JPH1174395A

JPH1174395A - 光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール

Info

Publication number: JPH1174395A
Application number: JP9230567A
Authority: JP
Inventors: Nobuyoshi Tato; 伸好田遠
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-16
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: JP3129249B2

Abstract

(57)【要約】【課題】底板の反りを低減でき、電子冷却素子の劣化
や光軸のずれが起こらない光半導体気密封止容器、及び
光半導体モジュールを提供する。【解決手段】金属、絶縁体、又は金属と絶縁体の複合
体からなる枠体１と、枠体１に固定された第１の底板１
１と、第１の底板１１に固定された金属からなる第２の
底板１２を備える。第１の底板１１は金属の第２の底板
１２よりもヤング率が大きく、例えば第１の底板１１は
ヤング率２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以上、第２の底板は同
１５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以下である。この容器を用い
て、光半導体素子や電子冷却装置等を実装し、光半導体
モジュールとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子を内
部に収納するための光半導体気密封止容器、及びその光
半導体気密封止容器を用いた光半導体モジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信を初めとする高速で動作すること
が必要な光エレクトロニクス用の半導体装置、特に光フ
ァイバー増幅器の励起用光源や光半導体増幅器等の半導
体モジュールにおいては、光半導体素子やドライバーＩ
Ｃ等を内部に収納するための気密封止容器が使用されて
いる。

【０００３】従来の光半導体気密封止容器においては、
図１及び図２に示すように、一般にコバール等のＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金のような金属からなる枠体１に、Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金又は４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金、若
しくはＣｕＷ等の複合金属材料からなる底板２を固定し
ている。特に消費電力が大きく、放熱性が要求される光
半導体気密封止容器では、ＣｕＷの底板２が使用されて
いる。

【０００４】光半導体気密封止容器の側壁部である枠体
１は、上記のごとくコバール等を切削加工や射出成形し
て作製され、通常は複数のセラミックスシートの必要箇
所にメタライズを施したセラミックス端子部３と、コバ
ール製のリード端子４とを備えている。また、枠体１の
一部を絶縁体であるセラミックスで構成して、セラミッ
クス端子部３と一体化した構造のものや、枠体１に設け
た貫通穴にリード端子４を挿通し、ガラス封止して取り
付けた構造のものもある。

【０００５】更に、枠体１には、容器の内部と外部で光
を透過させるために光透過窓５が形成してある。光透過
窓５は通常はコバール等のパイプからなり、気密封止の
ためにガラス等の窓材を張り付けている。一部の光半導
体気密封止容器では、ガラス等の窓材を使用せず、枠体
１に光ファイバーを貫通させて、光ファイバーごと半田
ロウ付けで気密封止した光ファイバー透過窓も使用され
ている。尚、この場合には窓枠のパイプのみ容器の枠体
１に接合している。

【０００６】これらの枠体１、底板２、及びリード端子
４等の各部品は、銀ロウ付けや半田ロウ付けにより接合
されて、光半導体気密封止容器が組立てられる。この光
半導体気密封止容器は、後に蓋体で気密封止を行うため
と、容器の腐食を防ぐため、並びに半導体モジュール組
立時の半田付けを容易にするために、通常は全体に金め
っきが施される。この光半導体気密封止容器の内部に光
半導体素子等を実装した後、その枠体１の上端面にコバ
ール等のリングを介して蓋体（図示せず）が溶接又は半
田ロウ付けにより固定される。

【０００７】かかる光半導体気密封止容器は、例えば特
開平６−３１４７４７号公報等に示されている。同公報
にも記載されているように、コバールやＣｕＷからなる
底板は、一般的に金属を研削して作製されている。特に
底板がＣｕＷの場合には、枠体のコバールと熱膨張率が
異なるために、容器に反りが発生する場合がある。この
反りが発生すると、放熱板にネジ止め固定した光半導体
モジュールの光軸がずれるという問題があったので、上
記公報では底板のフランジ部を研削により薄くして反り
を緩和吸収している。

