JP4199486B2 - 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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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等に用いられ、光半導体素子を収納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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信に使用される電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）や光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を収納する光半導体素子収納用パッケージ（以下、光半導体パッケージともいう）には、光半導体素子と外部電気回路基板とを電気的に接続するための入出力端子として同軸コネクタが用いられている。
【０００３】
この同軸コネクタを具備した光半導体パッケージを図２に断面図で示す。同図において、21は基体、22は枠体、23は回路基板、25は蓋体、26は光ファイバの保持部材、30は同軸コネクタである。基体21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）合金等の金属から成る略四角形の板状体であり、その上面の略中央部には、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子28を搭載して成る回路基板23を載置する載置部21ａが形成されている。載置部21ａには、光半導体素子28が、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス等から成る回路基板23に搭載された状態で載置固定される。
【０００４】
なお、回路基板23に搭載された光半導体素子28は、その電極が、回路基板23に被着形成されている線路導体23ａにボンディングワイヤ29等を介して電気的に接続されている。
【０００５】
また、基体21の上面の外周部には載置部21ａを囲繞するようにして枠体22が設けられており、枠体22は基体21とともにその内側に光半導体素子28を収容する空所を形成する。この枠体22は、基体21と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等から成り、基体21と一体成形される、または基体21に銀（Ａｇ）ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接等の溶接法により接合されることによって基体21の上面の外周部に設けられる。
【０００６】
この枠体22の側部には光ファイバ27を枠体22内外を挿通させ枠体22の側部に保持するための円筒状の保持部材26が嵌着される円形の貫通穴22ａと、同軸コネクタ30が嵌着される円形の貫通穴22ｂとが形成されている。そして、貫通穴22ａに保持部材26を、貫通穴22ｂに同軸コネクタ30をそれぞれ嵌め込んで半田等の封着材を貫通穴22ａと貫通穴22ｂ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材を毛細管現象により、保持部材26と貫通穴22ａ内面との隙間に、および同軸コネクタ30と貫通穴22ｂ内面との隙間にそれぞれ充填させることにより、保持部材26が貫通穴22ａに、同軸コネクタ30が貫通穴22ｂに封着材を介してそれぞれ嵌着接合される。
【０００７】
同軸コネクタ30は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒状の外周導体30ａの中心軸部分に、信号線路としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る棒状の中心導体30ｂが絶縁体30ｃを介して固定されて成る。そして、接地導体としての外周導体30ａが封着材を介して枠体22に電気的に接続されており、特性インピーダンスに整合された同軸線路モードの信号線路を形成している。また、中心導体30ｂが半田等から成る導電性接着材を介して回路基板23の線路導体23ａに電気的に接続される。線路導体23ａは、所定の特性インピーダンスに整合されたマイクロストリップ線路となっている。
【０００８】
そして、枠体22の上面に蓋体25をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法によって接合し、基体21、枠体22および蓋体25から成る容器内部に光半導体素子28を収容し気密に封止することによって製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、光半導体素子28に同軸コネクタ30を介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、光半導体素子28に光を励起させ、励起した光を光ファイバ27で伝送させることによって、あるいは光ファイバ27を伝送する光を光半導体素子28に受光させ、光半導体素子28で受光された光に対応する電気信号を発生させるとともに発生した電気信号を同軸コネクタ30を介して取り出すことによって光通信に使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体パッケージにおいては、基体21に保持部材26を嵌着接合する際、枠体22に保持部材26の外径寸法よりも若干大きな内径寸法を有する貫通穴22ａを予め設けておき、この貫通穴22ａに保持部材26を挿通させるとともに貫通穴22ａの内面と保持部材26の外周面とを封着材を介して嵌着接合するため、保持部材26が貫通穴22ａの所定位置に対して0.05〜0.3ｍｍ程度ずれた位置に嵌着接合されてしまう場合があった。その場合、保持部材26の貫通孔に光ファイバ27を挿通し固定した場合、光ファイバ27の光入出射端面を光半導体素子28に対向させることができなくなって、光ファイバ27と光半導体素子28の光結合効率が劣化し、光ファイバ27と光半導体素子28との間で光信号を効率よく伝送できなくなるという問題点があった。
【００１０】
