JP3762122B2 - 光半導体素子収納用パッケージ - 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、一般に鉄ーニッケルーコバルト合金や銅−タングステン合金等の金属から成り、上面中央部に光半導体素子が載置される載置部を有し、該載置部周辺に複数の外部リード端子が絶縁部材を介し上面から下面に貫通するようにして固定された金属基体と、前記光半導体素子搭載部を囲繞するようにして金属基体上に銀ロウ等のロウ材を介して接合され、側部に貫通孔を有する金属枠体と、前記金属枠体の貫通孔内に金ー錫合金等のロウ材を介して取着された鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属から成る筒状の固定部材と、前記筒状の固定部材の内部に融点が２００〜４００℃の金ー錫合金等の低融点ロウ材を介して取着され、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、前記金属枠体の上面に溶接により取着され、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、前記金属基体の光半導体素子搭載部に光半導体素子を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を介して外部リード端子に電気的に接続し、しかる後、前記金属枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等を使用した溶接により接合させ、金属基体と金属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の一端に光ファイバー部材を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よって光半導体素子を光励起させ、該励起した光を透光性部材を通して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光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
【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、金属枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力が筒状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に伝達作用して透光性部材に内在してしまい、その結果、透光性部材を通して光半導体素子が励起した光を光ファイバー部材に授受させる際、光半導体素子の励起した光は透光性部材を通過する際に前記内在する応力によって複屈折を起こし、光の一部のみが光ファイバー部材に授受されることになって光ファイバー部材ヘの光の授受の効率が悪くなるとともに光信号の伝送効率が悪化する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の励起した光を透光性部材を介し光ファイバー部材に効率良く授受させ、光信号の伝送効率を高いものとした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が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に光半導体素子載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔を有する枠体と、前記貫通孔に取着され、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で、かつ前記枠体の貫通孔内に位置する領域を除く部分に取着され、筒状固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、前記枠体の上面に溶接より取着され、光半導体素子を気密に封止する蓋部材とから成る光半導体素子収納用パッケージであって、前記枠体の外表面および／または内表面の前記貫通孔周囲に枠上の溝部を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
また本発明は、前記溝部の深さが、枠体の幅に対して３５乃至８０％であることを特徴とするものである。
【０００８】
更に本発明は、前記溝部の幅が０．１ｍｍ以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、筒状の固定部材が取着される貫通孔周囲に、例えば、幅が０．１ｍｍ以上、深さが枠体の幅に対して３５乃至８０％である溝部を設けたことから枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力は溝部で遮断されて筒状固定部材及び該筒状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に伝達作用するのが有効に防止され、その結果、透光性部材に大きな応力が内在することはなく、光半導体素子が励起した光を透光性部材を通して光ファイバーに伝達させた場合、光半導体素子の励起した光は透光性部材に内在する応力に起因して複屈折を起こすことなくそのまま光ファイバー部材に授受されることとなり、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【００１０】
【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３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は枠体、３は蓋部材である。この基体１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。
【００１１】
前記基体１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１ａを有し、該載置部１ａに光半導体素子４が間にペルチェ素子５等を挟んで金−シリコンロウ材等の接着剤により接着固定される。
【００１２】
前記基体１は鉄ーニッケルーコバルト合金や銅−タングステン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から成る場合、鉄ーニッケルーコバルト合金のインゴット（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製作される。
【００１３】
なお、前記基体１はその外表面に耐蝕性に優れ、かつロウ材に対して濡れ性が良い金属、具体的には厚さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金層を順次、メッキ法により被着させておくと、基体１が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに基体１上面に光半導体素子４の下部に配されるペルチェ素子５等を強固に接着固定させることができる。従って、前記基体１は酸化腐蝕を有効に防止し、かつ上面に光半導体素子４の下部に配されるペルチェ素子５等を強固に接着固定させる場合にはその外表面に厚さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金層を順次、メッキ法により被着させておくことが好ましい。
【００１４】
また前記基体１はその上面に、光半導体素子４が載置される載置部１ａ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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
