JP3047864B2

JP3047864B2 - 光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール

Info

Publication number: JP3047864B2
Application number: JP9230566A
Authority: JP
Inventors: 伸好田遠
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 2000-06-05
Anticipated expiration: 2017-08-27
Also published as: JPH1174394A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子を内
部に収納するための光半導体気密封止容器、及びその光
半導体気密封止容器を用いた光半導体モジュールに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】光通信を初めとする高速で動作すること
が必要な光エレクトロニクス用の半導体装置、特に光フ
ァイバー増幅器の励起用光源や光半導体増幅器等の半導
体モジュールにおいては、光半導体素子やドライバーＩ
Ｃ等を内部に収納するための気密封止容器が使用されて
いる。

【０００３】従来の光半導体気密封止容器においては、
図１及び図２に示すように、一般にコバール等のＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金のような金属からなる枠体１に、Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金又は４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金、若
しくはＣｕＷ等の複合金属材料からなる底板２を固定し
ている。特に消費電力が大きく、放熱性が要求される光
半導体気密封止容器では、ＣｕＷの底板２が使用されて
いる。

【０００４】光半導体気密封止容器の側壁部である枠体
１は、上記のごとくコバール等を切削加工や射出成形し
て作製され、通常は複数のセラミックスシートの必要箇
所にメタライズを施したセラミックス端子部３と、コバ
ール製のリード端子４とを備えている。また、枠体１の
一部を絶縁体であるセラミックスで構成して、セラミッ
クス端子部３と一体化した構造のものや、枠体１に設け
た貫通穴にリード端子４を挿通し、ガラス封止して取り
付けた構造のものもある。

【０００５】更に、枠体１には、容器の内部と外部で光
を透過させるために光透過窓５が形成してある。光透過
窓５は通常はコバール等のパイプからなり、気密封止の
ためにガラス等の窓材を張り付けている。一部の光半導
体気密封止容器では、ガラス等の窓材を使用せず、枠体
１に光ファイバーを貫通させて、光ファイバーごと半田
ロウ付けで気密封止した光ファイバー透過窓も使用され
ている。尚、この場合には窓枠のパイプのみ容器の枠体
１に接合している。

【０００６】これらの枠体１、底板２、及びリード端子
４等の各部品は、銀ロウ付けや半田ロウ付けにより接合
されて、光半導体気密封止容器が組立てられる。この光
半導体気密封止容器は、後に蓋体で気密封止を行うため
と、容器の腐食を防ぐため、並びに半導体モジュール組
立時の半田付けを容易にするために、通常は全体に金め
っきが施される。この光半導体気密封止容器の内部に光
半導体素子などを実装した後、最後に容器の枠体１の上
端面にコバール等のリングを介して蓋体（図示せず）が
溶接又は半田ロウ付けにより気密に固定される。

【０００７】かかる光半導体気密封止容器は、例えば特
開平６−３１４７４７号公報等に示されている。同公報
にも記載されるように、コバールやＣｕＷからなる底板
は一般に金属を研削して作製されている。特に底板がＣ
ｕＷの場合には、枠体のコバールと熱膨張率が異なるた
めに、容器に反りが発生する場合がある。この反りが発
生すると、放熱板にネジ止め固定した光半導体モジュー
ルの光軸がずれるという問題があったので、上記公報で
は底板のフランジ部を研削により薄くして反りを緩和吸
収している。

【０００８】また、特開平６−８２６５９号公報では、
底板のフランジ部を薄くする代わりに、フランジ部のみ
を縦弾性係数の小さな別の金属で構成することにより、
同等の効果を得ている。しかし、異種金属を接合面積の
小さな部分で接合し、しかも充分な強度を得ることは極
めて難しい。

