JP2017120901A - 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】光半導体素子収納用パッケージにおいて、基板と枠体とを接合する際に生じる内部応力を緩和して、入出力端子おけるクラックの発生を抑制する。【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、主面１ａを有する基板１と、枠部２０および入出力端子２１を有する枠体２と、前記入出力端子２１の一部分に、前記主面１ａの面方向に前記基板１と間隔を空けて設けられている支持部３とを備える。【選択図】図１

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。

光通信の分野等で使用される半導体レーザダイオードまたはフォトダイオード等の光半導体素子は、光半導体素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）に収納される。例示的な光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基板と、該基板の上面に前記載置部を囲繞するように接合される枠体とを備える。

特開2004-119805号公報

光半導体素子収納用パッケージにおいて、パッケージ内に収納された光半導体素子と外部回路との間の入出力信号を伝送するために、枠体に切欠き部を設け、絶縁材料から成り、入出力信号を伝送するための信号線路を有する入出力端子を前記切欠き部に挿入固定するとともに、入出力端子が挿入固定された枠体と基板とを接合する場合がある。

しかしながら、基板および枠体が金属材料から成り、入出力端子がセラミックス等の材料から成る場合、入出力端子が挿入固定された枠体と基板とを接合するための加熱、冷却の際に、基板と枠体と入出力端子との間の熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数の差によって生じる内部応力によって、光半導体素子収納用パッケージが破損する、特に入出力端子の角部にクラックが発生する虞があるという問題があった。

本発明の光半導体素子収納用パッケージは、主面に光半導体素子が載置される載置部を有する基板と、前記基板の前記主面に接合される枠体であって、平面視して前記載置部を囲繞するように設けられ、前記基板側から切り欠かれた切欠き部を有する枠部と、前記切欠き部に挿入固定されているとともに、前記主面の面方向において一部分が前記基板の外方に張出している入出力端子とを含む枠体と、前記入出力端子の前記一部分に、前記主面の面方向に前記基板と間隔を空けて設けられている支持部とを備える。

また、本発明の光半導体装置は、前述の光半導体素子収納用パッケージと、前記基板の前記載置部に載置用基台を介して載置される光半導体素子と、前記枠体に接合される蓋体とを備える。

本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、基板と枠体とを接合するための加熱、冷却の際に、基板と枠部と入出力端子との間の熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数の差によって生じる内部応力を緩和して、光半導体素子収納用パッケージの破損、特に入出力端子におけるクラックの発生を抑制することができ、それによって、光半導体素子収納用パッケージの信頼性を向上することができる。

本発明の光半導体装置によれば、基板と枠体とを接合するための加熱、冷却の際に、基
板と枠部と入出力端子との間の熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数の差によって生じる内部応力を緩和して、光半導体素子収納用パッケージの破損、特に入出力端子におけるクラックの発生を抑制することができる。さらに、本発明の光半導体装置によれば、蓋体と枠体とを接合するための加熱、冷却の際に、基板と枠部と入出力端子との間の熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数の差によって生じる内部応力を緩和して、素子収納用パッケージの破損、特に入出力端子におけるクラックの発生を抑制することができる。したがって、本発明の光半導体装置によれば、信頼性の向上した光半導体装置を提供することができる。

（ａ）は、本発明の実施形態の光半導体素子収納用パッケージを枠部側から視た斜視図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の光半導体素子収納用パッケージを入出力端子側から視た斜視図である。 本発明の実施形態の光半導体素子収納用パッケージを示す分解斜視図である。 （ａ）は、発明の実施形態の光半導体素子収納用パッケージを示す平面図であり、（ｂ）は、発明の実施形態の光半導体素子収納用パッケージを示す底面図である。 （ｃ）は、本発明の実施形態の光半導体素子収納用パッケージを示す側面図である。 図３Ａ（ａ）に示すＸ−Ｘ線における断面図である。 （ａ），（ｂ）は、本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージを示す側面図である。 （ｃ），（ｄ）は、本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージを示す側面図である。 （ａ）は、本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージを枠部側から視た斜視図であり、（ｂ）は、本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージを入出力端子側から視た斜視図である。 図６に示す光半導体素子収納用パッケージを分解して示す分解斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージを示す底面図である。 本発明の光半導体装置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、図面を参照して説明する。

