JP2010171356A - 半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光半導体素子と光ファイバとを光結合させることが容易であり、小型化ができ、また電気信号の伝送損失を抑制できるパッケージおよび光半導体装置を提供すること。
【解決手段】 半導体素子収納用パッケージは、光半導体素子５が搭載されるキャビティ１ｃを有する基体１の壁部２にキャビティ１ｃに通じる複数の開口部２ａ，２ｂを有する容器体１と、第１の開口部２ａに設けられ、光半導体素子５に光信号を入出力するための窓部材１２と、第２の開口部２ｂに設けられ、開口部２ｂに挿入されるコネクタ３を保持するための保持部材１１と、を具備し、保持部材１１は、光半導体素子５を搭載するための台座部１１ｂが一体形成されてなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は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。

従来の同軸コネクタを具備した高周波信号を伝送するための半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージとも言う）の概略図を図５に示す。図５（ａ）は従来のパッケージの一例を示す平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すパッケージのＡ−Ａ’線における断面図である。１０１は基体、１０２は枠体、１０３は同軸コネクタ、１０６は回路基板、１１１は保持部材、１１２は窓部材であり、主にこれらによりパッケージが構成される。

図５のパッケージは、パッケ−ジ内外を電気的に接続するための中心導体１０３ｂを有する同軸コネクタ１０３と、同軸コネクタ１０３の中心導体１０３ｂと電気的に接続される線路導体１０６ａを有する回路基板１０６と、同軸コネクタ１０３が嵌合される貫通孔１１１ｂと回路基板１０６が設置される台座部１１１ａとが一体的に形成された保持部材１１１とを備えているものである。また、パッケージ内の光半導体素子（図示せず）に光信号を入出力させるため、枠体１０２の一側面にパッケージの外側から光ファイバ等が接続される金属製の筒状からなる窓部材１１２が挿通接合されている。

ここで、保持部材１１１はセラミック材料等から構成されて成り、基体１０１の貫通孔１０１ｂが外部回路基板への固定部となるものである（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２４３９９２号公報

しかしながら、図５に示した上記従来のパッケージにおいて、パッケージ内に光半導体素子を実装する際、光半導体素子を光半導体素子搭載用の台座（図示せず）を介して搭載する必要があった。この台座はパッケージとは別に形成されたブロック状のものであり、限られたスペースのパッケージ内で台座を光半導体素子と光ファイバとを光結合させるように位置合わせを正確に行なうことが困難であった。

また、台座は基体１０１の上面に設置されるため、貫通孔１０１ｂをネジ等によって固定した際に、基体１０１が変形し、光半導体素子の位置がズレ易く、光半導体素子と光ファイバとを光結合させることが困難であった。

本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、光半導体素子と光ファイバとを光結合させることが容易なパッケージおよび光半導体装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、光半導体素子が収納されるキャビティを有する基体の壁部に前記キャビティに通じる複数の開口部を有する容器体と、第１の前記開口部に設けられ、前記光半導体素子に光信号を入出力するための窓部材と、第２の前記開口部に設けられ、該第２の開口部に挿入されるコネクタを保持するための保持部材と、を具備し、前記保持部材は、前記光半導体素子を搭載するための台座部が一体形成されてなるとともに、その下面と前記キャビティの底面との間に空隙を介して設けられていることを特徴とするパッケージである。

また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、前記保持部材が、の前記台座部から前記壁部にかけて漸次厚くなるように形成されていることが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、前記保持部材は、金属からなることが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、前記保持部材は、鉄−ニッケル−コバルト合金からなることが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、前記保持部材の上面に取着され、前記コネクタおよび前記光半導体素子と電気的に接続するための回路基板をさらに有することが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、前記保持部材に複数個の前記コネクタが取り付けられていることが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、前記保持部材の上面が前記回路基板の下面より幅狭とされていることが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージは、前記保持部材は、前記壁部との接合部に鍔部が設けられ、該鍔部が前記壁部の第２の前記開口部周囲に接合され、取り付けられていることが好ましい。

また、本発明の一実施形態に係る光半導体装置は、上記半導体素子収納用パッケージと、前記台座部上に設けられた光半導体素子と、前記容器体に取着され、前記パッケージを気密封止する封止部材と、を具備した光半導体装置である。

本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージの構成によれば、別途、光半導体素子を搭載するための台座を設けなくともよく、台座の位置合わせが不要となるとともに、光半導体素子が搭載される保持部材および窓部材が壁部に設けられ、さらに保持部材の下面とキャビティの底面との間に空隙が設けられていることにより、キャビティの底面が変形しても光半導体素子が位置ズレし難くなり、光半導体素子と光ファイバとを光結合させることが容易となる。

