JP4025612B2

JP4025612B2 - Optical semiconductor element storage package and optical semiconductor device

Info

Publication number: JP4025612B2
Application number: JP2002273927A
Authority: JP
Inventors: 耕治久保田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-09-19
Also published as: JP2004109683A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の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、および光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来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もいう）を図６に斜視図で示す。同図は、光半導体素子に２方向から光ファイバが接続されて光スイッチ等として用いられる、光半導体素子を収容するための光半導体パッケージの例を示すものである。この光半導体パッケージに光半導体素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置を図７に斜視図で示す。
【０００３】
光半導体パッケージは、上面に光半導体素子17が載置される載置部11ａを有するとともに、外部電気回路基板（図示せず）にネジ止めされるように外周部に設けられたフランジ部11ｂを有する基体11と、載置部11ａを囲繞するように取着され、相対する一両側面に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部という）12ａを有するとともに相対する他両側面の略中央部に光ファイバ18を導入するための貫通孔から成る光ファイバ導入部（以下、導入部という）12ｃを有し、さらに導入部12ｃの相対する外側側面にパイプ取着部（以下、取着部という）12ｂを有する枠体12と、取着部12ｂを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ18を導入部12ｃに導くためのパイプ13と、取付部12ａに嵌着されるとともに上面にメタライズ層14ａと外部リード14ｂとを有する入出力端子14とから主に構成される（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００４】
また、光半導体装置は、図７に示すように載置部11ａの上面に光半導体素子17，光ファイバ整列器（以下、整列器という）16が載置用基台15を介して載置されるとともに、光ファイバ18が導入部12ｃを介してパイプ13から光半導体素子17にかけて導入され、光ファイバ18を整列器16上面の略Ｖ字状のＶ溝16ａに沿って前後させることにより、光ファイバ18と光半導体素子17とが光結合される。光結合した後に、パイプ13の外側の先端部に、外周面の一部にメタライズ層が被着された光ファイバ18のそのメタライズ層の部位を半田付け等により接合し封止する。次に、蓋体19を枠体12の上面にシームウェルドや半田付けにより接合することによって、光半導体パッケージ内部が気密に封止された光半導体装置が作製される。この光半導体装置は光半導体素子17を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２２３９６２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体パッケージにおいては、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ18を光半導体パッケージ内部に導入する場合、複数の光ファイバ18を光半導体パッケージ内部にパイプ13および導入部12ｃを介してそれぞれ挿入し、光半導体素子17に各々の光ファイバ18を光結合させるのは作業性が悪く、手間がかかるとともに非常に困難な作業である。また、上記従来の構成では、光ファイバ18の半田封止工程および蓋体19の封止工程と２度の封止工程を経る必要があり、封止作業に手間がかかり作業の効率が悪いという問題点があった。
【０００７】
また、光ファイバ18を安定して載置固定する部位が整列器16のＶ溝16ａの部位のみであるため、光ファイバ18が複数ある場合には、たとえ１本目の光ファイバ18が光結合できたとしても他の光ファイバ18を光結合させる際に１本目の光ファイバ18の光結合が損なわれ易く、すなわち光軸がずれることがあるため、全ての光ファイバ18の光軸を良好に合わせるのは非常に困難であるという問題点があった。また、作業が非常に煩雑であるため、作業中に光ファイバ18を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【０００８】
また、たとえ複数の光ファイバ18と光半導体素子17とを光結合できたとしても、その後に光ファイバ18をパイプ13に半田付けする工程と、蓋体19を枠体12の上面に接合する工程の少なくとも２つの熱処理工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ18を歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子17と光ファイバ18との光結合がわずかながらも劣化するという問題点もあった。
【０００９】
そのため、従来の光半導体パッケージおよび光半導体装置においては、光半導体素子17の作動性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないことがあるという問題点があった。
【００１０】
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、複数の光ファイバと光半導体素子とを容易に光学的に結合できるとともに光半導体パッケージを容易に気密封止できるようにすることにより、光半導体パッケージの実装工程を簡略化することにある。また、一本の光ファイバはもちろんのこと複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率をも良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得るものとすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光半導体素子が載置される基体と、光半導体素子の載置部を囲んで基体に取着された枠体と、枠体の上面に被着されたメッキ層とを備えている。枠体は、光半導体素子に光学的に結合される複数の光ファイバが通されてロウ付けされる複数の光ファイバ導入溝を有している。枠体の上面における枠体の内周縁に沿った部位にメッキ層の非形成部が設けられている。複数の光ファイバ導入溝は、複数の光ファイバの各々に対応して設けられている。
【００１２】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、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、基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備したことから、従来のように光ファイバをパイプを介して光半導体素子収納用パッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光半導体素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光半導体素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバを半田付けすることが不要となり、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、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。
【００１３】
また、基体および枠体は、露出する表面が略全面にわたって金メッキ層が被着されているとともに、枠体の上面の光ファイバ導入部の両側で枠体の内周縁に沿った部位に、枠体の厚み方向の幅が0.1乃至0.5ｍｍとされ枠体の内周縁に沿った方向の長さが0.1乃至15ｍｍとされた金メッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバを光ファイバ導入部に半田付けする際に光ファイバ導入部から半田が必要以上に流れ出るのを防止して、光ファイバ導入部に適度に半田を溜めることができ、光ファイバ導入部において光ファイバを気密に接合することが可能となる。
【００１４】
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、前記載置部に載置された光半導体素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光半導体素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１５】
本発明の光半導体装置は、このような構成により、気密性に優れ大容量の情報を光伝送することの可能なものとなる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明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斜視図であり、図２は本発明の光半導体パッケージにおける光ファイバ導入部（以下、導入部ともいう）およびその周辺部の部分拡大斜視図である。図１において、１は基体、２は枠体、４は入出力端子であり、これら基体１，枠体２，入出力端子４とで、光半導体素子７（図３）を収容する容器が基本的に構成される。
【００１７】
本発明の光半導体パッケージは、上面に光半導体素子７が載置される載置部１ａを有する基体１と、基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバ８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体９がロウ付けされる枠体２と、枠体２の側部または基体１の枠体２の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａに嵌着された入出力端子４とを具備し、基体１および枠体２は、露出する表面が略全面にわたって金メッキ層が被着されているとともに、枠体２の上面の光ファイバ導入部２ｃの両側で枠体２の内周縁に沿った部位に、枠体２の厚み方向の幅ｄ（図２）が0.1乃至0.5ｍｍとされ枠体２の内周縁に沿った方向の長さｃ（図２）が0.1乃至15ｍｍとされた金メッキ層の非形成部２ｄが設けられている。
