JP2004191422A - 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】光ファイバと光半導体素子とを容易に光結合し、光ファイバ導入部において光半導体素子収納用パッケージを容易に気密封止できるようにすること。
【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、光半導体素子7の載置部1aを有する基体1と、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8を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2c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2と、入出力端子4とを具備し、枠体2は、側部の光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝2cより大きい段差2dが形成されており、段差2dに、上面に第一の溝2cと同じ断面形状の第二の溝3aが形成された樹脂製の光ファイバ保持部材3が、第二の溝3aを第一の溝2cに連続させて嵌着されている。
【選択図】 図1
【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、光半導体素子7の載置部1aを有する基体1と、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8を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2c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2と、入出力端子4とを具備し、枠体2は、側部の光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝2cより大きい段差2dが形成されており、段差2dに、上面に第一の溝2cと同じ断面形状の第二の溝3aが形成された樹脂製の光ファイバ保持部材3が、第二の溝3aを第一の溝2cに連続させて嵌着されている。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ(LD),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、および光半導体素子収納用パッケージに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(以下、パッケージともいう)を図4に斜視図で示す。同図は、光半導体素子に2方向から光ファイバが接続されて光スイッチ等として用いられる、光半導体素子を収容するためのパッケージの例を示すものである。このパッケージに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を図5に斜視図で示す。
【0003】
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11bを有する基体11と、載置部11a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12a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18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、導入部ともいう)12cを有し、さらに導入部12cの相対する外面にパイプ取着部12bを有する枠体12と、パイプ取着部12bを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ18を導入部12cに導くためのパイプ13と、入出力端子取付部12aに嵌着されるとともに上面にメタライズ層14aと外部リード14bとを有する入出力端子14とから主に構成される(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0004】
また、光半導体装置は、図5に示すように載置部11aの上面に光半導体素子17,光ファイバ整列器(以下、整列器ともいう)16が載置用基台15を介して載置されるとともに、光ファイバ18が導入部12cを介してパイプ13から光半導体素子17にかけて導入され、光ファイバ18を整列器16上面の略V字状のV溝16aに沿って前後させることにより、光ファイバ18と光半導体素子17とが光結合される。光結合した後に、パイプ13の外側の先端部に、外周面の一部にメタライズ層が被着された光ファイバ18のそのメタライズ層の部位を半田付け等により接合し封止する。次に、蓋体19を枠体12の上面にシームウェルドや半田付けにより接合することによって、パッケージ内部が気密に封止された光半導体装置が作製される。この光半導体装置は、光半導体素子17を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられる。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−223962号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ18をパッケージ内部に導入する場合、複数の光ファイバ18をパッケージ内部にパイプ13および導入部12cを介してそれぞれ挿入し、光半導体素子17に各々の光ファイバ18を光結合させるのは作業性が悪く、手間がかかるとともに非常に困難な作業である。また、上記従来の構成では、光ファイバ18の半田封止工程および蓋体19の封止工程と2度の封止工程を経る必要があり、封止作業に手間がかかり作業の効率が悪いという問題点があった。
【0007】
また、光ファイバ18を安定して載置固定する部位が整列器16のV溝16aの部位のみであるため、光ファイバ18が複数ある場合には、たとえ1本目の光ファイバ18が光結合できたとしても他の光ファイバ18を光結合させる際に1本目の光ファイバ18の光結合が損なわれ易く、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18の光軸を良好に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、作業中に光ファイバ18を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【0008】
また、たとえ複数の光ファイバ18と光半導体素子17とを光結合できたとしても、その後に光ファイバ18をパイプ13に半田付けする工程と、蓋体19を枠体12の上面に接合する工程の少なくとも2つの熱処理工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ18を歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子17と光ファイバ18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。
【0009】
そのため、従来のパッケージおよび光半導体装置においては、光半導体素子17の実装の作業性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないことがあるという問題点があった。
【0010】
従って、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、複数の光ファイバと光半導体素子とを容易に光学的に結合できるとともにパッケージを容易に気密封止できるようにすることにより、パッケージの実装工程を簡略化することにある。また、一本の光ファイバはもちろんのこと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も良好なものにすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該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字状の第一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、該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、前記枠体は、前記側部の前記光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ前記第一の溝より大きい段差が形成されており、該段差に、上面に前記第一の溝と同じ断面形状の第二の溝が形成された樹脂製の光ファイバ保持部材が、前記第二の溝を前記第一の溝に連続させて嵌着されていることを特徴とする。
