JP4493285B2

JP4493285B2 - Optical semiconductor element storage package and optical semiconductor device

Info

Publication number: JP4493285B2
Application number: JP2003151448A
Authority: JP
Inventors: 将章宮原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-05-28
Filing date: 2003-05-28
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2023-05-28
Also published as: JP2004356334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体デバイスに使用する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、光通信分野で用いられているＬＤ（レーザーダイオード）やＰＤ（フォトダイオード）等の光半導体素子を収納するための光半導体装置を図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。ここで図４（ａ）は光半導体装置の断面図であり、図４（ｂ）は蓋体を外した状態での上面図であり、図４（ｃ）は下面図である。
【０００３】
従来の光半導体装置は、上面の中央部に光半導体素子Ｓ’の搭載部１０１ａを有するとともにこの搭載部１０１ａの近傍に上面から下面にかけて形成された直径０．５〜２ｍｍの貫通孔１０１ｂを有する、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る円板状の金属基板１０１と、貫通孔１０１ｂに挿通され、少なくとも下面側の端部が貫通孔１０１ｂから突出するように封止材１０２を介して固定された、上面側の端部が光半導体素子Ｓ’の電極と電気的に接続される、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る金属製端子１０３と、搭載部１０１ａに搭載されてその電極が金属製端子１０３の上面側の端部と電気的に接続された光半導体素子Ｓ’と、主面にその一辺から対向する他辺にかけて形成された直線状の配線導体１０４を有し、金属基板１０１に配線導体１０４と金属製端子１０３の下面側に突出した部位とが平行かつ対向して接合するように取着された絶縁基板１０５とを具備している。
【０００４】
なお、封止材１０２は絶縁ガラスから成り、この封止材１０２によって金属基板１０１と金属製端子１０３とが電気的に絶縁されている。また、金属基板１０１に形成された貫通孔１０１ｂの内径は金属基板１０１の上面から下面にかけて同一径となっている。また、光半導体素子Ｓ’は、金属基板１０１に２００〜４００℃の融点を有する金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）等の低融点ろう材によりろう付け固定され、光半導体素子Ｓ’の電極がボンディングワイヤ１０６を介して金属端子１０３に電気的に接続される。
【０００５】
また、金属基板１０１の上面には、外周端から幅１ｍｍ以内の外周部に、光半導体素子Ｓ’の保護を目的として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る第１の蓋体１０７ａがＹＡＧレーザ溶接、シーム溶接またはろう付け等により固定され、そして、金属基板１０１の上面に第１の蓋体１０７ａを、例えばＹＡＧレーザで溶接，接合し、さらに光半導体素子Ｓ’に対向する部位に光ファイバ１０８が固定される第２の蓋体１０７ｂを接合することにより、製品としての光半導体装置となる。
【０００６】
この光半導体装置は、外部電気回路（図示せず）から供給される駆動信号によって光半導体素子Ｓ’を光励起させ、励起した光を戻り光防止用の光アイソレータ（図示せず）を介して光ファイバ１０８に授受させるとともに光ファイバ１０８内を伝達させることによって、大容量の光通信等に使用される。そして、その適応範囲は４０ｋｍ以下の伝送距離、かつ２．５Ｇｂｐｓ（Giga bit per second）以下の伝送容量の範囲で多用されている。
【０００７】
近年、４０ｋｍ以下の伝送距離での高速通信に対する需要が急激に増加しており、高速大容量伝送に関する研究開発が進められている。とりわけ、光通信装置において光信号を発信する光半導体装置等の光発信装置が注目されており、光信号の高出力化と高速化が伝送容量を向上させるための課題となっている。
【０００８】
従来の光半導体装置の光出力は０．２〜０．５ｍＷ程度であり、光半導体素子は５ｍＷ程度の駆動電力であった。しかし、より大出力の光半導体装置では、光出力が１ｍＷのレベルまで向上してきており、また、光半導体素子も１０ｍＷ以上の駆動電力が要求されている。さらに、従来の光半導体装置に用いられていた高周波信号は２．４Ｇｂｐｓ程度であったが、１０Ｇｂｐｓ程度まで向上してきており、より高出力化および高速化が要求されてきている。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１３０２６６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の光半導体素子収納用パッケージに１０ｍＷ以上の駆動電力および１０ＧＨｚ程度の高周波信号で駆動される光半導体素子を搭載した、光出力が１ｍＷ程度の光半導体装置を構成しようとすると、光半導体素子と金属製端子との特性インピーダンスのばらつきが大きいため、光半導体素子が正常に作動し難く、特に１０Ｇｂｐｓ以上の高周波信号を損失を小さくして円滑に伝送することが困難であるという問題点があった。
【００１１】
これは、金属製端子の金属基板の貫通孔から突出した部位が同軸構造となっておらず、そのため、伝送される高周波信号の周波数が高くなると、同軸構造になっていない部分の特性インピーダンスが大きくなり、かつ信号の伝播モードにずれを生じ、絶縁基板の配線導体と金属製端子間の特性インピーダンスのギャップおよび信号の伝播モードのずれが非常に大きくなることによるものであり、その結果、高周波信号の入出力時における反射損失が大きくなり、光半導体素子の作動性が劣化してしまうことによるものである。
【００１２】
すなわち、従来の構成では、金属基板、金属製端子の貫通孔の内部に位置する部位およびマイクロストリップ線路構造である配線導体での高周波信号の伝播モードはＴＥＭ（Transverse Electro Magnetic）モードであり、それに対して、金属製端子の金属基板の貫通孔から突出した部位であって、配線導体との接合部以外の部位の伝播モードはＴＥ（Transverse Electric）モードであり、このため高周波信号はＴＥＭモード、ＴＥモード、ＴＥＭモードと伝播モードが変化するため、伝播モードの変化部で特性インピーダンスがステップ状に変化し、高周波信号の反射損失が大きくなってしまう問題点を有していた。
【００１３】
また、従来の光半導体素子収納用パッケージにおいては、光半導体素子と金属製端子とを電気的に接続するボンディングワイヤのＬ成分（誘導性成分）が非常に大きいために、ボンディングワイヤの特性インピーダンスが非常に大きくなって高周波信号の損失の原因となり、その結果、ボンディングワイヤを介することで高周波信号の損失および信号の伝播モードのずれが非常に大きくなってしまい、高周波信号の入出力時における反射損失が大きくなり、具体的には１０ＧＨｚ程度の高周波信号における反射損失が−１５ｄＢ以上と大きなものとなってしまうという問題点も有していた。
【００１４】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、高周波信号の反射損失を低減することが可能な光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を提供することにある。
【００１５】
【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、上面に光半導体素子が搭載される金属基板と、該金属基板の下面に接合され、表面に配線導体が形成された絶縁基板と、前記金属基板が有する貫通孔に封止材を介して固定されて、前記金属基板の下面側に突出した部位が前記配線導体上に配置されており、前記金属基板の上面側の端部が前記光半導体素子と電気的に接続される、前記金属基板の前記貫通孔から前記配線導体上にかけての径が同じである金属製端子と、前記金属基板の前記下面に接合され、前記金属製端子を覆う金属製部材とを備え、前記金属製部材と前記配線導体および前記金属製端子との間の距離は、前記金属製部材が前記金属基板と接合されている側が反対側と比べて短いことを特徴とする。
【００１６】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、高周波信号の伝送時に、金属製端子の下面側に突出した部位の特性インピーダンスが、金属製端子の金属基板の貫通孔内に位置し、同軸構造となっている部位の特性インピーダンスと絶縁基板の配線導体の特性インピーダンスとの間の大きさであるとともに、特性インピーダンスを滑らかに変化させることができるため、金属製端子の特性インピーダンスと配線導体の特性インピーダンスとの急激な変化を抑えることができ、反射損失を極めて小さくすることができ、その結果、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を良好に抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の損失を非常に小さくして伝送することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上記構成において、前記金属製端子と前記光半導体素子とは、長さが０．１〜２ｍｍのボンディングワイヤを介して電気的に接続されることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、金属製端子の上面側の端部が、光半導体素子の電極に、長さが０．１〜２ｍｍのボンディングワイヤを介して電気的に接続される場合には、ボンディングワイヤはそのＬ成分（誘電性成分）および特性インピーダンスが非常に小さなものとなり、その結果、光半導体素子への高周波信号の入出力時における反射損失を−１５ｄＢ以下と小さくすることができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で伝送することが可能となる。
【００１９】
さらに、本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上記構成において、前記金属基板に形成された前記貫通孔は、前記金属基板の前記上面側が前記下面側と比べて径が小さく形成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、貫通孔は、金属基板の下面側に大径部を、上面側に大径部と同軸で連なる小径部を有し、金属製端子が大径部に封止材を介して固定されている場合には、金属製端子は大径部で十分な量の封止材により貫通孔の内面に固定されるので気密封止が良好なものとなり、また、金属製端子を小径部の開口を基準として位置決めすることにより位置精度よく金属基板に封止材を介して固定でき、貫通孔の内面や屋根状部材である金属製部材と良好な同軸構造とすることができる。さらに、ボンディングワイヤの長さを、封止材の気密封止を劣化させることなく、容易に０．１〜２ｍｍとすることができる。
【００２１】
また、本発明の光半導体装置は、上記の光半導体素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されてその電極が前記金属製端子の前記上面側の端部と電気的に接続された光半導体素子とを具備していることを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の光半導体装置によれば、上記の光半導体素子収納用パッケージと、搭載部に搭載されてその電極が金属製端子の上面側の端部と電気的に接続された光半導体素子とを具備していることから、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を良好に抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の伝送損失を小さくして伝送することが可能な半導体装置とすることができる。
