JP3457898B2 - Optical semiconductor element storage package - Google Patents

Optical semiconductor element storage package

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JP3457898B2
JP3457898B2 JP32721698A JP32721698A JP3457898B2 JP 3457898 B2 JP3457898 B2 JP 3457898B2 JP 32721698 A JP32721698 A JP 32721698A JP 32721698 A JP32721698 A JP 32721698A JP 3457898 B2 JP3457898 B2 JP 3457898B2
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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、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、一般に鉄ーニッケルー
コバルト合金や銅ータングステン合金等の金属材料から
成り、上面中央部に光半導体素子が電子冷却素子を間に
挟んで載置される載置部を有する基体と、前記光半導体
素子載置部を囲繞するようにして基体上に銀ロウ等のロ
ウ材を介して接合され、側部に貫通孔及び切欠部を有す
る鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属材料から成る枠
体と、前記枠体の貫通孔もしくは貫通孔周辺の枠体に取
着され、内部に光信号が伝達される空間を有する鉄ーニ
ッケルーコバルト合金等の金属材料から成る筒状の固定
部材と、前記筒状の固定部材に融点が200〜400℃
の金ー錫合金等の低融点ロウ材を介して取着された固定
部材の内部を塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材
と、前記枠体の切欠部に挿着され、酸化アルミニウム質
焼結体から成る絶縁体に光半導体素子の各電極がボンデ
ィングワイヤを介して電気的に接続されるメタライズ配
線層が形成されているセラミック端子体と、前記枠体の
上面に取着され、光半導体素子を気密に封止する蓋部材
とから構成されており、前記基体の光半導体素子載置部
に光半導体素子を間にペルチェ素子等の電子冷却素子を
挟んで載置固定させるとともに該光半導体素子の各電極
をボンディングワイヤを介してセラミック端子体のメタ
ライズ配線層に電気的に接続し、しかる後、前記枠体の
上面に蓋部材を接合させ、基体と枠体と蓋部材とから成
る容器内部に光半導体素子を気密に収容するとともに筒
状固定部材に光ファイバー部材を、例えば、YAG溶接
等により取着することによって製品としての光半導体装
置となる。 【0003】かかる光半導体装置は電子冷却素子により
光半導体素子を冷却しつつ光半導体素子に外部電気回路
から供給される駆動信号によって光励起を起こさせ、該
励起した光を透光性部材を介し光ファイバー部材に授受
させるとともに該光ファイバー部材の光ファイバー内を
伝達させることによって高速通信等に使用される。 【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おいては、基体及
び枠体を形成している鉄ーニッケルーコバルト合金や銅
ータングステン合金等の金属材料やセラミック端子体の
絶縁体を形成している酸化アルミニウム質焼結体の熱伝
導率が15W/m・k以上であることから、光半導体素
子をペルチェ素子等の電子冷却素子で冷却しつつ外部電
気回路から供給される駆動信号によって光励起させた場
合、ペルチエ素子等の電子冷却素子は光半導体素子が載
置される上面側は低温となっているものの基体と接する
下面側は高温(約100℃)となっているため電子冷却
素子の発する熱が基体、枠体、セラミック端子体及びボ
ンディングワイヤを介して光半導体素子に大きく作用
し、この電子冷却素子の熱によって光半導体素子の電子
冷却素子による冷却効率が大きく低下してしまうという
欠点を有していた。そのため従来は光半導体素子が作動
時に発する熱と、基体、枠体等を介して光半導体素子に
伝達される電子冷却素子の熱の両方を吸収するために電
子冷却素子の出力を高いものとする必要があった。 【0005】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は電子冷却素子の熱が光半導体素子に作用
するのを有効に防止し、低出力の電子冷却素子によって
も光半導体素子を常に適温として光半導体素子を長期間
にわたり正常に、かつ安定に作動させることができる光
半導体素子収納用パッケージを提供することにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、枠状の基体
と、該基体の穴部に挿着され、上面に光半導体素子が電
子冷却素子を介して載置される載置部を有する放熱板
と、前記基体上に光半導体素子載置部を囲繞するように
して取着され、側部に貫通孔及び切欠部を有する枠体
と、前記貫通孔もしくは貫通孔周辺の枠体に取着され、
光ファイバー部材が接合される筒状の固定部材と、前記
切欠部に挿着され、絶縁体に光半導体素子の各電極が電
気的に接続されるメタライズ配線層が形成されているセ
ラミック端子体と、前記枠体の上面に取着され、光半導
体素子を気密に封止する蓋部材とからなる光半導体素子
収納用パッケージであって、前記放熱板は厚み方向に配
列した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料から
成る芯体の上下両面にクロムー鉄合金層、銅層、鉄ーニ
ッケル合金層もしくは鉄ーニッケルーコバルト合金層の
3層構造を有する金属層が拡散接合により被着されて形
成されており、かつ前記クロムー鉄合金層、銅層、鉄ー
ニッケル合金層もしくは鉄ーニッケルーコバルト合金層
の各々の厚みが略同一厚みであることを特徴とするもの
である。 【0007】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、光半導体素子が電子冷却素子を間に挟んで載置
される放熱体として、放熱体の上面側から下面側にかけ
ての熱伝導率が300W/m・k以上である部材、即
ち、厚み方向に配列した炭素繊維を炭素で結合した一方
向性複合材料から成る芯体の上下両面にクロムー鉄合金
層、銅層、鉄−ニッケル合金層もしくは鉄ーニッケルー
コバルト合金層の3層構造を有する金属層を拡散接合さ
せたものを使用したことから光半導体素子をペルチェ素
子等の電子冷却素子で冷却しつつ外部電気回路から供給
される駆動信号によって光励起させた場合、電子冷却素
子の発した熱は放熱体の上面側から下面側に選択的に伝
達されるとともに大気中に放散されて枠状の基体、枠
体、セラミック端子体及びボンディングワイヤを介して
光半導体素子に作用することはなく、その結果、光半導
体素子の電子冷却素子による冷却効率は高いものとな
り、低出力の電子冷却素子でも光半導体素子を常に適温
として光半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に
作動させることが可能となる。 【0008】 【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図1乃至図4は本発明の光半導体素子
収納用パッケージの一実施例を示し、1は枠状の基体、
14は放熱体、2は枠体、3は蓋部材である。この基体
1と放熱板14と枠体2と蓋部材3とで内部に光半導体
素子4を収容するための容器が構成される。 【0009】前記枠状の基体1は鉄ーニッケルーコバル
ト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、その
中央部に放熱板14が挿着される穴が形成されている。 【0010】前記枠状の基体1は、例えば、鉄ーニッケ
ルーコバルト合金等のインゴット(塊)に圧延加工法や
打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことに
よって所定の形状に形成される。 【0011】前記基体1はまたその中央部に形成された
穴内に放熱板14が挿着されており、該放熱板14は光
半導体素子4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4を載置するための
載置部14aを有し、該載置部14aには光半導体素子
4が間にペルチェ素子等の電子冷却素子5を挟んで錫ー
ビスマス等の低温半田を介して接着固定される。 【0012】前記放熱板14は、図3に示すように、厚
