JP2004119910A - 光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとし、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させる。
【解決手段】上面に光半導体素子の載置部１ａを有する基体１と、基体１の上面に取着され、側部に入出力端子取付部２ａを有するとともに他の側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、入出力端子４とを具備して成り、枠体２は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部１０が設けられている光半導体素子収納用パッケージである。光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【選択図】 図１
【解決手段】上面に光半導体素子の載置部１ａを有する基体１と、基体１の上面に取着され、側部に入出力端子取付部２ａを有するとともに他の側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体２と、入出力端子４とを具備して成り、枠体２は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部１０が設けられている光半導体素子収納用パッケージである。光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＤ（レーザダイオード），ＰＤ（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および、光半導体素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光半導体素子収納用パッケージの例を図１０に斜視図で示す。また、この光半導体素子収納用パッケージにＬＤ，ＰＤ等を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置の例を図１１に斜視図で示す。
【０００３】
光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子１１７が載置される載置部１１１ａを有するとともに、外部電気回路基板（図示せず）にネジ止めされるように外周部に設けられたフランジ部１１１ｂを有する基体１１１と、基体１１１の上面に載置部１１１ａを囲繞するように取着され、相対する一両側面に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部という）１１２ａを有するとともに相対する他両側面の略中央部に光ファイバ１１８を導入するための貫通孔から成る光ファイバ導入部（以下、導入部という）１１２ｃを有し、さらに導入部１１２ｃの相対する外側側面にパイプ取着部（以下、取着部という）１１２ｂを有する枠体１１２と、取着部１１２ｂを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ１１８を導入部１１２ｃに導くためのパイプ１１３と、取付部１１２ａに嵌着されるとともに上面にメタライズ層１１４ａと外部入出力端子１１４ｂとを有する入出力端子１１４とから主に構成される。
【０００４】
また、光半導体装置は、載置部１１１ａの上面に光半導体素子１１７，光ファイバ整列器（以下、整列器という）１１６が保持台１１５を介して載置されるとともに、光ファイバ１１８が導入部１１２ｃを介してパイプ１１３から光半導体素子１１７にかけて導入され、光ファイバ１１８を整列器１１６上面の略Ｖ字状のＶ溝１１６ａに沿って前後させることにより光半導体素子１１７に光結合される。さらに、光結合した後にホルダー１１３ａをパイプ１１３の先端面にＹＡＧ溶接等により溶接するとともに、蓋体１１９を枠体１１２の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けすることにより、光半導体素子収納用パッケージの内部が気密に封止された光半導体装置が完成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３５６６号公報
【特許文献２】
特開平７−１９８９７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２１８１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光半導体装置は光半導体素子１１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられているが、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ１１８を光半導体素子収納用パッケージの内部に導入する場合に、複数の光ファイバ１１８を光半導体素子収納用パッケージ内部に導入し、さらに光半導体素子１１７に光結合させるのは作業上非常に煩雑である。具体的には、光ファイバ１１８を安定して載置固定する部位が整列器１１６のＶ溝１１６ａの部位のみであるため、光ファイバ１１８が複数ある場合には、たとえ１本目の光ファイバ１１８が光結合できたとしても他の光ファイバ１１８を光結合させる際に１本目の光ファイバ１１８の光結合が損なわれるため、すなわち光軸がずれることがあるため全ての光ファイバ１１８の光軸を合わせるのは非常に困難であるという問題点があった。また、作業が非常に煩雑であるため光ファイバ１１８を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【０００７】
また、たとえ複数の光ファイバ１１８と光半導体素子１１７とを光結合できたとしても、その後にホルダー１１３ａをパイプ１１３の先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体１１９を枠体１１２の上面に接合する工程との２工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ１１８を歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子１１７と光ファイバ１１８との光結合がわずかながらも劣化するという問題点もあった。
【０００８】
さらに光半導体装置を外部電気回路基板にフランジ部１１１ｂを介してネジ止めした際に、ネジ止めによる応力が基体１１１から枠体１１２，パイプ１１３，ホルダー１１３ａを介して光ファイバ１１８に伝わることにより光ファイバ１１８が歪み、光結合がさらに劣化するという問題点もあった。
【０００９】
そのため、光半導体素子１１７の作動性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないという問題点があった。
【００１０】
これに対し、以上の問題点に鑑み考案され、本出願人が特願２００２−２５３８６２号で出願した光半導体素子収納用パッケージを図８に斜視図で示す。また、この光半導体素子収納用パッケージにＬＤ，ＰＤ等を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置を図９に斜視図で示す。
【００１１】
この光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子１７が載置される載置部１１ａを有する基体１１と、この基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバ１８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有し、上面に蓋体１９がロウ付けされる枠体１２と、この枠体１２の側部または基体１１の枠体１２の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部１４に嵌着された入出力端子１４ｂとを具備したことを特徴としている。
【００１２】
このような構成により、光ファイバ１８と光半導体素子１７との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに光ファイバ１８を安定して載置固定でき、さらには熱履歴工程が１回で済むために光ファイバ１８を歪ませる程度の応力が非常に小さくできる。そのため、複数の光ファイバ１８と光半導体素子１７との光信号の結合効率を良好とでき光半導体素子１７を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１３】
また、この光半導体素子収納用パッケージは、光ファイバ導入部１２ｃ上の光ファイバ１８の外周面を略均一に覆うようにロウ付けでき、光ファイバ１８が折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部１２ｃにおける気密封止を良好とでき、光半導体素子１７を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１４】
そして、この光半導体素子収納用パッケージを用い、載置部１１ａに載置される光半導体素子１７と、光ファイバ導入部１２ｃに載置される光ファイバ１８と、枠体１２の上面にロウ材１９ａを介して接合され光半導体素子１７および光ファイバ導入部１２ｃを気密に封止する蓋体１９とを具備した、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を完成することができる。
【００１５】
しかしながら、この基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバ１８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有する枠体１２と蓋体１９とを、蓋体１９にクラッドされたロウ材１９ａを溶融させ、溶融したロウ材１９ａを接合材として枠体１２と蓋体１９との間を封止する際に、枠体１２の上面における気密封止に必要なロウ材１９ａの量が、断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃ付近と、それ以外の略Ｕ字状の溝が形成されていない枠体１２の上面とでは異なるため、断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有する封止部には、断面形状が略Ｕ字状の溝と光ファイバ１８間を埋めるロウ材量分を多く確保する必要があるが、封止中に枠体１２の内側および外側、とりわけ内側に向けてロウ材１９ａが過剰に流れ出しやすいことから、封止後の枠体１２の上面と蓋体１９との間に必要なロウ材量が不足することがあり、気密封止が困難になることがあるという、改善が望まれる問題点があった。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、光半導体装置における蓋体を枠体にロウ付けにより接合する際に、枠体の上面と蓋体との間から枠体の内側へのロウ材の流出を抑制し、接合に必要なロウ材を確実に確保することで気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または前記基体の前記枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成により、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１９】