（ａ）は本発明のパッケージおよび光半導体装置の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すパッケージおよび光半導体装置のＸ−Ｘ’線における断面図である。 本発明のパッケージおよび光半導体装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 （ａ）は本発明のパッケージおよび光半導体装置の実施の形態の他の例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すパッケージおよび光半導体装置のＹ−Ｙ’線における断面図である。 本発明のパッケージおよび光半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す要部拡大正面図である。 （ａ）は従来のパッケージおよび光半導体装置の例を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）に示すパッケージおよび光半導体装置のＡ−Ａ’線における断面図である。

以下、本発明のパッケージの実施形態の各構成例を説明する。図１（ａ）は本発明のパッケージの実施の形態の一例を示す平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すパッケージのＸ−Ｘ’線における断面図である。

図２は本発明のパッケージおよび光半導体装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。図３は本発明のパッケージの実施の形態の他の例を示す平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示すパッケージのＹ−Ｙ’線における断面図である。また、図４は本発明のパッケージおよび光半導体装置の実施の形態のさらに他の例を示す要部拡大正面図である。ここで、１は基体（容器体）、２は壁部、３はコネクタ、１１は基板保持部材、１１ｂは台座部、１２は窓部材である。

基体１は底板部１ａと壁部２とからなる。底板部１ａは鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）の焼結材等の金属や、セラミックス，ガラス，樹脂等からなる。底板部１ａが金属からなる場合は、そ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か、または射出成形と切削加工を施すことによって所定の形状に製作される。また、底板部１ａがセラミックスからなる場合は、従来周知のセラミックグリーンシート積層法を用いることができる。樹脂の場合も、従来周知の成型方法で形成することができる。

底板部１ａは、その上側主面の外周部に壁部２が立設されている。この壁部２と底板部１ａとでキャビティ１ｃを形成することができる。

壁部２の材質は、底板部１ａと同様に、鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等の金属、セラミックス，ガラス，樹脂等からなる。壁部２と底板部１ａとは、一体成形してもよい。あるいは、壁部２と底板部１ａとが別部材からなり、底板部１ａに銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）ロウ、銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材や樹脂等からなる接着剤を介して接合して一体のものとしてもよい。

壁部２の側面には、複数の開口部が形成されている。矩形状の壁部２の場合、第１の壁部２には、光半導体素子５に光信号を入出力するための窓部材１２が接合される第１の開口部２ａが設けられている。また、第２の壁部２には、後述する保持部材１１が接合される第２の開口部２ｂが形成されている。

窓部材１２は、光半導体素子５に光信号を入出力するための貫通孔を有する筒状の部材であり、貫通孔のパッケージ外側から光ファイバを挿入して光ファイバを固定するためのものである。窓部材１２の材質は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金，鉄−ニッケル合金，ステンレス鋼（ＳＵＳ），セラミックス，ガラス，樹脂等からなる。

第１の開口部２ａと第２の開口部２ｂの形状は、壁部２内外を貫通する貫通孔、壁部２の基体１との接合面側から逆Ｕ字型に切り欠かれ壁部２内外を貫通する切り欠き、または壁部２の蓋体４との接合面側からＵ字型に切り欠かれて壁部２内外を貫通する切り欠きであってもよい。

例えば、第１の開口部２ａと第２の開口部２ｂのうち、少なくとも一方が壁部２の蓋体４との接合面側からＵ字型に切り欠かれて壁部２内外を貫通する切り欠きとして形成される場合、第１の開口部２ａ，第２の開口部２ｂが設けられる壁部２１と、蓋体４を気密に封止するためのシールリング２２とから形成されることが好ましい。壁部２１およびシールリング２２の材質は、鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等の金属、セラミックス，ガラス，または樹脂等からなる。また、壁部２１とシールリング２２とは、同一の材料でもよいし、異なる材料でもよい。

シールリング２２は、蓋体４とのシーム溶接性に優れた鉄−ニッケル−コバルト合金，鉄−ニッケル合金，ステンレス鋼等からなるのがよい。壁部２１とシールリング２２は、第１の開口部２ａ内に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる筒状の窓部材１２が挿入されるとともに窓部材１２の外周面と第１の開口部２ａの内周面とが銀−銅ロウ、銀ロウ等のロウ材を介して嵌着接合される際、または第２の開口部２ｂ内に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる保持部材１１が挿入されるとともに保持部材１１の外周面と第２の開口部２ｂの内周面とが銀−銅ロウ、銀ロウ等のロウ材を介して嵌着接合される際に、銀−銅ロウ、銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けされる。

コネクタ３は、内部に収容する光半導体素子５を外部に電気的に接続するものである。例えば、コネクタ３が同軸コネクタである場合、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる円筒状の外周導体３ａの中心軸に同じく鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる中心導体３ｂが絶縁体３ｃを介して固定された構造をしている。
＜保持部材＞
以下、保持部材１１について詳細に説明する。