【０００９】半導体モジュールは、図３に示すように、
レーザダイオード（ＬＤ）素子６やフォトダイオード
（ＰＤ）素子のような光半導体素子のほか、これを駆動
させるドライバーＩＣ、温度測定用のチップサーミスタ
等を回路基板７に搭載して、前記した光半導体気密封止
容器の内部に実装したものである。特にＬＤ素子は温度
により発振波長が変わるほか、高温では光出力が低下し
たり、極端に寿命が短くなり信頼性が悪化する等の不具
合がある。

【００１０】そこで、温度を制御し且つＬＤ素子等を冷
却するために、電子冷却装置が用いられる。この電子冷
却装置は、図３に示すように、電極と配線がメタライズ
された２枚のセラミックス板からなる絶縁体基板９の間
に、化合物半導体であるＢｉＴｅの結晶又は焼結体で構
成された複数の電子冷却素子（ペルチェ素子）８を挟持
した構造を有している。電子冷却装置の絶縁体基板９と
しては、一般にアルミナや窒化アルミニウムが用いられ
ている。特に高放熱性を必要とする場合や、電子冷却装
置の消費電力を抑制する場合には、絶縁体板９として熱
伝導性の良い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が使用され
る。

【００１１】それぞれの電子冷却素子８は、絶縁体基板
９にメタライズされた配線により電気的に接合され、半
導体気密封止容器との間の電気的結線のために１対のリ
ードを有している。尚、光半導体モジュールの組み立て
では、この電子冷却装置を半導体気密封止容器の底板２
に半田付けした後、ＬＤ素子６やＰＤ素子のような光半
導体素子及びその他の部品を予め実装しておいた回路基
板７を、電子冷却装置の片方の絶縁体基板９の上に半田
ロウ付けにより固定する。

【００１２】尚、特開平５−６７８４４号公報には、半
導体気密封止容器の底板と電子冷却装置の絶縁体基板と
を共用する光半導体モジュールが提案されている。即
ち、半導体気密封止容器の底板をＡｌＮ等のセラミック
スで構成する方法である。これにより、電子冷却装置の
片側の絶縁体基板を省略することができるため、半導体
モジュールの小型化、特に薄層化が実現される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく各部が異
種の材料で構成された光半導体気密封止容器は、光半導
体モジュールとして構成された後に、−４０℃〜＋１２
５℃のＭＩＬ−ＳＴＤに記載される耐環境試験により、
ＢｉＴｅ素子等の電子冷却素子が特性劣化を起こすこと
があった。電子冷却素子の特性劣化は、電子冷却装置の
冷却効率を悪化させて消費電力を大きくしたり、最悪の
場合は自己発熱により光半導体モジュールの温度制御が
できなくなるという問題がある。

【００１４】これは、温度変化により、光半導体気密封
止容器の底板や、半導体モジュール内のＬＤ素子やＰＤ
素子を実装した回路基板等が反ることから、ヤング率が
低く且つ比較的柔らかいＢｉＴｅ素子等の電子冷却素子
に熱応力が集中し、結果的に電子冷却素子にクラックが
発生することに起因する。

【００１５】これらの問題の原因となる光半導体気密封
止容器の底板の反り（応力歪み）は主に次の理由により
発生すると考えられる。即ち、容器の枠体と底板の
熱膨張率の相違による底板の熱応力歪み。容器の底
板と電子冷却装置の絶縁体基板の熱膨張率の相違による
底板の熱応力歪み。その他にも、電子冷却装置の絶
縁体基板と回路基板の熱膨張率の相違による熱応力歪み
により底板が反る、底板が固定されている放熱板が全
体の歪みを受けて反ることがあり、この放熱板の反りに
より底板が反る、等の理由も考えられる。

【００１６】更に、半導体気密封止容器の底板の反り
は、電子冷却装置に欠陥を与えなくとも、ＬＤ素子やＰ
Ｄ素子のような光半導体素子と光ファイバーとの間の光
結合を行う光学系の光軸をずらせてしまう場合が有る。
この光軸のずれは、光半導体モジュールの光ファイバー
端出力を低下させるという問題がある。

