TW202245203A - 光半導體裝置 - Google Patents

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Abstract

第1金屬塊（3）及溫度控制模組（4）安裝於金屬桿（1）的上表面。第2金屬塊（5）安裝於溫度控制模組（4）的上方。第1及第2介電基板（6、7）分別安裝於第1及第2金屬塊（3、5）的側面。第1及第2信號線路（8、10）分別形成於第1及第2介電基板（6、7）。半導體光調變元件（13）安裝於第2介電基板（7）。透鏡蓋（19）接合到金屬桿（1）的上表面，電性連接到金屬桿（1），且氣密密封半導體光調變元件（13）等。第1金屬塊（3）與透鏡蓋（19）的內壁的最小距離比0.37mm更小。第2金屬塊（5）與透鏡蓋（19）的內壁的最小距離比1.36mm更小。

Description

光半導體裝置
本發明是關於以透鏡蓋氣密密封半導體光調變元件等的光半導體裝置。
在移動通信系統等中，攜帶通信終端普及，且由於資訊的雲端化等，資料通信量急劇增加。與此同時，需要更大容量的光通信系統，且要求能夠高速大容量傳輸信號的光通信裝置。作為能夠實現高速通信的半導體光整合元件，使用整合電場吸收型半導體光調變器（EAM：Electro-absorption Modulator）與分布回饋式雷射二極體（DFB-LD：Distributed Feedback Laser Diode）的EML（Electro-absorption Modulator integrated laser）。
已提出一種光半導體裝置，其中在金屬桿安裝第1金屬塊與溫度控制模組，在溫度控制模組的上方安裝第2金屬塊，在第1及第2金屬塊的側面分別安裝第1及第2介電基板，且在第2介電基板安裝半導體光調變元件（例如，參照專利文獻1）。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2011-197360號公報
[發明所欲解決的問題]
如果在專利文獻1的裝置安裝透鏡蓋，有產生共振且頻帶受限制、無法得到良好的光波形的問題。作為解決策略，考慮增大透鏡蓋的外形、將共振點往高頻側移動。然而，在CAN封裝中由於要求小型化，無法增大透鏡蓋的外形。
本揭露是為了解決上述的問題而完成，其目的為得到不增大透鏡蓋的外形且能夠得到良好的光波形的光半導體裝置。 [用以解決問題的手段]
關於本揭露的光半導體裝置，具備：金屬桿；引線插腳（lead pin），貫通前述金屬桿；第1金屬塊，安裝於前述金屬桿的上表面；第1介電基板，安裝於前述第1金屬塊的側面；第1信號線路，形成於前述第1介電基板；溫度控制模組，安裝於前述金屬桿的前述上表面；第2金屬塊，安裝於前述溫度控制模組的上方；第2介電基板，安裝於前述第2金屬塊的側面；第2信號線路，形成於前述第2介電基板；半導體光調變元件，安裝於前述第2介電基板；連接構件，連接前述引線插腳與前述第1信號線路的一端；第1接合線（bonding wire），連接前述第1信號電路的另一端與前述第2信號電路的一端；第2接合線，連接前述第2信號線路的另一端與前述半導體光調變元件；和透鏡蓋，接合到前述金屬桿的前述上表面，電性連接到前述金屬桿，且氣密密封前述第1及第2金屬塊、前述第1及第2介電基板、前述溫度控制模組、前述第1及第2信號線路、前述半導體光調變元件、及前述第1及第2接合線，其中前述第1金屬塊與前述透鏡蓋的內壁的最小距離比0.37mm更小，前述第2金屬塊與前述透鏡蓋的前述內壁的最小距離比1.36mm更小。 [發明的效果]