み方向に配列した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複
合材料から成る芯体14bの上下両面にクロムー鉄合金
層15a、銅層15b、鉄ーニッケル合金層もしくと鉄
ーニッケルーコバルト合金層15cの3層構造を有する
金属層15を拡散接合により被着させたものから成り、
その熱伝導率は一方向性複合材料からなる芯体14bの
炭素繊維の方向、即ち、放熱体14の上面側から下面側
にかけての方向の熱伝導率が300W/m・k以上、炭
素繊維に対し直交する方向の熱伝導率が30W/m・k
以下であり、放熱板14の上面側から下面側に向けて熱
が一方向に選択的に効率良く伝達するようになってい
る。そのためこの一方向性複合材料から成る芯体14b
を用いた放熱板14の上面に半導体素子4を間にペルチ
ェ素子等の電子冷却素子5を挟んで載置固定させた場
合、電子冷却素子5の発する熱は放熱板14の上面側か
ら下面側にかけて一方向に伝達し、放熱板14の下面側
から大気中に効率良く放散されることとなる。 【0013】前記放熱板14の一方向性複合材料から成
る芯体14bは、例えば、一方向に配列した炭素繊維の
束を、固体のピッチあるいはコークスなどの微粉末を分
散させたフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂の溶液中に
含浸させ、次にこれを乾燥させて一方向に炭素繊維が配
列している複数枚のシートを形成するとともに各々のシ
ートを炭素繊維の方向が同一となるようにして複数枚積
層し、次に前記積層された複数枚のシートに所定の圧力
を加えるとともに加熱して熱硬化性樹脂部分を硬化さ
せ、最後にこれを不活性雰囲気中、高温で焼成し、フェ
ノール樹脂とピッチあるいはコークスの微粉末を炭化さ
せる(炭素を形成する)とともに該炭素で各々の炭素繊
維を結合させることによって製作されている。 【0014】また前記放熱板14の一方向性複合材料か
らなる芯体14bはその上下両面にクロムー鉄合金層1
5aと銅層15bと鉄ーニッケル合金層もしくは鉄ーニ
ッケルーコバルト合金層15cとの3つの層からなる金
属層15が被着されており、該金属層15のクロムー鉄
合金層15aと銅層15bと鉄ーニッケル合金層もしく
は鉄ーニッケルーコバルト合金層15cの各々はその厚
みが略同一厚みとなっている。 【0015】前記金属層15を略同一厚みのクロムー鉄
合金層15aと銅層15bと鉄−ニッケル合金層もしく
は鉄ーニッケルーコバルト合金層15cの3つの層で形
成するのは一方向性複合材料からなる放熱板14の熱膨
張係数を約10×10-6/℃〜13×10-6/℃(室温
〜800℃)として枠状の基体1及び後述する鉄ーニッ
ケルーコバルト合金や鉄ーニッケル合金から成る枠体2
の熱膨張係数に近似させるとともに放熱板14を平坦と
するためであり、一方向性複合材料からなる芯体14b
の上下両面に金属層15を被着させた放熱板14は、芯
体14bと上面金属層15との間及び芯体14bと下面
金属層15との間に両者の熱膨張係数の相違に起因する
熱応力が発生するがその各々の熱応力は金属層15の芯
体14bに対する被着位置が異なることから互いに相殺
され、その結果、放熱板14は芯体14bと金属層15
との間に発生する熱応力によって変形することはなく常
に平坦となり、これによって放熱板14の上面に光半導
体素子4を間に電子冷却素子5を挟んで強固に取着固定
させることが可能となるとともに電子冷却素子5が発す
る熱を放熱板14を介して大気中に効率良く放散させる
ことが可能となる。 【0016】なお、前記金属層15は一方向性複合材料
からなる芯体14bの上下両面に拡散接合させることに
よって被着されており、具体的には、一方向性複合材料
からなる芯体14bの上下両面に厚さ50μm以下のク
ロムー鉄合金の箔と銅の箔と鉄ーニッケル合金もしくは
鉄ーニッケルーコバルト合金の箔を順次、載置させ、次
にこれを真空ホットプレスで5MPaの圧力をかけつつ
1200℃の温度を1時間印加することによって行われ
る。 【0017】また前記金属層15のクロムー鉄合金層1
5aは金属層15を一方向性複合材料からなる芯体14
bに強固に接合させる作用をなし、また銅層15bはク
ロムー鉄合金層15aと鉄ーニッケル合金層もしくと鉄
ーニッケルーコバルト合金層15cとを強固に接合させ
るとともに両者の相互拡散を有効に防止する作用をな
し、更に鉄ーニッケル合金層もしくは鉄ーニッケルーコ
バルト合金層15cはクロムー鉄合金層15a及び銅層
15bと相まって放熱板14の熱膨張係数を約10×1
-6/℃〜13×10-6/℃(室温〜800℃)とする
作用をなす。 【0018】前記一方向性複合材料から成る芯体14b
を用いた放熱板14はまたその重量が軽いことからこの
放熱板14を使用した光半導体素子収納用パッケージに
光半導体素子4を収容して光半導体装置を形成した際、
該光半導体装置の重量も極めて軽量なものとなり、近時
の小型化、軽量化が進む電子装置にも実装が可能とな
る。 【0019】更に前記放熱板14が挿着された基体1の
上面には、光半導体素子4が載置される載置部14aを
囲繞するようにして枠体2が接合されており、該枠体2
の内側に光半導体素子4を収容するための空所が形成さ
れている。 【0020】前記枠体2は鉄ーニッケルーコバルト合金
や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、例えば、鉄
ーニッケルーコバルト合金等のインゴット(塊)をプレ
ス加工により枠状とすることによって形成され、枠状の
基体1への取着は基体1上面と枠体2の下面とを銀ロウ
材を介しロウ付けすることによって行われている。 【0021】前記鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニ
ッケル合金等の金属材料から成る枠体2はその熱膨張係
数が約10×10-6/℃〜13×10-6/℃(室温〜8
00℃)であり、基体1の熱膨張係数(約10×10-6
/℃〜13×10-6/℃:室温〜800℃)に近似する
ことから枠体2を基体1上に取着させた後、両者に熱が
印加されたとしても両者間には大きな熱応力が発生する
ことはなく、基体1上に枠体2を極めて強固に取着して
おくことが可能となる。 【0022】前記枠体2はまたその側部に貫通孔2aが
設けてあり、該貫通孔2aの内壁面には筒状の固定部材
9が取着され、更に筒状の固定部材9の内側の一端に
は、例えば、透光性部材10が取着されている。 【0023】前記枠体2の側部に形成されている貫通孔
2aは固定部材9を枠体2に取着するための取着孔とし
て作用し、枠体2の側部に従来周知のドリル孔あけ加工
を施すことによって所定形状に形成される。 【0024】前記枠体2の貫通孔2aに取着されている
固定部材9は光ファイバー部材11を枠体2に固定する
際の下地固定部材として作用するとともに光半導体素子
4が励起した光を光ファイバー部材11に伝達させる作
用をなし、その内側の一端には、例えば、透光性部材1
0が取着され、また外側の一端には光ファイバー部材1
1が取着接続される。 【0025】前記筒状の固定部材9は鉄ーニッケルーコ
バルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、
例えば、鉄ーニッケル合金のインゴット(塊)をプレス
加工により筒状とすることによって形成される。 【0026】更に前記固定部材9はその内側の一端に、
例えば、透光性部材10が取着されており、該透光性部
材10は固定部材9の内部空間を塞ぎ、基体1と枠体2
と蓋部材3とから成る容器の気密封止を保持させるとと
もに固定部材9の内部空間を伝達する光半導体素子4の
励起した光をそのまま固定部材9に取着接続される光フ
ァイバー部材11に伝達させる作用をなす。 【0027】前記透光性部材10は例えば、酸化珪素、
酸化鉛を主成分とした鉛系及びホウ酸、ケイ砂を主成分
としたホウケイ酸系の非晶質ガラスで形成されており、
該非晶質ガラスは結晶軸が存在しないことから光半導体
素子4の励起する光を透光性部材10を通過させて光フ
ァイバー部材11に授受させる場合、光半導体素子4の
励起した光は透光性部材10で複屈折を起こすことはな
くそのまま光ファイバー部材11に授受されることとな
り、その結果、光半導体素子4が励起した光の光ファイ
バー部材11への授受が高効率となって光信号の伝送効
率を高いものとなすことができる。 【0028】前記透光性部材10の固定部材9への取着
は例えば、図4に示すように、透光性部材10の外周部
に予めメタライズ層12を被着させておき、該メタライ
ズ層12と固定部材9とを金ー錫合金等のロウ材を介し
ロウ付けすることによって行われる。この場合、透光性
部材10の固定部材9への取着が金ー錫合金等によるロ
ウ付けにより行われることから取着の信頼性が高いもの
となり、これによって固定部材9と透光性部材10との
