JP2004153107A - 光半導体モジュール用パッケージ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の熱電モジュール用パッケージ10は、金属底板11は金属枠体12の底面積と略等しい面積を有する載置部11aと、この載置部11aの両外側に位置して当該パッケージ10を外部部材に固定するための固定部11bとを備えている。そして、載置部11aの板厚T1は固定部11bの板厚11bよりも薄く形成されて、載置部11aと固定部11bとの境界で段差を有している。このように、載置部11aの板厚T1が固定部11bの板厚T2よりも薄く形成されていると、載置部11aに搭載された熱電モジュール18で発生した熱を板厚が薄い載置部11aを通して、効率よく外部に排熱できるようになる。
【選択図】 図2
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信装置などに使用する高出力の光半導体素子(例えば、半導体レーザ)を備えた光半導体モジュールを搭載する金属底板と、この金属底板上に接合された金属枠体と、この金属枠体を気密に封止する蓋体とからなる光半導体モジュール用パッケージに関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、WDM(Wavelength Division Multiplexing:波長分割多重)あるいはDWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing:高密度波長分割多重)等の広帯域の光ネットワーク技術を利用して、大容量のデータを光ファイバにより高速で伝送されるようになった。この光ファイバにより伝送されるデータ(情報)は、レーザー光を変調した信号であり、これは光半導体モジュールと呼ばれる半導体レーザー等を収容した電子装置から発信される。また、光ファイバによりデータ(情報)を伝送する中間地点において信号強度を増幅する、いわゆる光アンプにもこの光半導体モジュールが用いられている。
【0003】
ところで、光半導体モジュールに用いられる半導体レーザーの発振波長は温度によって大きく影響を受けるので、半導体レーザーの動作時には、その温度を厳密に制御することが不可欠となる。この温度制御には、通常、多数のペルチェ素子を搭載した熱電モジュールあるいは電子クーラー(TEC:Thermo Electric Cooler)と呼ばれる熱電装置が使用されている。そして、半導体レーザー、TEC等の電子部品を収容する容器は、一般的には光半導体モジュール用パッケージと呼ばれ、図7に示すような構造となっている。
【0004】
ここで、図7に示すパッケージ30は、基板などの外部部材に取り付ける取付孔33を有する金属底板32と、この金属底板32上に筐体をなすように固定される金属枠体31から主に構成されている。そして、金属底板32上には、熱電モジュール(あるいはTEC)や半導体レーザー等の電子部品(図示せず)、あるいは光学系等(図示せず)が搭載される。また、金属枠体31には光ファイバが取り付けられる窓枠34が設けられ、金属枠体31の一対の側面に設けられた切欠部35にはセラミック端子36が取り付けられ、このセラミック端子36に電気入出力用のリード37が接続されている。そして、このパッケージ30内を窒素ガスの雰囲気にした後、金属枠体31の上側にシールリング38を介して金属蓋体(図示せず)を気密に封止して、パッケージ30が形成されることとなる。
【0005】
ここで、金属枠体31は、セラミック端子36と熱膨張率が近似していることが望ましいので、その材料としては、鉄・ニッケル(FeNi)合金やコバール(Kovar)と呼ばれる鉄・ニッケル・コバルト(FeNiCo)合金が用いられる。また、金属底板32は半導体レーザ素子で発生する熱を速やかに放散させる必要があるので、その材料としては、銅(Cu)や銅・タングステン(CuW)合金が用いられる。なお、金属枠体31と金属底板32はろう材で接合される。これら金属枠体31と金属底板32からなるパッケージ30は、金属底板32の両端に形成された取付孔33を介して外部部材にネジで取り付けられる。
