JPH0481348B2 - - Google Patents

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JPH0481348B2
JPH0481348B2 JP58097628A JP9762883A JPH0481348B2 JP H0481348 B2 JPH0481348 B2 JP H0481348B2 JP 58097628 A JP58097628 A JP 58097628A JP 9762883 A JP9762883 A JP 9762883A JP H0481348 B2 JPH0481348 B2 JP H0481348B2
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photodiode
optical
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light
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、発光ダイオードやフオトダイオード
に代表される光素子を収納する光素子用パツケー
ジの構造の改良に関するものである。
［従来の技術］ 光素子用パツケージは光素子を収納する作用を
営むが、この光素子用パツケージに要求される主
な技術要素は、光の取り入れや光の取り出し時に
おける対象光に対して透明となる光導入用の構造
を有すること、光素子にダイボンド及びワイヤー
ボンド等の配線を行い、光素子から電極を取り出
す構造を有すること、そして、光素子の耐環境性
と信頼性を向上させるための気密封止の構造を有
することである。
従来における光素子用パツケージの構造につい
ては様々なものがあるが、以下、従来の光素子用
パツケージの構造について、フオトダイオードの
収納例を例にして説明する。
従来における光素子用パツケージは第８図及び
第９図に示す如く、TO−18型のパツケージ１の
上面中央に、エポキシ樹脂や共晶ハンダ等を介し
てフオトダイオード２がダイボンドされるととも
に、このフオトダイオード２と電極引き出し用の
リード線３の突出頂部には、湾曲した金線４がワ
イヤーボンドされ、パツケージ１には、下面が開
口した筒形のキヤツプ５が冠着して溶接されてお
り、このキヤツプ５の上面中央の孔には、コパー
ルガラスからなる光透過用の窓６が嵌着されてい
る。
そして、この窓６の直上には、光線（矢印参
照）を伝送する光フアイバ７が近接配置されてい
る。
尚、第９図に示す光素子用パツケージも第８図
と同様に構成されているが、キヤツプ５の上面中
央の孔に嵌着される窓６がサフアイア板から構成
されている点が異なる。
従来における光素子用パツケージは以上のよう
に構成されてフオトダイオード２を収納する作用
を営むが、この光素子用パツケージの構造には、
パツケージ１とキヤツプ５の製造上の寸法精度及
び金線４が障害となり、フオトダイオード２の上
面と窓６の距離が長くなつてフオトダイオード２
と光フアイバ７の光結合効率が悪くなるという問
題点があつた。
次に、第１０図は従来における第２の光素子用
パツケージを示すもので、この場合には、通常の
TO−46型のパツケージ１の中心に、貫通孔８が
縦貫して穿設され、パツケージ１の上面中央に
は、フオトダイオード２が貫通孔８の中心に軸合
わせしてダイボンドされるとともに、このフオト
ダイオード２と電極引き出し用のリード線３の突
出頂部には、湾曲した金線４がワイヤーボンドさ
れており、パツケージ１には、下面が開口した筒
形のキヤツプ５が冠着して溶接されている。
そして、貫通孔８の下方には、光線（矢印参
照）を伝送する光フアイバ７が近接配置されてい
る。
第１０図に示す光素子用パツケージは以上のよ
うに構成されてフオトダイオード２を収納する作
用を営むが、この光素子用パツケージの構造に
も、上記従来例と同様に、フオトダイオード２の
