JPH11163184A - 光半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光半導体装置の薄型化を図りつつ、外部にネ
ジ止めする際に光半導体素子と光ファイバとの位置整合
を維持することが困難であった。 【解決手段】 上面の中央領域に光半導体素子載置部１
ａを、両端領域にネジ止め部１ｂを有する金属基体１
と、光半導体素子載置部１ａを囲繞するとともにネジ止
め部１ｂを外側に突出させるように金属基体１上に取着
された金属枠体２と、金属枠体２の側壁に取着された光
ファイバ固定部材３と、金属枠体２の上面に取着される
金属蓋体４とから成り、金属基体１は、両端領域の厚み
をＡ、金属枠体２が取着されている部位の厚みをＢ、中
央領域の厚みをＣとしたとき、式1.0 ≧Ａ≧0.3 （ｍ
ｍ）、Ｂ≧２Ａ、Ｂ＞Ｃを満足する光半導体素子収
納用パッケージである。光半導体素子と光ファイバとの
位置整合を維持しつつ薄型化も図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は光半導体素子を収容
するための光半導体素子収納用パッケージに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、光半導体素子を収容するための光
半導体素子収納用パッケージは、その上面の中央領域に
光半導体素子が載置される光半導体素子載置部を、その
両端領域にパッケージを外部部材に固定するためのネジ
止め部を有する、銅−タングステン合金から成る平板状
の金属基体と、光半導体素子載置部を囲繞するとともに
ネジ止め部を外側に突出させるようにして金属基体上に
銀ロウ等のロウ材を介して取着され、その側壁に貫通孔
および下端側に金属基体との間で開口を形成する切欠き
を有する、鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属枠
体と、金属枠体の側壁の貫通孔内に取着された、鉄−ニ
ッケル−コバルト合金から成る光ファイバ固定部材と、
外部リード端子がロウ付けされたメタライズ配線層を有
する酸化アルミニウム質焼結体から成り、金属枠体の切
欠きと金属基体との間で形成された開口内に取着された
絶縁端子部材と、金属枠体の上部に取着され、金属枠体
の内側に光半導体素子を気密に封止する金属蓋体とから
構成されており、金属基体の光半導体素子載置部に光半
導体素子を接着固定するとともに光半導体素子の各電極
をボンディングワイヤを介して外部リード端子が取着さ
れているメタライズ配線層に接続し、次に金属枠体の上
部に金属蓋体を取着させ、金属基体と金属枠体と金属蓋
体とから成る容器内部に光半導体素子を気密に封止して
収容し、最後に金属枠体に取着された光ファイバ固定部
材に光ファイバをレーザ光線の照射による溶接等によっ
て接合させ、光ファイバを金属枠体に固定することによ
って製品としての光半導体装置となる。

【０００３】かかる光半導体装置は、外部電気回路から
供給される電気信号によって光半導体素子に光を励起さ
せ、この光を光ファイバを介して外部に伝達することに
よって高速光通信等に使用される光半導体装置として機
能する。

【０００４】またこの光半導体装置は、金属基体の両端
領域のネジ止め部を外部部材にネジ止めすることによっ
て外部部材に固定されることとなる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光半導体素子収納用パッケージは、金属基体を構成
する銅−タングステン合金の熱膨張係数が約7.0 ×10^-6
／℃（室温〜800 ℃）であり、金属枠体を構成する鉄−
ニッケル−コバルト合金の熱膨張係数（約10×10^-6／
℃：室温〜800 ℃）と相違することから、金属基体上に
金属枠体を銀ロウ等のロウ材を介してロウ付けすると、
両者の熱膨張係数の相違に起因する熱応力によって金属
基体に10〜20μｍ程度の反りが発生したものとなってい
た。

【０００６】そのため、この光半導体素子収納用パッケ
ージに光半導体素子を収容し、光ファイバ固定部材に光
ファイバを固定して光半導体装置となした後、金属基体
の両端領域に形成したネジ止め部を外部部材に強固にネ
ジ止めして光半導体装置を外部部材に固定した場合、金
属基体を外部部材にネジ止めする際の締め付けの応力に
より金属基体の反りが矯正され、その結果、金属基体の
中央領域の高さが変わるとともにここに載置された光半
導体素子の固定高さが変わり、そのため光半導体素子と
光ファイバとの位置整合がくずれてしまい、光半導体素
子が励起した光を光ファイバを介して外部に良好に伝達
することができなくなってしまうという問題点を有して
いた。

