JP2014187277A - 光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】光ファイバと光半導体素子との間で光信号を良好に入出力することができる光半導体素子収納用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】光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に光半導体素子の載置部１ａを有する基体１と、載置部１ａを取り囲むように基体に接合された枠体２と、枠体２の内外を貫通する貫通孔２ｃに取り付けられた光ファイバ固定部材３とを具備する。光ファイバ固定部材３は、枠体２の内側に突出させた端面３ａが、上方に向うにつれて枠体２の内面に近くなるような傾斜面とされている。光ファイバ固定部材３の枠体２の内側に突出する端面２ａが傾斜面とされていることによって、光ファイバ固定部材の枠体内側に突出させた端面の下側端部および上側端部を確認することができ、光ファイバ固定部材を貫通孔に所望の配置で設けることができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、光半導体素子を収容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。

従来の気密封止型の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）の一例を図３に示す（例えば、特許文献１参照）。図３は、従来のパッケージの断面図である。同図において、２１は基体である。基体２１には、上側主面に光半導体素子２３を収容するための凹部２１ａが形成されている。また基体２１には、凹部２１ａから基体２１の外側にかけて、貫通孔２１ｂが形成されており、この貫通孔２１ｂには光ファイバ固定部材２８が固定されている。光ファイバ固定部材２８は、パッケージ外側から導入された光ファイバ（図示せず）の端部を保持する。

光ファイバ固定部材２８のパッケージ内側端部には、略円盤状の透光性部材２９が取着されている。透光性部材２９は、図３に示されるように、表面で反射した光がノイズとして光信号路に混入しないように、光ファイバ固定部材２８の中心軸に対し１〜２０度の角度で取着される場合がある。透光性部材２９は貫通孔２１ｂの内側に設置されている。

特開２００３−２８３０３２号公報

しかしながら、上記従来のパッケージでは、光ファイバ固定部材２８の配置や透光性部材２９の接合状態をパッケージの上視平面で確認することができないため、光ファイバ固定部材２８や透光性部材２９を所望の配置で設けることができず、光ファイバと光半導体素子２３との間で光信号を良好に入出力することができないという問題点を有していた。

従って、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、光ファイバ固定部材や透光性部材を所望の配置で設けることができ、光ファイバと光半導体素子との間で光信号を良好に入出力することができる光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に光半導体素子の載置部を有する基体と、前記載置部を取り囲むように前記基体に接合された枠体と、該枠体の内外を貫通する貫通孔に取り付けられた光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記光ファイバ固定部材は、前記枠体の内側に突出させた端面が、上方に向うにつれて前記枠体の内面に近くなるような傾斜面とされていることを特徴とするものである。

また、上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記光ファイバ保持部材の前記傾斜面の上端に、前記枠体に向けて切り欠かれた切り欠き部が形成されているのが好ましい。

また、上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記切り欠き部の底面は、前記枠
体の内面と平行であるのが好ましい。

本発明の一実施形態に係る光半導体装置は、上記いずれか１つに記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光半導体素子と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る光半導体素子収納用パッケージは、上側主面に光半導体素子の載置部を有する基体と、この載置部を取り囲むように基体に接合された枠体と、この枠体の内外を貫通する貫通孔に取り付けられた光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、光ファイバ固定部材は、枠体の内側に突出させた端面が、上方に向うにつれて枠体の内面に近くなるような傾斜面とされていることから、光ファイバ固定部材の枠体内側に突出させた端面の下側端部および上側端部を確認することができ、光ファイバ固定部材を貫通孔に所望の配置で設けることができる。

また、光ファイバ保持部材の傾斜面の上端に、枠体に向けて切り欠かれた切り欠き部が形成されていると、光ファイバ固定部材の枠体内側の端面に埋設するように固定された透光性部材の接合状態を確認することができる。

また、切り欠き部の底面は、前記枠体の内面と平行であると、光半導体素子収納用パッケージの上視において、枠体に対する光ファイバ保持部材の傾きを目視確認することができ、光ファイバ固定部材を枠体に所望の定位で設けることができる。

本発明の一実施形態に係る光半導体装置は、上記構成の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置された光半導体素子と、枠体の上面に枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることにより、光ファイバと光半導体素子との間における、良好な光信号の入出力を実現することができる。

本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。 （ａ）は、図１に示す光半導体収容用パッケージの正面図である。（ｂ）は、図１に示す光半導体収容用パッケージの平面図である。（ｃ）は、（ｂ）に示す光半導体収容用パッケージのＡ−Ａ断面図である。 従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。

本発明の光半導体素子収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージ全体の実施の形態の一例を示す斜視図である。これらの図において、１は基体、２は枠体、３は光ファイバ固定部材を示す。また、図２（ａ）は図１のパッケージの光ファイバ固定部材３を取り付けた側面を正視した正面図、（ｂ）はパッケージの平面図、（ｃ）は（ｂ）の切断面Ａ−Ａにおける断面図を示す。