在本揭露中，第1金屬塊與透鏡蓋的內壁的最小距離比0.37mm更小，第2金屬塊與透鏡蓋的內壁的最小距離比1.36mm更小。藉此，第1及第2的金屬塊接近作為接地（ground）的透鏡蓋並強化接地。因此，共振點減少，頻率響應特性改善，且能夠達到寬頻帶化。因此，能夠不增大透鏡蓋的外形，且得到良好的光波形。
參照圖式以說明關於實施形態之光半導體裝置。有時相同或對應的元件標記相同的符號，且省略重複的說明。
實施形態1 第1圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的正面側斜視圖。第2圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的背面側斜視圖。第3圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的內部的俯視圖。
金屬桿1為圓形的板狀。信號線路用的引線插腳2貫通金屬桿1，且透過玻璃材固定於金屬桿1。金屬桿1及引線插腳2可以由例如銅、鐵、鋁或不鏽鋼等的金屬所構成，且可以在表面鍍金、鍍鎳等。另外，不只是用於信號線路的引線插腳2，也可以設置用於向溫度控制模組供電的引線插腳、EAM-LD安裝時的用於向雷射二極體部供電的引線插腳等複數個引線插腳。
第1金屬塊3及溫度控制模組4安裝於金屬桿1的上表面。第1金屬塊3配置於引線插腳2的附近。第2金屬塊5安裝於溫度控制模組4的上方。第1金屬塊3由例如銅、鐵、鋁或不鏽鋼等的金屬所構成。但是，第1金屬塊3也可以是陶瓷或樹脂等的絕緣體被金屬被覆的構造。第2金屬塊5為例如在Cu等的熱傳導率高的材料的表面鍍金等的金屬材料的塊體。溫度控制模組4具有夾在散熱面與冷卻面之間的帕爾帖（Peltier）元件。散熱面接合到金屬桿1，且在冷卻面安裝有第2金屬塊5。第1及第2介電基板6、7分別安裝於第1及第2金屬塊3、5的側面。
另外，從組裝性的觀點來看，金屬塊分離為第1金屬塊3與第2金屬塊5。此外，藉由分離，能夠減少從外部透過金屬桿1流入第2介電基板7及第2金屬塊5的熱量。因此，能夠減少溫度控制模組4的消耗電力。
第1信號線路8及接地導體9形成於第1介電基板6。第1信號線路8及接地導體9彼此以一定的間隔配置，且構成共平面（coplanar）線路。接地導體9透過形成於第1介電基板6的導孔（未顯示）連接到第1金屬塊3。
第2信號線路10、接地導體11及整合電阻12形成於第2介電基板7。第2信號線路10及接地導體11彼此以一定的間隔配置，且構成共平面線路。接地導體11也形成於第2介電基板7的側面。
半導體光調變元件13安裝於第2介電基板7。半導體光調變元件13為例如單塊（monolithic）整合使用InGaAsP類量子井吸收層之電場吸收型光調變器與分布回饋式雷射二極體的調變器整合型雷射（EAM-LD）、或MZ（Mach-Zehnder）半導體光調變器等。在半導體光調變元件13產生的熱透過第2金屬塊5及金屬桿1擴散。
連接構件14連接引線插腳2與第1信號線路8的一端。連接構件14為例如焊料，但也可以是接合線。接合線15連接第1信號線路8的另一端與第2信號線路10的一端。接合線16連接第2信號線路10的另一端與半導體光調變元件13。接合線17連接半導體光調變元件13與整合電阻12的一端。接合線18連接整合電阻12的另一端與第2金屬塊5。
透鏡蓋19接合到金屬桿1的上表面，電性連接到金屬桿1，且氣密密封第1及第2金屬塊3、5、第1及第2介電基板6、7、溫度控制模組4、第1及第2信號線路8、10、半導體光調變元件13、連接構件14及接合線15~18等。透鏡蓋19由例如銅、鐵、鋁或不鏽鋼等的金屬所構成，且為錐（taper）型或直（straight）型。但是，透鏡蓋19也可以是陶瓷或樹脂等的絕緣體被金屬被覆的構造。
