等の損傷が発生し易かった。さらに、樹脂と透光性部材２６との熱膨張差が大きいため、基体２１に取り付けた後にも透光性部材２６にクラック等の破損が発生するという問題もあった。
【０００９】
また、球状やレンズ状の透光性部材２６は、貫通孔２２ａの内面との接触面積が小さいため、ガラス等から成る透光性部材２６と樹脂から成る基体２１との熱膨張差によって気密が破れ易いという問題点も有していた。
【００１０】
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、光半導体素子に対する透光性部材の位置精度を良い状態で維持できるようにし、また透光性部材に基体の成型時の樹脂がバリとして付着するのを防止するとともに透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防止し、さらに気密性を向上させた光半導体パッケージおよび光半導体装置を提供することにある。
【００１１】
【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、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を上面に載置する凸部が設けられている基体と、前記凹部から前記基体の外側面にかけて形成された貫通孔と、該貫通孔の前記凹部側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差と、該段差に一面が前記凹部の側面に略面一になるようにして嵌着され、前記一面とそれに対向する面との間を貫通する貫通孔が前記一面の中央部に形成された金属部材と、該金属部材の貫通孔に接合された透光性部材とを具備していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の貫通孔に形成された段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌着され、一面とそれに対向する面との間を貫通する貫通孔が一面の中央部に形成された金属部材を有し、金属部材の貫通孔に透光性部材が接合されていることから、光半導体素子収納用パッケージの透光性部材の部位における気密性が大幅に向上する。また、例えば基体が樹脂から成る場合、基体を成型する際に透光性部材に樹脂のバリが付着するのを防ぐことができ、また、成型時に透光性部材に金型が直接当接しないことおよび製造後に樹脂から成る基体が透光性部材に直接接していないことから、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防ぐことができる。
【００１３】
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、前記金属部材は、前記段差に嵌め込まれている部位の前記基体の貫通孔の内周面からの深さが０．５乃至１０ｍｍとされていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属部材の段差に嵌め込まれている部位の深さが０．５乃至１０ｍｍとされていることから、光半導体素子収納用パッケージの大型化を抑えて金属部材の部位における気密性をより向上させることができる。
【００１５】
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、前記段差は、前記基体の貫通孔の内周面に略平行な面に全周にわたって溝が形成されており、前記金属部材は、その貫通孔の内周面に対向する外周面に全周にわたって連続して突起が形成され、前記溝に前記突起が嵌め込まれていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の貫通孔の内周面に形成された溝に金属部材の突起が嵌め込まれていることから、光半導体素子収納用パッケージの金属部材の部位における気密性がさらに向上する。
【００１７】
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、前記基体は樹脂から成り、前記金属部材は前記段差に嵌め込まれている部位の表面粗さが最大高さで１．６乃至２５μｍとされていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属部材における基体の貫通孔の段差に嵌め込まれた部位の表面粗さが最大高さで１．６〜２５μｍとされていることにより、金属部材を基体の貫通孔に強固に固定でき、その結果光半導体素子を気密に封止できる。さらに、光半導体素子収納用パッケージを光半導体装置と成したときに、光半導体素子の熱によって光半導体装置内の空気やアルゴンガスが膨張して基体の内外に気圧差が生じて金属部材に圧力が加わった場合、または光半導体装置の外部の雰囲気の圧力が変化して基体の内外に気圧差が生じて金属部材に圧力が加わった場合でも、金属部材が基体の所定の位置からずれることを防止できる。従って、金属部材の貫通孔に接合された透光性部材と光半導体素子とを正確に対向させ、透光性部材と光半導体素子との間の光結合効率を高いものとすることができる。
