JP7449295B2 - 光素子搭載用パッケージ、電子装置及び電子モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光素子搭載用パッケージ、電子装置及び電子モジュールに関する。

従来、レーザチップが搭載されたＴＯ（Transistor Outline）－Ｃａｎ型の半導体レーザが知られている（特開２００４－０３１９００号公報）。

本開示の光素子搭載用パッケージは、
金属基体と、
該金属基体上に位置する枠状の絶縁基体と、
該絶縁基体に位置する外部端子と、
前記絶縁基体に位置し、前記外部端子と電気的に接続される配線と、
反射部材と、
を備え、
前記金属基体と前記絶縁基体の内壁とに囲まれたキャビティ内に、第１領域と第２領域とを有し、
前記キャビティは、光素子を１つのみ搭載する第１搭載部と、前記反射部材の第２搭載部と、を含み、
前記キャビティを平面視して、前記第１搭載部と前記第２搭載部との間を分ける仮想境界線であって、前記第１搭載部と前記第２搭載部との並ぶ方向に交差する方向に延びる前記仮想境界線を基準にして、前記第１領域は前記第１搭載部が含まれる方であり、前記第２領域は前記第２搭載部が含まれる方であり、
前記第１領域および前記第２領域は、前記光素子からの光が前記反射部材に向かう方向に並んでおり、
前記配線は、前記第２領域よりも前記第１領域側に位置し、前記キャビティに露出する部分である内部接続パッドを含み、
前記内部接続パッドは、前記光素子と前記配線とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤの一端がそれぞれ物理的かつ電気的に接続される接点として用いられる複数の接点部を含み、
前記複数の接点部は、前記光素子からの光が前記反射部材に向かう方向に並んで、前記第１領域内に位置する。

本開示の電子装置は、上記の光素子搭載用パッケージと、前記第１搭載部に搭載された光素子と、を備える。

本開示の電子モジュールは、
上記の電子装置と、前記電子装置を搭載したモジュール用基板と、を備える。

本開示の実施形態に係る電子装置を示す平面図である。 図１の電子装置のＡ－Ａ線についての断面図である。 図１の電子装置の光軸を含む断面図である。 図１の電子装置の変形例に係る電子装置を示す平面図である。 図４の電子装置の光軸を含む断面図である。 図１の電子装置の変形例に係る電子装置の光軸を含む断面図である。 図４の電子装置の変形例に係る電子装置の光軸を含む断面図である。 本開示の一例の電子モジュールを示す縦断面図である。 本開示の他の一例の電子モジュールを示す縦断面図である。

以下、本開示の各実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

（実施形態１）
以下では、基体２の第１面Ｓｕの側を上方、第２面Ｓｂの側を下方として説明する。説明上の上下方向は電子装置１０が使用される際の上下方向と一致している必要はない。Ｚ軸を光素子搭載用パッケージの厚み方向（上下方向）、Ｘ軸及びＹ軸をＺ軸に垂直で互いに直交する座標軸として図中に示す。Ｘ軸は光素子１１の光軸方向と一致する。

実施形態１に係る電子装置１０は、第１面Ｓｕ、第２面Ｓｂ及び第１面Ｓｕに開口したキャビティ３を有する基体２と、キャビティ３内に搭載される光素子１１及び反射部材８と、キャビティ３の上端開口を閉鎖する蓋体９とを備える。蓋体９は、光を透過する材料（ガラス又は樹脂）から構成され、基体２の第１面Ｓｕに接合材を介して接合される。なお、図１において蓋体９を不図示、図２及び図３において蓋体９を本体と分離状態で示す。電子装置１０から蓋体９、光素子１１及びサブマウント１２を除いた構成が、光素子搭載用パッケージに相当する。

基体２は、絶縁基体２Ａと、金属基体２Ｂと、を有する。絶縁基体２Ａは、金属基体２Ｂ上に位置する。絶縁基体２Ａは、Ｚ方向に貫通する貫通孔３ａが設けられた枠状である。金属基体２Ｂには、貫通孔３ａと連通する凹部３ｂが設けられている。絶縁基体２Ａと金属基体２Ｂとは接合され、接合されたときに凹部３ｂと貫通孔３ａとが連通し、上方に開口したキャビティ３が構成される。すなわち、キャビティ３は金属基体２Ｂの有する凹部３ｂを含む。

