JP2011192681A - Airtight terminal for optical semiconductor device, and optical semiconductor device - Google Patents

Airtight terminal for optical semiconductor device, and optical semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an airtight terminal for an optical semiconductor device that efficiently dissipates heat generated as the optical semiconductor device operates to the outside by structuring a heat sink having good sealing properties with glass and high thermal conductivity, thereby having higher airtightness and productivity. <P>SOLUTION: The productivity is improved without spoiling heat dissipation and the airtightness is also enhanced by sealing a metal base 1 having a heat sink insertion hole 12 formed therein and the heat sink 4 inserted into the through hole 12 with an insulating material 3 consisting of glass, and composing the heat sink 4 with a clad material having a core 41 and an outer peripheral portion 42, wherein a side face of the heat sink 4 along the core 41 is covered with the outer peripheral portion 42 formed of second metal suitable for glass sealing in a rolled shape and the core 41 covered with the outer peripheral portion 42 is formed of first metal having superior thermal conductivity. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属ベースとリード端子とを絶縁材を介して気密封着した気密端子に関し、より特定的には、光半導体素子を気密封止するために用いられる光半導体装置用気密端子、及びそれを用いた光半導体装置に関する。   The present invention relates to an airtight terminal in which a metal base and a lead terminal are hermetically sealed via an insulating material, and more specifically, an airtight terminal for an optical semiconductor device used to hermetically seal an optical semiconductor element, and The present invention relates to an optical semiconductor device using the same.

元来の光半導体装置用気密端子としては、FeまたはFe合金より形成される金属ベースの所定の位置にリード端子挿通穴が形成されており、前記金属ベースの所定の位置に銀蝋などの蝋材を用いて熱伝導率の良好なCuまたはCu合金より成るヒートシンクが固着され、前記金属ベースに設けられたリード挿通穴にリード端子が挿通され、前記金属ベースと前記リード端子とがガラス等の絶縁材を介して電気絶縁を兼ねて気密封着されて構成されていた。   As an original hermetic terminal for an optical semiconductor device, a lead terminal insertion hole is formed at a predetermined position of a metal base formed of Fe or an Fe alloy, and a wax such as silver wax is formed at a predetermined position of the metal base. A heat sink made of Cu or Cu alloy having a good thermal conductivity is fixed using a material, a lead terminal is inserted into a lead insertion hole provided in the metal base, and the metal base and the lead terminal are made of glass or the like. It was configured to be hermetically sealed with an insulating material serving as electrical insulation.

図3は、上述の気密端子の一例を示すもので、100は金属ベース、101はリード端子挿通穴、200はリード端子、300はガラス等の絶縁材、400はヒートシンク、500は蝋材を各々示している。   FIG. 3 shows an example of the above-described hermetic terminal, where 100 is a metal base, 101 is a lead terminal insertion hole, 200 is a lead terminal, 300 is an insulating material such as glass, 400 is a heat sink, and 500 is a wax material. Show.

図3に示すように元来の気密端子は、金属ベース100に貫通するリード端子挿通穴101が形成され、前記リード端子挿通穴101にリード端子200が挿通され、金属ベース100とリード端子200とがガラス等の絶縁材300を介して電気絶縁を兼ねて気密封着されている。金属ベース100の中央部の所定の位置には銀蝋などの蝋材500を介してヒートシンク400が取り付けられている。なお、CuまたはCu合金より成るヒートシンク400とガラス等の絶縁材300とでは、熱膨張係数の違いのために接合性が悪いため、ヒートシンク400の取り付けには蝋材500を用いている。   As shown in FIG. 3, the original hermetic terminal has a lead terminal insertion hole 101 penetrating through the metal base 100, and a lead terminal 200 is inserted into the lead terminal insertion hole 101. Is hermetically sealed for electrical insulation through an insulating material 300 such as glass. A heat sink 400 is attached to a predetermined position in the center of the metal base 100 via a wax material 500 such as silver wax. The heat sink 400 made of Cu or Cu alloy and the insulating material 300 such as glass have poor bonding properties due to the difference in thermal expansion coefficient, and therefore the wax material 500 is used for mounting the heat sink 400.

この様な気密端子は一般に、ヒートシンク400の側面に例えば半導体素子(図示せず)が搭載され、前記半導体素子とリード端子200で金属ベース100の上に突出した部分との間をAuやAl等の導電性ワイヤー(図示せず)で配線され、金属ベース100と天板部にガラスで形成される透過窓を有する円筒型の金属キャップ110を前記金属ベース100にキャッピングして、前記金属キャップ110と金属ベース100の外周部とを、銀蝋などの蝋材で蝋付け、あるいは電気熔接で溶接する等の方法で半導体素子(図示せず)を気密封止して使用されていた。   Such an airtight terminal is generally provided with, for example, a semiconductor element (not shown) on the side surface of the heat sink 400, and Au, Al, or the like is provided between the semiconductor element and a portion of the lead terminal 200 protruding above the metal base 100. A cylindrical metal cap 110 that is wired with a conductive wire (not shown) and has a metal base 100 and a transparent window formed of glass on the top plate portion is capped on the metal base 100, and the metal cap 110 is capped. The semiconductor element (not shown) is hermetically sealed by a method such as brazing the outer periphery of the metal base 100 with a brazing material such as silver wax or welding by electric welding.

