JPH1164689A - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光半導体素子と光ファイバーとの間に位置ズレ
が生じ、光ファイバーと光半導体素子との間における光
の授受の効率が大きく低下する。 【解決手段】上面中央部に光半導体素子の載置部１ａ
が、外周部に前記載置部１ａを囲繞する枠部２を設けた
樹脂製の基体１と、前記枠部２を貫通するように取着さ
れた光ファイバー固定用部材６とを具備する光半導体素
子収納用パッケージであって、前記枠部２を有する基体
１は曲げ弾性率が２０００Ｋｇ／ｍｍ² 以上、０〜３０
０℃の平均熱膨張係数が０．７×１０^-5／℃〜１．１×
１０^-5／℃である。

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、光通信に使用される電気信号を光
信号に変換するレーザーダイオードや光信号を電気信号
に変換するフォトダイオード等の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、一般にエポ
キシ樹脂等の電気絶縁材料から成り、その上面の略中央
部に光半導体素子を載置するための載置部を有し、かつ
上面外周部に貫通穴を設けた枠部を有する基体と、該基
体の枠部に設けた貫通穴に挿通され、樹脂等の接着材を
介して接着固定されている略筒状の光ファイバー固定用
部材と、前記基体の枠部に両端が枠部の内外部に突出す
るように取着され、枠部の外側に突出する一端が外部電
気回路に接続される複数個の外部リード端子と、前記基
体の枠部上面に封止材を介して取着され、枠部の内側を
気密に封止する蓋体とから構成されており、筒状の光フ
ァイバー固定用部材内部に光ファイバーを挿通させると
ともに接着材を介して固定し、次に前記基体の載置部上
にシリコンから成る光伝送モジュール基板に実装された
光半導体素子を載置固定するとともに光半導体素子の各
電極を外部リード端子にボンディングワイヤ等の電気的
接続手段を介して電気的に接続させ、しかる後、枠部の
上面に蓋体を封止材を介して接合し、枠部を有する基体
と蓋体とから成る容器内部に光半導体素子を気密に収容
することによって製品として光半導体装置が完成する。

【０００３】かかる光半導体装置は光半導体素子に外部
リード端子を介して外部電気回路から供給される電気信
号を印加し、光半導体素子に光を励起させるとともに該
励起した光を光ファイバーに伝達させることによって、
或いは光ファイバーを伝達する光を光半導体素子に照射
し、光半導体素子に照射された光に対応する電気信号を
発生させるととも該発生した電気信号を外部リード端子
を介し取り出すことによって光通信に使用される。

【０００４】なお、前記エポキシ樹脂等の電気絶縁材料
から成る上面外周部に枠部を有する基体は、通常、トラ
ンスファモールド法を採用することによって、具体的に
はビスフェノールＡ型、Ｏ- クレゾールノボラック型等
のエポキシ樹脂と、硬化剤、可とう化剤、難燃化助剤、
着色剤、離型剤等とから成るタブレット状に成形された
エポキシ樹脂の原料粉末を所定金型内に注入するととも
にこれを１５０℃〜２００℃の温度で熱硬化させること
によって製作されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この光
半導体素子収納用パッケージにおいては、枠部を有する
基体がエポキシ樹脂により形成されており、該エポキシ
樹脂は一般にその内部に可とう化剤が多量（５重量％程
度）に含まれているため、曲げ弾性率が１４００〜１７
００Ｋｇ／ｍｍ² と低く、０〜３００℃の平均熱膨張係
数が１．７×１０^-5／℃〜２．５×１０^-5／℃となって
いる。そのためこの光半導体素子収納用パッケージに、
例えば、熱膨張係数が０．９×１０^-5／℃のガリウムー
砒素（ＧａＡｓ）等から成る光半導体素子を収容し光半
導体装置となした後、枠部を有する基体や光半導体素子
に熱が作用すると基体と光半導体素子との間に両者の熱
膨張係数の相違に起因する熱応力が発生するとともに該
熱応力によって枠部を有する基体に変形が生じ、その結
果、枠部を有する基体に固定されている光半導体素子と
光ファイバーの各々の位置にズレが生じ、光ファイバー
と光半導体素子とを正確に対向させることができなくな
って光ファイバーと光半導体素子との間における光の授
受の効率が大きく低下してしまうという欠点を有してい
た。