また、同軸コネクタ30についても、枠体22に外周導体30ａの外径寸法よりも若干大きな内径寸法を有する貫通穴22ｂを予め設けておき、この貫通穴22ｂ内に外周導体30ａを挿通させるとともに貫通穴22ｂの内面と外周導体30ａの外周面とを封着材を介して嵌着接合するため、同軸コネクタ30が貫通穴22ａの所定位置に対して0.05〜0.3ｍｍ程度ずれた位置に嵌着接合されてしまう場合があった。その場合、中心導体30ｂの枠体22内側の先端から光半導体素子28までの距離が長くなって、中心導体30ｂを伝送する高周波信号に反射損失や透過損失等の伝送損失が生じてしまい、高周波信号を効率よく伝送できなくなるという問題点があった。
【００１１】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光信号の伝送効率に優れ、かつ高周波信号の伝送効率に優れた光半導体パッケージを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置する載置部を有する樹脂製の基体と、該基体の側壁部の所定の位置に設けられた光ファイバを保持するための筒状の保持部材と、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに、前記基体の側壁部に設けられた貫通孔の内周面の全面に外周面の一部が直接密着して取着され、且つ、前記貫通孔から突出するように設けられた同軸コネクタと、前記光半導体素子と前記中心導体とを電気的に接続するための線路導体を有するとともに、該線路導体と前記中心導体とが、端部で接触するように設けられた回路基板と、を具備した。
【００１３】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、保持部材および同軸コネクタが、側壁部の貫通孔に挿通されるとともに貫通孔の内周面に外周面の一部が直接密着して取着されていることから、保持部材が確実に側壁部の所定位置に固定され、保持部材と光半導体素子とを正確に対向させることができ、その結果、保持部材の貫通孔に光ファイバを挿通させることによって光ファイバを光半導体素子に正確に対向させることができる。従って、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子との間で光信号を効率よく伝送させることができる。
【００１４】
また、同軸コネクタが確実に側壁部の所定位置に固定され、中心導体の側壁部の内側の先端から光半導体素子までの距離が長くなることを防止でき、中心導体を伝送する高周波信号の伝送損失を最小限に抑え、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００１５】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、前記基体の前記側壁部の厚さが0.5〜５ｍｍであり、前記保持部材の前記外周面の一部および前記同軸コネクタの前記外周導体の前記外周面の一部の算術平均粗さがそれぞれ0.4〜８μｍであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の側壁部の厚さが0.5〜５ｍｍであることから、保持部材および同軸コネクタが確実かつ強固に側壁部に固定される。また、保持部材の外周面の一部および同軸コネクタの外周導体の外周面の一部の算術平均粗さがそれぞれ0.4〜８μｍであることから、保持部材および同軸コネクタの外周面の一部がアンカー効果により樹脂から成る側壁部の貫通孔により強固に直接密着することになる。
【００１７】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記同軸コネクタに電気的に接続された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた、光信号および高周波信号の伝送効率に優れた高性能のものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の光半導体素子収納用パッケージを添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の光半導体パッケージの実施の形態の一例を示し、１は基体、２は基体１の側壁部、３は回路基板、５は蓋体、６は光ファイバの保持部材、７は光ファイバ、８は光半導体素子、10は同軸コネクタである。基体１と蓋体５とで内部に光半導体素子８を収容するための容器が基本的に構成される。
【００２０】
本発明の光半導体パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子８を載置する載置部１ａを有する樹脂製の基体１と、基体１の側壁部２の所定の位置に設けられた貫通孔に挿通されるとともに貫通孔の内周面に外周面の一部が直接密着して取着された光ファイバ７を保持するための筒状の保持部材６と、側壁部２の他の位置に設けられた貫通孔に挿通されるとともに貫通孔の内周面に外周面の一部が直接密着して取着された、筒状の外周導体10ａおよびその中心軸に設置された中心導体10ｂならびにそれらの間に介在させた絶縁体10ｃから成る同軸コネクタ10とを具備している。
【００２１】
本発明の基体１は、光半導体素子８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ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子８を載置するための載置部１ａを有しており、載置部１ａ上にシリコン（Ｓｉ）等の絶縁体から成り上面に線路導体３ａを有する回路基板３に搭載された状態で光半導体素子８が載置固定される。そして、基体１の側壁部２はその内側に光半導体素子８を収容するための空所を形成する。また基体１は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のエンジニアリングプラスチック等から成り、トランスファモールド法またはインジェクションモールド法により製作される。基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により形成する際に、保持部材６と同軸コネクタ10を予め金型内の所定位置にしておくことによって、側壁部２にその側壁部２を貫通した状態で一体的に取着される。
【００２２】
円筒状等の筒状の保持部材６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、略中央部に側壁部２の内外を貫通し、光ファイバ７を挿通させるための貫通孔を有している。例えば、保持部材６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等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の従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形状、寸法に形成される。
【００２３】
同軸コネクタ10は、光半導体パッケージ内部に収容する光半導体素子８を外部電気回路に電気的に接続するものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒状の外周導体10ａの中心軸に同じくＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る中心導体10ｂが絶縁体10ｃを介して固定された構造をしている。
【００２４】
中心導体10ｂは、光半導体素子８へ駆動信号を外部から伝送する、あるいは外部に電気信号を光半導体素子８に伝送するための高周波信号の伝送線路として作用する。中心導体10ｂの側壁部２内側の先端は、回路基板３の線路導体３ａに半田等の導電性接着材を介して電気的に接続され、線路導体３ａの中心導体10ｂに接続されない側の一端がボンディングワイヤ等の電気的接続手段９を介して光半導体素子８の電極に接続されることにより、光半導体素子８に接続される。また、中心導体10ｂの側壁部２の外側に突出する端部を外部電気回路に電気的に接続させることによって、光半導体素子８の各電極は外部リード端子４と中心導体10ｂを介し外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００２５】
保持部材６と同軸コネクタ10は、基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により形成する際に、側壁部２に一体的に取着されることから、保持部材６の外周面または同軸コネクタ10の外周面と側壁部２の貫通孔との間に隙間が生じず、保持部材６および同軸コネクタ10を側壁部２のそれぞれ所定位置に位置ずれをなくして取着させることができる。その結果、保持部材６と光半導体素子８とを正確に対向させることができ、保持部材６の貫通孔に光ファイバ７を挿通させることによって、光ファイバ７を光半導体素子８に正確に対向させ、光ファイバ７と光半導体素子８の光結合効率を良好なものとできる。また、同軸コネクタ10を側壁部２の他の位置に固定し、中心導体10ｂの側壁部２内側の先端から光半導体素子８までの距離が長くなるのを防止でき、中心導体10ｂを伝送する高周波信号の伝送損失を最小限に抑え、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００２６】
線路導体３ａおよび中心導体10ｂは、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をめっき法により所定厚み（１〜20μｍ）に被着させておくのがよく、線路導体３ａおよび中心導体10ｂの酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに、線路導体３ａおよび中心導体10ｂを伝送する高周波信号に伝送損失が発生するのを有効に防止して、高周波信号の伝送効率をより良好なものとさせることが可能となる。
【００２７】
保持部材６の貫通孔には、光ファイバ７を側壁部２の内外を貫通するように挿通させ、側壁部２内側の先端を光半導体素子８に対向させた状態で固定し、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等から成る樹脂接着材やＡｕ−Ｓｎ半田等の半田を貫通孔内面と光ファイバ外周面との間に充填し固化させることによって、光ファイバ７を固定する。この光ファイバ７は、一端を光半導体素子８の光出射部または受光部に対向させた状態で保持部材６に固定され保持されることによって、光半導体素子８が発する光信号を外部に伝送する、あるいは外部から伝送されてきた光信号を光半導体素子８に受光させるための光伝送路として機能する。
【００２８】
さらに、側壁部２の上面にはエポキシ樹脂やアクリル樹脂等から成る封止材を介して、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属等の材料から成る蓋体５が接合され、蓋体５で側壁部２の内側を塞ぐことよって基体１と蓋体５とで構成される容器内に光半導体素子８が収容される。
【００２９】
本発明において、基体１の側壁部２の厚さが0.5〜５ｍｍであることが好ましい。0.5ｍｍ未満では、保持部材６および同軸コネクタ10を確実かつ強固に側壁部２に固定するのが困難になる。５ｍｍを超えると、側壁部２が厚いため基体１が重量化し、また基体１の凹部の内容積が小さくなって光半導体素子８を収容するのが困難になったり、収容の作業性が悪くなる。
【００３０】
また、保持部材６および同軸コネクタ10の外周導体10ａの側壁部２の貫通孔に直接密着している外周面の一部の算術平均粗さが0.4〜８μｍであることが好ましい。0.4μｍ未満では、保持部材６および同軸コネクタ10の外周面の一部がアンカー効果により樹脂から成る側壁部２により強固に直接密着することが困難になる。８μｍを超えると、保持部材６および同軸コネクタ10の外周面の一部に対する樹脂の着きまわりが劣化して、その外周面の一部の周囲に隙間や空孔が発生し、保持部材６および同軸コネクタ10の密着性が劣化し易くなる。
【００３１】
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、基体１の載置部１ａに回路基板３に搭載された光半導体素子８を載置固定し、光半導体素子８の電極を線路導体３ａと電気的接続手段９を介して中心導体10ｂに電気的に接続し、光ファイバ７を保持部材６を介して光半導体素子８と対向するように側壁部２に固定し、しかる後、側壁部２の上面に蓋体５を封止材を介して接合し、基体１と蓋体５とから成る容器内部に光半導体素子８を収容することによって、製品としての光半導体装置が完成する。
【００３２】
