KR0179057B1 - 반도체소자모듈 - Google Patents

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KR0179057B1
KR0179057B1 KR1019940007906A KR19940007906A KR0179057B1 KR 0179057 B1 KR0179057 B1 KR 0179057B1 KR 1019940007906 A KR1019940007906 A KR 1019940007906A KR 19940007906 A KR19940007906 A KR 19940007906A KR 0179057 B1 KR0179057 B1 KR 0179057B1
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metal
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lens
semiconductor device
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KR1019940007906A
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이치로 토나이
오사무 아키타
Original Assignee
쿠라우찌 노리타카
스미도모덴기고오교오 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 반도체소자모듈은 슬리브, 스템, 반도체발광 또는 수광소자 및 집광용렌즈를 구비하고 있다. 상기 슬리브에 있어서는, 광파이버위치결정용 페룰이 끼워맞춤되는 끼워맞춤부가 그의 한쪽 개구단부로부터 내부를 향해서 형성되어 있고, 또 상기 끼워맞춤부와 동축인 소자수용부가 다른쪽 개구단부로부터 내부를 향해서 형성되어 있으며, 또한, 이들 끼워맞춤부와 소자수용부를 연결하도록 렌즈유지부가 내부에 형성되어 있다. 또, 스템은, 상기 다른쪽 개구단부에서 슬리브에 고정되어 있고, 이 스템의 소자수용부쪽의 표면에는 반도체 발광소자 또는 수광소자가 고정되어 있다. 상기 집광용렌즈는 상기 소자수용부에 수용되어서 슬리브에 고정되어, 광파이버의 단면을 반도체발광소자의 발광단면 또는 반도체수광소자의 수광단면에 광결합하고 있다. 또, 슬리브를 구성하는 재료는, 집광용 렌즈를 구성하는 재료의 열팽창계수와 근사한 열팽창계수를 지닌 금속으로 이루어져 있다.

Description

반도체소자모듈
제1도는 종래의 반도체소자모듈의 개략도.
제2도는 종래의 다른 반도체소자모듈의 개략도.
제3도는 본 발명의 일실시예에 의한 반도체소자모듈의 사시단면도.
제4도는 상기 실시예에 의한 반도체소자모듈의 설명도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 슬리브 11 : 끼워맞춤부(제 1중공부)
12 : 렌즈유지부(제 3 중공부) 13 : 소자수용부(제 2 중공부)
20 : 볼렌즈 31 : 스템
32a, 32b, 32c : 스템핀 33 : 와이어
34 : 시일튜브
본 발명은 광통신시스템의 수신장치 및 송신장치에 사용되는 반도체소자모듈에 관한 것이다.
최근, 광파이버기술을 이용한 광통신시스템이 주목받고 있다. 일반적으로, 발광소자 및 수광소자는 매우 작아, 그대로는 사용하기 불편하므로, 통상은 반도체소자모듈내부에 구비되어 있다. 또, 이 반도체소자모듈에는 광파이버가 삽입된 페룰(ferrule)과 이 모듈을 접속하기 위하여 슬리브가 형성되어 있다.
발광소자로서는 일반적으로 발광다이오드가 이용되고 있으나, 발광된 광은 확산되므로, 통상은 렌즈에 의해 집광시켜서 광파이버안으로 도입한다. 또, 광파이버의 단면으로부터 방출된 광도 확산되므로, 수광소자에의 집광률을 향상시키기 위하여 광파이버와 수광소자사이에 렌즈를 설치할 필요가 있다.
그러므로, 발광소자와 수광소자 등의 반도체소자와 광파이버와의 사이에는 렌즈를 설치할 필요가 있다. 종래의 모듈의 일례로서는, 반도체소자에 직접 렌즈를 설치한 구조가 있으며(예를 들면, 일본국 특개평 4-165313호 공보 등), 다른 예로서는, 모듈의 내부에 렌즈를 설치한 구조가 있다. 모듈의 내부에 렌즈를 설치할 경우에는 제1도에 도시한 바와 같이, 렌즈(120)가 내부에 유지된 금속홀더(101)를 이 금속홀더(101)와는 별개로 형성된 슬리브(도시생략)에 장착하고 있다. 또, 금속홀더에 렌즈를 유지하기 위해서는, 금속통 등의 위에 렌즈를 유지하는 것도 있다.
