JP6935362B2 - Package for mounting light emitting element - Google Patents
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Description
本発明は、レーザーダイオードなどの発光素子を搭載するための発光素子搭載用パッケージに関する。 The present invention relates to a light emitting element mounting package for mounting a light emitting element such as a laser diode.
例えば、金属製のベースプレートと、その表面上に接合され金属製で且つ平面視が矩形枠状のフレームと、該フレームの一側壁に形成され、且つ光ファイバーの一端に装着されたホルダーを貫通させるホルダー挿入部と、前記フレームの前記一側壁に隣接し且つ対向する一対の側壁に配置され、該一対の側壁を個別に貫通する一対のセラミック基板と、該セラミック基板ごとを貫通して形成され、且つ上記フレームの内外方向に沿ったタングステンやモリブデンからなる複数の導体部と、該複数の導体部の外端側に個別に接合される複数のリードと、を備えた光通信用パッケージが開示されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, a metal base plate, a metal frame joined on the surface thereof and having a rectangular frame shape in a plan view, and a holder formed on one side wall of the frame and attached to one end of an optical fiber to penetrate the holder. A pair of ceramic substrates arranged on an insertion portion and a pair of side walls adjacent to and facing the one side wall of the frame and individually penetrating the pair of side walls, and a pair of ceramic substrates penetrating each of the ceramic substrates, and formed. A package for optical communication including a plurality of conductor portions made of tungsten or molybdenum along the inner and outer directions of the frame and a plurality of leads individually bonded to the outer end side of the plurality of conductor portions is disclosed. (See, for example, Patent Document 1).
しかし、前記光通信用パッケージのように、前記導体部を介して発光素子に電力を投入する場合、タングステンなどからなる前記導体部の電気抵抗が高いため、前記発光素子に投入すべき電力を十分に増加させることができなかった。
更に、前記導体部を有するセラミック基板を、前記フレームの側壁に空けた矩形状の貫通孔に挿入して固着するため、該貫通孔の内寸法と上記セラミック基板の外寸法との寸法公差を厳しく管理しないと、該セラミック基板の挿入が困難となったり、あるいは、該セラミック基板と上記貫通孔との間に隙間が過度に形成され、パッケージ内部の気密性が維持できなくなる、という問題があった。
However, when power is applied to the light emitting element via the conductor portion as in the optical communication package, the electric resistance of the conductor portion made of tungsten or the like is high, so that the electric power to be input to the light emitting element is sufficient. Could not be increased to.
Further, since the ceramic substrate having the conductor portion is inserted into the rectangular through hole formed in the side wall of the frame and fixed, the dimensional tolerance between the inner dimension of the through hole and the outer dimension of the ceramic substrate is strict. If not managed, there is a problem that it becomes difficult to insert the ceramic substrate, or an excessive gap is formed between the ceramic substrate and the through hole, and the airtightness inside the package cannot be maintained. ..
一方、金属製で且つ直方体状の箱形パッケージにおいて対向する一対の側面に空けた複数の貫通穴に、複数の中継端子を水平姿勢で個別に貫通させ、該中継端子と前記貫通穴との隙間ごとをガラス半田などで封止した半導体レーザポンプモジュールの気密パッケージ構造も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかし、上記気密パッケージ構造によれば、上記箱形パッケージの側面に空けた貫通穴ごとに、挿入した中継端子の周囲にガラス半田個別に充填するための煩雑な工程が必要となり、且つ安定した気密性を保ちにくい、という問題があった。
On the other hand, in a metal and rectangular parallelepiped box-shaped package, a plurality of relay terminals are individually penetrated in a horizontal posture through a plurality of through holes formed on a pair of facing side surfaces, and a gap between the relay terminal and the through hole is provided. An airtight package structure of a semiconductor laser pump module in which each is sealed with glass solder or the like has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).
However, according to the airtight package structure, a complicated process for individually filling the glass solder around the inserted relay terminal is required for each through hole formed on the side surface of the box-shaped package, and the airtightness is stable. There was a problem that it was difficult to maintain sex.
本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、追ってパッケージ内部に搭載される発光素子に対する投入電力を容易に増大でき、且つパッケージ内部の気密性を確実に維持できる発光素子搭載用パッケージを提供する、ことを課題とする。 The present invention solves the problems described in the background technology, and can easily increase the input power to the light emitting element mounted inside the package, and can reliably maintain the airtightness inside the package. The challenge is to provide.
本発明は、前記課題を解決するため、パッケージ本体を構成する基板を貫通する第1貫通穴内にリードピンを貫通させると共に、該リードピンを支持し且つ外部から電気的に絶縁する絶縁部材を、上記第1貫通穴における何れか一方の開口部の周辺に接合する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明の発光素子搭載用パッケージ(請求項1)は、表面および裏面を有し、且つ前記表面に発光素子の搭載部を含むか、あるいは、前記表面側に別体の前記搭載部を配置可能とした基板と、該基板に支持されるリードピンと、前記基板の表面または裏面の何れかに対向する対向表面および該対向表面に対向する対向裏面を有する絶縁部材と、を備えた発光素子搭載用パッケージであって、上記基板の表面と裏面との間には、上記リードピンを貫通させる第1貫通穴が形成され、上記絶縁部材は、上記対向表面と対向裏面との間を貫通する第2貫通穴を有しており、上記リードピンは、上記第1貫通穴および第2貫通穴を貫通する軸部と、該軸部から径方向に延びた鍔部と、前記軸部の軸方向の一端に設けられた頭部と、を有し、該リードピンの鍔部の直径は、上記軸部の直径よりも大きく、且つ、当該リードピンの頭部の直径は、前記軸部の直径よりも大きく形成されており、該リードピンは、上記鍔部が、ロウ材層を介して、上記絶縁部材の対向裏面における第2貫通穴の開口部の周辺に固定されていると共に、上記リードピンの軸部と第2貫通穴の内周面とは、上記ロウ材層を介さずに対向しており、上記絶縁部材は、上記基板の表面または裏面における第1貫通穴の開口部の周辺に固定されている、ことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides an insulating member that allows a lead pin to penetrate into a first through hole that penetrates a substrate constituting the package body, supports the lead pin, and electrically insulates the lead pin from the outside. It was created with the idea of joining around one of the openings in the first through hole.