この光半導体装置は光半導体素子８に中心導体10ｂを介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、光半導体素子８に光信号を励起させ、励起した光信号を保持部材６に保持された光ファイバ７に伝送させることによって、または保持部材６に保持された光ファイバ７を伝送する光信号を光半導体素子８に受光させ、光半導体素子８で受光された光信号に対応する電気信号を発生させ、その電気信号を中心導体10ｂを介して取り出すことによって光通信に使用される。
【００３３】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００３４】
図１に示した本発明の光半導体パッケージを、オルソクレゾールノボラック型エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法により以下のように作製した。上面に凹部が形成され、外形寸法が縦7.4ｍｍ×横13.2ｍｍ×高さ4.3ｍｍで底部の厚みが1.3ｍｍである略直方体状の基体１に、外周面の直径が２ｍｍの保持部材６と、外周導体10ａの外周面の直径が1.5ｍｍの同軸コネクタ10とを、側壁部２の対向する側部をそれぞれ貫通するようにして設けた。そして、基体１の側壁部２の厚さを0.3，0.4，0.5，0.8，１，３，５，７（ｍｍ）となるようにし、保持部材６および同軸コネクタ10の外周導体10ａの側壁部２に直接密着している外周面の一部の算術平均粗さを0.1，0.2，0.3，0.4，0.8，1.6，3.2，6.4，８，10（μｍ）となるようにして、合計80種類のサンプルを各10個作製した。
【００３５】
これら80種類のサンプルを、温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−201Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−40℃〜85℃）を１サイクル（７時間）加えた。そして、これらのサンプルをＭＩＬ−ＳＴＤ883の方法に準じて、125℃としたフロロカーボン溶液中に60秒間浸しグロスリーク（バブルリーク）試験を行ない評価した。フロロカーボン溶液中に浸したサンプルを10倍の光学顕微鏡で観察し、気泡を検知したものを不良品とした。このグロスリーク試験により不良品となったサンプルの不良率を表１に示す。
【００３６】
【表１】
【００３７】
表１より、基体１の側壁部２の厚さが0.5〜７ｍｍで、保持部材６および同軸コネクタ10の外周導体10ａの側壁部２の貫通孔に直接密着している外周面の部分の算術平均粗さが0.4〜８μｍであるとき、保持部材６および同軸コネクタ10を良好に側壁部２に保持できることが判った。
【００３８】
なお、側壁部２の厚さは光半導体パッケージを小型化するために５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態および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る。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置する載置部を有する樹脂製の基体と、該基体の側壁部の所定の位置に設けられた光ファイバを保持するための筒状の保持部材と、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに、前記基体の側壁部に設けられた貫通孔の内周面の全面に外周面の一部が直接密着して取着され、且つ、前記貫通孔から突出するように設けられた同軸コネクタと、前記光半導体素子と前記中心導体とを電気的に接続するための線路導体を有するとともに、該線路導体と前記中心導体とが、端部で接触するように設けられた回路基板と、を具備したことにより、保持部材が確実に側壁部の所定位置に固定され、保持部材と光半導体素子とを正確に対向させることができ、その結果、保持部材の貫通孔に光ファイバを挿通させることによって光ファイバを光半導体素子に正確に対向させることができる。従って、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子との間で光信号を効率よく伝送させることができる。
【００４１】
また、同軸コネクタが確実に側壁部の所定位置に固定され、中心導体の側壁部の内側の先端から光半導体素子までの距離が長くなることを防止でき、中心導体を伝送する高周波信号の伝送損失を最小限に抑え、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００４２】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、基体の側壁部の厚さが0.5〜５ｍｍであり、保持部材の外周面の一部および同軸コネクタの外周導体の外周面の一部の算術平均粗さがそれぞれ0.4〜８μｍであることにより、保持部材および同軸コネクタの外周面の一部がアンカー効果により樹脂から成る側壁部により強固に直接密着することになる。
【００４３】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに同軸コネクタに電気的に接続された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた、光信号および高周波信号の伝送効率に優れた高性能のものとなる。
【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について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】従来の光半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：側壁部
６：保持部材
７：光ファイバ
８：光半導体素子
10：同軸コネクタ
10ａ：外周導体
10ｂ：中心導体
10ｃ：絶縁体
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等に用いられ、光半導体素子を収納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装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信に使用される電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）や光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を収納する光半導体素子収納用パッケージ（以下、光半導体パッケージともいう）には、光半導体素子と外部電気回路基板とを電気的に接続するための入出力端子として同軸コネクタが用いられている。
