(57)【要約】【課題】内部に収容するＩＣ等の部品を増加させ、光半導体装置を集積化および多機能化させるとともに、高周波信号を効率よく伝送させ得るものとし、また内部の気密信頼性を向上させること。【解決手段】配線基板５は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第１の電極パッド６ａと絶縁基板の下面に２列に配設された複数の第２の電極パッド７ａとを有するとともに、第１の電極パッド６ａとそれに対応する第２の電極パッド７ａとが絶縁基板の内部の内層導体層８ｂを介して貫通導体８ａにより電気的に接続され、複数の第２の電極パッド７ａのそれぞれに外部接続用ピン１０が接合されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状であり、前記基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、該蓋体の前記貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、前記貫通穴を覆って前記基体の上側主面に接合された配線基板と、該配線基板の上面に載置された光半導体素子とを具備しており、前記配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第１の電極パッドと前記絶縁基板の下面に２列に配設された複数の第２の電極パッドとを有するとともに、前記第１の電極パッドとそれに対応する前記第２の電極パッドとが前記絶縁基板の内部の内層導体層を介して貫通導体により電気的に接続され、前記複数の第２の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されていることを特徴とする光半導体装置。
【請求項２】
前記配線基板の厚さをＡ、前記基体の厚さをＢとしたとき、１．５≦Ａ／Ｂ≦１０であることを特徴とする請求項１記載の光半導体装置。
【請求項３】
前記基体は、前記配線基板の下面の外周縁の下方に開口が位置するように前記貫通穴の周囲に全周にわたって溝が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信等の分野に用いられる光半導体素子を収納した光半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光通信等の分野において高い周波数で作動する半導体レーザ（ＬＤ），フォトダイオード（ＰＤ）等の光半導体素子を気密封止して収納した光半導体装置の例を図９に示す。同図において、２１は基体、２２は光半導体素子、２３は金属製の蓋体、２４は透光性部材、２６は光ファイバである。
【０００３】
基体２１は鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合金等の金属から成り、その上側主面の略中央部には、光半導体素子２２が、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質セラミックス等のセラミックスから成る略直方体の基台２８を介して基体２１の上側主面に搭載固定される。また、基体２１には、Ｆｅ−Ｎｉ合金やＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属からなる外部接続用ピン２５を挿通させるために上下主面間を貫通する貫通孔２１ａが形成されており、貫通孔２１ａに光半導体装置内外を導通する端子としての外部接続用ピン２５を挿通させるとともに、外部接続用ピン２５と貫通孔２１ａとの隙間にガラス等の誘電体から成る接合材を充填し、基体２１と外部接続用ピン２５とを気密に接合する。これにより、外部接続用ピン２５が光半導体装置内外を導通する端子として機能する。
【０００４】
なお、基台２８に搭載された光半導体素子２２は、その電極が外部接続用ピン２５の光半導体素子２２側の先端とボンディングワイヤ２９等を介して電気的に接続されている。
【０００５】
また、基体２１の上側主面の外周部に接合され、上端が閉じられ下端２３ｃが開かれた筒状であり上端面２３ａの略中央部に貫通孔２３ｂが形成されており、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る蓋体２３が設けられる。蓋体２３の下端２３ｃは、例えば図９のような鍔状となっており、これにより基体２１と蓋体２３との接合面積が大きくなり、基体２１と蓋体２３とで構成される容器内部の気密信頼性が向上する。
【０００６】
さらに、貫通孔２３ｂを塞ぐように、貫通孔２３ｂの上端面２３ａ側開口の周囲に透光性部材２４が接合される。透光性部材２４はガラスやサファイア等から成る円板状，レンズ状，球状または半球状等のものであり、ガラスによる接合や半田付け等により蓋体２３に気密に接合される。
【０００７】
このような基体２１、蓋体２３および透光性部材２４から主に構成される容器内部に光半導体素子２２を収容し気密に封止する。
【０００８】