【０００８】また、特開平６−８２６５９号公報では、
底板のフランジ部を薄くする代わりに、フランジ部のみ
を縦弾性係数の小さな別の金属で構成することにより、
同等の効果を得ている。しかし、異種金属を接合面積の
小さな部分で接合し、しかも充分な強度を得ることは極
めて難しい。

【０００９】半導体モジュールは、図３に示すように、
レーザダイオード（ＬＤ）素子６やフォトダイオード
（ＰＤ）素子のような光半導体素子のほか、これを駆動
させるドライバーＩＣ、温度測定用のチップサーミスタ
等を回路基板７に搭載して、前記した光半導体気密封止
容器の内部に実装したものである。特にＬＤ素子は温度
により発振波長が変わるほか、高温では光出力が低下し
たり、極端に寿命が短くなり信頼性が悪化する等の不具
合がある。

【００１０】そこで、温度を制御し且つＬＤ素子等を冷
却するために、電子冷却装置が用いられる。この電子冷
却装置は、図３に示すように、電極と配線がメタライズ
された２枚のセラミックス板からなる絶縁体基板９の間
に、化合物半導体であるＢｉＴｅの結晶又は焼結体で構
成された複数の電子冷却素子（ペルチェ素子）８を挟持
した構造を有している。電子冷却装置の絶縁体基板９と
しては、一般にアルミナや窒化アルミニウムが用いられ
ている。特に高放熱性を必要とする場合や、電子冷却装
置の消費電力を抑制する場合には、絶縁体板９として熱
伝導性の良い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使用され
る。

【００１１】それぞれの電子冷却素子８は、絶縁体基板
９にメタライズされた配線により電気的に接合され、半
導体気密封止容器との間の電気的結線のために１対のリ
ードを有している。尚、光半導体モジュールの組み立て
では、この電子冷却装置を半導体気密封止容器の底板２
に半田付けした後、ＬＤ素子６やＰＤ素子のような光半
導体素子及びその他の部品を予め実装しておいた回路基
板７を、電子冷却装置の片方の絶縁体基板９の上に半田
ロウ付けにより固定する。

【００１２】尚、特開平５−６７８４４号公報には、半
導体気密封止容器の底板と電子冷却装置の絶縁体基板と
を共用する光半導体モジュールが提案されている。即
ち、半導体気密封止容器の底板をＡｌＮ等のセラミック
スで構成する方法である。これにより、電子冷却装置の
片側の絶縁体基板を省略することができるため、半導体
モジュールの小型化、特に薄層化が実現される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく各部が異
種の材料で構成された光半導体気密封止容器は、光半導
体モジュールとして構成された後に、−４０℃〜＋１２
５℃のＭＩＬ−ＳＴＤに記載される耐環境試験により、
ＢｉＴｅ素子等の電子冷却素子が特性劣化を起こすこと
があった。電子冷却素子の特性劣化は、電子冷却装置の
冷却効率を悪化させて消費電力を大きくしたり、最悪の
場合は自己発熱により光半導体モジュールの温度制御が
できなくなるという問題がある。

【００１４】これは、温度変化により、光半導体気密封
止容器の底板や、半導体モジュール内のＬＤ素子やＰＤ
素子を実装した回路基板等が反ることから、ヤング率が
低く且つ比較的柔らかいＢｉＴｅ素子等の電子冷却素子
に熱応力が集中し、結果的に電子冷却素子にクラックが
発生することに起因する。

【００１５】これらの問題の原因となる光半導体気密封
止容器の底板の反り（応力歪み）は主に次の理由により
発生すると考えられる。即ち、容器の枠体と底板の
熱膨張率の相違による底板の熱応力歪み。容器の底
板と電子冷却装置の絶縁体基板の熱膨張率の相違による
底板の熱応力歪み。その他にも、電子冷却装置の絶
縁体基板と回路基板の熱膨張率の相違による熱応力歪み
により底板が反る、底板が固定されている放熱板が全
体の歪みを受けて反ることがあり、この放熱板の反りに
より底板が反る、等の理由も考えられる。