取着部における光半導体素子4を収容する容器の気密封
止が完全となり、容器内部に収容する光半導体素子4を
長期間にわたり正常、かつ安定に作動させることができ
る。 【0029】なお、前記透光性部材10の外周部に予め
被着されているメタライズ層12は透光性部材10を構
成する非晶質ガラスの融点が約700℃と低く、従来周
知のMo−Mn法を採用することによって形成すること
かできないことから図4に示すように、非晶質ガラスに
対して活性があり、強固に接合するチタン、チタンータ
ングステン、窒化タンタルの少なくとも1種から成る第
1層12aと、この第1層12aが透光性部材10を固
定部材9にロウ付けする際の熱によって後述する第3層
12cに拡散し、メタライズ層12の透光性部材10に
対する接合強度が低下するのを有効に防止する白金、ニ
ッケル、ニッケルークロムの少なくとも1種から成る第
2層12bと、メタライズ層12に対するロウ材の濡れ
性を改善し、メタライズ層12にロウ材を強固に接合さ
せて透光性部材10を固定部材9に強固に取着させる
金、白金、銅の少なくとも1種から成る第3層12cと
を順次、積層させることによって形成されており、特に
チタンー白金ー金を順次積層させて形成したメタライズ
層12は透光性部材10との接合強度が強く、かつロウ
材との濡れ性が良好で透光性部材10を固定部材9にロ
ウ付けすることが可能なことからメタライズ層12とし
て極めて好適である。 【0030】更に前記チタン、チタンータングステン、
窒化タンタルの少なくとも1種から成る第1層12a
と、白金、ニッケル、ニッケルークロムの少なくとも1
種から成る第2層12bと、金、白金、銅の少なくとも
1種から成る第3層12cとの3層構造を有するメタラ
イズ層12はその各々の金属材料、窒化物を透光性部材
10の外周部にスパッタリング法や蒸着法、イオンプレ
ーティング法、メッキ法等により順次、所定厚みに被着
させることによって形成される。 【0031】また更に前記メタライズ層12をチタン、
チタンータングステン、窒化タンタルの少なくとも1種
から成る第1層12aと、白金、ニッケル、ニッケルー
クロムの少なくとも1種から成る第2層12bと、金、
白金、銅の少なくとも1種から成る第3層12cとで形
成する場合、第1層12aの層厚は500オングストロ
ーム未満となるとメタライズ層12の透光性部材10に
対する接合強度が弱くなる傾向にあり、また2000オ
ングストロームを超えると透光性部材10に第1層12
aを被着させる際に第1層12a中に大きな応力が発生
内在し、該内在応力によって第1層12aが透光性部材
10より剥離し易くなる傾向にあることから第1層12
aの厚みは500オングストローム乃至2000オング
ストロームの範囲としておくことが好ましく、第2層1
2bの層厚は500オングストローム未満となると透光
性部材10を固定部材9にロウ付けする際の熱によって
第1層12aが第3層12cに拡散するのを有効に防止
することができず、メタライズ層12の透光性部材10
に対する接合強度が低下してしまう危険性があり、また
10000オングストロームを超えると第1層12a上
に第2層12bを被着させる際に第2層12b中に大き
な応力が発生内在し、該内在応力によって第2層12b
が第1層12aより剥離し易くなる傾向にあることから
第2層12bの厚みは500オングストローム乃至10
000オングストロームの範囲としておくことが好まし
く、第3層12cの層厚は0.5μm未満であるとメタ
ライズ層12に対するロウ材の濡れ性が大きく改善され
ず、透光性部材10を固定部材9に強固にロウ付け取着
するのが困難となる傾向にあり、また5μmを超えると
第2層12b上に第3層12cを被着させる際に第3層
12c中に大きな応力が発生内在し、該内在応力によっ
て第3層12cが第2層12bより剥離し易くなる傾向
にあることから第3層12cの厚みは0.5μm乃至5
μmの範囲としておくことが好ましい。 【0032】更に前記枠体2はその側部に切欠部2bが
形成されており、該切欠部2bにはセラミック端子体6
が挿着されている。 【0033】前記セラミック端子体6は電気絶縁材料か
ら成る絶縁体7と複数個のメタライズ配線層8とから成
り、メタライズ配線層8を枠体2に対し電気的絶縁をも
って枠体2の内側から外側にかけて配設する作用をな
し、絶縁体7の側面に予めメタライズ金属層を被着させ
ておくとともに該メタライズ金属層を枠体2の切欠部2
a内壁面に銀ロウ等のロウ材を介し取着することによっ
て枠体2の切欠部2aに挿着される。 【0034】前記セラミック端子体6の絶縁体7は酸化
アルミニウム質焼結体やムライト質焼結体、ガラスセラ
ミック焼結体等から成り、例えば、酸化アルミニウム質
焼結体から成る場合には酸化アルミニウム、酸化珪素、
酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当
な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿物を作る
とともに、該泥漿物をドクターブレード法やカレンダー
ロール法を採用することによってセラミックグリーンシ
ート(セラミック生シート)と成し、しかる後、前記セ
ラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すと
ともにこれを複数枚積層し、約1600℃の温度で焼成
することによって製作される。 【0035】また前記セラミック端子体6には枠体2の
内側から外側にかけて導出する複数個のメタライズ配線
層8が埋設されており、該メタライズ配線層8の枠体2
の内側に位置する領域には光半導体素子4の各電極がボ
ンディングワイヤ12を介して電気的に接続され、また
枠体2の外側に位置する領域には外部電気回路と接続さ
れる外部リード端子13が銀ロウ等のロウ材を介し取着
されている。 【0036】前記メタライズ配線層8は光半導体素子4
の各電極を外部電気回路に接続する際の導電路として作
用し、タングステン、モリブデン、マンガン等の高融点
金属粉末により形成されている。 【0037】前記メタライズ配線層8はタングステン、
モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機
バインダー、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを
絶縁体7となるセラミックグリーンシートに予め従来周
知のスクリーン印刷法により所定パターンにに印刷塗布
しておくことによって絶縁体7に形成される。 【0038】なお、前記メタライズ配線層8はその露出
する表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材
との濡れ性に優れる金属を1μm〜20μmの厚みにメ
ッキ法により被着させておくと、メタライズ配線層8の
酸化腐蝕を有効に防止することができるとともにメタラ
イズ配線層8への外部リード端子13のロウ付けを強固
となすことができる。従って、前記メタライズ配線層8
は、その露出する表面にニッケル、金等の耐蝕性に優
れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属を1μm〜20
μmの厚みに被着させておくことが好ましい。 【0039】また前記メタライズ配線層8には外部リー
ド端子13が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着さ
れており、該外部リード端子13は容器内部に収容する
光半導体素子4の各電極を外部電気回路に電気的に接続
する作用をなし、外部リード端子13を外部電気回路に
接続することによって容器内部に収容される光半導体素
子4はボンディングワイヤ12、メタライズ配線層8及
び外部リード端子13を介して外部電気回路に接続され
ることとなる。 【0040】前記外部リード端子13は鉄ーニッケルー
コバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成
り、例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属材料
から成るインゴット(塊)に圧延加工法や打ち抜き加工
法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の
形状に形成される。 【0041】更に前記枠体2はその上面に、例えば、鉄
ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニツケル合金等の金属
材料から成る蓋部材3が接合され、これによって基体1
と枠体2と蓋部材3とからなる容器の内部に光半導体素
子4が気密に封止されることとなる.前記蓋部材3の枠
体2上面への接合は、例えば、シームウェルド法等の溶
