JP5173647B2 - Subcarrier for light receiving element and optical semiconductor device - Google Patents
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本発明は、受光素子を搭載するための受光素子用サブキャリアおよびそれを具備した光半導体装置に関する。 The present invention relates to a light receiving element subcarrier for mounting a light receiving element and an optical semiconductor device including the same.
従来の受光素子用サブキャリアは、受光素子を実装するための素子実装面と、受光素子の電極に電気的に接続される電気的パターンとを有しており、この受光素子用サブキャリアの素子実装面に受光素子を実装し、電気的パターンと受光素子とをボンディングワイヤを介して電気的に接続することにより、受光素子を含む電気回路が形成される(例えば、特許文献1参照)。 A conventional subcarrier for a light receiving element has an element mounting surface for mounting the light receiving element and an electrical pattern electrically connected to the electrode of the light receiving element. An electric circuit including the light receiving element is formed by mounting the light receiving element on the mounting surface and electrically connecting the electrical pattern and the light receiving element via a bonding wire (see, for example, Patent Document 1).
受光素子には、光源となる光ファイバが光結合されており、光源から照射される光信号の強度変化に応じて、受光素子から電気信号が出力される。
しかしながら、従来の受光素子用サブキャリアは、誘電体から形成されるために熱伝導率が低いので、受光素子を実装するための素子実装面付近に受光素子から発生する熱がこもってしまう場合があり、受光素子の作動性が低下してしまうという問題点があった。 However, since the conventional subcarrier for a light receiving element is formed of a dielectric and has low thermal conductivity, heat generated from the light receiving element may be accumulated near the element mounting surface for mounting the light receiving element. There is a problem that the operability of the light receiving element is lowered.
そこで、受光素子の作動性を向上できる受光素子用サブキャリアが望まれていた。 Therefore, a subcarrier for a light receiving element that can improve the operability of the light receiving element has been desired.
本発明の受光素子用サブキャリアは、上面と側面とを有するとともに、該側面に受光素子が搭載されるべき実装面を有し、且つ、上面視して、前記実装面と光ファイバとが所定角度をなして配される基体と、前記実装面に設けられ、前記受光素子を囲うようにコ字状に配された導体と、を具備し、前記基体の一辺側に前記コ字状の前記導体の開口を有していることを特徴とする。 The subcarrier for a light receiving element of the present invention has an upper surface and a side surface, a mounting surface on which the light receiving element is to be mounted on the side surface, and the mounting surface and the optical fiber are predetermined when viewed from above. A base disposed at an angle; and a conductor provided on the mounting surface and disposed in a U-shape so as to surround the light receiving element, and the U-shaped on the one side of the base It has a conductor opening.
上記受光素子用サブキャリアにおいて、前記基体の上面側に、前記コ字状の前記導体の開口を有するのが好ましい。 In the light receiving element subcarrier, the U-shaped opening of the conductor is preferably provided on the upper surface side of the base.
上記受光素子用サブキャリアにおいて、前記導体は、前記基体の上面まで延出されているのが好ましく、さらに、前記受光素子側から外側にかけて順次厚く形成されているのが好ましい。 In the light receiving element subcarrier, the conductor is preferably extended to the upper surface of the base, and is preferably formed to be thicker sequentially from the light receiving element side to the outside.
また、前記導体は、JIS B 0601で規定される算術平均表面粗さRaが0.2以上であるのが好ましく、さらに、その表面に、金被膜を有するのが好ましい。 In addition, the conductor preferably has an arithmetic average surface roughness Ra defined by JIS B 0601 of 0.2 or more, and further preferably has a gold film on its surface.
また、上記受光素子用サブキャリアにおいて、前記基体は、セラミックスから成るのが好ましい。 In the light receiving element subcarrier, the base is preferably made of ceramics.
