JP2008235851A - 光半導体素子用ステム及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイ（金型）の寿命を延ばすことができると共に、所望の素子実装部を不具合なく立設して形成できる光半導体素子用ステムの製造方法を提供する。
【解決手段】金属部材１と、少なくとも中央部に凹部５２が設けられたダイ本体部５１と、ダイ本体部５１から分離されて凹部５２の一部に当接して配置されたダイ分割部５３とにより構成され、ダイ本体部５１とダイ分割部５３との上面の高さが異なる構造のダイ５０とを用意し、ダイ５０の上に金属部材１を配置し、パンチ５６によって金属部材１を押圧して凹部５２の空間部Ｂに金属部材１を押し込んで成形することにより、アイレット１の上に素子実装部２が立設する構造のステム部材を得る。
【選択図】図８

Description

本発明は、光半導体素子用ステム及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、光通信装置や光ディスク装置などに適用される半導体レーザ素子などが実装される光半導体素子用ステム及びその製造方法に関する。

従来、半導体レーザ素子や受光素子が実装される光半導体素子用ステムがある。従来の光半導体用ステムは、図１に示すように、円板状のアイレット１００と、その上に立設された金属立体で構成された素子実装部１１０と、アイレット１００に設けられた第１〜第３リード１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃとにより基本構成されている。

アイレット１００にはその厚み方向に貫通する貫通孔１００ｘが設けられており、その貫通孔１００ｘ内に第１、第２リード１２０ａ、１２０ｂが挿通され、ガラス１３０によって封着された状態で固定されている。また、第３リード１２０ｃはアイレット１００の下面に抵抗溶接によって固定されている。このようにして、第１、第２リード１２０ａ、１２０ｂはアイレット１００と電気的に絶縁された状態で設けられ、第３リード１２０ｃはアイレット１００に電気的に接続された状態で設けられている。

素子実装部１１０は半導体レーザ素子（不図示）が実装される実装側面Ｓを備えている。また、実装側面Ｓの前方のアイレット１００の部分には、底面がスロープ状となったへこみ部１００ａが形成されている。実装側面Ｓには半導体レーザ素子（不図示）が実装され、そのへこみ部１００ａの底面に受光素子（不図示）が実装される。そして、半導体レーザ素子及び受光素子は、ワイヤなどを介して所定のリード１２０ａ〜１２０ｃにそれぞれ電気的に接続される。

上記したようなアイレット上に素子実装部が立設する構造の半導体用ステムは、素子実装部に対応する凹部を備えたダイに円板状の金属部材を配置し、パンチによって金属部材をダイ側に押圧するプレス加工により一体成形されて形成される。

特許文献１には、鍛造金型において、パンチの寿命を延ばすために、パンチ本体を複数のパンチ要素に分割することが記載されている。

また、特許文献２には、冷間鍛造用金型において、成形時にバリが発生することを阻止すると共に、型部材へのクラックの発生を回避するために、上部ダイス及び下部ダイスに分割部を設けることが記載されている。
特開２０００−６２７号公報 特開平７−１７８４９３号公報

ところで、近年、半導体レーザ素子の高出力化によってチップ長が長くなり、これによってステムの素子実装部１１０の高さを高くする要求がある。しかも、キャップレス仕様のステムでは、半導体レーザ素子を外部衝撃から保護するために、素子実装部１１０の両側に前方に突出する防御部を設ける要求があり、素子実装部が複雑な形状となってきている。

そのような形状の素子実装部を形成するには、図２に示すように、ダイ２００の凹部２０２（素子実装部の形に対応）は単純な四角形などではなく、凹部２０２の内側に突出湾曲部２０３が突き出た複雑な形状となる。このため、プレス加工を行う際に、ダイ２００の凹部２０２の近傍の突出湾曲部２０３に部分的に大きな押圧ストレスがかることになる。従って、ダイ２００の突出湾曲部２０３が所望のプレス回数まで耐えることができず、途中で破損してしまうことが多く、コスト上昇を招きやすい。

本発明は、以上の課題を鑑みて創作されたものであり、ダイ（金型）の寿命を延ばすことができると共に、所望の素子実装部を不具合なく立設して形成できる光半導体素子用ステムの製造方法及び光半導体素子用ステムを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明は光半導体素子用ステムの製造方法に係り、金属部材と、少なくとも中央部に凹部が設けられたダイ本体部と、前記ダイ本体部から分離されて前記凹部の一部に当接して配置されたダイ分割部とにより構成され、前記ダイ本体部と前記ダイ分割部との上面の高さが異なる構造のダイとを用意する工程と、前記ダイの上に前記金属部材を配置し、パンチによって前記金属部材を押圧して前記凹部の空間部に前記金属部材を押し込んで成形することにより、アイレットの上に素子実装部が立設する構造のステム部材を得る工程とを有することを特徴とする。