【０００７】そこで、本願出願人は、特願平５−103114
号において、金属基体の中央領域の厚みをＸ、両端領域
の厚みをＴとしたとき、1.0 ≧Ｔ≧0.3 （ｍｍ）、Ｘ≧
２Ｔを満足する光半導体素子収納用パッケージを提案し
た。

【０００８】この光半導体素子収納用パッケージによれ
ば、金属基体の中央領域に光半導体素子を接着固定する
とともに両端領域のネジ止め部を外部部材に固定した場
合、金属基体の反り矯正に伴う応力は、金属基体の両端
領域を変形させることによって吸収されて中央領域には
伝達されず、その結果、金属基体の中央領域に接着固定
されている光半導体素子はその固定位置が常に一定とな
り、光半導体素子と光ファイバとの整合を正確として光
半導体素子が励起した光を光ファイバを介して外部に良
好に伝達することが可能となる。

【０００９】しかしながら、この光半導体素子収納用パ
ッケージによっても、金属基体の両端領域の厚みを0.3
ｍｍ未満とすると金属基体の機械的強度が低下して光半
導体装置を外部部材に強固に取り付け固定することがで
きなくなってしまうこと、および中央領域の厚みが両端
領域の厚みの２倍未満となるとネジ止めする時の応力が
中央領域にも伝わって光半導体素子と光ファイバとの整
合がとれなくなってしまうこと等から、中央領域の厚み
を例えば0.6 ｍｍ未満の薄いものとすることによって光
半導体装置の更なる薄型化を図ることが困難であるとい
う問題点を有していた。

【００１０】本発明は上記事情に鑑みて案出されたもの
であり、その目的は、金属基体の両端領域に設けられた
ネジ止め部を外部部材にネジ止めしても内部に収容した
光半導体素子の高さが変わることがなく、光半導体素子
と光ファイバとの位置整合を保って光半導体素子が励起
した光を光ファイバを介して外部に良好に伝達すること
ができ、しかも薄型化も図ることができる光半導体素子
収納用パッケージを提供することにある。

【００１１】

【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、上面の中央領域に光半導体素子が載
置される光半導体素子載置部を、両端領域にネジ止め部
を有する金属基体と、前記光半導体素子載置部を囲繞す
るとともに前記ネジ止め部を外側に突出させるように前
記金属基体の上面に取着された金属枠体と、この金属枠
体の側壁にこの側壁を貫通して取着され、光ファイバを
固定する光ファイバ固定部材と、前記金属枠体の上面に
取着され、前記光半導体素子を気密に封止する金属蓋体
とから成る光半導体素子収納用パッケージであって、前
記金属基体は、前記両端領域の厚みをＡ、前記金属枠体
が取着されている部位の厚みをＢ、前記中央領域の厚み
をＣとしたとき、それらが下記〜式 １．０≧Ａ≧０．３（ｍｍ） Ｂ≧２Ａ Ｂ＞Ｃ を満足することを特徴とするものである。

【００１２】本発明の光半導体素子収納用パッケージに
よれば、金属基体は、その両端領域の厚みを0.3 〜1.0
ｍｍの厚みとするとともに、中央領域の光半導体素子載
置部を囲繞するように金属枠体が取着される部位の厚み
を両端領域の厚みの２倍以上としたことから、金属枠体
が取着される部位の剛性が両端領域の剛性よりはるかに
大きなものとなり、その結果、パッケージ内部に光半導
体素子を収容し光ファイバ固定部材に光ファイバを固定
して光半導体装置となした後、金属基体の両端領域に設
けられたネジ止め部を外部部材にネジ止めして光半導体
装置を外部部材に固定すると、ネジ止めに伴う応力は主
に両端領域のみが変形することによって容易に吸収され
ることとなり、金属枠体が取着された部位や金属枠体に
囲まれた中央領域に伝達されることはほとんどなくなる
ので、光半導体素子と光ファイバとの位置整合がくずれ
ることはない。しかも、金属枠体で囲繞された中央領域
の厚みが金属枠体が取着される部位の厚みより薄くなっ
ていることから、光半導体装置を薄いものとすることが
可能である。

【００１３】

【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の図面に基づき詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明の光半導体素子収納用パッケ
ージの実施の形態の一例を示す断面図であり、１は金属
基体、２は金属枠体、３は光ファイバ固定部材、４は金
属蓋体である。

【００１５】また図２は、図１における光半導体素子収
納用パッケージの金属蓋体４を除いた上面図である。

【００１６】金属基体１は、その上面の中央領域に光半
導体素子５を載置するための光半導体素子載置部１ａを
有し、光半導体素子載置部１ａ上には光半導体素子５や
温度センサー等の電子部品（図示せず）がペルチェ素子
６および銅−タングステン合金や窒化アルミニウム質焼
結体等の良熱伝導性材料から成る基板７を介して接着固
定される。

