JP3488392B2 - 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、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、一般に酸化アルミニウ
ム質焼結体等のセラミックスから成り、上面に光半導体
素子を収容するための凹部を有する基体と、該基体の側
部に形成された貫通孔と、前記基体の貫通孔周辺の外表
面に取着され、内部に光信号が伝達される空間を有する
鉄ーニッケル合金（鉄：５０重量％、ニッケル：５０重
量％）等の金属材料から成る筒状の固定部材と、前記筒
状固定部材に低融点ガラスや低融点ロウ材を介して取着
された筒状固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、前記基
体の凹部内側から外表面にかけて被着導出されているタ
ングステンやモリブデン、マンガン等から成り、光半導
体素子の電極がボンディングワイヤ等の電気的接続手段
を介して接続される複数個の配線導体層と、前記基体の
上面に取着され、前記凹部を塞ぐ蓋体とから構成されて
おり、前記基体の凹部内に光半導体素子をガラス、樹
脂、ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに該
光半導体素子の各電極をボンディングワイヤ等の電気的
接続手段を介して配線導体層に電気的に接続し、しかる
後、前記基体の上面に蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等か
ら成る封止材を介して接合させ、基体と蓋体とから成る
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ＹＡＧ等のレーザー光線
を使用して溶接接続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】かかる光半導体装置は外部電気回路から供
給される駆動信号に基づいて光半導体素子に所定の光励
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、酸化ア
ルミニウム質焼結体等のセラミックスから成る基体の貫
通孔周辺の外表面に鉄ーニッケル合金（鉄：５０重量
％、ニッケル：５０重量％）から成る筒状の固定部材が
直接取着されており、該基体を形成する酸化アルミニウ
ム質焼結体等のセラミックスは脆弱であること、筒状固
定部材を形成する鉄ーニッケル合金（鉄：５０重量％、
ニッケル：５０重量％）はヤング率が約１６５００ｋｇ
／ｍｍ² 以上で変形し難く、応力をあまり吸収しないこ
と等から筒状固定部材に光ファイバー部材をＹＡＧ等の
レーザー光線を使用して溶接する際、溶接時の応力は筒
状固定部材を介してそのまま基体の貫通孔周辺に大きく
作用し、基体の貫通孔周辺に割れやクラックを発生させ
てしまい、その結果、基体と蓋体とから成る容器の気密
封止が破れ、容器の内部に収容する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できない
という欠点を有していた。 【０００５】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は光半導体素子を収容する容器の気密封止
の信頼性を高いものとし、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、上面に光半導
体素子を収容するための凹部を有するセラミックス製基
体と、該セラミックス製基体の側部に形成された貫通孔
と、前記セラミックス製基体の貫通孔周辺の外表面に取
着され、一端に光ファイバー部材が接続される筒状の固
定部材と、前記筒状の固定部材の内部に取着され、筒状
固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、前記セラミックス
製基体の上面に取着され、前記凹部を塞ぐ蓋体とから成
る光半導体素子収納用パッケージであって、前記筒状の
固定部材がヤング率１６０００ｋｇ／ｍｍ² 以下のリン
グ部材を介してセラミックス製基体の側部の貫通孔周辺
に取着されてい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、セラミックス製基体に筒状固定部材を間にヤン
グ率が１６０００ｋｇ／ｍｍ² 以下で変形し易いリング
部材を介して取着したことから筒状固定部材に光ファイ
バー部材をＹＡＧ等のレーザー光線を使用して溶接する
際、溶接時の応力はリング部材が適度に変形することに
より吸収されて基体に大きく作用することはなく、その
結果、基体の貫通孔周辺に割れやクラックが発生するの
が有効に防止され、基体と蓋体とから成る容器の気密封
止の信頼性を高いものとして容器内部に収容する光半導
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は基体、２は蓋
体である。この基体１と蓋体２とで内部に光半導体素子
３を収容するための容器が構成される。 【０００９】前記基体１はその上面に光半導体素子３を
収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、
該凹部１ａ底面には光半導体素子３が搭載固定される。 【００１０】前記基体１は酸化アルミニウム質焼結体等
のセラミックスより成り、例えば、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）となし、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１５００℃の
温度で焼成することによって製作される。 【００１１】また前記基体１は凹部１ａの内面から基体
１の外側面にかけて複数個の配線層４が被着形成されて
おり、該配線層４の凹部１ａ内に露出する領域には光半
導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して電
