JP4739975B2

JP4739975B2 - 光半導体素子用パッケージ

Info

Publication number: JP4739975B2
Application number: JP2006038800A
Authority: JP
Inventors: 滋松下
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2006-02-16
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: JP2007220843A

Description

本発明は光半導体素子用パッケージに係り、さらに詳しくは、光通信装置や光ディスク装置などに適用される半導体レーザ素子などが実装される光半導体素子用パッケージに関する。

従来、半導体レーザ素子などの光半導体素子が実装される光半導体素子用パッケージがある。従来の光半導体素子用パッケージの一例としては、特許文献１には、主面に凹部を有すると共に、その凹部に隣接して主面から突出するブロック部を有するステムにリードが設けられたものが記載されている。また、特許文献２には、ステムとその上に突出するヒートシンクを一体化して形成し、ステムにリードを設け、さらにステムの一部を半リング状に分離できるようにしたものが記載されている。

一般的には、リードはガラス封着によってステムの挿通孔に固定されるが、近年では、リードが樹脂封着によってステムの挿通孔に固定される樹脂封着タイプの光半導体素子用パッケージが開発されている。そのような樹脂封着タイプの光半導体素子用パッケージの製造方法は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、まず、金属薄板を折り曲げるなどして加工することにより、薄板状の素子実装部１００ａが立設して開口部１００ｘ及び挿通孔１００ｙが設けられたキャップ状のアイレット１００を形成する。さらに、アイレット１００の下面にアースリード４００を溶接した後に、アイレット１００の挿通孔１００ｙに信号線リード３００を樹脂材２００によって封着して挿通させて固定すると同時に、アイレット１００の内部を樹脂材２００で封止する。

そして、素子実装部１００ａの実装側面に半導体レーザ素子（不図示）が実装され、半導体レーザ素子がワイヤなどを介して所定のリード３００，４００に電気接続される。

上記したような樹脂封着タイプの光半導体素子用パッケージは特許文献３に詳細に記載されている。
特開２００４−１７９４９４号公報実開昭６２−８６５５号公報特開２００２−９１８９号公報

しかしながら、上記した樹脂封着タイプの光半導体素子用パッケージでは、金属薄板を折り曲げるなどしてアイレット１００を形成することから素子実装部１００ａは薄板部として形成されて十分な表面積・体積を確保できないので、十分な放熱性が得られず、高い放熱性が要求される光半導体素子のパッケージに適用することは困難である。

また、半導体レーザ素子の光出力をモニタする受光素子を実装する場合、受光素子を半導体レーザ素子の下方のステム上に配置する必要があるが、ステム１００のその部分は開口部１００ｘとなって樹脂材２００が充填されているので、実装場所がなく、その要求に対応することができない。

本発明は以上の課題を鑑みて創作されたものであり、リードが樹脂封着されるタイプの光半導体素子用パッケージにおいて、十分な放熱性が得られると共に、発光素子ばかりではなくその光出力をモニタする受光素子を実装できる光半導体素子用パッケージを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は光半導体素子用パッケージに係り、半円状の基体部と、前記基体部の両端部にそれぞれ繋がる側部とを備えたＵ字状の放熱部と、前記放熱部の両端側の前記側部に一体となって繋がる連結部と、前記放熱部と前記連結部との間に配置された開口部と、前記放熱部の前記開口部側に設けられて発光素子を実装するための実装側面と、前記実装側面の下部から前記開口部の内側に突出して形成された、受光素子を実装するための実装部とを含むステムと、前記ステムの開口部に、樹脂材によって相互に絶縁された状態で封着された複数のリードとを有し、前記ステムの裏面の中央部に該裏面の周縁部より底面が高くなった底上げ部が設けられて、前記ステムの裏面の前記周縁部に枠部が構成され、前記底上げ部の前記底面が粗面化されており、前記樹脂材は前記ステムの前記開口部から前記底上げ部の前記底面に形成されていることを特徴とする。