また、本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、前記基体の前記載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成により、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２１】
また、これに加えて、基体の載置部から下面にかけて導出する入出力端子導体を具備することから、この導出のために基体の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００２２】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００２３】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上記各構成において、前記非形成部は、前記枠体の前記側面の上面の前記枠体の内周からの幅が１０μｍ乃至３ｍｍであるときには、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を有効に防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２４】
本発明の光半導体装置は、上記各構成の本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光半導体素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光半導体素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の光半導体装置によれば、上記構成により、従来のように複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光半導体素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の光半導体素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【００２７】
図１および図２において、１は基体、２は枠体、４は入出力端子であり、これら基体１，枠体２および入出力端子４で、光半導体素子を収容する容器が基本的に構成される。
【００２８】
基体１は、光半導体素子を支持するための支持部材ならびに光半導体素子から発せられる熱を放散するための略四角形の放熱板として機能し、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１ａを有している。また、基体１の外周部には、外部電気回路基板（図示せず）とネジ止めできるように、基体１を枠体２の外側に延出させてネジ穴を設けた、フランジ部１ｂを有していることが好ましい。
【００２９】
基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成る板状体であり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の形状に製作される。
【００３０】
なお、基体１の表面には、耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と、厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのが良く、これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、基体１の上面に光半導体素子および枠体２をロウ材により強固に接着固定することができるものとなる。
【００３１】
また、基体１は、その上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを囲繞するように四角形等の枠形状の枠体２が接合されており、枠体２の内側に光半導体素子を収容するための空所が形成される。
【００３２】
この枠体２は、基体１と同様に金属材料から成り、基体１と同様の加工法で、少なくとも１つの側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａを、また他の側部の上面の略中央部に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る少なくとも１つの光ファイバ導入部２ｃを有するものに加工される。
【００３３】
枠体２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の枠形状に製作される。また、枠体２の基体１への取着は、基体１の上面と枠体２の下面とを、基体１の上面に敷設した、適度な体積を有するプリフォームとされた銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介してロウ付け接合することによって行なわれる。さらに、基体１と同様に、枠体２の表面、特に光ファイバ導入部２ｃおよびその近傍の枠体２の側部の上面に、厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法によりロウ付け用のメッキ層として被着させておく。
【００３４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部２ｃは、少なくとも一本の光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る。この光ファイバ導入部２ｃは、光ファイバを安定して固定し保持する機能を有するとともに、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止めする場合においても、ネジ止めによりフランジ部１ｂに発生して光ファイバに伝わる応力を非常に小さくし得る機能を有する。さらに、光ファイバ導入部２ｃは、その内側に光ファイバを通してロウ付けすることによって固定した際に光ファイバの外周面を略均一にロウ材で覆うことが可能な形状であるため、ロウ材が溶融して光ファイバの外周面と光ファイバ導入部２ｃとの間を封止する際に発生するロウ材中のボイドの原因となる光ファイバ導入部２ｃに存在しているエアを外部へ抜けやすくする作用があるので、そのロウ材中のボイドの発生を皆無とし、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とする機能も有するものである。
【００３５】
次に、図４は本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す下面側から見た斜視図であり、４ｃは入出力端子導体、４ｂは入出力端子導体４ｃに接合された外部入出力端子である。
【００３６】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体９がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備することが重要である。
【００３７】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体９がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備したことから、光ファイバを導入部２ｃに仮固定してパッケージの内部に載置される光半導体素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに、少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体９を枠体２の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部２ｃと光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００３８】
また、これらに加えて、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃを具備することから、この導出のために基体１の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００３９】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００４０】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいては、枠体２は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部１０が設けられていることが重要である。これにより、光ファイバ導入部２ｃおよびその近傍における枠体２の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部２ｃ上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００４１】
なお、ロウ付け用のメッキ層は、ロウ付けに用いるロウ材に応じて種々のものが使用でき、例えば、ロウ材として金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金を使用する場合にであれば、厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により形成したものを使用すればよい。
【００４２】
また、メッキ層の非形成部１０は、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位に設けられていれば、図１および図２に示すように、その非形成部１０を延長するようにして枠体２の上面の内周に沿った全周にわたって設けても構わない。光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位のみに設ける場合は、光ファイバ導入部２ｃの両側には少なくとも光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の、枠体２の内周に沿った１０μｍ以上ずつの長さの範囲に所定の幅で非形成部１０を設ければよい。
【００４３】
これにより、メッキ層へのロウ材の濡れ性に対し、非形成部１０の露出した下地へのロウ材の濡れ性は悪いものとなる。すなわち、メッキ層が形成されていない非形成部１０における露出した下地とロウ材間とで合金層ができにくいことから、ロウ材の流れ防止部として機能するものとなる。
【００４４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおけるメッキ層の非形成部１０は、図２に部分拡大斜視図を示すように、その枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａが、１０μｍ乃至３ｍｍであることが好ましい。また、枠体２の内側面にもロウ付け用のメッキ層が形成されており、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合は、その枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢが１０μｍ以上であることが好ましい。