気的に接続され、また基体１の外側面に形成されている
領域には外部電気回路と接続される外部リード端子６が
銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。 【００１２】前記配線層４は光半導体素子３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
グステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に
より形成されている。 【００１３】前記配線層４は、例えば、タングステンや
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
基体１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印刷塗布して
おくことによって基体１の凹部１ａ内から基体１の外側
面にかけて被着形成される。 【００１４】また前記配線層４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乃至２０μｍの厚みにメッキ法によ
り被着させておくと、配線層４の酸化腐蝕を有効に防止
することができるとともに配線層４への外部リード端子
６のロウ付けを強固となすことができる。従って、前記
配線層４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乃
至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。 【００１５】更に前記配線層４には外部リード端子６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６は容器内部に収容する光半導体素子３
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６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３は配線層４
及び外部リード端子６を介して外部電気回路に接続され
ることとなる。 【００１６】前記外部リード端子６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なり、
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。 【００１７】前記外部リード端子６はまたその露出する
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乃至２０μｍの厚みにメッ
キ法により被着させておくと、外部リード端子６の酸化
腐蝕を有効に防止することができるとともに外部リード
端子６を外部電気回路に接続する際、その接続を確実、
強固となすことができる。従って、前記外部リード端子
６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乃至２
０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。 【００１８】前記外部リード端子６が取着された基体１
はまたその側部に貫通孔１ｂが形成されており、貫通孔
１ｂには筒状固定部材８が挿入固定され、更に筒状固定
部材８の内側の一部には透光性部材９が取着されてい
る。 【００１９】前記基体１の側部に形成されている貫通孔
１ｂは、例えば、基体１となるセラミッググリーンシー
トに予め打ち抜き加工法により孔を形成しておくことに
よって、或いは基体１の側部に孔あけ加工を施すことに
よって基体１の側部に所定形状に形成される。 【００２０】また前記基体１の外側面で貫通孔１ｂの周
辺には、リング部材１０がロウ付けされており、該リン
グ部材１０には筒状固定部材８に設けたフランジ部が取
着され、これによって筒状固定部材８は貫通孔１ｂ内に
挿入された状態で基体１に取着固定されることとなる。 【００２１】前記リング部材１０は筒状固定部材８を基
体１に取着する際の下地部材として作用するとともに後
述する筒状固定部材８に光ファイバー部材１１をＹＡＧ
等のレーザー光線を使用して溶接する際、溶接時の応力
が基体１の貫通孔１ｂ周辺にに大きく印加されるのを有
効に防止する作用をなし、銅、アルミニウム、銀、鉄ー
ニッケルーコバルト合金等のヤング率１６０００ｋｇ／
ｍｍ² 以下の金属材料からなり、その表面に筒状固定部
材８が金ー錫合金、金ーゲルマニウム合金、半田等から
なるロウ材を介して取着される。 【００２２】なお、前記リング部材１０は銅等をＭＩＭ
加工したり、銅等のインゴット（塊）にプレス加工や切
削、エッチング加工等を施すことによって所定の形状に
形成される。 【００２３】また前記リング部材１０は、例えば、基体
１の外側面で貫通孔１ｂ周辺に予めタングステンやモリ
ブデン、マンガン等の高融点金属粉末から成る金属層、
またはチタン等の活性金属粉末からなる金属層を被着さ
せておき、該金属層に銀ロウ等のロウ材を介しロウ付け
取着することによって基体１の外側面で貫通孔１ｂ周辺
に取着される。 【００２４】更に前記リング部材１０には筒状固定部材
８が、一部を貫通孔１ｂに挿入させた状態でロウ付けさ
れており、該筒状固定部材８は光ファイバー部材１１を
基体１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３が励起した光を光ファイバー部材１
１に伝達させる作用をなし、その内側の一部には、透光
性部材９が取着され、また外側の一端には光ファイバー
部材１１に取着されているフランジがＹＡＧ等のレーザ
ー光線を使用して溶接される。 【００２５】前記筒状固定部材８は、例えば、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、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筒状とすることによって形成
される。 【００２６】また前記筒状固定部材８はその内側の一部
に、透光性部材９が取着されており、該透光性部材９は