【００１８】
本発明の基体１は、光半導体素子７を支持するための支持部材ならびに光半導体素子７から発せられる熱を放散するための放熱板として機能し、その上面の略中央部に光半導体素子７を載置するための載置部１ａを有している。また、基体１の外周部で一対の端部には外部電気回路基板にネジ止めされるように貫通孔から成るフランジ部が形成されている。この基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、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を施すことによって、略四角形等の所定形状に製作される。
【００１９】
また、基体１は、その上面に光半導体素子７が載置される載置部１ａを囲繞するように略四角形等の形状の枠体２が接合されており、枠体２の内側に光半導体素子７を収容するための空所が形成される。この枠体２は、基体１と同様の金属から成り、基体１と同様の加工法で所定形状に加工されて作製される。即ち、枠体２は、その側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部ともいう）２ａが形成され、側部の上面に光ファイバ８（図３）を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る導入部２ｃが形成された形状である。また、枠体２は、その下面が基体１上面に敷設した適度なボリュームを有するプリフォームとされた銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介して基体１上面にロウ付け接合される。その後、基体１および枠体２は露出する表面が略全面にわたってＡｕメッキ層が被着される。
【００２０】
本発明の枠体２に設けられる導入部２ｃは、光ファイバ８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る。この導入部２ｃは、複数の光ファイバ８が取着されるように複数設けられていてもよい。また、導入部２ｃは、枠体２が四角形の場合には一辺に相当する枠部の上面の中央部にあってもよいし、枠部の端部にあってもよいが、光半導体素子７との位置合わせのし易さの点で枠部の上面の中央部にあるのがよい。
【００２１】
導入部２ｃは断面形状が略Ｕ字状の溝から成るが、溝はその内面が光ファイバ８の軸方向の中央部で凹んでいるのが好ましい。この場合、その凹みに半田の溜りが形成されて光ファイバ８が導入部２ｃに強固に接合される。また、その凹みは溝の両端間にわたる溝部であってもよい。
【００２２】
さらに、導入部２ｃを構成する断面形状が略Ｕ字状の溝は、その上端の幅（枠体２の内外面に沿った方向の幅）が、中央部の幅よりも若干狭くなっていることがよい。この場合、溝に通した光ファイバ８が溝から外れにくくなるとともに、光ファイバ８の外周面の大部分を均一の厚さの半田で接合できるため光ファイバ８に加わる歪みを緩和することができる。
【００２３】
枠体２の上面には蓋体９が接合されて光半導体素子７および導入部２ｃを気密に封止するが、蓋体９を接合するためのＡｕ−Ｓｎ半田等の半田９ａ（図３）は、予め枠状に成形されたものを蓋体９の下面に、融着や熱圧着等の方法で固定されている。そして、基体１の上面の載置部１ａに光半導体素子７を樹脂接着剤等で載置固定し、枠体２の取付部２ａに入出力端子４を嵌着し導入部２ｃに光ファイバ８をロウ付けた後、枠体２の上面に蓋体９を載せ、枠体２上面と蓋体９下面の外周部とをシームウェルドにより溶接することによって、気密封止を行うことができる。
【００２４】
このとき、蓋体９に固定された半田９ａはシームウェルドによる熱で溶け、枠体２上面の接触部に濡れ広がるが、導入部２ｃでは枠体２の内外面へ流れ出る傾向がある。枠体２上面のうち導入部２ｃを除く部位では、充分に気密封止できるように半田９ａが濡れ広がるが、導入部２ｃでは半田９ａが流れ出ることにより、半田９ａの量が減少してしまい易い。その場合、光ファイバ８と導入部２ｃと蓋体９との隙間を半田９ａが充分に埋めることができず、ボイドが発生して気密封止が困難になる。そこで、本発明のように、枠体２の上面の導入部２ｃの両側で枠体２の内周縁に沿った部位に金メッキ層の非形成部２ｄ（図２）を設けることにより、導入部２ｃから半田９ａが必要以上に流れ出すのを防ぐことができ、光ファイバ８と導入部２ｃと蓋体９との隙間を半田９ａで確実に過不足なく埋めることができ、光半導体パッケージの気密封止を良好に行なうことができる。
【００２５】
本発明において、金メッキ層の非形成部２ｄは、枠体２の厚み方向の幅（枠体２の枠部の厚み方向の幅）が0.1乃至0.5ｍｍとされ枠体２の内周縁に沿った方向の長さが0.1乃至15ｍｍとされていることにより、導入部２ｃから枠体２の内面へ半田９ａが必要以上に流れ出すのを防ぐことができる。半田９ａの流れ出しを適度に防ぐことで、光ファイバ８と導入部２ｃと蓋体９との隙間を半田９ａで確実に過不足なく埋めることができる。これにより、基体１，枠体２，蓋体９とから主に構成される光半導体パッケージの内部を気密に封止することができる。
【００２６】
非形成部２ｄの幅が0.1ｍｍ未満では、半田９ａの流れ出しが多くなり、光ファイバ８と導入部２ｃと蓋体９との隙間の半田９ａにボイドが発生して、光半導体パッケージの気密性が劣化し易くなる。非形成部２ｄの長さが0.1ｍｍ未満では、同様に、光半導体パッケージの気密性が劣化し易くなる。非形成部２ｄの幅が0.5ｍｍを超えると、枠体２上面の導入部２ｃの両側で枠体２と蓋体９との接合強度が劣化して気密封止が破れ易くなる。非形成部２ｄの長さが15ｍｍを超えると、同様に、枠体２上面の導入部２ｃの両側で枠体２と蓋体９との接合強度が劣化して気密封止が破れ易くなる。
【００２７】
非形成部２ｄは、図４に示すように、枠体２の内面の導入部２ｃ周囲に延設してもよい。この場合、延設部の幅ｄ１は0.1乃至0.5ｍｍであるのがよく、延設部の幅ｄ１が0.1ｍｍ未満であると、導入部２ｃからの半田９ａの流れ出しを有効に防ぐことが困難になる。延設部の幅ｄ１が0.5ｍｍを超えると、非形成部２ｄの面積が必要以上に大きくなり、非形成部２ｄから枠体２が腐食する場合がある。
【００２８】
導入部２ｃが連続した複数の溝からなる場合、図５に示すように、非形成部２ｄの延設部も連続するようにして設けてもよい。
【００２９】
また、非形成部２ｄは、枠体２の外面にあると、非形成部２ｄで枠体２が外部の雰囲気により腐食し易くなるため、非形成部２ｄは枠体２の外面に設けないのがよい。
【００３０】
さらに、枠体２の上面において、非形成部２ｄの枠体２外面側の端から枠体２の外面までの距離が0.5ｍｍ以上であるのがよい。即ち、図２に示すｔ−ｄが0.5ｍｍ以上であるのがよい。この構成により、枠体２上面の非形成部２ｄ付近で光半導体パッケージ内部の気密が破れるのを防止できる。
【００３１】
本発明の非形成部２ｄは、基体１と枠体２とを接合した後にそれらの全面に厚さ0.5〜５μｍ程度の金メッキ層を被着する際に非形成部２ｄとなる部位にレジスト樹脂膜等から成るマスクを設けておく方法、基体１および枠体２の全面に金メッキ層を被着した後に非形成部２ｄとなる部位を研削やエッチングで除去する方法等によって、設けることができる。
【００３２】
また、光半導体パッケージと外部電気回路基板との電気的接続を行うために、枠体２の側部に設けられた取付部２ａに入出力端子４が嵌着されている。この入出力端子４は、その一部に形成されたメタライズ層４ａと光半導体素子７とをボンディングワイヤ（図示せず）で電気的に接続することにより、光半導体素子７に高周波信号を入出力する。この入出力端子４は、高周波信号が伝送する線路導体や接地導体としてのメタライズ層４ａが枠体２の内外を導通するように形成された、略直方体状の誘電体から成る平板部と、この平板部の上面にメタライズ層４ａの一部を間に挟んで接合され、枠体２内外を遮断するように設けられた略直方体状の誘電体から成る立壁部とから成る。平板部および立壁部の材料としては、誘電率や熱膨張係数等の特性を考慮して、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）質焼結体（セラミックス）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体等が適宜選定される。
【００３３】
そして、入出力端子４は以下のようにして作製される。メタライズ層４ａとなるタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを作製する。また、平板部および立壁部となる原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によってセラミックグリーンシートを作製する。次に、このセラミックグリーンシートの所望の部位に、上記金属ペーストを従来周知のスクリーン印刷法により所望のパターンに印刷塗布し、約1600℃の高温で焼結することにより作製される。
【００３４】
また、枠体２の外側に位置するメタライズ層４ａ上面には、光半導体パッケージと外部電気回路基板とを電気的に接続する外部リード４ｂがＡｇロウ等のロウ材を介して接合される。この外部リード４ｂは、入出力端子４との接合を強固なものとするために、入出力端子４の熱膨張係数に近似する材料からなる。例えば、外部リード４ｂは、入出力端子４の平板部がＡｌ₂Ｏ₃セラミックスから成る場合、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金から成る。
【００３５】
なお、メタライズ層４ａおよび外部リード４ｂの露出する部分には、耐蝕性に優れ、ロウ材との濡れ性に優れ、かつワイヤボンディング性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層および厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層を順次メッキ法により被着させるのが良く、この場合酸化腐食を有効に防止できるとともにメタライズ層４ａおよび光半導体素子７をボンディングワイヤで強固に接続できる。
【００３６】
このような本発明の光半導体パッケージは、載置部１ａの上面に光半導体素子７，整列器６が載置用基台５を介して載置されるとともに、光ファイバ８が導入部２ｃを介して外部から光半導体素子７にかけて導入され、光ファイバ８を整列器６上面のＶ溝６ａ上に樹脂接着剤等で載置固定されることにより光半導体素子７に光結合される。その後、下面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ロウ材等の低温ロウ材９ａが融着、熱圧着等により形成されている蓋体９を、導入部２ｃを含む枠体２の上面にシームウェルドによる熱でロウ付けすることにより、光半導体パッケージ内部が気密に封止された光半導体装置が作製される。