【００４５】
幅Ａが１０μｍ未満の場合は、封止後においてロウ材が枠体２の上面から内側に過剰に流れ出すことを有効に防止できないようになるため、光ファイバの外周面を略均一に覆うためのロウ材の絶対量が不足することとなり、光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けできなくなって、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とできず光半導体素子を気密封止できない傾向がある。一方、幅Ａが３ｍｍを超える場合は、光ファイバを光ファイバ導入部２ｃの略中央部に載置固定した部分から枠体２の内周面までの固定されていない部分の距離が長くなり、光ファイバ導入部２ｃの周辺部における光ファイバ断面の中心点と、光軸調整用として機能するＶ溝（後述する図３に示す）に載置固定された光ファイバ断面の中心点とが位置ずれを起こし易くなり、光ファイバに応力が発生して折れ易くなり、光半導体装置としての信頼性が非常に低くなるという問題点が発生する傾向がある。
【００４６】
また、深さＢが１０μｍ未満の場合は、枠体２の上面の非形成部１０と相まって封止後においてロウ材が枠体２の上面から過剰に流れ出すことを有効に防止するには不十分となる傾向がある。一方、深さＢには特に上限値はないが、通常は、非形成部１０の加工時間や加工コストの面から１５０μｍ程度までとしておくことが好ましい。
【００４７】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光半導体素子収納用パッケージと外部電気回路基板との電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、その一部に形成されたメタライズ層４ａと光半導体素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光半導体素子に高周波信号を入出力する機能を有する。
【００４８】
また、光ファイバ導入部２ｃの奥行き、すなわち枠体２の厚さは０．７乃至１．８ｍｍ程度が好ましい。奥行きが０．７ｍｍ未満の場合は光ファイバを安定して固定し保持することが困難となり、一方、１．８ｍｍを超える場合は、光ファイバが固定され保持される部位のロウ付け面積が広くなるため、光ファイバと光ファイバ導入部２ｃとの間にロウ付け後に発生する残留応力が非常に大きいものとなり、光ファイバに外力が加わると光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバの周囲のロウ材にクラック等の機械的な破壊が発生し易くなって、光半導体素子を気密に封止することが困難となる傾向がある。
【００４９】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光半導体素子収納用パッケージの内部と外部電気回路基板との間の電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、例えば図１に示すように、高周波信号を伝送する線路導体およびグランド機能を有する接地導体としての複数のメタライズ層４ａが枠体２の内外を導通するように形成された直方体状の誘電体板から成る平板部と、この平板部の状面にメタライズ層４ａを間に挟んで接合され、枠体２内外を遮断するように形成された略直方体状の誘電体板から成る立壁部とから成り、その平板部の上面に形成されたメタライズ層４ａと光半導体素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光半導体素子に高周波信号を入出力する機能を有する。この平板部や立壁部の誘電体材料には、その誘電率や熱膨張係数等の要求される特性に応じて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等が適宜選定される。
【００５０】
この入出力端子４は、メタライズ層４ａとなるタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部や立壁部となる原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によって成されたセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所望の形状に印刷，塗布し、約１６００℃の高温で焼結することにより製作される。
【００５１】
また、枠体２の外側に位置するメタライズ層４ａの上面には、それぞれ光半導体素子収納用パッケージと外部電気回路基板とを電気的に接続する外部入出力端子４ｂがＡｇロウ等のロウ材を介して接合される。この外部入出力端子４ｂには、入出力端子４との接合を強固なものとするために、入出力端子４の熱膨張係数に近似する金属部材が用いられる。例えば、入出力端子４の平板部がＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る場合は、外部入出力端子４ｂにはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金が用いられる。
【００５２】
このような本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いて、図３に本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによるその実施の形態の一例を斜視図で示すように、載置部１ａの上面に光半導体素子７，整列器６が保持台５を介して載置されるとともに、光ファイバ８が、光ファイバ導入部２ｃを通してロウ付けされることによって外部から光半導体素子７にかけて導入され、その光ファイバ８の端部を整列器６の上面の略Ｖ字状のＶ溝６ａに載置しそれに沿って前後させることにより、光半導体素子７に光結合される。さらに、その後に下面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ロウ材等の低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることにより、光半導体素子収納用パッケージの内部が気密に封止された本発明の光半導体装置が完成する。
【００５３】
なお、この光半導体装置において、光ファイバ導入部２ｃを介して導入される光ファイバ８の光ファイバ導入部２ｃに位置する部位の保護膜（樹脂等）を剥がして石英ガラス（光ファイバ８の芯線）を露出させるとともに、露出させた光ファイバ８の芯線の外周の全面にＮｉ，Ａｕ等のメッキ膜を順次被着させておくことにより、光ファイバ８の外周面がメッキ膜およびロウ材を介して光ファイバ導入部２ｃおよび蓋体９に良好にロウ付けされ、光ファイバ導入部２ｃが気密封止されることになる。そして、この光半導体装置は、従来のように、複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生して光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないことから、光半導体素子７の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【００５４】
また、本発明の光半導体装置は、図４に示した本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージを用いて、図３に示したものと同様にして構成してもよい。
【００５５】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａおよび枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合の枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢの寸法を決めるための実験を以下に示すように行なった。
【００５６】
図１に示すような光半導体素子収納用パッケージを製作するにあたり、外周部の両端に縦×横を３７ｍｍ×１６ｍｍの大きさとし、ネジ穴の直径を２．５ｍｍとしたフランジ部１ｂが設けられ、縦×横×高さを４２ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの大きさとしたＣｕ−Ｗ合金から成る基体１を準備した。次に、基体１の上面に、外寸法が縦３２ｍｍ，横２０ｍｍ，高さ３．５ｍｍで、厚さが１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る枠体２をＡｇロウ材で接合した。この枠体２には、相対する一対の側部に貫通孔から成る入出力端子取付部２ａを設けるとともに、相対するもう一対の側部の上面の略中央部に断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを一方の側部に８箇所ずつ、計１６箇所設けた。また、この枠体２には、ロウ付け用のメッキ層として厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により形成した。
【００５７】
そして、この光ファイバ導入部２ｃおよびその両側におけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａおよび枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合の枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢをパラメータにとるとともに、入出力端子取付部２ａにＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る平板部および立壁部とメタライズ層４ａとを有する入出力端子４をＡｇロウ材を介して嵌着した。
【００５８】
なお、本実施例では、この入出力端子４は光ファイバ導入部２ｃにおける光半導体装置としての信頼性を実験により評価するために嵌着するものであり、外部電気回路基板との電気的接続を行なうものではないため、外部入出力端子４ｂは設けなかった。
【００５９】
そして、以上のようにして作製した光半導体素子収納用パッケージの評価用試料について、図３に示すように、内部の基体１の上面の載置部１ａに保持台５，整列器６，光半導体素子７を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低温ロウ材で接合するとともに光ファイバ８を全ての光ファイバ導入部２ｃ（一方の側部で８箇所ずつ、計１６箇所）に挿通し、光半導体素子７との光結合を行なった。
【００６０】
次に、下面にＡｕ−Ｓｎロウ材から成る低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることによって、同時に各光ファイバ８をそれぞれ光ファイバ導入部２ｃにロウ付けして、光半導体装置の試料を作製した。なお、これら光半導体装置の試料においては、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けされる部位の光ファイバ８の樹脂から成る保護膜を剥がして石英ガラスから成る光ファイバ８の芯線を露出させるとともに、その芯線の外周の全面に厚さ１μｍのＮｉメッキ膜および厚さ１μｍのＡｕメッキ膜を順次被着させ、光ファイバ８の外周面がこのメッキ膜を介して光ファイバ導入部２ｃにロウ付けされるようにした。