筒状固定部材８の内側を塞ぎ、基体１と蓋体２とからな
る容器の気密封止を保持させるとともに筒状固定部材８
の内部空間を伝達する光半導体素子３の励起した光をそ
のまま筒状固定部材８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９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３の励起する光を透光性部材９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３の励
起した光は透光性部材９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３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９の筒状固定部材８への取
着は、例えば、透光性部材９の外周部に予めメタライズ
層を被着させておき、該メタライズ層と筒状固定部材８
とを金一錫合金等のロウ材を介しロウ付けすることによ
っ行われる。この場合、透光性部材９の筒状固定部材８
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
筒状固定部材８と透光性部材９との取着部における光半
導体素子３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３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９の外周部に予め被
着されているメタライズ層は透光性部材９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ができな
いことから、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層と、この第１層が透光
性部材９を筒状固定部材８にロウ付けする際の熱によっ
て後述する第３層に拡散し、メタライズ層の透光性部材
９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層と、メタライズ層に対するロウ材の濡れ性を
改善し、メタライズ層にロウ材を強固に接合させて透光
性部材９を筒状固定部材８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は透光性部
材９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９を筒状固定部材８にロウ付けすることが
可能なことからメタライズ層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層と、金、白金、銅の少なくとも１種から成る
第３層との３層構造を有するメタライズ層はその各々の
金属材料、窒化物を透光性部材９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層と、金、白金、銅の少なく
とも１種から成る第３層とで形成する場合、第１層の層
厚は５００オングストローム未満となるとメタライズ層
の透光性部材９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９に第１層を被着させる際に第１層中に大きな応力が
発生内在し、該内在応力によって第１層が透光性部材９
より剥離し易くなる傾向にあることから第１層の厚みは
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層の層厚は５０
０オングストローム未満となると透光性部材９を筒状固
定部材８にロウ付けする際の熱によって第１層が第３層
に拡散するのを有効に防止することができず、メタライ
ズ層の透光性部材９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−ムを超え
ると第１層上に第２層を被着させる際に第２層中に大き
な応力が発生内在し、該内在応力たよって第２層が第１
層より剥離し易くなる傾向にあることから第２層の厚み
は５００オングストローム乃至１００００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層の層厚は
０．５μｍ未満であるとメタライズ層に対するロウ材の
濡れ性が大きく改善されず、透光性部材９を筒状固定部
材８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層上に第３層を被着させ
る際に第３層中に大きな応力が発生内在し、該内在応力
によって第３層が第２層より剥離し易くなる傾向にある
ことから第３層の厚みは０．５μｍ乃至５μｍの範囲と
しておくことが好ましい。 【００３２】前記筒状固定部材８はさらにその外側の一
端に光ファイバー部材１１に取着されているフランジが
ＹＡＧ等のレーザー光線を使用して溶接され、これによ
って光半導体素子３に光信号を伝達するための光ファイ
バー部材１１が基体１に固定されることとなる。 【００３３】前記筒状固定部材８に光ファイバー部材１
１をＹＡＧ等のレーザー光線を使用して溶接する際、応
力が発生するが、かかる応力は筒状固定部材８がヤング
率１６０００ｋｇ／ｍｍ² 以下で変形し易いリング部材
１０を介して基体１に取着されているためリング部材１
０を適度に変形させ吸収されて基体１の貫通孔１ｂ周辺
に大きく作用することはなく、その結果、基体１の貫通
孔１ｂ周辺に割れやクラックが発生するのが有効に防止
され、基体１と蓋体２とから成る容器の気密封止の信頼
性を高いものとして容器内部に収容する光半導体素子３
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。 【００３４】なお、前記リング部材１０は、そのヤング
率が１６０００ｋｇ／ｍｍ² を超えると変形し難くな
り、筒状固定部材８に光ファイバー部材１１をＹＡＧ等
のレーザー光線を使用して溶接する際、溶接時の応力は
筒状固定部材８を介してそのまま基体１の貫通孔１ｂ周