【００１７】また、上記特開平５−６７８４４号公報に
記載されるように、半導体気密封止容器の底板をＡｌＮ
等のセラミックスで構成する方法では、底板にネジ止め
用の孔部等を加工することが困難なうえ、ネジ止め時に
底板の孔部周辺が割れやすいという欠点があった。ま
た、半導体モジュールと放熱板をネジ止めした後にも、
放熱板に反りが発生したとき底板が割れやすい等の問題
もあった。

【００１８】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
底板の反りを低減することのできる光半導体気密封止容
器、並びにこの光半導体気密封止容器を用いることによ
る、電子冷却素子の劣化や光軸のずれが起こらない光半
導体モジュールを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する光半導体気密封止容器は、内部に
光半導体素子を収納する光半導体気密封止容器におい
て、金属、絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体からなる
枠体と、該枠体に固定された金属からなる第１の底板
と、該第１の底板の前記枠体と反対側の表面に固定さ
れ、該第１の底板よりもヤング率が大きい第２の底板と
を備えることを特徴とするものである。

【００２０】本発明の光半導体気密封止容器において
は、ＭＩＬ−ＳＴＤの環境試験温度及びＬＤモジュール
製造時の半田付け温度を考慮した−４０℃〜＋２５０℃
の温度範囲におけるヤング率が、金属からなる第１の底
板では１５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以下であり、且つ第２の
底板では２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以上であることが好ま
しい。

【００２１】また、本発明の光半導体気密封止容器は、
通常のごとく、上記枠体がリード端子と光透過窓又は光
ファイバー透過窓とを備え、更に枠体の底板と反対側に
固定される蓋体を備えることができる。

【００２２】本発明の光半導体モジュールは、光半導体
気密封止容器の内部に、回路基板上に実装された少なく
とも一つの光半導体素子を収納したものである。この光
半導体モジュールは、容器の第１の底板と回路基板との
間に、一対の絶縁体基板で挟持されたペルチェ素子から
なる電子冷却装置を備えることができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の光半導体気密封止容器で
は、図４に一具体例を示すように、枠体１に固定される
底板が、枠体１に固定された金属からなる第１の底板１
１と、第１の底板１１の前記枠体１と反対側の表面に固
定された第２の底板１２との２層構造からなり、第２の
底板１２のヤング率を第１の底板１１のヤング率よりも
大きくすることによって、底板の反りの主要因となる応
力歪みが金属からなる第１の底板１１に吸収されるの
で、第２の底板１２には反りが発生せず、その平坦度が
維持される。その結果、光半導体モジュールとしたと
き、温度変化による電子冷却素子の劣化や、光学系の光
軸のずれも発生しなくなる。

【００２４】即ち、一般に底板の熱膨張係数が枠体の熱
膨張係数よりも大きいと、半導体気密封止容器組立時の
ロウ付け後に自然に張力が働く。これは、ロウ付け温度
の８００℃程度の高温で枠体よりも底板が大きく伸びて
おり、ロウ材が固化した後に常温に冷却すると相対的に
底板の収縮率が大きくなるからである。この張力が反り
の原因でもあるが、底板として第２の底板１２と共に薄
くてヤング率の小さな柔らかい金属からなる第１の底板
１１を介在させた本発明では、冷却後に第１の底板１１
が反らずに太鼓の膜の様に逆に平坦面を得ることができ
る。この第１の底板１１にヤング率の大きな第２の底板
１２を固定することにより、第２の底板の平坦度が容器
組立後も維持されるのである。

【００２５】このように、第１の底板１１に応力歪みを
吸収させ、第２の底板１２の平坦度を維持するために
は、第２の底板１２のヤング率を第１の底板１１のヤン
グ率よりも大きくすることが必要である。そのため、Ｍ
ＩＬ−ＳＴＤの環境試験温度及びＬＤモジュール製造時
の半田付け温度を考慮した−４０℃〜＋２５０℃の温度
範囲で、第１の底板１１のヤング率が１５×１０³ｋｇ
／ｍｍ²以下、且つ第２の底板１２のヤング率が２５×
１０³ｋｇ／ｍｍ²以上であることが好ましい。

