JP2005217098A - Photo-semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光通信等の分野に用いられる光半導体素子を収納した光半導体装置に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor device containing an optical semiconductor element used in fields such as optical communication.
従来の光通信等の分野において高い周波数で作動する半導体レーザ(LD),フォトダイオード(PD)等の光半導体素子を気密封止して収納した光半導体装置の例を図9に示す。同図において、21は基体、22は光半導体素子、23は金属製の蓋体、24は透光性部材、26は光ファイバである。 FIG. 9 shows an example of an optical semiconductor device in which optical semiconductor elements such as a semiconductor laser (LD) and a photodiode (PD) that operate at a high frequency in the field of conventional optical communication and the like are hermetically sealed. In the figure, 21 is a base, 22 is an optical semiconductor element, 23 is a metal lid, 24 is a translucent member, and 26 is an optical fiber.
基体21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)等の金属から成り、その上側主面の中央部には、光半導体素子22が、アルミナ(Al2O3)質セラミックス等のセラミックスから成る直方体状の基台28を介して基体21の上側主面に搭載固定される。また、基体21には、Fe−Ni合金やFe−Ni−Co合金等の金属からなる外部接続用ピン25を挿通させるために上下主面間を貫通する貫通孔21aが形成されており、貫通孔21aに光半導体装置内外を導通する端子としての外部接続用ピン25を挿通させるとともに、外部接続用ピン25と貫通孔21aとの隙間にガラス等の誘電体から成る接合材を充填し、基体21と外部接続用ピン25とを気密に接合する。これにより、外部接続用ピン25が光半導体装置内外を導通する端子として機能する。
The
なお、基台28に搭載された光半導体素子22は、その電極が外部接続用ピン25の光半導体素子22側の先端とボンディングワイヤ29等を介して電気的に接続されている。
The electrode of the
また、基体21の上側主面の外周部に接合され、上端が閉じられ下端23cが開かれた筒状であり上端面23aの中央部に貫通孔23bが形成された、Fe−Ni−Co合金等の金属から成る蓋体23が設けられる。蓋体23の下端23cは、例えば図9のような鍔状となっており、これにより基体21と蓋体23との接合面積が大きくなり、基体21と蓋体23とで構成される容器内部の気密信頼性が向上する。
Also, an Fe—Ni—Co alloy that is joined to the outer peripheral portion of the upper main surface of the
さらに、貫通孔23bを塞ぐように、貫通孔23bの上端面23a側開口の周囲に透光性部材24が接合される。透光性部材24はガラスやサファイア等から成る円板状,レンズ状,球状または半球状等のものであり、ガラスによる接合や半田付け等により蓋体23に気密に接合される。
Furthermore, the
このような基体21、蓋体23および透光性部材24から主に構成される容器内部に光半導体素子22を収容し気密に封止する。
The
最後に、光ファイバ26固定用の筒状の金属製固定部材27が、蓋体23の外周面に溶接され、光ファイバ26が金属製固定部材27の上面の貫通孔に外部から挿通固定されて透光性部材24の上方に固定され、外部接続用ピン25の外側の先端部が外部電気回路(図示せず)に電気的に接続されることによって、光半導体装置となる(例えば、下記の特許文献1参照)。
Finally, a cylindrical
この光半導体装置は、外部電気回路から供給される電気信号によって光半導体素子22にレーザ光等の光を励起させ、この光を透光性部材24、光ファイバ26の順に透過させ、光ファイバ26を介して外部に伝送させることによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。この場合、光半導体素子22から光信号が正常に発光しているか確認するためのモニタ用PD(図示せず)が搭載されていてもよい。または、外部から光ファイバ26を介して伝送してくる光信号を、透光性部材24を透過させ光半導体素子22に受光させて、光信号を電気信号に変換することによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
しかしながら、上記従来の光半導体装置において、外部接続用ピン25が基体21の貫通孔21aに挿通されガラス等を介して気密に接合される構成であるため、外部接続用ピン25の直径寸法の最小加工限界、貫通孔21aの孔寸法、隣接する貫通孔21a間の間隔の最小加工限界等の制約があり、そのため、外部接続用ピン25を挿入する位置が制約され、光半導体素子22と外部接続用ピン25とを接続するためのボンディングワイヤ29が長くなりやすく、ボンディングワイヤ29部ではインピーダンスを整合できないことから高周波信号の伝送損失が大きくなるという問題点があった。その結果、ボンディングワイヤ29で高周波信号を効率よく伝送するのが困難であるという問題点を有していた。
However, in the above conventional optical semiconductor device, since the
また、基体21に外部接続用ピン25を1本挿入するために大きな面積が必要とされ、基体21に取り付けられる外部接続用ピン25の本数が数本に限られるという問題点があった。
In addition, a large area is required to insert one
さらに、光半導体装置内にはLD,PD等の光半導体素子22とモニタ用PDのみが収容され、光半導体素子22を駆動するためのドライバICやPD出力信号増幅用のプリアンプは別の半導体素子収納用パッケージ内に収納され、外部電気回路を介してドライバICやプリアンプと光半導体装置とを電気的に接続する必要があり、光半導体素子22を機能させるために光半導体装置全体が大型化するという問題点もあった。
Further, only the
また、外部接続用ピン25をガラス等の接合材を介して基体21に接合しただけの端子構造であるため、外部接続用ピン25に外部から応力が加わった場合に接合材にクラック等の破損が生じ、光半導体装置内部の気密が損なわれるという問題点があった。
In addition, since the terminal structure is such that the
さらに、外部接続用ピン25の貫通孔21aに挿入されていない部位を特性インピーダンスに整合させた信号線路とするのが困難であり、外部接続用ピン25を伝送する高周波信号が外部接続用ピン25で反射等して伝送損失が生じ、高周波信号を効率よく伝送できなくなるという問題点もあった。特に、2GHz以上の高周波になると伝送効率が著しく劣化しやすいという傾向があった。
Furthermore, it is difficult to use a signal line in which the portion of the
