WO2021065909A1 - 光素子搭載用パッケージ及び電子装置 - Google Patents

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Abstract

光素子搭載用パッケージは、複数の搭載部を有する基体を備える。複数の搭載部の各々は、発光素子が搭載される第１搭載部と、光学部品が搭載される第２搭載部とを含み、第２搭載部は、発光素子の出光方向に位置し、基体は、前記出光方向に並んで隣り合う２つの搭載部の間に、第１搭載部よりも高い第１壁を有する。

Description

光素子搭載用パッケージ及び電子装置
　本開示は、光素子搭載用パッケージ及び電子装置に関する。
　特開２０１７－２０８４８４号公報には、１つのパッケージに多数の発行素子が配置された発光装置が開示されている。上記の発光装置においては、パッケージの一つの面（１２Ａ）に複数対の発光素子（３０）及びミラー（５０）がマトリックス状に配列されている。
　本開示の光素子搭載用パッケージは、
　複数の搭載部を有する基体を備え、
　前記複数の搭載部の各々は、発光素子が搭載される第１搭載部と、光学部品が搭載される第２搭載部とを含み、
　前記第２搭載部は、前記発光素子の出光方向に位置し、
　前記基体は、
　前記出光方向に並んで隣り合う２つの搭載部の間に、前記第１搭載部よりも高い第１壁を有する。
　本開示の電子装置は、
　上記の光素子搭載用パッケージと、
　前記複数の第１搭載部に搭載された複数の発光素子と、
　前記複数の第２搭載部に搭載された複数の光学部品と、
　前記光素子搭載用パッケージに接合された蓋体と、
　を備える。
本開示の実施形態１に係る光素子搭載用パッケージ及び電子装置を示す平面図である。 図１のＡ－Ａ線における断面を示す縦断面図である。 図１のＢ－Ｂ線における断面を示す縦断面図である。 発光素子のビームプロファイルを示す図である。 実施形態２に係る光素子搭載用パッケージ及び電子装置を示す平面図である。 図５のＣ－Ｃ線における断面を示す縦断面図である。 実施形態３に係る光素子搭載用パッケージ及び電子装置を示す平面図である。 図７のＤ－Ｄ線における断面を示す縦断面図である。
　以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　（実施形態１）
　図１は、本開示の実施形態１に係る光素子搭載用パッケージ及び電子装置を示す平面図である。煩雑さを避けるため。図１中、複数の同一の構成要素については一部の符号を省略している。図２は、図１のＡ－Ａ線における断面を示す縦断面図である。図３は、図１のＢ－Ｂ線における断面を示す縦断面図である。図４は、発光素子のビームプロファイルを示す図である。以下では、Ｚ方向を鉛直上方、Ｘ方向とＹ方向とを互いに直交する水平方向として、各方向を表わすが、各方向は電子装置１の使用時の方向と異なってもよい。Ｙ方向は、発光素子２の光の出射方向（出光方向）に相当し、かつ、一対の発光素子２と光学部品４とが並ぶ方向に相当する。
　実施形態１の光素子搭載用パッケージ１０は、基体１０Ａと、複数の蓋体５０と、複数の接続端子６０とを備える。電子装置１は、光素子搭載用パッケージ１０に、複数の発光素子２と複数の光学部品４とが搭載されて構成される。
　基体１０Ａは、Ｘ方向とＹ方向とにマトリックス状に配置された複数の搭載部１１１を備える。各搭載部１１１には、１組の発光素子２及び光学部品４が搭載される。さらに、基体１０Ａは、複数の搭載部１１１のうち、Ｙ方向に並んで隣り合う２つの搭載部１１１の間に位置する第１壁１６を含む。
　基体１０Ａは、より詳細には、上面側に開口する複数の凹部１１と、複数の接続端子６０を支持する端子支持部１２と、接続端子６０と電気的に接続される複数の外部接続パッド１３と、複数の蓋体５０がそれぞれ接合される複数の枠部１１４と、複数の凹部１１の間を仕切る複数の第１壁１６とを備える。
　複数の凹部１１は、各々の長手方向がＸ方向を向き、Ｙ方向に配列される。各凹部１１には、複数の搭載部１１１がＸ方向に配列されている。さらに、各凹部１１には、Ｘ方向に広がる配線接続用の段部１１２が含まれ、段部１１２は複数の搭載部１１１とＹ方向に並んでいる。段部１１２には、複数の搭載部１１１にそれぞれ対応して複数組の接続パッド１７が配置される。接続パッド１７は、金属層であり、段部１１２の上面に位置する。
