JP3359532B2 - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、通信に使用される電気信号を光信
号に変換するレーザーダイオードや光信号を電気信号に
変換するフォトダイオード等の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は、図３に断面図
で示すように、酸化アルミニウム質焼結体等の電気絶縁
材料や銅−タングステン合金等の金属から成り、その上
面の略中央部に光半導体素子Ｓを載置するための載置部
21ａを有する基体21と、基体21の上面に載置部21ａを囲
繞するようにして取着され、その内側から外側面に導出
するメタライズ配線層23および側壁を内外に貫通する貫
通孔22ａならびにこの貫通孔22ａ周辺の側面に被着され
たメタライズ金属層24を有するセラミック枠体22と、セ
ラミック枠体22の貫通孔22ａ内に挿通されるとともにそ
の一端側に設けたフランジ25ａがセラミック枠体22のメ
タライズ金属層24に銀ろう等のろう材を介して接合され
た略円筒状の光ファイバ固定用部材25と、光ファイバ固
定用部材25の他端側に取着された透光性窓部材26と、蓋
体27とから構成され、基体21の載置部21ａに光半導体素
子Ｓを接着固定するとともにこの光半導体素子Ｓの各電
極をボンディングワイヤＷを介してメタライズ配線層23
に電気的に接続し、しかる後、セラミック枠体22の上面
に蓋体27を接合させ、基体21とセラミック枠体22と蓋体
27とから成る容器内部に光半導体素子Ｓを気密に収容す
るとともに光ファイバ固定用部材25の内部に光ファイバ
Ｆを挿着させることによって製品としての光半導体装置
となる。

【０００３】このような光半導体素子収納用パッケージ
においては、前記セラミック枠体22は通常、セラミック
グリーンシート積層法によって製作され、具体的には例
えば図４に分解斜視図で示すように、平板状のセラミッ
クグリーンシートに従来周知の打ち抜き法を施すことに
よって下層・中間層・上層となる３枚の枠状のセラミッ
クグリーンシート31・32・33を得るとともにこのうち中
間層となるセラミックグリーンシート32の一端側に内周
から外周側に突出する切り欠き32ａを設け、次にその中
間層となる枠状のセラミックグリーンシート32の上面に
メタライズ配線層23でセラミック枠体22の内側から外側
面に至る部分となる金属ペーストを従来周知のスクリー
ン印刷法を採用して所定パターンに印刷塗布するととも
にこれらセラミックグリーンシート31・32・33を積層し
てセラミックグリーンシート積層体となし、次にこのセ
ラミックグリーンシート積層体の一端側を切り欠き32ａ
を横切るようにして切断し、セラミックグリーンシート
積層体の側面に貫通孔を露出させるとともにこのセラミ
ックグリーンシート積層体の側面にメタライズ配線層23
でセラミック枠体22の側面部分およびメタライズ金属層
24となる金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法を
採用して所定パターンに印刷塗布し、最後にこのセラミ
ックグリーンシート積層体を高温で焼成することによっ
て、図５に外観斜視図で示すように、その内側から外側
面に導出するメタライズ配線層23および側壁を内外に貫
通する貫通孔22ａならびに貫通孔22ａ周辺の側面に被着
されたメタライズ金属層24を有するように製作される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光半導体素子収納用パッケージによれば、セラミッ
ク枠体22の側壁に形成された貫通孔22ａは、セラミック
枠体22となるセラミックグリーンシートの１枚に打ち抜
き加工により所定幅の切り欠きを施しておくことにより
形成されることから、その形状が略四角形の矩形孔形状
となり、このため、このセラミック枠体22のメタライズ
金属層24に光ファイバ固定用部材25をろう材を介して接
合すると、ろう付けの応力が略四角形の矩形孔である貫
通孔22ａの４つの角部に集中し、この応力によりセラミ
ック枠体22に４つの角部からクラックが発生してしまい
易いため、容器の気密信頼性が低いという欠点を有して
いた。

【０００５】なお、セラミック枠体の側壁あるいはセラ
ミック枠体となるグリーンシート積層体の側壁にドリル
加工等により円形の貫通孔を形成することも考えられる
が、セラミック枠体にドリル加工を施す場合にはセラミ
ック枠体の硬度が極めて高いことからドリル加工を行う
ことが困難であり、またセラミック枠体となるセラミッ
クグリーンシート積層体にドリル加工を施す場合にはセ
ラミック積層体が柔らかいためセラミックグリーンシー
ト積層体が変形し易く、さらにドリル加工時に発生する
削り屑がセラミックグリーンシート積層体に多量に付着
してしまい、正確な形状でかつ付着物のないセラミック
枠体を得ることが困難である。

