JP2010098112A - 光半導体用ステムおよび光半導体ステムの電解金めっき方法と、光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベース部には金めっきが施されず、スルーリードの露出部分のみに金めっきを施すことや、ベース部およびアースリードの金めっきのめっき厚さに対してスルーリードの金めっきのめっき厚さを厚くすることが可能な光半導体用ステムおよび光半導体ステムの電解金めっき方法と、光半導体装置を提供する。
【解決手段】ベース部２０と、ベース部２０の板厚方向に貫通した貫通孔２２に中途部が電気絶縁性の封止材４０により固定されたスルーリード３０と、を具備し、スルーリード３０が封止材４０で封止されている部分およびベース部２０を除いて、スルーリード３０露出部分のみに金めっきが施されていることを特徴とする光半導体用ステム１０と、光半導体ステムの電解金めっき方法と、これに光半導体素子７０を電気的に接続してなる光半導体装置１００である。
【選択図】図６

Description

本発明は光半導体用ステムおよび光半導体ステムの電解金めっき方法と、光半導体装置に関し、より詳細には、ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードを具備する光半導体用ステムおよび光半導体ステムの電解金めっき方法と、光半導体装置に関する。

光半導体用ステムは、ベース部と、ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードから成り、防錆のためやスルーリードを光半導体素子に電気的に接続させるために、光半導体用ステムの構成部品の表面に金めっき処理が施されている。従来、光半導体用ステムを金めっき処理する際には、バレルめっき方法が広く用いられていた。
しかしながらバレルめっき方法を用いてスルーリードに必要な金めっき厚さを確保しようとすると、ベース部にはスルーリードに施した金めっきより厚い金めっきが施されてしまうことになる。近年の光半導体用ステムにおいては、ベース部への金めっきが不要な製品も開発されており、ベース部への金めっき量の削減が強く望まれている。

このため、以下に示す特許文献１，２には、ベース部とスルーリードに施す金めっきの膜厚が、必要以上に厚くならないようにするべく、ベース部とスルーリードのそれぞれを個別に金めっき処理する方法が提案されている。更に、特許文献２においては、ベース部とスルーリードとを電気絶縁性の封止材により封止する際に、ベース部とスルーリードが高温になることによる金の拡散を防ぐため、ベース部とスルーリードとの間を低温で封止することができる電気絶縁性の封止材料の使用が提案されている。
特開２００４−８７８９０号公報 特許２００７−５３２５２号公報

特許文献１，２によれば、ベース部とスルーリードとに、金めっきの膜厚が適正状態になるように金めっき処理を個別に施すことができ、不要な金の使用量を大幅に削減することが可能になった。
しかしながら、上記特許文献においては、微細な部品であるスルーリードの単体に金めっき処理を施さなければならず、金めっき工程の管理が煩雑になってしまうという課題がある。また、ベース部とスルーリードのそれぞれで異なるめっき処理を施すため、めっき処理に要する手間がかかるという課題に加え、ベース部とスルーリードの電気絶縁性の封止材料を変更しなければならずコスト高になるといった課題も見出された。

そこで本願発明は、実用上不必要な箇所まで金めっきを施して製造コストが高くなる従来の光半導体用ステムの課題を解消し、実用上必要な箇所のみに必要な膜厚の金めっきを施して、製造コストの低減を図ることができる光半導体用ステムおよび光半導体ステムの電解金めっき方法と、光半導体装置を提供することを目的としている。

本願発明者は、スルーリードのベース部から露出している露出部分のみに金めっきを施した光半導体用ステムによれば、十分に実用に供し得ることを見出して本願発明を完成させた。
すなわち、本発明は、ベース部と、該ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードと、を具備し、前記スルーリードが前記封止材で封止されている部分および前記ベース部を除いて、前記スルーリードの露出部分のみに金めっきが施されていることを特徴とする光半導体用ステムである。

かかる本発明において、前記ベース部には、金めっきが施されていない前記スルーリードよりも短いアースリードの一端が接合されていることを特徴とする。これにより、金めっきが不要なアースリードには金めっきが施されないため、金の使用量を大幅に削減することができる。

