JPH1117041A - 光半導体用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 搭載ベースとセラミックス端子部材を寸法精
度の維持し易い形態に形成し、併せて、双方の材質を適
宜選択することにより、熱歪みや反り等の機械的損傷を
防ぐと共に、合理的な造り方を追求し経済的な光半導体
用パッケージを提供する。 【解決手段】 光半導体素子１０９が載置されるベース
底部１ａとコの字型側枠部１ｄと光ファイバー１１４の
コネクタ１１１を挿入する挿入孔１ｃが設けられた前枠
部１ｂとで搭載ベース１を構成し、前記光半導体素子１
０９を囲む多方向にメタライズ配線４が被着形成された
コの字型のセラミックス端子部材２を、コの字型側枠部
１ｄの上縁と前枠部１ｂの内面に突き当てて接合し、前
記前枠部１ｂの上縁と前記コの字型のセラミックス端子
部材２の上縁２ｆに、桁状のシールリング３を接合す
る。

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用パッケージに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光通信に用いられる光半導体素
子を収容するための光半導体用パッケージの形態は、光
信号や電気信号とを相互に変換するレーザーダイオード
（以下、ＬＤ素子という）又はホトダイオード（以下、
ＰＤ素子という）等の光半導体素子、電子冷却素子など
を搭載する金属ベースと、光信号をガラス端子に入出射
させ光ファイバーに接続するコネクタと、ＬＤ素子又は
ＰＤ素子に電気信号を入出力する外部リード線とメタラ
イズ配線の結線ベースとなるセラミックス端子とにより
構成されている。

【０００３】図９は、従来の一般的な光半導体用パッケ
ージの各構成要素の配置を示した断面図である。

【０００４】金属枠１０２の底部となる金属ベース１０
１上には、光半導体用パッケージ全体を固定する取付け
孔１１７が設けられ、第１の絶縁基板１１５を設置し
て、その上に電子冷却素子１０５として熱ポンプである
ペルチェ素子を配置して、光半導体素子１０９の発熱を
金属ベース１０１に強制的に伝達し大気中に放散するこ
とにより、光半導体素子１０９の作動温度を安定領域に
維持する。

【０００５】さらに、電子冷却素子１０５の上に第２の
絶縁基板１１６が設置され、その上のマウント基板１０
６上に光半導体素子１０９や光半導体素子１０９の温度
を監視するサーミスタ素子１０７が搭載される。

【０００６】光半導体素子１０９が受発光する光学的信
号は、金属枠１０２に設けられる丸窓１０４に対し、挿
入されるコネクタ１１１内部のレンズ１１２で集光し
て、フェルール１１３に取り付けられた光ファイバー１
１４内に入出射される。

【０００７】メタライズ配線１０８の被着形成されたセ
ラミックス端子部材１０３は、金属枠１０２の側部に嵌
め込む形態に配置され、外部リード線（図示なし）に接
続されている。外部リード線の電気的信号は、メタライ
ズ配線１０８を経由してリード（図示なし）を介して光
半導体素子１０９との信号の授受が行われると共に、電
子冷却素子１０５への電源供給が行われる。

【０００８】金属枠１０２の上面とセラミックス端子部
材１０３の上面には、枠状のシールリング１００が接合
され光半導体用パッケージ内に収容される各要素が搭載
された後、これ等の気密防水性を維持するためカバー１
１８が熔接される。

【０００９】以上のように構成された光半導体用パッケ
ージで最も重要な機能は、光半導体素子の雰囲気温度を
適正領域に維持することである。そのため金属枠は良好
な放熱性を有すると共に、絶縁体としてのセラミックス
端子部材と熱膨張係数が近似していることで、熱歪みに
よる亀裂や反りを未然に防止する材料を選定する必要が
ある。

