JP2010034298A

JP2010034298A - 受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置

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Publication number: JP2010034298A
Application number: JP2008194977A
Authority: JP
Inventors: Takeo Satake; 猛夫佐竹
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-07-29
Filing date: 2008-07-29
Publication date: 2010-02-12
Anticipated expiration: 2028-07-29
Also published as: JP5173647B2

Abstract

【課題】光信号の損失を抑制できる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置を提供すること。
【解決手段】受光素子用サブキャリアは、上面１ａと側面１ｂとを有するとともに、側面１ｂに受光素子４が搭載されるべき実装面１ｃを有し、且つ、上面視して、実装面１ｃと光源７とが所定角度をなして配される基体１と、実装面１ｃに設けられ、受光素子４を囲うようにコ字状に配された導体２と、を具備し、上面１ａ側にコ字状の導体２の開口２ａを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、受光素子を搭載するための受光素子用サブキャリアおよびそれを具備した光半導体装置に関する。

従来の受光素子用サブキャリアは、受光素子を実装するための素子実装面と、受光素子の電極に電気的に接続される電気的パターンとを有しており、この受光素子用サブキャリアの素子実装面に受光素子を実装し、電気的パターンと受光素子とをボンディングワイヤを介して電気的に接続することにより、受光素子を含む電気回路が形成される（例えば、特許文献１参照）。

受光素子には、光源となる光ファイバが光結合されており、光源から照射される光信号の強度変化に応じて、受光素子から電気信号が出力される。
特開平１０−２２３９２３号公報

しかしながら、従来の受光素子用サブキャリアは、誘電体から形成されるために熱伝導率が低いので、受光素子を実装するための素子実装面付近に受光素子から発生する熱がこもってしまう場合があり、受光素子の作動性が低下してしまうという問題点があった。

そこで、受光素子の作動性を向上できる受光素子用サブキャリアが望まれていた。

本発明の受光素子用サブキャリアは、上面と側面とを有するとともに、該側面に受光素子が搭載されるべき実装面を有し、且つ、上面視して、前記実装面と光ファイバとが所定角度をなして配される基体と、前記実装面に設けられ、前記受光素子を囲うようにコ字状に配された導体と、を具備し、前記基体の一辺側に前記コ字状の前記導体の開口を有していることを特徴とする。

上記受光素子用サブキャリアにおいて、前記基体の上面側に、前記コ字状の前記導体の開口を有するのが好ましい。

上記受光素子用サブキャリアにおいて、前記導体は、前記基体の上面まで延出されているのが好ましく、さらに、前記受光素子側から外側にかけて順次厚く形成されているのが好ましい。

また、前記導体は、ＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均表面粗さＲａが０．２以上であるのが好ましく、さらに、その表面に、金被膜を有するのが好ましい。

また、上記受光素子用サブキャリアにおいて、前記基体は、セラミックスから成るのが好ましい。

本発明の光半導体装置は、上記構成の受光素子用サブキャリアと、前記実装面に搭載された受光素子と、を具備したことを特徴とする。

本発明の受光素子用サブキャリアは、上面と側面とを有するとともに、該側面に受光素子が搭載されるべき実装面を有し、且つ、上面視して、前記実装面と光源とが所定角度をなして配される基体と、前記実装面に設けられ、前記受光素子を囲うようにコ字状に配された導体と、を具備し、前記基体の一辺側に前記コ字状の前記導体の開口を有していることから、受光素子から熱が発生したとしても、コ字状の導体で受光素子から発生した熱をコ字状の導体の全面に拡散させることができ、素子実装面周辺に熱がこもるのを防止することができる。それゆえ、受光素子の作動性を向上できる受光素子用サブキャリアとすることができる。

上記受光素子用サブキャリアは、前記基体の上面側に、前記コ字状の前記導体の開口を有することから、受光素子の一方の極が接続される配線を開口から上面に引き回すことができる。さらに、コ字状の導体を上面に延出させることができる。それゆえ、上面に配線が形成され、ボンディングワイヤ等により外部との接続が容易な受光素子用サブキャリアとすることができる。

本発明の光半導体装置は、上記構成の受光素子用サブキャリアと、前記実装面に搭載された受光素子と、を具備したことから、受光素子に熱がこもるのを防止して、受光素子の温度上昇を防止でき、正常かつ安定に作動する光半導体装置とすることができる。