本発明の一実施形態に係るパッケージは、図１に示すように、上側主面に光半導体素子８が載置される載置部１ａを有する金属製の基体１と、載置部１ａを囲繞するように基体１の上側主面に接合された四角枠状等の枠体２とを備えている。そして、枠体２の一側面に光ファイバ固定部材３を固定する貫通孔２ｃが形成され、この貫通孔２ｃに光ファイバ固定部材３が挿入されて固定されている。

枠体２は、細長い矩形状の金属板を、例えば４箇所で直角に折り曲げ、折り曲げた角を
除く枠体２の平らな一側壁位置で一端２ａと他端２ｂとを接合して形成される。このように、金属塊を切削したりして枠形状に形成するのではなく、細長い金属板を折り曲げて枠体２を形成するので、無駄な金属屑が発生したり、多大な加工時間を要すること無く、経済的で製造容易な枠体２とすることができる。

枠体２は、その一端側２ａに、貫通孔２ｃの一部となる切り込みを有している。一方、枠体２の他端側２ｂには、一端２ａの貫通孔２ｃの一部と合わせると貫通孔２ｃとなる貫通孔２ｃの一部の切り込みを有している。そして、これら一端側２ａと他端側２ｂとを突き合せると、その合せ目の位置に貫通孔２ｃが形成された枠体２が形成される。

そして、枠体２の貫通孔２ｃに光ファイバ固定部材３を嵌め込んで、枠体２の一端側２ａおよび他端側２ｂの間、また、光ファイバ固定部材３の外周面と一端側２ａとの間および他端側２ｂとの間をろう材等の接合材５で接合することによって、光ファイバ固定部材３が取り付けられた枠体２を作製する。

このような枠体２は、一端側２ａと他端側２ｂとの合せ目に加えて、光ファイバ固定部材３の周囲を迂回させて接合材５による接合が行われるため、接合材５による接合距離を長くすることができる。このため、例えば光半導体素子収納用パッケージの製造工程等において、基体１との熱膨張係数差によって枠体２に反りや歪みが生じ、枠体２の接合部に圧縮方向または引張り方向の力が作用したとしても、接合部分の長さを確保することができるので、枠体２の接合部における強度を十分なものとすることができる。

その結果、光半導体素子収納用パッケージの製造工程等において、両端２ａ，２ｂの接合を外れ難いものとすることができる。また、貫通孔２ｃには光ファイバ固定部材３が挿入されて接合されるので、一端２ａと他端２ｂとが上下方向に食い違って、枠体２の上面および下面が段違い状態で枠体２が接合されてしまう虞を少なくできる。

次に、光ファイバ固定部材３は、パッケージの外側から光ファイバを固定するための筒状の部材である。光ファイバの先端に固定した金属金具を、パッケージ内部の光半導体素子８と光ファイバとが光結合するように位置調整し、この光ファイバ固定部材３に溶接等で固定することによって、パッケージ内部の光半導体素子８から出力される、または光半導体素子８に入力される光信号を光ファイバを用いて伝送させることができる。

なお、光ファイバ固定部材３を円筒形状とし、貫通孔２ｃを円形状とすると、両端２ａ，２ｂの合せ目が角のない曲面となり、ろう材等の接合材５が接合部を流れ易くできる。そのため、接合材５を一様の幅に設けやすくなり、接合強度を一様のものとすることができる。

筒状の光ファイバ固定部材３のパッケージ内側となる端面３ａは、パッケージの上方に向かうにつれて枠体２の内側面に向けて傾斜する傾斜面３ａ（以降、端面３または傾斜面３という）とされている。傾斜角度としては、例えば、光ファイバ固定部材３の中心軸に直角な面から５°〜３５°傾斜した面とするのがよい。端面３ａには、パッケージの内外を気密に封止するために、光信号に対して透明なガラスやサファイアガラス、その他の結晶体等、透光性部材４が接合される。

枠体２の内側面から突出している傾斜面３ａに透光性部材４が接合されるので、光ファイバ固定部材３が固定された後でも透光性部材４の取付状態を目視確認することが容易である。また、光ファイバ固定部材３に傾斜面３ａが設けられていることによって、光ファイバ固定部材３の下側端部、即ち傾斜面３ａの頂部と、光ファイバ固定部材３の上側端部、即ち傾斜面３ａの底部を確認することができる。よって、光ファイバ固定部材３を回転
させながら、光ファイバ固定部材３の傾斜面３ａの頂部と底部を光ファイバ固定部材３の中心軸に合わせて貫通孔２ｃに固定することが容易である。したがって、透光性部材４の接合不良や、光ファイバ固定部材３が貫通孔２ｃに所望の配置で固定されないといった製造工程での不具合を解消することが容易である。