最後に、光ファイバ２６固定用の筒状の金属製固定部材２７が、蓋体２３の外周面に溶接され、光ファイバ２６が金属製固定部材２７の上面の貫通孔に外部から挿通固定されて透光性部材２４の上方に固定され、外部接続用ピン２５の外側の先端部が外部電気回路（図示せず）に電気的に接続されることによって、光半導体装置となる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００９】
この光半導体装置は、外部電気回路から供給される電気信号によって光半導体素子２２にレーザ光等の光を励起させ、この光を透光性部材２４、光ファイバ２６の順に透過させ、光ファイバ２６を介して外部に伝送させることによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。この場合、光半導体素子２２から光信号が正常に発光しているか確認するためのモニタ用ＰＤ（図示せず）が搭載されていてもよい。または、外部から光ファイバ２６を介して伝送してくる光信号を、透光性部材２４を透過させ光半導体素子２２に受光させて、光信号を電気信号に変換することによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１８３３６９号公報
【００１１】
【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、外部接続用ピン２５が基体２１の貫通孔２１ａに挿通されガラス等を介して気密に接合される構成であるため、外部接続用ピン２５の直径寸法の最小加工限界、貫通孔２１ａの孔寸法、隣接する貫通孔２１ａ間の間隔の最小加工限界等の制約があり、そのため、外部接続用ピン２５を挿入する位置が制約され、光半導体素子２２と外部接続用ピン２５とを接続するためのボンディングワイヤ２９が長くなる場合があり、ボンディングワイヤ２９部ではインピーダンスを整合できないことから高周波信号の伝送損失が大きくなるという問題点があった。その結果、ボンディングワイヤ２９で高周波信号を効率よく伝送できない場合あった。
【００１２】
また、基体２１に外部接続用ピン２５を１本挿入するために大きな面積が必要とされ、基体２１に取り付けられる外部接続用ピン２５の本数が数本に限られるという問題点があった。
【００１３】
さらに、光半導体装置内にはＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子２２とモニタ用ＰＤのみが収容され、光半導体素子２２を駆動するためのドライバＩＣは別の半導体素子収納用パッケージ内に収納され、外部電気回路を介してドライバＩＣと光半導体装置とを電気的に接続する必要があり、光半導体素子２２を駆動させるための装置全体が大型化するという問題点もあった。
【００１４】
また、外部接続用ピン２５をガラス等の接合材を介して基体２１に接合しただけの端子構造であるため、外部接続用ピン２５に外部から応力が加わった場合に接合材にクラック等の破損が生じ、光半導体装置内部の気密が損なわれるという問題点があった。
【００１５】
さらに、外部接続用ピン２５の貫通孔２１ａに挿入されていない部位を特性インピーダンスに整合させた信号線路とするのが困難であり、外部接続用ピン２５を伝送する高周波信号が外部接続用ピン２５で反射等して伝送損失が生じ、高周波信号を効率よく伝送できなくなるという問題点もあった。特に、２ＧＨｚ以上の高周波になると伝送効率が著しく劣化する場合があった。
【００１６】
従って、本発明は上記問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、光半導体素子と外部接続用ピンとを接続するためのボンディングワイヤを短線化して高周波信号の伝送特性を向上させるとともに、光半導体装置に取り付けられる端子数を増やして内部に収容する集積回路素子（ＩＣ）等の部品を増加させて光半導体装置を集積化および多機能化させることである。また、内部の気密信頼性を向上させるとともに、外部接続用ピンで高周波信号が反射等するのを防いで高周波信号の伝送効率を向上させて、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る高信頼性のものとすることにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体装置は、上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状であり、前記基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、前記貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、前記貫通穴を覆って前記基体の上側主面に接合された配線基板と、該配線基板の上面に載置された光半導体素子とを具備しており、前記配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第１の電極パッドと前記絶縁基板の下面に２列に配設された複数の第２の電極パッドとを有するとともに、前記第１の電極パッドとそれに対応する前記第２の電極パッドとが前記絶縁基板の内部の内層導体層を介して貫通導体により電気的に接続され、前記複数の第２の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されていることを特徴とする。
