JP2007150043A

JP2007150043A - 半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置

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Publication number: JP2007150043A
Application number: JP2005343619A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ogawa; 剛史小川; Nobuyuki Tanaka; 信幸田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP4822820B2

Abstract

【課題】半導体素子から発生する熱を外部に効率良く熱放散できるとともに、入出力端子の破損を防止でき、半導体素子を長期にわたって正常かつ安定に作動させ得る半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供すること。
【解決手段】パッケージは、上側主面に半導体素子５の載置部１ａが形成された金属製の基体１と、基体１の上側主面に載置部１ａを取り囲むように設けられ、下端部が枠体２の内外を貫通するように切り欠かれた金属製の枠体２と、枠体２の切り欠き部２ａに嵌着され、枠体２の内外を電気的に導通する線路導体３ａを有する入出力端子３とを具備し、入出力端子３は、その直下に設けられた、基体１の上側主面に突出した凸部１ｂの上面に載置された状態で取着され、入出力端子３と凸部１ｂの少なくとも一部が切り欠き部２ａに嵌着されて成る。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に関する。

従来の半導体素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）および半導体装置を図４（ａ），図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は従来の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を示す分解平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の断面Ａ−Ａ’における断面図である。なお、図４は光半導体素子を用いた光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置の例を示す。

同図において、２１は上面に光半導体素子２５が載置される載置部２１ａを有する長方形の基体、２２は載置部２１ａを囲繞するように基体２１に接合され、基体２１の長辺側側部に光半導体素子２５と結合される光ファイバ２９を固定する光ファイバ固定部材２８および他の長辺側側部に光半導体素子２５に信号を入出力する入出力端子２３を設けた枠体である。

また、２３は入出力端子であり、セラミックスから成りリード端子２７およびリード端子２７と光半導体素子２５との接続用の線路導体２３ａが設けられている。２５は半導体レーザ，フォトダイオード等の光半導体素子、２６は線路導体２３ａと光半導体素子２５の電極とを接続するボンディングワイヤ等の電気的接続手段、２８は円筒状の光ファイバ固定部材である。さらに、３０は光ファイバ１２の端部を挿入固定する貫通孔が形成された環状の光ファイバ支持部材、３１は基体２１の各短辺の中央部に外側に突出するように設けられたネジ止め部、３１ａはネジ止め部３１に形成されたネジ穴等の固定部である。

そして、同図に示す形態のパッケージは、上面に光半導体素子２５が載置される載置部２１ａを有する長方形の基体２１と、基体２１に載置部２１ａを囲繞するように接合された長方形の枠体２２とを具備し、基体２１の両短辺にネジ止め部３１を設けるとともに、枠体２２の一方の長辺側側部に光半導体素子２５と光学的に結合される光ファイバ２９を固定する光ファイバ固定部材２８を、他方の長辺側側部に光半導体素子２５に駆動信号を入力する入出力端子２３をそれぞれ配設して成る。

基体２１は、例えば銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の熱伝導性が良好な材料からなり、光半導体素子２５の接地電極および放熱板となるものである。ネジ止め部３１は、光半導体装置を外部電気回路基板等の外部部材に固定するものであり、その一部には切り欠き，貫通孔，ネジ穴等の固定部３１ａが設けられ、固定部３１ａにネジを挿通してネジ止め部３１を外部部材にネジ止めして、光半導体装置を外部部材に固定する。

枠体２２は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属からなる平面形状が四角枠状の部材であり、銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を用いて基体２１の上面に固定されている。

そして、載置部２１ａに光半導体素子２５をペルチェ素子等の基台２１ｃを介して載置させて接着固定し、光半導体素子２５の電極を入出力端子２３に形成された線路導体２３ａにボンディングワイヤ等の電気的接続手段２６を用いて接続する。さらに、光ファイバ固定部材２８のパッケージの外側端部に、光ファイバ２９の端部を貫通孔に挿入固定した光ファイバ支持部材３０を接着剤や溶接等により接合することにより、光半導体素子２５との光軸を合致させた状態で光ファイバ２９を光学的に結合させて固定する。

しかる後、枠体２２上に蓋体２４をロウ付け法またはシーム溶接法等の溶接法により接合固定し、固定部３１ａにネジを挿通してネジ止め部３１を外部部材にネジ止めして、光半導体装置を外部部材に固定することにより、内部が気密に封止された光半導体装置が完成する。これにより、電気信号を光信号に変換、または光信号を電気信号に変換するための光半導体装置となる（下記の特許文献１参照）。
特許第３４５７９１６号公報

しかしながら、図４に示した上記従来の構成においては、基体２１が平板状であるため、基体２１に枠体２２との熱膨張差によって反り変形が発生してしまい易かった。基体２１に反り変形が発生することにより、基体２１の下側主面を外部部材に密着させることができなくなり、光半導体素子２５の作動時に発生する熱を外部部材に効率良く熱放散させることができなくなって、光半導体素子２５の作動性が低下するという問題点が発生していた。