【００２３】
【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および光半導体装置について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
図１（ａ）は、本発明の光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を搭載して成る光半導体装置の実施の形態の一例を示した断面図であり、図１（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）に示す光半導体装置の蓋体を外した状態での上面図および下面図である。
【００２５】
これらの図において、光半導体素子収納用パッケージは、金属基板１と、金属基板１の下面に接合され、表面に配線導体４が形成された絶縁基板５と、金属基板１が有する貫通孔１ｂに封止材２を介して固定されて、金属基板１の下面側に突出した部位が配線導体４上に配置された金属製端子３と、金属基板１の下面に接合され、金属製端子３を覆う金属製部材（屋根状部材）Ｔとを備えている。また、光半導体装置は、光半導体素子収納用パッケージの金属製端子３と電気的に接続された光半導体素子Ｓを、金属基板１の上面に備えている。
【００２６】
金属基板１は、光半導体素子Ｓを搭載するとともに搭載する光半導体素子Ｓが発生する熱を放散する機能を有し、その形状が円形状，半円形状，四角形状等で、厚みが０．５〜２ｍｍの平板状であり、その上面には光半導体素子Ｓを搭載する搭載部１ａを有するとともに搭載部１ａの近傍には上面から下面にかけて形成された直径０．５〜２ｍｍの貫通孔１ｂを有する。
【００２７】
なお、貫通孔１ｂの大きさが０．５ｍｍ未満の場合は、金属製端子３を封止する封止材２の、貫通孔１ｂ内面−金属製端子３間の厚みが薄いものとなり、あるいは封止材２が貫通孔１ｂ内面−金属製端子３間に入り込むことが困難となり気密不良を発生し易くなる傾向がある。他方、２．０ｍｍを超えると、金属基板１に搭載する光半導体素子Ｓの配置の設計自由度が小さくなり、そのため半導体素子収納用パッケージや半導体装置の大きさが不要に大きいものになり小型化をすることが困難となる傾向がある。従って、貫通孔１ｂの大きさは０．５〜２．０ｍｍが好ましい。
【００２８】
このような金属基板１は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えば金属基板１がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工方法を施すことによって所定形状に製作される。
【００２９】
また、金属基板１の表面には耐食性に優れ、かつ、ろう材との濡れ性に優れた厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層とをめっき法により順次被着させておくと、金属基板１が酸化腐食するのを有効に防止するとともに各部品を金属基板１に良好にろう付けすることができる。
【００３０】
なお、金属基板１の厚みは０．５ｍｍ以上が好ましく、厚みが０．５ｍｍ未満の場合、後述する第１の蓋体７ａや第２の蓋体７ｂを金属基体１に溶接する際に、溶接の条件（温度等）により金属基板１が曲がったりして変形し易くなる傾向があり、２ｍｍを超えると半導体素子収納用パッケージや半導体装置の厚みが不要に厚いものとなり小型化をすることが困難となる傾向がある。従って、金属基体１の厚みは０．５〜２ｍｍが好ましい。
【００３１】
なお、図１（ａ）〜（ｃ）には、半導体素子Ｓを１個搭載し、貫通孔１ｂを１個形成した例を示しているが、複数の半導体素子Ｓを搭載し、複数の貫通孔１ｂを形成してもよい。また、ここでいう光半導体素子Ｓとは、具体的にはＬＤやＰＤ、ＶＣＳＥＬ等の光半導体素子をいい、これらはＡｕ−Ｓｎ等の金属ろう材を介して金属基板１に搭載される。
【００３２】
金属基板１に形成された貫通孔１ｂには、長さが１．５〜２２ｍｍで、直径が０．１〜１ｍｍのピン状の金属製端子３が封止材２を介して固定されている。金属製端子３は、光半導体素子Ｓが送受信する電気信号を外部電気回路（図示せず）に伝送する機能を有する。なお、金属製端子３は、少なくとも金属基板１の下面側の端部が貫通孔１ｂから１〜２０ｍｍ程度突出するように、貫通孔１ｂに封止材２を介して固定されており、金属基板１の下面側に突出した部位が後述する絶縁基板５に形成された配線導体４と電気的に接続される。
【００３３】
なお、金属製端子３の金属基板１の上面側の端部は中央部に比べて径大のネールヘッドとなっており、また、端面は平坦で金属基板１の上面と平行あるいは上面より高い位置に位置しており、光半導体素子Ｓにボンディングワイヤ６等の電気的接続手段を介して接続される。
【００３４】
このような金属製端子３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えば金属製端子３がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、このインゴットを圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工方法を施すことによって、長さが１．５〜２２ｍｍ、直径が０．１〜１ｍｍのピン状に製作される。
【００３５】
なお、金属製端子３の金属基板１の下面に突出した部位の長さが１ｍｍ未満であると、後述する配線導体４とろう材等を用いて強固に接合することが困難となる傾向があり、２０ｍｍを超えると、絶縁基板５の長さが不要に長いものとなり、光半導体素子収納用パッケージや光半導体装置を小型化することが困難となる傾向がある。従って、金属製端子３は、少なくとも金属基板１の下面側の端部が貫通孔１ｂから１〜２０ｍｍ程度突出するように、金属基板１に固定することが好ましい。また、図１に示すように、ピン状である金属製端子３は、金属基板１の貫通孔１ｂから配線導体４上にかけての径が同じである。
【００３６】
また、封止材２は、金属基板１と金属製端子３との絶縁間隔を確保するとともに、金属製端子３を金属基板１の貫通孔１ｂに固定する機能を有し、通常、ガラスやセラミックスなどの無機材料が用いられる。
【００３７】
なお、金属製端子３は、例えば厚みが金属基板１の厚みと同等で、外径が貫通孔１ｂの径より小さく、内径が金属製端子３の外径より大きいガラス製のリングを貫通孔１ｂに挿入するとともにリングに金属製端子３を挿入し、しかる後、ガラスを所定の温度で加熱，溶融することにより、金属製端子３の外周面が貫通孔１ｂの内面に気密に固定される。
【００３８】
また、金属基板１の下面には、主面にその一辺から対向する他辺にかけて被着された直線状の配線導体４を有する四角平板状の絶縁基板５が、配線導体４を金属製端子３の下面側に突出した部位に平行に接合させて取着されている。
【００３９】
絶縁基板５は、配線導体４を支持する機能を有し、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、酸化アルミニウム質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，炭化珪素質焼結体，窒化珪素質焼結体，ガラス−セラミックス等の無機材料から成る。例えば、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、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セラミック原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤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ブレード法を採用してシート状に成形することにより複数枚のセラミックグリーンシートを得て、しかる後、これらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工，積層加工，切断加工を施すことにより絶縁基板５用の生セラミック成形体を得るとともに、この生セラミック成形体を約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００４０】
配線導体４は、光半導体素子Ｓおよび外部電気回路間の電気信号を伝送する機能を有し、絶縁基板５の主面に、その一辺から対向する他辺にかけて直線状に形成されている。
【００４１】
このような配線導体４は、絶縁基板５がポリイミド樹脂やエポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂から成る場合は、一般に銅めっきにより形成され、絶縁基板５が酸化アルミニウム質焼結体等の無機材料から成る場合は、タングステンやモリブデン、マンガン等から成る。例えば、絶縁基板５が酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、タングステンの粉末に有機溶剤，溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、あらかじめ主面となるセラミックグリーンシートにスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布し、セラミックグリーンシートを焼成することによって絶縁基板５の主面に形成される。
【００４２】
なお、配線導体４はその表面に、酸化防止のためおよび金属製端子３等を強固に接続するために、厚みが０．５〜９μｍのＮｉ層や厚さ０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をめっき法により順次被着させておくことが好ましい。
【００４３】
また、絶縁基板５は、配線導体４の表面に半田や温度が２００〜４００℃に融点を有するＡｕ−Ｓｎ等の低融点ろう材を従来周知のスクリーン印刷法を用いて印刷し、次に、金属製端子３を固定した金属基板１を配線導体４と金属製端子３の金属基板１の下面側に突出した部位とを平行かつ対向するように載置し、しかる後、２００〜４００℃の温度で加熱することにより金属基板１に固定される。
【００４４】
そして、図１に示すように、絶縁基板５の主面に、金属製端子３の下面側に突出した部位を絶縁基板５の主面で同軸状に囲む、金属基板１と電気的に接続された金属製の屋根状部材Ｔが設けられており、屋根状部材Ｔと配線導体４および金属製端子３との間の距離は、屋根状部材Ｔが金属基板１と接合されている側が反対側と比べて短い。
【００４５】
これにより、高周波信号の伝送時に、金属製端子３の下面側に突出した部位の特性インピーダンスが、金属製端子３の金属基板１の貫通孔１ｂ内に位置し、同軸構造となっている部位の特性インピーダンスと絶縁基板５の配線導体４の特性インピーダンスとの中間の大きさであるとともに、特性インピーダンスを滑らかに変化させることができるため、金属製端子３の特性インピーダンスと配線導体４の特性インピーダンスとの急激な変化を抑えることができ、反射損失を極めて小さくすることができ、その結果、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を良好に抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして伝送することが可能となる。
【００４６】
なお、金属製の屋根状部材Ｔは、金属製端子３の金属基板１の下面側に突出した部位の側面を隙間を介在させて覆う構造として形成されており、その長さが１〜２０ｍｍ程度であり、特性インピーダンスの整合性の観点からは、絶縁基板５の主面から配線導体４側で、金属製端子３の金属基板１の下面側に突出した部位全体を同軸状に覆うことが重要である。
【００４７】
屋根状部材Ｔは、厚みが０．５〜２ｍｍ程度で、その断面が、円環形状を半分に切った半円環形状、外周および内周が矩形状や三角形状，多角形状のもの、さらには外周または内周のいずれか一方が半円形状，矩形状，三角形状，多角形状で他方がその他の形状のもの等が用いられる。
【００４８】
また、屋根状部材Ｔの内周面は、図５に示すように、金属基板１から遠ざかるに従って漸次金属製端子３から離れるように形成されているのがよい。これにより、屋根状部材Ｔで覆われている金属製端子３の特性インピーダンスをより滑らかに変化させることができ、金属製端子３を伝送する高周波信号の損失を著しく減少させることができる。
【００４９】