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、光半導体素子と外部接続用ピンとを接続するためのボンディングワイヤを短線化して高周波信号の伝送特性を向上させるとともに、光半導体装置に取り付けられる端子数を増やして内部に収容する集積回路素子(IC)等の部品を増加させて光半導体装置を集積化および多機能化させることである。また、内部の気密信頼性を向上させるとともに、外部接続用ピンで高周波信号が反射等するのを防いで高周波信号の伝送効率を向上させて、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高信頼性のものとすることにある。 Therefore, the present invention has been completed in view of the above problems, and its purpose is to shorten the bonding wire for connecting the optical semiconductor element and the external connection pin to improve the high-frequency signal transmission characteristics. To increase the number of terminals attached to the optical semiconductor device and increase the number of components such as integrated circuit elements (ICs) accommodated therein, thereby integrating the optical semiconductor device and increasing its functionality. In addition, the internal airtight reliability can be improved and the high-frequency signal transmission efficiency can be improved by preventing reflection of the high-frequency signal by the external connection pin, so that the optical semiconductor element can be operated normally and stably over a long period of time. It is to make it highly reliable.
本発明の光半導体装置は、上下主面間を貫通する貫通穴が形成されるとともに上側主面の前記貫通穴の開口の周縁部に全周にわたって凸部が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状であり、前記基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、該蓋体の前記貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、前記貫通穴を覆って前記凸部の上面に接合された配線基板と、該配線基板の上面に載置された光半導体素子とを具備しており、前記配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第1の電極パッドと前記絶縁基板の下面に配設された複数の第2の電極パッドとを有するとともに、前記第1の電極パッドとそれに対応する前記第2の電極パッドとが前記絶縁基板の内部配線を介して電気的に接続され、前記複数の第2の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されており、前記基体は、前記凸部が形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍以上であることを特徴とする。 The optical semiconductor device of the present invention is made of a plate-like metal in which a through-hole penetrating between the upper and lower main surfaces is formed and a convex portion is formed on the entire periphery of the opening of the through-hole on the upper main surface. A base having a cylindrical shape in which a through-hole is formed at the center of the upper end surface and the lower end is opened, and a metal lid having a lower end joined to the outer peripheral portion of the upper main surface of the base; A translucent member bonded around the opening of the through hole of the lid, a wiring board that covers the through hole and is bonded to the upper surface of the convex part, and light placed on the upper surface of the wiring board A plurality of first electrode pads formed on the upper surface of the insulating substrate formed by laminating a plurality of insulating layers, and a plurality of wiring electrodes disposed on the lower surface of the insulating substrate. A second electrode pad, and the first electrode pad and a corresponding one before A second electrode pad is electrically connected via an internal wiring of the insulating substrate, an external connection pin is joined to each of the plurality of second electrode pads, and the base is formed of the convex portion The thickness of the portion where the is formed is twice or more the thickness of the remaining portion.
本発明の光半導体装置において、好ましくは、前記配線基板の厚さをA、前記基体の厚さをBとしたときに、1≦A/B≦10であることを特徴とする。 The optical semiconductor device of the present invention is preferably characterized in that 1 ≦ A / B ≦ 10, where A is the thickness of the wiring board and B is the thickness of the substrate.