【0012】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、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字状の第一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たことから、従来のように光ファイバをパイプを介して光半導体素子収納用パッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定した後にロウ付けして光半導体素子収納用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。
【0013】
また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にYAG溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光半導体素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバを半田付けすることが不要となり、蓋体を枠体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まで非常に小さくすることができる。そのため、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。
【0014】
さらに、枠体の光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝より大きい段差が形成されており、この段差に、上面に第一の溝と同じ断面形状の第二の溝が形成された樹脂製の光ファイバ保持部材が、第二の溝を第一の溝に連続させて嵌着されていることから、金属加工により枠体の上面に第一の溝のみを形成するよりも成型法で作製可能な樹脂製の光ファイバ保持部材の方がより精度よくかつ容易に第二の溝を形成することできるため、光ファイバを位置精度よく固定することができる。即ち、光ファイバを、光ファイバ保持部材で固定された部位から光ファイバ先端にかけて歪がより小さくなるように固定することができるので、歪による応力で光ファイバ先端が所定の位置からずれようとするのを有効に抑制することができ、光ファイバと光半導体素子との光軸を長期にわたり良好な状態に維持することができる。また、光半導体素子収納用パッケージの外側で光ファイバが曲がることにより光ファイバ保持部材と光ファイバとの接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材がその応力を吸収することにより光ファイバが折れることもない。
【0015】
また、光ファイバ保持部材の4つの面を枠体と接合させることにより光ファイバ保持部材が枠体に拘束されるため、光ファイバ保持部材の熱膨張を有効に抑制することができ、温度変化が生じても光ファイバの位置精度を良好に保持することができる。その結果、光ファイバと光半導体素子との光軸がずれるのを有効に抑制することができる。
【0016】
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。
【0017】
本発明の光半導体装置は、このような構成により、気密性に優れ大容量の情報を光伝送することの可能なものとなる。
【0018】
【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、本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す斜視図であり、図2は本発明のパッケージにおける光ファイバ導入部(以下、導入部ともいう)およびその周辺部の部分拡大斜視図である。図1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,入出力端子4とで、光半導体素子7(図3)を収容する容器が基本的に構成される。
【0019】
本発明のパッケージは、上面に光半導体素子7が載置される載置部1aを有する基体1と、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8を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2cから成る光ファイバ導入部2bを有し、上面に蓋体9がロウ付けされる枠体2と、枠体2の側部または基体1の枠体2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2aに嵌着された入出力端子4とを具備している。
【0020】
これにより、従来のように光ファイバ8をパイプを介してパッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバ8を導入部2bに仮固定した後にロウ付けしてパッケージの内部に載置される光半導体素子7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8と光半導体素子7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8を安定して固定し保持することができる。
【0021】
また、光ファイバ8を枠体2上部の導入部2bに通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体9を枠体2の上面にYAG溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介してパッケージの内部に導入された光ファイバ8を半田付けすることが不要となり、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導入部2bと光ファイバ8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8を歪ませる程度に至らない大きさまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバ8と光半導体素子7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7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。
【0022】
本発明の基体1は、光半導体素子7を支持するための支持部材ならびに光半導体素子7から発せられる熱を放散するため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7を載置するための載置部1aを有している。また、基体1の外周部で一対の端部には外部電気回路基板にネジ止めされるように貫通孔から成るフランジ部1bが形成されている。この基体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)合金等の金属から成り、例えばFe−Ni−Co合金から成る場合、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって、略四角形の所定形状に製作される。
【0023】
また、基体1は、その上面に光半導体素子7が載置される載置部1aを囲繞するように略四角形等の形状の枠体2が接合されており、枠体2の内側に光半導体素子7を収容するための空所が形成される。この枠体2は、基体1と同様の金属から成り、基体1と同様の加工法で所定形状に加工されて作製される。即ち、枠体2は、そ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(以下、取付部ともいう)2aが形成され、側部の上面に光ファイバ8(図3)を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2cから成る導入部2bが形成された形状である。また、枠体2は、その下面が基体1上面に敷設した適度なボリューム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基体1上面にロウ付けされる。
【0024】
なお、基体1および枠体2は、酸化腐食を防止するためや光半導体素子7のロウ付け等による載置固定を良好にするため、蓋体9のロウ付けや溶接等による接合を良好にするため、露出した表面をAuめっき層で被着させておくとよい。
【0025】