このような内周面が金属基板１から遠ざかるに従って漸次金属製端子３から離れるように形成された屋根状部材Ｔは、例えば、内周面が階段状や直線状、曲面状に傾斜しており、より特性インピーダンスの変化を滑らかにするという観点からは、曲面状に傾斜しているのがよい。
【００５０】
また、屋根状部材Ｔは、図５に示すように、金属製端子３側の一端部の内周面が金属基板１の貫通孔１ｂの開口よりも内側、即ち金属製端子３により接近しているのがよい。これにより、金属基板１と絶縁基板５との境界における金属製端子３のインピーダンスの変化をより滑らかにして高周波信号の損失を減少させることができる。つまり、金属製端子３は、金属基板１の内部に位置する部位では誘電体から成る封止材２に覆われているのに対し、絶縁基板５に位置する部位では封止材２よりも誘電率が低い空気層によって覆われているため、この封止材２と空気層との誘電率の急激な変化に対応させるため、屋根状部材Ｔをより金属製端子３に近づけることで、インピーダンスの変化をより小さくすることができる。
【００５１】
このような金属製の屋根状部材Ｔは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金のインゴットを切削加工やＭＩＭ（メタル・インジェクション・モールド）等の従来周知の金属加工方法を施すことによって所定形状に製作される。
【００５２】
そして、金属製の屋根状部材Ｔは、金属基板１および絶縁基板５の主面にあらかじめ被着したメタライズ層等の金属層に、７００〜９００℃の融点を有する銀（Ａｇ）−銅（Ｃｕ）等のろう材により接合される。なお、その表面には耐食性に優れ、かつろう材との濡れ性に優れた厚さ０．５〜９μｍのＮｉ層と厚さ０．５〜５μｍの金（Ａｕ）層をめっき法により順次被着させておくことが好ましく、金属製の屋根状部材Ｔが酸化腐食するのを有効に防止するとともに、良好にろう付けすることができる。
【００５３】
なお、金属製の屋根状部材Ｔは、上述の金属基板１と一体成形してもよく、金属基板１と金属製の屋根状部材Ｔとを一体成形する場合は、前述した切削加工やＭＩＭ等の従来周知の金属加工方法等により製作される。
【００５４】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいては、金属製端子３の上面側の端部が、光半導体素子Ｓの電極に長さが０．１〜２ｍｍのボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されることが好ましい。
【００５５】
これにより、ボンディングワイヤ６はそのＬ成分（誘電性成分）および特性インピーダンスが非常に小さなものとなり、その結果、光半導体素子Ｓへの高周波信号の入出力時における反射損失を−１５ｄＢ以下と小さくすることができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で伝送することが可能となる。
【００５６】
なお、ボンディングワイヤ６の長さが２ｍｍを超えると、ボンディングワイヤ６のＬ成分が大きくなり過ぎ、良好な特性インピーダンスが得られなくなり、光半導体素子Ｓを正常に作動させることが困難となる傾向がある。また、ボンディングワイヤ６の長さが０．１ｍｍ未満の場合は、光半導体素子Ｓおよび金属製端子３間のボンディング引回し作業が困難となり、ボンディング接合が不十分となる可能性がある。従って、ボンディングワイヤ６の長さを０．１〜２ｍｍの長さとすることが好ましい。
【００５７】
また、ボンディングワイヤ６の長さを０．１〜２ｍｍとするには、金属製端子３の上面側の端面の高さ位置と半導体素子Ｓの表面の高さ位置とが同じになるように金属製端子３を金属基体１に固定し、さらに半導体素子Ｓの電極と金属製端子３とを接触しない程度の距離を空けて近接して配置すればよい。また、例えば、金属製端子３と半導体素子Ｓの電極との距離を０．７ｍｍとし、ボンディングワイヤ６のループ高さを０．１５ｍｍにすることにより、ボンディングワイヤ６の長さを０．８ｍｍ程度とすることができる。
【００５８】
さらに、本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいては、図２に断面図で示すように、貫通孔１ｂが下面側に大径部Ａを、上面側に大径部Ａと同軸で連なる小径部Ｂを有し、金属製端子３が大径部Ａに封止材２を介して固定されていることが好ましい。
【００５９】
これにより、金属製端子３は大径部Ａで十分な量の封止材２により貫通孔１ｂの内面に固定されるので気密封止が良好なものとなり、また、金属製端子３を小径部Ｂの開口を基準として位置決めすることにより位置精度よく金属基板１に封止材２を介して固定でき、貫通孔１ｂの内面や屋根状部材Ｔと良好な同軸構造とすることができる。なお、大径部Ａの直径は、封止材２を十分に充填させて気密封止を良好にするという観点からは、金属製端子３の直径より０．５〜１ｍｍ程度大きいことが好ましく、小径部Ｂの直径は、光半導体素子Ｓを金属製端子３により近づけるという観点からは、金属製端子３の直径より０．１〜０．２ｍｍ程度大きくすることが好ましい。
【００６０】
また、封止材２は、少なくとも大径部Ａに充填されていればよいが、小径部Ｂにも充填されていてもよい。
【００６１】
さらに、貫通孔１ｂの大径部Ａの長さは、金属基板１の厚みの３０％以上が好ましい。大径部Ａの長さが金属基板１の厚みの３０％未満となると、封止材２の量が不十分となって良好な気密封止が困難となる傾向がある。
【００６２】
なお、下面側に大径部Ａを、上面側に大径部Ａと同軸で連なる小径部Ｂを有する貫通孔１ｂは、金属基板１に小径部Ｂと同径の貫通孔を打抜き法を用いて形成した後、大径部Ａとなる部分を切削加工法を用いて切削することにより形成される。また、金属製端子３を貫通孔１ｂの大径部Ａに封止材２を用いて固定するには、例えば厚みが大径部Ａの厚みと同等で、外径が大径部Ａの直径より若干小さく、内径が金属製端子３の外径より若干大きいガラス製のリングを貫通孔１ｂの大径部Ａに挿入するとともにリングに金属製端子３を挿入し、しかる後、ガラスを所定の温度で加熱，溶融することにより、金属製端子３の外周面が貫通孔１ｂの大径部Ａの内面に気密に固定される。
【００６３】
そして、本発明の光半導体装置は、上述の光半導体素子収納用パッケージの搭載部１ａに光半導体素子ＳをＡｕ−Ｓｎの低融点ろう材を介して実装し、しかる後、その電極を金属製端子３の上面側の端部とボンディングワイヤ６等の電気的接続部材を介して接続することにより製作される。
【００６４】
本発明の光半導体装置によれば、上記の半導体素子収納用パッケージと、搭載部１ａに搭載されてその電極が金属製端子３の上面側の端部と電気的に接続された光半導体素子Ｓとを具備していることから、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を良好に抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして伝送することが可能な半導体装置とすることができる。
【００６５】
なお通常は、金属基板１の上面には、外周端から幅１ｍｍ以内の外周部に、光半導体素子Ｓの保護を目的として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成る第１の蓋体７ａがＹＡＧレーザ溶接、シーム溶接またはろう付け等により固定され、そして、金属基板１の上面に第１の蓋体７ａを、例えばＹＡＧレーザで溶接，接合し、さらに第１の蓋体７の外周部（鍔状部）に、光ファイバ８と戻り光防止用の光アイソレータ（図示せず）とが樹脂接着剤で接着された第２の蓋体７ｂをＹＡＧレーザ溶接等で接合することによって、製品としての光半導体装置となる。
【００６６】
かくして、本発明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よれば、絶縁基板５の主面に、金属製端子３の下面側に突出した部位を絶縁基板５の主面から配線導体４側で同軸状に囲む、金属基板１と電気的に接続された金属製の屋根状部材Ｔが設けられていることから、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を良好に抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を伝送損失を小さくして伝送することが可能な光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置となる。
【００６７】
なお、本発明は、上述の実施の形態の一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。
【００６８】
【実施例】
本発明の光半導体装置を、次に述べる評価用の試料と比較用の試料とを作製して評価した。
【００６９】
本発明の光半導体装置を以下のように構成した。まず、主面に配線導体４および接地導体となるパターンをＣｕめっきした、厚み１．６ｍｍ×縦３０ｍｍ×横１５ｍｍのポリイミド樹脂からなる絶縁基板５を作製した。絶縁基板５は、比誘電率が４．１、配線導体４の幅は０．７ｍｍ、長さが１８．８ｍｍ、厚みが０．０３ｍｍであった。
【００７０】
次に、金属の母材を切削加工して、長さが５ｍｍで、金属基板に接する側の内周の直径が１．４ｍｍ、他方の側を３．１２ｍｍの半円錐状の屋根状部材Ｔが一体化して成る、厚みが１ｍｍで、直径が５．６ｍｍの円板状の金属基板１を製作した。金属基板１の中央部には、打ち抜き加工により、金属製端子３を気密封止するための直径が１ｍｍの貫通孔１ｂを形成した。さらに金属基板１の表面には、厚み２μｍのＮｉ層と厚さ２μｍのＡｕ層をめっき法により順次被着した。
【００７１】
そして、金属基板１の貫通孔１ｂに金属製端子３を挿入し、封止材２であるガラスで接合することにより、気密封止した。その後、金属基板１の搭載部１ａに光半導体素子ＳであるＶＣＳＥＬをＡｕ−Ｓｎにてろう付けして搭載し、光半導体素子Ｓと金属製端子３とをボンディングワイヤ６にて電気的に接続した。一方、金属製端子３と配線導体４とを半田で電気的に接続した。なお、ボンディングワイヤ６の長さは、１ｍｍとした。
【００７２】
そして、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る第１の蓋体７ａを金属基板１の上面の外周部にシーム溶接により接合して気密封止し、しかる後、この第１の蓋体７ａの外周端部に、光ファイバ８と光アイソレータとを樹脂接着剤で接着した第２の蓋体７ｂをＹＡＧレーザ溶接により接合し、評価用の光半導体装置を作製した。
【００７３】
次に、比較用の試料は、上述の評価用の試料から金属製の屋根状部材Ｔを長さが５ｍｍで、内周の直径が２．３ｍｍの半円筒状のものに変更したものを用いた。
【００７４】
評価用および比較用の試料について、周波数を変化させて反射損失Ｓ１１を測定した結果を図３（ａ）および（ｂ）に示す。ここで図３（ａ）は本発明の光半導体装置の、図３（ｂ）は比較例である両端面の開口の大きさが等しい半円筒状の屋根部材Ｔを用いた光半導体装置の反射損失Ｓ１１の測定結果である。なお、図３（ａ）および（ｂ）において、横軸は周波数であり、縦軸は反射損失Ｓ１１である。
【００７５】
図３（ａ）より、本発明の光半導体装置は、５〜２０ＧＨｚでの特性インピーダンスのばらつきによる反射損失Ｓ１１を−１５ｄＢ以下に抑制できることが判った。一方、図３（ｂ）より、比較例である両端面の開口の大きさが等しい半円筒状の屋根部材Ｔを用いた光半導体装置は、５〜２０ＧＨｚにおいて特性インピーダンスのばらつきにより反射損失Ｓ１１が−１５ｄＢを超えることがわかった。
【００７６】
【発明の効果】
本発明の半導体素子収納用パッケージによれば、上面に光半導体素子が搭載される金属基板と、金属基板の下面に接合され、表面に配線導体が形成された絶縁基板と、金属基板が有する貫通孔に封止材を介して固定されて、金属基板の下面側に突出した部位が配線導体上に配置されており、金属基板の下面側の端部が光半導体素子と電気的に接続される、金属基板の貫通孔から配線導体上にかけての径が同じである金属製端子と、金属基板の下面に接合され、金属製端子を覆う金属製部材とを備え、金属製部材と配線導体および金属製端子との間の距離は、金属製部材が金属基板と接合されている側が反対側と比べて短いことにより、高周波信号の伝送時に、金属製端子の下面側に突出した部位の特性インピーダンスが、金属製端子の金属基板の貫通孔内に位置し、同軸構造となっている部位の特性インピーダンスと絶縁基板の配線導体の特性インピーダンスとの間の大きさであるとともに、特性インピーダンスを滑らかに変化させることができるため、金属製端子の特性インピーダンスと配線導体の特性インピーダンスとの急激な変化を抑えることができ、反射損失を極めて小さくすることができ、その結果、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を良好に抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の損失を非常に小さくして伝送することが可能となる。