【００１８】
本発明は、上記の構成により、配線基板の上下面および内部に微細な間隔をもって電極パッド，内層導体層および貫通導体を多数形成することができ、その結果、光半導体素子，モニタ用ＰＤだけでなく、光半導体素子を駆動するためのドライバＩＣ等の信号入出力をこの配線基板で行なうことができ、光半導体装置内にドライバＩＣ等も実装することができる。従って、外部電気回路を介して光半導体装置に電気的に接続する必要があったドライバＩＣ等を光半導体装置内に実装し集積化することができることから、光半導体素子を駆動させるための装置全体を小型化できる。
【００１９】
また、配線基板上面の第１の電極パッドを光半導体素子の近傍に形成できることから、第１の電極パッドと光半導体素子とをきわめて短線化されたボンディングワイヤにより電気的に接続でき、ボンディングワイヤでの高周波信号の伝送損失を最小限に抑えることができる。
【００２０】
また、光半導体装置内外を導通する端子（外部接続用ピン）をロウ材等で接合した配線基板を用いるため、外部接続用ピンに外部から応力が加わった場合、従来のガラス接合された端子に比較して、端子の接合部にクラック等の破損が生じて光半導体装置内部の気密が破れるのを有効に防止できる。従って、外部接続用ピンをガラス等の接合材を介して基体の貫通孔に接合した従来の端子構造に比べ気密信頼性が大幅に向上する。
【００２１】
さらに、絶縁基板の下面に２列に配設された複数の第２の電極パッドを有するとともに、複数の第２の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されていることにより、外部接続用ピンの列の間に外部電気回路基板を挟み込むことができ、例えば外部接続用ピンと外部電気回路基板の配線導体とをそれらの位置を一致させて接続することができる。その結果、光半導体装置の外部電気回路基板への実装の作業がきわめて容易になるとともに、外部接続用ピンと外部電気回路基板の配線導体との接続を外部接続用ピンの配線基板に近い部分で行なうことができ、高周波信号が外部接続用ピンを伝送する長さを最小限に抑えて、外部接続用ピンでの反射等の伝送損失が生じるのを最小限に抑えることができる。
【００２２】
本発明の光半導体装置において、好ましくは、前記配線基板の厚さをＡ、前記基体の厚さをＢとしたとき、１．５≦Ａ／Ｂ≦１０であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の光半導体装置は、上記の構成により、絶縁基体から成る配線基板と金属製の基体とを接合しても、配線基板と基体との熱膨張差により配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制することができる。また、蓋体を基体に接合する際に発生する応力によって配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制することもできる。その結果、光半導体装置内部の気密性を損なうことなく、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る高信頼性のものとすることができる。
【００２４】
本発明の光半導体装置において、好ましくは、前記基体は、前記配線基板の下面の外周縁の下方に開口が位置するように前記貫通穴の周囲に全周にわたって溝が形成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の光半導体装置は、好ましくは基体は配線基板の下面の外周縁の下方に開口が位置するように貫通穴の周囲に全周にわたって溝が形成されていることから、基体と配線基板とをろう材を用いて接合した際に基体と配線基板との熱膨張差によって配線基板に熱応力が加わっても、配線基板の外周縁には熱応力が加わりにくくなり、配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、溝より外周側にろう材が流れ出るのを防止して、配線基板の外周縁と基体との間に良好なろう材のメニスカスを形成し、配線基板を基体に強固かつ気密に接合することができる。さらに、蓋体を基体に溶接する際に、配線基板に基体との熱膨張差による熱応力が加わっても、配線基板の外周縁には熱応力が加わりにくくなり、配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、溝より外周側にろう材が流れ出るのを防止して、基体の蓋体との接合部にろう材が流れ込むことがなく、蓋体と基体とを気密に接合することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の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装置について実施の形態の一例を示す断面図であり、１は基体、２は光半導体素子、４は透光性部材、５は配線基板、１２は光ファイバ、３は金属製の蓋体である。これら基体１および配線基板５で光半導体素子収納用パッケージが基本的に構成される。また、光半導体素子収納用パッケージに光半導体素子２を搭載し、透光性部材４が接合された蓋体３を接合することにより光半導体装置となる。