　各搭載部１１１は、サブマウント３を介して発光素子２が搭載される第１搭載部１１１ａと、光学部品４が搭載される第２搭載部１１１ｂとを含む。段部１１２には、複数の第１搭載部１１１ａに対応する複数組の接続パッド１７が配置される。互いに対応づけられた１つの第１搭載部１１１ａと１つの第２搭載部１１１ｂと一組の接続パッド１７とは、Ｙ方向に並んで配置される。第２搭載部１１１ｂは、第１搭載部１１１ａに対して発光素子２の出光方向に位置する。
　第１搭載部１１１ａの内底面は、Ｚ方向に垂直な面であってもよい。第２搭載部１１１ｂの内底面は、Ｚ方向に対して傾斜した面を含んでいてもよい。段部１１２は、蓋体５０よりも低く、搭載部１１１よりも高く配置される。複数の搭載部１１１のうち、Ｘ方向に隣接する２つの搭載部１１１の間には、両者の間を仕切る仕切り１１３を有していてもよい。仕切り１１３は、蓋体５０の高さに至らない中段部まで延設されている（図３を参照）。
　枠部１１４は、蓋体５０が接合される金属層であり、１つの凹部１１の開口を囲うように基体１０Ａの上面に位置する。複数の蓋体５０が複数の凹部１１の各枠部１１４にそれぞれ接合材を介して接合され、凹部１１の内部を封止する。蓋体５０は、ガラス板等であり、透光性を有する。
　第１壁１６は、光を透過しない素材から構成される。第１壁１６は、第１搭載部１１１ａよりも高い。第１搭載部１１１ａの高さとは、発光素子２が搭載されると規定された空間の高さに相当する。第１壁１６は、発光素子２の光軸よりも高くてもよい。第１壁１６は、発光素子２の出射光が光学部品４に当たる高さよりも高い位置まで存在してもよい。第１壁１６は、搭載部１１１上の発光素子２及び光学部品４よりも高い位置まで存在してもよい。第１壁１６は、接続パッド１７を有する段部１１２の上面よりも高い位置まで存在してもよい。第１壁１６は、蓋体５０の高さ又は蓋体５０の接合部５１（図２）の高さまで存在してもよい。
　基体１０Ａは、金属から構成される第１基部２０と、主に絶縁材料から構成される枠状の第２基部３０とを有してもよい。第２基部３０は、基体１０Ａの上部に相当し、第１基部２０の上面に接合される。第２基部３０は上下方向に貫通する貫通孔を有するが、第１基部２０は上方に開口する凹穴を有し、貫通孔と凹穴とが連通されて凹部１１が構成されてもよい。段部１１２は第２基部３０に含まれる。第１壁１６は、第１基部２０と第２基部３０とに渡って存在する。端子支持部１２は、第１基部２０に含まれ、Ｚ方向に見て第２基部３０と重ならない領域で、かつ、第２基部３０よりも高い位置まで存在する。端子支持部１２は、複数の凹部１１が配置される中央領域を挟む、第１基部２０のＸ方向の両縁部で、Ｚ方向に張り出した形態を有するが、中央領域の四方（Ｘ方向とＹ方向）を囲むように、中央領域を挟む、第１基部２０のＹ方向の両縁部とでも張り出していてもよい。
　第１基部２０は、例えば銅、アルミなどの熱伝導性の高い金属材料から構成され、例えばプレス成形等により形成することができる。第２基部３０の基本的な形状部分は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体又はガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料により構成される。第２基部３０は、例えば焼結前のセラミックス材料であるセラミックグリーンシートを、打ち抜き加工又は金型加工などにより所定形状に成形し、焼結することで製造できる。第２基部３０には、導体として、外部接続パッド１３、接続パッド１７、内部導体、並びに、金属面を含む枠部１１４などが含まれてもよい。内部導体は、外部接続パッド１３と接続パッド１７とを第２基部３０の内部で導通させる。上記の導体は、第２基部３０の焼結前にセラミックグリーンシートの所定位置に導体ペーストを塗布又は充填し、セラミックグリーンシートと一緒に焼結することで形成することができる。なお、第１基部２０は、第２基部３０と同様のセラミックス材料により構成されてもよい。第１基部２０がセラミックス材料により構成される場合、金型加工等により形成できる。第１基部２０と第２基部３０とを、同一素材の焼結体とする場合には、一体に形成されてもよい。