本発明の枠体2に設けられる導入部2bは、光ファイバ8を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2cから成る。この導入部2bは、複数の光ファイバ8が取着されるように複数の第一の溝2cから構成されていてもよい。また、導入部2bは、枠体2が四角形の場合には一辺に相当する枠部の上面の中央部にあってもよいし、枠部の端部にあってもよいが、光半導体素子7との位置合わせのし易さの点で枠部の上面の中央部にあるのがよい。
【0026】
導入部2bは断面形状が略U字状の第一の溝2cから成るが、第一の溝2cはその内面が光ファイバ8の軸方向の中央部で凹んでいるのが好ましい。この場合、その凹みに半田の溜りが形成されて光ファイバ8が導入部2bに強固に接合される。また、その凹みは第一の溝2cの両端間にわたる溝部であってもよい。
【0027】
さらに、導入部2bを構成する断面形状が略U字状の第一の溝2cは、その上端の幅(枠体2の内外面に沿った方向の幅)が、中央部の幅よりも若干狭くなっていることがよい。この場合、第一の溝2cに通した光ファイバ8が第一の溝2cから外れにくくなるとともに、光ファイバ8の外周面の大部分を均一の厚さの半田で接合できるため光ファイバ8に加わる歪みを緩和することができる。
【0028】
本発明の枠体2は、側部の導入部2bが設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝2cより大きい段差2dが形成されており、この段差2dに、上面に第一の溝2cと同じ断面形状の第二の溝3aが形成された樹脂製の光ファイバ保持部材3が、第二の溝3aを第一の溝2cに連続させて嵌着されている。
【0029】
これにより、金属加工により枠体2の上面に第一の溝2cのみを形成するよりも成型法で作製可能な樹脂製の光ファイバ保持部材3の方がより精度よくかつ容易に第二の溝3aを形成することができるため、光ファイバ8を位置精度よく固定することができる。即ち、光ファイバ8を、光ファイバ保持部材3で固定された部位から光ファイバ8先端にかけて歪がより小さくなるように固定することができるので、歪による応力で光ファイバ8先端が所定の位置からずれようとするのを有効に抑制することができ、光ファイバ8と光半導体素子7との光軸を長期にわたり良好な状態に維持することができる。また、パッケージの外側で光ファイバ8が曲がることにより光ファイバ保持部材3と光ファイバ8との接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材3がその応力を吸収することにより光ファイバ8が折れることもない。
【0030】
また、光ファイバ保持部材3の4つの面を枠体2と接合させることにより光ファイバ保持部材3が枠体2に拘束されるため、光ファイバ保持部材3の熱膨張を有効に抑制することができ、温度変化が生じても光ファイバ8の位置精度を良好に保持することができる。その結果、光ファイバ8と光半導体素子7との光軸がずれるのを有効に抑制することができる。
【0031】
光ファイバ保持部材3は、ポリイミド樹脂,エポキシ樹脂,フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイドや熱溶融型の液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂などの樹脂からなり、射出成型法やトランスファー成型法等により作製される。好ましくは、光ファイバ保持部材3となる樹脂材料にはガラスフィラー等の充填材を添加するのが良く、光ファイバ保持部材3の耐熱温度,熱膨張係数,耐蝕性等の物性値を適宜調整することが可能となる。
【0032】
光ファイバ保持部材3は、高さおよび幅がそれぞれ段差2dの深さおよび幅と略同一あるいは若干小さいものであり、枠体2の段差2dに低融点ガラス,有機系接着材,ロウ材等の接合材を介して嵌着接合される。
【0033】
このような低融点ガラスとしては、接合時に枠体2と光ファイバ保持部材3との熱膨張差が大きくなって接合材や光ファイバ保持部材3にクラックが生じるのを防止するため、比較的低い温度で接合することのできる低融点の鉛(Pb)ホウ酸系のもの(融点280℃)を用いるのがよい。有機系接着材としては、接着時の温度が低く、枠体2との熱膨張係数の相違により発生する応力を吸収し得るゴム粒子等の弾性体を含有したエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを用いるのがよい。また、ロウ材としては、接合時に枠体2と光ファイバ保持部材3との熱膨張差が大きくなってロウ材や光ファイバ保持部材3にクラックが生じるのを防止するため、比較的低い温度で接合することのできるAu−Sn半田(融点190℃),Pb−Sn半田(融点250℃)等の低融点のロウ材を用いるのがよい。
【0034】
なお、光ファイバ保持部材3を枠体2の段差2dに嵌着する際に用いる接合材がロウ材の場合、段差2dに接合される光ファイバ保持部材3の接合面に導電性ペーストの塗布や金属蒸着などの方法でメタライズ層を形成しておくとよい。
【0035】
光ファイバ保持部材3の厚さdは、0.3〜2mmであるのがよい。これにより、光ファイバ8を光ファイバ保持部材3の第二の溝3aで位置精度よく固定することができるとともに、パッケージの外側で光ファイバ8が曲がることにより光ファイバ保持部材3と光ファイバ8との接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材3がその応力を吸収することにより光ファイバ8が折れることもない。
【0036】
光ファイバ保持部材3の厚さdが0.3mm未満であると、光ファイバ保持部材3で光ファイバ8を位置精度よく固定し難くなり、光ファイバ8を、光ファイバ保持部材3で固定された部位から光ファイバ8先端にかけて歪がより小さくなるように固定すること困難になり易い。また、光ファイバ8の曲げ応力を吸収し難くなり、光ファイバ8が折れ易くなる。一方、厚さdが2mmを超えると、光ファイバ保持部材3の厚さ方向の熱膨張による寸法変化が光ファイバ保持部材3の側面に接しているロウ材や枠体2の寸法変化よりも大きくなり、温度変化により光ファイバ保持部材3に応力が加わって光ファイバ保持部材3にクラックが生じ易くなる。
【0037】
また、枠体2の導入部2bの部位の厚さtは、0.3〜2mmであるのがよい。これにより、枠体2の導入部2bにおいて光ファイバ保持部材3を拘束して光ファイバ保持部材3の熱膨張を有効に抑制することができるとともに、枠体2の光ファイバ保持部材3と接合している部位の機械的強度も維持でき、外部応力により枠体2が変形してパッケージ内部の気密性が損なわれるのを防止することができる。
【0038】
枠体2の導入部2bの部位の厚さtが0.3mm未満であると、光ファイバ保持部材3を拘束するのが困難になり易く、光ファイバ保持部材3の熱膨張を有効に抑制し難くなって光ファイバ8と光半導体素子7との光軸がずれ易くなる。また、枠体2の導入部2bの部位で機械的強度が低下し外力により変形し易くなってパッケージ内部の気密性が低下し易くなる。一方、厚さtが2mmを超えると、パッケージを小型化,軽量化するのが困難になり易い。
【0039】
枠体2の上面には蓋体9が接合されて光半導体素子7および導入部2bを気密に封止するが、蓋体9を接合するためにAu−Sn半田等のロウ材9a(図3)を、予め枠状に成形されたものを蓋体9の下面に、融着や熱圧着等の方法で固定しておくとよい。そして、基体1の上面の載置部1aに光半導体素子7を樹脂接着剤等で載置固定し、枠体2の取付部2aに入出力端子4を嵌着し第一および第二の溝2c,3aに光ファイバ8をロウ付けした後、枠体2の上面に蓋体9を載せ、枠体2上面と蓋体9下面の外周部とをシームウェルドにより溶接することによって、気密封止を行なうことができる。
【0040】
なお、光ファイバ保持部材3の上面および第二の溝3aの内面は、光ファイバ保持部材3の上面と蓋体9および第二の溝3aと光ファイバ8とを半田等のロウ材を介して良好に接合するために、導電性ペーストの塗布や金属蒸着等の方法でメタライズ層を形成しておくとよい。
【0041】
また、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に、枠体2の側部に設けられた取付部2aに入出力端子4が嵌着されている。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7とをボンディングワイヤ(図示せず)で電気的に接続することにより、光半導体素子7に高周波信号を入出力する。この入出力端子4は、高周波信号が伝送する線路導体や接地導体としてのメタライズ層4aが枠体2の内外を導通するように形成された、略直方体状の誘電体から成る平板部と、この平板部の上面にメタライズ層4aの一部を間に挟んで接合され、枠体2内外を遮断するように設けられた略直方体状の誘電体から成る立壁部とから成る。平板部および立壁部の材料としては、誘電率や熱膨張係数等の特性を考慮して、アルミナ(Al2O3)質焼結体や窒化アルミニウム(AlN)質焼結体等のセラミックスが適宜選定される。