また、固定部３１ａにネジを挿通してネジ止め部３１を外部部材にネジ止めすることにより、基体２１の反り変形が矯正されることとなるが、その時に発生する歪みにより、入出力端子２３にクラック等の破損が生じてしまう場合があった。その結果、入出力端子２３において気密が破れてパッケージ内部の気密性を保持できなくなるという問題点が発生したり、線路導体２３ａが断線し光半導体素子２５に電気信号を入出力させることができなくなって光半導体素子２５を作動させることができないという問題点が発生していた。

光ファイバ２９および光ファイバ支持部材３０が設けられていない半導体素子収納用パッケージにおいても、上記同様の問題点が発生していた。

したがって、本発明は上記問題点に鑑み発案されたものであり、その目的は、半導体素子から発生する熱を外部に効率良く熱放散できるとともに、入出力端子の破損を防止でき、半導体素子を長期にわたって正常かつ安定に作動させ得る半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を提供することにある。

本発明の半導体素子収納用パッケージは、上側主面に半導体素子の載置部が形成された金属製の基体と、該基体の上側主面に前記載置部を取り囲むように設けられ、下端部が前記枠体の内外を貫通するように切り欠かれた金属製の枠体と、該枠体の切り欠き部に嵌着され、前記枠体の内外を電気的に導通する線路導体を有する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記入出力端子は、その直下に設けられた、前記基体の上側主面に突出した凸部の上面に載置された状態で取着され、前記入出力端子と前記凸部の少なくとも一部が前記切り欠き部に嵌着されて成ることを特徴とする。

また、本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記枠体の前記切り欠き部と対向する側面に設けられた前記枠体の内外を貫通する貫通孔とともに、該貫通孔に光ファイバが嵌着される取付部材を設けたことを特徴とする。

また、本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記基体の前記凸部を鋏んだ両側にネジ止め部が設けられていることを特徴とする。

本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に基台を介して載置され、前記線路導体に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。

また、本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に基台を介して載置され、発光部または受光部が前記貫通孔に対向するように配置されるとともに前記線路導体に電気的に接続された光半導体素子と、前記光ファイバ取付部材に前記光半導体素子の発光部または受光部と光結合するように取り付けられた光ファイバと、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の半導体素子収納用パッケージは、上側主面に半導体素子の載置部が形成された金属製の基体と、基体の上側主面に載置部を取り囲むように設けられ、下端部が枠体の内外を貫通するように切り欠かれた金属製の枠体と、枠体の切り欠き部に嵌着され、枠体の内外を電気的に導通する線路導体を有する入出力端子とを具備し、入出力端子は、その直下に設けられた、基体の上側主面に突出した凸部の上面に載置された状態で取着され、入出力端子と凸部の少なくとも一部が切り欠き部に嵌着されて成ることから、載置部の上面と凸部の上面との間で段差が生ずる構成となり、枠体を基体に接合させる際に基体に生ずる反り変形が小さくなる。そして、半導体素子収納用パッケージとして完成されても基体が平坦となり、基体の下側主面を外部部材に密着させて、半導体素子の作動時に発生する熱を外部部材に効率良く熱放散させることができる。

また、特に凸部においては基体の剛性が増し、凸部の反り変形を極めて小さく抑えることができる。従って、凸部の上面に載置される入出力端子にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止することができる。

以上の結果、内部に収納される半導体素子を長期にわたって正常かつ安定に作動させ得る半導体素子収納用パッケージとすることができる。

また、本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、枠体の切り欠き部と対向する側面に設けられた枠体の内外を貫通する貫通孔とともに、貫通孔に光ファイバが嵌着される取付部材を設けたことから、光半導体素子を搭載できる半導体素子収納用パッケージとすることができる。

好ましくは、本発明の半導体素子収納用パッケージにおいて、基体の凸部を挟んだ両側にネジ止め部が設けられていることから、反り変形の小さい凸部の両側にネジ止め部が設けられる構成となり、ネジ止め時に基体に歪みが加わるのを抑制し、入出力端子がクラック等によって破損するのを確実に防止できる。その結果、半導体素子収納用パッケージの気密信頼性をさらに向上させることができるとともに、線路導体の断線を防止することができ、内部に収納される半導体素子の動作信頼性に優れた半導体素子収納用パッケージとすることができる。

本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、載置部に基台を介して載置され、線路導体に電気的に接続された半導体素子と、枠体の上面に枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることから、内部に収容する半導体素子を長期にわたって正常かつ安定に作動させ得る半導体装置となる。

また、本発明の半導体装置は、上記本発明の半導体素子収納用パッケージと、載置部に基台を介して載置され、発光部または受光部が貫通孔に対向するように配置されるとともに線路導体に電気的に接続された光半導体素子と、光ファイバ取付部材に光半導体素子の発光部または受光部と光結合するように取り付けられた光ファイバと、枠体の上面に枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることから、上記本発明の半導体素子収納用パッケージを用いた、内部に収容する光半導体素子を長期にわたって常に正常かつ安定に作動させ得る半導体装置となる。

本発明の半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の一例を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の斜視図、図２は本発明の第１の実施の形態の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の他の例を示す断面図、図３（ａ）は本発明の第２の実施の形態の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の一例を示す断面図、図３（ｂ）は図３（ａ）の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の斜視図である。

これらの図において、１は基体、２は枠体、３は入出力端子を示し、これら基体１、枠体２および入出力端子３で、内部空間に半導体素子５を収納する半導体素子収納用パッケージが基本的に構成される。

