JP3715818B2 - 光半導体素子収納用パッケージの製造方法 - Google Patents
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Description
【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材から成り、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ロウ付け取着され、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、前記筒状固定部材の内部にガラス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】
また上述の光半導体素子収納用パッケージは、筒状固定部材の基体へのロウ付け取着が下記の方法によって行われている。即ち、
（１）まず筒状固定部材の表面に、基体へのロウ付け取着を確実、強固とするためにニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させる。
【０００５】
前記ニッケルめっき層は筒状固定部材への金めっき層の被着を強固とするための下地部材であり、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって筒状固定部材の外表面に約０．５〜５μｍの厚みに被着される。
【０００６】
また前記金めっき層は筒状固定部材に対するロウ材の濡れ性を良好とする作用をなし、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによってニッケルめっき層上に約１〜３μｍの厚みに被着される。
【０００７】
（２）次に前記筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着し、筒状固定部材の内部を塞ぐ。
【０００８】
前記筒状固定部材への透光性部材の取着は筒状固定部材の内部に透光性部材の融点より低い融点を有する、例えば、低融点ハンダガラスを塗布するとともに該塗布した低融点ハンダガラス上に透光性部材を載置し、しかる後、これを大気中、約４５０℃の温度に加熱し、低融点ガラスを溶融させることによって行われる。
【０００９】
（３）そして最後に前記基体の貫通孔周辺の外表面に金―錫合金等からなる低融点ロウ材を介して筒状固定部材をロウ付け取着し、これによって製品としての光半導体素子収納用パッケージが完成する。
【００１０】
前記基体への筒状固定部材のロウ付けは基体の貫通孔周辺の外表面に筒状固定部材を、間に金―錫合金（金：８０重量％、錫：２０重量％）等からなる低融点ロウ材を挟んで載置し、しかる後、これを約３００℃の温度に加熱し、低融点ロウ材を溶融させることによって行われる。
【００１１】
【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の製造方法においては、筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着させる際、ガラス付けの熱及び雰囲気によって筒状固定部材の外表面に被着されているニッケルめっき層の一部が金めっき層中を拡散するとともに金めっき層表面に露出し、これが酸化されて金めっき層表面に酸化ニッケルが多量に形成されてしまい、その結果、前記酸化ニッケルはロウ材との濡れ性が悪いことから筒状固定部材に対するロウ材の接合強度が大幅に低下し、基体に筒状固定部材を強固にロウ付け取着することができないという欠点を有していた。
【００１２】
そこで上記欠点を解消するために筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着させた後に筒状固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させることが考えられる。
【００１３】
しかしながら、前記筒状固定部材の内部に透光性部材を取着させるガラスは低融点ハンダガラスであり、該低融点ハンダガラスは耐薬品性に劣ることから筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着させた後、筒状固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を被着させるとガラスがめっき液の薬品によって溶け、その結果、透光性部材が筒状固定部材より外れてしまうという欠点が誘発される。
【００１４】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は基体に筒状固定部材を強固にロウ付け取着し、信頼性を極めて高いものとなした光半導体素子収納用パッケージの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【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ロウ付けされ、一端に光ファイバー部材が接続される筒状の金属製固定部材と、前記筒状の金属製固定部材の内部に取着され、金属製固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、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、前記筒状の金属製固定部材が下記（ａ）乃至（ｄ）の工程によって基体の貫通孔周辺の外表面にロウ付けされていることを特徴とするものである。
【００１６】
（ａ）金属製固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着する工程と、（ｂ）前記ガラスの露出面を光学透過率を向上させる厚みの保護膜で被覆する工程と、（ｃ）筒状の金属製固定部材の露出表面にニッケルめっき層と金めっき層を順次被着させる工程と、（ｄ）金属製固定部材を基体の貫通孔周辺の外表面にロウ材を介してロウ付け取着する工程。