【００１９】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記透光性部材に光学的に結合するように前記凸部の上面に載置固定された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を以下に詳細に説明する。図１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、１は基体、１ａは光半導体素子８を載置するための凸部、２は基体１の側壁部、２ａは基体１の貫通孔、２ｂは段差、３は蓋体、４は外部リード端子、５は電気的な接続手段としてのボンディングワイヤ、６は金属部材、６ａは金属部材６の貫通孔、６ｂは透光性部材、６ｄは金属部材６の段差２ｂに嵌め込まれた部位（取付部）、７は光ファイバ、８は光半導体素子、Ａは金属部材６の貫通孔６ａの段差に嵌め込まれている部位６ｄの基体１の貫通孔２ａの内周面からの深さである。そして、上面に形成された凹部１ｂの底面に光半導体素子８を載置し収容する基体１によって、内部に光半導体素子８を収容するための容器が基本的に構成される。
【００２２】
本発明の光半導体パッケージは、上面に形成された凹部１ｂの底面に光半導体素子８を上面に載置する凸部１ａが設けられている基体１と、凹部１ｂから基体１の外側面にかけて形成された貫通孔２ａと、貫通孔２ａの凹部１ｂ側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差２ｂと、段差２ｂに一面が凹部１ｂの側面に略面一になるようにして嵌着され、一面とそれに対向する面との間を貫通する貫通孔６ａが一面の中央部に形成された金属部材６と、金属部材６の貫通孔６ａに接合された透光性部材６ｂとを具備している。
【００２３】
本発明の基体１は、光半導体素子８を収容し支持する支持部材であり、その上面の凹部１ｂの底面の略中央部に光半導体素子８を載置するための凸部１ａを有しており、凸部１ａの上面に光半導体素子８が接着剤等により載置固定される。基体１の側壁部２は、その内側に光半導体素子８を収容するための空所を形成する。また、基体１の側壁部２を別体の枠部とし、その枠部を基体１の底板部の上面の外周部に凸部１ａを囲繞するように接合してもよい。
【００２４】
この基体１は、エポキシ樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等から成るエンジニアプラスチック等の電気的に絶縁性の樹脂、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体（アルミナセラミックス）等のセラミックス、セラミックスと樹脂の複合材料、ガラス、ガラスセラミックス、金属等から成る。
【００２５】
そして、金属部材６が基体１の貫通孔２ａの凹部１ｂ側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差２ｂに一面が凹部１ｂの側面に略面一になるようにして嵌着された構成は、例えば樹脂から成る基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法等によって成型する際に、予め金型の所定位置に金属部材６を設置しておくことによって達成される。このようにトランスファモールド法またはインジェクションモールド法等によって基体１を成型する際、金属部材６を凹部１ｂの側面側に寄せて設置しておくことによって、金型の構造を単純なものとして凹部１ｂを形成することができる。従って、基体１は樹脂から成ることが好ましい。
【００２６】
また、基体１の側壁部２には両端が側壁部２の内外に突出する複数の外部リード端子４が設けられており、外部リード端子４の側壁部２内側に突出する部位には光半導体素子８の各電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されており、外部リード端子４の側壁部２の外側に突出する部位を外部電気回路に電気的に接続することによって、光半導体素子８の各電極は外部リード端子４を介し外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００２７】
外部リード端子４は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法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形成される。この外部リード端子４の側壁部２への取着は、基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により形成する際に、予め金型内の所定位置に外部リード端子４をセットしておくことによって、側壁部２の所定位置に両端を側壁部２の内外に突出させた状態で一体的に取着される。
【００２８】
