JPH11111877A - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 円柱状レンズ部材に応力によるクラックが発
生し、光半導体素子と光ファイバとの光信号の良好な授
受や、光半導体素子の長期間にわたる正常かつ安定な作
動ができなくなったりする。 【解決手段】 光半導体素子４の載置部１ａを有する基
体１と、基体１に載置部１ａを囲繞して取着され、側部
に貫通孔２ａが設けられた枠体２と、貫通孔２ａに挿通
固定され、外側端部に光ファイバ10が、内側端部に円柱
状レンズ部材11が挿入固定される筒状の金属製固定部材
９と、枠体２の上面に取着され、光半導体素子４を気密
に封止する蓋体３とから成る光半導体素子収納用パッケ
ージであって、円柱状レンズ部材11は、中央部の外周面
のみが金属製固定部材９の内周面にろう材を介して固定
されている。両端近傍の外周面がろう付けされていない
ため、円柱状レンズ部材11に応力によるクラックが発生
しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子を収
容するための光半導体素子収納用パッケージに関し、特
にレンズ部材の固定構造を改良した光半導体素子収納用
パッケージに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、光半導体素子を収容するための光
半導体素子収納用パッケージは、図３にその例を断面図
で示すように、一般に鉄−ニッケル−コバルト合金や銅
−タングステン合金等の金属から成り、上面中央部に光
半導体素子24がペルチェ素子25を介して載置される載置
部21ａを有し、この載置部21ａ周辺に複数の外部リード
端子26が絶縁部材27を介して上面から下面に貫通するよ
うにして固定された基体21と、この基体21上に載置部21
ａを囲繞するようにして取着され、側部に貫通孔22ａを
有する鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属から成る枠
体22と、この枠体22の貫通孔22ａ内に挿通固定され、光
半導体素子24と外部との光信号の授受を行なう光ファイ
バ30がその枠体22の外側端部に挿入固定される鉄−ニッ
ケル−コバルト合金等の金属から成る筒状の金属製固定
部材29と、この金属製固定部材29の枠体22の内側端部に
挿入固定され、枠体22の内外を気密に仕切る円柱状レン
ズ部材31と、枠外22の上面に接合され、光半導体素子24
を気密に封止する蓋体23とから構成されている。そし
て、基体21の載置部21ａに光半導体素子24を接着固定す
るとともにこの光半導体素子24の各電極をボンディング
ワイヤ28を介して外部リード端子26に電気的に接続し、
しかる後、枠体22の上面に蓋体23を接合させ、主に基体
21と枠体22と蓋体23とから成る容器内部に光半導体素子
24を気密に収容するとともに金属製固定部材29の内部に
光ファイバ30を挿入固定させることによって製品として
の光半導体装置となる。

【０００３】かかる光半導体装置は、外部電気回路から
供給される駆動信号によって光半導体素子24に光を励起
させ、この励起した光を円柱状レンズ部材31を通して光
ファイバ30に授受させるとともに光ファイバ30内を伝達
させることによって高速光通信等に使用される光半導体
装置として機能する。