本発明のステムの製造方法に用いられるダイは、少なくとも中央部に凹部が設けられたダイ本体部と、ダイ本体部から分離されて凹部の一部に当接して配置されたダイ分割部とが組み合わされて一つに形成されている。ダイ本体部の上面の高さは、ダイ分割部の上面の高さと異なっている。好適には、ダイ分割部の上面の高さがダイ本体部の上面の高さより高く設定される。そして、ダイの凹部の空間部に金属部材がプレス加工によって押し込まれて成形されて、アイレットとその上に立設する素子実装部とにより構成されるステム部材が得られる。

前述したように、本願発明者の経験によれば、図２に示すような突出湾曲部２０３が本体に繋がる構造のダイ２００では、凹部２０２の内側に突き出る突出湾曲部２０３の部分が破損しやすく、十分な寿命が得られない。

本発明では、図２の突出湾曲部２０３を本体から分離して、ダイ本体部の凹部内にダイ分割部を分離して配置している。従って、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ダイ分割部２０３ａに押圧ストレスが集中することなく、ダイ本体部２０１に分散されるので、ダイ全体としての強度が向上し、その寿命を延ばすことができる。

さらに、実験を重ねていったところ、ダイ本体部とダイ分割部を分離することでダイの強度は向上するものの、図４に示すように、プレス加工の際に、ダイ本体部２０１とダイ分割部２０３ａとの間に生じた隙間２０５に金属部材１００が入り込んでしまい、アイレット１００表面にバリ１００ｂが発生する不具合が発生することが判明した。種々の検討の結果、バリ１００ｂの発生を防止するためにはダイ本体部２０１とダイ分割部２０３ａの間で高さを変えて段差を設ければよいことが分かった。

以上のような改良された構成とすることにより、形成されたアイレット表面のバリの発生を防止しつつ、ダイの強度を向上させることができる。

ところで、より小さなステム部材を作製したり、より高さが高い素子実装部を作製する場合、これに応じてダイ分割部の立体形状が細長くなり、そのため、金属部材を成形する際の押圧力により、ダイ分割部は支えるものが何もない空間部の方に折れ曲がるという座屈を生じる恐れがある。この場合、ダイ本体部の凹部が中央部から周縁側に延び、これに対応してダイ分割部が中央部から周縁側に延びたダイを用いることで、ダイ分割部は空間部から見た奥行きが増大するため、座屈に対してより強くなる。

特に、ダイ分割部が中央部から周縁側に延びて、ダイ分割部の周縁側がダイに配置された金属部材から外側にはみ出るようにすることで、ダイ分割部の座屈に対する強度をより一層高めることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明は光半導体素子用ステムに係り、基体部を構成するアイレットと、前記アイレットの上に立設し、前記アイレットと一体的に形成されて実装側面を備えた素子実装部であって、前記素子実装部の前記実装側面の両端部に前方に突出する防御部が設けられた前記素子実装部とを有し、前記実装側面及び前記防御部の前方の前記アイレットの少なくとも中央部の上面は、前記アイレットの他の領域の上面とは、高さが相互に異なる平行面となっていることを特徴とする。

上記したステムの製造方法を使用することにより、本発明の光半導体素子用ステムが製造される。このため、本発明の光半導体素子用ステムでは、アイレットの少なくとも中央部の上面は、アイレットの他の領域の上面の高さと異なり、段差が生じた状態で形成される。本発明の光半導体素子用ステムは、ダイを使用するプレス加工によって製造される際に、バリが発生することもなく、十分なダイの寿命が得られるようになり、低コストで信頼性よく製造される。

なお、上記した図番、符号は発明の理解を容易にするために引用されたものであって、本発明を限定するものではない。

以上述べたように、本発明によれば、プレス加工により光半導体素子用ステムの構成部品を作製するためのダイの強度を向上させることができるため、ダイの寿命を延ばすことができる。しかも、作製される光半導体素子用ステムのアイレット表面においてバリの発生を防止することができるため、光半導体素子用ステムの品質向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。

（本発明の構成に至った経過）
前述した図２に示したように、ダイ２００の凹部２０２近傍の突出湾曲部２０３が破損しやすい問題の対策として、突出湾曲部２０３をダイ２００から分離させてプレス加工時のストレスを分散させる方法がある。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、そのようなダイ２０４は、凹部２０２が設けられたダイ本体部２０１と、ダイ本体部２０１と分離されて凹部２０２の側面の一部に当接されて配置されたダイ分割部２０３ａとにより構成される。また、図３（ｃ）に示すように、分離されたダイ本体部２０１とダイ分割部２０３ａの各当接面Ａは同一の高さとなっている。このようなダイ２０４の当接面Ａに円板状の金属部材（不図示）が配置され、金属部材がパンチ（不図示）で押圧されて、アイレット上に素子実装部が立設する構造のステム部材が製造される。

