JP3745828B2

JP3745828B2 - 光半導体素子用パッケージ

Info

Publication number: JP3745828B2
Application number: JP11135096A
Authority: JP
Inventors: 秀明村田; 和人小野; 幸雄風間; 正人坂田; 卓哉鈴木
Original assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Current assignee: THE FURUKAW ELECTRIC CO., LTD.
Priority date: 1996-05-02
Filing date: 1996-05-02
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2016-05-02
Also published as: JPH09298248A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信装置などに用いられる光半導体素子を収容する光半導体素子用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内部に半導体レーザ素子やフォトダイオードなどを搭載し、光通信装置などに用いられる光半導体素子用パッケージの一例を図７に示す。通常、この光半導体素子用パッケージ１は主要構成部材として、金属枠体２、セラミック端子３、金属底板４、リード５、シールリング６および光ファイバが取り付けられる窓枠７からなっている。
【０００３】
金属枠体２は、光半導体素子用パッケージ１の外形を形づくり、内部部品格納およびセラミック端子３や光ファイバを接合する基材としての役割を有している。この金属枠体２は、通常、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（通称、コバール）で構成されている。
【０００４】
金属底板４は、光半導体素子用パッケージ１の底部を形づくり、光半導体素子用パッケージ１の内部で発生した熱を効率よく外部へ放熱する機能を有している。この機能は、搭載する光半導体素子の特性が温度依存性をもつため、光半導体素子を一定の温度に保つ必要があるので、極めて重要である。
この金属底板４は通常、放熱性のよい銅−タングステン合金からなり、上面中央部に配置される光半導体素子を冷却するための冷却素子が搭載される載置部４ａを有する。また、金属底板４の両端には、光半導体素子用パッケージ１を外部部材に取り付けるためのネジ穴８が設けられている。
この金属底板４を金属枠体２にろう付け、一般には銀ろう付けして、光半導体素子用パッケージ１を組み立てると、熱膨張率の差により金属底板４の底面に反りが発生する。この状態で、光半導体素子用パッケージ１を外部部材にネジ穴８を利用してネジで固定すると、この反りが矯正されて、例えば半導体レーザ素子の光軸と窓枠７に取り付けられた光ファイバ（図示せず）との相対位置がずれてしまい、レーザ光の結合効率の低下につながる。
そこで、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、金属底板４のネジ穴８近傍の板厚を金属枠体２との接合部よりも薄くして、金属枠体２内の金属底板４が変形しないようにしている。さらに、外形の薄型化の要求に応えるために、載置部４ａの板厚を他の部分よりも薄くして、光半導体素子用パッケージ１全体の高さを低く抑えるようにしている。
【０００５】
セラミック端子３は、通常多層のアルミナセラミックスなどからなり、金属枠体２に銀ろうなどのろう材によって接合される。
【０００６】
光半導体素子用パッケージ１の組み立ては、以下のようにして行う。即ち、金属底板４の載置部４ａに冷却素子を取り付け、その上部に光半導体素子などを取り付け、セラミック端子３と各素子間をボンディングワイヤで接続し、シールリング６に蓋をつけて気密に封止する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の金属底板４を形成するためには、反りが小さい厚い板材を加工して載置部４ａを薄くし、また、板厚を薄くしてネジ穴８を加工するという、高精度でかつ様々な加工を施す必要がある。ところが、金属底板４を構成する銅−タングステン合金は高価な材料であり、また、難削材として知られており、その加工費は非常に高くなる。このように材料費および加工費が非常に高いため、銅−タングステン合金製の金属底板４は、光半導体素子用パッケージのコスト低減に対して大きな障壁になるという問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記問題点を解決すべくなされたもので、光半導体素子を搭載する金属底板と、前記金属底板と異なる材料からなる金属枠体とを有し、前記金属枠体が前記金属底板上に接合されて形成された光半導体素子用パッケージにおいて、金属底板は平板状をなし、金属枠体は、該金属枠体と一体に、かつ前記金属枠体の前記光半導体素子の光軸に平行な側壁の内側に突出して形成された補強部を有し、該補強部を含む金属枠体の下部において前記金属底板と接合されていることを特徴とするものである。
【０００９】
上述のように、金属枠体の金属底板との接合部分の内側に補強部を設けると、この光半導体素子用パッケージを金属底板部分で外部部材にネジ止めし、このネジ止め部分の金属底板の反りが矯正されても、金属枠体内部分の金属底板が変形することがないので、金属底板を薄い平坦な板で構成することができる。
従って、金属底板の材料として銅タングステン合金などの難削材を用いても、切削加工に多くの時間を要しないため、加工費を抑制することができる。一方、コバールなどからなる金属枠体には補強部を設けるため、加工費が増加するが、その程度は僅かである。例えば、金属枠体は公知の金属射出成形によりニアネットシェイプで形成すれば、比較的安価に作製できる。
なお、金属枠体に補強部を設けると、射出成形後の焼結時に変形が小さくなり、仕上げ加工が容易になるという利点もある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明にかかる光半導体素子用パッケージの第１の実施形態の金属枠体の平面図、正面断面図、正面図、側面断面図、側面図である。また、図２（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、同実施形態の金属底板の側面図および平面図である。さらに、図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、同実施形態の側面図および正面断面図である。