また、光ファイバ固定部材３の外周面に、枠体２の一端２ａおよび他端２ｂの合せ目と合致する位置を示すマーキング３ｃを施しておくと、合せ目に対するマーキング３ｃの位置ズレを確認できる。そして、貫通孔２ｃの中心軸に関する所望の回転位置において、光ファイバ固定部材３を取り付けることができる。

マーキング３ｃは、光ファイバ固定部材３の外周面に、光ファイバ固定部材３の中心軸と平行な溝または線を描いておくことによって設けられる。または、光ファイバ固定部材３の外周面に平坦部を設けることによってもよい。加えてさらに、この平坦部に光ファイバ固定部材３の中心軸と平行な溝または線を描くことによって設けられる。

なお、外周面に平坦部を設け、この平坦部を枠体２の合せ目と合致する上面または下面に位置させると、光ファイバ固定部材３の高さが抑制され、光半導体素子収納用パッケージの高さが抑制される。

好ましくは、光ファイバ固定部材３の透光性部材４が接合される傾斜した端面３ａは、筒の内径側を座刳り、透光性部材４の一部が埋設されるようにしておくのがよい。これによって、光半導体素子８をパッケージに収納する際等に、光半導体素子８等が透光性部材４に接触することによって透光性部材４の表面にキズが発生し難くすることができる。

さらに好ましくは、傾斜面３ａの上端に傾斜面３ａの表面から光ファイバ固定部材３の軸方向に切り欠いた切り欠き部３ｂを設けておくのがよい。切り欠き部３ｂを設けることによって、光ファイバ固定部材３の透光性部材４を取り囲む壁の一部が除去される構造になり、透光性部材４の外周面を締め付けるように光ファイバ固定部材３から透光性部材４に作用する力が低減する。

好ましくは、切り欠き部３ｂは、光ファイバ固定部材３の端面と平行な底面３ｂａを有するのがよい。光ファイバ固定部材３は枠体２と直角に固定されるので、底面３ｂａは枠体２とも平行な位置関係となる。底面３ｂａが枠体２と平行であることによって、光ファイバ固定部材３の枠体２に対する傾きを目視等によって確認することができる。

切り欠き部３ｂの切り欠きの深さは、透光性部材４の厚さと同じであるのがよい。これによって、透光性部材４の接合面位置および接合状況を確認することができる。

このようにして、本実施形態に係る光半導体素子収容用パッケージにおいては、光ファイバ固定部材３が枠体２の内側面から突出している傾斜面３ａを有しているので、光ファイバ固定部材３や透光性部材４を貫通孔２ｃに対して所望の配置で設けることが可能なパッケージとすることができる。

本発明の基体１は、金属または絶縁体から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や、Ｆｅ−Ｎｉ合金，銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ），Ｃｕ−モリブデン（Ｍｏ）合金などのＣｕ系材料（ＣｕまたはＣｕを主成分とする合金）などから成る。特に、基体１の熱伝導性をよくして内部に収容する光半導体素子８が作動時に発する熱を効率よく外部へ放散させるという観点からは、Ｃｕ系材料が好ましい。なお、良熱伝導性のセラミックス等を用いてもよい。

このような基体１は、金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工など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製作される。基体１の上側主面の中央部には、光半導体素子８を載置する載置部１ａが配置される。載置部１ａは光半導体素子８が載置される場所である。この基体１は、光半導体素子８が作動時に発する熱を外部に放熱させる放熱板の役割をも果たす。

載置部１ａの上側主面には、基台９が載置され、光半導体素子８が基台９に搭載される場合もある。基台９はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）質焼結体などの絶縁体から成り、基体１と光半導体素子８とを電気的に絶縁する役割を果たす。

また、基体１の上側主面の載置部１ａの周囲には、載置部１ａを囲繞するようにしてＡｇロウやＡｇ−Ｃｕロウなどのロウ材を介して金属製の枠体２が立設される。枠体２には、パッケージ内外を導通させるための入出力端子６を取り付けるための取付部２ｄが設けられ、入出力端子６が取り付けられる。枠体２は基体１とともにその内側に光半導体素子８を収容する空所を形成する役割を果たす。

枠体２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金などの金属から成り、それぞれ金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工などの従来周知の金属加工法を施すことによって細長い帯状の板形状に製作される。枠体２となる所定寸法に裁断された金属板のあらかじめ折り曲げられる箇所の一主面には、上端から下端にかけて溝部を形成しておき、この溝部に沿って折り曲げるようにしてもよい。なお、樹脂等を用いることも可能である。

