【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＤ（レーザダイオード），ＰＤ（フォトダイオード）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および、光半導体素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光半導体素子収納用パッケージの例を図１０に斜視図で示す。また、この光半導体素子収納用パッケージにＬＤ，ＰＤ等を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置の例を図１１に斜視図で示す。
【０００３】
光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子１１７が載置される載置部１１１ａを有するとともに、外部電気回路基板（図示せず）にネジ止めされるように外周部に設けられたフランジ部１１１ｂを有する基体１１１と、基体１１１の上面に載置部１１１ａを囲繞するように取着され、相対する一両側面に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部という）１１２ａを有するとともに相対する他両側面の略中央部に光ファイバ１１８を導入するための貫通孔から成る光ファイバ導入部（以下、導入部という）１１２ｃを有し、さらに導入部１１２ｃの相対する外側側面にパイプ取着部（以下、取着部という）１１２ｂを有する枠体１１２と、取着部１１２ｂを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ１１８を導入部１１２ｃに導くためのパイプ１１３と、取付部１１２ａに嵌着されるとともに上面にメタライズ層１１４ａと外部入出力端子１１４ｂとを有する入出力端子１１４とから主に構成される。
【０００４】
また、光半導体装置は、載置部１１１ａの上面に光半導体素子１１７，光ファイバ整列器（以下、整列器という）１１６が保持台１１５を介して載置されるとともに、光ファイバ１１８が導入部１１２ｃを介してパイプ１１３から光半導体素子１１７にかけて導入され、光ファイバ１１８を整列器１１６上面の略Ｖ字状のＶ溝１１６ａに沿って前後させることにより光半導体素子１１７に光結合される。さらに、光結合した後にホルダー１１３ａをパイプ１１３の先端面にＹＡＧ溶接等により溶接するとともに、蓋体１１９を枠体１１２の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けすることにより、光半導体素子収納用パッケージの内部が気密に封止された光半導体装置が完成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３５６６号公報
【特許文献２】
特開平７−１９８９７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２１８１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光半導体装置は光半導体素子１１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられているが、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ１１８を光半導体素子収納用パッケージの内部に導入する場合に、複数の光ファイバ１１８を光半導体素子収納用パッケージ内部に導入し、さらに光半導体素子１１７に光結合させるのは作業上非常に煩雑である。具体的には、光ファイバ１１８を安定して載置固定する部位が整列器１１６のＶ溝１１６ａの部位のみであるため、光ファイバ１１８が複数ある場合には、たとえ１本目の光ファイバ１１８が光結合できたとしても他の光ファイバ１１８を光結合させる際に１本目の光ファイバ１１８の光結合が損なわれるため、すなわち光軸がずれることがあるため全ての光ファイバ１１８の光軸を合わせるのは非常に困難であるという問題点があった。また、作業が非常に煩雑であるため光ファイバ１１８を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【０００７】
また、たとえ複数の光ファイバ１１８と光半導体素子１１７とを光結合できたとしても、その後にホルダー１１３ａをパイプ１１３の先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体１１９を枠体１１２の上面に接合する工程との２工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ１１８を歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子１１７と光ファイバ１１８との光結合がわずかながらも劣化するという問題点もあった。
【０００８】
さらに光半導体装置を外部電気回路基板にフランジ部１１１ｂを介してネジ止めした際に、ネジ止めによる応力が基体１１１から枠体１１２，パイプ１１３，ホルダー１１３ａを介して光ファイバ１１８に伝わることにより光ファイバ１１８が歪み、光結合がさらに劣化するという問題点もあった。
【０００９】
そのため、光半導体素子１１７の作動性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないという問題点があった。
【００１０】
これに対し、以上の問題点に鑑み考案され、本出願人が特願２００２−２５３８６２号で出願した光半導体素子収納用パッケージを図８に斜視図で示す。また、この光半導体素子収納用パッケージにＬＤ，ＰＤ等を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置を図９に斜視図で示す。
【００１１】
こ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１７が載置される載置部１１ａを有する基体１１と、この基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバ１８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有し、上面に蓋体１９がロウ付けされる枠体１２と、この枠体１２の側部または基体１１の枠体１２の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部１４に嵌着された入出力端子１４ｂとを具備したことを特徴としている。
【００１２】
このような構成により、光ファイバ１８と光半導体素子１７との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに光ファイバ１８を安定して載置固定でき、さらには熱履歴工程が１回で済むために光ファイバ１８を歪ませる程度の応力が非常に小さくできる。そのため、複数の光ファイバ１８と光半導体素子１７との光信号の結合効率を良好とでき光半導体素子１７を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１３】
また、この光半導体素子収納用パッケージは、光ファイバ導入部１２ｃ上の光ファイバ１８の外周面を略均一に覆うようにロウ付けでき、光ファイバ１８が折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部１２ｃにおける気密封止を良好とでき、光半導体素子１７を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１４】
そして、この光半導体素子収納用パッケージを用い、載置部１１ａに載置される光半導体素子１７と、光ファイバ導入部１２ｃに載置される光ファイバ１８と、枠体１２の上面にロウ材１９ａを介して接合され光半導体素子１７および光ファイバ導入部１２ｃを気密に封止する蓋体１９とを具備した、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を完成することができる。
【００１５】
しかしながら、この基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバ１８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有する枠体１２と蓋体１９とを、蓋体１９にクラッドされたロウ材１９ａを溶融させ、溶融したロウ材１９ａを接合材として枠体１２と蓋体１９との間を封止する際に、枠体１２の上面における気密封止に必要なロウ材１９ａの量が、断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃ付近と、それ以外の略Ｕ字状の溝が形成されていない枠体１２の上面とでは異なるため、断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有する封止部には、断面形状が略Ｕ字状の溝と光ファイバ１８間を埋めるロウ材量分を多く確保する必要があるが、封止中に枠体１２の内側および外側、とりわけ内側に向けてロウ材１９ａが過剰に流れ出しやすいことから、封止後の枠体１２の上面と蓋体１９との間に必要なロウ材量が不足することがあり、気密封止が困難になることがあるという、改善が望まれる問題点があった。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、光半導体装置における蓋体を枠体にロウ付けにより接合する際に、枠体の上面と蓋体との間から枠体の内側へのロウ材の流出を抑制し、接合に必要なロウ材を確実に確保することで気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ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にある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１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される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または前記基体の前記枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成により、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１９】
また、本発明の第２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される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、前記基体の前記載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成により、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２１】
また、これに加えて、基体の載置部から下面にかけて導出する入出力端子導体を具備することから、この導出のために基体の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００２２】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００２３】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上記各構成において、前記非形成部は、前記枠体の前記側面の上面の前記枠体の内周からの幅が１０μｍ乃至３ｍｍであるときには、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を有効に防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２４】
本発明の光半導体装置は、上記各構成の本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光半導体素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光半導体素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の光半導体装置によれば、上記構成により、従来のように複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光半導体素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を提供することができる。
【００２６】
【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を以下に詳細に説明する。図１は本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【００２７】
図１および図２において、１は基体、２は枠体、４は入出力端子であり、これら基体１，枠体２および入出力端子４で、光半導体素子を収容する容器が基本的に構成される。
【００２８】
基体１は、光半導体素子を支持するための支持部材ならびに光半導体素子から発せられる熱を放散するための略四角形の放熱板として機能し、その上面の略中央部に光半導体素子を載置するための載置部１ａを有している。また、基体１の外周部には、外部電気回路基板（図示せず）とネジ止めできるように、基体１を枠体２の外側に延出させてネジ穴を設けた、フランジ部１ｂを有していることが好ましい。
【００２９】
基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成る板状体であり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の形状に製作される。
【００３０】
なお、基体１の表面には、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０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と、厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのが良く、これにより、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の上面に光半導体素子および枠体２をロウ材により強固に接着固定することができるものとなる。
【００３１】
また、基体１は、その上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを囲繞するように四角形等の枠形状の枠体２が接合されており、枠体２の内側に光半導体素子を収容するための空所が形成される。
【００３２】
この枠体２は、基体１と同様に金属材料から成り、基体１と同様の加工法で、少なくとも１つの側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａを、また他の側部の上面の略中央部に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る少なくとも１つの光ファイバ導入部２ｃを有するものに加工される。
【００３３】
枠体２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の枠形状に製作される。また、枠体２の基体１への取着は、基体１の上面と枠体２の下面とを、基体１の上面に敷設した、適度な体積を有するプリフォームとされた銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介してロウ付け接合することによって行なわれる。さらに、基体１と同様に、枠体２の表面、特に光ファイバ導入部２ｃおよびその近傍の枠体２の側部の上面に、厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法によりロウ付け用のメッキ層として被着させておく。
