(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い状態で維持できるようにし、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防止し、気密性を向上させ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。【解決手段】光半導体素子収納用パッケージは、上面に凹部１ｂが形成された樹脂製の基体１と、凹部１ｂ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の凹部１ｂ側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差２ｂと、段差２ｂに一面が凹部１ｂの側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面と対向する他面との間を貫通する中央貫通孔６ａが形成されているとともに段差２ｂに嵌め込まれている部位で中央貫通孔６ａの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔６ｃ−１が形成された金属部材６と、金属部材６の中央貫通孔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
2004146753.tif 000002
【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樹脂製の基体と、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、該貫通孔の前記凹部側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差と、該段差に一面が前記凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、前記一面の中央部に前記一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の前記中央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】
前記周辺貫通孔は、断面形状が直径が０．３乃至３ｍｍの円形であ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】
前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成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４】
前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位に前記中央貫通孔を取り囲む溝が前記中央貫通孔に略同心状に形成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５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載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、光半導体パッケージともいう）を図３に示す。
【０００３】
同図に示すように、光半導体パッケージは、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２１ｂ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の内側に取着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部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の上面に樹脂接着剤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上面に光半導体素子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し、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構成する、または底板部をセラミックスで構成し側壁部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）等で構成し側壁部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】
また透光性部材２６は、基体２１に組み込まれる代わりに蓋体２３に組み込まれる場合もある（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００７】
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入力し、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で電気信号を発生させるとともにその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。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−９４０３５号公報
【０００９】
【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、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基体２１と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点があった。
【００１０】
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点もあった。
【００１１】
さらに、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との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。
【００１２】
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、透光性部材にクラック等の破損が発生するのを防止し、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。
【００１３】
【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樹脂製の基体と、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、該貫通孔の前記凹部側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差と、該段差に一面が前記凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、前記一面の中央部に前記一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、該金属部材の前記中央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。