図１〜図４を参照して、本発明の実施形態の光半導体素子収納用パッケージ１００について説明する。

本発明の光半導体素子収納用パッケージ１００は、主面１ａに光半導体素子４が載置される載置部１ｂを有する基板１と、基板１の主面に接合される枠体２と、支持部３とを備える。枠体２は、平面視して載置部１ｂを囲繞するように設けられ、基板１側から切り欠かれた切欠き部２０ａを有する枠部２０と、切欠き部２０ａに挿入固定されているとともに、基板１の主面１ａの面方向において一部分が基板１の外方に張出している入出力端子２１とを含む。支持部３は、基板１の外方に張出している入出力端子２１の一部分に、基板１の主面１ａの面方向に基板１と間隔を空けて設けられる。

基板１は、光半導体素子４を支持するための支持部材、および光半導体素子４で発生した熱を放散するための放熱板として機能する。また、基板１は、Ｃｕ−Ｗ合金やＦｅ−Ｎ
ｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るが、Ｃｕ−Ｗ合金から成るのが好ましい。基板１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ことによって所定形状に成形され製作される。また、その表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜９μｍのＡｕ層を順次メッキ法により被着させておくのがよく、それによって、基板１が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、基板１上面に載置用基台５を介して光半導体素子４を強固に接合できる。

枠体２の枠部２０は、平面視して基板１の載置部１ｂを囲繞するように設けられるとともに、基板１側から切り欠かれた切欠き部２０ａを有する。枠部２０が、平面視して矩形枠状の形状を有し、切欠き部２０ａが、枠部２０の４つの側壁のうちの１つの側壁に形成されてもよく、隣接する２つの側壁に連続して形成されてもよく、３つの側壁に連続して形成されてもよい。

枠部２０は、基板１との接合を強固にするとともに光半導体パッケージの外部に対する電磁遮蔽を行なうために、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成るが、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るのが好ましい。枠部２０は、基板１と同様にその材料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ことにより所定形状に成形され製作される。枠部２０は、ドリルによる孔あけ加工等により形成される光ファイバを挿入するための貫通孔２０ｂを有してもよい。貫通孔２０ｂの枠体２外側開口の周囲に筒状の固定部材の一端が接合されるかまたは貫通孔２０ｂに固定部材が嵌着接合されてもよい。

枠部２０の表面には、耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜９μｍのＡｕ層をメッキ法により順次被着させておくことが好ましく、それによって、枠部２０が酸化腐食するのを有効に防止するとともに枠部２０に固定部材を強固に接合できる。

枠体２の入出力端子２１は、切欠き部２０ａに挿入固定されているとともに、基板１の主面１ａの面方向において一部分が基板１の外方に張出している。入出力端子２１は、絶縁材料から成り、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミック材料から成る。入出力端子２１は、パッケージ内に収納された光半導体素子と外部回路との間の入出力信号を伝送するための信号線路２１ｃを有する。

入出力端子２１は、複数の絶縁層が積層されてなる積層体を含んで構成されてもよい。例えば、図２に示すように、入出力端子２１は、矩形形状の第１絶縁層２１ａと、第１絶縁層２１ａ上であって第１絶縁層２１ａの上面のうち枠部２０から外方に遠ざかった箇所が露出するように設けられた矩形形状の第２絶縁層２１ｂとを含んで構成されてもよく、信号線路２１ｃは、第１絶縁層２１ａ上と第２絶縁層２１ｂ上とに設けられてもよい。