また、本発明は、ベース部と、該ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードと、を具備し、前記スルーリードが前記封止材で封止されている部分を除いて、前記スルーリードの露出部分および前記ベース部分に金めっきが施されていて、前記スルーリードに施された金めっき厚さが、前記ベース部に施された金めっき厚さよりも厚いことを特徴とする光半導体用ステムである。これにより、ベース部に金めっきが必要な場合には、最小限の厚さで金めっきを施すことができるため、大幅に金の使用量を削減することができる。

かかる本発明において、前記ベース部はアースリードの一端が接合されていて、該アースリードには、前記ベース部に施された金めっきの厚さと等しい厚さの金めっきが施されていることを特徴とする。これにより、ベース部とアースリードに金めっきが必要な場合には、最小限の厚さで金めっきを施すことができるため、大幅に金の使用量を削減することができる。

これらの本発明において、前記ベース部の一面側から延出された前記スルーリードおよび前記アースリードの長さが互いに異なることを特徴とする。これにより、アースリードを有する光半導体用ステムであっても、スルーリードのみへの給電が容易に行うことができ、スルーリードのみへの金めっきも容易に行うことができる。

また、本発明は、ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に、中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードを具備する光半導体用ステムに電解金めっきを施す際に、前記スルーリードの先端が引き寄せられるように、所定間隔で複数個の磁石が密封されて配設されている基台の一面側に配設されている給電部材と、前記給電部材に接続され、前記磁石の各々によって引き寄せられる前記スルーリードの各先端面の一部が同時に当接するように曲面に形成されている磁性体から成る当接部材と、前記スルーリードの各先端を、対応する前記当接部材の曲面に案内するガイド孔が形成された位置決め部材と、を具備するめっき用治具を用い、前記スルーリードのみに給電し、前記ベース部から露出する前記スルーリードの露出部のみに電解金めっきを施すことを特徴とする光半導体用ステムの電解金めっき方法でもある。

また、本発明は、前述したいずれかの光半導体用ステムに光半導体素子が搭載され、当該光半導体素子と前記スルーリードとが電気的に接続されていることを特徴とする光半導体装置でもある。

本発明にかかる光半導体用ステムおよび光半導体ステムの電解金めっき方法と、光半導体装置の構成を採用することにより、微細な部品であるスルーリードの単体に金めっき処理を施すことなく、スルーリードとベース部との金めっき厚さを適正に制御することができるため、電解金めっき処理を容易に行うことができる。また、不必要な箇所に電解金めっきが施されていないため、金の使用量を大幅に削減することができ、低コストでの光半導体用ステムとこれを用いた光半導体装置を提供することができる。

以下、本発明にかかる光半導体用ステムおよび光半導体ステムの電解金めっき方法と、光半導体装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。

（光半導体用ステムの第１実施形態）
図１は、第１実施形態における光半導体用ステムの斜視図とＡ−Ａ線における断面図である。
本実施形態における光半導体用ステム１０は、ベース部２０と、ベース部２０に形成された貫通孔２２に挿通されたスルーリード３０とを具備し、貫通孔２２とスルーリード３０との間およびベース部２０の底面側に形成された凹穴２６には、ベース部２０とスルーリード３０とを絶縁させた状態で封止（接着）する電気絶縁性の封止材料４０が充てんされている。このような電気絶縁性の封止材料４０としてはガラスが好適に用いられる。本実施形態においては、ベース部２０に形成された実装面２４に光半導体素子７０が後に取り付けられ、光半導体素子７０の接続端子からは金ワイヤ等からなる配線材７２が直接スルーリード３０の一部に接続される。

図１からも明らかなとおり、本実施形態における光半導体用ステム１０は３本のスルーリード３０を有しているため、スルーリード３０とベース部２０とを電気的に接続することにより、これをアース線として用いることが可能になる。また、スルーリード３０と光半導体素子とを電気的に接続することにより、これをシグナル線としても使用することができる。スルーリード３０の下端部位置はいずれも略同じ高さ位置（ベース部２０の底面からの延出長さは全て同じ長さ）となるように調整されている。

このように、本実施形態における光半導体用ステム１０には、従来の光半導体用ステム１０のようにアースリードを具備していない構成が採用されている。
ベース部２０とスルーリード３０とは電気絶縁性の封止材料４０により絶縁されているから、スルーリード３０のみに給電することが可能になり、ベース部２０とスルーリード３０が組み立てられた状態であっても、スルーリード３０のみに電解金めっきを施すことができる。このような電解金めっきを行う際の具体的な方法については後述する。
なお、ベース部２０はコバール（Ｎｉ−Ｃｏ−Ｆｅ合金）等により形成されており、ベース部２０の表面にはニッケルによるパーツめっきが予め施されているため、十分な耐腐食性を備えている。

（光半導体用ステムの第２実施形態）
図２は、第２実施形態における光半導体用ステムの斜視図とＢ−Ｂ線における断面図である。
本実施形態における光半導体用ステム１０は、ベース部２０にスルーリード３０を挿通させ、電気絶縁性の封止材料４０を用いてベース部２０にスルーリード３０が絶縁された状態で取り付けられている。さらに、ベース部２０に一端部が接合され、ベース部２０と電気的に接続されたいわゆるアースリード３２を具備している。図２に示すとおり、アースリード３２は、一端部につば状部３３が形成された線条体に形成されている。アースリード３２は、ベース部２０の底面側に形成された凹穴２６につば状部３３が形成されている先端を挿入し、つば状部３３とベース部２０とを電気的に接続させた状態にしたうえで、電気絶縁性の封止材料４０等により固定されている。このとき、つば状部３３によるアンカー効果が得られるため、アースリード３２は、電気絶縁性の封止材４０によって強固にベース部２０に接合させることができる。

図２からも明らかなとおり、本実施形態における光半導体用ステム１０のスルーリード３０の下端部位置とアースリード３２の下端部位置とは異なる高さ位置となっている。つまり、ベース部２０の底面からのアースリード３２の延出長さよりも、ベース部２０の底面からのスルーリード３０の延出長さの方が長くなっている。本実施形態における光半導体用ステム１０は、以上のようなスルーリード３０およびアースリード３２の長さ関係であることが、後述するスルーリード３０のみに電解金めっきを施す際に用いるめっき用治具５０に装着するうえで重要である。
なお、本実施形態においても第１実施形態と同様に、ベース部２０の底面からのスルーリード３０どうしの延出長さはそれぞれ同じ長さとなるように調整されている。

（めっき用治具とこれを用いた電解金めっき方法について）
図３は、本実施形態においてスルーリードのみに電解金めっきを施す際に用いるめっき用治具の断面図である。また、図４は、本実施形態におけるめっき用治具に用いられるガイド板にスルーリードを挿通させた状態を示す底面図である。以上に説明した光半導体用ステム１０は、図３に示すめっき用治具５０を用いることにより、スルーリード３０のみに電解金めっきを施すことができる。

図３に示すように、めっき用治具５０は、磁石Ｍが所定の間隔をあけて密封された基台５２の一面側に給電部材５４が配設され、磁石Ｍの位置に対応する平面位置には、球面に形成された磁性体からなる球体５６が磁石Ｍに引き寄せられた状態で給電部材５４の上面に吸着されている。すなわち、給電部材５４と球体５６とは電気的に接続された状態になっている。球体５６が配設されている側の給電部材５４の表面には、球体５６の位置に開口部５８を有する合成樹脂製のマスク部材５９が配設されている。開口部５８の内径寸法は、球体５６の外径寸法よりもわずかに大きい径寸法に形成されている。