【００１７】金属基体１は、例えば銅−タングステン合
金から成る場合であれば、タングステン粉末（粒径約10
μｍ）を約1000ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力で加圧成形すると
ともにこれを還元雰囲気中、約2300℃の温度で焼成して
多孔質のタングステン焼結体を得、次に1100℃の温度で
加熱溶融させた銅をタングステン焼結体の多孔部分に毛
管現象を利用して含浸させることによって製作される。

【００１８】また、金属基体１の上面には光半導体素子
載置部１ａを囲繞するようにして金属枠体２が銀ロウ等
のロウ材を介して取着されており、金属枠体２には一対
の絶縁端子部材８および光ファイバ固定部材３が側壁を
貫通して取着されている。

【００１９】金属枠体２は内側に光半導体素子５を収容
する空間を形成するとともに絶縁端子部材８および光フ
ァイバ固定部材３を支持する作用をなす。

【００２０】金属枠体２は、鉄−ニッケル−コバルト合
金等から成り、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金のイ
ンゴットに従来周知の金属加工を施すことによって所定
の枠状に形成される。

【００２１】金属枠体２の相対向する側壁に取着された
一対の絶縁端子部材８は、例えば酸化アルミニウム質焼
結体等の電気絶縁材料から成り、金属枠体２の内側から
外側にかけて導出する複数のメタライズ配線層９が設け
られている。

【００２２】絶縁端子部材８はパッケージ内部に収容す
る光半導体素子５やペルチェ素子６ならびに図示しない
電子部品を外部電気回路に電気的に接続する作用をな
し、例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸
化アルミニウム・酸化珪素・酸化カルシウム・酸化マグ
ネシウム等の原料粉末に適当なバインダや溶剤等を添加
混合して泥漿状となすとともに、これを従来周知のドク
ターブレード法を採用してシート状となすことによって
複数枚のセラミックグリーンシートを得、しかる後、セ
ラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施すとともに
これらを上下に積層し、高温で焼成することによって製
作される。

【００２３】絶縁端子部材８に設けられているメタライ
ズ配線層９は、金属枠体２の内側に位置する一端に光半
導体素子５の電極やペルチェ素子６の電極ならびに図示
しない電子部品の電極がボンディングワイヤ10を介して
接続され（ここでは簡便のため光半導体素子に接続され
たボンディングワイヤ10のみを示す）、また金属枠体２
の外側に位置する他端側には外部リード端子11が銀ロウ
等のロウ材を介して取着されており、外部リード端子11
を外部電気回路に接続することによって内部に収容され
る光半導体素子５やペルチェ素子６ならびに図示しない
電子部品が外部電気回路に電気的に接続されることとな
る。

【００２４】なお、メタライズ配線導体９は、タングス
テン・モリブデン・マンガン等の高融点金属粉末から成
り、例えばタングステン粉末やモリブデン粉末等の金属
粉末に適当な有機バインダや溶剤を添加混合して得た金
属ペーストを絶縁端子部材８となるセラミックグリーン
シートに従来周知のスクリーン印刷法を採用して予め所
定のパターンに印刷塗布して焼成することによって、絶
縁端子部材８の所定位置に被着形成される。

【００２５】また、絶縁端子部材８のメタライズ配線層
９に取着された外部リード端子11は、鉄−ニッケル−コ
バルト合金や鉄−ニッケル合金等の金属から成り、光半
導体素子５を外部電気回路に電気的に接続する作用をな
し、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金から成る板材に
打ち抜き加工やエッチング加工を施すことによって所定
の形状に形成される。

【００２６】なお、絶縁端子部材８に代えて、金属基体
１の光半導体素子載置部１ａ周辺の位置に金属基体１を
貫通するようにして、あるいは金属枠体２の側壁を貫通
するようにして絶縁端子を形成し、この絶縁端子を介し
て光半導体素子５やペルチェ素子６ならびに図示しない
電子部品と外部電気回路とを電気的に接続するようにし
てもよい。

【００２７】さらに金属枠体２の側壁には光ファイバ12
を固定するための光ファイバ固定部材３が金属枠体２の
内外を貫通するようにして取着されており、この光ファ
イバ固定部材３に光ファイバ12に接合されたフランジ部
材13を接着剤や溶接により固定して光ファイバ12を固定
することによって、光半導体素子５と外部との間で光信
号を伝達する光ファイバ12が光半導体素子収納用パッケ
ージに接続固定されることとなる。