本実施形態において、金属枠体１２は厚さ１ｍｍのコバールからなり、金属射出成形法を用いてニアネットシェイプが形成され、機械加工によって図１に示す形状に加工される。金属枠体１２の金属底板１３との接合部は略直角四辺形をなしている。図中、１２ａは断面が略直角四辺形の補強部であり、金属枠体１２の長手方向の内側、下端に設けられている。また、１２ｂは光ファイバ（図示せず）を固定する窓枠である。なお、図１において、窓枠の詳細は省略した。
また、金属底板１３は銅−タングステン合金を機械加工した平板であり、両端に外部部材に取り付けるためのネジ孔１３ａが設けられており、表面にはＮｉめっきが施されている。
【００１１】
光半導体素子用パッケージ１１の組み立ては、先ず、金属枠体１２、金属底板１３とセラミック端子（図示せず）、シーリング（図示せず）、リード（図示せず）を、接合部分に銀ろう（ＢＡｇ−８）の箔を挟んでカーボン治具を用いて組み立て、固定保持し、連続式ベルト炉によって約８１０℃まで加熱し、銀ろう付けして組み立て部材を形成した。その後、表面にＡｕ／Ｎｉめっきを施した。
【００１２】
（第２の実施形態）
図４（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明にかかる光半導体素子用パッケージの第２の実施形態の金属枠体の平面図、正面断面図、正面図、側面断面図、側面図である。本実施形態において、金属底板は図２に示した第１の実施形態と同一のものとした。また、図５（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、同実施形態の側面図、正面断面図および側断面図である。なお、図４において、窓枠の詳細は省略した。
本実施形態の光半導体素子用パッケージ２１において、金属枠体２２の金属底板１３との接合部は略直角四辺形をなしている。この金属枠体２２には、長手方向の内側、下端に補強部２２ａが設けられ、また、幅方向の内側、下端に補強部２２ｂが設けられている。補強部２２ａ、ｂは断面が略直角四辺形をしている。２２ｃは光ファイバ（図示せず）を固定する窓枠である。その他については第１の実施形態と同一である。
【００１３】
（第３の実施形態）
図６（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明にかかる光半導体素子用パッケージ３１の第３の実施形態の側面図および正面断面図である。本実施形態において、金属底板は図２に示した第１の実施形態と同一のものとした。
本実施形態において、金属枠体３２には、金属枠体３２の長手方向の内側、下端に補強部３２ａが設けられている。この補強部３２ａは断面が略三角形状をなしている。その他については第１の実施形態と同一である。なお、図６において、窓枠の詳細は省略した。
【００１４】
【実施例】
前述の各実施形態について、補強部のサイズを変えて光半導体素子用パッケージのサンプルを製作した。金属枠体は厚さ１ｍｍのコバールから形成し、金属底板は銅タングステン合金から形成した。
（実施例１）
第１の実施形態に相当するものである。
図３に示すように、金属枠体１２の補強部１２ａは、長手方向の内側、下端に設けられている。金属枠体１２の長さＬは２０．８３ｍｍ、幅Ｗは１２．７ｍｍである。この補強部１２ａの厚さＴ、幅Ｘ、および銅−タングステン合金からなる金属底板１３の厚さｔを変えて、表１に示すサンプル１ａ〜ｃを作製した。
上記のサンプルを定盤上において、シックネスゲージで底面の反りを測定し、反りが３０μｍ以下であることを確認した。これらのサンプルに光半導体素子や光ファイバを取り付け、試料を外部部材にネジ止めして固定した。そうして、光半導体素子を駆動して光ファイバからの光出力を測定して、ネジ止め前後の光出力の変化を調べた。その結果、上記サンプルはいずれもこの光出力の変化が５％以下であり、良好であった。
なお、本実施例において、補強部１２ａの断面のサイズは上記サンプルに限定されることはない。例えば、図３に示すように、金属枠体１２は厚さｆ（ｆ≦１．５ｍｍ）、長手方向の長さがＬ（１０ｍｍ≦Ｌ≦３０ｍｍ）の略方形状をなし、その補強部１２ａは長手方向に設けられ、厚さＴ（Ｔ≧２ｔまたはＴ≧１．５ｍｍ）、幅Ｘ（Ｘ≧０．０５Ｌ）であればよい。
【００１５】
（実施例２）
第２の実施形態に相当するものである。
図５に示すように、金属枠体２２の補強部２２ａは、長手方向の内側、下端に設けられ、補強部２２ｂは幅方向の内側、下端に設けられている。金属枠体１２の長さＬおよび幅Ｗは実施例１と同一である。この補強部２２ａの厚さＴ、幅Ｘ、補強部２２ｂの厚さＴ、幅Ｙ、および銅−タングステン合金からなる金属底板１３の厚さｔを変えて、表１に示すサンプル２ａ〜ｃを作製した。これらのサンプルについて、実施例１と同様に光出力の変化を調べた。その結果、上記サンプルはいずれもこの光出力の変化が５％以下であり、良好であった。
なお、本実施例において、補強部２２ａの断面のサイズは上記サンプルに限定されることはない。例えば、図５に示すように、金属枠体２２は厚さｆ（ｆ≦１．５ｍｍ）、長手方向の長さがＬ（１０ｍｍ≦Ｌ≦３０ｍｍ）、幅がＷ（５ｍｍ≦Ｗ≦１５ｍｍ）の略方形状をなし、その補強部２２ａは長手方向および幅方向に設けられ、厚さＴ（Ｔ≧２ｔまたはＴ≧１．５ｍｍ）、長手方向の幅Ｘ（Ｘ≧０．０４５Ｌ）、幅方向の幅Ｙ（Ｙ≧０．０７Ｗ）であればよい。
【００１６】
（実施例３）
第３の実施形態に相当するものである。
図６に示すように、金属枠体３２の補強部３２ａは断面が三角形であって、長手方向の内側、下端に設けられている。金属枠体３２の長さＬおよび幅Ｗは実施例１と同一である。この補強部３２ａの厚さＴ、断面積Ｓ、および銅−タングステン合金からなる金属底板１３の厚さｔを変えて、表１に示すサンプル３ａ〜ｃを作製した。これらのサンプルについて、実施例１と同様に光出力の変化を調べた。その結果、上記サンプルはいずれもこの光出力の変化が５％以下であり、良好であった。
なお、本実施例において、補強部３２ａの断面のサイズは上記サンプルに限定されることはない。例えば、金属底板１３は厚さｔの銅タングステン合金板からなり、金属枠体は厚さｆ（ｆ≦１．５ｍｍ）、長手方向の長さがＬ（１０ｍｍ≦Ｌ≦３０ｍｍ）の略方形状をなし、その補強部は長手方向に設けられ、断面積ＳはＳ≧０．０９５・ｔ・Ｌであればよい。
【００１７】
【表１】