【００７７】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、金属製端子と光半導体素子とが、長さが０．１〜２ｍｍのボンディングワイヤを介して電気的に接続される場合には、ボンディングワイヤはそのＬ成分（誘電性成分）および特性インピーダンスが非常に小さなものとなり、その結果、光半導体素子への高周波信号の入出力時における反射損失を−１５ｄＢ以下と小さくすることができ、１０ＧＨｚ以上の高周波信号を低損失で伝送することが可能となる。
【００７８】
さらに、本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、金属基板に形成された貫通孔は、金属基板の上面側が下面側と比べて径が小さく形成されている場合には、金属製端子は大径部で十分な量の封止材により貫通孔の内面に固定されるので気密封止が良好なものとなり、また、金属製端子を小径部の開口を基準として位置決めすることにより位置精度よく金属基板に封止材を介して固定でき、貫通孔の内面や屋根状部材と良好な同軸構造とすることができる。さらに、ボンディングワイヤの長さを、封止材の気密封止を劣化させることなく、容易に０．１〜２ｍｍとすることができる。
【００７９】
また、本発明の光半導体装置によれば、上記の光半導体素子収納用パッケージと、搭載部に搭載されてその電極が金属製端子の上面側の端部と電気的に接続された光半導体素子とを具備していることから、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の挿入損失や反射損失を良好に抑制でき、１０ＧＨｚ以上の高周波信号の伝送損失を小さくして伝送することが可能な半導体装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明の光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を実装して成る光半導体装置の実施の形態の一例の断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ（ａ）の蓋体を外した状態での上面図および下面図である。
【図２】本発明の光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を実装して成る光半導体装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図３】本発明の半導体装置および従来の半導体装置における周波数と反射損失Ｓ１１との関係を示した図である。
【図４】（ａ）は、従来の光半導体装置の断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、それぞれ（ａ）の蓋体を外した状態での上面図および下面図である。
【図５】本発明の光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子を実装して成る光半導体装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・金属基板
１ａ・・・・・・搭載部
１ｂ・・・・・・貫通孔
Ａ・・・・・・・大径部
Ｂ・・・・・・・小径部
２・・・・・・・封止材
３・・・・・・・金属製端子
４・・・・・・・配線導体
５・・・・・・・絶縁基板
６・・・・・・・ボンディングワイヤ
Ｓ・・・・・・・光半導体素子
Ｔ・・・・・・・金属製の屋根状部材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an optical semiconductor element housing package and an optical semiconductor device used for an optical semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, LD (laser diode) and PD (photodiode) used in the optical communication field.-4 (a), 4 (b), and 4 (c) show an optical semiconductor device for housing an optical semiconductor element such as (d). Here, FIG.Is lightCross-sectional view of semiconductor deviceAndFIG. 4B is a top view with the lid removed.AndFIG. 4 (c)Is belowFIG.
[0003]
  The conventional optical semiconductor device has a mounting portion 101a for the optical semiconductor element S ′ at the center of the upper surface and a through hole 101b having a diameter of 0.5 to 2 mm formed from the upper surface to the lower surface in the vicinity of the mounting portion 101a. The disc-shaped metal substrate 101 made of a metal such as iron (Fe) -nickel (Ni) -cobalt (Co) alloy or Fe-Ni alloy and the through hole 101b are inserted, and at least the end on the lower surface side penetrates. An Fe-Ni-Co alloy or Fe-Ni alloy whose end on the upper surface side, which is fixed via the sealing material 102 so as to protrude from the hole 101b, is electrically connected to the electrode of the optical semiconductor element S '. A metal terminal 103 made of a metal such as an optical semiconductor element S ′ mounted on the mounting portion 101a and having an electrode electrically connected to an end portion on the upper surface side of the metal terminal 103; Opposite It has a linear wiring conductor 104 formed on the other side, and is attached to the metal substrate 101 so that the wiring conductor 104 and the portion protruding to the lower surface side of the metal terminal 103 are joined in parallel and facing each other. And an insulating substrate 105.
[0004]
  The sealing material 102 is made of insulating glass, and the metal substrate 101 and the metal terminal 103 are electrically insulated by the sealing material 102. In addition, the inner diameter of the through hole 101 b formed in the metal substrate 101 is the same from the upper surface to the lower surface of the metal substrate 101. The optical semiconductor element S ′ is brazed to the metal substrate 101 with a low melting point brazing material such as gold (Au) -tin (Sn) having a melting point of 200 to 400 ° C., and the electrode of the optical semiconductor element S ′ is fixed. It is electrically connected to the metal terminal 103 via the bonding wire 106.
[0005]
  Further, on the upper surface of the metal substrate 101, a first lid 107a made of Fe—Ni—Co alloy or the like is provided on the outer peripheral portion within a width of 1 mm from the outer peripheral end for the purpose of protecting the optical semiconductor element S ′. The first lid 107a is fixed to the upper surface of the metal substrate 101 by welding, seam welding, brazing, or the like, and is welded and joined with, for example, a YAG laser, and further, an optical fiber is attached to a portion facing the optical semiconductor element S ′. By joining the second lid 107b to which 108 is fixed, an optical semiconductor device as a product is obtained.
[0006]
  In this optical semiconductor device, an optical semiconductor element S ′ is optically excited by a drive signal supplied from an external electric circuit (not shown), and the excited light is transmitted through an optical isolator (not shown) for returning light. The optical fiber 108 is used for high-capacity optical communication and the like by being transferred to and from the optical fiber 108. The adaptation range is a transmission distance of 40 km or less, and 2.5 Gbps (Giga bit per second) Widely used in the following transmission capacity range.