【００３７】
この光半導体装置は、導入部２ｃに固定される光ファイバ８の部位の保護用の被覆（樹脂被覆等）を剥がして石英ガラスから成る光ファイバ８の芯線を露出させ、その芯線の外周面の全面にＮｉ，Ａｕ等のメッキ層を順次被着させておくことにより、光ファイバ８の外周面がメッキ層を介して導入部２ｃおよび蓋体９にロウ付けされ導入部２ｃが気密封止されることになる。そして、この光半導体装置は大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【００３８】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００３９】
図１の光半導体パッケージを以下のようにして製作した。縦42ｍｍ×横20ｍｍ×高さ１ｍｍでＣｕ−Ｗ合金から成る直方体状の基体１の上面に、外形寸法が縦32ｍｍ×横20ｍｍ×高さ3.5ｍｍで枠部の厚さｔ（図２）が１ｍｍであるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る枠体２を、Ａｇロウ材で接合した。枠体２には、対向する一対の側部に貫通孔から成る取付部２ａを設けるとともに、対向する他の一対の側部の上面の略中央部に断面形状が略Ｕ字状の溝から成る導入部２ｃを、一つの側部に８個ずつの計16個設けた。導入部２ｃの開口の幅Ａ（図２）は0.2ｍｍとし、深さＢ（図２）は0.3ｍｍとした。
【００４０】
そして、枠体２の非形成部２ｄとなる部位にレジスト樹脂膜から成るマスクを設けておき、その後基体１および枠体２の全面に厚さ２μｍの金メッキ層を被着し、マスクを除去することにより非形成部２ｄを設けた。このとき、下記の表１，表２のように、非形成部２ｄの幅ｄ、長さｃが種々の値となるように設定した。
【００４１】
次に、取付部２ａにＡｌ₂Ｏ₃セラミックスから成る平板部および立壁部とメタライズ層４ａとを有する入出力端子４をＡｇロウ材を介して嵌着し接合した。なお、本実施例は導入部２ｃにおける光ファイバ８の接合および気密性の信頼性を評価するものであるため、入出力端子４は外部電気回路との電気的な接続を行なわず、従って外部リード４ｂは設けなかった。
【００４２】
そして、図３に示すように、基板１の上面の載置部１ａに、載置用基台５，整列器６，光半導体素子７を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低温ロウ材でそれぞれ接合して載置固定し、また、直径が0.125ｍｍの光ファイバ８を導入部２ｃにそれぞれ通して上記低温ロウ材から成る半田９ａで接合固定し、光ファイバ８と光半導体素子７との光結合を行なった。このとき、光ファイバ８を固定するための半田９ａの量は、枠体２と蓋体９とを気密に接合するとともに導入部２ｃと光ファイバ８との隙間を埋めて導入部２ｃを気密封止するのに十分な適宜の量とした。
【００４３】
次に、下面に半田９ａがクラッドされている蓋体９を、導入部２ｃを含む枠体２の上面に半田９ａを介して接合することによって、同時に各光ファイバ８を各導入部２ｃにロウ付けして、光半導体装置の各種試料を作製した。これらの試料においては、導入部２ｃに通してロウ付けされる光ファイバ８の部位において、樹脂から成る保護用の被覆を剥がして石英ガラスから成る光ファイバ８の芯線を露出させ、その芯線の外周面の全面に厚さ１μｍのＮｉメッキ膜および厚さ１μｍのＡｕメッキ膜を順次被着しておき、光ファイバ８の芯線の外周面のＮｉメッキ膜，Ａｕメッキ膜が導入部２ｃにロウ付けされるようにした。
【００４４】
得られた各試料について気密性の評価を以下の手順で行った。まず、各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬しグロスリーク試験を行い、液体中への気泡の発生の有無を評価し、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について、4900Ｐａ（パスカル）で２時間Ｈｅ加圧を行った後にＨｅリーク試験を実施し、即ち光半導体装置の内部にＨｅを加圧侵入させ、その後光半導体装置の外部へ漏れ出てくるＨｅを検出する試験を実施し、Ｈｅの検出量が5.0×10^-9Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃ以下の試料を最終的に良品とし、検出量が5.0×10^-9Ｐａ・ｍ³／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。評価結果を表１，表２に示す。
【００４５】
なお、表１は非形成部２ｄの長さｃを0.1ｍｍとして幅ｄを変化させた10種の試料を各20個ずつ作製して評価した結果であり、表２は幅ｄを0.1ｍｍとして長さｃを変化させた14種の試料を各20個ずつ作製して評価した結果である。
【００４６】
【表１】

【００４７】
【表２】

【００４８】
表１より、幅ｄが0.1ｍｍ未満では導入部２ｃで気密性不良が発生し、0.5ｍｍを超えると枠体２と蓋体９との接合部で気密性不良が発生した。
【００４９】
表２より、長さｃが0.1ｍｍ未満では導入部２ｃで気密性不良が発生し、15ｍｍを超えると枠体２と蓋体９との接合部で気密性不良が発生した。
【００５０】
以上より、非形成部２ｄの幅ｄが0.1乃至0.5ｍｍ、長さｃが0.1乃至15ｍｍであるときに、光半導体装置内部の気密を良好に保持できることが判った。
【００５１】
なお、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行なうことは何等差し支えない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体および枠体は、露出する表面が略全面にわたって金メッキ層が被着されているとともに、枠体の上面の光ファイバ導入部の両側で枠体の内周縁に沿った部位に、枠体の厚み方向の幅が0.1乃至0.5ｍｍとされ枠体の内周縁に沿った方向の長さが0.1乃至15ｍｍとされた金メッキ層の非形成部が設けられていることにより、従来のように光ファイバをパイプを介して光半導体素子収納用パッケージ内部に導入する必要がなく、また光ファイバを導入部に仮固定してパッケージの内部に載置される光半導体素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、光ファイバを枠体上部の光ファイバ導入部に通してロウ付けすることにより、従来のように蓋体を枠体の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けするとともに、パイプを介して光半導体素子収納用パッケージの内部に導入された光ファイバを半田付けすることが不要となり、蓋体を枠体の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部と光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。そのため、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、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。
【００５３】
また、基体および枠体は、露出する表面が略全面にわたって金メッキ層が被着されているとともに、枠体の上面の光ファイバ導入部の両側で枠体の内周縁に沿った部位に、枠体の厚み方向の幅が0.1乃至0.5ｍｍとされ枠体の内周縁に沿った方向の長さが0.1乃至15ｍｍとされた金メッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバを光ファイバ導入部に半田付けする際に光ファイバ導入部から半田が必要以上に流れ出るのを防止して、光ファイバ導入部に適度に半田を溜めることができ、光ファイバ導入部において光ファイバを気密に接合することが可能となる。
【００５４】
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、載置部に載置された光半導体素子と、光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、枠体の上面にロウ付けされた、光半導体素子および光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことにより、気密性に優れ大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【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について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明の光半導体素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部およびその周辺部の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の光半導体装置について実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】従来の光半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図７】従来の光半導体装置の斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：枠体
２ａ：入出力端子取付部
２ｃ：光ファイバ導入部
２ｄ：金メッキ層の非形成部
７：光半導体素子
８：光ファイバ