更に前記枠体２はそ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の貫通孔２ａが形成されており、該貫通孔２ａ内には筒状の固定部材９が一端を枠体２の内側に、他端を枠体２の外側として取着され、更に固定部材９の内部で貫通孔２ａ内を除く領域には透光性部材１０が取着されている。
【００１７】
前記筒状の固定部材９は光ファイバー部材１１を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、枠体２の外側に位置する他端に光ファイバー部材１１が取着接続される。
【００１８】
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。
【００１９】
また前記固定部材９は枠体２の内部で貫通孔２ａ内を除く領域に透光性部材１０が取着されており、該透光性部材１０は固定部材９の内側を塞ぎ、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。
【００２０】
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アイバー部材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。
【００２１】
前記透光性部材１０の固定部材９への取着は例えば、図２に示す如く、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。
【００２２】
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ー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図２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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１２ａを被着させる際に第１層１２ａ中に大きな応力が内在し、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１２ａ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１２ｂ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５μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２５】
前記固定部材９が取着されている枠体２は図３に示す如く、その外表面で、貫通孔２ａ周囲に枠状の溝部２ｂが設けられており、該溝部２ｂは枠体２の外表面に、例えば、研削等の機械加工を施すことによって所定形状に形成される。
【００２６】
前記溝部２ｂは枠体２の上面に後述する蓋部材３をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力が固定部材９及び該固定部材９の内部で枠体２の貫通孔２ａ内に位置する領域を除く部分に取着されている透光性部材１０に作用するのを有効に防止する作用をなし、枠体２の上面に蓋部材３をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、枠体２に溶接に伴う力が発生したとしてもその応力は前記溝部２ｂで遮断されて固定部材９及び該筒状固定部材９の内部を塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材１０に伝達作用することはほとんどなく、その結果、透光性部材１０に大きな応力が内在することもなく、これによって光半導体素子４が励起した光を透光性部材１０を通して光ファイバー１１に伝達させた場合、光半導体素子４の励起した光は透光性部材１０に内在する熱応力に起因して複屈折を起こすこと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、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【００２７】
なお、前記溝部２ｂはその幅ｔが０．１ｍｍ未満であると枠体２の上面に蓋部材３を溶接する際に発生する応力が固定部材９及び該固定部材９に取着されている透光性部材１０に作用するのを有効に防止するのが困難となる。従って、前記溝部２ｂはその幅ｔを０．１ｍｍ以上としてくことが好ましい。
【００２８】
また、前記溝部２ｂはその深さＬが枠体２の幅Ｌ1 に対して３５％未満であると枠体２の上面に蓋部材３を溶接する際に発生する応力が固定部材９及び該固定部材９に取着されている透光性部材１０に作用するのを有効に防止するのが困難となり、また８０％を超えると枠体２の機械的強度が低下し、光半導体素子収納用パッケージとしての信頼性が大きく低下してしまう危険性がある。従って、前記溝部２ｂはその深さＬを枠体２の幅Ｌ1 に対して３５乃至８０％の範囲としておくことが好ましい。
【００２９】
更に前記固定部材９が取着されている枠体２はその側部に切欠部２ｃが形成されており、該切欠部２ｃには複数個の外部リード端子６がガラス等の絶縁部材７を介して固定されている。
【００３０】
前記外部リード端子６は光半導体素子４の各電極を外部の電気回路に電気的に接続する作用をなし、その一端に光半導体素子４の電極がボンディングワイヤ８を介して接続され、また他端側は外部電気回路に半田等のロウ材を介して接続される。
【００３１】
前記外部リード端子６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、枠体２への固定は、枠体２に外部リード端子６より大きな径の孔をあけておき、この孔にリング状のガラスから成る絶縁部材７と外部リード端子６を挿通させ、しかる後、前記ガラスから成る絶縁部材７を加熱溶融させることによって行われる。
【００３２】
なお、前記外部リード端子６はその表面にニッケルメッキ層、金メッキ層等の耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性の良いメッキ金属層を１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくと外部リード端子６の酸化腐蝕が有効に防止されるとともに外部リード端子６とボンディングワイヤ８との接続を強固なものとなすことができる。従って、前記外部リード端子６はその表面にニッケルメッキ層、金メッキ層等の耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性が良いメッキ金属層を１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３３】
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ッケル合金等の金属材料から成る蓋部材３がシームウエルド法等を使用した溶接によって接合され、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。この場合、枠体２に溶接に伴う力が発生したとしてもその応力は前記溝部２ｂで遮断されて固定部材９及び該筒状固定部材９の内部を塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材１０に伝達作用することはほとんどなく、その結果、透光性部材１０に大きな応力が内在することもなく、これによって光半導体素子４が励起した光を透光性部材１０を通して光ファイバー１１に伝達させた場合、光半導体素子４の励起した光は透光性部材１０に内在する熱応力に起因して複屈折を起こすこと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、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【００３４】