In other words, the light-emitting element mounting package (claim 1) of the present invention, the front surface and a back surface, or and including mounting portion of the light emitting element to the surface, or the mounting portion of the separate on the surface Light emitting with a substrate capable of arranging the In the device mounting package, a first through hole is formed between the front surface and the back surface of the substrate to allow the lead pin to penetrate, and the insulating member penetrates between the facing surface and the facing back surface. The lead pin has a second through hole, and the lead pin has a shaft portion penetrating the first through hole and the second through hole, a flange portion extending radially from the shaft portion, and an axial direction of the shaft portion. includes a head portion provided at one end, the diameter of the flange portion of the lead pin is larger than the diameter of the shaft portion, and the diameter of the head of the lead pin, than the diameter of the front Symbol shank In the lead pin, the flange portion is fixed to the periphery of the opening of the second through hole on the opposite back surface of the insulating member via the brazing material layer, and the lead pin shaft is formed. The portion and the inner peripheral surface of the second through hole face each other without passing through the brazing material layer, and the insulating member is fixed around the opening of the first through hole on the front surface or the back surface of the substrate. It is characterized by being.
前記発光素子搭載用パッケージは、以下の効果(1)〜(3)を有している。
(1)前記リードピンは、前記基板に設けた第1貫通穴と、前記絶縁部材に設けた第2貫通穴とを連続して貫通しているので、前記基板の表面側の前記搭載部に追って搭載される発光素子との電気的接続を、ボンディングワイヤーなどを介して直接得ることができる。従って、上記発光素子に投入すべき電力の増加に伴った十分な電流を給電することが可能となる。
(2)前記リードピンは、その径方向に延びた前記鍔部を介して、前記絶縁部材の第2貫通穴における対向裏面側の開口部の周辺に固定され、且つ該絶縁部材は、前記基板に設けた第1貫通穴の周辺に固定されている。そのため、上記リードピンは、上記鍔部と絶縁部材の対向裏面との接合面、および、該絶縁部材の対向表面と前記基板の表面または裏面との接合面、という2つの接合面(平面)を介して前記基板に支持されるので、従来のような厳しい寸法交差の管理をすることなく、パッケージ内部の気密性を確実且つ容易に維持することができる。
(3)前記リードピンの頭部の直径が前記軸部の直径よりも大きく設定されているので、前記搭載部に追って搭載される発光素子との電気的接続をボンディングワイヤーなどで得る際に、該ボンディングワイヤーの接続領域を十分に大きくできることにより、容易で確実な接合が可能となる。
The light emitting element mounting package has the following effects (1) to (3).
(1) Since the lead pin continuously penetrates the first through hole provided in the substrate and the second through hole provided in the insulating member, the lead pin follows the mounting portion on the surface side of the substrate. An electrical connection with the mounted light emitting element can be directly obtained via a bonding wire or the like. Therefore, it is possible to supply a sufficient current as the electric power to be input to the light emitting element increases.
(2) The lead pin is fixed to the periphery of the opening on the opposite back surface side in the second through hole of the insulating member via the flange portion extending in the radial direction thereof, and the insulating member is attached to the substrate. It is fixed around the first through hole provided. Therefore, the lead pin is provided through two joint surfaces (plane surfaces), that is, a joint surface between the flange portion and the facing back surface of the insulating member, and a joint surface between the facing surface of the insulating member and the front surface or the back surface of the substrate. Since it is supported by the substrate, the airtightness inside the package can be reliably and easily maintained without the conventional strict control of dimensional intersection.
(3) Since the diameter of the head of the lead pin is set to be larger than the diameter of the shaft portion, when an electrical connection with a light emitting element to be mounted on the mounting portion is obtained by a bonding wire or the like, the said Since the connection area of the bonding wire can be made sufficiently large, easy and reliable bonding becomes possible.
尚、前記基板には、後述するフレームを備えていても良く、該基板とフレームとの両者を接合(ロウ付けや溶接など)した形態のほか、金属製の平板をプレス加工や絞り加工などの塑性加工により一体に成形した一体物であっても良い。あるいは、基板とは別体であり、天井面を一体に有する箱状体のフレームを発光素子の搭載後に接合しても良い。
また、前記発光素子は、例えば、レーザーダイオード(LD)や発光ダイオード(LED)などが例示される。
更に、発光素子の前記搭載部は、前記フレームの内側面に囲まれた前記基板の表面における任意の位置であるほか、後述する放熱体の本体の上面も含まれる。
また、前記基板、リードピン、および後述するフレームは、例えば、コバール(Fe−29%Ni−17%Co)、所謂42アロイ(Fe−42%Ni)、所謂194合金(Cu−2.3%Fe−0.03%P)などの金属からなる。
The substrate may be provided with a frame to be described later, and in addition to a form in which both the substrate and the frame are joined (brazing, welding, etc.), a metal flat plate is pressed or drawn. It may be an integral product integrally molded by plastic working. Alternatively, a box-shaped frame that is separate from the substrate and has a ceiling surface integrally may be joined after mounting the light emitting element.
Further, examples of the light emitting element include a laser diode (LD) and a light emitting diode (LED).
Further, the mounting portion of the light emitting element is at an arbitrary position on the surface of the substrate surrounded by the inner side surface of the frame, and also includes the upper surface of the main body of the heat radiating body, which will be described later.
Further, the substrate, the lead pin, and the frame described later are, for example, Kovar (Fe-29% Ni-17% Co), so-called 42 alloy (Fe-42% Ni), so-called 194 alloy (Cu-2.3% Fe). It consists of a metal such as −0.03% P).
