(57)【要約】【課題】光半導体素子に対する透光性部材の位置精度を良好に維持でき、また透光性部材に成型時の樹脂のバリが付着するのを防止するとともに、透光性部材にクラック等の損傷が発生しないようにす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。【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８を上面に載置する凸部１ａが設けられている基体１と、凹部１ａから基体１の外側面にかけて形成された貫通孔２ａと、貫通孔２ａの内周面の軸方向の中央部に嵌め込まれ、中央部に貫通孔６ａが形成された金属部材６と、金属部材６の貫通孔６ａに接合された透光性部材６ｂとを具備している。【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上面に載置する凸部が設けられている基体と、前記凹部から前記基体の外側面にかけて形成された貫通孔と、該貫通孔の内周面の軸方向の中央部に嵌め込まれ、中央部に貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の貫通孔に接合された透光性部材とを具備した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の光半導体素子収納用パッケージと、前記透光性部材に光学的に結合するように前記凸部の上面に載置固定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合された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て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。
【０００３】
同図に示すように、半導体パッケージは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックス等のセラミックスまたはエポキシ樹脂やポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）や液晶ポリマー（ＬＣＰ）等から成るエンジニアプラスチック等の電気絶縁材料から成り、上面に形成された凹部の底面の中央部に光半導体素子２８を載置するための凸部２１ａを有し、側壁部２２に貫通孔２２ａを設けた基体２１と、貫通孔２２ａの内側に取付された集光レンズ等としての透光性部材２６と、両端が側壁部２２の内外に突出するように取着され、側壁部２２の外側に突出する一端が外部電気回路に電気的に接続される複数の外部リード端子２４とから基本的に構成される。なお、側壁部２２を別体の枠部とし、その枠部を平板状の基体２１の上面の外周部に接合する場合もある。
【０００４】
また、基体２１の側壁部２２の上面に樹脂接着材等の封止材を介して取着され、内部を気密に封止する蓋体２３を設けることにより光半導体装置となる。即ち、基体２１の凸部２１ａ上に光半導体素子２８を載置固定するとともに光半導体素子２８の各電極を外部リード端子２４にボンディングワイヤ２５等の接続手段を介して電気的に接続させ、しかる後、側壁部２２の上面に蓋体２３を封止材を介して接合し、基体２１と蓋体２３とから成る容器内部に光半導体素子２８を収容することによって製品として光半導体装置となる。
【０００５】
なお、基体２１はエポキシ樹脂やエンジニアプラスチック等によりインジェクションモールド法やトランスファモールド法によって一体的に成型され、その際複数の外部リード端子２４と貫通孔２２ａに設けられた透光性部材２６は、成型時に基体２１に組み込まれた状態で設けることができる。また基体２１は、全体をセラミックスで作製する、または底板部をセラミックスで作製し側壁部２２をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属で構成する、または底板部を銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）等で作製し側壁部２２をＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属で構成するといった方法で作製することもできる。
【０００６】
この光半導体装置は、光半導体素子２８に外部リード端子２４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２８に光を励起させるとともに励起した光を光ファイバ２７で伝達させることによって、または光ファイバ２７を伝達する光を光半導体素子２８に受光させ、光半導体素子２８により電気信号を発生させるとともに発生した電気信号を外部リード端子２４を介して外部に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。
【０００７】
【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パッケージにおいては、基体２１と複数の外部リード端子２４と貫通孔２２ａに設けられた透光性部材２６とが、エポキシ樹脂等の樹脂を成型することにより一体的に構成されており、光半導体素子２８に対する透光性部材２６の位置精度は良いのであるが、樹脂に直接透光性部材２６を取り付けているため、透光性部材２６の表面に樹脂の成型バリが付着し、透光性部材２６を入出射する光信号を効率良く伝送できなくなるという問題があった。
【０００８】
また、成型時に透光性部材２６の位置を固定するためにガラス等から成る透光性部材２６を金型で直接押さえなければならず、透光性部材２６にクラック等の損傷が発生し易かった。さらに、樹脂と透光性部材２６との熱膨張差が大きいため、基体２１に取り付けた後にも透光性部材２６にクラック等の破損が発生するという問題もあった。
【０００９】
また、球状やレンズ状の透光性部材２６は、貫通孔２２ａの内面との接触面積が小さいため、ガラス等から成る透光性部材２６と樹脂から成る基体２１と熱膨張差によって気密が破れ易いという問題点も有していた。
【００１０】
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、光半導体素子に対する透光性部材の位置精度を良い状態で維持できるようにし、また透光性部材に基体成型時の樹脂がバリとして付着するのを防止するとともに透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防止し、さらに気密性を向上させた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。
【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、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子を上面に載置する凸部が設けられている基体と、前記凹部から前記基体の外側面にかけて形成された貫通孔と、該貫通孔の内周面の軸方向の中央部に嵌め込まれ、中央部に貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の貫通孔に接合された透光性部材とを具備したことを特徴とする。
【００１２】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体に形成された貫通孔の内周面の軸方向の中央部に嵌め込まれている金属部材と、金属部材の貫通孔に接合された透光性部材とを具備していることから、透光性部材を保持した金属部材はその外周端部が全周にわたって基体の貫通孔の内周面に嵌め込まれているため、光半導体素子収納用パッケージの気密性が大幅に向上する。また、例えば基体が樹脂から成る場合、基体を成型する際に透光性部材に樹脂のバリが付着するのを防ぐことができ、また、成型時に透光性部材に金型が直接当接しないことおよび製造後に樹脂から成る基体が透光性部材に直接接していないことから、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防ぐことができる。
【００１３】
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、前記透光性部材に光学的に結合するように前記凸部の上面に載置固定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合された蓋体とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
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。
【００１５】
【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。図１は、本発明の光半導体パッケージについて実施の形態の例を示し、１は基体、１ａは光半導体素子８を載置するための凸部、２は基体１の側壁部、２ａは基体１の貫通孔、３は蓋体、４は外部リード端子、５は電気的な接続手段としてのボンディングワイヤ、６は枠状の金属部材、６ａは金属部材６の貫通孔、６ｂは透光性部材、７は光ファイバ、８は光半導体素子である。そして、上面に形成された凹部の底面に光半導体素子８を載置し収容する基体１によって、内部に光半導体素子８を収容するための容器が基本的に構成される。
【００１６】
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８を上面に載置する凸部１ａが設けられている基体１と、凹部１ａから基体１の外側面にかけて形成された貫通孔２ａと、貫通孔２ａの内周面の軸方向の中央部に嵌め込まれ、中央部に貫通孔６ａが形成された金属部材６と、金属部材６の貫通孔６ａに接合された透光性部材６ｂとを具備している。
【００１７】
本発明の基体１は、光半導体素子８を支持するための支持部材として作用し、その上面の凹部の底面の略中央部に光半導体素子８を載置するための凸部１ａを有しており、凸部１ａの上面には光半導体素子８が載置され接着剤等により固定される。基体１の側壁部２は、その内側に光半導体素子８を収容するための空所を形成する。また、基体１の側壁部２を別体の枠部とし、その枠部を基体１の底板部の上面の外周部に凸部１ａを囲繞するように接合してもよい。
【００１８】
この基体１は、エポキシ樹脂、ＰＰＳやＬＣＰ等から成るエンジニアプラスチック等の電気的に絶縁性の樹脂、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体（アルミナセラミックス）等のセラミックス、セラミックスと樹脂の複合材料、ガラス、ガラスセラミックス、金属等から成る。そして、枠状の金属部材６の外周端部が基体１の貫通孔２ａの内周面の軸方向の中央部に全周にわたって埋め込まれている構成は、例えば樹脂から成る基体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等によって成型する際に、予め金型の所定位置に金属部材６を設置しておくことによって達成される。このような方法以外では上記の構成を達成するとともに、金属部材６において十分な気密性を達成することは困難である。従って、基体１は樹脂から成ることが好ましい。
【００１９】
また、基体１の側壁部２には両端が側壁部２の内外に突出する複数の外部リード端子４が設けられており、外部リード端子４の側壁部２内側に突出する部位には光半導体素子８の各電極がボンディングワイヤ５を介して電気的に接続されており、外部リード端子４の側壁部２の外側に突出する部位を外部電気回路に電気的に接続することによって、光半導体素子８の各電極は外部リード端子４を介し外部電気回路に電気的に接続されることとなる。
【００２０】
外部リード端子４は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（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所定形状に形成される。この外部リード端子４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外部リード端子４をセットしておくことによって、側壁部２の所定位置に両端を側壁部２の内外に突出させた状態で一体的に取着される。
【００２１】
また外部リード端子４は、その露出する表面に良導電性で耐蝕性に優れかつロウ材と濡れ性の良いＮｉや金（Ａｕ）等の金属をめっき法により所定厚み（１〜２０μｍ程度）に被着させておくのがよく、外部リード端子４の酸化腐蝕を有効に防止できるとともに、外部リード端子４とボンディングワイヤ５との接続および外部リード端子４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。
【００２２】
本発明の透光性部材６ｂは、ガラス、サファイア等から成るが、透明性およびある程度の硬度が確保できれば樹脂から成っていてもよい。
【００２３】
貫通孔６ａの内周面に透光性部材６ｂが取付された金属部材６は、光半導体素子８の光入出射部に透光性部材６ｂが対向する状態で固定され、その外側の主面で貫通孔６ａの開口周囲に、光ファイバ７の光入出射端が金属ホルダ等を介して光半導体素子８と対向するように、樹脂接着剤、Ａｇロウ，Ａｕ−Ｓｎロウ等のロウ材、半田、ＹＡＧレーザ溶接等の溶接法などによって接合され固定される。この金属部材６は、主面の略中央部に貫通孔６ａが形成されたものであり、例えばＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等の金属から成り、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等に従来周知の圧延加工法やプレス成形法等の金属加工法を施すことによって、板状や筒状の形状になるように製作される。
【００２４】
金属部材６の形状は、基体１が樹脂から成る場合、基体１との熱膨張係数差が大きく金属部材６の剛性が高いと、基体１から金属部材６が外れたり基体１にクラック等が発生し易くなるため、筒状よりも剛性が比較的低い板状であることが好ましい。また、金属部材６の外形形状は、円形、四角形等の多角形等であるが、基体１に嵌め込まれる部位が全周にわたって略均一な幅となり、金属部材６および基体１に加わる応力が局所的に集中しにくい円形が好ましい。
【００２５】
また、透光性部材６ｂが取付された金属部材６の側壁部２への取着は、基体１が樹脂から成る場合に基体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より成型する際に、予め金型内の所定位置に透光性部材６ｂが取付された金属部材６をセットしておき、金属部材６の外周端部が側壁部２の貫通孔２ａの内周面に埋めこまれるようにして行なわれる。
【００２６】
透光性部材６ｂが取付された金属部材６を金型内にセットする際、金属部材６を金型で押しつけて位置を固定させれば良く、これにより透光性部材６ｂに金型が直接接しないことから透光性部材６ｂにクラック等の破損が発生するのを防止できる。また、透光性部材６ｂが取付された金属部材６は、基体１を成型する際に同時に側壁部２の所定位置に一体的に取着されることから、光半導体パッケージおよび光半導体素子８に対する透光性部材６ｂの位置精度は良好になり、また透光性部材６ｂの表面に成型時の樹脂のバリが付着するのを防ぐことができる。
【００２７】
また、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の低熱膨張係数を有する金属から成る金属部材６と透光性部材６ｂとは熱膨張差が小さいため、製造後に熱膨張差に起因して透光性部材６ｂにクラック等の破損が発生するのを防止することができる。さらに、金属部材６は、その外周端部が基体１の貫通孔２ａの内周面に埋め込まれて設置されるため、透光性部材６ｂおよび金属部材６における気密性が大幅に向上する。
【００２８】
従って、基体１と蓋体３とで構成される容器の封止が完全となり、容器内部に収納する光半導体素子８を長期にわたり正常かつ安定に作動させることが可能となる。