【００６１】
このようにして作製した光半導体装置の各試料について、光ファイバの折れおよび気密性の評価を行なった。
【００６２】
光ファイバの折れについては、作製した光半導体装置の各試料を目視で確認し、光ファイバに折れやクラック等の欠陥の発生の有無を評価した。
【００６３】
気密性については、作製した光半導体装置の各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬してグロスリーク試験を行ない、液体中への気泡の発生の有無を評価して、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について５０Ｎ／ｃｍ２で２時間Ｈｅ加圧を行なった後にＨｅリーク試験を実施し、Ｈｅの検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の試料を最終的に良品とし、検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。
【００６４】
その結果、この光半導体装置の信頼性は、表１および表２に示すように、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側におけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａによりほぼ決まり、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合にはその深さＢとの関係にもある程度影響を受けることが分かった。
【００６５】
表１はメッキ層の非形成部の深さＢを一定としてメッキ層の非形成部１０の幅Ａを変化させた実験の結果を示すものであり、非形成部１０の幅Ａが１０μｍ未満では５０個の光半導体装置の試料のうち数個は、実用上で大きな問題はない程度ではあるが、気密性不良が見られた。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を十分なレベルで均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも見られた。これに対し、非形成部１０の幅Ａを１０μｍとしたものでは、５０個中全てが気密性不良を起こさなかった。
【００６６】
一方、非形成部１０の幅Ａが３ｍｍを超える場合には、光ファイバ８が折れる場合があった。この折れの原因は、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けした部位の光ファイバ８の断面の中心点とＶ溝６ａに載置固定した部位の光ファイバ８の断面の中心点とが位置ずれを起こしていたことによるものであることが分かった。すなわち、光ファイバ８を光ファイバ導入部２ｃの略中央部に十分なレベルで精度良くロウ付けできなかったことによるものであった。これに対し、非形成部１０の幅Ａを１０μｍ乃至３ｍｍの範囲とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００６７】
【表１】
【００６８】
次に、表２は非形成部１０の幅Ａを一定として、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設けた場合のその深さＢを変化させた実験の結果を示すものであり、非形成部の深さＢが１０μｍ未満では５０個の光半導体装置の試料のうち数個は、実用上で大きな問題はない程度ではあるが、気密性不良が見られた。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を十分なレベルで均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも見られた。これに対し、非形成部の深さＢを１０μｍ以上とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００６９】
【表２】
【００７０】
以上の結果より、本発明の試料の中でも、メッキ層の非形成部１０の幅Ａが１０μｍ乃至３ｍｍであり、枠体２の内周面における非形成部の深さＢが１０μｍ以上であることが良いことが確認できた。
【００７１】
なお、本発明は以上の実施の形態の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を行なうことは何等差し支えない。例えば、図５に斜視図で示すように、光半導体素子収納用パッケージの枠体２の外側の光ファイバ導入部２ｃの側面２ｂに光ファイバ支持部材３を接合しておいても良く、この場合は、図６にその実施の形態の例を斜視図で示すように光半導体装置とした後に、外部電気回路基板にネジ止め等するために光ファイバ８を上下左右に動かすようなことがあっても、支持部材３の先端部が光ファイバ８の起点となるため、光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバ８の周囲のロウ材や光ファイバ８に直接的に応力が伝わらないものとすることができる。なお、この場合、図６に示すように蓋体９には支持部材３の上面部に接合されるように鍔部９ｂを設けておいたほうが好ましく、例えば光ファイバ８を上方向に動かした場合に鍔部９ｂを光ファイバ８の起点とすることができる。その結果、本発明の光半導体装置における光ファイバ８の支持についての信頼性が非常に良いものとなる。
【００７２】
また、以上の実施の形態の例では、枠体２の対向する２つの側部に光ファイバ導入部２ｃを形成するとともに、基体１の外周部の光ファイバ導入部２ｃが形成された側にフランジ部１ｂを設けていたが、フランジ部１ｂの配置はこのような関係に限定されるものではなく、入出力端子取付部２ａが形成された側に配置してもよく、枠体２の四隅に張り出すように配置してもよい。
【００７３】
また、以上の実施の形態の例では、入出力端子導体４ｃに外部入出力端子４ｂをロウ材を介して接合したが、例えば図７に示すように外部入出力端子４ｂの形状が球状のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプや、外部入出力端子４ｂを介さずにはんだ等のロウ材により入出力端子導体４ｃと外部電気回路基板とを接合するＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ等に、使用用途に応じて変更してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備して成り、枠体は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部およびその両側の側部の上面の枠体の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【００７５】
また、本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備して成り、枠体は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部およびその両側の側部の上面の枠体の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７６】
また、これに加えて、基体の載置部から下面にかけて導出する入出力端子導体を具備することから、この導出のために基体の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００７７】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００７８】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記各構成において、非形成部は、枠体の側面の上面の枠体の内周からの幅が１０μｍ乃至３ｍｍであるときには、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を有効に防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７９】
また、本発明の光半導体装置によれば、上記各構成の本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置された光半導体素子と、光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、枠体の上面にロウ付けされた、光半導体素子および光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことから、従来のように複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光半導体素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の光半導体装置の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図９】従来の光半導体装置の例を示す斜視図である。
【図１０】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図１１】従来の光半導体装置の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：フランジ部
２：枠体
２ａ：入出力端子取付部
２ｃ：光ファイバ導入部
４：入出力端子
７：光半導体素子
８：光ファイバ
９：蓋体
１０：メッキ層の非形成部
【発明の属する技術分野】
本発明はＬＤ（レーザダイオード），ＰＤ（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および、光半導体素子を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光半導体素子収納用パッケージの例を図１０に斜視図で示す。また、この光半導体素子収納用パッケージにＬＤ，ＰＤ等を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置の例を図１１に斜視図で示す。
【０００３】
光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子１１７が載置される載置部１１１ａを有するとともに、外部電気回路基板（図示せず）にネジ止めされるように外周部に設けられたフランジ部１１１ｂを有する基体１１１と、基体１１１の上面に載置部１１１ａを囲繞するように取着され、相対する一両側面に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部（以下、取付部という）１１２ａを有するとともに相対する他両側面の略中央部に光ファイバ１１８を導入するための貫通孔から成る光ファイバ導入部（以下、導入部という）１１２ｃを有し、さらに導入部１１２ｃの相対する外側側面にパイプ取着部（以下、取着部という）１１２ｂを有する枠体１１２と、取着部１１２ｂを囲繞するように接合されるとともに光ファイバ１１８を導入部１１２ｃに導くためのパイプ１１３と、取付部１１２ａに嵌着されるとともに上面にメタライズ層１１４ａと外部入出力端子１１４ｂとを有する入出力端子１１４とから主に構成される。
