JP2004146753A - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置 - Google Patents
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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い状態で維持できるようにし、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防止し、気密性を向上させた光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を提供すること。
【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、上面に凹部1bが形成された樹脂製の基体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め込まれ、一面の中央部に一面と対向する他面との間を貫通する中央貫通孔6aが形成されているとともに段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔6c−1が形成された金属部材6と、金属部材6の中央貫通孔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
【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、上面に凹部1bが形成された樹脂製の基体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め込まれ、一面の中央部に一面と対向する他面との間を貫通する中央貫通孔6aが形成されているとともに段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔6c−1が形成された金属部材6と、金属部材6の中央貫通孔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、光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、光半導体パッケージは、アルミナ(Al2O3)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21b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の内側に取着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部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の上面に樹脂接着剤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上面に光半導体素子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により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構成する、または底板部をセラミックスで構成し側壁部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)等で構成し側壁部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】
また透光性部材26は、基体21に組み込まれる代わりに蓋体23に組み込まれる場合もある(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0007】
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入力し、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で電気信号を発生させるとともにその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。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−94035号公報
【0009】
【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、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基体21と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点があった。
【0010】
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点もあった。
【0011】
さらに、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。
【0012】
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、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防止し、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。
【0013】
【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樹脂製の基体と、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め込まれ、前記一面の中央部に前記一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の前記中央貫通孔に接合された透光性部材とを具備したことを特徴とする。
【0014】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の貫通孔の段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、金属部材の中央貫通孔に接合された透光性部材とを有していることから、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、金属部材の基体の貫通孔に嵌め込まれている部位に形成された複数の周辺貫通孔に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【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、前記周辺貫通孔は、断面形状が直径が0.3乃至3mmの円形であ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、周辺貫通孔は断面形状が直径が0.3乃至3mmの円形であることから、周辺貫通孔に基体の樹脂が流れ込み易くなって周辺貫通孔において成型不良やボイド等が発生するのを防ぐとともに金属部材の大型化を防ぐことができる。
【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、前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成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、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成されていることから、複数の穴に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された穴の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0019】
また本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位に前記中央貫通孔を取り囲む溝が前記中央貫通孔に略同心状に形成されていることを特徴とする。
【0020】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位に中央貫通孔を取り囲む溝が中央貫通孔に略同心状に形成されていることから、溝に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0021】
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。
【0022】
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を用いた信頼性の高いものとなる。
【0023】
【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について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、1bは基体1の凹部、2は基体1の側壁部、2aは基体1の貫通孔、2bは貫通孔2aに形成された段差、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は略円板状の金属部材、6aは金属部材6の中央貫通孔、6bは透光性部材、7は光ファイバ、8は光半導体素子である。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。