以下、半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置は、内部に半導体レーザ、フォトダイオード、ＬＥＤ、その他、外部と光信号を入出力する光半導体素子を搭載するものを例に説明する。電気信号を処理する半導体素子を搭載する半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置に、以下の光ファイバ９やこれに係る光ファイバ取付部材８、貫通孔２ｂが設けられたものである。以下、半導体素子を光半導体素子ともいう。また、半導体素子収納用パッケージを光半導体素子収納用パッケージ、半導体装置を光半導体装置ともいう。

本発明の半導体素子収納用パッケージは、これらの図に示すように、基体１と、枠体２と、入出力端子３と、入出力端子３が嵌着される枠体２の切り欠き部２ａと、枠体２に設けられた貫通孔２ｂに嵌着される光ファイバ９取付用の光ファイバ取付部材８とを具備する。基体１は、平面視における外周が四角形状、多角形状、円形状等の金属製であり、上側主面に光半導体素子５の載置部１ａと入出力端子３の直下において上側主面に突出した凸部１ｂとが形成される。以下、図に示すように外周が四角形状のものとして説明する。

枠体２は、四角形状、多角形状、円形状等の枠状に形成された金属製の部材から成り、基体１の上側主面に載置部１ａを取り囲むように設けられる。以下、枠体２は、図に示すように四角枠状のものとして説明する。枠体２には、その一側面の下端部が枠体２の内外を貫通するように切り欠かれた切り欠き部２ａが形成される。また、切り欠き部２ａが形成された一側面に対向する他側面であって、この切り欠き部２ａに嵌着される入出力端子３の線路導体３ａの延長方向に一致する場所に、光ファイバ９の取付部材８が嵌着される貫通孔２ｂが形成される。貫通孔２ｂには、その外側面側の周囲または内周面に光ファイバ取付部材８が取り付けられる。光ファイバ取付部材８は、金属製の円筒状ものであり、その外側面から内部に光ファイバ９を挿通させ、光ファイバ９を枠体２の側部に保持固定するためのものである。

入出力端子３は、絶縁体から成り、枠体２の内外を電気的に導通する線路導体３ａを有する。そして、入出力端子３と凸部１ｂの少なくとも一部とが枠体２の切り欠き部２ａに嵌着される。入出力端子３は、例えば、図に示すように四角形状の絶縁基板の上に棒状の絶縁基板が接合された側面が凸形状のものである。

本発明のパッケージは、図１に示すように上側主面に光半導体素子５の載置部１ａが形成された長方形状の金属製の基体１と、基体１の上側主面に載置部１ａを取り囲むように設けられ、下端部が枠体２の内外を貫通するように切り欠かれた四角枠状の金属製の枠体２と、枠体２の切り欠き部２ａに嵌着され、枠体２の内外を電気的に導通する線路導体３ａを有する絶縁体から成る入出力端子３と、切り欠き部２ａが設けられた側面と対向する側面の上下中間部（入出力端子３の線路導体３ａの線路方向を延長した線が側面と交わる部分）に枠体２の内外を貫通するようにして設けられた光ファイバ取付部材８の取付用の貫通孔２ｂと、貫通孔２ｂの外側面側の周囲または貫通孔２ｂの内面に嵌着されて取り付けられた光ファイバ取付部材８とを具備し、入出力端子３は、その直下に設けられた、基体１の上側主面に突出した凸部１ｂの上面に載置された状態で取着され、入出力端子３と凸部１ｂとの少なくとも一部が切り欠き部２ａに嵌着されて成るものである。

本発明のパッケージは、好ましくは、基体１の凸部１ｂを鋏んだ両側または凸部１ｂの延出部にネジ止め部１１が設けられている。

なお、凸部１ｂは基体１の一部を厚く加工することによって設けられるか、または、基体１の一部を曲げ加工して設けられるが、ここで、基体１の一部を厚くすることによって設けられる形態を第１の実施の形態とし、基体１の一部を曲げ加工して設けられる形態を第２の実施の形態とする。このようにして、凸部１ｂが設けられることによって、載置部１ａの上面と凸部１ｂの上面との間で段差が生ずる構成となり、枠体２を基体１に接合させる際に基体１に生ずる反り変形が小さくなる。そして、パッケージとして完成されても基体１が反り変形の小さい平坦なものとなり、基体１の下側主面を外部部材に密着させて、光半導体素子５の作動時に発生する熱を外部部材に効率良く熱放散させることができる。

また、特に凸部１ｂにおいては基体１の剛性が増し、凸部１ｂの反り変形を極めて小さく抑えることができる。従って、凸部１ｂの上面に載置される入出力端子３にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止することができる。

なお、第１の実施の形態において、基体１は、金属板に凸部１ｂとなる金属部材を接合させたものでもよい。また、金属板と凸部１ｂとなる金属部材のそれぞれの材質を、基体１の反り変形が小さくなるような熱膨張係数の異なる組み合わせとすると、これら金属板と凸部１ｂとなる金属部材の熱膨張差によって基体１を平坦に保ちやすくすることができる。