第1金屬塊3的寬度為a，深度為b，高度為c。第1金屬塊3的背面為沿著圓筒狀的透鏡蓋19的內壁的曲面形狀。藉由使第1金屬塊3的寬度a或深度b比先前更大，第1金屬塊3的背面與透鏡蓋19的內壁接近。結果，第1金屬塊3與透鏡蓋19的內壁的最小距離d1比0.37mm更小，在此為0.10mm。
第2金屬塊5的寬度為d，深度為e，高度為f。第2金屬塊5的剖面為L字形狀，側面的一部分為沿著透鏡蓋19的內壁的曲面形狀。藉由使第2金屬塊5的寬度d或深度e比先前更大，第2金屬塊5的側面與透鏡蓋19的內壁接近。結果，第2金屬塊5與透鏡蓋19的內壁的最小距離d2比1.36mm更小，在此為0.10mm。
第4圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例1的正面側斜視圖。第5圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例1的背面側斜視圖。雖然透鏡蓋19是圓筒狀，但透鏡蓋19的內壁的一部分向第1金屬塊3突出。藉此兩者接近，第1金屬塊3與透鏡蓋19的內壁的最小距離d1變得比0.37mm更小，第2金屬塊5與透鏡蓋19的內壁的最小距離d2變得比1.36mm更小。
第6圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例2的正面側斜視圖。第7圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例2的背面側斜視圖。透鏡蓋19的內壁的一部分向第1金屬塊3及第2金屬塊5突出。藉此兩者接近，最小距離d1變得比0.37mm更小，最小距離d2變得比1.36mm更小。
第8圖是顯示使第2金屬塊與透鏡蓋的內壁的最小距離變化的情況的頻率響應特性的模擬結果的圖。頻率響應特性為通過特性S21。第2金屬塊5與透鏡蓋19的內壁的最小距離d2是設為1.36mm、0.5mm、0mm。第1金屬塊3與透鏡蓋19的內壁的距離皆設為0.37mm。可以理解的是，如果最小距離d2變得比1.36mm更小，特別是在到30GHz為止的範圍，共振所造成的下降減少、被改善。
第9圖是顯示使第1金屬塊與透鏡蓋的內壁的最小距離變化的情況的頻率響應特性的模擬結果的圖。第1金屬塊3與透鏡蓋19的內壁的最小距離d1是設為0.37mm、0mm。第2金屬塊5與透鏡蓋19的內壁的距離皆設為1.36mm。可以理解的是，如果最小距離d1變得比0.37mm更小，共振所造成的下降減少、被改善。
第10圖是顯示比較關於比較例與實施形態1之光半導體裝置的頻率響應特性的3次元電磁場模擬結果的圖。比較例是最小距離d2為1.36mm，最小距離d1為0.37mm的情況。在實施形態1中，可以理解的是，與比較例相比共振點減少，且頻率響應特性的下降變小。
如以上說明，在本實施形態中，第1及第2金屬塊3、5的形狀與比較例不同，第1金屬塊3與透鏡蓋19的內壁的最小距離比0.37mm更小，且第2金屬塊5與透鏡蓋19的內壁的最小距離比1.36mm更小。藉此，第1及第2金屬塊3、5靠近成為接地的透鏡蓋19且接地被強化。因此，共振點減少，頻率響應特性改善，且能夠實現寬頻帶化。因此，能夠不增大透鏡蓋19的外形，且得到良好的光波形。
實施形態2 第11圖是顯示關於實施形態2之光半導體裝置的正面側斜視圖。第12圖是顯示關於實施形態2之光半導體裝置的背面側斜視圖。第13圖是顯示關於實施形態2之光半導體裝置的內部的俯視圖。
在本實施形態中，第1金屬塊3與透鏡蓋19的內壁的最小距離d1為0mm，第2金屬塊5與透鏡蓋19的內壁的最小距離d2為0.30mm。也就是，第1金屬塊3接觸透鏡蓋19的內壁。透鏡蓋19的內壁的一部分突出並成為接觸第1金屬塊3的後表面的結構。不限於此，只要是透鏡蓋19的內壁接觸第1金屬塊3的側面、後表面、上表面的任1個或複數個面的結構即可。