本発明の光半導体装置は、上記構成の受光素子用サブキャリアと、前記実装面に搭載された受光素子と、を具備したことを特徴とする。 The optical semiconductor device of the present invention includes the light receiving element subcarrier configured as described above and a light receiving element mounted on the mounting surface.
本発明の受光素子用サブキャリアは、上面と側面とを有するとともに、該側面に受光素子が搭載されるべき実装面を有し、且つ、上面視して、前記実装面と光源とが所定角度をなして配される基体と、前記実装面に設けられ、前記受光素子を囲うようにコ字状に配された導体と、を具備し、前記基体の一辺側に前記コ字状の前記導体の開口を有していることから、受光素子から熱が発生したとしても、コ字状の導体で受光素子から発生した熱をコ字状の導体の全面に拡散させることができ、素子実装面周辺に熱がこもるのを防止することができる。それゆえ、受光素子の作動性を向上できる受光素子用サブキャリアとすることができる。 The subcarrier for a light receiving element of the present invention has an upper surface and a side surface, a mounting surface on which the light receiving element is to be mounted on the side surface, and the mounting surface and the light source are at a predetermined angle when viewed from above. And a conductor provided on the mounting surface and disposed in a U shape so as to surround the light receiving element, and the U-shaped conductor on one side of the substrate. Even if heat is generated from the light receiving element, the heat generated from the light receiving element by the U-shaped conductor can be diffused over the entire surface of the U-shaped conductor. It is possible to prevent heat from being accumulated in the vicinity. Therefore, it is possible to provide a light receiving element subcarrier capable of improving the operability of the light receiving element.
上記受光素子用サブキャリアは、前記基体の上面側に、前記コ字状の前記導体の開口を有することから、受光素子の一方の極が接続される配線を開口から上面に引き回すことができる。さらに、コ字状の導体を上面に延出させることができる。それゆえ、上面に配線が形成され、ボンディングワイヤ等により外部との接続が容易な受光素子用サブキャリアとすることができる。 Since the light receiving element subcarrier has an opening of the U-shaped conductor on the upper surface side of the base, wiring to which one pole of the light receiving element is connected can be routed from the opening to the upper surface. Furthermore, the U-shaped conductor can be extended to the upper surface. Therefore, it is possible to obtain a subcarrier for a light receiving element in which wiring is formed on the upper surface and connection to the outside is easy with a bonding wire or the like.
本発明の光半導体装置は、上記構成の受光素子用サブキャリアと、前記実装面に搭載された受光素子と、を具備したことから、受光素子に熱がこもるのを防止して、受光素子の温度上昇を防止でき、正常かつ安定に作動する光半導体装置とすることができる。 Since the optical semiconductor device of the present invention includes the light receiving element subcarrier having the above-described configuration and the light receiving element mounted on the mounting surface, it is possible to prevent heat from being accumulated in the light receiving element. An optical semiconductor device that can prevent a temperature rise and operates normally and stably can be obtained.
以下、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置について詳細に説明する。 Hereinafter, the subcarrier for a light receiving element and the optical semiconductor device according to the present embodiment will be described in detail.
図1は、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置について一実施形態を示す斜視図である。また、図2は本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置の実施の形態の他の例を示す斜視図である。図3(a),図3(b)は、それぞれ図1に示す光半導体装置を光半導体素子収納用パッケージ内部に実装した状態の例を示す平面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a subcarrier for a light receiving element and an optical semiconductor device according to this embodiment. FIG. 2 is a perspective view showing another example of the embodiment of the subcarrier for light receiving elements and the optical semiconductor device according to the present embodiment. FIGS. 3A and 3B are plan views showing examples of the state in which the optical semiconductor device shown in FIG. 1 is mounted inside the optical semiconductor element storage package.