本発明のパッケージを構成する基体１は、無酸素Ｃｕ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏ合金などのＣｕ系材料やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金などの金属から成る。特に、基体１の熱伝導性をよくして内部に収容する光半導体素子５から発生した熱を効率よく外部へ放散させるという観点からは、Ｃｕ系材料（Ｃｕ、Ｃｕを主成分とする合金、またはＣｕを含浸した金属材料）が好ましい。

このような基体１は、それぞれ金属のインゴットに圧延加工または打ち抜き加工など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。そして、基体１の表面には、酸化腐食の防止および光半導体素子５のロウ付けなどによる載置固定をさらに良好にするために、電解めっき法または無電解めっき法によって厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層および厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層を被着させておくとよい。

また、基体１は入出力端子３の直下において上側主面に突出する凸部１ｂを有しているが、入出力端子３の下面の全面に基体１の凸部１ｂが設けられているのが好ましい。これによって、入出力端子３の下面全面が基体１によって支持され、近時のパッケージの小型化および高周波化によって薄型化する傾向にある入出力端子３を基体１で補強することができる。例えば、枠体２の外側の線路導体３ａをボンディングワイヤ等によって外部電気回路基板等の外部部材の配線導体に接続する際に、入出力端子３の枠体２の外側に位置する部位に外力が加わった場合においても、入出力端子３を破損し難くすることができる。その結果、入出力端子３の線路導体３ａを外部部材の配線導体に接続する際において、入出力端子３が破損することがなくなって、線路導体３ａの電気導通性を維持することができ、光半導体素子５を長期にわたって正常かつ安定に作動させることができる。

また、これによって、入出力端子３の下面が全面にわたってロウ付け用に形成されたメタライズ層および金属から成る基体１で覆われるので、基体１が線路導体３ａの全長にわたって接地導体として機能するようになる。その結果、線路導体３ａを伝送する電気信号が高周波信号である場合に、線路導体３ａおよび基体１をマイクロストリップ線路またはストリップ線路として動作させ、反射損失や透過損失等の伝送損失が少ない信号線路とすることができる。

基体１の上側主面にはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る金属で形成された枠体２が載置部１ａを囲繞するように設置され、ＡｇロウまたはＡｇ−Ｃｕロウ等のロウ材または樹脂接着剤等によって接合固定される。

枠体２には、枠体２の一部が切り欠かれて成る入出力端子３と凸部１ｂの切り欠き部２ａが形成されている。例えば、切り欠き部２ａは枠体２を成す側壁の一辺に設けられたり、隣接する２つの角部間が切り欠かれ、すなわち３辺に亘って切り欠かれることで設けられたりする。好ましくは、切り欠き部２ａのうち凸部１ｂに接合される部位は、枠体２の隣接する２つの角部間が切り欠かれた切り欠き部２ａとされているのがよく、これにより、凸部１ｂを基体１の隣接する２つの角部間（基体１の対向する辺の間）にわたって設けることができ、基体１の枠体２との熱膨張差によって生ずる変形を十分抑制することができる。さらに好ましくは、切り欠き部２ａの凸部１ｂおよび入出力端子３に接合される部位の双方ともに、枠体２の隣接する２つの角部間が切り欠かれた切り欠き部２ａとされているのがよく、これにより、凸部１ｂを基体１の隣接する２つの角部間（基体１の対向する辺の間）にわたって設けることができ、基体１の枠体２との熱膨張差によって生ずる変形を抑制することができるとともに、入出力端子３を枠体２の隣接する２つの角部間にわたって、枠体２の幅と同じ長さで最大限長く設けることができ、入出力端子３に設けられる線路導体３ａの本数を最大限多く設けることが可能となる。

また、凸部１ｂおよび入出力端子３の長さは枠体２の幅と同一（凸部１ｂと入出力端子３の端面が枠体２の端面と面一）の形態であっても、凸部１ｂおよび入出力端子３の長さが枠体２の幅よりも長い形態であっても、凸部１ｂおよび入出力端子３の長さが枠体２の幅よりも短い形態であっても構わない。すなわち、凸部１ｂおよび入出力端子３の両端面が枠体２の外側面と面一であってもよいし、枠体２の外側面よりも外側に位置してもよいし、または、枠体２の外側面よりも内側に位置していてもよい。

好ましくは、凸部１ｂおよび入出力端子３の長さは枠体２の幅と同一または短いのがよく、枠体２の切り欠き部２ａから凸部１ｂおよび入出力端子３の側面が枠体２から突出することがなくなりパッケージの小型化集積化を実現でき、近時のパッケージの小型化に適応するものとなる。

この切り欠き部２ａが設けられた部分に入出力端子３および凸部１ｂの一部がロウ付け等によって嵌着固定される。このように、枠体２，凸部１ｂおよび入出力端子３によって載置部１ａが囲まれることによって光半導体素子５を収納するための空所が形成されている。

