JP3921082B2

JP3921082B2 - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置

Info

Publication number: JP3921082B2
Application number: JP2001386229A
Authority: JP
Inventors: 晃子松崎; 信幸田中
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-12-19
Filing date: 2001-12-19
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2021-12-19
Also published as: JP2003188457A

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および光半導体装置に関し、特に外部電気回路基板への実装構造を改良したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光半導体素子を収納するための光半導体素子収納用パッケージ（以下、光半導体パッケージという）を図６〜図８に示す。図６は光半導体パッケージの平面図、図７は図６のＢ−Ｂ’線における断面図、図８は図６のネジ取付部の部分拡大平面図である。これらの図において、21は基体、22は枠体、23は光ファイバ固定部材（以下、固定部材という）、25は蓋体を示し、これら基体21、枠体22および蓋体25とで、内部空間に光半導体素子24を収容する容器が基本的に構成される。
【０００３】
基体21は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金等の金属や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等の焼結材から成り、その上側主面の中央部には、光半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子24を載置するための載置部21ａが設けられるとともに、基体21の隅部に外側に延出して設けられた張出部に貫通孔21ｃが形成されて成るネジ取付部21ｂが設けられている。なお、図８に示すように、ネジ取付部21ｂは基体21の隅部の角部で一辺側にのみつながるように形成されており、ネジ取付部21ｂ内に貫通孔21ｃが形成されている。また、ネジ取付部21ｂの貫通孔21ｃの中心21ｃ−Ａは、基体21の隣接する二辺の延長線および枠体22の隣接する二側部の外側面の延長面に挟まれる領域の外側に位置する。この基体21は、貫通孔21ｃにネジを挿入し外部電気回路基板にネジ止めして固定される。
【０００４】
基体21の上側主面の外周部には、載置部21ａを囲繞するようにして接合され、側部に貫通穴としての貫通穴22ａが形成された枠体22が立設されている。この枠体22は、基体21と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体21と一体成形される、または基体21に銀（Ａｇ）ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることによって、基体21の上側主面の外周部に立設される。また、枠体22の側部には、固定部材23が貫通穴22ａに嵌着されて取り付けられている。固定部材23は、光ファイバ26を枠体22の側部に固定するための筒状の部材であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属から成り、固定部材23には軸方向に形成された貫通孔23ａが設けられており、固定部材23の外周面が枠体22の貫通穴22ａにろう材を介して嵌着接合される。
【０００５】
このような構成の光半導体パッケージに光半導体素子24を載置部21ａに載置固定した後、光半導体素子24の電極と枠体22の側部または基体21に設けられた入出力端子（図示せず）とをボンディングワイヤで電気的に接続し、蓋体25により光半導体素子24を気密に封止する。そして、光ファイバ26の先端を保持する枠状の金属製のホルダー27が、光半導体素子24の光入出力端面と光ファイバ26の光入出力端面とが一致するようにして、固定部材23の貫通孔23ａの枠体22外側の一端に溶接され、光ファイバ26がホルダー27に外部から挿通固定されて枠体22の一側部に固定される。また、枠体22の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るシールリングをろう付けし、シールリングの上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る蓋体２５をシーム溶接法等の溶接法により接合することによって、製品としての光半導体装置となる。そして、ネジ取付部21ｂの貫通孔21ｃにネジを挿入し基体21が外部電気回路基板にネジ止め固定される。
