(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅−タングステン合金から成り、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有する金属基体と、該金属基体上に前記光半導体素子載置部を囲繞するように取着され、側部に光ファイバを固定するための光ファイバ固定部材を有する金属枠体と、前記金属基体の両端領域の下面に前記金属枠体から突出するように接合されたヤング率が２００００ｋｇｆ／ｍｍ２以下で降伏応力が５０ｋｇｆ／ｍｍ２以下の金属材料から成る前記金属基体よりも薄いネジ止め部材と、前記金属枠体の上面に取着され、光半導体素子を気密に封止する金属蓋体とから成ることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
【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、銅−タングステン合金から成り、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有する金属基体と、鉄−ニッケル−コバルト合金から成り、光半導体素子載置部を囲繞するよう金属基体上に銀ロウ等のロウ材を介して取着され、側部に光ファイバを固定するための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アルミナセラミックスから成る絶縁端子部材とが取着された金属枠体と、金属枠体の上部に取着され、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都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収容し、最後に金属枠体の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には金属基体の両端領域に金属枠体から突出するようにしてネジ止め部が形成されており、こ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（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、光半導体素子と光ファイバとの位置整合が崩れ、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なくなってしまうという欠点を有していた。
【０００７】
そこで、本願出顔人は、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、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なもの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れば、金属基体を構成する銅−タングステン合金が、ヤング率30000 ｋｇｆ／ｍｍ2 と大きく、かつ降伏応力が70ｋｇｆ／ｍｍ2 と大きいことから、変形しにくく脆い性質を有しているため、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欠点を有していた。
【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、ネジ止めの応力によって光半導体素子の固定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が保たれて光半導体素子が励起した光を外部に良好に伝達することができ、しかも薄型の光半導体装置と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、銅−タングステン合金から成り、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有する金属基体と、この金属基体上に前記光半導体素子載置部を囲繞するように取着され、側部に光ファイバを固定するための光ファイバ固定部材を有する金属枠体と、前記金属基体の両端領域の下面に前記金属枠体から突出するように接合されたヤング率が20000ｋｇｆ／ｍｍ２以下で降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ２以下の金属材料から成る前記金属基体よりも薄いネジ止め部材と、前記金属枠体の上面に取着され、光半導体素子を気密に封止する金属蓋体とから成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、銅−タングステン合金から成る金属基体の両端領域にヤング率が20000 ｋｇｆ／ｍｍ2 以下で降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の変形し易い金属材料から成るネジ止め部材を設けたことから、内部に光半導体素子を収納するとともに光ファイバを光ファイバ固定部材に固定して光半導体装置となした後、ネジ止め部材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ネジ止め部材が変形することによって容易に吸収され、金属基体の中央領域に伝達されることはない。
【００１３】
この場合、ネジ止め部材はヤング率が20000 ｋｇｆ／ｍｍ2 以下で降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の変形し易い金属材料から成り靭性に優れることから、ネジ止め部材の厚みを0.3 ｍｍ未満の薄いものとしてもネジ止めの応力によってネジ止め部材が破壊されることはなく、また金属基体の厚みを0.6 ｍｍ未満の薄いものとしてもネジ止めの応力が金属基体に伝達されて反りを矯正することもない。
【００１４】
【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。
【００１５】
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は金属蓋体である。また、図２は図１に示す光半導体素子収納用パッケージの金属蓋体３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を載置するための載置部１ａを有し、載置部１ａ上には光半導体素子４や温度センサ等の開示しない電子部品がペルチェ素子５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６を介して接着固定される。
【００１７】
金属基体１は銅−タングステン合金から成り、例えば、タングステン粉末（粒径約10μｍ）を1000ｋｇｆ／ｃｍ2 程度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にはその上面に載置部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７および光ファイバ固定部材８が側壁を貫通して取着されている。
【００１９】
金属枠体２は内部に光半導体素子４を収容する空間を形成するとともに絶縁端子部材７および光ファイバ固定部材８を支持する作用をなす。
【００２０】