また、めっき用治具５０には、光半導体用ステム１０のスルーリード３０を球体５６の表面位置にガイドするためのガイド板６０が配設されている。ガイド板６０は、球体５６の平面位置に対応する部位に、スルーリード３０の配設位置を頂点とする多角形状（本実施形態においては三角形）に開口する開口部６２が形成されている。このようなガイド板６０を使用することにより、光半導体用ステム１０のスルーリード３０に金めっきを施す際には、それぞれのスルーリード３０，３０，３０の位置をガイド板６０の開口部６２の頂点位置に合わせて開口部６２に差し込めば、スルーリード３０の下端部を球体５６に当接させることができる。また、開口部６２に挿通されたスルーリード３０は自らの弾発力により開口部６２の内側面を押圧する状態となり、半導体ステム１０がガイド板６０に保持されることになる。さらに、スルーリード３０の下端部が当接する部位が球面（曲面）をなしているため、スルーリード３０の長さに多少の誤差があったとしても、それぞれのスルーリード３０に対して確実に同時給電することができるため好都合である。

図１に示した第１実施形態における光半導体用ステム１０にはスルーリード３０のみが配設されているため、ベース部２０とは電気的に絶縁された状態のスルーリード３０の露出部のみに金めっきを施すことができる。これに対して、図２に示した第２実施形態における光半導体用ステム１０にはスルーリード３０に加えてアースリード３２も配設されているが、図２で説明したとおり、スルーリード３０の下端部位置は、アースリード３２の下端部位置よりもベース部２０から離反している（球体５６側に位置している）。したがって、図３に示すめっき用治具５０を用いれば、第２実施形態における光半導体用ステム１０であってもスルーリード３０のみを球体５６に当接（給電）させることができ、スルーリード３０とは電気的に絶縁された状態であるアースリード３２およびベース部２０には金めっきが施されることはない。

また、スルーリード３０と球体５６との当接部分がわずかにずれるように、めっき用治具５０に振動発生手段(図示せず)を配設すれば、スルーリード３０の球体５６側の先端部にも金めっきを施すことができるため好適である。また、ガイド板６０を上下動させることによりスルーリード３０とガイド板６０との接触部分も適宜変更することが好ましい。

（光半導体装置について）
図３に示すめっき用治具５０を用いて、ベース部２０は金めっきを施さずにスルーリード３０のみに電解金めっきを施した後、ベース部２０の実装面２４に接着剤等を用いて光半導体素子７０を搭載し、ベース部２０の上面に出力モニタとしてフォトダイオード８０を搭載し、光半導体素子７０およびフォトダイオード８０の接続端子から金ワイヤ等の配線材７２により所定のスルーリード３０に電気的に接続すれば、図５に示すような光半導体装置１００Ａが完成する。

上述の光半導体用ステム１０に対して、必要に応じてベース部２０にも電解金めっきを施してもよいのはもちろんである。この全体金めっきはバレルめっき方法等によるフラッシュ金めっきが好ましい。これによれば、光半導体用ステム１０の表面全体に金めっきが施されることになる。スルーリード３０には、予め十分な膜厚（膜厚＝０．１μｍ）の電解金めっきが施されているから、ベース部２０におけるフラッシュ金めっきのめっき厚さ（めっき厚さ＝０．０５μｍ）よりもスルーリード３０における金めっきの総めっき厚さ（電解金めっき厚さにフラッシュ金めっき厚さを加えた０．１５μｍ）を厚くすることができる。

このようにして得られた光半導体用ステム１０のベース部２０に形成された実装面２４に光半導体素子７０を、ベース部２０の上面にフォトダイオード８０を、それぞれ搭載し、光半導体素子７０およびフォトダイオード８０の接続端子から金ワイヤ等の配線材７２により所定のスルーリード３０に接続すれば、図５に示すような光半導体装置１００Ｂが完成する。光半導体装置１００Ｂのように、ベース部２０にスルーリード３０を絶縁封止した状態で金めっきを施した際に、ベース部２０における金めっきのめっき厚さよりもスルーリード３０における金めっきのめっき厚さを厚くする構成は従来技術では不可能であったため、金の使用量の大幅な削減が可能になり、低コストでの製造が可能になるためきわめて有効である。