【００２８】光ファイバ固定部材３は、例えば鉄−ニッ
ケル−コバルト合金等の金属から成る円筒部材であり、
その内側にサファイアやガラス等の透光性材料から成る
窓部材14が取着されており、この窓部材14を介して光半
導体素子５が励起した光が光ファイバ12に伝達され外部
に伝達される。

【００２９】また、金属枠体２の上面には鉄−ニッケル
−コバルト合金等の金属から成る略平板状の金属蓋体４
が金属枠体２の内側の空所を塞ぐようにしてシームウエ
ルド法等の溶接によって取着され、これによって金属基
体１の載置部１ａに接着固定された光半導体素子５がパ
ッケージ内部に気密に収容される。

【００３０】さらに金属基体１の両端領域には、光半導
体装置を外部部材に固定するための切欠き15を有するネ
ジ止め部１ｂが形成されており、パッケージ内部に光半
導体素子５を収容するとともに光ファイバ固定部材３に
光ファイバを固定して光半導体装置となした後、切欠き
15にネジを挿通してネジ止め部１ｂを外部部材にネジ止
めすることによって、光半導体装置が外部部材に固定さ
れることとなる。

【００３１】また、金属基体１は、両端領域の厚みＡが
0.3 〜1.0 ｍｍであり、金属枠体２が取着された部位の
厚みＢが両端領域の厚みＡの２倍以上とされており、さ
らに中央領域の厚みＣが金属枠体２が取着された部位の
厚みＢよりも薄いものとされている。

【００３２】金属基体１は、両端領域の厚みＡが0.3 〜
1.0 ｍｍであり、かつ金属枠体２が取着された部位の厚
みＢが両端領域の厚みＡの２倍以上とされていることか
ら、金属枠体２が取着された部位の剛性が両端領域の剛
性よりはるかに大きなものとなり、パッケージ内部に光
半導体素子５を収容するとともに光ファイバ固定部材３
に光ファイバ12を固定して光半導体装置となした後、金
属基体１の両端領域に設けられたネジ止め部１ｂを外部
部材にネジ止めして固定した場合、ネジ止めの応力は、
主に金属基体１の両端領域のみが変形して容易に吸収さ
れ、金属枠体２が取着された部位やこの部位に取り囲ま
れた中央領域に伝達されることはほとんどなく、その結
果、ネジ止めの応力により光半導体素子５の固定高さが
変わることはないため、光半導体素子５と光ファイバ12
との位置整合が保たれることとなり、光半導体素子５が
励起した光を光ファイバ12を介して外部に良好に伝達す
ることができる。

【００３３】なお、金属基体１は、その両端領域の厚み
Ａが0.3 ｍｍ未満であると両端領域の機械的な強度が小
さくなりすぎて、ネジ止め部１ｂを外部部材にネジ止め
する際にネジ止めの応力によりネジ止め部１ｂが破壊さ
れてしまう危険性がある。また、1.0 ｍｍを超えるとネ
ジ止めの応力が金属基体１の中央領域に伝わらないよう
にするためには金属枠体２が取着される領域の厚みＢを
２ｍｍ以上の厚いものとする必要があり、光半導体装置
の薄型化を図るために光半導体素子載置部１ａが形成さ
れた中央領域の厚みＣを例えば0.6 ｍｍ未満の薄いもの
とした場合に、光半導体素子載置部１ａと絶縁端子部材
８や光ファイバ固定部材３が取着される金属枠体２との
相対的な高さの差が大きなものとなり、絶縁端子部材８
や光ファイバ固定部材３を光半導体素子載置部１ａに載
置される光半導体素子５の高さに対応する高さに取着す
ることが困難となってしまう傾向がある。従って、金属
基体１はその両端領域の厚みＡを0.3 〜1.0 ｍｍの範囲
とすることが好ましい。

【００３４】金属基体１はまた、金属枠体２が取着され
る部位の厚みＢが両端領域の厚みＡの２倍未満である
と、パッケージ内部に光半導体素子５を収容するととも
に光ファイバ固定部材３に光ファイバ12を固定した後、
金属基体１の両端領域に設けられたネジ止め部１ｂを外
部部材にネジ止めする際に、このネジ止めの応力が金属
基体１の中央領域に作用して光半導体素子５の固定高さ
が変わり、光半導体素子５と光ファイバ12との位置整合
がくずれることとなり、光半導体素子５が励起した光を
光ファイバ12を介して外部に良好に伝達することが困難
となるおそれがある。従って、金属基体１は、金属枠体
２が取着されている部位の厚みＢを両端領域の厚みＡの
２倍以上にしておくことが好ましい。

