JP2015142014A - Element housing package and mounting structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子を実装することが可能な素子収納用パッケージ、および素子を実装した実装構造体に関する。 The present invention relates to an element storage package capable of mounting an element and a mounting structure on which the element is mounted.
素子収納用パッケージとして、さまざまな用途でそれに対応させた物が開発されている。素子収納用パッケージは、素子と外部機器とを電気的に接続するためのリード端子が設けられている。 As an element storage package, products corresponding to various applications have been developed. The element storage package is provided with lead terminals for electrically connecting the element and an external device.
素子収納用パッケージとしては、例えば、強誘電体素子であるLN(ニオブ酸リチウム)による変調素子を実装することが可能なパッケージも開発されている。かかる素子収納用パッケージでは、リード端子がガラスからなる絶縁部材を介して固定されているものがある(例えば、下記特許文献1参照)。 As an element storage package, for example, a package capable of mounting a modulation element made of a ferroelectric element LN (lithium niobate) has been developed. In such an element storage package, there is a package in which lead terminals are fixed via an insulating member made of glass (for example, see Patent Document 1 below).
リード端子がガラスからなる絶縁部材で固定されている場合は、リード端子と絶縁部材との熱膨張係数の違いにより、絶縁部材にクラックが発生し、パッケージの封止性が損なわれる虞がある。特に、絶縁部材を冷却してリード端子を絶縁部材に固定する際には、リード端子と絶縁部材の境目に生じる応力によってクラックが発生しやすい。 When the lead terminal is fixed with an insulating member made of glass, a crack may occur in the insulating member due to a difference in thermal expansion coefficient between the lead terminal and the insulating member, which may impair the sealing performance of the package. In particular, when the insulating member is cooled and the lead terminal is fixed to the insulating member, cracks are likely to occur due to stress generated at the boundary between the lead terminal and the insulating member.
本発明は、封止性に優れた素子収納用パッケージおよび実装構造体を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide an element storage package and a mounting structure excellent in sealing performance.
本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージは、上面に素子を実装する実装領域を有する基板と、前記基板上であって前記実装領域を取り囲むとともに、前記上面に沿った平面方向に貫通する貫通孔を有する金属枠体と、前記貫通孔に設けられた、リード端子および前記リード端子を固定する固定部材とを有する入出力端子とを備え、前記固定部材はリード貫通孔を有し、前記リード貫通孔内にガラス部材が設けられており、前記リード端子は、前記ガラス部材を貫通するとともに、前記ガラス部材から突出した部分において、前記ガラス部材が前記部分の表面にかけて盛り上がっていることを特徴とする。 An element storage package according to an embodiment of the present invention includes a substrate having a mounting region for mounting an element on an upper surface, and surrounds the mounting region on the substrate and penetrates in a planar direction along the upper surface. An input / output terminal having a metal frame having a through hole and a lead terminal and a fixing member for fixing the lead terminal provided in the through hole, the fixing member having a lead through hole, A glass member is provided in the lead through hole, and the lead terminal penetrates the glass member, and the glass member rises over the surface of the portion in a portion protruding from the glass member. And
また、本発明の一実施形態に係る実装構造体は、前記素子収納用パッケージと、前記素子収納用パッケージ内の前記実装領域に実装された素子とを備えている。 A mounting structure according to an embodiment of the present invention includes the element storage package and an element mounted on the mounting region in the element storage package.
本発明は、封止性に優れた素子収納用パッケージおよび実装構造体を提供することができる。 The present invention can provide an element storage package and a mounting structure excellent in sealing performance.
以下、本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージおよび実装構造体について、図面を参照しながら説明する。図1は、実装構造体1の外観斜視図であって、パッケージ内部が見える状態である。図2は、素子収納用パッケージ2の内部を示した外観斜視図である。図3は、素子収納用パッケージ2の内部を示した平面図である。図4は、素子収納用パッケージ2のリード端子を示した側面図である。
Hereinafter, an element storage package and a mounting structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of the mounting structure 1 and shows the inside of the package. FIG. 2 is an external perspective view showing the inside of the
<実装構造体の構成>
実装構造体1は、強誘電体素子であるLN(ニオブ酸リチウム)による素子としての変調素子を実装した構造体である。実装構造体1は、ある特定の光入力に対して、変調信号を加えることで、位相、振幅または偏波面などを変化させて、外部に光出力するものである。
<Configuration of mounting structure>
The mounting structure 1 is a structure in which a modulation element as an element made of LN (lithium niobate) which is a ferroelectric element is mounted. The mounting structure 1 outputs a light to the outside by changing a phase, an amplitude, a polarization plane, or the like by adding a modulation signal to a specific light input.