【００２６】このような第２の底板の具体的な材質とし
ては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）を９０％以上含有するセラミックスがある。ヤン
グ率が２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²よりも小さなセラミック
スでは、金属からなる第１の底板に応力歪みを十分に押
しつけることができず、セラミックスの第２の底板自体
が反ってしまう。特にＡｌＮはアルミナに比較して熱伝
導率が高いことから、高出力タイプに適している。ま
た、第２の底板は亀裂や欠損等を生じさせないために、
抗折力が２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以上のセラミックスが
好ましい。

【００２７】尚、第２の底板の材質は、ヤング率が第１
の底板よりも高ければ良いので、上記したセラミックス
以外にも、例えばタングステンやモリブデン等の金属、
ダイヤモンド、立方晶ＢＮの結晶又は多結晶等を用いる
ことも可能である。また、第２の底板の厚みは特に限定
されないが、通常は０.３〜１.０ｍｍ程度の厚みが好ま
しい。

【００２８】一方、第１の底板としては、純銅、コバー
ル等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又は２４アロイ等のＦｅ
−Ｎｉ合金が好ましい。ヤング率が１５×１０³ｋｇ／
ｍｍ²よりも大きな金属、例えばＷやＭｏ等では、薄い
金属板の加工が困難であるため第１の底板として適さな
い。第１の底板の厚みは、０.０５〜０.５ｍｍが好まし
い。その理由は、枠体と第１の底板の熱膨張率が異なる
場合には、８００℃程度の高温でのロウ付け時に容器に
反りが生じやすいが、この反りを減らすために第１の底
板の厚みを０.５ｍｍ以下と薄くすることが有効なため
である。また、第１の底板の厚みが０.０５ｍｍ未満で
は、ネジ止めの際に底板の割れが起こりやすいからであ
る。

【００２９】第１の底板と第２の底板は積層し、ロウ材
等を用いて互いに接合固定して使用する。第１の底板と
してＣｕやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金を
使用し、ロウ材に銀ロウを用いた場合、金属の第１の底
板と銀ロウの合金化が起こって歪みを生じることがある
が、Ｎｉ又はＮｉＢめっきを予め第１の底板に施してお
くことにより回避することができる。尚、第１の底板と
してＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金はセラミ
ックスからなる第２の底板と熱膨張率が近い点で有望で
あり、またＣｕ特に純銅は熱膨張率が第２の底板とは大
きく異なるものの、ヤング率が小さいことから有望であ
る。

【００３０】一方、第２の底板の表層にも、ロウ材の濡
れ性を良くするためにＮｉ又はＮｉＢめっきを施すこと
が好ましい。第２の底板がセラミックス等からなる場合
は、最初にメタライズ層としてＷ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ等
の１種以上の層を形成し、その上にＮｉ又はＮｉＢめっ
きを施す。Ｎｉ又はＮｉＢのめっき厚は１.５〜３μｍ
の範囲が好ましい。

【００３１】第１の底板と第２の底板を組み合わせるに
際しては、放熱板へのネジ止め等を考慮して、各底板の
形状を定めることができる。尚、ネジ止め用の孔部や切
欠部等は、加工が簡単な金属からなる第１の底板に設け
ることが好ましい。金属からなる第１の底板は、容易に
エッチング加工やパンチ加工が可能であり、場所によっ
てはハーフエッチングも可能である。尚、第１の底板へ
のハーフエッチングによる窪み部の形成は、枠体の組み
込み時や電子冷却装置の実装時の位置ずれを防止する効
果があり、実装工程の歩留まり率を上げることができ
る。

【００３２】また、第１の底板の中央部に、絶縁体基板
に電子冷却素子を搭載した電子冷却装置を嵌め込む位置
決め用の穴部を穿設しておけば、電子冷却装置の位置決
めが便利であるうえ、第１の底板がコバールや４２アロ
イのように低熱伝導金属からなる場合であっても、電子
冷却装置が放熱板に直接接しているので放熱性が向上す
る。