本発明の光半導体素子用パッケージのステムは、金属立体を鍛造技術（プレス加工）によって成形することによって得られるものであり、放熱部とその両端部に一体となって繋がる連結部とにより基本構成され、内部に一括した開口部が設けられている。放熱部の開口部側の側面は発光素子を実装するための実装側面となっており、実装側面の下部には開口部の内側に突出する、受光素子を実装するための実装部が設けられている。そして、リードがステムの開口部に樹脂材によって封着されて固定されている。好適な態様では、複数のリードが樹脂材の各挿通孔を挿通して設けられ、樹脂材で相互に電気絶縁された状態で固定される。

このように、本発明の光半導体素子用パッケージはリードがステムの開口部に樹脂封着されるタイプのものであり、ステムを金属立体から構成するようにしたことから放熱部が十分な表面積及び体積を有するので、高い放熱性が要求される発光素子を実装する場合であっても十分な放熱性を得ることができる。

また、金属立体を鍛造技術（プレス加工）によって一体成形してステムを製造することから放熱部の実装側面の下部に受光素子を実装するための実装部を容易に設けることができるので、発光素子の光出力をモニタする受光素子を実装する場合であっても容易に対応することができる。

以上説明したように、本発明では、リードを樹脂封着するタイプの光半導体素子用パッケージにおいて、十分な放熱性が得られると共に、発光素子の光出力をモニタする受光素子を実装するための実装部を容易に設けることができる。

以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

図２（ａ）は本発明の実施形態の光半導体素子用パッケージのステムを示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の斜視図、図３は図２（ａ）及び（ｂ）を下側からみた斜視図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の光半導体素子用パッケージに使用されるステム１０は、厚みが１〜２．５ｍｍの金属立体が鍛造技術（プレス加工）によって一体成形されて得られるものであり、略円状の金属立体の内部に開口部１０ｘが設けられたリング形状となっている。ステム１０は、Ｕ字状の放熱部１２とそれを閉じるように放熱部の１２の両端に一体となって繋がる連結部１４とによって基本構成される。放熱部１２は、略半円状の基体部１２ａの両端側から側部１２ｂがそれぞれ突出して繋がって形成され、２つの側部１２ｂの各先端側に連結部１４が一体となって繋がっている。

また、放熱部１２の基体部１２ａの開口部１０ｘ側の側面は発光素子（半導体レーザ素子）が実装される実装側面Ｓとなっており、その実装側面Ｓの下部には受光素子が実装される実装部Ｍが開口部１０ｘの内側に突出して設けられている。実装部Ｍはその上面が放熱部１２の上面の高さの例えば１／３程度の高さの位置になるように配置される。さらに、実装部Ｍの上面は開口部１０ｘの内側になるにつれて低くなる傾斜面となっている。

また、放熱部１２の実装側面Ｓは連結部１４に対向する位置に配置され、連結部１４の高さは放熱部１２の高さより低く（例えば１／２程度）なっている。これによって、放熱部１２の実装側面Ｓ及び実装部Ｍの前方の連結部１４の部分が開放された状態となっており、半導体レーザ素子などを実装する際やワイヤで接続する際に作業しやすいようになっている。また、ステム１０の外周部には位置決め用の一対の三角形状の切り欠き部１１ｘと、方向表示用の平面状の切り欠き部１１ｙとが設けられている。

ステム１０の材料としては、鉄（Ｆｅ）、鉄（Ｆｅ）合金、コバール（鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）及びコバルト（Ｃｏ）からなる合金）、又は銅（Ｃｕ）などが採用される。

次に、図２（ａ）及び（ｂ）のステム１０を裏面側からみると、図３に示すように、ステム１０の裏面の中央部にはその周縁部より底面が高くなった底上げ部１０ａが設けられており、これによってステム１０の裏面の周縁部にリング状の枠部１０ｂが構成されている。つまり、ステム１０の実装側面Ｓの下部に設けられた実装部Ｍは、ステム１０の裏面の枠部１０ｂよりも上の位置に配置されている。