[0007]
  In recent years, the demand for high-speed communication at a transmission distance of 40 km or less has increased rapidly, and research and development relating to high-speed and large-capacity transmission has been promoted. In particular, an optical transmission device such as an optical semiconductor device that transmits an optical signal in an optical communication device is attracting attention, and higher output and higher speed of the optical signal are issues for improving the transmission capacity.
[0008]
  The optical output of the conventional optical semiconductor device is about 0.2 to 0.5 mW, and the optical semiconductor element has a driving power of about 5 mW. However, in the optical semiconductor device with higher output, the optical output has been improved to a level of 1 mW, and the optical semiconductor element is required to have a driving power of 10 mW or more. Furthermore, the high-frequency signal used in the conventional optical semiconductor device was about 2.4 Gbps, but has been improved to about 10 Gbps, resulting in higher output.andHigh speed has been demanded.
[0009]
[Patent Document 1]
  JP-A-8-130266
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
  However, when an optical semiconductor device having an optical output of about 1 mW, in which an optical semiconductor element driven with a driving power of 10 mW or more and a high frequency signal of about 10 GHz is mounted on a conventional package for storing an optical semiconductor element, an optical semiconductor is formed. Due to the large variation in characteristic impedance between the element and the metal terminal, the optical semiconductor element is difficult to operate normally, and it is particularly difficult to smoothly transmit a high-frequency signal of 10 Gbps or more with reduced loss. there were.
[0011]
  This is because the portion of the metal terminal that protrudes from the through hole of the metal substrate does not have a coaxial structure. Therefore, when the frequency of the transmitted high-frequency signal increases, the characteristic impedance of the portion that is not the coaxial structure increases. And the signal propagation mode is shifted, and the gap between the characteristic impedance and the signal propagation mode between the wiring conductor of the insulating substrate and the metal terminal becomes very large. This is because the reflection loss at the time of input / output becomes larger and the operability of the optical semiconductor element deteriorates.
[0012]
  That is, in the conventional configuration, the propagation mode of the high-frequency signal in the metal substrate, the portion located inside the through hole of the metal terminal, and the wiring conductor having the microstrip line structure is TEM (Transverse Electro Magnetic) Mode, on the other hand, the propagation mode of the portion protruding from the through hole of the metal substrate of the metal terminal and other than the junction with the wiring conductor is TE (Transverse Electric) Mode, and therefore, the high-frequency signal changes in TEM mode, TE mode, TEM mode and propagation mode, the characteristic impedance changes stepwise at the propagation mode changing portion, and the reflection loss of the high-frequency signal increases. Had the problem.
[0013]
  Further, in the conventional package for storing an optical semiconductor element, since the L component (inductive component) of the bonding wire that electrically connects the optical semiconductor element and the metal terminal is very large, the characteristic impedance of the bonding wire is low. It becomes very large and causes high-frequency signal loss. As a result, the loss of high-frequency signal and the difference in signal propagation mode become very large through the bonding wire, resulting in reflection loss during input and output of high-frequency signals. More specifically, the reflection loss in a high frequency signal of about 10 GHz becomes as large as −15 dB or more.
[0014]
  Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to provide an optical semiconductor element housing package and an optical semiconductor device capable of reducing reflection loss of high-frequency signals. is there.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
  An optical semiconductor element storage package of the present invention includes a metal substrate on which an optical semiconductor element is mounted on an upper surface, an insulating substrate bonded to the lower surface of the metal substrate, and a wiring conductor formed on the surface,The portion that is fixed to the through hole of the metal substrate via a sealing material and protrudes to the lower surface side of the metal substrate isArranged on the wiring conductor,An end on the upper surface side of the metal substrate isElectrically connected to the optical semiconductor elementThe diameter of the metal substrate from the through hole to the wiring conductor is the same.metalMadeA terminal, and the metal bonded to the lower surface of the metal substrate;MadeA metal member covering the terminal, the metal member and the wiring conductorAnd the metal terminalThe distance between the metal member and the metal substrate is bonded.HaveOne side is shorter than the other side.
[0016]
  According to the package for housing a semiconductor element of the present invention, when transmitting a high frequency signal, the characteristic impedance of the portion protruding to the lower surface side of the metal terminal is located in the through hole of the metal substrate of the metal terminal, and the coaxial structure and The characteristic impedance of the metal terminal and the characteristic impedance of the wiring conductor because the characteristic impedance can be changed smoothly as well as between the characteristic impedance of the part that is As a result, the insertion loss and reflection loss of high-frequency signals of 10 GHz or higher can be suppressed well, and the loss of high-frequency signals of 10 GHz or higher can be greatly reduced. The transmission can be made smaller.
[0017]
  Moreover, the optical semiconductor element storage package of the present invention is the above-described configuration, wherein the metal terminalWhenThe optical semiconductor elementIsIt is electrically connected via a bonding wire having a length of 0.1 to 2 mm.
[0018]
  According to the optical semiconductor element storage package of the present invention, the end portion on the upper surface side of the metal terminal serves as the electrode of the optical semiconductor element.,When electrically connected via a bonding wire having a length of 0.1 to 2 mm, the bonding wire has a very small L component (dielectric component) and characteristic impedance. As a result, the optical semiconductor The reflection loss at the time of inputting / outputting a high frequency signal to the element can be reduced to −15 dB or less, and a high frequency signal of 10 GHz or more can be transmitted with low loss.
[0019]
  Furthermore, the optical semiconductor element storage package of the present invention has the above configuration.,The through hole formed in the metal substrate is characterized in that the upper surface side of the metal substrate is formed with a smaller diameter than the lower surface side.
[0020]
  According to the optical semiconductor element storage package of the present invention, the through hole has a large diameter portion on the lower surface side of the metal substrate, a small diameter portion coaxially connected to the large diameter portion on the upper surface side, and the metal terminal has a large diameter. When the metal terminal is fixed to the part through the sealing material, the metal terminal is fixed to the inner surface of the through hole with a sufficient amount of sealing material at the large diameter part, so that the hermetic sealing is good. In addition, by positioning the metal terminal with reference to the opening of the small diameter portion, the metal terminal can be fixed to the metal substrate with a positional accuracy with a sealing material, and the inner surface of the through hole or the roof-like memberMetal partsAnd a good coaxial structure. Furthermore, the length of the bonding wire can be easily set to 0.1 to 2 mm without deteriorating the hermetic sealing of the sealing material.
[0021]
  An optical semiconductor device according to the present invention includes the above-described optical semiconductor element storage package, and an optical semiconductor mounted on the mounting portion and having an electrode electrically connected to the upper end of the metal terminal. And an element.
[0022]
  According to the optical semiconductor device of the present invention, the optical semiconductor element storage package described above and the optical semiconductor element mounted on the mounting portion and having the electrode electrically connected to the end portion on the upper surface side of the metal terminal. Thus, a semiconductor device capable of satisfactorily suppressing insertion loss and reflection loss of a high-frequency signal of 10 GHz or higher and reducing transmission loss of a high-frequency signal of 10 GHz or higher can be obtained.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, an optical semiconductor element storage package and an optical semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.While referring toThis will be described in detail.
[0024]
  FIG. 1A is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an optical semiconductor device in which an optical semiconductor element is mounted on an optical semiconductor element storage package of the present invention.And(C) is the top view and bottom view in the state which respectively removed the cover of the optical semiconductor device shown to Fig.1 (a).
[0025]
  In these drawings, an optical semiconductor element housing package is composed of a metal substrate 1, an insulating substrate 5 bonded to the lower surface of the metal substrate 1 and having a wiring conductor 4 formed on the surface,A portion that is fixed to the through-hole 1b of the metal substrate 1 via the sealing material 2 and protrudes to the lower surface side of the metal substrate 1 isMetal disposed on the wiring conductor 4MadeThe metal is bonded to the terminal 3 and the lower surface of the metal substrate 1MadeA metal member (roof-like member) T covering the terminal 3 is provided. Also, the optical semiconductor device is a metal of an optical semiconductor element storage package.MadeAn optical semiconductor element S electrically connected to the terminal 3 is provided on the upper surface of the metal substrate 1.
[0026]
  The metal substrate 1 has a function of mounting the optical semiconductor element S and dissipating heat generated by the mounted optical semiconductor element S, and has a circular shape, a semicircular shape, a rectangular shape, etc., and a thickness of 0. It has a flat plate shape of 5 to 2 mm, and has a mounting portion 1a for mounting the optical semiconductor element S on its upper surface, and a through hole 1b having a diameter of 0.5 to 2 mm formed from the upper surface to the lower surface in the vicinity of the mounting portion 1a. Have
[0027]
  When the size of the through hole 1b is less than 0.5 mmIsThe sealing material 2 for sealing the metal terminal 3 has a small thickness between the inner surface of the through hole 1b and the metal terminal 3, or the sealing material 2 enters between the inner surface of the through hole 1b and the metal terminal 3. Difficult to cause airtight defectsThere is a tendency to.The other,If it exceeds 2.0mm,The degree of freedom in designing the arrangement of the optical semiconductor element S mounted on the metal substrate 1 is reduced, and therefore the size of the package for housing the semiconductor element and the semiconductor device is unnecessarily large and it is difficult to reduce the size. is there. Therefore, the size of the through hole 1b is preferably 0.5 to 2.0 mm.
