JP3457906B2 - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

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収容
するための光半導体素子収納用パッケージに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、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は、一般に鉄ーニッケルー
コバルト合金や銅ータングステン合金等の金属材料から
成り、上面中央部に光半導体素子がペルチェ素子等の電
子冷却素子を間に挟んで載置される載置部を有する基体
と、前記光半導体素子載置部を囲繞するようにして基体
上に銀ロウ等のロウ材を介して接合され、側部に貫通孔
及び切欠部を有する鉄ーニッケルーコバルト合金等の金
属材料から成る枠体と、前記枠体の貫通孔もしくは貫通
孔周辺の枠体に取着され、内部に光信号が伝達される空
間を有する鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属材料か
ら成る筒状の固定部材と、前記筒状の固定部材に融点が
２００〜４００℃の金ー錫合金等の低融点ロウ材を介し
て取着された固定部材の内部を塞ぐ非晶質ガラス等から
成る透光性部材と、前記枠体の切欠部に挿着され、酸化
アルミニウム質焼結体から成る絶縁体に光半導体素子及
びペルチェ素子等の電子冷却素子の各電極がボンディン
グワイヤやリード線等の電気的接続手段を介して電気的
に接続される配線層が形成されている端子体と、前記枠
体の上面に取着され、光半導体素子を気密に封止する蓋
部材とから構成されており、前記基体の光半導体素子載
置部に光半導体素子を間にペルチェ素子等の電子冷却素
子を挟んで載置固定させるとともに該光半導体素子の各
電極をボンディングワイヤやリード線等の電気的接続手
段を介して端子体の配線層に電気的に接続し、しかる
後、前記枠体の上面に蓋部材を接合させ、基体と枠体と
蓋部材とから成る容器内部に光半導体素子を気密に収容
R>するとともに筒状の固定部材に光ファイバー部材を、
例えば、ＹＡＧ溶接等により取着することによって製品
としての光半導体装置となる。

【０００３】かかる光半導体装置はペルチェ素子等の電
子冷却素子により光半導体素子を冷却しつつ光半導体素
子に外部電気回路から供給される駆動信号によって光励
起を起こさせ、該励起した光を光信号として透光性部材
を介し光ファイバー部材に授受させるとともに該光ファ
イバー部材の光ファイバー内を伝達させることによって
高速光通信等に使用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光半導体素子収納用パッケージにおいては、光半導
体素子及びペルチェ素子等の電子冷却素子の各電極が接
続される端子体の配線層は一般にタングステンやモリブ
デン、マンガン等の高融点金属粉末で形成されており、
該タングステンやモリブデン等から成る配線層はその抵
抗温度係数が３０００〜４５００ｐｐｍ／℃（室温〜１
００℃）と高い。そのため配線層に電子冷却素子および
光半導体素子を作動させた際に生じる熱が作用すると配
線層の電気抵抗値が大きくなり、ペルチェ素子等の電子
冷却素子に印加される電力に誤差が生じるとともに電子
冷却素子による光半導体素子の冷却に大きなバラツキが
発生し、その結果、光半導体素子の励起する光の波長に
誤差が生じ、光通信を正確に行うことができないという
欠点を有していた。

【０００５】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は光半導体素子が励起す光の波長を一定と
して正確な光通信を行う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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上面に光半導
体素子が電子冷却素子を介して載置される載置部を有す
る金属基体と、前記金属基体上に光半導体素子載置部を
囲繞するようにして取着され、側部に切欠部を有する金
属枠体と、前記切欠部に挿着され、絶縁体に光半導体素
子の各電極及び電子冷却素子の電極が電気的に接続され
る複数個の配線層が形成されている端子体と、前記金属
枠体の上面に取着され、光半導体素子を気密に封止する
蓋部材とからなる光半導体素子収納用パッケージであっ
て、前記端子体に形成されている配線層のうち少なくと
も電子冷却素子の電極が接続される配線層の抵抗温度係
数が２０００ｐｐｍ／℃以下（室温〜１００℃）である
ことを特徴とするものである。