【００３４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部２ｃは、少なくとも一本の光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る。この光ファイバ導入部２ｃは、光ファイバを安定して固定し保持する機能を有するとともに、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止めする場合においても、ネジ止めによりフランジ部１ｂに発生して光ファイバに伝わる応力を非常に小さくし得る機能を有する。さらに、光ファイバ導入部２ｃは、その内側に光ファイバを通してロウ付けすることによって固定した際に光ファイバの外周面を略均一にロウ材で覆うことが可能な形状であるため、ロウ材が溶融して光ファイバの外周面と光ファイバ導入部２ｃとの間を封止する際に発生するロウ材中のボイドの原因となる光ファイバ導入部２ｃに存在しているエアを外部へ抜けやすくする作用があるので、そのロウ材中のボイドの発生を皆無とし、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とする機能も有するものである。
【００３５】
次に、図４は本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す下面側から見た斜視図であり、４ｃは入出力端子導体、４ｂは入出力端子導体４ｃに接合された外部入出力端子である。
【００３６】
本発明の第２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される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体９がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備することが重要である。
【００３７】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体９がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備したことから、光ファイバを導入部２ｃに仮固定してパッケージの内部に載置される光半導体素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに、少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体９を枠体２の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部２ｃと光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００３８】
また、これらに加えて、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃを具備することから、この導出のために基体１の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００３９】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００４０】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいては、枠体２は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部１０が設けられていることが重要である。これにより、光ファイバ導入部２ｃおよびその近傍における枠体２の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部２ｃ上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００４１】
なお、ロウ付け用のメッキ層は、ロウ付けに用いるロウ材に応じて種々のものが使用でき、例えば、ロウ材として金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金を使用する場合にであれば、厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により形成したものを使用すればよい。
【００４２】
また、メッキ層の非形成部１０は、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位に設けられていれば、図１および図２に示すように、その非形成部１０を延長するようにして枠体２の上面の内周に沿った全周にわたって設けても構わない。光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位のみに設ける場合は、光ファイバ導入部２ｃの両側には少なくとも光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の、枠体２の内周に沿った１０μｍ以上ずつの長さの範囲に所定の幅で非形成部１０を設ければよい。
【００４３】
これにより、メッキ層へのロウ材の濡れ性に対し、非形成部１０の露出した下地へのロウ材の濡れ性は悪いものとなる。すなわち、メッキ層が形成されていない非形成部１０における露出した下地とロウ材間とで合金層ができにくいことから、ロウ材の流れ防止部として機能するものとなる。
【００４４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおけるメッキ層の非形成部１０は、図２に部分拡大斜視図を示すように、その枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａが、１０μｍ乃至３ｍｍであることが好ましい。また、枠体２の内側面にもロウ付け用のメッキ層が形成されており、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合は、その枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢが１０μｍ以上であることが好ましい。
【００４５】
幅Ａが１０μｍ未満の場合は、封止後においてロウ材が枠体２の上面から内側に過剰に流れ出すことを有効に防止できないようになるため、光ファイバの外周面を略均一に覆うためのロウ材の絶対量が不足することとなり、光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けできなくなって、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とできず光半導体素子を気密封止できない傾向がある。一方、幅Ａが３ｍｍを超える場合は、光ファイバを光ファイバ導入部２ｃの略中央部に載置固定した部分から枠体２の内周面までの固定されていない部分の距離が長くなり、光ファイバ導入部２ｃの周辺部における光ファイバ断面の中心点と、光軸調整用として機能するＶ溝（後述する図３に示す）に載置固定された光ファイバ断面の中心点とが位置ずれを起こし易くなり、光ファイバに応力が発生して折れ易くなり、光半導体装置としての信頼性が非常に低くなるという問題点が発生する傾向がある。
【００４６】
また、深さＢが１０μｍ未満の場合は、枠体２の上面の非形成部１０と相まって封止後においてロウ材が枠体２の上面から過剰に流れ出すことを有効に防止するには不十分となる傾向がある。一方、深さＢには特に上限値はないが、通常は、非形成部１０の加工時間や加工コストの面から１５０μｍ程度までとしておくことが好ましい。
【００４７】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光半導体素子収納用パッケージと外部電気回路基板との電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、その一部に形成されたメタライズ層４ａと光半導体素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光半導体素子に高周波信号を入出力する機能を有する。
【００４８】
また、光ファイバ導入部２ｃの奥行き、すなわち枠体２の厚さは０．７乃至１．８ｍｍ程度が好ましい。奥行きが０．７ｍｍ未満の場合は光ファイバを安定して固定し保持することが困難となり、一方、１．８ｍｍを超える場合は、光ファイバが固定され保持される部位のロウ付け面積が広くなるため、光ファイバと光ファイバ導入部２ｃとの間にロウ付け後に発生する残留応力が非常に大きいものとなり、光ファイバに外力が加わると光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバの周囲のロウ材にクラック等の機械的な破壊が発生し易くなって、光半導体素子を気密に封止することが困難となる傾向がある。
【００４９】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光半導体素子収納用パッケージの内部と外部電気回路基板との間の電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、例えば図１に示すように、高周波信号を伝送する線路導体およびグランド機能を有する接地導体としての複数のメタライズ層４ａが枠体２の内外を導通するように形成された直方体状の誘電体板から成る平板部と、この平板部の状面にメタライズ層４ａを間に挟んで接合され、枠体２内外を遮断するように形成された略直方体状の誘電体板から成る立壁部とから成り、その平板部の上面に形成されたメタライズ層４ａと光半導体素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光半導体素子に高周波信号を入出力する機能を有する。この平板部や立壁部の誘電体材料には、その誘電率や熱膨張係数等の要求される特性に応じて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等が適宜選定される。
【００５０】
この入出力端子４は、メタライズ層４ａとなるタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部や立壁部となる原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によって成されたセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所望の形状に印刷，塗布し、約１６００℃の高温で焼結することにより製作される。
【００５１】
また、枠体２の外側に位置するメタライズ層４ａの上面には、それぞれ光半導体素子収納用パッケージと外部電気回路基板とを電気的に接続する外部入出力端子４ｂがＡｇロウ等のロウ材を介して接合される。この外部入出力端子４ｂには、入出力端子４との接合を強固なものとするために、入出力端子４の熱膨張係数に近似する金属部材が用いられる。例えば、入出力端子４の平板部がＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る場合は、外部入出力端子４ｂにはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金が用いられる。
【００５２】
このような本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いて、図３に本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによるその実施の形態の一例を斜視図で示すように、載置部１ａの上面に光半導体素子７，整列器６が保持台５を介して載置されるとともに、光ファイバ８が、光ファイバ導入部２ｃを通してロウ付けされることによって外部から光半導体素子７にかけて導入され、その光ファイバ８の端部を整列器６の上面の略Ｖ字状のＶ溝６ａに載置しそれに沿って前後させることにより、光半導体素子７に光結合される。さらに、その後に下面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ロウ材等の低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることにより、光半導体素子収納用パッケージの内部が気密に封止された本発明の光半導体装置が完成する。
【００５３】
なお、この光半導体装置において、光ファイバ導入部２ｃを介して導入される光ファイバ８の光ファイバ導入部２ｃに位置する部位の保護膜（樹脂等）を剥がして石英ガラス（光ファイバ８の芯線）を露出させるとともに、露出させた光ファイバ８の芯線の外周の全面にＮｉ，Ａｕ等のメッキ膜を順次被着させておくことにより、光ファイバ８の外周面がメッキ膜およびロウ材を介して光ファイバ導入部２ｃおよび蓋体９に良好にロウ付けされ、光ファイバ導入部２ｃが気密封止されることになる。そして、この光半導体装置は、従来のように、複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生して光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないことから、光半導体素子７の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【００５４】
また、本発明の光半導体装置は、図４に示した本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージを用いて、図３に示したものと同様にして構成してもよい。
【００５５】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａおよび枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合の枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢの寸法を決めるための実験を以下に示すように行なった。
【００５６】
図１に示すような光半導体素子収納用パッケージを製作するにあたり、外周部の両端に縦×横を３７ｍｍ×１６ｍｍの大きさとし、ネジ穴の直径を２．５ｍｍとしたフランジ部１ｂが設けられ、縦×横×高さを４２ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの大きさとしたＣｕ−Ｗ合金から成る基体１を準備した。次に、基体１の上面に、外寸法が縦３２ｍｍ，横２０ｍｍ，高さ３．５ｍｍで、厚さが１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る枠体２をＡｇロウ材で接合した。この枠体２には、相対する一対の側部に貫通孔から成る入出力端子取付部２ａを設けるとともに、相対するもう一対の側部の上面の略中央部に断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを一方の側部に８箇所ずつ、計１６箇所設けた。また、この枠体２には、ロウ付け用のメッキ層として厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により形成した。
【００５７】
そして、この光ファイバ導入部２ｃおよびその両側におけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａおよび枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合の枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢをパラメータにとるとともに、入出力端子取付部２ａにＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る平板部および立壁部とメタライズ層４ａとを有する入出力端子４をＡｇロウ材を介して嵌着した。