【０００６】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は光ファイバーと光半導体素子とを常に正
確に対向させ、光ファイバーと光半導体素子との間にお
ける光の授受を高効率にす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】本発明は、上面中央部に
光半導体素子の載置部が、外周部に前記載置部を囲繞す
る枠部を設けた樹脂製の基体と、前記枠部を貫通するよ
うに取着された光ファイバー固定用部材とを具備する光
半導体素子収納用パッケージであって、前記枠部を有す
る基体は曲げ弾性率が２０００Ｋｇ／ｍｍ² 以上、０〜
３００℃の平均熱膨張係数が０．７×１０^-5／℃〜１．
１×１０^-5／℃であることを特徴とするものである。

【０００８】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、枠部を有する基体を曲げ弾性率が２０００Ｋｇ
／ｍｍ² 以上、０〜３００℃の平均熱膨張係数が０．７
×１０^-5／℃〜１．１×１０^-5／℃の有機樹脂で形成し
たことから、この光半導体素子収納用パッケージに、例
えば、熱膨張係数が０．９×１０^-5／℃のガリウムー砒
素（ＧａＡｓ）等から成る光半導体素子を収容し光半導
体装置となした後、枠部を有する基体や光半導体素子に
熱が作用したとしても枠部を有する基体と光半導体素子
とは熱膨張係数が近似することから両者間に大きな熱応
力が発生することはなく、また枠部を有する基体の曲げ
弾性率が２０００Ｋｇ／ｍｍ² 以上と高く変形し難いこ
とから基体と光半導体素子と間に発生した熱応力によっ
て枠部を有する基体に大きな変形を生じることはなく、
これによって枠部を有する基体に固定されている光半導
体素子と光ファイバーはその各々の位置が正確となり、
光ファイバーと光半導体素子とを常に正確に対向させ
て、両者間における光の授受の効率を高いものとなすこ
とが可能になる。

【０００９】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、枠部を有する基体を耐衝撃性に優れた有機
樹脂で形成したことから枠部を有する基体に外部より衝
撃力が印加されても破損を発生することは殆どなく、そ
の結果、枠部を有する基体と蓋体とから成る容器の気密
封止の信頼性が大きく向上し、容器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。

【００１０】更に本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、有機樹脂から成る枠部を有する基体の内部
に、表面に半径が１０乃至１００オングストロームの細
孔を有する吸湿材を１乃至５０重量％含有させておくと
大気中に含まれる水分が枠部を有する基体を介して内部
に侵入しようとしてもその侵入は吸湿材によって有効に
阻止され、その結果、内部に侵入した水分によって光半
導体素子の電極やボンディングワイヤ等の電気的接続手
段、或いは外部リード端子に酸化腐蝕が発生することは
なく、光半導体素子を常に正常、かつ安定に作動させる
ことが可能となる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
細に説明する。図１は、本発明の光半導体素子収納用パ
ッケージの一実施例を示し、１は基体、２は基体１の上
面外周部に形成された枠部、３は蓋体である。この枠部
２を有する基体１と蓋体３とで内部に光半導体素子Ｓを
収容するための容器が構成される。

【００１２】前記基体１は光半導体素子Ｓ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Ｓを載置するための載置部１ａを有しており、
この載置部１ａ上にはシリコン等により形成された光伝
送モジュール基板Ｌに実装された光半導体素子Ｓが載置
固定される。