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の光半導体素子載置部１ａに光半導体素子４を間にペルチェ素子５等を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８を介して外部リード端子６に電気的に接続し、次に枠体２の上面に蓋部材３をシームウエルド法等による溶接により接合させ、基体１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り、外部電気回路から供給される駆動信号によって光半導体素子４に光を励起させ、該励起した光を非晶質ガラスから成る透光性部材１０を通して光ファイバー部材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光通信等に使用される。
【００３５】
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溝部２ｂを枠体２の外表面で貫通孔２ａ周囲に円形状に形成した。
【００３６】
また上述の実施例では溝部２ｂを枠体２の外表面に形成したが、これを枠体２の内表面に、あるいは外表面と内表面の両方に形成してもよい。
【００３７】
更に上述の実施例では外部リード端子６を枠体１に固定したがこれを基体１に固定してもよい。
【００３８】
【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、筒状の固定部材が取着される貫通孔周囲に、例えば、幅が０．１ｍｍ以上、深さが枠体の幅に対して３５乃至８０％である溝部を設けたことから枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力は溝部で遮断されて筒状固定部材及び該筒状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に伝達作用するのが有効に防止され、その結果、透光性部材に大きな応力が内在することはなく、光半導体素子が励起した光を透光性部材を通して光ファイバーに伝達させた場合、光半導体素子の励起した光は透光性部材に内在する応力に起因して複屈折を起こすことなくそのまま光ファイバー部材に授受されることとなり、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【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透光性部材の取着を説明するための一部拡大断面図である。
【図３】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの枠体に設けた溝部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
１ａ・・光半導体素子載置部
２・・・枠体
２ａ・・貫通孔
２ｂ・・溝部
３・・・蓋部材
４・・・光半導体素子
９・・・固定部材
１０・・・透光性部材
１１・・・光ファイバー部材
１２・・・メタライズ層
【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−タングステン合金等の金属から成り、上面中央部に光半導体素子が載置される載置部を有し、該載置部周辺に複数の外部リード端子が絶縁部材を介し上面から下面に貫通するようにして固定された金属基体と、前記光半導体素子搭載部を囲繞するようにして金属基体上に銀ロウ等のロウ材を介して接合され、側部に貫通孔を有する金属枠体と、前記金属枠体の貫通孔内に金ー錫合金等のロウ材を介して取着された鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属から成る筒状の固定部材と、前記筒状の固定部材の内部に融点が２００〜４００℃の金ー錫合金等の低融点ロウ材を介して取着され、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、前記金属枠体の上面に溶接により取着され、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、前記金属基体の光半導体素子搭載部に光半導体素子を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を介して外部リード端子に電気的に接続し、しかる後、前記金属枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等を使用した溶接により接合させ、金属基体と金属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の一端に光ファイバー部材を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よって光半導体素子を光励起させ、該励起した光を透光性部材を通して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光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
【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、金属枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力が筒状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に伝達作用して透光性部材に内在してしまい、その結果、透光性部材を通して光半導体素子が励起した光を光ファイバー部材に授受させる際、光半導体素子の励起した光は透光性部材を通過する際に前記内在する応力によって複屈折を起こし、光の一部のみが光ファイバー部材に授受されることになって光ファイバー部材ヘの光の授受の効率が悪くなるとともに光信号の伝送効率が悪化する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の励起した光を透光性部材を介し光ファイバー部材に効率良く授受させ、光信号の伝送効率を高いものとした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が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に光半導体素子載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔を有する枠体と、前記貫通孔に取着され、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で、かつ前記枠体の貫通孔内に位置する領域を除く部分に取着され、筒状固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、前記枠体の上面に溶接より取着され、光半導体素子を気密に封止する蓋部材とから成る光半導体素子収納用パッケージであって、前記枠体の外表面および／または内表面の前記貫通孔周囲に枠上の溝部を設けたことを特徴とするものである。
【０００７】
また本発明は、前記溝部の深さが、枠体の幅に対して３５乃至８０％であることを特徴とするものである。
【０００８】
