JP4373831B2 - 電子部品収納用パッケージおよび電子装置 - Google Patents

Description

本発明は電子部品を収納するための電子部品収納用パッケージに関し、特に電子部品収納用パッケージの枠体に設けられる入出力端子を改良したものに関する。

従来の、マイクロ波帯やミリ波帯等の高周波信号を用いる半導体素子や、レーザダイオード（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を収納するための電子部品収納用パッケージ（以下、パッケージという）を図４に示す。同図において、101は基体、102は枠体、130は入出力端子、105は半導体素子または光半導体素子を示す。これら基体101、枠体102、入出力端子130とで、半導体素子105を収容するパッケージが基本的に構成される。

また、図５はこのパッケージの入出力端子130を示す拡大図であり、（ａ）は入出力端子130の正面図、（ｂ）はその側面図を示す。

基体101は、上側主面に半導体素子105を載置する載置部101ａを有し、載置部101ａには半導体素子105が金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）ロウ材等の接着剤により接着固定されるものであり、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成る。

枠体102は、基体101の上側主面に載置部101ａを囲繞するように銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材で接合され、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る。

枠体102の一側部には複数の貫通孔102ａが形成され、その貫通孔102ａよりも小さい開口形状の複数の貫通穴103ａが貫通孔102ａと同じ配置で両主面間を貫通するように形成されたセラミックスから成る平板部103および複数の貫通穴103ａにそれぞれ挿着された複数のリード端子104から成る入出力端子130が、複数の貫通孔102ａにリード端子104がそれぞれ挿通されるとともに入出力端子130の平板部103の一主面が枠体102の側部の外面にロウ付けされて接合される。

この入出力端子130は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３），窒化アルミニウム（ＡｌＮ），ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）等を焼結させたセラミックスから成る平板部103およびリード端子104から構成され、平板部103にはリード端子104を挿着するための複数の貫通穴103ａが形成されている。また、枠体102に接合する側の一主面にはモリブデン（Ｍｏ）−マンガン（Ｍｎ），タングステン（Ｗ）等から成る金属ペーストを焼結したメタライズ層（図示せず）が形成され、枠体102にＡｇロウ等のロウ材107で接合される。

リード端子104は、入出力端子130の貫通穴103ａにＡｇロウ等のロウ材107を介して接合され、外部電気回路と半導体素子105との高周波信号の入出力を行なうものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る。

リード端子104は、図５に示すように、平板部103の枠体102に接合される一主面と対向する他主面の貫通穴103ａの周囲に、Ｍｏ−Ｍｎ，Ｗ等から成る金属ペーストを焼結した円環状のメタライズ層106が形成されており、このメタライズ層106にＡｇロウ等のロウ材107を介して接合される。

パッケージが光半導体素子収納用パッケージである場合は、枠体102の他の側部にはさらに貫通孔が形成され、この貫通孔に筒状の光ファイバ固定部材108が嵌着されている。この光ファイバ固定部材108は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ合金のインゴット（塊）をプレス加工することにより所定の筒状に製作される。光ファイバ固定部材108は、光ファイバ（図示せず）を挿通可能な貫通孔を有する筒体であり、枠体102内側の端部がサファイアやガラス等の透光性材料から成る窓部材で塞がれており、外側端部から光ファイバの一端が挿通固定される。また、光ファイバはその先端部に金属製フランジが設けられており、金属製フランジを光ファイバ固定部材108の外側端部にＹＡＧレーザ溶接法等で溶接することにより枠体102に固定される。これにより、光ファイバを介して内部に収容する光半導体素子105と外部との光信号の授受が可能となる。

また、リード端子104の枠体102外側の部位は、外部電気回路との高周波信号の入出力を行なう機能を有し、外部装置にそのままロウ付等で接合される。リード端子104の枠体102内側の部位には、光半導体素子105と電気的に接続するためのボンディングワイヤが接合される。

そして、基体101の載置部101ａに光半導体素子105を接着固定し、光半導体素子105の電極をボンディングワイヤを介してリード端子104に接続する。次に、枠体102の上面に蓋体を接合し、基体101と枠体102と入出力端子130と蓋体とから成る容器内部に、光半導体素子105を気密に収容する。最後に、枠体102の光ファイバ固定部材108に光ファイバの一端を挿通させるとともに、これを半田等の接着剤やレーザ溶接によって接合し、光ファイバを枠体102に固定することによって、最終製品としての光半導体装置となる。そして、光ファイバを介して内部に収容する光半導体素子105と外部との光信号の授受が可能となる。
特開2003−69128号公報