保持部材１１は、基体１の第２の開口部２ｂに設けられ、開口部２ｂに挿入されるコネクタを保持するためのものであり、光半導体素子５を搭載するための台座部１１ｂが一体形成されてなることを特徴とするものである。

ここで、保持部材１１の台座部１１ｂは、図１（ｂ），図３（ｂ）に示すように、光半導体素子５を搭載した際に、光半導体素子５と窓部材１２とが光学的に結合する位置となるように台座部１１ｂが形成されている。光半導体素子５と窓部材１２に設置される光ファイバとを光学的に結合させるために、図１（ａ）のように第１の開口部２ａと第２の開口部２ｂとは平面視において壁部２の隣接する辺に配置されてもよいし、図３（ａ）のようにそれぞれ対向する辺に配置されてもよい。これらのように、窓部材１２と光半導体素子５とは対向させて互いに見通せるような位置に設置される。また、光を反射させる反射体や屈折体を介した光路上に光半導体素子５が設置されてもよい。

保持部材１１に光半導体素子５を搭載するための台座部１１ｂが一体形成されることで、台座を保持部材１１とは別に形成しなくともよくなり、台座を底板部１ａに設置する際の位置合わせが不要となる。また、台座を別途形成する場合と比較して、台座と保持部材１１との間隙を形成しなくともよいため、パッケージの小型化に繋がる。それゆえ、コネクタ３から光半導体素子５までの距離を短くでき、伝送損失の発生を抑制できる。

なお、保持部材１１の下面と底板部１ａとの間に空間がある状態（保持部材１１の下面が容器体１のキャビティ１ｃの中空に位置する状態）では、保持部材１１が底板部１ａの反りの影響を受け難くすることができる。

また、台座部の上面の高さは、第１の開口部２ａとほぼ同じ高さになるように形成する。具体的には、ＭＩＭ（Metal injection molding）により、容器体１と保持部材１１と
を一体成型することが好ましく、切削加工により、保持部材１１を形成するよりも、容器体１と保持部材１１との寸法誤差を小さくできる。また、保持部材１１の下面または容器体１の底面に鏡面加工を施せば、台座部の高さの寸法誤差を小さくできる。

一般的に、光軸のずれにより、光半導体素子５の結合度が変化し易いパッケージにおいて、光半導体素子５を所定の高さ位置で保持することは極めて重要である。

本発明に係る保持部材１１は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金や銅−タングステンの焼結材等の金属や、セラミックス，ガラス，樹脂等から成り、金属からなる場合、そ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か、または射出成形と切削加工を施すことによって、所定形状に形成することができる。

保持部材１１には、キャビティ１ｃ内外を導通するコネクタ挿通用の貫通孔１１ａが設けられ、このコネクタ挿通用の貫通孔１１ａにコネクタを挿通固定させることにより、パッケージ内外を電気的に導通させ、光半導体素子５と外部電気回路とを電気的に接続するための線路が形成される。

好ましくは、コネクタ３は同軸コネクタ３であるのがよい。この場合、電気信号を同軸線路のモードで伝送させることができ、高周波信号を所定のインピーダンス値に整合させ易くして、インピーダンス値のずれによる伝送損失の発生を抑制することができる。

また、同軸コネクタ３とすることによって、パッケージ外部に同軸ケーブルを接続することが容易となり、同軸ケーブルによって高周波信号を所定のインピーダンス値に整合させた状態で入出力させることができる。この結果、高周波信号に発生する伝送損失を抑制させ、高周波信号を効率良く入出力させることができる。

同軸ケーブルの接続を容易にするため、パッケージ外側面には、同軸ケーブル接続部１１ｄを形成しておくのがよい。

同軸コネクタ３は、鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる円筒状の外周導体３ａの中心軸に同じく鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる中心導体３ｂがガラス等の絶縁体３ｃを介して固定された構造のものであり、中心導体３ｂが電気信号の伝送線路として機能し、外周導体３ａが接地導体として機能する。

好ましくは、保持部材１１は金属からなるのがよい。この構成により、例え光半導体素子５が発熱した場合であっても、金属は熱伝導性に優れることから、熱伝導によってパッケージ外部に熱放散させやすくなる。また、保持部材１１が金属からなることによって、コネクタ３の接地電位を強化することができ、コネクタ３を伝送する電気信号が高周波のものであっても、所定のインピーダンス値に整合させて伝送損失の発生を抑制することができ、効率良く伝送させることができる。保持部材１１が金属からなる場合、同軸コネクタ３は外周導体３ａの外周面がコネクタ挿通用の貫通孔１１ａの内面と金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）半田等の封着材を用いて気密に接合することができる。