本発明の光半導体装置は、上下主面間を貫通する貫通穴が形成されるとともに上側主面の前記貫通穴の開口の周縁部に全周にわたって凸部が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状であり、基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、蓋体の貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、貫通穴を覆って凸部の上面に接合された配線基板と、配線基板の上面に載置された光半導体素子とを具備しており、配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第1の電極パッドと絶縁基板の下面に配設された複数の第2の電極パッドとを有するとともに、第1の電極パッドとそれに対応する第2の電極パッドとが絶縁基板の内部配線を介して電気的に接続され、複数の第2の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されており、基体は、凸部が形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍以上であることにより、配線基板の上下面および内部に微細な間隔をもって電極パッド,内層導体層および貫通導体を多数形成することができ、その結果、光半導体素子,モニタ用PDだけでなく、光半導体素子を駆動するためのドライバICやPD出力信号増幅用のプリアンプ等の信号入出力をこの配線基板で行なうことができ、光半導体装置内にドライバICやプリアンプ等も実装することができる。従って、外部電気回路を介して光半導体装置に電気的に接続する必要があったドライバIC等を光半導体装置内に実装し集積化することができることから、光半導体素子を駆動させるための装置全体を小型化できる。 The optical semiconductor device of the present invention is made of a plate-like metal in which a through-hole penetrating between the upper and lower main surfaces is formed and a convex portion is formed on the entire periphery of the opening of the through-hole on the upper main surface. A base, a cylindrical lid having a through hole formed in the central portion of the upper end surface and having a lower end opened, and a lower end joined to the outer peripheral portion of the upper main surface of the base; and a lid A translucent member joined around the opening of the through hole, a wiring board covering the through hole and joined to the upper surface of the convex part, and an optical semiconductor element placed on the upper surface of the wiring board. The wiring board includes a plurality of first electrode pads formed on the upper surface of the insulating substrate formed by laminating a plurality of insulating layers and a plurality of second electrode pads disposed on the lower surface of the insulating substrate. A first electrode pad and a second electrode pad corresponding to the first electrode pad inside the insulating substrate. The external connection pins are joined to each of the plurality of second electrode pads, and the base has a thickness of the remaining portion of 2 where the convex portions are formed. By being more than twice, a large number of electrode pads, inner layer conductor layers and through conductors can be formed at fine intervals on the upper and lower surfaces and inside of the wiring board. As a result, not only optical semiconductor elements and monitor PDs, Signal input / output such as a driver IC for driving an optical semiconductor element and a preamplifier for amplifying a PD output signal can be performed by this wiring board, and a driver IC, a preamplifier, and the like can be mounted in the optical semiconductor device. Accordingly, since a driver IC or the like that needs to be electrically connected to the optical semiconductor device via an external electric circuit can be mounted and integrated in the optical semiconductor device, the entire device for driving the optical semiconductor element Can be miniaturized.
また、配線基板上面の第1の電極パッドを光半導体素子の近傍に形成できることから、第1の電極パッドと光半導体素子とをきわめて短線化されたボンディングワイヤにより電気的に接続でき、ボンディングワイヤでの高周波信号の伝送損失を最小限に抑えることができる。 In addition, since the first electrode pad on the upper surface of the wiring board can be formed in the vicinity of the optical semiconductor element, the first electrode pad and the optical semiconductor element can be electrically connected by a very short bonding wire. The transmission loss of the high frequency signal can be minimized.
また、光半導体装置内外を導通する端子(外部接続用ピン)をロウ材等で接合した配線基板を用いるため、外部接続用ピンに外部から応力が加わった場合、従来のガラス接合された端子に比較して、端子の接合部にクラック等の破損が生じて光半導体装置内部の気密が破れるのを有効に防止できる。従って、外部接続用ピンをガラス等の接合材を介して基体の貫通孔に接合した従来の端子構造に比べ気密信頼性が大幅に向上する。 In addition, since a wiring board in which terminals (external connection pins) conducting inside and outside of the optical semiconductor device are joined with a brazing material or the like is used, when external stress is applied to the external connection pins, In comparison, it is possible to effectively prevent the occurrence of breakage such as cracks in the joint portion of the terminal and break the airtightness inside the optical semiconductor device. Therefore, the airtight reliability is greatly improved as compared with the conventional terminal structure in which the external connection pin is joined to the through hole of the base body through a joining material such as glass.