このとき、ダイ分割部２０３ａはダイ本体部２０１から分離されているので前述した破損しやすい問題は解決されるものの、図４に示すように、分離されたダイ本体部２０１とダイ分割部２０３ａとの間のクリアランス（隙間）２０５に金属部材１００が入り込んでしまう。これに伴って、アイレット１００表面にバリ１００ｂが発生する問題が新たに発生する。

これを解決するため、本願発明者は種々の実験を行い、検討した結果、図７（ａ）〜（ｃ）に示すように、相互に分離されたダイ本体部５１とダイ分割部５３の間でそれらの高さが異なるようにして段差５５を設けることにより、プレス加工時に、それらの間のクリアランス（隙間）５４の影響を受けなくなり、バリが発生することを防止できることを見出した。

（第１の実施の形態）
図５乃至図６を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体素子用ステムについて以下に説明する。

図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る光半導体素子用ステムの構成を示す斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のII−II線に沿う断面図である。図６は、図５の光半導体素子用ステムに光半導体素子及び受光素子を実装した例を示す斜視図である。

最初に、本発明の第１の実施形態に係る光半導体素子用ステムの構成について説明する。

その光半導体素子用ステムは、図５（ａ）に示すように、円板状のアイレット１と、その上に立設された金属立体で構成された素子実装部２と、アイレット１に設けられた第１〜第３リード３ａ、３ｂ、３ｃとにより基本構成されている。アイレット１と金属立体で構成された素子実装部２とは、プレス加工により一体的に形成され、その材料としては、鉄、銅、又は鉄／銅／鉄から構成されるクラッド材などが好適に使用される。

アイレット１にはその厚み方向に貫通する貫通孔１ｘが設けられており、その貫通孔１ｘ内に第１、第２リード３ａ、３ｂ（封着リード）が挿通され、ガラス４によって封着された状態で固定されている。また、第３リード３ｃ（溶接リード）はアイレット１の下面に抵抗溶接によって固定されている。このようにして、第１、第２リード３ａ、３ｂはアイレット１と電気的に絶縁された状態で設けられ、第３リード３ｃはアイレット１に電気的に接続された状態で設けられている。第１〜第３リード３ａ〜３ｃの材料として、鉄・ニッケル合金（鉄６７％、ニッケル３２％、その他からなる通称コバール）を用いることができる。

素子実装部２は半導体レーザ素子が実装される実装側面Ｓを備えている。さらに、本実施形態のステムはキャップレスで使用されるため、実装した素子を防護する目的で、実装側面Ｓの両側から前方に突出する防御部２ｘを備えている。また、実装側面Ｓの前方のアイレット１の表面には、底面がスロープ状となったへこみ部１ｃが形成されている。図６に示すように、実装側面Ｓにはサブマウント５を介して半導体レーザ素子６が実装され、そのへこみ部１ｃの底面に受光素子７が実装される。そして、半導体レーザ素子６及び受光素子７は、ワイヤなどを介して所定のリード３ａ〜３ｃにそれぞれ電気的に接続される。

さらに、その光半導体素子用ステムでは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、ステムの素子実装部２の前方のアイレット１の中央部１ｂの上面の高さは、アイレット１の周縁部１ａの上面の高さと異なっている。つまり、アイレット１表面に０．０５〜０．１ｍｍ（好適には０．０７ｍｍ前後）の段差１ｄが形成されている。図５（ａ）、（ｂ）の例では、アイレット１の中央部１ｂが周縁部１ａより凹んだ形状となっており、それらの上面は相互に平行面となっている。その中央部１ｂ内に第１、第２リード３ａ、３ｂ、及びへこみ部１ｃが設けられている。

以上のように、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体素子用ステムでは、素子実装部２の前方のアイレット１の領域に段差１ｄが設けられており、これによって中央部１ｂと周縁部１ａが画定されている。

このような構造の光半導体素子用ステムは、図７（ａ）〜（ｃ）に示すダイ５０（金型を構成する上型と下型のうち下型に相当する。）を用いることによって製造される。ダイ５０は、ダイ本体部５１とその凹部５２の中に挿入されたダイ分割部５３とにより構成される。凹部５２にダイ分割部５３が配置されることで空間部Ｂが構成される。上記したステムの素子実装部２はダイ５０の凹部５１の空間部Ｂに金属部材が押圧されて形成され、アイレット１はダイ分割部５３及びダイ本体部５１の当接面Ａで金属部材が押圧されて形成される。

さらに、図７（ｃ）に示すように、ダイ本体部５１とダイ分割部５３との間に段差５５が設けられており、この段差５５によって上記したアイレット１表面に段差１ｄが形成される。