【００５８】
なお、本実施例では、この入出力端子４は光ファイバ導入部２ｃにおける光半導体装置としての信頼性を実験により評価するために嵌着するものであり、外部電気回路基板との電気的接続を行なうものではないため、外部入出力端子４ｂは設けなかった。
【００５９】
そして、以上のようにして作製した光半導体素子収納用パッケージの評価用試料について、図３に示すように、内部の基体１の上面の載置部１ａに保持台５，整列器６，光半導体素子７を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低温ロウ材で接合するとともに光ファイバ８を全ての光ファイバ導入部２ｃ（一方の側部で８箇所ずつ、計１６箇所）に挿通し、光半導体素子７との光結合を行なった。
【００６０】
次に、下面にＡｕ−Ｓｎロウ材から成る低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることによって、同時に各光ファイバ８をそれぞれ光ファイバ導入部２ｃにロウ付けして、光半導体装置の試料を作製した。なお、これら光半導体装置の試料においては、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けされる部位の光ファイバ８の樹脂から成る保護膜を剥がして石英ガラスから成る光ファイバ８の芯線を露出させるとともに、その芯線の外周の全面に厚さ１μｍのＮｉメッキ膜および厚さ１μｍのＡｕメッキ膜を順次被着させ、光ファイバ８の外周面がこのメッキ膜を介して光ファイバ導入部２ｃにロウ付けされるようにした。
【００６１】
このようにして作製した光半導体装置の各試料について、光ファイバの折れおよび気密性の評価を行なった。
【００６２】
光ファイバの折れについては、作製した光半導体装置の各試料を目視で確認し、光ファイバに折れやクラック等の欠陥の発生の有無を評価した。
【００６３】
気密性については、作製した光半導体装置の各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬してグロスリーク試験を行ない、液体中への気泡の発生の有無を評価して、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について５０Ｎ／ｃｍ２で２時間Ｈｅ加圧を行なった後にＨｅリーク試験を実施し、Ｈｅの検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の試料を最終的に良品とし、検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。
【００６４】
その結果、この光半導体装置の信頼性は、表１および表２に示すように、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側におけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａによりほぼ決まり、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合にはその深さＢとの関係にもある程度影響を受けることが分かった。
【００６５】
表１はメッキ層の非形成部の深さＢを一定としてメッキ層の非形成部１０の幅Ａを変化させた実験の結果を示すものであり、非形成部１０の幅Ａが１０μｍ未満では５０個の光半導体装置の試料のうち数個は、実用上で大きな問題はない程度ではあるが、気密性不良が見られた。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を十分なレベルで均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも見られた。これに対し、非形成部１０の幅Ａを１０μｍとしたものでは、５０個中全てが気密性不良を起こさなかった。
【００６６】
一方、非形成部１０の幅Ａが３ｍｍを超える場合には、光ファイバ８が折れる場合があった。この折れの原因は、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けした部位の光ファイバ８の断面の中心点とＶ溝６ａに載置固定した部位の光ファイバ８の断面の中心点とが位置ずれを起こしていたことによるものであることが分かった。すなわち、光ファイバ８を光ファイバ導入部２ｃの略中央部に十分なレベルで精度良くロウ付けできなかったことによるものであった。これに対し、非形成部１０の幅Ａを１０μｍ乃至３ｍｍの範囲とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００６７】
【表１】
【００６８】
次に、表２は非形成部１０の幅Ａを一定として、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設けた場合のその深さＢを変化させた実験の結果を示すものであり、非形成部の深さＢが１０μｍ未満では５０個の光半導体装置の試料のうち数個は、実用上で大きな問題はない程度ではあるが、気密性不良が見られた。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を十分なレベルで均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも見られた。これに対し、非形成部の深さＢを１０μｍ以上とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００６９】
【表２】
【００７０】
以上の結果より、本発明の試料の中でも、メッキ層の非形成部１０の幅Ａが１０μｍ乃至３ｍｍであり、枠体２の内周面における非形成部の深さＢが１０μｍ以上であることが良いことが確認できた。
【００７１】
なお、本発明は以上の実施の形態の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を行なうことは何等差し支えない。例えば、図５に斜視図で示すように、光半導体素子収納用パッケージの枠体２の外側の光ファイバ導入部２ｃの側面２ｂに光ファイバ支持部材３を接合しておいても良く、この場合は、図６にその実施の形態の例を斜視図で示すように光半導体装置とした後に、外部電気回路基板にネジ止め等するために光ファイバ８を上下左右に動かすようなことがあっても、支持部材３の先端部が光ファイバ８の起点となるため、光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバ８の周囲のロウ材や光ファイバ８に直接的に応力が伝わらないものとすることができる。なお、この場合、図６に示すように蓋体９には支持部材３の上面部に接合されるように鍔部９ｂを設けておいたほうが好ましく、例えば光ファイバ８を上方向に動かした場合に鍔部９ｂを光ファイバ８の起点とすることができる。その結果、本発明の光半導体装置における光ファイバ８の支持についての信頼性が非常に良いものとなる。
【００７２】
また、以上の実施の形態の例では、枠体２の対向する２つの側部に光ファイバ導入部２ｃを形成するとともに、基体１の外周部の光ファイバ導入部２ｃが形成された側にフランジ部１ｂを設けていたが、フランジ部１ｂの配置はこのような関係に限定されるものではなく、入出力端子取付部２ａが形成された側に配置してもよく、枠体２の四隅に張り出すように配置してもよい。
【００７３】
また、以上の実施の形態の例では、入出力端子導体４ｃに外部入出力端子４ｂをロウ材を介して接合したが、例えば図７に示すように外部入出力端子４ｂの形状が球状のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプや、外部入出力端子４ｂを介さずにはんだ等のロウ材により入出力端子導体４ｃと外部電気回路基板とを接合するＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ等に、使用用途に応じて変更してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備して成り、枠体は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部およびその両側の側部の上面の枠体の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【００７５】
また、本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備して成り、枠体は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部およびその両側の側部の上面の枠体の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７６】
また、これに加えて、基体の載置部から下面にかけて導出する入出力端子導体を具備することから、この導出のために基体の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００７７】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００７８】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記各構成において、非形成部は、枠体の側面の上面の枠体の内周からの幅が１０μｍ乃至３ｍｍであるときには、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を有効に防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７９】
また、本発明の光半導体装置によれば、上記各構成の本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置された光半導体素子と、光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、枠体の上面にロウ付けされた、光半導体素子および光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことから、従来のように複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光半導体素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の光半導体装置の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図９】従来の光半導体装置の例を示す斜視図である。
【図１０】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図１１】従来の光半導体装置の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：フランジ部
２：枠体
２ａ：入出力端子取付部
２ｃ：光ファイバ導入部
４：入出力端子
７：光半導体素子
８：光ファイバ
９：蓋体
１０：メッキ層の非形成部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor element housing package for housing an optical semiconductor element such as an LD (laser diode) and a PD (photodiode), and an optical semiconductor device in which the optical semiconductor element is housed and optically coupled to an optical fiber. Things.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a perspective view showing an example of a conventional optical semiconductor element housing package. FIG. 11 is a perspective view showing an example of an optical semiconductor device in which an LD, a PD, and the like are housed in the optical semiconductor element housing package and optically coupled to an optical fiber.
[0003]
The optical semiconductor element housing package has a mounting portion 111a on which an optical semiconductor element 117 is mounted on an upper surface, and a flange provided on an outer peripheral portion so as to be screwed to an external electric circuit board (not shown). And an input / output terminal mounting portion (hereinafter referred to as a mounting portion) which is attached to the upper surface of the base 111 so as to surround the mounting portion 111a, and has a through hole or a cut-out portion on one opposite side surface. And an optical fiber introduction portion (hereinafter, referred to as an introduction portion) 112c formed of a through hole for introducing the optical fiber 118 at substantially the center of the other opposite side surface. A frame 112 having a pipe attachment portion (hereinafter referred to as an attachment portion) 112b on the outer side surface to be joined, and an optical fiber 1 which is joined so as to surround the attachment portion 112b. 8 a pipe 113 for guiding the introduction portion 112c of mainly composed of input and output terminals 114 and having a metallized layer 114a and the external input and output terminal 114b on the upper surface while being fitted to the mounting portion 112a.