下面と光フアイバ７の距離が長くなつてフオトダ
イオード２と光フアイバ７の光結合効率が悪くな
るという問題点があつた。
次に、第１１図は第１０図に示す光素子用パツ
ケージの問題点を解消する第３の光素子用パツケ
ージを示すもので、この場合には、上記貫通孔８
が拡径に拡張穿設されて貫通孔８に光フアイバ７
が挿入可能となつており、光フアイバ７の挿入に
基づいてフオトダイオード２の下面と光フアイバ
７の距離を短縮するようにしている。
第１１図に示す光素子用パツケージは以上のよ
うに構成されてフオトダイオード２を収納する作
用を営むが、この光素子用パツケージの構造に
は、挿入時に光フアイバ７がフオトダイオード２
に接触してフオトダイオード２を破損させる虞れ
があり、しかも、組立てが非常に困難であるとい
う問題点があつた。
次に、第１２図は従来における第４の光素子用
パツケージを示すもので、この場合には、第１０
図に示す光素子用パツケージの貫通孔８の内部
に、コパールガラス９が封着されている。
第１２図に示す光素子用パツケージは以上のよ
うに構成されてフオトダイオード２を収納する作
用を営むが、この光素子用パツケージの構造に
も、第１０図に示す光素子用パツケージと同様の
問題点があつた。
尚、他の金属やセラミツクスに貫通孔８が穿設
され、以上に述べてきた光素子用パツケージと類
似の構造が採用された場合についても、上記と同
様の問題を解消し得なかつた。
次に、第１３図及び第１４図に基づき、第１０
図乃至第１２図に示す光素子用パツケージに共通
する欠点について詳述する。
尚、第１３図及び第１４図は、従来の光素子用
パツケージにおける光の導入部を示す模式図であ
る。
第１３図は金属又はセラミツクスからなるパツ
ケージ１の不透明の基体１ａに、受光領域２ａ
（作用面）を備えたフオトダイオード２がダイボ
ンドされた状態を示すもので、同図によれば、入
射光に対する開口角が狭められており、導入され
る導入光（矢印参照）は基体１ａに穿設された貫
通孔８の下面におけるエツジ部８ａが障害とな
り、フオトダイオード２と光フアイバ７の光結合
効率が悪くなるという問題点があつた。
また、第１４図は上記基体１ａへのダイボンド
時にフオトダイオード２が位置ずれをおこした状
態を示すもので、導入される導入光は開口角が片
側で大きく狭められており、このことからフオト
ダイオード２のダイボンドには、非常に精密なダ
イボンド技術が要求されることを伺い知ることが
できる。
上記開口角を広くするためには、基体１ａの厚
さを薄くし、且つ貫通孔８の断面積を大きくする
必要があるが、基体１ａの厚さを薄くすると、パ
ツケージ１自体の強度的な問題が生じ、又、貫通
孔８の断面積を大きくすると、その断面積の拡大
に伴いフオトダイオード２のサイズを大きくせざ
るを得ないという問題が生じる。
さらに、従来の光素子用パツケージには、セラ
ミツクスや金属からなる基体１ａに貫通孔８を何
等かの方法で穿設する必要があるが、機械加工に
よる精度では、パツケージ１の構造が制限されて
しまうという問題があつた。
［発明が解決しようとする問題点］ 従来の光素子用パツケージは以上のように構成
されているので、フオトダイオード２の光フアイ
バ７の光結合効率が悪くなるという問題点があつ
た。
また、このフオトダイオード２と光フアイバ７
の光結合効率を向上させようとすると、光フアイ
バ７がフオトダイオード２に接触してフオトダイ
オード２を破損させる虞れがあり、しかも、組立
てが非常に困難であるという問題点があつた。
そして、フオトダイオード２と光フアイバ７の
光結合効率を向上させるためには、基体１ａの厚
さを薄くし、且つ貫通孔８の断面積を大きくする
必要があるが、基体１ａの厚さを薄くすると、パ
ツケージ１自体の強度的な問題が生じ、又、貫通
孔８の断面積を大きくすると、その断面積の拡大
に伴いフオトダイオード２のサイズを大きくせざ
るを得ないという問題点があつた。
さらに、従来の光素子用パツケージには、セラ