【０００６】
この光半導体装置は、外部電気回路から供給される電気信号によって光半導体素子24に光を励起させ、この光を光ファイバ26を介して外部に伝送することによって、高速光通信等に使用される。または、外部から光ファイバ26を伝送されてくる光信号を、光半導体素子24に受光させて光信号を電気信号に変換することによって、高速光通信等に使用される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ネジ取付部21ｂの貫通孔21ｃの中心21ｃ−Ａは、基体21の隣接する二辺の延長線および枠体22の隣接する二側部の外側面の延長面に挟まれる領域の外側に位置するため、貫通孔21ｃにネジを挿入して外部電気回路基板にネジ止め固定する際、枠体22と基体21とのわずかな熱膨張差による基体21の反りを平坦に矯正しようとする大きな歪みが、中心21ｃ−Ａを起点としてネジ取付部21ｂから基体21を介して枠体22に伝わる。この歪みによって、枠体22の貫通穴22ａの位置がずれるとともに、貫通穴22ａに取り付けられた固定部材23の位置がずれて、載置部21に載置された光半導体素子24の光入出力端面に対して固定部材23に取り付けられた光ファイバ26との光入出力端面がずれていた。
【０００８】
光半導体素子24と光ファイバ26との光入出力端面が合わなくなることにより、これらの光結合効率が劣化する。即ち、光半導体素子24から光ファイバ26へ、または光ファイバ26から光半導体素子24へ光信号を効率よく伝送できなくなり、光半導体素子24の光入出力端面において光信号を正常に授受できなくなるという問題点があった。
【０００９】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子の光入出力端面において光信号を正常に授受させ得る光半導体素子パッケージおよび光半導体装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体パッケージは、上側主面に光半導体素子を載置するための載置部が設けられているとともに隅部に外側に延出して設けられた張出部に貫通孔が形成されて成るネジ取付部を有する略四角形の金属製の基体と、該基体の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通穴が形成された平面視形状が略四角形の金属製の枠体と、前記貫通穴に嵌着されるかまたは前記貫通穴の枠体外側開口の周囲に接合された筒状の光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記貫通穴が形成された前記側部の両隅部に位置する前記ネジ取付部は、前記貫通孔の中心が前記貫通穴が形成された前記側部の外側面の延長面と内側面の延長面に挟まれる内側に位置しているとともに、前記張出部の基部が前記側部に隣接する他の側部で前記貫通孔の中心よりも前記他の側部の中心側に位置するように設けられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明は、上記の構成により、ネジ取付部の貫通孔にネジを挿入して外部電気回路基板に基体をネジ止め固定した際に生じる基体の歪みを、枠体の貫通穴に伝達させにくくすることができ、貫通穴に取り付けられた光ファイバの光入出力端面が光半導体素子の光入出力端面に対して位置ずれすることを防止し、これらの光結合効率が劣化することを防止できる。
【００１２】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定された光半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、上記の構成により、上記本発明の光半導体パッケージを用いた信頼性の高い光半導体装置を提供できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の光半導体パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明の光半導体パッケージについて実施の形態の一例を示す平面図、図２は図１のＡ−Ａ’線における断面図、図３は図１の光半導体パッケージの要部拡大平面図である。これらの図において、１は基体、２は枠体、３は固定部材、５は蓋体を示し、これら基体１、枠体２および蓋体５とで、内部に光半導体素子４を収容する容器が基本的に構成される。