接によって行われる。 【0042】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、放熱板14の光半導体素子載置部14
aに光半導体素子4を間にペルチェ素子等の電子冷却素
子5を間に挟んで載置固定するとともに光半導体素子4
の各電極をボンデイングワイヤ12を介して外部リード
端子3に電気的に接続し、次に枠体2の上面に蓋部材3
を接合させ、基体1と放熱板15と枠体2と蓋部材3と
から成る容器内部に光半導体素子4を収容し、最後に枠
体2に取着させた筒状の固定部材9に光ファイバー部材
11を取着接続させることによって最終製品としての光
半導体装置となる。 【0043】かかる光半導体装置は電子冷却素子5によ
り光半導体素子4を冷却しつつ光半導体素子4に外部電
気回路から供給される駆動信号によって光励起を起こさ
せ、該励起した光を透光性部材10を介し光ファイバー
部材11に授受させるとともに該光ファイバー部材11
の光ファイバー内を伝達させることによって高速通信等
に使用される。なお、この場合、光半導体素子4が電子
冷却素子5を間に挟んで載置される放熱板14が、厚み
方向に配列した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合
材料から成る芯体14bの上下両面にクロムー鉄合金層
15a、銅層15b、鉄−ニッケル合金層もしくは鉄ー
ニッケルーコバルト合金層15cの3層構造を有する金
属層15を拡散接合により被着させたもので形成されて
おり、放熱板14の上面側から下面側にかけての方向の
熱伝導率が300W/m・k以上で放熱板14の上面側
から下面側に向けて熱が一方向に選択的に効率良く伝達
するようになっていることから電子冷却素子5の発する
熱は放熱板14の上面側から下面側にかけて一方向に伝
達し、放熱板14の下面側から大気中に効率良く放散さ
れて、基体1、枠体2、セラミック端子体6及びボンデ
ィングワイヤ12を介して光半導体素子4に作用するこ
とは殆どなく、その結果、光半導体素子4の電子冷却素
子5による冷却効率は高いものとなり、低出力の電子冷
却素子5でも光半導体素子4を常に適温として光半導体
素子4を長期間にわたり正常、かつ安定に作動させるこ
とが可能となる。 【0044】また本発明は上述の実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種
々の変更は可能である。 【0045】 【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、光半導体素子が電子冷却素子を間に挟んで載
置される放熱体として、放熱体の上面側から下面側にか
けての熱伝導率が300W/m・k以上である部材、即
ち、厚み方向に配列した炭素繊維を炭素で結合した一方
向性複合材料から成る芯体の上下両面にクロムー鉄合金
層、銅層、鉄ーニッケル合金層もしくは鉄ーニッケルー
コバルト合金層の3層構造を有する金属層を拡散接合さ
せたものを使用したことから光半導体素子をペルチェ素
子等の電子冷却素子で冷却しつつ外部電気回路から供給
される駆動信号によって光励起させた場合、電子冷却素
子の発した熱は放熱体の上面側から下面側に選択的に伝
達されるとともに大気中に放散されて枠状の基体、枠
体、セラミック端子体及びボンディングワイヤを介して
光半導体素子に作用することはなく、その結果、光半導
体素子の電子冷却素子による冷却効率は高いものとな
り、低出力の電子冷却素子でも光半導体素子を常に適温
として光半導体素子を長期間にわたり正常、かつ安定に
作動させることが可能となる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention accommodates an optical semiconductor device.
Related to optical semiconductor element storage package
It is. [0002] 2. Description of the Related Art Conventionally, light for accommodating an optical semiconductor device has been used.
The package for semiconductor device storage is generally iron-nickel-
From metallic materials such as cobalt alloy and copper-tungsten alloy
In the center of the upper surface, an optical semiconductor element
A base having a mounting portion to be mounted therebetween, and the optical semiconductor
A silver wax or the like is placed on the substrate so as to surround the element mounting part.
It has a through hole and a notch on the side
Frame made of metal material such as iron-nickel-cobalt alloy
Body and the through hole of the frame or the frame around the through hole.
Iron-uni which has a space inside which optical signals are transmitted
Tubular fixing made of metallic material such as nickel-cobalt alloy
The melting point of the member and the cylindrical fixing member is 200 to 400 ° C.
Fixed through low melting point brazing material such as gold-tin alloy
Translucent member made of amorphous glass or the like that blocks the inside of the member
And inserted into the notch of the frame, and made of aluminum oxide
Each electrode of the optical semiconductor device is bonded to the insulator made of sintered body.
Metallized wiring that is electrically connected via
A ceramic terminal body on which a wire layer is formed;
Lid member attached to the top surface to hermetically seal the optical semiconductor element
And an optical semiconductor element mounting portion of the base.
And an electronic cooling element such as a Peltier element
Each electrode of the optical semiconductor device is fixed while being sandwiched between them.
The ceramic terminal body through the bonding wire
Electrically connected to the rise wiring layer, and then,
A lid member is joined to the upper surface, and is composed of a base, a frame, and a lid member.
The optical semiconductor element is housed in a container
Optical fiber member to the shape fixing member, for example, YAG welding
Optical semiconductor device as a product
Be placed. [0003] Such an optical semiconductor device uses an electronic cooling element.