９：蓋体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor element housing package for housing an optical semiconductor element such as a semiconductor laser (LD) or a photodiode (PD), and an optical fiber after housing the optical semiconductor element in the optical semiconductor element housing package. The present invention relates to an optically coupled optical semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6 is a perspective view of a conventional package for housing an optical semiconductor element (hereinafter also referred to as an optical semiconductor package). The figure shows an example of an optical semiconductor package for housing an optical semiconductor element, which is used as an optical switch or the like by connecting an optical fiber to the optical semiconductor element from two directions. FIG. 7 is a perspective view showing an optical semiconductor device in which an optical semiconductor element is accommodated in this optical semiconductor package and then optically coupled to an optical fiber.
[0003]
The optical semiconductor package has a mounting portion 11a on which an optical semiconductor element 17 is mounted on the upper surface, and a flange portion 11b provided on the outer peripheral portion so as to be screwed to an external electric circuit board (not shown). The substrate 11 is attached so as to surround the mounting portion 11a, and has an input / output terminal mounting portion (hereinafter referred to as a mounting portion) 12a composed of a through hole or a notch portion on one opposite side surface and is opposed to the mounting portion 11a. It has an optical fiber introduction part (hereinafter referred to as an introduction part) 12c composed of a through hole for introducing the optical fiber 18 at the substantially central part of the other both side faces, and a pipe attachment part on the outer side face opposite to the introduction part 12c (Hereinafter, referred to as an attachment portion) 12b having a frame body 12, a pipe 13 that is joined so as to surround the attachment portion 12b and that guides the optical fiber 18 to the introduction portion 12c, and is fitted to the attachment portion 12a And the metallized layer 14a on the top surface And an input / output terminal 14 having an external lead 14b (see, for example, Patent Document 1 below).
[0004]
Further, in the optical semiconductor device, as shown in FIG. 7, an optical semiconductor element 17 and an optical fiber aligner (hereinafter referred to as an aligner) 16 are mounted on the upper surface of the mounting portion 11a via a mounting base 15. In addition, the optical fiber 18 is introduced from the pipe 13 to the optical semiconductor element 17 through the introduction part 12c, and the optical fiber 18 is moved back and forth along the substantially V-shaped V-groove 16a on the upper surface of the aligner 16. The fiber 18 and the optical semiconductor element 17 are optically coupled. After optical coupling, the metallized layer portion of the optical fiber 18 having a metallized layer deposited on a part of the outer peripheral surface is joined and sealed to the outer end of the pipe 13 by soldering or the like. Next, an optical semiconductor device in which the inside of the optical semiconductor package is hermetically sealed is manufactured by joining the lid 19 to the upper surface of the frame 12 by seam welding or soldering. This optical semiconductor device contains the optical semiconductor element 17 in an airtight manner, and is used for high-speed optical communication and the like.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-10-223962
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional optical semiconductor package described above, when a plurality of optical fibers 18 are introduced into the optical semiconductor package in order to optically transmit a large amount of information, the plurality of optical fibers 18 are connected to the pipe 13 and the optical semiconductor package. Inserting the optical fibers 18 through the introduction portions 12c and optically coupling the optical fibers 18 to the optical semiconductor element 17 is inconvenient, laborious and extremely difficult. Further, in the above-described conventional configuration, it is necessary to go through the sealing process of the optical fiber 18 and the sealing process of the lid body 19, and the sealing work is troublesome and the work efficiency is poor. There was a problem.
[0007]
In addition, since the part where the optical fiber 18 is stably placed and fixed is only the part of the V groove 16a of the aligner 16, if there are a plurality of optical fibers 18, the first optical fiber 18 can be optically coupled. Even if other optical fibers 18 are optically coupled, the optical coupling of the first optical fiber 18 is likely to be lost, that is, the optical axes may be shifted, so that the optical axes of all the optical fibers 18 are well aligned. There was a problem that it was very difficult. In addition, since the work is very complicated, there is a problem that the optical fiber 18 is likely to be broken during the work.