図中、1は基体、1aは基体1の上面、1bは基体1の側面、1cは側面1bに設けられた受光素子4が搭載される実装面、2は受光素子4を囲うように配された導体(コ字状の導体)、4は実装面1cに搭載された受光素子を示す。
In the figure, 1 is a base, 1a is an upper surface of the
本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアは、上面1aと側面1bとを有する基体1を備える。基体1の側面1bは受光素子4が搭載されるべき実装面1cを有し、実装面1cの周囲には、受光素子4を囲うようにコ字状に配された導体2が形成されている。また、基体1は、実装面1cと光源7となる光ファイバの延びる方向とが成す角度が所定角度θとなるように配される。光源7は例えば光ファイバから成り、光源7と受光素子4とは光結合するように配置される。
The subcarrier for a light receiving element according to this embodiment includes a
この構成により、受光素子4から熱が発生したときに、コ字状の導体2で受光素子4から発生した熱をコ字状の導体2の全面に拡散させることができ、実装面1c周辺にこもる熱を拡散することができる。それゆえ、受光素子4の作動性を向上できる受光素子用サブキャリアとすることができる。
With this configuration, when heat is generated from the
またこの構成により、光源7と受光素子4の位置関係によっては、光源7の先端から放射される光の一部が受光素子4外に拡散されて放射されても、コ字状の導体2で拡散した光信号が反射され効果的に受光素子4へ導くこともできる。
Further, with this configuration, depending on the positional relationship between the light source 7 and the
本実施形態にかかる光装置は、上記構成の受光素子用サブキャリアと、実装面1cに搭載された受光素子4とを備えているので、受光素子4に熱がこもるのを防止して、受光素子4の温度上昇を防止でき、正常かつ安定に作動する光半導体装置とすることができる。
Since the optical device according to the present embodiment includes the light receiving element subcarrier having the above-described configuration and the
以下、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアおよび光半導体装置について、各構成要素について詳細に説明する。 Hereinafter, each component of the light receiving element subcarrier and the optical semiconductor device according to the present embodiment will be described in detail.
基体1の、少なくとも導体2,第2導体3等の金属層が配線パターン状に被着形成されている箇所は誘電体が用いられる。基体1を構成する誘電体としては、例えば、アルミナ(Al2O3)質セラミックス,窒化アルミニウム(AlN)質セラミックス,ムライト(3Al2O3・2SiO2)質セラミックス等のセラミックスや樹脂やガラス等が用いられる。
A dielectric is used in a portion of the
基体1の導体2,第2導体3等の金属層が被着形成されている箇所を除く部位は、金属から成っていてもよい。すなわち、金属の下地に誘電体を介して導体2および第2導体3等の金属層が被着されていてもよい。なお、図1,図2,図3において、導体2および第2導体3等の金属層にはクロスハッチングを付している。
The site | part except the location in which the metal layers, such as the
基体1を構成する金属としては、例えば、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)−コバルト(Co)合金,Fe−Ni合金,銅(Cu)−タングステン(W),Cu−モリブデン(Mo),Cu,アルミニウム(Al),ステンレス鋼(SUS)等である。金属から成る場合、実装面1cに実装される受光素子4から熱が発生する場合であっても効率良く熱放散させることができるという利点がある。
Examples of the metal constituting the
基体1は、側面1bにフォトダイオード(PD)等の受光素子4が搭載されるべき実装面1cを有している。図1,図2に示す例では、実装面1cが、受光素子4の正極または負極のうち一方の極がフリップチップ実装される電極としての機能も兼ね備えており、金属層から成っている。以下、この金属層を第2導体3として説明する。
The
受光素子4は、実装面1cに金(Au)−錫(Sn)半田,Au−ゲルマニウム(Ge)半田,銀(Ag)−Sn半田等の半田やエポキシ樹脂系、アクリル樹脂系、シリコーン樹脂系等の樹脂接着剤を用いて接着固定することで基体1に実装される。
The light receiving
Au−Sn半田,Au−Ge半田,Ag−Sn半田等の半田を用いる場合は、耐熱性に優れるため、光半導体装置を100℃以上の高温雰囲気中で使用する場合においても接着強度を保持することができるという効果を奏する。 When using solder such as Au—Sn solder, Au—Ge solder, Ag—Sn solder, etc., it has excellent heat resistance, so that the adhesive strength is maintained even when the optical semiconductor device is used in a high temperature atmosphere of 100 ° C. or higher. There is an effect that can be.