【００２９】
本発明において、金属部材６は基体１の貫通孔２ａの内周面の軸方向の中央部に嵌めこまれているが、金属部材６の主面の外周端部と側壁部２の内面および外面との距離はそれぞれ０．１〜４ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、金属部材６の外周端部の周囲の側壁部２が薄いため、熱膨張差を伴う熱履歴により側壁部２にひび等が生じて気密性が破れたり金属部材６の位置がずれたりすることが発生し易くなる。４ｍｍを超えると、側壁部２の厚みが厚くなるため、光半導体パッケージの小型化が困難になる。
【００３０】
また、基体１の貫通孔２ａの内周面に嵌め込まれている金属部材６の外周端部の深さ（嵌め込み深さ）は０．１〜１０ｍｍがよい。０．１ｍｍ未満では、嵌め込みが浅いため、熱膨張差を伴う熱履歴により金属部材６の密着性が劣化して気密性が破れたり金属部材６の位置がずれたりすることが発生し易くなる。１０ｍｍを超えると、基体１の高さが高くなるため光半導体パッケージの小型化が困難になり、また金属部材６の高さが高くなるため基体１を成型する際の障害になり易く、また成型時に金属部材６付近の樹脂中にボイドが発生し易くなる。
【００３１】
また、透光性部材６ｂの光軸方向の厚さは、金属部材６の光軸方向の両主面間の厚さと略同じであるか、または金属部材６の両主面間の厚さよりも小さい方が好ましい。透光性部材６ｂの光軸方向の厚さが金属部材６の両主面間の厚さよりも大きくなると、基体１を成型する際に透光性部材６ｂに樹脂のバリが付着したり、透光性部材６ｂに金型が当接して透光性部材６ｂに損傷が発生し易くなる。
【００３２】
透光性部材６ｂが取付された金属部材６に接合されている光ファイバ７は、光半導体素子８が発する光を外部に伝達する、または外部から光を光半導体素子８に伝達するための光の伝達路として機能する。
【００３３】
さらに、側壁部２の上面には樹脂接着剤等から成る封止材を介して蓋体３が接合され、蓋体３で基体１の内側を塞ぐことよって基体１と蓋体３とで構成される容器内に光半導体素子８が収容される。
【００３４】
かくして、本発明の光半導体パッケージは、基体１の凸部１ａの上面に光半導体素子８を載置固定するとともに光半導体素子８の各電極を所定の外部リード端子４にボンディングワイヤ５を介して電気的に接続し、透光性部材６ｂが取着された金属部材６を透光性部材６ｂが光半導体素子８と対向するように側壁部２に固定し、光ファイバ７を透光性部材６ｂが取付された金属部材６に接合し、しかる後、側壁部２の上面に蓋体３を封止材を介して接合し、基体１と蓋体３とから成る容器内部に光半導体素子８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。
【００３５】
この光半導体装置は、光半導体素子８に外部リード端子４を介して外部電気回路から供給される駆動信号を入力し、光半導体素子８に光を励起させるとともに励起した光を透光性部材６ｂを通して光ファイバ７に伝達させることによって、または光ファイバ７を伝達してきた光を透光性部材６ｂを通して光半導体素子８に受光させ、受光した光に対応する電気信号を光半導体素子８で発生させ、その電気信号を外部リード端子４を介し取り出すことによって作動することとなり、このような光半導体装置は光通信分野等に使用される。
【００３６】
なお、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であれば種々の変更は可能である。
【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上面に載置する凸部が設けられている基体と、前記凹部から前記基体の外側面にかけて形成された貫通孔と、該貫通孔の内周面の軸方向の中央部に嵌め込まれ、中央部に貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の貫通孔に接合された透光性部材とを具備したことにより、透光性部材を保持した金属部材はその外周端部が全周にわたって基体の貫通孔の内周面に嵌め込まれているため、光半導体素子収納用パッケージの気密性が大幅に向上する。また、例えば基体が樹脂から成る場合、基体を成型する際に透光性部材に樹脂のバリが付着するのを防ぐことができ、また、成型時に透光性部材に金型が直接当接しないことおよび製造後に樹脂から成る基体が透光性部材に直接接していないことから、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防ぐことができる。
【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、透光性部材に光学的に結合するように凸部の上面に載置固定された光半導体素子と、基体の上面の凹部の周囲に接合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】本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
１ａ：凸部
２ａ：基体の貫通孔
３：蓋体
４：外部リード端子
６：金属部材
６ａ：金属部材の貫通孔
６ｂ：透光性部材
８：光半導体素子
【図１】
2004031378.tif 000003
【図２】
2004031378.tif 000004