[0028]
  Such a metal substrate 1 is made of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy or an Fe—Ni alloy. For example, when the metal substrate 1 is made of an Fe—Ni—Co alloy, the ingot (lumps) It is manufactured in a predetermined shape by applying a conventionally known metal processing method such as punching.
[0029]
  Further, a Ni layer having a thickness of 0.5 to 9 μm and an Au layer having a thickness of 0.5 to 5 μm excellent in corrosion resistance and excellent in wettability with a brazing material are formed on the surface of the metal substrate 1.WhenAre successively deposited by a plating method, it is possible to effectively prevent the metal substrate 1 from being oxidatively corroded and to braze each component to the metal substrate 1 satisfactorily.
[0030]
  The thickness of the metal substrate 1 is preferably 0.5 mm or more. When the thickness is less than 0.5 mm, welding is performed when the first lid body 7a and the second lid body 7b described later are welded to the metal base body 1. The metal substrate 1 tends to bend and deform easily depending on the conditions (temperature, etc.), and if it exceeds 2 mm, the thickness of the semiconductor element storage package or the semiconductor device becomes unnecessarily thick and difficult to downsize. Tend to be. Therefore, the thickness of the metal substrate 1 is preferably 0.5 to 2 mm.
[0031]
  FIGS. 1A to 1C show an example in which one semiconductor element S is mounted and one through hole 1b is formed. However, a plurality of semiconductor elements S are mounted and a plurality of through holes are formed. The hole 1b may be formed. In addition, the optical semiconductor element S here refers to an optical semiconductor element such as an LD, PD, or VCSEL, and these are mounted on the metal substrate 1 via a metal brazing material such as Au—Sn.
[0032]
  A pin-shaped metal terminal 3 having a length of 1.5 to 22 mm and a diameter of 0.1 to 1 mm is fixed to the through hole 1 b formed in the metal substrate 1 via the sealing material 2. . The metal terminal 3 has a function of transmitting an electric signal transmitted and received by the optical semiconductor element S to an external electric circuit (not shown). The metal terminal 3 has at least an end portion on the lower surface side of the metal substrate 1 protruding from the through hole 1b by about 1 to 20 mm.In the through hole 1bIt is fixed via the sealing material 2,The part which protruded to the lower surface side of the metal substrate 1 isIt is electrically connected to a wiring conductor 4 formed on an insulating substrate 5 described later.
[0033]
  The end of the metal terminal 3 on the upper surface side of the metal substrate 1 is a nail head having a larger diameter than the center portion, and the end surface is flat and parallel to the upper surface of the metal substrate 1 or higher than the upper surface. And is connected to the optical semiconductor element S through electrical connection means such as a bonding wire 6.
[0034]
  Such a metal terminal 3 is made of a metal such as Fe-Ni-Co alloy or Fe-Ni alloy. For example, when the metal terminal 3 is made of Fe-Ni-Co alloy, the ingot is rolled or punched. By applying a conventionally known metal processing method such as processing, a pin having a length of 1.5 to 22 mm and a diameter of 0.1 to 1 mm is manufactured.
[0035]
  If the length of the portion of the metal terminal 3 protruding from the lower surface of the metal substrate 1 is less than 1 mm, it is difficult to firmly join the wiring conductor 4 and a brazing material to be described later.NaWhen it exceeds 20mm,The length of the insulating substrate 5 becomes unnecessarily long, and it tends to be difficult to downsize the optical semiconductor element housing package and the optical semiconductor device. Therefore, it is preferable to fix the metal terminal 3 to the metal substrate 1 so that at least the end portion on the lower surface side of the metal substrate 1 protrudes from the through hole 1b by about 1 to 20 mm.Further, as shown in FIG. 1, the pin-shaped metal terminal 3 has the same diameter from the through hole 1 b of the metal substrate 1 to the wiring conductor 4.
[0036]
  The sealing material 2 has a function of securing an insulating interval between the metal substrate 1 and the metal terminal 3 and fixing the metal terminal 3 to the through hole 1b of the metal substrate 1, and is usually made of glass or ceramics. Inorganic materials such as are used.
[0037]
  For example, the metal terminal 3 is formed of a glass ring having a thickness equal to the thickness of the metal substrate 1, an outer diameter smaller than the diameter of the through hole 1 b, and an inner diameter larger than the outer diameter of the metal terminal 3. Then, the metal terminal 3 is inserted into the ring, and then the glass is heated and melted at a predetermined temperature, whereby the outer peripheral surface of the metal terminal 3 is hermetically fixed to the inner surface of the through hole 1b.
[0038]
  In addition, on the lower surface of the metal substrate 1,,A rectangular flat plate-like insulating substrate 5 having a linear wiring conductor 4 deposited on the main surface from one side to the opposite side is parallel to a portion where the wiring conductor 4 projects to the lower surface side of the metal terminal 3. It is bonded and attached.
[0039]
  The insulating substrate 5 has a function of supporting the wiring conductor 4, and is made of a thermosetting resin such as polyimide resin or epoxy resin, an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a carbonized body. Made of inorganic material such as silicon-based sintered body, silicon nitride-based sintered body, glass-ceramics, etc.TheFor example,In the case of an aluminum oxide sintered body, an appropriate organic binder, solvent, plasticizer, and dispersant are added to and mixed with ceramic raw material powder such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, calcium oxide, etc. With eggplant,A plurality of ceramic green sheets are obtained by forming this into a sheet shape by employing a conventionally known doctor blade method.TheAfter that, by subjecting these ceramic green sheets to appropriate punching, laminating, and cutting, a green ceramic molded body for the insulating substrate 5 is obtained.,This green ceramic molded body is produced by firing at a temperature of about 1600 ° C.
[0040]
  The wiring conductor 4 has a function of transmitting an electric signal between the optical semiconductor element S and the external electric circuit, and is formed on the main surface of the insulating substrate 5.,It is formed in a straight line from one side to the opposite side.
[0041]
  Such a wiring conductor 4 is used when the insulating substrate 5 is made of a thermosetting resin such as polyimide resin or epoxy resin.,In general, when the insulating substrate 5 is formed by copper plating and the insulating substrate 5 is made of an inorganic material such as an aluminum oxide sintered body, it is made of tungsten, molybdenum, manganese, or the like.TheFor example, if the insulating substrate 5 is made of an aluminum oxide sintered body, a metal paste obtained by adding and mixing an organic solvent and a solvent to tungsten powder is preliminarily screen-printed on a ceramic green sheet as a main surface. Is formed on the main surface of the insulating substrate 5 by printing and coating in a predetermined pattern and firing the ceramic green sheet.
[0042]
  The wiring conductor 4 has a Ni layer having a thickness of 0.5 to 9 μm, an Au layer having a thickness of 0.5 to 5 μm, etc. to prevent oxidation and to firmly connect the metal terminal 3 and the like to the surface of the wiring conductor 4. It is preferable to sequentially deposit the metal layers by plating.
[0043]
  The insulating substrate 5 is printed on the surface of the wiring conductor 4 with solder or a low melting point brazing material such as Au—Sn having a melting point of 200 to 400 ° C. using a conventionally known screen printing method. The metal substrate 1 to which the metal terminal 3 is fixed is placed so that the wiring conductor 4 and the portion of the metal terminal 3 protruding to the lower surface side of the metal substrate 1 are parallel and facing each other. The metal substrate 1 is fixed by heating at a temperature.
[0044]
  As shown in FIG. 1, the main surface of the insulating substrate 5 is electrically connected to the metal substrate 1 that coaxially surrounds the portion protruding from the lower surface side of the metal terminal 3 with the main surface of the insulating substrate 5. A metal roof-like member T is provided, and the roof-like member T and the wiring conductor 4 are provided.And metal terminal 3The roof member T is joined to the metal substrate 1 with respect to the distance betweenHaveOne side is shorter than the other side.
[0045]
  Thereby, the characteristic impedance of the site | part which protruded to the lower surface side of the metal terminal 3 is located in the through-hole 1b of the metal board | substrate 1 of the metal terminal 3 at the time of transmission of a high frequency signal, and the site | part which has a coaxial structure Since the characteristic impedance is intermediate between the characteristic impedance and the characteristic impedance of the wiring conductor 4 of the insulating substrate 5 and the characteristic impedance can be changed smoothly, the characteristic impedance of the metal terminal 3 and the characteristic impedance of the wiring conductor 4 As a result, the insertion loss and reflection loss of high-frequency signals of 10 GHz or higher can be satisfactorily suppressed, and the transmission loss of high-frequency signals of 10 GHz or higher can be reduced. Can be transmitted.
[0046]
  In addition, the metal roof-like member T is formed as a structure that covers the side surface of the portion of the metal terminal 3 protruding to the lower surface side of the metal substrate 1 with a gap interposed therebetween, and the length is about 1 to 20 mm. From the standpoint of characteristic impedance matching, it is important to cover the entire portion protruding from the main surface of the insulating substrate 5 on the wiring conductor 4 side to the lower surface side of the metal substrate 1 of the metal terminal 3 in a coaxial manner. It is.
[0047]
  The roof-like member T has a thickness of about 0.5 to 2 mm and a cross-section of a semi-annular shape obtained by cutting the annular shape in half, and the outer and inner circumferences are rectangular, triangular, polygonal, For the outer circumference or the inner circumference, one having a semicircular shape, a rectangular shape, a triangular shape, or a polygonal shape and the other having another shape is used.