このような半導体素子を搭載する気密端子において、半導体素子等の電子部品から発する熱の放熱経路としては、ヒートシンクを通じて空気中へ放熱する経路とヒートシンクを通じてヒートシンクが取り付けられた金属ベースから空気中へ放熱する経路の2通りがある。   In an airtight terminal on which such a semiconductor element is mounted, a heat dissipation path for heat generated from an electronic component such as a semiconductor element is radiated from the heat sink to the air through the heat sink and from the metal base to which the heat sink is attached through the heat sink to the air. There are two ways to go.

放熱を目的としたヒートシンクの材料としては、熱伝導率の良好なCuまたはCu合金が用いられており、より効率的に放熱を図る対策として光半導体装置としての設計の制約の範囲内で可能な限りヒートシンクの容量を増加させているが、電子部品の発熱量が増加する傾向の中において、電子部品の発熱量増加に対するその放熱効果は十分とは言えない状態となりつつある。   As a heat sink material for heat dissipation, Cu or Cu alloy having good thermal conductivity is used, and it is possible within the limits of design as an optical semiconductor device as a measure for more efficient heat dissipation. Although the capacity of the heat sink is increased as much as possible, the heat dissipation effect with respect to the increase in the heat generation amount of the electronic component is becoming insufficient in the tendency that the heat generation amount of the electronic component increases.

より気密端子の放熱性を向上させるためには、金属ベースも含めた全体を熱伝導率の良好なCuまたはCu合金で構成することが考えられるが、金属ベースの材料をCuまたはCu合金とした場合、ガラスの熱膨張係数に対してCuまたはCu合金の熱膨張係数が大きいため、金属ベースに設けられたリード挿通穴にガラスを介してリード端子を気密封止するための通炉工程において、加熱・冷却された際の体積変化が大きくなってしまい、ガラスと金属ベースとの接合面に応力が生じて結合が剥離してしまうおそれがあり、気密性、リード端子接合強度が通常のFeまたはFe合金で金属ベースを構成した場合と比較して著しく低下するという問題がある。   In order to improve the heat dissipation of the hermetic terminal, it is considered that the whole including the metal base is made of Cu or Cu alloy having a good thermal conductivity. However, the metal base material is Cu or Cu alloy. In this case, since the thermal expansion coefficient of Cu or Cu alloy is larger than the thermal expansion coefficient of glass, in the furnace passing process for hermetically sealing the lead terminal through the glass in the lead insertion hole provided in the metal base, The volume change when heated / cooled becomes large, and stress may be generated on the bonding surface between the glass and the metal base to cause the bond to be peeled off. There is a problem that the metal base is remarkably lowered as compared with the case where the metal base is formed of an Fe alloy.

このため、金属ベース部はFeまたはFe合金で構成し、ヒートシンクのみをCuまたはCu合金で構成し、これら二つの材料を銀蝋などの蝋材で接合している。従って、半導体素子より発せられる熱をヒートシンクでは効率的に放熱する形となるが、気密端子の金属ベースはCuまたはCu合金よりも熱伝導率の劣るFeで構成されているため、外部への放熱を阻害する形となり放熱効果が得られ難いという問題があった。   For this reason, the metal base portion is made of Fe or an Fe alloy, only the heat sink is made of Cu or a Cu alloy, and these two materials are joined by a wax material such as silver wax. Therefore, the heat generated from the semiconductor element is efficiently radiated by the heat sink, but the metal base of the hermetic terminal is made of Fe, which has a lower thermal conductivity than Cu or Cu alloy. There is a problem that it is difficult to obtain a heat dissipation effect.

これに鑑みて気密端子の放熱性を向上させる従来の気密端子としては、金属ベースに貫通したヒートシンク挿通穴を設け、そこにヒートシンクが貫通した状態で蝋材等により取り付けられて形成されているものがあった(例えば、特許文献1参照)。   In view of this, as a conventional airtight terminal that improves the heat dissipation of the airtight terminal, a heat sink insertion hole that penetrates the metal base is provided, and the heat sink penetrates there to be attached with a wax material or the like. (For example, see Patent Document 1).