【0006】
ところで、金属枠体31と金属底板32が異なる金属材料で形成されたパッケージ30では、両者の熱膨張率が相違するため、ろう付けして接合する時に歪みが発生し、金属底板32に反りが発生する。この金属底板32に反りが発生したパッケージ30の金属枠体31に光ファイバを固定し、金属底板32に半導体レーザ素子を搭載する。その後、金属底板32の両端に形成された取付孔33を介してネジで締めつけて、このパッケージ30を外部部材に取り付け固定すると、ネジの締めつけ力が金属底板32全体に伝わり、金属底板32が変形して反りが生ずる。
【0007】
この反りにより、半導体レーザ素子の固定位置にずれが生じ、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に光軸のずれが生じるという問題があった。この光軸のずれは、半導体レーザ素子と光ファイバとの光結合効率の低下をもたらす。そこで、外部部材に取り付ける際に金属底板が変形することなく、従って、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に光軸のずれが生じないような半導体レーザ素子用パッケージが提案されるようになった。(例えば、特許文献1および特許文献2参照のこと)
【特許文献1】
特開平6−314747号公報
【特許文献2】
特開平9−298248号公報(0004段落参照)
【0008】
この特許文献1にて提案された半導体レーザ素子用パッケージ40においては、図8(a)に示すように、金属底板41はその上面中央領域に熱電モジュール(TEC)43を介して図示しない光半導体素子を載置するための載置部41aを有し、該載置部41a上にTEC43が接着剤を介して接着固定されている。また、金属底板41の上面中央領域を囲繞するように側面に一対の絶縁端子部材44及び光ファイバーを固定する固定部材45が取着された金属枠体42が銀ロウ等のロウ材を介して取着されている。
【0009】
金属底板41はその両端領域にネジ止め部41bが設けられており、このネジ止め部41bを外部部材にネジ止めすることによって、光半導体素子が固定されたパッケージ40は外部部材に固定されることになる。金属底板41はその両端領域の厚さ(T2)が1.0≧T2≧0.3(mm)、中央領域の厚さ(T1)がT1≧2T2となっていて、中央領域の載置部41aと両端領域のネジ止め部41bとの境に段差が形成されている。
【0010】
これは、ネジ止め部41bを外部部材にネジ止めする際、金属底板41に金属枠体42との熱膨張係数の相違によって発生している反りが矯正され、金属底板41の反り矯正に伴う応力が光半導体素子が固定されている中央領域の載置部41aに伝達されるのを防止するためである。これによって、金属底板41の中央領域の載置部41aに固定されている光半導体素子の固定位置が常に一定となり、光半導体素子と金属枠体42の側面に設けた光ファイバー固定部材45に固定される光ファイバーとを整合させることが可能となる。
【0011】
また、特許文献2にて提案された半導体レーザ素子用パッケージ50においては、図8(b)に示すように、金属底板51のネジ穴が設けられるネジ止め部51bの板厚を金属枠体51との接合部51aよりも薄くして、金属枠体52内の金属底板51aが変形しないようにしている。さらに、パッケージ50の外形の薄型化の要求に応えるために、載置部51cの板厚を他の部分51aよりも薄くして、光半導体素子用パッケージ50内の全体の高さを低く抑えるようにしている。なお、このパッケージ50においては、載置部51cに熱電モジュール(TEC)53を介して図示しない光半導体素子が配設されている。そして、金属底板51の上面中央領域を囲繞するように側面に一対の絶縁端子部材54及び光ファイバーを固定する固定部材55が取着された金属枠体52が銀ロウ等のロウ材を介して取着されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図8(a)に示される金属底板41においては、熱電モジュール(TEC)43を介して図示しない光半導体素子を載置するための載置部41aの板厚が厚いため、TEC43からの放熱効率が低下するという問題を生じた。また、図8(b)に示される金属底板51においては、載置部51cのみの板厚を他の部分51aよりも薄くしているため、載置部51cに反りが生じやすくて、熱電モジュール(TEC)53との接触面積が低下して、結果として放熱特性が低下するという問題を生じた。