【００１３】また前記基体１はその上面外周部に前記光
半導体素子Ｓが載置される載置部１ａを囲繞するように
して枠部２が形成されており、該枠部２はその内側に光
半導体素子Ｓを収容するための空所を形成するとともに
光ファイバー７が挿通される筒状の光ファイバー固定用
部材６が枠部２の内外部を貫通するように取着され、光
ファイバー固定用部材６を支持する作用をなす。

【００１４】前記上面外周部に枠部２を有する基体１
は、例えば、エポキシ樹脂等の有機樹脂から成り、その
曲げ弾性率は２０００Ｋｇ／ｍｍ² 以上、０〜３００℃
までの平均熱膨張係数は０．７×１０^-5／℃〜１．１×
１０^-5／℃となっている。

【００１５】前記上面外周部に枠部２を有する基体１は
０〜３００℃までの平均熱膨張係数が０．７×１０^-5／
℃〜１．１×１０^-5／℃であることから基体１の載置部
１ａ上に、例えば、熱膨張係数が０．９×１０^-5／℃の
ガリウムー砒素（ＧａＡｓ）等から成る光半導体素子Ｓ
を載置固定した後、枠部２を有する基体１と光半導体素
子Ｓに熱が作用したとしても枠部２を有する基体１と光
半導体素子Ｓとは熱膨張係数が近似することから両者間
に大きな熱応力が発生することはなく、該熱応力によっ
て枠部２を有する基体１に大きな変形が発生したり、光
半導体素子Ｓが載置部１ａより剥離したりすることはな
い。

【００１６】また前記上面外周部に枠部２を有する基体
１はその曲げ弾性率が２０００Ｋｇ／ｍｍ² 以上と高
く、変形し難いものになっていることから基体１と光半
導体素子Ｓとの間にたとえ熱応力が発生したとしてもそ
の熱応力によって枠部２を有する基体１に変形が発生す
ることは殆どなく、これによって基体１の載置部１ａ上
に固定される光半導体素子Ｓと枠部２に取着されている
筒状光ファイバー固定用部材６の内部を挿通する光ファ
イバー７はその各々の位置が正確となり、光半導体素子
Ｓと光ファイバー７とを常に正確に対向させて、両者間
における光の授受の効率を高いものとなすことができ
る。

【００１７】更に前記上面外周部に枠部２を有する基体
１はエポキシ樹脂等の有機樹脂から成り、耐衝撃性に優
れていることから枠部２を有する基体１に外部より衝撃
力が印加されても枠部２を有する基体１に破損が発生す
ることは殆どなく、その結果、枠部２を有する基体１と
蓋体３とから成る容器の気密封止の信頼性が大きく向上
し、容器内部に収容する光半導体素子Ｓ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。

【００１８】前記外周部に枠部２を有する基体１は例え
ば、エポキシ樹脂から成る場合、トランスファモールド
法を採用することによって、具体的には所定金型内にビ
スフェノールＡ型、Ｏ- クレゾールノボラック型等のエ
ポキシ樹脂と、シリカ、アルミナ等の充填剤（フィラ
ー）とその他の硬化剤、可とう化剤、難燃化助剤、着色
剤、離型剤等から成るタブレット状に成形されたエポキ
シ樹脂の原料粉末を注入するとともにこれを１５０℃〜
２００℃の温度で熱硬化させることによって製作され
る。この場合、可とう化剤の量を１．５重量％以下、あ
るいはシリカ、アルミナ等の充填剤（フィラー）を７０
〜９０重量％程度含有させておくことによって外周部に
枠部２を有する基体１の曲げ弾性率が２０００Ｋｇ／ｍ
ｍ² 以上、０〜３００℃までの平均熱膨張係数が０．７
×１０^-5／℃〜１．１×１０^-5／℃となすことができ
る。