【００３５】金属基体１はさらにまた、光半導体素子載
置部１ａが形成された中央領域の厚みＣが、例えば0.6
ｍｍ以下と金属枠体２が取着された領域の厚みＢよりも
薄いものとされており、その分、光半導体装置の厚みを
薄いものとすることが可能である。

【００３６】なお、金属基体１は、その中央領域の厚み
Ｃが、金属枠体２が取着された領域の厚みＢより薄いも
のであったとしても、金属枠体２が取着された部位の厚
みＢが両端領域の厚みＡの２倍以上と厚いことから、パ
ッケージ内部に光半導体素子５を収容するとともに光フ
ァイバ固定部材３に光ファイバ12を固定して光半導体装
置となした後、金属基体１の両端領域に設けられたネジ
止め部１ｂを外部部材にネジ止めする際に、ネジ止めの
応力は主に両端領域が変形することによってそのほとん
どが良好に吸収され、金属枠体２が取着された部位およ
びこの部位に囲まれた中央領域にはほとんど作用しない
ことから、光半導体素子５の固定高さが変わることはほ
とんどなく、従って光半導体素子５と光ファイバ12との
位置整合が保たれるため、光半導体素子５が励起した光
を光ファイバ12を介して外部に良好に伝達することがで
きる。

【００３７】かくして、本発明の光半導体素子収納用パ
ッケージによれば、金属基体１の載置部部１ａに光半導
体素子５をペルチェ素子６・基板７を介して接着固定す
るとともに光半導体素子５の電極をボンディングワイヤ
10を介して絶縁端子部材８のメタライズ配線層９電気的
に接続し、次に光ファイバ固定部材３に光ファイバ12を
光半導体素子５と光ファイバ12の光軸が合うように位置
決めして固定し、最後に金属枠体２の上面に金属蓋体４
をシームウエルド法等により接合することによって光半
導体装置が完成する。

【００３８】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
によれば、金属基体の両端領域の厚みを0.3 〜1.0 ｍｍ
の厚みとするとともに金属枠体が取着される部位の厚み
を両端領域の厚みの２倍以上としたことから、金属枠体
が取着される部位の剛性が両端領域の剛性よりはるかに
大きなものとなり、その結果、内部に光半導体素子を収
容するとともに光ファイバ固定部材に光ファイバを固定
して光半導体装置となした後、金属基体の両端領域に設
けられたネジ止め部を外部部材にネジ止めし、光半導体
装置を外部部材に固定すると、ネジ止めに伴う応力は主
に両端領域のみが変形することによって容易に吸収さ
れ、金属枠体が接合された部分やこの部分に囲まれた金
属基体の中央領域に伝達されることはなく、その結果、
ネジ止めの応力が金属基体の中央領域に伝達されて光半
導体素子の高さが変わることはなく、光半導体素子と光
ファイバとの位置整合が保たれ、光半導体素子が励起し
た光を光ファイバを介して外部に良好に伝達することが
できる。

【００３９】さらに、金属枠体で囲繞される中央領域の
厚みが金属枠体が取着される部位の厚みより薄くなって
いることから、その分、光半導体装置を薄いものとする
ことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施
の形態の一例を示す断面図である。

【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの金
属蓋体４を除いた上面図である。

【符号の説明】

１・・・金属基体 １ａ・・・光半導体素子載置部 １ｂ・・・ネジ止め部 ２・・・金属枠体 ３・・・光ファイバ固定部材 ４・・・金属蓋体 ５・・・光半導体素子 12・・・光ファイバ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面の中央領域に光半導体素子が載置さ
   れる光半導体素子載置部を、両端領域にネジ止め部を有
   する金属基体と、前記光半導体素子載置部を囲繞すると
   ともに前記ネジ止め部を外側に突出させるように前記金
   属基体の上面に取着された金属枠体と、該金属枠体の側
   壁に該側壁を貫通して取着され、光ファイバを固定する
   光ファイバ固定部材と、前記金属枠体の上面に取着さ
   れ、前記光半導体素子を気密に封止する金属蓋体とから
   成る光半導体素子収納用パッケージであって、前記金属
   基体は、前記両端領域の厚みをＡ、前記金属枠体が取着
   されている部位の厚みをＢ、前記中央領域の厚みをＣと
   したとき、それらが下記〜式を満足することを特徴
   とする光半導体素子収納用パッケージ。 １．０≧Ａ≧０．３（ｍｍ） Ｂ≧２Ａ Ｂ＞Ｃ