しかしながら、従来のパッケージにおいては、近時のパッケージの高集積化に対応させるため、入出力端子130に設けられるリード端子104の数が増える傾向にあり、リード端子104同士の間隔が狭くなる傾向にある。そのため、平板部103に形成されたメタライズ層106の隣接するものが互いに電気的に短絡してしまい易くなってきた。メタライズ層106の隣接するものが互いに電気的に短絡すると、入出力端子130を介して光半導体素子105に高周波信号を入出力できなくなり、光半導体素子105を作動させることができなくなるという問題点を有していた。

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、入出力端子において隣接するメタライズ層同士の電気的短絡の発生を防止して、電子部品を正常かつ安定に作動させることにある。

本発明の電子部品収納用パッケージは、上側主面に電子部品が載置される載置部を有する基体と、前記載置部を囲繞するとともに側部に貫通孔が形成された枠体と、両主面間を貫通するように複数形成された貫通穴を有するセラミックスから成る平板部および前記複数の貫通穴にそれぞれ挿着された複数のリード端子を有し、前記貫通孔に前記リード端子がそれぞれ挿通されるように前記平板部が前記側部に取着された入出力端子とを具備している電子部品収納用パッケージにおいて、前記平板部は、前記各貫通穴の開口の周囲に横方向の長さよりも上下方向の長さが長いメタライズ層が形成されているとともに、上下方向よりも横方向の長さが長い長円形状の前記貫通穴が形成されており、前記メタライズ層に、断面形状が前記貫通穴に相似の長円形状の前記リード端子が取着されていることを特徴とする。

本発明の電子装置は、上記構成の電子部品収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力端子に電気的に接続された電子部品と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように接合された蓋体とを具備していることを特徴とする。

本発明の電子部品収納用パッケージは、上側主面に電子部品が載置される載置部を有する基体と、載置部を囲繞するとともに側部に貫通孔が形成された枠体と、両主面間を貫通するように複数形成された貫通穴を有するセラミックスから成る平板部および複数の貫通穴にそれぞれ挿着された複数のリード端子を有し、貫通孔にリード端子がそれぞれ挿通されるように平板部が側部に取着された入出力端子とを具備しており、平板部は、各貫通穴の開口の周囲に横方向の長さよりも上下方向の長さが長いメタライズ層が形成されているとともに、上下方向よりも横方向の長さが長い長円形状の貫通穴が形成されており、このメタライズ層にリード端子が取着されていることにより、近時のパッケージの高集積化に対応させるため、入出力端子に設けられるリード端子を高密度にして数を増やし、メタライズ層の左右方向の幅を狭めても、平板部にロウ材を介してリード端子を強固かつ気密に接合させるとともに、平板部に形成されたメタライズ層の隣接するものが互いに電気的短絡することを防止できる。その結果、入出力端子を介して電子部品に良好に高周波信号を入出力させることができ、電子部品を正常かつ安定に作動させることができる。

本発明の電子装置は、上記構成の電子部品収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに入出力端子に電気的に接続された電子部品と、枠体の上面に枠体の内側を塞ぐように接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明のパッケージを用いた信頼性の高い電子装置を提供できる。

本発明の電子部品収納用パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて電子部品としてＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子を用いる場合の実施の形態の例を示す上面図である。また、図２は図１のパッケージの入出力端子の拡大図であり、（ａ）は入出力端子の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。なお、以下では電子部品に光半導体素子を用いる場合を例として示すが、本発明のパッケージは、光半導体素子の他にも信号処理用の半導体素子や圧電振動子その他各種の電子部品を搭載する電子部品収納用パッケージとすることが可能である。

本発明の基体１は、その上側主面にＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子５が載置される電子部品の載置部１ａを有する四角形の形状である。この基体１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｃｕ−Ｗ等の金属材料や、Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２等を焼結させたセラミックス（焼結体）から成る。金属材料から成る場合、例えば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴット（塊）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所定の形状に製作される。一方、セラミックスから成る場合、その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なし、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となし、しかる後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層し焼成することによって作製される。

なお、基体１が金属材料から成る場合、その表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層をメッキ法により順次被着しておくのがよく、基体１が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、基体１の上側主面の載置部１ａに光半導体素子５を強固に接着固定することができる。一方、基体１がセラミックスから成る場合、光半導体素子５を載置する載置部１ａにメタライズ層を形成しておき、その表面に耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ0.5〜９μｍのＮｉ層と厚さ0.5〜５μｍのＡｕ層をメッキ法により順次被着しておくのがよく、基体１の上側主面の載置部１ａに光半導体素子５を強固に接着固定することができる。