此外，也可以用焊料或導電性樹脂等黏著並電性連接第1金屬塊3與透鏡蓋19。舉例而言，在第1金屬塊3的側面或後表面施加預備焊料或導電性樹脂，在安裝後加熱透鏡蓋19，使第1金屬塊3與透鏡蓋19黏著。
第14圖是顯示比較關於比較例與實施形態2之光半導體裝置的頻率響應特性的3次元電磁場模擬結果的圖。在實施形態2中，可以理解的是，與比較例相比共振點減少，且頻率響應特性的下降變小。
如以上說明，在本實施形態中，透鏡蓋19與第1金屬塊3接觸，比實施形態1更強化接地。因此，共振點減少，頻率響應特性改善，且能夠實現寬頻帶化。因此，能夠不增大透鏡蓋19的外形，且得到良好的光波形。
實施形態3 第15圖是顯示關於實施形態3之光半導體裝置的正面側斜視圖。第16圖是顯示關於實施形態3之光半導體裝置的背面側斜視圖。第17圖是顯示關於實施形態3之光半導體裝置的內部的俯視圖。
在本實施形態中，第1金屬塊3與透鏡蓋19的內壁的最小距離d1為0mm，第2金屬塊5與透鏡蓋19的內壁的最小距離d2為0mm。也就是，不只是第1金屬塊3，第2金屬塊5也接觸透鏡蓋19的內壁。
透鏡蓋19的內壁的一部分突出並成為接觸第1金屬塊3的側面與後表面、第2金屬塊5的後表面的結構。不限於此，透鏡蓋19的內壁只要是接觸第1金屬塊3的側面、後表面、上表面的任1個或複數個面、及第2金屬塊5的後表面與上表面的任1個或複數個面的結構即可。
此外，也可以用焊料或導電性樹脂等黏著並電性連接第1及第2金屬塊3、5與透鏡蓋19。舉例而言，在第1金屬塊3的側面或後表面與第2金屬塊5的後表面施加預備焊料或導電性樹脂，在安裝後加熱透鏡蓋19且使第1及第2金屬塊3、5與透鏡蓋19黏著。
第18圖是顯示比較關於比較例與實施形態3之光半導體裝置的頻率響應特性的3次元電磁場模擬結果的圖。在實施形態3中，可以理解的是，與比較例相比共振點減少，且頻率響應特性的下降變小。
如以上說明，在本實施形態中，透鏡蓋19與第1及第2金屬塊3、5接觸，比實施形態2更強化接地。因此，共振點減少，頻率響應特性改善，且能夠實現寬頻帶化。因此，能夠不增大透鏡蓋19的外形，且得到良好的光波形。
實施形態4 第19圖是顯示關於實施形態4之光半導體裝置的剖面圖。透鏡蓋19的透鏡為平板玻璃20。因此，即使透鏡與半導體光調變元件13的位置關係偏移，由於對焦點距離或結合效率等的光學特性沒有影響，能夠緩和透鏡蓋19的結構變化與安裝精度。其他的構成及效果與實施形態1是同樣的。
此外，也能夠將平板玻璃20應用於實施形態2、3。在此情況下，雖然第1及第2金屬塊3、5的至少一方與透鏡蓋19接觸，但能夠無視光軸偏移的影響。此外，為了防止返回光或標準具效應（etalon effect），也可以傾斜或成角度以接合透鏡蓋19。
1:金屬桿 2:引線插腳 3:第1金屬塊 4:溫度控制模組 5:第2金屬塊 6:第1介電基板 7:第2介電基板 8:第1信號線路 10:第2信號線路 11:接地導體 12:整合電阻 13:半導體光調變元件 14:連接構件 15,16,17,18:接合線 19:透鏡蓋 20:平板玻璃 a,d:寬度 b,e:深度 c,f:高度 d1,d2:最小距離 S21:通過特性