図4は、前記特許文献1に記載された従来の気密端子を示すものである。
図4において、図3と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。図4は従来の気密端子を示すもので、102はヒートシンク挿通穴を示している。
FIG. 4 shows a conventional hermetic terminal described in Patent Document 1. In FIG.
4, the same components as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. FIG. 4 shows a conventional hermetic terminal. Reference numeral 102 denotes a heat sink insertion hole.

図4に示す従来の気密端子は、金属ベース100の所定の位置にヒートシンク挿通穴102が設けられ、そのヒートシンク挿通穴102に銀蝋などの蝋材500を介してヒートシンク400が金属ベース100に貫通した状態で取り付けられた構成のものである。   The conventional airtight terminal shown in FIG. 4 is provided with a heat sink insertion hole 102 at a predetermined position of the metal base 100, and the heat sink 400 penetrates the metal base 100 through a wax material 500 such as silver wax in the heat sink insertion hole 102. It is the thing of the structure attached in the state.

これによれば、熱伝導率の良好な金属よりなるヒートシンク400の体積を大きく確保することができると共に、熱伝導率の良好なヒートシンク400が金属ベース100の内外を貫通した構成となるため、電子部品より発せられた熱を放熱するにあたり、金属ベース100を構成するFeまたはFe合金で阻害されることなく金属ベース100下面よりの効率的な放熱経路を実現する事が出来た。   According to this, the volume of the heat sink 400 made of a metal having good thermal conductivity can be secured large, and the heat sink 400 having good thermal conductivity penetrates the inside and outside of the metal base 100. In dissipating the heat generated from the parts, an efficient heat dissipation path from the lower surface of the metal base 100 could be realized without being obstructed by Fe or Fe alloy constituting the metal base 100.

特開平6−302912号公報JP-A-6-302912

しかしながら、前記従来の構成による気密端子を製造する場合においては、生産性に問題があった。詳しく説明すると、金属ベースに設けられたリード端子挿通穴にガラスを介してリード端子を気密封止する際、金属ベースのリード挿通穴にガラスパウダーを焼結させたタブレットとリード端子が組立された状態で高温炉に通炉し、ガラスを溶融させることで金属ベースにガラスを介してリード端子を気密封止していた。また金属ベースに蝋材を介してヒートシンクを取り付ける工程においても同様の高温炉に通炉を行っているが、ガラスの溶融温度と蝋材の溶融温度が異なる温度領域である。そのため、それぞれの異なる温度領域にて2回の通炉工程を入れる必要性があり、それに合わせる形で組立工程も2回行う必要性があるため生産性が悪いという課題を有していた。   However, in the case of manufacturing an airtight terminal having the conventional configuration, there is a problem in productivity. More specifically, when the lead terminal is hermetically sealed through the glass in the lead terminal insertion hole provided in the metal base, the tablet and the lead terminal in which glass powder is sintered in the lead insertion hole of the metal base are assembled. The lead terminal was hermetically sealed to the metal base through the glass by passing through a high temperature furnace in a state and melting the glass. Further, in the process of attaching the heat sink to the metal base via the wax material, the same high temperature furnace is passed through, but the melting temperature of the glass and the melting temperature of the wax material are different temperature ranges. For this reason, there is a need for two furnace passing steps at different temperature ranges, and there is a problem that productivity is poor because it is necessary to perform the assembly step twice in accordance with this.

そこで、CuまたはCu合金で形成されたヒートシンクに、FeまたはFe合金のメッキを施した上で金属ベースへガラス封着を行うという方法もあったが、通常のメッキ処理では厚みを数μm〜数十μm程度しか確保できないため、この程度の厚みのFeまたはFe合金のメッキでは、通炉工程における加熱時及び冷却時のヒートシンク全体の体積変化が、CuまたはCu合金のみで形成したヒートシンクの場合とほとんど変わらないため、加熱・冷却時にヒートシンクがガラスよりも大きく体積変化を起こしてしまい、ヒートシンクとガラスとの接合面に応力が生じ、クラックの発生のおそれ、及び結合剥離のおそれがあった。すなわち、メッキ処理では、ガラスを用いてヒートシンクを気密封止する際の気密性や接合強度をほとんど高めることはできなかった。   Therefore, there has been a method in which a heat sink formed of Cu or Cu alloy is plated with Fe or Fe alloy and then glass sealed to a metal base. However, in a normal plating process, the thickness is several μm to several Since only about 10 μm can be secured, with this thickness of Fe or Fe alloy plating, the volume change of the entire heat sink during heating and cooling in the furnace passing process is the case of a heat sink formed only of Cu or Cu alloy. Since there was almost no change, the heat sink caused a larger volume change than glass during heating and cooling, and stress was generated on the joint surface between the heat sink and the glass, possibly causing cracks and debonding. That is, in the plating process, the airtightness and the bonding strength when the heat sink is hermetically sealed using glass could hardly be increased.