さらに好ましくは、保持部材１１は鉄−ニッケル−コバルト合金からなるのがよい。この構成により、コネクタ３が上述のような同軸コネクタ３からなる場合、コネクタ３との熱膨張係数が近似したものとなり、コネクタ３をロウ付け接合した際にコネクタ３が保持部材との熱膨張差による応力によって破損するのを防止することができる。また、光半導体素子５から発生した熱をパッケージ外部に良好に熱放散させることができる。

コネクタ３と光半導体素子５との接続方法の一例として、コネクタ３の線路導体と光半導体素子５の電極とをボンディングワイヤによって直接接続することが挙げられる。

また、コネクタ３と光半導体素子５との接続方法の他の例として、保持部材１１の上面に取着され、コネクタ３と電気的に接続するための回路基板をさらに設けることが挙げられる。この構成により、光半導体素子５の電極をボンディングワイヤによって回路基板の配線に接続させることができ、コネクタ３と光半導体素子５の電極の接続を容易なものとすることができる。また、中心導体３ｂが外周導体３ａより外側に突出した箇所を回路基板の配線に接続させることで、中心導体３ｂを伝送する電気信号のインピーダンス値を回路基板の配線を伝送する電気信号のインピーダンス値と同様とすることができる。即ち、回路基板の配線を所定のインピーダンス値となるようにしておけば、中心導体３ｂが外周導体３ａより外側に突出した箇所においても所定のインピーダンス値に整合させ、高周波信号に伝送損失が発生するのを抑制させ、高周波信号を効率よく伝送させることができる。

回路基板を設ける構成として、例えば図１乃至図３に、同軸コネクタ３の中心導体３ｂに接続するための線路導体６ａを備えた接続用基板６と、光半導体素子５が搭載されるとともに光半導体素子５と接続するための線路導体７ａを備えた搭載用基板７とを備える構成が挙げられる。この場合、回路基板は接続用基板６と搭載用基板７の２つとなる。この構成により、予め接続用基板６の線路導体６ａが中心導体３ｂに一致するように回路基板６を保持部材１１の棚部１１ｃに載置させておくことができるとともに、予め搭載用基板７に搭載された光半導体素子５が窓部材１２に取り付けられた光ファイバとの光結合効率が最大となるように位置合わせした状態で載置することができる。その結果、中心導体３ｂと線路導体６ａとの接続位置を所定の位置として、高周波信号を効率よく伝送できるようになるとともに、光半導体素子５と光ファイバとの光結合効率を最大として光信号を効率よく伝送させることができるようになる。

また、図１乃至図３に示すように、保持部材１１の下面はキャビティ１ｃの中空に位置する。すなわち、保持部材１１の下面と底板部１ａとの間に空隙を介して保持部材１１が設けられることによって、台座部１１ｂおよび棚部１１ｃの下面と底板部１ａとの間に空間がある。この構成により、保持部材１１が底板部１ａに非接触の状態となるため、保持部材１１が底板部１ａより伝わってくる変形や外力を受け難くなり、底板部１ａが外部電気回路基板等に固定される際に外力を受けた場合にも、光半導体素子５が窓部材１２に対し位置ズレするのを防止することができる。

すなわち、パッケージを基板等に固定するとき等に底板部１ａに外力が加わった際、底板部１ａが変形しようとするが、壁部２はパッケージ内部を取り囲む枠状に形成されているために、この変形に抗する作用を及ぼし、壁部２における変形は小さくなる。そして、保持部材１１および窓部材１２は壁部２に固定されているので、保持部材１１の先端および窓部材１２間の位置ズレは小さいものとなる。

その結果、底板部１ａが外力によって変形しても、光半導体素子５と窓部材１２に取り付けられる光ファイバとの光結合効率が低下するのを抑制し、光信号の伝送効率を良好に維持することができる。

また好ましくは、図２に示すように、保持部材１１は、先端の台座部１１ｂから壁部２との接合部にかけて漸次厚みが厚くなるように形成することが好ましい。すなわち、線路導体６の線路方向に平行な方向において、保持部材１１の上下方向の厚みが台座部１１ｂから壁部２との接合部にかけて漸次厚くしてある。なお、図２は、図１（ａ）のＸ−Ｘ’線における断面図に相当し、図１（ｂ）とは別な実施の形態の例を示す。

この構成によれば、光半導体素子５から発生する熱を、保持部材１１の台座部１１から壁部２へ保持部材１１を介して効率よく放散させることができ。その結果、光半導体素子５の冷却に優れ、光半導体素子５の作動性が低下するのを防止することができる。

また、保持部材１１に取り付けられるコネクタ３の個数は、図１に示すように１個であってもよいし、図３に示すように２個であってもよい。また、図示しないが３個以上であってもよい。