【０００３】
この同軸コネクタを具備した光半導体パッケージを図２に断面図で示す。同図において、21は基体、22は枠体、23は回路基板、25は蓋体、26は光ファイバの保持部材、30は同軸コネクタである。基体21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）合金等の金属から成る略四角形の板状体であり、その上面の略中央部には、ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子28を搭載して成る回路基板23を載置する載置部21ａが形成されている。載置部21ａには、光半導体素子28が、例えばアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）セラミックス等から成る回路基板23に搭載された状態で載置固定される。
【０００４】
なお、回路基板23に搭載された光半導体素子28は、その電極が、回路基板23に被着形成されている線路導体23ａにボンディングワイヤ29等を介して電気的に接続されている。
【０００５】
また、基体21の上面の外周部には載置部21ａを囲繞するようにして枠体22が設けられており、枠体22は基体21とともにその内側に光半導体素子28を収容する空所を形成する。この枠体22は、基体21と同様にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＣｕ−Ｗ合金等から成り、基体21と一体成形される、または基体21に銀（Ａｇ）ろう等のろう材を介してろう付けされる、またはシーム溶接等の溶接法により接合されることによって基体21の上面の外周部に設けられる。
【０００６】
この枠体22の側部には光ファイバ27を枠体22内外を挿通させ枠体22の側部に保持するための円筒状の保持部材26が嵌着される円形の貫通穴22ａと、同軸コネクタ30が嵌着される円形の貫通穴22ｂとが形成されている。そして、貫通穴22ａに保持部材26を、貫通穴22ｂに同軸コネクタ30をそれぞれ嵌め込んで半田等の封着材を貫通穴22ａと貫通穴22ｂ内の隙間に挿入し、しかる後、加熱して封着材を溶融させ、溶融した封着材を毛細管現象により、保持部材26と貫通穴22ａ内面との隙間に、および同軸コネクタ30と貫通穴22ｂ内面との隙間にそれぞれ充填させることにより、保持部材26が貫通穴22ａに、同軸コネクタ30が貫通穴22ｂに封着材を介してそれぞれ嵌着接合される。
【０００７】
同軸コネクタ30は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒状の外周導体30ａの中心軸部分に、信号線路としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る棒状の中心導体30ｂが絶縁体30ｃを介して固定されて成る。そして、接地導体としての外周導体30ａが封着材を介して枠体22に電気的に接続されており、特性インピーダンスに整合された同軸線路モードの信号線路を形成している。また、中心導体30ｂが半田等から成る導電性接着材を介して回路基板23の線路導体23ａに電気的に接続される。線路導体23ａは、所定の特性インピーダンスに整合されたマイクロストリップ線路となっている。
【０００８】
そして、枠体22の上面に蓋体25をろう付け法やシームウエルド法等の溶接法によって接合し、基体21、枠体22および蓋体25から成る容器内部に光半導体素子28を収容し気密に封止することによって製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、光半導体素子28に同軸コネクタ30を介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、光半導体素子28に光を励起させ、励起した光を光ファイバ27で伝送させることによって、あるいは光ファイバ27を伝送する光を光半導体素子28に受光させ、光半導体素子28で受光された光に対応する電気信号を発生させるとともに発生した電気信号を同軸コネクタ30を介して取り出すことによって光通信に使用される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体パッケージにおいては、基体21に保持部材26を嵌着接合する際、枠体22に保持部材26の外径寸法よりも若干大きな内径寸法を有する貫通穴22ａを予め設けておき、この貫通穴22ａに保持部材26を挿通させるとともに貫通穴22ａの内面と保持部材26の外周面とを封着材を介して嵌着接合するため、保持部材26が貫通穴22ａの所定位置に対して0.05〜0.3ｍｍ程度ずれた位置に嵌着接合されてしまう場合があった。その場合、保持部材26の貫通孔に光ファイバ27を挿通し固定した場合、光ファイバ27の光入出射端面を光半導体素子28に対向させることができなくなって、光ファイバ27と光半導体素子28の光結合効率が劣化し、光ファイバ27と光半導体素子28との間で光信号を効率よく伝送できなくなるという問題点があった。
【００１０】
また、同軸コネクタ30についても、枠体22に外周導体30ａの外径寸法よりも若干大きな内径寸法を有する貫通穴22ｂを予め設けておき、この貫通穴22ｂ内に外周導体30ａを挿通させるとともに貫通穴22ｂの内面と外周導体30ａの外周面とを封着材を介して嵌着接合するため、同軸コネクタ30が貫通穴22ａの所定位置に対して0.05〜0.3ｍｍ程度ずれた位置に嵌着接合されてしまう場合があった。その場合、中心導体30ｂの枠体22内側の先端から光半導体素子28までの距離が長くなって、中心導体30ｂを伝送する高周波信号に反射損失や透過損失等の伝送損失が生じてしまい、高周波信号を効率よく伝送できなくなるという問題点があった。