【０００７】また本発明は、前記電子冷却素子の電極が
接続される配線層が２０乃至９０重量％のタングステン
と、１０乃至８０重量％のレニウムから成ることを特徴
とするものである。

【０００８】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば端子体に形成されている配線層のうちペルチェ素
子等の電子冷却素子が接続される配線層を、例えば、２
０乃至９０重量％のタングステンと、１０乃至８０重量
％のレニウムで形成し、抵抗温度係数を２０００ｐｐｍ
／℃以下（室温〜１００℃）としたことから配線層に光
半導体素子や電子冷却素子等を作動させた際に生じる熱
が作用しても電気抵抗値が大きく変わることはなく、そ
の結果、電子冷却素子に印加される電力も均一になると
ともに電子冷却素子による光半導体素子の冷却も均一と
なり、光半導体素子の励起する光の波長を常に一定とし
て光通信を正確に行うことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に本発明を添付図面に基づき詳
細に説明する。図１及び図２は本発明の光半導体素子収
納用パッケージの一実施例を示し、１は金属基体、２は
金属枠体、３は蓋部材である。この金属基体１と金属枠
体２と蓋部材３とで内部に光半導体素子４を収容するた
めの容器が構成される。

【００１０】前記金属基体１は光半導体素子４を支持す
るための支持部材として作用し、その上面の略中央部に
光半導体素子４を載置するための載置部１ａを有し、該
載置部１ａには光半導体素子４が間にペルチェ素子等の
電子冷却素子５を挟んで金−シリコンロウ材等の接着剤
により接着固定される。

【００１１】前記金属基体１は鉄ーニッケルーコバルト
合金や銅ータングステン合金等の金属材料から成り、例
えば、鉄ーニッケルーコバルト合金から成る場合、鉄ー
ニッケルーコバルト合金のインゴット（塊）に圧延加工
法や打ち抜き加工法等、従来周知の金属加工法を施すこ
とによって製作される。

【００１２】なお、前記金属基体１はその外表面に耐蝕
性に優れ、かつロウ材に対して濡れ性が良い金属、具体
的には厚さ２〜６μｍのニッケル層と厚さ０．５〜５μ
ｍの金層を順次、メッキ法により被着させておくと、金
属基体１が酸化腐蝕するのを有効に防止することができ
るとともに金属基体１上面に光半導体素子４の下部に配
されるペルチェ素子等の電子冷却素子５を強固に接着固
定させることができる。従って、前記金属基体１は酸化
腐蝕を有効に防止し、かつ上面に光半導体素子４の下部
に配されるペルチェ素子等の電子冷却素子５を強固に接
着固定させる場合にはその外表面に厚さ２〜６μｍのニ
ッケル層と厚さ０．５〜５μｍの金層を順次、メッキ法
により被着させておくことが好ましい。

【００１３】また前記金属基体１の上面には、光半導体
素子４が載置される載置部１ａを囲繞するようにして金
属枠体２が接合されており、該金属枠体２の内側に光半
導体素子４を収容するための空所が形成されている。

【００１４】前記金属枠体２は鉄ーニッケルーコバルト
合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、例え
ば、鉄ーニッケルーコバルト合金等のインゴット（塊）
をプレス加工により枠状とすることによって形成され、
金属基体１への取着は金属基体１上面と金属枠体２の下
面とを銀ロウ材を介しロウ付けすることによって行われ
ている。

【００１５】更に前記金属枠体２はその側部に貫通孔２
ａが設けてあり、該貫通孔２ａの内壁面には筒状の固定
部材９が取着され、更に筒状の固定部材９の内側の一端
には透光性部材１０が取着されている。

【００１６】前記金属枠体２の側部に形成されている貫
通孔２ａは固定部材９を金属枠体２に取着するための取
着孔として作用し、金属枠体２の側部に従来周知のドリ
ル孔あけ加工を施すことによって所定形状に形成され
る。

