(57)【要約】【課題】ベース基板上に垂直に接合された突出部にＬＤ素子等を搭載する光半導体モジュールについて、ＬＤ素子とベース基板上の配線との高周波接続を可能とし、ノイズ耐性に優れ、１０Ｇｂｐｓ以上での高速通信可能な光半導体モジュールを提供する。【解決手段】多数のビアを有するＡｌＮのベース基板１１と、その表面上に垂直に接合されたＡｌＮの突出部１２と、突出部１２に接合されたＬＤ素子１３とを備え、ベース基板１１の表面に信号用ビア１６ａと接続した表面配線１７を形成すると共に、表面配線１７と直交する方向となるようにＬＤ素子１３の配線を突出部１２に設け、その間を長さ５００μｍ以下のボンディングワイヤ又は半田で接続する。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密封止容器内に光半導体素子を収納してなる光半導体モジュールであって、表裏面間を電気的に導通した多数のビアを有するＡｌＮのベース基板と、ベース基板の表面上に垂直に接合されたＡｌＮの突出部と、突出部に接合された光半導体素子とを備え、前記ベース基板表面にビアと接続した表面配線を形成すると共に、該表面配線と接続されるべき前記光半導体素子の配線を該表面配線と直交する方向となるように前記突出部に設けたことを特徴とする光半導体モジュール。
【請求項２】
前記突出部の配線と前記ベース基板の表面配線の間が、長さ５００μｍ以下のボンディングワイヤで接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体モジュール。
【請求項３】
前記突出部の配線と前記ベース基板の表面配線の間が、表面長さ５００μｍ以下の半田で接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の光半導体モジュール。
【請求項４】
前記ベース基板が、その裏面側において半田ボールを介して多層フレキシブルプリント基板に実装されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の光半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＤ素子などの光半導体素子を収納した光半導体モジュール、特に高周波数信号の処理に好適な光半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、光通信を初めとする技術分野において、高速で動作することが必要な光エレクトロニクス用の半導体装置、特にマイクロ波などの周波数の高い信号を処理するための光半導体素子を搭載した光半導体モジュールの需要が高まっている。
【０００３】
例えば、特開平１１−１３５６９０号公報には、図５に示すように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等からなるベース基板１に垂直な突出部２が接合され、そのダイエリアにレーザーダイオード（ＬＤ）素子３を接合したステムを用いる光半導体モジュールが記載されている。ベース基板１を貫通してグランド（ＧＮＤ）用及び信号用の複数の金属リード５が固定され、突出部２に接合されたＬＤ素子３やベース基板１に搭載されたフォトダイオード（ＰＤ）素子４は信号用の各金属リード５にボンディングワイヤ６で接続されている。
【０００４】
しかし、この光半導体モジュールは、ＬＤ素子３を駆動させるドライバーＩＣ等の駆動素子を容器（パッケージ）内に搭載しないタイプであり、且つ突出部２に接合されたＬＤ素子３は長いボンディングワイヤ６で金属リード５に接合されている。従って、ワイヤが長くなってインダクタンスが大きくなる他、配線部にインピーダンス整合がなされておらず、高周波数信号の処理には不適であって、５Ｇｂｐｓ以下の伝送速度に特化したものである。
【０００５】
また、米国特許第６３３１９９２号明細書には、ビアを設けたセラミックス基板にＬＤ素子を搭載した光半導体モジュールが開示されている。しかしながら、このモジュールは、ＬＤ素子から垂直に光が照射される構造であるうえ、ＬＤ素子と基板上の配線を長いボンディングワイヤで接続しているため、ワイヤが長くなってインダクタンスが大きくなる他、インピーダンス整合がなされておらず、高速伝送に用いることはできない。
【０００６】
尚、特開２００１−２９８１２３号公報には、金属からなるベース基板に導電体と絶縁層でインピーダンス整合したビアを形成し、高周波素子を搭載した高周波用配線基板が記載されている。この公報にはインピーダンス整合された配線が開示されているが、ＬＤ素子等の光半導体素子を搭載するための基板ではなく、ましてベース基板上にＬＤ素子搭載用の突出部を垂直に接合したタイプについては何ら記載されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来の光半導体モジュールにおいては、インピーダンス整合された配線部を有し且つ１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送が可能なものがなく、特に特開平１１−１３５６９０号公報に記載されるような、ベース基板上に垂直に接合された突出部にＬＤ素子等を搭載するタイプでは、ＬＤ素子等の配線部で高周波波形が崩れやすく、ノイズ耐性に劣るという欠点があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、高周波数信号を処理する光半導体素子を搭載し、特にベース基板上に垂直に接合された突出部にＬＤ素子等を搭載するタイプの光半導体モジュールについて、光半導体素子とベース基板上の配線との高周波接続を可能とし、高周波波形の崩れを防止して、ノイズ耐性に優れた、高速通信可能な光半導体モジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供する気密封止容器内に光半導体素子を収納してなる光半導体モジュールは、表裏面間を電気的に導通した多数のビアを有するＡｌＮのベース基板と、ベース基板の表面上に垂直に接合されたＡｌＮの突出部と、突出部に接合された光半導体素子とを備え、前記ベース基板表面にビアと接続した表面配線を形成すると共に、該表面配線と接続されるべき前記光半導体素子の配線を該表面配線と直交する方向となるように前記突出部に設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の上記光半導体モジュールにおいては、その一態様として、前記突出部の配線と前記ベース基板の表面配線の間が、長さ５００μｍ以下のボンディングワイヤで接続されていることを特徴とする。また、別の態様としては、前記突出部の配線と前記ベース基板の表面配線の間が、表面長さ５００μｍ以下の半田で接続されていることを特徴とするものがある。
【００１１】
更に、本発明の上記光半導体モジュールにおいては、前記ベース基板が、その裏面側で半田ボールを介して多層フレキシブルプリント基板に実装されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明においては、ベース基板及びベース基板上に垂直に接合した突出部を窒化アルミニウム（ＡｌＮ）で構成すると共に、ベース基板中に導電性金属からなる多数のビアを形成する。このビアの一部は信号用として、他の一部は高周波動作時に発生するノイズを抑制するためのグランド（ＧＮＤ）強化用として使用することができる。また、突出部にもビアを形成し、突出部に接合される光半導体素子等の配線に接続する導出用として用いることができる。
【００１３】
この突出部にはＬＤ素子と駆動用のＩＣ素子が接合され、これら光半導体素子等の配線は突出部の表面上及び／又は導出用ビアを介して突出部の裏面上に形成する。一方、ベース基板の表面上には、インピーダンス整合された信号用ビアに接続して表面配線を形成する。従って、突出部に設けた光半導体の配線と、これに接続されるべきベース基板上の表面配線とは、互いに直交する方向に配置される（９０°傾いている）ので、その間を短いボンディングワイヤや半田で接続することにより高周波接続することができる。
【００１４】
例えば、図１及び図２に示すように、ベース基板１１には多数の信号用ビア１６ａとＧＮＤ用ビア１６ｂが形成され、そのうちの信号用ビア１６ａに接続させた表面配線１７がベース基板１１の表面上に形成してある。このベース基板１１に垂直に接合された突出部１２には、ＬＤ素子１３と駆動用のＩＣ素子１５が搭載されている。ＬＤ素子１３とＩＣ素子１５の配線のうち、上記ベース基板１１の表面配線１７に接続されるべき配線１８は、突出部１２の表面上及び／又は導出用ビア１９を介して突出部１２の裏面上に形成してある。
【００１５】
このように突出部１２の表面又は裏面に設けたＬＤ素子１３等の配線１８と、ベース基板１１の表面に設けた表面配線１７とは、互いに直交する方向に９０°傾いて配置されている。従って、この配線１８と表面配線１７の間を短いボンディングワイヤや半田で接続することによって、ベース基板１１と突出部１２との相互に９０°傾斜している接続面間での高周波接続が可能となる。尚、図中の１４はベース基板１１に搭載されたＰＤ素子であり、２０はベース基板１１を搭載する気密封止容器の底板である。
【００１６】
ベース基板１１の表面配線１７と突出部１２の配線１８との具体的な接続手段としては、図３（ａ）に示すように長さ５００μｍ以下のボンディングワイヤ２１を用いるか、又は図３（ｂ）に示すように表面長さ５００μｍ以下の半田２２で接続することが好ましい。ボンディングワイヤ２１の長さ、又は半田２２の配線間を結ぶ表面長さを５００μｍ以下にすることによって、高周波波形の崩れがなくなり、ノイズ耐性が向上することが分った。また、使用する半田２２は、融点２３０℃以下のものが好ましく、例えばＰｂ−Ｓｎ、Ｓｎ−Ｃｕ−Ｎｉ、Ｂｉ−Ｓｎ等を用いることができる。
【００１７】
このように配線を引き回すことにより、接合面が９０°傾いた（直交方向にある）突出部１２とベース基板１１との間での接続部において、インピーダンス整合がなされ、高周波波形の崩れを防止することができるため、ノイズ耐性に優れた光半導体モジュールが得られる。尚、ＬＤ素子１３と駆動用のＩＣ素子１５の間、及びＰＤ素子１４とベース基板１１上の表面配線１７又は信号用ビア１６ａの間は、通常のごとくボンディングワイヤで接続して良い。また、半導体素子の電極とパッケージの電極を直接接合したフリップチップ実装しても良い。
【００１８】