第1圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的正面側斜視圖。 第2圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的背面側斜視圖。 第3圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的內部的俯視圖。 第4圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例1的正面側斜視圖。 第5圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例1的背面側斜視圖。 第6圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例2的正面側斜視圖。 第7圖是顯示關於實施形態1之光半導體裝置的變形例2的背面側斜視圖。 第8圖是顯示使第2金屬塊與透鏡蓋的內壁的最小距離變化的情況的頻率響應特性的模擬結果的圖。 第9圖是顯示使第1金屬塊與透鏡蓋的內壁的最小距離變化的情況的頻率響應特性的模擬結果的圖。 第10圖是顯示比較關於比較例與實施形態1之光半導體裝置的頻率響應特性的3次元電磁場模擬結果的圖。 第11圖是顯示關於實施形態2之光半導體裝置的正面側斜視圖。 第12圖是顯示關於實施形態2之光半導體裝置的背面側斜視圖。 第13圖是顯示關於實施形態2之光半導體裝置的內部的俯視圖。 第14圖是顯示比較關於比較例與實施形態2之光半導體裝置的頻率響應特性的3次元電磁場模擬結果的圖。 第15圖是顯示關於實施形態3之光半導體裝置的正面側斜視圖。 第16圖是顯示關於實施形態3之光半導體裝置的背面側斜視圖。 第17圖是顯示關於實施形態3之光半導體裝置的內部的俯視圖。 第18圖是顯示比較關於比較例與實施形態3之光半導體裝置的頻率響應特性的3次元電磁場模擬結果的圖。 第19圖是顯示關於實施形態4之光半導體裝置的剖面圖。
1:金屬桿
3:第1金屬塊
4:溫度控制模組
5:第2金屬塊
6:第1介電基板
7:第2介電基板
13:半導體光調變元件
14:連接構件
15,16,17,18:接合線
19:透鏡蓋
d1,d2:最小距離

Claims (6)

  1. 一種光半導體裝置，具備： 金屬桿； 引線插腳（lead pin），貫通前述金屬桿； 第1金屬塊，安裝於前述金屬桿的上表面； 第1介電基板，安裝於前述第1金屬塊的側面； 第1信號線路，形成於前述第1介電基板； 溫度控制模組，安裝於前述金屬桿的前述上表面； 第2金屬塊，安裝於前述溫度控制模組的上方； 第2介電基板，安裝於前述第2金屬塊的側面； 第2信號線路，形成於前述第2介電基板； 半導體光調變元件，安裝於前述第2介電基板； 連接構件，連接前述引線插腳與前述第1信號線路的一端； 第1接合線（bonding wire），連接前述第1信號電路的另一端與前述第2信號電路的一端； 第2接合線，連接前述第2信號線路的另一端與前述半導體光調變元件；和 透鏡蓋，接合到前述金屬桿的前述上表面，電性連接到前述金屬桿，且氣密密封前述第1及第2金屬塊、前述第1及第2介電基板、前述溫度控制模組、前述第1及第2信號線路、前述半導體光調變元件、前述連接構件、及前述第1及第2接合線， 其中前述第1金屬塊與前述透鏡蓋的內壁的最小距離比0.37mm更小， 前述第2金屬塊與前述透鏡蓋的前述內壁的最小距離比1.36mm更小。
  2. 如請求項1所述之光半導體裝置，其中前述透鏡蓋的前述內壁的一部分向前述第1金屬塊突出。
  3. 如請求項1所述之光半導體裝置，其中前述透鏡蓋的前述內壁的一部分向前述第1及第2金屬塊突出。
  4. 如請求項1~3中任一項所述之光半導體裝置，其中前述第1金屬塊接觸前述透鏡蓋的前述內壁。
  5. 如請求項1~3中任一項所述之光半導體裝置，其中前述第1及第2金屬塊接觸前述透鏡蓋的前述內壁。
  6. 如請求項1~3中任一項所述之光半導體裝置，其中前述透鏡蓋的透鏡為平板玻璃。
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