【００１０】そこで、金属枠１０２と金属ベース１０１
にて構成される搭載ベースの材質を改善するために特開
平５−３２７０３１号公報に提案されているように、銅
−タングステン又は銅−モリブデンの合金を原料に射出
成形焼結法により形成し、搭載ベースの放熱性を改良し
たものや、本出願人の出願する特願平７ー３５０５４８
号には、搭載ベースを銅ータングステンの合金を原料に
射出成形の際、搭載ベース外壁に放熱用フィンを一体に
形成した先行技術が提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
半導体モジュールの高速化、高出力化に伴い半導体モジ
ュールからの発熱量も大きくなる傾向にある。そのた
め、光半導体用パッケージを構成する搭載ベースとセラ
ミックス端子部材を組合わせた際の放熱性の向上や熱膨
張係数の整合性が一層求められるようになり、その様な
材料の選定や形成方法の合理性が追求されて、熱歪みや
反り等の機械的損傷を防ぐことが課題となっている。

【００１２】従来の光半導体用パッケージは、セラミッ
クス端子部材を搭載ベースの両側面に嵌め込む形態であ
るため、セラミックス端子部材と搭載ベースの嵌合巾は
非常に厳しく管理する必要がある。セラミックス端子部
材の巾が過大であれば、搭載ベースの嵌合巾に挿入可能
な寸法に再加工する必要がある。特に、セラミックス端
子部材は、焼成収縮による寸法バラツキが大きいから、
研磨やダイジング切断等の加工は高価な工程となる。セ
ラミックス端子部材の巾が過小であれば、接合時に鑞材
を余分に注入せねばならず熱容量のバランスを崩し、熱
歪みの原因となり易い。

【００１３】又、ＬＤ素子とＰＤ素子との並列搭載に対
応して回路構成も複雑で微細になる傾向にあり、しか
も、それに伴い外部リード端子の数が増加してメタライ
ズ配線の載置スペースの拡大が求められている。本発明
は、以上の課題を解決するために成されたものである。

【００１４】

【発明を解決するための手段】光半導体素子が載置され
る搭載ベースをベース底部及び周辺を囲む枠をコの字型
側枠部と該側枠部の上縁より延び光ファイバーのコネク
タを固定する挿入孔が設けられた前枠部とで構成し、メ
タライズ配線が被着形成されたコの字型のセラミックス
端子部材を、前記コの字型側枠部の上縁と前枠部の側面
に突き当てて接合する。

【００１５】又、光半導体素子が載置される搭載ベース
をベース底部と、光ファイバーのコネクタを固定する挿
入孔を設けた前枠部とで構成し、端子に接続するメタラ
イズ配線が棚状のメタライズ配線スペースの内側に被着
形成され、さらに、その内側にコの字状の切欠部を有す
るコの字型セラミックス端子部材が、前枠部の側面と搭
載ベースのベース底部に接するように接合してもよい。

【００１６】さらに、コの字型セラミックス端子部材
は、光半導体素子を搭載するスペースと端子に接続する
メタライズ配線のメタライズ配線スペースとを兼ねたベ
ース底部を有しており、光ファイバーのコネクタを固定
する挿入孔が設けられた前記コの字型セラミックス端子
部材と同等の高さを持つ前枠部が、該コの字型セラミッ
クス端子部材の側壁の側部開口を塞いで接合され、さら
に、前記前枠部と前記コの字型セラミックス端子部材の
底部の側方に、光半導体用パッケージを固定する取付け
孔を設けた脚部が接合されてもよい。

【００１７】以上の手段により本発明は、セラミックス
端子部材の形状を厳密な寸法管理の必要な個所を減らす
形状に変更し、搭載ベースの材料の組合わせと形成方法
を改善し、光半導体モジュールの回路が複雑緻密となり
発熱量が増加しても、放熱性が良く熱膨張係数の整合性
があり、熱歪みや反り等の機械的損傷を防ぐ課題を同時
に解決するためになされたものである。