【0013】
また、図8(a),(b)に示される金属底板41,51においては、金属底板41,51の両端部に配置されたネジ止め部41b,51bの板厚が薄いために、ネジを螺着した際にこのネジ止め部41b,51bが破損しやすいという問題を生じた。さらに、図8(b)に示される金属底板51においては、CuW合金からなる金属底板51を切削加工により、板厚が薄い載置部51cを形成するようにしているが、CuW合金は難加工の合金であるためにコストが非常に高価になるという問題も生じた。
【0014】
そこで、本発明は上記の如き問題点を解決するためになされたものであって、金属底板の放熱性を改善するとともに反りを生じなくして、熱電モジュールで発生した熱を効率よく外部に排熱できるようにする。これにより、当該熱電モジュールの消費電力が低減した光半導体モジュール用パッケージを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光半導体モジュール用パッケージは、金属底板は金属枠体の底面積と略等しい面積を有する載置部と、該載置部の両外側に位置して当該パッケージを外部部材に固定するための固定部とを備えるとともに、載置部の板厚は固定部の板厚よりも薄く形成されていて、載置部と固定部との境界で段差を有することを特徴とする。このように、載置部の板厚が固定部の板厚よりも薄く形成されていると、載置部に搭載された熱電モジュールで発生した熱を板厚が薄い載置部を通して、効率よく外部に排熱できるようになる。
【0016】
また、外部部材に取り付ける際には、固定部の板厚が厚いことにより、この板厚が厚い固定部が破損することなく取り付けることができる。さらに、載置部と固定部との境界で段差を有するので、この段差が金属枠体を金属底板上に接合する際のガイドとなる。このため、金属枠体と金属底板とを強固に接合することが可能となる。これにより、このパッケージの外底面(金属底板の外表面)の平面度が向上するようになるので、パッケージの外底面にヒートシンクを接合した際の接触面積が向上して、排熱効率(放熱効率)が向上する。
【0017】
ここで、載置部の板厚(T1)が0.40mmよりも小さくなると機械加工が困難になるとともに、破損もし易くなるため、載置部の板厚(T1)は0.40mm以上(T1≧0.40mm)にするのが望ましい。一方、載置部の板厚(T1)が1.50mmよりも大きくなると、熱電モジュールでの消費電力が大きくなって、光半導体モジュールの小型化、低消費電力化が困難になる。このため、載置部の板厚(T1)は1.50mm以下(T1≦1.50mm)とするのが望ましい。以上のことから、金属底板の載置部の板厚(T1)は0.40mm以上で1.50mm以下(0.40mm≦T1≦1.50mm)にするのが好ましいということができる。
【0018】
この場合、金属枠体は低熱膨張性の金属材料からなり、特に、鉄−ニッケル−コバルト合金(Kovar)あるいは鉄−ニッケル合金(Invar)から選択して用いるのが好ましい。また、金属底板は高放熱性の金属材料からなり、特に、W,CuW,CuMo,AlNから選択して用いるのが好ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
ついで、本発明の実施の形態を図1〜図5に基づいて説明するが、本発明はこの実施の形態に何ら限定されるものでなく、本発明の目的を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。なお、図1は本実施の形態のパッケージに用いられる構成部品を示す分解斜視図であり、図2はこれらの構成部品を組み立てて形成されたパッケージを示す断面図である。図3はパッケージの排熱効果を検証するための測定系を模式的に示す破断斜視図である。図4は排熱試験により得られたヒータ発熱量に対する熱電モジュール(TEC)への投入電流(A)の関係を示す図である。図5は金属底板の載置部の板厚を変化させた場合の、ヒータ発熱量に対する熱電モジュール(TEC)への投入電流(A)の関係を示す図である。