【００１６】更に、半導体気密封止容器の底板の反り
は、電子冷却装置に欠陥を与えなくとも、ＬＤ素子やＰ
Ｄ素子のような光半導体素子と光ファイバーとの間の光
結合を行う光学系の光軸をずらせてしまう場合が有る。
この光軸のずれは、光半導体モジュールの光ファイバー
端出力を低下させるという問題がある。

【００１７】また、上記特開平５−６７８４４号公報に
記載されるように、半導体気密封止容器の底板をＡｌＮ
等のセラミックスで構成する方法では、底板にネジ止め
用の孔部等を加工することが困難なうえ、ネジ止め時に
底板の孔部周辺が割れやすいという欠点があった。ま
た、半導体モジュールと放熱板をネジ止めした後にも、
放熱板に反りが発生したとき底板が割れやすい等の問題
もあった。

【００１８】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
底板の反りを低減することのできる光半導体気密封止容
器、並びにこの光半導体気密封止容器を用いることによ
る、電子冷却素子の劣化や光軸のずれが起こらない光半
導体モジュールを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する光半導体気密封止容器は、内部に
光半導体素子を収納する光半導体気密封止容器におい
て、金属、絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体からなる
枠体と、該枠体に固定された第１の底板と、該第１の底
板の前記枠体と反対側の表面に固定され、該第１の底板
よりもヤング率が小さい金属からなる第２の底板とを備
えることを特徴とするものである。

【００２０】本発明の光半導体気密封止容器において
は、ＭＩＬ−ＳＴＤの環境試験温度及びＬＤモジュール
製造時の半田付け温度を考慮した−４０℃〜＋２５０℃
の温度範囲におけるヤング率が、第１の底板では２５×
１０³ｋｇ／ｍｍ²以上であり、且つ金属からなる第２の
底板では１５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以下であることが好ま
しい。

【００２１】また、本発明の光半導体気密封止容器は、
通常のごとく、上記枠体がリード端子と光透過窓又は光
ファイバー透過窓とを備え、更に枠体の底板と反対側に
固定される蓋体を備えることができる。

【００２２】本発明の光半導体モジュールは、光半導体
気密封止容器の内部に、回路基板上に実装された少なく
とも一つの光半導体素子を収納したものである。この光
半導体モジュールは、容器の第１の底板と回路基板との
間に、一対の絶縁体基板で挟持されたペルチェ素子から
なる電子冷却装置を備えることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の光半導体気密封止容器で
は、図４に一具体例を示すように、枠体１に固定される
底板が、枠体１に固定された第１の底板１１と、第１の
底板１１の前記枠体１と反対側の表面に固定された第２
の底板１２との２層構造からなり、第２の底板１２のヤ
ング率を第１の底板１１のヤング率よりも小さくするこ
とによって、底板の反りの主要因となる応力歪みが柔ら
かい第２の底板１２に吸収されるので、第１の底板１１
には反りが発生せず、その平坦度が維持される。その結
果、光半導体モジュールとしたとき、温度変化による電
子冷却素子の劣化や、光学系の光軸のずれも発生しなく
なる。

【００２４】即ち、一般に底板の熱膨張係数が枠体の熱
膨張係数よりも大きいと、半導体気密封止容器組立時の
ロウ付け後に自然に張力が働く。これは、ロウ付け温度
の８００℃程度の高温で枠体よりも底板が大きく伸びて
おり、ロウ材が固化した後に常温に冷却すると相対的に
底板の収縮率が大きくなるからである。この張力が反り
の原因でもあるが、底板として第１の底板１１と共に薄
くてヤング率の小さな柔らかい金属からなる第２の底板
１２を介在させた本発明では、冷却後に第２の底板１２
が反らずに太鼓の膜の様に逆に平坦面を得ることができ
る。この第２の底板１２にヤング率の大きな第１の底板
１１を固定することにより、第１の底板１１の平坦度が
容器組立後も維持されるのである。