絶縁基体２Ａは、例えば、酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス）、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体又はガラスセラミックス焼結体等のセラミックス材料により構成される。上記絶縁基体２Ａは、例えば焼結前のセラミックス材料であるセラミックグリーンシートを、打ち抜き加工又は金型加工などにより所定形状に成形し、焼結することで製造できる。絶縁基体２Ａには、さらに、第１面Ｓｕに配置された外部端子Ｄ１，Ｄ２と、外部端子Ｄ１，Ｄ２と電気的に接続され、外部端子Ｄ１，Ｄ２から電気を光素子１１に供給する配線（Ｖ１，Ｖ２，Ｌ１，Ｌ２）とが含まれる。当該配線としては、ビアＶ１，Ｖ２と、配線導体層Ｌ１，Ｌ２とを有する。配線導体層Ｌ１，Ｌ２は絶縁基体２Ａ内に位置する部分と、キャビティ３内に露出する部分とを有する。配線導体層Ｌ１，Ｌ２のキャビティ３内に露出する部分を内部接続パッドＤ３，Ｄ４とする。内部接続パッドＤ３，Ｄ４は、絶縁基体２Ａの内側に設けられた段部１４の上面に支持されている。内部接続パッドＤ３，Ｄ４はワイヤボンディングパッドとして使用される。上記のように絶縁基体２Ａの有する配線（Ｖ１，Ｖ２，Ｌ１，Ｌ２）は、外部端子Ｄ１，Ｄ２を設ける絶縁基体２Ａの外面（Ｓｕ）から当該絶縁基体２Ａ内を通りキャビティ３内まで連続して位置する。
上記の絶縁基体２Ａの有する配線（Ｖ１，Ｖ２，Ｌ１，Ｌ２）は、焼結前にセラミックグリーンシートの所定位置に導体ペーストを塗布又は充填し、セラミックグリーンシートと一緒に焼結することで形成することができる。

金属基体２Ｂは、例えば銅、アルミなどの熱伝導性の高い金属材料から構成され、例えばプレス成形等により形成することができる。金属基体２Ｂの凹部３ｂには、光素子１１がサブマウント１２を介して搭載される第１搭載部４と、反射部材８が搭載される第２搭載部５とが含まれる。第１搭載部４は、例えば水平方向に拡がる平面状の面である。平面状とは、厳密な平面、並びに、小さな凹凸を無視すれば平面と見なせる面を含む概念である。第２搭載部５は、水平方向に対して傾斜した平面状の面である。第２搭載部５は、第１搭載部４から離れるほど上方に位置する方向に傾斜している。

光素子１１は、例えばレーザダイオード（半導体レーザ）である。光素子１１は、指向性を有する発光素子であればよい。光素子１１はサブマウント１２の上面に接合材を介して接合され、サブマウント１２が第１搭載部４の上面に接合材を介して接合されている。光素子１１の光の出射方向（Ｘ方向）は、第１搭載部４の上面又はサブマウント１２の上面に沿った方向（例えば水平方向）で、第２搭載部５の方を向く。光素子１１は、サブマウント１２の有する配線導体及びボンディングワイヤＷ１、Ｗ２を介して内部接続パッドＤ３、Ｄ４と電気的に接続される。キャビティ３内の内部接続パッドＤ３、Ｄ４は、キャビティ３外の外部端子Ｄ１、Ｄ２と、配線導体（Ｌ１，Ｌ２，Ｖ１，Ｖ２）を介して接続され、外部端子Ｄ１、Ｄ２を介して電力が入力されることで光素子１１が駆動する。