【０００６】さらに、セラミック枠体の側壁に形成され
る貫通孔を円形とした場合、貫通孔内に光ファイバ固定
用部材を精度よく挿通固定させようとすると、貫通孔の
直径をこれに挿通される光ファイバ固定用部材に外接す
る程度の大きさとし、貫通孔の内壁と光ファイバ固定用
部材の外周との隙間を極めて狭いものとしておかないと
ならず、この場合、メタライズ金属層と光ファイバ固定
用部材との間に極めて少量のろう材の溜りしか形成され
ないためセラミック枠体に光ファイバ固定用部材を強固
に接合させることができないという欠点を誘発する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子収
納用パッケージは、上面中央部に光半導体素子の載置部
を有する基体と、この基体の上面外周部に前記載置部を
囲繞するようにして取着され、かつ側壁に貫通孔が形成
されているとともにこの貫通孔周辺の側壁にメタライズ
金属層が被着されたセラミック枠体と、前記貫通孔に挿
通される略円筒状の筒状部に、前記メタライズ金属層に
ろう材を介して接合されるフランジが付設されて成る光
ファイバ固定用部材と、この光ファイバ固定用部材の前
記載置部側の端部に取着された透光性窓部材と、前記セ
ラミック枠体の上面に取着される蓋体とから成る光半導
体素子収納用パッケージであって、前記貫通孔は内壁に
前記光ファイバ固定用部材の筒状部と接する複数条の突
起が軸方向に形成されており、かつ前記メタライズ金属
層が貫通孔周辺の側壁から貫通孔の内壁にかけて被着さ
れていることを特徴とするものである。

【０００８】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、セラミック枠体に形成された貫通孔は、その内
壁に光ファイバ固定用部材の筒状部と接する複数条の突
起が軸方向に形成されており、かつメタライズ金属層が
貫通孔周辺の側壁から貫通孔の内壁にかけて被着されて
いることから、光ファイバ固定用部材のフランジがろう
付けされる開口部の部位に角部の数が多いものとなり、
その結果、光ファイバ固定用部材をセラミック枠体のメ
タライズ金属層にろう材を介して接合する際のろう付け
応力がそれら多数の角部に分散されて小さいものとな
る。

【０００９】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、セラミック枠体に形成された貫通孔は、そ
の内壁に光ファイバ固定用部材の筒状部と接する複数条
の突起が軸方向に形成されていることから、貫通孔の大
きさを、これに挿通される光ファイバ固定用部材の外周
に接する大きさとしてこれら複数条の軸方向の突起によ
り貫通孔に光ファイバ固定用部材を精度良く位置決めで
きるようにしても、貫通孔の開口部から内壁にかけての
前記軸方向の各突起の間においては光ファイバ固定用部
材と貫通孔内壁との間に大きな隙間が形成され、そのた
め貫通孔周辺の側壁から貫通孔内壁にかけて被着させた
メタライズ金属層と光ファイバ固定用部材との間に多く
のろう材溜りが形成されるので、光ファイバ固定用部材
をセラミック枠体に正確かつ強固に接合することができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付の図面を基に詳
細に説明する。

【００１１】図１は、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分解斜視図であり、１
は基体、２はセラミック枠体、７は蓋体である。主にこ
れら基体１、セラミック枠体２、蓋体７で内部に光半導
体素子Ｓを収納する容器が構成される。

【００１２】基体１は光半導体素子Ｓを支持するための
支持部材として作用し、その上面の略中央部に光半導体
素子Ｓを載置するための載置部１ａを有しており、この
載置部１ａに光半導体素子Ｓが接着固定される。

【００１３】基体１は、例えば酸化アルミニウム質焼結
体や窒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・ガラスセラミック質焼結体等のセラミ
ック材料あるいは銅・銅−タングステン合金・鉄−ニッ
ケル−コバルト合金等の金属から成り、例えば酸化アル
ミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム粉末
・酸化珪素粉末・酸化マグネシウム粉末・酸化カルシウ
ム粉末等の原料粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加
混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクタ
ーブレード法を採用してシート状となすことによってセ
ラミックグリーンシートを得、これを適当な大きさに切
断するとともに高温で焼成することによって製作され
る。

【００１４】また基体１の上面外周部には、載置部１ａ
を囲繞するようにしてセラミック枠体２が取着されてお
り、セラミック枠体２の内側には光半導体素子Ｓを収納
するための空所が形成されている。