基体１の平面視における大きさは、枠体２の内面および入出力端子３の内面の平面視における大きさよりも大きければよく、これによって基体１と枠体２と入出力端子３とでパッケージとなる容器を形成することができる。そして、枠体２の内面の平面視における大きさよりも基体１が大きいので、枠体２全体が基体１によって拘束され、枠体２の変形を抑制することができる。例えば、図１に示すように、基体１の平面視における形状を枠体２と入出力端子３とを接合した状態の外周部の平面視形状と同一とする、または、図２に示すように、基体１の平面視における形状を枠体２の外周部の平面視形状と同一とすることによって、枠体２をその外周部が基体１の外周部に一致するように位置合わせさせて接合することができ、枠体２を基体１の所定の位置に正確かつ容易に接合させることも可能となる。

なお、本発明の第１の実施の形態においては、凸部１ｂが基体１の一部を厚くすることによって設けられることから、基体１の体積が増加することとなり、基体１の熱容量を増大させることができる。これによって、基体１の下側主面と外部部材との接する面の面積を確保し、基体１から外部部材への熱放散性を良好に保持することができるとともに、光半導体素子５が作動する際に発生する熱を速やかに光半導体素子５から凸部１ｂに逃がすことができる。その結果、光半導体素子５の温度が上昇するのを防止することができる。

また、本発明の第２の実施の形態においては、基体１の一部を曲げ加工して設けられることから、入出力端子３の下方において基体１の下側主面と外部部材との間に空間が生ずる。この空間によって、基体１を外部部材に固定する際の機械的な応力が基体１を介して基体１と入出力端子３との接合部に作用し難くなる。以上により、入出力端子３がクラック等によって破損してしまうのを有効に防止することができ、高い気密信頼性でパッケージ内部を気密に保持することができる。

本発明のパッケージにおいて、好ましくは、基体１の両側の、凸部１ｂを鋏んだ下側面、または、第２の実施形態において、凸部１ｂ（曲げ加工部分）の側面を延出させた部分にネジ止め部１１が設けられる。この構成により、反り変形の小さい凸部１ｂの両側にネジ止め部１１が設けられる構成となり、反り変形の小さい基体１の下面が外部部材に当接するように固定されるので、ネジ止め時に基体１に歪みが加わるのを抑制し、入出力端子３がクラック等によって破損するのを確実に防止できる。その結果、パッケージの気密信頼性をさらに向上させることができるとともに、線路導体３ａの断線を防止することができ、内部に収納される光半導体素子５の動作信頼性に優れたパッケージとすることができる。

基体１の下側面を延出させてネジ止め部１１を設けた例を図１（ｂ）に、および基体１の凸部側面を延出させてネジ止め部１１を設けた例を図３（ｂ）に示す。ネジ止め部１１には、貫通孔やＵ字状の切り欠きからなる固定部１１ａが設けられており、固定部１１ａの上側からネジを挿通させネジ止めすることによって、パッケージが外部部材にネジ止め固定される。基体１または凸部１ｂの延出部にネジ止め部１１を設ける場合、好ましくは、ネジ止め部１１の厚みを基体１の載置部１ａの厚みよりも薄くする、またはネジ止め部１１の基体１側の付け根に基体１の載置部１ａの厚みよりも薄い薄肉部を設けるのがよい。これより、ネジ止め部１１をネジ止めした際に加わる力をネジ止め部１１の変形によって吸収させて、基体１に作用し難くすることができ、ネジ止め時に基体１に歪みが生じにくくすることができる。

また、光半導体素子５から発生する熱量が大きい場合、ネジ止め部１１の厚みを凸部１ｂ部分の基体１の厚さと同じ厚さとしてもよい。この場合、ネジ止め部１１とネジ止めされるネジとの接触面積が大きくなり、光半導体素子５から発生する熱を効率良く外部部材に熱放散させることができ、光半導体素子５の動作信頼性を良好なものとできる。

また、図示しないが、ネジ止め部１１は、基体１から延出するように設けられたネジ止め部１１に限ることはなく、例えば凸部１ｂの幅を枠体２の幅より小さいものとし、この凸部１ｂの両側の基体１に貫通孔またはＵ字状の切り欠きから成る固定部１１ａを設けてもよいし、入出力端子３の幅を枠体２の幅より小さいものとし、入出力端子３の両側の凸部１ｂの上面から基体１の下面にかけて貫通孔またはＵ字状の切り欠きから成る固定部１１ａを設けてもよい。この場合、ネジ止め部１１が基体１から張り出すことがないため、パッケージを小型化することもできる。

さらに、図示しないが、凸部１ｂが設けられた基体１の下面からねじを切った穴を設けることによってネジ止め部１１とし、外部部材の下面側からネジを挿通させ、ネジ止め部１１にネジをねじ込むことで基体１を外部部材にネジ止め固定してもよい。

これらの構成は、光半導体素子５の載置部１ａからネジ止め部１１までの距離を近くすることができるので、光半導体素子５から発生する熱をネジを介して効率良く外部部材に熱放散させることができ、光半導体素子５の動作信頼性を良好なものとできる。

ここで、載置部１ａには光半導体素子５として半導体レーザ（ＬＤ）および／またはフォトダイオード（ＰＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）その他、光信号を入出力する光半導体素子等が載置固定される。図１〜図３に示すように、枠体２の一側面に光信号入出力用の貫通孔２ｂを設け、この貫通孔２ｂの外側面側の周囲に接合または貫通孔２ｂの内面に嵌着接合された円筒形状の光ファイバ取付部材８がロウ付け等により固定されている。貫通孔２ｂは、入出力端子３が嵌着された枠体２の側壁と対向する枠体２の側壁の、入出力端子３に対向する位置に設けられている。この構成によって、入出力端子３の線路導体３ａと光半導体素子５と光ファイバ９とを一直線上に配置することができ、線路導体３ａから光半導体素子５の発光部または受光部までの配線を直線化することができる。