また、エポキシ樹脂系の樹脂接着剤を用いる場合は、他の樹脂と比較して接着強度の面で有利な効果を奏する。 In addition, when an epoxy resin-based resin adhesive is used, there is an advantageous effect in terms of adhesive strength as compared with other resins.
また、樹脂接着剤がアクリル樹脂系,シリコーン樹脂系の場合は、光による劣化が少ないという点で受光素子4を長期にわたって接着固定できるという効果を有する。
Further, when the resin adhesive is an acrylic resin type or a silicone resin type, there is an effect that the
また図1,図2に示す例では、受光素子4のもう一方の極はボンディングワイヤ5を介して導体2に電気的に接続されている。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the other pole of the light receiving
導体2,第2導体3等の金属層は、例えば、基体1がセラミックスから成る場合、W,Mo,Mn,Cu等から成る金属層が、従来周知のメタライズ法によって被着形成される。導体2,第2導体3等の金属層は、薄膜形成法によって形成されていてもよく、その場合、導体2,第2導体3等の金属層は窒化タンタル(Ta2N)、ニクロム(Ni−Cr合金)、チタン(Ti)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)等から形成される。
For example, when the
また、基体1が樹脂から成る場合、導体2,第2導体3等の金属層は、Cu等の金属層から成り、従来周知のメッキ法等によって被着形成される。
Further, when the
また、基体1の表面に露出する導体2,第2導体3等の金属層にはさらに金(Au)やニッケル(Ni)等の耐腐食性に優れる保護金属層がメッキ法等によって被着されていてもよく、この構成により、導体2,第2導体3等の金属層を腐食しにくいものとすることができる。
Further, a protective metal layer having excellent corrosion resistance, such as gold (Au) or nickel (Ni), is further applied to the metal layers such as the
次に、導体2について説明する。導体2は直方体の基体1表面にコ字状に三方が閉じられ、一方となる上面1a側の一辺に開かれた開口2aを有する形状に形成されている。以下、コ字状の導体2ともいう。図1,図2に示すように、コ字状の導体2は、基体1の実装面1cの周囲に設けられ、受光素子4を囲うように受光素子4とは絶縁された状態で配される。コ字状の導体2の開口2aは、例えば、図1に示すように上面1a側に位置している。または、図2に示すように、コ字状の導体2の開口2aは側面側に位置している。図2においては、右側面の一辺側に位置している。
Next, the
コ字状の導体2の開口2aが、図1に示すように上面1a側に位置していることによって、導体2の先端部を基体1の上面1aに延設し、上面1aの左右2箇所に導体2を設けることができる。上面1aに導体2を設けることにより、上面1aで導体2と外部回路とをボンディングワイヤ6によって電気的接続を行なうことができ、電気的接続の作業性を向上することができる。
Since the
また図1に示す場合、第2導体3も基体1の上面1aに延設し、上面1aの左右両端まで引き回すのがよい。すなわち、第2導体3は上面1aに上面視でT字状に形成されているのがよく、導体2および第2導体3を基体1の上面1aの左右両側に設けることができる。そして、基体1の左右のいずれにも外部との接続が可能となる。
Further, in the case shown in FIG. 1, the
従って、導体2および第2導体3は、基体1の上面1aまで延出されているのがよい。この構成により、光装置を光半導体素子収納用パッケージ10内に実装したときに、図3(a)に示すように、基体1の上面1aの右側に形成された導体2と、光半導体素子収納用パッケージ10を上面視して右側の入出力端子12の配線導体12aとを、ボンディングワイヤ等の外部接続用導体6にて電気的に接続することができる。また、図3(b)に示すように、基体1の上面1aの左側に形成された導体2と、上面視して左側の光半導体素子収納用パッケージ10の入出力端子12に設けられた配線導体12aとを、ボンディングワイヤ等の外部接続用導体6にて電気的に接続することができる。すなわち、左右どちらにでも電気的接続可能な光半導体装置とすることができる。