金属枠体２は、鉄−ニッケル−コバルト合金から成り、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絶縁端子部材７は、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７は、内部に収容する光半導体素子４やペルチェ素子５ならびに図示しない電子部品を外部電気回路に接続する作用を為し、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７に設けられているメタライズ配線層９は、一端に光半導体素子４の電極やペルチェ素子５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４に接続されたボンディングワイヤ10のみを示す）、また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４やペルチェ素子５ならびに図示しない電子部品が外部電気回路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７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おくことによって、絶縁端子部材７の所定位置に被着形成される。
【００２５】
また、絶縁端子部材７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４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】
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８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８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４が励起した光を外部に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。
【００２７】
光ファイバ固定部材８は、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４が励起した光が光ファイバ12に伝達される。
【００２８】
また、金属基体１の両端領域には、金属枠体２から外側に突出するようにして鉄−ニッケル−コバルト合金や鉄−ニッケル合金・銅等のヤング率が20000 ｋｇｆ／ｍｍ2 以下で、降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の金属材料から成るネジ止め部材15が接合されている。
【００２９】
ネジ止め部材15は、光半導体装置を外部部材に固定する作用を為し、その一部にはネジ止めのための切り欠き15ａが設けられており、切り欠き15ａにネジを挿通してネジ止め部材15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。
【００３０】
ネジ止め部材15は、ヤング率が20000 ｋｇｆ／ｍｍ2 以下で、降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の金属材料から成り、変形し易いことから、ネジ止め部材15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した場合、ネジ止めの応力はネジ止め部材15が変形することによって容易に吸収され、その結果、金属基体１にネジ止めの応力が伝達されて光半導体素子４の固定高さが変わることはなく、光半導体素子４と光ファイバ12との位置整合が保たれ、光半導体素子４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。
【００３１】
この場合、ネジ止め部材15はヤング率が20000 ｋｇｆ／ｍｍ2 以下で降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の変形し易い金属材料から成り靭性に優れることから、ネジ止め部材15の厚みを0.3 ｍｍ未満の薄いものとしてもネジ止めの応力によってネジ止め部材15が破壊されることはなく、また金属基体１の厚みを0.6 ｍｍ未満の薄いものとしてもネジ止めの応力が金属基体１に伝達して光半導体素子４の固定高さに変動をきたすこともない。従って本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、ネジ止め部材15の厚みを0.3 ｍｍ未満としたり、金属基体１の厚みを0.6 ｍｍ未満の薄いものとして、極めて薄型の光半導体装置を提供することができる。
【００３２】
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１ａに光半導体素子４をペルチェ素子５・基板６を介して接着固定するとともに光半導体素子４の電極をボンディングワイヤ10を介して絶縁端子部材７のメタライズ配線層９に電気的に接続し、次に光ファイバ固定部材８に光ファイバ12を光半導体素子４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３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。
【００３３】
【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、銅−タングステン合金から成る金属基体の両端領域にヤング率が20000 ｋｇｆ／ｍｍ2 以下で降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の変形し易い金属材料から成るネジ止め部材を設けたことから、内部に光半導体素子を収納するとともに光ファイバを光ファイバ固定部材に固定して光半導体装置となした後、ネジ止め部材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ネジ止め部材が変形することによって容易に吸収され、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。
【００３４】
この場合、ネジ止め部材はヤング率が20000 ｋｇｆ／ｍｍ2 以下で降伏応力が50ｋｇｆ／ｍｍ2 以下の変形し易い金属材料から成り靭性に優れることから、ネジ止め部材の厚みを0.3 ｍｍ未満の薄いものとしてもネジ止めの応力によってネジ止め部材が破壊されることはなく、また金属基体の厚みを0.6 ｍｍ未満の薄いものとしてもネジ止めの応力が金属基体に伝達して光半導体素子の固定高さに変動をきたすこともない。従って、本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、ネジ止め部材の厚みを0.3 ｍｍ未満としたり、金属基体１の厚みを0.6 ｍｍ未満の薄いものとして、極めて薄型の光半導体装置を提供することができる。
【００３５】
以上により、本発明によれば、ネジ止めの応力によって光半導体素子の固定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が保たれて光半導体素子が励起した光を外部に良好に伝達することができ、しかも薄型の光半導体装置とできる光半導体素子収納用パッケージを提供することができた。
【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
２・・・金属枠体
３・・・金属蓋体
４・・・光半導体素子
８・・・光ファイバ固定部材
12・・・光ファイバ
15・・・ネジ止め部材
【図１】
0003652844.tif 000002
【図２】
0003652844.tif 000003