【0042】
そして、入出力端子4は以下のようにして作製される。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作製する。また、平板部および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セラミックグリーンシートを作製する。次に、このセラミックグリーンシートの所望の部位に、上記金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法により所望のパターンに印刷塗布し、約1600℃の高温で焼結することにより作製される。
【0043】
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、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リード4bがAgロウ等のロウ材を介して接合される。この外部リード4b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材料からなる。例えば、外部リード4bは、入出力端子4の平板部がアルミナセラミックスから成る場合、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金から成るのがよい。
【0044】
なお、メタライズ層4aおよび外部リード4bの露出する部分には、耐蝕性に優れ、ロウ材との濡れ性に優れ、かつワイヤボンディング性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜9μmのNi層および厚さ0.5〜5μmのAu層を順次めっき法により被着させるのが良く、この場合、酸化腐食を有効に防止できるとともにメタライズ層4aおよび光半導体素子7をボンディングワイヤで強固に接続できる。
【0045】
このような本発明のパッケージは、載置部1aの上面に光半導体素子7,整列器6が載置用基台5を介して載置されるとともに、光ファイバ8が導入部2bを介して外部から光半導体素子7にかけて導入され、光ファイバ8の先端部を整列器6上面のV溝6a上に樹脂接着剤等で載置固定することにより光半導体素子7に光結合される。その後、下面に金(Au)−錫(Sn)ロウ材等の低温ロウ材9aが融着、熱圧着等により形成されている蓋体9を、導入部2bを含む枠体2の上面にシームウェルドによる熱でロウ付けすることにより、パッケージ内部が気密に封止された光半導体装置が作製される。
【0046】
この光半導体装置は、導入部2bに固定される光ファイバ8の部位の保護用の被覆(樹脂被覆等)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、その芯線の外周面の全面にNi,Au等のメッキ層を順次被着させておくことにより、光ファイバ8の外周面がメッキ層を介して導入部2bおよび蓋体9にロウ付けされ、導入部2b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大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【0047】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、上記実施の形態では、光ファイバ保持部材3を、図1〜図3に示すように幅、高さおよび厚さdがそれぞれ段差2dの幅、深さおよび厚さと略一致するような直方体のものについて説明したが、光ファイバ保持部材3が枠体2の外面より外側に延出されていてもよい。その場合、光ファイバ保持部材3の枠体2の外面より外側に延出されている部位は、幅および高さがそれぞれ段差2dの幅および深さと同じであってもよく、大きくてもよい。また、光ファイバ保持部材3の枠体2の外面より外側に延出された部位は、第二の溝3aよりも大きい範囲内であれば、幅および高さがそれぞれ段差2dの幅および深さよりも小さくてもよい。
【0048】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に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字状の第一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、枠体は、側部の光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝より大きい段差が形成されており、段差に、上面に第一の溝と同じ断面形状の第二の溝が形成された樹脂製の光ファイバ保持部材が、第二の溝を第一の溝に連続させて嵌着されていることから、従来のように光ファイバをパイプを介して光半導体素子収納用パッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定した後にロウ付けして光半導体素子収納用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。
【0049】
また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にYAG溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光半導体素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバを半田付けすることが不要となり、蓋体を枠体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まで非常に小さくすることができる。そのため、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。
【0050】
さらに、金属加工により枠体の上面に第一の溝のみを形成するよりも成型法で作製可能な樹脂製の光ファイバ保持部材の方がより精度よくかつ容易に第二の溝を形成することができるため、光ファイバを位置精度よく固定することができる。即ち、光ファイバを、光ファイバ保持部材で固定された部位から光ファイバ先端にかけて歪がより小さくなるように固定することができるので、歪による応力で光ファイバ先端が所定の位置からずれようとするのを有効に抑制することができ、光ファイバと光半導体素子との光軸を長期にわたり良好な状態に維持することができる。また、光半導体素子収納用パッケージの外側で光ファイバが曲がることにより光ファイバ保持部材と光ファイバとの接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材がその応力を吸収することにより光ファイバが折れることもない。
【0051】
また、光ファイバ保持部材の4つの面を枠体と接合させることにより光ファイバ保持部材が枠体に拘束されるため、光ファイバ保持部材の熱膨張を有効に抑制することができ、温度変化が生じても光ファイバの位置精度を良好に保持することができる。その結果、光ファイバと光半導体素子との光軸がずれるのを有効に抑制することができる。
【0052】
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、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により、気密性に優れ大容量の情報を光伝送することの可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図2】本発明の光半導体素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部およびそ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について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図4】従来の光半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図5】従来の光半導体装置の斜視図である。
【符号の説明】
1:基体
1a:載置部
2:枠体
2a:入出力端子取付部
2b:光ファイバ導入部
2c:第一の溝
2d:段差
3:光ファイバ保持部材
3a:第二の溝
4:入出力端子
7:光半導体素子
8:光ファイバ
9:蓋体