【００１９】また前記枠部２を有する基体１はその内部
に、表面に半径が１０乃至１００オングストロームの細
孔を有する吸湿材を１．０乃至５０重量％含有させてお
くと大気中に含まれる水分が枠部２を有する基体１を介
して内部に侵入しようとしてもその侵入は吸湿材によっ
て有効に阻止され、その結果、内部に侵入した水分によ
って光半導体素子Ｓの電極や後述するボンディングワイ
ヤ等の電気的接続手段５、或いは外部リード端子４に酸
化腐蝕が発生することはなく、光半導体素子Ｓを常に正
常、かつ安定に作動させることが可能となる。従って、
前記枠部２を有する基体１はその内部に、表面に半径が
１０乃至１００オングストロームの細孔を有する吸湿材
を１乃至５０重量％含有させておくことが好ましい。

【００２０】なお、前記枠部２を有する基体１に吸湿材
を含有させる場合、エポキシ樹脂の原料粉末をトランス
ファモールドすることによって枠部２を有する基体１を
形成する際、エポキシ樹脂の原料粉末に予め球状のシリ
カ粒子等から成る吸湿材を所定量含有させておくことに
よって枠部２を有する基体１の内部に含有される。

【００２１】更に前記枠部２を有する基体１の内部に吸
湿材を含有させておく場合、吸湿材表面の細孔半径が１
０オングストローム未満であると基体１に侵入した水分
を吸湿材に完全に吸着させることが困難となり、また１
００オングストロームを超えると吸湿材の比重が軽くな
り、吸湿材を枠部２を有する基体１の全体に分散含有さ
せるのが困難となる。従って、前記枠部２を有する基体
１の内部に吸湿材を含有させておく場合、吸湿材表面の
細孔半径は１０オングストローム〜１００オングストロ
ームの範囲としておくことが好ましい。

【００２２】また更に前記枠部２を有する基体１の内部
に吸湿材を含有させておく場合、吸湿材の含有量が１重
量％未満であると枠部２を有する基体１における水分の
通過が有効に阻止されず、また５０重量％を超えるとエ
ポキシ樹脂の原料粉末をトランスファモールドすること
によって枠部２を有する基体１を形成する際、エポキシ
樹脂の流れ性が悪くなって所望形状の枠部２を有する基
体１が得られなくなる危険性がある。従って、前記枠部
２を有する基体１の内部に吸湿材を含有させておく場
合、吸湿材の含有量は１乃至５０重量％の範囲としてお
くことが好ましい。

【００２３】前記基体１の枠部２にはまた両端が枠部２
の内外に突出する複数個の外部リード端子４が取着され
ており、該外部リード端子４の枠部２内側に突出する領
域に光半導体素子Ｓの各電極をボンディングワイヤ等の
電気的接続手段５を介して接続し、枠部２の外側に突出
する領域を外部電気回路に電気的に接続させれば、光半
導体素子３の各電極は外部リード端子４を介し外部電気
回路に電気的に接続されることとなる。

【００２４】前記外部リード端子４は鉄ーニッケルーコ
バルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、
例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金等から成るインゴ
ット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等、従来周知
の金属加工法を施すことによって所定の形成に形成され
る。

【００２５】前記外部リード端子４の枠部２への取着は
枠部２を有する基体１をトランスファモールド法により
形成する際に予め金型内の所定位置に外部リード端子４
をセットしておくことによって枠部２の所定位置に両端
を枠部２の内外部に突出させた状態で一体的に取着され
る。

【００２６】前記外部リード端子４はまたその露出する
外表面に良導電性で耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性
の良いニッケルや金等の金属をめっき法により所定厚み
（１〜２０μｍ）に被着させておくと、外部リード端子
４の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに外
部リード端子４とボンディングワイヤ等の電気的接続手
段５との接続及び外部リード端子４と外部電気回路との
接続を信頼性の高いものとなすことができる。従って、
前記外部リード端子４はその露出する外表面に良導電性
で耐蝕性に優れ、かつロウ材と濡れ性の良いニッケルや
金等の金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着
させてることが好ましい。