更に本発明は、前記溝部の幅が０．１ｍｍ以上であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、筒状の固定部材が取着される貫通孔周囲に、例えば、幅が０．１ｍｍ以上、深さが枠体の幅に対して３５乃至８０％である溝部を設けたことから枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力は溝部で遮断されて筒状固定部材及び該筒状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に伝達作用するのが有効に防止され、その結果、透光性部材に大きな応力が内在することはなく、光半導体素子が励起した光を透光性部材を通して光ファイバーに伝達させた場合、光半導体素子の励起した光は透光性部材に内在する応力に起因して複屈折を起こすことなくそのまま光ファイバー部材に授受されることとなり、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【００１０】
【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３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は枠体、３は蓋部材である。この基体１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。
【００１１】
前記基体１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１ａを有し、該載置部１ａに光半導体素子４が間にペルチェ素子５等を挟んで金−シリコンロウ材等の接着剤により接着固定される。
【００１２】
前記基体１は鉄ーニッケルーコバルト合金や銅−タングステン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から成る場合、鉄ーニッケルーコバルト合金のインゴット（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製作される。
【００１３】
なお、前記基体１はその外表面に耐蝕性に優れ、かつロウ材に対して濡れ性が良い金属、具体的には厚さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金層を順次、メッキ法により被着させておくと、基体１が酸化腐蝕するのを有効に防止することができるとともに基体１上面に光半導体素子４の下部に配されるペルチェ素子５等を強固に接着固定させることができる。従って、前記基体１は酸化腐蝕を有効に防止し、かつ上面に光半導体素子４の下部に配されるペルチェ素子５等を強固に接着固定させる場合にはその外表面に厚さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金層を順次、メッキ法により被着させておくことが好ましい。
【００１４】
また前記基体１はその上面に、光半導体素子４が載置される載置部１ａ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。
【００１５】
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、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。
【００１６】
更に前記枠体２はそ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の貫通孔２ａが形成されており、該貫通孔２ａ内には筒状の固定部材９が一端を枠体２の内側に、他端を枠体２の外側として取着され、更に固定部材９の内部で貫通孔２ａ内を除く領域には透光性部材１０が取着されている。
【００１７】
前記筒状の固定部材９は光ファイバー部材１１を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、枠体２の外側に位置する他端に光ファイバー部材１１が取着接続される。
【００１８】
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。
【００１９】
また前記固定部材９は枠体２の内部で貫通孔２ａ内を除く領域に透光性部材１０が取着されており、該透光性部材１０は固定部材９の内側を塞ぎ、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。
【００２０】
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アイバー部材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。
【００２１】
前記透光性部材１０の固定部材９への取着は例えば、図２に示す如く、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。
【００２２】
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ー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図２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。
【００２３】
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。
【００２４】
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１２ａを被着させる際に第１層１２ａ中に大きな応力が内在し、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１２ａ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１２ｂ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５μｍの範囲としておくことが好ましい。
【００２５】
前記固定部材９が取着されている枠体２は図３に示す如く、その外表面で、貫通孔２ａ周囲に枠状の溝部２ｂが設けられており、該溝部２ｂは枠体２の外表面に、例えば、研削等の機械加工を施すことによって所定形状に形成される。
【００２６】
前記溝部２ｂは枠体２の上面に後述する蓋部材３をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力が固定部材９及び該固定部材９の内部で枠体２の貫通孔２ａ内に位置する領域を除く部分に取着されている透光性部材１０に作用するのを有効に防止する作用をなし、枠体２の上面に蓋部材３をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、枠体２に溶接に伴う力が発生したとしてもその応力は前記溝部２ｂで遮断されて固定部材９及び該筒状固定部材９の内部を塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材１０に伝達作用することはほとんどなく、その結果、透光性部材１０に大きな応力が内在することもなく、これによって光半導体素子４が励起した光を透光性部材１０を通して光ファイバー１１に伝達させた場合、光半導体素子４の励起した光は透光性部材１０に内在する熱応力に起因して複屈折を起こすこと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、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【００２７】
なお、前記溝部２ｂはその幅ｔが０．１ｍｍ未満であると枠体２の上面に蓋部材３を溶接する際に発生する応力が固定部材９及び該固定部材９に取着されている透光性部材１０に作用するのを有効に防止するのが困難となる。従って、前記溝部２ｂはその幅ｔを０．１ｍｍ以上としてくことが好ましい。