【0024】
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が設けられている樹脂製の基体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め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔6aが形成されているとともに段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔6c−1が形成された金属部材6と、金属部材6の中央貫通孔6aに接合された透光性部材6bとを具備している。
【0025】
本発明の基体1は、光半導体素子8を支持するための支持部材として作用し、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の上面には光半導体素子8が載置され樹脂接着剤等により固定される。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、その枠部を平板状の基体1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。
【0026】
本発明の基体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から成る。そして、略円板状等の平板状の金属部材6が、貫通孔2aの段差2bに一面が凹部1bの側面に略面一になるようにして嵌め込まれた構成は、例えば基体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。このような方法以外では上記の構成を達成するとともに、金属部材6において十分な気密性を達成することは困難である。従って、基体1および金属部材6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一体的に成型し構成することが好ましい。
【0027】
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。
【0028】
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成型する際に、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。
【0029】
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や金(Au)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。
【0030】
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。
【0031】
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(他面)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、主面(一面)の略中央部に貫通孔6aが形成されたものであり、例えば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。
【0032】
金属部材6の形状は、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の外形形状は、円形、四角形等の多角形等であるが、基体1に嵌め込まれる部位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。
【0033】
本発明において、金属部材6の段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔6c−1が形成されている。この構成により、複数の周辺貫通孔6c−1に基体1の樹脂が入り込むことによって金属部材6の基体1への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材6が基体1の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子8と透光性部材6bとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材6の体積を小さくすることができ、透光性部材6bに加わる金属部材6との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材6bに加わる歪みを低減し、光半導体素子8と透光性部材6bとの間の光結合効率が劣化したり、透光性部材6bにクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【0034】
また本発明において、金属部材6は複数の周辺貫通孔6c−1に代えて他面の段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の穴6c−2が形成されていることが好ましい。この場合、複数の穴6c−2に基体1の樹脂が入り込むことによって金属部材6の基体1への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材6が基体1の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子8と透光性部材6bとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材6の体積を小さくすることができ、透光性部材6bに加わる金属部材6との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材6bに加わる歪みを低減し、光半導体素子8と透光性部材6bとの間の光結合効率が劣化したり、透光性部材6bにクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔6c−1の場合は基体1の樹脂が金属部材6の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材6の他面に形成された穴6c−2の場合は基体1の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0035】
さらに本発明において、金属部材6は複数の周辺貫通孔6c−1に代えて他面の段差2bに嵌め込まれている部位に中央貫通孔6aを取り囲む溝6c−2が中央貫通孔6aに略同心状に形成されていることが好ましい。この場合、溝6c−2に基体1の樹脂が入り込むことによって金属部材6の基体1への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材6が基体1の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子8と透光性部材6bとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材6の体積を小さくすることができ、透光性部材6bに加わる金属部材6との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0036】
周辺貫通孔6c−1および穴6c−2の断面形状は、図2(a),(c)に示すように、円形、楕円形または四角形等の多角形であり、種々の形状とし得る。また、図2(a)に示すように、周辺貫通孔6c−1は複数個が等間隔で形成されており、透光性部材6bに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。穴6c−2の場合も、図2(c)に示すように、複数個が等間隔で形成されているのがよく、透光性部材6bに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。さらに、溝6c−2の場合、図2(e)に示すように中央貫通孔6aに略同心状に形成されていることがよく、透光性部材6bに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。
【0037】
また、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2は、それらの断面形状が円形である場合、それらの直径Aは0.3乃至3mmがよく、穴6c−2の深さBは0.1〜3mmがよい。
【0038】
A<0.3mmの場合、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2に樹脂が流れ込みにくくなり、成型不良やボイド等が発生し、気密不良が起こり易くなる。A>3mmでは、金属部材6の表面積が減少し接合強度を向上させることが困難になる。また、金属部材6の表面積の減少を防ぐために金属部材6を大型化すると、近時の小型化傾向に適さないものとなる。
【0039】
B<0.1mmの場合、穴6c−2が浅すぎるため、金属部材6の基体1への接合強度を向上させるのが難しくなる。B>3mmでは、成型不良やボイド等が発生し、気密不良が起こり易くなる。
【0040】