【０００４】なお、円柱状レンズ部材31は、その中心軸
から外周部に向けて屈折率を変化させることによりレン
ズ機能を持たせたガラス材料から成り、金属製固定部材
29への挿入固定は、その外周面の全面に例えばＴｉ・Ｐ
ｔ・Ａｕから成る金属薄膜を被着させておき、これを金
属製固定部材29内に挿入するとともに、円柱状レンズ部
材31の外周面に被着させた金属薄膜とこれと対向する金
属製固定部材29の内周面とを金−銅合金等から成るろう
材を介してろう付けすることによって行なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光半導体素子収納用パッケージにおいては、金属製
固定部材29を構成する鉄−ニッケル−コバルト合金の熱
膨張係数（約６×10^-6／℃）と円柱状レンズ部材31を構
成するガラスの熱膨張係数（約10×10^-6／℃）とが大き
く異なることおよび円柱状レンズ部材31の外周面の全面
がろう付けされること等から、円柱状レンズ部材31の外
周面を金属製固定部材29の内周面に金−錫合金等のろう
材を介してろう付けする際に円柱状レンズ部材31と金属
製固定部材29との間に両者の熱膨張係数の相違に起因し
て大きな熱応力が発生し、この熱応力が円柱状レンズ部
材31の外周面と端面との間の角部に直接作用する。する
と、角部では応力が集中し易いことからこの角部に応力
が大きく集中するとともに応力がここに内在した状態と
なり、これに光半導体素子24が作動時に発生する熱が繰
り返し印加されると、この熱応力が前記角部に内在した
応力と相乗して円柱状レンズ部材31の外周面と端面との
角部を起点として円柱状レンズ部材31にクラックを発生
させることとなる。その結果、光半導体素子24が励起し
た光を円柱状レンズ部材31を介して光ファイバ30に伝達
させると、円柱状レンズ部材31において光の乱反射が起
こり、光半導体素子24が励起した光を円柱状レンズ部材
31を介して光ファイバ30に良好に授受することが不可能
となったり、あるいは、円柱状レンズ部材31に発生した
クラックにより光半導体素子収納用パッケージの気密が
破れ、内部に収容する光半導体素子24を長期間にわたり
正常かつ安定に作動させることができなくなってしまう
という欠点を有していた。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、内部に収容する光半導体素子が作
動時に発生する熱が繰り返し印加されても円柱状レンズ
部材にクラックを発生させることがなく、光半導体素子
が励起した光を円柱状レンズ部材を介して光ファイバに
良好に授受させることができるとともに、内部に収容す
る光半導体素子を長期間にわたり正常かつ安定に作動さ
せることができる光半導体素子収納用パッケージを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体素子収
納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載
置部を有する基体と、この基体上面に前記載置部を囲繞
するように取着され、側部に貫通孔が設けられた枠体
と、前記貫通孔に挿通固定され、枠体の外側端部に光フ
ァイバが、内側端部に円柱状レンズ部材が挿入固定され
る筒状の金属製固定部材と、前記枠体の上面に取着さ
れ、前記光半導体素子を気密に封止する蓋体とから成る
光半導体素子収納用パッケージであって、前記円柱状レ
ンズ部材は、中央部の外周面のみが前記金属製固定部材
の内周面にろう材を介して固定されていることを特徴と
するものである。

【０００８】また、本発明の光半導体素子収納用パッケ
ージは、上記構成の光半導体素子収納用パッケージにお
いて、前記金属製固定部材はその内周面に前記円柱状レ
ンズ部材の長さより短い幅のリング状突出部を有してお
り、このリング状突出部の内周面に前記円柱状レンズ部
材が固定されていることを特徴とするものである。

【０００９】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、円柱状レンズ部材はその中央部の外周面のみが
ろう材を介して金属製固定部材の内周面に固定されてお
り、その両端近傍の外周面がろう付けされていないこと
から、円柱状レンズ部材を金属製固定部材にろう付けす
る際に発生する熱応力が円柱状レンズ部材の外周面と端
面との角部に直接作用することはなく、従ってこの角部
にろう付け時の応力が大きく集中して内在することはな
い。

【００１０】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付の図面に基づ
いて詳細に説明する。図１および図２は、本発明の光半
導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す断
面図であり、同図中、１は基体、２は枠外、３は蓋体で
ある。主にこれらで光半導体素子４を収容するための容
器が構成される。

【００１１】基体１は、光半導体素子４を支持するため
の支持部材として作用し、その上面の略中央部に光半導
体素子４を載置するための載置部１ａを有し、載置部１
ａには光半導体素子４が間にペルチェ素子５等を挟んで
金−シリコンろう材等の接着剤により接着固定される。

【００１２】基体１は、鉄−ニッケル−コバルト合金や
銅−タングステン合金等の金属材料から成り、例えば鉄
−ニッケル−コバルト合金から成る場合、鉄−ニッケル
−コバルト合金のインゴット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製作され
る。

