(57)【要約】      （修正有）【課題】モニター用受光素子の搭載に優れた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。【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、上面の中央部に受光素子の搭載部１ａを有する金属基板１と、搭載部１ａの周囲の金属基板１に立設するように設けられた台座部２と、この台座部２に接合され、発光素子が搭載される四角形状の回路基板３と、金属基板１に挿通され、封止材２を介して固定されたリード端子６とを具備している。そして、回路基板３は、金属基板１の上面に近接する一辺の中央部を除いた三辺に沿って台座部２に接合されている。接合材が搭載部１ａに流れ込みにくくなる。【選択図】図１
2015106567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面の中央部に受光素子の搭載部を有するとともに該搭載部の周辺に前記上面から下面にかけて形成された複数の貫通孔を有する金属基板と、前記搭載部の周囲の前記上面に立設するように設けられた台座部と、該台座部に接合され、発光素子が搭載される四角形状の回路基板と、前記貫通孔に挿通され、封止材を介して固定された複数のリード端子とを具備している光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、前記上面に近接する一辺の中央部を除いた３辺に沿って接合されていることを特徴とする光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
前記回路基板は、表面の前記３辺に沿った位置に配線導体が形成され、前記配線導体の形成部位に対応する裏面は、前記台座部に接合されてい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３】
前記回路基板は、裏面の前記３辺に沿った接合部に接合用の導体が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項４】
前記回路基板が接合されない前記台座部の部位に接合材と接合しない加工が施されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項５】
前記台座部の前記部位に穴が設けられていることを特徴とする請求項４記載の光半導体素子収納用パッケージ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか1つに記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記搭載部に
搭載されて前記リード端子の前記上面側の端部に電気的に接続された受光素子と、前記リード端子に接合された前記回路基板に搭載された発光素子と、光を透過させる窓を有するとともに前記受光素子および前記回路基板を覆うように前記金属基板の前記上面に接合された蓋体とを具備することを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光半導体デバイスを収容するため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。
【背景技術】
【０００２】
従来の光通信装置に用いられているＬＤ（Laser Diode:レーザーダイオード）やＰＤ（Photo Diode:フォトダイオード）等の光半導体素子を収納する光半導体装置の斜視図を図６に示す。図６は、光半導体装置の蓋体を取り外した光半導体装置本体を示す。図６に示す光半導体装置は、いわゆるＣＡＮ型の光半導体素子収納用パッケージ（略してＣＡＮ型パッケージとも呼ばれる）である。
【０００３】
金属から成る円形状の金属基板１１の上面の中央部には受光素子１５の搭載部１１ａが設けられている。また、搭載部１１ａの横には金属台座１２が設けられ、金属台座１２には回路基板１３が接合されている。搭載部１１ａの周囲には上面から下面にかけて貫通孔１１ｂが形成されている。貫通孔１１ｂにはそれぞれリード端子１６が挿通され、封止材を介して金属基板１１に固定されている。
【０００４】
このＣＡＮ型パッケージの搭載部１１ａにはＰＤ１５が搭載され、回路基板１３にはＬＤ１４が搭載されている。ＰＤ１５はＬＤ１４の後方出力を受光し、ＬＤ１４をモニターするために設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３０２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のパッケージにおいて、回路基板１３の裏面と金属台座１２とはろう材によって接合される。接合は、金属台座１２と回路基板１３の裏面との間にろう材のプリフォームを配置し、このろう材を溶融炉で溶融させた後冷却し、ろう材を固化させる方法によって行われる。ろう材が溶融した際、ろう材は回路基板１３の裏面全面に濡れ広がり、回路基板１３は裏面全面において接合される。