【００１８】
なお、上記実施例は本発明を具体化した一例であって、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。例えば、金属枠体および金属底板の材質は、それぞれコバールおよび銅−タングステン合金に限定されることはない。また、補強部の断面形状も上記実施例に限定されることはない。さらに、光ファイバを取り付ける窓枠には、種種の構造ものを適用できる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、光半導体素子を搭載する金属底板と、前記金属底板と異なる材料からなる金属枠体とを有し、前記金属枠体が前記金属底板上に接合されて形成された光半導体素子用パッケージにおいて、金属底板は平板状をなし、金属枠体は、該金属枠体と一体に、かつ前記金属枠体の前記光半導体素子の光軸に平行な側壁の内側に突出して形成された補強部を有し、該補強部を含む金属枠体の下部において前記金属底板と接合されているため、金属底板に銅−タングステン合金のような難削材を用いても、金属底板の材料費を節減し、その加工費を低減することができるので、それにともない光半導体素子用パッケージのコストを低減することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明にかかる光半導体素子用パッケージの第１の実施例における金属枠体の平面図、正面断面図、正面図、側面断面図、側面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、上記第１の実施例における金属底板の側面図および平面図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、上記光半導体素子用パッケージの第１の実施例の側面図および正面断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）はそれぞれ、本発明にかかる光半導体素子用パッケージの第２の実施例における金属枠体の平面図、正面断面図、正面図、側面断面図、側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、上記光半導体素子用パッケージの第２の実施例の側面図、正面断面図および側断面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明にかかる光半導体素子用パッケージの第３の実施例の側面図および正面断面図である。
【図７】従来の光半導体素子用パッケージの斜視図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、従来の金属枠体と金属底板を接合した状態の側面図、正面断面図および側面断面図である。
【符号の説明】
１１、２１、３１光半導体素子用パッケージ
１２、２２、３２金属枠体
１２ａ、２２ａ、２２ｂ、３２ａ補強部
１２ｂ、２２ｃ窓枠
１３金属底板
１３ａネジ穴

Claims

光半導体素子を搭載する金属底板と、前記金属底板と異なる材料からなる金属枠体とを有し、前記金属枠体が前記金属底板上に接合されて形成された光半導体素子用パッケージにおいて、金属底板は平板状をなし、金属枠体は、該金属枠体と一体に、かつ前記金属枠体の前記光半導体素子の光軸に平行な側壁の内側に突出して形成された補強部を有し、該補強部を含む金属枠体の下部において前記金属底板と接合されていることを特徴とする光半導体素子用パッケージ。
前記金属枠体は、該金属枠体と一体に、かつ前記金属枠体の前記光半導体素子の光軸に垂直な側壁の内側に突出して形成された補強部をさらに有し、前記光軸に平行な側壁の内側に突出して形成された補強部と前記光軸に垂直な側壁の内側に突出して形成された補強部の下部において前記金属底板と接合されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子用パッケージ。