反射部材８は、平板ミラーであり、光素子１１から入射された光を、上方に反射する。反射された光は、蓋体９を介して電子装置１０の上方へ出射される。

図１及び図３に示すように、金属基体２Ｂと絶縁基体２Ａの内壁とに囲まれたキャビティ３は、第１領域３０１と第２領域３０２とを有する。第１領域３０１は、光素子１１の第１搭載部４を有する。第２領域３０２は、反射部材８の第２搭載部５を有する。第１領域３０１および第２領域３０２は、光素子１１からの光が反射部材８に向かうＸ方向に並んでいる。絶縁基体２Ａの有する配線（Ｖ１，Ｖ２，Ｌ１，Ｌ２）は、第２領域３０２よりも第１領域３０１側に位置する、
本実施形態について詳細に説明すれば次の通りである。
キャビティ３を図１に示すように平面視して、第１搭載部４と第２搭載部５との間を分けるＹ軸に平行な仮想境界線３００を引き、第１搭載部４が含まれる方を第１領域３０１、第２搭載部５が含まれる方を第２領域３０２とする。
絶縁基体２Ａの有する配線（Ｖ１，Ｖ２，Ｌ１，Ｌ２）のうち、キャビティ３内に位置する配線部分は、内部接続パッドＤ３，Ｄ４である。
上記の内部接続パッドＤ３，Ｄ４が、第１領域３０１に位置している。また、サブマウント１２及びボンディングワイヤＷ１、Ｗ２も第１領域３０１に位置している。
第２領域３０２には、光素子１１から外部端子Ｄ１，Ｄ２へ配線は位置していない。
光素子１１の発熱の金属基体２Ｂへの主な熱伝導経路のうち第１の経路は、光素子１１からサブマウント１２、金属基体２Ｂとなる。第２の経路は、光素子１１からボンディングワイヤＷ１、内部接続パッドＤ３、そして、内部接続パッドＤ３に伝導した熱は配線導体層Ｌ１の全体に広がりつつ、配線導体層Ｌ１下の絶縁材を介して金属基体２Ｂに伝導する。第３の経路は、光素子１１からサブマウント１２、ボンディングワイヤＷ２、内部接続パッドＤ４、そして、内部接続パッドＤ４に伝導した熱は配線導体層Ｌ２の全体に広がりつつ、配線導体層Ｌ２下の絶縁材を介して金属基体２Ｂに伝導する。配線導体層Ｌ１，Ｌ２の全体も仮想境界線３００より第１領域３０１側に位置する。
そのため、光素子１１の発熱が反射部材８側に伝導することが抑えられ、従って、熱により反射部材８が変形し難くなり、光学特性を安定させることができる。

また、本実施形態においては、内部接続パッドＤ３，Ｄ４は、第１領域３０１および第２領域３０２が並んだ方向（Ｘ方向）に対し、第１搭載部４を通る垂直な方向（Ｙ方向）に位置する。すなわち、内部接続パッドＤ３は、第１搭載部４に対してＹ方向に隣接する。内部接続パッドＤ４も、第１搭載部４に対してＹ方向に隣接する。
そのため、内部接続パッドＤ３，Ｄ４をＸ方向に長くすることができている。その上、ボンディングワイヤＷ１，Ｗ２がＹ方向に延びる。したがって、図１に示すようにボンディングワイヤＷ１の並列本数を多くすることが容易である。また、ボンディングワイヤＷ２の並列本数を多くすることが容易である。
ボンディングワイヤＷ１，Ｗ２の並列本数を多くすることができるので、ボンディングワイヤＷ１，Ｗ２部分の電気抵抗を低減できるとともに、熱伝導性を良好にできる。したがって、上記第２、第３の経路による熱伝導量を大きくすることができ、金属基体２Ｂへの熱伝導性を良好にすることができる。
そのため、光素子１１の発熱が反射部材８側に伝導することが抑えられ、従って、熱により反射部材８が変形し難くなり、光学特性を安定させることができる。

本実施形態においては、キャビティ３は図１に示すように平面視して長方形であり、キャビティ３の長辺がＸ方向、短辺がＹ方向である。すなわち、キャビティ３の長手方向は、第１領域３０１および第２領域３０２が並んだ方向Ｘである。
そのため、光軸方向（Ｘ方向）に長尺となる光素子１１を配置する十分なＸ方向寸法を有する第１領域３０１を確保することができている。また、第１領域３０１のＸ方向寸法を長くすることで、サブマウント１２をＸ方向に長くすること、内部接続パッドＤ３，Ｄ４をＸ方向寸法に長くすることが容易である。
したがって、ボンディングワイヤＷ１，Ｗ２の並列本数を多くすることが容易である。

また、本実施形態では、第１領域３０１のＸ方向寸法を、第２領域３０２のＸ方向寸法より大きくとっている。したがって、光素子１１を配置する十分なＸ方向寸法を確保するとともに、サブマウント１２をＸ方向に長くすること、内部接続パッドＤ３，Ｄ４をＸ方向寸法に長くすることが容易である。したがって、ボンディングワイヤＷ１，Ｗ２の並列本数を多くすることが容易である。
上述のようにキャビティ３をＸ方向に長い長方形にすることとともに実施することで、ボンディングワイヤＷ１，Ｗ２の並列本数を多くすることがより容易になる。

Ｚ方向に見て外部端子Ｄ１，Ｄ２は、少なくとも一部が金属基体２Ｂに重なる位置の絶縁基体２Ａに位置する。
したがって、外部端子Ｄ１，Ｄ２、更に外部端子Ｄ１，Ｄ２の下のビアＶ１，Ｖ２まで伝導した熱がＺ方向に伝導して金属基体２Ｂに吸熱されやすい。
そのため、光素子１１の発熱が反射部材８側に伝導することが抑えられ、従って、熱により反射部材８が変形し難くなり、光学特性を安定させることができる。