実装構造体1は、素子収納用パッケージ2と、素子収納用パッケージ2内の実装領域Rに実装された素子3とを備えている。また、素子収納用パッケージ2は、上面に素子3を実装する実装領域Rを有する基板4と、基板4上であって実装領域Rを取り囲むとともに、上面に沿った平面方向に貫通する貫通孔Hを有する金属枠体5と、貫通孔Hに設けられた、リード端子6およびリード端子6を固定する固定部材7とを有する入出力端子8とを備えている。固定部材7は、リード貫通孔Hlを有し、リード貫通孔Hl内にガラス部材9が設けられており、リード端子6は、ガラス部材9を貫通するとともに、ガラス部材9から突出した部分Pにおいて、ガラス部材9が部分Pの表面にかけて盛り上がっている。
The mounting structure 1 includes an
素子3は、例えば、ニオブ酸リチウムからなる変調素子である。素子3は、台座3a上に実装される。台座3aは、素子収納用パッケージ2の内部の実装領域Rに設けられる。台座3aは、素子3を実装するものであって、素子3の高さ位置を調整することができる。台座3aは、絶縁材料からなり、台座3aの上面に素子3と電気的に接続される電気配線が形成されている。
The
基板4は、長方形状の金属板であって、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。なお、基板4の熱伝導率は、例えば15W/(m・K)以上450W/(m・K)以下に設定されている。基板4の熱膨張係数は、例えば3×10−6/K以上28×10−6/K以下に設定されている。
The board |
また、基板4は、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで固化させたインゴットに対して、従来周知の圧延加工または打ち抜き加工等の金属加工法を用いることで、所定形状に製作される。なお、基板4は、平面視したときの一辺の長さは、例えば20mm以上200m
m以下に設定されている。また、基板4の上下方向の厚みは、例えば0.5mm以上5mm以下に設定されている。
The
m or less. The thickness of the
また、基板4の表面は、酸化腐食を防止するために、電気めっき法または無電解めっき法を用いて、ニッケルまたは金等の金属層が形成されている。なお、金属層の厚みは、例えば0.1μm以上10μm以下に設定されている。
Further, a metal layer such as nickel or gold is formed on the surface of the
金属枠体5は、基板4上に設けられている。金属枠体5は、基板4の実装領域Rを取り囲む枠状部51と、枠状部51に基板4の上面に沿った平面方向に形成された複数の貫通孔Hとを有している。枠状部51の4辺のうち、3辺に貫通孔Hが設けられている。そして、対向する2辺の貫通孔Hに光ファイバを通すファイバ取付部10が設けられている。また、ファイバ取付部10が設けられた2辺で挟まれた1辺に、リード端子6を設けた入出力端子8が設けられている。また、当該1辺に、コネクタ部材11が設けられている。
The
金属枠体5は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。金属枠体5は、素子3から発生する熱を効率良く外部に放熱する機能や熱応力を吸収したり、分散させたりする機能、実装構造体1を気密に封止できる機能を備えている。なお、金属枠体5の熱伝導率は、例えば15W/(m・K)以上450W/(m・K)以下に設定されている。金属枠体5の熱膨張係数は、例えば3×10−6/K以上28×10−6/K以下に設定されている。また、金属枠体5、上下の厚みは、例えば1mm以上10mm以下に設定されている。また、金属枠体5を平面視したときの枠の厚みは、例えば1mm以上5mm以下に設定されている。
The
一対のファイバ取付部10は、一方が光入力用であって、他方が光出力用である。一方のファイバ取付部10aから光ファイバを介して入力された光が、変調素子3上で位相、振幅または偏波面などを変化させて、他方のファイバ取付部10bから光出力される。つまり、ファイバ取付部10aから入力された光は、素子3を介してコネクタ部材11から入力される電気信号に起因して変化されて、ファイバ取付部10bから出力される。
One of the pair of
入出力端子8は、図5から図8に示すように、貫通孔Hに設けられた、リード端子6およびリード端子6を固定する固定部材7とを備えている。入出力端子8は、バイアス電圧を素子3に加えたり、電気信号を素子収納用パッケージ2内に入力するものである。なお、図5は、リード端子を有する入出力端子の一方向から見た外観斜視図である。図6は、リード端子を有する入出力端子の他方向から見た外観斜視図である。図7は、リード端子を有する入出力端子の平面図である。図8は、図7に示した入出力端子の内部を示した断面図である。
As shown in FIGS. 5 to 8, the input /
リード端子6は、断面が矩形状であって外形が棒形状に形成されている。具体的には、リード端子6は、断面が矩形状であって、長方形状に形成されている。リード端子6は、外部の電子機器と電気的に接続され、外部の電子機器からのバイアス電圧や電気信号が入力される。リード端子6は、長手方向の長さが10mm以上20mm以下である。また、長手方向に直交した方向における断面の一辺の長さが0.1mm以上1mm以下である。断面において長辺の長さが0.15mm以上1mm以下であって、短辺の長さが0.1mm以上0.95mm以下である。なお、リード端子6は、導電材料からなり、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。リード端子6の熱膨張係数は、例えば3×10−6/K以上28×10−6/K以下に設定されている。
The
リード端子6は、例えば、4つの側面のうち2つの側面が、残り2つの側面よりも粗面