External electric circuit to optical semiconductor element while cooling optical semiconductor element
Causes optical excitation by the drive signal supplied from the
Excited light is transmitted / received to / from optical fiber member through translucent member
And the inside of the optical fiber of the optical fiber member
It is used for high-speed communication by transmitting it. [0004] [0005] However, this
In conventional optical semiconductor element storage packages, the base and
Iron-nickel-cobalt alloy and copper forming the frame
-For metal materials such as tungsten alloys and ceramic terminals
Heat transfer of aluminum oxide sintered body forming insulator
Since the conductivity is 15 W / mk
The external power supply is cooled while cooling the
Field excited by the drive signal supplied from the air circuit
In this case, the optical cooling element such as the Peltier element
The upper surface side where it is placed is in contact with the substrate although the temperature is low
The lower side is high temperature (about 100 ° C), so it is electronically cooled
The heat generated by the element is applied to the base, frame, ceramic terminal,
Acts greatly on optical semiconductor devices via binding wires
Then, the heat of the electronic cooling element causes
It is said that the cooling efficiency by the cooling element is greatly reduced
Had disadvantages. Conventionally, optical semiconductor elements are activated
Occasionally generated heat and the optical semiconductor element through the base, frame, etc.
To absorb both the transmitted heat of the thermoelectric cooler,
It was necessary to increase the output of the child cooling element. The present invention has been made in view of the above-mentioned drawbacks.
The purpose is that the heat of the electronic cooling device acts on the optical semiconductor device.
And a low-power thermoelectric cooler
Also keep the optical semiconductor device at the appropriate temperature
Light that can be operated normally and stably over
An object of the present invention is to provide a package for housing a semiconductor element. [0006] SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a frame-shaped substrate.
And the optical semiconductor element is inserted into the hole of
Radiator plate having a mounting portion to be mounted via a child cooling element
So as to surround the optical semiconductor element mounting portion on the base.
Frame body having a through hole and a cutout on the side
Attached to the frame around the through-hole or the through-hole,
A cylindrical fixing member to which the optical fiber member is joined;
Each electrode of the optical semiconductor element is inserted into the notch and the insulator is
In which a metallized wiring layer to be
A lamic terminal body, attached to the upper surface of the frame body,
Semiconductor device comprising a lid member for hermetically sealing a body element
A storage package, wherein the heat sink is arranged in a thickness direction.
From unidirectional composites with rows of carbon fibers bonded by carbon
Chrome-iron alloy layer, copper layer, iron-uni on both upper and lower surfaces of the core
Of nickel alloy layer or iron-nickel-cobalt alloy layer
A metal layer having a three-layer structure is formed by diffusion bonding
Chromium-iron alloy layer, copper layer, iron-
Nickel alloy layer or iron-nickel-cobalt alloy layer
Characterized in that the thickness of each is substantially the same
It is. In the package for storing an optical semiconductor element according to the present invention,
According to the report, the opto-semiconductor element is placed with the electronic cooling element in between.
From the top to the bottom of the radiator
Having a thermal conductivity of 300 W / mk or more,
That is, the carbon fibers arranged in the thickness direction are bonded with carbon.
Chrome-iron alloy on both upper and lower surfaces of core made of directional composite material
Layer, copper layer, iron-nickel alloy layer or iron-nickel
Diffusion bonding of a metal layer having a three-layer structure of a cobalt alloy layer
The optical semiconductor element was replaced by Peltier element
Supplied from an external electric circuit while cooling with an electronic cooling element such as a child
When optically excited by the drive signal
The heat generated by the element is transferred selectively from the upper side to the lower side of the radiator.
A frame-shaped substrate, frame that is reached and released into the atmosphere
Body, ceramic terminal body and bonding wire
It does not act on the optical semiconductor device and, as a result,
The cooling efficiency of the body element by the electronic cooling element is high.
The temperature of the optical semiconductor device is always appropriate even with a low-power thermoelectric cooler.
And stable optical semiconductor elements for a long period of time
It can be activated. [0008] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
This will be described in detail. 1 to 4 show an optical semiconductor device according to the present invention.
1 shows an embodiment of a storage package, 1 is a frame-shaped base,
14 is a radiator, 2 is a frame, and 3 is a lid member. This substrate
1, a heat radiating plate 14, a frame 2, and a lid member 3 inside an optical semiconductor
A container for housing the element 4 is configured. The frame-shaped substrate 1 is made of iron-nickel-cobalt.
Alloys and metal materials such as iron-nickel alloys.
A hole into which the heat sink 14 is inserted is formed at the center. The frame-shaped base 1 is made of, for example, iron-nickel.
Rolling method to ingots (lumps) such as rucobalt alloy
In order to apply a conventionally known metal processing method such as a punching method
Therefore, it is formed in a predetermined shape. The base 1 is formed at the center thereof.
A radiator plate 14 is inserted in the hole, and the radiator plate 14
Acts as a support member for supporting the semiconductor element 4,
For mounting the optical semiconductor element 4 at a substantially central portion of the upper surface thereof.
An optical semiconductor element having a mounting portion 14a;
4 has a tin-cooling element 5 such as a Peltier element, etc.
It is adhesively fixed via low-temperature solder such as bismuth. The heat radiating plate 14 has a thickness as shown in FIG.
Unidirectional composites of carbon fibers aligned in the
Chrome-iron alloy on both upper and lower surfaces of core 14b made of composite material
Layer 15a, copper layer 15b, iron-nickel alloy layer or iron
-Ni-Co alloy layer 15c has a three-layer structure
Consisting of a metal layer 15 deposited by diffusion bonding,
The thermal conductivity of the core 14b made of a unidirectional composite material is
The direction of the carbon fiber, that is, from the upper surface side to the lower surface side of the radiator 14
Thermal conductivity in the direction to 300 W / mk
Thermal conductivity in the direction perpendicular to the elementary fiber is 30 W / mk
The heat is applied from the upper surface side to the lower surface side of the heat sink 14.
Are selectively and efficiently transmitted in one direction.
You. Therefore, the core body 14b made of the unidirectional composite material
The semiconductor element 4 is placed on the upper surface of the heat sink 14 using Peltier.
When the device is mounted and fixed with the electronic cooling element 5 such as
In this case, the heat generated by the electronic cooling element 5 is
From the heat sink 14 to the lower surface.
From the air efficiently. The heat sink 14 is made of a unidirectional composite material.
The core 14b is made of, for example, carbon fibers arranged in one direction.
The bundle is separated into fine powder such as solid pitch or coke.
In a solution of thermosetting resin such as phenol resin
Impregnated and then dried to distribute carbon fibers in one direction
Forming multiple sheets in a row and forming each sheet
Stack multiple sheets so that the carbon fiber directions are the same.
Layer, and then apply a predetermined pressure to the laminated sheets.
And heat to cure the thermosetting resin.
Finally, this is fired at a high temperature in an inert atmosphere,
Carbon powder and pitch or coke fine powder
(Forming carbon) and each carbon fiber
It is made by combining fibers. The heat sink 14 may be a unidirectional composite material.
The core 14b is made of a chromium-iron alloy layer 1
5a, copper layer 15b and iron-nickel alloy layer or iron-ni
Gold consisting of three layers, i.e., the nickel-cobalt alloy layer 15c
A metal layer 15 is applied, and the chromium-iron
Alloy layer 15a, copper layer 15b, iron-nickel alloy layer or
Is the thickness of each of the iron-nickel-cobalt alloy layers 15c.
Only the thickness is substantially the same. The metal layer 15 is made of chromium-iron having substantially the same thickness.
Alloy layer 15a, copper layer 15b, iron-nickel alloy layer or
Is composed of three layers of iron-nickel-cobalt alloy layer 15c
The thermal expansion of the heat sink 14 made of the unidirectional composite material is performed.