【０００７】
しかしながら、ろう材を溶融させたとき、ろう材の流れる方向をコントロールすることが難しく、ろう材がＰＤ１５の搭載部１１ａまで流れてしまう場合があった。ろう材がＰＤ１５の搭載部１１ａまで流れてしまうと、ＰＤ１５を設計通りに搭載するのが困難となり、ＬＤ１４のモニタリングに支障が出る場合があった。
【０００８】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、回路基板の接合構造を改善し、特性が安定した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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る光半導体素子収納用パッケージは、上面の中央部に受光素子の搭載部を有するとともにこの搭載部の周辺に前記上面から下面にかけて形成された貫通孔を有する金属基板と、前記搭載部の周囲の前記上面に立設するように設けられた台座部と、この台座部に接合され、発光素子が搭載される四角形状の回路基板と、前記貫通孔に
挿通され、封止材を介して固定された複数のリード端子とを具備している光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、前記上面に近接する一辺の中央部を除いた３辺に沿って接合されていることを特徴とするものである。
【００１０】
上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、表面の前記３辺に沿った位置に配線導体が形成され、前記配線導体の形成部位に対応する裏面は、前記台座部に接合されているのが好ましい。
【００１１】
また、上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板は、裏面の前記３辺に沿った接合部に接合用の導体が形成されているのが好ましい。
【００１２】
また、上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記回路基板が接合されない前記台座部の部位に接合材と接合しない加工が施されているのが好ましい。
【００１３】
また、上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、前記台座部の前記部位に穴が設けられているのが好ましい。
【００１４】
本発明の一実施形態に係る光半導体装置は、上記いずれか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前記リード端子の前記上面側の端部に電気的に接続された受光素子と、前記リード端子に接合された前記回路基板に搭載された発光素子と、光を透過させる窓を有するとともに前記受光素子および前記回路基板を覆うように前記金属基板の前記上面に接合された蓋体とを具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る光半導体素子収納用パッケージによれば、前記回路基板は、前記上面に近接する一辺の中央部を除いた３辺に沿って固定されていることから、接合材が受光素子の搭載部に流れる虞を少なくできる。
【００１６】
上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、回路基板の、表面の３辺に沿った位置に配線導体が形成され、配線導体の形成部位に対応する裏面は、台座部に接合されている場合、発光素子から配線導体、回路基板および回路基板の裏面を介した台座部への放熱性を向上できる。
【００１７】
上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、回路基板の、裏面の３辺に沿った接合部に接合用の導体が形成されている場合、接合用の導体が形成された部分と台座部とを接合して３辺を接合することができる。
【００１８】
上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、回路基板が接合されない台座部の部位に接合材と接合しない加工が施されている場合、回路基板の３辺に沿った接合部と台座部とを容易に接合することができる。
【００１９】
上記光半導体素子収納用パッケージにおいて、台座部の接合しない部位に穴が設けられている場合、回路基板の３辺に沿った接合部と台座部とを容易に接合することができる。
【００２０】
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リード端子の上面側の端部に電気的に接続された受光素子と、リード端子に接合された回路基板に搭載された発光素子と、光を透過させる窓を有する蓋体とを具備することから、所期の性能を発揮する光半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【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斜視図である。