【００１７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、金属製固定部材の内部に透光性部材を取着しているガラスの露出表面を光学透過率を向上させる厚みの保護膜で被覆したことから透光性部材がガラスを介して取着されている金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させたとしてもガラスは前記保護膜により保護されていることからめっき液の薬品によって溶けることはなく、また金属製固定部材の内部に透光性部材を取着した後に金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を被着させたことから金めっき層表面にニッケルめっき層の一部が拡散露出し、これが酸化されて酸化ニッケルを形成することはなく、その結果、金属製固定部材への透光性部材の取着強度が強固となり、かつ金めっき層のロウ材に対する濡れ性が良好となって、透光性部材が取着されている筒状の金属製固定部材を基体に極めて強固にロウ付け取着することが可能となる。
【００１８】
【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は本発明の製造方法によって作製された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。
【００１９】
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。
【００２０】
前記基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスより成り、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００２８】
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には筒状の金属製固定部材８が挿入固定され、更に金属製固定部材８の内側の一部には透光性部材９が取着されている。
【００２９】
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。
【００３０】
また前記基体１の外側面で貫通孔１ｂの周辺には筒状の金属製固定部材８が取着されており、該金属製固定部材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１１に伝達させる作用をなし、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で形成されている。
【００３１】
なお、前記金属製固定部材８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）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。
【００３２】
また前記金属製固定部材８の基体１外側面への取着は、基体１の外側面で貫通孔１ｂの周辺に予めタングステンやモリブデン等からなる金属層を被着させておき、該金属層に筒状の金属製固定部材８に設けたフランジをロウ付けすることによって行われる。
【００３３】
更に前記筒状の金属製固定部材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は金属製固定部材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金属製固定部材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金属製固定部材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。
【００３４】
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。
【００３５】
前記筒状の金属製固定部材８は更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。
【００３６】
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。
【００３７】
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に取着させた筒状の金属製固定部材８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。
【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】
次に前記光半導体素子収納用パッケージにおける金属製固定部材の基体への取着について図５（ａ）乃至（ｃ）に基づき説明する。
まず図５（ａ）に示すごとく、金属製固定部材８の内部に透光性部材９をガラス１４を介して取着し、金属製固定部材８の内部を塞ぐ。
【００４１】
前記金属製固定部材８への透光性部材９の取着は金属製固定部材８の内部に透光性部材９の融点より低い融点を有する、例えば、低融点ハンダガラス１４を塗布するとともに該塗布した低融点ハンダガラス１４上に透光性部材９を載置し、しかる後、これを大気中、約４５０℃の温度に加熱し、低融点ハンダガラス１４を溶融させることによって行われる。
【００４２】
次に前記透光性部材９を金属製固定部材８に取着しているガラス１４の露出表面を保護膜Ｐで被覆する。
【００４３】
前記保護膜Ｐとしては耐薬品性に優れる光学膜として使用可能な酸化珪素、フッ化マグネシウム、酸化チタンの少なくとも１種が好適に使用され、真空蒸着法、イオンビーム蒸着法等によりガラス１４の露出表面に光学透過率を向上させる厚みに被着される。
【００４４】
次に図５（ｂ）に示すごとく、筒状の金属製固定部材８の表面に、基体１へのロウ付け取着を確実、強固とするためにニッケルめっき層１２及び金めっき層１３を順次被着させる。
【００４５】