　発光素子２は、レーザダイオード（半導体レーザ）であり、Ｙ方向にレーザ光を出射するように配置される。図４に示すように、発光素子２のビームプロファイルは、Ｚ方向の広がりＨＺの方が、Ｘ方向の広がりＨＸよりも大きい。サブマウント３は、発光素子２との電気的な接続、並びに、発光素子２の高さ調整等のために、第１搭載部１１１ａと発光素子２との間に介在される。発光素子２は、第１搭載部１１１ａに隣接する配線用の接続パッド１７にボンディングワイヤー及びサブマウント３の配線導体を介して接続される。発光素子２はサブマウント３に接合され、サブマウント３は第１搭載部１１１ａに接合される。
　光学部品４は、反射ミラーであり、発光素子２からＹ方向に出射された光を、Ｚ方向へ反射する。光学部品４は第２搭載部１１１ｂに接合される。光学部品４は、板状であり、第２搭載部１１１ｂはＺ方向に対する傾斜面を含んでいてもよい。図２の縦断面図と図３の縦断面図とに示されるように、発光素子２のビームプロファイル（図４）によって、光学部品４を経た光は、Ｙ方向の広がりＨＹ１の方が、Ｘ方向の広がりＨＸ１よりも大きい。
　＜動作説明＞
　複数の接続端子６０に電源電圧が加えられると、電源電圧が外部接続パッド１３と、第２基部３０内の配線導体及び接続パッド１７を介して複数の発光素子２へ供給される。複数の発光素子２は、電源電圧の供給によりレーザ発振し、レーザ光をＹ方向へ出射する。出射されたレーザ光は、光学部品４を介してＺ方向に向けられ、蓋体５０を介して外部へ出力される。
　以上のように、実施形態１の光素子搭載用パッケージ１０及び電子装置１によれば、Ｙ方向に並んで隣り合う２つの搭載部１１１の間に、第１搭載部１１１ａよりも高い第１壁１６を有する。したがって、光の広がりＨＹ１が大きいＹ方向において、蓋体５０を通過する前に散乱した迷光が、隣の搭載部１１１へ進入し、隣の発光素子２に入射及び吸収され難くできる。したがって、発光素子２の劣化を低減できる。
　さらに、実施形態１の光素子搭載用パッケージ１０及び電子装置１によれば、第１壁１６は、発光素子２の光軸よりも高い。したがって、上記の迷光が隣の搭載部１１１へより進入し難くでき、発光素子２の劣化を低減できる。さらに、第１壁１６は、蓋体５０の高さ又は蓋体５０の接合部５１（図２）の高さまで存在する。したがって、上記の迷光が隣の搭載部１１１へより進入し難くでき、発光素子２の劣化を低減できる。
　さらに、実施形態１の光素子搭載用パッケージ１０及び電子装置１によれば、基体１０Ａの上部が枠状の絶縁体（第２基部３０）である。したがって、発光素子２から出射され、蓋体５０を通過する前に散乱した迷光は、基体１０Ａの上部において絶縁体により吸収される。よって、迷光が隣の搭載部１１１へより進入し難くでき、発光素子２の劣化を低減できる。
　さらに、実施形態１の光素子搭載用パッケージ１０及び電子装置１によれば、発光素子２と電気的に接続するために凹部１１内に配置される接続パッド１７が、段部１１２に配置される。さらに、蓋体５０を接合するための金属面を有する枠部１１４が、基体１０Ａの上面に配置される。段部１１２の上面及び基体１０Ａの上面はＺ方向に垂直な面であってもよい。上記の構成により、段部１１２の上方に進入した迷光、あるいは、蓋体５０の接合部の上方に進入した迷光の多くは、接続パッド１７又は枠部１１４を介して凹部１１の外部へ反射され、隣の搭載部１１１へ進入し難くされる。したがって、隣の発光素子２へ迷光が入射及び吸収し難くされ、発光素子２の劣化を低減できる。
　さらに、実施形態１の光素子搭載用パッケージ１０及び電子装置１によれば、Ｙ方向に垂直な縦断面（図３）において、複数の搭載部１１１の上方に位置する蓋体５０が連続体である。蓋体５０を通過するレーザ光は、Ｘ方向に大きく広がらないため、Ｘ方向に隣接する搭載部１１１へ蓋体５０を伝って迷光が進入する可能性は低い。したがって、Ｘ方向に隣接する複数の搭載部１１１の上方を覆う蓋体５０は連続体として、発光素子２の劣化の低減作用を維持しつつ、部品点数の削減及び組立工程の単純化を図ることができる。