【００２５】このように、第２の底板１２に応力歪みを
吸収させ、第１の底板１１の平坦度を維持するために
は、第２の底板１２のヤング率を第１の底板１１のヤン
グ率よりも小さくすることが必要である。そのため、Ｍ
ＩＬ−ＳＴＤの環境試験温度及びＬＤモジュール製造時
の半田付け温度を考慮した−４０℃〜＋２５０℃の温度
範囲で、第２の底板１２のヤング率が１５×１０³ｋｇ
／ｍｍ²以下、且つ第１の底板１１のヤング率が２５×
１０³ｋｇ／ｍｍ²以上であることが好ましい。

【００２６】このような第１の底板の具体的な材質とし
ては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）を９０％以上含有するセラミックスがある。ヤン
グ率が２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²よりも小さなセラミック
スでは、金属からなる第２の底板に応力歪みを十分に押
しつけることができず、セラミックスの第１の底板自体
が反ってしまう。特にＡｌＮはアルミナに比較して熱伝
導率が高いことから、高出力タイプに適している。ま
た、第１の底板は亀裂や欠損等を生じさせないために、
抗折力が２５ｋｇ／ｍｍ²以上のセラミックスが好まし
い。

【００２７】尚、第１の底板の材質は、ヤング率が第２
の底板よりも大きければ良いので、上記したセラミック
ス以外にも、例えばタングステンやモリブデン等の金
属、ダイヤモンド、立方晶ＢＮの結晶又は多結晶等を用
いることも可能である。また、第１の底板の厚みは特に
限定されないが、通常は０.３〜１.０ｍｍ程度の厚みが
好ましい。

【００２８】一方、第２の底板としては、純銅、コバー
ル等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又は２４アロイ等のＦｅ
−Ｎｉ合金が好ましい。ヤング率が１５×１０³ｋｇ／
ｍｍ²よりも大きな金属、例えばＷやＭｏ等では、薄い
金属板の加工が困難であるうえ、歪みを十分に吸収でき
ないため、第２の底板として適さない。また、これらの
金属からなる第２の底板は、枠体等との熱膨張率の差を
少なくするため、熱膨張率が５〜７ｐｐｍ／℃の範囲に
あることが好ましい。

【００２９】更に、金属からなる第２の底板の厚みは、
０.０５〜０.５ｍｍが好ましい。その理由は、枠体と第
２の底板の熱膨張率が異なる場合には、８００℃程度の
高温でのロウ付け時に容器に反りが生じやすいが、この
反りを減らすために第２の底板の厚みを０.５ｍｍ以下
と薄くすることが有効なためである。また、第２の底板
の厚みが０.０５ｍｍ未満では、ネジ止めの際に底板の
割れが起こりやすいからである。例えば、第２の底板が
純銅の場合には０.１〜０.５ｍｍ程度の厚みで効果があ
るが、コバールや４２アロイの場合には０.０５〜０.２
ｍｍ程度の厚みが有効である。

【００３０】第１の底板と第２の底板は積層し、ロウ材
等を用いて互いに接合固定して使用する。第２の底板と
してＣｕやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金を
使用し、ロウ材に銀ロウを用いた場合、金属の第２の底
板と銀ロウの合金化が起こって歪みを生じることがある
が、Ｎｉ又はＮｉＢめっきを予め第２の底板に施してお
くことにより回避することができる。尚、第２の底板と
してＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金はセラミ
ックスからなる第１の底板と熱膨張率が近い点で有望で
あり、またＣｕ特に純銅は熱膨張率が第１の底板とは大
きく異なるものの、ヤング率が小さいことから有望であ
る。

【００３１】一方、第１の底板の表層にも、ロウ材の濡
れ性を良くするためにＮｉ又はＮｉＢめっきを施すこと
が好ましい。第１の底板がセラミックス等からなる場合
は、最初にメタライズ層としてＷ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ等
の１種以上の層を形成し、その上にＮｉ又はＮｉＢめっ
きを施す。Ｎｉ又はＮｉＢのめっき厚は１.５〜３μｍ
の範囲が好ましい。

