JP2010135767A - Optical semiconductor element-storing package and optical semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光半導体素子を収納するための光半導体素子収納用パッケージ、および光半導体装置に関する。 The present invention relates to an optical semiconductor element housing package for housing an optical semiconductor element, and an optical semiconductor device.
従来、光通信等に使用される光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)には、底板と枠部材とが備えられ、枠部材には光信号を入出力させるための貫通孔が設けられている。そして、枠部材に設けられた貫通孔の周囲には光ファイバを保持するための保持部材が設けられている。この保持部材の内側面には光半導体素子と光ファイバとの間で光信号を無駄なく伝送させ、かつパッケージ内部を気密に封止するための透光性部材がさらに取り付けられている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a package for housing an optical semiconductor element used for optical communication or the like (hereinafter also simply referred to as “package”) includes a bottom plate and a frame member, and the frame member has a through hole for inputting and outputting optical signals. A hole is provided. A holding member for holding the optical fiber is provided around the through hole provided in the frame member. A translucent member for transmitting an optical signal between the optical semiconductor element and the optical fiber without waste and sealing the inside of the package in an airtight manner is further attached to the inner side surface of the holding member.
しかしながら、特許文献1で示される上記従来の光半導体素子収納用パッケージにおいては、近時のパッケージの小型化により、透光性部材の小型化またはパッケージの低背化が進んできている。透光性部材が小型化すると、保持部材の他端側に光ファイバを例えば溶接接合した際に、熱応力がレンズに大きく作用し易くなる。このため、レンズがクラック等によって破損し易くなる。レンズにクラック等の破損が生じると、破損した箇所で光透過性が低下して、光信号の伝送に支障が生じることになる。
However, in the conventional package for housing an optical semiconductor element disclosed in
本発明の一つの態様によれば、光半導体素子収納用パッケージは、底板と、枠部材と、光ファイバ保持用部材と、透光性部材とを含んでいる。底板は、光半導体素子の搭載領域を含む上面を有している。枠部材は、搭載領域を囲むように底板の上に設けられているとともに、貫通孔を有している。光ファイバ保持用部材は、部分的に貫通孔内に設けられており、筒状構造を有しているとともに、筒状構造における内側面に枠部材に対する平行面を有している。透光性部材は、光ファイバ保持用部材の平行面に接合されている。 According to one aspect of the present invention, an optical semiconductor element housing package includes a bottom plate, a frame member, an optical fiber holding member, and a translucent member. The bottom plate has an upper surface including a mounting region for the optical semiconductor element. The frame member is provided on the bottom plate so as to surround the mounting region, and has a through hole. The optical fiber holding member is partially provided in the through hole, has a cylindrical structure, and has a parallel surface to the frame member on the inner surface of the cylindrical structure. The translucent member is bonded to the parallel surface of the optical fiber holding member.
本発明の一つの態様によれば、光半導体素子収納用パッケージは、光ファイバ保持用部材の平行面に接合された透光性部材を含んでいる。光半導体素子収納用パッケージは、このような構成を含んでいることにより、透光性部材における損傷を低減させることができ、光信号の伝送特性に関して向上されている。 According to one aspect of the present invention, the optical semiconductor element housing package includes a translucent member bonded to a parallel surface of the optical fiber holding member. By including such a configuration, the optical semiconductor element storage package can reduce damage to the translucent member, and is improved in terms of optical signal transmission characteristics.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態において、光半導体装置は、図1および図2に示されているように、光半導体素子収納用パッケージ1(以下、パッケージ1という)と、パッケージ1内に設けられたサブマウント基板2と、サブマウント基板2に実装された光半導体素子3とを含んでいる。図1において、光半導体装置は、仮想のxyz空間におけるxy平面に実装されている。図1において、上方向とは、仮想のz軸の正方向のことをいう。
(First embodiment)
In the first embodiment of the present invention, an optical semiconductor device is provided in an optical semiconductor element housing package 1 (hereinafter referred to as a package 1) and in the
パッケージ1は、底板11と、底板11の上に設けられた枠部材12と、枠部材12に固定された光ファイバ保持用部材13と、光ファイバ保持用部材13内に設けられた透光性部材14とを含んでいる。
The
底板11は、光半導体素子3の搭載領域11aを含む上面を有している。“搭載領域”とは、図1および図2に示されているように、サブマウント基板2を介して光半導体素子3を搭載する領域に加えて、光半導体素子3を直接搭載する領域を含むものである。
The
本実施形態に係るパッケージの底板11は、例えば、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金、ステンレス鋼(SUS)、銅(Cu)−タングステン(W)、Cu−モリブデン(Mo)等の金属、またはアルミナ(Al2O3)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(3Al2O3・2SiO2)質セラミックス等のセラミックスから成る。ここで、底板11が金属から成る場合には、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工、切削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作製される。
The
底板11が例えばAl2O3質セラミックスから成る場合には、以下のようにして作製される。Al2O3、酸化珪素(SiO2)、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)等の原料粉末に適当な有機バインダや可塑剤、分散剤、溶剤等を添加混合して泥漿状となす。
これを従来周知のドクターブレード法で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。
その後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し積層し、還元雰囲気中で約1600℃の温度で焼成することによって作製される。
When the
A plurality of ceramic green sheets are obtained by making this into a sheet by a conventionally known doctor blade method.