[0004]
Further, in the optical semiconductor device, an optical semiconductor element 117 and an optical fiber aligner (hereinafter, referred to as an aligner) 116 are mounted on the upper surface of the mounting portion 111a via a holding table 115, and an optical fiber 118 is mounted on an introduction portion. The optical fiber 118 is introduced from the pipe 113 to the optical semiconductor element 117 via the 112c, and is optically coupled to the optical semiconductor element 117 by moving the optical fiber 118 back and forth along the substantially V-shaped V-shaped groove 116a on the upper surface of the aligner 116. Further, after the optical coupling, the holder 113a is welded to the tip end surface of the pipe 113 by YAG welding or the like, and the lid 119 is YAG-welded or brazed to the upper surface of the frame 112, thereby forming the inside of the optical semiconductor element housing package. Is completed in an airtight manner.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-6-3566
[Patent Document 2]
JP-A-7-198973
[Patent Document 3]
JP 2001-21818A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, this optical semiconductor device has an optical semiconductor element 117 hermetically housed therein and is used for high-speed optical communication and the like. However, in order to optically transmit a large amount of information, a plurality of optical fibers 118 are accommodated in the optical semiconductor element. When the optical fiber 118 is introduced into the optical package, it is very complicated in operation to introduce the plurality of optical fibers 118 into the optical semiconductor element housing package and optically couple the optical fiber to the optical semiconductor element 117. Specifically, since the portion where the optical fiber 118 is stably mounted and fixed is only the portion of the V-groove 116a of the aligner 116, if there are a plurality of optical fibers 118, even if the first optical fiber 118 is used, Even if the optical coupling can be performed, the optical coupling of the first optical fiber 118 is impaired when the other optical fibers 118 are optically coupled, that is, the optical axes may be shifted, so that the optical axes of all the optical fibers 118 are aligned. There was a problem that it was very difficult. Further, since the operation is very complicated, there is also a problem that the possibility of breaking the optical fiber 118 is high.
[0007]
Even if the plurality of optical fibers 118 and the optical semiconductor element 117 can be optically coupled, a step of YAG-welding the holder 113a to the distal end surface of the pipe 113, and joining the lid 119 to the upper surface of the frame 112 And the heat history at that time generates a stress to the extent that the optical fiber 118 is distorted, and the optical coupling between the optical semiconductor element 117 and the optical fiber 118 is slightly deteriorated. There were also problems.
[0008]
Further, when the optical semiconductor device is screwed to the external electric circuit board via the flange portion 111b, the stress caused by the screwing is transmitted from the base 111 to the optical fiber 118 via the frame 112, the pipe 113, and the holder 113a. There is also a problem that the fiber 118 is distorted and the optical coupling is further deteriorated.
[0009]
Therefore, there has been a problem that the operability of the optical semiconductor element 117 cannot be improved, and large-capacity information cannot be optically transmitted.
[0010]
On the other hand, FIG. 8 shows a perspective view of an optical semiconductor device housing package which has been devised in view of the above problems and filed by the present applicant in Japanese Patent Application No. 2002-253862. FIG. 9 is a perspective view showing an optical semiconductor device in which an LD, a PD, and the like are accommodated in the optical semiconductor element accommodation package and optically coupled to an optical fiber.
[0011]
The package for storing an optical semiconductor element is attached to a base 11 having a mounting portion 11a on which an optical semiconductor element 17 is mounted on an upper surface, and is mounted on the upper surface of the base 11 so as to surround the mounting portion 11a. A frame 12 having a substantially U-shaped groove for brazing the optical fiber 18 through the optical fiber 18 on the upper surface of the portion, and a lid body 19 brazed on the upper surface; An input / output terminal (14b) fitted to an input / output terminal mounting portion (14) formed of a through hole or a cutout formed in a side portion of the body (12) or a portion inside the frame (12) of the base (11). And
[0012]
With such a configuration, the work efficiency of the optical coupling between the optical fiber 18 and the optical semiconductor element 17 can be extremely high, and the optical fiber 18 can be stably mounted and fixed. Since the rotation is completed, the stress that causes the optical fiber 18 to be distorted can be extremely reduced. Therefore, the coupling efficiency of the optical signal between the plurality of optical fibers 18 and the optical semiconductor element 17 can be improved, and the optical semiconductor element 17 can be operated normally and stably for a long period of time.
[0013]
Further, this optical semiconductor element housing package can be brazed so as to cover the outer peripheral surface of the optical fiber 18 on the optical fiber introduction portion 12c substantially uniformly, and the optical fiber 18 can be effectively prevented from being broken. Therefore, the hermetic sealing in the optical fiber introduction portion 12c can be improved, and the optical semiconductor element 17 can be normally and stably operated for a long time.
[0014]
Then, using this optical semiconductor element storage package, an optical semiconductor element 17 mounted on the mounting section 11a, an optical fiber 18 mounted on the optical fiber introduction section 12c, and a brazing material It is possible to complete an optical semiconductor device capable of optically transmitting a large amount of information, the optical semiconductor device including an optical semiconductor element 17 and a lid 19 hermetically sealing the optical fiber introduction portion 12c through an optical fiber 19a. it can.
[0015]
However, an optical fiber introduction portion which is attached to the upper surface of the base 11 so as to surround the mounting portion 11a and has a substantially U-shaped cross section for brazing through the optical fiber 18 to the upper surface of the side portion. The frame body 12 having the lid 12c and the lid body 19 are melted with the brazing material 19a clad on the lid body 19, and the space between the frame body 12 and the lid body 19 is sealed using the melted brazing material 19a as a bonding material. At this time, the amount of the brazing material 19a necessary for hermetic sealing on the upper surface of the frame body 12 is changed between the vicinity of the optical fiber introduction part 12c having a substantially U-shaped cross section and the other substantially U-shaped grooves. Is not formed on the upper surface of the frame body 12 where the optical fiber is not formed. Therefore, the sealing portion having the optical fiber introduction portion 12c having a substantially U-shaped groove has a substantially U-shaped groove. It is necessary to secure a large amount of brazing material to fill the space between the fibers 18. However, since the brazing material 19a tends to excessively flow toward the inside and outside of the frame 12 during sealing, in particular, it is necessary to provide between the upper surface of the frame 12 and the lid 19 after sealing. There is a problem that improvement is desired in that the amount of the brazing material may be insufficient and hermetic sealing may be difficult.
[0016]
The present invention has been completed in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for joining a cover in an optical semiconductor device to a frame by brazing the frame from between the upper surface of the frame and the cover. Suppressing the flow of brazing material inside the body and ensuring the necessary brazing material for bonding ensures good hermetic sealing, allowing the semiconductor device to operate normally and stably for a long period of time. It is an object of the present invention to provide a package for housing an optical semiconductor element which can be operated.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
A first optical semiconductor element storage package of the present invention is attached to a base having a mounting portion on which an optical semiconductor element is mounted on an upper surface, and is mounted on the upper surface of the base so as to surround the mounting portion, A frame having a substantially U-shaped groove for brazing the optical fiber through the optical fiber on the upper surface of the side portion, and a frame on which a lid is brazed on the upper surface; And / or an input / output terminal fitted to an input / output terminal mounting portion comprising a through hole or a cutout formed in a portion of the base or the base inside the frame. A plating layer for brazing is formed on the upper surface of the side portion, and the plating layer is not formed on the optical fiber introduction portion and at a portion along the inner periphery of the frame on the upper surface of the side portion on both sides thereof. A part is provided.
[0018]
According to the first package for housing an optical semiconductor element of the present invention, with the above configuration, it is possible to prevent the excessive brazing material from flowing out from the upper surface of the frame in the vicinity of the optical fiber introduction portion and the inside thereof, Since the amount of brazing material necessary for hermetic sealing at the fiber introduction portion can be stably held, brazing can be performed so as to cover the outer peripheral surface of the optical fiber on the optical fiber introduction portion substantially uniformly. . As a result, the optical semiconductor element housing package can be stably hermetically sealed, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably for a long time.
[0019]
Further, the second package for storing an optical semiconductor element of the present invention is attached to a base having a mounting portion on which an optical semiconductor element is mounted on an upper surface, and attached to the upper surface of the base so as to surround the mounting portion. A frame having a substantially U-shaped groove in cross section for brazing the optical fiber through the optical fiber on the upper surface of the side portion, and a frame on which a lid is brazed on the upper surface; And an input / output terminal conductor led out from the mounting portion to the lower surface. The frame body has a plating layer for brazing formed on an upper surface of the side portion, and the optical fiber introduction portion. And a portion along the inner periphery of the frame on the upper surface of the side portion on both sides thereof, wherein the non-formed portion of the plating layer is provided.