以下、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置について詳細に説明する。

図１は、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置について一実施形態を示す斜視図である。また、図２は本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置の実施の形態の他の例を示す斜視図である。図３（ａ），図３（ｂ）は、それぞれ図１に示す光半導体装置を光半導体素子収納用パッケージ内部に実装した状態の例を示す平面図である。

図中、１は基体、１ａは基体１の上面、１ｂは基体１の側面、１ｃは側面１ｂに設けられた受光素子４が搭載される実装面、２は受光素子４を囲うように配された導体（コ字状の導体）、４は実装面１ｃに搭載された受光素子を示す。

本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアは、上面１ａと側面１ｂとを有する基体１を備える。基体１の側面１ｂは受光素子４が搭載されるべき実装面１ｃを有し、実装面１ｃの周囲には、受光素子４を囲うようにコ字状に配された導体２が形成されている。また、基体１は、実装面１ｃと光源７となる光ファイバの延びる方向とが成す角度が所定角度θとなるように配される。光源７は例えば光ファイバから成り、光源７と受光素子４とは光結合するように配置される。

この構成により、受光素子４から熱が発生したときに、コ字状の導体２で受光素子４から発生した熱をコ字状の導体２の全面に拡散させることができ、実装面１ｃ周辺にこもる熱を拡散することができる。それゆえ、受光素子４の作動性を向上できる受光素子用サブキャリアとすることができる。

またこの構成により、光源７と受光素子４の位置関係によっては、光源７の先端から放射される光の一部が受光素子４外に拡散されて放射されても、コ字状の導体２で拡散した光信号が反射され効果的に受光素子４へ導くこともできる。

本実施形態にかかる光装置は、上記構成の受光素子用サブキャリアと、実装面１ｃに搭載された受光素子４とを備えているので、受光素子４に熱がこもるのを防止して、受光素子４の温度上昇を防止でき、正常かつ安定に作動する光半導体装置とすることができる。

以下、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置について、各構成要素について詳細に説明する。

基体１の、少なくとも導体２，第２導体３等の金属層が配線パターン状に被着形成されている箇所は誘電体が用いられる。基体１を構成する誘電体としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質セラミックス，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質セラミックス，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質セラミックス等のセラミックスや樹脂やガラス等が用いられる。

基体１の導体２，第２導体３等の金属層が被着形成されている箇所を除く部位は、金属から成っていてもよい。すなわち、金属の下地に誘電体を介して導体２および第２導体３等の金属層が被着されていてもよい。なお、図１，図２，図３において、導体２および第２導体３等の金属層にはクロスハッチングを付している。

基体１を構成する金属としては、例えば、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金，銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ），Ｃｕ−モリブデン（Ｍｏ），Ｃｕ，アルミニウム（Ａｌ），ステンレス鋼（ＳＵＳ）等である。金属から成る場合、実装面１ｃに実装される受光素子４から熱が発生する場合であっても効率良く熱放散させることができるという利点がある。

基体１は、側面１ｂにフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子４が搭載されるべき実装面１ｃを有している。図１，図２に示す例では、実装面１ｃが、受光素子４の正極または負極のうち一方の極がフリップチップ実装される電極としての機能も兼ね備えており、金属層から成っている。以下、この金属層を第２導体３として説明する。

受光素子４は、実装面１ｃに金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）半田，Ａｕ−ゲルマニウム（Ｇｅ）半田，銀（Ａｇ）−Ｓｎ半田等の半田やエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、シリコーン樹脂系等の樹脂接着剤を用いて接着固定することで基体１に実装される。

Ａｕ−Ｓｎ半田，Ａｕ−Ｇｅ半田，Ａｇ−Ｓｎ半田等の半田を用いる場合は、耐熱性に優れるため、光半導体装置を１００℃以上の高温雰囲気中で使用する場合においても接着強度を保持することができるという効果を奏する。

また、エポキシ樹脂系の樹脂接着剤を用いる場合は、他の樹脂と比較して接着強度の面で有利な効果を奏する。

また、樹脂接着剤がアクリル樹脂系，シリコーン樹脂系の場合は、光による劣化が少ないという点で受光素子４を長期にわたって接着固定できるという効果を有する。

また図１，図２に示す例では、受光素子４のもう一方の極はボンディングワイヤ５を介して導体２に電気的に接続されている。

導体２，第２導体３等の金属層は、例えば、基体１がセラミックスから成る場合、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ，Ｃｕ等から成る金属層が、従来周知のメタライズ法によって被着形成される。導体２，第２導体３等の金属層は、薄膜形成法によって形成されていてもよく、その場合、導体２，第２導体３等の金属層は窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等から形成される。