【０００４】
また、光半導体装置は、載置部１１１ａの上面に光半導体素子１１７，光ファイバ整列器（以下、整列器という）１１６が保持台１１５を介して載置されるとともに、光ファイバ１１８が導入部１１２ｃを介してパイプ１１３から光半導体素子１１７にかけて導入され、光ファイバ１１８を整列器１１６上面の略Ｖ字状のＶ溝１１６ａに沿って前後させることにより光半導体素子１１７に光結合される。さらに、光結合した後にホルダー１１３ａをパイプ１１３の先端面にＹＡＧ溶接等により溶接するとともに、蓋体１１９を枠体１１２の上面にＹＡＧ溶接またはロウ付けすることにより、光半導体素子収納用パッケージの内部が気密に封止された光半導体装置が完成する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３５６６号公報
【特許文献２】
特開平７−１９８９７３号公報
【特許文献３】
特開２００１−２１８１８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この光半導体装置は光半導体素子１１７を内部に気密に収容し、高速光通信等に用いられているが、大容量の情報を光伝送するために複数の光ファイバ１１８を光半導体素子収納用パッケージの内部に導入する場合に、複数の光ファイバ１１８を光半導体素子収納用パッケージ内部に導入し、さらに光半導体素子１１７に光結合させるのは作業上非常に煩雑である。具体的には、光ファイバ１１８を安定して載置固定する部位が整列器１１６のＶ溝１１６ａの部位のみであるため、光ファイバ１１８が複数ある場合には、たとえ１本目の光ファイバ１１８が光結合できたとしても他の光ファイバ１１８を光結合させる際に１本目の光ファイバ１１８の光結合が損なわれるため、すなわち光軸がずれることがあるため全ての光ファイバ１１８の光軸を合わせるのは非常に困難であるという問題点があった。また、作業が非常に煩雑であるため光ファイバ１１８を折ってしまう可能性も高いという問題点もあった。
【０００７】
また、たとえ複数の光ファイバ１１８と光半導体素子１１７とを光結合できたとしても、その後にホルダー１１３ａをパイプ１１３の先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体１１９を枠体１１２の上面に接合する工程との２工程が必要であり、その際の熱履歴により、光ファイバ１１８を歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子１１７と光ファイバ１１８との光結合がわずかながらも劣化するという問題点もあった。
【０００８】
さらに光半導体装置を外部電気回路基板にフランジ部１１１ｂを介してネジ止めした際に、ネジ止めによる応力が基体１１１から枠体１１２，パイプ１１３，ホルダー１１３ａを介して光ファイバ１１８に伝わることにより光ファイバ１１８が歪み、光結合がさらに劣化するという問題点もあった。
【０００９】
そのため、光半導体素子１１７の作動性を良好とできず大容量の情報を光伝送できないという問題点があった。
【００１０】
これに対し、以上の問題点に鑑み考案され、本出願人が特願２００２−２５３８６２号で出願した光半導体素子収納用パッケージを図８に斜視図で示す。また、この光半導体素子収納用パッケージにＬＤ，ＰＤ等を収容した後に光ファイバに光結合させた光半導体装置を図９に斜視図で示す。
【００１１】
この光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子１７が載置される載置部１１ａを有する基体１１と、この基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバ１８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有し、上面に蓋体１９がロウ付けされる枠体１２と、この枠体１２の側部または基体１１の枠体１２の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部１４に嵌着された入出力端子１４ｂとを具備したことを特徴としている。
【００１２】
このような構成により、光ファイバ１８と光半導体素子１７との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに光ファイバ１８を安定して載置固定でき、さらには熱履歴工程が１回で済むために光ファイバ１８を歪ませる程度の応力が非常に小さくできる。そのため、複数の光ファイバ１８と光半導体素子１７との光信号の結合効率を良好とでき光半導体素子１７を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１３】
また、この光半導体素子収納用パッケージは、光ファイバ導入部１２ｃ上の光ファイバ１８の外周面を略均一に覆うようにロウ付けでき、光ファイバ１８が折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部１２ｃにおける気密封止を良好とでき、光半導体素子１７を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１４】
そして、この光半導体素子収納用パッケージを用い、載置部１１ａに載置される光半導体素子１７と、光ファイバ導入部１２ｃに載置される光ファイバ１８と、枠体１２の上面にロウ材１９ａを介して接合され光半導体素子１７および光ファイバ導入部１２ｃを気密に封止する蓋体１９とを具備した、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を完成することができる。
【００１５】
しかしながら、この基体１１の上面に載置部１１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバ１８を通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有する枠体１２と蓋体１９とを、蓋体１９にクラッドされたロウ材１９ａを溶融させ、溶融したロウ材１９ａを接合材として枠体１２と蓋体１９との間を封止する際に、枠体１２の上面における気密封止に必要なロウ材１９ａの量が、断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃ付近と、それ以外の略Ｕ字状の溝が形成されていない枠体１２の上面とでは異なるため、断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部１２ｃを有する封止部には、断面形状が略Ｕ字状の溝と光ファイバ１８間を埋めるロウ材量分を多く確保する必要があるが、封止中に枠体１２の内側および外側、とりわけ内側に向けてロウ材１９ａが過剰に流れ出しやすいことから、封止後の枠体１２の上面と蓋体１９との間に必要なロウ材量が不足することがあり、気密封止が困難になることがあるという、改善が望まれる問題点があった。
【００１６】
本発明は、上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、光半導体装置における蓋体を枠体にロウ付けにより接合する際に、枠体の上面と蓋体との間から枠体の内側へのロウ材の流出を抑制し、接合に必要なロウ材を確実に確保することで気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期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。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、この枠体の側部または前記基体の前記枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成により、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００１９】
また、本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、この基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、前記基体の前記載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記構成により、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２１】
また、これに加えて、基体の載置部から下面にかけて導出する入出力端子導体を具備することから、この導出のために基体の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００２２】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００２３】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上記各構成において、前記非形成部は、前記枠体の前記側面の上面の前記枠体の内周からの幅が１０μｍ乃至３ｍｍであるときには、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を有効に防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００２４】
本発明の光半導体装置は、上記各構成の本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光半導体素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光半導体素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とするものである。
【００２５】
本発明の光半導体装置によれば、上記構成により、従来のように複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光半導体素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の光半導体素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図であり、図２はその光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【００２７】
図１および図２において、１は基体、２は枠体、４は入出力端子であり、これら基体１，枠体２および入出力端子４で、光半導体素子を収容する容器が基本的に構成される。
【００２８】
基体１は、光半導体素子を支持するための支持部材ならびに光半導体素子から発せられる熱を放散するための略四角形の放熱板として機能し、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１ａを有している。また、基体１の外周部には、外部電気回路基板（図示せず）とネジ止めできるように、基体１を枠体２の外側に延出させてネジ穴を設けた、フランジ部１ｂを有していることが好ましい。
【００２９】