　（実施形態２）
　図５は、実施形態２に係る光素子搭載用パッケージ及び電子装置を示す平面図である。煩雑さを避けるため、図５中、複数の同一の構成要素については一部の符号を省略している。図６は、図５のＣ－Ｃ線における断面を示す縦断面図である。
　実施形態２の光素子搭載用パッケージ２１０及び電子装置２０１は、主に、基体２１０Ａに、Ｘ方向に並んで隣り合う２つの搭載部１１１及び段部１１２の間に位置する第２壁１６Ｂが追加されたところが、実施形態１と異なる。実施形態１と同様の構成要素については、実施形態１と同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　第２壁１６Ｂは、Ｘ方向に延びる第１壁１６と同じ高さを有し、第１壁１６と一体化されていてもよい。第１壁１６及び第２壁１６Ｂは、Ｘ方向とＹ方向とに凹部２１１を分割する。各凹部２１１には、１つの搭載部１１１と１つの段部１１２とが含まれる。蓋体２５０が接合される枠部２１４は、金属層であり、各凹部２１１の開口を囲うように存在し、１つの蓋体２５０が１つの凹部２１１の開口を覆う。第２壁１６Ｂは、第１基部２０と第２基部３０とに渡って存在する。
　実施形態２の光素子搭載用パッケージ２１０及び電子装置２０１によれば、Ｘ方向に並んで隣り合う２つの搭載部１１１の間に第２壁１６Ｂを有する。したがって、発光素子２から出射され蓋体２５０を介して外部へ出力されるまでに散乱した迷光が、Ｘ方向に隣接する搭載部１１１へ進入し難くされる。したがって、迷光が発光素子２により入射及び吸収され難くされ、発光素子２の劣化を低減できる。
　さらに、実施形態２の光素子搭載用パッケージ２１０及び電子装置２０１によれば、蓋体２５０がＸ方向にも分断されている。熱膨張係数の差に基づき、基体１０Ａと蓋体２５０との間に応力が生じる場合、応力は蓋体２５０の中心からの距離に応じて大きくなる。蓋体２５０がＸ方向にも分断されていることで、蓋体２５０と基体１０Ａとの接合部に生じる応力を小さくすることができ、よって、凹部２１１の気密構造の信頼性を向上できる。
　なお、実施形態２の光素子搭載用パッケージ２１０及び電子装置２０１においても、蓋体２５０は実施形態１と同様にＸ方向に連なる連続体であってもよい。
　（実施形態３）
　図７は、実施形態３に係る光素子搭載用パッケージ及び電子装置を示す平面図である。煩雑さを避けるため、図７中、複数の同一の構成要素については一部の符号を省略している。図８は、図７のＤ－Ｄ線における断面を示す縦断面図である。実施形態３の光素子搭載用パッケージ３１０及び電子装置３０１は、主に、Ｘ方向に並ぶ複数の搭載部１１１に渡って、一体の光学部品３０４が搭載されるところが、実施形態１と異なる。実施形態１と同様の構成要素については、実施形態１と同一符号を付して詳細な説明を省略する。
　実施形態３の基体３１０Ａにおいては、実施形態１の仕切り１１３（図１～図３を参照）が省略される。光学部品３０４が搭載される第２搭載部１１１ｂは、１つの凹部１１内の複数の搭載部１１１に渡って連続していてもよい。１つの凹部１１において、連続する第２搭載部１１１ｂ及び一体化された光学部品３０４は、凹部１１におけるＸ方向の負側端部に位置する搭載部１１１からＸ方向の正側端部に位置する搭載部１１１に渡る範囲を占める。
　以上のように、実施形態３の光素子搭載用パッケージ３１０及び電子装置３０１によれば、Ｘ方向において光学部品３０４を一体とすることで、部品点数の削減及び組立工程の単純化を図ることができる。さらに、Ｘ方向において光学部品３０４を一体とし、光学部品３０４と基体１０Ａとの接触面を大きくすることで、光学部品３０４の放熱性の向上と、光学部品３０４の接合強度の向上とが図れ、上記により電子装置３０１の光出力の安定化を図ることができる。Ｘ方向においては、発光素子２の光の広がりが小さいので、光学部品３０４を一体としても、隣接する搭載部１１１へ迷光が進入する恐れが少なく、迷光によって発光素子２が劣化し難いのを維持できる。