コネクタ３が複数個取り付けられる場合は、例えば図３に示すように、保持部材１１に貫通孔１１ａが複数設けられ、各貫通孔１１ａにそれぞれ同軸コネクタ３を取り付ける。この構成によって、パッケージの多端子化が可能となる。

また、図３に示すように、保持部材１１に２個の同軸コネクタ３を設け、それぞれの同軸コネクタ３の中心導体３ｂに接続されるように接続用基板６に２本の線路導体６ａを設けることで、１組の差動線路を形成することができ、差動信号の入出力が可能となる。

２本の線路導体６ａを１組の差動線路と為す場合、２本の線路導体６ａの長さを同一とするのがよい。２本の線路導体６ａの長さを同一とすることによって、２本の線路導体６ａを伝送する電気信号に位相差が生ずるのを防止することができる。

また、線路導体６ａは線路導体６ａの両側に等間隔をあけて同一面に設けられた同一面接地導体とともにコプレーナ線路を形成してもよい。この場合、Ｇ（接地導体）−Ｓ（線路導体）−Ｇ（接地導体）、またはＧ−Ｓ−Ｓ−Ｇとなるように、線路導体６ａおよび同一面接地導体を配置する。この構成により、線路導体６ａに高周波信号を伝送させても、高周波信号を同一面接地導体によって安定に接地させ、所定のインピーダンス値に整合させることができる。その結果、線路導体６ａを伝送する高周波信号に反射損失や透過損失等の伝送損失が発生するのを抑制し、線路導体６ａを伝送する高周波信号を効率良く伝送させることができる。

搭載用基板７についても、上述の線路導体６ａが設けられる場合、線路導体６ａと同様にして線路導体７ａを設ければよい。

図３では、保持部材１１に２個の同軸コネクタ３を設け１組の差動線路を設けた例を示したが、これに限定されることはなく、保持部材１１に４個以上の偶数個の同軸コネクタ３を設け、差動線路を２組以上設けても構わない。差動線路を２組以上設けることで、接続用基板６および搭載用基板７をより多機能なものとすることができる。

次に、保持部材１１の上面に回路基板として接続用基板６または搭載用基板７を有する場合を例に、以下説明する。

接続用基板６および搭載用基板７は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等のセラミックスや樹脂等の絶縁体から成り、外側平面視形状が四角形，五角形，六角形，八角形等の多角形の基板状のものである。

ここで、接続用基板６と搭載用基板７とがアルミナ質焼結体からなる場合のセラミックグリーンシートの製造方法の例として以下の工程が挙げられる。すなわち、まず、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯ等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合してスラリーと成す。次に、このスラリーをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートと成し、所要の大きさに切断することによって作製される。なお、セラミックグリーンシートを形成する代わりに、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯ等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤等を添加混合してセラミック顆粒体と成し、このセラミック顆粒体を金型成形することにより所望の基板形状に作製してもよい。

また、接続用基板６および搭載用基板７には、その上側主面にそれぞれ線路導体６ａおよび線路導体７ａが形成されている。好ましくは、線路導体６ａ，７ａに加えて下側主面に下側主面接地導体が形成されていてもよいし、コプレーナ線路を形成する場合においては、線路導体６ａ，７ａと同一面に同一面接地導体が形成されていてもよい。接続用基板６および搭載用基板７に形成された接地導体と保持部材１１とを電気的に接続すれば、保持部材１１をグランド電位として使用することができるため、グランド電位を安定して維持できる接続用基板６および搭載用基板７とすることができる。

線路導体６ａ，７ａは、接続用基板６および搭載用基板７がセラミックスからなる場合、セラミックグリーンシート表面にタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の高融点金属からなる金属ペーストをスクリーン印刷法等により印刷塗布し、これらセラミックグリーンシートを必要に応じて積層した後に約1600℃の温度で焼成することにより形成することができる。

また、これら線路導体６ａ，７ａの他、下側主面接地導体、同一面接地導体としてタングステン，モリブデン，マンガン等の高融点金属からなるメタライズ層を形成することができる。すなわち、当該メタライズ層は、タングステン，モリブデン，マンガン等からなる金属ペーストを接続用基板６および搭載用基板７の表面に塗布し、高温で焼成することによって形成される。また、コプレーナ線路を形成する場合、同一面接地導体と下側主面接地導体とを貫通導体を介して電気的に接続してもよく、この場合、接続用基板６および搭載用基板７に貫通孔を形成し、この貫通孔にタングステン，モリブデン，マンガン等からなる金属ペーストを充填し、高温で焼成することによって形成される。

焼成後のメタライズ層の表面には金やニッケル等からなる金属層がメッキ法等によって被着されているのがよい。この構成により、メタライズ層の腐食防止や、導電性を向上させることができる。