特にＬＤ素子やＰＤ素子を搭載した高周波用のモジュールでは、電気的極性や高周波特性の観点から配線が複雑になる場合があるが、本発明においてはベース基板と突出部が絶縁体のＡｌＮで構成されているため、導電性金属からなる信号用ビアを通すことにより、複雑な配線を単純化することができる。また、セラミックスは高周波動作時にＧＮＤにノイズが発生しやすいが、基板中に多数のＧＮＤ用ビアを貫通させることによって、このノイズを抑制することも可能となる。尚、ＧＮＤ用ビアの間隔は１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００１９】
また、ベース基板と突出部は共に熱伝導率の高いＡｌＮで構成され、且つその内部には貫通孔内に金属を充填した多数のビアが設けてあるので、放熱性がより一層向上する。特に、ビアの数を増やし、充填する金属としてＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の高熱伝導率の金属を用いることによって、見かけの熱伝導率をＡｌＮ単体の熱伝導率よりも高くすることが可能である。このようにベース基板及び突出部の放熱性が向上することにより、ＬＤ素子等の光半導体素子の温度を低下させることができるため、ノイズ耐性を更に向上させることができる。
【００２０】
ベース基板と突出部に形成するビアは、表裏面間を貫通した貫通孔内に導電性金属を充填して形成するが、少なくとも表裏面上において金属が貫通孔の周囲に延在して開口部を気密封止していることが好ましい。例えば、貫通孔内に充填された金属を更に貫通孔の開口部を封止するように盛上げて形成したり、貫通孔内に充填された金属の上に更に別の金属を貫通孔の開口部を覆って封止するように形成したりして、ビアの周囲を気密封止する。尚、貫通孔内への金属の充填は、金属ペーストや圧膜メッキによって行うことができる。
【００２１】
ベース基板と突出部は共にＡｌＮからなるため、一体的に成形することも可能であるが、別々に形成した後、ベース基板と突出部の接合面にメタライズ処理を施し、Ａｕ−ＳｉやＡｕ−Ｇｅ等のロウ材を用いて接合することが好ましい。その際、突出部とベース基板との接合は、突出部に光半導体素子を実装した後に行うことが好ましい。
【００２２】
本発明の光半導体モジュールは、上記のごとくベース基板や突出部に光半導体素子等を実装した後、容器に蓋体を接合して気密封止する。また、ベース基板の信号用ビアに接続した裏面側の電極は、半田ボールを介して外部電極や多層フレキシブルプリント基板等に接続される。例えば、図４に示すように、ベース基板１２の裏面側には容器の底板２０を接合し、その裏面側の電極に半田ボール２３を介して多層フレキシブルプリント基板２４を実装すれば、ベース基板１２に多数のＧＮＤ用ビアが設けてあっても、電極との電気的接続を取ることが可能である。尚、図４では、底板２０以外の容器部分は省略してある。
【００２３】
このように多層フレキシブルプリント基板を用いて本発明の光半導体モジュールを表面実装することにより、ビルドアップ構造が容易に実現でき、高密度実装が可能となるうえ、光軸を９０°変更することも可能となる。また、多層フレキシブルプリント基板の内層に高速信号伝送線路を形成して、この高速信号伝送線路をベース基板のＧＮＤ層でシールドすることにより、基板外へのＥＭＩ放射を低減することができる。
【００２４】
上記した本発明の光半導体モジュールは、ベース基板及び突出部がＡｌＮからなるため高い放熱性を有すると共に、インピーダンス整合された高周波接続によってノイズ耐性にも優れているため、マイクロ波通信用や高速デジタル処理などの高速電送用として好適であり、特に伝送速度が１０Ｇｂｐｓの高速で動作する装置に適用が可能である。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、周波数の高い信号を処理する光半導体素子を搭載した光半導体モジュールについて、突出部上の光半導体素子の配線とベース基板上の表面配線との間、即ち接合面が９０°傾いた直交方向にあるベース基板と突出部との間で高周波接続が可能となり、その接続部での高周波波形の崩れを防止して、ノイズ耐性に優れた光半導体モジュール、特に１０Ｇｂｐｓでの高速動作が可能な光半導体モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における光半導体モジュールの一具体例について、その要部を示す概略の斜視図である。
【図２】図１の光半導体モジュールの要部を一部切欠いて示す概略の平面図である。
【図３】本発明における光半導体モジュールの一具体例について、ベース基板と突出部の間の接続状態を示す概略の断面図である。
【図４】本発明における光半導体モジュールを多層フレキシブルプリント基板に表面実装した状態の要部を示す概略の側面図である。
【図５】従来の光半導体モジュールの要部を示す概略の斜視図である。
【符号の説明】
１、１１　　　ベース基板
２、１２　　　突出部
３、１３　　　ＬＤ素子
４、１４　　　ＰＤ素子
５　　　金属リード
１５　　　ＩＣ素子
１６ａ　　　信号用ビア
１６ｂ　　　ＧＮＤ用ビア
１７　　　表面配線
１８　　　配線
２１　　　ボンディングワイヤ
２２　　　半田
２３　　　半田ボール
２４　　　多層フレキシブルプリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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