化している。また、固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子6の側面が、粗面化されている。ガラス部材9は、溶融されると、例えばニッケルからなる金属層が表面に被着された親水性のリード端子6の側面において、粗面化されている側面を濡れ広がりやすくなる。なお、リード端子6は、粗面化された表面の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)0.6μm以上50μm以下であって、粗面化されていない表面の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)0.1μm以上0.5μm以下に設定されている。なお、算術平均粗さ(Ra)の測定は、JISB0601による。
In the
リード端子6は、固定部材7の長手方向に平行な一対の側面に保護部材を設け、固定部材7の長手方向に直交した一対の側面にエッチング加工やブラスト加工等の表面加工を施すことで、任意の側面を意図的に粗面化するとともに表面粗さを調整する。具体的には、固定部材7の長手方向に平行な一対の側面に保護膜を設け、リード端子6の表面をエッチング液によって表面加工することで、特定の側面の表面粗さを大きくすることができる。
The
リード端子6の粗面化した側面と、リード端子6の粗面化されていない側面とは、4つの側面のなかで交互に配列されている。そのため、ガラス部材9は、リード端子6を間に挟んでリード端子6の両側に被着することになる。また、リード端子6は、粗面化された一対の側面が固定部材7の長手方向に直交するように固定部材7に設けられ、粗面化された一対の側面に沿ってガラス部材9が被着される。
The roughened side surface of the
固定部材7は、リード貫通孔Hlを有し、リード貫通孔Hl内にガラス部材9が設けられている。リード貫通孔Hlは、固定部材7に複数設けられている。複数のリード貫通孔Hlは、一方向に等間隔で設けられている。リード貫通孔Hlは、円形状に形成されている。なお、リード貫通孔Hlは、直径が例えば0.3mm以上3mm以下に設定されている。
The fixing
リード端子6は、ガラス部材9を貫通している。リード端子6は、ガラス部材9から突出した部分Pにおいて、ガラス部材9が固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられる部分Pの表面にかけて盛り上がっている。リード端子6は、固定部材7の貫通孔Hlの内周面とは接触しないように設けられている。そのため、リード端子6と固定部材7とは電気的に絶縁した関係となる。
The
ここで、リード端子6の固定部材7に対する固定方法について説明する。まず、円筒状の固形ガラスを準備する。固形ガラスは、周知の紛体プレス法や押し出し成形法等を用いて作製することができる。固形ガラスは、外径がリード貫通孔Hlの内径に対応し、内径がリード端子6の大きさに対応している。そして、固形ガラスをリード貫通孔Hlに嵌めて、さらにリード端子6を固形ガラスの筒孔に挿し込む。そして、固形ガラスを所定の温度で加熱して、固形ガラスを溶融して軟化させ、リード端子6とリード貫通孔Hlに接着させた後に、冷却して固化させることにより、リード端子6とリード貫通孔Hlとをガラス部材9で接着することができる。このとき、組み立て冶具を用いて、リード端子6と固形ガラスをリード貫通孔Hlに固定する。そして、固形ガラスを加熱するとともに、リード端子6とリード貫通孔Hlの間に保持できる程度に固形ガラスを軟化させ、リード端子6とリード貫通孔Hlに接着させた後に冷却することで、リード端子6をガラス部材9を介して固定部材7に固定することができる。
Here, a method for fixing the
ガラス部材9は、固定部材7のリード貫通孔Hl内に充填される。そして、リード端子6の両端部がガラス部材9から突出している。ガラス部材9は、リード端子6が固定部材7に接触しないようにリード端子6を固定部材7に固定するものである。リード端子6の一端が外部の電子機器と電気的に接続されて、リード端子6のもう一端が素子3と電気的に接続される。ガラス部材9は、例えばホウケイ酸ガラス、リン酸ガラスまたはケイ酸ガ
ラス等の材料からなる。ガラス部材9の熱膨張係数は、例えば3×10−6/K以上20×10−6/K以下に設定されている。
The
コネクタ部材11は、同軸端子を接続するためのものである。そして、同軸端子からの電気信号を変調素子3に伝えるものである。コネクタ部材11は、外部の同軸端子を接続して、外部と電気的に接続することができる。コネクタ部材11は、一対の貫通孔と、一対の貫通孔に嵌められた筒状体と、貫通孔に貫通して設けられた同軸芯線とを備えている。
The
筒状体は、同軸端子を嵌めることができ、同軸芯線と同軸端子とを電気的に接続するものである。筒状体は、例えば鉄、ニッケル、コバルト、銅またはこれらの合金からなり、金型や切削にて加工することで作製することができる。筒状体は、内径が例えば1mm以上5mm以下に設定されている。 The cylindrical body can be fitted with a coaxial terminal, and electrically connects the coaxial core wire and the coaxial terminal. A cylindrical body consists of iron, nickel, cobalt, copper, or these alloys, for example, and can be produced by processing it with a metal mold | die or cutting. The cylindrical body has an inner diameter set to, for example, 1 mm or more and 5 mm or less.