また、メッキ処理では地金とメッキ金属との間の結合がファンデルワールス力のみによる弱い結合となってしまう場合が多いため、通炉工程における加熱・冷却の際に、接合面に応力が生じると、CuまたはCu合金の地金とFeまたはFe合金のメッキ金属との間の結合が剥離してしまうおそれがあった。   In addition, in the plating process, the bond between the bare metal and the plated metal often becomes a weak bond only by van der Waals force, so stress is generated on the joint surface during heating and cooling in the furnace passing process. In addition, the bond between the Cu or Cu alloy bare metal and the Fe or Fe alloy plated metal may be peeled off.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、高い生産性を有し、気密性の高い光半導体装置用気密端子を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an airtight terminal for an optical semiconductor device having high productivity and high airtightness.

前記従来の課題を解決するために、本発明の光半導体装置用気密端子は、内外に貫通するリード端子挿通穴とヒートシンク挿通穴とが金属ベースに形成されており、前記リード端子挿通穴にリード端子を挿通し、かつ前記ヒートシンク挿通穴に金属よりなるヒートシンクを挿通した状態で、前記リード端子及び前記ヒートシンクが前記金属ベースに対してガラスから成る絶縁材で封着されて形成される光半導体装置用気密端子において、前記ヒートシンクは、第一の金属材料からなる軸芯と、前記軸芯の外周側面を覆う第二の金属材料からなる外周部と、を有するクラッド材であり、前記外周部をなす第二の金属材料の熱膨張係数が、前記軸芯をなす第一の金属材料の熱膨張係数よりも前記ガラスから成る絶縁材の熱膨張係数に近いことを特徴とする。   In order to solve the above-described conventional problems, in the hermetic terminal for an optical semiconductor device of the present invention, a lead terminal insertion hole and a heat sink insertion hole penetrating in and out are formed in a metal base, and the lead terminal insertion hole has a lead. An optical semiconductor device in which the lead terminal and the heat sink are sealed with an insulating material made of glass with respect to the metal base with a terminal inserted and a heat sink made of metal inserted into the heat sink insertion hole In the airtight terminal for use, the heat sink is a clad material having an axial core made of a first metal material and an outer peripheral portion made of a second metal material covering an outer peripheral side surface of the axial core, and the outer peripheral portion is The thermal expansion coefficient of the second metal material formed is closer to the thermal expansion coefficient of the insulating material made of glass than the thermal expansion coefficient of the first metal material forming the shaft core. To.

また、第二の金属材料からなる外周部の厚みが、第一の金属材料からなる軸芯の太さの25%以上であることを特徴とする。
また、第一の金属材料がCu又はその合金からなり、第二の金属材料がFe又はNiあるいはFe−25〜35Ni−15〜25Co合金、15〜30Cr−Fe合金、Fe−40〜55Ni−3〜8Cr合金の何れかであることを特徴とする。
Moreover, the thickness of the outer peripheral part which consists of a 2nd metal material is 25% or more of the thickness of the axial center which consists of a 1st metal material, It is characterized by the above-mentioned.
Further, the first metal material is made of Cu or an alloy thereof, and the second metal material is Fe or Ni, or Fe-25 to 35Ni-15 to 25Co alloy, 15 to 30Cr—Fe alloy, Fe-40 to 55Ni-3. It is any one of -8Cr alloy.

以上のように、本発明の光半導体装置用気密端子によれば、軸芯を成す第一の金属材料の熱伝導率を充分に生かし切った放熱性が得られ、より光半導体装置用気密端子を効率よく生産することができる。   As described above, according to the hermetic terminal for an optical semiconductor device of the present invention, it is possible to obtain a heat dissipation property that makes full use of the thermal conductivity of the first metal material that forms the shaft core, and the hermetic terminal for an optical semiconductor device. Can be produced efficiently.

本発明の実施の形態における光半導体装置用気密端子の断面図Sectional drawing of the airtight terminal for optical semiconductor devices in embodiment of this invention 本発明の実施の形態における変更実施例を示す断面図Sectional drawing which shows the example of a change in embodiment of this invention 元来の気密端子の断面図Cross section of original airtight terminal 従来の気密端子の断面図Cross section of conventional airtight terminal

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態における光半導体装置用気密端子の断面図である。図1において、1は金属ベース、2はリード端子、3は絶縁材、4はヒートシンク、11はリード端子挿通穴、12はヒートシンク挿通穴、41は第一の金属材料で形成される軸芯、42は第二の金属材料で形成される外周部、5は金属ベース1をキャッピングする金属キャップを各々示している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of an airtight terminal for an optical semiconductor device in an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a metal base, 2 is a lead terminal, 3 is an insulating material, 4 is a heat sink, 11 is a lead terminal insertion hole, 12 is a heat sink insertion hole, 41 is an axial core formed of a first metal material, Reference numeral 42 denotes an outer peripheral portion formed of a second metal material, and 5 denotes a metal cap for capping the metal base 1.