また外部リード端子４は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良いＮｉやＡｕ（金）等の金属をめっき法により所定厚み（１〜２０μｍ程度）に被着させておくのがよく、外部リード端子４の酸化腐蝕を有効に防止できるとともに、外部リード端子４とボンディングワイヤ５との接続および外部リード端子４と外部電気回路との接続を信頼性の高いものとなすことができる。
【００２９】
本発明の透光性部材６ｂは、ガラス、サファイア等から成るが、透明性およびある程度の硬度が確保できれば樹脂から成っていてもよい。
【００３０】
貫通孔６ａの内周面に透光性部材６ｂが取着された金属部材６は、光半導体素子８の光入出射部に透光性部材６ｂが対向する状態で固定され、その外側の主面で貫通孔６ａの開口の周囲に、光ファイバ７の光入出射端が金属ホルダ等を介して光半導体素子８と対向するように、樹脂接着剤、Ａｇロウ，Ａｕ−Ｓｎロウ等のロウ材、半田、ＹＡＧレーザ溶接等の溶接法などによって接合され固定される。この金属部材６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等に従来周知の圧延加工法やプレス成形法等の金属加工法を施すことによって、板状や筒状の形状になるように製作される。板状の場合、主面の略中央部に貫通孔６ａが形成されたものである。
【００３１】
金属部材６の形状は、基体１が樹脂から成る場合、基体１との熱膨張係数差が大きく金属部材６の剛性が高いと、基体１から金属部材６が外れたり基体１にクラック等が発生し易くなるため、筒状よりも剛性が比較的低い板状であることが好ましい。また、金属部材６の断面形状は、円形、四角形等の多角形であるが、基体１の貫通孔２ａに嵌め込まれる部位６ｄが全周にわたって略均一な幅となり、金属部材６および基体１に加わる応力が局所的に集中しにくい円形が好ましい。
【００３２】
また、透光性部材６ｂが取着された金属部材６の側壁部２への取着は、基体１が樹脂から成る場合に基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法より成型する際に、予め金型内の所定位置に透光性部材６ｂが取着された金属部材６をセットしておき、金属部材６の外周端部が側壁部２の貫通孔２ａの内周面に埋めこまれるようにして行なわれる。
【００３３】
透光性部材６ｂが取着された金属部材６を金型内にセットする際、金属部材６を金型で押しつけて位置を固定させれば良く、これにより透光性部材６ｂに金型が直接接しないことから透光性部材６ｂにクラック等の破損が発生するのを防止できる。また、透光性部材６ｂが取着された金属部材６は、基体１を成型する際に同時に側壁部２の所定位置に一体的に取着されることから、光半導体パッケージおよび光半導体素子８に対する透光性部材６ｂの位置精度は良好になり、また透光性部材６ｂの表面に成型時の樹脂のバリが付着するのを防ぐことができる。
【００３４】
また、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の低熱膨張係数を有する金属から成る金属部材６と透光性部材６ｂとは熱膨張差が小さいため、製造後に熱膨張差に起因して透光性部材６ｂにクラック等の破損が発生するのを防止できる。さらに、金属部材６は、その外周端部が基体１の貫通孔２ａの内周面に埋め込まれて設置されるため、透光性部材６ｂおよび金属部材６における気密性が大幅に向上する。
【００３５】
従って、基体１と蓋体３とで構成される容器の封止が完全となり、容器内部に収納する光半導体素子８を長期にわたり正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【００３６】
本発明において、金属部材６は基体１の貫通孔２ａの内周面の軸方向の凹部１ｂ側の端に嵌めこまれているが、金属部材６の主面の外周部（埋め込まれた部位６ｄ）と側壁部２の外面との距離は０．１〜４ｍｍであることが好ましい。換言すれば、金属部材６が埋め込まれている側壁部２の部位の厚さは０．１〜４ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、金属部材６の外周部における側壁部２が薄いため、熱膨張差を伴う熱履歴により側壁部２にひび等が生じて気密性が破れたり金属部材６の位置がずれたりすることが発生し易くなる。４ｍｍを超えると、側壁部２の厚みが厚くなるため、光半導体パッケージの小型化が困難になる。
【００３７】
また、金属部材６は、貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれている部位６ｄの基体１の貫通孔２ａの内周面からの深さＡ（図１）が０．５〜１０ｍｍとされていることがよい。０．５ｍｍ未満では、嵌め込みが浅いため、熱膨張差を伴う熱履歴により金属部材６の密着性が劣化して気密性が破れたり金属部材６の位置がずれたりすることが発生し易くなる。１０ｍｍを超えると、金属部材６が大きくなり、それに伴って基体１の高さが高くなるため光半導体パッケージの小型化が困難になる。
【００３８】