支持部３は、基板１の外方に張出している入出力端子２１の一部分に、基板１の主面１ａの面方向に基板１と間隔を空けて設けられる。入出力端子２１が第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂとの積層体を含んで構成される場合には、支持部３は、平面視して第１絶縁層２１ａだけに重なるように、第１絶縁層２１ａの下面に設けられることが好ましく、さらに、第１絶縁層２１ａの下面が、基板１の主面１ａと同じ高さに位置するとともに、支持部３の厚みが、基板１の厚みと一致することが好ましい。これにより、第１絶縁層２１ａの露出する上面に設けられた信号線路２１ｃに、フレキシブルプリント回路基板等の外部回路に設けられた電極部を、はんだ等の導電性部材で電気的に接続する際に、主面１ａに対して直角方向かつ第１絶縁層２１ａから支持部３の方向に加えられる外力によって生じる、入出力端子２１内の内部応力を低減することができる。なお、支持部３の厚みが、基板１の厚みより薄い場合には、信号線路２１ｃと外部回路とを電気的に接続するための外力が入出力端子２１に加えられる際に、支持部３が光半導体装置２００を載置する載置基板と接触せず、支持部３が入出力端子２１を支持することができないことから、入出力端子２１内に生じる内部応力が増加する。また、支持部３の厚みが、基板１の厚みより厚い場合には、光半導体装置２００を実装基板に実装する際に、基板１と実装基板との間に空隙が発生することから、光半導体素子収納用パッケージ１００に収納される光半導体素子４から生じる熱を、基板１を介して効率よく実装基板に伝達し、光半導体素子収納用パッケージ１００の外部に放熱することができない。また、支持部３は、Ｃｕ−Ｗ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成るが、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成るのが好ましい。これにより、光半導体素子収納用パッケージ１００を加熱、冷却して組み立てる際に、入出力端子２１と支持部３との熱膨張係数の差によって生じる内部応力を緩和できるとともに、入出力端子２１の変形に伴って生じる内部応力を小さくでき、さらに、入出力端子２１内の内部応力が一部に集中したり、増加したりすることを抑制できる。その結果、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

このような構成によって、基板１と枠体２とを銀ロウ等のロウ材を介して接合するための加熱、冷却の際に、基板１と枠部２０と入出力端子２１との間の熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数の差によって生じる内部応力を緩和して、光半導体素子収納用パッケージの破損、特に入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができ、それによって、光半導体素子収納用パッケージの信頼性を向上することができる。

また、本実施形態の光半導体素子収納用パッケージ１００において、基板１および支持部３は、各々、矩形形状を有し、基板１の一辺と、該一辺に対向する支持部３の辺とが平行になるように配置されてもよい。それによって、基板１と枠体２とを銀ロウ等のロウ材を介して接合するための加熱、冷却の際に生じる内部応力が、光半導体素子収納用パッケージ１００の特定の部分に集中することを抑制することができる。

基板１、および支持部３は、同一の材料から成ってもよいが、異なる材料から成ってもよい。異なる材料から成る場合は、基板１、支持部３、および入出力端子２１は、以下に示す熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数に関する条件を満たしていることが好ましい。

基板１の熱伝導率は１５０〜４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であってもよく、入出力端子２１の熱伝導率は１０〜４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であってもよく、支持部３の熱伝導率は１０〜２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であってもよいが、入出力端子２１および支持部３の熱伝導率が、基板１の熱伝導率よりも小さいことが好ましい。これにより、光半導体素子収納用パッケージ１００を加熱、冷却して組み立てる際に、入出力端子２１に加えられた熱が支持部３を介して速やかに光半導体素子収納用パッケージ１００の載置基板に放熱され難くなることから、入出力端子２１と支持部３との熱膨張係数の差によって生じる内部応力の変動が緩やかになり、さらに、支持部３が緩やかに変形しながら内部応力を緩和できることから、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