すなわち、線路導体３ａから光半導体素子５の電極までの配線に屈曲部がなくなり、屈曲部で配線を伝送する高周波信号に反射損失および透過損失等の伝送損失が発生するということがなくなる。その結果、高周波信号の伝送効率に優れたものとすることができる。

そして、光ファイバ取付部材８のパッケージ外側から、環状の光ファイバ支持部材１０に支持固定された光ファイバ９の先端を挿入するとともに、光ファイバ９の先端を光半導体素子５の光入出力部と光結合するように位置合わせし、光ファイバ取付部材８のパッケージ外側面に光ファイバ支持部材１０の端面を溶接接合またはロウ付け接合等することによって、光ファイバ９の先端が光半導体素子５の光入出力部に光結合された状態でパッケージに取着される。このように光ファイバ取付部材８を介して光ファイバ支持部材１０をパッケージに溶接接合やロウ付け等によって接合することで、光ファイバ支持部材１０のパッケージへの接合時にパッケージに加わる熱応力を光ファイバ取付部材８で吸収緩和させて、入出力端子３に熱応力が大きく作用するのを抑制し、入出力端子３にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。

なお、図示しないが、光ファイバ支持部材１０が設けられずに光ファイバ取付部材８の内面に直接光ファイバ９がロウ付け接合される形態であっても構わない。この場合は、光ファイバ取付部材８の光ファイバ９挿通用の貫通孔の直径を光ファイバ９の直径に合わせて小さくしておく必要がある。また、光ファイバ取付部材８が設けられず貫通孔２ｂの開口周囲に光ファイバ支持部材１０が溶接接合やロウ付け等によって接合される形態や、光ファイバ取付部材８および光ファイバ支持部材１０が設けられずに、貫通孔２ｂの内面に直接光ファイバ９がロウ付け接合される形態であっても構わない。

なお、光半導体素子５は、その光入出力部を光ファイバ９の先端と光結合させるために、無酸素Ｃｕ，Ｃｕ−Ｗ，Ｃｕ−Ｍｏ合金などのＣｕ系材料やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金などの金属やＡｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質焼結体等のセラミックス、またはペルチェ素子等を用いた熱電変換冷却装置から成る基台１ｃに搭載された状態で載置されている。光半導体素子５を基台１ｃに搭載することにより、光半導体素子５を基体１の上側主面よりも高い位置に載置することができ、光ファイバ９の先端の位置と対向する位置に光半導体素子５を載置させやすくすることができる。

入出力端子３は、例えば、互いに対向する辺の間に線路導体３ａを有する矩形状の平板部３ｂと、平板部３ｂの上側主面に線路導体３ａを横切るようにして設けられ、線路導体３ａと他の金属を絶縁し、かつパッケージを気密に封止するための立壁部３ｃとから構成される。平板部３ｂおよび立壁部３ｃは、ポリテトラフルオロエチレン，ポリエチレン，エポキシ，ポリフェニレンサルファイト，液晶ポリマー等の樹脂，ガラス，セラミックス等の絶縁材から成る。

入出力端子３の絶縁材がセラミックスから成る場合は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体等のセラミックスから成る。例えばＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る場合、以下のようにして作製される。アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），酸化珪素（ＳｉＯ_２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ，有機溶剤，可塑剤，分散剤等を添加混合してスラリー状となし、これを従来周知のドクターブレード法によってシート状となすことによって、複数枚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入出力端子３の平板部３ｂおよび立壁部３ｃとなるように適当な打抜き加工を施す。そして、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等の金属粉末に適当なバインダ，溶剤を混合してなる導体ペーストを、セラミックグリーンシートにスクリーン印刷法等によって所定パターンに印刷塗布することによって、光半導体素子５の電極と電気的に接続される線路導体３ａ等となる導体層を形成する。また、入出力端子３の基体１および枠体２に接合される面となるセラミックグリーンシートにはロウ付け用の導体層（メタライズ層）が形成される。

これらのセラミックグリーンシートを所定の順序で積層した後、所定の寸法に切断し約１６００℃の温度で焼成し、その後、ダイシングソー、スライサー等のダイヤモンドと砥粒等を用いた切断刃にて所定の大きさに切断し、枠体２の切り欠き部２ａに入出力端子３が精度良く嵌め込みできるよう立壁部３ｃの上面を所定の高さに研磨する。最後に立壁部３ｃの上面、平板部３ｂの枠体２に接合される側面および立壁部３ｃの枠体２に接合される側面にＭｏ，Ｍｎ等の金属層３ｄを印刷塗布し約１３００℃の温度で焼成する。これによって、線路導体３ａなどの導体層を有した入出力端子３となる焼結体を作製することができる。入出力端子３の線路導体３ａ等の導体層の表面には、酸化腐食を防止するためやワイヤボンディング性を高めるため、さらに半田付け性を高めるために、表面に厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層および厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層等の金属層がめっき法によって被着されているのがよい。