更に、前記基板、リードピン、後述するフレーム、および後述する蓋板の表面には、所要の厚みのニッケル膜を介して、所要の厚みの金膜が順次被覆されている。
また、前記第1貫通穴は、上記基板の表面と裏面との間に、複数個が並列状で且つ直線状に形成されている。該第1貫通穴は、円形または矩形(正方形または長方形)状の断面を有する。あるいは、複数のリードピンが貫通可能で、且つ前記絶縁部材の外形よりも小さい単一の長円形または長方形状としても良い、
加えて、前記絶縁部材は、セラミック部材、樹脂部材、あるいは、ガラス部材で構成することができる。
即ち、本発明には、前記絶縁部材は、セラミック部材である、発光素子搭載用パッケージ(請求項2)も含まれる。
更に、前記絶縁部材が前記セラミック部材である場合、該セラミック部材は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、ムライトなどの高温焼成セラミック、あるいは、ガラス−セラミックなどの低温焼成セラミックからなる。
また、前記セラミック部材の対向裏面には、複数の第2貫通穴の開口部ごとから離間した位置に該開口部を囲む前記同様のメタライズ層が形成されている。
加えて、前記第2貫通穴は、上記セラミック部材に複数個が並列状で且つ直線状に形成され、円形または矩形状の形状を有していると共に、該第2貫通穴ごとの開口部は、上記メタライズ層から離間している。
Further, the surfaces of the substrate, the lead pin, the frame described later, and the lid plate described later are sequentially coated with a gold film having a required thickness via a nickel film having a required thickness.
Further, a plurality of the first through holes are formed in parallel and linearly between the front surface and the back surface of the substrate. The first through hole has a circular or rectangular (square or rectangular) cross section. Alternatively, it may be a single oval or rectangular shape that allows a plurality of lead pins to penetrate and is smaller than the outer shape of the insulating member.
In addition, the insulating member can be made of a ceramic member, a resin member, or a glass member.
That is, the present invention also includes a light emitting element mounting package (claim 2) in which the insulating member is a ceramic member.
Further, when the insulating member is the ceramic member, the ceramic member is made of, for example, a high-temperature fired ceramic such as alumina, aluminum nitride, or mullite, or a low-temperature fired ceramic such as glass-ceramic.
Further, on the opposite back surface of the ceramic member, the same metallized layer surrounding the openings is formed at positions separated from the openings of the plurality of second through holes.
In addition, a plurality of the second through holes are formed in parallel and linearly on the ceramic member, and have a circular or rectangular shape, and the openings for each of the second through holes are formed. , Separated from the metallized layer.
また、前記リードピンは、その径方向に延びた前記鍔部を介して、前記セラミック部材の第2貫通穴における対向裏面側の開口部の周辺に固定され、且つ該セラミック部材は、前記メタライズ層を介して、前記基板に設けた第1貫通穴の周辺に固定されている。そのため、上記リードピンは、上記鍔部とセラミック部材の対向裏面との接合面、および、該セラミック部材の対向表面と前記基板の表面または裏面との接合面、という2つの接合面(平面)を介して、前記基板に接合される。従って、従来のような厳しい寸法公差の管理をすることなく、パッケージ内部の気密性を確実且つ容易に維持することができる。
更に、前記絶縁部材が樹脂部材あるいはガラス部材である場合、例えば、ポリイミドやエポキシ系樹脂、あるいは、ホウケイ酸ガラスや石英ガラスなどが用いられる。
加えて、前記リードピンは、その径方向に延びた前記鍔部を介して、前記樹脂部材またはガラス部材の第2貫通穴における対向裏面側の開口部の周辺に固定され、且つ該樹脂部材またはガラス部材は、接着剤を介して、前記基板に設けた第1貫通穴の周辺に固定されている。そのため、上記リードピンは、上記鍔部と上記樹脂部材またはガラス部材の対向裏面との接合面、および、該樹脂部材またはガラス部材の対向表面と前記基板の表面または裏面との接合面、という2つの接合面(平面)を介して、前記基板に接合される。従って、かかる場合にも、従来のような厳しい寸法公差の管理をすることなく、パッケージ内部の気密性を確実且つ容易に維持することができる。尚、上記接着剤には、例えば、樹脂系接着剤やガラス系接着剤などが適用可能である。
Further, the lead pin is fixed around the opening on the opposite back surface side in the second through hole of the ceramic member via the flange portion extending in the radial direction thereof, and the ceramic member has the metallized layer. It is fixed around the first through hole provided in the substrate. Therefore, the lead pin is provided through two joint surfaces (plane surfaces), that is, a joint surface between the flange portion and the facing back surface of the ceramic member, and a joint surface between the facing surface of the ceramic member and the front surface or the back surface of the substrate. Is joined to the substrate. Therefore, the airtightness inside the package can be reliably and easily maintained without controlling the strict dimensional tolerance as in the conventional case.
Further, when the insulating member is a resin member or a glass member, for example, polyimide or epoxy resin, borosilicate glass, quartz glass or the like is used.
In addition, the lead pin is fixed around the opening on the opposite back surface side in the second through hole of the resin member or the glass member via the flange portion extending in the radial direction thereof, and the resin member or the glass. The member is fixed around the first through hole provided in the substrate via an adhesive. Therefore, the lead pin has two surfaces, one is a joint surface between the flange portion and the opposite back surface of the resin member or the glass member, and the other is a joint surface between the opposite surface of the resin member or the glass member and the front surface or the back surface of the substrate. It is joined to the substrate via a joining surface (flat surface). Therefore, even in such a case, the airtightness inside the package can be reliably and easily maintained without controlling the strict dimensional tolerance as in the conventional case. For example, a resin-based adhesive, a glass-based adhesive, or the like can be applied to the above-mentioned adhesive.
また、本発明には、前記基板と前記セラミック部材との固定は、該セラミック部材の対向表面における前記第2貫通穴の開口部を囲み、且つ該開口部から離間して形成されたメタライズ層と、該メタライズ層の上に沿って配設されたロウ材層と、を介して成されている、発光素子搭載用パッケージ(請求項3)も含まれる。
これによれば、上記メタライズ層およびロウ材層を介して、前記基板とセラミック部材とが強固に接合されているので、前記効果(2)と共に、更に以下の効果(4)を得ることも可能となる。
(4)前記セラミック部材の対向表面に形成されたメタライズ層は、該対向表面に開口する第2貫通穴の開口部から離間しているので、上記セラミック部材を前記基板の表面または裏面における第1貫通穴の周辺に固定する際に、上記メタライズ層の上に沿って配設されるロウ材などが前記リードピンに不用意に接触して、短絡などの不具合を生じ難くされている。
尚、前記メタライズ層は、タングステン(以下、単にWと記載する)やモリブデン(以下、単にMoと記載する)などからなる。
また、前記ロウ材層には、銀ロウ(例えば、Ag−Cu合金)が例示される。
Further, in the present invention, the substrate and the ceramic member are fixed to a metallized layer formed so as to surround the opening of the second through hole on the facing surface of the ceramic member and to be separated from the opening. Also included is a light emitting element mounting package (claim 3) formed via a brazing material layer arranged along the metallized layer.