[0008]
Further, even if the plurality of optical fibers 18 and the optical semiconductor element 17 can be optically coupled, the step of soldering the optical fiber 18 to the pipe 13 and the step of bonding the lid 19 to the upper surface of the frame 12 At least two heat treatment steps are required, and the heat history at that time generates a stress that distorts the optical fiber 18, and the optical coupling between the optical semiconductor element 17 and the optical fiber 18 is slightly deteriorated. There was also a problem.
[0009]
For this reason, the conventional optical semiconductor package and optical semiconductor device have a problem that the operability of the optical semiconductor element 17 cannot be improved and a large amount of information may not be optically transmitted.
[0010]
Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to easily optically couple a plurality of optical fibers and optical semiconductor elements and to easily hermetically seal an optical semiconductor package. By doing so, the mounting process of the optical semiconductor package is to be simplified. In addition to a single optical fiber, optical signal coupling efficiency between a plurality of optical fibers and an optical semiconductor element can be improved, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably over a long period of time. Is to be.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention includes a base body on which an optical semiconductor element is placed, a frame body that is attached to the base body so as to surround the mounting portion of the optical semiconductor element, and a plating layer that is deposited on the upper surface of the frame body. Yes. The frame has a plurality of optical fiber introduction grooves through which a plurality of optical fibers optically coupled to the optical semiconductor element are passed. A plating layer non-formation part is provided in a portion along the inner peripheral edge of the frame on the upper surface of the frame. The plurality of optical fiber introduction grooves are provided corresponding to each of the plurality of optical fibers.
[0012]
An optical semiconductor element storage package according to the present invention has a base having a mounting portion on which an optical semiconductor element is mounted on an upper surface, and is mounted on the upper surface of the base so as to surround the mounting portion, A frame body having an optical fiber introduction portion formed of a groove having a substantially U-shaped cross section for brazing through an optical fiber, and a lid body brazed on the upper surface, and a side portion of the frame body or a frame of a base body And an input / output terminal fitted in an input / output terminal mounting portion formed of a through-hole or a notch formed in a portion inside the body, so that an optical semiconductor is connected to the optical semiconductor through a pipe as in the prior art. There is no need to introduce into the element storage package, and since the optical fiber can be temporarily fixed to the introduction portion and optically coupled with the optical semiconductor element placed inside the package, it is possible to connect at least one light. Optical coupling between fiber and optical semiconductor element At least one optical fiber with the workability can be very high efficiency can be stably fixed retention. Also, the optical fiber is brazed through the optical fiber introduction part at the top of the frame, so that the lid is YAG welded or brazed to the upper surface of the frame as in the prior art, and the optical semiconductor element is housed via a pipe. It is no longer necessary to solder the optical fiber introduced into the package, and at the same time, the lid is brazed to the upper surface of the frame, and at the same time, between the optical fiber introducing portion and the optical fiber by the same thermal history. Since the hermetic sealing can be realized, since the heat history process is performed only once, the stress generated each time the heat history is applied can be reduced to a level that does not cause the optical fiber to be distorted. Therefore, the optical signal coupling efficiency between the plurality of optical fibers and the optical semiconductor element can be improved, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably over a long period of time.
[0013]
Further, the base body and the frame body are provided with a gold plating layer applied over substantially the entire exposed surface, and the frame body is located at both sides of the optical fiber introduction portion on the upper surface of the frame body along the inner peripheral edge of the frame body. Since the non-formation part of the gold plating layer in which the width in the thickness direction is 0.1 to 0.5 mm and the length in the direction along the inner peripheral edge of the frame is 0.1 to 15 mm is provided, the optical fiber is an optical fiber. When soldering to the lead-in part, it is possible to prevent the solder from flowing out from the optical fiber lead-in part more than necessary, and it is possible to accumulate the solder appropriately in the fiber-optic lead-in part. It becomes possible to do.
[0014]
An optical semiconductor device according to the present invention includes an optical semiconductor element storage package according to the present invention, an optical semiconductor element placed on the mounting portion, and an optical fiber brazed through the optical fiber introduction portion. And a lid body brazed to the upper surface of the frame body for hermetically sealing the optical semiconductor element and the optical fiber introduction portion.
[0015]
With such a configuration, the optical semiconductor device of the present invention is excellent in airtightness and capable of optically transmitting a large amount of information.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The optical semiconductor element housing package and optical semiconductor device of the present invention will be described in detail below. FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of an optical semiconductor package of the present invention, and FIG. 2 is an optical fiber introducing portion (hereinafter also referred to as introducing portion) and its peripheral portion in the optical semiconductor package of the present invention. It is an expansion perspective view. In FIG. 1, 1 is a base, 2 is a frame, 4 is an input / output terminal, and the base 1, the frame 2, and the input / output terminal 4 are basically a container for accommodating an optical semiconductor element 7 (FIG. 3). Constructed.
[0017]
The optical semiconductor package of the present invention is attached to the base 1 having the mounting portion 1a on which the optical semiconductor element 7 is mounted on the upper surface and the mounting surface 1a so as to surround the mounting portion 1a on the upper surface of the base 1. A frame body 2 having an optical fiber introduction portion 2c having a substantially U-shaped cross section for brazing through the optical fiber 8 on the upper surface, and a lid body 9 being brazed on the upper surface; An input / output terminal 4 fitted to an input / output terminal mounting portion 2a formed of a through-hole or a notch formed in a side portion or a portion inside the frame body 2 of the base body 1, and the base body 1 and the frame body 2, the exposed surface is covered with a gold plating layer over substantially the entire surface, and the frame 2 is disposed on both sides of the optical fiber introduction portion 2 c on the upper surface of the frame 2 along the inner peripheral edge of the frame 2. The width d in the thickness direction (FIG. 2) is 0.1 to 0.5 mm and the length in the direction along the inner periphery of the frame 2 c-free portion 2d (FIG. 2) is gold plated layer is 0.1 to 15mm is provided.
[0018]
The substrate 1 of the present invention functions as a support member for supporting the optical semiconductor element 7 and a heat radiating plate for dissipating heat emitted from the optical semiconductor element 7. It has the mounting part 1a for mounting. In addition, a flange portion including a through hole is formed at a pair of end portions on the outer peripheral portion of the base 1 so as to be screwed to the external electric circuit board. The base 1 is made of a metal such as an iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy or a copper (Cu) -tungsten (W) alloy. For example, when the base 1 is made of an Fe-Ni-Co alloy, the ingot By applying a conventionally known metal processing method such as rolling or punching to a predetermined shape such as a substantially square shape.
[0019]
The base body 1 is joined to a frame body 2 having a substantially quadrangular shape or the like so as to surround the mounting portion 1 a on which the optical semiconductor element 7 is mounted. A space for accommodating the element 7 is formed. The frame body 2 is made of the same metal as that of the base body 1 and is manufactured by being processed into a predetermined shape by the same processing method as that of the base body 1. That is, the frame body 2 is formed with an input / output terminal mounting portion (hereinafter also referred to as mounting portion) 2a composed of a through-hole or a notch on a side portion thereof, and an optical fiber 8 (FIG. 3) is passed through the upper surface of the side portion. The cross-sectional shape for brazing is a shape in which an introduction portion 2c composed of a groove having a substantially U shape is formed. The frame body 2 is brazed to the upper surface of the base body 1 via a brazing material such as silver (Ag) brazing, whose lower surface is a preform having an appropriate volume laid on the upper surface of the base body 1. Thereafter, the Au plating layer is applied to the base 1 and the frame 2 so that the exposed surfaces are substantially the entire surface.