ミツクスや金属からなる基体１ａに貫通孔８を何
等かの方法で穿設する必要があるが、機械加工に
よる精度では、パツケージ１の構造が制限されて
しまうという問題点があつた。
本発明は上記に鑑みなされたもので、光フアイ
バとフオトダイオードの接触防止や組立ての容易
化を図りつつフオトダイオードと光フアイバの光
結合効率を向上させ、パツケージ自体の強度的な
問題発生を排除するとともに、フオトダイオード
のサイズ拡大を防止し、しかも、パツケージ設計
の自由度を増大させることのできる光素子用パツ
ケージを提供することを目的としている。
［問題点を解決するための手段］ 本発明においては上述の目的を達成するため、
サフアイアから構成された底板と、この底板上に
設けられ欠損部を備えたダイボンド用パツドと、
このダイボンド用パツド上にダイボンドされ作用
面を該欠損部に臨ませた光素子と、該底板上に配
設され光素子を囲む周壁と、セラミツクから構成
され該周壁に気密に冠着されたキヤツプとを備え
たことを特徴としている。
［作用］ 本発明によれば、サフアイアから構成され光に
対し透明な底板と、この底板上にメタライズされ
欠損部を備えたダイボンド用パツドと、このダイ
ボンド用パツド上にダイボンドされその作用面を
欠損部に対向させた光素子と、底板上に配設され
た光素子を囲繞する周壁とを備え、しかも、欠損
部の形状や大きさを自由に変更して光素子の作用
面における所定の領域、例えば高感度領域のみに
光を入射させることができるので、光結合効率を
大幅に向上させることができる。
また本発明によれば、入射光に対する開口角を
著しく広くすることができるので、光素子と光フ
アイバの結合効率を大幅に向上させることができ
る。
そして本発明によれば、強度的に優れたサフア
イアを基体として用いるので、基体の厚さの制約
が全くなく、パツケージを自由に設計することが
可能になる。
さらに本発明によれば、従来技術では貫通孔を
穿設せざるを得なかつたが、本発明によれば、ダ
イボンド用パツドのフオトリソグラフイーによる
メタライズ加工だけで良く、任意の微細加工が期
待でき、しかも、光素子の破損防止や組立てを非
常に容易ならしめることができる。さらにまた、
光素子のサイズ拡大を防止することが可能にな
る。
そしてまた本発明によれば、キヤツプと周壁を
セラミツク材料から構成しているので、セラミツ
ク同士はもとよりセラミツクとサフアイアとの間
でも、熱膨張係数が非常に近い値であり、接着工
程等が加熱を要する場合でも良好な気密性を保つ
ことができる。
勿論、サフアイアとセラミツクとは非金属であ
り、静電容量に関しても極めて有利である。
［実施例］ 以下、第１図乃至第７図に示す一実施例に基づ
き本発明を詳述する。本発明に係る光素子用パツ
ケージは、基本的には、第１図及び第２図に示す
如く、強度的に優れたサフアイアから構成された
サフアイア基体（底板）１０上に、ダイボンド用
パツド１１がメタライズされ、このダイボンド用
パツド１１の中心部には、平面円形の欠損部１１
ａが形成されており、ダイボンド用パツド１１上
には、その受光領域（作用面）２ａを欠損部１１
ａに対向させるフオトダイオード２がダイボンド
されている。
尚、本実施例では平面円形の欠損部１１ａを示
すが、他のいかなる形状であつても良い。
上記サフアイア基体１０は第３図及び第４図に
示す如く、光に対し透明で、その上面には、周壁
の一部を構成するアルミナ１２がロー付けされる
とともに、該上面の中央には、平面円形の欠損部
１１ａを備えたダイボンド用パツド１１がメタラ
イズされ、アルミナ１２上には、周壁の一部を構
成する平面略枠形のアルミナ１３が絶縁性の樹脂
を介して載置されており、このアルミナ１３の両
側には、電極引き出し用のリード１４がそれぞれ
水平に接続されてダイボンド用パツド１１の端部
又はアルミナ１２上の金属膜１５に重合してい
る。
上記ダイボンド用パツド１１には第５図ａ，ｂ
及び第７図に示す如く、その受光領域２ａを欠損