【００１４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、基体の貫通孔の段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、金属部材の中央貫通孔に接合された透光性部材とを有していることから、光半導体素子収納用パッケージの透光性部材の部位における気密性が大幅に向上する。また、金属部材の基体の貫通孔に嵌め込まれている部位に形成された複数の周辺貫通孔に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【００１５】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記周辺貫通孔は、断面形状が直径が０．３乃至３ｍｍの円形であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、周辺貫通孔は断面形状が直径が０．３乃至３ｍｍの円形であることから、周辺貫通孔に基体の樹脂が流れ込み易くなって周辺貫通孔において成型不良やボイド等が発生するのを防ぐとともに金属部材の大型化を防ぐことができる。
【００１７】
本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位で前記中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成されていることから、複数の穴に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された穴の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【００１９】
また本発明の光半導体素子収納用パッケージにおいて、好ましくは、前記金属部材は、前記複数の周辺貫通孔に代えて前記他面の前記段差に嵌め込まれている部位に前記中央貫通孔を取り囲む溝が前記中央貫通孔に略同心状に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位に中央貫通孔を取り囲む溝が中央貫通孔に略同心状に形成されていることから、溝に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【００２１】
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。
【００２２】
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を用いた信頼性の高いものとなる。
【００２３】
【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について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、１ｂは基体１の凹部、２は基体１の側壁部、２ａは基体１の貫通孔、２ｂは貫通孔２ａに形成された段差、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は略円板状の金属部材、６ａは金属部材６の中央貫通孔、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１ｂ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。
【００２４】
本発明の光半導体パッケージは、上面に形成された凹部１ｂの底面に光半導体素子８を上面に載置する凸部１ａが設けられている樹脂製の基体１と、凹部１ｂ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の凹部１ｂ側の開口の周囲から内周面にかけて全周にわたって形成された段差２ｂと、段差２ｂに一面が凹部１ｂの側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔６ａが形成されているとともに段差２ｂに嵌め込まれている部位で中央貫通孔６ａの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔６ｃ−１が形成された金属部材６と、金属部材６の中央貫通孔６ａに接合された透光性部材６ｂとを具備している。
【００２５】
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１ｂ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が載置され樹脂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、その枠部を平板状の基体１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。
【００２６】
本発明の基体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から成る。そして、略円板状等の平板状の金属部材６が、貫通孔２ａの段差２ｂに一面が凹部１ｂの側面に略面一になるようにして嵌め込まれた構成は、例えば基体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および金属部材６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一体的に成型し構成することが好ましい。
【００２７】
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。
【００２８】
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成型する際に、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
貫通孔６ａの内周面に透光性部材６ｂが取着された金属部材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（他面）で貫通孔６ａの開口の周囲に、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（一面）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。
【００３２】
金属部材６の形状は、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。
【００３３】
本発明において、金属部材６の段差２ｂに嵌め込まれている部位で中央貫通孔６ａの周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔６ｃ−１が形成されている。この構成により、複数の周辺貫通孔６ｃ−１に基体１の樹脂が入り込むことによって金属部材６の基体１への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材６が基体１の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子８と透光性部材６ｂとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材６の体積を小さくすることができ、透光性部材６ｂに加わる金属部材６との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材６ｂに加わる歪みを低減し、光半導体素子８と透光性部材６ｂとの間の光結合効率が劣化したり、透光性部材６ｂにクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【００３４】