Thereafter, these ceramic green sheets are appropriately punched and laminated, and are fired at a temperature of about 1600 ° C. in a reducing atmosphere.
枠部材12は、搭載領域11aを囲むように底板11の上に設けられており、光信号の入出力部となる貫通孔12aを有している。貫通孔12aは、枠部材12において仮想のx軸方向に設けられている。枠部材12の外側面の貫通孔12a周囲に、光ファイバ4を固定するための枠状または筒状の光ファイバ保持用部材13が接合されている。光ファイバ保持用部材13の一部を貫通孔12aに嵌合させる際に、枠部材12の外側面の貫通孔12a周囲に、光ファイバ保持用部材13が当接することになる。このため、光半導体素子3の光軸と光ファイバ保持用部材13によって保持される光ファイバ4の光軸とを容易に調整することができる。
The
枠部材12は、底板11とともにその内側(内部空間)に光半導体素子3を収納するための空所を形成する。枠部材12は、平面視において長方形または円形を有しており、光ファイバ保持用部材13を支持する。
The
枠部材12は、底板11と同様に、Fe−Ni−Co合金、SUS、Cu−W、Cu−Mo等の金属、またはAl2O3、AlN、3Al2O3・2SiO2等のセラミックスから成る。枠部材12は、底板11と一体的に形成されている。または、枠部材12は、底板11にAg−Cuロウ等のロウ材でロウ付け、あるいはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、底板11の上面における外周部に接合される。
The
図1および図2に示されているように、本実施形態におけるパッケージ1は、底板11を枠部材12より外側に張り出した形態のものである。張り出した箇所を図示しない外部電気回路基板にネジ止め固定することによって、底板11を外部電気回路基板に密着固定させることが容易となる。また、光半導体素子3から発生する熱を底板1から良好に熱放散させることができる。従って、光半導体素子3の作動時に発生する熱をパッケージ1の外部に効率良く熱放散でき、高速光通信に適した光半導体素子収納用パッケージを提供することができる。特に、図1および図2に示されたパッケージは、長距離伝送系の光通信用のパッケージとして好適に用いることができる。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
光ファイバ保持用部材13は、部分的に貫通孔12a内に設けられている。光ファイバ保持用部材13は、筒状構造を有しており、この筒状構造における内側表面に枠部材12に対する平行面13aを有している。平行面13aは、枠部材12の側面に対して平行に設けられている。
The optical
貫通孔2aに透光性部材14を保持するための光ファイバ保持用部材13の一端側が、枠部材12の外側面の貫通孔2a周囲に接合されている。光ファイバ保持用部材13は、例えば、Fe−Ni−Co合金等から成り、金属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作製される。光ファイバ保持用部材13の一端側が、Agロウ等によるロウ付け、Au−Sn半田等による半田付けにより枠部材12の外側面の貫通孔2a周囲に接合され、透光性部材14とともに貫通孔2aを気密に塞ぐ。光ファイバ保持用部材13の他端側で光ファイバ4を保持する。光ファイバ保持用部材13には、光ファイバ保持用部材13と枠部材12とが接合される面と、光ファイバ保持用部材13の外周面との間に切欠部が形成されている。
One end side of the optical
光ファイバ保持用部材13の枠部材12の外側の他端側には光ファイバ4を固定するための枠状や筒状の固定部材16が設けられている。透光性部材14の接合は、透光性部材14の中心軸と光ファイバ保持用部材13の内側面の中心軸とが一致するようにして接合されるとともに、透光性部材14が光半導体素子3に対向する位置に接合される。
A frame-like or cylindrical fixing
光ファイバ保持用部材13には、中央部の軸方向に内側面が形成されており、内側面を塞ぐように透光性部材14がAg−Cuロウ等のロウ材、Au−Sn半田等の半田、ガラス等の接合材によって気密に接合されている。
The optical
透光性部材14は、光ファイバ保持用部材13の平行面13aに接合されている。透光性部材14は、ガラスまたはサファイア等から成るとともに、円板状または四角板状等の板状、球状、半球状またはレンズ状のものである。板状で単に光を透過させるだけのものであってもよいし、球状、半球状、レンズ状で透過した光を集光させる等の機能を有しているものであってもよい。
The