【００２７】
本発明の光半導体装置は、平板状の金属製の基体１と、上端面３ａの略中央部に貫通孔３ｂが形成されているとともに下端３ｃが開かれた筒状であり、基体１の上側主面の外周部に下端３ｃが接合された金属製の蓋体３と、貫通孔３ｂの開口の周囲に接合された透光性部材４と、基体１の上下主面間を貫通するように形成された貫通穴１ａを覆うようにして基体１の上側主面に接合された配線基板５と、配線基板５の上面に載置された光半導体素子２とを具備しており、配線基板５は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第１の電極パッド６ａと絶縁基板の下面に２列に配設された複数の第２の電極パッド７ａとを有するとともに、第１の電極パッド６ａとそれに対応する第２の電極パッド７ａとが絶縁基板の内部の内層導体層８ｂを介して貫通導体８ａにより電気的に接続され、複数の第２の電極パッド７ａのそれぞれに外部接続用ピン１０が接合されている構成である。
【００２８】
本発明の基体１は、略円板状、略長方形等の平板状であり、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金、Ｃｕ−Ｗ合金等の金属から成り、そのインゴットに圧延加工や打ち抜き加工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製作される。この基体１には、外部接続用ピン１０を挿通するために、基体１の上下主面間を貫通する貫通穴１ａが設けられている。この貫通穴１ａには、配線基板５がその下面の外周部に設けられた第２の同一面導体層７ｂを介して、貫通穴１ａを覆うようにして配線基板５が銀（Ａｇ）ろう等のろう材によって気密に接合される。
【００２９】
配線基板５は以下のようにして作製される。例えば、Ａｌ２Ｏ３質セラミックスから成る場合、先ず酸化アルミニウム、酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して泥漿状と成す。これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等のテープ成形技術により複数のセラミックグリーンシートを得る。次に、このセラミックグリーンシートに、Ｗやモリブデン（Ｍｏ）等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを、スクリーン印刷法等の厚膜形成技術により印刷塗布して、第１の電極パッド６ａ，第２の電極パッド７ａ，第２の同一面導体層７ｂ，内層導体層８ｂとなるメタライズ層を所定パターンに形成する。また、金型等によって打ち抜き加工することによって、各セラミックグリーンシートの所望の位置に貫通導体８ａとなる貫通孔を形成し、この貫通孔にＷやＭｏ等の高融点金属粉末に適当な有機バインダー、可塑剤、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを充填する。その後、セラミックグリーンシートを複数枚積層し、これを還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することにより製作される。
【００３０】
また、配線基板５の厚さをＡ、基体１の厚さをＢとしたとき、１．５≦Ａ／Ｂ≦１０とすることが好ましい。これにより、絶縁基体から成る配線基板５に金属製の基体１を接合しても、配線基板５と基体１との熱膨張差により配線基板５にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制することができる。また、蓋体３を基体１に接合する際の応力によって配線基板５にクラック等の破損が生ずるのを有効に抑制することもできる。その結果、光半導体装置内部の気密性を損なうことなく、光半導体素子２を長期にわたり正常かつ安定に作動させることができる。
【００３１】
Ａ／Ｂ＜１．５の場合、基体１に対して配線基板５が薄くなりすぎて強度が弱くなり、基体１との熱膨張差で配線基板５にクラック等の破損が生じ易くなる。また、Ａ／Ｂ＞１０の場合、配線基板５が厚くなり、基体１，蓋体３，透光性部材４，配線基板５から構成される容器内部の容積を確保するために蓋体３を高くしなければならず、その結果、半導体装置が大型化し近時の光半導体装置の小型化への要求に適さなくなる。また、配線基板５が厚くなると、外部接続用ピン１０から光半導体素子２までの線路として機能する貫通導体８ａが長くなって、貫通導体８ａを伝送する高周波信号に発生する反射損失や透過損失が大きくなり光半導体素子２の作動性が劣化し易くなる。
【００３２】
また、基体１，蓋体３の厚さを０．３ｍｍ以上とするのがよい。これにより、基体１および蓋体３の曲げ強度を大きくし、基体１および蓋体３がたわむことにより基体１と蓋体３との接合部に応力が加わるのを抑制することができ、その結果、基体１，蓋体３，透光性部材４，配線基板５から構成される容器内部を気密に保持することができる。
【００３３】
さらに、基体１と配線基板５との接合部の幅を０．３ｍｍ以上とするのがよい。これにより、基体１と配線基板５との接合強度を大きくして、基体１，蓋体３，透光性部材４，配線基板５から構成される容器内部を気密に保持することができる。