[0020]
According to the second package for storing an optical semiconductor element of the present invention, with the above-described configuration, it is possible to prevent the excessive brazing material from flowing out from the upper surface of the frame in the vicinity of the optical fiber introduction portion and the inside thereof, Since the amount of brazing material necessary for hermetic sealing at the fiber introduction portion can be stably held, brazing can be performed so as to cover the outer peripheral surface of the optical fiber on the optical fiber introduction portion substantially uniformly. . As a result, the optical semiconductor element housing package can be stably hermetically sealed, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably for a long time.
[0021]
In addition, since an input / output terminal conductor extending from the mounting portion to the lower surface of the base is provided, wiring conductors formed inside the base for this derivation include W (tungsten), Mo ( Since the metal such as molybdenum) -Mn (manganese) can be freely selected, and the width, length, and thickness of the wiring conductor can be freely adjusted by a screen printing method or the like, the impedance of the entire wiring conductor can be set to a desired value. Thus, insertion loss and reflection loss of a high-frequency signal of 10 GHz or more can be suppressed, and a high-frequency signal of 10 GHz or more can be transmitted with reduced transmission loss.
[0022]
As a result, the coupling efficiency of the optical signal between the plurality of optical fibers and the optical semiconductor device can be improved, and the optical semiconductor device can be operated normally and stably for a long period of time. Transmission can be performed with reduced transmission loss.
[0023]
Further, in the package for storing an optical semiconductor element of the present invention, in each of the above structures, when the width of the upper surface of the side surface of the frame from the inner periphery of the frame is 10 μm to 3 mm, It is possible to effectively prevent excess brazing material from flowing out from the upper surface of the frame to the inside in the optical fiber introduction part and its vicinity, and stably maintain the amount of brazing material necessary for hermetic sealing at the optical fiber introduction part. Therefore, it is possible to braze the outer peripheral surface of the optical fiber on the optical fiber introduction portion so as to cover the outer peripheral surface substantially uniformly, and it is possible to eliminate the occurrence of voids in the brazing material and to prevent the optical fiber from breaking. It can be effectively prevented. Therefore, the hermetic sealing at the optical fiber introduction portion can be improved, and the optical semiconductor element can be normally and stably operated for a long period of time.
[0024]
The optical semiconductor device of the present invention is soldered by passing through the optical semiconductor element housing package of the present invention having the above-described configuration, the optical semiconductor element mounted on the mounting section, and the optical fiber introduction section. An optical fiber, and a lid which is brazed to an upper surface of the frame and hermetically seals the optical semiconductor element and the optical fiber introduction portion.
[0025]
According to the optical semiconductor device of the present invention, with the above configuration, after optically coupling the plurality of optical fibers and the optical semiconductor element as in the related art, YAG welding the holder to the end surface of the pipe; The two processes of bonding to the upper surface of the body become unnecessary, and the thermal history at that time generates stress enough to distort the optical fiber, deteriorating the optical coupling between the optical semiconductor element and the optical fiber. Therefore, the operability of the optical semiconductor element can be improved, and an optical semiconductor device capable of optically transmitting a large amount of information can be provided.
[0026]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
The package for housing an optical semiconductor device of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a first optical semiconductor element housing package of the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of a peripheral portion of an optical fiber introduction portion.
[0027]
1 and 2, reference numeral 1 denotes a base, 2 denotes a frame, and 4 denotes an input / output terminal. The base 1, the frame 2 and the input / output terminal 4 basically constitute a container for housing the optical semiconductor element. Is done.
[0028]
The base 1 functions as a support member for supporting the optical semiconductor element and a substantially rectangular heat dissipation plate for dissipating heat generated from the optical semiconductor element, and mounts the optical semiconductor element at a substantially central portion of its upper surface. Mounting section 1a for mounting. In addition, a flange portion 1b is provided on the outer peripheral portion of the base 1 so that the base 1 extends outside the frame body 2 and is provided with a screw hole so that the base 1 can be screwed to an external electric circuit board (not shown). Preferably.
[0029]
The base 1 is a plate-shaped body made of a metal material such as an iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy or a copper (Cu) -tungsten (W) alloy. When the ingot is formed, the ingot is manufactured into a predetermined shape by subjecting the ingot to a metal working method such as rolling or punching.
[0030]
On the surface of the substrate 1, a metal having excellent corrosion resistance and excellent wettability with the brazing material, specifically, a Ni layer having a thickness of 0.5 μm to 9 μm and an Au layer having a thickness of 0.5 μm to 5 μm are provided. Are preferably sequentially applied by a plating method, so that oxidation and corrosion of the base 1 can be effectively prevented, and the optical semiconductor element and the frame 2 are firmly attached to the upper surface of the base 1 with a brazing material. The adhesive can be fixed.
[0031]
Further, the base 1 is joined to a frame 2 having a frame shape such as a square shape so as to surround the mounting portion 1a on which the optical semiconductor element is mounted, and the optical semiconductor element is provided inside the frame 2. A space for accommodating is formed.
[0032]
The frame body 2 is made of a metal material similarly to the base body 1, and has an input / output terminal mounting portion 2 a formed of a through hole or a cutout on at least one side by the same processing method as the base body 1, and another frame. It is processed to have at least one optical fiber introducing portion 2c having a substantially U-shaped groove for brazing through an optical fiber to a substantially central portion of the upper surface of the side portion.
[0033]
When the frame 2 is made of, for example, an Fe-Ni-Co alloy, the frame 2 is manufactured into a predetermined frame shape by subjecting the ingot to a metal working method such as rolling or punching. The attachment of the frame 2 to the base 1 is performed by arranging the upper surface of the base 1 and the lower surface of the frame 2 on the upper surface of the base 1 and forming a silver (Ag) solder having a moderate volume as a preform. And brazing through a brazing material such as Further, similarly to the base 1, the Ni layer having a thickness of 0.5 μm to 9 μm and the Ni layer having a thickness of 0.5 μm An Au layer having a thickness of about 5 μm is sequentially applied as a plating layer for brazing by a plating method.
[0034]
The optical fiber introduction portion 2c in the package for housing an optical semiconductor element of the present invention has a substantially U-shaped groove for brazing through at least one optical fiber. The optical fiber introduction portion 2c has a function of stably fixing and holding the optical fiber, and also when the base 1 is screwed to the external electric circuit board by the flange portion 1b, the optical fiber introduction portion 2c is generated in the flange portion 1b by screwing. Thus, it has a function of greatly reducing the stress transmitted to the optical fiber. Further, since the optical fiber introduction portion 2c has a shape capable of covering the outer peripheral surface of the optical fiber almost uniformly with the brazing material when the optical fiber introducing portion 2c is fixed by brazing through the optical fiber inside, the brazing material is melted. As a result, air existing in the optical fiber introduction portion 2c, which causes voids in the brazing material generated when sealing between the outer peripheral surface of the optical fiber and the optical fiber introduction portion 2c, is easily released to the outside. Since it has an effect, it has a function of eliminating the occurrence of voids in the brazing material and improving the hermetic sealing in the optical fiber introduction portion 2c.
[0035]
Next, FIG. 4 is a perspective view showing an example of an embodiment of the second optical semiconductor element housing package of the present invention, viewed from the lower surface side, where 4c is an input / output terminal conductor, and 4b is an input / output terminal conductor 4c. External input / output terminal joined to
[0036]
The second package for storing an optical semiconductor element according to the present invention has a base 1 having a mounting portion 1a on which an optical semiconductor element is mounted on an upper surface, and a mounting portion 1a on the upper surface of the base 1 so as to surround the mounting portion 1a. A frame 2 to which an optical fiber introduction portion 2c having a substantially U-shaped cross section for brazing through an optical fiber is attached to the upper surface of the side portion, and a lid 9 is brazed to the upper surface; It is important to have an input / output terminal conductor 4c extending from the mounting portion 1a of the base 1 to the lower surface.
[0037]
According to the second package for storing an optical semiconductor element of the present invention, the base 1 having the mounting portion 1a on which the optical semiconductor element is mounted on the upper surface, and the mounting portion 1a is surrounded on the upper surface of the base 1. And an optical fiber introduction portion 2c having a substantially U-shaped cross section for brazing through an optical fiber to the upper surface of the side portion, and a lid body 9 being brazed to the upper surface. 2 and the input / output terminal conductors 4c extending from the mounting portion 1a to the lower surface of the base 1, so that the optical semiconductor element is temporarily fixed to the introduction portion 2c and mounted inside the package. The optical coupling between the optical semiconductor device and the optical semiconductor device can be performed very efficiently, and at least one optical fiber can be stably fixed. And can be retained. In addition, since the lid 9 is brazed to the upper surface of the frame 2 and the hermetic sealing between the optical fiber introduction portion 2c and the optical fiber can be realized by the same thermal history, the thermal history step is performed once. Therefore, the stress generated each time a heat history is applied can be extremely reduced to a level that does not cause the optical fiber to be distorted.