[0020]
The introduction part 2c provided in the frame 2 of the present invention is composed of a groove having a substantially U-shaped cross section for brazing through the optical fiber 8. A plurality of introduction portions 2c may be provided so that a plurality of optical fibers 8 are attached. In addition, when the frame body 2 is a quadrangle, the introduction portion 2c may be at the center of the upper surface of the frame portion corresponding to one side or at the end portion of the frame portion. It is preferable to be in the center of the upper surface of the frame portion in terms of easy alignment.
[0021]
The introduction portion 2 c is formed of a groove having a substantially U-shaped cross section, and the groove preferably has an inner surface recessed at the center in the axial direction of the optical fiber 8. In this case, a pool of solder is formed in the recess, and the optical fiber 8 is firmly joined to the introduction portion 2c. Further, the recess may be a groove portion extending between both ends of the groove.
[0022]
Further, the groove having a substantially U-shaped cross section constituting the introduction portion 2c has a width at the upper end (a width in a direction along the inner and outer surfaces of the frame body 2) slightly smaller than the width of the central portion. It is good. In this case, the optical fiber 8 that has passed through the groove is unlikely to come out of the groove, and most of the outer peripheral surface of the optical fiber 8 can be joined with a uniform thickness of solder, so that strain applied to the optical fiber 8 can be reduced. .
[0023]
A lid body 9 is joined to the upper surface of the frame body 2 to hermetically seal the optical semiconductor element 7 and the introduction portion 2c, but a solder 9a such as Au-Sn solder for joining the lid body 9 (FIG. 3). Is fixed to the bottom surface of the lid 9 by a method such as fusion or thermocompression bonding. Then, the optical semiconductor element 7 is placed and fixed on the mounting portion 1a on the upper surface of the base 1 with a resin adhesive or the like, the input / output terminal 4 is fitted into the mounting portion 2a of the frame 2, and the optical fiber 8 is inserted into the introducing portion 2c. After the brazing, the lid 9 is placed on the upper surface of the frame body 2, and the upper surface of the frame body 2 and the outer peripheral portion of the lower surface of the lid body 9 are welded together by seam welding, so that airtight sealing can be performed.
[0024]
At this time, the solder 9a fixed to the lid body 9 is melted by the heat generated by the seam weld and spreads on the contact portion on the upper surface of the frame body 2, but tends to flow out to the inner and outer surfaces of the frame body 2 at the introduction portion 2c. The solder 9a wets and spreads at the portion of the upper surface of the frame body 2 excluding the introduction portion 2c so that it can be sufficiently hermetically sealed, but the amount of the solder 9a tends to decrease due to the solder 9a flowing out at the introduction portion 2c. . In this case, the solder 9a cannot sufficiently fill the gaps between the optical fiber 8, the introduction part 2c, and the lid 9, and voids are generated, making hermetic sealing difficult. Therefore, as in the present invention, the introduction portion 2c is formed by providing the non-formation portion 2d (FIG. 2) of the gold plating layer on the both sides of the introduction portion 2c on the upper surface of the frame body 2 along the inner peripheral edge of the frame body 2. The solder 9a can be prevented from flowing out more than necessary, and the gap between the optical fiber 8, the introducing portion 2c and the lid 9 can be filled with the solder 9a without any excess or deficiency, and the optical semiconductor package is hermetically sealed. Can be performed satisfactorily.
[0025]
In the present invention, the non-formed part 2d of the gold plating layer has a width in the thickness direction of the frame body 2 (width in the thickness direction of the frame part of the frame body 2) of 0.1 to 0.5 mm, and extends along the inner periphery of the frame body 2. By setting the length in the direction to 0.1 to 15 mm, it is possible to prevent the solder 9a from flowing out from the introduction portion 2c to the inner surface of the frame body 2 more than necessary. By appropriately preventing the solder 9a from flowing out, the gap between the optical fiber 8, the introducing portion 2c, and the lid 9 can be reliably filled with the solder 9a without excess or deficiency. Thereby, the inside of the optical semiconductor package mainly comprised from the base | substrate 1, the frame 2, and the cover body 9 can be sealed airtight.
[0026]
When the width of the non-formed portion 2d is less than 0.1 mm, the solder 9a flows out more, and voids are generated in the solder 9a in the gap between the optical fiber 8, the introducing portion 2c, and the lid 9, and the airtightness of the optical semiconductor package Tends to deteriorate. Similarly, if the length of the non-formed portion 2d is less than 0.1 mm, the airtightness of the optical semiconductor package is likely to deteriorate. When the width of the non-formed part 2d exceeds 0.5 mm, the bonding strength between the frame 2 and the lid 9 is deteriorated on both sides of the introduction part 2c on the upper surface of the frame 2, and the hermetic sealing is easily broken. If the length of the non-formed part 2d exceeds 15 mm, similarly, the bonding strength between the frame 2 and the lid 9 is deteriorated on both sides of the introduction part 2c on the upper surface of the frame 2, and the hermetic sealing is easily broken.
[0027]
The non-forming portion 2d may extend around the introduction portion 2c on the inner surface of the frame 2 as shown in FIG. In this case, the width d1 of the extending portion is preferably 0.1 to 0.5 mm. If the width d1 of the extending portion is less than 0.1 mm, it is difficult to effectively prevent the solder 9a from flowing out from the introduction portion 2c. become. If the width d1 of the extended part exceeds 0.5 mm, the area of the non-formed part 2d becomes larger than necessary, and the frame body 2 may corrode from the non-formed part 2d.
[0028]
When the introduction part 2c is composed of a plurality of continuous grooves, as shown in FIG. 5, the extension part of the non-forming part 2d may be provided so as to be continuous.
[0029]
Further, if the non-formed part 2d is on the outer surface of the frame body 2, the non-formed part 2d is likely to be corroded by the outside atmosphere in the non-formed part 2d, so the non-formed part 2d is not provided on the outer surface of the frame body 2. Is good.
[0030]
Furthermore, on the upper surface of the frame body 2, the distance from the outer surface side end of the non-forming part 2 d to the outer surface of the frame body 2 is preferably 0.5 mm or more. That is, td shown in FIG. 2 is preferably 0.5 mm or more. With this configuration, it is possible to prevent the airtightness inside the optical semiconductor package from being broken near the non-formed portion 2d on the upper surface of the frame body 2.
[0031]
The non-formed part 2d of the present invention has a resist resin film on a part that becomes the non-formed part 2d when a gold plating layer having a thickness of about 0.5 to 5 μm is deposited on the entire surface after the base 1 and the frame 2 are joined. The mask can be provided by a method of providing a mask made of the like, or a method of removing a portion to be the non-formed portion 2d by grinding or etching after depositing a gold plating layer on the entire surface of the substrate 1 and the frame 2.