【００３２】第１の底板と第２の底板を組み合わせるに
際しては、放熱板へのネジ止め等を考慮して、各底板の
形状を定めることができる。尚、ネジ止め用の孔部や切
欠部等は、加工が簡単な金属からなる第２の底板に設け
ることが好ましい。金属からなる第２の底板は、容易に
エッチング加工やパンチ加工が可能であり、場所によっ
てはハーフエッチングも可能である。尚、ハーフエッチ
ングによる第２の底板への窪み部の形成は、構造によっ
ては枠体の組み込み時の位置決めに用いることができ、
実装工程の歩留まり率を上げることができる。また、第
１の底板の中央部には、絶縁体基板に電子冷却素子を搭
載した電子冷却装置を嵌め込んで位置決めするための窪
み部を設けておけば、電子冷却装置の位置決めが便利で
ある。

【００３３】第１の底板と第２の底板の具体的な組み合
わせ方法は、最も簡単には図５及び図６に示すように、
第２の底板１２と枠体１の間にフラットな第１の底板１
１を挟む方法がある。この方法は、枠体１等に余分な加
工を施さなくてよいのでコストを抑制できる。尚、図５
及び図６に示すリード端子４は、図４のように枠体１に
設けたセラミックス端子部３を用いて取り付けるのでは
なく、枠体１の貫通孔にリード端子４を挿通してガラス
封止４ａにより固定した例である。

【００３４】また、図７に示すように、枠体１の下端部
に段差１ａを形成し、この段差１ａの部分に第１の底板
１１の側端部を嵌合させ、且つ段差１ａを有する枠体１
の下端面を第２の底板１２に当接させて、それぞれ固定
することもできる。この方法は、前記の図５及び図６の
方法よりも気密封止が容易であるほか、湿度に弱いＡｌ
Ｎセラミックスからなる第１の底板１１を容器内に収納
して防護することができる。

【００３５】更に、図８に示すように、第２の底板１２
の中央部表面上に第２の底板よりも小さい第１の底板１
１を積層固定し、第２の底板１２の露出した外周縁部に
枠体１の下端面を固定しても良い。この場合には、第２
の底板１２に枠体１よりも熱膨張率の大きな金属を用い
ることで、第１の底板１１への歪みの影響を完全に除去
することが可能であるが、光半導体モジュールのネジ止
め固定時に光軸がずれやすい欠点がある。

【００３６】第２の底板１２となる金属の薄板は加工が
容易であり、図４に示すように、フランジ部１２ａやネ
ジ止め用の孔部１２ｂ又は切欠部等もパンチやエッチン
グにより簡単に加工できる。また、薄板では切削が必要
ないので、加工による応力歪みを無視することもでき
る。一方、第１の底板１１となるセラミックスは、複雑
形状を高精度にて製作することは困難であるが、ここで
使用するようなセラミックスの平板、又は電子冷却装置
の搭載部に位置決め用の窪み部を有するセラミックス板
等は、押し出し成形技術により簡単に且つ低コストで製
作することが可能である。

【００３７】このようにして積層固定された第１の底板
１１と第２の底板１２は、その第１の底板１１の上に枠
体１をロウ付け等により固定して、例えば図４に示すよ
うな光半導体気密封止容器とする。尚、枠体１として
は、通常のごとく、金属、セラミックスのような絶縁
体、又は金属と絶縁体の複合体を使用できる。この光半
導体気密封止容器には、従来と同様に、電子冷却装置を
実装（図３参照）し、更に図９に示すように光半導体素
子であるＬＤ素子６等を取り付けた回路基板７を電子冷
却装置の上に実装した後、上端開口部を蓋体（図示せ
ず）で気密封止して、光半導体モジュールを構成する。

【００３８】この光半導体モジュールの構成に際して、
光半導体素子搭載用の回路基板と、電子冷却装置の絶縁
体基板と、半導体気密封止容器の第２の底板の熱膨張率
の差を±１ｐｐｍ／℃以下にすることが好ましい。これ
によって、−４０℃〜＋１２５℃のＭＩＬ−ＳＴＤのヒ
ートサイクル環境試験の温度変化でも電子冷却素子の上
下間でも反りがなくなり、更に内部に組み込まれた電子
冷却素子の劣化も、光学系の光軸ずれもない光半導体モ
ジュールが得られる。

