JP2014003062A

JP2014003062A - 光半導体装置

Info

Publication number: JP2014003062A
Application number: JP2012135746A
Authority: JP
Inventors: Kimiharu Kuroki; 公治黒木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2014-01-09
Also published as: CN103515838B; CN103515838A

Abstract

【課題】製造コストを低減し製品品質を向上させることができる光半導体装置を得る。
【解決手段】ステム１の上面に半導体レーザ４が配置されている。リード５，６がステム１を貫通し、ステム１の上面から突出している。リード５，６はステム１の下面からは突出していない。リード５，６の突出した部分が半導体レーザ４にワイヤ８，１０により電気的に接続されている。レンズ１１つきキャップ１２が、ステム１の上面において、半導体レーザ４、リード５，６の突出した部分、及びワイヤ８，１０を覆っている。半田ボール１３，１４がステム１の下面に配置されてリード５，６に電気的に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、製造コストを低減し製品品質を向上させることができる光半導体装置に関する。

従来の光半導体装置として、ステムの下面からリードが突出したＣＡＮパッケージが広く普及している。また、あらかじめリードの突出した部分を短くしたパッケージも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２２１３９１号公報

従来の光半導体装置は、指定の長さにリードをカットした後に半田づけにて光トランシーバのプリント基板などに実装される。このため、リフローなどの自動化ができず、作業者の技術レベルによって製造品質にばらつきが生じる。

あらかじめリードの突出した部分を短くしたパッケージではリードカットは不要である。しかし、リードを検査装置に挿入するたびにリードに傷がついて外観不具合が発生する。また、リードがステム下面から突出していると、その突出した部分をプリント基板の電極に接合するための半田の量が多くなる。従って、製造コストが高くなるという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は製造コストを低減し製品品質を向上させることができる光半導体装置を得るものである。

本発明に係る光半導体装置は、上面と下面を持つ基板と、前記基板の前記上面に配置された光半導体素子と、前記基板を貫通し、前記基板の前記上面から突出し、前記基板の前記下面から突出していないリードと、前記リードの突出した部分を前記光半導体素子に電気的に接続するワイヤと、前記基板の前記上面において、前記光半導体素子、前記リードの突出した部分、及び前記ワイヤを覆うレンズつきキャップと、前記基板の前記下面に配置され、前記リードに電気的に接続された半田とを備えることを特徴とする。

本発明により、製造コストを低減し製品品質を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す断面図である。本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す側面図である。比較例に係る光半導体装置を示す側面図である。本発明の実施の形態２に係る光半導体装置を示す断面図である。本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す断面図である。本発明の実施の形態４に係る光半導体装置を示す断面図である。

本発明の実施の形態に係る光半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

実施の形態１．
図１及び図２は、それぞれ本発明の実施の形態１に係る光半導体装置を示す断面図及び側面図である。ステム１の上面に台座２が配置されている。台座２上にサブ基板３が配置され、サブ基板３上に一般的な発光素子である半導体レーザ４が配置されている。

放熱性確保のためステム１はＦｅＮｉ合金などの電気伝導性物質であり、台座２の材質はステム１と同じである。ステム１や台座２を接地電位とすることで、半導体レーザ４への雑音を低減することができる。また、サブ基板３は窒化アルミニウムやアルミナなどのセラミック系材料であり、ステム１と半導体レーザ４の中間の線膨張係数を持つため、実装歪みを低減することができる

リード５，６がステム１を貫通し、ステム１の上面から突出している。ステム１とリード５，６の間には絶縁材７が設けられている。リード５，６はステム１の下面からは突出していない。

リード５の突出した部分が半導体レーザ４の表側電極にワイヤ８により電気的に接続されている。半導体レーザ４の裏側電極とサブ基板３に設けられた高周波回路９がダイボンドにより電気的に接続されている。リード６の突出した部分が高周波回路９にワイヤ１０により電気的に接続されている。高周波回路９は信号の電気的な反射を抑制する。レンズ１１つきキャップ１２が、ステム１の上面において、半導体レーザ４、リード５，６の突出した部分、及びワイヤ８，１０を覆っている。

半田ボール１３，１４がステム１の下面に配置されてそれぞれリード５，６に電気的に接続されている。半田ボール１３，１４はＳｎＡｇＣｕなどである。この半田ボール１３，１４を介して、光半導体装置は光トランシーバのプリント基板などに電気的・機械的に接合される。ステム１の下面に配置された絶縁シート１５がステム１と半田ボール１３，１４を電気的に絶縁する。

続いて本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図３は、比較例に係る光半導体装置を示す側面図である。比較例では、リード５，６がステム１の下面から突出している。比較例の装置は指定の長さにリード５，６をカットした後に半田づけにて実装するため、リフローなどの自動化ができず、作業者の技術レベルによって製造品質にばらつきが生じる。

一方、本実施の形態では、リード５，６はステム１の下面から突出せず、半田ボール１３，１４がステム１の下面に配置されてリード５，６に電気的に接続されている。このように外部との電気接合部を半田ボール１３，１４にすることで外部の実装方法を多様化できる。例えばリフローなどの自動実装製造装置を用いることで、スループットを向上でき、作業者起因による製造品質のばらつきを抑制できる。