【００１５】セラミック枠体２は、例えば酸化アルミニ
ウム質焼結体・窒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・ガラスセラミック焼結体等
のセラミックから成り、例えば酸化アルミニウム質焼結
体から成る場合、酸化アルミニウム粉末・酸化珪素粉末
・酸化マグネシウム粉末・酸化カルシウム粉末等の原料
粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加混合して泥漿状
となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法を
採用してシート状となすことによって複数枚のセラミッ
クグリーンシートを得、次にこれら複数枚のセラミック
グリーンシートの各々を従来周知の打ち抜き法を採用し
て枠状とするとともに積層してグリーンシート積層体と
なし、これを高温で焼成することによって製作される。

【００１６】なお、セラミック枠体２は、基体１と実質
的に同じセラミック材料から成る場合であれば、セラミ
ック枠体２となるセラミックグリーンシートを基体１と
なるセラミックグリーンシートに積層しておき、これを
基体１となるセラミックグリーンシートとともに焼成す
ることによって基体１の上面外周部に載置部１ａを囲繞
するようにして基体１に取着される。

【００１７】セラミック枠体２には、その内側から外側
面にかけて導出するようにして複数のメタライズ配線層
３が被着形成されており、これらメタライズ配線層３の
セラミック枠体２内側の部位には光半導体素子Ｓの電極
がボンディングワイヤＷを介して電気的に接続されると
ともに、メタライズ配線層３のセラミック枠体２外側面
の部位には図示しない外部リード端子が銀ろう等のろう
材を介して取着される。

【００１８】メタライズ配線層３は、タングステン・モ
リブデン・銅・銀等の金属粉末焼結体から成り、タング
ステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加
混合して得た金属ペーストをセラミック枠体２と成るセ
ラミックグリーンシートおよびグリーンシート積層体に
従来周知のスクリーン印刷法を採用して所定のパターン
に印刷塗布しておき、これをグリーンシート積層体とと
もに焼成することによってセラミック枠体２の内側から
外側面にかけて導出するようにして被着形成される。

【００１９】またセラミック枠体２は、その側壁にセラ
ミック枠体２を内外に貫通する貫通孔２ａが形成されて
おり、この貫通孔２ａ内には、略円筒状の筒状部４ｂに
フランジ４ａが付設されて成る光ファイバを固定するた
めの光ファイバ固定用部材４が挿通される。

【００２０】セラミック枠体２に形成された貫通孔２ａ
は、その開口形状が、開口の中央部から上下端側に向け
て階段状に幅が狭くなるように、幅の異なる角孔を積み
重ねた多角形状をしており、これにより貫通孔２ａの内
壁に光ファイバ固定用部材４の筒状部４ｂと接する複数
条の突起が軸方向に形成されている。

【００２１】このような貫通孔２ａは、例えば図２に分
解斜視図で示すように、枠状に打ち抜かれた、セラミッ
ク枠体２となる７枚のセラミックグリーンシート11〜17
を準備するとともにこのうち中間層となるセラミックグ
リーンシート12〜16の一端側に貫通孔２ａとなる切り欠
き12ａ〜16ａを打ち抜き加工によりそれぞれ異なる幅で
形成しておき、しかる後、セラミックグリーンシート11
〜17を積層することによってグリーンシート積層体とな
すとともにこのグリーンシート積層体の一端側を切断し
て側面に貫通孔を露出させることによって、その内壁に
光ファイバ固定用部材４の筒状部４ｂと接する複数条の
突起が軸方向に形成される。この場合、セラミック枠体
２の貫通孔２ａは、セラミック枠体２となる枠状のセラ
ミックグリーンシートの一部に切り欠きを打ち抜いてお
くことによって形成されることから、比較的容易に形成
される。

【００２２】セラミック枠体２に形成された貫通孔２ａ
は、その開口形状が、開口の中央部から上下端側に向け
て階段状に幅が狭くなるように幅の異なる角孔を積み重
ねた多角形状をしていることによって内壁に複数条の突
起が軸方向に形成されていることから、単なる四角形状
の貫通孔に比較して開口部における角部の数が多いもの
となるため、後述するようにこの貫通孔２ａ周辺のセラ
ミック枠体２側面およびこの側面近傍の貫通孔２ａ内壁
に被着させたメタライズ金属層５に光ファイバ固定用部
材４をろう材を介して接合する際、ろう付けの応力がこ
れら多数の角部に分散されて小さいものとなり、その結
果、ろう付けの応力に起因してセラミック枠体２の貫通
孔２ａ周辺にクラックが発生することを有効に防止する
ことができる。