【００２７】更に前記基体１の枠部２には筒状の光ファ
イバー固定用部材６が一端を枠部２の内側に、他端が枠
部２の外側に突出させた状態で一体的に取着されてい
る。

【００２８】前記筒状の光ファイバー固定用部材６は光
ファイバー７の先端を光半導体素子Ｓに対向させた状態
で固定する作用をなし、その内部に光ファイバー７が該
光ファイバー７の先端を光半導体素子Ｓと対向するよう
に挿通され、しかる後、光ファイバー７の外表面に被着
された保護部材８と光ファイバー固定用部材６の外端部
とを樹脂等から成る接着材９を介し接着することによっ
て光ファイバー７はその先端が光半導体素子Ｓと対向し
た状態で筒状の光ファイバー固定用部材６に固定され
る。

【００２９】前記筒状の光ファイバー固定用部材６は、
例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニッケル合
金等の金属材料から成り、鉄ーニッケルーコバルト合金
等に従来周知の圧延加工法やプレス成形法等の金属加工
を施すことによって内径がφ１．０ｍｍ、外形がφ２．
０ｍｍ程度の筒状に製作される。

【００３０】また前記筒状の光ファイバー固定部材６の
枠部２への取着は枠部２を有する基体１をトランスファ
モールド法より形成する際に予め金型内の所定位置に光
ファイバー固定用部材６をセットしておくことによって
行われる。この場合、光ファイバー固定用部材６は枠部
を有する基体をトランスファモールドにより形成する際
に同時に枠部の所定位置に一体的に取着されることから
光ファイバー固定用部材６の外表面と枠部２との間には
クリアランスはなく、直接接触することとなり、その結
果、光ファイバー固定用部材６の枠部２に対する取着位
置はバラツキのない正確な位置とし、この光ファイバー
固定用部材６の内部に光ファイバー７を固定すると該光
ファイバー７の固定位置も正確となって光ファイバー７
と光半導体素子Ｓとが正確に対向し、光ファイバー７と
光半導体素子Ｓとの間における光の授受の効率を良好な
ものとなすことができる。

【００３１】なお、前記光ファイバー固定用部材６はそ
の露出する外表面に耐蝕性に優れるニッケルや金等の金
属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被着させてお
くと、光ファイバー固定用部材６の酸化腐蝕を有効に防
止することができる。従って、前記光ファイバー固定用
部材６は酸化腐蝕による外観不良の発生等を有効に防止
するにはその露出する外表面に耐蝕性に優れるニッケル
や金等の金属をめっき法により１〜２０μｍの厚みに被
着させておくことが好ましい。

【００３２】また前記筒状の光ファイバー固定用部材６
の内部には光ファイバー７が挿通固定されており、該光
ファイバー７は光半導体素子Ｓが発する光を外部に伝達
する、或いは外部から光を光半導体素子Ｓに伝達するた
めの光の伝達路として作用する。

【００３３】更に前記基体１の上面外周部に設けた枠部
２上には有機樹脂等から成る封止材を介して蓋体３が接
合され、該蓋体３で枠部２の内側を塞ぐことよって枠部
２を有する基体１と蓋体３とで構成される容器内に光半
導体素子Ｓが気密に収容される。

【００３４】前記蓋体２はエポキシ樹脂等の有機樹脂や
鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金
属材料から成り、従来周知の形成方法によって所定の板
状に形成される。

【００３５】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に光伝送モジュー
ル基板Ｌに実装させた光半導体素子Ｓを載置固定させる
とともに光半導体素子Ｓの各電極を所定の外部リード端
子４にボンディングワイヤ等の電気的接続手段５を介し
て電気的に接続し、次に筒状の光ファイバー固定用部材
６の内部に光ファイバー７を挿通させ、その先端を光半
導体素子Ｓと対向するようにして固定し、しかる後、枠
部２の上面に蓋体３を封止材を介して接合させ、枠部２
を有する基体１と蓋体３とから成る容器内部に光半導体
素子Ｓを気密に収容することによって製品としての光半
導体装置が完成する。