【００１８】本発明において「搭載ベース」とは、光半
導体素子が載置されるベース底部と光ファイバーのコネ
クタを固定する挿入孔が設けらる前枠部とベース底部の
周辺を囲むコの字型側枠部とから構成されるか、または
別の形態としては、ベース底部の周辺を囲むコの字型側
枠部を省いた構成としてもよい。「コの字型セラミック
ス端子部材」は、コの字型側枠部の上縁と光ファイバー
のコネクタを固定する挿入孔が設けらる前枠部の内面に
鑞材で接合されてパッケージを構成し、従来例のように
セラミックス部材端子が金属枠に嵌め込められる形態で
あれば、厳密な嵌合巾の管理の必要であったものを、単
に該セラミックス部材端子の底面と側面を搭載ベースに
突き当てて接合する方式に改善したものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】搭載ベースは、光半導体素子を載
置するベース底部と少なくとも光ファイバーのコネクタ
を固定する挿入孔が設けられている前枠部にて構成さ
れ、従来例の絶縁体としてのセラミックス端子部材を、
接合時に極力寸法精度の厳密な個所を省くコの字型セラ
ミックス端子部材の形態に改善し、搭載ベースと接合し
てパッケージと成す。

【００２０】

【実施例】

（実施例１） 図１に、本発明の一実施例としての斜視
図を示す。光半導体素子が載置される底部１ａの周辺を
囲むコの字型側枠部１ｄと、光ファイバーのコネクタを
固定する挿入孔１ｃが設けられた前枠部１ｂとで搭載ベ
ース１を構成し、前記光半導体素子を囲む多方向にメタ
ライズ配線４が被着形成されたコの字型のセラミックス
端子部材２を、コの字型側枠部１ｄの上縁と前枠部１ｂ
の側面に突き当てて鑞材で接合し、前記前枠部１ｂの上
縁と前記コの字型のセラミックス端子部材の上縁に、枠
状のシールリング３を接合する。

【００２１】図２に示すように、搭載ベース１を、光半
導体素子が載置されるベース底部１ａとコの字型側枠部
１ｄと光ファイバーのコネクタの挿入孔１ｃの設けられ
た前枠部１ｂとに三分割して構成されているか、図３に
示すように、コの字型側枠部１ｄをさらに三分割した１
ｆ、１ｇ、１ｈ板状部材として用意し、それぞれの部材
を鑞材で接合することにより、搭載ベース１として構成
してもよい。

【００２２】搭載ベース１の他の形成方法として図４に
示すように、タングステンまたはモリブデン粉末にて成
形後焼結し、脱バインダー処理をして空孔を形成したと
ころに銅を溶浸させてもよい。

【００２３】この方法は、射出成形法による多孔成形体
を作成する際、ニッケル粉末と、タングステン粉末、モ
リブデン粉末及びタングステンーモリブデン粉末の少な
くとも１種とをニッケル粉末が１重量％以下となるよう
混合した混合粉末とする工程と、該混合粉末を、融点１
００℃以下のワックス成分と灰分を殆ど残さない有機物
を混合してなる有機バインダーと共に混練する工程と、
該混練物を射出成形により成形する工程と、成形したも
のを脱バインダー処理して空孔を形成する工程とを経
て、溶融した銅を多孔成形体内に溶浸させるものであ
る。

【００２４】より詳しくは、特開平７−１３５２７６号
公報に記載されている方法てある。以上の方法により得
られた搭載ベース１は、良好な放熱性を有し熱膨張係数
の近似したセラミックス端子部材と接合することにより
信頼性及び寸法精度の高い光半導体用パッケージとな
る。

【００２５】さらに、搭載ベース１の他の形成方法とし
て外観は図４と同様であるが、銅−タングステンまたは
銅−モリブデン系の合金から切削して一体に成形すれ
ば、高価な焼結成形金型を不要とし、多品種少量の光半
導体用パッケージを経済的に製造できる。

【００２６】搭載ベース１を構成する部材の内、少なく
とも光半導体素子が載置されるベース底部１ａは、銅−
タングステン系または銅−モリブデン系の合金にて構成
し、その他の部材をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金もしくはタ
ングステン、モリブデンを主成分とする合金にするか、
または全ての部材を銅−タングステン系または銅−モリ
ブデン系の合金にて構成すれば、放熱性が向上する。