[0038]
In addition, since the input / output terminal conductor 4c extending from the mounting portion 1a to the lower surface of the base 1 is provided in addition to the above, the wiring conductor formed inside the base 1 for this derivation is represented by W ( Metals such as tungsten (Tungsten) and Mo (molybdenum) -Mn (manganese) can be freely selected, and the width, length, and thickness of the wiring conductor can be freely adjusted by a screen printing method or the like. The impedance can be adjusted to a desired value, whereby insertion loss and reflection loss of a high-frequency signal of 10 GHz or more can be suppressed, and high-frequency signals of 10 GHz or more can be transmitted with reduced transmission loss.
[0039]
As a result, the coupling efficiency of the optical signal between the plurality of optical fibers and the optical semiconductor device can be improved, and the optical semiconductor device can be operated normally and stably for a long period of time. Transmission can be performed with reduced transmission loss.
[0040]
Further, in the package for housing an optical semiconductor element of the present invention, the frame 2 has a plating layer for brazing formed on the upper surface of the side portion, the optical fiber introduction portion 2c and the upper surface of the side portions on both sides thereof. It is important that the non-formed portion 10 of the plating layer is provided at a portion along the inner periphery of the frame 2. Accordingly, it is possible to prevent the excessive brazing material from flowing out from the upper surface of the frame 2 to the inside in the vicinity of the optical fiber introduction portion 2c and reduce the amount of brazing material necessary for hermetic sealing in the optical fiber introduction portion 2c. Since the optical fiber can be stably held, it can be brazed so as to cover the outer peripheral surface of the optical fiber on the optical fiber introduction portion 2c substantially uniformly. As a result, the optical semiconductor element storage package can be stably hermetically sealed, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably for a long period of time.
[0041]
In addition, various plating layers can be used according to the brazing material used for brazing. For example, if a gold (Au) -tin (Sn) alloy is used as the brazing material, It is sufficient to use a Ni layer having a thickness of 0.5 μm to 9 μm and an Au layer having a thickness of 0.5 μm to 5 μm which are sequentially formed by plating.
[0042]
If the non-formed portion 10 of the plating layer is provided at a portion along the inner periphery of the frame 2 on the upper surface of the optical fiber introduction portion 2c and the side portions on both sides thereof, as shown in FIGS. Alternatively, the non-formed portion 10 may be provided over the entire circumference along the inner circumference of the upper surface of the frame 2 so as to be extended. When the optical fiber introduction part 2c and the upper surface of both sides of the optical fiber introduction part 2c are provided only along the inner periphery of the frame 2, at least both sides of the optical fiber introduction part 2c and both sides of the optical fiber introduction part 2c The non-formed portion 10 may be provided with a predetermined width in a range of a length of 10 μm or more along the inner periphery of the frame 2 on the upper surface of the portion.
[0043]
Thereby, the wettability of the brazing material to the exposed base of the non-formed portion 10 becomes worse than the wettability of the brazing material to the plating layer. That is, since it is difficult to form an alloy layer between the exposed base and the brazing material in the non-formed portion 10 where the plating layer is not formed, it functions as a brazing material flow preventing portion.
[0044]
As shown in a partially enlarged perspective view of FIG. 2, the non-formed portion 10 of the plating layer in the package for housing an optical semiconductor element of the present invention has a width from the inner periphery of the frame 2 on the upper surface of the side of the frame 2. A is preferably 10 μm to 3 mm. A plating layer for brazing is also formed on the inner surface of the frame 2, and a similar non-formed portion of the plating layer is provided on the inner peripheral surface of the frame 2 along the inner peripheral edge of the frame 2. In this case, it is preferable that the depth B from the inner peripheral edge of the frame 2 on the inner peripheral surface of the frame 2 is 10 μm or more.
[0045]
When the width A is less than 10 μm, it becomes impossible to effectively prevent the brazing material from flowing excessively inward from the upper surface of the frame 2 after sealing, so that the outer peripheral surface of the optical fiber is covered almost uniformly. Since the absolute amount of the brazing material is insufficient, the brazing cannot be performed so as to cover the outer peripheral surface of the optical fiber substantially uniformly, so that the hermetic sealing at the optical fiber introduction portion 2c cannot be improved and the optical semiconductor element is hermetically sealed. Tends to be unable to do so. On the other hand, when the width A exceeds 3 mm, the distance from the part where the optical fiber is placed and fixed substantially at the center of the optical fiber introduction part 2c to the inner peripheral surface of the frame 2 becomes longer, The center point of the cross section of the optical fiber in the peripheral portion of the optical fiber introduction portion 2c is displaced from the center point of the cross section of the optical fiber mounted and fixed on a V-groove (shown in FIG. 3 described later) functioning as an optical axis adjustment. This tends to cause a problem that stress is generated in the optical fiber and the optical fiber is easily broken, and the reliability of the optical semiconductor device becomes extremely low.
[0046]
When the depth B is less than 10 μm, it is not enough to effectively prevent the brazing material from excessively flowing out from the upper surface of the frame 2 after sealing in combination with the non-formed portion 10 on the upper surface of the frame 2. It tends to be. On the other hand, although there is no particular upper limit for the depth B, it is usually preferable to set the depth B to about 150 μm from the viewpoint of processing time and processing cost of the non-formed portion 10.
[0047]
An input / output terminal 4 for making an electrical connection between the package for storing an optical semiconductor element and an external electric circuit board is fitted to the input / output terminal mounting portion 2a of the frame 2. The input / output terminal 4 has a function of inputting / outputting a high-frequency signal to / from the optical semiconductor element by connecting the metallized layer 4a formed in a part thereof to the optical semiconductor element with a bonding wire (not shown) or the like. .
[0048]
Further, the depth of the optical fiber introduction part 2c, that is, the thickness of the frame body 2 is preferably about 0.7 to 1.8 mm. When the depth is less than 0.7 mm, it is difficult to stably fix and hold the optical fiber. On the other hand, when the depth exceeds 1.8 mm, the brazing area of the portion where the optical fiber is fixed and held becomes large. Therefore, the residual stress generated after brazing between the optical fiber and the optical fiber introduction part 2c becomes very large, and when an external force is applied to the optical fiber, the brazing material around the optical fiber in the optical fiber introduction part 2c cracks. Mechanical destruction, etc., is likely to occur, and it tends to be difficult to hermetically seal the optical semiconductor element.
[0049]
The input / output terminal 4 for making an electrical connection between the inside of the optical semiconductor element housing package and the external electric circuit board is fitted to the input / output terminal mounting portion 2a of the frame 2. For example, as shown in FIG. 1, the input / output terminal 4 is formed such that a plurality of metallized layers 4 a as a line conductor for transmitting a high-frequency signal and a ground conductor having a ground function are conducted between the inside and the outside of the frame 2. A flat plate portion made of a rectangular parallelepiped dielectric plate, and a substantially rectangular parallelepiped dielectric plate joined to the flat surface of the flat plate portion with the metallized layer 4a interposed therebetween and formed to block the inside and outside of the frame 2 A metallization layer 4a formed on the upper surface of the flat plate portion and the optical semiconductor element are connected to each other by a bonding wire (not shown) to input / output a high-frequency signal to / from the optical semiconductor element. Having. The dielectric material of the flat plate portion or the vertical wall portion may be made of alumina (Al) depending on required characteristics such as a dielectric constant and a thermal expansion coefficient. 2 O 3 ) Ceramics, aluminum nitride (AlN) ceramics and the like are appropriately selected.
[0050]
The input / output terminals 4 are made of a metal paste obtained by adding an organic solvent and a solvent to a powder of tungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (Mn) or the like to be a metallized layer 4a. An appropriate organic binder, a solvent, etc. are added to the raw material powder to be mixed to form a paste, and the paste is formed on a ceramic green sheet formed by a doctor blade method or a calender roll method in advance by a conventionally known screen printing method. It is manufactured by printing and applying in the shape of, and sintering at a high temperature of about 1600 ° C.
[0051]
On the upper surface of the metallized layer 4a located outside the frame 2, external input / output terminals 4b for electrically connecting the optical semiconductor element housing package and the external electric circuit board are made of a brazing material such as Ag brazing. Are joined through. As the external input / output terminal 4b, a metal member having a coefficient of thermal expansion close to that of the input / output terminal 4 is used in order to strengthen the connection with the input / output terminal 4. For example, when the flat plate portion of the input / output terminal 4 is made of Al 2 O 3 When made of ceramics, the external input / output terminal 4b is made of an Fe-Ni-Co alloy or an Fe-Ni alloy.