Therefore, the
従来、それぞれの光半導体素子収納用パッケージ10の左右それぞれの側に設けられた入出力端子12に合せてそれぞれ別な受光素子用サブキャリアを用意し、光装置を作製する必要があったのに対し、本発明では左右どちらに入出力端子12が設けられていても電気的接続可能な光装置を提供することができる。従って、左右共通の受光素子用サブキャリアを1種類だけ用意すれば、左右共用の光装置を作製することができる。その結果、受光素子用サブキャリアの設計を左右共用とすることができ、コストダウンを図ることが可能となる。
Conventionally, it has been necessary to prepare different light receiving element subcarriers for each input / output terminal 12 provided on each of the left and right sides of each optical semiconductor
また、図2に示すように、本実施形態にかかる受光素子用サブキャリアは、側面1bにおいて、側面側にコ字状の導体2の開口2aを配するようにしてもよい。
As shown in FIG. 2, the subcarrier for a light receiving element according to the present embodiment may be provided with an
この場合、第2導体3は側面1bから開口2a側の側面に引き回される。この構成においても、導体2および第2導体3を基体1の上面1aに延設しておくのがよく、ボンディングワイヤ6により光半導体素子収納用パッケージ10内の入出力端子12等に電気的接続することが容易となる。上面1aで導体2にボンディングワイヤ6による電気的接続を行なうことにより、電気的接続の作業性を向上することができる。なお、第2導体3はコ字状の導体2の開口2a側の隣接する側面を介して上面1aに引き回せばよい。
In this case, the
また好ましくは、導体2の形状は、受光素子4側から外側にかけて順次厚くなるように形成するのがよい。この構成により、導体2が厚くなっている導体2の外側、すなわち基体1の外側に熱を広げ易くすることができ、受光素子4の実装面周辺に熱がこもるのを効果的に抑制することができる。
Preferably, the shape of the
また、導体2の表面は受光素子4に向けて傾いた状態となり、導体2の表面での反射によって、光源7からの漏れ光をより効果的に受光素子4へ導くことができる。その結果、受光素子4の受光効率を高めることもできる。
In addition, the surface of the
導体2を外側にかけて順次厚くなるように形成するには、例えば、外側にかけて順次厚くなっている金属部材を基体1の表面に接合して導体2とすればよい。
In order to form the
また好ましくは、導体2は、JIS B 0601で規定される算術平均表面粗さRaが0.2以上であるのがよい。この構成により、導体2の表面を粗くして、導体2の表面における熱の放散性を向上させ、受光素子4から発生した熱は、導体2の表面から基体1外部へ効率良く放散させることができる。その結果、受光素子4の作動性をさらに向上させることができる。なお、導体2の表面粗さRaは、例えばZYGO社製New View5032装置を用いて測定することができる。
Preferably, the
また好ましくは、導体2は、その表面に、金(Au)被膜を施すのがよい。この構成により、導体2の表面に酸化等による腐食が生じ難く、また熱伝導率も優れ、熱伝導率を長期にわたって良好に保持できるようになる。その結果、素子実装面周辺に熱がこもるのを長期にわたって防止することができ、受光素子を長期にわたって良好に作動させることのできる受光素子用サブキャリアとすることができる。
Preferably, the
また好ましくは、基体1は、セラミックスから成るのがよい。この構成により、実装面1cと導体2との間の絶縁性が優れたものとなり、実装面1cと導体2との距離を近づけることができて、受光素子用サブキャリアを小型化することができる。
Preferably, the
以上の構成により、受光素子用サブキャリアを形成することができる。 With the above configuration, a subcarrier for a light receiving element can be formed.