枠体２は、基体１の上側主面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部に複数の貫通孔２ａが形成された平面視形状が四角枠状の金属製のものである。この枠体２は好ましくはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成り、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴットをプレス加工等により所定の枠状となすことによって製作される。また、枠体２の他の側部にはさらに他の貫通孔２ｂが形成され、内部に収容する光半導体素子５との間で光信号を授受するための光ファイバが挿通固定される筒状の光ファイバ固定部材８が貫通孔２ｂに嵌着され、Ａｇロウ等のロウ材を介して接合される。

入出力端子30は、枠体２の貫通孔２ａと同じ開口形状の貫通穴３ａが貫通孔２ａと同じ配置で両主面間を貫通するように複数形成されたＡｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２等を焼結したセラミックスから成る平板部３および複数の貫通穴３ａにそれぞれ挿着された複数のリード端子４から成り、複数の貫通孔２ａに複数のリード端子４がそれぞれ挿通されるとともに平板部３の一主面が枠体２側部の外面にロウ付されている。

リード端子４は、入出力端子30の貫通穴３ａに挿通され、Ａｇロウ等のロウ材を介して平板部３にロウ付けされ、外部電気回路と光半導体素子５との高周波信号の入出力を行なうものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属材料から成る。

貫通孔２ａおよび貫通穴３ａの形状は、円形，長円形，楕円形，四角形等の多角形等種々の形状と為しえるが、リード端子４の断面形状に相似な形状とするのがよい。リード端子４の断面形状と相似な形状とすることにより、リード端子４を貫通孔２ａおよび貫通穴３ａそれぞれに挿通しやすくなるとともに、貫通孔２ａまたは貫通穴３ａの内壁とリード端子４とが同軸状に配置されるので、高周波信号線路として設計し易いものとなる。また、好ましくは貫通孔２ａ，貫通穴３ａおよびリード端子４の断面形状は、円形，長円形または楕円形等の角を有さない形状がよい。これら形状は、加工が容易であるとともに角に応力が集中しにくい形状であるので、角に集中した応力によりクラックを生じにくく、パッケージの気密性を保つ上でも好ましい。

平板部３は、具体的には、図２に示すように、平板部３の枠体２にロウ付けされる一主面と対向する他主面の各貫通穴３ａの周囲に、Ｍｏ−Ｍｎ，Ｗ等から成る金属ペーストを焼結することによって形成された横方向の長さよりも上下方向の長さが長いメタライズ層６が形成されているとともに、このメタライズ層６にリード端子４がＡｇロウ等のロウ材７を介してロウ付けされている。

横方向の長さよりも上下方向の長さが長いメタライズ層６により、近時のパッケージの高集積化に対応させるため、入出力端子30に設けられるリード端子４の数を高密度に配して増やし、メタライズ層６の横方向の幅を狭めても、平板部３にロウ材７を介してリード端子４を強固かつ気密に接合することができる。すなわち、メタライズ層６の横方向の幅を狭めることで、リード端子４の横に形成されるロウ材７のメニスカスが小さいものとなるが、上下方向に長いメタライズ層６により、リード端子４の上下に形成されるロウ材７のメニスカスが大きいものとなり、平板部３にロウ材７を介してリード端子４を強固かつ気密にロウ付けすることができる。

また、平板部３に形成されたメタライズ層６の横方向の長さを狭めることで、メタライズ層６の隣接するもの同士の間に隙間を設けることができ、互いに電気的短絡することを防止できる。その結果、入出力端子30を介して電子部品に良好に高周波信号を入出力させることができ、電子部品すなわち光半導体素子５を正常かつ安定に作動させることができる。

入出力端子30の平板部３は、好ましくはＡｌ_２Ｏ_３質セラミックスから成り、図２に示すようにリード端子４を挿入するための貫通穴３ａを有している。また、枠体２に接合される側の一主面（接合面）にはＭｏ−Ｍｎ，Ｗ等から成る金属ペーストを焼結したメタライズ層（図示せず）が形成され、枠体２の外面にＡｇロウ等のロウ材でロウ付けされる。入出力端子30の平板部３の横方向の長さは、光半導体素子５の仕様および寸法に応じて適宜設定されるが、具体的には18〜30ｍｍ程度である。

また、枠体２がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合、入出力端子30の平板部３がＡｌ_２Ｏ_３質セラミックスから成ると、枠体２の熱膨張係数が10〜11×10^−６／℃となり、平板部３の熱膨張係数が７〜８×10^−６／℃となって、これらの熱膨張係数が近似しているので好ましく、これらを接合する際にこれらの熱膨張係数の差により発生する応力をより小さくして確実にクラックや割れの発生を防止できる。