【００１３】なお、基体１は、その外表面に耐食性に優
れ、かつろう材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚
さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ0.5 〜５μｍの金層を
順次めっき法により被着させておくと、基体１が酸化腐
食するのを有効に防止することができるとともに光半導
体素子４の下部に配されるペルチェ素子５等を基体１上
面に強固に接着固定させることができる。従って、基体
１は、その外表面に厚さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ
0.5 〜５μｍの金層を順次めっき法により被着させてお
くことが好ましい。

【００１４】また、基体１は、光半導体素子４が載置さ
れる載置部１ａの周辺に基体１を貫通する複数個の外部
リード端子６がガラス等の絶縁部材７を介して固定され
ている。

【００１５】外部リード端子６は、光半導体素子４の電
極を外部電気回路に電気的に接続する作用を為し、その
一端に光半導体素子４の電極がボンディングワイヤ８を
介して接続され、また他端側は半田を介して外部電気回
路基板の配線導体に接続される。

【００１６】外部リード端子６は、鉄−ニッケル−コバ
ルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、基
体１への固定は、基体１に外部リード端子６より若干大
きな径の孔をあけておき、この孔にリング状のガラスか
ら成る絶縁部材７と外部リード端子６とを挿通させ、し
かる後、ガラスから成る絶縁部材７を加熱溶融させるこ
とによって行なわれる。

【００１７】また外部リード端子６は、その表面にニッ
ケルめっき層や金めっき層等の耐食性に優れ、かつボン
ディングワイヤ８との接続性および半田との濡れ性に優
れる金属層を１〜20μｍの厚みに被着させておくと、外
部リード端子６の酸化腐食が有効に防止されるとともに
外部リード端子６とボンディングワイヤ８との接続およ
び外部リード端子６と外部電気回路との接続を容易かつ
強固なものとなすことができる。従って、外部リード端
子６は、その表面にニッケルめっき層や金めっき層等の
耐食性に優れ、かつボンディングワイヤ８との接続性お
よび半田との濡れ性に優れるめっき金属層を１〜20μｍ
の厚みに被着させておくことが好ましい。

【００１８】さらに、基体１の上面には光半導体素子４
が載置される載置部１ａを囲繞するようにして枠体２が
接合されており、この枠体２の内側に光半導体素子４を
収容するための空所が形成される。

【００１９】枠体２は、鉄−ニッケル−コバルト合金や
鉄−ニッケル合金等の金属材料から成り、例えば鉄−ニ
ッケル−コバルト合金等のインゴットに圧延加工やプレ
ス加工等の金属加工を施すことにより所定の形状に形成
され、枠体２の基体１への取着は、基体１上面と枠体２
下面とを銀ろう等のろう材を介してろう付けすることに
よって行なわれる。

【００２０】枠体２はまた、その側部に貫通孔２ａが設
けてあり、貫通孔２ａには筒状の金属製固定部材９が挿
通固定されている。

【００２１】金属製固定部材９には、その枠体２の外側
端部から光ファイバ10が光半導体素子４と対向するよう
にして挿入固定され、これにより光ファイバ10と光半導
体素子４との間で光信号の授受を行ない得るようになっ
ている。光ファイバ10の金属製固定部材９への固定は、
例えば光ファイバ10に予め取着されている金属製フラン
ジ10ａを金属製固定部材９の外側端部にレーザ溶接する
こと等によって行なわれる。

【００２２】金属製固定部材９は、例えば鉄−ニッケル
−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料から成
り、枠体２の側部に設けた貫通孔２ａにこれを挿通し、
その外周面の一部を枠体２に銀ろう等のろう材を介して
ろう付けすることによって枠体２に固定される。

【００２３】また金属製固定部材９はその表面にニッケ
ルや金等の耐食性に優れる金属層をめっき法により１〜
20μｍの厚みに被着させておくと、金属製固定部材９が
酸化腐食するのを有効に防止することができる。従っ
て、金属製固定部材９はその表面にニッケルや金等の耐
食性に優れる金属を１〜20μｍの厚みに被着させておく
ことが好ましい。