[0032]
In order to make electrical connection between the optical semiconductor package and the external electric circuit board, an input / output terminal 4 is fitted to a mounting portion 2 a provided on the side portion of the frame 2. This input / output terminal 4 inputs and outputs a high-frequency signal to and from the optical semiconductor element 7 by electrically connecting the metallized layer 4a formed in a part thereof and the optical semiconductor element 7 with a bonding wire (not shown). To do. The input / output terminal 4 includes a flat plate portion made of a substantially rectangular parallelepiped dielectric material formed such that a line conductor for transmitting a high-frequency signal and a metallized layer 4a serving as a ground conductor are electrically connected to the inside and outside of the frame 2. It consists of a standing wall portion made of a substantially rectangular parallelepiped dielectric material, which is joined to the upper surface of the flat plate portion with a part of the metallized layer 4a interposed therebetween and is provided so as to block the inside and outside of the frame body 2. As materials for the flat plate portion and the standing wall portion, in consideration of characteristics such as dielectric constant and thermal expansion coefficient, alumina (Al₂O_Three) Sintered sintered body (ceramics), aluminum nitride (AlN) sintered body, etc. are appropriately selected.
[0033]
The input / output terminal 4 is manufactured as follows. A metal paste obtained by adding and mixing an organic solvent and a solvent to a powder of tungsten (W), molybdenum (Mo), manganese (Mn) or the like to be the metallized layer 4a is prepared. Further, an organic binder, a solvent, or the like is added to and mixed with the raw material powder to be the flat plate portion and the standing wall portion to form a paste, and a ceramic green sheet is produced from this paste by a doctor blade method or a calender roll method. Next, the metal paste is printed and applied to a desired portion of the ceramic green sheet by a well-known screen printing method and sintered at a high temperature of about 1600 ° C.
[0034]
Also, external leads 4b that electrically connect the optical semiconductor package and the external electric circuit board are joined to the upper surface of the metallized layer 4a located outside the frame 2 via a brazing material such as Ag brazing. The external lead 4 b is made of a material that approximates the thermal expansion coefficient of the input / output terminal 4 in order to strengthen the joint with the input / output terminal 4. For example, the external lead 4b has a flat plate portion of the input / output terminal 4 made of Al.₂O_ThreeWhen it is made of ceramics, it is made of an Fe—Ni—Co alloy or an Fe—Ni alloy.
[0035]
Note that the exposed portions of the metallized layer 4a and the external leads 4b are metals having excellent corrosion resistance, excellent wettability with a brazing material, and excellent wire bonding properties, specifically, a Ni layer having a thickness of 0.5 to 9 μm. It is preferable that the Au layer having a thickness of 0.5 to 5 μm is sequentially deposited by a plating method. In this case, oxidative corrosion can be effectively prevented and the metallized layer 4a and the optical semiconductor element 7 can be firmly connected by a bonding wire.
[0036]
In such an optical semiconductor package of the present invention, the optical semiconductor element 7 and the aligner 6 are placed on the upper surface of the placement portion 1a via the placement base 5, and the optical fiber 8 leads the introduction portion 2c. The optical fiber 8 is optically coupled to the optical semiconductor element 7 by being placed and fixed on the V groove 6a on the upper surface of the aligner 6 with a resin adhesive or the like. Thereafter, a lid body 9 having a low-temperature brazing material 9a such as gold (Au) -tin (Sn) brazing material formed on the lower surface by fusion bonding, thermocompression bonding, or the like is seamed on the upper surface of the frame body 2 including the introduction portion 2c. By brazing with heat due to the weld, an optical semiconductor device in which the inside of the optical semiconductor package is hermetically sealed is manufactured.
[0037]
In this optical semiconductor device, the protective coating (resin coating or the like) on the portion of the optical fiber 8 fixed to the introducing portion 2c is peeled to expose the core wire of the optical fiber 8 made of quartz glass, and the outer peripheral surface of the core wire is exposed. By sequentially depositing a plated layer of Ni, Au or the like on the entire surface, the outer peripheral surface of the optical fiber 8 is brazed to the introduction part 2c and the lid body 9 via the plating layer, and the introduction part 2c is hermetically sealed. Will be. This optical semiconductor device can optically transmit a large amount of information.
[0038]
【Example】
Examples of the optical semiconductor element storage package of the present invention will be described below.
[0039]
The optical semiconductor package of FIG. 1 was manufactured as follows. On the upper surface of a rectangular parallelepiped base 1 made of Cu-W alloy having a length of 42 mm, a width of 20 mm, and a height of 1 mm, the outer dimensions are 32 mm in length, 20 mm in width, 3.5 mm in height, and the thickness t (FIG. 2). The frame body 2 made of a Fe—Ni—Co alloy having a thickness of 1 mm was joined with an Ag brazing material. The frame body 2 is provided with a mounting portion 2a composed of a through hole in a pair of opposing side portions, and a groove having a substantially U-shaped cross section in the substantially central portion of the upper surface of the other pair of opposing side portions. A total of 16

introduction parts

2c, 8 each, were provided on one side part. The width A (FIG. 2) of the opening of the introduction part 2c was 0.2 mm, and the depth B (FIG. 2) was 0.3 mm.
[0040]
Then, a mask made of a resist resin film is provided on the portion of the frame body 2 where the non-formed portion 2d is formed, and then a gold plating layer having a thickness of 2 μm is deposited on the entire surface of the substrate 1 and the frame body 2 to remove the mask. Thus, the non-formed part 2d was provided. At this time, as shown in the following Tables 1 and 2, the width d and the length c of the non-formed part 2d were set to various values.
[0041]
Next, the mounting portion 2a is made of Al.₂O_ThreeThe input / output terminal 4 having a flat plate portion and a standing wall portion made of ceramics and the metallized layer 4a was fitted and joined via an Ag brazing material. Since the present embodiment evaluates the reliability of the optical fiber 8 bonding and airtightness in the introduction portion 2c, the input / output terminal 4 is not electrically connected to the external electric circuit, and therefore the external lead 4b was not provided.
[0042]
Then, as shown in FIG. 3, the mounting base 5, the aligner 6, and the optical semiconductor element 7 are placed on the mounting portion 1 a on the upper surface of the substrate 1 at a low temperature such as tin (Sn) -lead (Pb) solder. Each of the optical fibers 8 having a diameter of 0.125 mm is passed through the introduction portion 2c and bonded and fixed by the solder 9a made of the low-temperature brazing material. Was optically coupled. At this time, the amount of solder 9a for fixing the optical fiber 8 is such that the frame body 2 and the lid body 9 are hermetically bonded and the gap between the introduction portion 2c and the optical fiber 8 is filled to hermetically seal the introduction portion 2c. Appropriate amount sufficient to stop.