【００１１】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光信号の伝送効率に優れ、かつ高周波信号の伝送効率に優れた光半導体パッケージを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置する載置部を有する樹脂製の基体と、該基体の側壁部の所定の位置に設けられた光ファイバを保持するための筒状の保持部材と、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに、前記基体の側壁部に設けられた貫通孔の内周面の全面に外周面の一部が直接密着して取着され、且つ、前記貫通孔から突出するように設けられた同軸コネクタと、前記光半導体素子と前記中心導体とを電気的に接続するための線路導体を有するとともに、該線路導体と前記中心導体とが、端部で接触するように設けられた回路基板と、を具備した。
【００１３】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、保持部材および同軸コネクタが、側壁部の貫通孔に挿通されるとともに貫通孔の内周面に外周面の一部が直接密着して取着されていることから、保持部材が確実に側壁部の所定位置に固定され、保持部材と光半導体素子とを正確に対向させることができ、その結果、保持部材の貫通孔に光ファイバを挿通させることによって光ファイバを光半導体素子に正確に対向させることができる。従って、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子との間で光信号を効率よく伝送させることができる。
【００１４】
また、同軸コネクタが確実に側壁部の所定位置に固定され、中心導体の側壁部の内側の先端から光半導体素子までの距離が長くなることを防止でき、中心導体を伝送する高周波信号の伝送損失を最小限に抑え、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００１５】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、前記基体の前記側壁部の厚さが0.5〜５ｍｍであり、前記保持部材の前記外周面の一部および前記同軸コネクタの前記外周導体の前記外周面の一部の算術平均粗さがそれぞれ0.4〜８μｍであることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の側壁部の厚さが0.5〜５ｍｍであることから、保持部材および同軸コネクタが確実かつ強固に側壁部に固定される。また、保持部材の外周面の一部および同軸コネクタの外周導体の外周面の一部の算術平均粗さがそれぞれ0.4〜８μｍであることから、保持部材および同軸コネクタの外周面の一部がアンカー効果により樹脂から成る側壁部の貫通孔により強固に直接密着することになる。
【００１７】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記同軸コネクタに電気的に接続された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた、光信号および高周波信号の伝送効率に優れた高性能のものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の光半導体素子収納用パッケージを添付図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の光半導体パッケージの実施の形態の一例を示し、１は基体、２は基体１の側壁部、３は回路基板、５は蓋体、６は光ファイバの保持部材、７は光ファイバ、８は光半導体素子、10は同軸コネクタである。基体１と蓋体５とで内部に光半導体素子８を収容するための容器が基本的に構成される。
【００２０】
本発明の光半導体パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子８を載置する載置部１ａを有する樹脂製の基体１と、基体１の側壁部２の所定の位置に設けられた貫通孔に挿通されるとともに貫通孔の内周面に外周面の一部が直接密着して取着された光ファイバ７を保持するための筒状の保持部材６と、側壁部２の他の位置に設けられた貫通孔に挿通されるとともに貫通孔の内周面に外周面の一部が直接密着して取着された、筒状の外周導体10ａおよびその中心軸に設置された中心導体10ｂならびにそれらの間に介在させた絶縁体10ｃから成る同軸コネクタ10とを具備している。
【００２１】
本発明の基体１は、光半導体素子８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ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子８を載置するための載置部１ａを有しており、載置部１ａ上にシリコン（Ｓｉ）等の絶縁体から成り上面に線路導体３ａを有する回路基板３に搭載された状態で光半導体素子８が載置固定される。そして、基体１の側壁部２はその内側に光半導体素子８を収容するための空所を形成する。また基体１は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のエンジニアリングプラスチック等から成り、トランスファモールド法またはインジェクションモールド法により製作される。基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により形成する際に、保持部材６と同軸コネクタ10を予め金型内の所定位置にしておくことによって、側壁部２にその側壁部２を貫通した状態で一体的に取着される。
【００２２】
円筒状等の筒状の保持部材６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、略中央部に側壁部２の内外を貫通し、光ファイバ７を挿通させるための貫通孔を有している。例えば、保持部材６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等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の従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形状、寸法に形成される。
【００２３】
同軸コネクタ10は、光半導体パッケージ内部に収容する光半導体素子８を外部電気回路に電気的に接続するものであり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る円筒状の外周導体10ａの中心軸に同じくＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る中心導体10ｂが絶縁体10ｃを介して固定された構造をしている。