また、基体１が樹脂から成る場合、導体２，第２導体３等の金属層は、Ｃｕ等の金属層から成り、従来周知のメッキ法等によって被着形成される。

また、基体１の表面に露出する導体２，第２導体３等の金属層にはさらに金（Ａｕ）やニッケル（Ｎｉ）等の耐腐食性に優れる保護金属層がメッキ法等によって被着されていてもよく、この構成により、導体２，第２導体３等の金属層を腐食しにくいものとすることができる。

次に、導体２について説明する。導体２は直方体の基体１表面にコ字状に三方が閉じられ、一方となる上面１ａ側の一辺に開かれた開口２ａを有する形状に形成されている。以下、コ字状の導体２ともいう。図１，図２に示すように、コ字状の導体２は、基体１の実装面１ｃの周囲に設けられ、受光素子４を囲うように受光素子４とは絶縁された状態で配される。コ字状の導体２の開口２ａは、例えば、図１に示すように上面１ａ側に位置している。または、図２に示すように、コ字状の導体２の開口２ａは側面側に位置している。図２においては、右側面の一辺側に位置している。

コ字状の導体２の開口２ａが、図１に示すように上面１ａ側に位置していることによって、導体２の先端部を基体１の上面１ａに延設し、上面１ａの左右２箇所に導体２を設けることができる。上面１ａに導体２を設けることにより、上面１ａで導体２と外部回路とをボンディングワイヤ６によって電気的接続を行なうことができ、電気的接続の作業性を向上することができる。

また図１に示す場合、第２導体３も基体１の上面１ａに延設し、上面１ａの左右両端まで引き回すのがよい。すなわち、第２導体３は上面１ａに上面視でＴ字状に形成されているのがよく、導体２および第２導体３を基体１の上面１ａの左右両側に設けることができる。そして、基体１の左右のいずれにも外部との接続が可能となる。

従って、導体２および第２導体３は、基体１の上面１ａまで延出されているのがよい。この構成により、光装置を光半導体素子収納用パッケージ１０内に実装したときに、図３（ａ）に示すように、基体１の上面１ａの右側に形成された導体２と、光半導体素子収納用パッケージ１０を上面視して右側の入出力端子１２の配線導体１２ａとを、ボンディングワイヤ等の外部接続用導体６にて電気的に接続することができる。また、図３（ｂ）に示すように、基体１の上面１ａの左側に形成された導体２と、上面視して左側の光半導体素子収納用パッケージ１０の入出力端子１２に設けられた配線導体１２ａとを、ボンディングワイヤ等の外部接続用導体６にて電気的に接続することができる。すなわち、左右どちらにでも電気的接続可能な光半導体装置とすることができる。

従来、それぞれの光半導体素子収納用パッケージ１０の左右それぞれの側に設けられた入出力端子１２に合せてそれぞれ別な受光素子用サブキャリアを用意し、光装置を作製する必要があったのに対し、本発明では左右どちらに入出力端子１２が設けられていても電気的接続可能な光装置を提供することができる。従って、左右共通の受光素子用サブキャリアを１種類だけ用意すれば、左右共用の光装置を作製することができる。その結果、受光素子用サブキャリアの設計を左右共用とすることができ、コストダウンを図ることが可能となる。

また、図２に示すように、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアは、側面１ｂにおいて、側面側にコ字状の導体２の開口２ａを配するようにしてもよい。

この場合、第２導体３は側面１ｂから開口２ａ側の側面に引き回される。この構成においても、導体２および第２導体３を基体１の上面１ａに延設しておくのがよく、ボンディングワイヤ６により光半導体素子収納用パッケージ１０内の入出力端子１２等に電気的接続することが容易となる。上面１ａで導体２にボンディングワイヤ６による電気的接続を行なうことにより、電気的接続の作業性を向上することができる。なお、第２導体３はコ字状の導体２の開口２ａ側の隣接する側面を介して上面１ａに引き回せばよい。

また好ましくは、導体２の形状は、受光素子４側から外側にかけて順次厚くなるように形成するのがよい。この構成により、導体２が厚くなっている導体２の外側、すなわち基体１の外側に熱を広げ易くすることができ、受光素子４の実装面周辺に熱がこもるのを効果的に抑制することができる。

また、導体２の表面は受光素子４に向けて傾いた状態となり、導体２の表面での反射によって、光源７からの漏れ光をより効果的に受光素子４へ導くことができる。その結果、受光素子４の受光効率を高めることもできる。