According to this, since the substrate and the ceramic member are firmly bonded to each other via the metallized layer and the brazing material layer, it is possible to obtain the following effect (4) in addition to the effect (2). It becomes.
(4) Since the metallized layer formed on the facing surface of the ceramic member is separated from the opening of the second through hole that opens on the facing surface, the ceramic member is first placed on the front surface or the back surface of the substrate. When fixing to the periphery of the through hole, a brazing material or the like arranged along the metallized layer is inadvertently contacted with the lead pin, and problems such as a short circuit are less likely to occur.
The metallized layer is made of tungsten (hereinafter, simply referred to as W), molybdenum (hereinafter, simply referred to as Mo), or the like.
Further, as the brazing material layer, silver brazing (for example, Ag—Cu alloy) is exemplified.
更に、本発明には、前記基板と前記発光素子の搭載部とは、別体であり、該発光素子の搭載部は、前記基板よりも熱伝導率が大きい放熱体に含まれ、上記基板は、前記表面と裏面との間を貫通する第3貫通穴を有し、上記放熱体は、該第3貫通穴に挿入されて固定されている、発光素子搭載用パッケージ(請求項4)も含まれる。
これによれば、発光素子の搭載部を有する前記放熱体は、前記基板よりも熱伝導率が大きく、且つ前記第3貫通穴に挿入され且つ固定されているので、追って上記搭載部に搭載された発光素子が発する熱を、上記放熱体を介して、本パッケージの外部に効果的に放熱することが可能となる(以下、効果(5)という)。
尚、前記放熱体は、例えば、銅または銅合金、あるいはアルミニウム合金などからなる。
Further, in the present invention, the substrate and the mounting portion of the light emitting element are separate bodies, and the mounting portion of the light emitting element is included in a radiator having a higher thermal conductivity than the substrate. Also included is a light emitting element mounting package (claim 4), which has a third through hole penetrating between the front surface and the back surface, and the radiator is inserted and fixed in the third through hole. Is done.
According to this, since the heat radiating body having the mounting portion of the light emitting element has a higher thermal conductivity than the substrate and is inserted and fixed in the third through hole, it is mounted on the mounting portion later. The heat generated by the light emitting element can be effectively dissipated to the outside of the package via the heat radiating body (hereinafter referred to as effect (5)).
The heat radiating body is made of, for example, copper, a copper alloy, an aluminum alloy, or the like.
また、本発明には、前記第3貫通穴は、平面視で長方形状、正方形状、あるいは円形状であり、前記放熱体は、直方体形状、立方体形状、あるいは円柱体形状を呈し、その底面の周辺に沿って、前記基板の裏面における第3貫通穴の開口部の周辺との接合を可能とするフランジを有している、発光素子搭載用パッケージ(請求項5)も含まれる。
これによれば、前記放熱体は、本体の底面の周辺に沿って一体に有するフランジと、前記基板の裏面における第3貫通穴の開口部の周辺とを、ロウ材などを介して接合されるので、前記効果(2)および(5)を確実に奏することができる。
Further, in the present invention, the third through hole has a rectangular shape, a square shape, or a circular shape in a plan view, and the radiator has a rectangular parallelepiped shape, a cubic shape, or a cylindrical shape, and has a bottom surface thereof. A light emitting element mounting package (claim 5) is also included, which has a flange that enables joining with the periphery of the opening of the third through hole on the back surface of the substrate along the periphery.
According to this, the heat radiating body is joined to the flange integrally held along the periphery of the bottom surface of the main body and the periphery of the opening of the third through hole on the back surface of the substrate via a brazing material or the like. Therefore, the effects (2) and (5) can be surely achieved.
加えて、本発明には、前記基板と、前記セラミック部材との線膨張係数の差は、5ppm(K-1)以下である、発光素子搭載用パッケージ(請求項6)も含まれる。
これによれば、前記セラミック部材と、前記基板との線膨張係数の差は、5ppm(K-1)以下と比較的小さいため、前記セラミック部材と基板との接合部に対して加えられる熱応力が緩和されるので、前記効果(2)をより確実に得ることができる。
In addition, the present invention also includes a light emitting device mounting package (claim 6) in which the difference in linear expansion coefficient between the substrate and the ceramic member is 5 ppm (K -1) or less.
According to this, since the difference in the coefficient of linear expansion between the ceramic member and the substrate is relatively small, 5 ppm (K -1 ) or less, the thermal stress applied to the joint between the ceramic member and the substrate is applied. Is alleviated, so that the effect (2) can be obtained more reliably.
以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図1,図2は、本発明による一形態の発光素子搭載用パッケージ1aを斜め上方、あるいは、斜め下方からの視角で個別に示す斜視図である。
上記発光素子搭載用パッケージ1aは、図1,図2に示すように、全体が箱形状のパッケージ本体2と、その内側に配設された一対のセラミック板(セラミック部材、絶縁部材)12と、該セラミック板12と前記本体2の基板3とを連続して貫通し、且つ上記パッケージ本体2の内側のキャビティ9内に上端(一端)側が位置する複数のリードピン30と、を備えている。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described.
1 and 2 are perspective views showing one form of the light emitting element mounting package 1a according to the present invention individually at a viewing angle from diagonally above or diagonally below.