同軸芯線は、筒状体で囲まれる領域にセラミックスや低融点ガラス等の誘電体を介して設けられている。そして、同軸芯線は、変調素子3と電気的に接続される。なお、同軸芯線は、例えば鉄、ニッケル、コバルト、銅またはこれらの合金等の導電性材料からなる。
The coaxial core wire is provided in a region surrounded by a cylindrical body via a dielectric such as ceramics or low-melting glass. The coaxial core wire is electrically connected to the
蓋体12は、金属枠体5上に設けられる。金属枠体5上には、実装領域Rに素子3を実装した状態で、蓋体12が設けられる。蓋体12は、基板4と金属枠体5とで囲まれる空間を封止することができる。蓋体12は、例えばろう材を介して金属枠体5上にろう付けされたり、シーム溶接によって金属枠体5上に接合されたりする。なお、蓋体12は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。
The
上述した実装構造体1は、一方のファイバ取付部10に取り付けた光ファイバから入力される光信号が、ニオブ酸リチウムからなる素子3の内部に設けられた光導波路を伝搬するとともに、入出力端子8からのバイアス電圧およびコネクタ部材11の同軸端子からの電気信号に基づく電圧が光導波路の近辺に設けられた電極に加えられることによって、光ファイバから入力される光信号の位相が制御されて、他方のファイバ取付部10に取り付けた光ファイバから外部に出力される光信号の振幅(ON/OFF)を意図的に制御することができる。このような実装構造体は、LN変調器と呼ばれている。LN変調器の入出力端子8は、リード端子6がガラス部材9によってリード貫通孔Hlに固定されており、半田等の接合材を介して固定部材7を金属枠体5に設けられた貫通部に挿入固定する際に、金属枠体5、リード端子6、固定部材7、ガラス部材9および接合材の熱膨張係数の違いに起因して生じる応力によってガラス部材9にクラックが入らないようにすることが重要である。
In the mounting structure 1 described above, an optical signal input from an optical fiber attached to one of the
本実施形態に係る素子収納用パッケージ2は、リード端子6のガラス部材9から突出した部分Pにおいて、ガラス部材9が固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子6の表面にかけて盛り上がっていることで、ガラス部材9の露出した表面が固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子6の側面にかけて盛り上がっている。ガラス部材9の露出した表面は、仮に、平坦であるとすると、金属枠体5、リード端子6、固定部材7とガラス部材9、および固定部材7と金属枠体5とを接合する接合材との熱膨張係数の違いにより、特に角柱状のリード端子6の場合は、リード端子6の角からガラス部材9に応力が加わり、リード端子6の角を起点にガラス部材9にクラックが発生する虞がある。そこで、ガラス部材9の表面が平坦にならず、しかも、リード端子6の表面にかけてガラス部材9の一部を被着させることで、リード端子6からガラス部材9に加わる応力を分散させるとともに、リード端子6とガラス部材9との接合界面における接合強度が大きくなることによって、ガラス部材9にクラックが発生するのを低減することができる。その結果、封止性に優れた素子収納用パッケージ2および実装構造体1を提供することができる。
In the
また、本実施形態に係る素子収納用パッケージ2は、リード端子6の4つの側面のうち、固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられる2つの側面に沿って、ガラス部材9が突出して設けられる。例えば、ガラス部材9は、固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられる2つの側面が、残りの2つの側面よりも粗面化していることで、ガラス部材9は粗面化されていないリード端子6の表面に沿って濡れ広がり難く、粗面化されたリード端子6の側面に沿って濡れ広がりやすくなる。これにより、リード端子6は、固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられる粗面化されたリード端子6の側面にはガラス部材9が突出して設けられ、粗面化されないリード端子6の側面にはガラス部材6が突出した形状で設けられない。なお、リード端子6とリード貫通孔Hlとの間に保持される程度に加熱溶融され、軟化されたガラス部材9が粗面化されたリード端子6の側面に沿って濡れ広がることにより、ガラス部材9の露出した表面をいびつな状態でリード端子6にかけて傾斜させることができる。特に、リード端子6の断面が短辺となる側面、即ち、固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられる2つの側面が粗面化されていることで、ガラス部材9に応力が集中しやすいリード端子6の角付近をガラス部材9の一部によってコーティングすることができる。このようにすることで、リード端子6の応力が集中しやすい個所において、ガラス部材9にクラックが発生するのを低減することができる。特に、リード端子6の粗面化した側面と、リード端子6の粗面化されていない側面とは、四つの側面のなかで交互に配列されていることで、ガラス部材9の表面を両側面から引っ張り上げるように形成することができる。リード端子6の表面が交互にガラス部材9の一部が被着する領域を多くすることで、リード端子6とガラス部材9の熱膨張係数の違いによって生じる応力を低減しつつ、ガラス部材9の応力が集中しやすい個所にクラックが発生するのを低減することができる。
Further, in the