透光性部14は、ロウ材、半田を介して光ファイバ保持用部材13に接合される場合、透光性部材14の外周部に全周にわたってW、Mo、マンガン(Mn)、Ag−Cu−チタン(Ti)合金、Ni、Au等から成る金属層が被着されているのが好ましい。透光性部材14の金属層においてロウ材、半田との密着性が向上し、透光性部材14がロウ材、半田を介して光ファイバ保持用部材13の内側面に強固に接合されるからである。
When the
透光性部材14の光信号が入射する側の主面に反射防止膜が施されるのが好ましい。このようにすると、透光性部材14の表面における光信号の反射による損失の発生を抑制することができる。
It is preferable that an antireflection film is provided on the main surface of the
反射防止膜を施した透光性部材14を光ファイバ保持用部材13に接合する場合、反射防止膜が熱によって変質したり蒸発したりするのを防止するため、融点400℃以下の低温の接合材を介して接合させることが好ましい。
When the
融点400℃以下の接合材としては、例えば、Auが80質量%と錫(Sn)が20質量%とから成るAu−Sn半田(融点が280℃)、Auが88質量%とゲルマニウム(Ge)が12質量%とから成るAu−Ge半田、Sn−Ag系半田、Sn−アンチモン(Sb)系半田、Sn−ビスマス(Bi)系半田、Sn−鉛(Pb)系半田等の半田が挙げられる。 As a bonding material having a melting point of 400 ° C. or lower, for example, Au—Sn solder (melting point is 280 ° C.) composed of 80% by mass of Au and 20% by mass of tin (Sn), 88% by mass of Au and germanium (Ge) Au-Ge solder, Sn-Ag series solder, Sn-antimony (Sb) series solder, Sn-bismuth (Bi) series solder, Sn-lead (Pb) series solder such as .
透光性部材14を予め光ファイバ保持用部材13に接合しておき、透光性部材14が光ファイバ保持用部材13に接合された状態で透光性部材14の表面に反射防止膜を施してもよい。この場合、400℃を超える高い融点を有する接合材を介して接合することができる。
The
透光性部材14がガラスから成る場合、透光性部材14の光ファイバ保持用部材13との接合面の表面付近を溶融させて、接合材を用いずに透光性部材14と光ファイバ保持用部材13とを接合してもよい。この構成により、透光性部材14が光ファイバ保持用部材13に直接接合されることから、透光性部材14の光ファイバ保持用部材13への密着性を向上させることができる。
When the
光ファイバ4は、Fe−Ni−Co合金、SUS等の金属から成る枠状や円筒状の固定部材16に固定されている。固定部材16の一端または一主面が、光ファイバ保持用部材13の他端側にレーザ溶接法等の溶接や半田付け等によって接合され、光ファイバ4が固定部材16を介して枠部材12の一側部に接合される。
これにより、光ファイバ4を介してパッケージ内部に収納する光半導体素子3と外部との光信号の授受が可能となる。
The
As a result, optical signals can be exchanged between the
以上のように、本実施形態に係るパッケージによれば、貫通孔2aに嵌合された光ファイバ保持用部材13の箇所または光ファイバ保持用部材13の貫通孔2aよりも外側における当該光ファイバ保持用部材13の内側面のうち、枠部材12と平行な面を有し、当該枠部材12と平行な面にのみ、透光性部材14が接合されているので、他端側で光ファイバ4を例えば溶接によって保持させる際に、透光性部材14に加わる熱応力を緩和させることができる。ここで、仮に、貫通孔2aに嵌合された光ファイバ保持用部材13の箇所における当該光ファイバ保持用部材13の内側面のうち、枠部材12と垂直な面に、透光性部材14が接合されている態様を考える。この態様では、他端側で光ファイバ4を例えば溶接によって保持させる際に、光ファイバ保持用部材13に加わる熱応力が、直接、透光性部材14に作用することになる。すなわち、透光性部材14の上下方向から透光性部材14に熱応力が加わることになる。このため、透光性部材14がクラック等によって破損し易くなる。これに対して、本実施形態に係る電子部品収納用パッケージによれば、貫通孔2aに嵌合された光ファイバ保持用部材13の箇所または光ファイバ保持用部材13の貫通孔2aよりも外側における当該光ファイバ保持用部材13の内側面のうち、枠部材12と平行な面にのみ、透光性部材14が接合されているので、他端側で光ファイバ4を例えば溶接によって保持させる際に、光ファイバ保持用部材13に加わる熱応力が、直接、透光性部材14に作用することはない。すなわち、透光性部材14の上下方向から透光性部材14に熱応力が加わることはない。このため、透光性部材14がクラック等によって破損し難くなる。これにより、光半導体素子3と光ファイバ4との間で光信号を支障なく伝送することができる。