The tension coefficient is about 10 × 10-6/ ℃ ~ 13 × 10-6/ ℃ (room temperature
To 800 ° C.) and a frame-shaped substrate 1 and an iron-nick
Frame 2 made of keru cobalt alloy or iron-nickel alloy
And the heat radiation plate 14 is made flat.
Core 14b made of a unidirectional composite material
The heat radiating plate 14 having the metal layers 15 adhered to the upper and lower surfaces of the
Between the body 14b and the upper surface metal layer 15 and between the core 14b and the lower surface
Due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal layer 15 and the metal layer 15
A thermal stress is generated, and each thermal stress is generated by the core of the metal layer 15.
Offset by different positions of attachment to body 14b
As a result, the radiator plate 14 includes the core 14 b and the metal layer 15.
Is not deformed by thermal stress generated between
And the light semi-conductive on the upper surface of the heat sink 14
The body element 4 is firmly attached and fixed with the electronic cooling element 5 in between.
And the electronic cooling element 5 emits.
Heat is efficiently dissipated into the atmosphere via the radiator plate 14.
It becomes possible. The metal layer 15 is made of a unidirectional composite material.
Diffusion bonding to the upper and lower surfaces of the core 14b made of
Therefore, it is applied, specifically, a unidirectional composite material
A core having a thickness of 50 μm or less
Romu iron alloy foil, copper foil and iron-nickel alloy or
The iron-nickel-cobalt alloy foil is placed on the
While applying a pressure of 5MPa with a vacuum hot press
It is performed by applying a temperature of 1200 ° C. for one hour.
You. The chromium-iron alloy layer 1 of the metal layer 15
5a is a metal layer 15 formed by a core 14 made of a unidirectional composite material.
b), and the copper layer 15b is
Romu iron alloy layer 15a and iron-nickel alloy layer or iron
-Nickel-cobalt alloy layer 15c is firmly joined
And effectively prevent mutual diffusion between the two.
And an iron-nickel alloy layer or iron-nickel-co
Baltic alloy layer 15c is composed of chromium-iron alloy layer 15a and copper layer
15b, the coefficient of thermal expansion of the heat sink 14 is about 10 × 1
0-6/ ℃ ~ 13 × 10-6/ ° C (room temperature to 800 ° C)
Works. A core 14b made of the unidirectional composite material
The radiator plate 14 made of
For optical semiconductor device storage package using heat sink 14
When an optical semiconductor device is formed by housing the optical semiconductor element 4,
The weight of the optical semiconductor device has also become extremely light.
It can be mounted on electronic devices that are becoming smaller and lighter.
You. Further, the base 1 on which the radiator plate 14 is inserted is
On the upper surface, a mounting portion 14a on which the optical semiconductor element 4 is mounted is provided.
The frame 2 is joined so as to surround the frame 2.
A space for accommodating the optical semiconductor element 4 is formed inside the
Have been. The frame 2 is made of an iron-nickel-cobalt alloy
And metal materials such as iron-nickel alloys.
-Nickel-cobalt alloy and other ingots
It is formed by forming into a frame shape by
To attach to the base 1, the upper surface of the base 1 and the lower surface of
This is done by brazing through a material. The iron-nickel-cobalt alloy or iron-ni
The frame 2 made of a metal material such as a nickel alloy is
Number is about 10 × 10-6/ ℃ ~ 13 × 10-6/ ° C (room temperature to 8
00 ° C.) and the coefficient of thermal expansion of the substrate 1 (about 10 × 10-6
/ ℃ ~ 13 × 10-6/ ° C: room temperature to 800 ° C)
Therefore, after attaching the frame 2 to the base 1, heat is applied to both.
Even if applied, a large thermal stress occurs between them
The frame 2 is very firmly attached on the base 1
Can be stored. The frame 2 also has a through hole 2a on its side.
A cylindrical fixing member is provided on the inner wall surface of the through hole 2a.
9 is attached, and at one end inside the cylindrical fixing member 9
Has, for example, a translucent member 10 attached thereto. A through hole formed in the side of the frame 2
2a is an attachment hole for attaching the fixing member 9 to the frame 2.
Works on the side of the frame 2 by drilling
Is formed into a predetermined shape. The frame 2 is attached to the through hole 2a.
The fixing member 9 fixes the optical fiber member 11 to the frame 2.
Function as a base fixing member in case of
4 transmits the excited light to the optical fiber member 11.
And a light-transmitting member 1
0 is attached, and an optical fiber member 1
1 is attached and connected. The cylindrical fixing member 9 is made of iron-nickel-co.
Made of metal material such as Baltic alloy or iron-nickel alloy,
For example, pressing an ingot of iron-nickel alloy
It is formed by forming into a cylindrical shape by processing. Further, the fixing member 9 is provided at one inner end thereof.
For example, the translucent member 10 is attached, and the translucent portion is
The material 10 closes the internal space of the fixing member 9, and the base 1 and the frame 2
And the container composed of the lid member 3 and hermetically sealed
The optical semiconductor element 4 which transmits the internal space of the fixing member 9
The excited light is directly attached to and connected to the fixing member 9.
It functions to transmit the light to the fiber member 11. The light transmitting member 10 is made of, for example, silicon oxide,
Lead based with lead oxide, boric acid and silica sand as main components
It is made of borosilicate amorphous glass,
Since the amorphous glass has no crystal axis,
The light excited by the element 4 is passed through the translucent member 10 and
When transmitting and receiving to and from the fiber member 11,
The excited light does not cause birefringence in the translucent member 10.
The optical fiber member 11 is transferred as it is.
As a result, the optical fiber of the light excited by the optical semiconductor
The transmission to and from the bar member 11 becomes highly efficient, and the transmission efficiency of the optical signal is improved.
The rate can be high. Attachment of the translucent member 10 to the fixing member 9
Is, for example, as shown in FIG.
A metallization layer 12 in advance,
Between the solder layer 12 and the fixing member 9 via a brazing material such as a gold-tin alloy.
This is done by brazing. In this case, translucency
The attachment of the member 10 to the fixing member 9 is performed using a gold-tin alloy or the like.
High reliability of attachment because it is performed by mounting
As a result, the fixing member 9 and the translucent member 10
Hermetic sealing of the container accommodating the optical semiconductor element 4 at the attachment portion
Stopping is completed, and the optical semiconductor element 4 accommodated in the container is removed.
Can operate normally and stably for a long time
You. Note that the outer peripheral portion of the light transmitting member 10 is
The metallized layer 12 that is applied forms the translucent member 10.
The melting point of the formed amorphous glass is as low as about 700 ° C.
Forming by adopting the known Mo-Mn method
As shown in FIG.
Titanium, titanium-ta, which is active and strongly bonded
Of at least one of tungsten and tantalum nitride
The first layer 12a and the first layer 12a secure the translucent member 10.
The third layer, which will be described later, is generated by heat when brazing to the fixing member 9.
12c, and diffuses into the translucent member 10 of the metallized layer 12.