また本発明において、金属部材６は複数の周辺貫通孔６ｃ−１に代えて他面の段差２ｂに嵌め込まれている部位で中央貫通孔６ａの周囲に略等間隔に複数の穴６ｃ−２が形成されていることが好ましい。この場合、複数の穴６ｃ−２に基体１の樹脂が入り込むことによって金属部材６の基体１への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材６が基体１の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子８と透光性部材６ｂとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材６の体積を小さくすることができ、透光性部材６ｂに加わる金属部材６との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材６ｂに加わる歪みを低減し、光半導体素子８と透光性部材６ｂとの間の光結合効率が劣化したり、透光性部材６ｂにクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔６ｃ−１の場合は基体１の樹脂が金属部材６の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材６の他面に形成された穴６ｃ−２の場合は基体１の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【００３５】
さらに本発明において、金属部材６は複数の周辺貫通孔６ｃ−１に代えて他面の段差２ｂに嵌め込まれている部位に中央貫通孔６ａを取り囲む溝６ｃ−２が中央貫通孔６ａに略同心状に形成されていることが好ましい。この場合、溝６ｃ−２に基体１の樹脂が入り込むことによって金属部材６の基体１への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材６が基体１の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子８と透光性部材６ｂとの光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材６の体積を小さくすることができ、透光性部材６ｂに加わる金属部材６との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【００３６】
周辺貫通孔６ｃ−１および穴６ｃ−２の断面形状は、図２（ａ），（ｃ）に示すように、円形、楕円形または四角形等の多角形であり、種々の形状とし得る。また、図２（ａ）に示すように、周辺貫通孔６ｃ−１は複数個が等間隔で形成されており、透光性部材６ｂに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。穴６ｃ−２の場合も、図２（ｃ）に示すように、複数個が等間隔で形成されているのがよく、透光性部材６ｂに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。さらに、溝６ｃ−２の場合、図２（ｅ）に示すように中央貫通孔６ａに略同心状に形成されていることがよく、透光性部材６ｂに加わる歪みが局所的に集中するのを防止できる。
【００３７】
また、周辺貫通孔６ｃ−１および穴６ｃ−２は、それらの断面形状が円形である場合、それらの直径Ａは０．３乃至３ｍｍがよく、穴６ｃ−２の深さＢは０．１〜３ｍｍがよい。
【００３８】
Ａ＜０．３ｍｍの場合、周辺貫通孔６ｃ−１および穴６ｃ−２に樹脂が流れ込みにくくなり、成型不良やボイド等が発生し、気密不良が起こり易くなる。Ａ＞３ｍｍでは、金属部材６の表面積が減少し接合強度を向上させることが困難になる。また、金属部材６の表面積の減少を防ぐために金属部材６を大型化すると、近時の小型化傾向に適さないものとなる。
【００３９】
Ｂ＜０．１ｍｍの場合、穴６ｃ−２が浅すぎるため、金属部材６の基体１への接合強度を向上させるのが難しくなる。Ｂ＞３ｍｍでは、成型不良やボイド等が発生し、気密不良が起こり易くなる。
【００４０】
また、周辺貫通孔６ｃ−１および穴６ｃ−２は、中央貫通孔６ａとの間隔よりも金属部材６の外周端との間隔が小さいことがよい。この場合、周辺貫通孔６ｃ−１および穴６ｃ−２は、その全体が基体１に確実に埋め込まれるため、金属部材６が基体１に対し位置ずれすることをより確実に防止し、中央貫通孔６ａに取り付けられた透光性部材６ｂの光軸変動を抑えることができる。
【００４１】
また、透光性部材６ｂが取着された金属部材６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が取着された金属部材６をセットしておき、金属部材６の外周部が側壁部２の貫通孔２ａの段差２ｂに埋めこまれるようにして行なわれる。
【００４２】
透光性部材６ｂが取着された金属部材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が取着された金属部材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。
【００４３】
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抑制することができる。さらに、金属部材６は、その外周端部が基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌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。
【００４４】
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。
【００４５】
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凹部１ｂ側の端に嵌めこまれているが、金属部材６の主面の外周部（埋め込まれた部位）と側壁部２の外面との距離は０．１〜４ｍｍであることが好ましい。換言すれば、金属部材６が埋め込まれている側壁部２の部位の厚さは０．１〜４ｍｍであることが好ましい。０．１ｍｍ未満では、金属部材６の外周部における側壁部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。
【００４６】
また、基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれている金属部材６の外周部の径方向の深さ（嵌め込み深さ）は０．５〜１０ｍｍがよい。
【００４７】
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（一面と他面との間の距離）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。この場合、透光性部材６ｂが金型に接触して破損するのを防ぐことができる。
【００４８】
透光性部材６ｂが取着された金属部材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。
【００４９】
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。
【００５０】
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と対向して透光性部材６ｂと光半導体素子８とが光学的に結合するように側壁部２に固定し、光ファイバ７を透光性部材６ｂが取着された金属部材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。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。このような光半導体装置は光通信分野等に使用される。
【００５１】
【実施例】
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の実施例を以下に説明する。
【００５２】