基板１のヤング率は２６５〜３１０ＧＰａであってもよく、入出力端子２１のヤング率は２７０〜３１０ＧＰａであってもよく、支持部３のヤング率は１２０〜１５０ＧＰａであってもよいが、支持部３のヤング率が、基板１および入出力端子２１のヤング率よりも小さいことが好ましい。これにより、光半導体素子収納用パッケージ１００を加熱、冷却して組み立てる際に支持部３が変形しやすくなり、入出力端子２１と支持部３との熱膨張係数の差によって生じる内部応力を支持部３によって緩和することができる。その結果、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

基板１の熱膨張係数は５×１０^−６〜２０×１０^−６／Ｋであってもよく、入出力端子２１の熱膨張係数は５×１０^−６〜１０×１０^−６／Ｋであってもよく、支持部３の熱膨張係数は４×１０^−６〜１０×１０^−６／Ｋであってもよいが、支持部３の熱膨張係数が、基板１および入出力端子２１の熱膨張係数よりも小さいことが好ましい。これにより、光半導体素子収納用パッケージ１００を加熱、冷却して組み立てる際に、支持部３の熱膨張、熱収縮に伴って生じる入出力端子２１の変形を抑制することができるとともに、この変形に伴って生じる、入出力端子２１内の内部応力を小さくできる。その結果、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

図５Ａ、図５Ｂは、本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄを示す。

図５Ａ（ａ）に示すように、光半導体素子収納用パッケージ１００Ａは、支持部３Ａが、平面視して入出力端子２１の第１絶縁層２１ａおよび第２絶縁層２１ｂの両方に重なるように構成される。これにより、第１絶縁層２１ａの露出する上面、または、第２絶縁層２１ｂの露出する上面に設けられた信号線路２１ｃに、フレキシブルプリント回路基板等の外部回路に設けられた電極部をはんだ等の導電性部材で電気的に接続する際に、主面１ａに対して直角方向かつ第１絶縁層２１ａまたは第２絶縁層２１ｂから支持部３の方向に加えられる外力によって生じる、入出力端子２１内の内部応力が、枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部に集中することを抑制できる。その結果、枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部を起点とした、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

また、図５Ａ（ｂ）に示すように、光半導体素子収納用パッケージ１００Ｂは、入出力端子２１が張出する方向において、支持部３Ｂの端面と、第１絶縁層２１ａの端面とが平面視で重なるように構成される。これにより、第１絶縁層２１ａの露出する上面に設けられた信号線路２１ｃに、フレキシブルプリント回路基板等の外部回路に設けられた電極部を、はんだ等の導電性部材で電気的に接続する際に、主面１ａに対して直角方向かつ第１絶縁層２１ａから支持部３の方向に加えられる外力によって生じる、入出力端子２１内の内部応力が、支持部３を起点としたテコの原理によって枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部にて増加することを抑制できる。その結果、枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部を起点とした、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

図５Ｂ（ｃ）に示すように、光半導体素子収納用パッケージ１００Ｃは、支持部３Ｃが、平面視して入出力端子２１の第１絶縁層２１ａおよび第２絶縁層２１ｂの両方に重なるように設けられるとともに、入出力端子２１が張出する方向において、支持部３Ｃの端面と、第１絶縁層２１ａの端面とが平面視で重なるように構成される。これにより、第１絶縁層２１ａの露出する上面、または、第２絶縁層２１ｂの露出する上面に設けられた信号線路２１ｃに、フレキシブルプリント回路基板等の外部回路に設けられた電極部をはんだ等の導電性部材で電気的に接続する際に、主面１ａに対して直角方向かつ第１絶縁層２１ａまたは第２絶縁層２１ｂから支持部３の方向に加えられる外力によって生じる、入出力端子２１内の内部応力が、枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部に集中することを抑制できる。さらに、入出力端子２１内の内部応力が、支持部３を起点としたテコの原理にて、枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部にて増加することを抑制できる。その結果、枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部を起点とした、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