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ(LD),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、および光半導体素子収納用パッケージに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(以下、パッケージともいう)を図4に斜視図で示す。同図は、光半導体素子に2方向から光ファイバが接続されて光スイッチ等として用いられる、光半導体素子を収容するためのパッケージの例を示すものである。このパッケージに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を図5に斜視図で示す。
【0003】
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11bを有する基体11と、載置部11a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12a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18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、導入部ともいう)12cを有し、さらに導入部12cの相対する外面にパイプ取着部12bを有する枠体12と、パイプ取着部12bを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ18を導入部12cに導くためのパイプ13と、入出力端子取付部12aに嵌着されるとともに上面にメタライズ層14aと外部リード14bとを有する入出力端子14とから主に構成される(例えば、下記の特許文献1参照)。
【0004】
また、光半導体装置は、図5に示すように載置部11aの上面に光半導体素子17,光ファイバ整列器(以下、整列器ともいう)16が載置用基台15を介して載置されるとともに、光ファイバ18が導入部12cを介してパイプ13から光半導体素子17にかけて導入され、光ファイバ18を整列器16上面の略V字状のV溝16aに沿って前後させることにより、光ファイバ18と光半導体素子17とが光結合される。光結合した後に、パイプ13の外側の先端部に、外周面の一部にメタライズ層が被着された光ファイバ18のそのメタライズ層の部位を半田付け等により接合し封止する。次に、蓋体19を枠体12の上面にシームウェルドや半田付けにより接合することによって、パッケージ内部が気密に封止された光半導体装置が作製される。この光半導体装置は、光半導体素子17を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられる。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−223962号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ18をパッケージ内部に導入する場合、複数の光ファイバ18をパッケージ内部にパイプ13および導入部12cを介してそれぞれ挿入し、光半導体素子17に各々の光ファイバ18を光結合させるのは作業性が悪く、手間がかかるとともに非常に困難な作業である。また、上記従来の構成では、光ファイバ18の半田封止工程および蓋体19の封止工程と2度の封止工程を経る必要があり、封止作業に手間がかかり作業の効率が悪いという問題点があった。
【0007】
また、光ファイバ18を安定して載置固定する部位が整列器16のV溝16aの部位のみであるため、光ファイバ18が複数ある場合には、たとえ1本目の光ファイバ18が光結合できたとしても他の光ファイバ18を光結合させる際に1本目の光ファイバ18の光結合が損なわれ易く、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18の光軸を良好に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、作業中に光ファイバ18を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【0008】
また、たとえ複数の光ファイバ18と光半導体素子17とを光結合できたとしても、その後に光ファイバ18をパイプ13に半田付けする工程と、蓋体19を枠体12の上面に接合する工程の少なくとも2つの熱処理工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ18を歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子17と光ファイバ18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。
【0009】
そのため、従来のパッケージおよび光半導体装置においては、光半導体素子17の実装の作業性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないことがあるという問題点があった。
【0010】
従って、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、複数の光ファイバと光半導体素子とを容易に光学的に結合できるとともにパッケージを容易に気密封止できるようにすることにより、パッケージの実装工程を簡略化することにある。また、一本の光ファイバはもちろんのこと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も良好なものにすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすることである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該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字状の第一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、該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、前記枠体は、前記側部の前記光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ前記第一の溝より大きい段差が形成されており、該段差に、上面に前記第一の溝と同じ断面形状の第二の溝が形成された樹脂製の光ファイバ保持部材が、前記第二の溝を前記第一の溝に連続させて嵌着されていることを特徴とする。
【0012】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、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字状の第一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たことから、従来のように光ファイバをパイプを介して光半導体素子収納用パッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定した後にロウ付けして光半導体素子収納用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。
【0013】
また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にYAG溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光半導体素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバを半田付けすることが不要となり、蓋体を枠体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まで非常に小さくすることができる。そのため、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。
【0014】
さらに、枠体の光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝より大きい段差が形成されており、この段差に、上面に第一の溝と同じ断面形状の第二の溝が形成された樹脂製の光ファイバ保持部材が、第二の溝を第一の溝に連続させて嵌着されていることから、金属加工により枠体の上面に第一の溝のみを形成するよりも成型法で作製可能な樹脂製の光ファイバ保持部材の方がより精度よくかつ容易に第二の溝を形成することできるため、光ファイバを位置精度よく固定することができる。即ち、光ファイバを、光ファイバ保持部材で固定された部位から光ファイバ先端にかけて歪がより小さくなるように固定することができるので、歪による応力で光ファイバ先端が所定の位置からずれようとするのを有効に抑制することができ、光ファイバと光半導体素子との光軸を長期にわたり良好な状態に維持することができる。また、光半導体素子収納用パッケージの外側で光ファイバが曲がることにより光ファイバ保持部材と光ファイバとの接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材がその応力を吸収することにより光ファイバが折れることもない。