また、透光性部材６ｂの光軸方向の厚さは、金属部材６の光軸方向の両端面（両主面）間の厚さと略同じであるか、または金属部材６の両端面間の厚さよりも小さい方が好ましい。透光性部材６ｂの光軸方向の厚さが金属部材６の両端面間の厚さよりも大きくなると、基体１を成型する際に透光性部材６ｂに樹脂のバリが付着したり、透光性部材６ｂに金型が当接して透光性部材６ｂに損傷が発生し易くなる。また、以上より金属部材６の光軸方向の厚さは透光性部材６ｂの厚さと同程度であり、０．５〜７ｍｍ程度である。
【００３９】
透光性部材６ｂが取着された金属部材６に接合されている光ファイバ７は、光半導体素子８が発する光を外部に伝達する、または外部から光を光半導体素子８に伝達するための光の伝達路として機能する。
【００４０】
さらに、側壁部２の上面には樹脂接着剤等から成る封止材を介して蓋体３が接合され、蓋体３で基体１の内側を塞ぐことよって基体１と蓋体３とで構成される容器内に光半導体素子８が収容される。
【００４１】
本発明において、図２に示すように、基体１の貫通孔２ａの段差２ｂは、基体１の貫通孔２ａの内周面に略平行な面に全周にわたって溝が形成されており、金属部材６は、その貫通孔６ａの内周面に対向する外周面に全周にわたって連続して突起６ｃが形成され、溝に突起６ｃが嵌め込まれていることが好ましい。この構成により、光半導体パッケージの金属部材６の部位における気密性がさらに向上する。
【００４２】
金属部材６に形成された突起６ｃの金属部材６の外周面からの突出長さは０．１〜５ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、突起６ｃが小さいため、金属部材６の位置ずれが発生し易くなる。５ｍｍを超えると、側壁部２の高さが高くなるため、光半導体パッケージの小型化が困難になる。
【００４３】
また本発明において、基体１が樹脂から成り、金属部材６における基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれた部位６ｄの表面粗さが最大高さで１．６〜２５μｍとされていることが好ましい。金属部材６の嵌着された部位（取付部）６ｄの表面粗さの最大高さ（ＪＩＳ　Ｂ　０６０１）を１．６〜２５μｍとすることにより、金属部材６を基体１に強固に固定でき、光半導体素子８を気密に封止できる。さらに、基体１の内外に気圧差が生じて金属部材６に圧力が加わった場合でも、金属部材６が基体１の所定の位置からずれることを防止できる。従って、透光性部材６ｂが接合された金属部材６と光半導体素子８とをより正確に対向させ、透光性部材６ｂと光半導体素子８との間における光結合効率を高効率に維持できる。
【００４４】
金属部材６の取付部６ｄの表面の最大高さが１．６μｍ未満では、基体１と金属部材６との間で密着性不足が発生し、気密不良が起こり易くなる。２５μｍを超えると、エポキシ系熱硬化樹脂が逆に流れにくくなり、そのため、成形不良、ボイド等が発生し、気密不良が起こり易くなる。
【００４５】
また、金属部材６は、貫通孔６ａの軸に直交する方向の幅が、側壁部２の外面側よりも側壁部２の内面側で小さくなっていることが好ましい。例えば、金属部材６の貫通孔６ａの内周面に対向する外周面が傾斜していてもよいし、金属部材６の貫通孔６ａの内周面に対向する外周面における側壁部２の外面側に突起や凸部が全周にわたって連続して形成されていてもよい。この場合、金属部材６の固定が強固になり、金属部材６が位置ずれを起こしたり段差２ｂから外れたりするのを確実に防止することができる。さらに、金属部材６の貫通孔６ａの内周面に対向する外周面に全周にわたって溝を形成してもよく、この場合にも溝に樹脂が入り込んで金属部材６の固定が強固になる。
【００４６】
かくして、本発明の光半導体パッケージは、透光性部材６ｂが取着された金属部材６を透光性部材６ｂが光半導体素子８と対向するように側壁部２に固定している基体１の凸部１ａの上面に光半導体素子８を載置固定し、光半導体素子８の各電極を所定の外部リード端子４にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、光ファイバ７を金属部材６に接合し、しかる後、側壁部２の上面に蓋体３を封止材を介して接合し、基体１と蓋体３とから成る容器内部に光半導体素子８を収容することによって製品としての光半導体装置となる。
【００４７】
この光半導体装置は、光半導体素子８に外部リード端子４を介して外部電気回路から供給される駆動信号を入力し、光半導体素子８に光を励起させるとともに励起した光を透光性部材６ｂを通して光ファイバ７に伝達させることによって、または光ファイバ７を伝達してきた光を透光性部材６ｂを通して光半導体素子８に受光させ、受光した光に対応する電気信号を光半導体素子８で発生させ、その電気信号を外部リード端子４を介し取り出すことによって作動することとなり、このような光半導体装置は光通信分野等に使用される。
【００４８】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置の実施例を以下に説明する。
【００４９】