また、図５Ｂ（ｄ）に示すように、光半導体素子収納用パッケージ１００Ｄは、平面視して、基板１Ａの端部が、枠部２０によって囲繞された領域内に位置するように構成される。これにより、光半導体素子収納用パッケージ１００を加熱、冷却して組み立てる際に、入出力端子２１に加えられた熱が支持部３を介して速やかに光半導体素子収納用パッケージ１００の載置基板に放熱され難くなることから、入出力端子２１と支持部３との熱膨張係数の差によって生じる内部応力の変動が緩やかになり、さらに、支持部３が緩やかに変形しながら内部応力を緩和することができる。さらに、光半導体素子収納用パッケージ１００を加熱、冷却して組み立てる際に、支持部３が変形しやすくなり、入出力端子２１と支持部３との熱膨張係数の差によって生じる内部応力を支持部３によって緩和することができる。これにより、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

また、上記の例のように、入出力端子２１が、複数の絶縁層が積層されてなる積層体を含んでいるとともに、複数の絶縁層が、第１絶縁層２１ａと、第１絶縁層２１ａ上であって第１絶縁層２１ａの上面のうち枠部２０から外方に遠ざかった箇所が露出するように設けられた第２絶縁層２１ｂとを含んでいるときに、支持部３が、平面視して第１絶縁層２１ａおよび第２絶縁層２１ｂの両方に重なっていてもよい。この場合、平面視して第１絶縁層２１ａおよび第２絶縁層２１ｂの枠部２０の外側に張出する部分は、いずれについても矩形状である。

このような第１絶縁層２１ａおよび第２絶縁層２１ｂを含む光半導体素子収納用パッケージ１００は、図５Ａ（ａ）を参照した説明における光半導体そ収納用パッケージ１００と同様の構成であるが、図６〜図８を参照して、さらに詳細な構成および変形例について説明する。図６（ａ）は、本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージ１００を枠部側から視た斜視図であり、図６（ｂ）は、その光半導体素子収納用パッケージを入出力端子側から視た斜視図である。図７は、図６に示す光半導体素子収納用パッケージを分解して示す分解斜視図である。図８（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明の変形例の光半導体素子収納用パッケージを示す底面図である。

図６〜図８に示す例において、支持部３は、平面視して第１絶縁層２１ａおよび第２絶縁層２１ｂの両方に重なっている。すなわち、例えば図５Ａ（ａ）に示す例のように、側面視において、第２の絶縁層２１ｂの枠部２０と反対側の端面（以下、単に端面ともいう）を下方向に延長した部分を越えて、第１絶縁層２１ａの端面側の下面から枠部２０の方向に支持部３が配置されている。これによって、前述したように、入出力端子２１内の内部応力が、枠体２０の外側で第１絶縁層２１ａと第２絶縁層２１ｂからなる角部に集中することを抑制して、入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。

また、図６に示す例において、支持部３は、第１の絶縁層２１ａおよび第２絶縁層２１ｂの両方と平面視で重なる大きさ（外形寸法）ではあるが、支持部３の枠部２０と反対側の一方の端面は第１の絶縁層２１ａの端面から離れて配置されている。

すなわち、枠部２０から外方に遠ざかる方向において、支持部３の一方の端面が第１絶縁層２１ａの端面と異なる位置に位置している。支持部３の一方の端面と第１絶縁層２１ａの端面とが互いに異なる位置に位置しているときには、支持部３の一方の端面部分と第１絶縁層２１ａの端面部分とで内部応力等の応力を分散させることができる。そのため、例えば、支持部３の第１絶縁層２１ａ（入出力端子２１）に対する接合の信頼性を効果的に向上させることができる。

また、図６〜図８に示す例では、第１絶縁層２１ａの端面に沿った方向において、支持部３の外径寸法（幅）が、第１絶縁層２１ａの外径寸法（幅）よりも小さい。この幅の差
に応じて、支持部３の上記一方の端面に直交する側面（以下、単に側面という）が、第１絶縁層２１ａの側面よりも内側方向（平面視において第１絶縁層２１ａ内に向かう方向）に位置している。