【0015】
また、光ファイバ保持部材の4つの面を枠体と接合させることにより光ファイバ保持部材が枠体に拘束されるため、光ファイバ保持部材の熱膨張を有効に抑制することができ、温度変化が生じても光ファイバの位置精度を良好に保持することができる。その結果、光ファイバと光半導体素子との光軸がずれるのを有効に抑制することができる。
【0016】
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。
【0017】
本発明の光半導体装置は、このような構成により、気密性に優れ大容量の情報を光伝送することの可能なものとなる。
【0018】
【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、本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す斜視図であり、図2は本発明のパッケージにおける光ファイバ導入部(以下、導入部ともいう)およびその周辺部の部分拡大斜視図である。図1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,入出力端子4とで、光半導体素子7(図3)を収容する容器が基本的に構成される。
【0019】
本発明のパッケージは、上面に光半導体素子7が載置される載置部1aを有する基体1と、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8を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2cから成る光ファイバ導入部2bを有し、上面に蓋体9がロウ付けされる枠体2と、枠体2の側部または基体1の枠体2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2aに嵌着された入出力端子4とを具備している。
【0020】
これにより、従来のように光ファイバ8をパイプを介してパッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバ8を導入部2bに仮固定した後にロウ付けしてパッケージの内部に載置される光半導体素子7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8と光半導体素子7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8を安定して固定し保持することができる。
【0021】
また、光ファイバ8を枠体2上部の導入部2bに通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体9を枠体2の上面にYAG溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介してパッケージの内部に導入された光ファイバ8を半田付けすることが不要となり、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導入部2bと光ファイバ8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8を歪ませる程度に至らない大きさまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバ8と光半導体素子7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7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。
【0022】
本発明の基体1は、光半導体素子7を支持するための支持部材ならびに光半導体素子7から発せられる熱を放散するため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7を載置するための載置部1aを有している。また、基体1の外周部で一対の端部には外部電気回路基板にネジ止めされるように貫通孔から成るフランジ部1bが形成されている。この基体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)合金等の金属から成り、例えばFe−Ni−Co合金から成る場合、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって、略四角形の所定形状に製作される。
【0023】
また、基体1は、その上面に光半導体素子7が載置される載置部1aを囲繞するように略四角形等の形状の枠体2が接合されており、枠体2の内側に光半導体素子7を収容するための空所が形成される。この枠体2は、基体1と同様の金属から成り、基体1と同様の加工法で所定形状に加工されて作製される。即ち、枠体2は、そ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(以下、取付部ともいう)2aが形成され、側部の上面に光ファイバ8(図3)を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2cから成る導入部2bが形成された形状である。また、枠体2は、その下面が基体1上面に敷設した適度なボリューム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基体1上面にロウ付けされる。
【0024】
なお、基体1および枠体2は、酸化腐食を防止するためや光半導体素子7のロウ付け等による載置固定を良好にするため、蓋体9のロウ付けや溶接等による接合を良好にするため、露出した表面をAuめっき層で被着させておくとよい。
【0025】
本発明の枠体2に設けられる導入部2bは、光ファイバ8を通してロウ付けするための断面形状が略U字状の第一の溝2cから成る。この導入部2bは、複数の光ファイバ8が取着されるように複数の第一の溝2cから構成されていてもよい。また、導入部2bは、枠体2が四角形の場合には一辺に相当する枠部の上面の中央部にあってもよいし、枠部の端部にあってもよいが、光半導体素子7との位置合わせのし易さの点で枠部の上面の中央部にあるのがよい。
【0026】
導入部2bは断面形状が略U字状の第一の溝2cから成るが、第一の溝2cはその内面が光ファイバ8の軸方向の中央部で凹んでいるのが好ましい。この場合、その凹みに半田の溜りが形成されて光ファイバ8が導入部2bに強固に接合される。また、その凹みは第一の溝2cの両端間にわたる溝部であってもよい。
【0027】
さらに、導入部2bを構成する断面形状が略U字状の第一の溝2cは、その上端の幅(枠体2の内外面に沿った方向の幅)が、中央部の幅よりも若干狭くなっていることがよい。この場合、第一の溝2cに通した光ファイバ8が第一の溝2cから外れにくくなるとともに、光ファイバ8の外周面の大部分を均一の厚さの半田で接合できるため光ファイバ8に加わる歪みを緩和することができる。
【0028】
本発明の枠体2は、側部の導入部2bが設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝2cより大きい段差2dが形成されており、この段差2dに、上面に第一の溝2cと同じ断面形状の第二の溝3aが形成された樹脂製の光ファイバ保持部材3が、第二の溝3aを第一の溝2cに連続させて嵌着されている。
【0029】
これにより、金属加工により枠体2の上面に第一の溝2cのみを形成するよりも成型法で作製可能な樹脂製の光ファイバ保持部材3の方がより精度よくかつ容易に第二の溝3aを形成することができるため、光ファイバ8を位置精度よく固定することができる。即ち、光ファイバ8を、光ファイバ保持部材3で固定された部位から光ファイバ8先端にかけて歪がより小さくなるように固定することができるので、歪による応力で光ファイバ8先端が所定の位置からずれようとするのを有効に抑制することができ、光ファイバ8と光半導体素子7との光軸を長期にわたり良好な状態に維持することができる。また、パッケージの外側で光ファイバ8が曲がることにより光ファイバ保持部材3と光ファイバ8との接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材3がその応力を吸収することにより光ファイバ8が折れることもない。