本実施形態に係るステム１０では、放熱部１２が金属立体からなることから、金属薄板を加工して素子実装部を立設して形成する従来技術よりもその表面積や体積を格段に大きくすることができるので、十分な放熱性を得ることができる。

また、ステム１０は、金属立体が鍛造技術（プレス加工）によって一体成形されて製造されるので、発光素子を実装するための実装側面Ｓを備えた放熱部１２を形成する際に、実装側面Ｓの下部に受光素子を実装するための実装部Ｍを容易に作り込むことができる。

なお、本実施形態では、図２（ａ）及び（ｂ）の形状のステム１０を例示したが、金属立体の内部に開口部が設けられ、開口部側に実装側面が設けられ、その下部に実装部が設けられたものであれば、各種の形状のものを採用することができる。放熱部１２の体積は発光素子の特性に対応するように調整され、その厚みは１〜２．５ｍｍに設定される。また、図３で示した底上げ部１０ａは必ずしも設ける必要はない。

次に、前述したステム１０にリードを樹脂材によって封着する方法を説明する。図４に示すように、まず、ステム１０の放熱部１２の基体部１２ａの下面に第４リード１６ｄの一端をスポット溶接（抵抗溶接）によって固定する。その後に、同じく図４に示すように、４つの挿通孔２０ｘが設けられたＢステージ状態の樹脂タブレット２０ａを用意する。樹脂タブレット２０ａは、熱硬化型のエポキシ樹脂などの樹脂粉末にガラス粉末を混合して成形用粉末を作成し、成形用粉末を金型に投入して圧縮成形して挿通孔が設けられた樹脂成形物を得た後に、樹脂成形物を８５℃程度の温度で焼結することによって得られる。樹脂タブレット２０ａの大きさは、前述したステム１０の底上げ部１０ａに対応するように形成される。

そして、同じく図４に示すように、４つの挿通孔２０ｘが設けられた樹脂タブレット２０ａの１つの挿通孔２０ｘに第４リード１６ｄを挿通させた状態で、樹脂タブレット２０ａをアイレット１２の下面側の底上げ部１０ａに配置し、さらに樹脂タブレット２０ａの残りの３つの挿通孔２０ｘに第１〜第３リード１６ａ〜１６ｃをそれぞれ挿通して配置する。

次いで、１８０〜２００℃の雰囲気で加熱して樹脂タブレット２０ａを溶融させることにより、第１〜第３リード１６ａ〜１６ｃをステム１０の開口部１０ａに樹脂材２０によってそれぞれ封着して固定すると共に、ステム１０の下面に溶接された第４リード１６ｄの先端側を樹脂材２０で封止する。このとき同時に、ステム１の裏面側の底上げ部１０ａが樹脂材２０によって充填されて封止される。

このようにして、図５に示すように、本実施形態の光半導体素子用ステム１が得られる。

図５に示すように、本実施形態の光半導体素子用ステム１では、前述した構成のステム１０の一括した開口部１０ｘに樹脂材２０によって３つのリード１６ａ〜１６ｃが封着されて固定されている。３つのリード１６ａ〜１６ｃは樹脂材２０の各挿通孔２０ｘに挿通され、樹脂材２０によって相互に電気絶縁されていると共に、ステム１０と電気絶縁されている。樹脂材２０はステム１０の開口部１０ｘから底上げ部１０ａに充填され、ステム１０の下面に溶接された第４リード１６ｄの上端部が樹脂材２０によって封止されている。

本実施形態の光半導体素子用ステム１では、ステムの１０の裏面には底上げ部１０ａ（図３）が設けられているので、樹脂タブレット２０ａを溶融する際に樹脂材２０が外側に漏れることなく底上げ部１０ａ内に充填される。また、ステム１０に底上げ部１０ａを設けることにより、ステム１０と樹脂材２０との接触面積を大きくできるので、樹脂材２０の密着性を向上させることができる。また、ステム１０の底上げ部１０ａを粗面化することにより、樹脂材２０の密着性をさらに向上させることができる。