Platinum, d that effectively prevents the joint strength from lowering
Nickel, at least one of nickel-chromium
Wetting of the brazing material on the two layers 12b and the metallized layer 12
The brazing material is firmly joined to the metallized layer 12
To firmly attach the translucent member 10 to the fixing member 9
A third layer 12c made of at least one of gold, platinum, and copper;
Are formed by sequentially laminating, in particular
Metallization formed by sequentially laminating titanium-platinum-gold
The layer 12 has a high bonding strength with the translucent member 10 and a low
The translucent member 10 having good wettability with the material is fixed to the fixing member 9.
Metallization layer 12
It is very suitable. The above titanium, titanium-tungsten,
First layer 12a made of at least one kind of tantalum nitride
And at least one of platinum, nickel and nickel-chromium
A second layer 12b of seeds and at least gold, platinum, copper
Metal layer having a three-layer structure with one kind of third layer 12c
Layer 12 is made of a light-transmissive member,
Sputtering method, vapor deposition method, ion press
It is applied to a predetermined thickness sequentially by coating method, plating method, etc.
Formed. Further, the metallized layer 12 is made of titanium,
At least one of titanium-tungsten and tantalum nitride
A first layer 12a of platinum, nickel, nickel
A second layer 12b of at least one of chromium, gold,
A third layer 12c made of at least one of platinum and copper
When formed, the thickness of the first layer 12a is 500 angstroms.
When the thickness of the metallized layer 12 is less than
Bonding strength tends to be weak, and
When the thickness of the first layer 12 exceeds
a large stress is generated in the first layer 12a when depositing a.
The first layer 12a is formed of a light-transmitting member
The first layer 12 has a tendency to peel more easily than the first layer 12.
The thickness of a is 500 Å to 2000 Å
It is preferable that the second layer 1
Light transmission when the layer thickness of 2b is less than 500 Å
The heat generated when brazing the elastic member 10 to the fixing member 9
Effectively prevents the first layer 12a from diffusing into the third layer 12c
The light transmitting member 10 of the metallized layer 12 cannot be formed.
There is a risk that the bonding strength to
If it exceeds 10,000 angstroms, it will be on the first layer 12a.
When the second layer 12b is applied to the
And the second layer 12b
Is more likely to peel off than the first layer 12a
The thickness of the second layer 12b is 500 Å to 10 Å.
Preferably in the range of 2,000 Angstroms
If the thickness of the third layer 12c is less than 0.5 μm,
The wettability of the brazing material to the rise layer 12 is greatly improved.
Instead, the translucent member 10 is firmly brazed to the fixing member 9 and attached.
Tends to be difficult, and if it exceeds 5 μm,
When the third layer 12c is deposited on the second layer 12b, the third layer
Large stress is generated inside 12c, and the internal stress
Tends to peel off the third layer 12c more easily than the second layer 12b
, The thickness of the third layer 12c is 0.5 μm to 5 μm.
It is preferable to keep the range of μm. Further, the frame 2 has a notch 2b on its side.
The notch 2b has a ceramic terminal body 6 formed therein.
Is inserted. The ceramic terminal 6 is made of an electrically insulating material.
Composed of an insulator 7 and a plurality of metallized wiring layers 8.
The metallized wiring layer 8 is also electrically insulated from the frame 2.
The effect of disposing from the inside to the outside of the frame 2 is
Then, a metallized metal layer is previously deposited on the side surface of the insulator 7.
And the metallized metal layer is
a By attaching to the inner wall surface with a brazing material such as silver brazing
And is inserted into the notch 2 a of the frame 2. The insulator 7 of the ceramic terminal 6 is oxidized.
Aluminum sintered body, mullite sintered body, glass ceramic
Made of a sinter, such as aluminum oxide
In the case of a sintered body, aluminum oxide, silicon oxide,
Suitable for raw material powders such as magnesium oxide and calcium oxide
Add mutable organic binders, solvents, etc. and mix to form a slurry
Along with the slurry, the doctor blade method or calendar
By adopting the roll method,
Sheet (ceramic raw sheet), and then
When the appropriate punching process is applied to the lamic green sheet
Both of them are laminated and fired at a temperature of about 1600 ° C
It is produced by doing. The ceramic terminal body 6 has a frame 2
Plural metallized wiring derived from inside to outside
Layer 8 is buried, and the frame 2 of the metallized wiring layer 8 is
Each electrode of the optical semiconductor element 4 is located in a region located inside the
Electrically connected via a bonding wire 12, and
An area outside the frame 2 is connected to an external electric circuit.
External lead terminal 13 is attached via a brazing material such as silver brazing.
Have been. The metallized wiring layer 8 is formed of the optical semiconductor element 4
Are used as conductive paths when connecting each electrode of
High melting point of tungsten, molybdenum, manganese, etc.
It is formed of metal powder. The metallized wiring layer 8 is made of tungsten,
Organic suitable for high melting point metal powders such as molybdenum and manganese
Metal paste obtained by adding and mixing a binder, solvent, etc.
Conventionally, a ceramic green sheet serving as an insulator 7 is
Print and apply in a predetermined pattern by a well-known screen printing method
By forming, the insulator 7 is formed. The metallized wiring layer 8 is exposed
Nickel, gold, etc. with excellent corrosion resistance and brazing material
Metal with excellent wettability with a thickness of 1 μm to 20 μm
If the metallized wiring layer 8 is adhered by the
Oxidative corrosion can be effectively prevented and metal
Firmly solder external lead terminals 13 to the wiring layer 8
Can be made. Therefore, the metallized wiring layer 8
Has excellent corrosion resistance of nickel, gold, etc. on the exposed surface.
Metal having excellent wettability with the brazing material is 1 μm to 20 μm.
It is preferable that it is applied to a thickness of μm. The metallized wiring layer 8 has an external lead.
Terminal 13 is brazed and attached via a brazing material such as silver brazing.
And the external lead terminal 13 is housed inside the container.
Each electrode of the optical semiconductor element 4 is electrically connected to an external electric circuit.
The external lead terminal 13 to an external electric circuit.
Opto-semiconductor element accommodated inside the container by connecting
The child 4 includes a bonding wire 12, a metallized wiring layer 8 and
Connected to an external electric circuit through the external lead terminals 13.
The Rukoto. The external lead terminal 13 is made of iron-nickel.
Made of metal materials such as cobalt alloy and iron-nickel alloy
Metal materials such as iron-nickel-cobalt alloys
Rolling and stamping into ingots made of
Method by applying a well-known metal working method such as
It is formed into a shape. Further, the frame 2 is provided on its upper surface with, for example, iron.
-Metals such as nickel-cobalt alloy and iron-nickel alloy
A lid member 3 made of a material is joined, and
An optical semiconductor element is provided inside a container comprising the frame 2 and the lid member 3.
The child 4 is hermetically sealed. Frame of the lid member 3
Bonding to the upper surface of the body 2 is performed by, for example, a seam welding method or the like.
It is done by contact. Thus, the package for housing an optical semiconductor element of the present invention is provided.
According to the cage, the optical semiconductor element mounting portion 14 of the heat sink 14
a, an electronically cooled element such as a Peltier element
The optical semiconductor element 4 is mounted and fixed with the
External leads via bonding wires 12
The terminal 3 is electrically connected, and then the lid 3
And the base 1, the heat radiating plate 15, the frame 2, the lid 3
The optical semiconductor element 4 is accommodated in a container made of
An optical fiber member is attached to the cylindrical fixing member 9 attached to the body 2.
Light as final product by attaching and connecting 11
It becomes a semiconductor device. The optical semiconductor device is controlled by the electronic cooling element 5.