【００２４】
中心導体10ｂは、光半導体素子８へ駆動信号を外部から伝送する、あるいは外部に電気信号を光半導体素子８に伝送するための高周波信号の伝送線路として作用する。中心導体10ｂの側壁部２内側の先端は、回路基板３の線路導体３ａに半田等の導電性接着材を介して電気的に接続され、線路導体３ａの中心導体10ｂに接続されない側の一端がボンディングワイヤ等の電気的接続手段９を介して光半導体素子８の電極に接続されることにより、光半導体素子８に接続される。また、中心導体10ｂの側壁部２の外側に突出する端部を外部電気回路に電気的に接続させることによって、光半導体素子８の各電極は外部リード端子４と中心導体10ｂを介し外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００２５】
保持部材６と同軸コネクタ10は、基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により形成する際に、側壁部２に一体的に取着されることから、保持部材６の外周面または同軸コネクタ10の外周面と側壁部２の貫通孔との間に隙間が生じず、保持部材６および同軸コネクタ10を側壁部２のそれぞれ所定位置に位置ずれをなくして取着させることができる。その結果、保持部材６と光半導体素子８とを正確に対向させることができ、保持部材６の貫通孔に光ファイバ７を挿通させることによって、光ファイバ７を光半導体素子８に正確に対向させ、光ファイバ７と光半導体素子８の光結合効率を良好なものとできる。また、同軸コネクタ10を側壁部２の他の位置に固定し、中心導体10ｂの側壁部２内側の先端から光半導体素子８までの距離が長くなるのを防止でき、中心導体10ｂを伝送する高周波信号の伝送損失を最小限に抑え、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００２６】
線路導体３ａおよび中心導体10ｂは、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をめっき法により所定厚み（１〜20μｍ）に被着させておくのがよく、線路導体３ａおよび中心導体10ｂの酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに、線路導体３ａおよび中心導体10ｂを伝送する高周波信号に伝送損失が発生するのを有効に防止して、高周波信号の伝送効率をより良好なものとさせることが可能となる。
【００２７】
保持部材６の貫通孔には、光ファイバ７を側壁部２の内外を貫通するように挿通させ、側壁部２内側の先端を光半導体素子８に対向させた状態で固定し、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等から成る樹脂接着材やＡｕ−Ｓｎ半田等の半田を貫通孔内面と光ファイバ外周面との間に充填し固化させることによって、光ファイバ７を固定する。この光ファイバ７は、一端を光半導体素子８の光出射部または受光部に対向させた状態で保持部材６に固定され保持されることによって、光半導体素子８が発する光信号を外部に伝送する、あるいは外部から伝送されてきた光信号を光半導体素子８に受光させるための光伝送路として機能する。
【００２８】
さらに、側壁部２の上面にはエポキシ樹脂やアクリル樹脂等から成る封止材を介して、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属等の材料から成る蓋体５が接合され、蓋体５で側壁部２の内側を塞ぐことよって基体１と蓋体５とで構成される容器内に光半導体素子８が収容される。
【００２９】
本発明において、基体１の側壁部２の厚さが0.5〜５ｍｍであることが好ましい。0.5ｍｍ未満では、保持部材６および同軸コネクタ10を確実かつ強固に側壁部２に固定するのが困難になる。５ｍｍを超えると、側壁部２が厚いため基体１が重量化し、また基体１の凹部の内容積が小さくなって光半導体素子８を収容するのが困難になったり、収容の作業性が悪くなる。
【００３０】
また、保持部材６および同軸コネクタ10の外周導体10ａの側壁部２の貫通孔に直接密着している外周面の一部の算術平均粗さが0.4〜８μｍであることが好ましい。0.4μｍ未満では、保持部材６および同軸コネクタ10の外周面の一部がアンカー効果により樹脂から成る側壁部２により強固に直接密着することが困難になる。８μｍを超えると、保持部材６および同軸コネクタ10の外周面の一部に対する樹脂の着きまわりが劣化して、その外周面の一部の周囲に隙間や空孔が発生し、保持部材６および同軸コネクタ10の密着性が劣化し易くなる。
【００３１】
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、基体１の載置部１ａに回路基板３に搭載された光半導体素子８を載置固定し、光半導体素子８の電極を線路導体３ａと電気的接続手段９を介して中心導体10ｂに電気的に接続し、光ファイバ７を保持部材６を介して光半導体素子８と対向するように側壁部２に固定し、しかる後、側壁部２の上面に蓋体５を封止材を介して接合し、基体１と蓋体５とから成る容器内部に光半導体素子８を収容することによって、製品としての光半導体装置が完成する。
【００３２】
この光半導体装置は光半導体素子８に中心導体10ｂを介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、光半導体素子８に光信号を励起させ、励起した光信号を保持部材６に保持された光ファイバ７に伝送させることによって、または保持部材６に保持された光ファイバ７を伝送する光信号を光半導体素子８に受光させ、光半導体素子８で受光された光信号に対応する電気信号を発生させ、その電気信号を中心導体10ｂを介して取り出すことによって光通信に使用される。
【００３３】
【実施例】
本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施例を以下に説明する。
【００３４】