이때, 렌즈를 유지하는 금속통의 재료로서는, 렌즈를 구성하는 유리재료의 열팽창계수와 근사한 열팽창계수를 지닌 재료인 SUS430이 사용되고 있으며, 슬리브를 구성하는 재료로서는 가공성이 우수한 SUS303계의 재료가 사용되고 있다.
대안적으로는, 제2도에 도시한 바와 같이 렌즈(220)가 고정되어 있는 캡(201)을 이용해서 발광소자를 기밀상태로 밀봉하고, 이 캡(201)을 슬리브에 장착한 것도 있다.
본 발명의 목적은, 부품수가 적고 접속/분리동작에 대한 내구성이 높은 동시에 쉽게 정렬가능한 광통신용 반도체소자모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 광파이버위치결정용의 페룰이 끼워맞춤되고 제 1개구단부로부터 내부를 향해서 형성된 제 1중공부, 상기 제 1중공부와 동축이고 제 2개구단부로부터 내부를 향해서 형성된 제 2중공부 및 상기 제 1중공부와 제 2중공부를 연결하기 위해 형성된 제 3중공부가 내부에 형성된 슬리브와; 상기 제 2개구단부에서 상기 슬리브에 고정된 스템과; 상기 스템의 상기 제 2중공부쪽의 표면에 고정된 반도체발광소자 또는 반도체수광소자와; 상기 제 3중공부에 수용되어서 상기 슬리브에 고정되어, 상기 광파이버의 일단면을 상기 반도체발광소자의 발광단면 또는 반도체수광소자의 수광단면에 광결합하는 집광용렌즈를 구비하고, 상기 슬리브는 상기 집광용렌즈를 구성하는 재료의 열팽창계수에 가까운 열팽창계수(30%이내)를 지닌 금속을 이용해서 일체성형된 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈이 제공된다.
상기 반도체소자모듈에서는, 슬리브는 내부식성 금속, 스테인레스스틸, 페라이트계 스테인레스 스틸, SUS430계 금속, SUS430F금속 또는 이들 금속에 상당하는 성질을 지닌 금속으로 이루어진 것이 바람직하다.
또, 집광용 렌즈는 BK7광학유리로 이루어진 것이 바람직하며, 또한 TaF-3, HE-2, K-2, LF-5, F-3, SF-2 및 LaF-3광학유리도 사용가능하다.
또한, 집광용 렌즈는 제 3중공부를 폐쇄하도록 기밀상태로 고정되어 있는 것이 바람직하며, 스템은 제 2개구단부를 폐쇄하도록 기밀상태를 고정되어 있는 것이 바람직하다. 또, 집광용 렌즈는 저융점유리, 무기접착제 또는 유기접착제에 의해서 렌즈유지부에 고정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 렌즈를 유지하는 제 3중공부와 페룰이 삽입되는 제 1중공부는 슬리브로서 일체로 형성되어 있으므로, 서로 동축정밀도가 높다. 따라서, 페룰을 개재해서 광파이버를 슬리브에 끼워맞춤하고, 반도체소자(발광소자 또는 수광소자)를 고정한 스템을 슬리브에 장착할 때 필요한 광파이버, 렌즈 및 반도체소자간의 중심맞춤작업, 즉 조심(調芯)작업을 용이하게 수행할 수 있다. 또, 제 1 및 제 2중공부가 슬리브로서 동일재료로 일체로 형성되어 있으므로, 부품수를 줄일 수 있다.
또, 슬리브를 구성하는 재료의 열팽창계수와 렌즈를 구성하는 재료의 열팽창계수가 서로 근사하므로 모듈이 온도변화가 큰 환경에 노출되어도, 슬리브와 렌즈사이에 간극이 생기지 않고, 또 렌즈와 슬리브를 접착하고 있는 재료가 박리되는 일도 없다.
또한, 렌즈와 스템이 슬리브에 접촉상태로 고정되면, 반도체소자를 수용하는 제 2중공부의 기밀성이 유지되므로, 외부로부터 불순물이 제 2중공부안으로 침입하는 일이 없다. 또, 슬리브의 재료로서, 페라이트계 스테인레스스틸, SUS430계 금속, SUS430F금속 또는 이들 금속의 성질에 상당하는 성질을 지닌 금속을 이용하면, 슬리브와 페룰과의 응집을 피할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 렌즈를 유지하는 제 3중공부와 제 1중공부는 슬리브로서 동일 재료로 일체로 형성되어 있으므로, 제 1중공부에 광파이버를 끼워맞춤하고, 반도체소자(발광소자 또는 수광소자)를 고정한 스템을 슬리브에 장착할 때 필요한 광파이버, 렌즈 및 반도체소자간의 조심작업을 용이하게 수행할 수 있는 동시에, 이들 부품의 광축을 고정밀도로 정렬시킬 수 있다. 또, 부품수를 줄이는 것도 가능하다. 따라서, 제조코스트가 저감될 수 있고, 또한 수율도 향상시킬 수 있다.