なお、線路導体６ａ，７ａ、下側主面接地導体、同一面接地導体はメタライズ層で形成する代わりに薄膜金属形成法によって形成されていてもよく、その場合、線路導体６ａ，７ａ、下側主面接地導体、同一面接地導体は窒化タンタル（Ｔａ_２Ｎ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ合金）、チタン（Ｔｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）等から形成され、セラミックグリーンシートを焼成した後に蒸着等の加工を施すことによって形成される。

上述した接続用基板６は、保持部材１１の棚部１１ｃ上に、例えば金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）半田等の接合材を介して接合され、上述した搭載用基板７は、保持部材１１の台座部１１ｂ上に、例えば金−錫半田等の接合材を介して接合され、本発明に係る保持部材１１を得ることができる。

好ましくは、図４に示すように、保持部材１１の台座部１１ｂ，棚部１１ｃ上面の幅が回路基板（接続用基板６または搭載用基板７）の下面の幅より幅狭とされているのがよい。すなわち、線路導体６ａの線路方向に直角な方向において、保持部材１１の台座部１１ｂの上面の幅が、接続用基板６の下面の幅より幅狭であり、かつ棚部１１ｃの上面の幅が搭載用基板７の下面の幅より幅狭であるのがよい。なお、図３は、図１（ａ）の平面図において回路基板６，７および保持部材１１を正面（図１（ａ）においては下方向）から見た正面図を示す。図１（ａ）においては、保持部材１１の方が回路基板６，７より幅広であるように示されている。

この構成によれば、接続用基板６および搭載用基板７を保持部材１１の上面に設置し接合すると、接続用基板６および搭載用基板７が保持部材１１より外側に張り出すようになるので、接続用基板６および搭載用基板７を保持部材１１に接合した際に、接続用基板６および搭載用基板７の外周部に保持部材１１との熱膨張差による応力が作用しても、接続用基板６および搭載用基板７がクラック等によって破損し難くすることができる。そして、接続用基板６に形成された線路導体６ａおよび搭載用基板７に形成された線路導体７ａが断線する虞を軽減でき、電気信号を効率よく伝送できるパッケージとできる。また、近時の電気信号の高周波化により、接続用基板６および搭載用基板７が薄型化してきているが、接続用基板６および搭載用基板７が薄型化しても、有利なものとできる。

また、接続用基板６および搭載用基板７が保持部材１１より外側に張り出した箇所において、接続用基板６および搭載用基板７の下面と保持部材１１の側面との間に、接続用基板６および搭載用基板７と保持部材１１とを接合するための接合材のメニスカスを形成することができ、接続用基板６および搭載用基板７と保持部材１１とを強固に接合させることができる。

なお、接続用基板６および搭載用基板７の張り出し寸法、すなわち接続用基板６および搭載用基板７の外周部と保持部材１１の上面の外周部との間の距離は０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度であるのがよい。

以下、同軸コネクタ３および接続用基板６を保持部材１１に接合する方法について説明する。

棚部１１ｃには金−錫半田等の接合材を設置しその上に接続用基板６を設置する。貫通孔１１ａは、壁部２の内外を貫通するように形成され、同軸コネクタ３を挿入するとともに外周導体３ａとの間に金−錫半田等の封着材を挿入する。中心導体３ｂの先端部は、セラミック基板６の上面に突出させ、中心導体３ｂの先端部と線路導体６ａの上面との間に半田等の導電性接着材を載置する。

しかる後、加熱して接合材と封着材および導電性接着材を溶融させ、接合材により接続用基板６が棚部１１ｃに強固に固定され、溶融した封着材は毛細管現象により外周導体３ａと貫通孔１１ａの内壁との隙間に充填させることによって、外周導体３ａが貫通孔１１ａ内に金−錫半田等の封着材を介して挿着され、導電性接着材により中心導体３ｂと線路導体６ａとが接続される。

かくして、グランドとしての外周導体３ａが保持部材１１に封着材を介して保持部材１１に電気的に接続され、また信号線路としての中心導体３ｂが接続用基板６の線路導体６ａに金−錫半田等からなる導電性接着材を介してそれぞれ電気的に接続される。

中心導体３ｂを伝送する高周波信号は、貫通孔１１ａ部において貫通孔１１ａの中心軸を伝送する同軸線路を伝送し、保持部材１１の壁部２内側の面から出て線路導体６ａの一端の半田等の導電性接着材に達した後は、例えばマイクロストリップ線路となっている線路導体６ａ上を伝送する。この同軸線路とマイクロストリップ線路は、所定の特性インピーダンス値に整合されている。導電性接着材の接続部において、中心導体３ｂの先端部の位置、線路導体６ａの位置、および導電性接着材の量により、信号線路のインピーダンスが所定の値に設定されている。このようにして、パッケージ内において、反射損失や透過損失等の伝送損失のない良好な信号線路が形成される。上述したように、線路導体６ａは線路導体６ａの両側に等間隔をあけて同一面に設けられた同一面接地導体とともにコプレーナ線路を形成してもよい。
＜パッケージ＞
次に、上述した保持部材１１を用いたパッケージについて以下に説明する。