【0020】
1.光半導体モジュール用パッケージ
本発明のパッケージ10を形成する構成部品は、半導体レーザーや熱電モジュール(TEC:Thermo Electric Cooler;ペルチェ素子からなる)などの電子部品を載置する金属底板11と、この金属底板11に固定される金属枠体12と、光ファイバーを固定する窓ホルダ13と、金属枠体12内を気密に封止する金属蓋体14と、端子部が形成されたセラミックフィードスルー15と、セラミックフィードスルー15の端子部に接続されたリード16,16と、シールリング17とからなる。
【0021】
金属底板11は、W、CuW合金、CuMo合金、AlNなどの高熱伝導性を有する金属材料により形成されている。そして、図1に示すように、その上面中央領域には板厚(T1)が0.50mm(T1=0.50mm)と薄い載置部11aと、この載置部11aの両端部に配置されて板厚(T2)が1.50mm(T2=1.50mm)と厚い固定部11bとを有している。これにより、載置部11aと固定部11bとの境界に段差が形成されることになる。なお、載置部11aの表面積は、金属枠体12の底面の面積と略等しくなるような大きさに形成されている。
【0022】
金属枠体12は、板厚が薄い載置部11aを囲繞するように金属底板11上にロウ付けにより固着されている。この場合、載置部11aの表面積は金属枠体12の底面積と略等しく、かつ、載置部11aと固定部11bとの境界に段差が形成されるので、この段差が金属枠体12を載置する際のガイドとなる。これにより、金属底板11上に金属枠体12が強固に接合される。そして、金属枠体12の長手方向の一対の側壁上部には一対の切欠部12a,12aが設けられており、短辺方向の一側壁には窓ホルダ13がロウ付けにより固着されている。また、一対の側壁上部に形成された切欠部12a,12aにはセラミックフィードスルー15,15がロウ付けにより固着されている。
【0023】
なお、これらのセラミックフィードスルー15,15の上には、一対のリード16,16がロウ付けにより固着されている。また、セラミックフィードスルー15,15の上部には金属枠体12を覆うシールリング17がロウ付けにより固着されている。そして、金属底板11の載置部11a上に熱電モジュール(TEC)18が固定され、このTEC18上に半導体レーザーや光学系を配置、固定される。ついで、内部を窒素ガスの雰囲気にした後、最後に金属蓋体14が電気溶接により固着されて、パッケージ10が形成されるとともに、光半導体モジュールも形成されることとなる。
【0024】
ここで、金属枠体12および窓ホルダ13は、低熱膨張性を有する金属材料により形成されており、鉄−ニッケル−コバルト合金(通称:Kovar)あるいは鉄−ニッケル合金(通称:Invar)などから選択して用いている。金属蓋体14としては、セラミック材からなる板状で四角形状の本体部14aと、FeNiCo合金(通称:コバール)からなる四角形状で開口部を有するリング部材14bとをロウ付けにより一体化したものを用いている。
【0025】
セラミックフィードスルー15は所定の配線を有するセラミック材により形成されている。例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)とバインダーからなるグリーンシートを所定の形状に形成するとともに、所定の配線を施したものを焼結することにより形成されている。なお、セラミックフィードスルー15を用いない場合は、金属枠体12の一側壁に穴を形成し、この穴内に金属製のリード16をガラス等で絶縁封止するようにしてもよい。さらに、リード16およびシールリング17は、FeNiCo合金(通称:コバール)あるいは銅合金により形成されている。
【0026】
2.光半導体モジュール用パッケージの製造方法