第２実施形態における光半導体用ステム１０においても、図３に示すめっき用治具５０を用いてスルーリード３０のみに電解金めっきを施した後、ベース部２０の実装面２４に光半導体素子７０を、ベース部２０の上面にフォトダイオード８０を、それぞれ搭載し、光半導体素子７０およびフォトダイオード８０の接続端子から金ワイヤ等からなる配線材７２によりアースリード３２に電気的に接続すれば、図５に示すような光半導体装置１００Ｃが完成する。
また、第２実施形態における光半導体用ステム１０においても、第１実施形態と同様に、光半導体用ステム１０の全体にフラッシュ金めっきを施せば、防錆や配線材７２の接合等において好都合である（このときの光半導体装置は図５に示す１００Ｄとなる）。この場合においても、ベース部２０およびアースリード３２における金めっきのめっき厚さよりもスルーリード３０への金めっきのめっき厚さを厚くすることができるため、金の使用量を大幅に削減することができるのは、先に説明した光半導体装置１００Ｂと同様である。なお、ベース部２０とアースリード３２とは同時に給電されることになるため、ベース部２０における金めっきの厚さとアースリード３２における金めっきの厚さはそれぞれ等しくなるのはもちろんである。

図６は、図５に示した光半導体装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００ＤのＣ−Ｃ線における断面図である。図６の断面図に示すように、本実施形態における光半導体装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄはそれぞれ、スルーリード３０の電気絶縁性の封止材料４０により封止されている部分を除くスルーリード３０の露出部分のみに電解金めっきＤＫが施されていることが明らかである。このうちの光半導体装置１００Ｂ，１００Ｄにおいては、光半導体装置１００Ａ，１００Ｃの状態に対して、さらに光半導体用ステム１０のベース部２０（ベース部２０およびアースリード３２）を含む金属露出面の全体にフラッシュ金めっきＦＫが施されていることが明らかでもある。
このことから、光半導体装置１００Ｂ，１００Ｄにおけるスルーリード３０に施されている金めっきの総めっき厚さは、電解金めっきＤＫの厚さにフラッシュ金めっきＦＫの厚さを加えた厚さとる。すなわち、スルーリード３０の金めっき厚さは、ベース部２０やアースリード３２に施されているフラッシュ金めっきＦＫのめっき厚さよりも電解金めっきＤＫの厚さ分だけ厚くなっている。

いずれの光半導体用装置１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ（光半導体用ステム１０）においても、ベース部２０とスルーリード３０の取り付け部分である電気絶縁性の封止材料４０で封止されている部位（スルーリード３０の非露出部位）には金めっきが施されていない点において共通している。
特に、光半導体装置１００Ｂ，１００Ｄにおいては、スルーリード３０とベース部２０（ベース部２０およびアースリード３２）に金めっきを施し、スルーリード３０の金めっきを他の部分よりも厚くするために、従来技術のようにスルーリード３０とベース部２０のそれぞれを個別に金めっき処理した場合に比較して、金の使用量削減に貢献することができる点において有利である。

以上に本願発明について実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本願発明は以上に示した実施形態に限定されるものではないのはもちろんである。例えば、以上の実施形態においては、光半導体用ステム１０に取り付けたスルーリード３０は３本であるが、スルーリード３０の本数は２本以上配設されていればよい。

また、めっき用治具５０においては、スルーリード３０のみに給電するための当接部材として磁性体からなる球体５６を用いているが、当接部材は、この球体５６以外であってもよいのはもちろんである。要は、スルーリード３０のみに給電することができるよう、ベース部２０に取り付けられたすべてのスルーリード３０が確実に当接することができるような表面形状であればよく、球面とは異なる他の曲面に形成された当接部材を用いてもよい。

また、フラッシュ金めっきＦＫとしては、バレルめっきや無電解金めっき等の公知のめっきを採用することができ、特に限定されるものではない。フラッシュ金めっきＦＫを施す際に無電解金めっきを採用すれば、図３に示した状態で電解金めっきＤＫを施した後、そのままの状態で無電解金めっき槽に光半導体用ステム１０を浸漬させればよいため好都合である。