さらに、絶縁基板の下面に2列に配設された複数の第2の電極パッドを有するとともに、複数の第2の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されていることにより、外部接続用ピンの列の間に外部電気回路基板を挟み込むことができ、例えば外部接続用ピンと外部電気回路基板の配線導体とをそれらの位置を一致させて接続することができる。その結果、光半導体装置の外部電気回路基板への実装の作業がきわめて容易になるとともに、外部接続用ピンと外部電気回路基板の配線導体との接続を外部接続用ピンの配線基板に近い部分で行なうことができ、高周波信号が外部接続用ピンを伝送する長さを最小限に抑えて、外部接続用ピンでの反射等の伝送損失が生じるのを最小限に抑えることができる。 Furthermore, it has a plurality of second electrode pads arranged in two rows on the lower surface of the insulating substrate, and an external connection pin is joined to each of the plurality of second electrode pads, so that the external connection The external electric circuit board can be sandwiched between the rows of pins. For example, the external connection pin and the wiring conductor of the external electric circuit board can be connected with their positions being matched. As a result, the operation of mounting the optical semiconductor device on the external electric circuit board becomes extremely easy, and the connection between the external connection pin and the wiring conductor of the external electric circuit board is performed at a portion close to the wiring board of the external connection pin. Therefore, it is possible to minimize the length of transmission of the high-frequency signal through the external connection pin, and to minimize the occurrence of transmission loss such as reflection at the external connection pin.
また、基体は凸部が形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍以上であることにより、基体の凸部が形成された部位と残部との境界が変形し易くなり、蓋体の下端と基体の上側主面の外周部とを抵抗溶接法等の溶接法によって接合する際に、熱応力が生じたとしても、この基体の凸部が形成された部位と残部との境界を適度に変形させることによって応力を有効に緩和することができ、基体の配線基板との接合部に歪みが伝わり難くなる。 Further, since the thickness of the portion where the convex portion is formed on the base is more than twice the thickness of the remaining portion, the boundary between the portion where the convex portion of the base is formed and the remaining portion is easily deformed, and the lid Even if thermal stress occurs when joining the lower end of the base and the outer peripheral portion of the upper main surface of the base body by a welding method such as resistance welding, the boundary between the portion where the convex portion of the base body is formed and the remaining portion is defined. By appropriately deforming, the stress can be effectively relieved, and strain is hardly transmitted to the joint portion of the base body with the wiring board.
また、凸部を形成することにより、蓋体と基体との接合部から配線基板と基体との接合部までの距離を長くすることができ、基体と蓋体とを抵抗溶接法等の溶接法によって接合する際の熱が配線基板と基体との接合部に伝わるのを抑制することができる。その結果、配線基板と基体との接合部において生じる応力を低減できる。 Further, by forming the convex portion, the distance from the joint between the lid and the base to the joint between the wiring board and the base can be increased, and the base and the lid are welded together by a resistance welding method or the like. Therefore, it is possible to suppress the heat at the time of bonding from being transmitted to the bonding portion between the wiring board and the base body. As a result, the stress generated at the junction between the wiring board and the substrate can be reduced.
本発明の光半導体装置において、好ましくは、配線基板の厚さをA、基体の厚さをBとしたとき、1≦A/B≦10であることにより、絶縁基体から成る配線基板と金属製の基体とを接合しても、配線基板と基体との熱膨張差により配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制することができる。また、蓋体を基体に接合する際に発生する応力によって配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制することもできる。その結果、光半導体装置内部の気密性を損なうことなく、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高信頼性のものとすることができる。 In the optical semiconductor device of the present invention, it is preferable that when the thickness of the wiring board is A and the thickness of the base body is B, 1 ≦ A / B ≦ 10. Even if the base is bonded, it is possible to effectively suppress the occurrence of breakage such as cracks in the wiring board due to the difference in thermal expansion between the wiring board and the base. Further, it is possible to effectively suppress the occurrence of breakage such as cracks in the wiring board due to the stress generated when the lid is joined to the base. As a result, the optical semiconductor element can be made highly reliable so that it can operate normally and stably over a long period of time without impairing the airtightness inside the optical semiconductor device.