【００３４】
本発明において、図１０に示すように、基体１は配線基板５の下面の外周縁の下方に開口が位置するように貫通穴１ａの周囲に全周にわたって溝１ｂが形成されていることが好ましい。これにより、基体１と配線基板５とをろう材で接合した際に基体１と配線基板５との熱膨張差によって配線基板５に熱応力が加わっても、配線基板５の外周縁には熱応力が加わりにくくなり、配線基板５にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、溝１ｂより外周側にろう材が流れ出るのを防止して、配線基板５の外周縁と基体１との間に良好なろう材のメニスカスを形成し、配線基板５を基体１に強固かつ気密に接合できる。さらに、蓋体３を基体１に溶接する際に、配線基板５に基体１との熱膨張差による熱応力が加わっても、配線基板５の外周縁には熱応力が加わりにくくなり、配線基板５にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、溝１ｂより外周側にろう材が流れ出るのを防止して、基体１の蓋体３との接合部にろう材が流れ込まず、蓋体３と基体１とを気密に接合することができる。
【００３５】
溝部１ｂは、幅が０．３〜２ｍｍ、深さが０．２〜１ｍｍであるのがよく、この場合基体１と配線基板５との熱膨張差によって配線基板５に熱応力が加わっても、配線基板５の外周縁に熱応力が加わるのをより有効に抑制し、配線基板５にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、溝１ｂより外周側にろう材が流れ出るのを有効に防止でき、配線基板５の外周縁と基体１との間に良好なろう材のメニスカスを形成するとともに基体１の蓋体３との接合部にろう材が流れ込むのを防止できる。
【００３６】
溝１ｂの幅が０．３ｍｍ未満の場合、溝１ｂの幅が狭すぎるため、基体１と配線基板５との熱膨張差が生じた際に配線基板５に熱応力が加わりやすく、配線基板５にクラック等の破損が生じ易くなる。幅が２ｍｍを超える場合、溝１ｂに溜まるろう材の量が多くなり、それに伴い配線基板５にろう材との熱膨張差により加わる熱応力が大きくなって配線基板５にクラック等の破損が生じる恐れがある。また、溝１ｂの幅を大きくするに伴って基体１を大きくする必要があり、近時の光半導体装置の小型化傾向に適さなくなる。
【００３７】
また、溝１ｂの幅の深さが０．２ｍｍ未満の場合、溝１ｂが浅くなりすぎるため溝１ｂからろう材が流れ出て、配線基板５の外周縁と基体１との間に良好なろう材のメニスカスを形成しにくくなるとともに、基体１の蓋体３との接合部にろう材が流れ込みやすくなる。深さが１ｍｍを超える場合、溝１ｂが深くなりすぎるため溝１ｂに溜まるろう材の量が多くなり、それに伴い配線基板５にろう材との熱膨張差により加わる熱応力が大きくなって配線基板５にクラック等の破損が生じる恐れがある。また、溝１ｂの深さを深くするに伴って基体１を厚くする必要があり、近時の光半導体装置の小型化傾向に適さなくなる。
【００３８】
なお、溝１ｂの断面形状は図１０に示すような四角形の他、半円形、Ｕ字形、Ｖ字形等の種々の形状とし得る。
【００３９】
配線基板５の下面には、図２に示すように、複数個の第２の電極パッド７ａが２列に配設されており、それぞれの第２の電極パッド７ａに外部接続用ピン１０が、Ａｇろう等のろう材によって接続される。好ましくは、外部接続用ピン１０は、図３に示すように第２の電極パッド７ａとの接合部（上端）に鍔部１０ａが設けられているのがよく、外部接続用ピン１０を電極パッド７ａに強固に接合できる。
【００４０】
このようにして、配線基板５の下面に外部接続用ピン１０を２列に配列して、外部接続用ピン１０の列の間に外部電気回路基板を挟み込むことができ、例えば外部接続用ピン１０と外部電気回路基板の配線導体との位置を一致させることができる。その結果、光半導体装置の外部電気回路基板への実装作業が容易になるとともに、外部接続用ピン１０と外部電気回路基板の配線導体との接続を外部接続用ピン１０の配線基板５に近い部分で行なうことができ、高周波信号が外部接続用ピン１０を伝送する長さを最小限に抑えて、外部接続用ピン１０での反射等の伝送損失が生じるのを最小限に抑えることができる。
【００４１】
好ましくは、図４に示すように、第１の電極パッド６ａの周囲に略一定間隔をもって配線基板５の上面の略全面に第１の同一面導体層６ｂを形成し、また第２の電極パッド７ａの周囲に略一定間隔をもって配線基板５の下面の略全面に第２の同一面導体層７ｂを形成するのがよい。この構成により、配線基板５の上下面においてシールド効果（電磁遮蔽効果）が得られ、高周波信号が第１の電極パッド６ａと第２の電極パッド７ａを介して配線基板５を入出力する際、高周波信号がノイズ等の影響により正常に入出力できなくなるのを防止するとともに、配線基板５の上下面での高周波信号の放射による損失を防止する。
【００４２】