なお、入出力端子３は、枠体２の切り欠き部２ａを塞ぎ、枠体２内外を気密に封止するとともに、内部に載置される光半導体素子５と外部電気回路との間の電気信号を導通させる線路導体３ａが枠体２の内外を接続するように設けられていればよい。したがって、上記形態に限ることはなく、例えば、全体が直方体形状であって、その内部に線路導体３ａが一側面から他側面にかけて形成され、線路導体３ａの両端が露出されているような形態のものであってもよい。

入出力端子３は、立壁部３ｃの平面視形状は棒状（直線状）であってもよいし、コ字型であってもよい。

また、入出力端子３の切り欠き部２ａに沿った部位に金属層３ｄが被着されているが、入出力端子３に施される金属層３ｄは、少なくとも基体１および枠体２に沿って形成されていればよい。例えば、入出力端子３の上下面および両端面のほぼ全面に施される形態であってもよいし、入出力端子３の上下面および両端面の枠体２との接合部に沿った部分だけに施される形態であってもよい。

また、入出力端子３の上下面および両端面に被着された金属層３ｄは線路導体３ａに対する接地電位として機能するようになり、線路導体３ａに高周波信号を伝送させても、反射損失および透過損失等の伝送損失が生ずるのを抑制し、高周波信号を効率よく伝送させることができる。

線路導体３ａは、入出力端子３の下面の基体１または導電性のメタライズ層との間でマイクロストリップ構造を形成し、線路導体３ａの幅および入出力端子３の平板部３ｂの材質および厚みを適度なものにすることにより高周波伝送特性が向上する。また好ましくは、立壁部３ｃの枠体２の内外の線路導体３ａの線幅および立壁部３ｃに挟まれる線路導体３ａの線幅は、それぞれ異なるように形成される。

なお、枠体２の外側にある線路導体３ａがＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金またはＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るリード端子と半田付けされたり、ボンディングワイヤが接続されたりすることによって、線路導体３ａが外部部材に電気的に接続される。

好ましくは、図３（ｂ）に示すように、入出力端子３の両端面のほぼ全面に金属層３ｄが被着されているのがよく、この構成によって、入出力端子３の金属層３ｄの面積を拡張でき、線路導体３ａに対する接地電位をより強化することができる。そして、線路導体３ａを伝送する信号が高周波のものとなっても、高周波信号に発生する伝送損失をさらに低減させることができ、高周波信号を極めて効率よく伝送させることができるようになる。

特に、入出力端子３の両端面が枠体２の外側面と面一、または、枠体２の外側面よりも内側に位置している場合は、入出力端子３の上面の金属層と両端面の金属層３ｄとが接続するように被着すれば、余分なロウ材を端面の金属層３ｄにも濡れ広がらせることができるとともに、枠体２と入出力端子３の両端面の金属層３ｄとの間で、枠体２と入出力端子３とを接合するためのロウ材のメニスカスを良好に形成させることができ、入出力端子３にクラック等の破損を生じさせることなく枠体２に強固にロウ付け接合できる。

本発明のパッケージにおいて、好ましくは、図２に示すように、入出力端子３は、枠体２の外側に露出する部位において、平板部３ｂの上面および下面に線路導体３ａが形成されているのがよい。この構成によって、枠体２の内側における入出力端子３の平板部３ｂの上面に光半導体素子５と接続される線路導体３ａを微細に多数設けた場合においても、枠体２の外側では入出力端子３の上面に形成された一部の線路導体３ａを内部配線を介して下面に引き回し、入出力端子３の枠体２の外側の上面または下面にそれぞれ配置される線路導体３ａの数を枠体２の内側の入出力端子３の上面に配置される線路導体３ａの数に比べ減少させることができる。したがって、入出力端子３の枠体２の外側の線路導体３ａの幅を広くすることができるとともに、隣り合う線路導体３ａ同士の間隔を広げることが可能となる。

このように、平板部３ｂの上面および下面に線路導体３ａを形成させる場合、図２に示すように、入出力端子３の枠体２よりも外側に位置する部位の下方には基体１が設けられていないまたは基体１との間にリード端子を配置できる空間を設けた構成とする。または、平板部３ｂの下面にも立壁部３と同様の絶縁体を接合することによって、平板部３ｂの下面に形成された線路導体３ａと基体１とが電気的短絡を生じないようにしてもよい。

そして、枠体２の外側では、隣り合う線路導体３ａ同士の間隔を広げることができるので、個々の線路導体３ａにリード端子７をロウ材等の導電性接着剤を介して接合させた場合においても、線路導体３ａとリード端子７との接合面積を十分なものとして、リード端子７を入出力端子３に強固に取着させることができる。

また、線路導体３ａにリード端子７をロウ材等の導電性接着剤を介して接合させても、隣り合う線路導体３ａ間で溶融したロウ材等の導電性接着剤が表面張力によって結合してしまうのを防止でき、隣り合う線路導体３ａが電気的に短絡するのを有効に防止することができる。