導体２を外側にかけて順次厚くなるように形成するには、例えば、外側にかけて順次厚くなっている金属部材を基体１の表面に接合して導体２とすればよい。

また好ましくは、導体２は、ＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均表面粗さＲａが０．２以上であるのがよい。この構成により、導体２の表面を粗くして、導体２の表面における熱の放散性を向上させ、受光素子４から発生した熱は、導体２の表面から基体１外部へ効率良く放散させることができる。その結果、受光素子４の作動性をさらに向上させることができる。なお、導体２の表面粗さＲａは、例えばZYGO社製New View５０３２装置を用いて測定することができる。

また好ましくは、導体２は、その表面に、金（Ａｕ）被膜を施すのがよい。この構成により、導体２の表面に酸化等による腐食が生じ難く、また熱伝導率も優れ、熱伝導率を長期にわたって良好に保持できるようになる。その結果、素子実装面周辺に熱がこもるのを長期にわたって防止することができ、受光素子を長期にわたって良好に作動させることのできる受光素子用サブキャリアとすることができる。

また好ましくは、基体１は、セラミックスから成るのがよい。この構成により、実装面１ｃと導体２との間の絶縁性が優れたものとなり、実装面１ｃと導体２との距離を近づけることができて、受光素子用サブキャリアを小型化することができる。

以上の構成により、受光素子用サブキャリアを形成することができる。

この受光素子用サブキャリアの実装面１ｃに受光素子４を搭載することで光半導体装置となる。

光半導体装置は、例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すような容器体１１内に収納され、光信号を受信するための光半導体装置として用いられる。図３に示す容器体１１は、中央部に光装置を収納するための凹所が設けられている。凹所の周囲の側壁には、光ファイバ７を容器体１１内外に挿通させるための貫通孔１１ａを有し、この貫通孔１１ａに光ファイバ７が配置される。また、容器体１１の側壁には、容器体１１内外を導通するようにして配線導体１２ａが形成された入出力端子１２が設けられている。そして、凹所内に受光素子４を実装した光装置を配置し、光ファイバ７と受光素子４とが光結合するように調整して光装置を固定するとともに、光装置と配線導体１２ａとを接続し、その後凹所を塞ぐように蓋体を取り付けて、光信号を受信するための光半導体装置が完成する。

また、この光装置は光信号を送信するための光半導体装置内で用いることもでき、この場合、光装置は光信号の送信状況をモニタするためのモニタ用として用いられる。この場合も、光半導体装置は図３（ａ），（ｂ）に示すものとほぼ同様な容器体１１内に収納され、光信号を送信する素子の後方（光ファイバ７方向とは逆方向）、または光信号を送信する素子の斜め前方（光ファイバ７方向の斜め前方）に配置され、光信号を送信する素子が発する光を受けて光送信素子の送信状況をモニタする。

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差し支えない。

本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光装置について一実施形態を示す斜視図である。本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光装置の実施の形態の他の例を示す斜視図である。（ａ），（ｂ）は、それぞれ図１に示す光装置を光半導体素子収納用パッケージ内部に実装した光半導体装置の例を示す平面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：上面
１ｂ：側面
１ｃ：実装面
２：導体（コ字状の導体）
４：受光素子
５：樹脂接着剤
７：光源（光ファイバ）

Claims

上面と側面とを有するとともに、該側面に受光素子が搭載されるべき実装面を有し、且つ、上面視して、前記実装面と光ファイバとが所定角度をなして配される基体と、
前記実装面に設けられ、前記受光素子を囲うようにコ字状に配された導体と、
を具備し、
前記基体の一辺側に前記コ字状の前記導体の開口を有していることを特徴とする受光素子用サブキャリア。
前記基体の上面側に前記コ字状の前記導体の開口を有することを特徴とする請求項１記載の受光素子用サブキャリア。
前記導体は、前記基体の上面まで延出されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の受光素子用サブキャリア。
前記導体は、前記受光素子側から外側にかけて順次厚く形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の受光素子用サブキャリア。
前記導体は、ＪＩＳＢ０６０１で規定される算術平均表面粗さＲａが０．２以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の受光素子用サブキャリア。
前記導体は、その表面に、金被膜を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の受光素子用サブキャリア。
前記基体は、セラミックスから成ることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の受光素子用サブキャリア。
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の受光素子用サブキャリアと、
前記実装面に搭載された受光素子と、
を具備した光半導体装置。