図1に示す光半導体装置用気密端子は、金属ベース1を貫通するリード端子挿通穴11とヒートシンク挿通穴12が形成され、前記リード端子挿通穴11にリード端子2が、前記ヒートシンク挿通穴12にヒートシンク4がそれぞれ挿通され、金属ベース1にリード端子2とヒートシンク4とがそれぞれガラスから成る絶縁材3によって気密封着されたものから成る。   The airtight terminal for an optical semiconductor device shown in FIG. 1 has a lead terminal insertion hole 11 and a heat sink insertion hole 12 penetrating the metal base 1, and a lead terminal 2 is formed in the lead terminal insertion hole 11 and a heat sink insertion hole 12. Each of the heat sinks 4 is inserted, and the lead terminal 2 and the heat sink 4 are hermetically sealed to the metal base 1 by an insulating material 3 made of glass.

また、ヒートシンク4の側面には光半導体素子(図示せず)を塔載する為の素子搭載部(図示せず)が形成されている。
ヒートシンク4は、軸芯41と外周部42とで形成されており、外周部42は軸芯41に沿った側面をロール状に覆っており、第二の金属材料で形成されている。この第二の金属材料としては、Fe又はNiあるいはそれらを含む合金を使用することができる。具体例としては、コバール合金(Fe−25〜35Ni−15〜25Co)、15〜30Cr−Fe合金、Fe−40〜55Ni−3〜8Cr合金の何れかを用いることができる。
Further, an element mounting portion (not shown) for mounting an optical semiconductor element (not shown) is formed on the side surface of the heat sink 4.
The heat sink 4 is formed of a shaft core 41 and an outer peripheral portion 42, and the outer peripheral portion 42 covers a side surface along the shaft core 41 in a roll shape and is formed of a second metal material. As this second metal material, Fe or Ni or an alloy containing them can be used. As a specific example, any of Kovar alloy (Fe-25 to 35Ni-15 to 25Co), 15 to 30Cr—Fe alloy, and Fe-40 to 55Ni-3 to 8Cr alloy can be used.

前記第二の金属材料で形成される外周部42で覆われる軸芯41は、高い熱伝導率を有する第一の金属材料から成るものである。具体例としては、Cu又はそれらの合金を用いることができる。   The shaft core 41 covered with the outer peripheral portion 42 formed of the second metal material is made of the first metal material having a high thermal conductivity. As a specific example, Cu or an alloy thereof can be used.

前記ヒートシンクは、中心部に貫通穴を有する円柱状で第二の金属よりなる材料(外周部)に、第一の金属よりなる円柱状の材料(軸芯)を圧入した後に熱処理、圧延等の加工を行うことにより金属間結合させたクラッド材料で構成されている。なお、軸芯及び外周部の形状は、クラッド材料として構成可能であれば円柱状に限るものではなく、例えば多角柱状の形状であってもよい。   The heat sink is a columnar material having a through-hole in the central portion (outer peripheral portion), and a cylindrical material (axial core) made of the first metal is press-fitted into the cylindrical material (outer peripheral portion). It is made of a clad material that is bonded between metals by processing. The shape of the shaft core and the outer peripheral portion is not limited to a cylindrical shape as long as it can be configured as a cladding material, and may be a polygonal column shape, for example.

この様な光半導体装置用気密端子は、容易な方法で製造することが可能である。即ち、金属ベース1に設けられたリード端子挿通穴11及びヒートシンク挿通穴12のそれぞれにガラスからなる絶縁材3によってリード端子11及びヒートシンク4のそれぞれを気密封止する際、金属ベース1のリード挿通穴11及びヒートシンク挿通穴12のそれぞれに、ガラスパウダーを焼結させたタブレットとリード端子11およびヒートシンク4がそれぞれ組立された状態で高温炉に通炉し、ガラスを溶融させることで金属ベース1にガラスからなる絶縁材3によってリード端子11及びヒートシンク4を気密封止する。   Such an airtight terminal for an optical semiconductor device can be manufactured by an easy method. That is, when the lead terminal 11 and the heat sink 4 are hermetically sealed with the insulating material 3 made of glass in each of the lead terminal insertion hole 11 and the heat sink insertion hole 12 provided in the metal base 1, the lead insertion of the metal base 1 is performed. Each of the hole 11 and the heat sink insertion hole 12 is passed through a high-temperature furnace in a state where the tablet, the lead terminal 11 and the heat sink 4 are sintered, and the glass base is melted to the metal base 1. The lead terminal 11 and the heat sink 4 are hermetically sealed with an insulating material 3 made of glass.