基体１は、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属材料から成る板状体であり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の形状に製作される。
【００３０】
なお、基体１の表面には、耐蝕性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と、厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により被着させておくのが良く、これにより、基体１が酸化腐食するのを有効に防止できるとともに、基体１の上面に光半導体素子および枠体２をロウ材により強固に接着固定することができるものとなる。
【００３１】
また、基体１は、その上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを囲繞するように四角形等の枠形状の枠体２が接合されており、枠体２の内側に光半導体素子を収容するための空所が形成される。
【００３２】
この枠体２は、基体１と同様に金属材料から成り、基体１と同様の加工法で、少なくとも１つの側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部２ａを、また他の側部の上面の略中央部に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る少なくとも１つの光ファイバ導入部２ｃを有するものに加工される。
【００３３】
枠体２は、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の金属加工法を施すことによって所定の枠形状に製作される。また、枠体２の基体１への取着は、基体１の上面と枠体２の下面とを、基体１の上面に敷設した、適度な体積を有するプリフォームとされた銀（Ａｇ）ロウ等のロウ材を介してロウ付け接合することによって行なわれる。さらに、基体１と同様に、枠体２の表面、特に光ファイバ導入部２ｃおよびその近傍の枠体２の側部の上面に、厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法によりロウ付け用のメッキ層として被着させておく。
【００３４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおける光ファイバ導入部２ｃは、少なくとも一本の光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る。この光ファイバ導入部２ｃは、光ファイバを安定して固定し保持する機能を有するとともに、基体１をフランジ部１ｂにより外部電気回路基板にネジ止めする場合においても、ネジ止めによりフランジ部１ｂに発生して光ファイバに伝わる応力を非常に小さくし得る機能を有する。さらに、光ファイバ導入部２ｃは、その内側に光ファイバを通してロウ付けすることによって固定した際に光ファイバの外周面を略均一にロウ材で覆うことが可能な形状であるため、ロウ材が溶融して光ファイバの外周面と光ファイバ導入部２ｃとの間を封止する際に発生するロウ材中のボイドの原因となる光ファイバ導入部２ｃに存在しているエアを外部へ抜けやすくする作用があるので、そのロウ材中のボイドの発生を皆無とし、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とする機能も有するものである。
【００３５】
次に、図４は本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す下面側から見た斜視図であり、４ｃは入出力端子導体、４ｂは入出力端子導体４ｃに接合された外部入出力端子である。
【００３６】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージは、上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体９がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備することが重要である。
【００３７】
本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部１ａを有する基体１と、この基体１の上面に載置部１ａを囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを有し、上面に蓋体９がロウ付けされる枠体２と、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃとを具備したことから、光ファイバを導入部２ｃに仮固定してパッケージの内部に載置される光半導体素子と正確に光結合させることができるので、少なくとも一本の光ファイバと光半導体素子との光結合の作業性を非常に効率の高いものとできるとともに、少なくとも一本の光ファイバを安定して固定し保持することができる。また、蓋体９を枠体２の上面にロウ付けするのと同時に、同一の熱履歴によって光ファイバ導入部２ｃと光ファイバとの間の気密封止が実現できることから、熱履歴工程が１回で済むために、熱履歴が加わる毎に発生する応力を光ファイバを歪ませる程度に至らない大きさにまで非常に小さくすることができる。
【００３８】
また、これらに加えて、基体１の載置部１ａから下面にかけて導出された入出力端子導体４ｃを具備することから、この導出のために基体１の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００３９】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００４０】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいては、枠体２は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部１０が設けられていることが重要である。これにより、光ファイバ導入部２ｃおよびその近傍における枠体２の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部２ｃ上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００４１】
なお、ロウ付け用のメッキ層は、ロウ付けに用いるロウ材に応じて種々のものが使用でき、例えば、ロウ材として金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）合金を使用する場合にであれば、厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により形成したものを使用すればよい。
【００４２】
また、メッキ層の非形成部１０は、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位に設けられていれば、図１および図２に示すように、その非形成部１０を延長するようにして枠体２の上面の内周に沿った全周にわたって設けても構わない。光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の枠体２の内周に沿った部位のみに設ける場合は、光ファイバ導入部２ｃの両側には少なくとも光ファイバ導入部２ｃおよびその両側の側部の上面の、枠体２の内周に沿った１０μｍ以上ずつの長さの範囲に所定の幅で非形成部１０を設ければよい。
【００４３】
これにより、メッキ層へのロウ材の濡れ性に対し、非形成部１０の露出した下地へのロウ材の濡れ性は悪いものとなる。すなわち、メッキ層が形成されていない非形成部１０における露出した下地とロウ材間とで合金層ができにくいことから、ロウ材の流れ防止部として機能するものとなる。
【００４４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおけるメッキ層の非形成部１０は、図２に部分拡大斜視図を示すように、その枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａが、１０μｍ乃至３ｍｍであることが好ましい。また、枠体２の内側面にもロウ付け用のメッキ層が形成されており、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合は、その枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢが１０μｍ以上であることが好ましい。
【００４５】
幅Ａが１０μｍ未満の場合は、封止後においてロウ材が枠体２の上面から内側に過剰に流れ出すことを有効に防止できないようになるため、光ファイバの外周面を略均一に覆うためのロウ材の絶対量が不足することとなり、光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けできなくなって、光ファイバ導入部２ｃにおける気密封止を良好とできず光半導体素子を気密封止できない傾向がある。一方、幅Ａが３ｍｍを超える場合は、光ファイバを光ファイバ導入部２ｃの略中央部に載置固定した部分から枠体２の内周面までの固定されていない部分の距離が長くなり、光ファイバ導入部２ｃの周辺部における光ファイバ断面の中心点と、光軸調整用として機能するＶ溝（後述する図３に示す）に載置固定された光ファイバ断面の中心点とが位置ずれを起こし易くなり、光ファイバに応力が発生して折れ易くなり、光半導体装置としての信頼性が非常に低くなるという問題点が発生する傾向がある。
【００４６】
また、深さＢが１０μｍ未満の場合は、枠体２の上面の非形成部１０と相まって封止後においてロウ材が枠体２の上面から過剰に流れ出すことを有効に防止するには不十分となる傾向がある。一方、深さＢには特に上限値はないが、通常は、非形成部１０の加工時間や加工コストの面から１５０μｍ程度までとしておくことが好ましい。
【００４７】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光半導体素子収納用パッケージと外部電気回路基板との電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、その一部に形成されたメタライズ層４ａと光半導体素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光半導体素子に高周波信号を入出力する機能を有する。
【００４８】
また、光ファイバ導入部２ｃの奥行き、すなわち枠体２の厚さは０．７乃至１．８ｍｍ程度が好ましい。奥行きが０．７ｍｍ未満の場合は光ファイバを安定して固定し保持することが困難となり、一方、１．８ｍｍを超える場合は、光ファイバが固定され保持される部位のロウ付け面積が広くなるため、光ファイバと光ファイバ導入部２ｃとの間にロウ付け後に発生する残留応力が非常に大きいものとなり、光ファイバに外力が加わると光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバの周囲のロウ材にクラック等の機械的な破壊が発生し易くなって、光半導体素子を気密に封止することが困難となる傾向がある。
【００４９】