[0048]
  Moreover, as shown in FIG. 5, the inner peripheral surface of the roof-shaped member T is preferably formed so as to gradually move away from the metal terminal 3 as the distance from the metal substrate 1 increases. Thereby, the characteristic impedance of the metal terminal 3 covered with the roof-like member T can be changed more smoothly, and the loss of the high-frequency signal transmitted through the metal terminal 3 can be significantly reduced.
[0049]
  The roof-like member T formed such that the inner peripheral surface gradually moves away from the metal terminal 3 as the distance from the metal substrate 1 is, for example, that the inner peripheral surface is inclined in a step shape, a linear shape, or a curved shape. From the viewpoint of smoothing the change in characteristic impedance, it is preferable to be inclined in a curved surface.
[0050]
  Further, as shown in FIG. 5, the roof-like member T has an inner peripheral surface at one end on the metal terminal 3 side closer to the inside of the through hole 1 b of the metal substrate 1, that is, closer to the metal terminal 3. It is good to be. Thereby, the change of the impedance of the metal terminal 3 at the boundary between the metal substrate 1 and the insulating substrate 5 can be made smoother and the loss of the high frequency signal can be reduced. That is, the metal terminal 3 is covered with the sealing material 2 made of a dielectric material at a portion located inside the metal substrate 1, whereas it is more dielectric than the sealing material 2 at a portion located on the insulating substrate 5. Since the cover is covered with an air layer having a low rate, the roof-like member T is brought closer to the metal terminal 3 in order to cope with a sudden change in the dielectric constant between the sealing material 2 and the air layer.,The change in impedance can be further reduced.
[0051]
  Such a metal roof-like member T is made of a metal such as an Fe—Ni—Co alloy. For example, an ingot of an Fe—Ni—Co alloy is conventionally known, such as cutting or MIM (metal injection mold). It is manufactured in a predetermined shape by applying a metal processing method.
[0052]
  And the metal roof-like member T is a metal substrate.1And a metal layer such as a metallized layer previously deposited on the main surface of the insulating substrate 5,Joined by a brazing material such as silver (Ag) -copper (Cu) having a melting point of 700 to 900 ° C. The surface has excellent corrosion resistance.,Ni layer having a thickness of 0.5 to 9 μm and gold having a thickness of 0.5 to 5 μm, which has excellent wettability with a wax brazing material(Au)The layers are preferably sequentially deposited by a plating method, which can effectively prevent the metal roof-like member T from being oxidatively corroded and can be brazed well.
[0053]
  The metal roof-like member T may be integrally formed with the metal substrate 1 described above. When the metal substrate 1 and the metal roof-like member T are integrally formed, the above-described cutting, MIM, or the like is performed. It is manufactured by a conventionally known metal processing method.
[0054]
  In the optical semiconductor element storage package of the present invention, the end portion on the upper surface side of the metal terminal 3 is electrically connected to the electrode of the optical semiconductor element S via the bonding wire 6 having a length of 0.1 to 2 mm. It is preferable to be connected to.
[0055]
  As a result, the bonding wire 6 has a very small L component (dielectric component) and characteristic impedance, and as a result, the reflection loss at the time of inputting / outputting a high-frequency signal to the optical semiconductor element S is reduced to −15 dB or less. It is possible to transmit a high-frequency signal of 10 GHz or more with low loss.
[0056]
  When the length of the bonding wire 6 exceeds 2 mm,There is a tendency that the L component of the bonding wire 6 becomes too large, a good characteristic impedance cannot be obtained, and it is difficult to operate the optical semiconductor element S normally. When the length of the bonding wire 6 is less than 0.1 mmIsFurther, it is difficult to carry out bonding between the optical semiconductor element S and the metal terminal 3, and bonding bonding may be insufficient. Therefore, the length of the bonding wire 6 is preferably 0.1 to 2 mm.
[0057]
  Further, in order to set the length of the bonding wire 6 to 0.1 to 2 mm, the height position of the end face on the upper surface side of the metal terminal 3 and the height position of the surface of the semiconductor element S are the same. The manufactured terminal 3 may be fixed to the metal substrate 1 and further arranged close to each other with a distance that does not contact the electrode of the semiconductor element S and the metal terminal 3. Further, for example, by setting the distance between the metal terminal 3 and the electrode of the semiconductor element S to 0.7 mm and the loop height of the bonding wire 6 to 0.15 mm, the length of the bonding wire 6 is about 0.8 mm. It can be.
[0058]
  Further, in the optical semiconductor element housing package of the present invention, as shown in a sectional view in FIG. 2, the through-hole 1b has a large diameter portion A on the lower surface side and a small diameter portion coaxially connected to the large diameter portion A on the upper surface side. It is preferable that the metal terminal 3 is fixed to the large-diameter portion A via the sealing material 2.
[0059]
  Thereby, since the metal terminal 3 is fixed to the inner surface of the through-hole 1b with a sufficient amount of the sealing material 2 at the large-diameter portion A, the hermetic sealing is good, and the metal terminal 3 is fixed to the small-diameter portion. By positioning with reference to the opening of B, it can be fixed to the metal substrate 1 through the sealing material 2 with high positional accuracy, and a good coaxial structure with the inner surface of the through hole 1b and the roof-like member T can be obtained. The diameter of the large diameter portion A is preferably about 0.5 to 1 mm larger than the diameter of the metal terminal 3 from the viewpoint of sufficiently filling the sealing material 2 to improve the hermetic sealing, From the viewpoint of bringing the optical semiconductor element S closer to the metal terminal 3, the diameter of the small diameter portion B is the metal terminal 3.ofIt is preferable to make it about 0.1 to 0.2 mm larger than the diameter.
[0060]
  Moreover, the sealing material 2 is,It is sufficient that at least the large diameter portion A is filled, but the small diameter portion B may also be filled.
[0061]
  further,The length of the large-diameter portion A of the through hole 1b is preferably 30% or more of the thickness of the metal substrate 1. When the length of the large diameter portion A is less than 30% of the thickness of the metal substrate 1, the amount of the sealing material 2 tends to be insufficient, and good hermetic sealing tends to be difficult.
[0062]
  The through-hole 1b having the large-diameter portion A on the lower surface side and the small-diameter portion B coaxially connected to the large-diameter portion A on the upper surface side is formed by punching a through-hole having the same diameter as the small-diameter portion B in the metal substrate 1. Then, the portion to be the large diameter portion A is formed by cutting using a cutting method. In order to fix the metal terminal 3 to the large diameter portion A of the through hole 1b using the sealing material 2, for example, the thickness is equal to the thickness of the large diameter portion A, and the outer diameter is the diameter of the large diameter portion A. A glass ring having a slightly smaller inner diameter and a slightly larger inner diameter than the outer diameter of the metal terminal 3 is inserted into the large diameter portion A of the through hole 1b and the metal terminal 3 is inserted into the ring. By heating and melting at a temperature, the outer peripheral surface of the metal terminal 3 is airtightly fixed to the inner surface of the large diameter portion A of the through hole 1b.
[0063]
  In the optical semiconductor device of the present invention, the optical semiconductor element S is mounted on the mounting portion 1a of the above-described optical semiconductor element storage package via an Au—Sn low melting point brazing material, and then the electrode is made of metal. It is manufactured by connecting the end portion on the upper surface side of the terminal 3 via an electrical connection member such as a bonding wire 6.
[0064]
  According to the optical semiconductor device of the present invention, the above-described semiconductor element storage package, and the optical semiconductor element S mounted on the mounting portion 1 a and electrically connected to the end portion on the upper surface side of the metal terminal 3. Therefore, a semiconductor device capable of satisfactorily suppressing insertion loss and reflection loss of a high-frequency signal of 10 GHz or higher and transmitting a high-frequency signal of 10 GHz or higher with reduced transmission loss is provided. it can.
[0065]
  Usually, on the upper surface of the metal substrate 1, a first lid 7 a made of Fe—Ni—Co alloy or the like is provided on the outer peripheral portion within a width of 1 mm from the outer peripheral end for the purpose of protecting the optical semiconductor element S. It is fixed by laser welding, seam welding, brazing, or the like, and the first lid 7a is welded and joined to the upper surface of the metal substrate 1 with, for example, a YAG laser, and the outer peripheral portion of the first lid 7 (鍔The second lid body 7b in which the optical fiber 8 and the optical isolator (not shown) for preventing the return light are bonded to each other with a resin adhesive is joined to the shape portion) by YAG laser welding or the like. An optical semiconductor device is obtained.
[0066]
  Thus, according to the optical semiconductor element housing package and the optical semiconductor device of the present invention, the portion protruding from the main surface of the insulating substrate 5 to the main surface of the insulating substrate 5 is provided on the main surface of the insulating substrate 5 side. Since the metal roof-like member T that is electrically connected to the metal substrate 1 and is coaxially enclosed is provided, insertion loss and reflection loss of a high-frequency signal of 10 GHz or more can be suppressed satisfactorily. An optical semiconductor element housing package and an optical semiconductor device capable of transmitting a high-frequency signal with reduced transmission loss are provided.
[0067]
  Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
[0068]
【Example】
  The optical semiconductor device of the present invention is divided into the following sample for evaluation and sample for comparisonWhenMakeMadeAnd evaluated.
[0069]
  The optical semiconductor device of the present invention was configured as follows. First, an insulating substrate 5 made of polyimide resin having a thickness of 1.6 mm × length of 30 mm × width of 15 mm, in which a pattern to be the wiring conductor 4 and the ground conductor was plated on the main surface, was prepared. The insulating substrate 5 had a relative dielectric constant of 4.1, the width of the wiring conductor 4 was 0.7 mm, the length was 18.8 mm, and the thickness was 0.03 mm.