ついで、上述のような構成となるパッケージ10の具体的な製造方法を以下に詳細に説明する。まず、タングステン−銅合金(85W−15Cu)のブロックを機械加工により平板形状に切削するとともに、その上面中央領域を切削して、板厚T1(この場合はT1=0.50mm)が薄い載置部11aと、この載置部11aの両端部に板厚T2(この場合はT2=2.00mm)が厚い固定部11bを形成して金属底板11とした。この場合、載置部11aの表面積は金属枠体12の底面積と略等しくなるように形成する。ついで、メッキ槽に浸漬して金属底板11の全面に無電解メッキを施して、金属底板11の表面に厚みが5μmのニッケルメッキ層を形成した。
【0027】
なお、金属底板11の板厚が厚い固定部11bに開口11cを設けるようにしている。これにより、図2(b)に示すように、この金属底板11を用いたパッケージ10を外部部材に固定する場合、開口11cにネジ19aを螺着させることにより、外部部材に固定できるようになる。この場合、固定部11bの板厚は厚いので、ネジ止め時に固定部11bが破損することはない。また、FeNiCo合金(通称:コバール)製で、平面形状が長方形状の枠体の長手側の一対の側壁上部に切削加工により、切欠部12a,12aを形成した。また、この枠体の短辺側の側壁に窓ホルダ13を接合するための開口を形成して金属枠体12を作製した。一方、FeNiCo合金(通称:コバール)製の丸棒を旋盤で加工して、所定の貫通孔を形成して窓ホルダ13を作製した。
【0028】
また、酸化アルミニウム(Al2O3)とバインダーとの混練物を射出成形してグリーンシートを形成した。得られたグリーンシートを焼結して表面に所定の配線が形成されるようにパターンニングして、図1に示されるような形状のセラミックフィードスルー15を作製した。また、FeNiCo合金(通称:コバール)からなる圧延板を、化学エッチングにより所定の形状に加工してリード16を作製した。さらに、FeNiCo合金(通称:コバール)からなる圧延板を化学エッチングにより所定の形状に加工してシールリング17を作製した。
【0029】
ついで、上述のように作製した金属底板11、金属枠体12、セラミックフィードスルー15、リード16およびシールリング17を、図1に示すような配置構成になるように配置するとともに、これらの間にMoMn合金からなるロウ材(図示せず)を配置し、カーボン製あるいはアルミナ製の治具に配置した。ついで、この治具を40%の水素(H2)を含む窒素(N2)ガスの雰囲気のリフロー炉中で、移動速度が30mm/分のベルト上に配置し、最高温度が900℃で20分間加熱されるようなリフロー条件(昇温プロファイル)で加熱処理した。
【0030】
これにより、金属底板11と金属枠体12が接合され、金属枠体12の切欠部12aとセラミックフィードスルー15が接合され、セラミックフィードスルー15とリード16が接合され、セラミックフィードスルー15とシールリング17が接合されて、一体化して組立本体が形成されることとなる。この場合、載置部11aと固定部11bとの境界に段差が形成されいるので、図2(c)に示すように、この段差の周囲にロウ材xが回り込んでロウ付けされるようになる。このため、接合部の剛性が向上するので、ロウ付け後の金属底板11の平面度が向上する。なお、金属枠体12は、一部あるいは全部にメッキを施してもよい。これにより、セラミックフィードスルー15の一部の電極端子を接地することができる。なお、ロウ材としては、上述したMoMn合金以外の他のロウ材を用いるようにしてもよい。
【0031】
ついで、窓ホルダ13にガラス窓あるいはアルミナ窓を封着するために、窓ホルダ13に低融点ガラスと窓をセットして、リフロー炉中で接合した。接合条件としては、100%窒素(N2)ガスの雰囲気のリフロー炉中で、移動速度が100mm/分のベルト上に配置し、最高温度が500℃で10分間加熱されるようなリフロー条件(昇温プロファイル)で加熱処理した。これにより、窓ホルダ13にガラス窓あるいはアルミナ窓が封着されることとなる。
なお、組立本体の全体、または窓ホルダ13の部分に金メッキを施すようにすれば、一般的に行われているAuSn半田を用いて、ガラス窓あるいはアルミナ窓を窓ホルダ13に接合することができる。この場合、ガラス窓あるいはアルミナ窓にも接合部に金のメタライズ処理を予め施しておく必要がある。
【0032】