部１１ａに対向させるフオトダイオード２が
AuSn共晶等のリングハンダを介してダイボンド
され、このフオトダイオード２の金属膜１５とに
は、湾曲した金線４の如きリード・ワイヤ１６が
接続されている。
そして、フオトダイオード２の受光領域２ａに
は、サフアイア基体１０の下方に位置する光フア
イバ７から矢印で示す光が入射するようになつて
いる。
尚、フオトダイオード２は第３図及び第５図
ａ，ｂに示す如く、アルミナ１２，１３からなる
周壁に囲繞されている。
そして、気密封止を行う場合には第５図ａ，ｂ
に示す如く、アルミナ１３にAu−Sn、Au−Ge、
又は樹脂等のシール材１８を介してアルミナ製の
キヤツプ１７が気密状態に冠着されるが、このキ
ヤツプ１７をセラミツク材料から構成しても良
い。
尚、キヤツプ１７は第５図ａに示すように板形
でも良いが、同図ｂに示すように垂下した縁を備
えた形状等であつても良い。
上記構成によれば、サフアイアから構成された
サフアイア基体１０（底板）と、このサフアイア
基体１０上にメタライズされ欠損部１１ａを備え
たダイボンド用パツド１１と、このダイボンド用
パツド１１上にダイボンドされその受光領域２ａ
を欠損部１１ａに対向させたフオトダイオード２
と、サフアイア基体１０上に配設されフオトダイ
オード２を囲繞するアルミナ１２，１３（周壁）
と、セラミツクから構成され周壁に気密に冠着さ
れたキヤツプ１７とを備え、しかも、欠損部１１
ａの形状や大きさを任意に変更してフオトダイオ
ード２の受光領域２ａにおける所定の領域、例え
ば高感度領域のみに光（第５図ａ，ｂ及び第７図
の矢印参照）を入射させることができるので、光
結合効率を大幅に向上させることができる。
また、光透過の障害とならないサフアイア基体
１０を使用するので、第６図と第７図を対比すれ
ば明白なように、受光領域２ａの両外端と欠損部
１１ａの内端とを結んで構成される開口角を著し
く広くでき、光フアイバ７との間で高精度の光軸
合わせを行わなくても、入射光等に対する光結合
効率を極めて向上させることが可能となる。
そして、サフアイア基体１０を構成するサフア
イアは、強度的に極めて優れているので、パツケ
ージの主構成部材としてかなり薄くても強度的に
何等問題がなく、その屈折率が高いこと、即ち、
見掛上の距離が短縮されることと相俟つて、フオ
トダイオード２と光フアイバ７との対面距離を短
縮でき、光結合効率の一層の向上が期待できる。
しかも、極めて薄く形成できるので、パツケー
ジの全体を極めてコンパクトに構成することが可
能となる。
さらに、セラミツク材料から周壁とキヤツプ１
７を構成することにより、セラミツク同志はもと
よりセラミツクとサフアイアの間でも熱膨張係数
が非常に低い値であり、接着工程等が加熱を要す
る場合でも、良好な気密性を保つことが期待でき
る。
この熱膨張係数について言えば、サフアイアが
5.0×10-6〜6.7×10-6であり、セラミツクが5.0×
10-6〜7.6×10-6である。これに対し、石英ガラ
スは〜0.4×10-6である。
また、良好な気密性に関しては、温湿度サイク
ル試験に（60℃、90〜98％：−10℃、24時間／サ
イクル：10サイクル）、高温保存試験部（100℃、
1000時間）、低温保存試験（−50℃、1000時間）、
温度サイクル試験（−65℃：30分、室温：５分、
125℃：30分、５サイクル）、熱衝撃試験（100
℃：15秒、０℃：５秒、５サイクル）、気密性試
験（フアインリーク（He）、60±5psig：４時間、
≦5.0×10-8atom cc／sec）、定加速度試験
（2000G、Ｘ、Ｙ、Ｚ各方向、１分／各方向）、衝
撃試験（1500G、0.5msec、Ｘ、Ｙ、Ｚ：各５
回／各方向）、はんだ耐熱性試験（260℃×
10sec）、端子強度試験（227ｇ、90°×３回）及び
振動試験（20G、100−2000−100Hz／４分、Ｘ、
Ｙ、Ｚ：各５回／各方向）において、各試験の資
料数10に対して故障数は全て０であつた。