【００３６】かかる光半導体装置は光半導体素子Ｓに外
部リード端子４を介して外部電気回路から供給される電
気信号を印加し、光半導体素子Ｓに光を励起させるとと
もに該励起した光を光ファイバー７に伝達させることに
よって、或いは光ファイバー７を伝達する光を光半導体
素子Ｓに照射し、光半導体素子Ｓに照射された光に対応
する電気信号を発生させるとともに該発生した電気信号
を外部リード端子４を介し取り出すことによって光通信
に使用される。

【００３７】なお、本発明は上述の実施例に限定される
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。

【００３８】

【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、枠部を有する基体を曲げ弾性率が２０００Ｋ
ｇ／ｍｍ² 以上、０〜３００℃の平均熱膨張係数が０．
７×１０^-5／℃〜１．１×１０^-5／℃のエポキシ樹脂で
形成したことから、この光半導体素子収納用パッケージ
に、例えば、熱膨張係数が０．９×１０^-5／℃のガリウ
ムー砒素（ＧａＡｓ）等から成る光半導体素子を収容し
光半導体装置となした後、枠部を有する基体や光半導体
素子に熱が作用したとしても枠部を有する基体と光半導
体素子とは熱膨張係数が近似することから両者間に大き
な熱応力が発生することはなく、また枠部を有する基体
の曲げ弾性率が２０００Ｋｇ／ｍｍ² 以上と高く変形し
難いことから基体と光半導体素子と間に発生した熱応力
によって枠部を有する基体に大きな変形を生じることは
なく、これによって枠部を有する基体に固定されている
光半導体素子と光ファイバーはその各々の位置が正確と
なり、光ファイバーと光半導体素子とを常に正確に対向
させて、両者間における光の授受の効率を高いものとな
すことが可能になる。

【００３９】また本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、枠部を有する基体を耐衝撃性に優れた有機
樹脂で形成したことから枠部を有する基体に外部より衝
撃力が印加されても破損を発生することは殆どなく、そ
の結果、枠部を有する基体と蓋体とから成る容器の気密
封止の信頼性が大きく向上し、容器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
こともできる。

【００４０】更に本発明の光半導体素子収納用パッケー
ジによれば、枠部を有する基体の内部に、表面に半径が
１０乃至１００オングストロームの細孔を有する吸湿材
を１乃至５０重量％含有させておくと大気中に含まれる
水分が枠部を有する基体を介して内部に侵入しようとし
てもその侵入は吸湿材によって有効に阻止され、その結
果、内部に侵入した水分によって光半導体素子の電極や
ボンディングワイヤ等の電気的接続手段、或いは外部リ
ード端子に酸化腐蝕が発生することはなく、光半導体素
子を常に正常、かつ安定に作動させることが可能とな
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一実
施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１・・・樹脂製基体 １ａ・・載置部 ２・・・枠部 ３・・・蓋体 ４・・・外部リード端子 ６・・・光ファイバー固定用部材 ７・・・光ファイバー Ｓ・・・光半導体素子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面中央部に光半導体素子の載置部が、外
   周部に前記載置部を囲繞する枠部を設けた樹脂製の基体
   と、前記枠部を貫通するように取着された光ファイバー
   固定用部材とを具備する光半導体素子収納用パッケージ
   であって、前記枠部を有する基体は曲げ弾性率が２００
   ０Ｋｇ／ｍｍ² 以上、０〜３００℃の平均熱膨張係数が
   ０．７×１０^-5／℃〜１．１×１０^-5／℃であることを
   特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
2. 【請求項２】前記樹脂製基体の内部に、表面に半径が１
   ０乃至１００オングストロームの細孔を有する吸湿材が
   １乃至５０重量％含有されていることを特徴とする請求
   項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。