【図２】本発明の光半導体装置本体の組み立て構造の一例を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、回路基板の裏面の実施の形態の他の例を示す正面図である。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、光半導体素子収納用パッケージの実施の形態の各種例を示す斜視図である。
【図５】本発明の光半導体装置の実施の形態の一例を示す分解斜視図である。
【図６】従来の光半導体装置本体の例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
次に、本発明の光半導体素子収納用パッケージ（以下、単にパッケージともいう）および光半導体装置について添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は、ＣＡＮ型パッケージの実施の形態の一例を示した斜視図を示し、図２は、光半導体装置の本体部（蓋体を外した状態）の分解斜視図を示す。
【００２４】
これらの図において、１は金属基板、１ａは受光素子の搭載部、２は台座部、３は回路基板、６はリード端子であり、これらで本発明のパッケージが基本的に構成される。また、このパッケージと発光素子４と受光素子５と蓋体８とで本発明の光半導体装置が基本的に構成される。
【００２５】
金属基板１は、ステムとも呼ばれる。金属基板１は、上面の中央部に受光素子５の搭載部１ａを有する。金属基板１は、搭載された発光素子４および受光素子５が発生する熱をパッケージの外部に放散する機能も有する。金属基板１の搭載部１ａの周辺には上面から下面にかけて形成された直径0.5〜1ｍｍの貫通孔１ｂを有する。また、金属基板１の形状は、例えば直径５〜10ｍｍの円板状，半径２〜５ｍｍの円周の一部を切り取った半円板状，一辺５〜10ｍｍの四角板状等で、厚みが0.1〜２ｍｍの平板状である。
【００２６】
このような金属基板１は、鉄（Ｆｅ）または鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金、鉄（Ｆｅ）−マンガン（Ｍｎ）合金等の金属から成る。例えば金属基板１が鉄（Ｆｅ）から成る場合は、このインゴット（塊）に圧延加工や冷間圧延加工、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。
【００２７】
また、金属基板１の表面には耐食性に優れ、ロウ材との濡れ性に優れた厚さ0.5〜９μ
ｍのニッケル（Ｎｉ）層と厚さ0.5〜５μｍの金（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防止する。また、各部品を金属基板１にろう付けすることが容易になる。
【００２８】
なお、金属基板１の厚みは0.5ｍｍ以上１ｍｍ以下が好ましい。厚みが0.5ｍｍ未満の場合、後述する蓋体８を金属基体１の上面に接合する際に、接合温度等の接合条件により金属基板１が変形し易くなり、厚みが1ｍｍを超えると、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し難くなる。
【００２９】
金属基板１に形成された貫通孔１ｂには、リード端子６が挿通される。リード端子６の少なくとも下面側の端部は、貫通孔１ｂから突出するように配置される。そして、ガラスまたはセラミックス等の絶縁材から成る封止材７を介して金属基板１に固定される。リード端子６の金属基板１より上面側の端部は、受光素子５の電極や回路基板３の配線導体３ａにボンディングワイヤ（図示せず）やろう材等を介して電気的に接続される。そして、
リード端子６は外部電気回路（図示せず）との間の入出力信号を伝送する機能を為す。なお、リード端子６は、少なくとも下面側の端部が貫通孔１ｂから１〜20ｍｍ程度突出するように封止材７を介して固定され、上面側の端部は貫通孔１ｂから0.1ｍｍ〜２ｍｍ程度
突出する。
【００３０】
リード端子６は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばリード端子６がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る場合は、このインゴット（塊）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１〜25ｍｍ、直径が0.1〜１ｍｍの線状に製作される。
【００３１】