【００３９】

【実施例】図４に示す光半導体気密封止容器を作製し
た。枠体１にはコバールを使用し、第２の底板１２とし
て−４０℃〜＋２５０℃の通常の半導体モジュールの組
立温度範囲におけるヤング率が１５×１０³ｋｇ／ｍｍ²
以下の純銅を使用した。この純銅からなる第２の底板１
２の厚みは０.５ｍｍとした。

【００４０】また、第１の底板１１としては、ヤング率
が２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以上、抗析力が２５ｋｇ／ｍ
ｍ²以上であり、熱膨張率が４.５ｐｐｍ／℃、熱伝導率
が１５０Ｗ／ｍＫであって、ＡｌＮ含有量が９０％以上
のＡｌＮセラミックスを使用した。このＡｌＮセラミッ
クスからなる第２の底板１２の厚みは１.０ｍｍとし
た。

【００４１】上記の純銅からなる第２の底板１２をパン
チ加工して、フランジ部１２ａやネジ止め用の孔部１２
ｂ等を設けた。一方のＡｌＮセラミックスからなる第１
の底板１１には、中央部表面に電子冷却装置の位置決め
用の窪み部を設けた。

【００４２】次に、純銅からなる第２の底板１２には、
Ｎｉめっきを施した。また、ＡｌＮセラミックスからな
る第１の底板１１には、１つの層が５００ｎｍ以下のＷ
／Ｎｉのメタライズ層をスパッタ蒸着した後、更にその
上にＮｉめっきを施した。その後、この第１の底板１１
と第２の底板１２を合わせて積層し、銀ロウ付けにより
固定した。尚、第１の底板１１のメタライズ層として
は、Ｗ／Ｍｏ／Ｎｉ、Ｗ／Ｐｔ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｎ
ｉ、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｎｉ等でも問題はなかった。

【００４３】上記のごとく積層固定した第１の底板１１
上に、図４に示すように、コバールからなる枠体１を銀
ロウ付けにより固定した。また、この枠体１には、複数
のセラミックスシートからなるセラミックス端子部３
と、コバールからなる複数のリード端子４と、コバール
のシーム溶接用のリングと、コバールからなる光透過窓
５用の円形パイプ枠を銀ロウ付けした。これらを同時接
合することによって、低コスト化が図れるほか、放熱特
性も向上する。この後、光透過窓５用のガラスを張り付
け、全体に金めっきを施して、光半導体気密封止容器を
完成させた。

【００４４】この光半導体気密封止容器を用いて、図９
に示す光半導体モジュールを製作した。まず、半導体気
密封止容器のＡｌＮセラミックスからなる第１の底板１
１の上に、電子冷却装置を通常のごとく実装した。この
電子冷却装置は、ペルチェ素子である複数のＢｉＴｅ素
子をＡｌＮからなる２枚の絶縁体基板で挟持した通常の
ものであり、絶縁体基板は光半導体気密封止容器の第１
の底板１１及び後述する回路基板と同じＡｌＮセラミッ
クスを使用した。

【００４５】また、実装用の光半導体モジュール内部の
回路基板７として、ＡｌＮセラミックス基板を使用し
た。この基板は絶縁体であればＡｌＮセラミックス以外
の材質、例えばアルミナでも良いが、電子冷却装置の絶
縁体基板との熱膨張率の差が１ｐｐｍ／℃を越えると電
子冷却素子の劣化が起きるので、電子冷却装置の絶縁体
基板と同じＡｌＮセラミックスを使用した。このため、
第１の底板１１、絶縁体基板及び回路基板７の間の熱膨
張率差は０.１ｐｐｍ／℃程度しかなく、これは熱膨張
率の測定誤差程度である。