図１，図２（ａ），（ｂ）に示した光半導体パッケージを以下のように構成した。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、外形寸法が縦２０ｍｍ×横４０ｍｍ×高さ２０ｍｍ、側壁部２の厚みが４ｍｍ、貫通孔２ａの段差２ｂを除く内周面の直径が１．６ｍｍの基体１を作製した。基体１を作製する際に、ガラスから成る直径１．５ｍｍの球状の透光性部材６ｂを直径１．５５ｍｍの中央貫通孔６ａにガラス接合したＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る直径５ｍｍ×厚さ１．５ｍｍの円板状の金属部材６が、直径５ｍｍの基体１の貫通孔２ａの段差２ｂに嵌め込まれるようにして、一体的に成型した。また、基体１の他の側壁部２には外部リード端子４をその両端が側壁部２の内外に突出して設置されるようにして、一体的に成型した。
【００５３】
そして、基体１の凹部１ｂの底面に形成された凸部１ａの上面に光半導体素子８（ＬＤ）を樹脂接着剤で接合して載置固定した。また、縦２０ｍｍ×横４０ｍｍ×厚さ１ｍｍでエポキシ系熱硬化樹脂から成る蓋体３を、基体１の上面の凹部１ｂの周囲に樹脂接着剤で接合して光半導体装置を作製した。
【００５４】
このとき、金属部材６において、断面が円形の周辺貫通孔６ｃ−１を６箇所等間隔に形成するとともに各周辺貫通孔６ｃ−１から金属部材６の外周までの距離を０．３ｍｍとなるように形成し、周辺貫通孔６ｃ−１の直径Ａを表１に示す種々の値として、各種サンプルを各１０個作製した。
【００５５】
これらのサンプルについて、−４０℃〜８５℃の温度サイクルを１０サイクル（１サイクル７時間）加える温度サイクル試験（温度サイクル試験装置は株式会社タバイエスペック製「ＴＳＡ−２０１Ｓ」を使用した）を施した後に、基体１の気密性を調べ、気密不良が検出されたサンプルの個数を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2004146753.tif 000003
【００５７】
表１より、周辺貫通孔６ｃ−１の直径Ａが０．３ｍｍ未満の場合、気密不良が検出されたサンプルが発生した。気密不良が検出されたサンプルは、周辺貫通孔６ｃ−１の周辺部を基点に基体１にクラックが発生していた。その原因として、周辺貫通孔６ｃ−１に基体１となる樹脂が十分に充填されず、周辺貫通孔６ｃ−１に空隙が発生しており、温度サイクル試験時に周辺貫通孔６ｃ−１に溜まった空気が膨張し基体１にクラックが発生していることが判った。Ａが０．３ｍｍ以上では周辺貫通孔６ｃ−１に基体１となる樹脂が充填されており、不具合はみられなかった。また、Ａが３ｍｍを超えると金属部材６を大きくする必要があり、それに伴って基体１の高さが高くなり、光半導体パッケージの小型化が困難になるため、Ａは０．３乃至３ｍｍがよいことが判った。
【００５８】
次に、上記の金属部材６において、周辺貫通孔６ｃ−１の直径を１ｍｍとし、周辺貫通孔６ｃ−１の数を表２に示す個数として等間隔に配置した各種サンプルを各１０個ずつ作製し、透光性部材６ｂに光半導体素子８から発した光を透過させて光の集光性を評価した。光が集光せず不良となったサンプルの個数を表２に示す。
【００５９】
【表２】
2004146753.tif 000004
【００６０】
表２より、周辺貫通孔６ｃ−１の個数が４個未満の場合、光が集光しないサンプルが発生した。集光不良が検出されたサンプルは、周辺貫通孔６ｃ−１の数が少ないため、透光性部材６ｂに加わる透光性部材６ｂと金属部材６との熱膨張係数差に起因する熱応力が大きくなり、透光性部材６ｂの周辺貫通孔６ｃ−１に近い部位と離れた部位とで加わる熱応力の大きさが大きく異なって、透光性部材６ｂが局所的に歪んで良好に集光することが困難になる傾向があることが判った。従って、周辺貫通孔６ｃ−１は４個以上がよいことが判った。
【００６１】
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。
【００６２】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、樹脂製の基体の凹部から外側面にかけて形成された貫通孔の段差に一面が凹部の側面に略面一になるようにして嵌め込まれ、一面の中央部に一面とそれに対向する他面との間を貫通する中央貫通孔が形成されているとともに段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の周辺貫通孔が形成された金属部材と、金属部材の中央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、光半導体素子収納用パッケージの透光性部材の部位における気密性が大幅に向上する。また、金属部材の基体の貫通孔に嵌め込まれている部位に形成された複数の周辺貫通孔に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させことにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。
【００６３】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、周辺貫通孔は断面形状が直径が０．３乃至３ｍｍの円形であることから、周辺貫通孔に基体の樹脂が流れ込み易くなって周辺貫通孔において成型不良やボイド等が発生するのを防ぐとともに金属部材の大型化を防ぐことができる。
【００６４】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位で中央貫通孔の周囲に略等間隔に複数の穴が形成されていることにより、複数の穴に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された穴の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【００６５】
また本発明の光半導体素子収納用パッケージは、好ましくは、金属部材は複数の周辺貫通孔に代えて他面の段差に嵌め込まれている部位に中央貫通孔を取り囲む溝が中央貫通孔に略同心状に形成されていることにより、溝に基体の樹脂が入り込むことによって金属部材の基体への接合強度が大幅に向上し、その結果、金属部材が基体の所定位置からずれることを防止でき、光半導体素子と透光性部材との光結合効率を良好なものとすることができる。また、金属部材の体積を小さくすることができ、透光性部材に加わる金属部材との熱膨張差による熱応力を低減させることにより透光性部材に加わる歪みを低減し、光半導体素子と透光性部材との間の光結合効率が劣化したり、透光性部材にクラック等の破損が生ずるのを防止できる。さらに、周辺貫通孔の場合は基体の樹脂が金属部材の一面側に漏れ出て光軸の障害になることがあり得るが、金属部材の他面に形成された溝の場合は基体の樹脂が一面側に漏れ出ることを完全に防ぐことができる。
【００６６】
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】（ａ）は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、（ｂ）は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他の例を示す断面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）の光半導体素子収納用パッケージにおける金属部材を示す正面図、（ｂ）は（ａ）の金属部材の断面図、（ｃ）は図１（ｂ）の光半導体素子収納用パッケージにおける金属部材を示す正面図、（ｄ）は（ｃ）の金属部材の断面図、（ｅ）は本発明の光半導体素子収納用パッケージの金属部材について実施の形態の他の例を示す正面図、（ｆ）は（ｅ）の金属部材の断面図である。
【図３】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
６：金属部材
６ａ：金属部材の中央貫通孔
６ｂ：透光性部材
６ｃ−１：周辺貫通孔
６ｃ−２：穴
６ｃ−３：溝
８：光半導体素子
【図１】
2004146753.tif 000005
【図２】
2004146753.tif 000006
【図３】
2004146753.tif 000007