最後に、上述のようにして作製した組立本体内にペルチェ素子からなる冷却体(TEC)18および図示しない半導体レーザー、レンズ系などからなるレーザ装置を固定する。この後、レンズの光軸を調整し、内部を窒素ガスの雰囲気にした後、組立本体上部に金属蓋体14を配置し、これらを電気溶接することにより、パッケージ10が形成されるとともに、光半導体モジュールが形成される。
【0033】
3.パッケージの排熱試験
ついで、上述のように作製されたパッケージ10の排熱効果を検証するため、図3に示すような測定系を組み付けて排熱試験を以下のようにして行った。なお、比較のために、従来例のパッケージ40(図8(a)のパッケージ40(底板41の厚みは、T1=2.00mm,T2=0.50mm)を参照)も用いた。そして、これらのパッケージ10(40)の内底面にそれぞれTEC20の底面をPbSn半田で接合した。また、TEC20の上基板21上にTECの冷却温度を調べるための熱電対22を取り付けた。なお、金属底板11(41)の下面はヒートシンク27に接合した。
【0034】
そして、半導体レーザーの替わりに、半導体レーザーと同等の発熱量(400mW)のヒーター23を用いて発熱源とした。このヒーター23へ電力を供給するための配線24、TEC20へ電力を供給するための配線25および熱電対22へ電力を供給するため配線26を、セラミックフィードスルー15の図示しない電極(パッド)に接続した。ついで、通常のパッケージと同じように窒素雰囲気中で金属蓋体14を電気溶接した。ついで、このように構成した測定系を70℃に制御したオーブン(図示せず)内に設置した。
【0035】
なお、光半導体モジュールが設置されるシステム内の典型的な環境温度は70℃であるため、このような測定系を70℃に加熱して、通常の使用状態での環境温度に等しくなるようにしている。ついで、ヒーター23へ供給する電力を変化させてヒーター23の発熱量を変化させ、熱電対22での温度が常に25℃の一定の温度になるように、TEC20へ電流(TEC投入電流(A))を供給すると、下記の表1に示すようなヒータ発熱量に対するTEC投入電流(A)との関係が得られた。そして、この結果をグラフで表すと図4に示すような結果となった。
【0036】
【表1】
【0037】
上記表1および図4の結果から明らかなように、測定系を70℃に加熱した場合(即ち、環境温度が70℃の場合)においては、従来例のパッケージ40でのTEC投入電流(A)(図4の○印)と、本発明のパッケージ10でのTEC投入電流(A)(図4の△印)とを比較すると、本発明のパッケージ10でのTEC投入電流(A)が減少していることが分かる。このことは、板厚が薄い載置部(T1=0.50mm)11aと、この載置部11aの両端部に板厚が厚い固定部(T2=2.00mm)11bを形成した金属底板11の排熱効率(放熱効率)が優れていることを意味する。
【0038】
4.金属底板の載置部の厚みの検討
ついで、金属底板11の載置部11aの厚みT1と排熱効率(放熱効率)との関係について検討した。そこで、固定部11bの板厚T2を2.00mm(T2=2.00mm)の一定値とし、載置部11aの厚みT1がそれぞれ0.40mm(T1=0.40mm),0.75mm(T1=0.75mm),1.00mm(T1=1.00mm),1.25mm(T1=1.25mm),1.50mm(T1=1.50mm)になるように金属底板11を作製した。
【0039】
この後、これらの各金属底板11を用いて上述と同様にパッケージ10を作製した。ついで、これらの各パッケージ10を用いて上述と同様にして、図3に示すような測定系を組み付けて排熱試験を行った結果、下記の表2に示すような結果が得られた。そして、この結果をグラフで表すと図5に示すような結果となった。なお、表2および図5の結果には、上述した金属底板11(T1=0.50mm,T2=2.00mm),41(T1=2.00mm,T2=0.50mm)の結果も示している。
【0040】
【表2】
【0041】