【００４６】このＡｌＮセラミックスからなる回路基板
７の上に、ＬＤ素子６とレンズ１０とを光軸合わせを行
った後に固定した。更に、ＬＤ素子６の後ろにはＰＤ素
子、及びＬＤ素子６を変調駆動するためのドライバーＩ
Ｃ等を回路基板７上に実装した。尚、このＡｌＮセラミ
ックスからなる回路基板７には、ドライバーＩＣからの
高周波信号の劣化を抑制し、ドライバーＩＣの寿命を延
ばして信頼性を向上させるため、配線をメタライズして
ある。また、ＬＤ素子６の近傍には温度測定用のチップ
サーミスタが実装してある。

【００４７】この回路基板７を電子冷却装置の絶縁体基
板上に半田付けした。電子冷却素子の配線リードは、光
半導体気密封止容器の内側に用意したリード端子に熱圧
着で接続した。その他の配線はリボン形状のワイヤボン
ドにて行った。最後に、枠体１の解放上端に、金めっき
したコバールの蓋体（図示せず）をシーム溶接して気密
封止した。

【００４８】外付けの光ファイバーはジルコニアのセラ
ミックスフェルールに挿入した後、８度の角度を付けて
斜めに研磨した。これは、光ファイバーの端面からの光
反射がＬＤ素子６のノイズに与える影響を減らすためで
ある。このフェルールに円筒形のＦｅ−Ｎｉ合金製の外
枠を取り付け、光ファイバーと容器の間には円筒形のＦ
ｅ−Ｎｉ合金製の外枠を付けたアイソレータとレンズを
挿入し、これら全てを光ファイバーに最大限の光が入射
できるように位置合わせした後、ＹＡＧ溶接により組み
立てた。

【００４９】この光半導体モジュールは、第２の底板１
２の孔部１２ｂ及び切欠部を利用して、厚さ３ｍｍ及び
縦横２００×３００ｍｍの放熱板にネジ止めにより固定
した後、−４０℃〜＋１２５℃のヒートサイクル試験に
供したところ、電子冷却素子の劣化も光学系の光軸ずれ
による光出力の低下も観測されなかった。

【００５０】尚、上記した実施例では、第１の底板とし
てＡｌＮセラミックスを用いたが、ＳｉＣ含有量が９０
％以上のＳｉＣセラミックスを用いても良い。ＳｉＣセ
ラミックスは、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍｋと高熱伝導で
あり、熱膨張率が４.２ｐｐｍ／℃で電子冷却装置の絶
縁体基板であるＡｌＮセラミックスとも熱膨張率差が
０.３ｐｐｍと小さい。更に、これらのセラミックス以
外にも、第１の底板として、ＷやＭｏ、ダイヤモンド、
立方晶ＢＮ等を使用することもできる。

【００５１】また、第２の底板として、コバールや４２
アロイを使用しても良い。第２の底板としてコバールを
使用する場合には、枠体としてコバールの使用も可能で
あるが、熱膨張率の大きな４２アロイやアルミナセラミ
ックスの使用が好ましい。また、第２の底板が４２アロ
イやコバールの場合には、ヤング率がＣｕよりも大きい
ことから、厚みを０.０５〜０.２ｍｍ程度に薄くするこ
とが望ましい。また、光半導体モジュールには電子冷却
装置を使用しない場合もあるが、このときは実装済みの
回路基板を直接容器に接合する。尚、この構造の光半導
体モジュールでも、本発明によるものは光軸のずれが生
じることはなかった。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、底板の反りをなくし
て、光軸のずれによる光出力低下や、電子冷却素子の劣
化が起こらない光半導体気密封止容器、及びこの容器を
用いた光半導体モジュールを提供することができる。し
かも、本発明の光半導体気密封止容器は、容器裏面と放
熱板の密着性が高く、且つ底板を薄くすることができる
ために、放熱性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光半導体気密封止容器の概略の斜視図で
ある。