なお、通炉工程においては、気密端子全体が500〜1000℃程度までに加熱されることで、ガラスが融解し、その後常温にまで冷却されてガラスが固化することで封止が行なわれる。このとき、ヒートシンク4も加熱・冷却され、ヒートシンク4に体積変化が生じる。このヒートシンク4の体積変化は、軸芯41の体積変化と外周部42の体積変化との両方に依存する。   In the furnace passing process, the entire hermetic terminal is heated to about 500 to 1000 ° C., so that the glass is melted and then cooled to room temperature, and the glass is solidified to be sealed. At this time, the heat sink 4 is also heated and cooled, and a volume change occurs in the heat sink 4. The volume change of the heat sink 4 depends on both the volume change of the shaft core 41 and the volume change of the outer peripheral portion 42.

ここで、本発明では、ヒートシンク4として第一,第二の金属材料からなるクラッド材を使用し、その軸芯41をなす第一の金属材料として熱伝導性の高い金属を用い、その外周部42をなす第二の金属材料として、ガラスから成る絶縁材3に近い熱膨張係数を有する金属を用いている。そして、通炉工程における加熱・冷却時に軸芯41をなす第一の金属材料が大きな体積変化を起こしたとしても、外周部42をなす第二の金属材料は第一の金属材料ほど大きな体積変化を起こさない。したがって、外周部42の厚みが大きいほど、ヒートシンク全体の温度変化に対する体積変化は小さくなる。   Here, in this invention, the clad material which consists of a 1st, 2nd metal material is used as the heat sink 4, and a metal with high heat conductivity is used as the 1st metal material which makes the axial core 41, The outer peripheral part As the second metal material forming 42, a metal having a thermal expansion coefficient close to that of the insulating material 3 made of glass is used. Even if the first metal material forming the shaft core 41 undergoes a large volume change during heating and cooling in the furnace passing process, the volume change of the second metal material forming the outer peripheral portion 42 is larger as the first metal material. Does not cause. Therefore, the larger the thickness of the outer peripheral portion 42, the smaller the volume change with respect to the temperature change of the entire heat sink.

そして、クラッド材であれば、第二の金属材料で形成される外周部42の厚みを、温度変化に対するヒートシンク4全体の体積変化について外周部42を形成する第二の金属材料の熱膨張係数が支配的となるようにできる。ここで、外周部42を形成する第二の金属材料の熱膨張係数が支配的となる軸芯41と外周部42との比率は軸芯41の太さに対して外周部42の厚みが25%以上であり、例えば、第一の金属材料からなる軸芯41の太さが1.0mmであれば、第二の金属材料からなる外周部42の厚みは250μm以上とすることが好ましい。ここで、軸芯の太さとは、軸芯の軸方向に直交する断面において最も長い部分の長さであり、例えば軸芯が円柱状であれば直径、四角柱状であれば対角線の長さである。   And if it is a clad material, the thermal expansion coefficient of the 2nd metal material which forms the outer peripheral part 42 about the thickness change of the outer peripheral part 42 formed with a 2nd metal material about the volume change of the heat sink 4 whole with respect to a temperature change. Can be dominant. Here, the ratio between the shaft core 41 and the outer peripheral portion 42 in which the thermal expansion coefficient of the second metal material forming the outer peripheral portion 42 is dominant is such that the thickness of the outer peripheral portion 42 is 25 with respect to the thickness of the shaft core 41. For example, if the thickness of the shaft core 41 made of the first metal material is 1.0 mm, the thickness of the outer peripheral portion 42 made of the second metal material is preferably 250 μm or more. Here, the thickness of the shaft core is the length of the longest portion in the cross section orthogonal to the axial direction of the shaft core, for example, the diameter if the shaft core is cylindrical, and the length of the diagonal line if it is a quadrangular prism. is there.

このため、加熱・冷却時のヒートシンク4全体の体積変化をガラスから成る絶縁材3と同程度にでき、絶縁材3とヒートシンク4との接合面に熱膨張収縮による応力を生じにくくでき、金属ベース1やガラスから成る絶縁材3にクラックを生じさせず、かつヒートシンク4とガラスから成る絶縁材3との間の結合が剥離しにくいようにできるので、気密性を確保することができる。   Therefore, the volume change of the entire heat sink 4 at the time of heating / cooling can be made the same level as that of the insulating material 3 made of glass, and stress due to thermal expansion and contraction can be hardly generated on the joint surface between the insulating material 3 and the heat sink 4. 1 and the insulating material 3 made of glass are not cracked, and the bond between the heat sink 4 and the insulating material 3 made of glass is difficult to peel off, so that airtightness can be ensured.