図１に示した本発明の光半導体パッケージを、オルソクレゾールノボラック型エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法により以下のように作製した。上面に凹部が形成され、外形寸法が縦7.4ｍｍ×横13.2ｍｍ×高さ4.3ｍｍで底部の厚みが1.3ｍｍである略直方体状の基体１に、外周面の直径が２ｍｍの保持部材６と、外周導体10ａの外周面の直径が1.5ｍｍの同軸コネクタ10とを、側壁部２の対向する側部をそれぞれ貫通するようにして設けた。そして、基体１の側壁部２の厚さを0.3，0.4，0.5，0.8，１，３，５，７（ｍｍ）となるようにし、保持部材６および同軸コネクタ10の外周導体10ａの側壁部２に直接密着している外周面の一部の算術平均粗さを0.1，0.2，0.3，0.4，0.8，1.6，3.2，6.4，８，10（μｍ）となるようにして、合計80種類のサンプルを各10個作製した。
【００３５】
これら80種類のサンプルを、温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−201Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−40℃〜85℃）を１サイクル（７時間）加えた。そして、これらのサンプルをＭＩＬ−ＳＴＤ883の方法に準じて、125℃としたフロロカーボン溶液中に60秒間浸しグロスリーク（バブルリーク）試験を行ない評価した。フロロカーボン溶液中に浸したサンプルを10倍の光学顕微鏡で観察し、気泡を検知したものを不良品とした。このグロスリーク試験により不良品となったサンプルの不良率を表１に示す。
【００３６】
【表１】
表１より、基体１の側壁部２の厚さが0.5〜７ｍｍで、保持部材６および同軸コネクタ10の外周導体10ａの側壁部２の貫通孔に直接密着している外周面の部分の算術平均粗さが0.4〜８μｍであるとき、保持部材６および同軸コネクタ10を良好に側壁部２に保持できることが判った。
【００３８】
なお、側壁部２の厚さは光半導体パッケージを小型化するために５ｍｍ以下とするのが好ましい。
【００３９】
なお、本発明は上述の実施の形態および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る。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置する載置部を有する樹脂製の基体と、該基体の側壁部の所定の位置に設けられた光ファイバを保持するための筒状の保持部材と、筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに、前記基体の側壁部に設けられた貫通孔の内周面の全面に外周面の一部が直接密着して取着され、且つ、前記貫通孔から突出するように設けられた同軸コネクタと、前記光半導体素子と前記中心導体とを電気的に接続するための線路導体を有するとともに、該線路導体と前記中心導体とが、端部で接触するように設けられた回路基板と、を具備したことにより、保持部材が確実に側壁部の所定位置に固定され、保持部材と光半導体素子とを正確に対向させることができ、その結果、保持部材の貫通孔に光ファイバを挿通させることによって光ファイバを光半導体素子に正確に対向させることができる。従って、光ファイバと光半導体素子との光結合効率を良好なものとし、光ファイバと光半導体素子との間で光信号を効率よく伝送させることができる。
【００４１】
また、同軸コネクタが確実に側壁部の所定位置に固定され、中心導体の側壁部の内側の先端から光半導体素子までの距離が長くなることを防止でき、中心導体を伝送する高周波信号の伝送損失を最小限に抑え、高周波信号を効率よく伝送させることができる。
【００４２】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、基体の側壁部の厚さが0.5〜５ｍｍであり、保持部材の外周面の一部および同軸コネクタの外周導体の外周面の一部の算術平均粗さがそれぞれ0.4〜８μｍであることにより、保持部材および同軸コネクタの外周面の一部がアンカー効果により樹脂から成る側壁部により強固に直接密着することになる。
【００４３】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともに同軸コネクタに電気的に接続された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲に接合された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた、光信号および高周波信号の伝送効率に優れた高性能のものとなる。
【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について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】従来の光半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：載置部
２：側壁部
６：保持部材
７：光ファイバ
８：光半導体素子
10：同軸コネクタ
10ａ：外周導体
10ｂ：中心導体
10ｃ：絶縁体
Claims (3)
- 上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置する載置部を有する樹脂製の基体と、
該基体の側壁部の所定の位置に設けられた光ファイバを保持するための筒状の保持部材と、
筒状の外周導体およびその中心軸に設置された中心導体ならびにそれらの間に介在させた絶縁体から成るとともに、前記基体の側壁部に設けられた貫通孔の内周面の全面に外周面の一部が直接密着して取着され、且つ、前記貫通孔から突出するように設けられた同軸コネクタと、
前記光半導体素子と前記中心導体とを電気的に接続するための線路導体を有するとともに、該線路導体と前記中心導体とが、端部で接触するように設けられた回路基板と、
を具備した光半導体素子収納用パッケージ。 - 前記基体の前記側壁部の厚みは、０．５〜５ｍｍであり、
前記保持部材の前記外周面の一部および前記同軸コネクタの前記外周面の一部の算術平均粗さがそれぞれ０．４〜８μｍであることを特徴とする請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージ。 - 請求項１又は請求項２に記載の光半導体素子収納用パッケージと、
前記載置部に載置固定されるとともに、前記同軸コネクタに電気的に接続された光半導体素子と、
前記基体の上面の前記凹部の周囲に接合された蓋体と、
を具備したことを特徴とする光半導体装置。
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