本実施形態にあっては、外部端子Ｄ１，Ｄ２は、第１領域３０１および第２領域３０２が並んだ方向Ｘに対し、第１搭載部４を通る垂直な方向Ｙに位置する。
パッケージの外形寸法がＸ方向に長くなることを抑え、小型化が可能である。

（実施形態２）
上記実施形態１の変形例としての図４，図５に実施形態２を開示する。
上記実施形態１にあっては、外部端子Ｄ１，Ｄ２は、第１領域３０１および第２領域３０２が並んだ方向Ｘに対し、第１搭載部４を通る垂直な方向Ｙに位置する。
上記実施形態１に対し、本実施形態の光素子搭載用パッケージ及び本実施形態の光素子搭載用パッケージを用いた電子装置１０Ｂにあっては、外部端子Ｄ１，Ｄ２は、第１搭載部４を挟んで第２搭載部５の反対側に位置する。
上記の構成に伴い、配線導体層Ｌ１，Ｌ２は、Ｘ方向により長くなっている。
光素子１１で発生し配線導体層Ｌ１，Ｌ２を伝導する熱は、反射部材８のある第２領域３０２からＸ方向に離れるように伝導する。
そのため、光素子１１の発熱が反射部材８側に伝導することがさらに抑えられ、従って、熱により反射部材８が変形し難くなり、光学特性を安定させることができる。
上記実施形態１に比較してＸ方向寸法は長くなるが、Ｙ方向寸法をスリム化できる。

（実施形態３）
上記実施形態１または２の変形例としての図６，図７に実施形態３を開示する。
上記実施形態１および２にあっては、反射部材８を平板ミラーとしたが、図６，図７に示す光素子搭載用パッケージ及び図６，図７に示す光素子搭載用パッケージを用いた電子装置１０Ａ１（図６），１０Ｂ１（図７）のように、プリズム８Ｂを適用してもよい。
また、上記実施形態１および２では金属基体２Ｂに凹部３ｂを設けたが、図６，図７に示す光素子搭載用パッケージ及び図６，図７に示す光素子搭載用パッケージを用いた電子装置１０Ａ１（図６），１０Ｂ１（図７）に示すように、次のように構成してもよい。上記は、平板状の金属基体２Ｂ１を適用し、キャビティ３内空間を絶縁基体２Ａの貫通孔３ａのみとしたものである。
平板状の金属基体２Ｂ１に対してプリズム８Ｂを組み合わせることにより、プリズム８Ｂを搭載する第２搭載部５がＸＹ平面であっても、光素子１１からの光を反射するプリズム８Ｂの反射面をＸＹ平面に対して傾斜させることが容易である。

＜電子モジュール＞
図８は、一例の電子モジュールを示す縦断面図である。図９は、他の一例の電子モジュールを示す縦断面図である。

図８に示す電子モジュール１００Ａは、モジュール用基板１１０に電子装置１０を実装して構成される。上記変形例の電子装置１０Ｂ、１０Ａ１、１０Ｂ１を実装してもよい。モジュール用基板１１０には、電子装置１０に加えて、他の電子装置、電子素子及び電気素子などが実装されていてもよい。モジュール用基板１１０には、電極パッド１１１，１１２，１１３が設けられ、電子装置１０は、電極パッド１１１に半田等の接合材１１４を介して接合されている。詳しくは金属基体２Ｂの下面（第２面Ｓｂ）が電極パッド１１１に半田等の接合材１１４を介して接合されている。また、電子装置１０の外部端子Ｄ１、Ｄ２が、モジュール用基板１１０の電極パッド１１２，１１３とボンディングワイヤＷ１１、Ｗ１２を介して接続されてもよい。そして、モジュール用基板１１０の電極パッド１１２，１１３とボンディングワイヤＷ１１、Ｗ１２を介してモジュール用基板１１０から電子装置１０へ信号が出力されるように構成されてもよい。

図９に示す電子モジュール１００Ｂにおいては、電子装置１０の外部端子Ｄ１、Ｄ２が、モジュール用基板１１０のリードピン１１５，１１６とボンディングワイヤＷ１１、Ｗ１２を介して接続されている。リードピン１１５，１１６は、リードピン支持体１１７，１１８によりモジュール用基板１１０に支持された電極端子である。モジュール用基板１１０のリードピン１１５，１１６とボンディングワイヤＷ１１、Ｗ１２を介してモジュール用基板１１０から電子装置１０へ信号が出力されるように構成されてもよい。