また、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2は、中央貫通孔6aとの間隔よりも金属部材6の外周端との間隔が小さいことがよい。この場合、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2は、その全体が基体1に確実に埋め込まれるため、金属部材6が基体1に対し位置ずれすることをより確実に防止し、中央貫通孔6aに取り付けられた透光性部材6bの光軸変動を抑えることができる。
【0041】
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の外周部が側壁部2の貫通孔2aの段差2bに埋めこまれるようにして行なわれる。
【0042】
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。
【0043】
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抑制することができる。さらに、金属部材6は、その外周端部が基体1の貫通孔2aの段差2bに嵌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。
【0044】
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。
【0045】
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)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。
【0046】
また、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の外周部の径方向の深さ(嵌め込み深さ)は0.5〜10mmがよい。
【0047】
また、透光性部材6bの光軸方向の厚さは、金属部材6の光軸方向の両主面間の厚さ(一面と他面との間の距離)と略同じであるか、または金属部材6の両主面間の厚さよりも小さい方が好ましい。この場合、透光性部材6bが金型に接触して破損するのを防ぐことができる。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
かくして、本発明の光半導体パッケージは、基体1の凸部1aの上面に光半導体素子8を載置固定するとともに光半導体素子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、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と対向して透光性部材6bと光半導体素子8とが光学的に結合するように側壁部2に固定し、光ファイバ7を透光性部材6bが取着された金属部材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。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。このような光半導体装置は光通信分野等に使用される。
【0051】
【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。
【0052】
図1,図2(a),(b)に示した光半導体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20mm×横40mm×高さ20mm、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1.6mmの基体1を作製した。基体1を作製する際に、ガラスから成る直径1.5mmの球状の透光性部材6bを直径1.55mmの中央貫通孔6aにガラス接合したFe−Ni−Co合金から成る直径5mm×厚さ1.5mmの円板状の金属部材6が、直径5mmの基体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をその両端が側壁部2の内外に突出して設置されるようにして、一体的に成型した。
【0053】
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、縦20mm×横40mm×厚さ1mmでエポキシ系熱硬化樹脂から成る蓋体3を、基体1の上面の凹部1bの周囲に樹脂接着剤で接合して光半導体装置を作製した。
【0054】
このとき、金属部材6において、断面が円形の周辺貫通孔6c−1を6箇所等間隔に形成するとともに各周辺貫通孔6c−1から金属部材6の外周までの距離を0.3mmとなるように形成し、周辺貫通孔6c−1の直径Aを表1に示す種々の値として、各種サンプルを各10個作製した。
【0055】
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。
【0056】
【表1】
【0057】
表1より、周辺貫通孔6c−1の直径Aが0.3mm未満の場合、気密不良が検出されたサンプルが発生した。気密不良が検出されたサンプルは、周辺貫通孔6c−1の周辺部を基点に基体1にクラックが発生していた。その原因として、周辺貫通孔6c−1に基体1となる樹脂が十分に充填されず、周辺貫通孔6c−1に空隙が発生しており、温度サイクル試験時に周辺貫通孔6c−1に溜まった空気が膨張し基体1にクラックが発生していることが判った。Aが0.3mm以上では周辺貫通孔6c−1に基体1となる樹脂が充填されており、不具合はみられなかった。また、Aが3mmを超えると金属部材6を大きくする必要があり、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、Aは0.3乃至3mmがよいことが判った。
【0058】
次に、上記の金属部材6において、周辺貫通孔6c−1の直径を1mmとし、周辺貫通孔6c−1の数を表2に示す個数として等間隔に配置した各種サンプルを各10個ずつ作製し、透光性部材6bに光半導体素子8から発した光を透過させて光の集光性を評価した。光が集光せず不良となったサンプルの個数を表2に示す。
【0059】
【表2】
【0060】
表2より、周辺貫通孔6c−1の個数が4個未満の場合、光が集光しないサンプルが発生した。集光不良が検出されたサンプルは、周辺貫通孔6c−1の数が少ないため、透光性部材6bに加わる透光性部材6bと金属部材6との熱膨張係数差に起因する熱応力が大きくなり、透光性部材6bの周辺貫通孔6c−1に近い部位と離れた部位とで加わる熱応力の大きさが大きく異なって、透光性部材6bが局所的に歪んで良好に集光することが困難になる傾向があることが判った。従って、周辺貫通孔6c−1は4個以上がよいことが判った。
【0061】
なお、本発明は上述の実施の形態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。
【0062】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、樹脂製の基体の凹部から外側面にかけて形成された貫通孔の段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、金属部材の中央貫通孔に接合された透光性部材とを具備したことにより、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、金属部材の基体の貫通孔に嵌め込まれている部位に形成された複数の周辺貫通孔に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【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、周辺貫通孔は断面形状が直径が0.3乃至3mmの円形であることから、周辺貫通孔に基体の樹脂が流れ込み易くなって周辺貫通孔において成型不良やボイド等が発生するのを防ぐとともに金属部材の大型化を防ぐことができる。
【0064】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成されていることにより、複数の穴に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された穴の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0065】
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、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位に中央貫通孔を取り囲む溝が中央貫通孔に略同心状に形成されていることにより、溝に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0066】
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】(a)は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、(b)は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2】(a)は図1(a)の光半導体素子収納用パッケージにおける金属部材を示す正面図、(b)は(a)の金属部材の断面図、(c)は図1(b)の光半導体素子収納用パッケージにおける金属部材を示す正面図、(d)は(c)の金属部材の断面図、(e)は本発明の光半導体素子収納用パッケージの金属部材について実施の形態の他の例を示す正面図、(f)は(e)の金属部材の断面図である。