[0052]
Using such an optical semiconductor element housing package of the present invention, as shown in a perspective view of an example of the first embodiment of the first optical semiconductor element housing package of the present invention in FIG. The optical semiconductor element 7 and the aligner 6 are placed on the upper surface of the optical fiber via the holding table 5, and the optical fiber 8 is brazed through the optical fiber introduction part 2c to be introduced from the outside to the optical semiconductor element 7. The optical fiber 8 is optically coupled to the optical semiconductor element 7 by placing the end of the optical fiber 8 in the substantially V-shaped V groove 6a on the upper surface of the aligner 6 and moving it back and forth along the groove. Further, after that, the lid 9 whose lower surface is clad with a low-temperature brazing material 9a such as a gold (Au) -tin (Sn) brazing material is brazed to the upper surface of the frame 2 including the optical fiber introduction portion 2c. Thereby, the optical semiconductor device of the present invention in which the inside of the optical semiconductor element storage package is hermetically sealed is completed.
[0053]
In this optical semiconductor device, the protective film (resin or the like) of the portion of the optical fiber 8 introduced through the optical fiber introduction portion 2c located at the optical fiber introduction portion 2c is peeled off, and quartz glass (core wire of the optical fiber 8) is removed. ) Is exposed, and a plating film of Ni, Au, or the like is sequentially deposited on the entire outer periphery of the core wire of the exposed optical fiber 8 so that the outer peripheral surface of the optical fiber 8 is interposed between the plating film and the brazing material. Thus, the optical fiber introduction part 2c and the lid 9 are satisfactorily brazed to the optical fiber introduction part 2c, and the optical fiber introduction part 2c is hermetically sealed. In this optical semiconductor device, as in the prior art, after optically coupling a plurality of optical fibers and the optical semiconductor element, a step of YAG welding the holder to the tip end surface of the pipe, and joining the lid to the upper surface of the frame are performed. Since the heat history at that time does not cause stress such that the optical fiber is distorted and the optical coupling between the optical semiconductor element and the optical fiber is not deteriorated, The operability of the optical semiconductor element 7 can be improved, and a large amount of information can be optically transmitted.
[0054]
Further, the optical semiconductor device of the present invention may be configured in the same manner as that shown in FIG. 3 using the second optical semiconductor element housing package of the present invention shown in FIG.
[0055]
【Example】
The width A from the inner circumference of the frame 2 on the upper surface of the side portion of the frame 2 of the non-plated portion 10 in the package for housing an optical semiconductor element of the present invention and the frame 2 on the inner circumferential surface of the frame 2 also. An experiment for determining the dimension of the depth B from the inner peripheral edge of the frame 2 on the inner peripheral surface of the frame 2 when a similar non-formed portion of the plating layer is provided along the inner peripheral edge of Done.
[0056]
In manufacturing an optical semiconductor element housing package as shown in FIG. 1, a flange portion 1b having a size of 37 mm × 16 mm in length × width and a diameter of a screw hole of 2.5 mm is provided at both ends of an outer peripheral portion, A base 1 made of a Cu-W alloy having a size of length × width × height of 42 mm × 20 mm × 1 mm was prepared. Next, a frame 2 made of an Fe-Ni-Co alloy having an outer dimension of 32 mm, a width of 20 mm, a height of 3.5 mm and a thickness of 1 mm was joined to the upper surface of the base 1 with an Ag brazing material. The frame 2 is provided with an input / output terminal mounting portion 2a formed of a through hole on a pair of opposing sides, and has a substantially U-shaped cross-section at the approximate center of the upper surface of the other pair of sides. An optical fiber introduction portion 2c formed of a groove was provided at eight locations on one side, a total of 16 locations. Further, a Ni layer having a thickness of 0.5 μm to 9 μm and an Au layer having a thickness of 0.5 μm to 5 μm were sequentially formed on the frame 2 by a plating method as a plating layer for brazing.
[0057]
The width A from the inner circumference of the frame 2 on the upper surface of the side of the frame 2 of the optical fiber introduction portion 2c and the non-plated portion 10 on both sides thereof and the frame on the inner circumferential surface of the frame 2 are also formed. When a similar non-formed portion of the plating layer is provided along the inner peripheral edge of the body 2, the depth B from the inner peripheral edge of the frame 2 on the inner peripheral surface of the frame 2 is used as a parameter, and the input / output terminal mounting portion is used. Al to 2a 2 O 3 An input / output terminal 4 having a flat plate portion and a standing wall portion made of ceramics and a metallized layer 4a was fitted via an Ag brazing material.
[0058]
In this embodiment, the input / output terminal 4 is fitted to evaluate the reliability of the optical fiber introduction portion 2c as an optical semiconductor device by experiments, and the electrical connection with the external electric circuit board is established. No external input / output terminal 4b was provided.
[0059]
Then, as shown in FIG. 3, the holder 5, the aligner 6, the optical semiconductor 6, and the evaluation sample of the optical semiconductor element housing package manufactured as described above were placed on the mounting portion 1a on the upper surface of the internal substrate 1. The element 7 is joined with a low-temperature brazing material such as tin (Sn) -lead (Pb) solder, and the optical fiber 8 is inserted into all the optical fiber introduction portions 2c (8 locations on one side, a total of 16 locations). Then, optical coupling with the optical semiconductor element 7 was performed.
[0060]
Next, a lower body 9 having a lower surface clad with a low-temperature brazing material 9a made of an Au-Sn brazing material is brazed to the upper surface of the frame body 2 including the optical fiber introduction portion 2c, so that each optical fiber 8 Were respectively brazed to the optical fiber introduction section 2c to produce a sample of the optical semiconductor device. In these optical semiconductor device samples, the core of the optical fiber 8 made of quartz glass was exposed by peeling off the protective film made of the resin of the optical fiber 8 at the portion to be brazed through the optical fiber introducing portion 2c. Then, a Ni plating film having a thickness of 1 μm and an Au plating film having a thickness of 1 μm are sequentially deposited on the entire outer periphery of the core wire, and the outer peripheral surface of the optical fiber 8 is brazed to the optical fiber introducing portion 2c via the plating film. I was doing it.
[0061]
With respect to each sample of the optical semiconductor device manufactured in this manner, the bending and the airtightness of the optical fiber were evaluated.
[0062]
Regarding the breakage of the optical fiber, each sample of the manufactured optical semiconductor device was visually checked, and the presence or absence of a defect such as a break or a crack in the optical fiber was evaluated.
[0063]
For airtightness, each sample of the fabricated optical semiconductor device was immersed in a florinate-based highly volatile liquid to perform a gross leak test, and the presence or absence of bubbles in the liquid was evaluated. A sample having no bubbles was regarded as a non-defective product, and a sample having bubbles was regarded as a defective product. Further, 50 N / cm was obtained for a sample which was good in the gross leak test. 2 He pressure test was performed for 2 hours, and then a He leak test was performed. -9 Pa ・ m 3 / Sec or less is finally regarded as a non-defective product, and the detection amount is 5 × 10 -9 Pa ・ m 3 Samples exceeding / sec were regarded as defective.
[0064]
As a result, as shown in Tables 1 and 2, the reliability of this optical semiconductor device is such that the optical fiber introduction part 2c and the frame body on the upper surface of the side of the frame body 2 of the non-plated portion 10 on both sides thereof are provided. The width A is substantially determined by the width A from the inner circumference of the frame 2, and the relationship with the depth B when the same non-formed portion of the plating layer is provided on the inner circumference of the frame 2 along the inner circumference of the frame 2. Was found to be affected to some extent.
[0065]
Table 1 shows the results of an experiment in which the width A of the non-formed portion 10 of the plating layer was changed while the depth B of the non-formed portion of the plating layer was constant, and the width A of the non-formed portion 10 was less than 10 μm. Some of the samples of the 50 optical semiconductor devices exhibited poor airtightness, although there was no practical problem. The cause of this poor airtightness is that brazing was not performed so as to uniformly cover the outer peripheral surface of the optical fiber 8 at a sufficient level, and voids were also found in the brazing material. On the other hand, in the case where the width A of the non-formed portion 10 was set to 10 μm, no airtightness failure occurred in all of 50 pieces.
[0066]
On the other hand, when the width A of the non-formed portion 10 exceeds 3 mm, the optical fiber 8 may be broken. The cause of this breakage is that the center point of the cross section of the optical fiber 8 at the part brazed through the optical fiber introduction part 2c and the center point of the cross section of the optical fiber 8 at the part mounted and fixed in the V groove 6a are misaligned. Was found to have occurred. That is, the reason was that the optical fiber 8 could not be brazed at a sufficient level with high accuracy at substantially the center of the optical fiber introduction section 2c. On the other hand, in the samples of the present invention in which the width A of the non-formed portion 10 was in the range of 10 μm to 3 mm, there was no occurrence of poor airtightness, and no failure such as breakage of the optical fiber.