このように、支持部３の側面と第１絶縁層２１ａの側面とが互いに異なる位置にあるときにも、これらの側面部分の間で内部応力を分散させて、支持部３と第１絶縁層２１ａとの接合の信頼性を効果的に向上させることができる。

また、図６〜図８に示す例では、第１絶縁層２１ａの端面に沿った方向において、支持部３の外径寸法（幅）が、基板１の外径寸法（幅）よりも小さい。この幅の差に応じて、支持部３は、上記側面が第１絶縁層２１ａの端面に直交する方向に沿った基板１の側面よりも内側方向（平面視において基板１内に向かう方向）に位置している。

このように、支持部３の側面と基板１の側面とが互いに異なる位置にあるときにも、これらの側面部分と第１絶縁層２１ａの間に生じる内部応力の位置を遠ざけるとともに分散させることができる。したがって、基板１および支持部３と第１絶縁層２１ａとの接合の信頼性を効果的に向上させることができる。

支持部３は、図８（ａ）に示すように、平面視で矩形状のものであるが、必ずしも正確に（幾何学的に）矩形状である必要はなく、光半導体装置（２００）（詳細は後述）としての信頼性および実用性等の向上のために、多少変形したものであっても構わない。なお、矩形状の支持部３は、その製作が容易であり、生産性の点では有利である。

図８（ｂ）に示す例では、矩形状の支持部３の角部分が円弧状に（いわゆるＲ面に）成形されている。この場合には、応力が集中しやすい角部分（端面と側面とが平面視で互いに直角に接する部分）がない。そのため、応力の集中による支持部３の第１絶縁層２１ａに対する接合の信頼性低下等の可能性を効果的に低減することができる。これによって、信頼性の高い光半導体装置の製作が容易な光半導体素子収納用パッケージ１００とすることができる。

図８（ｃ）に示す例では、第１絶縁層２１ａの角部分が内側に円弧状に切り欠かれている。この場合にも、第１絶縁層２１ａの角部分への応力の集中による支持部３の剥離または第１絶縁層２１ａ自体の機械的な破壊を効果的に抑制することができる。

また、この例においては、第１絶縁層２１ａの端面に沿った方向において、第１絶縁層２１ａの円弧状の切欠き部分よりも内側に支持部３が収まっている。これによって、支持部３（特に長辺方向の端部分）に生じる応力と、第１絶縁層２１ａ（入出力端子２１）の角部分に生じる応力とについて、大きく作用する位置を互いに遠ざけることができる。そのため、応力が分散され、応力の集中による支持部３、第１絶縁層２１ａおよび両者の接合部分とにおける機械的な破壊の可能性が効果的に低減される。

また、支持部３は、平面視して上記一方の端面に対向する他方の端面が上記切欠き部分よりも枠部２０側に配置されてもよい。これによって、本発明の光半導体素子収納用パッケージ１００は、支持部３の側面と他方の端面との間の角部に生じる応力の位置と、上記切欠き部分に生じる応力の位置とを互いに遠ざけることができる。したがって、応力が一部に集中することによる、支持部３、第１絶縁層２１ａおよび両者の接合部分とにおける機械的な破壊の可能性が効果的に低減される。

図８（ｄ）に示す例では、支持部３の角部分および第１絶縁層２１ａの角部分の両方が、Ｒ面または円弧状に切欠き部分に成形されている。この場合には、上記のような応力分散の効果が高められる。したがって、支持部３等の機械的な破壊の可能性が低減された、信頼性の高い光半導体装置の製作が容易な光半導体素子収納用パッケージ１００とすることができる。

上記の支持部３の面取りおよび第１絶縁層２１ａ等の入出力端子２１の切欠きは、これらが未焼成のときに、機械的な打ち抜き加工またはレーザ加工等の加工を施す方法で形成することができる。また、焼成後に、レーザ加工を施す方法等で面取りまたは切欠きを行なうこともできる。また、第１絶縁層２１ａは、例えば、平面視して角部分が直線状や外側に円弧状のＲ面に切り欠かれていてもよい。