辺に大きく作用し、基体１の貫通孔１ｂ周辺に割れやク
ラックが発生してしまう。従って、前記リング部材１０
は、そのヤング率が１６０００ｋｇ／ｍｍ² 以下のもの
に特定される。 【００３５】また前記リング部材１０はその厚みが０．
０５ｍｍ未満となると光ファイバー部材１１を溶接する
際の応力を良好に吸収することができず、更に４．５ｍ
ｍを超えると筒状固定部材８の位置が軟質なリング部材
１０とともに変動し、光ファイバー部材１１を光半導体
素子３に正確に対向させることが困難となって光半導体
素子３が励起した光の光ファイバー部材１１への授受が
効率の悪いものとなり、光信号の伝送効率が低下してし
まう危険性がある。従って、前記リング部材１０はその
厚みを０．０５乃至４．５ｍｍの範囲としておくことが
好ましい。 【００３６】更に前記リング部材１０にロウ付けされて
いる筒状固定部材８は基体１の貫通孔１ｂ周辺の外側面
と対向する長さｔ₂ がリング部材１０の貫通孔１ｂ周辺
の外側面と対向する長さｔ₁ よりも長くなるようにして
おくと、筒状固定部材８に光ファイバー部材１１を溶接
する際、溶接時の応力は筒状固定部材８からリング部材
１０に伝達される時に小さくなり、その結果、基体１の
貫通孔１ｂ周辺に割れやクラックが発生するのがより有
効に防止され、基体１と蓋体２とから成る容器の気密封
止の信頼性をより高いものとなすことができる。従っ
て、前記リング部材１０にロウ付けされている筒状固定
部材８は基体１の貫通孔１ｂ周辺の外側面と対向する長
さｔ₂ がリング部材１０の貫通孔１ｂ周辺の外側面と対
向する長さｔ₁ よりも長くなるようにしておくことが好
ましい。 【００３７】また更に前記基体１の上面には、例えば、
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
属材料から成る蓋体２が接合され、これによって基体１
と蓋体２とからなる容器の内部に光半導体素子３が気密
に封止されることとなる。前記蓋体２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。 【００３８】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の凹部１ａに光半導体素子３を
載置固定するとともに光半導体素子３の各電極をボンデ
イングワイヤ５を介して配線層４に電気的に接続し、次
に基体１の上面に蓋体２を接合させ、基体１と蓋体２と
から成る容器内部に光半導体素子３を収容し、最後に基
体１に取着させた筒状固定部材８に光ファイバー部材１
１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。 【００３９】かかる光半導体装置は外部電気回路から供
給される駆動信号に基づいて光半導体素子３に所定の光
励起を起こさせ、該励起した光を透光性部材９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の光フア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。 【００４０】なお、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り、例えば、上述の実施例では、
光半導体素子３が光を励起する場合について説明した
が、これが光ファイバー部材１１を介して伝達された光
を光半導体素子３が電気信号に変換し、該変換された電
気信号を外部に取り出すようにした場合にも適用可能で
ある。 【００４１】 【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、セラミックス製基体に筒状固定部材を間にヤ
ング率が１６０００ｋｇ／ｍｍ² 以下で変形し易いリン
グ部材を介して取着したことから筒状固定部材に光ファ
イバー部材をＹＡＧ等のレーザー光線を使用して溶接す
る際、溶接時の応力はリング部材が適度に変形すること
により吸収されて基体に大きく作用することはなく、そ
の結果、基体の貫通孔周辺に割れやクラックが発生する
のが有効に防止され、基体と蓋体とから成る容器の気密
封止の信頼性を高いものとして容器内部に収容する光半
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。

【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に示す光半導体素子収納用パッケージの要
部断面図である。 【図３】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの側
面図である。 【図４】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの蓋
体を除いた状態の平面図である。 【符号の説明】 １・・・基体 １ａ・・凹部 １ｂ・・貫通孔 ２・・・蓋体 ３・・・光半導体素子 ４・・・配線層 ８・・・筒状固定部材 ９・・・透光性部材 １０・・・リング部材 １１・・・光ファイバー部材

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】上面に光半導体素子を収容するための凹部
   を有するセラミックス製基体と、該セラミックス製基体
   の側部に形成された貫通孔と、前記セラミックス製基体
   の貫通孔周辺の外表面に取着され、一端に光ファイバー
   部材が接続される筒状の固定部材と、前記筒状の固定部
   材の内部に取着され、筒状固定部材の内部を塞ぐ透光性
   部材と、前記セラミックス製基体の上面に取着され、前
   記凹部を塞ぐ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、前記筒状の固定部材がヤング率１６００
   ０ｋｇ／ｍｍ² 以下のリング部材を介してセラミックス
   製基体の側部の貫通孔周辺に取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。