As described above, according to the package according to the present embodiment, the optical fiber holding member located outside the through
すなわち、図2に示すように、貫通孔2aに嵌合された光ファイバ保持用部材13の箇所おける当該光ファイバ保持用部材13の内側面のうち、枠部材12と平行な面にのみ、透光性部材14が接合されている場合、光ファイバ保持用部材13の透光性部材14が接合されている箇所の外周面が枠部材12に拘束保持されることとなり、光ファイバ4を溶接によって保持させる際に、光ファイバ保持用部材13に加わる熱応力が透光性部材14に加わり難くなる。
That is, as shown in FIG. 2, only the surface parallel to the
さらに、図2に示すように、枠部材12の上面にシールリングが接合されている場合、パッケージが低背化して、パッケージの高さが光ファイバ保持用部材13の高さとほぼ同一となっても、切欠部が形成されていることによって、光ファイバ保持用部材13の端面がシールリングに当接するのを防止することができる。このため、シールリングの状態に応じて光ファイバ保持用部材13の取り付け状態が変化するのを防止することができる。そのため、シールリングの寸法バラツキやズレが生じてシールリングの側面が枠部材12の側面から突出しても、光ファイバ保持用部材13を所定の位置にかつ所定の向きに取り付けることができる。この結果、光半導体素子3の光軸と光ファイバ保持用部材13に保持される光ファイバ4の光軸とがずれるのを抑制することができる。
Further, as shown in FIG. 2, when the seal ring is bonded to the upper surface of the
なお、好ましくは、図2に示すように、貫通孔2aに嵌合された光ファイバ保持用部材13の箇所(嵌合部)における当該光ファイバ保持用部材13の肉厚が、切欠部が形成された光ファイバ保持用部材13の箇所(薄肉部)における当該光ファイバ保持用部材13の肉厚よりも薄い態様とするのがよい。この態様によれば、他端側で光ファイバ4を例えば溶接によって保持させる際に、光ファイバ保持用部材13に熱応力が作用しても、透光性部材14が接合される光ファイバ保持用部材13の部位には熱応力が伝わり難くなる。そのため、透光性部材14がクラック等によって破損し難くなる。これにより、光半導体素子3と光ファイバ4との間で光信号を支障なく伝送することができる。
Preferably, as shown in FIG. 2, the thickness of the optical
(第2の実施形態)
光半導体装置として構成した際に、図3に示すように、光ファイバ保持用部材13を覆い、光ファイバ4の固定部材16との接合部周辺を保護するように、ゴム製のカバー17を取り付ける場合がある。この場合、ゴム製のカバー17に、切欠部に嵌め合うことができる突起を設けておくことにより、その突起を切欠部に嵌め合わせることができる。このようにすることで、ゴム製のカバー17を光ファイバ保持用部材13から外れ難くすることができる。なお、カバーは、ゴム製に限定されるものではない。
(Second Embodiment)
When configured as an optical semiconductor device, as shown in FIG. 3, a
(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態における光半導体装置について、図4および図5を参照して説明する。本実施形態における光半導体装置は、パッケージ1と、パッケージ1内に設けられたサブマウント基板2と、サブマウント基板2に実装された光半導体素子3とを含んでいる。図4において、上方向とは仮想のz軸の正方向のことをいう。
(Third embodiment)
An optical semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The optical semiconductor device in the present embodiment includes a
パッケージ1は、底板11と、枠部材12と、光ファイバ保持用部材13と、透光性部材14と蓋体15とを含んでいる。
The
底板11は、実質的に金属材料からなり、光半導体素子3の搭載領域11aを有している。図5において、サブマウント基板2および光半導体素子3は、透過された状態で、破線によって示されている。
The
枠部材12は、搭載領域111を囲むように底板11の上に設けられているとともに、仮想のx軸方向に設けられた貫通孔12aを有している。枠部材12は、実質的に金属材料からなる。
The