図９は、本発明の光半導体装置２００を示す断面図である。

光半導体装置２００は、光半導体素子収納用パッケージ１００と、基板１の載置部１ｂに載置される光半導体素子４と、枠体２に接合される蓋体６とを備える。

なお、図９においては、光半導体素子収納用パッケージ１００を備える光半導体装置２００を示したが、これに限定されるものではない。光半導体装置２００は、前述の光半導体素子収納用パッケージ１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄのいずれかを備える構成であってもよい。

本発明の光半導体装置２００において、光ファイバ（図示せず）を枠体２に固定するための固定部材（図示せず）が、枠体２の貫通孔２０ｂに設けられてもよい。固定部材は、貫通孔２０ｂの枠体２外側開口の周囲または貫通孔２０ｂの内面に銀ロウ等のロウ材を介して接合されてもよい。この固定部材は、枠体２の熱膨張係数に近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等の金属からなり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等のインゴット（塊）をプレス加工で筒状とすることにより作製されてもよい。また、固定部材の枠体２外側の端面には、戻り光防止用の光アイソレータ（図示せず）と光ファイバとを樹脂接着剤で接着した金属ホルダ（図示せず）がはんだ材やＹＡＧレーザ溶接により接合されてもよい。固定部材の内部には、光半導体素子４より出射される光信号の消光比の劣化が生じない非晶質ガラス等から成り、集光レンズとして機能するとともに光半導体パッケージ内部を塞ぐための透光性部材（図示せず）が設けられてもよい。

透光性部材は、熱膨張係数が４×１０^−６〜１２×１０^−６／℃（室温〜４００℃）の非晶質ガラス等から成り、球状，半球状，凸レンズ状，ロッドレンズ状等とされてもよい。透光性部材は、光半導体素子４からの出射光を集光したり平行光に変換して光ファイバに入力するための集光部材として用いられる。また、透光性部材は、例えば結晶軸の存在しない非晶質ガラスの場合、酸化珪素（ＳｉＯ₂），酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とする鉛
系、またはホウ酸やケイ砂を主成分とするホウケイ酸系のものを用いる。その結果、光半導体素子４からの出射光が透光性部材で複屈折の影響を及ぼされず、効率良く光ファイバに光信号を入力できる。

また、透光性部材は、例えばその外周部に予めメタライズ層を被着させておき、このメタライズ層と固定部材とをＡｕ−Ｓｎはんだ等の低融点ロウ材を介しロウ付けされてもよい。これにより、光半導体素子４を収納した光半導体装置の気密が行なわれ、光半導体素子４を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る。この透光性部材は、その熱膨張係数が枠体２と異なっていても、固定部材が熱膨張係数差による内部応力を吸収し緩和するので、結晶軸が応力のためにある方向に揃うことによって光の屈折率の変化を起こすことは発生しにくい。従って、このような透光性部材を用いることにより、光半導体素子４と光ファイバとの間の光結合効率の変動を小さく抑えることができ、安定した光信号の入出力を行なうことができる。

また、光半導体素子４は、載置用基台５を介して、基板１の載置部１ｂに載置されてもよい。載置用基台５は、放熱性および加工性に優れるシリコン（Ｓｉ）、または基板１の熱膨張係数に近似するアルミナセラミックスや窒化アルミニウムセラミックス等の誘電体から成ることが好ましい。この載置用基台５は、光半導体素子４から基板１へ熱を伝えるための伝熱媒体であるとともに、その高さを調整することにより、透光性部材と光半導体素子４と光ファイバとの光軸が合うように調節することができる。