【００３３】第１の底板と第２の底板の具体的な組合せ
方法としては、最も簡単には図５に示すように、第２の
底板１２と枠体１の間にフラットな第１の底板１１を挟
む方法がある。この方法は金属の第１の底板１１の加工
が容易であるが、取り付けるべき放熱板との間に第２の
底板１２の厚さに相当する段差があるので、放熱板にネ
ジ止め固定する際に第１の底板１１を折り曲げる必要が
ある。また、金属からなる第１の底板１１を折り曲げる
と、ＡｌＮ等からなる第２の底板１２や枠体１等への亀
裂の発生が懸念される。

【００３４】そこで、第１の底板に凹部又は窪み部を形
成しておき、この凹部又は窪み部に第２の底板が挿入し
て、放熱板への取付面となる両者の枠体と反対側の外表
面を面一にする方法が望ましい。例えば、図６に示すよ
うに、金属からなる第１の底板１１の中央部をパンチ加
工等により断面コ字形状に予め折り曲げておき、この凹
部に第２の底板１２を挿入する方法がある。この方法
は、第１の底板１１と第２の底板１２の外表面がフラッ
トになるので、放熱板への取り付けにも適している。

【００３５】また、図７に示すように、第１の底板１１
の中央部に第２の底板１２全体を嵌め込む窪み部を形成
しておく方法もある。この方法では、第２の底板１２の
全体が窪み部内に収容されるので、湿度に弱いＡｌＮか
らなる第２の底板であっても防護することができる他、
フランジ部の強度も容易に向上させることができる。
尚、図７に示すリード端子４は、図５及び図６のように
枠体１に設けたセラミックス端子部３を用いて取り付け
るのではなく、枠体１の貫通孔にリード端子４を挿通し
てガラス封止４ａにより固定した例である。

【００３６】第１の底板１１となる金属の薄板は加工が
容易であり、図８に示すように、フランジ部１１ａやネ
ジ止め用の孔部１１ｂ又は切欠部１１ｃもパンチやエッ
チングにより簡単に加工できる。また、薄板では切削が
必要ないので、加工による応力歪みを無視することもで
きる。更に、第１の底板１１の中央部をパンチ等により
くりぬいて、電子冷却装置を取り付けるための位置決め
用穴部１１ｄを形成しておくこともできる。

【００３７】一方、第２の底板となるセラミックスは、
複雑形状を高精度にて製作することは困難であるが、こ
こで使用するようなセラミックスの平板、又は電子冷却
装置の搭載部に窪みを有するセラミックス板等は、押し
出し成形技術により簡単に且つ低コストで製作すること
が可能である。

【００３８】このようにして積層固定された第１の底板
と第２の底板は、その第１の底板の上に枠体をロウ付け
等により固定して、例えば図４に示すような光半導体気
密封止容器とする。尚、枠体としては、通常のごとく金
属、セラミックスのような絶縁体、及び金属と絶縁体と
の複合体を用いることができる。この光半導体気密封止
容器には、従来と同様に、電子冷却装置を実装（図３参
照）し、更に図９に示すように光半導体素子６等を取り
付けた回路基板７を電子冷却装置の上に実装した後、上
端開口部を蓋体（図示せず）で気密封止して、光半導体
モジュールを構成する。

【００３９】この光半導体モジュールの構成に際して、
光半導体素子搭載用の回路基板と、電子冷却装置の絶縁
体基板と、半導体気密封止容器の第２の底板の熱膨張率
の差を±１×１０ ^−６／℃以下にすることが好ましい。
これによって、−４０℃〜＋１２５℃のＭＩＬ−ＳＴＤ
のヒートサイクル環境試験の温度変化でも電子冷却素子
の上下間でも反りがなくなり、更に内部に組み込まれた
電子冷却素子の劣化も、光学系の光軸ずれもない光半導
体モジュールが得られる。