枠体２の一端２ａと他端２ｂとを合せ、形成される貫通孔２ｃに光ファイバ固定部材３を挿入し、基体１との間にろう材のプリフォームを挟んでろう材溶融炉に入れる等すれば、基体１および枠体２の間に溶融したろう材が流れるとともに、枠体２の一端２ａおよび他端２ｂが突き合わされた接合部にもろう材が流れ込み、基体１および枠体２とともに枠体２の両端２ａ，２ｂ接合部、光ファイバ固定部材３も接合することができる。

なお、本実施形態においては細長い帯状の板を折り曲げて枠体２を形成する例のものを示したが、枠状に金属加工を施した枠体２を用いてもよいことは言うまでもない。

入出力端子６には、Ａｌ_２Ｏ_３質焼結体，ＡｌＮ質焼結体，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２質焼結体などのセラミックスその他の絶縁体が用いられる。例えば絶縁体がＡｌ_２Ｏ_３質焼結体から成る場合、Ａｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯなどの原料粉末に適当な有機バインダ，有機溶剤，可塑剤，分散剤などを添加混合してスラリー状となし、これを従来周知の成形方法で板状等に成形する。

次に、この入出力端子６の線路導体や取付部２ｄに取り付けられる外側面となる位置に、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎなどの金属粉末に適当なバインダ，溶剤を混合してなる導体ペーストを、印刷塗布することによって、線路導体やろう材接合用の金属層を形成する。その後、これらのセラミック成形体を所定の寸法に切断し、最後に約1600℃の温度で焼成することによって、金属層を有した入出力端子６となる焼結体を作製することができる。この入出力端子６を枠体２の取付部２ｄに嵌め込み、また、線路導体にＡｇロウやＡｇ−Ｃｕロウなどのロウ材を介してＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属から成るリード端子６ａを接合する。

リード端子６ａは、外部電気回路（図示せず）に電気的に接続される。そして、リード端子６ａは、外部電気回路から供給される電気信号を光半導体素子８に伝えて光半導体素子８を駆動させるとともに、光半導体素子８と外部電気回路との信号の入出力を行なう。
好ましくは、リード端子６ａは、枠体２の一端２ａおよび他端２ｂが接合されない側壁に取り付けるのがよい。

そして、上記構成のパッケージの載置部１ａに光半導体素子８を載置固定した後、リード端子６ａの枠体２の内側の部位と光半導体素子８の電極とをボンディングワイヤ等で電気的に接続し、枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金などの金属やセラミックスなどから成る蓋体を半田付け法や溶接法などにより取着し、光半導体素子８を気密に封止することで製品としての光半導体装置となる。

本発明の光半導体装置によれば、光ファイバ固定部材３の枠体２の内側に突出する端面３ａが傾斜面３ａとされていることによって、光ファイバ固定部材３および透光性部材４の接合位置および接合状況の確認が容易で、光半導体素子８と光ファイバとの光結合を行ないやすい光半導体装置とすることができる。

なお、枠体２の上面に、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金などの金属から成り、金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工などの従来周知の金属加工法を施すことによって枠形状に製作されシールリング７を取り付け、その上面に蓋体を接合してもよい。

シールリング７を枠体２の上面に接合することによって、枠体２の上面とシールリング７との間に設けられる接合材５が、枠体２の一端側２ａと他端側２ｂとの合せ目の上端部に生じる凹部や段差部に流れ込んで満たされる。その結果、枠体２の上面とシールリング５との間に隙間が生じ難く、パッケージの気密性が維持される。

また、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を施すことは何等支障ない。例えば、上記実施の形態において、接合材５としてろう材の代わりに樹脂接着剤その他の接合材５を用いてもよい。

１：基体
１ａ：載置部
２：枠体
２ａ：一端
２ｂ：他端
２ｃ：貫通孔
２ｄ：取付部
３：光ファイバ固定部材
３ａ：傾斜面（内側に突出する端面）
３ｂ：切り欠き部
３ｃ：マーキング
４：透光性部材
５：接合材
６：入出力端子
７：シールリング

Claims (4)

1. 上側主面に光半導体素子の載置部を有する基体と、前記載置部を取り囲むように前記基体に接合された枠体と、該枠体の内外を貫通する貫通孔に取り付けられた光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記光ファイバ固定部材は、前記枠体の内側に突出させた端面が、上方に向うにつれて前記枠体の内面に近くなるような傾斜面とされていることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
2. 前記光ファイバ保持部材の前記傾斜面の上端に、前記枠体に向けて切り欠かれた切り欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。
3. 前記切り欠き部の底面は、前記枠体の内面と平行である請求項１または請求項２記載の光半導体素子収納用パッケージ。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光半導体素子と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように取着された蓋体とを具備していることを特徴とする光半導体装置。
   
   

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