さらに、以上の実施形態において示した光半導体用ステム１０と光半導体装置１００Ａ〜１００Ｄは、貫通孔２２に挿通させたスルーリード３０がベース部２０の底面に形成した凹穴２６を通過する貫通孔２２と凹穴２６のレイアウトになっているが、凹穴２６は、アースリード３２の一端をベース部２０に接合させるためのものであればよく、以上の実施形態において図示したような大きさにする必要はなく、図７に示すように、必要最小限の大きさに形成してもよい。この場合におけるスルーリード３０は、貫通孔２２のみによってベース部２０に挿通する形態となる。

第１実施形態における光半導体用ステムの斜視図とＡ−Ａ線における断面図である。 第２実施形態における光半導体用ステムの斜視図とＢ−Ｂ線における断面図である。 本実施形態においてスルーリードのみに電解金めっきを施す際に用いるめっき用治具の断面図である。 図３に示すめっき用治具に用いられているガイド板の開口部にスルーリードを挿通した状態を示す底面図である。 本実施形態で得られたそれぞれの光半導体装置を示す斜視図である。 図５内のＣ−Ｃ線における断面図である。 他の実施形態の一例を示す光半導体用ステムと光半導体装置の断面図である。

符号の説明

１０ 光半導体用ステム
２０ ベース部
２２ 貫通孔
２４ 実装面
２６ 凹穴
３０ スルーリード
３２ アースリード
３３ つば状部
４０ 電気絶縁性の封止材料
５０ めっき用治具
５２ 基台
５４ 給電部材
５６ 球体
５８ 開口部
５９ マスク部材
６０ ガイド板
６２ 開口部
７０ 光半導体素子
７２ 配線材
８０ フォトダイオード
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 光半導体装置
Ｍ 磁石

Claims (7)

1. ベース部と、
   該ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードと、を具備し、
   前記スルーリードが前記封止材で封止されている部分および前記ベース部を除いて、前記スルーリードの露出部分のみに金めっきが施されていることを特徴とする光半導体用ステム。
2. 前記ベース部には、金めっきが施されていない前記スルーリードよりも短いアースリードの一端が接合されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体用ステム。
3. ベース部と、
   該ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードと、を具備し、
   前記スルーリードが前記封止材で封止されている部分を除いて、前記スルーリードの露出部分および前記ベース部分に金めっきが施されていて、
   前記スルーリードに施された金めっき厚さが、前記ベース部に施された金めっき厚さよりも厚いことを特徴とする光半導体用ステム。
4. 前記ベース部はアースリードの一端が接合されていて、
   該アースリードには、前記ベース部に施された金めっきの厚さと等しい厚さの金めっきが施されていることを特徴とする請求項３記載の光半導体用ステム。
5. 前記ベース部の一面側から延出された前記スルーリードおよび前記アースリードの長さが互いに異なることを特徴とする請求項２または４記載の光半導体用ステム。
6. ベース部の板厚方向に貫通した貫通孔内に、中途部が電気絶縁性の封止材により固定されたスルーリードを具備する光半導体用ステムに電解金めっきを施す際に、
   前記スルーリードの先端が引き寄せられるように、所定間隔で複数個の磁石が密封されて配設されている基台の一面側に配設されている給電部材と、
   前記給電部材に接続され、前記磁石の各々によって引き寄せられる前記スルーリードの各先端面の一部が同時に当接するように曲面に形成されている磁性体から成る当接部材と、
   前記スルーリードの各先端を、対応する前記当接部材の曲面に案内するガイド孔が形成された位置決め部材と、を具備するめっき用治具を用い、
   前記スルーリードのみに給電し、前記ベース部から露出する前記スルーリードの露出部のみに電解金めっきを施すことを特徴とする光半導体用ステムの電解金めっき方法。
7. 請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の光半導体用ステムに光半導体素子が搭載され、当該光半導体素子と前記スルーリードとが電気的に接続されていることを特徴とする光半導体装置。