[0067]
[Table 1]
[0068]
Next, Table 2 shows that when the width A of the non-formed portion 10 is fixed and the same non-formed portion of the plating layer is provided on the inner peripheral surface of the frame 2 along the inner peripheral edge of the frame 2 as well. This shows the results of experiments in which the depth B of the non-formed portion is less than 10 μm, and several of the 50 optical semiconductor device samples have no practical problem. However, poor airtightness was observed. The cause of this poor airtightness is that brazing was not performed so as to uniformly cover the outer peripheral surface of the optical fiber 8 at a sufficient level, and voids were also found in the brazing material. On the other hand, in the sample of the present invention in which the depth B of the non-formed portion was set to 10 μm or more, no air-tightness defect occurred, and no problem such as breakage of the optical fiber occurred.
[0069]
[Table 2]
[0070]
From the above results, among the samples of the present invention, the width A of the non-formed portion 10 of the plating layer is 10 μm to 3 mm, and the depth B of the non-formed portion on the inner peripheral surface of the frame 2 is 10 μm or more. Was confirmed to be good.
[0071]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes may be made without departing from the scope of the present invention. For example, as shown in a perspective view in FIG. 5, the optical fiber supporting member 3 may be bonded to the side surface 2b of the optical fiber introducing portion 2c outside the frame 2 of the optical semiconductor element housing package. FIG. 6 shows an optical semiconductor device as an example of the embodiment shown in a perspective view, and then the optical fiber 8 may be moved up, down, left and right in order to screw it to an external electric circuit board. Also, since the tip of the support member 3 is the starting point of the optical fiber 8, stress can not be directly transmitted to the brazing material around the optical fiber 8 or the optical fiber 8 in the optical fiber introduction portion 2c. . In this case, as shown in FIG. 6, it is preferable that the lid 9 be provided with a flange 9b so as to be joined to the upper surface of the support member 3. For example, when the optical fiber 8 is moved upward. The flange 9b can be used as the starting point of the optical fiber 8. As a result, the reliability of supporting the optical fiber 8 in the optical semiconductor device of the present invention becomes very good.
[0072]
Further, in the example of the above embodiment, the optical fiber introduction portion 2c is formed on two opposing sides of the frame 2, and the flange is formed on the outer peripheral portion of the base 1 on the side where the optical fiber introduction portion 2c is formed. Although the portion 1b is provided, the arrangement of the flange portion 1b is not limited to such a relationship, and may be arranged on the side where the input / output terminal attachment portion 2a is formed. You may arrange so that it may overhang.
[0073]
In the above embodiment, the external input / output terminal 4b is joined to the input / output terminal conductor 4c via the brazing material. However, as shown in FIG. 7, the external input / output terminal 4b has a spherical BGA shape. (Ball Grid Array) type and LGA (Land Grid Array) type that joins the input / output terminal conductor 4c and the external electric circuit board with a brazing material such as solder without passing through the external input / output terminal 4b. It may be changed accordingly.
[0074]
【The invention's effect】
According to the first optical semiconductor element housing package of the present invention, the base having the mounting portion on which the optical semiconductor element is mounted on the upper surface, and the mounting portion is attached to the upper surface of the base so as to surround the mounting portion, A frame having a substantially U-shaped groove for brazing through an optical fiber on an upper surface of a side portion, an optical fiber introduction portion having a lid formed on the upper surface, and a side portion of the frame body Or an input / output terminal fitted to an input / output terminal mounting portion formed of a through hole or a cutout formed in a portion inside the frame of the base, and the frame is provided on the upper surface of the side portion. Since the plating layer for brazing is formed, and since the non-formed portion of the plating layer is provided at a portion along the inner periphery of the frame on the upper surface of the optical fiber introduction portion and the side portions on both sides thereof, Excessive brazing from top to inside of the frame at and near the optical fiber entry Of the optical fiber on the optical fiber introduction part can be prevented, and the amount of brazing material necessary for hermetic sealing at the optical fiber introduction part can be stably maintained. Can be brazed to cover. As a result, the optical semiconductor element storage package can be stably hermetically sealed, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably for a long period of time.
[0075]
Further, according to the second package for storing an optical semiconductor element of the present invention, the base having the mounting portion on which the optical semiconductor element is mounted is attached to the upper surface of the base so as to surround the mounting portion. A frame having a substantially U-shaped groove for brazing the optical fiber through the optical fiber on the upper surface of the side portion; a frame body on which a lid is brazed on the upper surface; The frame body has a plating layer for brazing formed on the upper surface of the side portion, and the optical fiber introduction portion and the sides on both sides thereof. Since the non-formed portion of the plating layer is provided at a portion along the inner periphery of the frame on the upper surface of the portion, excess brazing material flows out from the upper surface of the frame into the optical fiber introduction portion and the vicinity thereof. Can prevent airtightness in the optical fiber introduction section. Since it is possible to stably hold the brazing material amount required to stop, it can be brazed so as to cover the outer peripheral surface of the optical fiber on the optical fiber introducing section substantially uniformly. As a result, the optical semiconductor element housing package can be stably hermetically sealed, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably for a long time.
[0076]
In addition, since an input / output terminal conductor extending from the mounting portion to the lower surface of the base is provided, wiring conductors formed inside the base for this derivation include W (tungsten), Mo ( Since the metal such as molybdenum) -Mn (manganese) can be freely selected, and the width, length, and thickness of the wiring conductor can be freely adjusted by a screen printing method or the like, the impedance of the entire wiring conductor can be set to a desired value. Thus, insertion loss and reflection loss of a high-frequency signal of 10 GHz or more can be suppressed, and a high-frequency signal of 10 GHz or more can be transmitted with reduced transmission loss.
[0077]
As a result, the coupling efficiency of the optical signal between the plurality of optical fibers and the optical semiconductor device can be improved, and the optical semiconductor device can be operated normally and stably for a long period of time. Transmission can be performed with reduced transmission loss.
[0078]
According to the package for housing an optical semiconductor element of the present invention, in each of the above structures, the non-formed portion is an optical fiber when the width of the upper surface of the side surface of the frame from the inner periphery of the frame is 10 μm to 3 mm. It is possible to effectively prevent excess brazing material from flowing out from the upper surface of the frame body to the inside of the introducing portion and the vicinity thereof, and to stably maintain an amount of brazing material necessary for hermetic sealing at the optical fiber introducing portion. Can be brazed so as to cover the outer peripheral surface of the optical fiber on the optical fiber introduction portion substantially uniformly, eliminating voids in the brazing material and effectively breaking the optical fiber. Can be prevented. Therefore, the hermetic sealing at the optical fiber introduction portion can be improved, and the optical semiconductor element can be normally and stably operated for a long period of time.
[0079]
Further, according to the optical semiconductor device of the present invention, the optical semiconductor element housing package of the present invention having the above-described configuration, the optical semiconductor element mounted on the mounting section, and the optical semiconductor element are passed through the optical fiber introduction section and brazed. A plurality of optical fibers and an optical semiconductor as in the related art, since the optical fiber and the optical semiconductor element and the lid that hermetically seal the optical fiber introduction part are hermetically sealed to the upper surface of the frame. After optically coupling the element, two steps of a step of YAG welding the holder to the tip end surface of the pipe and a step of joining the lid to the upper surface of the frame become unnecessary. Since the optical coupling between the optical semiconductor element and the optical fiber is not degraded due to the occurrence of stress that causes distortion, the operability of the optical semiconductor element can be improved, and large-capacity information can be transmitted optically. Optical semiconductor device It can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of a first optical semiconductor element housing package of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of a portion around an optical fiber introduction portion of the optical semiconductor element housing package shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of an embodiment of the optical semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing an example of an embodiment of a second package for housing an optical semiconductor element of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another example of the embodiment of the package for housing an optical semiconductor element of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing another example of the embodiment of the optical semiconductor device of the present invention.
FIG. 7 is a perspective view showing another example of the second embodiment of the optical semiconductor element housing package of the present invention.
FIG. 8 is a perspective view showing an example of a conventional package for housing an optical semiconductor element.
FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional optical semiconductor device.
FIG. 10 is a perspective view showing an example of a conventional package for housing an optical semiconductor element.
FIG. 11 is a perspective view showing an example of a conventional optical semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1: Substrate
1a: Receiver
1b: Flange part
2: Frame
2a: Input / output terminal mounting part
2c: Optical fiber introduction section
4: Input / output terminal
7: Optical semiconductor device
8: Optical fiber
9: Lid
10: Non-formed portion of plating layer