【図２】従来の光半導体気密封止容器の概略の断面図で
ある。

【図３】従来の光半導体モジュールの概略の断面図であ
る。

【図４】本発明の光半導体気密封止容器の一具体例を示
す概略の斜視図である。

【図５】本発明の光半導体気密封止容器の別の具体例を
示す概略の側面図である。

【図６】図５の光半導体気密封止容器の概略の断面図で
ある。

【図７】本発明の光半導体気密封止容器の他の具体例を
示す概略の断面図である。

【図８】本発明の光半導体気密封止容器の更に他の具体
例を示す概略の断面図である。

【図９】本発明の光半導体モジュールの一具体例を示す
概略の斜視図である。

【符号の説明】

１枠体１ａ段差２底板３セラミックス端子部４リード端子５光透過窓６ＬＤ素子７回路基板８電子冷却素子９絶縁体基板１０レンズ１１第１の底板１２第２の底板１２ａフランジ部１２ｂ孔部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に光半導体素子を収納する光半導体
気密封止容器において、金属、絶縁体、又は金属と絶縁
体の複合体からなる枠体と、該枠体に固定された第１の
底板と、該第１の底板の前記枠体と反対側の表面に固定
され、該第１の底板よりもヤング率が小さい金属からな
る第２の底板とを備えることを特徴とする光半導体気密
封止容器。
【請求項２】前記第２の底板が放熱板へのネジ止め用
の孔部又は切欠部を有することを特徴とする、請求項１
に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項３】前記第１の底板が枠体の下端面と第２の
底板との間で挟持されていることを特徴とする、請求項
１又は２に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項４】前記枠体の下端部に段差を有し、この段
差内に前記第１の底板の側端部が嵌合されると共に、段
差を有する枠体の下端面が前記第２の底板に当接して、
それぞれ固定されていることを特徴とする、請求項１〜
３のいずれかに記載の光半導体気密封止容器。
【請求項５】第１の底板の中央部に、電子冷却装置の
位置決め用の窪み部が設けられていることを特徴とす
る、請求項１〜４のいずれかに記載の光半導体気密封止
容器。
【請求項６】前記第１の底板はヤング率が２５×１０
³ｋｇ／ｍｍ²以上であり、且つ前記第２の底板はヤング
率が１５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以下であることを特徴とす
る、請求項１〜５のいずれかに記載の光半導体気密封止
容器。
【請求項７】前記第１の底板は、窒化アルミニウム又
は炭化ケイ素を９０％以上含有する抗折力が２５ｋｇ／
ｍｍ²以上のセラミックスからなることを特徴とする、
請求項１〜６のいずれかに記載の光半導体気密封止容
器。
【請求項８】前記セラミックスからなる第１の底板は
その表層にＮｉ又はＮｉＢの金属層が設けてあることを
特徴とする、請求項７に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項９】前記金属からなる第２の底板が、純銅、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又はＦｅ−Ｎｉ合金であること
を特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の光半導
体気密封止容器。
【請求項１０】前記金属からなる第２の底板の厚みが
０.０５〜０.５ｍｍであることを特徴とする、請求項９
に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項１１】前記第２の底板の表層にＮｉ又はＮｉ
Ｂの金属層が設けてあることを特徴とする、請求項９又
は１０に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項１２】前記枠体がリード端子と光透過窓又は
光ファイバー透過窓とを備え、更に該枠体の底板と反対
側に固定される蓋体を備えることを特徴とする、請求項
１〜１１のいずれかに記載の光半導体気密封止容器。
【請求項１３】請求項１〜１２のいずれかに記載の光
半導体気密封止容器の内部に、回路基板上に実装された
少なくとも一つの光半導体素子を収納したことを特徴と
する光半導体モジュール。
【請求項１４】前記容器の第１の底板と前記回路基板
との間に、一対の絶縁体基板で挟持されたペルチェ素子
からなる電子冷却装置を有することを特徴とする、請求
項１３に記載の光半導体モジュール。
【請求項１５】前記電子冷却装置の絶縁体基板と、前
記回路基板と、前記容器の第１の底板との間における熱
膨張率の差が±１ｐｐｍ／℃以下であることを特徴とす
る、請求項１４に記載の光半導体モジュール。