本発明に係るパッケージは、キャビティ１ｃを有する基体１の壁部２にキャビティ１ｃに通じる複数の開口部２ａ，２ｂを有する容器体１と、第１の開口部２ａに設けられ、光半導体素子５に光信号を入出力するための窓部材１２と、第２の開口部２ｂに設けられ、開口部２ｂに挿入されるコネクタ３を保持するための保持部材１１と、を具備し、保持部材１１は、光半導体素子５を搭載するための台座部１１ｂが一体形成されてなるものである。

このような構成とすることにより、台座を別途形成しなくともよいため、台座を底板部１ａに設置する際の位置合わせが不要となる。

また、ネジ止め用の貫通孔１ｂは底板部１ａの平面視形状が図１（ａ），図３（ａ）に示す四角形状である場合、四角形の四隅の４箇所に設けられるのがよい。この構成により、底板部１ａを外部回路基板や外部放熱板等に固定する際に、底板部１ａの裏面と外部回路基板や外部放熱板等との接触面積を大きくすることができる。この結果、容器体１から外部回路基板や外部放熱板等へ効率良く熱を伝え、容器体１から外部の熱放散性を向上させることができる。

図３（ｂ）においては、底板部１ａの厚さが全面にわたって均一になっている場合を示しているが、好ましくは、底板部１ａの厚さは、ネジ止め用の貫通孔１ｂが設けられる部位とその周囲が残部に比べて薄くなっているのがよい。この構成により、ネジ止め時に貫通孔１ｂが設けられる部位とその周囲の底板部１ａが優先的に変形して、貫通孔１ｂをネジ止めしても、底板部１ａ全体が変形するのを抑制できる。

また、台座を別途形成する場合と比較して、台座部１１ｂと保持部材１１との間隙を形成しなくともよいため、パッケージの小型化に繋がる。さらには、コネクタ３から光半導体素子５までの距離を短くでき、電気信号の伝送損失の発生を抑制できる。

好ましくは、図３に示すように、保持部材１１は、壁部２との接合部に鍔部１１ｅが設けられ、鍔部１１ｅが壁部２の第２の開口部２ａ周囲に接合され、取り付けられているのがよい。この構成により、鍔部１１ｅが壁部２の第２の開口部２ａ周囲に接合され、取り付けられていることから、図１に示すような鍔部１１ｅの外周形状を開口部２ａの内周に嵌合する構造と比較して、寸法精度を緩和することができる。その結果、壁部２と保持部材１１を効率良く製造できるとともに、壁部２と保持部材１１の製造コストを安価なものとすることができる。

保持部材１１と窓部材１２の取り付け位置については、例えば、図１に示すように、四角枠状の壁部２の一辺に第１の開口部２ａが設けられるとともに、第１の開口部２ａが設けられた辺に隣接する辺に第２の開口部２ａが設けられ、開口部２ａ，２ｂにそれぞれ窓部材１２と保持部材１１とが取り付けられる。この場合例えば、光半導体素子５が窓部材１２に光学的に結合するように対向する位置となるように台座部１１ｂをパッケージ内側に突出させておく。

また例えば、図３に示すように、四角枠状の壁部２の一辺に第１の開口部２ａが設けられるとともに、第１の開口部２ａが設けられた辺と対向する辺に第２の開口部２ａが設けられ、開口部２ａ，２ｂにそれぞれ窓部材１２と保持部材１１とが取り付けられてもよい。

好ましくは、図１に示すように、四隅に設けられた貫通孔１ｂに対して、貫通孔１ｂ同士の距離が長くなる側（長辺側）の四角枠状の壁部２の一辺に第２の開口部２ａが設けられ、開口部２ｂに保持部材１１が取り付けられるのがよい。この構成により、貫通孔１ｂ同士の距離が長くネジ止め時に変形し易い長辺側の壁部２が保持部材１１により補強され、貫通孔１ｂをネジ止めしても壁部２の変形を抑制できる。その結果、貫通孔１ｂをネジ止めしても、台座部１１ｂの光半導体素子５が所定位置に保持され、光半導体素子５と窓部材１２との間で光信号を良好に入出力させることができる。
＜光半導体装置＞
最後に、上述したパッケージを用いた光半導体装置について以下に説明する。