後に詳しく説明するように、ダイ本体部５１とダイ分割部５３とで構成されるダイ５０を用いることにより、ダイ分割部５３に集中する押圧ストレスが分散されてダイ５０の強度を向上させることができる。さらに、ダイ５０の段差５５により、そのダイ５０を用いて作製されるステムのアイレット１表面においてバリの発生を防止することができるので、ステムの品質向上を図ることができる。

（第２の実施の形態）
図５及び図７乃至図１０を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法についてさらに詳しく説明する。

図７（ａ）は、ダイ５０全体を示す斜視図であり、同図（ｂ）は、ダイ５０の当接面Ａを示す上面図であり、同図（ｃ）は、同図（ｂ）のIII-III線に沿う断面図である。

図８は、金属部材１をプレス加工する工程を示す斜視図である。図９（ａ）は、金属部材１が金型５０に実際に押圧された時の図８のIV-IV線に沿う断面図である。図９（ｂ）は、金属部材１がダイ５０側に実際に押圧された時の図８のV-V線に沿う断面図である。

図１０は、プレス加工により一体的に作製されたアイレット１及び素子実装部２の斜視図である。

本発明の第２の実施形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法では、まず、図７（ａ）〜（ｃ）に示すダイ５０を用意する。ダイ５０は、超硬合金（タングステンカーバイド（ＷＣ））から形成され、前述したように、ダイ本体部５１とその凹部５２に挿入されたダイ分割部５３とにより構成される。ダイ分割部５３がダイ本体部５１の凹部５２に挿入されて、残った空間部Ｂがステムの素子実装部の形に対応するようになっている。ダイ分割部５３はステムのアイレットの中央部に対応する。また、ダイ分割部５３の両側にはくぼみ部５３ｘが設けられており、そのくぼみ部５３ｘと凹部５２の側面によって前述したステムの素子実装部２の防御部２ｘを形成するため空間部が構成される。ダイ本体部５１とダイ分割部５３との間にはクリアランス（隙間）５４が生じ、かつ０．０５〜０．１ｍｍの段差５５（図７（ｃ））が設けられている。なお、符号Ｃで示す領域は、ダイ５０上に配置される円板状の金属部材１の大きさに対応する金属部材対応部を示す。金属部材対応部Ｃは当接面Ａと一致する。

このようなダイ５０を用い、図８に示すように、ダイ５０の当接面Ａに円板状の金属部材１を載せてその上からパンチ５６（金型の上型及び下型のうち上型に相当）で押圧する。金属部材１として、鉄、銅、又は鉄／銅／鉄から構成されるクラッド材が好適に用いられる。

このプレス加工により、図９（ａ）に示すように、ダイ５０の凹部５２の空間部Ｂに金属部材１が押し込まれて成形されて金属立体からなる素子実装部２が形成されるとともに、ダイ本体５１及びダイ分割部５３の当接面Ａによりアイレット１が形成される。このとき、ダイ５０には、ダイ本体部５１とダイ分割部５３との間に段差５５が設けられているため、図９（ｂ）に示すように、ダイ本体部５１とダイ分割部５３の間のクリアランス（隙間）５４内に金属部材１が入り込むことが防止される。

次いで、プレス加工の完了した金属部材１をダイ５０から取り出す。これにより、図１０に示すように、プレス加工の完了した金属部材１（ステム部材）が得られる。この金属部材１（ステム部材）は、中央部１ｂと周縁部１ａとの間に段差１ｄを有するアイレット１と、その上に立設された実装側面Ｓを備えた金属立体からなる素子実装部２とが一体的に形成されて構成される。素子実装部２の実装側面Ｓの実装部及び防御部２ｘは、アイレット１の中央部１ｂ側に向けて突出して形成される。この段階では、へこみ部１ｃ、貫通孔１ｘ、及びリード３ａ〜３ｃはまだ形成されていない。

この後、図５に示すように、アイレット１の中央部１ｂにへこみ部１ｃ、及び貫通孔１ｘを形成する。さらに、アイレット１の周縁部に位置決め用の一対の三角形状の切り欠き部８ａと、方向表示用の四角形状の切り欠き部８ｂとが形成される。

続いて、アイレット１の貫通孔１ｘにリード３ａ，３ｂをガラス封着して固定すると共に、リード３ｃをアイレット１の裏面に抵抗溶接する。

このようにして、図５に示すような光半導体素子用ステムが得られる。

以上のように、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法によれば、プレス加工に用いるダイ５０において、押圧ストレスが集中しやすい部分をダイ分割部５３としてダイ本体部５１から分離することにより、ダイ本体５１に応力が分散されるため、ダイ分割部５３の破損が防止されてダイ５０全体としての強度が向上する。