【００２７】コの字型セラミックス端子部材２は、図５
に示すように、多方向の端子２ｃがメタライズ配線４に
接続され、棚状のメタライズ配線スペース２ｂが内側に
連なり、コの字型の側壁２ｅの上縁２ｆには枠状のシー
ルリング３が接合される。さらに、その内側にコの字状
の切欠部２ａが設けられている。この形態であれば、従
来例のように金属枠に嵌め込むための厳密な嵌合巾の寸
法管理は不用である。

【００２８】（実施例２） 図６に、本発明の別の実施
例の斜視図を示す。光半導体素子が載置される底部１ａ
と、上に延びる光ファイバーのコネクタを固定する挿入
孔１ｃを設けた前枠部１ｂを接合して搭載ベース１と
し、多方向の端子２ｃに接続するメタライズ配線４が棚
状のメタライズ配線スペース２ｂの内側に被着形成さ
れ、さらに、その内側にコの字状の切欠部２ａを有する
コの字型セラミックス端子部材２が、上に延びる前枠部
１ｂの内面と搭載ベース１のベース底部１ａの上面に接
して前記光半導体素子を囲む位置に接合され、前記上に
延びた前枠部１ｂの上縁と前記コの字型のセラミックス
端子部材２の上縁２ｆが、ベース底部１ａからの高さと
揃う上面に、枠状のシールリング３を接合する。

【００２９】図６の搭載ベース１を構成する部材の内、
上に延びる前枠部１ｂは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金もし
くはタングステン、モリブデンを主成分とする合金を用
いて鑞材で接合するか、全ての部材を銅−タングステン
系または銅−モリブデン系の合金を用いて鑞材で接合す
ることにより、搭載ベース１と成すことにより放熱性が
向上する。

【００３０】（実施例３） 図７に、本発明の別の実施
例を光半導体モジュールとして構成した際の断面図とし
て示す。コの字型セラミックス端子部材２が、光半導体
素子１０９の搭載ベースと多方向の端子に接続するメタ
ライズ配線４のメタライズ配線スペースとを兼ねた底部
２ｄを有しており、該セラミックス端子部材２の側壁２
ｅの側部開口を塞ぎ、且つ、側壁２ｅの高さと同等の高
さを持つ、光ファイバー１１４のコネクタ１１１を固定
する挿入孔１ｃが設けられた前枠部１ｂが接合され、前
記前枠部１ｂの上縁とコの字型セラミックス端子部材２
の側壁２ｅの上縁２ｆに枠状のシールリング３が接合さ
れ、さらに、前記前枠部１ｂと前記コの字型セラミック
ス端子部材２の底部２ｄの側方を延長して、光半導体用
パッケージを固定する取付け孔１ｅを設けてもよいが、
セラミックス部材は非常に脆いので別途金属製の脚部１
ｉを接合し、該脚部１ｉに取付け孔１ｅを設けるのが好
ましい。

【００３１】図７におけるコの字型セラミックス端子部
材２の形態は、図８の斜視図に示すように、多方向の端
子２ｃがメタライズ配線４と接続され、光半導体素子を
搭載する底部を兼ねたメタライズ配線スペース２ｄが内
側に連なり、コの字型の側壁２ｅの上縁２ｆには枠状の
シールリング３が接合される。この形態であれば、従来
例のように金属枠に嵌め込むための厳密な嵌合巾の寸法
管理は不用である。

【００３２】図７の実施例において、光ファイバーのコ
ネクタを固定する挿入孔１ｃが設けられた金属枠１ｂと
取付け孔１ｅを設けた脚部１ｉを、銅−タングステン系
または銅−モリブデン系の合金もしくは、Ｆｅ−Ｎｉ−
Ｃｏ系合金にて構成すればさらに放熱性が向上する。