【００２３】さらに、セラミック枠体２に形成された貫
通孔２ａは、その開口形状が、該開口の中央部から上下
端側に向けて階段状に幅が狭くなるように、幅の異なる
角孔を積み重ねた多角形状をしていることにより、内壁
に光ファイバ固定用部材４の筒状部４ｂと接する複数条
の突起が軸方向に形成されていることから、貫通孔２ａ
の大きさを、これに挿通される光ファイバ固定用部材４
の外周に接する大きさとして貫通孔２ａに光ファイバ固
定用部材４を精度良く位置決めできるようにしても、後
述するように貫通孔２ａ内に光ファイバ固定用部材４を
挿通させるとともに貫通孔２ａ周辺のセラミック枠体２
側面から貫通孔２ａの内壁にかけて被着させたメタライ
ズ金属層５に光ファイバ固定用部材４をろう材を介して
接合する際、貫通孔２ａの各角部においては光ファイバ
固定用部材４と貫通孔２ａ内壁との間に大きな隙間が形
成され、そのため貫通孔２ａ内壁で多数の角部に被着さ
せたメタライズ金属層５と光ファイバ固定用部材４との
間に多くのろう材の溜りが形成され、その結果、光ファ
イバ固定用部材４をセラミック枠体２の貫通孔２ａ内に
正確かつ強固に接合させることができる。

【００２４】セラミック枠体２の貫通孔２ａ周辺の側面
から貫通孔２ａの内壁にかけて被着形成されているメタ
ライズ金属層５は、後述する光ファイバ固定用部材４を
セラミック枠体２にろう付けするための下地金属として
作用し、メタライズ金属層５に光ファイバ固定用部材４
を銀ろう等のろう材を介してろう付けすることによって
光ファイバ固定用部材４がセラミック枠体２に接合され
る。

【００２５】メタライズ金属層５は、タングステン・モ
リブデン・銅・銀等の金属粉末焼結体から成り、タング
ステン等の金属粉末に適当な有機バインダ・溶剤を添加
混合して得た金属ペーストをセラミック枠体２と成るセ
ラミックグリーンシート積層体の側面に従来周知のスク
リーン印刷法を採用して所定のパターン印刷塗布すると
同時にこの金属ペーストの一部を貫通孔２ａの内壁に垂
れ込ませ、これをグリーンシート積層体とともに焼成す
ることによってセラミック枠体２の貫通孔２ａ周辺の側
面から貫通孔２ａの内壁にかけて被着形成される。

【００２６】なお、貫通孔２ａ内壁に被着させたメタラ
イズ金属層５は、セラミック枠体２側面からの幅が0.1
ｍｍ未満であるとメタライズ金属層５と光ファイバ固定
用部材４との間に多量のろう材溜りを形成することが困
難となる傾向にある。従って前記セラミック枠体２の貫
通孔２ａ内壁に被着させたメタライズ金属層５は、セラ
ミック枠体２側面からの幅をセラミック枠体２の厚み未
満で0.1 ｍｍ以上としておくことが好ましい。

【００２７】またセラミック枠体２の貫通孔２ａ内に
は、略円筒状の筒状部４ｂのセラミック枠体２の外側に
位置する側の一端にフランジ４ａが付設されて成る光フ
ァイバ固定用部材４が挿通されているとともに、この光
ファイバ固定用部材４が銀ろう等のろう材を介してセラ
ミック枠体２のメタライズ金属層５に接合されている。

【００２８】光ファイバ固定用部材４は、光ファイバＦ
を固定する作用を為し、その内部には光ファイバＦが挿
着固定される。

【００２９】また光ファイバ固定用部材４に付設された
フランジ４ａは、光ファイバ固定用部材４をセラミック
枠体２に接合するための接合用部材として作用し、光フ
ァイバ固定用部材４のセラミック枠体２への接合は、セ
ラミック枠体２に被着させたメタライズ金属層５とフラ
ンジ４ａとを銀ろう等のろう材を介してろう付けする方
法が採用される。

【００３０】このとき、ろう付けの応力はセラミック枠
体２の貫通孔２ａの多数の各角部に分散されるので、セ
ラミック枠体２にろう付けの応力に起因する割れやクラ
ックが発生することはない。

【００３１】またこのとき、セラミック枠体２の貫通孔
２ａ内壁で多数の角部に被着されたメタライズ金属層５
とフランジ４ａとの間に多くのろう材溜りが形成され、
その結果、光ファイバ固定用部材４をセラミック枠体２
に極めて強固に接合することができる。

【００３２】さらに、光ファイバ固定用部材４の内端側
すなわち基体１の搭載部１ａ側の端部には、サファイア
やガラス等から成る透光性窓部材６が取着される。

【００３３】透光性窓部材６は、光ファイバ固定用部材
４の筒状部４ｂの内側空所を塞ぎ、基体１とセラミック
枠体２と蓋体７とにより構成される容器の気密封止を保
持するとともに、透光性窓部材６を通して容器内部に収
容された光半導体素子Ｓと光ファイバＦと間に光を授受
させる作用をなす。