本実施形態の使用されるダイ５０は、従来のダイの５０倍以上のプレス加工に耐えることができ、ダイの寿命を格段に延ばすことができる。

さらに、ダイ５０は、ダイ本体部５１とダイ分割部５３との間で高さを異なるようにして段差５５を設けているため、プレス加工の際に、ダイ本体部５１とダイ分割部５３との間の隙間５４に金属部材１が入り込むことが防止される。これにより、作製されるステムのアイレット１表面においてバリの発生が防止され、ステムの品質及び歩留りの向上を図ることができる。

（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態に係る光半導体素子用ステムについて図１１及び図１２を参照して説明する。

図１１（ａ）は、第３の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの構成を示す斜視図である。図１１（ｂ）は、VI-VI線に沿う断面図である。

図１２は、段差の高低は逆であるが、図７と類似した金型を用いて金属部材１１をプレス加工した後における、図１１（ａ）のVI-VI線に沿う部分に対応する部分の状態を示す断面図である。

第３の実施の形態に係る光半導体素子用ステムは、図５に示す第１の実施の形態に係る光半導体素子用ステムと比較して、図１１（ａ）に示すように、アイレット１１の中央部１ｂと周縁部１ａの間に段差１ｅが形成されていることは同じであるが、段差１ｅの高低が図５の形態とは逆になっていることである。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、段差１ｅでは、中央部１ｂの上面の高さがその周縁部１ａの上面の高さより高く設定されている。なお、この例では、図１１（ａ）に示す光半導体素子用ステムの全高を図５（ａ）に示す光半導体素子用ステムと同じとした場合、図５に示す光半導体素子用ステムよりも、アイレット１１の中央部１ｂが高くなっている分だけ素子実装部２ａの高さが低くなる。第１及び第３の実施の形態に係る光半導体素子用ステムは、半導体レーザ素子のチップサイズに応じて使い分けることができる。

上記した図１１（ａ）に示すアイレット１１と素子実装部２ａとが一体成形されたステムの構成部品をプレス加工により作製するため、図７と段差の高低は逆であるが、図７と類似のダイを用いる。すなわち、図１２に示すように、ダイ５０ａはダイ本体部５１とそれから分離されたダイ分割部５３とにより構成され、ダイ分割部５３の高さがダイ本体部５１の高さよりも低く設定されている。このダイ５０ａを用いてプレス加工を行うと、図１１（ａ）に示すような中央部１ｂの高さが周縁部１ａの高さより高いアイレット１１が作製される。

第３の実施の形態においても、第１の実施形態と同様に、ダイ本体部５１とダイ分割部５３との間の段差５５ａにより、それらの隙間５４に金属部材１１が入り込むことが防止され、アイレット１１表面にバリが発生することが防止される。

以上のように、第３の実施の形態によれば、第１の実施例と同様に、段差５５ａの高低は逆であるが、図７と類似のダイを用いているため、その金型の強度を向上させることができ、金型の寿命を延ばすことができる。

また、作製されるステムのアイレット１１表面においてバリの発生が防止されるため、ステムの品質及び歩留りの向上を図ることができる。

（その他の実施形態）
図１３には、変形例のダイ６０の構造が示されている。図１３に示すように、変形例のダイ６０では、ダイ６０のダイ分割部６３の形状が図７（ｂ）のダイ５０と異なっている。すなわち、ダイ分割部６３の凹部６２に当接する対向する２辺に、ダイ本体部６１側に食い込む突出部６３ａがそれぞれ設けられている。つまり、ダイ分割部６３側からみて空間部Ｂ側の方向に対して垂直方向のダイ分割部６３の凹部６２との当接部に、外側に食い込む突出部６３ａを設ければよい。

これにより、プレス加工する際に押圧力が水平方向（図１３では上側）にかかる場合があっても、凹部６２に挿入されたダイ分割部６３はその突出部６３ａによって凹部６２内にほぼ固定された状態となって空間部Ｂ側に移動しなくなり、安定してプレス加工を行うことができる。

また、図１３と逆に、図１３のダイ分割部６３の突出部６３ａをくぼみ部にし、ダイ本体部６１にそのくぼみ部に対応する突出部が設けられた構造としてもよい。この場合も同様に、凹部６２に挿入されたダイ分割部６３が凹部６２側に移動しにくくなる。

なお、変形例のダイ６０においても、図７（ａ）と同様に、分離されたダイ金型部材６１と６３の間には段差が設けられており、同様な効果を奏する。

（第４の実施の形態）
上述した実施の形態（図７(ａ)及び（ｂ））及び変形例（図１３）において、直径５．６mmφのアイレットを有するステムの作製に用いた金型のダイ５０、６０では成形の際の押圧力に対して十分な強度が得られた。