図１の光半導体素子収納用パッケージを以下のように構成した。オルソクレゾールノボラック型エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法により、外形寸法が縦２０．０ｍｍ×横４０．０ｍｍ×高さ２０．０ｍｍ、側壁部２の厚みが４ｍｍ、貫通孔２ａの段差２ｂを除く内周面の直径が５ｍｍの基体１を作製した。基体１を作製する際に、ガラスから成る球状の透光性部材６ｂを貫通孔６ａにエポキシ樹脂を主成分とした樹脂で接合したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る厚さ１ｍｍの円板状の金属部材６が、基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれるようにして、一体的に成型した。また、基体１の他の側壁部２には外部リード端子４がその両端が側壁部２の内外に突出するようにして、一体的に成型した。
【００５０】
そして、基体１の凹部１ｂの底面に形成された凸部１ａの上面に光半導体素子８（ＬＤ）を樹脂接着剤で接合して載置固定した。また、エポキシ系熱硬化樹脂から成る蓋体３は寸法が縦２０．０ｍｍ×横４０．０ｍｍ×厚さ１．０ｍｍであり、基体１の上面の凹部１ｂの周囲に蓋体３を樹脂接着剤で接合して光半導体装置を作製した。
【００５１】
そして、基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれた金属部材６の外周端部の深さが０．１，０．５，１，５（ｍｍ）となるように金属部材６の直径を変えた各種サンプルを各１０個ずつ作製した。これらのサンプルについて、−４０℃〜８５℃の温度サイクルを１０サイクル（１サイクル７時間）加える温度サイクル試験（温度サイクル試験装置は株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」を使用した）を施した後に基体１の気密性を調べ、気密不良が検出されたサンプルの個数を表１に示す。
【００５２】
【表１】

【００５３】
表１より、基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれている金属部材６の部位６ｄの深さＡが０．１ｍｍの場合、気密不良が検出されたサンプルが３個発生した。深さＡが０．５ｍｍ以上では不具合はみられなかったが、１０ｍｍを超えると金属部材６が大きくなり、それに伴って基体１の高さが高くなり光半導体パッケージの小型化が困難になるため、深さＡは０．５〜１０ｍｍがよいことが判った。
【００５４】
また、金属部材６における基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれた部位（取付部）６ｄの深さを１ｍｍとし、部位６ｄの表面粗さを以下のように種々の値とした以外は上記と同様にして光半導体装置を作製した。即ち、部位６ｄの表面粗さを最大高さ（Ｒｙ）で０．８、１．２、１．６、２、５、１０、１５、２０、２５、３０（μｍ）となるようにした１０種のサンプルを各１０個ずつ合計１００個作製した。
【００５５】
なお、Ｒｙは、基準長さＬｓを０．８ｍｍ（評価長さは５Ｌｓ）として、表面粗さ形状測定機（株式会社東京精密製「サーフコム１４００Ａ」）により測定してその値を求めた。
【００５６】
これらの光半導体装置について、上記と同じ温度サイクル試験を行なった後に基体１の気密性を調べ、気密不良が検出されたサンプルの個数を表２に示す。なお、表２において、気密不良のものが全くない場合を○とし、気密不良のものが１個でもあった場合を×とした。
【００５７】
【表２】

【００５８】
表２より、金属部材６の取付部６ｄのＲｙが１．６〜２５μｍでは不具合はみられなかった。金属部材６の取付部６ｄのＲｙが１．６μｍ未満の場合、基体１と金属部材６との密着力不足による気密不良が検出された。また、金属部材６の取付部６ｄのＲｙが２５μｍを超えると、取付部６ｄにおいてエポキシ系熱硬化性樹脂の流動性が劣化して成型性が低下し、取付部６ｄ付近でボイド等が発生したことによって、気密不良が検出された。従って、金属部材６を基体１の貫通孔２ａに強固に固定するためには、金属部材６の取付部６ｄのＲｙを１．６〜２５μｍとするのがよいことが判った。
【００５９】
なお、本発明は上述の実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を上面に載置する凸部が設けられている基体と、凹部から基体の外側面にかけて形成された貫通孔と、貫通孔の凹部側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差と、段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌着され、一面とそれに対向する面との間を貫通する貫通孔が一面の中央部に形成された金属部材と、金属部材の貫通孔に接合された透光性部材とを具備していることにより、光半導体素子収納用パッケージの透光性部材の部位における気密性が大幅に向上する。また、例えば基体が樹脂から成る場合、基体を成型する際に透光性部材に樹脂のバリが付着するのを防ぐことができ、また、成型時に透光性部材に金型が直接当接しないことおよび製造後に樹脂から成る基体が透光性部材に直接接していないことから、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防ぐことができる。