【００３３】コの字型セラミックス端子部材２は酸化ア
ルミ（Ａｌ₂Ｏ₃）であってもよいが、窒化アルミ（Ａｌ
Ｎ）にすれば熱伝導性は約１０倍改善される。従って、
搭載ベース１の材質が銅ータングステンまたは銅ーモリ
ブデン系合金またはコバールであり、コの字型セラミッ
クス端子部材２の材質が酸化アルミ（Ａｌ₂Ｏ₃）で構成
すれば、熱膨張係数の近似した材料の組み合わせによる
熱歪みや反り等の機械的損傷の少くないパッケージを製
造できる。

【００３４】別の組み合わせとして、搭載ベース１の材
質がタングステン又はモリブデンであり、コの字型セラ
ミックス端子部材２の材質が窒化アルミ（ＡｌＮ）で構
成すれば、さらに良好な放熱性を有する前記コの字型セ
ラミックス端子部材２を得ると共に、熱膨張係数の近似
した材料の組み合わせによる熱歪みや反り等の機械的損
傷の少くないパッケージを製造できる。

【００３５】

【発明の効果】従来は、一方向毎に個別に設けられてい
たセラミックス端子部材を、一方向または他方向に一体
に纏めてコの字型に焼成し、従来例のように金属枠に嵌
め込む形態から、単に搭載ベースに突き当てて鑞材で接
合する形態に改善したので、厳密な嵌合巾の寸法管理が
不用となった。加えて、内側に棚状の広いメタライズ配
線スペースを設けて、光半導体素子の形態に応じて搭載
スペースの有効利用の計れる経済的な光半導体用パッケ
ージを提案した。

【００３６】加えて、搭載ベースの形成方法と材質の最
適化を達成すると共にコの字型セラミックス端子部材と
の材質の整合性を適宜選択することにより熱歪みや反り
等の機械的損傷の少ない光半導体用パッケージを提案し
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の斜視図である。

【図２】本発明の実施例１の搭載ベースの形成方法の説
明図である。

【図３】本発明の実施例１の搭載ベースの他の形成方法
の説明図である。

【図４】本発明の実施例１の搭載ベースを一体化した際
の斜視図である。

【図５】本発明の実施例１に使用するセラミックス端子
部材の斜視図である。

【図６】本発明の実施例２の斜視図である。

【図７】本発明の実施例３を光半導体モジュールとして
構成した際の断面図である。

【図８】本発明の実施例３に使用するセラミックス端子
部材の斜視 図である。

【図９】従来例の光半導体モジュールの断面図である。

【符号の説明】

１：搭載ベース １ａ：ベース底部 １ｂ：前枠部 １ｃ：挿入孔 １ｄ：コの字型側枠部 １ｅ：取付け孔 １ｉ：脚部 ２：コの字型セラミックス端子部材 ２ａ：切欠部 ２ｂ：棚状のメタライズ配線スペース ２ｃ：端子 ２ｄ：底部を兼ねたメタライズ配線スペース ２ｅ：側壁 ２ｆ：上縁 ３：シールリング ４：メタライズ配線