前記ニッケルめっき層１２は金属製固定部材８への金めっき層１３の被着を強固とするための下地部材であり、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって金属製固定部材８の表面に約０．５〜５μｍの厚みに被着される。
【００４６】
前記ニッケルめっき層１２はこれを電解めっき法を採用することによって形成する場合、金属製固定部材８を、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸（ＮｉＳＯ4 ・６Ｈ2 Ｏ＋ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ＋Ｈ3 ＢＯ3 ）からなるニッケルめっき浴中に浸漬するとともに金属製固定部材８に電流密度０．１〜２Ａ／ｄｍ2 のめっき用電力を印加することによって行われる。
【００４７】
また前記金めっき層１３は金属製固定部材８に対するロウ材の濡れ性を良好とする作用をなし、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによってニッケルめっき層上に約０．５〜３μｍの厚みに被着される。
【００４８】
前記金めっき層１３はこれを電解めっき法を採用することによって形成する場合、表面にニッケルめっき層１２が被着された金属製固定部材８を、例えば、シアン化金カリウムおよび燐酸カリウムからなる金めっき浴中に浸漬するとともに金属製固定部材８に０．２〜１．５Ａ／ｄｍ2 のめっき用電力を印加することによって行われる。
【００４９】
更に前記金属製固定部材８の表面にニッケルめっき層１２及び金めっき層１３を順次被着させる際、めっき液の薬品が金属製固定部材８の内部に透光性部材９を取着しているガラス１４に作用しようとするが該ガラス１４はその露出表面が耐薬品性に優れる酸化珪素、フッ化マグネシウム、酸化チタン等からなる保護膜Ｐで被覆保護されていることから溶けることはなく、その結果、金属製固定部材８への透光性部材９の取着強度を極めて強固となすことができる。
【００５０】
また更に前記ニッケルめっき層１２及び金めっき層１３は金属製固定部材８の内部に透光性部材９をガラス１４を介して取着した後に金属製固定部材８の表面に被着されることからニッケルめっき層１２及び金めっき層１３に熱が作用することはなく、その結果、ニッケルめっき層１２の一部が金めっき層１３中を拡散し、金めっき層１３の表面に露出することはなく、同時に露出したニッケルが酸化されて酸化ニッケルを形成することもない。従って、金めっき層１３はロウ材に対する濡れ性が極めて良好なものとなる。
【００５１】
そして最後に前記金属製固定部材８を基体１の貫通孔１ｂ周辺に予め被着させておいた金属層にロウ材１５を介しロウ付け取着することによって図５（ｃ）に示すごとく基体１への金属製固定部材８のロウ付け取着が完了する。
【００５２】
前記金属製固定部材８の基体１へのロウ付け取着は基体１の貫通孔１ｂ周辺に被着されている金属層上に間に金―錫合金（金：８０重量％、錫：２０重量％）等からなる低融点のロウ材１５を挟んで載置し、しかる後、これを約３００℃の温度に加熱し、低融点のロウ材１５を溶融させることによって行われる。この場合、金属製固定部材８に被着されている金めっき層１３の表面にはロウ材に対し濡れ性が悪い酸化ニッケルの形成がないことから金めっき層１３とロウ材１５とは極めて強固に接合し、これによって金属製固定部材８は基体１に極めて強固にロウ付け取着されることとなる。 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。
【００５３】
また上述の実施例では基体１を酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスで形成したが、これを鉄―ニッケル―コバルト合金等の金属材料で形成してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、金属製固定部材の内部に透光性部材を取着しているガラスの露出表面を光学透過率を向上させる厚みの保護膜で被覆したことから透光性部材がガラスを介して取着されている金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させたとしてもガラスは前記保護膜により保護されていることからめっき液の薬品によって溶けることはなく、また金属製固定部材の内部に透光性部材を取着した後に金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を被着させたことから金めっき層表面にニッケルめっき層の一部が拡散露出し、これが酸化されて酸化ニッケルを形成することはなく、その結果、金属製固定部材への透光性部材の取着強度が強固となり、かつ金めっき層のロウ材に対する濡れ性が良好となって、透光性部材が取着されている筒状の金属製固定部材を基体に極めて強固にロウ付け取着す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。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は図１に示す光半導体素子収納用パッケージの金属製固定部材を基体にロウ付け取着する際の各工程毎の要部断面図である。
【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・・・筒状の金属製固定部材
９・・・透光性部材
１１・・・光ファイバー部材
１２・・・ニッケルめっき層
１３・・・金めっき層
１４・・・ガラス
１５・・・ロウ材
Ｐ・・・保護膜
【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材から成り、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ロウ付け取着され、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、前記筒状固定部材の内部にガラス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】