例えば、第１及び第３リード１６ａ、１６ｃが発光素子用リードとなり、第２リード１６ｂが受光素子用リードとなり、第４リード１６ｄが共通グランドリードとなる。そして、放熱部１２の実装側面Ｓに発光素子として半導体レーザ素子（不図示）が実装され、半導体レーザ素子はワイヤを介して第１、第３リード１６ａ、１６ｃの接続部に電気接続される。また、放熱部１２の実装側面Ｓの下部に設けられた実装部Ｍに半導体レーザ素子の光出力をモニタする受光素子（不図示）が実装され、受光素子はワイヤを介して受光素子用の第２リード１６ｂに電気接続される。さらに、半導体レーザ素子及び受光素子は、ワイヤなどによってステム１０を介して第４リード１６ｄ（共通グランドリード）に電気接続される。

このとき、前述したように、放熱部１２の実装側面Ｓの前方に配置される連結部１４の高さは放熱部１２の高さより低くなって開放されているので、半導体レーザ素子や受光素子を実装するときやワイヤで接続する際に作業しやすいようになっている。

なお、リードの数は光半導体素子の種類や個数、又は光モジュールに実装する際の仕様に合わせて適宜調整される。

以上のように、本実施形態の光半導体素子用パッケージはリードがステムの開口部に樹脂封着されるタイプのものであり、ステムを金属立体から構成するようにしたことから放熱部が十分な表面積及び体積を有するので、高い放熱性が要求される発光素子を実装する場合であっても十分な放熱性を得ることができ、光半導体装置の信頼性を向上させることができる。

また、金属立体を鍛造技術（プレス加工）によって一体成形してステムを製造することから放熱部１２の実装側面Ｓの下部に実装部Ｍを容易に設けることができるので、半導体レーザ素子の光出力をモニタする受光素子を実装する場合であっても容易に対応することができる。

図１（ａ）及び（ｂ）は従来技術の光半導体素子用パッケージを示す斜視図及び断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施形態の光半導体素子用パッケージのステムを示す平面図及び斜視図である。図３は図２のステムを裏側からみた斜視図である。図４は図２のステムの開口部にリードを樹脂封着する様子を示す組立図である。図５は本発明の実施形態の光半導体素子用パッケージを示す斜視図である。

符号の説明

１…光半導体素子用パッケージ、１０…ステム、１０ｘ…開口部、１０ａ…底上げ部、１０ｂ…枠部、１１ｘ，１１ｙ…切り欠き部、１２…放熱部、１２ａ…基体部、１２ｂ…側部、１４…連結部、１６ａ〜１６ｄ…リード、２０…樹脂材、２０ａ…樹脂タブレット、２０ｘ…挿通孔、Ｓ…実装側面、Ｍ…実装部。

Claims

半円状の基体部と、前記基体部の両端部にそれぞれ繋がる側部とを備えたＵ字状の放熱部と、前記放熱部の両端側の前記側部に一体となって繋がる連結部と、前記放熱部と前記連結部との間に配置された開口部と、前記放熱部の前記開口部側に設けられて発光素子を実装するための実装側面と、前記実装側面の下部から前記開口部の内側に突出して形成された、受光素子を実装するための実装部とを含むステムと、
前記ステムの開口部に、樹脂材によって相互に絶縁された状態で封着された複数のリードとを有し、
前記ステムの裏面の中央部に該裏面の周縁部より底面が高くなった底上げ部が設けられて、前記ステムの裏面の前記周縁部に枠部が構成され、
前記底上げ部の前記底面が粗面化されており、前記樹脂材は前記ステムの前記開口部から前記底上げ部の前記底面に形成されていることを特徴とする光半導体素子用パッケージ。
前記ステムは、金属立体が鍛造技術によって一体成形されて得られるもの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用パッケージ。
前記放熱部の下面に溶接されて設けられたリードをさらに有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子用パッケージ。
前記放熱部の前記実装側面は、前記連結部に対向する位置に配置され、前記連結部の高さは前記放熱部の高さより低いことを特徴とする請求項１又は２に記載の光半導体素子用パッケージ。
前記放熱部の厚みは、１乃至２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体素子用パッケージ。