【００１７】前記金属枠体２の貫通孔２ａに取着されて
いる固定部材９は光ファイバー部材１１を金属枠体２に
固定する際の下地固定部材として作用するとともに光半
導体素子４が励起した光を光ファイバー部材１１に伝達
させる作用をなし、その内側の一端には、例えば、透光
性部材１０が取着され、また外側の一端には光ファイバ
ー部材１１が取着接続される。

【００１８】前記筒状の固定部材９は鉄ーニッケルーコ
バルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成り、
例えば、鉄ーニッケル合金のインゴット（塊）をプレス
加工により筒状とすることによって形成される。

【００１９】また前記固定部材９はその内側の一端に、
例えば、透光性部材１０が取着されており、該透光性部
材１０は固定部材９の内部空間を塞ぎ、金属基体１と金
属枠体２と蓋部材３とから成る容器の気密封止を保持さ
せるとともに固定部材９の内部空間を伝達する光半導体
素子４の励起した光をそのまま固定部材９に取着接続さ
れる光ファイバー部材１１に伝達させる作用をなす。

【００２０】前記透光性部材１０は例えば、酸化珪素、
酸化鉛を主成分とした鉛系及びホウ酸、ケイ砂を主成分
としたホウケイ酸系の非晶質ガラスで形成されており、
該非晶質ガラスは結晶軸が存在しないことから光半導体
素子４の励起する光を透光性部材１０を通過させて光フ
ァイバー部材１１に授受させる場合、光半導体素子４の
励起した光は透光性部材１０で複屈折を起こすことはな
くそのまま光ファイバー部材１１に授受されることとな
り、その結果、光半導体素子４が励起した光の光ファイ
バー部材１１への授受が高効率となって光信号の伝送効
率を高いものとなすことができる。

【００２１】前記透光性部材１０の固定部材９への取着
は例えば、透光性部材１０の外周部に予めメタライズ層
を被着させておき、該メタライズ層と固定部材９とを金
一錫合金等のロウ材を介しロウ付けすることによって行
われる。この場合、透光性部材１０の固定部材９への取
着が金一錫合金等によるロウ付けにより行われることか
ら取着の信頼性が高いものとなり、これによって固定部
材９と透光性部材１０との取着部における光半導体素子
４を収容する容器の気密封止が完全となり、容器内部に
収容する光半導体素子４を長期間にわたり正常、かつ安
定に作動させることができる。

【００２２】また前記金属枠体２はその側部に切欠部２
ｂが形成されており、該切欠部２ｂには端子体６が挿着
されている。

【００２３】前記端子体６は酸化アルミニウム質焼結体
等の電気絶縁材料から成る絶縁体７と複数個の配線層
８、８ａとで形成され、配線層８、８ａを金属枠体２に
対し電気的絶縁をもって金属枠体２の内側から外側にか
けて配設する作用をなし、絶縁体７の側面に予め金属層
を被着させておくとともに該金属層を金属枠体２の切欠
部２ａ内壁面に銀ロウ等のロウ材を介し取着することに
よって金属枠体２の切欠部２ａに挿着される。

【００２４】前記端子体６の絶縁体７は、例えば、酸化
アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カル
シウム等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合
して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブ
レード法やカレンダーロール法によりシート状に成形し
てセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を
得、しかる後、前記セラミックグリーンシートに適当な
打ち抜き加工を施すとともに上下に複数枚積層し、高温
（約１６００℃）で焼成することによって製作される。

【００２５】また前記端子体６には金属枠体２の内側か
ら外側にかけて導出する複数個の配線層８、８ａが形成
されており、該配線層８、８ａの金属枠体２の内側に位
置する領域には光半導体素子４及び電子冷却素子５の各
電極がそれぞれリード１２を介して電気的に接続され、
また金属枠体２の外側に位置する領域には外部電気回路
と接続される外部リード端子１３がロウ材を介し取着さ
れている。