[0043]
Next, the lid 9 with the solder 9a clad on the lower surface is joined to the upper surface of the frame 2 including the introduction portion 2c via the solder 9a, so that each optical fiber 8 is simultaneously connected to the introduction portion 2c. In addition, various samples of the optical semiconductor device were produced. In these samples, at the portion of the optical fiber 8 that is brazed through the introduction portion 2c, the protective coating made of resin is peeled off to expose the core wire of the optical fiber 8 made of quartz glass, and the outer periphery of the core wire A 1 μm thick Ni plating film and a 1 μm thick Au plating film are sequentially deposited on the entire surface, and the Ni plating film and the Au plating film on the outer peripheral surface of the core of the optical fiber 8 are brazed to the introduction portion 2c. It was made to be.
[0044]
Each sample obtained was evaluated for airtightness by the following procedure. First, each sample is immersed in a highly volatile liquid such as florinate, and a gross leak test is performed to evaluate the presence or absence of bubbles in the liquid. Were considered defective. Furthermore, the He leak test was performed on the sample that was a non-defective product in the gross leak test at 4900 Pa (Pascal) for 2 hours, and the He leak test was performed. A test to detect He leaking out of the semiconductor device is conducted, and the detected amount of He is 5.0 × 10^-9Pa · m^Three/ Sec or less is finally good, and the detection amount is 5.0 × 10^-9Pa · m^ThreeA sample exceeding / sec was regarded as a defective product. The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.
[0045]
Table 1 shows the results of the evaluation of 20 samples of 10 kinds each of which the length c of the non-formed portion 2d is 0.1 mm and the width d is changed. Table 2 shows the results when the width d is 0.1 mm. It is the result of producing and evaluating 20 samples of 14 types with different lengths c.
[0046]
[Table 1]

[0047]
[Table 2]

[0048]
According to Table 1, when the width d is less than 0.1 mm, poor airtightness occurs at the introduction portion 2 c, and when it exceeds 0.5 mm, poor airtightness occurs at the joint between the frame body 2 and the lid body 9.
[0049]
From Table 2, when the length c is less than 0.1 mm, an airtight defect occurs at the introduction portion 2c, and when the length c exceeds 15 mm, an airtight defect occurs at the joint between the frame body 2 and the lid body 9.
[0050]
From the above, it has been found that when the width d of the non-formed part 2d is 0.1 to 0.5 mm and the length c is 0.1 to 15 mm, the airtightness inside the optical semiconductor device can be satisfactorily maintained.
[0051]
The present invention is not limited to the above-described embodiment and examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0052]
【The invention's effect】
In the package for housing an optical semiconductor element of the present invention, the base and the frame have a gold plating layer deposited over the entire exposed surface, and the inside of the frame is formed on both sides of the optical fiber introduction portion on the upper surface of the frame. A non-formation portion of the gold plating layer in which the width in the thickness direction of the frame is 0.1 to 0.5 mm and the length in the direction along the inner periphery of the frame is 0.1 to 15 mm is provided at a portion along the periphery. As a result, there is no need to introduce an optical fiber into a package for housing an optical semiconductor element through a pipe as in the prior art, and an optical semiconductor that is temporarily fixed to the introduction portion and placed inside the package. Since it can be optically coupled with the element accurately, the workability of optical coupling between at least one optical fiber and the optical semiconductor element can be made very efficient, and at least one optical fiber can be fixed stably. It can be held. Also, the optical fiber is brazed through the optical fiber introduction part at the top of the frame, so that the lid is YAG welded or brazed to the upper surface of the frame as in the prior art, and the optical semiconductor element is housed via a pipe. It is no longer necessary to solder the optical fiber introduced into the package, and at the same time, the lid is brazed to the upper surface of the frame, and at the same time, between the optical fiber introducing portion and the optical fiber by the same thermal history. Since the hermetic sealing can be realized, since the heat history process is performed only once, the stress generated each time the heat history is applied can be reduced to a level that does not cause the optical fiber to be distorted. Therefore, the optical signal coupling efficiency between the plurality of optical fibers and the optical semiconductor element can be improved, and the optical semiconductor element can be operated normally and stably over a long period of time.
[0053]
Further, the base body and the frame body are provided with a gold plating layer applied over substantially the entire exposed surface, and the frame body is located at both sides of the optical fiber introduction portion on the upper surface of the frame body along the inner peripheral edge of the frame body. Since the non-formation part of the gold plating layer in which the width in the thickness direction is 0.1 to 0.5 mm and the length in the direction along the inner peripheral edge of the frame is 0.1 to 15 mm is provided, the optical fiber is an optical fiber. When soldering to the lead-in part, it is possible to prevent the solder from flowing out from the optical fiber lead-in part more than necessary, and it is possible to accumulate the solder appropriately in the fiber-optic lead-in part. It becomes possible to do.
[0054]
An optical semiconductor device according to the present invention includes an optical semiconductor element storage package according to the present invention, an optical semiconductor element mounted on a mounting portion, an optical fiber brazed through an optical fiber introduction portion, and a frame. By providing a lid body hermetically sealing the optical semiconductor element and the optical fiber introduction part brazed to the upper surface of the body, it is possible to optically transmit a large amount of information with excellent airtightness Become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an example of an embodiment of an optical semiconductor element housing package of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged perspective view of an optical fiber introducing portion and its peripheral portion in the optical semiconductor element housing package of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of an embodiment of an optical semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view showing another example of the embodiment of the optical semiconductor element housing package of the present invention.
FIG. 5 is a perspective view showing another example of the embodiment of the package for housing an optical semiconductor element of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view of a conventional package for housing an optical semiconductor element.
FIG. 7 is a perspective view of a conventional optical semiconductor device.
[Explanation of symbols]
1: Substrate
1a: Placement part
2: Frame
2a: Input / output terminal mounting part
2c: Optical fiber introduction part
2d: Gold plating layer non-formation part
7: Optical semiconductor element
8: Optical fiber
9: Lid

Claims

A substrate on which the optical semiconductor element is placed;
A plurality of optical fibers optically coupled has a plurality of optical fibers introducing groove to be brazed are passing on the optical semiconductor element, the base body surrounds the mounting portion of the optical semiconductor element A frame that is attached and the lid is brazed;
A plating layer deposited on the upper surface of the frame ,
A non-forming portion of the plating layer is provided in a portion along the inner peripheral edge of the frame body on the upper surface of the frame body;
The optical semiconductor element housing package, wherein the plurality of optical fiber introduction grooves are provided corresponding to each of the plurality of optical fibers.

2. The optical semiconductor element housing package according to claim 1, wherein an inner surface of each of the plurality of optical fiber introduction grooves is recessed at a central portion in the axial direction of each of the plurality of optical fibers.

The optical semiconductor element storage package according to claim 1 or 2 ,
An optical semiconductor element mounted on the substrate ;
Is optically coupled to the optical semiconductor element, a plurality of optical fibers brazed is passed through a plurality of optical fibers introducing groove,
A brazed lid on the upper surface of the frame,
An optical semiconductor device comprising: