(57)【要約】  【課題】  封止性に優れた素子収納用パッケージおよび実装構造体を提供することを目的とする。  【解決手段】  素子収納用パッケージ２は、上面に素子３を実装する実装領域Ｒを有する基板４と、基板４上であって実装領域Ｒを取り囲むとともに、上面に沿った平面方向に貫通する貫通孔Ｈを有する金属枠体５と、貫通孔Ｈに設けられた、リード端子６およびリード端子６を固定する固定部材７とを有する入出力端子８とを備えている。固定部材７は、リード貫通孔Ｈｌを有し、リード貫通孔Ｈｌ内にガラス部材９が設けられており、リード端子６は、ガラス部材９を貫通するとともに、ガラス部材９から突出した部分Ｐにおいて、ガラス部材９が部分Ｐの表面にかけて盛り上がっている。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に素子を実装する実装領域を有する基板と、
前記基板上であって前記実装領域を取り囲むとともに、前記上面に沿った平面方向に貫通する貫通孔を有する金属枠体と、
前記貫通孔に設けられた、リード端子および前記リード端子を固定する固定部材とを有する入出力端子とを備え、
前記固定部材はリード貫通孔を有し、前記リード貫通孔内にガラス部材が設けられており、
前記リード端子は、前記ガラス部材を貫通するとともに、前記ガラス部材から突出した部分において、前記ガラス部材が前記部分の表面にかけて盛り上がっていることを特徴とする素子収納用パッケージ。
【請求項２】
請求項１に記載の素子収納用パッケージであって、
前記リード端子は、断面が矩形状であって外形が棒形状に形成されており、４つの側面のうち２つの側面が、残り２つの側面よりも粗面化していることを特徴とする素子収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項２に記載の素子収納用パッケージであって、
前記リード端子の粗面化した側面に、前記ガラス部材の一部が被着していることを特徴とする素子収納用パッケージ。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の素子収納用パッケージであって、
前記リード端子の粗面化した側面と、前記リード端子の粗面化されていない側面とは、四つの側面のなかで交互に配列されていることを特徴とする素子収納用パッケージ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の素子収納用パッケージと、
前記素子収納用パッケージ内の前記実装領域に実装された素子とを備えた実装構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、素子を実装することが可能な素子収納用パッケージ、および素子を実装した実装構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
素子収納用パッケージとして、さまざまな用途でそれに対応させた物が開発されている。素子収納用パッケージは、素子と外部機器とを電気的に接続するためのリード端子が設けられている。
【０００３】
素子収納用パッケージとしては、例えば、強誘電体素子であるＬＮ（ニオブ酸リチウム）による変調素子を実装することが可能なパッケージも開発されている。かかる素子収納用パッケージでは、リード端子がガラスからなる絶縁部材を介して固定されているものがある（例えば、下記特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６８６９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リード端子がガラスからなる絶縁部材で固定されている場合は、リード端子と絶縁部材との熱膨張係数の違いにより、絶縁部材にクラックが発生し、パッケージの封止性が損なわれる虞がある。特に、絶縁部材を冷却してリード端子を絶縁部材に固定する際には、リード端子と絶縁部材の境目に生じる応力によってクラックが発生しやすい。
【０００６】
本発明は、封止性に優れた素子収納用パッケージおよび実装構造体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージは、上面に素子を実装する実装領域を有する基板と、前記基板上であって前記実装領域を取り囲むとともに、前記上面に沿った平面方向に貫通する貫通孔を有する金属枠体と、前記貫通孔に設けられた、リード端子および前記リード端子を固定する固定部材とを有する入出力端子とを備え、前記固定部材はリード貫通孔を有し、前記リード貫通孔内にガラス部材が設けられており、前記リード端子は、前記ガラス部材を貫通するとともに、前記ガラス部材から突出した部分において、前記ガラス部材が前記部分の表面にかけて盛り上がっていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の一実施形態に係る実装構造体は、前記素子収納用パッケージと、前記素子収納用パッケージ内の前記実装領域に実装された素子とを備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、封止性に優れた素子収納用パッケージおよび実装構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る実装構造体であって、蓋体を取り外した状態を示す外観斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージを示した概観斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージを示した平面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージのリード端子を示した側面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージの一部である入出力端子を一方向から示した外観斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージの一部である入出力端子を他方向から示した外観斜視図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージの一部である入出力端子の平面図である。
【図８】図７に示した入出力端子の内部を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態に係る素子収納用パッケージおよび実装構造体について、図面を参照しながら説明する。図１は、実装構造体１の外観斜視図であって、パッケージ内部が見える状態である。図２は、素子収納用パッケージ２の内部を示した外観斜視図である。図３は、素子収納用パッケージ２の内部を示した平面図である。図４は、素子収納用パッケージ２のリード端子を示した側面図である。
【００１２】
＜実装構造体の構成＞
実装構造体１は、強誘電体素子であるＬＮ（ニオブ酸リチウム）による素子としての変調素子を実装した構造体である。実装構造体１は、ある特定の光入力に対して、変調信号を加えることで、位相、振幅または偏波面などを変化させて、外部に光出力するものである。
【００１３】
実装構造体１は、素子収納用パッケージ２と、素子収納用パッケージ２内の実装領域Ｒに実装された素子３とを備えている。また、素子収納用パッケージ２は、上面に素子３を実装する実装領域Ｒを有する基板４と、基板４上であって実装領域Ｒを取り囲むとともに、上面に沿った平面方向に貫通する貫通孔Ｈを有する金属枠体５と、貫通孔Ｈに設けられた、リード端子６およびリード端子６を固定する固定部材７とを有する入出力端子８とを備えている。固定部材７は、リード貫通孔Ｈｌを有し、リード貫通孔Ｈｌ内にガラス部材９が設けられており、リード端子６は、ガラス部材９を貫通するとともに、ガラス部材９から突出した部分Ｐにおいて、ガラス部材９が部分Ｐの表面にかけて盛り上がっている。
【００１４】
素子３は、例えば、ニオブ酸リチウムからなる変調素子である。素子３は、台座３ａ上に実装される。台座３ａは、素子収納用パッケージ２の内部の実装領域Ｒに設けられる。台座３ａは、素子３を実装するものであって、素子３の高さ位置を調整することができる。台座３ａは、絶縁材料からなり、台座３ａの上面に素子３と電気的に接続される電気配線が形成されている。
【００１５】
基板４は、長方形状の金属板であって、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。なお、基板４の熱伝導率は、例えば１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上４５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。基板４の熱膨張係数は、例えば３×１０−６／Ｋ以上２８×１０−６／Ｋ以下に設定されている。
【００１６】
また、基板４は、溶融した金属材料を型枠に鋳込んで固化させたインゴットに対して、従来周知の圧延加工または打ち抜き加工等の金属加工法を用いることで、所定形状に製作される。なお、基板４は、平面視したときの一辺の長さは、例えば２０ｍｍ以上２００ｍ
ｍ以下に設定されている。また、基板４の上下方向の厚みは、例えば０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。
【００１７】
また、基板４の表面は、酸化腐食を防止するために、電気めっき法または無電解めっき法を用いて、ニッケルまたは金等の金属層が形成されている。なお、金属層の厚みは、例えば０．１μｍ以上１０μｍ以下に設定されている。
【００１８】
金属枠体５は、基板４上に設けられている。金属枠体５は、基板４の実装領域Ｒを取り囲む枠状部５１と、枠状部５１に基板４の上面に沿った平面方向に形成された複数の貫通孔Ｈとを有している。枠状部５１の４辺のうち、３辺に貫通孔Ｈが設けられている。そして、対向する２辺の貫通孔Ｈに光ファイバを通すファイバ取付部１０が設けられている。また、ファイバ取付部１０が設けられた２辺で挟まれた１辺に、リード端子６を設けた入出力端子８が設けられている。また、当該１辺に、コネクタ部材１１が設けられている。
【００１９】
金属枠体５は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。金属枠体５は、素子３から発生する熱を効率良く外部に放熱する機能や熱応力を吸収したり、分散させたりする機能、実装構造体１を気密に封止できる機能を備えている。なお、金属枠体５の熱伝導率は、例えば１５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上４５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に設定されている。金属枠体５の熱膨張係数は、例えば３×１０−６／Ｋ以上２８×１０−６／Ｋ以下に設定されている。また、金属枠体５、上下の厚みは、例えば１ｍｍ以上１０ｍｍ以下に設定されている。また、金属枠体５を平面視したときの枠の厚みは、例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。
【００２０】
一対のファイバ取付部１０は、一方が光入力用であって、他方が光出力用である。一方のファイバ取付部１０ａから光ファイバを介して入力された光が、変調素子３上で位相、振幅または偏波面などを変化させて、他方のファイバ取付部１０ｂから光出力される。つまり、ファイバ取付部１０ａから入力された光は、素子３を介してコネクタ部材１１から入力される電気信号に起因して変化されて、ファイバ取付部１０ｂから出力される。
【００２１】
入出力端子８は、図５から図８に示すように、貫通孔Ｈに設けられた、リード端子６およびリード端子６を固定する固定部材７とを備えている。入出力端子８は、バイアス電圧を素子３に加えたり、電気信号を素子収納用パッケージ２内に入力するものである。なお、図５は、リード端子を有する入出力端子の一方向から見た外観斜視図である。図６は、リード端子を有する入出力端子の他方向から見た外観斜視図である。図７は、リード端子を有する入出力端子の平面図である。図８は、図７に示した入出力端子の内部を示した断面図である。
【００２２】
リード端子６は、断面が矩形状であって外形が棒形状に形成されている。具体的には、リード端子６は、断面が矩形状であって、長方形状に形成されている。リード端子６は、外部の電子機器と電気的に接続され、外部の電子機器からのバイアス電圧や電気信号が入力される。リード端子６は、長手方向の長さが１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。また、長手方向に直交した方向における断面の一辺の長さが０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。断面において長辺の長さが０．１５ｍｍ以上１ｍｍ以下であって、短辺の長さが０．１ｍｍ以上０．９５ｍｍ以下である。なお、リード端子６は、導電材料からなり、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。リード端子６の熱膨張係数は、例えば３×１０−６／Ｋ以上２８×１０−６／Ｋ以下に設定されている。
【００２３】
リード端子６は、例えば、４つの側面のうち２つの側面が、残り２つの側面よりも粗面
化している。また、固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子６の側面が、粗面化されている。ガラス部材９は、溶融されると、例えばニッケルからなる金属層が表面に被着された親水性のリード端子６の側面において、粗面化されている側面を濡れ広がりやすくなる。なお、リード端子６は、粗面化された表面の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）０．６μｍ以上５０μｍ以下であって、粗面化されていない表面の表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）０．１μｍ以上０．５μｍ以下に設定されている。なお、算術平均粗さ（Ｒａ）の測定は、ＪＩＳＢ０６０１による。
【００２４】
リード端子６は、固定部材７の長手方向に平行な一対の側面に保護部材を設け、固定部材７の長手方向に直交した一対の側面にエッチング加工やブラスト加工等の表面加工を施すことで、任意の側面を意図的に粗面化するとともに表面粗さを調整する。具体的には、固定部材７の長手方向に平行な一対の側面に保護膜を設け、リード端子６の表面をエッチング液によって表面加工することで、特定の側面の表面粗さを大きくすることができる。
【００２５】
リード端子６の粗面化した側面と、リード端子６の粗面化されていない側面とは、４つの側面のなかで交互に配列されている。そのため、ガラス部材９は、リード端子６を間に挟んでリード端子６の両側に被着することになる。また、リード端子６は、粗面化された一対の側面が固定部材７の長手方向に直交するように固定部材７に設けられ、粗面化された一対の側面に沿ってガラス部材９が被着される。
【００２６】
固定部材７は、リード貫通孔Ｈｌを有し、リード貫通孔Ｈｌ内にガラス部材９が設けられている。リード貫通孔Ｈｌは、固定部材７に複数設けられている。複数のリード貫通孔Ｈｌは、一方向に等間隔で設けられている。リード貫通孔Ｈｌは、円形状に形成されている。なお、リード貫通孔Ｈｌは、直径が例えば０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下に設定されている。