【００２６】前記配線層８、８ａは光半導体素子４およ
び電子冷却素子５の各電極を外部電気回路に接続する際
の導電路として作用し、光半導体素子４の電極が接続さ
れる配線層８はタングステンやモリブデン、マンガン等
で形成され、また電子冷却素子５が接続される配線層８
ａは２０乃至９０重量％タングステンー１０乃至８０重
量％レニウムで形成されている。

【００２７】前記タングステンやモリブデン、マンガ
ン、２０乃至９０重量％タングステンー１０乃至８０重
量％レニウム等から成る配線層８、８ａは、例えば、タ
ングステン等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合して得
た金属ペーストを絶縁体７となる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定パタ
ーンに印刷塗布しておくことによって絶縁体７に形成さ
れる。

【００２８】また前記電子冷却素子５の電極が接続され
る配線層８ａは２０乃至９０重量％タングステンー１０
乃至８０重量％レニウムで形成されており、該２０乃至
９０重量％タングステンー１０乃至８０重量％レニウム
はその抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃以下（室温〜
１００℃）と小さいことから配線層８ａに光半導体素子
４や電子冷却素子５等を作動させた際に生じる熱が作用
しても電気抵抗値が大きく変わることはなく、その結
果、電子冷却素子５に印加される電力も均一になるとと
もに電子冷却素子５による光半導体素子４の冷却も均一
となり、光半導体素子４の励起する光の波長を常に一定
として光通信を正確に行うことが可能となる。

【００２９】なお、前記配線層８ａをタングステンーレ
ニウムで形成する場合、タングステンの量が２０重量％
未満、レニウムの量が８０重量％を超えた際、あるいは
タングステンの量が９０重量％を超え、レニウムの量が
１０重量％未満の際、配線層８ａの抵抗温度係数が２０
００ｐｐｍ／℃（室温〜１００℃）を超える大きなもの
となって電子冷却素子５による光半導体素子４の冷却に
バラツキが発生してしまう。従って、前記配線層８ａを
タングステンーレニウムで形成する場合にはタングステ
ンの量は２０乃至９０重量％の範囲に、レニウムの量は
１０乃至８０重量％の範囲としておく必要がある。

【００３０】更に前記配線層８、８ａは、その露出する
表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材との
濡れ性に優れる金属を１μｍ〜２０μｍの厚みにメッキ
法により被着させておくと、配線層８、８ａの酸化腐蝕
を有効に防止することができるとともに配線層８、８ａ
へのリード１２の接続を強固となすことができる。従っ
て、前記配線層８、８ａは、その露出する表面にニッケ
ル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材との濡れ性に優れ
る金属を１μｍ〜２０μｍの厚みに被着させておくこと
が好ましい。

【００３１】また更に前記配線層８、８ａには外部リー
ド端子１３が銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着さ
れており、該外部リード端子１３は容器内部に収容する
光半導体素子４及び電子冷却素子５の各電極を外部電気
回路に電気的に接続する作用をなし、外部リード端子１
３を外部電気回路に接続することによって容器内部に収
容される光半導体素子４及び電子冷却素子５はリード１
２、配線層８、８ａ及び外部リード端子１３を介して外
部電気回路に接続されることとなる。

【００３２】前記外部リード端子１３は鉄ーニッケルー
コバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料から成
り、例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属材料
から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工
法等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の
形状に形成される。

【００３３】更に前記金属枠体２はその上面に、例え
ば、鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニツケル合金等
の金属材料から成る蓋部材３が接合され、これによって
金属基体１と金属枠体２と蓋部材３とからなる容器の内
部に光半導体素子４が気密に封止されることとなる。