【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
6:金属部材
6a:金属部材の中央貫通孔
6b:透光性部材
6c−1:周辺貫通孔
6c−2:穴
6c−3:溝
8:光半導体素子
【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、光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、光半導体パッケージは、アルミナ(Al2O3)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21b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の内側に取着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部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の上面に樹脂接着剤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上面に光半導体素子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により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構成する、または底板部をセラミックスで構成し側壁部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)等で構成し側壁部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】
また透光性部材26は、基体21に組み込まれる代わりに蓋体23に組み込まれる場合もある(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0007】
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入力し、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で電気信号を発生させるとともにその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。
【0008】
【特許文献1】
特開2002−94035号公報
【0009】
【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、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基体21と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点があった。
【0010】
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点もあった。
【0011】
さらに、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。
【0012】
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、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防止し、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。
【0013】
【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樹脂製の基体と、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め込まれ、前記一面の中央部に前記一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の前記中央貫通孔に接合された透光性部材とを具備したことを特徴とする。
【0014】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の貫通孔の段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、金属部材の中央貫通孔に接合された透光性部材とを有していることから、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、金属部材の基体の貫通孔に嵌め込まれている部位に形成された複数の周辺貫通孔に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【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、前記周辺貫通孔は、断面形状が直径が0.3乃至3mmの円形であ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、周辺貫通孔は断面形状が直径が0.3乃至3mmの円形であることから、周辺貫通孔に基体の樹脂が流れ込み易くなって周辺貫通孔において成型不良やボイド等が発生するのを防ぐとともに金属部材の大型化を防ぐことができる。
【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、前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成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、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成されていることから、複数の穴に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された穴の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0019】
また本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位に前記中央貫通孔を取り囲む溝が前記中央貫通孔に略同心状に形成されていることを特徴とする。
【0020】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位に中央貫通孔を取り囲む溝が中央貫通孔に略同心状に形成されていることから、溝に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0021】
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。
【0022】
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を用いた信頼性の高いものとなる。
【0023】
【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について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、1bは基体1の凹部、2は基体1の側壁部、2aは基体1の貫通孔、2bは貫通孔2aに形成された段差、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は略円板状の金属部材、6aは金属部材6の中央貫通孔、6bは透光性部材、7は光ファイバ、8は光半導体素子である。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。
【0024】
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が設けられている樹脂製の基体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め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔6aが形成されているとともに段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔6c−1が形成された金属部材6と、金属部材6の中央貫通孔6aに接合された透光性部材6bとを具備している。
【0025】
本発明の基体1は、光半導体素子8を支持するための支持部材として作用し、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の上面には光半導体素子8が載置され樹脂接着剤等により固定される。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、その枠部を平板状の基体1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。
【0026】
本発明の基体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から成る。そして、略円板状等の平板状の金属部材6が、貫通孔2aの段差2bに一面が凹部1bの側面に略面一になるようにして嵌め込まれた構成は、例えば基体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。このような方法以外では上記の構成を達成するとともに、金属部材6において十分な気密性を達成することは困難である。従って、基体1および金属部材6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一体的に成型し構成することが好ましい。