上記表2および図5の結果から明らかなように、金属底板11の載置部11aの板厚(T1)が、2.00mm→1.50mm→1.25mm→1.00mm→0.75mm→0.50mm→0.40mmと減少するに伴って、TEC投入電流(A)が図5の○印→図5の+印→図5の×印→図5の◇印→図5の▽印→図5の△印→図5の□印と減少することが分かる。このことは、金属底板11の載置部11aの板厚が薄くなるほど金属底板11の排熱効率(放熱効率)が向上することを意味する。
【0042】
しかしながら、載置部11aの板厚(T1)が0.40mmよりも小さくなると機械加工が困難になるとともに、破損もし易くなるため、載置部11aの板厚(T1)は0.40mm以上(T1≧0.40mm)にするのが望ましい。一方、載置部11aの板厚(T1)が1.50mmよりも大きくなると、TEC投入電流(A)も大きくなって消費電力が大きくなり、光半導体モジュールの小型化、低消費電力化が困難になる。このため、載置部11aの板厚(T1)は1.50mm以下(T1≦1.50mm)とするのが望ましい。以上のことから、金属底板11の載置部11aの板厚(T1)は0.40mm以上で1.50mm以下(0.40mm≦T1≦1.50mm)にするのが好ましいということができる。
【0043】
5.金属底板の外底面の平面度の測定
ついで、上述のように固定部11bの板厚T2を2.00mm(T2=2.00mm)の一定値とし、載置部11aの厚みT1がそれぞれ0.40mm(T1=0.40mm),0.75mm(T1=0.75mm),1.00mm(T1=1.00mm),1.25mm(T1=1.25mm),1.50mm(T1=1.50mm)になるように作製した金属底板11を用いて、パッケージ10を作製した。この後、これらのパッケージ10の底面の平面度、即ち、金属底板11の外底面の平面度を、非接触型レーザ平面測定装置(KEYENCE製)を用いて測定すると、下記の表3に示すような結果が得られた。なお、参考のために,載置部41bの厚みT1が2.00mm(T1=2.00mm)で、固定部11bの板厚T2が0.50mm(T2=0.50mm)の金属底板41を用いて作製したパッケージ40の外底面の平面度を測定すると、下記の表3に示すような結果が得られた。
【0044】
【表3】
【0045】
上記表3の結果から明らかなように、本発明の金属底板(T1<T2で、0.40mm≦T1≦1.50mm)11を用いた熱電モジュール用パッケージ10の平面度は全て20μm以下で、優れた平面性を有していることが分かる。これに対して、従来例の金属底板(T2<T1で、T1=2.00mm)41を用いた熱電モジュール用パッケージ40の平面度は20μm以上で、平面性が劣っていることが分かる。これは、本発明の金属底板(T1<T2で、0.40mm≦T1≦1.50mm)11においては、載置部11aと固定部11bとの境界で段差が形成されて、この段差が金属枠体12を金属底板11上に接合する際のガイドなる。これにより、金属底板11と金属枠体12とを強固に接合することが可能となって、パッケージ10の外底面(金属底板11の外表面)の平面度が向上した考えられる。この結果、パッケージ10の外底面にヒートシンク27を接合した際に、金属底板11とヒートシンク27との接触面積が向上して、排熱効率(放熱効率)が向上する。
【0046】
6.変形例
ついで、上述のようにして作製される熱電モジュール用パッケージ10の変形例について、図6に基づいて以下に説明する。この場合、図2と同一符号は同一名称を表すので、その詳細な説明は省略する。本変形例においては、載置部11aの表面積を金属枠体12の底面積よりも若干大きくなるように形成した点に特徴がある。これにより、載置部11aと固定部11bとの境界に形成された段差部と金属枠体12との間に、図6に示すように、間隙部19bが形成される。この場合、この間隙部19bにロウ材yが回り込んでロウ付けされるようになるため、載置部11aの大きさを精度良く制御する必要がなくなるので、製造が容易となって、生産性が向上する。
【0047】
【発明の効果】