【００２４】さらに金属製固定部材９は、図２に図１の
要部拡大断面図で示すように、その枠体２の内側端部の
内周面に中心軸に向けて全周にわたり所定高さで突出
し、かつ後述する円柱状レンズ部材11の長さより短い幅
のリング状突出部９ａが設けてあり、円柱状レンズ部材
11は中央部の外周面のみがろう材を介してこのリング状
突出部９ａの内周面に固定されている。

【００２５】金属製固定部材９は、その内周面に円柱状
レンズ部材11の長さより短い幅のリング状突出部９ａを
有していることから、後述するように円柱状レンズ部材
11を金属製固定部材９内にろう材を介して挿着する際に
円柱状レンズ部材11の両端をリング状突出部９ａからは
み出させて中央部の外周面のみをろう付け固定すること
により、円柱状レンズ部材９の両端近傍の外周面をろう
付けしないで固定することが容易となる。

【００２６】金属製固定部材９に挿入固定された円柱状
レンズ部材11は、ガラスから成り、その屈折率を中心軸
から外周側に向けて小さくなるように変化させることに
よりレンズ機能を持たせたものであり、金属製固定部材
９の内側空所を塞いで容器の封止の気密性を保持すると
ともに容器内部に収容された光半導体素子４の励起する
光を透過集光させて光ファイバ10に授受させる作用をな
す。

【００２７】また、円柱状レンズ部材11は、その両端が
金属製固定部材９のリング状突出部９ａからはみ出すよ
うにして金属製固定部材９内に挿入固定されており、そ
の両端近傍を除いた中央部の外周面のみが金属製固定部
材９のリング状突出部９ａの内周面に金−錫合金等のろ
う材を介してろう付け固定されている。

【００２８】円柱状レンズ部材11は、その両端近傍の外
周面がろう付けされていないことから、円柱状レンズ部
材11を金属製固定部材９にろう付けする際にろう付けの
応力が円柱状レンズ部材11の端面と外周面との間の角部
に直接印加されることはない。従って、この角部に大き
な応力が集中して内在するようなことはなく、光半導体
素子４が作動時に発生する熱による応力が繰り返し印加
されたとしても、この応力が前記内在する応力と相乗し
て円柱状レンズ部材11にクラックを発生させることはな
い。

【００２９】なお、円柱状レンズ部材11を金属製固定部
材９にろう付けするには、円柱状レンズ部材11の外周面
にＴｉ・Ｐｔ・Ａｕから成る金属薄膜を従来周知の蒸着
法・スパッタリング法等の薄膜形成技術を採用して順次
被着させるとともに、この金属薄膜と金属製固定部材９
のリング状突出部９ａの内周面とを金−錫合金等のろう
材を介してろう付けする方法が採用される。

【００３０】また、円柱状レンズ部材11は、その両端が
金属製固定部材９のリング状突出部９ａからはみ出す幅
が0.3 ｍｍ未満であると、円柱状レンズ部材11を金属製
固定部材９にろう付けする際にろう材の溜りが円柱状レ
ンズ部材11の端面と外周面との間の角部に達し、その結
果、ろう付けの応力がこの角部に直接作用して大きく内
在し、これが光半導体素子４が作動時に発生する熱によ
る熱応力と相乗して円柱状レンズ部材11にクラックを発
生させてしまい易い傾向にある。従って、円柱状レンズ
部材11は、その両端が金属製固定部材９のリング状突出
部９ａから０．３ｍｍ以上はみ出すようにして固定され
ることが好ましい。

【００３１】なお、金属製固定部材９の内周面に円柱状
レンズ部材１１の中央部の外周面のみをろう材を介して
固定するには、必ずしもリング状突出部９ａを設けなけ
ればならないものではなく、従来の金属製固定部材のよ
うにリング状突出部を有しない内周面に中央部の外周面
のみを直接にろう材を介して固定してもよいことは勿論
である。この場合、例えば円柱状レンズ部材11の中央部
の外周面のみに前記金属薄膜を被着させておき、金−錫
合金等のろう材を付与した金属製固定部材９の内周面に
挿入して円柱状レンズ部材11の外周面と金属製固定部材
９の内周面とを当接させてろう付けすればよい。