【0030】
また、光ファイバ保持部材3の4つの面を枠体2と接合させることにより光ファイバ保持部材3が枠体2に拘束されるため、光ファイバ保持部材3の熱膨張を有効に抑制することができ、温度変化が生じても光ファイバ8の位置精度を良好に保持することができる。その結果、光ファイバ8と光半導体素子7との光軸がずれるのを有効に抑制することができる。
【0031】
光ファイバ保持部材3は、ポリイミド樹脂,エポキシ樹脂,フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイドや熱溶融型の液晶ポリマー等の熱可塑性樹脂などの樹脂からなり、射出成型法やトランスファー成型法等により作製される。好ましくは、光ファイバ保持部材3となる樹脂材料にはガラスフィラー等の充填材を添加するのが良く、光ファイバ保持部材3の耐熱温度,熱膨張係数,耐蝕性等の物性値を適宜調整することが可能となる。
【0032】
光ファイバ保持部材3は、高さおよび幅がそれぞれ段差2dの深さおよび幅と略同一あるいは若干小さいものであり、枠体2の段差2dに低融点ガラス,有機系接着材,ロウ材等の接合材を介して嵌着接合される。
【0033】
このような低融点ガラスとしては、接合時に枠体2と光ファイバ保持部材3との熱膨張差が大きくなって接合材や光ファイバ保持部材3にクラックが生じるのを防止するため、比較的低い温度で接合することのできる低融点の鉛(Pb)ホウ酸系のもの(融点280℃)を用いるのがよい。有機系接着材としては、接着時の温度が低く、枠体2との熱膨張係数の相違により発生する応力を吸収し得るゴム粒子等の弾性体を含有したエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などを用いるのがよい。また、ロウ材としては、接合時に枠体2と光ファイバ保持部材3との熱膨張差が大きくなってロウ材や光ファイバ保持部材3にクラックが生じるのを防止するため、比較的低い温度で接合することのできるAu−Sn半田(融点190℃),Pb−Sn半田(融点250℃)等の低融点のロウ材を用いるのがよい。
【0034】
なお、光ファイバ保持部材3を枠体2の段差2dに嵌着する際に用いる接合材がロウ材の場合、段差2dに接合される光ファイバ保持部材3の接合面に導電性ペーストの塗布や金属蒸着などの方法でメタライズ層を形成しておくとよい。
【0035】
光ファイバ保持部材3の厚さdは、0.3〜2mmであるのがよい。これにより、光ファイバ8を光ファイバ保持部材3の第二の溝3aで位置精度よく固定することができるとともに、パッケージの外側で光ファイバ8が曲がることにより光ファイバ保持部材3と光ファイバ8との接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材3がその応力を吸収することにより光ファイバ8が折れることもない。
【0036】
光ファイバ保持部材3の厚さdが0.3mm未満であると、光ファイバ保持部材3で光ファイバ8を位置精度よく固定し難くなり、光ファイバ8を、光ファイバ保持部材3で固定された部位から光ファイバ8先端にかけて歪がより小さくなるように固定すること困難になり易い。また、光ファイバ8の曲げ応力を吸収し難くなり、光ファイバ8が折れ易くなる。一方、厚さdが2mmを超えると、光ファイバ保持部材3の厚さ方向の熱膨張による寸法変化が光ファイバ保持部材3の側面に接しているロウ材や枠体2の寸法変化よりも大きくなり、温度変化により光ファイバ保持部材3に応力が加わって光ファイバ保持部材3にクラックが生じ易くなる。
【0037】
また、枠体2の導入部2bの部位の厚さtは、0.3〜2mmであるのがよい。これにより、枠体2の導入部2bにおいて光ファイバ保持部材3を拘束して光ファイバ保持部材3の熱膨張を有効に抑制することができるとともに、枠体2の光ファイバ保持部材3と接合している部位の機械的強度も維持でき、外部応力により枠体2が変形してパッケージ内部の気密性が損なわれるのを防止することができる。
【0038】
枠体2の導入部2bの部位の厚さtが0.3mm未満であると、光ファイバ保持部材3を拘束するのが困難になり易く、光ファイバ保持部材3の熱膨張を有効に抑制し難くなって光ファイバ8と光半導体素子7との光軸がずれ易くなる。また、枠体2の導入部2bの部位で機械的強度が低下し外力により変形し易くなってパッケージ内部の気密性が低下し易くなる。一方、厚さtが2mmを超えると、パッケージを小型化,軽量化するのが困難になり易い。
【0039】
枠体2の上面には蓋体9が接合されて光半導体素子7および導入部2bを気密に封止するが、蓋体9を接合するためにAu−Sn半田等のロウ材9a(図3)を、予め枠状に成形されたものを蓋体9の下面に、融着や熱圧着等の方法で固定しておくとよい。そして、基体1の上面の載置部1aに光半導体素子7を樹脂接着剤等で載置固定し、枠体2の取付部2aに入出力端子4を嵌着し第一および第二の溝2c,3aに光ファイバ8をロウ付けした後、枠体2の上面に蓋体9を載せ、枠体2上面と蓋体9下面の外周部とをシームウェルドにより溶接することによって、気密封止を行なうことができる。
【0040】
なお、光ファイバ保持部材3の上面および第二の溝3aの内面は、光ファイバ保持部材3の上面と蓋体9および第二の溝3aと光ファイバ8とを半田等のロウ材を介して良好に接合するために、導電性ペーストの塗布や金属蒸着等の方法でメタライズ層を形成しておくとよい。
【0041】
また、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に、枠体2の側部に設けられた取付部2aに入出力端子4が嵌着されている。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7とをボンディングワイヤ(図示せず)で電気的に接続することにより、光半導体素子7に高周波信号を入出力する。この入出力端子4は、高周波信号が伝送する線路導体や接地導体としてのメタライズ層4aが枠体2の内外を導通するように形成された、略直方体状の誘電体から成る平板部と、この平板部の上面にメタライズ層4aの一部を間に挟んで接合され、枠体2内外を遮断するように設けられた略直方体状の誘電体から成る立壁部とから成る。平板部および立壁部の材料としては、誘電率や熱膨張係数等の特性を考慮して、アルミナ(Al2O3)質焼結体や窒化アルミニウム(AlN)質焼結体等のセラミックスが適宜選定される。
【0042】
そして、入出力端子4は以下のようにして作製される。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作製する。また、平板部および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セラミックグリーンシートを作製する。次に、このセラミックグリーンシートの所望の部位に、上記金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法により所望のパターンに印刷塗布し、約1600℃の高温で焼結することにより作製される。
【0043】
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、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リード4bがAgロウ等のロウ材を介して接合される。この外部リード4b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材料からなる。例えば、外部リード4bは、入出力端子4の平板部がアルミナセラミックスから成る場合、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金から成るのがよい。
【0044】
なお、メタライズ層4aおよび外部リード4bの露出する部分には、耐蝕性に優れ、ロウ材との濡れ性に優れ、かつワイヤボンディング性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜9μmのNi層および厚さ0.5〜5μmのAu層を順次めっき法により被着させるのが良く、この場合、酸化腐食を有効に防止できるとともにメタライズ層4aおよび光半導体素子7をボンディングワイヤで強固に接続できる。
【0045】
このような本発明のパッケージは、載置部1aの上面に光半導体素子7,整列器6が載置用基台5を介して載置されるとともに、光ファイバ8が導入部2bを介して外部から光半導体素子7にかけて導入され、光ファイバ8の先端部を整列器6上面のV溝6a上に樹脂接着剤等で載置固定することにより光半導体素子7に光結合される。その後、下面に金(Au)−錫(Sn)ロウ材等の低温ロウ材9aが融着、熱圧着等により形成されている蓋体9を、導入部2bを含む枠体2の上面にシームウェルドによる熱でロウ付けすることにより、パッケージ内部が気密に封止された光半導体装置が作製される。