　なお、実施形態３の光素子搭載用パッケージ３１０及び電子装置３０１においても、実施形態１の仕切り１１３のうち、第２搭載部１１１ｂに重なる部分が省略され、第１搭載部１１１ａに隣接する部分は、省略されなくてもよい。
　以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本開示の光素子搭載用パッケージ及び電子装置は上記実施形態に限られるものでない。例えば、上記実施形態においては、発光素子がレーザダイオードである構成を一例として説明した。しかし、発光素子としては、例えば発光ダイオードなど指向性を有する様々な発光素子が採用されてもよい。また、上記実施形態では、光学部品が板形状の反射ミラーである構成を一例として説明した。しかし、光学部品としては、例えば、反射面と接合面とが非平行な形態の反射ミラーであってもよいし、プリズムなどの導光部材であってもよい。その他、基体の細部形状、光学素子及び光学部品の封止構造、電気的な配線構造など、実施形態で示した細部についても適宜変更可能である。
　本開示は、光素子搭載用パッケージ及び電子装置に利用できる。
　１、２０１、３０１　電子装置
　２　発光素子
　３　サブマウント
　４、３０４　光学部品
　１０、２１０、３１０　光素子搭載用パッケージ
　１０Ａ、２１０Ａ、３１０Ａ　基体
　１１、２１１　凹部
　１６　第１壁
　１６Ｂ　第２壁
　１７　接続パッド
　１１１　搭載部
　１１１ａ　第１搭載部
　１１１ｂ　第２搭載部
　１１２　段部
　１１４、２１４　枠部
　２０　第１基部
　３０　第２基部
　５０、２５０　蓋体
　５１　接合部

Claims (9)

  1. 　複数の搭載部を有する基体を備え、
    　前記複数の搭載部の各々は、発光素子が搭載される第１搭載部と、光学部品が搭載される第２搭載部とを含み、
    　前記第２搭載部は、前記発光素子の出光方向に位置し、
    　前記基体は、
    　前記出光方向に並んで隣り合う２つの搭載部の間に、前記第１搭載部よりも高い第１壁を有する、
    　光素子搭載用パッケージ。
  2. 　前記基体は、上部が枠状の絶縁体である、
    　請求項１記載の光素子搭載用パッケージ。
  3. 　前記基体は、上面と、段部と、配線用の金属層又は蓋体を接合するための金属層と、を有し、
    　前記金属層が、前記上面又は前記段部に位置する、
    　請求項１又は請求項２に記載の光素子搭載用パッケージ。
  4. 　前記基体は、
    　前記出光方向に垂直な方向に並んで隣り合う２つの前記搭載部の間に第２壁を有する、
    　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
  5. 　前記基体は、前記複数の搭載部の上方に位置する蓋体の接合部を有し、
    　前記第１壁が前記接合部の高さまで存在する、
    　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
  6. 　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージと、
    　前記複数の第１搭載部に搭載された複数の発光素子と、
    　前記複数の第２搭載部に搭載された複数の光学部品と、
    　前記光素子搭載用パッケージに接合された蓋体と、
    　を備える電子装置。
  7. 　前記光素子搭載用パッケージにおける前記第１壁が前記発光素子の光軸よりも高い、
    　請求項６に記載の電子装置。
  8. 　前記第１搭載部と前記第２搭載部との並び方向に垂直な縦断面において、前記複数の搭載部の上方に位置する前記蓋体が連続体である、
    　請求項６又は請求項７に記載の電子装置。
  9. 　前記第１搭載部と前記第２搭載部との並び方向に垂直な縦断面において、前記複数の搭載部に搭載される前記光学部品が一体である、
    　請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の電子装置。
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