또, 슬리브를 구성하는 재료의 열팽창계수와 렌즈를 구성하는 재료의 열팽창계수가 서로 근사하므로, 온도변화가 크게 발생하더라고, 슬리브와 렌즈사이에 간극이 생기는 일이 없고, 또 렌즈와 슬리브를 접착하고 있는 재료가 박리되는 일도 없다. 따라서, 온도변화가 크게 발생하더라도 제 2중공부의 기밀성을 유지하는 것이 가능하다.
또한, 렌즈와 스템은 슬리브에 밀착상태로 고정되어 있으므로, 제 2중공부의 기밀성이 유지된다. 그러므로, 외부로부터 불순물이 제 2중공부안으로 침입하는 일은 없다. 따라서, 신뢰성이 높은 반도체소자모듈을 얻을 수 있다.
또, 슬리브의 재료로서 페라이트계 스테인레스스틸, SUS430계금속, SUS430F금속 또는 이들 금속의 성질에 상당하는 성질을 지닌 금속을 이용하면, 슬리브와 페룰과의 응집을 피할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의하면,신뢰성이 높고, 저코스트이고 고성능인 반도체소자모듈을 제공하는 것이 가능하다.
본 발명은, 단지 예시할 목적으로 부여되는 첨부도면과 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해될 것이며, 이것이 본 발명을 한정하는 것으로 간주해서는 안된다.
또한, 본 발명의 적용범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나, 본 발명의 취지 및 범위내에서의 다양한 변경 및 조정은 이러한 상세한 설명으로부터 당업자에게 명백하게 될 것이므로, 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 특정예는 단지 예시의 목적으로만 부여됨을 알 필요가 있다.
이하, 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 단, 도면의 설명에 있어서, 동일요소는 동일부호로 표기한다.
제3도 및 제4도에 의거해서 본 발명의 실시예를 설명한다.
제3도 및 제4도에 도시한 바와 같이, 슬리브(1)에는 광파이버위치결정용 페룰이 끼워맞춤되는 제 1중공부로서 기능하는 끼워맞춤부(11)가 상기 슬리브의 한쪽개구단부로부터 그의 내부를 향해서 형성되어 있다. 이 끼워맞춤부(11)와 동축인 제 2중공부로서 가능하는 소자수용부(13)가 상기 슬리브의 다른 쪽 개구단부로부터 그의 내부를 향해서 형성되어 있다. 이 소자수용부(13)의 내경은 끼워맞춤부(11)의 내경보다 크게 형성되어 있다. 제 3중공부로서 기능하는 렌즈유지부(12)가 슬리브의 내부에 규정되어 제 1 및 제 2중공부를 연결한다. 렌즈유지부(12)의 내경은 끼워맞춤부(11)의 내경보다도 좁게 형성되어 있다. 또, 상기 슬리브(1)는 SUS430F금속으로 이루어져 있다.
끼워맞춤부(11)의 선단부의 내주면은, 외부를 향해서 넓어지는 테이퍼형상으로 형성되어 있다. 이것은, 페룰의 끼워맞춤을 용이하게 하기 위한 것이며, 환언하면 상기 선단부를 테이퍼형상으로 함으로써, 선단부에 페룰가이드의 역할을 부여시키기 위한 것이다.
렌즈유지부(12)의 벽면은, 끼워맞춤부(11)의 벽면보다 두꺼우며, 이 렌즈유지부(12)의 내면에는 저융점유리에 의해서 볼렌즈(20)가 고정되어 있다. 또, 상기 저융점유리는, 저융점을 부여하도록 셀렌, 탈륨, 비소 또는 황을 첨가한 유리이다. 상기 볼렌즈(20)의 렌즈재료는 BK7광학유리이어도 된다. 또, 볼렌즈(20)를 고정하는 재료로서는 저융점유리대신에 유기접착제나 무기접착제 등을 이용해도 된다.
또, 슬리브(1)의 소자수용부(13)쪽의 개구단부에는 원판형상의 스템(31)이 프로젝션용접에 의해서 고정되어 있다.