【0046】
この光半導体装置は、導入部2bに固定される光ファイバ8の部位の保護用の被覆(樹脂被覆等)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、その芯線の外周面の全面にNi,Au等のメッキ層を順次被着させておくことにより、光ファイバ8の外周面がメッキ層を介して導入部2bおよび蓋体9にロウ付けされ、導入部2b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大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【0047】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。例えば、上記実施の形態では、光ファイバ保持部材3を、図1〜図3に示すように幅、高さおよび厚さdがそれぞれ段差2dの幅、深さおよび厚さと略一致するような直方体のものについて説明したが、光ファイバ保持部材3が枠体2の外面より外側に延出されていてもよい。その場合、光ファイバ保持部材3の枠体2の外面より外側に延出されている部位は、幅および高さがそれぞれ段差2dの幅および深さと同じであってもよく、大きくてもよい。また、光ファイバ保持部材3の枠体2の外面より外側に延出された部位は、第二の溝3aよりも大きい範囲内であれば、幅および高さがそれぞれ段差2dの幅および深さよりも小さくてもよい。
【0048】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に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字状の第一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、枠体は、側部の光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ第一の溝より大きい段差が形成されており、段差に、上面に第一の溝と同じ断面形状の第二の溝が形成された樹脂製の光ファイバ保持部材が、第二の溝を第一の溝に連続させて嵌着されていることから、従来のように光ファイバをパイプを介して光半導体素子収納用パッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定した後にロウ付けして光半導体素子収納用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。
【0049】
また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にYAG溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光半導体素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバを半田付けすることが不要となり、蓋体を枠体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まで非常に小さくすることができる。そのため、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。
【0050】
さらに、金属加工により枠体の上面に第一の溝のみを形成するよりも成型法で作製可能な樹脂製の光ファイバ保持部材の方がより精度よくかつ容易に第二の溝を形成することができるため、光ファイバを位置精度よく固定することができる。即ち、光ファイバを、光ファイバ保持部材で固定された部位から光ファイバ先端にかけて歪がより小さくなるように固定することができるので、歪による応力で光ファイバ先端が所定の位置からずれようとするのを有効に抑制することができ、光ファイバと光半導体素子との光軸を長期にわたり良好な状態に維持することができる。また、光半導体素子収納用パッケージの外側で光ファイバが曲がることにより光ファイバ保持部材と光ファイバとの接合部付近に応力が生じても、樹脂製の光ファイバ保持部材がその応力を吸収することにより光ファイバが折れることもない。
【0051】
また、光ファイバ保持部材の4つの面を枠体と接合させることにより光ファイバ保持部材が枠体に拘束されるため、光ファイバ保持部材の熱膨張を有効に抑制することができ、温度変化が生じても光ファイバの位置精度を良好に保持することができる。その結果、光ファイバと光半導体素子との光軸がずれるのを有効に抑制することができる。
【0052】
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、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により、気密性に優れ大容量の情報を光伝送することの可能なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図2】本発明の光半導体素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部およびそ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について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図4】従来の光半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図5】従来の光半導体装置の斜視図である。
【符号の説明】
1:基体
1a:載置部
2:枠体
2a:入出力端子取付部
2b:光ファイバ導入部
2c:第一の溝
2d:段差
3:光ファイバ保持部材
3a:第二の溝
4:入出力端子
7:光半導体素子
8:光ファイバ
9:蓋体
Claims (2)
- 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、該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字状の第一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、該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、前記枠体は、前記側部の前記光ファイバ導入部が設けられた部位の上面と外面との間に深さおよび幅がそれぞれ前記第一の溝より大きい段差が形成されており、該段差に、上面に前記第一の溝と同じ断面形状の第二の溝が形成された樹脂製の光ファイバ保持部材が、前記第二の溝を前記第一の溝に連続させて嵌着されていることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
- 請求項1記載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、前記第一および第二の溝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光半導体装置。
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JP2002355853A JP2004191422A (ja) | 2002-12-06 | 2002-12-06 | 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置 |
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EP2161598B1 (en) | 2008-09-05 | 2017-03-15 | Viavi Solutions Inc. | An Optical Device Exhibiting Color Shift upon Rotation |
CN114325996A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-04-12 | 北京华卓精科科技股份有限公司 | 光纤导入装置及光纤导入方法 |
-
2002
- 2002-12-06 JP JP2002355853A patent/JP2004191422A/ja not_active Withdrawn
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