さらに好ましくは、図５に示すように、第２の電極パッド７ａを第１の電極パッド６ａと対向する位置に設け、第１の電極パッド６ａと第２の電極パッド７ａとを電気的に接続する貫通導体８ａの周りに、貫通導体８ａを中心とする円周上に略一定間隔で複数の接地貫通導体９ａを設けるのがよい。この場合、図６（ａ）に図５のＡ−Ａ’線断面図を示すように、セラミックグリーンシートの層間には貫通導体８ａの周りに貫通導体８ａの中心Ｃ１を中心とする略円形の内層導体層８ｂを設けるとともに、中心Ｃ１を中心とする直径Ｄの円周上に接地貫通導体９ａの中心Ｃ２が載るようにして、略一定間隔で複数の接地貫通導体９ａを設ける。接地貫通導体９ａの周りには中心Ｃ２を中心とする略円形の内層接地導体層９ｂを設ける。
【００４３】
なお、内層導体層８ｂと内層接地導体層９ｂは、それぞれ上下のセラミックグリーンシートにおける貫通導体８ａ、接地貫通導体９ａ同士を確実に電気的に接続させるためのものである。
【００４４】
上記の構成により、貫通導体８ａを伝送する高周波信号を略同軸線路のモードで伝送させることができ、反射等の伝送損失を抑えて無駄なく伝送できる。さらに、図６（ｂ）に示すように、内層接地導体層９ｂを内層導体層８ｂの周囲に、略一定間隔をもって貫通導体８ａを中心とする円周より外側の全体に設けてもよく、貫通導体８ａを伝送する高周波信号をより同軸線路のモードに近似させることができ、より伝送損失を抑えることが可能となる。
【００４５】
また、この光半導体装置は光半導体素子２の誤作動等を防止するため、内部を気密にするのがよい。内部を気密にすると、蓋体３の外面に内外の気圧差による圧力が加わり、蓋体３が変形を起こす可能性がある。従って、気圧差により光半導体装置の外面に加わる圧力を略均一に分布させ、圧力集中を防止するため、蓋体３は断面形状（横断面形状）を円筒形とするのがよい。
【００４６】
また、基体１と配線基板５とは互いに位置合わせを行なえるのがよく、図７に基体１と配線基板５の平面図を示すように、基体１および配線基板５の外周の対向する２箇所にそれぞれ直線部１ｂおよび直線部５ｂを設けるのがよい。このような直線部５ｂを有することによって、配線基板５は図８に示すように、セラミックグリーンシート５ａで斜線部を打ち抜き加工し、多層積層し焼成した後に、点線部をスライス加工することで形成できる。配線基板５が円形である場合、焼成体を切削加工して円形にすることが困難であるため、セラミックグリーンシート５ａを打ち抜き加工して円形の個片にした後に焼成することになるが、その場合円形の各個片を焼成炉内に設置しなければならないため、焼成時の作業効率が低下する。一方、配線基板５が直線部５ｂを有する場合、配線基板５領域を多数有する母基板の状態で焼成でき、作業効率が著しく向上する。
【００４７】
また、基体１に直線部１ｂを設ける場合、蓋体３を基体１に取り付けるための下端３ｃにも上記のように２箇所の直線部を形成するのがよい。この場合、基体１と下端３ｃの外周同士を一致させ、蓋体３を基体１の上側主面に位置ずれすることなく接合し、内部を確実に気密に保持できるとともに、シーム溶接し易くできるという利点がある。
【００４８】
蓋体３は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工、絞り加工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製作される。この蓋体３は、筒状部と上端面３ａが個々に製作され、それらをろう付け、半田付け、溶接等によって接合したものであってもよい。
【００４９】
蓋体３には、貫通孔３ｂを塞ぐように貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に、透光性部材４がガラス接合や半田付け等により気密に接合される。透光性部材４は、ガラスやサファイア等から成る円板状，レンズ状，球状または半球状等のものであり、球状の場合周縁部で、円板状やレンズ状の場合一主面の外周部で、半球状の場合平面部の外周部で蓋体３に接合される。
【００５０】
また、光ファイバ１２は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金等の金属から成る略円筒状の金属製固定部材１３の上端面に固定されており、金属製固定部材１３の下端面が蓋体３の外周面にレーザ溶接法等の溶接によって接合される。光ファイバ１２が金属製固定部材１３を介して透光性部材４の上方に固定されることによって、製品としての光半導体装置となる。これにより、光ファイバ１２を介して内部に収容する光半導体素子２と外部との光信号の授受が可能となる。
【００５１】
本発明において、透光性部材４は貫通孔３ｂの上端面３ａ側開口の周囲に接合されるのが好ましく、この場合以下の点で有利である。即ち、蓋体３の外周部に金属製固定部材１３を溶接する際の熱が蓋体３に局所的に加わり、蓋体３の透光性部材４との接合面に熱膨張による引っ張り応力が加わると、透光性部材４が蓋体３から剥がれ易くなるが、光半導体装置は内部を気密にするため外側から内側に気圧が加わるため、気圧によって透光性部材４が蓋体３に押し付けられて剥がれにくくなる。一方、透光性部材４が貫通孔３ｂの上端面３ａの裏面側開口の周囲に接合されていると、熱膨張による応力によって透光性部材４を剥がそうとする引っ張り応力と気圧による圧力とが、透光性部材４が蓋体３から容易に外れてしまうこととなる。
【００５２】