本発明の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装置について実施の形態の一例を示す断面図であり、1は基体、2は光半導体素子、4は透光性部材、5は配線基板、12は光ファイバ、3は金属製の蓋体である。これら基体1および配線基板5で光半導体装置が基本的に構成される。
The optical semiconductor device of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an optical semiconductor device according to the present invention. 1 is a substrate, 2 is an optical semiconductor element, 4 is a translucent member, 5 is a wiring board, 12 is an optical fiber, 3 Is a metal lid. The
本発明の光半導体装置は、上下主面間を貫通する貫通穴1aが形成されるとともに上側主面の貫通穴1aの開口の周縁部に全周にわたって凸部1bが形成された平板状の金属製の基体1と、上端面の中央部に貫通孔3bが形成されているとともに下端3cが開かれた筒状であり、基体1の上側主面の外周部に下端3cが接合された金属製の蓋体3と、蓋体3の貫通孔3bの開口の周囲に接合された透光性部材4と、貫通穴1aを覆って凸部1bの上面に接合された配線基板5と、配線基板5の上面に載置された光半導体素子2とを具備しており、配線基板5は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第1の電極パッド6aと絶縁基板の下面に配設された複数の第2の電極パッド7aとを有するとともに、第1の電極パッド6aとそれに対応する第2の電極パッド7aとが絶縁基板の内部配線8a,8bを介して電気的に接続され、複数の第2の電極パッド7aのそれぞれに外部接続用ピン10が接合されており、基体1は、凸部1bが形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍以上である。
The optical semiconductor device of the present invention is a flat metal in which a through
本発明の基体1は、円板状、長方形状等の平板状であり、Fe−Ni−Co合金やFe−Ni合金、Cu−W合金等の金属から成り、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所定形状に製作される。この基体1には、外部接続用ピン10を挿通するために、基体1の上下主面間を貫通する貫通穴1aが設けられている。この貫通穴1aには、配線基板5がその下面の外周部に設けられた第2の同一面導体層7bを介して、貫通穴1aを覆うようにして銀(Ag)ろう等のろう材によって気密に接合される。ここで基体1は、貫通穴1aの開口の周縁部に全周にわたって凸部1bが形成されており、この凸部1b上に配線基板5が接合される。そして、基体1の凸部1bが形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍以上である。
The
この構成により、基体1の凸部1bが形成された部位と残部との境界が変形し易くなり、蓋体3の下端3cと基体1の上側主面の外周部とを抵抗溶接法等の溶接法によって接合する際に、熱応力が生じたとしても、この基体1の凸部1bが形成された部位と残部との境界を適度に変形させることによって応力を有効に緩和することができ、基体1の配線基板5との接合部に歪みが伝わり難くなる。
With this configuration, the boundary between the portion where the
また、凸部1bを形成することにより、蓋体3と基体1との接合部から配線基板5と基体1との接合部までの距離を長くすることができ、基体1と蓋体3とを抵抗溶接法等の溶接法によって接合する際の熱が配線基板5と基体1との接合部に伝わるのを抑制することができる。その結果、配線基板5と基体1との接合部において生じる応力を低減できる。
Further, by forming the
基体1の凸部1bが形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍未満である場合、基体1と蓋体3を抵抗溶接法等の溶接法によって接合する際に、基体1の残部が変形し難くなり、基体1と蓋体3とを溶接する際に基体1に加わる歪みが残部で十分吸収されずに基体1の配線基板5との接合部に伝わり易くなる。その結果、配線基板5に応力が加わってクラック等の破損が生じ易くなり、容器内部を気密に保持するのが困難になる。
When the thickness of the portion of the
配線基板5は以下のようにして作製される。例えば、Al2O3質セラミックスから成る場合、先ず酸化アルミニウム、酸化珪素(SiO2)、酸化マグネシウム(MgO)および酸化カルシウム(CaO)等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートを得る。次に、このセラミックグリーンシートに、Wやモリブデン(Mo)等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、第1の電極パッド6a,第2の電極パッド7a,第2の同一面導体層7b,内部配線の一部である内層導体層8bとなるメタライズ層を所定パターンに形成する。また、金型等によって打ち抜き加工することによって、各セラミックグリーンシートの所望の位置に内部配線の一部である貫通導体8aとなる貫通孔を形成し、この貫通孔にWやMo等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを充填する。その後、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、これを還元雰囲気中、約1600℃の温度で焼成することにより製作される。
The