As shown in FIGS. 1 and 2, the light emitting element mounting package 1a includes a box-shaped package
前記パッケージ本体2は、上下に対向する表面4および裏面5を有する平板の基板3と、該基板3の表面4側における周辺から立設し、平面視が矩形(正方形または長方形)状を呈する内側面7および外側面8を有するフレーム(枠体)6とからなる。該フレーム6の内側面7に囲まれた上記基板3の表面4は、図示しない発光素子の搭載部を含有している。あるいは、該搭載部は、後述する放熱体に含まれている。
尚、上記基板3とフレーム6とは、例えば、コバールからなり、互いにロウ付けなどにより接合されて、前記パッケージ本体2を形成しており、該パッケージ本体2の全表面には、所要の厚みを有するニッケル膜と金膜とが順次被覆されている。また、上記基板3の表面4とフレーム6の内側面7とに囲まれた内側には、全体が直方体状のキャビティ9が形成されている。
The package
The
前記基板3には、平面視で対向する一対の辺ごとに沿って、3つずつの第1貫通穴11が水平に整列し且つ互いに平行に表面4と裏面5との間を貫通している。
また、前記基板3のうち、図1,図2の後方(奥)側には、平面視が長方形状の第3貫通穴19が前記フレーム6の側壁との間で形成され、該第3貫通穴19には、放熱体20の本体21が基板3の裏面5側から挿入され且つ固定されている。
上記放熱体20は、例えば、前記基板3よりも熱伝導率が大きい銅などの金属からなり、図4に示すように、直方体状の本体21と、発光素子の搭載部を一部に含む該本体21の上面22と、かかる本体21の底面の周辺に沿って外側に張り出したフランジ23とからなり、該フランジ23を図示しないロウ材を介して、前記基板3の裏面5に接合している。
更に、前記フレーム6において、図1,図2で前方側に位置する側壁の内側面7と外側面8との間には、レーザーなどの光を通過させたり、あるいは図示しない光ファイバーを挿通するための透孔10が穿設されている。
In the
Further, in the
The
Further, in the
一方、前記セラミック板(セラミック部材)12は、例えば、アルミナなどのセラミックからなり、図3(A),(B)に示すように、前記基板3の表面4に対向して用いる対向表面13と、該対向表面13に対向する対向裏面14と、これらの間を貫通し且つ丸い断面を有する3つの第2貫通穴15と、を有している。
上記対向裏面14には、図3(A)に示すように、第2貫通穴15ごとの開口部の周囲にアルミナの表面が露出するリング形状の離間部17と、該離間部17ごとを個別に囲む矩形状で且つWまたはMoからなる複数のメタライズ層16とが形成されている。また、上記対向表面13には、図3(B)に示すように、第2貫通穴15ごとの開口部の周囲に位置する上記同様の離間部17と、該離間部17を除いた対向表面13のほぼ全面に配設したメタライズ層16とが形成されている。即ち、上記メタライズ層16は、何れも、第2貫通穴15ごとの開口部から離間して形成されていると共に、隣接する第2貫通穴15同士の間にも該メタライズ層16が形成されている。
尚、上記セラミック板12を構成するアルミナと、前記基板3およびフレーム6を構成するコバールとの線膨張係数の差は、5ppm(K-1)以下である。
On the other hand, the ceramic plate (ceramic member) 12 is made of, for example, a ceramic such as alumina, and as shown in FIGS. It has a facing back
On the facing back
The difference in linear expansion coefficient between the alumina constituting the
また、前記リードピン30は、例えば、コバールからなり、図1,図2,図5に示すように、丸棒状の軸部31と、該軸部31の下端に位置する半球形状の先端部32と、前記軸部31の上端(一端)に設けられた円柱形の頭部33と、該頭部33に近接する軸部31から径方向に延びた円盤形状の鍔部34と、を一体に有している。図5に示ように、上記リードピン30において、上記鍔部34の直径D3は、上記軸部31の直径D1よりも大きく、且つ上記頭部33の直径D2も、前記軸部31の直径D1よりも大きく設定されている。
尚、前記リードピン30の表面にも、前記同様のニッケル膜と金膜とが順次被覆されている。
Further, the
The surface of the
図1,図2,図5に示すように、前記基板3における左右3つずつの第1貫通穴11の表面4側における開口部の周辺には、一対の前記セラミック板12が、その対向表面13に形成された前記メタライズ層16と、該メタライズ層16の上(図示では下側)に沿って配設されたロウ材層28とを介して、接合されることで個別に固定されている。
更に、図5に示すように、上記セラミック板12の第2貫通穴15ごとの中心部には、前記リードピン30の軸部31が貫通するように、該リードピン30の鍔部34が、上記セラミック板12の第2貫通穴15の開口部ごとの周辺に前記離間部17を挟んで形成された前記メタライズ層16と、該メタライズ層16の上に沿って配設されたロウ材層28とを介して、上記セラミック板12の対向裏面14に接合されて固定されている。
尚、上記ロウ材層28は、例えば、銀ロウ(Ag−Cu系合金)からなる。
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, a pair of
Further, as shown in FIG. 5, the
The
その結果、複数の前記リードピン30は、前記基板3の第1貫通穴11ごとの中心部と、前記セラミック板12の第2貫通穴15ごとの中心部とを、連続して貫通した姿勢で、各セラミック板12を介して、上記基板3に支持されている。
図1,図2,図5に示すように、前記基板3に設けた第3貫通穴19には、前記放熱体20の本体21が該基板3の裏面5側から挿入され、該放熱体20のフランジ23と基板3の裏面5との間に配置した前記同様のロウ材(図示せず)を介して、上記放熱体20が基板3などに固定されている。
As a result, the plurality of lead pins 30 continuously penetrate the central portion of each of the first through
As shown in FIGS. 1, 2, and 5, the
更に、図5に示すように、上記発熱体20の本体21における上面22には、追って搭載されるレーザーダイオード(発光素子)25の搭載部が含まれ、該搭載部に搭載された前記レーザーダイオード25は、その上面に有する複数の外部電極(図示せず)と、複数の前記リードピン30の頭部33との間をボンディングワイヤー29を介して、各リードピン30と電気的に接続される。
そして、前記フレーム6の上側の開口部に、コバールなどからなる蓋板35をロウ付けなどにより接合することで、搭載された上記レーザーダイオード25を含むパッケージ本体2のキャビティ9内を外部から封止することができる。
Further, as shown in FIG. 5, the
Then, by joining a
図6は、前記パッケージ1aとは異なる形態の発光素子搭載用パッケージ1bを示す前記図5と同様な垂直断面図である。
上記発光素子搭載用パッケージ1bは、図6に示すように、前記同様の基板3およびフレーム6からなるパッケージ本体2と、前記基板3の表面4と裏面5との間を前記同様に貫通する複数の第1貫通穴11と、該第1貫通穴11の前記基板3における裏面5側の開口部の周辺に前記同様に接合される一対のセラミック板12と、該セラミック板12ごとに空けた複数の第2貫通穴15の中心部と、上記第1貫通穴11ごとの中心部とを連続して個別に貫通する複数のリードピン30と、を備えている。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view similar to that of FIG. 5, showing a light emitting element mounting package 1b having a form different from that of the package 1a.