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光半導体素子が載置される搭載ベース
   を、ベース底部及び周辺を囲む枠をコの字型側枠部と該
   側枠部の上縁より延び光ファイバーのコネクタを固定す
   る挿入孔が設けられた前枠部とで構成し、メタライズ配
   線が被着形成されたコの字型のセラミックス端子部材
   を、前記コの字型側枠部の上縁と前枠部の側面に突き当
   てて接合されていることを特徴とする光半導体用パッケ
   ージ。
2. 【請求項２】 搭載ベースは、光半導体素子が載置され
   るベース底部とコの字型側枠部と光ファイバーのコネク
   タの挿入孔の設けられた前枠部とに三分割して構成され
   ているか、または前記コの字型側枠部をさらに三分割し
   た板状部材として用意し、それぞれの部材を鑞材で接合
   することにより、搭載ベースとして構成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の光半導体用パッケージ。
3. 【請求項３】 搭載ベースは、タングステンまたはモリ
   ブデン粉末にて成形後焼結され、その後、銅が溶浸され
   た部材から成ることを特徴とする請求項１に記載の光半
   導体用パッケージ。
4. 【請求項４】 搭載ベースを構成する部材の内、光半導
   体素子が載置されるベース底部は、銅−タングステン系
   または銅−モリブデン系の合金にて構成し、その他の部
   材をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金もしくはタングステン、モ
   リブデンを主成分とする合金にするか、または全ての部
   材を銅−タングステン系または銅−モリブデン系の合金
   にて構成したことを特徴とする請求項２に記載の光半導
   体用パッケージ。
5. 【請求項５】 搭載ベースは、銅−タングステン系また
   は銅−モリブデン系の合金から切削により一体に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載の光半導体用
   パッケージ。
6. 【請求項６】 コの字型セラミックス端子部材は、端子
   に接続するメタライズ配線が棚状のメタライズ配線スペ
   ースの内側に連なり、さらに、その内側にコの字状の切
   欠部を有することを特徴とする請求項１に記載の光半導
   体用パッケージ。
7. 【請求項７】 光半導体素子が載置される搭載ベース
   を、ベース底部と、光ファイバーのコネクタを固定する
   挿入孔を設けた前枠部とで構成し、端子に接続するメタ
   ライズ配線が棚状のメタライズ配線スペースの内側に被
   着形成され、さらに、その内側にコの字状の切欠部を有
   するコの字型セラミックス端子部材が、前枠部の側面と
   搭載ベースのベース底部に接して接合されていることを
   特徴とする光半導体用パッケージ
8. 【請求項８】 搭載ベースを構成する部材の内、前枠部
   は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金もしくはタングステン、モ
   リブデンを主成分とする合金を用いて鑞材で接合する
   か、全ての部材を銅−タングステン系または銅−モリブ
   デン系の合金を用いて鑞材で接合することにより、搭載
   ベースと成すこと特徴とする請求項７に記載の光半導体
   用パッケージ。
9. 【請求項９】 コの字型セラミックス端子部材は、光半
   導体素子を搭載するスペースと端子に接続するメタライ
   ズ配線のメタライズ配線スペースとを兼ねたベース底部
   を有しており、光ファイバーのコネクタを固定する挿入
   孔が設けられた前記コの字型セラミックス端子部材と同
   等の高さを持つ前枠部が、該コの字型セラミックス端子
   部材の側壁の側部開口を塞いで接合され、さらに、前記
   前枠部と前記コの字型セラミックス端子部材の底部の側
   方に、光半導体用パッケージを固定する取付け孔を設け
   た脚部が接合されていることを特徴とする光半導体用パ
   ッケージ。
10. 【請求項１０】 光ファイバーのコネクタを固定する挿
    入孔が設けられた前枠部と取付け孔を設けた脚部は、銅
    −タングステン系または銅−モリブデン系の合金もしく
    は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金であることを特徴とする請
    求項９に記載の光半導体用パッケージ。
11. 【請求項１１】 コの字型セラミックス端子部材が酸化
    アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）から成ることを特徴とする請
    求項１、７、９のいずれか１項に記載の光半導体用パッ
    ケージ。
12. 【請求項１２】 コの字型セラミックス端子部材が窒化
    アルミニウム（ＡｌＮ）から成ることを特徴とする請求
    項１、７、９のいずれか１項に記載の光半導体用パッケ
    ージ。
13. 【請求項１３】 搭載ベースの材質が銅ータングステン
    または銅ーモリブデン系合金もしくはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ
    系合金であり、コの字型セラミックス端子部材の材質が
    酸化アルミ（Ａｌ₂Ｏ₃）であることを特徴とする請求項
    １、７のいずれか１項に記載の光半導体用パッケージ。
14. 【請求項１４】 搭載ベースの材質がタングステン又は
    モリブデン系合金であり、コの字型セラミックス端子部
    材の材質が窒化アルミ（ＡｌＮ）であることを特徴とす
    る請求項１、７のいずれか１項に記載の光半導体用パッ
    ケージ。