【００１５】
本発明の基体１は平面視形状が略四角形であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法、または射出成形と切削加工等を施すことによって、所定形状に製作される。この基体１の上側主面には、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子４を載置する載置部１ａが設けられる。この基体１は、光半導体素子４が発する熱を外部に放熱させる放熱板の役割を果たすものである。基体１の表面には、酸化腐食の防止や光半導体素子４の載置固定を良好にするために、厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層や厚さ0.5〜５μｍの金（Ａｕ）層からなる金属層をメッキ法により被着させておくとよい。また、光半導体素子４の熱を効率よく外部へ放熱させるために、光半導体素子４が熱電冷却素子（図示せず）に搭載された状態で載置部１ａに載置固定されていてもよい。
【００１６】
基体１の上側主面の外周部には、載置部１ａを囲繞するようにして接合されるとともに、側部に固定部材３を設けるための貫通穴２ａが形成された枠体２が立設されており、枠体２は基体１とともにその内側に光半導体素子４を収容する空所を形成する。この枠体２は平面視形状が略四角形の枠状体であり、光ファイバ６を支持固定する作用を有する。また枠体２は、基体１と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗの焼結材等から成り、基体１と一体成形される、または基体１にＡｇろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接法等の溶接法により接合されることにより、基体１の上側主面の外周部に立設される。枠体２の貫通穴２ａは、枠体２の側部を内外に貫通する断面形状が円形や四角形等のものである。
【００１７】
枠体２の側部の貫通穴２ａに取り付けられる固定部材３は、光ファイバ６を枠体２の側部に固定するための筒状の部材であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属から成り、固定部材３の軸方向には貫通孔３ａが設けられており、固定部材３の外周面が枠体２の貫通穴２ａの内面にＡｇろう等のろう材を介して嵌着接合されるかまたは貫通穴２ａの枠体２外側開口の周囲にろう材等を介して接合される。
【００１８】
基体１と枠体２は平面視形状が略同形状であり、基体１の隅部には、外側に延出して設けられた張出部に貫通孔１ｃが形成されて成るネジ取付部１ｂが設けられている。
【００１９】
本発明において、図１，図３に示すように、貫通穴２ａが形成された枠体２の側部２Ａの両隅部に位置するネジ取付部１ｂは、その貫通孔１ｃの中心が貫通穴２ａが形成された側部２Ａの外側面の延長面と内側面の延長面に挟まれる内側に位置しているとともに、張出部の基部１ｂ−Ａが側部２Ａに隣接する他の側部２Ｂで貫通孔１ｃの中心よりも他の側部２Ｂの中心２ＢＯ側に位置するように設けられている。
【００２０】
ネジ取付部１ｂの貫通孔１ｃの中心が側部２Ａの外側面の延長面と内側面の延長面に挟まれる内側に位置していることにより、貫通孔１ｃにネジを挿入して外部電気回路基板にネジ止め固定する際に、基体１の反りを適度に矯正し、枠体２内側に位置する基体１と外部電気回路基板とを十分密着させ、光半導体素子４の熱を無駄なく放熱させることができる。また、ネジ取付部１ｂの張出部の基部１ｂ−Ａが側部２Ａに隣接する他の側部２Ｂで貫通孔１ｃの中心よりも他の側部２Ｂの中心２ＢＯ側に位置することにより、貫通孔１ｃにネジを挿入して外部電気回路基板にネジ止め固定する際に、基体１を介して枠体２に伝わる歪みを抑えて、枠体２の貫通穴２ａに取り付けられた光ファイバ６の入出力端面が、光半導体素子４の光入出力端面に対しずれることを防止することができる。
【００２１】
ネジ取付部１ｂの張出部の基部１ｂ−Ａは、貫通孔１ｃの中心よりも側部２Ｂの中心２ＢＯ側に0.3〜５ｍｍ離れて位置しているのがよく、0.3ｍｍ未満では、貫通孔１ｃにネジを挿入して外部電気回路基板にネジ止め固定する際に、基部１ｂ−Ａより基体１に伝わる歪みが大きくなり、枠体２の貫通穴２ａに取り付けられた光ファイバ６の光入出力端面が、光半導体素子４の光入出力端面に対しずれて、光半導体素子４と光ファイバ６との光結合効率が劣化し易くなる。５ｍｍを超えると、貫通孔１ｃにネジを挿入して外部電気回路基板にネジ止め固定しても基体１の反りをほとんど矯正することができず、枠体２内側に位置する基体１を外部電気回路基板に十分密着させることができず、光半導体素子４の熱を十分に放熱できなくなる。