As shown in FIG. 6, the light emitting element mounting package 1b includes a plurality of package
前記リードピン30は、図6に示すように、前記同様の軸部31、先端部32、および頭部33を有すると共に、前記軸部31の軸方向の中間に前記同様の鍔部34を一体に有している。
図6に示すように、前記基板3における左右複数ずつの第1貫通穴11の裏面5側における開口部の周辺には、一対の前記セラミック板12が、その対向表面13に形成された前記メタライズ層16と、該メタライズ層16の上に沿って配設されたロウ材層28とを介して、接合されることで個別に固定されている。
As shown in FIG. 6, the
As shown in FIG. 6, a pair of
更に、図6に示すように、上記セラミック板12の第2貫通穴15ごとの中心部には、前記リードピン30の軸部31が貫通するように、該リードピン30の鍔部34が、上記セラミック板12の対向裏面14における第2貫通穴15の開口部ごとの周辺に、前記離間部17を挟んで形成された前記メタライズ層16と、該メタライズ層16の上(図示で下側)に沿って配設されたロウ材層28とを介して、上記セラミック板12の対向裏面14に接合されて固定されている。
その結果、複数の前記リードピン30は、前記基板3の第1貫通穴11ごとの中心部と、前記セラミック板12の第2貫通穴15ごとの中心部とを、連続して貫通した姿勢で、各セラミック板12を介して、上記基板3に支持されている。
また、図6に示すように、前記基板3に設けた第3貫通穴19には、前記放熱体20の本体21が挿入され、該放熱体20のフランジ23と基板3の裏面5との間に配置した前記同様のロウ材を介して、上記放熱体20が基板3などに固定されている。
Further, as shown in FIG. 6, the
As a result, the plurality of lead pins 30 continuously penetrate the central portion of each of the first through
Further, as shown in FIG. 6, the
更に、図6に示すように、上記放熱体20の本体21における上面22には、追って搭載されるレーザーダイオード25の搭載部が含まれ、該搭載部に搭載された前記レーザーダイオード25は、その上面に有する複数の外部電極と、複数の前記リードピン30の頭部33との間をボンディングワイヤー29を介して、各リードピン30と電気的に接続される。
そして、前記フレーム6の上側の開口部に、コバールなどからなる蓋板35をロウ付けなどにより接合することで、搭載された上記レーザーダイオード25を含むパッケージ本体2のキャビティ9内を外部から封止することができる。
Further, as shown in FIG. 6, the
Then, by joining a
前記のような発光素子搭載用パッケージ1a,1bにおいて、前記リードピン30は、前記基板3に設けた第1貫通穴11と、前記セラミック板12に設けた第2貫通穴15とを連続して貫通しているので、前記基板3の表面4側に位置する前記放熱体20の上面22に含まれる搭載部に追って搭載されるレーザーダイオード25との電気的接続を、ボンディングワイヤー29を介して直接得ることができる。従って、上記レーザーダイオード25に投入すべき電力の増加に伴った十分な電流を給電することができる。
また、前記リードピン30は、その前記鍔部34を介して、前記セラミック板12の第2貫通穴15における対向裏面14側の開口部の周辺に固定され、且つ該セラミック板12は、前記メタライズ層16およびロウ材層28を介して、前記基板3に設けた第1貫通穴11の周辺に固定されている。そのため、上記リードピン30は、上記鍔部34とセラミック板12の対向裏面14との接合面、および、該セラミック板12の対向表面13と前記基板3の表面4または裏面5との接合面、という2つの接合面(平面)を介して前記基板に支持されるので、従来のような厳しい寸法交差の管理をすることなく、パッケージ本体2内の気密性を確実且つ容易に維持することができる。
In the light emitting element mounting packages 1a and 1b as described above, the
Further, the
更に、前記セラミック板12の対向表面13に形成されたメタライズ層16は、該対向表面13に開口する第2貫通穴15の開口部から離間部17を介して離間しているので、上記セラミック板12を前記基板3の表面4または裏面5における第1貫通11穴の周辺に固定する際に、上記メタライズ層16の上に沿って配設されるロウ材層28が前記リードピン30に不用意に接触して、短絡などの不具合を生じ難くされている。
また、前記レーザーダイオード25の搭載部を有する前記放熱体20は、前記基板3よりも熱伝導率が大きく、且つ前記第3貫通穴19に挿入され且つ固定されているので、追って上記搭載部に搭載されたレーザーダイオード25が発する熱を、上記放熱体20を介して外部に効果的に放熱することが可能となる。
Further, since the metallized
Further, since the
更に、前記セラミック板12と、前記基板3およびフレーム6との線膨張係数の差は、5ppm(K-1)以下と比較的小さいため、上記セラミック板12と基板3との接合部に対して加えられる熱応力が緩和され、不用意な隙間が生じにくくなるので、本パッケージa1,1b内の気密性を確実且つ容易に維持できる。
加えて、前記リードピン30の頭部33の直径D2が、前記軸部31の直径D1よりも大きく設定されているので、前記搭載部22に追って搭載される発光素子25との電気的接続を前記ボンディングワイヤー29などで得る際に、該ボンディングワイヤー29の接続領域を十分に大きくでき、容易で確実な接合が可能となる。
従って、発光素子搭載用パッケージ1a,1bによれば、前記効果(1)〜(5)を確実に奏することができる。
また、前記発光素子搭載用パッケージ1aによれば、セラミック板12が前記キャビティ9内に配置されているため、該セラミック板12と前記基板3とを面で接合して気密性を確保する本形態においても、当該パッケージ1aの低背化が可能となる。
Further, since the difference in linear expansion coefficient between the
In addition, since the diameter D2 of the
Therefore, according to the light emitting element mounting packages 1a and 1b, the above effects (1) to (5) can be surely achieved.