また、パツケージの主構成部材であるサフアイ
アとセラミツクとは非金属であり、光素子を高速
で動作させるときに重要な要素となる静電容量に
関しても有利である。
具体的には、本発明が0.19pFであるのに対し、
メタルを主構成部材に含むものは、0.3pF（TO−
18系）〜0.6pF（TO−46系）である。
尚、上記実施例では、フオトダイオード２を使
用したものを示したが、発光ダイオードにも適用
でき、光の取り込みや取り出しに必要な光素子の
全てに適用することができるのは、言うまでもな
い。
［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、サフアイアから
構成され光に対し透明な底板と、この底板状にメ
タライズされ欠損部を備えたダイボンド用パツド
と、このダイボンド用パツド上にダイボンドされ
その作用面を欠損部に対向させた光素子と、底板
上に配設され光素子を囲繞する周壁とを備え、し
かも、欠損部の形状や大きさを自由に変更して光
素子の作用面における所定の領域、例えば高感度
領域のみに光を入射させることができるので、光
結合効率を大幅に向上させることができると言う
顕著な効果がある。
また、本発明によれば、入射光に対する開口角
を著しく広くすることができるので、光素子と光
フアイバの結合効率を大幅に向上させることがで
きるという顕著な効果がある。
そしてまた、本発明によれば、強度的に優れた
サフアイアを基体として用いるので、基体の厚さ
の制約が全くなく、パツケージを自由に設計する
ことが可能になるという顕著な効果がある。
さらに、従来技術では貫通孔を穿設せざるを得
なかつたが、本発明によれば、ダイボンド用パツ
ドのフオトリソグラフイーによるメタライズ加工
だけで良く、任意の微細加工が期待でき、しか
も、光素子の破損防止の組み立てを非常に容易な
らしめることができるという顕著な効果がある。
さらにまた、本発明によれば、光素子のサイズ
拡大を防止することが可能になるという顕著な効
果がある。
また、本発明によれば、キヤツプと周壁をセラ
ミツク材料から構成しているので、セラミツク同
士はもとよりセラミツクとサフアイアとの間で
も、熱膨張係数が非常に近い値であり、接着工程
等が加熱を要する場合でも良好な気密性を保つこ
とができるという顕著な効果がある。
勿論、サフアイアとセラミツクとは非金属であ
り、静電容量に関しても極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る光素子用パツケージの一
実施例を示す平面図、第２図は第１図の断面側面
図、第３は本発明に係る光素子用パツケージをフ
オトダイオードに適用した例を示す平面図、第４
図は第３図のIV−IV線断面図、第５図ａ，ｂは
本発明に係る光素子用パツケージにキヤツプを気
密状態に冠着した状態を示す断面説明図、第６図
及び第７図は本発明に係る光素子用パツケージと
従来例の相違点を示す説明図、第８図乃至第１２
図は従来の光素子用パツケージを示す図、第１３
図及び第１４図は従来の光素子用パツケージの欠
点を示す説明図である。 ２……フオトダイオード（光素子）、２ａ……
受光領域（作用面）、１０……サフアイア基体
（底板）、１１……ダイボンド用パツド、１２，１
３……アルミナ（周壁）、１７……キヤツプ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ サフアイアから構成された底板と、この底板
    上に設けられ欠損部を備えたダイボンド用パツド
    と、このダイボンド用パツド上にダイボンドされ
    作用面を該欠損部に臨ませた光素子と、該底板上
    に配設され光素子を囲む周壁と、セラミツクから
    構成され該周壁に気密に冠着されたキヤツプとを
    備えたことを特徴とする光素子用パツケージ。
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