また、比較例では、リード５，６を検査装置に挿入するたびにリード５，６に傷がついて外観不具合が発生する。一方、本実施の形態ではリード５，６がステム１の下面から突出していないので、検査の際にリード５，６に傷がつくことはない。このため、リード５，６に使用しているＡｕめっきの厚みを薄くすることができるため、省資源化・低コスト化を実現できる。

また、比較例のようにリード５，６がステム１の下面から突出していると、その突出した部分をプリント基板の電極に接合するための半田の量が多くなる。一方、本実施の形態ではリード５，６がステム１の下面から突出していないので、半田の量を減らすことできる。

また、比較例では、リードカット及びフォーミング後に直接リードを光トランシーバのプリント基板に実装するか、又はリードカット後にリード５，６をフレキシブル基板の一端に半田付けしフレキシブル基板の他端をプリント基板に半田付けする。これに対して、本実施の形態では、リードカット工程及びフレキシブル基板が不要となり、組立設備の投資コスト及び部材の使用を抑制することができる。

また、比較例では、検査時のリードカット前の装置と実使用時のリードカット済み装置との間でインダクタンス特性などに差が生じる。一方、本実施の形態ではリードカットを行わないため、測定結果が実使用に近づく。この結果、歩留まりが改善する。

また、比較例では、高集積化を実現するため、製造工程においてリードカット用のジグを手配する必要がある。一方、本実施の形態ではリードカットを行わないため、専用のジグは不要である。また、光半導体装置のリード５，６の配置によっては、通常のＩＣと同じ検査設備が流用できるため、検査設備の投資コストを抑制することができる。

また、本実施の形態では、ステム１の上面から突出したリード５，６を半導体レーザ４にワイヤ接続するため、ワイヤ８，１０が短くなる。このため、ワイヤ８，１０のインダクタンスが小さくなって高周波特性が向上する。また、ワイヤ８，１０がループ状にならないため、組み立てが容易で信頼性が向上する。

また、半導体レーザ４を実装する基板として電気伝導性物質からなるステム１を用いることで放熱性が向上する。しかし、本実施の形態ではリード５，６がステム１の下面から突出していないため、ステム１の下面でリード５，６に電気的に接続された半田ボール１３，１４がステム１と短絡してしまう懸念がある。そこで、ステム１の下面に絶縁シート１５を配置している。これにより、ステム１と半田ボール１３，１４を電気的に絶縁することができる。半田ボール１３，１４の径が小さいＦＰＢＧＡ（Fine Pitch Ball Grid Array）などでも絶縁シート１５により絶縁性を確保できる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る光半導体装置を示す断面図である。ステム１の代わりにプリント基板１６を用いる。ただし、半導体レーザ４のシールド性、耐環境性、放熱性を確保する必要がある。この場合でも実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、プリント基板１６の材質はＦＲ−４などのガラス−エポキシ系材料であるが、その代わりにガラス−セラミックス基板を用いてもよい。ガラス−セラミックス基板はＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）などのプロセスや導体材料の選択により、誘電率などの物理定数を制御することができる。そして、ガラス−セラミックス基板はガラス−エポキシ基板よりも熱伝導率が高いため、放熱性に優れている。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３に係る光半導体装置を示す断面図である。プリント基板１６はステム１よりも放熱性が劣るため、プリント基板１６の裏面にグリスなどの放熱材１７を設けている。これにより放熱性を向上させることができる。

実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４に係る光半導体装置を示す断面図である。半田ボール１３，１４の代わりにブロック状の半田１８，１９を用いている。このように半田の形状はボールである必要はない。従って、ＢＧＡ（Ball Grid Array）に限らず、例えばＬＧＡ（Land Grid Array）、ＱＦＮ（Quad Flat Non-leaded Package）、ＳＯＰ（Small Online Package）などにも適用可能である。

なお、半導体レーザ４としてＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）などの面発光レーザを用いてもよい。また、半導体レーザ４の代わりに、受光素子やＬＥＤを用いてもよい。

１ステム（基板）
３サブ基板
４半導体レーザ（光半導体素子）
５，６リード
８，１０ワイヤ
１１レンズ
１２キャップ
１３，１４半田ボール（半田）
１５絶縁シート
１６プリント基板（基板、絶縁基板）
１８，１９ブロック状の半田

Claims

上面と下面を持つ基板と、
前記基板の前記上面に配置された光半導体素子と、
前記基板を貫通し、前記基板の前記上面から突出し、前記基板の前記下面から突出していないリードと、
前記リードの突出した部分を前記光半導体素子に電気的に接続するワイヤと、
前記基板の前記上面において、前記光半導体素子、前記リードの突出した部分、及び前記ワイヤを覆うレンズつきキャップと、
前記基板の前記下面に配置され、前記リードに電気的に接続された半田とを備えることを特徴とする光半導体装置。
前記基板の前記下面に配置された絶縁シートを更に備え、
前記基板は電気伝導性物質であり、
前記絶縁シートは前記基板と前記半田を電気的に絶縁することを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置。
前記基板は絶縁基板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。
前記半田は半田ボールであることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の光半導体装置。
前記基板の前記上面に配置され、前記基板と前記光半導体素子の中間の線膨張係数を持つサブ基板を更に備え、
前記光半導体素子は前記サブ基板上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の光半導体装置。