Further, according to the light emitting element mounting package 1a, since the
図7(A),(B)は、異なる形態のセラミック板(セラミック部材)12aを対向裏面14側あるいは対向表面13側からの視角で示す斜視図である。
上記セラミック板12aは、前記同様のアルミナなどからなり、図7(A),(B)に示すように、前記基板3の表面4に対向して用いる対向表面13と、該対向表面13に対向する対向裏面14と、これらの間を貫通する3つの第2貫通穴15aと、を有している。該第2貫通穴15aは、平面視が矩形状である。
上記対向裏面14には、図7(A)に示すように、第2貫通穴15aごとの開口部の周囲にアルミナの表面が露出する矩形枠状の離間部17と、該離間部17ごとを囲む矩形状で且つWまたはMoからなるメタライズ層16とが形成されている。また、上記対向表面13には、図7(B)に示すように、第2貫通穴15aごとの開口部の周囲に位置する上記同様の離間部17と、該離間部17を除いた対向表面13のほぼ全面に配設したメタライズ層16とが形成されている。
7 (A) and 7 (B) are perspective views showing different forms of the ceramic plate (ceramic member) 12a from the facing back
The
On the facing back
尚、前記セラミック板12aを構成するアルミナと、前記基板3およびフレーム6を構成するコバールとの線膨張係数の差は、5ppm(K-1)以下である。
以上のようなセラミック板12aを前記セラミック板12に替えて、前記発光素子搭載用パッケージ1a,1bに対し前記同様に適用することができると共に、かかるセラミック板12aを用いた上記パッケージ1a,1bによっても、前記効果(1)〜(5)を奏することが可能となる。
The difference in linear expansion coefficient between the alumina constituting the
The
本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記基板3、フレーム6、リードピン30、および蓋板35は、42アロイ、あるいは194合金からなるものとしても良い。
また、前記セラミック板12,12aは、窒化アルミニウム、ムライト、またはガラス−セラミックの何れか1つからなるものとしたり、あるいは、樹脂板(樹脂部材)やガラス板(ガラス部材)からなるものとしても良い。該樹脂板やガラス板とした場合、前記メタライズ層16は、省略される。尚、該樹脂板やガラス板を用いる場合、前記フレーム6やリードピン30との接合には、樹脂系接着剤やガラス系接着剤を用いて接合される。
更に、前記発光素子搭載用パッケージ1a,1bにおいて、前記基板3に空ける第1貫通穴は、前記セラミック板12,12aの外形と相似形状となる長方形状の断面を有する単一のものとしても良い。
また、前記フレーム6は、予め、前記蓋板35と一体とされ、且つその底面側に前記基板3の表面4を囲む開口部を有する箱状体の一部としても良い。
The present invention is not limited to each of the forms described above.
For example, the
Further, the
Further, in the light emitting element mounting packages 1a and 1b, the first through hole to be formed in the
Further, the
更に、前記発光素子は、発光ダイオードなどとしても良い。
また、前記フレーム6の透孔10における外側面8側には、前記透孔10の内径と同じ内径を有する円筒形の光ファイバー保持用のホルダーを突設しても良い。
更に、前記第3貫通穴は、平面視で円形、楕円形、あるいは長円形とし、且つ前記放熱体20の本体も平面視で前記円形などと相似形の形態としても良い。
また、前記リードピン30の鍔部34は、平面視で矩形状を呈する形態としても良い。
加えて、前記ロウ材(接合材)層には、アルミナ、ケイ酸、酸化ボロン、酸化亜鉛、酸化鉛、カルシア、パラジウム、白金、銅、金、または炭素の何れかを用いても良い。
Further, the light emitting element may be a light emitting diode or the like.
Further, a cylindrical holder for holding an optical fiber having the same inner diameter as the inner diameter of the through
Further, the third through hole may have a circular shape, an elliptical shape, or an oval shape in a plan view, and the main body of the
Further, the
In addition, any of alumina, silicic acid, boron oxide, zinc oxide, lead oxide, calcia, palladium, platinum, copper, gold, or carbon may be used for the brazing material (bonding material) layer.
また、前記リードピン30における頭部33の直径D2は、前記鍔部34の直径D3よりも小さく設定しても良い。即ち、該リードピン30の鍔部34の直径D3を、最も大きくなるように設定しても良い。これにより、前記鍔部34の面積を十分に大きくできるので、該鍔部34と前記セラミック板12との間での接合を、十分に確保することが可能となり、気密封止をより確実にできる。
更に、前記リードピン30における頭部33の直径D2は、前記鍔部34の直径D3よりも大きく設定しても良い。即ち、該リードピン30の頭部33の直径D3を、最も大きくなるように設定しても良い。これよれば、前記頭部33の面積を十分に大きくできるので、追って搭載される発光素子25とリードピン30とを電気的に接続する際に、ボンディングワイヤー29などの接合が容易になる。
Further, the diameter D2 of the
Further, the diameter D2 of the
また、前記発光素子搭載用パッケージ1bにおいて、前記セラミック板12の厚み以上の凹部を前記基板3の裏面5側に形成し、該凹部内にセラミック板12を接合することで、該セラミック板12と前記基板3とを面で接合して、気密性を確保する形態にした場合、本パッケージ1bの低背化が可能となる。しかも、前記セラミック板12と前記基板3とを面で接合するので、上述の凹部の開口幅をセラミック板12の幅(長さ)よりも十分に大きく形成することができ、上記凹部の寸法精度を厳しく管理する必要がなくなる。
Further, in the light emitting element mounting package 1b, a recess equal to or larger than the thickness of the
また、前記実施の形態において、セラミック部材は、板状のセラミック板12としたが、該セラミック部材は、少なくとも基板3と平面で接合できる板状部を有する構成であれば良い。例えば、セラミック板12の対向表面13から立設し、該対向表面13側の開口部を囲むように形成された筒状部を有するセラミック部材としても良い。かかる形態によれば、前記筒状部が基板3に形成された第1貫通穴11内に挿入されると共に、該セラミック部材の板状部により基板3と面で接合することで、本パッケージ内部の気密性を確保でき、且つ、第1貫通穴11を構成する内壁面と、該第1貫通穴11を貫通するリードピンとの接触による短絡を防ぐこともできる。
Further, in the above-described embodiment, the ceramic member is a plate-shaped
また、前記実施の形態において、セラミック部材と基板3との線膨張係数の差を5ppm(K-1)以下としたが、セラミック部材と基板3との接合箇所において、気密性が確保される限りにおいては、これに限るものではない。例えば、セラミック部材と基板3との面での接合部における最大直線長さが5mm以下である場合には、上記線膨張係数の差が5ppm(K-1)よりも大きくても、気密性を確保した接合が可能となる。
更に、セラミック部材と基板3との面での接合を行う際に、両者の間に応力を緩和する部材を介在させることによって、上記線膨張係数の差を5ppm(K-1)よりも大きくしても、気密性を確保した接合が可能である。
Further, in the above-described embodiment, the difference in the coefficient of linear expansion between the ceramic member and the
Further, when joining the ceramic member and the
本発明によれば、追ってパッケージ内部に搭載される発光素子に対する投入電力を容易に増大でき、且つパッケージ内部の気密性を確実に維持できる発光素子搭載用パッケージを確実に提供することができる。 According to the present invention, it is possible to reliably provide a package for mounting a light emitting element, which can easily increase the input power to the light emitting element mounted inside the package and can surely maintain the airtightness inside the package.