また、配線基板5の厚さをA、基体1の厚さをBとしたとき、1≦A/B≦10とすることが好ましい。これにより、絶縁基体から成る配線基板5に金属製の基体1を接合しても、配線基板5と基体1との熱膨張差により配線基板5にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制することができる。その結果、光半導体装置内部の気密性を損なうことなく、光半導体素子2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。
Further, when the thickness of the
A/B<1の場合、基体1に対して配線基板5が薄くなりすぎて強度が弱くなり、基体1との熱膨張差で配線基板5にクラック等の破損が生じ易くなる。また、A/B>10の場合、配線基板5が厚くなり、基体1,蓋体3,透光性部材4,配線基板5から構成される容器内部の容積を確保するために蓋体3を高くしなければならず、その結果、半導体装置が大型化し近時の光半導体装置の小型化への要求に適さなくなる。また、配線基板5が厚くなると、外部接続用ピン10から光半導体素子2までの線路として機能する貫通導体8aが長くなって、貫通導体8aを伝送する高周波信号に発生する反射損失や透過損失が大きくなり光半導体素子2の作動性が劣化し易くなる。
In the case of A / B <1, the
さらに、基体1と配線基板5との接合部の幅を0.3mm以上とするのがよい。これにより、基体1と配線基板5との接合強度を大きくして、基体1,蓋体3,透光性部材4,配線基板5から構成される容器内部を気密に保持することができる。
Furthermore, it is preferable that the width of the joint portion between the
配線基板5の下面には、例えば、図2に示すように複数個の第2の電極パッド7aが2列に配設されており、それぞれの第2の電極パッド7aに外部接続用ピン10が、Agろう等のろう材によって接続される。好ましくは、外部接続用ピン10は、図3に示すように第2の電極パッド7aとの接合部(上端)に鍔部10aが設けられているのがよく、外部接続用ピン10を電極パッド7aに強固に接合できる。
For example, as shown in FIG. 2, a plurality of
このようにして、配線基板5の下面に外部接続用ピン10を2列に配列して、外部接続用ピン10の列の間に外部電気回路基板を挟み込むことができ、例えば外部接続用ピン10と外部電気回路基板の配線導体との位置を一致させることができる。その結果、光半導体装置の外部電気回路基板への実装作業が容易になるとともに、外部接続用ピン10と外部電気回路基板の配線導体との接続を外部接続用ピン10の配線基板5に近い部分で行なうことができ、高周波信号が外部接続用ピン10を伝送する長さを最小限に抑えて、外部接続用ピン10での反射等の伝送損失が生じるのを最小限に抑えることができる。
In this way, the external connection pins 10 can be arranged in two rows on the lower surface of the
好ましくは、図4に示すように、第1の電極パッド6aの周囲に一定間隔をもって配線基板5の上面の全面に第1の同一面導体層6bを形成し、また第2の電極パッド7aの周囲に一定間隔をもって配線基板5の下面の全面に第2の同一面導体層7bを形成するのがよい。この構成により、配線基板5の上下面においてシールド効果(電磁遮蔽効果)が得られ、高周波信号が第1の電極パッド6aと第2の電極パッド7aを介して配線基板5を入出力する際、高周波信号がノイズ等の影響により正常に入出力できなくなるのを防止するとともに、配線基板5の上下面での高周波信号の放射による損失を防止する。
Preferably, as shown in FIG. 4, a first
さらに好ましくは、図5に示すように、第2の電極パッド7aを第1の電極パッド6aと対向する位置に設け、第1の電極パッド6aと第2の電極パッド7aとを電気的に接続する貫通導体8aの周りに、貫通導体8aを中心とする円周上に一定間隔で複数の接地貫通導体9aを設けるのがよい。この場合、図6(a)に図5のA−A’線断面図を示すように、セラミックグリーンシートの層間には貫通導体8aの周りに貫通導体8aの中心C1を中心とする円形状の内層導体層8bを設けるとともに、中心C1を中心とする直径Dの円周上に接地貫通導体9aの中心C2が載るようにして、一定間隔で複数の接地貫通導体9aを設ける。接地貫通導体9aの周りには中心C2を中心とする円形の内層接地導体層9bを設ける。
More preferably, as shown in FIG. 5, the
なお、内層導体層8bと内層接地導体層9bは、それぞれ上下のセラミックグリーンシートにおける貫通導体8a、接地貫通導体9a同士を確実に電気的に接続させるためのものである。
The inner
上記の構成により、貫通導体8aを伝送する高周波信号を同軸線路のモードで伝送させることができ、反射等の伝送損失を抑えて無駄なく伝送できる。さらに、図6(b)に示すように、内層接地導体層9bを内層導体層8bの周囲に、一定間隔をもって貫通導体8aを中心とする円周より外側の全体に設けてもよく、貫通導体8aを伝送する高周波信号をより同軸線路のモードに近似させることができ、より伝送損失を抑えることが可能となる。
With the above configuration, a high-frequency signal transmitted through the through
また、この光半導体装置は光半導体素子2の誤作動等を防止するため、内部を気密にするのがよい。内部を気密にすると、蓋体3の外面に内外の気圧差による圧力が加わり、蓋体3が変形を起こす可能性がある。従って、気圧差により光半導体装置の外面に加わる圧力を略均一に分布させ、圧力集中を防止するため、蓋体3は断面形状(横断面形状)を円筒形とするのがよい。