金属基板１の上面の載置部１ａの周囲には、載置部１ａに接するように台座部２が立設されている。台座部２は、載置部１ａの横に立てて設置される回路基板３を支持するためのものである。また、回路基板３上の発光素子４が発する熱を金属基板１へと伝える機能も有している。そのため、台座部２の回路基板３を支持する面が平面とされている。また、図１，図２に示すように、回路基板３を支持する面と反対側の面は、半円形状にしてある。これは、熱容量を大きくするとともに、金属基板１への熱伝導性をよくするためである。もちろん、回路基板３を支持する面と反対側の面を平面形状にする等、半円形状とは別の他の形状にしてもよい。
【００３２】
台座部２は、ＦｅまたはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成る。台座部２を金属基板１と同じ材料で形成する場合は、金属基板１と一体に形成しても良いし、台座部２を別体に形成し、その後金属基板１に接合してもよい。
【００３３】
台座部２の搭載部１ａに直面する面には、回路基板３が接合されて固定される。回路基板３は通常は四角形で多くの場合は長方形状である。回路基板３は絶縁体で形成され、表面に導体が配置されている。絶縁材としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３：酸化アルミニウム）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）質焼結体等の誘電体が用いられる。セラミックスは、絶縁性に優れ、比較的熱伝導性もよいので好適である。この中でも、アルミナセラミックスは、曲げ強度が比較的に大きい等のことから、亀裂や破損、破断が生じ難い回路基板３とできるという点で好適である。
【００３４】
回路基板３は、例えば、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスから成る場合、先ずＡｌ２Ｏ３、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートとする。
【００３５】
次に、このセラミックグリーンシートに、タングステン（Ｗ）やモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを作製する。そして、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、配線導体３ａ，接合用の導体３ｂとなるメタライズ層を所定パターンに形成する。その後、必要に応じてセラミックグリーンシートを複数枚積層し、四角板状、多角形板状等の所定形状に裁断し、これを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３６】
配線導体３ａ，導体３ｂの表面には、通常厚さ0.5μｍ〜９μｍのニッケル（Ｎｉ）層
と厚さ0.5μｍ〜５μｍの金（Ａｕ）層とがめっき法により順次被着させて形成される。
【００３７】
図１，図２に示すように、回路基板３の表面には配線導体３ａが配置される。配線導体
３ａは、金属基板１と近接する一辺中央部を除いた３辺に沿って、回路基板３の外周部に形成される。配線導体３ａには、上辺に沿った部分の一部においてスリット状の配線導体３ａが形成されていない部分が形成される。この部分に、スリットを跨ぐように発光素子４が設置され、発光素子４の正負電極がそれぞれ配線導体３ａのスリットの両側に接続される。
【００３８】
回路基板３の裏面は、金属基板１と近接する一辺中央部を除いた３辺に沿う外周部が台座部２にろう材等の接合材で接合される。金属基板１と近接する一辺中央部は接合されないようにされる。したがってこの部分に接合材が流れないので、一辺中央部からさらに金属基板１の搭載部１ａに接合材が流れ込む可能性を小さくできる。このため、回路基板３の接合材が搭載部１ａに搭載される受光素子５等の設置を妨げることがない。
【００３９】
回路基板３の一辺中央部が接合されないようにするために、様々な方法を用いることができる。例えば回路基板３の裏面に図３（ａ），図３（ｂ）に示すような接合用の導体３ｂを形成すればよい。接合用の導体３ｂは、回路基板３の一辺中央部には形成されていないので、ろう材で台座部２と接合するとき、ろう材が一辺中央部には濡れ広がらない。このため、一辺中央部を除く３辺に沿って回路基板３が接合される。
【００４０】
図４（ａ），図４（ｂ），図４（ｃ）は、台座部２の回路基板３の接合面の例を示す。
【００４１】
図４（ａ）は、接合面が平面２ａであり、ここに図３（ａ），図３（ｂ）に示す回路基板３を接合すると、回路基板３は、一辺中央部を除く３辺に沿って接合される。
【００４２】
図４（ｂ）は、接合面の一辺中央部に穴２ｂを設けた例を示す。この接合面に回路基板３を接合すると、穴２ｂの部分で回路基板３と接合面との間に大きな隙間ができ、ろう材が濡れ広がり難くなる。したがって、回路基板３は、一辺中央部を除く３辺に沿って接合される。回路基板３の裏面は、図３（ａ），図３（ｂ）に示すようなものであってもよいし、回路基板３の裏面全面に接合用の導体３ｂを形成したものであってもよい。