また、枠体２の入出力端子取付部２ａには、光半導体素子収納用パッケージの内部と外部電気回路基板との間の電気的接続を行なうための入出力端子４が嵌着される。この入出力端子４は、例えば図１に示すように、高周波信号を伝送する線路導体およびグランド機能を有する接地導体としての複数のメタライズ層４ａが枠体２の内外を導通するように形成された直方体状の誘電体板から成る平板部と、この平板部の状面にメタライズ層４ａを間に挟んで接合され、枠体２内外を遮断するように形成された略直方体状の誘電体板から成る立壁部とから成り、その平板部の上面に形成されたメタライズ層４ａと光半導体素子とをボンディングワイヤ（図示せず）等で接続することにより、光半導体素子に高周波信号を入出力する機能を有する。この平板部や立壁部の誘電体材料には、その誘電率や熱膨張係数等の要求される特性に応じて、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスや窒化アルミニウム（ＡｌＮ）セラミックス等が適宜選定される。
【００５０】
この入出力端子４は、メタライズ層４ａとなるタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），マンガン（Ｍｎ）等の粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部や立壁部となる原料粉末に適当な有機バインダや溶剤等を添加混合しペースト状と成し、このペーストをドクターブレード法やカレンダーロール法によって成されたセラミックグリーンシートに、予め従来周知のスクリーン印刷法により所望の形状に印刷，塗布し、約１６００℃の高温で焼結することにより製作される。
【００５１】
また、枠体２の外側に位置するメタライズ層４ａの上面には、それぞれ光半導体素子収納用パッケージと外部電気回路基板とを電気的に接続する外部入出力端子４ｂがＡｇロウ等のロウ材を介して接合される。この外部入出力端子４ｂには、入出力端子４との接合を強固なものとするために、入出力端子４の熱膨張係数に近似する金属部材が用いられる。例えば、入出力端子４の平板部がＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る場合は、外部入出力端子４ｂにはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金が用いられる。
【００５２】
このような本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いて、図３に本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによるその実施の形態の一例を斜視図で示すように、載置部１ａの上面に光半導体素子７，整列器６が保持台５を介して載置されるとともに、光ファイバ８が、光ファイバ導入部２ｃを通してロウ付けされることによって外部から光半導体素子７にかけて導入され、その光ファイバ８の端部を整列器６の上面の略Ｖ字状のＶ溝６ａに載置しそれに沿って前後させることにより、光半導体素子７に光結合される。さらに、その後に下面に金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）ロウ材等の低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることにより、光半導体素子収納用パッケージの内部が気密に封止された本発明の光半導体装置が完成する。
【００５３】
なお、この光半導体装置において、光ファイバ導入部２ｃを介して導入される光ファイバ８の光ファイバ導入部２ｃに位置する部位の保護膜（樹脂等）を剥がして石英ガラス（光ファイバ８の芯線）を露出させるとともに、露出させた光ファイバ８の芯線の外周の全面にＮｉ，Ａｕ等のメッキ膜を順次被着させておくことにより、光ファイバ８の外周面がメッキ膜およびロウ材を介して光ファイバ導入部２ｃおよび蓋体９に良好にロウ付けされ、光ファイバ導入部２ｃが気密封止されることになる。そして、この光半導体装置は、従来のように、複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生して光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないことから、光半導体素子７の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することが可能なものとなる。
【００５４】
また、本発明の光半導体装置は、図４に示した本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージを用いて、図３に示したものと同様にして構成してもよい。
【００５５】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａおよび枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合の枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢの寸法を決めるための実験を以下に示すように行なった。
【００５６】
図１に示すような光半導体素子収納用パッケージを製作するにあたり、外周部の両端に縦×横を３７ｍｍ×１６ｍｍの大きさとし、ネジ穴の直径を２．５ｍｍとしたフランジ部１ｂが設けられ、縦×横×高さを４２ｍｍ×２０ｍｍ×１ｍｍの大きさとしたＣｕ−Ｗ合金から成る基体１を準備した。次に、基体１の上面に、外寸法が縦３２ｍｍ，横２０ｍｍ，高さ３．５ｍｍで、厚さが１ｍｍのＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る枠体２をＡｇロウ材で接合した。この枠体２には、相対する一対の側部に貫通孔から成る入出力端子取付部２ａを設けるとともに、相対するもう一対の側部の上面の略中央部に断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部２ｃを一方の側部に８箇所ずつ、計１６箇所設けた。また、この枠体２には、ロウ付け用のメッキ層として厚さ０．５μｍ乃至９μｍのＮｉ層と厚さ０．５μｍ乃至５μｍのＡｕ層とを順次メッキ法により形成した。
【００５７】
そして、この光ファイバ導入部２ｃおよびその両側におけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａおよび枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合の枠体２の内周面における枠体２の内周縁からの深さＢをパラメータにとるとともに、入出力端子取付部２ａにＡｌ２Ｏ３セラミックスから成る平板部および立壁部とメタライズ層４ａとを有する入出力端子４をＡｇロウ材を介して嵌着した。
【００５８】
なお、本実施例では、この入出力端子４は光ファイバ導入部２ｃにおける光半導体装置としての信頼性を実験により評価するために嵌着するものであり、外部電気回路基板との電気的接続を行なうものではないため、外部入出力端子４ｂは設けなかった。
【００５９】
そして、以上のようにして作製した光半導体素子収納用パッケージの評価用試料について、図３に示すように、内部の基体１の上面の載置部１ａに保持台５，整列器６，光半導体素子７を錫（Ｓｎ）−鉛（Ｐｂ）半田等の低温ロウ材で接合するとともに光ファイバ８を全ての光ファイバ導入部２ｃ（一方の側部で８箇所ずつ、計１６箇所）に挿通し、光半導体素子７との光結合を行なった。
【００６０】
次に、下面にＡｕ−Ｓｎロウ材から成る低温ロウ材９ａがクラッドされている蓋体９を、光ファイバ導入部２ｃを含む枠体２の上面にロウ付けすることによって、同時に各光ファイバ８をそれぞれ光ファイバ導入部２ｃにロウ付けして、光半導体装置の試料を作製した。なお、これら光半導体装置の試料においては、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けされる部位の光ファイバ８の樹脂から成る保護膜を剥がして石英ガラスから成る光ファイバ８の芯線を露出させるとともに、その芯線の外周の全面に厚さ１μｍのＮｉメッキ膜および厚さ１μｍのＡｕメッキ膜を順次被着させ、光ファイバ８の外周面がこのメッキ膜を介して光ファイバ導入部２ｃにロウ付けされるようにした。
【００６１】
このようにして作製した光半導体装置の各試料について、光ファイバの折れおよび気密性の評価を行なった。
【００６２】
光ファイバの折れについては、作製した光半導体装置の各試料を目視で確認し、光ファイバに折れやクラック等の欠陥の発生の有無を評価した。
【００６３】
気密性については、作製した光半導体装置の各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬してグロスリーク試験を行ない、液体中への気泡の発生の有無を評価して、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について５０Ｎ／ｃｍ２で２時間Ｈｅ加圧を行なった後にＨｅリーク試験を実施し、Ｈｅの検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の試料を最終的に良品とし、検出量が５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。
【００６４】
その結果、この光半導体装置の信頼性は、表１および表２に示すように、光ファイバ導入部２ｃおよびその両側におけるメッキ層の非形成部１０の枠体２の側部の上面における枠体２の内周からの幅Ａによりほぼ決まり、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設ける場合にはその深さＢとの関係にもある程度影響を受けることが分かった。
【００６５】
表１はメッキ層の非形成部の深さＢを一定としてメッキ層の非形成部１０の幅Ａを変化させた実験の結果を示すものであり、非形成部１０の幅Ａが１０μｍ未満では５０個の光半導体装置の試料のうち数個は、実用上で大きな問題はない程度ではあるが、気密性不良が見られた。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を十分なレベルで均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも見られた。これに対し、非形成部１０の幅Ａを１０μｍとしたものでは、５０個中全てが気密性不良を起こさなかった。
【００６６】
一方、非形成部１０の幅Ａが３ｍｍを超える場合には、光ファイバ８が折れる場合があった。この折れの原因は、光ファイバ導入部２ｃに通してロウ付けした部位の光ファイバ８の断面の中心点とＶ溝６ａに載置固定した部位の光ファイバ８の断面の中心点とが位置ずれを起こしていたことによるものであることが分かった。すなわち、光ファイバ８を光ファイバ導入部２ｃの略中央部に十分なレベルで精度良くロウ付けできなかったことによるものであった。これに対し、非形成部１０の幅Ａを１０μｍ乃至３ｍｍの範囲とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００６７】
【表１】