また、ヒートシンク4を構成しているクラッド材は、第一の金属材料で形成される軸芯41と、第二の金属材料で形成される外周部42との間を確実に金属結合されているので、通炉工程の加熱・冷却時に軸芯41と外周部42との間に熱膨張収縮による応力が生じても、この応力よりも強い結合力で軸芯41と外周部42とが結合されているため、メッキ処理でCu合金の地金の上にFeまたはFe合金のメッキ金属層を形成したヒートシンクを使用する場合のように軸芯41と外周部42とが剥離してしまうおそれもない。   Further, the clad material constituting the heat sink 4 is securely metal-bonded between the shaft core 41 formed of the first metal material and the outer peripheral portion 42 formed of the second metal material. Therefore, even if a stress due to thermal expansion and contraction occurs between the shaft core 41 and the outer peripheral portion 42 during heating and cooling in the furnace passing process, the shaft core 41 and the outer peripheral portion 42 are coupled with a stronger binding force than this stress. Therefore, there is no possibility that the shaft core 41 and the outer peripheral portion 42 are peeled off as in the case of using a heat sink in which a plated metal layer of Fe or Fe alloy is formed on a Cu alloy ingot by plating. .

さらに、ヒートシンク4の軸芯41に沿った側面が、第二の金属材料で形成される外周部42で覆われるので、ガラスから成る絶縁材3との良好な封着が得られ、高い気密性を確保することができ、ヒートシンク4の外周部42で覆われる軸芯41は、熱伝導率の高い第一の金属材料で形成されており、金属キャップ5で覆われる領域の内外を第一の金属材料で形成された軸芯41が貫通する構成と成るので、従来技術と同様に、CuまたはCu合金で形成される第一の金属材料の熱伝導率による放熱性が得られ、素子搭載部に搭載される光半導体素子(図示せず)の発する熱を効率的に放熱することが出来、より高出力高輝度な光半導体装置への採用が可能である。   Furthermore, since the side surface along the shaft core 41 of the heat sink 4 is covered with the outer peripheral portion 42 formed of the second metal material, good sealing with the insulating material 3 made of glass is obtained, and high airtightness is achieved. The shaft core 41 covered with the outer peripheral portion 42 of the heat sink 4 is formed of a first metal material having a high thermal conductivity, and the first and second regions inside and outside the region covered with the metal cap 5 are formed. Since the shaft core 41 made of a metal material is penetrated, the heat dissipation by the thermal conductivity of the first metal material made of Cu or Cu alloy can be obtained as in the prior art, and the element mounting portion It is possible to efficiently dissipate heat generated by an optical semiconductor element (not shown) mounted on the optical semiconductor device, and it can be applied to an optical semiconductor device with higher output and brightness.

また、ヒートシンク4の軸芯41に沿った側面が、ガラスから成る絶縁材3に近い熱膨張係数を有する第二の金属材料で形成される外周部42で覆われるので、ガラスとの良好な封着が得られ、リード端子2とヒートシンク4をどちらもガラスから成る絶縁材3で金属ベース1に封着させることが可能であり、1回の通炉工程で金属ベース1にリード端子2、ヒートシンク4を取り付けることができるので、高い生産性を実現することが可能となる。   Further, since the side surface along the axis 41 of the heat sink 4 is covered with the outer peripheral portion 42 formed of the second metal material having a thermal expansion coefficient close to that of the insulating material 3 made of glass, a good sealing with the glass is achieved. It is possible to seal the lead terminal 2 and the heat sink 4 to the metal base 1 with an insulating material 3 made of glass. The lead terminal 2 and the heat sink can be attached to the metal base 1 in a single furnace passing process. Since 4 can be attached, it becomes possible to realize high productivity.

なお、本実施の形態において、金属ベース1として平板状のものを用い、前記金属ベース1に設けられた貫通穴にガラスから成る絶縁材3を介してリード端子挿通穴11に挿通させたリード端子2とヒートシンク挿通穴12に挿通させたヒートシンク4とをそれぞれ封着するものとして説明したが、これに限定されるものでは無く、図2に示す変更実施例の様に、金属ベース1としてつば付き円筒状のものを用い、前記つば付き円筒状の金属ベース1の天板部14にリード端子挿通穴11とヒートシンク挿通穴12とを設け、これらリード端子挿通穴11とヒートシンク挿通穴12にそれぞれリード端子2とヒートシンク4のそれぞれを挿通し、前記金属ベース1の側壁部13と金属ベース天板部14とで囲まれる領域にガラスから成る絶縁材3を満たしてリード端子挿通穴11に挿通させたリード端子2及びヒートシンク挿通穴12に挿通させたヒートシンク4を封着するものとしても良い。   In the present embodiment, a flat terminal is used as the metal base 1, and a lead terminal inserted into the lead terminal insertion hole 11 through an insulating material 3 made of glass in a through hole provided in the metal base 1. 2 and the heat sink 4 inserted through the heat sink insertion hole 12 have been described as being sealed. However, the present invention is not limited to this, and the metal base 1 has a collar as in the modified embodiment shown in FIG. A cylindrical one is used, and a lead terminal insertion hole 11 and a heat sink insertion hole 12 are provided in the top plate portion 14 of the cylindrical metal base 1 with a collar, and the lead terminal insertion hole 11 and the heat sink insertion hole 12 are respectively lead. Insulation made of glass in the region surrounded by the side wall portion 13 and the metal base top plate portion 14 of the metal base 1 through the terminals 2 and the heat sink 4. 3 or as sealing the heat sink 4 is inserted into the lead terminal lead terminals 2 and the heat sink insertion hole 12 is inserted into the insertion hole 11 meets.