光ファイバ保持用部材13は、部分的に貫通孔12a内に設けられているとともに、筒状構造を有している。光ファイバ保持用部材13は、筒状構造における内側面に、枠部材12に対する平行面13aを有している。平行面13aは、枠部材12の側面に対して平行に設けられている。平行面13aは、枠部材12の外側に設けられている。本実施形態において、好ましくは、光ファイバ保持用部材13の枠部材12と平行な面13aは、パッケージ外側方向に向いているのがよい。
The optical
透光性部材14は、光ファイバ保持用部材13の平行面13aに接合されている。部材14における“透光性”とは、光半導体素子3から放射される光の少なくとも一部の波長が透過できること、または、光ファイバ4から放射される光の少なくとも一部の波長が透過できることをいう。透光性部材14は、実質的にガラスまたはサファイアからなる。透光性部材14は、枠部材12の外側に設けられている。透光性部材14は、光ファイバ保持用部材13の内側面において、枠部材12に対する垂直面13bから離間されている。
The
本実施形態における光半導体装置は、光ファイバ保持用部材13の貫通孔2aよりも外側における光ファイバ保持用部材13の内側面のうち、枠部材12と平行な面13aを有し、枠部材12と平行な面13aにのみ、透光性部材14が接合されているため、光ファイバ保持用部材13の固定部材16接合面側の部位が変形したとしても、それに直交する方向には変形が伝わり難く、光ファイバ4を溶接によって保持させる際に、光ファイバ保持用部材13に加わる熱応力が透光性部材14に加わり難くなる。
The optical semiconductor device according to the present embodiment has a
本実施形態における光半導体装置において、透光性部材14が、枠部材12の外側に設けられていることにより、光半導体素子3によって発生される熱による透光性部材14の劣化が低減されている。
In the optical semiconductor device according to the present embodiment, the
1 パッケージ
11 底板
12 枠部材
13 光ファイバ保持用部材
14 透光性部材
15 蓋体
2 サブマウント基板
3 光半導体素子
4 光ファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記搭載領域を囲むように前記底板の上に設けられているとともに、貫通孔を有している枠部材と、
部分的に前記貫通孔内に設けられており、筒状構造を有しているとともに、前記筒状構造における内側面に前記枠部材に対する平行面を有している光ファイバ保持用部材と、
前記光ファイバ保持用部材の前記平行面に接合された透光性部材とを備えた光半導体素子収納用パッケージ。 A bottom plate having an upper surface including a mounting region of the optical semiconductor element;
A frame member provided on the bottom plate so as to surround the mounting region, and having a through hole;
An optical fiber holding member that is partially provided in the through hole, has a cylindrical structure, and has a parallel surface to the frame member on an inner surface of the cylindrical structure;
An optical semiconductor element housing package comprising: a translucent member bonded to the parallel surface of the optical fiber holding member.
前記光ファイバと光学的に結合するように前記載置部に載置された光半導体素子と、前記側壁の上面に接合された蓋体とを備えた光半導体装置。 An optical semiconductor element storage package according to any one of claims 1 to 5,
The optical semiconductor device provided with the optical semiconductor element mounted in the said mounting part so that it might optically couple | bond with the said optical fiber, and the cover body joined to the upper surface of the said side wall.
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