【００４０】

【実施例】図４に示す光半導体気密封止容器を作製し
た。枠体１及び第１の底板１１として、−４０℃〜＋２
５０℃の通常の半導体モジュールの組立温度範囲におけ
るヤング率が１５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以下のコバール板
を使用した。コバールからなる第１の底板１１の厚みは
０.０５ｍｍとした。

【００４１】また、第２の底板１２として、ヤング率が
２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以上、抗析力が２５ｋｇ／ｍｍ
²以上であり、熱膨張率が４.５ｐｐｍ／℃、熱伝導率が
１５０Ｗ／ｍＫであって、ＡｌＮ含有量が９０％以上の
ＡｌＮセラミックス板を使用した。このＡｌＮセラミッ
クス板からなる第２の底板の厚みは１.０ｍｍとした。

【００４２】上記コバール板をパンチ加工して、図６に
示すように断面コ字状に形成すると共に、図８に示すよ
うにフランジ部１１ａにネジ止め用の孔部１１ｂや切欠
部１１ｃを設け、更に中央部には後に搭載する電子冷却
装置の位置決め用穴部１１ｄを形成して、第１の底板１
１とした。一方のＡｌＮセラミックス板は、第１の底板
１１の位置決め用穴部１１ｄに対応して、中央部表面に
窪み部を設けた。

【００４３】次に、コバールからなる第１の底板１１
に、Ｎｉめっきを施した。また、ＡｌＮセラミックスか
らなる第２の底板１２には、１つの層が５００ｎｍ以下
のＷ／Ｎｉのメタライズ層をスパッタ蒸着した後、更に
その上にＮｉめっきを施した。その後、この第１の底板
１１の凹部に第２の底板１２を挿入し、銀ロウ付けによ
り固定した。尚、第２の底板１２へのメタライズ層は、
Ｗ／Ｍｏ／Ｎｉ、Ｗ／Ｐｔ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ｎｉ、
Ｔｉ／Ｍｏ／Ｎｉ等でも問題はなかった。

【００４４】上記のごとく積層固定した第１の底板１１
上に、図４に示すように、コバールからなる枠体１を銀
ロウ付けにより固定した。また、この枠体１には、複数
のセラミックスシートからなるセラミックス端子部３
と、コバールからなる複数のリード端子４と、コバール
のシーム溶接用のリングと、コバールからなる光透過窓
５用の円形パイプ枠を銀ロウ付けした。これらを同時接
合することによって、低コスト化が図れるほか、放熱特
性も向上する。この後、光透過窓５用のガラスを張り付
け、全体に金めっきを施して、光半導体気密封止容器を
完成させた。

【００４５】この光半導体気密封止容器を用いて、図９
に示す光半導体モジュールを製作した。まず、半導体気
密封止容器の第１の底板１１の上に、電子冷却装置を通
常のごとく実装した。この電子冷却装置は、ペルチェ素
子である複数のＢｉＴｅ素子をＡｌＮからなる２枚の絶
縁体基板で挟持した通常のものであり、絶縁体基板は光
半導体気密封止容器の第２の底板１２及び後述する回路
基板と同じＡｌＮセラミックスを使用した。

【００４６】また、実装用の光半導体モジュール内部の
回路基板７として、ＡｌＮセラミックス基板を使用し
た。この基板は絶縁体であればＡｌＮセラミックス以外
の材質、例えばアルミナでも良いが、電子冷却装置の絶
縁体基板との熱膨張率の差が１×１０ ^−６／℃を越える
と電子冷却素子の劣化が起きるので、電子冷却装置の絶
縁体基板と同じＡｌＮセラミックスを使用した。このた
め、第２の底板１２、絶縁体基板及び回路基板７の間の
熱膨張率差は０.１×１０ ^−６／℃程度しかなく、これ
は熱膨張率の測定誤差程度である。