なお、図示していないが、平板部３ｂの上面の線路導体３ａと下面の線路導体３ａとの間に接地金属層を形成しておくと、上面の線路導体３ａと下面の線路導体３ａとの間の電気信号のクロストークを避けることができるとともに、この接地金属層がそれぞれの線路導体３ａの接地導体層として作用し、それぞれの線路導体３ａがマイクロストリップラインとして動作する。したがって、線路導体３ａに高周波信号を良好に伝送させることができるようになる。

以上の結果、枠体２の内側における入出力端子３の上面に、光半導体素子５と接続される線路導体３ａが微細に多数設けられ、小型化および集積化されたパッケージにおいても、入出力端子３の枠体２の外側では、外部部材との接続に十分な線路導体３ａの幅を確保することができる。

さらに、入出力端子３の平板部３ｂの上面に形成された線路導体３ａを外部部材の一主面に形成された配線導体にワイヤボンディング等を用いて電気的に接続するとともに、入出力端子３の下面に形成された線路導体３ａを外部部材の一主面に形成された配線導体にハンダ付けによって電気的に接続することもでき、パッケージを外部部材に実装する際の作業性を改善することができる。また入出力端子３の上面および下面に形成された線路導体３ａにそれぞれリード端子７を取着することで、上下のリード端子７間に外部部材を挟み込ませることができ、パッケージの外部部材の上下面に形成された配線導体への実装の作業性を極めて効率のよいものとすることができる。

以上の構成によって、本発明のパッケージが構成される。そして、上記構成のパッケージの基台１ｃにＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子５を鉛（Ｐｂ）−錫（Ｓｎ）またはＡｕ−Ｓｎ等の半田によって載置固定した後、光半導体素子５の電極と線路導体３ａの枠体２の内側の部位とをボンディングワイヤ等の電気的接続手段６で電気的に接続し、光ファイバ取付部材８のパッケージ外側から、光ファイバ９の先端を挿入するとともに、光ファイバ９の先端を光半導体素子５の光入出力部と光結合するように位置合わせして、光ファイバ取付部材８に光ファイバ９を保持固定し、枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属またはセラミックスなどから成る蓋体４を半田付け法または溶接法などにより枠体２の内側を塞ぐように取着し、光半導体素子５を気密に封止することで製品としての光半導体装置となる。

そして、枠体２の外側にある線路導体３ａが外部部材に電気的に接続されることによって、外部部材と光半導体素子５とは、線路導体３ａと電気的接続手段６を介して電気的に接続され、外部部材からの電気信号を受信または外部部材へ電気信号を送信することによって光半導体素子５が作動するようになる。

なお、本発明は上記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内で種々の変更を施すことは何等支障ない。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

本発明の一実施形態例として、上述のように半導体素子５として光半導体素子５を搭載したパッケージおよび光半導体装置を例に説明したが、これに限ることはない。例えば、光ファイバ取付部材８を設ける代わりに、一側面と対向する他端面にも凸部１ｂの上面に載置された状態で取着された入出力端子３を設け、この入出力端子３および凸部１ｂの少なくとも一部が枠体２の他方の切り欠き部２ａに嵌着されたものとしてもよい。

（ａ）は本発明の第１の実施の形態の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の斜視図である。本発明の第１の実施の形態の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の他の例を示す断面図である。（ａ）は本発明の第２の実施の形態の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の一例を示す断面図、（ｂ）は（ａ）の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置の斜視図である。（ａ）は従来の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を示す分解平面図、（ｂ）は（ａ）の半導体素子収納用パッケージおよび半導体装置を示す断面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：凸部
２：枠体
２ａ：切り欠き部
２ｂ：貫通孔
３：入出力端子
３ａ：線路導体
３ｄ：金属層
４：蓋体
５：半導体素子
８：光ファイバ取付部材
９：光ファイバ
１１：ネジ止め部
１１ａ：固定部

Claims

上側主面に半導体素子の載置部が形成された金属製の基体と、該基体の上側主面に前記載置部を取り囲むように設けられ、下端部が前記枠体の内外を貫通するように切り欠かれた金属製の枠体と、該枠体の切り欠き部に嵌着され、前記枠体の内外を電気的に導通する線路導体を有する入出力端子とを具備した半導体素子収納用パッケージにおいて、前記入出力端子は、その直下に設けられた、前記基体の上側主面に突出した凸部の上面に載置された状態で取着され、前記入出力端子と前記凸部の少なくとも一部が前記切り欠き部に嵌着されて成ることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
前記枠体の前記切り欠き部と対向する側面に設けられた前記枠体の内外を貫通する貫通孔とともに、該貫通孔に光ファイバが嵌着される取付部材を設けたことを特徴とする請求項１記載の半導体素子収納用パッケージ。
前記基体の前記凸部を挟んだ両側にネジ止め部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の半導体素子収納用パッケージ。
請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に基台を介して載置され、前記線路導体に電気的に接続された半導体素子と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする半導体装置。
請求項２または請求項３記載の半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に基台を介して載置され、発光部または受光部が前記貫通孔に対向するように配置されるとともに前記線路導体に電気的に接続された光半導体素子と、前記光ファイバ取付部材に前記光半導体素子の発光部または受光部と光結合するように取り付けられた光ファイバと、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする半導体装置。