本発明の光半導体装置は、光半導体素子２の電極を外部電気回路に電気的に接続し、製品としての光半導体装置となる。この光半導体装置は、例えば外部電気回路から供給される電気信号によって光半導体素子２にレーザ光等の光を励起させ、この光を透光性部材４、光ファイバ１２の順に透過させ、光ファイバ１２を介して外部に伝送することによって、高速光通信等に使用される光半導体装置として機能する。
【００５３】
【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。
【００５４】
図１の光半導体装置を以下のようにして製作した。まず、直径６．７ｍｍの円板状で、略中央に直径４．２ｍｍの円形の貫通穴１ａが設けられたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る基体１の上面に、外形寸法が直径５ｍｍの円板状で、Ａｌ２Ｏ３質焼結体から成る配線基板５を、貫通穴１ａの周囲にＡｇロウ材を介して接合した。次に、基体１の上面に、円筒部の内径が５．７ｍｍ，下端３ｃの外径が６．７ｍｍ，下端３ｃから上端面３ａまでの高さが３ｍｍ，厚さが０．３ｍｍであり、上端面３ａに設けられた直径２．４ｍｍの円形の貫通孔３ｂの周囲に直径３．２ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの円板状のサファイアからなる透光性部材４がＡｇロウを介してロウ付けされたＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金から成る蓋体３をシーム溶接法によって接合した。ここで、基体１の厚さを０．３ｍｍまたは０．５ｍｍとし、配線基板５の厚さを表１に示す種々の値となるようにして、光半導体装置の試料を各２０個作製した。
【００５５】
各試料について気密性の評価を以下の手順で行なった。まず、各試料をフロリナート系の揮発性の高い液体中に浸漬してグロスリーク試験を行ない、液体中への気泡の発生の有無を評価し、気泡の生じない試料を良品とし、気泡の生じた試料を不良品とした。さらに、グロスリーク試験で良品であった試料について、４９００Ｐａ（パスカル）で２時間Ｈｅ加圧を行なった後にＨｅリーク試験、即ち光半導体装置の内部にＨｅを加圧侵入させ、その後光半導体装置の外部へ漏れ出てくるＨｅを検出する試験を実施し、Ｈｅの検出量が５．０×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下の試料を良品とし、検出量が５．０×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃを超える試料を不良品とした。その評価結果を表１に示す。
【００５６】
【表１】
2004221095.tif 000003
【００５７】
表１より、配線基板５の厚さが基体１の厚さの１．５倍未満では気密性不良が発生した。
【００５８】
以上より、配線基板５の厚さが基体１の厚さの１．５倍以上である場合、光半導体装置内部の気密を良好に保持できることが判った。ただし、配線基板５の厚さが基体１の厚さの１０倍よりも厚くなると、光半導体装置が大型化するので実用に適さないものとなる。
【００５９】
なお、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内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は、上下主面間を貫通する貫通穴が形成された平板状の金属製の基体と、上端面の略中央部に貫通孔が形成されているとともに下端が開かれた筒状であり、基体の上側主面の外周部に下端が接合された金属製の蓋体と、貫通孔の開口の周囲に接合された透光性部材と、貫通穴を覆って基体の上側主面に接合された配線基板と、配線基板の上面に載置された光半導体素子とを具備しており、配線基板は、複数の絶縁層が積層されて成る絶縁基板の上面に形成された複数の第１の電極パッドと絶縁基板の下面に２列に配設された複数の第２の電極パッドとを有するとともに、第１の電極パッドとそれに対応する第２の電極パッドとが絶縁基板の内部の内層導体層を介して貫通導体により電気的に接続され、複数の第２の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されていることにより、配線基板の上下面および内部に微細な間隔をもって電極パッド，内層導体層および貫通導体を多数形成することができ、従来外部電気回路を介して光半導体装置に電気的に接続する必要があったドライバＩＣ等を光半導体装置内に実装し、光半導体素子を駆動させるための装置全体を小型化できる。
【００６１】
また、配線基板上面の第１の電極パッドを光半導体素子の近傍に形成できることから、第１の電極パッドと光半導体素子とをきわめて短線化されたボンディングワイヤにより電気的に接続でき、ボンディングワイヤでの高周波信号の伝送損失を最小限に抑えることができる。
【００６２】
また、光半導体装置内外を導通する端子（外部接続用ピン）をロウ材等で接合した配線基板を用いるため、外部接続用ピンに外部から応力が加わった場合、従来のガラス接合された端子に比較して、端子の接合部にクラック等の破損が生じて光半導体装置内部の気密が破れるのを有効に防止できる。従って、外部接続用ピンをガラス等の接合材を介して基体の貫通孔に接合した従来の端子構造に比べ気密信頼性が大幅に向上する。