【００４７】このＡｌＮセラミックスからなる回路基板
７の上に、ＬＤ素子６とレンズ１０とを光軸合わせを行
った後に固定した。更に、ＬＤ素子６の後ろにはＰＤ素
子、及びＬＤ素子６を変調駆動するためのドライバーＩ
Ｃ等を回路基板７上に実装した。尚、このＡｌＮセラミ
ックスからなる回路基板７には、ドライバーＩＣからの
高周波信号の劣化を抑制し、ドライバーＩＣの寿命を延
ばして信頼性を向上させるため、配線をメタライズして
ある。また、ＬＤ素子６の近傍には温度測定用のチップ
サーミスタが実装してある。

【００４８】この回路基板７を電子冷却装置の絶縁体基
板上に半田付けした。電子冷却素子の配線リードは、光
半導体気密封止容器の内側に用意したリード端子に熱圧
着で接続した。その他の配線はリボン形状のワイヤボン
ドにて行った。最後に、枠体１の解放上端に、金めっき
したコバールの蓋体（図示せず）をシーム溶接して気密
封止した。

【００４９】外付けの光ファイバーはジルコニアのセラ
ミックスフェルールに挿入した後、８度の角度を付けて
斜めに研磨した。これは、光ファイバーの端面からの光
反射がＬＤ素子６のノイズに与える影響を減らすためで
ある。このフェルールに円筒形のＦｅ−Ｎｉ合金製の外
枠を取り付け、光ファイバーと容器の間には円筒形のＦ
ｅ−Ｎｉ合金製の外枠を付けたアイソレータとレンズを
挿入し、これら全てを光ファイバーに最大限の光が入射
できるように位置合わせした後、ＹＡＧ溶接により組み
立てた。

【００５０】この光半導体モジュールは、第１の底板１
１の孔部１１ｂ及び切欠部を利用して、厚さ３ｍｍ及び
縦横２００×３００ｍｍの放熱板にネジ止めにより固定
した後、−４０℃〜＋１２５℃のヒートサイクル試験に
供したところ、電子冷却素子の劣化も光学系の光軸ずれ
による光出力の低下も観測されなかった。

【００５１】尚、上記した実施例では、第２の底板とし
てＡｌＮセラミックスを用いたが、ＳｉＣ含有量が９０
％以上のＳｉＣセラミックスを用いても良い。ＳｉＣセ
ラミックスは、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍｋと高熱伝導で
あり、熱膨張率が４.２×１０ ^−６／℃で電子冷却装置
の絶縁体基板であるＡｌＮセラミックスとも熱膨張率差
が０.３×１０ ^−６／℃と小さい。更に、これらのセラ
ミックス以外にも、第２の底板として、ＷやＭｏ、ダイ
ヤモンド、立方晶ＢＮ等を使用することもできる。

【００５２】また、第１の底板として、４２アロイ又は
Ｃｕを使用しても良い。第１の底板としてＣｕを使用す
る場合には、熱膨張率が枠体と異なることと、強度が小
さくネジ止め用の孔部が割れやすいため、０.１〜０.３
ｍｍ程度の厚さとすることが望ましい。また、４２アロ
イの場合も、熱膨張率が枠体のコバールよりも大きいた
め、０.０５〜０.４ｍｍ程度の厚さにすることが望まし
い。また、光半導体モジュールには電子冷却装置を使用
しない場合もあるが、このときは実装済みの回路基板を
直接容器に接合する。尚、この構造の光半導体モジュー
ルでも、本発明によるものは光軸のずれが生じることは
なかった。

【００５３】

【発明の効果】本発明によれば、底板の反りをなくし
て、光軸のずれによる光出力低下や、電子冷却素子の劣
化が起こらない光半導体気密封止容器、及びこの容器を
用いた光半導体モジュールを提供することができる。し
かも、本発明の光半導体気密封止容器は、容器裏面と放
熱板の密着性が高く、且つ底板を薄くすることができる
ために、放熱性にも優れている。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の光半導体気密封止容器の概略の斜視図で
ある。