The optical semiconductor device is preferably hermetically sealed in order to prevent malfunction of the optical semiconductor element 2 and the like. If the inside is hermetically sealed, a pressure due to a pressure difference between the inside and outside is applied to the outer surface of the
また、基体1と配線基板5とは互いに位置合わせを行なえるのがよく、図7に基体1と配線基板5の平面図を示すように、基体1および配線基板5の外周の対向する2箇所にそれぞれ直線部1bおよび直線部5bを設けるのがよい。このような直線部5bを有することによって、配線基板5は図8に示すように、セラミックグリーンシート5aで斜線部を打ち抜き加工し、多層積層し焼成した後に、点線部をスライス加工することで形成できる。配線基板5が円形である場合、焼成体を切削加工して円形にすることが困難であるため、セラミックグリーンシート5aを打ち抜き加工して円形の個片にした後に焼成することになるが、その場合円形の各個片を焼成炉内に設置しなければならないため、焼成時の作業効率が低下する。一方、配線基板5が直線部5bを有する場合、配線基板5領域を多数有する母基板の状態で焼成でき、作業効率が著しく向上する。
The
また、基体1に直線部1bを設ける場合、蓋体3を基体1に取り付けるための下端3cにも上記のように2箇所の直線部を形成するのがよい。この場合、基体1と下端3cの外周同士を一致させ、蓋体3を基体1の上側主面に位置ずれすることなく接合し、内部を確実に気密に保持できるとともに、接合し易くできるという利点がある。
Moreover, when providing the
蓋体3は、Fe−Ni−Co合金等の金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工、絞り加工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製作される。この蓋体3は、筒状部と上端面3aが個々に製作され、それらをろう付け、半田付け、溶接等によって接合したものであってもよい。
The
蓋体3には、貫通孔3bを塞ぐように貫通孔3bの上端面3a側開口の周囲に、透光性部材4がガラス接合や半田付け等により気密に接合される。透光性部材4は、ガラスやサファイア等から成る円板状,レンズ状,球状または半球状等のものであり、球状の場合周縁部で、円板状やレンズ状の場合一主面の外周部で、半球状の場合平面部の外周部で蓋体3に接合される。
The translucent member 4 is airtightly bonded to the
また、光ファイバ12は、ジルコニア等にて構成される筒状の保持部品と接着等されることによって保持され、その保持部品はSUS等の金属から成る略円筒状の金属製固定部材13の上端面に固定されており、金属製固定部材13の下端面が蓋体3の外周面にレーザ溶接法等の溶接によって接合される。光ファイバ12が金属製固定部材13を介して透光性部材4の上方に固定されることによって、製品としての光半導体装置となる。これにより、光ファイバ12を介して内部に収容する光半導体素子2と外部との光信号の授受が可能となる。
The
本発明において、透光性部材4は貫通孔3bの上端面3a側開口の周囲に接合されるのが好ましく、この場合以下の点で有利である。即ち、蓋体3の外周部に金属製固定部材13を溶接する際の熱が蓋体3に局所的に加わり、蓋体3の透光性部材4との接合面に熱膨張による引っ張り応力が加わると、透光性部材4が蓋体3から剥がれ易くなるが、光半導体装置は内部を気密にするため外側から内側に気圧が加わるため、気圧によって透光性部材4が蓋体3に押し付けられて剥がれにくくなる。一方、透光性部材4が貫通孔3bの上端面3aの裏面側開口の周囲に接合されていると、熱膨張による応力によって透光性部材4を剥がそうとする引っ張り応力と気圧による圧力とが、透光性部材4が蓋体3から容易に外れてしまうこととなる。
In the present invention, the translucent member 4 is preferably joined around the opening on the upper end surface 3a side of the through-
本発明の光半導体装置は、光半導体素子2の電極を外部電気回路に電気的に接続し、製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、例えば外部電気回路から供給される電気信号によって光半導体素子2にレーザ光等の光を励起させ、この光を透光性部材4、光ファイバ12の順に透過させ、光ファイバ12を介して外部に伝送することによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
The optical semiconductor device of the present invention is an optical semiconductor device as a product by electrically connecting the electrodes of the optical semiconductor element 2 to an external electric circuit. In this optical semiconductor device, for example, an optical signal supplied from an external electric circuit excites the optical semiconductor element 2 with light such as laser light, and transmits this light in the order of the translucent member 4 and the
本発明の光半導体装置の実施例を以下に説明する。 Examples of the optical semiconductor device of the present invention will be described below.