【００２２】
ネジ取付部１ｂの厚さは、基体１の厚さの１／４以上で基体１の厚さ以下であるのがよく、基体１を外部電気回路基板にネジ止め固定した際に、ネジ取付部１ｂが変形して基体１の反りが適度に矯正され、その結果、枠体２に大きな歪みが加わりにくくなり、枠体２の貫通穴２ａの位置ずれを防止できる。ネジ取付部１ｂの厚さが基体１の厚さの１／４未満の場合、ネジ取付部１ｂの基部（根元）１ｂ−Ａが大きく変形し易くなり、ネジ取付部１ｂが基部１ｂ−Ａで破断され、基体１を外部電気回路基板に固定できなくなる場合がある。一方、ネジ取付部１ｂの厚さが基体１の厚さを超えると、ネジ止め固定した際、基体１の反りが大きく矯正され、枠体２に大きな歪みが加わって貫通穴２ａの位置ずれが大きくなり、光半導体素子４と光ファイバ６との光入出力端面が合わなくなり、これらの光結合効率が劣化し易くなる。
【００２３】
図１に示すように、ネジ取付部１ｂの基体１との接合長さ（基部１ｂ−Ａの幅）Ｘは１〜５ｍｍであるのがよく、この構成により、基体１を外部電気回路基板にネジ止め固定した際に、基体１の反りが適度に矯正され、枠体２に大きな歪みが加わりにくくなり、貫通穴２ａの位置ずれを防止できる。Ｘが１ｍｍ未満の場合、貫通孔１ｃをネジ止め固定した際、ネジ取付部１ｂの基部１ｂ−Ａが大きく変形し易くなり、ネジ取付部１ｂが基部１ｂ−Ａで破断されて基体１を外部電気回路基板に固定できなくなる場合がある。一方、Ｘが５ｍｍを超えると、ネジ止め固定した際、基体１の反りが大きく矯正され、枠体２に大きな歪みが加わり貫通穴２ａの位置ずれが大きくなる場合がある。
【００２４】
また、貫通孔１ｃの形状は、図１，図３に示すような完全な円形である必要はなく、図４（ａ）に示すような中心１ｃ−Ａを中心とする円弧を含むＵ字状の切欠き、図４（ｂ）に示すような中心１ｃ−Ａがネジ取付部１ｂの辺上に設けられた半円状の切欠きなどでもよく、このように円弧を含む形状であればよい。この円弧の半径を貫通孔１ｃに挿入するネジの半径と略同一として、円弧がわずかにネジより大きくなるようにし、その貫通孔１ｃでネジ止め固定すれば、基体１を外部電気回路基板に強固に固定できるとともに、外部電気回路基板に対する基体１の位置ずれを抑えることができる。
【００２５】
このような構成の光半導体パッケージに光半導体素子４を載置部１ａに載置固定した後、光半導体素子４の電極と枠体２の側部または基体２に設けられた入出力端子（図示せず）の枠体２内側の部位とを、ボンディングワイヤで電気的に接続し、枠体２の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体５をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法で接合することにより、光半導体素子４を気密に封止する。そして、光ファイバ６固定用の枠状や筒状の金属製のホルダー７を、光半導体素子４の光入出力端面と光ファイバ６の光入出力端面とが一致するようにして固定部材３の枠体２外側の一端に溶接し、光ファイバ６をホルダー７に外部から挿通固定して枠体２の一側部に固定することにより、光半導体装置が作製される。
【００２６】
そして、ネジ取付部１ｂの貫通孔１ｃにネジを挿入し基体１を外部電気回路基板にネジ止め固定し、入出力端子の枠体２外側の部位にリード端子やリボン線をろう付けし、リード端子やリボン線を外部電気回路基板の電気回路に接続することにより、光半導体装置内部に収納した光半導体素子４が電気回路に電気的に接続され、光半導体素子４が高周波信号で作動することとなる。
【００２７】
本発明の光半導体装置は、図５（ａ），（ｂ）に示すように、基体１をネジ取付部１ｂの貫通孔１ｃにネジを挿入し固定して外部電気回路基板に実装した際に、枠体２を変形させることなくネジ取付部１ｂのみが主に変形する。これによって、光半導体素子４に対する光ファイバ６の位置ずれを防止し、これらの光結合効率が劣化することなく光信号を無駄なく伝送できる。また、枠体２内側に位置する基体１の下側主面を外部電気回路基板に密着させることができ、内部に収容した光半導体素子４から基体１と外部電気回路基板とを介して外部に放熱される熱の放熱性を損なわずに、効率良く放熱することができる。
【００２８】