この受光素子用サブキャリアの実装面1cに受光素子4を搭載することで光半導体装置となる。
By mounting the
光半導体装置は、例えば、図3(a),(b)に示すような容器体11内に収納され、光信号を受信するための光半導体装置として用いられる。図3に示す容器体11は、中央部に光装置を収納するための凹所が設けられている。凹所の周囲の側壁には、光ファイバ7を容器体11内外に挿通させるための貫通孔11aを有し、この貫通孔11aに光ファイバ7が配置される。また、容器体11の側壁には、容器体11内外を導通するようにして配線導体12aが形成された入出力端子12が設けられている。そして、凹所内に受光素子4を実装した光装置を配置し、光ファイバ7と受光素子4とが光結合するように調整して光装置を固定するとともに、光装置と配線導体12aとを接続し、その後凹所を塞ぐように蓋体を取り付けて、光信号を受信するための光半導体装置が完成する。
For example, the optical semiconductor device is housed in a container 11 as shown in FIGS. 3A and 3B and used as an optical semiconductor device for receiving an optical signal. The container 11 shown in FIG. 3 is provided with a recess for housing the optical device in the center. The side wall around the recess has a through hole 11a for inserting the optical fiber 7 into and out of the container body 11, and the optical fiber 7 is disposed in the through hole 11a. In addition, an input / output terminal 12 having a wiring conductor 12 a formed so as to conduct inside and outside of the container body 11 is provided on the side wall of the container body 11. Then, an optical device in which the
また、この光装置は光信号を送信するための光半導体装置内で用いることもでき、この場合、光装置は光信号の送信状況をモニタするためのモニタ用として用いられる。この場合も、光半導体装置は図3(a),(b)に示すものとほぼ同様な容器体11内に収納され、光信号を送信する素子の後方(光ファイバ7方向とは逆方向)、または光信号を送信する素子の斜め前方(光ファイバ7方向の斜め前方)に配置され、光信号を送信する素子が発する光を受けて光送信素子の送信状況をモニタする。 The optical device can also be used in an optical semiconductor device for transmitting an optical signal. In this case, the optical device is used for monitoring for monitoring the transmission status of the optical signal. Also in this case, the optical semiconductor device is housed in a container body 11 that is substantially the same as that shown in FIGS. 3A and 3B, and behind the element that transmits the optical signal (the direction opposite to the direction of the optical fiber 7). Alternatively, it is arranged obliquely in front of an element that transmits an optical signal (obliquely forward in the direction of the optical fiber 7), receives light emitted from the element that transmits the optical signal, and monitors the transmission status of the optical transmission element.
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何等差し支えない。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.
1:基体
1a:上面
1b:側面
1c:実装面
2:導体(コ字状の導体)
4:受光素子
5:樹脂接着剤
7:光源(光ファイバ)
1: Base 1a:
4: Light receiving element 5: Resin adhesive 7: Light source (optical fiber)
Claims (8)
前記実装面に設けられ、前記受光素子を囲うようにコ字状に配された導体と、
を具備し、
前記基体の一辺側に前記コ字状の前記導体の開口を有していることを特徴とする受光素子用サブキャリア。 A base having a top surface and a side surface, a mounting surface on which the light receiving element is to be mounted on the side surface, and the mounting surface and the optical fiber arranged at a predetermined angle when viewed from above;
A conductor provided on the mounting surface and arranged in a U-shape so as to surround the light receiving element;
Comprising
A subcarrier for a light receiving element, comprising an opening of the U-shaped conductor on one side of the base.
前記実装面に搭載された受光素子と、
を具備した光半導体装置。 A subcarrier for a light receiving element according to any one of claims 1 to 7,
A light receiving element mounted on the mounting surface;
An optical semiconductor device comprising:
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