(57)【要約】【課題】光半導体素子と光ファイバの光結合効率を向上させることのできる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。【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子５の載置部３を有する樹脂製の基体１と、基体１の側壁部２の上面に一端部の端面が側壁部２の内面に略面一になるようにして埋め込まれ、他端部が側壁部２の外側に突出するように設けられたリード端子７と、基体１の上面の凹部の周囲に接着され、下面に凹部と略同じ深さで内寸法が凹部よりも大きい凹みが形成されているとともに基体１と略同じ高さを有する樹脂製の蓋体９とを具備し、基体１の底部の厚みをＡ、基体１の側壁部２の厚さをＢ、蓋体９の天井部の厚みをＣ、蓋体９の側壁部の厚さをＤとしたとき、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５かつ０．５≦Ｄ／Ｂ＜１とされている。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための載置部を有する樹脂製の基体と、該基体の側壁部の上面に一端部の端面が前記側壁部の内面に略面一になるようにして埋め込まれ、他端部が前記側壁部の外側に突出するように設けられたリード端子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接着され、下面に前記凹部と略同じ深さで内寸法が前記凹部よりも大きい凹みが形成されているとともに前記基体と略同じ高さを有する樹脂製の蓋体とを具備しており、前記基体の底部の厚みをＡ、前記基体の側壁部の厚さをＢ、前記蓋体の天井部の厚みをＣ、前記蓋体の側壁部の厚さをＤとしたとき、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５かつ０．５≦Ｄ／Ｂ＜１と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】
請求項１記載の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記リード端子の前記一端部に電気的に接続された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接着された前記蓋体とを具備したことを特徴とする光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信分野等に用いられ、光半導体素子を収納するための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。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光通信分野に使用される電気信号を光信号に変換する半導体レーザ（ＬＤ）や光信号を電気信号に変換するフォトダイオード（ＰＤ）等の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（以下、半導体パッケージともいう）を図２に示す。同図に示すように、半導体パッケージは、上面に形成された凹部の底面の略中央部に光半導体素子１５を載置するための載置部１３を有し、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等のエンジニアリングプラスチック等の電気的に絶縁性の樹脂から成る基体１１と、両端が基体１１の側壁部１２の内外に突出するように取着され、側壁部１２の外側に突出する一端が外部電気回路に接続される複数のリード端子１７と、基体１１の側壁部１２上面に封止材１８を介して取着されて内側を気密に封止する蓋体１９とから主に構成されている。
【０００３】
なお、蓋体１９は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等から成る樹脂製の平板状のものや、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）合金等から成る金属製の平板状のものが使用される。
【０００４】
そして、基体１１の載置部１３上にシリコン（Ｓｉ）等から成る基板１４上に搭載された光半導体素子１５を載置固定するとともに、光半導体素子１５の各電極をリード端子１７にボンディングワイヤ等の電気的接続手段１６を介して電気的に接続し、しかる後、側壁部１２の上面に蓋体１９を樹脂接着剤等の封止材１８を介して接合し、基体１１と蓋体１９とから成る容器内部に光半導体素子１５を収容することによって、製品としての光半導体装置が完成する。この光半導体装置は、光半導体素子１５にリード端子１７を介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、光半導体素子１５に光を励起させて励起した光を側壁部１２に形成された貫通穴１１ａに取着された光ファイバ２０で伝達させることによって、または光ファイバ２０を伝達する光を光半導体素子１５で受光させ、光半導体素子１５で受光された光に対応する電気信号を発生させ、発生した電気信号をリード端子１７を介して取り出すことによって作動する。このような光半導体装置は光通信分野に多用される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光半導体装置においては、作動時に光半導体素子１５が発熱すると、基体１１と蓋体１９とに熱膨張が生じるが、基体１１と蓋体１９との熱膨張係数が異なるため基体１１と蓋体１９とに反りが発生する。その結果、載置部１３に載置された光半導体素子１５の位置がずれたり、貫通穴１１ａに取着された光ファイバ２０の位置がずれて、光半導体素子１５と光ファイバ２０との光結合効率が低下してしまうという問題点があった。
【０００６】
従って、本発明は上記問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光半導体素子の作動時の基体および蓋体の反りを抑え、光半導体素子と光ファイバの位置ずれを防止することにより、光半導体素子と光ファイバの光結合効率を向上させることのできる光半導体パッケージおよび光半導体装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収素子納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための載置部を有する樹脂製の基体と、該基体の側壁部の上面に一端部の端面が前記側壁部の内面に略面一になるようにして埋め込まれ、他端部が前記側壁部の外側に突出するように設けられたリード端子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接着され、下面に前記凹部と略同じ深さで内寸法が前記凹部よりも大きい凹みが形成されているとともに前記基体と略同じ高さを有する樹脂製の蓋体とを具備しており、前記基体の底部の厚みをＡ、前記基体の側壁部の厚さをＢ、前記蓋体の天井部の厚みをＣ、前記蓋体の側壁部の厚さをＤとしたとき、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５かつ０．５≦Ｄ／Ｂ＜１とされていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の底部の厚みをＡ、基体の側壁部の厚さをＢ、蓋体の天井部の厚みをＣ、蓋体の側壁部の厚さをＤとしたとき、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５かつ０．５≦Ｄ／Ｂ＜１とされていることから、基体と蓋体の熱膨張を近いものとして基体および蓋体の反りを抑えることができ、光半導体素子と光ファイバの位置ずれを防止することで、光半導体素子と光ファイバの光結合効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、前記載置部に載置固定されるとともに前記リード端子の前記一端部に電気的に接続された光半導体素子と、前記基体の上面の前記凹部の周囲に接着された前記蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の光半導体素子収納用パッケージおよび光半導体装置を以下に詳細に説明する。本発明の光半導体パッケージは、図１に示すように、上面に形成された凹部の底面の略中央部に光半導体素子５を載置するための載置部３を有し、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等から成る基体１と、基体１の側壁部２に一端部が埋め込まれ、外側に突出する他端部が外部電気回路に接続される複数のリード端子７と、基体１の側壁部２上面に樹脂接着剤等の封止材８を介して取着され、内側を気密に封止する蓋体９とから構成されている。
【００１２】
即ち、本発明の光半導体パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子５を載置するための載置部３を有する樹脂製の基体１と、基体１の側壁部２の上面に一端部の端面が側壁部２の内面に略面一になるようにして埋め込まれ、他端部が側壁部２の外側に突出するように設けられたリード端子７と、基体１の上面の凹部の周囲に接着され、下面に凹部と略同じ深さで内寸法が凹部よりも大きい凹みが形成されているとともに基体１と略同じ高さを有する樹脂製の蓋体９とを具備し、基体１の底部の厚みをＡ、基体１の側壁部２の厚さをＢ、蓋体９の天井部の厚みをＣ、蓋体９の側壁部の厚さをＤとしたとき、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５かつ０．５≦Ｄ／Ｂ＜１とされている。
【００１３】
本発明の基体１および蓋体９は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等のエンジニアリングプラスチック等から成り、トランスファモールド法またはインジェクションモールド法によって製作される。また、基体１および蓋体９は、熱膨張係数が同じになるように同じ樹脂から成るのがよく、あるいは熱膨張係数が近似した樹脂から成るのがよい。
【００１４】
リード端子７はＦｅ−Ｎｉ−コバルト（Ｃｏ）合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等から成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法等の従来周知の金属加工法を施すことによって形成される。リード端子７の側壁部２への取着は、基体１をトランスファモールド法またはインジェクションモールド法により形成する際に予め金型内の所定位置にリード端子７をセットしておくことによって側壁部２の上面に一端部が埋め込まれ、他端部が側壁部２の外側に突出した状態で一体的に取着される。リード端子７の側壁部２内側の一端部の端面は側壁部２の内面と略面一であり、その一端部の上面にボンディングワイヤ等の電気的接続手段６を接続する際、その一端部が側壁部２の上面に固定されているため、電気的接続手段６との接続が容易となり、半導体素子５と外部電気回路とを電気的接続手段６を介して確実に電気的に接続することができる。
【００１５】
リード端子７は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れたＮｉや金（Ａｕ）等の金属をメッキ法により所定厚み（１〜２０μｍ）に被着させておくのがよく、リード端子７の酸化腐蝕を有効に防止することができるとともに、外部リード端子７とボンディングワイヤ等の電気的接続手段６との接続およびリード端子７と外部電気回路との接続を信頼性の高いものとなすことができる。
【００１６】
さらに、基体１の側壁部２上には樹脂接着剤等から成る封止材８を介して蓋体９が接合され、蓋体９で側壁部２の内側を塞ぐことよって基体１と蓋体９とで構成される容器内に光半導体素子５が収容される。なお、樹脂接着剤等から成る封止材８は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等を主成分とした比較的強度および耐熱性の高い樹脂を用いる。例えば、エポキシ樹脂から成る樹脂接着剤であれば、具体的にはビスフェノールＡ型エポキシ樹脂やノボラック型エポキシ樹脂、グリシジアルアミン型エポキシ樹脂等のエポキシ樹脂にアミン系硬化剤やイミダゾール系硬化剤、酸無水物硬化剤等の硬化剤を添加した樹脂接着剤を用いる。
【００１７】
本発明の光半導体パッケージは、基体１の底部の厚みをＡ、基体１の側壁部２の厚さをＢ、蓋体９の天井部の厚みをＣ、蓋体９の側壁部の厚さをＤとしたとき、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５かつ０．５≦Ｄ／Ｂ＜１とされている。Ａ／Ｃ＜０．８の場合、基体１の底部の厚みＡが蓋体９の天井部の厚みＣに比べて薄くなり、作動時に光半導体素子５が発熱すると、基体１の底面が大きく反り、載置部３に載置された光半導体素子５の位置ずれが大きくなって、光ファイバ１０と光半導体素子５との間で位置ずれが生じ、光結合効率が低下してしまう。
【００１８】
Ａ／Ｃ＞１．２５の場合、蓋体９の天井部の厚みＣが基体１の底部の厚みＡに比べて薄くなり、作動時に光半導体素子５が発熱すると、蓋体９の天井部が大きく反り、反りによる弾性力が封止材８を介して基体１の側壁部２に伝わり、側壁部２の貫通孔１ａに取り付けられた光ファイバ１０の位置ずれが大きくなって、光ファイバ１０と光半導体素子５との間で位置ずれが生じ、光結合効率が低下してしまう。
【００１９】
Ｄ／Ｂ＜０．５の場合、蓋体９の側壁部の厚さＤが基体１の側壁部２の厚さＢに比べて薄くなり、作動時に光半導体素子５が発熱すると、蓋体９の側壁部が大きく変形し易くなり、基体１との接合部に熱応力が加わりやすくなるとともに、基体１との接合面積が小さく基体１との接合強度が弱くなるため、封止材８と蓋体９の境界部でクラック等の破損が生じて基体１と蓋体９とからなる容器内部を気密に保持できなくなる傾向がある。
【００２０】
また、Ｄ／Ｂ≧１の場合、リード端子７の側壁部２の内側の先端の上面にボンディングワイヤ等の電気的接続手段６を介して半導体素子５とを接続することができなくなってしまうため不都合である。
【００２１】
なお、蓋体９は下面に凹みがある凹形状となっており、基体１と同じ材質である方がよく、その場合基体１と蓋体９との熱膨張差による基体１および蓋体９の反りを抑えて、光ファイバ１０と光半導体素子５との間で位置ずれを防止することで、光ファイバ１０と光半導体素子５の光結合効率を向上させることができる。
【００２２】
また、封止材８は基体１もしくは蓋体９との熱膨脹係数差が３０×１０−６／℃以下であるのが好ましく、封止材８と基体１もしくは蓋体９との熱応力を軽減し、封止材８と基体１もしくは蓋体９との剥離を確実に防止することができる。
【００２３】
さらに、基体１の側壁部２の下端等の外面に略全周にわたって少なくとも一段の鍔部を設けるのがよく、この場合、基体１が補強されて光半導体素子５の熱によって基体１が変形するのをより抑えることができるとともに、基体１の放熱性も向上する。このような鍔部は蓋体９にも設けることができる。
【００２４】
かくして、本発明の光半導体装置によれば、基体１の載置部３へ基板４に搭載させた光半導体素子５を載置固定し、光半導体素子５の各電極を所定の外部リード端子７にボンディングワイヤ等の電気的接続手段６を介して電気的に接続し、しかる後、側壁部２の上面に蓋体９を封止材８を介して接合し、基体１と蓋体９とから成る容器内部に光半導体素子５を収容することによって、製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、光半導体素子５にリード端子７を介して外部電気回路から供給される駆動信号を印加し、光半導体素子５に光を励起させて励起した光を側壁部２の貫通穴１ａに取着された光ファイバ１０に伝達させることによって、または光ファイバ１０から伝達される光を光半導体素子５に受光させ、光半導体素子５で受光された光に対応する電気信号を発生させて、発生した電気信号を外部リード端子７を介し取り出すことによって作動する。
【００２５】
【実施例】
本発明の光半導体装置の実施例を以下に説明する。
【００２６】
図１，図２示した、本発明および従来の光半導体装置を、オルソクレゾールノボラック型エポキシ系熱硬化性樹脂を用いたトランスファモールド成型法により以下のように作製した。
【００２７】
まず、以下の３種類の光半導体装置のサンプルを作製した。下面に凹みを有し基体１と同じ材料から成る蓋体９を有した光半導体装置としてサンプルＰ（基体１の外形寸法が縦７．４ｍｍ×横１３．２ｍｍ×高さ２．８ｍｍ、蓋体９の外形寸法が縦７．４ｍｍ×横１３．２ｍｍ×高さ２．８ｍｍ）を、厚みが１．３ｍｍの平板状であり基体１１と同じ材料から成る蓋体１９を有した光半導体装置としてサンプルＱ（基体１１の外形寸法が縦７．４ｍｍ×横１３．２ｍｍ×高さ４．３ｍｍ）を、平板状であり厚みが０．５ｍｍの４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ合金）からなる蓋体１９を有した光半導体装置としてサンプルＲ（基体１１の外形寸法が縦７．４ｍｍ×横１３．２ｍｍ×高さ４．３ｍｍ）を、それぞれ作製した。
【００２８】
なお、基体１，１１の底部の厚みＡは１．３ｍｍ、側壁部２，１２の厚さＢは２．５ｍｍ、蓋体９の天井部の厚みＣは１．３ｍｍ、蓋体９の側壁部の厚みＤは２．４ｍｍである。
【００２９】
これら３種類のサンプルを温度サイクル試験装置（株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」）内にセットし、温度サイクル（−４０℃〜８５℃）を１サイクル（７時間）加えた。そして、基体１，１１の底面の略中央部の半導体素子５，１５が載置されるＭ点（図１，図２）と、側壁部２，１２に設けられた貫通穴１ａ，　１１ａの中心をＮ点（図１，図２）との高さの差を測定した。常温（２５℃）でのＭ点とＮ点との高さの差を基準として、温度サイクルが加わった後のＭ点とＮ点の高さの差の最大変動量を測定した結果を表１に示す。
【００３０】
【表１】
2004031626.tif 000003
【００３１】
表１より、本発明によるサンプルＰが従来例のサンプルＱ，ＲよりもＭ点とＮ点との高さの差の変動量が小さくなり、光半導体素子５と光ファイバ１０との間の位置ずれが抑えられ、光半導体素子５と光ファイバ１０の光結合効率を従来よりも向上できることが判った。
【００３２】
次に、サンプルＰにおいて、蓋体９の天井部の厚みＣおよび蓋体９の側壁部の厚さＤの寸法比を、Ａ／Ｃ＝０．３、０．８、１、１．２５、１．５、２、Ｄ／Ｂ＝０．３、０．５、０．８、１となるようにして、２４種類のサンプルを作製して、上記と同様の温度サイクルを加え、Ｍ点とＮ点との高さの差を測定した。常温（２５℃）でのＭ点とＮ点との高さの差を基準として、温度サイクルが加わった後のＭ点とＮ点との高さの差の最大変動量を測定した結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
2004031626.tif 000004
【００３４】
表２より、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５、０．５≦Ｄ／Ｂ≦１のとき、Ｍ点とＮ点との高さの差の最大変動量が１５μｍ以下となり、光半導体素子５と光ファイバ１０の光結合効率を良好なものにできることが判った。
【００３５】
なお、Ｄ／Ｂ＝１の場合、リード端子７の側壁部２の内側の先端の上面にボンディングワイヤ等の電気的接続手段６を介して半導体素子５とを接続することができなくなるため、０．５≦Ｄ／Ｂ＜１とする必要がある。
【００３６】
また、本発明は上記実施の形態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であれば種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を載置するための載置部を有する樹脂製の基体と、基体の側壁部の上面に一端部の端面が側壁部の内面に略面一になるようにして埋め込まれ、他端部が側壁部の外側に突出するように設けられたリード端子と、基体の上面の凹部の周囲に接着され、下面に凹部と略同じ深さで内寸法が凹部よりも大きい凹みが形成されているとともに基体と略同じ高さを有する樹脂製の蓋体とを具備し、基体の底部の厚みをＡ、基体の側壁部の厚さをＢ、蓋体の天井部の厚みをＣ、蓋体の側壁部の厚さをＤとしたとき、０．８≦Ａ／Ｃ≦１．２５かつ０．５≦Ｄ／Ｂ＜１とされていることにより、基体と蓋体の熱膨張を近いものとして基体および蓋体の反りを抑えることができ、光半導体素子と光ファイバの位置ずれを防止することで、光半導体素子と光ファイバの光結合効率を向上させることができる。
【００３８】
本発明の光半導体装置は、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージと、載置部に載置固定されるとともにリード端子の一端部に電気的に接続された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲に接着された蓋体とを具備したことにより、上記本発明の光半導体素子収納用パッケージを用いた信頼性の高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の光半導体素子収納用パッケージについて実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】従来の光半導体素子収納用パッケージの例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
２：側壁部
３：載置部
５：光半導体素子
７：リード端子
９：蓋体
【図１】
2004031626.tif 000005
【図２】
2004031626.tif 000006