【００６１】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、金属部材は、段差に嵌め込まれている部位の基体の貫通孔の内周面からの深さが０．５〜１０ｍｍとされていることにより、光半導体素子収納用パッケージの大型化を抑えて金属部材の部位における気密性をより向上させることができる。
【００６２】
また本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、段差は、基体の貫通孔の内周面に略平行な面に全周にわたって溝が形成されており、金属部材は、その貫通孔の内周面に対向する外周面に全周にわたって連続して突起が形成され、溝に突起が嵌め込まれていることにより、光半導体素子収納用パッケージの金属部材の部位における気密性がさらに向上する。
【００６３】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは基体は樹脂から成り、金属部材は段差に嵌め込まれている部位の表面粗さが最大高さで１．６乃至２５μｍとされていることにより、金属部材を基体の貫通孔に強固に固定でき、その結果光半導体素子を気密に封止できる。さらに、光半導体素子収納用パッケージを光半導体装置と成したときに、光半導体素子の熱によって光半導体装置内の空気やアルゴンガスが膨張して基体の内外に気圧差が生じて金属部材に圧力が加わった場合、または光半導体装置の外部の雰囲気の圧力が変化して基体の内外に気圧差が生じて金属部材に圧力が加わった場合でも、金属部材が基体の所定の位置からずれることを防止できる。従って、金属部材の貫通孔に接合された透光性部材と光半導体素子とを正確に対向させ、透光性部材と光半導体素子との間の光結合効率を高い状態で保持することができる。
【００６４】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、透光性部材に光学的に結合するように凸部の上面に載置固定された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【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例を示す断面図である。
【図２】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す断面図である。
【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：凸部
２ａ：基体の貫通孔
２ｂ：段差
３：蓋体
４：外部リード端子
６：金属部材
６ａ：金属部材の貫通孔
６ｂ：透光性部材
８：光半導体素子

Claims

上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を上面に載置する凸部が設けられている基体と、前記凹部から前記基体の外側面にかけて形成された貫通孔と、該貫通孔の前記凹部側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差と、該段差に一面が前記凹部の側面に略面一になるようにして嵌着され、前記一面とそれに対向する面との間を貫通する貫通孔が前記一面の中央部に形成された金属部材と、該金属部材の貫通孔に接合された透光性部材とを具備し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。
前記金属部材は、前記段差に嵌め込まれている部位の前記基体の貫通孔の内周面からの深さが０．５乃至１０ｍｍとさ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。
前記段差は、前記基体の貫通孔の内周面に略平行な面に全周にわたって溝が形成されており、前記金属部材は、その貫通孔の内周面に対向する外周面に全周にわたって連続して突起が形成され、前記溝に前記突起が嵌め込まれている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。
前記基体は樹脂から成り、前記金属部材は前記段差に嵌め込まれている部位の表面粗さが最大高さで１．６乃至２５μｍとされていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光半導体素子収納用パッケージ。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記透光性部材に光学的に結合するように前記凸部の上面に載置固定された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする光半導体装置。