소자수용부(13)는 기밀상태로 유지되어 있고, 그 내부는 건조한 N2가스분위기이다. 이와 같이 소자수용부(13)를 기밀상태로 유지하면, 외부로부터의 먼지나 부식성 가스 등이 소자수용부(13)에 침입하지 않으므로, 높은 신뢰성을 얻을 수 있다.
또, 슬리브(1)에 스템(31)을 접착하는 방법으로서는, 프로젝션용접외에 납땜밀봉법 등을 이용할 수 있다. 또, 소자수용부(13)의 내부는 N2가스분위기로 한정되지 않고 기타 불활성가스분위기, 예를 들면 Ar가스분위기이어도 되고, 또는 진공상태이어도 된다.
스템(31)은 냉간압연강(cold-rolled steel)에 Ni도금을 실시하고, 또 이 Ni가 도금된 냉간압연강에 Au도금을 실시해서 얻어진다. 스템(31)의 상부면에는 반도체발광소자(도시하지 않음)가 놓여 있다. 또, 스템(31)에는, 제3도에 도시한 바와 같이 소정의 위치에 3개의 스템핀(32a),(32b)(32c)이 시일튜브(34)를 개재해서 부착되어 있다. 스템(31)의 상부면에 돌출한 스템핀(32a),(32b)(32c)의 각 상단부는 각각 와이어(33)에 의해서 반도체발광소자와 접속되어 있다. 또, 스템핀(32b)를 직접 스템(31)에 용접해서 접지단자로 함으로써, 전자기차폐효과를 가지게 해도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예의 반도체소자모듈에 의하면, 슬리브(1)의 끼워맞춤부(11)와 렌즈유지부(12)는 동일한 재료로 일체로 형성되어 있으므로, 발광소자와 광파이버와의 위치맞춤을 행할 때의 조심작업은 1번이면 충분하다. 즉, 볼렌즈(20)을 슬리브(1)의 렌즈유지부(12)에 고정함으로써 볼렌즈(20)의 위치결정이 가능하며, 다음에 광파이버를 지닌 페룰을 끼워맞춤부(11)에 끼워맞추고 반도체발광소자를 고정한 스템(31)을 슬리브(1)의 개구단부에 위치맞춤함으로써 조심작업을 수행할 수 있다. 이 때문에, 조심작업이 간소하여, 수율을 향상시킬 수 있는 동시에, 가공코스트의 저감도 도모할 수 있다. 또한, 전체구조가 동일재료로 이루어져 있으므로, 부품수를 줄일 수 있다.
상기 실시예에서 나타낸 바와 같이, 슬리브(1)를 형성하기 위해서는, 예를 들면 NC선반을 이용해서 공축가공하는 방법으로 형성할 수 있다. NC선반을 이용해서 공축가공하면, 끼워맞춤부(11)와 렌즈유지부(12)와의 동축도를 높일 수 있다. 끼워맞춤부(11)와 렌즈유지부(12)와의 동축도를 높게 하면, 볼렌즈(20)를 렌즈유지부(12)에 끼워맞춤해서 고정함으로써 광파이버의 광축과 볼렌즈(20)의 중심을 높은 정밀도로 일치시킬 수 있다.
또, 상기 실시예에 있어서는 슬리브(1)의 재료로서 SUS430F금속을 이용하였으나, 내부식성 금속, 스테인레스스틸, 페라이트계 스테인레스스틸, SUS430계 금속, SUS430F금속 또는 이들 금속의 성질에 상당하는 성질을 지닌 금속을 이용하는 것도 가능하다. 이들 재료중에서 SUS430F를 위시한 페라이트계 스테인레스스틸, SUS430계 금속, SUS430F금속 또는 이들 금속의 성질에 상당하는 성질을 지닌 금속을 이용한 경우에는, 페룰의 접속/분리동작이 반복되더라도 페룰과 슬리브와의 응집을 방지할 수 있다.