これに対して、より小さな直径、例えば３．８mmφのアイレットを有するステムを作製する場合、アイレットの直径が小さくなるのに応じて金型のダイ５０、６０を構成するダイ分割部５３、６３の幅及び空間部Ｂに面する奥行きを小さくする必要がある。その場合、ダイ分割部５３、６３の立体形状が細長くなるため、ダイ分割部５３、６３は、成形の際の押圧力に耐え切れずに支えるものが何もない空間部Ｂ側に折れ曲がる（座屈と称する。）恐れがある。或いは、座屈加重に対する安全率が低下してしまう。なお、安全率とは、部材が破壊・変形しない応力（許容応力）に対する、部材が破壊・変形する応力（極限応力）の比を言う。

または、レーザの高出力化を図るべくチップの長さを長くするなどのために素子実装部２の高さを高くする場合、ダイ分割部５３、６３の当接面Ａの面積が同じでもダイ分割部５３、６３の立体形状が細長くなるため、やはりダイ分割部５３、６３の座屈が生じる恐れがあり、或いは座屈加重に対する安全率が低下してしまう。

この実施形態では、その場合の対策となる構成について説明する。

図１４（ａ）乃至（ｂ）を参照して、座屈への対策を講じた本発明の第４の実施形態に係る光半導体素子用ステムについて以下に説明する。

図１４（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る光半導体素子用ステムの構成を示す斜視図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のVII−VII線に沿うアイレット２１の断面図であり、図１４（ａ）の素子実装部２の横の周縁部１ａから素子実装部２の前方の中央部１ｂにかけて（図中（１）〜（２））のアイレット２１の断面図と、素子実装部２の前方の中央部１ｂから周縁部１ａａにかけて（図中（２）〜（３））のアイレット２１の断面図とを合成したものである。

第４の実施形態に係る光半導体素子用ステムにおいて、第１の実施形態に係る光半導体素子用ステム（図５）と異なるところは、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、直径３．８mmφの小さなアイレットを備えている点と、素子実装部２の前方の中央部１ｂから周縁部１ａａにかけてアイレット２１の表面が平坦（上面が同じ高さ）でかつアイレット２１の他の領域よりも低くなっている点とである。なお、図１４（ａ）中、図５（ａ）と同じ符号で示すものは図５（ａ）と同じものを示す。

このような構造の光半導体素子用ステムは、図１５（ａ）乃至（ｃ）に示す金型のダイ７０を用いて、前述した第２の実施形態に係る方法（図８）と同様な方法によって製造される。

次に、図１５（ａ）乃至（ｃ）を参照して、本発明の第４の実施形態に係る光半導体素子用ステムを製造するための金型のダイ７０の構成について説明する。

図１５（ａ）は、金型のダイ７０の構成について示す斜視図であり、図１５（ｂ）は同じく上面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）におけるVIII-VIII線に沿う断面図である。

図１５（ａ）乃至（ｃ）に示すダイ７０は、前述した第２実施形態の図７(ａ)乃至（ｃ）に示すダイ５０と比べて、凹部７２が金属部材対応部Ｃの中央部から周縁を超えて拡張され、これに対応して、ダイ分割部７３も金属部材対応部Ｃの中央部から周縁を超える領域まで拡大されている点で異なる。図１５（ａ）乃至（ｃ）中、符号Ｄは、金属部材対応部Ｃの周縁を超えてはみ出したダイ分割部７３のはみ出し部を示す。なお、図７(ａ)乃至（ｃ）に示すダイ５０では、凹部７２は金属部材対応部Ｃの周縁よりも内側で、中央部に限定され、これに対応して、ダイ分割部５３も金属部材対応部Ｃの中央部に限定されている。

また、この実施形態のダイ７０は、ダイ分割部７３の両側にくぼみ部７３ｘを有し、ダイ分割部７３の空間部Ｂに対向する境界形状は、全体として図７(ａ)及び（ｂ）に示すダイ分割部５３と相似している。ダイ分割部７３の上面はダイ本体部７１の上面より高くなっている。なお、図１５（ａ）乃至（ｃ）中、符号７４はダイ本体部７１とダイ分割部７３の間のクリアランス（隙間）を示し、Ａは金属部材の当接面を示す。

以上のように、この実施形態に係るダイ７０によれば、ダイ分割部７３は空間部Ｂから見た奥行きが増大しているため、成形の際の押圧力による空間部Ｂ側への座屈に対してより強くなり、さらに座屈加重に対する安全率を高めることができる。実験では、座屈加重に対する安全率を４以上確保できた。また、図２に示す一体型ポンチに比べて１０倍以上長い寿命を得た。

特に、ダイ分割部７３が中央部から周縁側に延びて、ダイ分割部７３の周縁側がダイ７０に配置された金属部材から外側にはみ出るようにすることで、空間部Ｂ側への座屈に対する耐性をより一層高めることができる。