上述したように、本発明の熱電モジュール用パッケージ10は、金属底板11は金属枠体12の底面積と略等しい面積を有する載置部11aと、この載置部11aの両外側に位置して当該パッケージ10を外部部材に固定するための固定部11bとを備えている。そして、載置部11aの板厚T1は固定部11bの板厚11bよりも薄く形成されて、載置部11aと固定部11bとの境界で段差を有している。このように、載置部11aの板厚T1が固定部11bの板厚T2よりも薄く形成されていると、載置部11aに搭載された熱電モジュール18で発生した熱を板厚が薄い載置部11aを通して、効率よく外部に排熱できるようになる。
【0048】
また、外部部材に取り付ける際には、固定部11bの板厚T2が厚いことにより、この板厚が厚い固定部11bが破損することなく取り付けることができる。さらに、載置部11aと固定部11bとの境界で段差を有するので、この段差が金属枠体12を金属底板11上に接合する際のガイドとなる。このため、金属枠体12と金属底板11とを強固に接合することが可能となる。これにより、このパッケージ10の外底面(金属底板の外表面)の平面度が向上するようになるので、パッケージ10の外底面にヒートシンク27を接合した際の接触面積が向上して、排熱効率(放熱効率)が向上する。
【0049】
なお、上述した実施の形態においては、金属枠体12および窓ホルダ13を機械加工により別々の部品として作製した後、これを接合して一体化する例について説明したが、これらの金属枠体と窓ホルダを金属粉末の射出成形(MIM:Metal Injection Molding)により、一体的に作製するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のパッケージに用いられる構成部品を示す分解斜視図である。
【図2】図1の構成部品を組み立てて形成されたパッケージを示す断面図である。
【図3】パッケージの排熱効果を検証するための測定系を模式的に示す破断斜視図である。
【図4】排熱試験により得られたヒータ発熱量に対する熱電モジュール(TEC)への通電量(A)の関係を示す図である。
【図5】金属底板の載置部の板厚を変化させた場合の、ヒータ発熱量に対する熱電モジュール(TEC)への通電量(A)の関係を示す図である。
【図6】変形例のパッケージを示す断面図である。
【図7】従来例のパッケージを模式的に示す斜視図である。
【図8】他の従来例のパッケージを模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
10…熱電モジュール用パッケージ、11a…載置部、11b…固定部、11c…開口、12…金属枠体、12a…切欠部、13…窓ホルダ、14…金属蓋体、15…セラミックフィードスルー、16…リード、17…シールリング、18…熱電モジュール(TEC)、19a…ネジ、19b…間隙部、x,y…ロウ材
Claims (5)
- 光半導体素子を備えた光半導体モジュールを搭載する金属底板と、該金属底板上に接合された金属枠体と、該金属枠体を気密に封止する蓋体とからなる光半導体モジュール用パッケージであって、
前記金属底板は前記金属枠体の底面積と略等しい面積を有する載置部と、該載置部の両外側に位置して当該パッケージを外部部材に固定するための固定部とを備えるとともに、
前記載置部の板厚は前記固定部の板厚よりも薄く形成されて前記載置部と前記固定部との境界で段差を有することを特徴とする光半導体モジュール用パッケージ。 - 前記載置部の板厚をT1(mm)とし、前記固定部の板厚をT2(mm)とした場合にT1<T2の関係を有するとともに、0.40mm≦T1≦1.50mmの関係を有していることを特徴とする請求項1に記載の光半導体モジュール用パッケージ。
- 前記金属枠体は低熱膨張性の金属材料からなり、前記金属底板は高放熱性の金属材料からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光半導体モジュール用パッケージ。
- 前記低熱膨張性の金属材料は鉄−ニッケル−コバルト合金(Kovar)あるいは鉄−ニッケル合金(Invar)からなることを特徴とする請求項3に記載の光半導体モジュール用パッケージ。
- 前記高放熱性の金属材料はW,CuW,CuMo,AlNからなることを特徴とする請求項3に記載の光半導体モジュール用パッケージ。
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