【図２】従来の光半導体気密封止容器の概略の断面図で
ある。

【図３】従来の光半導体モジュールの概略の断面図であ
る。

【図４】本発明の光半導体気密封止容器の一具体例を示
す概略の斜視図である。

【図５】図４の光半導体気密封止容器の概略の側面図で
ある。

【図６】本発明の光半導体気密封止容器の別の具体例を
示す概略の側面図である。

【図７】本発明の光半導体気密封止容器の別の具体例を
示す概略の側面図である。

【図８】本発明に係わる第１の底板の一具体例を示す概
略の正面図である。

【図９】本発明の光半導体モジュールの一具体例を示す
概略の斜視図である。

【符号の説明】

１枠体２底板３セラミックス端子部４リード端子５光透過窓６ＬＤ素子７回路基板８電子冷却素子９絶縁体基板１０レンズ１１第１の底板１１ａフランジ部１１ｂ孔部１１ｃ切欠部１１ｄ位置決め用穴部１２第２の底板

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内部に光半導体素子を収納する光半導体
気密封止容器において、金属、絶縁体、又は金属と絶縁
体の複合体からなる枠体と、該枠体に固定された金属か
らなる第１の底板と、該第１の底板の前記枠体と反対側
の表面に固定され、該第１の底板よりもヤング率が大き
い第２の底板とを備えることを特徴とする光半導体気密
封止容器。
【請求項２】前記第１の底板が放熱板へのネジ止め用
の孔部又は切欠部を有することを特徴とする、請求項１
に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項３】前記第２の底板が第１の底板の凹部又は
窪み部に挿入され、両方の底板の前記枠体と反対側の外
表面が面一に形成されていることを特徴とする、請求項
１又は２に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項４】前記第１の底板の中央部に、電子冷却装
置が嵌め込まれる位置決め用の穴部又は窪み部が設けら
れていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに
記載の光半導体気密封止容器。
【請求項５】前記第１の底板はヤング率が１５×１０
³ｋｇ／ｍｍ²以下であり、且つ前記第２の底板はヤング
率が２５×１０³ｋｇ／ｍｍ²以上であることを特徴とす
る、請求項１〜４のいずれかに記載の光半導体気密封止
容器。
【請求項６】前記第２の底板は、窒化アルミニウム又
は炭化ケイ素を９０％以上含有する抗折力が２５ｋｇ／
ｍｍ²以上のセラミックスからなることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれかに記載の光半導体気密封止容
器。
【請求項７】前記セラミックスからなる第２の底板は
その表層にＮｉ又はＮｉＢの金属層が設けてあることを
特徴とする、請求項６に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項８】前記金属からなる第１の底板が、純銅、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又はＦｅ−Ｎｉ合金であること
を特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の光半導
体気密封止容器。
【請求項９】前記金属からなる第１の底板の厚みが
０.０５〜０.５ｍｍであることを特徴とする、請求項８
に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項１０】前記第１の底板の表層にＮｉ又はＮｉ
Ｂの金属層が設けてあることを特徴とする、請求項８又
は９に記載の光半導体気密封止容器。
【請求項１１】前記枠体がリード端子と光透過窓又は
光ファイバー透過窓とを備え、更に該枠体の底板と反対
側に固定される蓋体を備えることを特徴とする、請求項
１〜１０のいずれかに記載の光半導体気密封止容器。
【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかに記載の光
半導体気密封止容器の内部に、回路基板上に実装された
少なくとも一つの光半導体素子が収納されていることを
特徴とする光半導体モジュール。
【請求項１３】前記容器の第１の底板と前記回路基板
との間に、一対の絶縁体基板で挟持されたペルチェ素子
からなる電子冷却装置を備えることを特徴とする、請求
項１２に記載の光半導体モジュール。
【請求項１４】前記電子冷却装置の絶縁体基板と、前
記回路基板と、前記容器の第２の底板との間における熱
膨張率の差が±１×１０ ^−６／℃以下であることを特徴
とする、請求項１３に記載の光半導体モジュール。