【0027】
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。
【0028】
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成型する際に、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。
【0029】
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や金(Au)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。
【0030】
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。
【0031】
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(他面)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、主面(一面)の略中央部に貫通孔6aが形成されたものであり、例えば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。
【0032】
金属部材6の形状は、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の外形形状は、円形、四角形等の多角形等であるが、基体1に嵌め込まれる部位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。
【0033】
本発明において、金属部材6の段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔6c−1が形成されている。この構成により、複数の周辺貫通孔6c−1に基体1の樹脂が入り込むことによって金属部材6の基体1への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材6が基体1の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子8と透光性部材6bとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材6の体積を小さくすることができ、透光性部材6bに加わる金属部材6との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材6bに加わる歪みを低減し、光半導体素子8と透光性部材6bとの間の光結合効率が劣化したり、透光性部材6bにクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【0034】
また本発明において、金属部材6は複数の周辺貫通孔6c−1に代えて他面の段差2bに嵌め込まれている部位で中央貫通孔6aの周囲に略等間隔に複数の穴6c−2が形成されていることが好ましい。この場合、複数の穴6c−2に基体1の樹脂が入り込むことによって金属部材6の基体1への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材6が基体1の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子8と透光性部材6bとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材6の体積を小さくすることができ、透光性部材6bに加わる金属部材6との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材6bに加わる歪みを低減し、光半導体素子8と透光性部材6bとの間の光結合効率が劣化したり、透光性部材6bにクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔6c−1の場合は基体1の樹脂が金属部材6の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材6の他面に形成された穴6c−2の場合は基体1の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0035】
さらに本発明において、金属部材6は複数の周辺貫通孔6c−1に代えて他面の段差2bに嵌め込まれている部位に中央貫通孔6aを取り囲む溝6c−2が中央貫通孔6aに略同心状に形成されていることが好ましい。この場合、溝6c−2に基体1の樹脂が入り込むことによって金属部材6の基体1への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材6が基体1の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子8と透光性部材6bとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材6の体積を小さくすることができ、透光性部材6bに加わる金属部材6との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0036】
周辺貫通孔6c−1および穴6c−2の断面形状は、図2(a),(c)に示すように、円形、楕円形または四角形等の多角形であり、種々の形状とし得る。また、図2(a)に示すように、周辺貫通孔6c−1は複数個が等間隔で形成されており、透光性部材6bに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。穴6c−2の場合も、図2(c)に示すように、複数個が等間隔で形成されているのがよく、透光性部材6bに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。さらに、溝6c−2の場合、図2(e)に示すように中央貫通孔6aに略同心状に形成されていることがよく、透光性部材6bに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。
【0037】
また、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2は、それらの断面形状が円形である場合、それらの直径Aは0.3乃至3mmがよく、穴6c−2の深さBは0.1〜3mmがよい。
【0038】
A<0.3mmの場合、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2に樹脂が流れ込みにくくなり、成型不良やボイド等が発生し、気密不良が起こり易くなる。A>3mmでは、金属部材6の表面積が減少し接合強度を向上させることが困難になる。また、金属部材6の表面積の減少を防ぐために金属部材6を大型化すると、近時の小型化傾向に適さないものとなる。
【0039】
B<0.1mmの場合、穴6c−2が浅すぎるため、金属部材6の基体1への接合強度を向上させるのが難しくなる。B>3mmでは、成型不良やボイド等が発生し、気密不良が起こり易くなる。
【0040】
また、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2は、中央貫通孔6aとの間隔よりも金属部材6の外周端との間隔が小さいことがよい。この場合、周辺貫通孔6c−1および穴6c−2は、その全体が基体1に確実に埋め込まれるため、金属部材6が基体1に対し位置ずれすることをより確実に防止し、中央貫通孔6aに取り付けられた透光性部材6bの光軸変動を抑えることができる。
【0041】
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の外周部が側壁部2の貫通孔2aの段差2bに埋めこまれるようにして行なわれる。
【0042】
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。
【0043】
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抑制することができる。さらに、金属部材6は、その外周端部が基体1の貫通孔2aの段差2bに嵌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。
【0044】
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。
【0045】
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)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。
【0046】
また、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の外周部の径方向の深さ(嵌め込み深さ)は0.5〜10mmがよい。
【0047】