本発明にかかる光半導体装置の一例は、上述したパッケージと、台座部１１ｂ上に設けられた光半導体素子５と、容器体１に取着され、パッケージを気密封止する封止部材と、を具備したものである。例えば、光半導体素子５の電極と搭載用基板７の上面に被着された線路導体７ａとをボンディングワイヤ８により電気的に接続し、しかる後、壁部２の上面に鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属からなる蓋体４を半田付け法やシーム溶接法により接合すればよい。

このような構成とすることにより、窓部材１２と光半導体素子５との位置合わせを良好にして光信号を効率良く伝送でき、また熱放散性が良好で正常且つ安定に作動する小型の光半導体装置を提供できる。

なお、光半導体装置において、窓部材１２と光半導体素子５との間にミラーやプリズム等の光学部品（図示せず）が設けられていてもよい。この構成により、例えば、光半導体素子５が半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子である場合、光半導体素子５から発光した光をミラーやプリズム等の光学部品を介して、窓部材１２に導いて光半導体装置外部へ出射させることが可能となり、光半導体素子５と窓部材１２とを対向する位置に配置する必要が無くなる。従って、光半導体素子５の搭載位置の自由度を向上させることができる。

光半導体素子５がフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子である場合も、窓部材１２から光半導体装置内部に入射してくる光を、ミラーやプリズム等の光学部品を介して、光半導体素子５に導いて受光させることが可能となり、光半導体素子５が発光素子である場合と同様、光半導体素子５の搭載位置の自由度を向上させることができる。

また、図１乃至図３に示す光半導体装置は、底板部１ａの外周側に設けられた貫通孔１ｂをネジ止めすることにより、外部回路基板や外部放熱板等に実装される。また、同軸コネクタ３と外部電気回路に接続された同軸ケーブルとを接続することにより、内部に収容する光半導体素子５が外部電気回路に電気的に接続され、光半導体素子５が高周波信号で作動することとなる。

貫通孔１ｂを外部回路基板にネジ止めして実装する際、パッケージ製造時のロウ付け工程において反りが発生していた底板部１ａの反りが矯正され、容器体１に外力や変形が加わることとなる。本発明のパッケージにおいては、容器体１に外力や変形が加わった場合においても、図１，乃至図３に示すように、保持部材１１の下面はキャビティ１ｃの中空に位置する。すなわち、保持部材１１の下面と底板部１ａとの間に空間を設けることによって、台座部１１ｂおよび棚部１１ｃの下面と底板部１ａとの間に空間がある。この構成により、保持部材１１の先端の変位量は、保持部材１１の下面が底板部１ａに接合されている場合に比べ小さいので、光半導体素子５の位置ズレを抑制し、光結合効率の高いパッケージを提供することができる。

本発明の一例にかかる電子装置は、特に周波数が５〜５０ＧＨｚ程度の高周波信号の伝送特性を良好なものとすることができる。

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は何等差し支えない。

１：基体（容器体）
１ｃ：キャビティ
２：壁部
２ａ：第１の開口部
２ｂ：第２の開口部
３：同軸コネクタ（コネクタ）
４：蓋体（封止部材）
５：光半導体素子
６：接続用基板
７：搭載用基板
１１：保持部材
１１ｂ：台座部

Claims (9)

1. 光半導体素子が収納されるキャビティを有する基体の壁部に前記キャビティに通じる複数の開口部を有する容器体と、
   第１の前記開口部に設けられ、前記光半導体素子に光信号を入出力するための窓部材と、
   第２の前記開口部に設けられ、該第２の開口部に挿入されるコネクタを保持するための保持部材と、
   を具備し、
   前記保持部材は、前記光半導体素子を搭載するための台座部が一体形成されてなるとともに、その下面と前記キャビティの底面との間に空隙を介して設けられていることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
2. 前記保持部材は、前記台座部から前記壁部にかけて漸次厚くなるように形成されている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。
3. 前記保持部材は、金属からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子収納用パッケージ。
4. 前記保持部材は、鉄−ニッケル−コバルト合金からな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半導体素子収納用パッケージ。
5. 前記保持部材の上面に取着され、前記コネクタおよび前記光半導体素子と電気的に接続するための回路基板をさらに有す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半導体素子収納用パッケージ。
6. 前記保持部材に複数個の前記コネクタが取り付けられてい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半導体素子収納用パッケージ。
7. 前記保持部材の上面が前記回路基板の下面より幅狭とされていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の半導体素子収納用パッケージ。
8. 前記保持部材は、前記壁部との接合部に鍔部が設けられ、該鍔部が前記壁部の第２の前記開口部周囲に接合され、取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージ。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の半導体素子収納用パッケージと、
   前記台座部上に設けられた光半導体素子と、
   前記容器体に取着され、前記パッケージを気密封止する封止部材と、
   を具備した光半導体装置。

Images