【００６３】
さらに、絶縁基板の下面に２列に配設された複数の第２の電極パッドを有するとともに、複数の第２の電極パッドのそれぞれに外部接続用ピンが接合されていることにより、外部接続用ピンの列の間に外部電気回路基板を挟み込むことができ、例えば外部接続用ピンと外部電気回路基板の配線導体とをそれらの位置を一致させて接続することができる。その結果、光半導体装置の外部電気回路基板への実装の作業がきわめて容易になるとともに、外部接続用ピンと外部電気回路基板の配線導体との接続を外部接続用ピンの配線基板に近い部分で行なうことができ、高周波信号が外部接続用ピンを伝送する長さを最小限に抑えて、外部接続用ピンでの反射等の伝送損失が生じるのを最小限に抑えることができる。
【００６４】
本発明は、上記の光半導体装置において、配線基板の厚さをＡ、基体の厚さをＢとしたとき、１．５≦Ａ／Ｂ≦１０としたことにより、絶縁基体から成る配線基板と金属製の基体とを接合しても、配線基板と基体との熱膨張差により配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、蓋体を基体に接合する際に発生する応力によって配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止することもできる。その結果、光半導体装置内部の気密性を損なうことなく、光半導体素子を長期にわたり正常かつ安定に作動させ得る高信頼性のものとすることができる。
【００６５】
本発明の光半導体装置は、好ましくは基体は配線基板の下面の外周縁の下方に開口が位置するように貫通穴の周囲に全周にわたって溝が形成されていることにより、基体と配線基板とをろう材を用いて接合した際に基体と配線基板との熱膨張差によって配線基板に熱応力が加わっても、配線基板の外周縁には熱応力が加わりにくくなり、配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、溝より外周側にろう材が流れ出るのを防止して、配線基板の外周縁と基体との間に良好なろう材のメニスカスを形成し、配線基板を基体に強固かつ気密に接合できる。さらに、蓋体を基体に溶接する際に、配線基板に基体との熱膨張差による熱応力が加わっても、配線基板の外周縁には熱応力が加わりにくくなり、配線基板にクラック等の破損が生ずるのを有効に防止できる。また、溝より外周側にろう材が流れ出るのを防止して、基体の蓋体との接合部にろう材が流れ込むことがなく、蓋体と基体とを気密に接合できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体装置について実施の形態の例を示す断面図である。
【図２】本発明の光半導体装置における配線基板の第２の電極パッドの拡大平面図である。
【図３】本発明の光半導体装置における外部接続用ピンの実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の光半導体装置における配線基板の第１の電極パッドの実施の形態の他の例を示す拡大平面図、（ｂ）は本発明の光半導体装置における配線基板の第２の電極パッドの実施の形態の他の例を示す拡大平面図である。
【図５】本発明の光半導体装置における配線基板の実施の形態の他の例を示す拡大断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明の光半導体装置における配線基板の実施の形態の他の例をそれぞれ示し、図５のＡ−Ａ’面における拡大断面図である。
【図７】本発明の光半導体装置における基体と配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明の光半導体装置における配線基板について実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図９】従来の光半導体装置の断面図である。
【図１０】本発明の光半導体装置について実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：基体
１ａ：貫通穴
２：光半導体素子
３：蓋体
３ａ：上端面
３ｂ：貫通孔
４：透光性部材
５：配線基板
６ａ：第１の電極パッド
７ａ：第２の電極パッド
８ａ：貫通導体
８ｂ：内層導体層
１０：外部接続用ピン
【図１】
2004221095.tif 000004
【図２】
2004221095.tif 000005
【図３】
2004221095.tif 000006
【図４】
2004221095.tif 000007
【図５】
2004221095.tif 000008
【図６】
2004221095.tif 000009
【図７】
2004221095.tif 000010
【図８】
2004221095.tif 000011
【図９】
2004221095.tif 000012
【図１０】
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