また上述の光半導体素子収納用パッケージは、筒状固定部材の基体へのロウ付け取着が下記の方法によって行われている。即ち、
（１）まず筒状固定部材の表面に、基体へのロウ付け取着を確実、強固とするためにニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させる。
【０００５】
前記ニッケルめっき層は筒状固定部材への金めっき層の被着を強固とするための下地部材であり、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって筒状固定部材の外表面に約０．５〜５μｍの厚みに被着される。
【０００６】
また前記金めっき層は筒状固定部材に対するロウ材の濡れ性を良好とする作用をなし、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによってニッケルめっき層上に約１〜３μｍの厚みに被着される。
【０００７】
（２）次に前記筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着し、筒状固定部材の内部を塞ぐ。
【０００８】
前記筒状固定部材への透光性部材の取着は筒状固定部材の内部に透光性部材の融点より低い融点を有する、例えば、低融点ハンダガラスを塗布するとともに該塗布した低融点ハンダガラス上に透光性部材を載置し、しかる後、これを大気中、約４５０℃の温度に加熱し、低融点ガラスを溶融させることによって行われる。
【０００９】
（３）そして最後に前記基体の貫通孔周辺の外表面に金―錫合金等からなる低融点ロウ材を介して筒状固定部材をロウ付け取着し、これによって製品としての光半導体素子収納用パッケージが完成する。
【００１０】
前記基体への筒状固定部材のロウ付けは基体の貫通孔周辺の外表面に筒状固定部材を、間に金―錫合金（金：８０重量％、錫：２０重量％）等からなる低融点ロウ材を挟んで載置し、しかる後、これを約３００℃の温度に加熱し、低融点ロウ材を溶融させることによって行われる。
【００１１】
【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の製造方法においては、筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着させる際、ガラス付けの熱及び雰囲気によって筒状固定部材の外表面に被着されているニッケルめっき層の一部が金めっき層中を拡散するとともに金めっき層表面に露出し、これが酸化されて金めっき層表面に酸化ニッケルが多量に形成されてしまい、その結果、前記酸化ニッケルはロウ材との濡れ性が悪いことから筒状固定部材に対するロウ材の接合強度が大幅に低下し、基体に筒状固定部材を強固にロウ付け取着することができないという欠点を有していた。
【００１２】
そこで上記欠点を解消するために筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着させた後に筒状固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させることが考えられる。
【００１３】
しかしながら、前記筒状固定部材の内部に透光性部材を取着させるガラスは低融点ハンダガラスであり、該低融点ハンダガラスは耐薬品性に劣ることから筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着させた後、筒状固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を被着させるとガラスがめっき液の薬品によって溶け、その結果、透光性部材が筒状固定部材より外れてしまうという欠点が誘発される。
【００１４】
本発明は上記欠点に鑑み案出されたもので、その目的は基体に筒状固定部材を強固にロウ付け取着し、信頼性を極めて高いものとなした光半導体素子収納用パッケージの製造方法を提供することにある。
【００１５】
【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ロウ付けされ、一端に光ファイバー部材が接続される筒状の金属製固定部材と、前記筒状の金属製固定部材の内部に取着され、金属製固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、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、前記筒状の金属製固定部材が下記（ａ）乃至（ｄ）の工程によって基体の貫通孔周辺の外表面にロウ付けされていることを特徴とするものである。
【００１６】
（ａ）金属製固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着する工程と、（ｂ）前記ガラスの露出面を光学透過率を向上させる厚みの保護膜で被覆する工程と、（ｃ）筒状の金属製固定部材の露出表面にニッケルめっき層と金めっき層を順次被着させる工程と、（ｄ）金属製固定部材を基体の貫通孔周辺の外表面にロウ材を介してロウ付け取着する工程。
【００１７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、金属製固定部材の内部に透光性部材を取着しているガラスの露出表面を光学透過率を向上させる厚みの保護膜で被覆したことから透光性部材がガラスを介して取着されている金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させたとしてもガラスは前記保護膜により保護されていることからめっき液の薬品によって溶けることはなく、また金属製固定部材の内部に透光性部材を取着した後に金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を被着させたことから金めっき層表面にニッケルめっき層の一部が拡散露出し、これが酸化されて酸化ニッケルを形成することはなく、その結果、金属製固定部材への透光性部材の取着強度が強固となり、かつ金めっき層のロウ材に対する濡れ性が良好となって、透光性部材が取着されている筒状の金属製固定部材を基体に極めて強固にロウ付け取着することが可能となる。