【００３２】一方また枠体２の上面には、例えば鉄−ニ
ッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属材料
から成る蓋体３が接合され、これによって基体１と枠体
２と蓋体３とから成る容器の内部に光半導体素子４が気
密に封止されることとなる。

【００３３】なお、蓋体３の枠体２上面への接合は、例
えばシームウエルド法等の溶接法によって行なわれる。

【００３４】かくして本発明の光半導体素子収納用パッ
ケージによれば、基体１の載置部１ａに光半導体素子４
を間にペルチェ素子５等を挟んで載置固定するとともに
光半導体素子４の各電極をボンディングワイヤ８を介し
て外部リード端子６に電気的に接続し、次に枠体２の上
面に蓋体３を接合させ、基体１と枠体２と蓋体３とから
成る容器内部に光半導体素子４を収容し、最後に枠体２
に挿通固定された金属製固定部材９に光ファイバ10を挿
入固定することによって最終製品としての光半導体装置
となり、外部電気回路から供給される駆動信号によって
光半導体素子４に光を励起させ、この励起した光を円柱
状レンズ部材11を通して光ファイバ10に集光授受させる
とともに光ファイバ10内を伝達させることによって高速
光通信等に使用される。

【００３５】なお、本発明は上述の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であ
れば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施の形
態の例では外部リード端子６を基体１に固定したが、こ
れを枠体２に固定してもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
によれば、円柱状レンズ部材はその中央部の外周面のみ
が金属製固定部材の内周面にろう材を介して固定されて
おり、その両端近傍の外周面がろう付けされていないこ
とから、円柱状レンズ部材を金属製固定部材にろう付け
する際にろう付けに伴う応力が円柱状レンズ部材の外周
面と端面との間の角部に直接作用することはない。従っ
て、この角部に応力が大きく集中して内在することはな
く、これに光半導体素子が作動時に発生する熱が繰り返
し印加されたとしても、この熱による応力が前記内在す
る応力と相乗して円柱状レンズ部材にクラックを発生さ
せることはない。その結果、光半導体素子が励起した光
を円柱状レンズ部材を介して光ファイバに良好に授受さ
せることができるとともに内部に収容する光半導体素子
を長期間にわたり正常かつ安定に作動させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施
の形態の一例を示す断面図である。

【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの要
部拡大断面図である。

【図３】従来の光半導体素子収納用パッケージの断面図
である。

【符号の説明】

１・・・基体 １ａ・・載置部 ２・・・枠体 ２ａ・・貫通孔 ３・・・蓋体 ４・・・光半導体素子 ９・・・金属製固定部材 ９ａ・・リング状突出部 10・・・光ファイバ 11・・・円柱状レンズ部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に光半導体素子が載置される載置部
   を有する基体と、該基体上面に前記載置部を囲繞するよ
   うに取着され、側部に貫通孔が設けられた枠体と、前記
   貫通孔に挿通固定され、枠体の外側端部に光ファイバ
   が、内側端部に円柱状レンズ部材が挿入固定される筒状
   の金属製固定部材と、前記枠体の上面に取着され、前記
   光半導体素子を気密に封止する蓋体とから成る光半導体
   素子収納用パッケージであって、前記円柱状レンズ部材
   は、中央部の外周面のみが前記金属製固定部材の内周面
   にろう材を介して固定されていることを特徴とする光半
   導体素子収納用パッケージ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の光半導体素子収納用パッ
   ケージにおいて、前記金属製固定部材はその内周面に前
   記円柱状レンズ部材の長さより短い幅のリング状突出部
   を有しており、該リング状突出部の内周面に前記円柱状
   レンズ部材が固定されていることを特徴とする光半導体
   素子収納用パッケージ。