【００２７】
リード端子６は、ガラス部材９を貫通している。リード端子６は、ガラス部材９から突出した部分Ｐにおいて、ガラス部材９が固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられる部分Ｐの表面にかけて盛り上がっている。リード端子６は、固定部材７の貫通孔Ｈｌの内周面とは接触しないように設けられている。そのため、リード端子６と固定部材７とは電気的に絶縁した関係となる。
【００２８】
ここで、リード端子６の固定部材７に対する固定方法について説明する。まず、円筒状の固形ガラスを準備する。固形ガラスは、周知の紛体プレス法や押し出し成形法等を用いて作製することができる。固形ガラスは、外径がリード貫通孔Ｈｌの内径に対応し、内径がリード端子６の大きさに対応している。そして、固形ガラスをリード貫通孔Ｈｌに嵌めて、さらにリード端子６を固形ガラスの筒孔に挿し込む。そして、固形ガラスを所定の温度で加熱して、固形ガラスを溶融して軟化させ、リード端子６とリード貫通孔Ｈｌに接着させた後に、冷却して固化させることにより、リード端子６とリード貫通孔Ｈｌとをガラス部材９で接着することができる。このとき、組み立て冶具を用いて、リード端子６と固形ガラスをリード貫通孔Ｈｌに固定する。そして、固形ガラスを加熱するとともに、リード端子６とリード貫通孔Ｈｌの間に保持できる程度に固形ガラスを軟化させ、リード端子６とリード貫通孔Ｈｌに接着させた後に冷却することで、リード端子６をガラス部材９を介して固定部材７に固定することができる。
【００２９】
ガラス部材９は、固定部材７のリード貫通孔Ｈｌ内に充填される。そして、リード端子６の両端部がガラス部材９から突出している。ガラス部材９は、リード端子６が固定部材７に接触しないようにリード端子６を固定部材７に固定するものである。リード端子６の一端が外部の電子機器と電気的に接続されて、リード端子６のもう一端が素子３と電気的に接続される。ガラス部材９は、例えばホウケイ酸ガラス、リン酸ガラスまたはケイ酸ガ
ラス等の材料からなる。ガラス部材９の熱膨張係数は、例えば３×１０−６／Ｋ以上２０×１０−６／Ｋ以下に設定されている。
【００３０】
コネクタ部材１１は、同軸端子を接続するためのものである。そして、同軸端子からの電気信号を変調素子３に伝えるものである。コネクタ部材１１は、外部の同軸端子を接続して、外部と電気的に接続することができる。コネクタ部材１１は、一対の貫通孔と、一対の貫通孔に嵌められた筒状体と、貫通孔に貫通して設けられた同軸芯線とを備えている。
【００３１】
筒状体は、同軸端子を嵌めることができ、同軸芯線と同軸端子とを電気的に接続するものである。筒状体は、例えば鉄、ニッケル、コバルト、銅またはこれらの合金からなり、金型や切削にて加工することで作製することができる。筒状体は、内径が例えば１ｍｍ以上５ｍｍ以下に設定されている。
【００３２】
同軸芯線は、筒状体で囲まれる領域にセラミックスや低融点ガラス等の誘電体を介して設けられている。そして、同軸芯線は、変調素子３と電気的に接続される。なお、同軸芯線は、例えば鉄、ニッケル、コバルト、銅またはこれらの合金等の導電性材料からなる。
【００３３】
蓋体１２は、金属枠体５上に設けられる。金属枠体５上には、実装領域Ｒに素子３を実装した状態で、蓋体１２が設けられる。蓋体１２は、基板４と金属枠体５とで囲まれる空間を封止することができる。蓋体１２は、例えばろう材を介して金属枠体５上にろう付けされたり、シーム溶接によって金属枠体５上に接合されたりする。なお、蓋体１２は、例えば、銅、鉄、タングステン、モリブデン、ニッケルまたはコバルト等の金属材料、あるいはこれらの金属材料を含有する合金からなる。
【００３４】
上述した実装構造体１は、一方のファイバ取付部１０に取り付けた光ファイバから入力される光信号が、ニオブ酸リチウムからなる素子３の内部に設けられた光導波路を伝搬するとともに、入出力端子８からのバイアス電圧およびコネクタ部材１１の同軸端子からの電気信号に基づく電圧が光導波路の近辺に設けられた電極に加えられることによって、光ファイバから入力される光信号の位相が制御されて、他方のファイバ取付部１０に取り付けた光ファイバから外部に出力される光信号の振幅（ＯＮ／ＯＦＦ）を意図的に制御することができる。このような実装構造体は、ＬＮ変調器と呼ばれている。ＬＮ変調器の入出力端子８は、リード端子６がガラス部材９によってリード貫通孔Ｈｌに固定されており、半田等の接合材を介して固定部材７を金属枠体５に設けられた貫通部に挿入固定する際に、金属枠体５、リード端子６、固定部材７、ガラス部材９および接合材の熱膨張係数の違いに起因して生じる応力によってガラス部材９にクラックが入らないようにすることが重要である。
【００３５】