以上のように、本実施形態に係る電子モジュール１００Ａ，１００Ｂによれば、電子装置１０（１０Ｂ、１０Ａ１、１０Ｂ１）により、要求に応じたビーム特性を有する光を、少ない部品スペースにおいて出射させることができる。

以上、本開示の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限られるものでない。例えば、基体又は光学部品の各部の素材、形状、大きさなど、実施形態及び図面に示された細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本開示は、光素子搭載用パッケージ、電子装置及び電子モジュールに利用することができる。

２ 基体
２Ａ 絶縁基体
２Ｂ 金属基体
３ キャビティ
３ａ 貫通孔
３ｂ 凹部
４ 第１搭載部
５ 第２搭載部
８ 反射部材
９ 蓋体
１０ 電子装置
１１ 光素子
１２ サブマウント
１００Ａ，１００Ｂ 電子モジュール
１１０ モジュール用基板
１１１，１１２，１１３ 電極パッド
１１４ 接合材
１１５，１１６リードピン
１１７，１１８リードピン支持体
Ｄ１、Ｄ２ 外部端子
Ｄ３、Ｄ４ 内部接続パッド
Ｌ１，Ｌ２ 配線導体層
Ｖ１，Ｖ２ ビア
Ｗ１、Ｗ２ ボンディングワイヤ
Ｗ１１、Ｗ１２ボンディングワイヤ
３０１ 第１領域
３０２ 第２領域

Claims (11)

1. 金属基体と、
   該金属基体上に位置する枠状の絶縁基体と、
   該絶縁基体に位置する外部端子と、
   前記絶縁基体に位置し、前記外部端子と電気的に接続される配線と、
   反射部材と、
   を備え、
   前記金属基体と前記絶縁基体の内壁とに囲まれたキャビティ内に、第１領域と第２領域とを有し、
   前記キャビティは、光素子を１つのみ搭載する第１搭載部と、前記反射部材の第２搭載部と、を含み、
   前記キャビティを平面視して、前記第１搭載部と前記第２搭載部との間を分ける仮想境界線であって、前記第１搭載部と前記第２搭載部との並ぶ方向に交差する方向に延びる前記仮想境界線を基準にして、前記第１領域は前記第１搭載部が含まれる方であり、前記第２領域は前記第２搭載部が含まれる方であり、
   前記第１領域および前記第２領域は、前記光素子からの光が前記反射部材に向かう方向に並んでおり、
   前記配線は、前記第２領域よりも前記第１領域側に位置し、前記キャビティに露出する部分である内部接続パッドを含み、
   前記内部接続パッドは、前記光素子と前記配線とを電気的に接続する複数のボンディングワイヤの一端がそれぞれ物理的かつ電気的に接続される接点として用いられる複数の接点部を含み、
   前記複数の接点部は、前記光素子からの光が前記反射部材に向かう方向に並んで、前記第１領域内に位置する、光素子搭載用パッケージ。
2. 前記配線は、前記第１領域および前記第２領域が並んだ方向に対し、平面視で前記第１搭載部を通る垂直な方向に位置する請求項１に記載の光素子搭載用パッケージ。
3. 前記外部端子は、少なくとも一部が前記金属基体に重なる位置に位置する請求項１又は請求項２に記載の光素子搭載用パッケージ。
4. 前記キャビティの長手方向は、前記第１領域および前記第２領域が並んだ方向である請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
5. 前記外部端子は、前記第１領域および前記第２領域が並んだ方向に対し、平面視で前記第１搭載部を通る垂直な方向に位置する請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
6. 前記外部端子は、前記第１搭載部を挟んで前記第２搭載部の反対側に位置する請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
7. 前記キャビティは前記金属基体の有する凹部を含む請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
8. 前記配線は、外部端子を設ける前記絶縁基体の外面から当該絶縁基体内を通り前記キャビティ内まで連続して位置する請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
9. 前記光素子を搭載可能な部品であるサブマウントを備え、
   前記サブマウントは、前記第１領域に位置し、
   前記接点部は、前記サブマウントの前記反射部材側の一端よりも前記反射部材から離れている、
   請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージ。
10. 請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の光素子搭載用パッケージと、
    前記第１搭載部に搭載された光素子と、
    を備える電子装置。
11. 請求項１０に記載の電子装置と、
    前記電子装置を搭載したモジュール用基板と、
    を備える電子モジュール。

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