さらに、リード端子2の線径とリード端子挿通穴11の穴径を調整し、金属ベース1の底面より突出するリード端子2の長さを短縮する事で、表面実装型のものとしても良い。   Furthermore, by adjusting the wire diameter of the lead terminal 2 and the hole diameter of the lead terminal insertion hole 11 and shortening the length of the lead terminal 2 protruding from the bottom surface of the metal base 1, it may be a surface mount type.

光半導体装置に用いる気密端子として有用であり、特に高出力高輝度な光半導体装置に適している。   It is useful as an airtight terminal used in an optical semiconductor device, and is particularly suitable for an optical semiconductor device with high output and high luminance.

1、100 金属ベース
2、200 リード端子
3、300 絶縁材
4、400 ヒートシンク
500 蝋材
11、101 リード端子挿通穴
12、102 ヒートシンク挿通穴
13 円筒部
14 金属ベース天板部
41 軸芯
42 外周部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Metal base 2,200 Lead terminal 3,300 Insulation material 4,400 Heat sink 500 Brazing material 11,101 Lead terminal insertion hole 12,102 Heat sink insertion hole 13 Cylindrical part 14 Metal base top plate part 41 Core 42 Outer part

Claims (4)

内外に貫通するリード端子挿通穴とヒートシンク挿通穴とが金属ベースに形成されており、前記リード端子挿通穴にリード端子を挿通し、かつ前記ヒートシンク挿通穴に金属よりなるヒートシンクを挿通した状態で、前記リード端子及び前記ヒートシンクが前記金属ベースに対してガラスから成る絶縁材で封着されて形成される光半導体装置用気密端子において、
前記ヒートシンクは、第一の金属材料からなる軸芯と、前記軸芯の外周側面を覆う第二の金属材料からなる外周部と、を有するクラッド材であり、
前記外周部をなす第二の金属材料の熱膨張係数が、前記軸芯をなす第一の金属材料の熱膨張係数よりも前記ガラスから成る絶縁材の熱膨張係数に近いこと
を特徴とする光半導体装置用気密端子。
A lead terminal insertion hole and a heat sink insertion hole penetrating inside and outside are formed in the metal base, a lead terminal is inserted into the lead terminal insertion hole, and a heat sink made of metal is inserted into the heat sink insertion hole, In the airtight terminal for an optical semiconductor device formed by sealing the lead terminal and the heat sink with an insulating material made of glass with respect to the metal base,
The heat sink is a clad material having an axial core made of a first metal material and an outer peripheral portion made of a second metal material covering an outer peripheral side surface of the axial core,
A light whose thermal expansion coefficient of the second metal material forming the outer peripheral portion is closer to the thermal expansion coefficient of the insulating material made of glass than the thermal expansion coefficient of the first metal material forming the shaft core. Airtight terminal for semiconductor devices.
第二の金属材料からなる外周部の厚みが、第一の金属材料からなる軸芯の太さの25%以上であること
を特徴とする請求項1に記載の光半導体装置用気密端子。
2. The hermetic terminal for an optical semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the outer peripheral portion made of the second metal material is 25% or more of the thickness of the shaft core made of the first metal material.
第一の金属材料がCu又はその合金からなり、
第二の金属材料がFe又はNiあるいはFe−25〜35Ni−15〜25Co合金、15〜30Cr−Fe合金、Fe−40〜55Ni−3〜8Cr合金の何れかであること
を特徴とする請求項1,2のいずれかに記載の光半導体装置用気密端子。
The first metal material is made of Cu or an alloy thereof,
The second metal material is Fe, Ni, or an Fe-25-35Ni-15-25Co alloy, 15-30Cr-Fe alloy, or Fe-40-55Ni-3-8Cr alloy. An airtight terminal for an optical semiconductor device according to any one of 1 and 2.
請求項1〜3のいずれか1項に記載の光半導体用装置用気密端子を有することを特徴とする光半導体装置。   An optical semiconductor device comprising the hermetic terminal for an optical semiconductor device according to claim 1.
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