また、透光性部材6bの光軸方向の厚さは、金属部材6の光軸方向の両主面間の厚さ(一面と他面との間の距離)と略同じであるか、または金属部材6の両主面間の厚さよりも小さい方が好ましい。この場合、透光性部材6bが金型に接触して破損するのを防ぐことができる。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
かくして、本発明の光半導体パッケージは、基体1の凸部1aの上面に光半導体素子8を載置固定するとともに光半導体素子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、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と対向して透光性部材6bと光半導体素子8とが光学的に結合するように側壁部2に固定し、光ファイバ7を透光性部材6bが取着された金属部材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。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。このような光半導体装置は光通信分野等に使用される。
【0051】
【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。
【0052】
図1,図2(a),(b)に示した光半導体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20mm×横40mm×高さ20mm、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1.6mmの基体1を作製した。基体1を作製する際に、ガラスから成る直径1.5mmの球状の透光性部材6bを直径1.55mmの中央貫通孔6aにガラス接合したFe−Ni−Co合金から成る直径5mm×厚さ1.5mmの円板状の金属部材6が、直径5mmの基体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をその両端が側壁部2の内外に突出して設置されるようにして、一体的に成型した。
【0053】
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、縦20mm×横40mm×厚さ1mmでエポキシ系熱硬化樹脂から成る蓋体3を、基体1の上面の凹部1bの周囲に樹脂接着剤で接合して光半導体装置を作製した。
【0054】
このとき、金属部材6において、断面が円形の周辺貫通孔6c−1を6箇所等間隔に形成するとともに各周辺貫通孔6c−1から金属部材6の外周までの距離を0.3mmとなるように形成し、周辺貫通孔6c−1の直径Aを表1に示す種々の値として、各種サンプルを各10個作製した。
【0055】
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。
【0056】
【表1】
【0057】
表1より、周辺貫通孔6c−1の直径Aが0.3mm未満の場合、気密不良が検出されたサンプルが発生した。気密不良が検出されたサンプルは、周辺貫通孔6c−1の周辺部を基点に基体1にクラックが発生していた。その原因として、周辺貫通孔6c−1に基体1となる樹脂が十分に充填されず、周辺貫通孔6c−1に空隙が発生しており、温度サイクル試験時に周辺貫通孔6c−1に溜まった空気が膨張し基体1にクラックが発生していることが判った。Aが0.3mm以上では周辺貫通孔6c−1に基体1となる樹脂が充填されており、不具合はみられなかった。また、Aが3mmを超えると金属部材6を大きくする必要があり、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、Aは0.3乃至3mmがよいことが判った。
【0058】
次に、上記の金属部材6において、周辺貫通孔6c−1の直径を1mmとし、周辺貫通孔6c−1の数を表2に示す個数として等間隔に配置した各種サンプルを各10個ずつ作製し、透光性部材6bに光半導体素子8から発した光を透過させて光の集光性を評価した。光が集光せず不良となったサンプルの個数を表2に示す。
【0059】
【表2】
【0060】
表2より、周辺貫通孔6c−1の個数が4個未満の場合、光が集光しないサンプルが発生した。集光不良が検出されたサンプルは、周辺貫通孔6c−1の数が少ないため、透光性部材6bに加わる透光性部材6bと金属部材6との熱膨張係数差に起因する熱応力が大きくなり、透光性部材6bの周辺貫通孔6c−1に近い部位と離れた部位とで加わる熱応力の大きさが大きく異なって、透光性部材6bが局所的に歪んで良好に集光することが困難になる傾向があることが判った。従って、周辺貫通孔6c−1は4個以上がよいことが判った。
【0061】
なお、本発明は上述の実施の形態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。
【0062】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、樹脂製の基体の凹部から外側面にかけて形成された貫通孔の段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、金属部材の中央貫通孔に接合された透光性部材とを具備したことにより、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、金属部材の基体の貫通孔に嵌め込まれている部位に形成された複数の周辺貫通孔に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【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、周辺貫通孔は断面形状が直径が0.3乃至3mmの円形であることから、周辺貫通孔に基体の樹脂が流れ込み易くなって周辺貫通孔において成型不良やボイド等が発生するのを防ぐとともに金属部材の大型化を防ぐことができる。
【0064】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成されていることにより、複数の穴に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された穴の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0065】
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、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位に中央貫通孔を取り囲む溝が中央貫通孔に略同心状に形成されていることにより、溝に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【0066】
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】(a)は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、(b)は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2】(a)は図1(a)の光半導体素子収納用パッケージにおける金属部材を示す正面図、(b)は(a)の金属部材の断面図、(c)は図1(b)の光半導体素子収納用パッケージにおける金属部材を示す正面図、(d)は(c)の金属部材の断面図、(e)は本発明の光半導体素子収納用パッケージの金属部材について実施の形態の他の例を示す正面図、(f)は(e)の金属部材の断面図である。
【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
6:金属部材
6a:金属部材の中央貫通孔
6b:透光性部材
6c−1:周辺貫通孔
6c−2:穴
6c−3:溝
8:光半導体素子
Claims (5)
- 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樹脂製の基体と、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め込まれ、前記一面の中央部に前記一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の前記中央貫通孔に接合された透光性部材とを具備したことを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
- 前記周辺貫通孔は、断面形状が直径が0.3乃至3mmの円形であ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。
- 前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成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。
- 前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位に前記中央貫通孔を取り囲む溝が前記中央貫通孔に略同心状に形成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。
- 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。
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