[0070]
  Next, a metal base material is cut and processed to be a semi-conical roof-shaped member T having a length of 5 mm, an inner circumference diameter of 1.4 mm on the side in contact with the metal substrate, and the other side of 3.12 mm. A disk-shaped metal substrate 1 having a thickness of 1 mm and a diameter of 5.6 mm was manufactured. The central part of the metal substrate 1 is punched,A through hole 1b having a diameter of 1 mm for hermetically sealing the metal terminal 3 was formed. Further, a Ni layer having a thickness of 2 μm and an Au layer having a thickness of 2 μm were sequentially deposited on the surface of the metal substrate 1 by a plating method.
[0071]
  And the metal terminal 3 was inserted in the through-hole 1b of the metal substrate 1, and it sealed by sealing with the glass which is the sealing material 2. FIG. Thereafter, the VCSEL which is the optical semiconductor element S is mounted on the mounting portion 1 a of the metal substrate 1 by brazing with Au—Sn, and the optical semiconductor element S and the metal terminal 3 are electrically connected by the bonding wire 6. did. On the other hand, the metal terminal 3 and the wiring conductor 4 were electrically connected with solder. The length of the bonding wire 6 was 1 mm.
[0072]
  And the 1st cover body 7a which consists of a Fe-Ni-Co alloy is joined to the outer peripheral part of the upper surface of the metal substrate 1 by seam welding.TheAfter airtight sealing, the second lid 7b in which the optical fiber 8 and the optical isolator are bonded to each other with a resin adhesive is joined to the outer peripheral end of the first lid 7a by YAG laser welding and evaluated. An optical semiconductor device was produced.
[0073]
  Next, a sample for comparison is obtained by changing the metal roof-like member T from the above-described sample for evaluation to a semi-cylindrical member having a length of 5 mm and an inner diameter of 2.3 mm. It was.
[0074]
  FIG. 3A shows the result of measuring the reflection loss S11 by changing the frequency for the samples for evaluation and comparison.andShown in (b). Here, FIG.Is a bookInvention optical semiconductor deviceofFIG. 3B shows the measurement result of the reflection loss S11 of the optical semiconductor device using the semi-cylindrical roof member T having the same opening size at both end faces as a comparative example. FIG. 3 (a)andIn (b), the horizontal axis represents frequency.AndThe vertical axis represents the reflection loss S11.
[0075]
  FIG. 3A shows that the optical semiconductor device of the present invention can suppress the reflection loss S11 due to the variation in characteristic impedance at 5 to 20 GHz to −15 dB or less. On the other hand, as shown in FIG. 3B, the optical semiconductor device using the semi-cylindrical roof member T having the same opening size at both end faces is a reflection loss S11 due to variations in characteristic impedance at 5 to 20 GHz. It was found to exceed -15 dB.
[0076]
【The invention's effect】
  According to the package for housing a semiconductor element of the present invention, a metal substrate on which an optical semiconductor element is mounted on an upper surface, an insulating substrate bonded to the lower surface of the metal substrate, and a wiring conductor formed on the surface;The part that is fixed to the through hole of the metal substrate through the sealing material and protrudes to the lower surface side of the metal substrate isPlaced on the wiring conductor,The bottom edge of the metal substrate isElectrically connected to the optical semiconductor elementThe diameter from the through hole of the metal substrate to the wiring conductor is the samemetalMadeThe metal is bonded to the terminal and the lower surface of the metal substrate.MadeA metal member covering the terminal, and the metal member and the wiring conductorAnd metal terminalsThe distance between the metal member and the metal substrateHaveWhen the high-frequency signal is transmitted, the characteristic impedance of the portion protruding to the lower surface side of the metal terminal is located in the through-hole of the metal substrate of the metal terminal, and the coaxial structure is formed. The characteristic impedance of the metal terminal and the characteristic impedance of the wiring conductor and the characteristic impedance of the wiring conductor can be changed smoothly. The reflection loss can be made extremely small, and as a result, the insertion loss and reflection loss of a high frequency signal of 10 GHz or more can be well suppressed, and the loss of a high frequency signal of 10 GHz or more is extremely reduced. It becomes possible to reduce the transmission.
[0077]
  According to the optical semiconductor element storage package of the present invention, the metal terminalWhenOptical semiconductor deviceAndWhen electrically connected via a bonding wire having a length of 0.1 to 2 mm, the bonding wire has a very small L component (dielectric component) and characteristic impedance. As a result, the optical semiconductor The reflection loss at the time of inputting / outputting a high frequency signal to the element can be reduced to −15 dB or less, and a high frequency signal of 10 GHz or more can be transmitted with low loss.
[0078]
  Furthermore, according to the optical semiconductor element storage package of the present invention,Formed on metal substrateThe through hole is a metal substrateThe top side isBottom sideCompared toDiameterButsmallFormationIn this case, the metal terminal is fixed to the inner surface of the through hole with a sufficient amount of sealing material at the large diameter portion, so that the hermetic sealing is good, and the metal terminal is attached to the small diameter portion. By positioning with the opening as a reference, it can be fixed to the metal substrate with a positional accuracy with a sealing material, and the inner surface of the through hole and the roof-like member can have a good coaxial structure. Furthermore, the length of the bonding wire can be easily set to 0.1 to 2 mm without deteriorating the hermetic sealing of the sealing material.
[0079]
  In addition, according to the optical semiconductor device of the present invention, the optical semiconductor element storage package described above, and the optical semiconductor element mounted on the mounting portion and electrically connected to the end portion on the upper surface side of the metal terminal Therefore, a semiconductor device capable of satisfactorily suppressing insertion loss and reflection loss of a high-frequency signal of 10 GHz or higher and reducing transmission loss of a high-frequency signal of 10 GHz or higher can be obtained. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 (a) is a cross-sectional view of an example of an embodiment of an optical semiconductor device in which an optical semiconductor element is mounted on an optical semiconductor element storage package of the present invention, and FIGS. They are the top view and the bottom view in the state where the lid of (a) was removed, respectively.
FIG. 2 is a sectional view showing another example of the embodiment of the optical semiconductor device in which the optical semiconductor element is mounted on the optical semiconductor element storage package of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the frequency and the reflection loss S11 in the semiconductor device of the present invention and the conventional semiconductor device.
4A is a cross-sectional view of a conventional optical semiconductor device, and FIGS. 4B and 4C are a top view and a bottom view, respectively, with the lid of FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the embodiment of the optical semiconductor device in which the optical semiconductor element is mounted on the optical semiconductor element housing package of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Metal substrate
1a ・・・・・・ Mounting part
1b ・・・・・・ Through hole
A ・・・・・・・・・ Large diameter part
B ・・・・・・・・・・・ Small diameter part
2 .... Encapsulant
3. Metal terminal
4 .... Wiring conductor
5 .... Insulating substrate
6 ... Bonding wire
S ... Optical semiconductor device
T ... Metal roofing member

Claims

上面に光半導体素子が搭載される金属基板と、
該金属基板の下面に接合され、表面に配線導体が形成された絶縁基板と、
前記金属基板が有する貫通孔に封止材を介して固定されて、前記金属基板の下面側に突出した部位が前記配線導体上に配置されており、前記金属基板の上面側の端部が前記光半導体素子と電気的に接続される、前記金属基板の前記貫通孔から前記配線導体上にかけての径が同じである金属製端子と、前記金属基板の前記下面に接合され、前記金属製端子を覆う金属製部材とを備え、
前記金属製部材と前記配線導体および前記金属製端子との間の距離は、前記金属製部材が前記金属基板と接合されている側が反対側と比べて短いことを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。A metal substrate on which an optical semiconductor element is mounted;
An insulating substrate bonded to the lower surface of the metal substrate and having a wiring conductor formed on the surface;
The part fixed to the through hole of the metal substrate via a sealing material and projecting to the lower surface side of the metal substrate is disposed on the wiring conductor, and the end portion on the upper surface side of the metal substrate is optical semiconductor element and being electrically connected to a metallic terminal diameter toward on the wiring conductor from the through hole of the metal substrate is the same, is joined to the lower surface of the metal substrate, the metal terminals A metal member for covering,
The distance between the metallic member and the wiring conductor and said metal terminal, for optical semiconductor element housing which side said metallic member is Ru Tei is bonded to the metal substrate and wherein the shorter than the opposite side package.

前記金属製端子と前記光半導体素子とは、長さが０．１〜２ｍｍのボンディングワイヤを介して電気的に接続され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。Wherein A metallic terminal and the optical semiconductor element, an optical semiconductor element storage package according to claim 1, characterized in that the length is electrically connected via a bonding wire 0.1 to 2 mm.

前記金属基板に形成された前記貫通孔は、前記金属基板の前記上面側が前記下面側と比べて径が小さく形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の光半導体素子収納用パッケージ。The through holes formed in the metal substrate, for an optical semiconductor element housing according to claim 1 or 2, characterized in that the upper surface of the metal substrate diameter as compared with the lower surface side is formed smaller package.

請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体素子収納用パッケージと、
前記金属基板に搭載され、前記金属端子と電気的に接続された光半導体素子とを備えたことを特徴とする光半導体装置。The optical semiconductor element storage package according to any one of claims 1 to 3 ,
An optical semiconductor device comprising: an optical semiconductor element mounted on the metal substrate and electrically connected to the metal terminal.