次に、表２は非形成部１０の幅Ａを一定として、枠体２の内周面にも枠体２の内周縁に沿って同様のメッキ層の非形成部を設けた場合のその深さＢを変化させた実験の結果を示すものであり、非形成部の深さＢが１０μｍ未満では５０個の光半導体装置の試料のうち数個は、実用上で大きな問題はない程度ではあるが、気密性不良が見られた。この気密性不良の原因は、光ファイバ８の外周面を十分なレベルで均一に覆うようにロウ付けできていないことによるものであり、ロウ材中にボイドも見られた。これに対し、非形成部の深さＢを１０μｍ以上とした本発明の試料では、いずれも気密性不良の発生はなく、光ファイバの折れ等の不具合の発生もなかった。
【００６９】
【表２】
以上の結果より、本発明の試料の中でも、メッキ層の非形成部１０の幅Ａが１０μｍ乃至３ｍｍであり、枠体２の内周面における非形成部の深さＢが１０μｍ以上であることが良いことが確認できた。
【００７１】
なお、本発明は以上の実施の形態の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を行なうことは何等差し支えない。例えば、図５に斜視図で示すように、光半導体素子収納用パッケージの枠体２の外側の光ファイバ導入部２ｃの側面２ｂに光ファイバ支持部材３を接合しておいても良く、この場合は、図６にその実施の形態の例を斜視図で示すように光半導体装置とした後に、外部電気回路基板にネジ止め等するために光ファイバ８を上下左右に動かすようなことがあっても、支持部材３の先端部が光ファイバ８の起点となるため、光ファイバ導入部２ｃにおける光ファイバ８の周囲のロウ材や光ファイバ８に直接的に応力が伝わらないものとすることができる。なお、この場合、図６に示すように蓋体９には支持部材３の上面部に接合されるように鍔部９ｂを設けておいたほうが好ましく、例えば光ファイバ８を上方向に動かした場合に鍔部９ｂを光ファイバ８の起点とすることができる。その結果、本発明の光半導体装置における光ファイバ８の支持についての信頼性が非常に良いものとなる。
【００７２】
また、以上の実施の形態の例では、枠体２の対向する２つの側部に光ファイバ導入部２ｃを形成するとともに、基体１の外周部の光ファイバ導入部２ｃが形成された側にフランジ部１ｂを設けていたが、フランジ部１ｂの配置はこのような関係に限定されるものではなく、入出力端子取付部２ａが形成された側に配置してもよく、枠体２の四隅に張り出すように配置してもよい。
【００７３】
また、以上の実施の形態の例では、入出力端子導体４ｃに外部入出力端子４ｂをロウ材を介して接合したが、例えば図７に示すように外部入出力端子４ｂの形状が球状のＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプや、外部入出力端子４ｂを介さずにはんだ等のロウ材により入出力端子導体４ｃと外部電気回路基板とを接合するＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ等に、使用用途に応じて変更してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、枠体の側部または基体の枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備して成り、枠体は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部およびその両側の側部の上面の枠体の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるものとなる。
【００７５】
また、本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、基体の上面に載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、基体の載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備して成り、枠体は、側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、光ファイバ導入部およびその両側の側部の上面の枠体の内周に沿った部位にメッキ層の非形成部が設けられていることから、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができる。その結果、光半導体素子収納用パッケージを安定して気密封止することができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７６】
また、これに加えて、基体の載置部から下面にかけて導出する入出力端子導体を具備することから、この導出のために基体の内部に形成される配線導体について、Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン）−Ｍｎ（マンガン）等の金属を自由に選定し、またスクリーン印刷法等により配線導体の幅，長さ，厚みを自由に調整することができるので、配線導体全体のインピーダンスを所望の値に整えることができ、それにより１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことが可能となる。
【００７７】
これらにより、複数の光ファイバと光半導体素子との光信号の結合効率を良好なものとでき、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができるのはもちろん、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして通すことができるものとなる。
【００７８】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、上記各構成において、非形成部は、枠体の側面の上面の枠体の内周からの幅が１０μｍ乃至３ｍｍであるときには、光ファイバ導入部およびその近傍における枠体の上面から内側への過剰なロウ材の流出を有効に防止することができ、光ファイバ導入部における気密封止に必要なロウ材量を安定して保持することが可能であるため、光ファイバ導入部上の光ファイバの外周面を略均一に覆うようにロウ付けすることができ、ロウ材のボイドの発生を皆無とできるとともに光ファイバが折れるのを有効に防止することができる。そのため、光ファイバ導入部における気密封止を良好なものとすることができ、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００７９】
また、本発明の光半導体装置によれば、上記各構成の本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置された光半導体素子と、光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、枠体の上面にロウ付けされた、光半導体素子および光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことから、従来のように複数の光ファイバと光半導体素子とを光結合した後に、ホルダーをパイプの先端面にＹＡＧ溶接する工程と、蓋体を枠体の上面に接合する工程との２工程が不要となり、その際の熱履歴により、光ファイバを歪ませる程度の応力が発生し、光半導体素子と光ファイバとの光結合が劣化するようなことがないため、光半導体素子の作動性を良好とすることができ、大容量の情報を光伝送することの可能な光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの光ファイバ導入部の周辺部の部分拡大斜視図である。
【図３】本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図６】本発明の光半導体装置の実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図７】本発明の第２の光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の他の例を示す斜視図である。
【図８】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図９】従来の光半導体装置の例を示す斜視図である。
【図１０】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す斜視図である。
【図１１】従来の光半導体装置の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
１ｂ：フランジ部
２：枠体
２ａ：入出力端子取付部
２ｃ：光ファイバ導入部
４：入出力端子
７：光半導体素子
８：光ファイバ
９：蓋体
１０：メッキ層の非形成部
Claims (4)
- 上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、該枠体の側部または前記基体の前記枠体の内側の部位に形成された貫通孔または切欠き部から成る入出力端子取付部に嵌着された入出力端子とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
- 上面に光半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体の上面に前記載置部を囲繞するように取着され、側部の上面に光ファイバを通してロウ付けするための断面形状が略Ｕ字状の溝から成る光ファイバ導入部を有し、上面に蓋体がロウ付けされる枠体と、前記基体の前記載置部から下面にかけて導出された入出力端子導体とを具備して成り、前記枠体は、前記側部の上面にロウ付け用のメッキ層が形成されているとともに、前記光ファイバ導入部およびその両側の前記側部の上面の前記枠体の内周に沿った部位に前記メッキ層の非形成部が設けられていることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
- 前記非形成部は、前記枠体の前記側部の上面の前記枠体の内周からの幅が１０μｍ乃至３ｍｍであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光半導体素子収納用パッケージ。
- 請求項１または請求項２記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置された光半導体素子と、前記光ファイバ導入部に通されてロウ付けされた光ファイバと、前記枠体の上面にロウ付けされた、前記光半導体素子および前記光ファイバ導入部を気密に封止する蓋体とを具備したことを特徴とする光半導体装置。
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|---|---|---|---|---|
| JP2010080562A (ja) * | 2008-09-25 | 2010-04-08 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | 電子部品収納用パッケージ |
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-
2002
- 2002-09-30 JP JP2002284610A patent/JP2004119910A/ja not_active Withdrawn
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