載置用基台５の上面には、高周波信号が伝送される配線導体（図示せず）が形成されるとともに光半導体素子４を搭載するための導体層（図示せず）が形成される。光半導体素子４の各電極と載置用基台５上面の配線導体とを電気的に接続するボンディングワイヤ７が設けられる。

蓋体６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やアルミナセラミックス等のセラミックスから成り、枠体２上面にＡｕ−Ｓｎ合金はんだ等の低融点ロウ材を介して接合されたり、ＹＡＧレーザ溶接等の溶接法により接合される。

このような構成によって、基板１と枠体２とを接合するための加熱、冷却の際に、基板１と枠部２０と入出力端子２１との間の熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数の差によって生じる内部応力を緩和して、光半導体素子収納用パッケージ１００の破損、特に入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。さらに、本発明の光半導体装置２００によれば、枠体２と蓋体６とを接合するための加熱、冷却の際に、基板１と枠部２０と入出力端子２１との間の熱伝導率、ヤング率、および熱膨張係数の差によって生じる内部応力を緩和して、光半導体素子収納用パッケージ１００の破損、特に入出力端子２１におけるクラックの発生を抑制することができる。したがって、本発明の光半導体装置２００によれば、信頼性の向上した光半導体装置を提供することができる。

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。

１ 基板
１Ａ 基板
１ａ 主面
１ｂ 載置部
２ 枠体
３ 支持部
３Ａ 支持部
３Ｂ 支持部
３Ｃ 支持部
４ 光半導体素子
５ 載置用基台
６ 蓋体
７ ボンディングワイヤ
２０ 枠部
２０ａ 切欠き部
２０ｂ 貫通孔
２１ 入出力端子
２１ａ 第１絶縁層
２１ｂ 第２絶縁層
２１ｃ 信号線路
１００ 光半導体素子収納用パッケージ
１００Ａ 光半導体素子収納用パッケージ
１００Ｂ 光半導体素子収納用パッケージ
１００Ｃ 光半導体素子収納用パッケージ
１００Ｄ 光半導体素子収納用パッケージ
２００ 光半導体装置

Claims (9)

1. 主面に光半導体素子が載置される載置部を有する基板と、
   前記基板の前記主面に接合される枠体であって、平面視して前記載置部を囲繞するように設けられ、前記基板側から切り欠かれた切欠き部を有する枠部と、前記切欠き部に挿入固定されているとともに、前記主面の面方向において一部分が前記基板の外方に張出している入出力端子とを含む枠体と、
   前記入出力端子の前記一部分に、前記主面の面方向に前記基板と間隔を空けて設けられている支持部と
   を備える光半導体素子収納用パッケージ。
2. 前記基板および前記支持部は、各々、矩形形状を有し、前記基板の一辺と該一辺に対向する前記支持部の一辺とが平行になるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体素子収納用パッケージ。
3. 前記入出力端子および前記支持部の熱伝導率が、前記基板の熱伝導率よりも小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体素子収納用パッケージ。
4. 前記支持部のヤング率が、前記基板および前記入出力端子のヤング率よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光半導体素子収納用パッケージ。
5. 前記支持部の熱膨張係数が、前記基板および前記入出力端子の熱膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光半導体素子収納用パッケージ。
6. 前記基板はＣｕ−Ｗ合金からなり、前記支持部はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光半導体素子収納用パッケージ。
7. 前記入出力端子が、第１絶縁層と、該第１絶縁層上であって前記第１絶縁層の上面のうち前記枠部から外方に遠ざかった箇所が露出するように設けられた第２絶縁層とを含んでいるとともに、前記支持部が、平面視して前記第１絶縁層および前記第２絶縁層の両方に重なっていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の光半導体素子収納用パッケージ。
8. 前記枠部から外方に遠ざかる方向において、前記支持部の端面が前記第１絶縁層の端面と異なる位置に位置していることを特徴とする請求項７に記載の光半導体素子収納用パッケージ。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記基板の前記載置部に載置される光半導体素子と、前記枠体に接合される蓋体とを備える光半導体装置。

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