本実施形態に係る素子収納用パッケージ２は、リード端子６のガラス部材９から突出した部分Ｐにおいて、ガラス部材９が固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子６の表面にかけて盛り上がっていることで、ガラス部材９の露出した表面が固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子６の側面にかけて盛り上がっている。ガラス部材９の露出した表面は、仮に、平坦であるとすると、金属枠体５、リード端子６、固定部材７とガラス部材９、および固定部材７と金属枠体５とを接合する接合材との熱膨張係数の違いにより、特に角柱状のリード端子６の場合は、リード端子６の角からガラス部材９に応力が加わり、リード端子６の角を起点にガラス部材９にクラックが発生する虞がある。そこで、ガラス部材９の表面が平坦にならず、しかも、リード端子６の表面にかけてガラス部材９の一部を被着させることで、リード端子６からガラス部材９に加わる応力を分散させるとともに、リード端子６とガラス部材９との接合界面における接合強度が大きくなることによって、ガラス部材９にクラックが発生するのを低減することができる。その結果、封止性に優れた素子収納用パッケージ２および実装構造体１を提供することができる。
【００３６】
また、本実施形態に係る素子収納用パッケージ２は、リード端子６の４つの側面のうち、固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられる２つの側面に沿って、ガラス部材９が突出して設けられる。例えば、ガラス部材９は、固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられる２つの側面が、残りの２つの側面よりも粗面化していることで、ガラス部材９は粗面化されていないリード端子６の表面に沿って濡れ広がり難く、粗面化されたリード端子６の側面に沿って濡れ広がりやすくなる。これにより、リード端子６は、固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられる粗面化されたリード端子６の側面にはガラス部材９が突出して設けられ、粗面化されないリード端子６の側面にはガラス部材６が突出した形状で設けられない。なお、リード端子６とリード貫通孔Ｈｌとの間に保持される程度に加熱溶融され、軟化されたガラス部材９が粗面化されたリード端子６の側面に沿って濡れ広がることにより、ガラス部材９の露出した表面をいびつな状態でリード端子６にかけて傾斜させることができる。特に、リード端子６の断面が短辺となる側面、即ち、固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられる２つの側面が粗面化されていることで、ガラス部材９に応力が集中しやすいリード端子６の角付近をガラス部材９の一部によってコーティングすることができる。このようにすることで、リード端子６の応力が集中しやすい個所において、ガラス部材９にクラックが発生するのを低減することができる。特に、リード端子６の粗面化した側面と、リード端子６の粗面化されていない側面とは、四つの側面のなかで交互に配列されていることで、ガラス部材９の表面を両側面から引っ張り上げるように形成することができる。リード端子６の表面が交互にガラス部材９の一部が被着する領域を多くすることで、リード端子６とガラス部材９の熱膨張係数の違いによって生じる応力を低減しつつ、ガラス部材９の応力が集中しやすい個所にクラックが発生するのを低減することができる。
【００３７】
さらに、本実施形態に係る素子収納用パッケージ２は、素子収納用パッケージ２の製造工程や実装構造体１の作動時に、固定部材７の長手方向の熱膨張、熱収縮に伴って、固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子６の側面とガラス部材９との接合部に生じる応力を、上記の構成によって分散させることができる。
【００３８】
本発明は上述の実施の形態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において種々の変更、改良等が可能である。例えば、ペースト状のガラス接合材を、ガラス接合材９から固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子６の側面に沿って直接塗布するとともに硬化させ、固定部材７の長手方向に直交した方向に設けられるリード端子６の側面にガラス部材９を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  実装構造体
２  素子収納用パッケージ
３  素子
４  基板
５  金属枠体
５１  枠状部
６  リード端子
７  固定部材
８  入出力端子
９  ガラス部材
１０  ファイバ取付部
１１  コネクタ部材
１２  蓋体
Ｒ  実装領域
Ｈ  貫通孔
Ｈｌ  リード貫通孔
Ｐ  部分
【図１】
2015142014.tif 000003
【図２】
2015142014.tif 000004
【図３】
2015142014.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015142014.tif 000008
【図７】
2015142014.tif 000009
【図８】
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