次に、図１６（ａ）、（ｂ）を参照して、図１５（ａ）乃至（ｃ）に示すダイ７０の変形例について説明する。図１６（ａ）、（ｂ）は、ダイ７０の変形例を示す上面図である。

図１６（ａ）に示すダイ８０、及び図１６（ｂ）に示すダイ９０では、ともに、ダイ分割部８３、９３の奥行きが金属部材対応部Ｃの中央部から周縁を超える領域まで拡大されており、その点は図１５（ｂ）のダイ７０と同じである。一方で、そのダイ７０と異なり、図１６（ａ）に示すダイ８０では、ダイ分割部８３の幅が金属部材対応部Ｃの中央部から周縁側にかけて漸次広くなっており、図１６（ｂ）に示すダイ９０では、ダイ分割部９３の幅が金属部材対応部Ｃの周縁部で中央部よりも狭くなり、さらに金属部材対応部Ｃの周縁を超えた領域で再び幅が広くなっている。

また、くぼみ部８３ｘ、９３ｘを含む、ダイ分割部８３、９３の空間部Ｂに対向する境界形状は、全体として図１４（ｂ）に示すダイ分割部７３と同じになっている。なお、図１６（ａ）、（ｂ）中、符号８１、９１は、ダイ本体部を示し、８４、９４は、ダイ本体部８１、９１とダイ分割部８３、９３の間のクリアランス（隙間）を示し、Ａは金属部材の当接面を示す。なお、ダイ本体部８１、９１とダイ分割部８３、９３の間の段差は、ダイ分割部８３、９３の方がダイ本体部８１、９１よりも高くなっていてもよいし、逆に、低くなっていてもよい。

以上のように、変形例のダイ８０、９０においても、ダイ分割部８３、９３は、図７(ａ)及び（ｂ）に示すダイ分割部５３、６３と比較して、金属部材対応部Ｃの中央部から周縁を越えて奥行きが増大しているため、成形の際の押圧力による空間部Ｂ側への座屈に対してより強くなり、さらに座屈加重に対する安全率をより高めることができる。実験では、座屈加重に対する安全率を４以上確保でき、かつ一体型ポンチに比べて１０倍以上長い寿命を得た。

さらに、図１６（ａ）に示すダイ８０では、図１３に示すダイ６０と同様に、ダイ分割部８３がダイ本体部８１に食い込む突出部を有しているため凹部８２に挿入されたダイ分割部８３が凹部８２側に移動するのを抑制することができる。図１６（ｂ）に示すダイ９０では、図１６（ａ）と逆に、ダイ分割部９３にくぼみ部を設け、ダイ本体部９１にそのくぼみ部に対応する突出部を設けているため、凹部９２に挿入されたダイ分割部９３が凹部９２側に移動するのを抑制することができる。

なお、第４の実施形態では、小さなアイレットを備えた光半導体素子用ステムの作製に本発明を適用しているが、アイレットの大きさが上述した第１の実施形態の図５に示すものと同じで、かつ素子実装部の高さを高くした光半導体素子用ステムの作製にも本発明を適用することができる。この場合、使用するダイに関して、ダイ分割部の高さを素子実装部の高さに応じて高くし、ダイ分割部の上面形状を上述した図１５（ｂ）、図１６（ａ）、（ｂ）と同じようにする。

また、図１５（ｂ）、図１６（ａ）、（ｂ）では、ダイ分割部７３、８３、９３が中央部から周縁側に延びて、ダイ分割部７３、８３、９３の周縁側が金属部材対応部Ｃから外側にはみ出している構成となっているが、ダイ分割部が中央部から周縁側に延びて空間部Ｂ側から見た奥行きが増大している構成となっていればよい。

図１は、従来技術の光半導体素子用ステムの一例を示す斜視図である。 図２は、従来技術の光半導体素子用ステムの構成部品の製造に用いられる金型を示す斜視図である。 図３（ａ）は、関連技術の光半導体素子用ステムの構成部品の製造に用いられる金型を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の金型のダイの当接面の形状を示す上面図であり、図３（ｃ）は、図３（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿う断面図である。 図４は、関連技術の光半導体素子用ステムの構成部品の製造に用いられる金型によりプレス加工した後の状態を示す断面図である。 図５（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの構成を示す斜視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のII−II線に沿う断面図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態に係る光半導体素子用ステムに素子を実装した様子を示す斜視図である。 図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法においてステムの構成部品のプレス加工に用いられる金型を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の金型のダイの当接面の形状を示す上面図であり、図７（ｃ）は、図７（ｂ）のIII−III線に沿う断面図である。 図８は、本発明の第２の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法においてステムの構成部品をプレス加工により作製する工程を示す斜視図である。 図９（ａ）は、図８の工程において金属部材をプレス加工したときの状態を示す、図９（ａ）のIV−IV線に沿う断面図であり、図９（ｂ）は、同じく、図９（ａ）のV−V線に沿う断面図である。 図１０は、図８の工程におけるプレス加工により作製された光半導体素子用ステムの構成部品の斜視図である。 図１１（ａ）は、本発明の第３の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの構成を示す斜視図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のVI−VI線に沿う断面図である。 図１２は、本発明の第３の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法に用いられる金型によるプレス加工の工程を示す断面図である。 図１３は、本発明のその他の実施形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法に用いられる金型のダイの当接面の形状を示す上面図である。 図１４（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの構成を示す斜視図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のVII−VII線に沿う断面図である。 図１５（ａ）は、本発明の第４の実施の形態に係る光半導体素子用ステムの製造方法においてステムの構成部品のプレス加工に用いられる金型を示す斜視図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）の金型のダイの当接面の形状を示す上面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ｂ）のVIII−VIII線に沿う断面図である。 図１６（ａ）、（ｂ）は、図１５の変形例に係る金型のダイの当接面の形状を示す上面図である。