【００１８】
【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は本発明の製造方法によって作製された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。
【００１９】
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。
【００２０】
前記基体１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスより成り、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００２８】
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には筒状の金属製固定部材８が挿入固定され、更に金属製固定部材８の内側の一部には透光性部材９が取着されている。
【００２９】
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。
【００３０】
また前記基体１の外側面で貫通孔１ｂの周辺には筒状の金属製固定部材８が取着されており、該金属製固定部材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１１に伝達させる作用をなし、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で形成されている。
【００３１】
なお、前記金属製固定部材８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）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。
【００３２】
また前記金属製固定部材８の基体１外側面への取着は、基体１の外側面で貫通孔１ｂの周辺に予めタングステンやモリブデン等からなる金属層を被着させておき、該金属層に筒状の金属製固定部材８に設けたフランジをロウ付けすることによって行われる。
【００３３】
更に前記筒状の金属製固定部材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は金属製固定部材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金属製固定部材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金属製固定部材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。
【００３４】
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。
【００３５】
前記筒状の金属製固定部材８は更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。
【００３６】
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。
【００３７】
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に取着させた筒状の金属製固定部材８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。
【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】
次に前記光半導体素子収納用パッケージにおける金属製固定部材の基体への取着について図５（ａ）乃至（ｃ）に基づき説明する。
まず図５（ａ）に示すごとく、金属製固定部材８の内部に透光性部材９をガラス１４を介して取着し、金属製固定部材８の内部を塞ぐ。
【００４１】
前記金属製固定部材８への透光性部材９の取着は金属製固定部材８の内部に透光性部材９の融点より低い融点を有する、例えば、低融点ハンダガラス１４を塗布するとともに該塗布した低融点ハンダガラス１４上に透光性部材９を載置し、しかる後、これを大気中、約４５０℃の温度に加熱し、低融点ハンダガラス１４を溶融させることによって行われる。
【００４２】
次に前記透光性部材９を金属製固定部材８に取着しているガラス１４の露出表面を保護膜Ｐで被覆する。
【００４３】
前記保護膜Ｐとしては耐薬品性に優れる光学膜として使用可能な酸化珪素、フッ化マグネシウム、酸化チタンの少なくとも１種が好適に使用され、真空蒸着法、イオンビーム蒸着法等によりガラス１４の露出表面に光学透過率を向上させる厚みに被着される。
【００４４】
次に図５（ｂ）に示すごとく、筒状の金属製固定部材８の表面に、基体１へのロウ付け取着を確実、強固とするためにニッケルめっき層１２及び金めっき層１３を順次被着させる。
【００４５】
前記ニッケルめっき層１２は金属製固定部材８への金めっき層１３の被着を強固とするための下地部材であり、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって金属製固定部材８の表面に約０．５〜５μｍの厚みに被着される。
【００４６】
前記ニッケルめっき層１２はこれを電解めっき法を採用することによって形成する場合、金属製固定部材８を、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホウ酸（ＮｉＳＯ4 ・６Ｈ2 Ｏ＋ＮｉＣｌ2 ・６Ｈ2 Ｏ＋Ｈ3 ＢＯ3 ）からなるニッケルめっき浴中に浸漬するとともに金属製固定部材８に電流密度０．１〜２Ａ／ｄｍ2 のめっき用電力を印加することによって行われる。
【００４７】
また前記金めっき層１３は金属製固定部材８に対するロウ材の濡れ性を良好とする作用をなし、電解めっき法や無電解めっき法を採用することによってニッケルめっき層上に約０．５〜３μｍの厚みに被着される。