While cooling the optical semiconductor element 4,
Optical excitation caused by the drive signal supplied from the air circuit
And the excited light is transmitted through a light transmitting member 10 to an optical fiber.
The optical fiber member 11
High-speed communication etc.
Used for In this case, the optical semiconductor element 4 is
The radiator plate 14 placed with the cooling element 5 interposed therebetween has a thickness
Unidirectional composites composed of carbon fibers with unidirectionally aligned carbon fibers
Chrome-iron alloy layers on both upper and lower surfaces of core 14b made of material
15a, copper layer 15b, iron-nickel alloy layer or iron
Gold having a three-layer structure of nickel-cobalt alloy layer 15c
Metal layer 15 formed by diffusion bonding
In the direction from the upper surface side to the lower surface side of the heat sink 14.
When the thermal conductivity is 300 W / mk or more, the upper surface side of the heat sink 14
Heat is selectively and efficiently transferred in one direction from the bottom to the bottom side
The electronic cooling element 5 emits
Heat is transferred in one direction from the upper surface to the lower surface of the heat sink 14.
And is efficiently radiated into the atmosphere from the lower side of the heat sink 14.
The base 1, the frame 2, the ceramic terminal 6, and the bond
Acting on the optical semiconductor element 4 through the
And as a result, the electronic cooling element of the optical semiconductor element 4
The cooling efficiency by the element 5 becomes high,
The optical semiconductor element 4 is always kept at an appropriate temperature even when the
It is necessary to operate the element 4 normally and stably for a long time.
It becomes possible. The present invention is not limited to the above-described embodiment.
Rather, the species is not deviated from the scope of the present invention.
Various changes are possible. [0045] According to the present invention, the package for housing an optical semiconductor device according to the present invention.
According to the above, the optical semiconductor element is mounted with the electronic cooling element in between.
The radiator to be placed should be from the upper side to the lower side of the radiator.
With a thermal conductivity of 300 W / m · k or more,
That is, the carbon fibers arranged in the thickness direction are bonded with carbon.
Chrome-iron alloy on both upper and lower surfaces of core made of directional composite material
Layer, copper layer, iron-nickel alloy layer or iron-nickel
Diffusion bonding of a metal layer having a three-layer structure of a cobalt alloy layer
The optical semiconductor element was replaced by Peltier element
Supplied from an external electric circuit while cooling with an electronic cooling element such as a child
When optically excited by the drive signal
The heat generated by the element is transferred selectively from the upper side to the lower side of the radiator.
A frame-shaped substrate, frame that is reached and released into the atmosphere
Body, ceramic terminal body and bonding wire
It does not act on the optical semiconductor device and, as a result,
The cooling efficiency of the body element by the electronic cooling element is high.
The temperature of the optical semiconductor device is always appropriate even with a low-power thermoelectric cooler.
And stable optical semiconductor elements for a long period of time
It can be activated.

【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一実
施例を示す断面図である。 【図2】図1に示す半導体素子収納用パッケージの蓋部
材を除いた平面図である。 【図3】図1に示す半導体素子収納用パッケージに使用
される放熱板の一部拡大断面図である。 【図4】図1に示す半導体素子収納用パッケージに使用
される透光性部材を説明するための一部拡大断面図であ
る。 【符号の説明】 1・・・・基体 2・・・・枠体 2a・・・貫通孔 2b・・・切欠部 3・・・・蓋部材 4・・・・光半導体素子 5・・・・電子冷却素子 6・・・・セラミック端子体 7・・・・絶縁体 8・・・・メタライズ配線層 9・・・・固定部材 10・・・・透光性部材 11・・・・光ファイバー部材 14・・・・放熱板 14a・・・載置部 14b・・・芯体 15・・・・金属層 15a・・・クロムー鉄合金層 15b・・・銅層 15c・・・鉄ーニッケル合金層もしくは鉄ーニッケル
ーコバルト合金層
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a package for housing an optical semiconductor element of the present invention. FIG. 2 is a plan view of the package for housing semiconductor elements shown in FIG. 1 excluding a lid member. FIG. 3 is a partially enlarged cross-sectional view of a heat sink used in the package for housing a semiconductor element shown in FIG. 1; FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view for explaining a light-transmitting member used for the semiconductor element housing package shown in FIG. [Description of Signs] 1 ··· Base 2 ··· Frame 2a ··· Through hole 2b ··· Notch 3 ···· Cover member 4 ···· Optical semiconductor element 5 ··· Electronic cooling element 6 Ceramic terminal 7 Insulator 8 Metallized wiring layer 9 Fixing member 10 Translucent member 11 Optical fiber member 14 ······································· Heat sink 14a ································································································································ “'''''''''' _____________________________ -Nickel-cobalt alloy layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 23/02 H01L 23/12 - 23/15 H01L 23/373 H01S 5/022 - 5/024 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 23/02 H01L 23/12-23/15 H01L 23/373 H01S 5/022-5/024

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】枠状の基体と、該基体の穴部に挿着され、
上面に光半導体素子が電子冷却素子を介して載置される
載置部を有する放熱板と、前記基体上に光半導体素子載
置部を囲繞するようにして取着され、側部に貫通孔及び
切欠部を有する枠体と、前記貫通孔もしくは貫通孔周辺
の枠体に取着され、光ファイバー部材が接合される筒状
の固定部材と、前記切欠部に挿着され、絶縁体に光半導
体素子の各電極が電気的に接続されるメタライズ配線層
が形成されているセラミック端子体と、前記枠体の上面
に取着され、光半導体素子を気密に封止する蓋部材とか
らなる光半導体素子収納用パッケージであって、前記放
熱板は厚み方向に配列した炭素繊維を炭素で結合した一
方向性複合材料から成る芯体の上下両面にクロムー鉄合
金層、銅層、鉄ーニッケル合金層もしくは鉄ーニッケル
ーコバルト合金層の3層構造を有する金属層が拡散接合
により被着されて形成されており、かつ前記クロムー鉄
合金層、銅層、鉄ーニッケル合金層もしくは鉄ーニッケ
ルーコバルト合金層の各々の厚みが略同一厚みであるこ
とを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
(57) [Claims 1] A frame-shaped base, and inserted into a hole of the base,
A heatsink having a mounting portion on which an optical semiconductor element is mounted via an electronic cooling element, and a heat sink attached to the base so as to surround the optical semiconductor element mounting portion, and a through hole formed in a side portion; A frame having a notch portion, a cylindrical fixing member attached to the through hole or a frame around the through hole, and an optical fiber member joined thereto, and an optical semiconductor inserted into the notch portion and attached to the insulator. An optical semiconductor comprising a ceramic terminal body on which a metallized wiring layer to which each electrode of the element is electrically connected is formed, and a lid member attached to the upper surface of the frame body and hermetically sealing the optical semiconductor element. An element storage package, wherein the radiator plate has a chromium-iron alloy layer, a copper layer, an iron-nickel alloy layer, Iron-nickel-cobalt alloy layer A metal layer having a three-layer structure is formed by being applied by diffusion bonding, and each of the chromium-iron alloy layer, copper layer, iron-nickel alloy layer, or iron-nickel-cobalt alloy layer has substantially the same thickness. A package for housing an optical semiconductor element, characterized in that:
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