【００４３】
図４（ｃ）は、接合面の一辺中央部に接合材で濡れにくいコーティング２ｃを施した例を示す。この接合面に回路基板３を接合すると、コーティング２ｃの部分でろう材が濡れ広がり難くなる。したがって、回路基板３は、一辺中央部を除く３辺に沿って接合される。回路基板３の裏面は、図３（ａ），図３（ｂ）に示すようなものであってもよいし、回路基板３の裏面全面に接合用の導体３ｂを形成したものであってもよい。
【００４４】
上記方法は、それぞれ組み合わせて行なってもよい。このように、様々な方法を施すことによって、一辺中央部を除く３辺に沿って回路基板３の裏面を台座部２に接合することができる。
【００４５】
なお、回路基板３の表面に配線導体３ａが形成されている場合、この配線導体３ａの形成部位に対応する回路基板３の裏面は、台座部２に接合されるようにするのがよい。これによって、発光素子４が発する熱を、発光素子４から配線導体３ａ、回路基板３および回路基板３の裏面を介した台座部２へと放熱性よく放熱できる。また、発光素子４から生じる熱は、配線導体３ａに沿って伝熱されるとともに、回路基板３および台座部２に伝熱される。配線導体３ａの形成部位に対応する回路基板３の裏面を介して台座部２に放熱される。
【００４６】
本発明の一実施形態に係る光半導体装置は、上述のように作製されたパッケージと、このパッケージに搭載され、電気的に接続された発光素子４および受光素子５と、光を透過させる窓を有するとともに発光素子４および回路基板３を覆うように金属基板１の上面に
接合された蓋体８とを具備している。
【００４７】
発光素子４および受光素子５は、搭載部に200〜400℃の融点を有する金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）等のろう材によりろう付けされて固定される。しかる後、その電極をボンディングワイヤ等の電気的接続部材を介してリード端子３の上面側の端部または回路基板３の配線導体３ａに電気的に接続される。発光素子４としては、ＬＤ（レーザーダイオード）等、受光素子５としてはＰＤ（フォトダイオ−ド）等の例が挙げられる。
【００４８】
なお、図２に示すように、発光素子４および受光素子５はそれぞれＬＤサブマウント４ａ、ＰＤサブマウント５ａを介して搭載される場合がある。これらサブマウントは、発光素子４および受光素子５の間の間隔や高さ等の位置関係を調整する機能を有する。
【００４９】
その後、金属基板１の上面の周囲にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金，Ｆｅ−Ｎｉ合金等から成り、発光素子４と対向する部位に窓を有し、光を透過するガラス等の透明な窓部材８ａが接着された蓋体８をＹＡＧレーザ溶接，シーム溶接またはロウ付け等で接合する。蓋体８はキャップ８とも呼ばれる。これによって本発明の光半導体装置が製作される。
【００５０】
蓋体８の窓には、平板やボールレンズ、非球面レンズなどの各種形状の窓部材８ａが低融点ガラス等により接合されてもよい。この窓部材８ａにより発光素子４から発光される光を集光させることができる。
【００５１】
また、蓋体８の下端は、例えば鍔状となっていてもよい。これにより金属基板１と蓋体８との接合面積が大きくなり、金属基板１と蓋体８とで構成されるパッケージ内部の気密信頼性が向上する。
【００５２】
本発明の一実施形態に係る光半導体装置によれば、上記本発明の一実施形態に係る半導体素子収納用パッケージを具備することから、所期の位置に所期の性能を有する受光素子５を備えた光半導体装置とすることができる。そして、発光素子４のモニタリングを信頼性よく行なえる光半導体装置とできる。
【００５３】
なお、本発明は、上述の実施の形態の例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内であれば種々の変更は可能である。例えば、回路基板３は、裏面全面に接合用の導体３ｂが形成され、接合面の一辺中央部に接合材が濡れにくいコーティングを施したものであってもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態の説明において上下左右という用語は、単に図面上の位置関係を説明するために用いたものであり、実際の使用時における位置関係を意味するものではない。
【符号の説明】
【００５５】
１：金属基板
１ａ：搭載部
１ｂ：貫通孔
２：台座部
３：回路基板
３ａ：配線導体
３ｂ：接合用の導体
４：発光素子
５：受光素子
６：リード端子
７：封止材
８：蓋体
【図５】
2015106567.tif 000003
【図６】
2015106567.tif 000004
【図１】
2015106567.tif 000005
【図２】
2015106567.tif 000006
【図３】
2015106567.tif 000007
【図４】
2015106567.tif 000008