なお、本発明は上記実施の形態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内で種々の変更を施すことは可能である。例えば、固定部材３は貫通穴２ａの枠体２外側開口の周囲に一端がろう付けまたは溶接される形態であってもよく、この場合貫通穴２ａに固定部材３を嵌着させる必要がなくなるため、貫通穴２ａの貫通穴寸法と固定部材３の外形寸法の寸法精度を緩和することができ、貫通穴２ａと固定部材３の加工時の作業効率が向上する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、上側主面に光半導体素子を載置するための載置部が設けられているとともに隅部に外側に延出して設けられた張出部に貫通孔が形成されて成るネジ取付部を有する略四角形の金属製の基体と、基体の上側主面に載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通穴が形成された平面視形状が略四角形の金属製の枠体と、貫通穴に嵌着されるかまたは貫通穴の枠体外側開口の周囲に接合された筒状の光ファイバ固定部材とを具備しており、貫通穴が形成された側部の両隅部に位置するネジ取付部は、貫通孔の中心が貫通穴が形成された側部の外側面の延長面と内側面の延長面に挟まれる内側に位置しているとともに、張出部の基部が側部に隣接する他の側部で貫通孔の中心よりも他の側部の中心側に位置するように設けられていることにより、ネジ取付部の貫通孔にネジを挿入して外部電気回路基板に基体をネジ止め固定した際に生じる基体の歪みを、枠体の貫通穴に伝達させにくくすることができ、貫通穴に取り付けられた光ファイバの光入出力端面が光半導体素子の光入出力端面に対して位置ずれすることを防止し、これらの光結合効率が劣化することを防止できる。その結果、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３０】
本発明の光半導体装置は、本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定された光半導体素子と、枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことにより、本発明の光半導体パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体パッケージについて実施の形態の例を示す平面図である。
【図２】図１の光半導体パッケージのＡ−Ａ’線における断面図である。
【図３】図１の光半導体パッケージの要部拡大平面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の光半導体パッケージについて実施の形態の他の例をそれぞれ示す要部拡大平面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は本発明の光半導体装置を外部電気回路基板に実装した状態を示し、（ａ）はネジ取付け部およびその周囲の部分拡大側面図、（ｂ）はネジ取付け部およびその周囲の部分拡大平面図である。
【図６】従来の光半導体パッケージの平面図である。
【図７】図６の光半導体パッケージのＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図８】図６の光半導体パッケージの要部拡大平面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：ネジ取付部
１ｂ−Ａ：基部
１ｃ：貫通孔
２：枠体
２Ａ，２Ｂ：側部
２ＢＯ：側部２Ｂの中心
２ａ：貫通穴
３：固定部材
４：光半導体素子

Claims

上側主面に光半導体素子を載置するための載置部が設けられているとともに隅部に外側に延出して設けられた張出部に貫通孔が形成されて成るネジ取付部を有する略四角形の金属製の基体と、該基体の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように接合され、側部に貫通穴が形成された平面視形状が略四角形の金属製の枠体と、前記貫通穴に嵌着されるかまたは前記貫通穴の枠体外側開口の周囲に接合された筒状の光ファイバ固定部材とを具備した光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記貫通穴が形成された前記側部の両隅部に位置する前記ネジ取付部は、前記貫通孔の中心が前記貫通穴が形成された前記側部の外側面の延長面と内側面の延長面に挟まれる内側に位置しているとともに、前記張出部の基部が前記側部に隣接する他の側部で前記貫通孔の中心よりも前記他の側部の中心側に位置するように設けら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。
請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定された前記光半導体素子と、前記枠体の上面に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする光半導体装置。