【００２８】
また、前記溝部２ｂはその深さＬが枠体２の幅Ｌ1 に対して３５％未満であると枠体２の上面に蓋部材３を溶接する際に発生する応力が固定部材９及び該固定部材９に取着されている透光性部材１０に作用するのを有効に防止するのが困難となり、また８０％を超えると枠体２の機械的強度が低下し、光半導体素子収納用パッケージとしての信頼性が大きく低下してしまう危険性がある。従って、前記溝部２ｂはその深さＬを枠体２の幅Ｌ1 に対して３５乃至８０％の範囲としておくことが好ましい。
【００２９】
更に前記固定部材９が取着されている枠体２はその側部に切欠部２ｃが形成されており、該切欠部２ｃには複数個の外部リード端子６がガラス等の絶縁部材７を介して固定されている。
【００３０】
前記外部リード端子６は光半導体素子４の各電極を外部の電気回路に電気的に接続する作用をなし、その一端に光半導体素子４の電極がボンディングワイヤ８を介して接続され、また他端側は外部電気回路に半田等のロウ材を介して接続される。
【００３１】
前記外部リード端子６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、枠体２への固定は、枠体２に外部リード端子６より大きな径の孔をあけておき、この孔にリング状のガラスから成る絶縁部材７と外部リード端子６を挿通させ、しかる後、前記ガラスから成る絶縁部材７を加熱溶融させることによって行われる。
【００３２】
なお、前記外部リード端子６はその表面にニッケルメッキ層、金メッキ層等の耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性の良いメッキ金属層を１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくと外部リード端子６の酸化腐蝕が有効に防止されるとともに外部リード端子６とボンディングワイヤ８との接続を強固なものとなすことができる。従って、前記外部リード端子６はその表面にニッケルメッキ層、金メッキ層等の耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性が良いメッキ金属層を１μｍ乃至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３３】
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ッケル合金等の金属材料から成る蓋部材３がシームウエルド法等を使用した溶接によって接合され、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。この場合、枠体２に溶接に伴う力が発生したとしてもその応力は前記溝部２ｂで遮断されて固定部材９及び該筒状固定部材９の内部を塞ぐ非晶質ガラス等から成る透光性部材１０に伝達作用することはほとんどなく、その結果、透光性部材１０に大きな応力が内在することもなく、これによって光半導体素子４が励起した光を透光性部材１０を通して光ファイバー１１に伝達させた場合、光半導体素子４の励起した光は透光性部材１０に内在する熱応力に起因して複屈折を起こすこと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、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【００３４】
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の光半導体素子載置部１ａに光半導体素子４を間にペルチェ素子５等を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８を介して外部リード端子６に電気的に接続し、次に枠体２の上面に蓋部材３をシームウエルド法等による溶接により接合させ、基体１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り、外部電気回路から供給される駆動信号によって光半導体素子４に光を励起させ、該励起した光を非晶質ガラスから成る透光性部材１０を通して光ファイバー部材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光通信等に使用される。
【００３５】
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溝部２ｂを枠体２の外表面で貫通孔２ａ周囲に円形状に形成した。
【００３６】
また上述の実施例では溝部２ｂを枠体２の外表面に形成したが、これを枠体２の内表面に、あるいは外表面と内表面の両方に形成してもよい。
【００３７】
更に上述の実施例では外部リード端子６を枠体１に固定したがこれを基体１に固定してもよい。
【００３８】
【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、筒状の固定部材が取着される貫通孔周囲に、例えば、幅が０．１ｍｍ以上、深さが枠体の幅に対して３５乃至８０％である溝部を設けたことから枠体の上面に蓋部材をシームウエルド法等の溶接により接合させる際、溶接時の応力は溝部で遮断されて筒状固定部材及び該筒状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に伝達作用するのが有効に防止され、その結果、透光性部材に大きな応力が内在することはなく、光半導体素子が励起した光を透光性部材を通して光ファイバーに伝達させた場合、光半導体素子の励起した光は透光性部材に内在する応力に起因して複屈折を起こすことなくそのまま光ファイバー部材に授受されることとなり、光信号の伝送効率が極めて高いものとなる。
【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透光性部材の取着を説明するための一部拡大断面図である。
【図３】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの枠体に設けた溝部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
１ａ・・光半導体素子載置部
２・・・枠体
２ａ・・貫通孔
２ｂ・・溝部
３・・・蓋部材
４・・・光半導体素子
９・・・固定部材
１０・・・透光性部材
１１・・・光ファイバー部材
１２・・・メタライズ層
Claims (3)
- 上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、前記基体上に光半導体素子載置部を囲繞するように取着され、側部に貫通孔を有する枠体と、前記貫通孔に取着され、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で、かつ前記枠体の貫通孔内に位置する領域を除く部分に取着され、筒状固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、前記枠体の上面に溶接より取着され、光半導体素子を気密に封止する蓋部材とから成る光半導体素子収納用パッケージであって、前記枠体の外表面および／または内表面の前記貫通孔周囲に枠状の溝部を設けたことを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
- 前記溝部の深さが、枠体の幅に対して３５乃至８０％であ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。
- 前記溝部の幅が０．１ｍｍ以上であ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。
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