符号の説明

１，１１，２１…アイレット、１ａ，１ａａ…周縁部、１ｂ…中央部、１ｄ，１ｅ，５５，５５ａ，７５…段差、１ｘ…貫通孔、２，２ａ…素子実装部、２ｘ…防御部、３ａ，３ｂ，３ｃ…リード、４…ガラス、５…サブマウント、６…半導体レーザ素子、７…受光素子、８ａ，８ｂ…切り欠き部、５０，５０ａ，６０，７０，８０，９０…ダイ（下型）、５１，６１，７１，８１，９１…ダイ本体部、５２，６２，７２，８２，９２…凹部、５３，６３，７３，８３，９３…ダイ分割部、５３ｘ，７３ｘ，８３ｘ，９３ｘ…くぼみ部、５４，７４，８４，９４…クリアランス（隙間）、５６…パンチ（上型）、６３ａ…突出部、Ａ…当接面、Ｂ…空間部、Ｃ…金属部材対応部、Ｄ…はみ出し部、Ｓ…実装側面。

Claims (12)

1. 金属部材と、少なくとも中央部に凹部が設けられたダイ本体部と、前記ダイ本体部から分離されて前記凹部の一部に当接して配置されたダイ分割部とにより構成され、前記ダイ本体部と前記ダイ分割部との高さが異なる構造のダイとを用意する工程と、
   前記ダイの上に前記金属部材を配置し、パンチによって前記金属部材を押圧して前記凹部の空間部に前記金属部材を押し込んで成形することにより、アイレットの上に素子実装部が立設する構造のステム部材を得る工程とを有することを特徴とする光半導体素子用ステムの製造方法。
2. 前記素子実装部はその実装側面の両端部に前方に突出する防御部を備えて形成され、前記ダイ分割部は、その両側にくぼみ部が設けられており、前記くぼみ部と前記凹部の側面により構成される空間部によって前記素子実装部と一体的に前記防御部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
3. 前記ダイ本体部の凹部は前記中央部から周縁側に延び、かつ前記ダイ分割部は前記中央部から前記周縁側に延びており、前記ステム部材を得る工程において、前記ダイ分割部の前記周縁側が前記金属部材から外側にはみ出した状態で、前記金属部材が前記ダイの上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
4. 前記ダイ分割部の高さは、前記ダイ本体部の高さより高く設定されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
5. 前記ダイ分割部が前記凹部の前記空間部側に移動しないように、前記ダイ分割部の前記凹部に当接する対向する２辺に、前記ダイ本体部側に食い込む突出部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
6. 前記ダイ本体部の上面と前記ダイ分割部の上面との段差は、０．０５乃至０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
7. 前記金属部材は、鉄、銅、又は鉄／銅／鉄から構成されるクラッド材からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
8. 基体部を構成するアイレットと、
   前記アイレットの上に立設し、前記アイレットと一体的に形成されて実装側面を備えた素子実装部であって、前記素子実装部の前記実装側面の両端部に前方に突出する防御部が設けられた前記素子実装部とを有し、
   前記実装側面及び前記防御部の前方の前記アイレットの少なくとも中央部の上面は、前記アイレットの他の領域の上面と高さが相互に異なる平行面となっていることを特徴とする光半導体素子用ステム。
9. 前記実装側面及び前記防御部の前方の前記アイレットの少なくとも中央部の上面の高さは、前記アイレットの他の領域の上面の高さより低くなっていることを特徴とする請求項８に記載の光半導体素子用ステム。
10. 前記実装側面及び前記防御部の前方では、前記アイレットは前記中央部から周縁部にかけてその上面が同じ高さになっていることを特徴とする請求項８に記載の光半導体素子用ステム。
11. 前記素子実装部の前記実装側面に発光素子が実装され、
    前記アイレットの前記中央部内に、受光素子が実装されるへこみ部が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の光半導体素子用ステム。
12. 前記アイレットの前記中央部内に設けられた貫通孔に封着された封着リードと、
    前記アイレットの下面に溶接された溶接リードとをさらに有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一項に記載の光半導体素子用ステム。

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