さらに、本実施形態に係る素子収納用パッケージ2は、素子収納用パッケージ2の製造工程や実装構造体1の作動時に、固定部材7の長手方向の熱膨張、熱収縮に伴って、固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子6の側面とガラス部材9との接合部に生じる応力を、上記の構成によって分散させることができる。
Furthermore, the
本発明は上述の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において種々の変更、改良等が可能である。例えば、ペースト状のガラス接合材を、ガラス接合材9から固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子6の側面に沿って直接塗布するとともに硬化させ、固定部材7の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子6の側面にガラス部材9を設けてもよい。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention. For example, a paste-like glass bonding material is directly applied along the side surface of the
1 実装構造体
2 素子収納用パッケージ
3 素子
4 基板
5 金属枠体
51 枠状部
6 リード端子
7 固定部材
8 入出力端子
9 ガラス部材
10 ファイバ取付部
11 コネクタ部材
12 蓋体
R 実装領域
H 貫通孔
Hl リード貫通孔
P 部分
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記基板上であって前記実装領域を取り囲むとともに、前記上面に沿った平面方向に貫通する貫通孔を有する金属枠体と、
前記貫通孔に設けられた、リード端子および前記リード端子を固定する固定部材とを有する入出力端子とを備え、
前記固定部材はリード貫通孔を有し、前記リード貫通孔内にガラス部材が設けられており、
前記リード端子は、前記ガラス部材を貫通するとともに、前記ガラス部材から突出した部分において、前記ガラス部材が前記部分の表面にかけて盛り上がっていることを特徴とする素子収納用パッケージ。 A substrate having a mounting area for mounting elements on the upper surface;
A metal frame that surrounds the mounting region on the substrate and has a through-hole penetrating in a planar direction along the upper surface;
An input / output terminal having a lead terminal and a fixing member for fixing the lead terminal provided in the through hole;
The fixing member has a lead through hole, and a glass member is provided in the lead through hole.
The package for storing elements, wherein the lead terminal penetrates the glass member and protrudes from the surface of the portion at a portion protruding from the glass member.
前記リード端子は、断面が矩形状であって外形が棒形状に形成されており、4つの側面のうち2つの側面が、残り2つの側面よりも粗面化していることを特徴とする素子収納用パッケージ。 The device storage package according to claim 1,
The lead terminal has a rectangular cross section and an outer shape formed in a rod shape, and two of the four side surfaces are rougher than the remaining two side surfaces. For package.
前記リード端子の粗面化した側面に、前記ガラス部材の一部が被着していることを特徴とする素子収納用パッケージ。 The element storage package according to claim 2,
A device housing package, wherein a part of the glass member is attached to a roughened side surface of the lead terminal.
前記リード端子の粗面化した側面と、前記リード端子の粗面化されていない側面とは、四つの側面のなかで交互に配列されていることを特徴とする素子収納用パッケージ。 The element storage package according to claim 2 or 3,
The element storage package, wherein the roughened side surface of the lead terminal and the non-roughened side surface of the lead terminal are alternately arranged in four side surfaces.
前記素子収納用パッケージ内の前記実装領域に実装された素子とを備えた実装構造体。 The element storage package according to any one of claims 1 to 4,
A mounting structure including an element mounted in the mounting region in the element storage package.
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