1a,1b…発光素子搭載用パッケージ
3…………………基板
4…………………表面
5…………………裏面
11………………第1貫通穴
12,12a……セラミック板(セラミック部材、絶縁部材)
13………………対向表面
14………………対向裏面
15,15a……第2貫通穴
16………………メタライズ層
17………………離間部
19………………第3貫通穴
20………………放熱体
22………………上面(搭載部)
23………………フランジ
28………………ロウ材層
30………………リードピン
33………………頭部
34………………鍔部
D1〜D3………直径
1a, 1b ... Package for mounting a
13 ……………… Facing
23 ………………
Claims (6)
上記基板の表面と裏面との間には、上記リードピンを貫通させる第1貫通穴が形成され、
上記絶縁部材は、上記対向表面と対向裏面との間を貫通する第2貫通穴を有しており、
上記リードピンは、上記第1貫通穴および第2貫通穴を貫通する軸部と、該軸部から径方向に延びた鍔部と、前記軸部の軸方向の一端に設けられた頭部と、を有し、
上記リードピンの鍔部の直径は、上記軸部の直径よりも大きく、且つ、該リードピンの頭部の直径は、前記軸部の直径よりも大きく形成されており、
上記リードピンは、上記鍔部が、ロウ材層を介して、上記絶縁部材の対向裏面における第2貫通穴の開口部の周辺に固定されていると共に、
上記リードピンの軸部と第2貫通穴の内周面とは、上記ロウ材層を介さずに対向しており、
上記絶縁部材は、上記基板の表面または裏面における第1貫通穴の開口部の周辺に固定されている、
ことを特徴とする発光素子搭載用パッケージ。 Front surface and a back surface, or and including mounting portion of the light emitting element to the surface, or the substrate which enables disposing the mounting portion of the separate on the surface side, and a lead pin which is supported on the substrate, A package for mounting a light emitting element, comprising a facing surface facing either the front surface or the back surface of the substrate and an insulating member having a facing back surface facing the facing surface.
A first through hole is formed between the front surface and the back surface of the substrate to allow the lead pin to pass through.
The insulating member has a second through hole penetrating between the facing front surface and the facing back surface.
The lead pin includes a shaft portion penetrating the first through hole and the second through hole, a flange portion extending radially from the shaft portion, and a head portion provided at one end of the shaft portion in the axial direction. Have,
The diameter of the flange portion of the lead pin is larger than the diameter of the shaft portion, and the diameter of the head of the lead pin is larger than the diameter of the front Symbol shaft portion,
In the lead pin, the flange portion is fixed to the periphery of the opening of the second through hole on the opposite back surface of the insulating member via the brazing material layer, and the lead pin is fixed.
The shaft portion of the lead pin and the inner peripheral surface of the second through hole face each other without the brazing material layer.
The insulating member is fixed around the opening of the first through hole on the front surface or the back surface of the substrate.
A package for mounting a light emitting element.
ことを特徴とする請求項1に記載の発光素子搭載用パッケージ。 The insulating member is a ceramic member.
The package for mounting a light emitting element according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の発光素子搭載用パッケージ。 The substrate and the ceramic member are fixed on a metallized layer formed so as to surround the opening of the second through hole on the facing surface of the ceramic member and separated from the opening, and the metallized layer. It is formed through a brazing material layer arranged along the line.
The package for mounting a light emitting element according to claim 2.
ことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の発光素子搭載用パッケージ。 The substrate and the mounting portion of the light emitting element are separate bodies, the mounting portion of the light emitting element is included in a heat radiating body having a higher thermal conductivity than the substrate, and the substrate is formed by the front surface and the back surface. It has a third through hole that penetrates between them, and the radiator is inserted and fixed in the third through hole.
The package for mounting a light emitting element according to any one of claims 1 to 3, wherein the package for mounting a light emitting element.
ことを特徴とする請求項4に記載の発光素子搭載用パッケージ。 The third through hole has a rectangular shape, a square shape, or a circular shape in a plan view, and the radiator has a rectangular parallelepiped shape, a cube shape, or a cylindrical shape, and the substrate is formed along the periphery of the bottom surface thereof. Has a flange that allows joining with the periphery of the opening of the third through hole on the back surface of the
The package for mounting a light emitting element according to claim 4.
ことを特徴とする請求項2乃至5の何れか一項に記載の発光素子搭載用パッケージ。 The difference in the coefficient of linear expansion between the substrate and the ceramic member is 5 ppm (K -1 ) or less.
The package for mounting a light emitting element according to any one of claims 2 to 5, wherein the package for mounting a light emitting element.
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