【００４８】
前記金めっき層１３はこれを電解めっき法を採用することによって形成する場合、表面にニッケルめっき層１２が被着された金属製固定部材８を、例えば、シアン化金カリウムおよび燐酸カリウムからなる金めっき浴中に浸漬するとともに金属製固定部材８に０．２〜１．５Ａ／ｄｍ2 のめっき用電力を印加することによって行われる。
【００４９】
更に前記金属製固定部材８の表面にニッケルめっき層１２及び金めっき層１３を順次被着させる際、めっき液の薬品が金属製固定部材８の内部に透光性部材９を取着しているガラス１４に作用しようとするが該ガラス１４はその露出表面が耐薬品性に優れる酸化珪素、フッ化マグネシウム、酸化チタン等からなる保護膜Ｐで被覆保護されていることから溶けることはなく、その結果、金属製固定部材８への透光性部材９の取着強度を極めて強固となすことができる。
【００５０】
また更に前記ニッケルめっき層１２及び金めっき層１３は金属製固定部材８の内部に透光性部材９をガラス１４を介して取着した後に金属製固定部材８の表面に被着されることからニッケルめっき層１２及び金めっき層１３に熱が作用することはなく、その結果、ニッケルめっき層１２の一部が金めっき層１３中を拡散し、金めっき層１３の表面に露出することはなく、同時に露出したニッケルが酸化されて酸化ニッケルを形成することもない。従って、金めっき層１３はロウ材に対する濡れ性が極めて良好なものとなる。
【００５１】
そして最後に前記金属製固定部材８を基体１の貫通孔１ｂ周辺に予め被着させておいた金属層にロウ材１５を介しロウ付け取着することによって図５（ｃ）に示すごとく基体１への金属製固定部材８のロウ付け取着が完了する。
【００５２】
前記金属製固定部材８の基体１へのロウ付け取着は基体１の貫通孔１ｂ周辺に被着されている金属層上に間に金―錫合金（金：８０重量％、錫：２０重量％）等からなる低融点のロウ材１５を挟んで載置し、しかる後、これを約３００℃の温度に加熱し、低融点のロウ材１５を溶融させることによって行われる。この場合、金属製固定部材８に被着されている金めっき層１３の表面にはロウ材に対し濡れ性が悪い酸化ニッケルの形成がないことから金めっき層１３とロウ材１５とは極めて強固に接合し、これによって金属製固定部材８は基体１に極めて強固にロウ付け取着されることとなる。 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。
【００５３】
また上述の実施例では基体１を酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックスで形成したが、これを鉄―ニッケル―コバルト合金等の金属材料で形成してもよい。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの製造方法によれば、金属製固定部材の内部に透光性部材を取着しているガラスの露出表面を光学透過率を向上させる厚みの保護膜で被覆したことから透光性部材がガラスを介して取着されている金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を順次被着させたとしてもガラスは前記保護膜により保護されていることからめっき液の薬品によって溶けることはなく、また金属製固定部材の内部に透光性部材を取着した後に金属製固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき層を被着させたことから金めっき層表面にニッケルめっき層の一部が拡散露出し、これが酸化されて酸化ニッケルを形成することはなく、その結果、金属製固定部材への透光性部材の取着強度が強固となり、かつ金めっき層のロウ材に対する濡れ性が良好となって、透光性部材が取着されている筒状の金属製固定部材を基体に極めて強固にロウ付け取着す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。
【図５】（ａ）乃至（ｃ）は図１に示す光半導体素子収納用パッケージの金属製固定部材を基体にロウ付け取着する際の各工程毎の要部断面図である。
【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・・・筒状の金属製固定部材
９・・・透光性部材
１１・・・光ファイバー部材
１２・・・ニッケルめっき層
１３・・・金めっき層
１４・・・ガラス
１５・・・ロウ材
Ｐ・・・保護膜
Claims (2)
- 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ロウ付けされ、一端に光ファイバー部材が接続される筒状の金属製固定部材と、前記筒状の金属製固定部材の内部に取着され、金属製固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、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、前記筒状の金属製固定部材が下記（ａ）乃至（ｄ）の工程によって基体の貫通孔周辺の外表面にロウ付け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の製造方法。
（ａ）金属製固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着する工程と、（ｂ）前記ガラスの露出面を光学透過率を向上させる厚みの保護膜で被覆する工程と、（ｃ）筒状の金属製固定部材の露出表面にニッケルめっき層と金めっき層を順次被着させる工程と、（ｄ）金属製固定部材を基体の貫通孔周辺の外表面にロウ材を介してロウ付け取着する工程。 - 前記保護膜が酸化珪素、フッ化マグネシウム、酸化チタンの少なくとも１種からな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の製造方法。
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