【００３４】透光性窓部材６は、光ファイバ固定用部材
４の内端側にガラス付けやろう付けされることにより光
ファイバ固定用部材４に取着される。

【００３５】かくして本発明の光半導体素子収納用パッ
ケージによれば、基体１の載置部１ａに光半導体素子Ｓ
を載置固定するとともに光半導体素子Ｓの各電極をボン
ディングワイヤＷを介してセラミック枠体２のメタライ
ズ配線層３に電気的に接続し、次にセラミック枠体２の
上面に蓋体７を接合させ、基体１とセラミック枠体２と
蓋体７とから成る容器内部に光半導体素子Ｓを収容し、
最後にセラミック枠体２に取着された光ファイバ固定用
部材４に光ファイバＦを挿着固定させることによって最
終製品としての光半導体装置となり、光半導体素子Ｓと
光ファイバＦとの間を透光性窓部材６を通して光信号を
授受させることによって高速光通信等に使用される。

【００３６】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
によれば、セラミック枠体に形成された貫通孔は、その
内壁に光ファイバ固定用部材の筒状部と接する複数条の
突起が軸方向に形成されており、かつメタライズ金属層
が貫通孔周辺の側壁から貫通孔の内壁にかけて被着され
ていることから、光ファイバ固定用部材のフランジがろ
う付けされる開口部の部位に角部の数が多いものとな
り、その結果、光ファイバ固定用部材をセラミック枠体
のメタライズ金属層にろう材を介して接合する際のろう
付け応力がそれら多数の角部に分散されて小さいものと
なり、ろう付けの応力に起因するセラミック枠体のクラ
ックの発生を有効に防止することができる。

【００３７】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、セラミック枠体に形成された貫通孔は、そ
の内壁に光ファイバ固定用部材の筒状部と接する複数条
の突起が軸方向に形成されていることから、貫通孔の大
きさを、これに挿通される光ファイバ固定用部材の外周
に接する大きさとしてこれら複数条の軸方向の突起によ
り貫通孔に光ファイバ固定用部材を精度良く位置決めで
きるようにしても、貫通孔の開口部から内壁にかけての
前記軸方向の各突起の間においては光ファイバ固定用部
材と貫通孔内壁との間に大きな隙間が形成され、そのた
め貫通孔周辺の側壁から貫通孔内壁にかけて被着させた
メタライズ金属層と光ファイバ固定用部材との間に多く
のろう材溜りが形成されるので、光ファイバ固定用部材
をセラミック枠体に正確かつ強固に接合することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】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分解斜視図である。

【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージのセ
ラミック枠体の貫通孔の形成方法を説明するための分解
斜視図である。

【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージの断面図
である。

【図４】従来の光半導体素子収納用パッケージのセラミ
ック枠体を製作する方法を説明するための分解斜視図で
ある。

【図５】従来の光半導体素子収納用パッケージのセラミ
ック枠体を示す外観斜視図である。

【符号の説明】

１・・・・基体 １ａ・・・載置部 ２・・・・セラミック枠体 ２ａ・・・貫通孔 ３・・・・メタライズ配線層 ４・・・・光ファイバ固定用部材 ４ａ・・・フランジ ４ｂ・・・筒状部 ５・・・・メタライズ金属層 ６・・・・透光性窓部材 ７・・・・蓋体 Ｓ・・・・光半導体素子 Ｆ・・・・光ファイバ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 23/00 - 23/10 H01L 23/16 - 23/26

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面中央部に光半導体素子の載置部を有
   する基体と、該基体の上面外周部に前記載置部を囲繞す
   るようにして取着され、かつ側壁に貫通孔が形成されて
   いるとともに該貫通孔周辺の側壁にメタライズ金属層が
   被着されたセラミック枠体と、前記貫通孔に挿通される
   略円筒状の筒状部に、前記メタライズ金属層にろう材を
   介して接合されるフランジが付設されて成る光ファイバ
   固定用部材と、該光ファイバ固定用部材の前記載置部側
   の端部に取着された透光性窓部材と、前記セラミック枠
   体の上面に取着される蓋体とから成る光半導体素子収納
   用パッケージであって、前記貫通孔は内壁に前記光ファ
   イバ固定用部材の筒状部と接する複数条の突起が軸方向
   に形成されており、かつ前記メタライズ金属層が貫通孔
   周辺の側壁から貫通孔の内壁にかけて被着されているこ
   とを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。