また入出力端子30は、図３に正面図で示すように、貫通穴３ａの開口形状は上下方向の長さよりも横方向の長さが長い長円形状で、かつリード端子４の断面形状が貫通穴３ａに嵌合する相似の長円形状であるようにようにする。この構成により、リード端子４の上下方向の厚さを薄くすることができ、リード端子４の横に形成されるロウ材７のメニスカスを必要最小限の大きさに留め、横方向に隣接するメタライズ層６にロウ材７が流れてしまうのを防止することができる。よって、平板部３にロウ材７を介してリード端子４をより強固かつ気密に接合させるとともに、平板部３に形成されたメタライズ層６の隣接するもの同士が互いに電気的な短絡を生じてしまうことを防止することができる。

また、図３の構成においては、入出力端子30に断面形状が横方向に長円形状のリード端子４を挿着させても、リード端子４が周方向に傾いて取り付けられるのを有効に防止でき、リード端子４の枠体２内側の先端部の直線部が、常に水平に保持される。そのため、光半導体素子５の電極とリード端子４とを電気的に接続するボンディングワイヤのリード端子４側の接合面が水平から傾いて実装できなくなるのを防止することができる。従って、ボンディングワイヤを確実かつ強固に実装させることができ、光半導体素子５と入出力端子30との間で高周波信号の伝送特性が常に良好となる。

光ファイバ固定部材８は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ合金のインゴット（塊）をプレス加工等することにより所定の筒状に製作される。この光ファイバ固定部材８は、光ファイバ（図示せず）を挿通可能な貫通孔を有する筒体であり、枠体２内側の端部がサファイアやガラス等の透光性材料から成る窓部材で塞がれており、外側端部から光ファイバの一端が挿通固定される。また、光ファイバは、その先端部に金属製フランジが設けられており、その金属製フランジをＹＡＧレーザ溶接法等で光ファイバ固定部材８の外側端部に溶接することにより枠体２に固定される。これにより、光ファイバを介して内部に収容する光半導体素子５と外部との光信号の授受が可能となる。

また、リード端子４の枠体２外側の部位は、外部電気回路との高周波信号の入出力を行なう機能を有し、外部装置にそのままロウ付け等で接合される。リード端子４の枠体２内側の部位には、光半導体素子５と電気的に接続するためのボンディングワイヤが接続される。

そして、基体１の載置部１ａに光半導体素子５が接着固定され、光半導体素子５の電極をボンディングワイヤを介してリード端子４に接続する。次に、枠体２の上面に枠体２の内側を塞ぐように蓋体を接合し、基体１と枠体２と入出力端子30と蓋体とから成る容器内部に、光半導体素子５を気密に収容する。最後に、枠体２の光ファイバ固定部材８に光ファイバの一端を挿通させるとともに、これを半田等の接着剤やレーザ溶接によって接合し、光ファイバを枠体２に固定することによって、最終製品としての電子部品である光半導体素子５を収納した光半導体装置となる。そして、本発明の電子部品収納用パッケージを用いることにより、小型で多数の信号を入出力できる入出力端子30を備えた多機能な光半導体装置となる。

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あれば種々の変更は可能である。例えば、入出力端子30の平板部３は、ガラスや樹脂等のセラミックス以外の絶縁体から成っていてもよい。

本発明の電子部品収納用パッケージの実施の形態の一例を示す平面図である。 図１の電子部品収納用パッケージの入出力端子の実施の形態の一例を示し、（ａ）は入出力端子の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。 本発明の電子部品収納用パッケージの入出力端子の実施の形態の他の例を示す正面図である。 従来の電子部品収納用パッケージの例を示す平面図である。 図４の電子部品収納用パッケージの入出力端子を示し、（ａ）は入出力端子の正面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。

符号の説明

１：基体
１ａ：載置部
２：枠体
３：平板部
３ａ：貫通穴
４：リード端子
５：電子部品（光半導体素子）
６：メタライズ層
７：ロウ材
30：入出力端子

Claims (2)

1. 上側主面に電子部品が載置される載置部を有する基体と、前記載置部を囲繞するとともに側部に貫通孔が形成された枠体と、両主面間を貫通するように複数形成された貫通穴を有するセラミックスから成る平板部および前記複数の貫通穴にそれぞれ挿着された複数のリード端子を有し、前記貫通孔に前記リード端子がそれぞれ挿通されるように前記平板部が前記側部に取着された入出力端子とを具備している電子部品収納用パッケージにおいて、前記平板部は、前記各貫通穴の開口の周囲に横方向の長さよりも上下方向の長さが長いメタライズ層が形成されているとともに、上下方向よりも横方向の長さが長い長円形状の前記貫通穴が形成されており、前記メタライズ層に、断面形状が前記貫通穴に相似の長円形状の前記リード端子が取着されていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
2. 請求項１記載の電子部品収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記入出力端子に電気的に接続された電子部品と、前記枠体の上面に前記枠体の内側を塞ぐように接合された蓋体とを具備していることを特徴とする電子装置。
   

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