図1の光半導体装置を以下のようにして製作した。まず、直径7.7mmの円板状で、中央に直径4.2mmの円形の貫通穴1aが設けられているとともに、上面の貫通穴1aの周囲に全周にわたって幅が0.8mmの凸部1bが形成されたFe−Ni−Co合金から成る基体1を容易した。
The optical semiconductor device of FIG. 1 was manufactured as follows. First, a circular through
そして、基体1の凸部1aの上面に、外形寸法が直径5mmの円板状で、Al2O3質焼結体から成る配線基板5を、Agロウ材を介して接合した。
Then, a
次に、基体1の上面の外周部に、円筒部の内径が5.7mm,下端3cの外径が7.7mm,下端3cから上端面3aまでの高さが3mm,厚さが0.3mmであり、上端面3aに設けられた直径2.4mmの円形の貫通孔3bの周囲に直径3.2mm×厚さ0.3mmの円板状のサファイアからなる透光性部材4がAgロウを介してロウ付けされたFe−Ni−Co合金から成る蓋体3をシーム溶接法によって接合した。
Next, on the outer periphery of the upper surface of the
ここで、基体1の凸部1aが形成された部位の厚さBを0.4mmまたは0.6mmとし、配線基板5の厚さAを0.5mmとし、基体1の残部の厚さを表1または表2に示す種々の値となるようにして、光半導体装置の試料を各20個作製した。
Here, the thickness B of the portion of the
各試料について気密性の評価を以下の手順で行なった。まず、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、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、4900Pa(パスカル)で2時間He加圧を行なった後にHeリーク試験、即ち光半導体装置の内部にHeを加圧侵入させ、その後光半導体装置の外部へ漏れ出てくるHeを検出する試験を実施し、Heの検出量が5.0×10−9Pa・m3/sec以下の試料を良品とし、検出量が5.0×10−9Pa・m3/secを超える試料を不良品とした。その評価結果を表1,2に示す。
表1,2より、基体1の凸部1bが形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍未満では気密性不良が発生した。
From Tables 1 and 2, when the thickness of the portion of the
以上より、基体1の凸部1bが形成された部位の厚さが残部の厚さの2倍以上である場合、光半導体装置内部の気密を良好に保持できることが判った。
From the above, it has been found that when the thickness of the portion of the
図1の光半導体装置を以下のようにして製作した。まず、直径7.7mmの円板状で、中央に直径4.2mmの円形の貫通穴1aが設けられているとともに、上面の貫通穴1aの周囲に全周にわたって幅が0.8mmの凸部1bが形成されたFe−Ni−Co合金から成る基体1を容易した。
The optical semiconductor device of FIG. 1 was manufactured as follows. First, a circular through
そして、基体1の凸部1aの上面に、外形寸法が直径5mmの円板状で、Al2O3質焼結体から成る配線基板5を、Agロウ材を介して接合した。
Then, a
次に、基体1の上面の外周部に、円筒部の内径が5.7mm,下端3cの外径が7.7mm,下端3cから上端面3aまでの高さが3mm,厚さが0.3mmであり、上端面3aに設けられた直径2.4mmの円形の貫通孔3bの周囲に直径3.2mm×厚さ0.3mmの円板状のサファイアからなる透光性部材4がAgロウを介してロウ付けされたFe−Ni−Co合金から成る蓋体3をシーム溶接法によって接合した。
Next, on the outer periphery of the upper surface of the
ここで、基体1の凸部1aが形成された部位の厚さBを0.4mmまたは0.6mmとし、基体1の残部の厚さAを基体1の凸部1aが形成された部位の厚さBの1/2とし、配線基板5の厚さを表3に示す種々の値となるようにして、光半導体装置の試料を各20個作製した。
Here, the thickness B of the portion of the
各試料について気密性の評価を以下の手順で行なった。まず、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、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、4900Pa(パスカル)で2時間He加圧を行なった後にHeリーク試験、即ち光半導体装置の内部にHeを加圧侵入させ、その後光半導体装置の外部へ漏れ出てくるHeを検出する試験を実施し、Heの検出量が5.0×10−9Pa・m3/sec以下の試料を良品とし、検出量が5.0×10−9Pa・m3/secを超える試料を不良品とした。その評価結果を表3に示す。
表3より、配線基板5の厚さAが基体1の厚さの1倍未満では気密性不良が発生した。
From Table 3, when the thickness A of the
以上より、配線基板5の厚さが基体1の凸部1aが形成された部位の厚さBの1倍以上である場合、光半導体装置内部の気密を良好に保持できることが判った。ただし、配線基板5の厚さAが基体1の凸部1aが形成された部位の厚さBの10倍よりも厚くなると、光半導体装置が大型化するので実用に適さないものとなる。
From the above, it has been found that when the thickness of the
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment and Example, A various change may be performed in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1:基体
1a:貫通穴
1b:凸部
2:光半導体素子
3:蓋体
3a:上端面
3b:貫通孔
4:透光性部材
5:配線基板
6a:第1の電極パッド
7a:第2の電極パッド
8a,8b:内部配線
10:外部接続用ピン
1:
10: Pin for external connection
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004020777A JP2005217098A (en) | 2004-01-29 | 2004-01-29 | Photo-semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=34904611
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008135696A (en) * | 2006-10-27 | 2008-06-12 | Kyocera Corp | Electronic component housing package, electronic apparatus, and optical semiconductor apparatus |
JP2009260126A (en) * | 2008-04-18 | 2009-11-05 | Hitachi Cable Ltd | Optical communication device |
EP2003689B1 (en) * | 2007-06-15 | 2019-06-12 | Schott AG | Header, especially for electronic packages |
-
2004
- 2004-01-29 JP JP2004020777A patent/JP2005217098A/en active Pending
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EP2003689B1 (en) * | 2007-06-15 | 2019-06-12 | Schott AG | Header, especially for electronic packages |
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