【００３４】前記蓋部材３の金属枠体２上面への接合
は、例えば、シームウェルド法等の溶接によって行われ
る。

【００３５】かくして本発明の光半導体素子収納用パッ
ケージによれば、金属基体１の光半導体素子載置部１ａ
に光半導件素子４を間にペルチェ素子等の電子冷却素子
５を挟んで載置固定するとともに光半導体素子４及び電
子冷却素子５の各電極をリード１２を介して外部リード
端子３に電気的に接続し、次に金属枠体２の上面に蓋部
材３を接合させ、金属基体１と金属枠体２と蓋部材３と
から成る容器内部に光半導体素子４を収容し、最後に金
属枠体２に取着させた筒状の固定部材９に光ファイバー
部材１１を取着接続させることによって最終製品として
の光半導体装置となる。

【００３６】かかる光半導体装置は電子冷却素子５によ
り光半導体素子４を冷却しつつ光半導体素子４に外部電
気回路から供給される駆動信号によって光励起を起こさ
せ、該励起した光を透光性部材１０を介し光ファイバー
部材１１に授受させるとともに該光ファイバー部材１１
の光ファイバー内を伝達させることによって高速通信等
に使用される。なお、この場合、配線層８ａの抵抗温度
係数が２０００ｐｐｍ／℃以下（室温〜１００℃）であ
り、熱が作用しても大きな抵抗値変化がないことから電
子冷却素子５に供給される電力が均一となるとともに該
電子冷却素子５による光半導体素子４の冷却が均一とな
り、その結果、光半導体素子が励起する光の波長を一定
として極めて正確な光通信を行うことが可能となる。

【００３７】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では電
子冷却素子５が接続される配線層８ａのみ抵抗温度係数
を２０００ｐｐｍ／℃以下としたが、光半導体素子４が
接続される配線層８も抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／
℃以下となるようにしておいてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
によれば端子体に形成されている配線層のうちペルチェ
素子等の電子冷却素子が接続される配線層を、例えば、
２０乃至９０重量％のタングステンと、１０乃至８０重
量％のレニウムで形成し、抵抗温度係数を２０００ｐｐ
ｍ／℃以下（室温〜１００℃）としたことから配線層に
光半導体素子や電子冷却素子等を作動させた際に生じる
熱が作用しても電気抵抗値が大きく変わることはなく、
その結果、電子冷却素子に印加される電力も均一になる
とともに電子冷却素子による光半導体素子の冷却も均一
となり、光半導体素子の励起する光の波長を常に一定と
して光通信を正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージの一実
施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す半導体素子収納用パッケージの蓋部
材を除いた平面図である。

【符号の説明】

１・・・・・・・・金属基体 １ａ・・・・・・・載置部 ２・・・・・・・・金属枠体 ２ａ・・・・・・・貫通孔 ２ｂ・・・・・・・切欠部 ３・・・・・・・・蓋部材 ４・・・・・・・・光半導体素子 ５・・・・・・・・電子冷却素子 ６・・・・・・・・端子体 ７・・・・・・・・絶縁体 ８、８ａ・・・・・配線層 ９・・・・・・・・固定部材 １０・・・・・・・・透光性部材 １１・・・・・・・・光ファイバー部材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に光半導体素子が電子冷却素子を介し
   て載置される載置部を有する金属基体と、前記金属基体
   上に光半導体素子載置部を囲繞するようにして取着さ
   れ、側部に切欠部を有する金属枠体と、前記切欠部に挿
   着され、絶縁体に光半導体素子の各電極及び電子冷却素
   子の電極が電気的に接続される複数個の配線層が形成さ
   れている端子体と、前記金属枠体の上面に取着され、光
   半導体素子を気密に封止する蓋部材とからなる光半導体
   素子収納用パッケージであって、前記端子体に形成され
   ている配線層のうち少なくとも電子冷却素子の電極が接
   続される配線層の抵抗温度係数が２０００ｐｐｍ／℃以
   下（室温〜１００℃）であることを特徴とする光半導体
   素子収納用パッケージ。
2. 【請求項２】前記電子冷却素子の電極が接続される配線
   層が２０乃至９０重量％のタングステンと、１０乃至８
   ０重量％のレニウムから成ることを特徴とする請求項１
   に記載の光半導体素子収納用パッケージ。