볼렌즈(20)의 재료로서는, BK7광학유리를 이용하였으나, 슬리브를 구성하는 금속의 열팽창계수의 근사한 열팽창계수를 지닌 것이라면, 기타 재료를 사용하는 것도 가능하다. 즉, 최초에 볼렌즈의 재료를 정해놓고 이 볼렌즈의 재료의 열팽창계수와 근사한 열팽창계수를 지닌 금속을 선택해서 슬리브를 형성해도 되고, 또는, 최초에 슬리브의 금속을 정해놓고, 이 슬리브의 금속의 열팽창계수와 근사한 열팽창계수를 지닌 재료를 선택해서 볼렌즈를 형성해도 된다. 이와 같이 볼렌즈와 슬리브를 구성하는 금속간의 열팽창계수가 근사하면, 온도변화가 크더라도, 볼렌즈와 렌즈유지부와의 사이에 간극이 생기는 일은 없고, 또, 볼렌즈와 렌즈유지부를 접착하고 있는 물질이 박리되는 일도 없다. 그 결과, 온도변화가 크더라도 소자수용부(13)내부의 기밀성을 유지할 수 있다.
또, 상기 실시예에서 설명한 소자수용부(13)에 수광소자를 수용하면, 이 모듈은 수광소자모듈로서 사용하는 것이 가능하다. 이 경우에는 볼렌즈는 광파이버로부터의 광을 수광소자의 수광단면에 집광하는 역할을 한다.
이상 설명한 본 발명으로부터, 본 발명을 각종 방식으로 변형시킬 수 있음은 명백하다. 이와 같은 변형은, 본 발명의 취지 및 범위로부터 벗어나는 것으로 간주되지 않으며, 당업자에게 명백한 바와 같은 이러한 모든 변형을 다음의 특허청구의 범위내에 포함시키고자 한다.

Claims (8)

  1. 중공부가 내부를 향해서 뻗는 제 1개구단부에 규정된 제 1중공부에 있어서 광파이버위치결정용의 페룰이 상기 제 1중공부에 끼워맞춤되도록 이용되는 것을 특징으로 하는 제 1중공부와, 제 2개구단부에 규정되고 또 상기 제 1중공부와 동축이며 또 중공부가 내부를 향해서 뻗는 동시에 상기 제 1개구단부와 대향하는 제 2개구단부를 가지도록 형성된 제 2중공부와, 상기 제 1중공부와 상기 제 2중공부를 연결하도록 형성된 제 3중공부를 가지며; 스테인레스스틸, 페라이트계 스테인레스스틸, SUS430계 금속, SUS430F금속 및 스테인레스스틸, 페라이트계 스테인레스스틸, SUS430계 금속 또는 SUS430F금속의 특성에 상당하는 특성을 지닌 금속으로 구성된 군으로부터 선택된 1종류의 금속으로 이루어진 슬리브와, 상기 슬리브에 기밀하게 고정되어 상기 슬리브의 제 2개구단부를 밀봉하는 스템과, 상기 스템의 표면에 고정된 광학활성소자와, 상기 제 3중공부에 수용되고 상기 제 2중공부를 밀봉하기 위해 상기 슬리브에 기밀하게 고정되어, 상기 광파이버의 일단면을 상기 광학활성소자의 발광단면 또는 수광단면에 광결합하는 집광용렌즈를 구비하고, 상기 슬리브는 상기 집광용렌즈를 구성하는 재료의 열팽창계수와 이하의 식으포 표현된 관계를 가지는 열팽창계수를 지닌 상기 금속을 이용해서 일체성형된 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
    (k1-k2)/k130%
    k1: 슬리브의 열팽창계수
    k2: 렌즈의 열팽창계수
  2. 제1항에 있어서, 상기 슬리브는 내부식성금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
  3. 제1항에 있어서, 상기 집광용 렌즈는 BK7, TaF-3, HE-2, K-3, LF-5, F-3, SF-2, 및 LaF-3광학유리로 구성된 군으로 선택된 1종의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
  4. 제1항에 있어서, 상기 집광용렌즈는 저융점유리, 무기접착제 및 유기접착제로 구성된 군으로부터 선택된 1종의 재료에 의해서 상기 제 3중공부에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광학활성소자는 반도체발광소자인 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 광학활성소자는 반도체수광소자인 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
  7. 제1항에 있어서, 상기 슬리브는 SUS430계 금속 및 SUS430계 금속의 특성에 상당하는 특성을 지닌 금속으로 구성된 군으로부터 선택된 1종류의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
  8. 제1항에 있어서, 상기 슬리브는 SUS430F금속 및 SUS430F금속의 특성에 상당하는 특성을 지닌 금속으로 구성된 군으로부터 선택된 1종류의 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체소자모듈.
KR1019940007906A 1993-04-16 1994-04-15 반도체소자모듈 KR0179057B1 (ko)

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