(57)【要約】【課題】円柱状レンズを簡単で容易にレーザー光の軸線に合わせることができ、円柱状レンズにクラックや破断の発生がない光通信用パッケージを提供する。【解決手段】光通信用の半導体素子を搭載するためのキャビティ部１６が設けられる金属製の基体１７と、その側面部に設けられる貫通孔２３に接合される光ファイバー部材と半導体素子の設置部との間に有しキャビティ部１６の底面に設けられる台座部１４と、これに接合される円柱状レンズ１３を有する光通信用パッケージ１０において、台座部１４の上表面部２５には円柱状レンズ１３を横転して載置するための矩形溝状からなる凹部２６を有し、凹部２６外周縁の上表面部２５の長手方向中央部の対向する上表面部２５には、円柱状レンズ１３の中央部側面を挟み込むことができるような凸部２７を有し、しかも、いずれか一方の凸部２７に円柱状レンズ１３の中央部側面の一箇所部分が接合されている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に光通信用の半導体素子を搭載するためのキャビティ部が設けられる金属製の基体と、該基体の側面部に設けられ前記キャビティ部に連通する貫通孔と、該貫通孔の周縁部に接合される光ファイバー部材と前記半導体素子の設置部との間に有し前記キャビティ部の底面に設けられる方形状の台座部と、該台座部に接合される円柱状レンズを有する光通信用パッケージにおいて、前記台座部の上表面部には前記円柱状レンズを横転して載置するための矩形溝状からなる凹部を有し、該凹部外周縁の前記上表面部の長手方向中央部の対向する該上表面部には、前記円柱状レンズの横転した状態の中央部側面を挟み込むことができるような前記上表面部から上部に延設して形成される凸部を有し、しかも、いずれか一方の該凸部に前記円柱状レンズの横転した状態の中央部側面の一箇所部分が接合されていることを特徴とする光通信用パッケージ。
【請求項２】
請求項１記載の光通信用パッケージにおいて、いずれか一方の前記凸部には、前記円柱状レンズの横転した状態の中央部側面の一箇所部分が低温ろう材で接合されていることを特徴とする光通信用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、光通信用の半導体素子を収容するための光通信用パッケージに係り、より詳細には光ファイバー部材と半導体素子の設置部との間に円柱状レンズを備える光通信用パッケージに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信用の半導体素子を収容するための光通信用パッケージには、基体がセラミック製や金属製のものがある。例えば、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、金属製の光通信用パッケージ５０は、底部が放熱性に優れた銅タングステン等、側面部がセラミックと熱膨張係数が近似するＫＶ（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）や、４２アロイ（Ｆｅ−Ｎｉ系合金）等の金属部材からなり、内部に半導体素子５１を搭載するためのキャビティ部５２を設ける基体５３を有している。この基体５３には、一側面部にキャビティ部５２に連通し、レーザー光からなる光信号を通すための貫通孔５４が穿孔され、この貫通孔５４の周辺部に、キャビティ部５２に光信号を通すための空洞を有する筒状に形成されたＫＶや、４２アロイ等の金属材からなる金属製固定部材５５が接合されている。また、基体５３の他の一側面部には、窓枠部が穿設され、窓枠部には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミック材からなるフィードスルー基板５６がキャビティ部５２側から基体５３の外側にかけて形成され、キャビティ部５２内で半導体素子５１とボンディングワイヤ等を介して接続されるための導体パターン５７が形成されている。基体５３の外側部分の導体パターン５７には、外部と電気的接続を行うためのＫＶ等の金属部材からなる外部接続端子５８が接合されている。
【０００３】
基体５３のキャビティ部５２の底面には、半導体素子５１を載置して接合するための半導体素子載置部５９の隣接する位置に、発光素子から出されるレーザー光を拡大したり、集光したりするための、あるいは光ファイバー部材から導入されるレーザー光を集光して受光素子に導入するための円柱状レンズ６０を載置するために、方形状の台座部６１が形成されている。そして、円柱状レンズ６０は、台座部６１上に横転され、レーザー光の軸線を合わせて側面部の長さ方向に沿って接合されている。
【０００４】
この光通信用パッケージ５０には、キャビティ部５２の半導体素子搭載部５９にペルチェ等の放熱構造体を介して発光素子や受光素子の半導体素子５１が接着され、半導体素子５１と導体配線パターン５７とをボンディングワイヤ等で接続することで、半導体素子５１が外部接続端子５８と電気的に接続される。更に、この光通信用パッケージ５０の金属製固定部材５５には、光ファイバー部材がＡｕ−Ｓｎ等の低温ろう材や、ＹＡＧ等のレーザーを使用して溶接して接合される。そして、基体５３の上面に金属やセラミック等からなる蓋体６２がガラス、ろう材、樹脂等からなる封止材で接合されることで、半導体モジュールが形成され、取り付け孔６３を介してボード等にねじ止め固定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の光通信用パッケージは、次のような問題がある。
（１）キャビティ部の底部に形成される方形状の台座部の上表面が平面である場合には、円柱状レンズを載置するのに安定性を欠き、台座部に接合して円柱状レンズを通過するレーザー光の軸線を合わせることが難しい。
（２）円柱状レンズの側面部の長さ方向に沿って全体で台座部上に接合される場合には、接合時の昇温や、降温の時の円柱状レンズと台座部の熱膨張係数の差によって、接合部に応力が発生する。この光通信用パッケージを信頼性試験、特に地球環境を想定した温度サイクル試験や、熱ショック試験等の評価試験を行った時に、円柱状レンズにクラックが発生する場合がある。
（３）（２）の問題を解決するために、円柱状レンズと台座部との接合部分を小さくして部分的に接合される場合には、機械的な衝撃が加わった時に接合部に加わる応力集中によって、円柱状レンズ又は円柱状レンズに形成されているメタライズパターンから破断が発生する場合がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、円柱状レンズを簡単で容易にレーザー光の軸線に合わせることができ、円柱状レンズにクラックや破断の発生がない光通信用パッケージを提供するすることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る光通信用パッケージは、内部に光通信用の半導体素子を搭載するためのキャビティ部が設けられる金属製の基体と、基体の側面部に設けられキャビティ部に連通する貫通孔と、貫通孔の周縁部に接合される光ファイバー部材と半導体素子の設置部との間に有しキャビティ部の底面に設けられる方形状の台座部と、台座部に接合される円柱状レンズを有する光通信用パッケージにおいて、台座部の上表面部には円柱状レンズを横転して載置するための矩形溝状からなる凹部を有し、凹部外周縁の上表面部の長手方向中央部の対向する上表面部には、円柱状レンズの横転した状態の中央部側面を挟み込むことができるような上表面部から上部に延設して形成される凸部を有し、しかも、いずれか一方の凸部に円柱状レンズの横転した状態の中央部側面の一箇所部分が接合されている。これにより、円柱状レンズは、台座部に形成された凹部に載置されるので、位置決めが容易で安定して正確に軸線を合わせて載置できる。また、円柱状レンズは、中央部側面の一箇所部分で接合されるので、円柱状レンズと台座部との間に熱膨張係数の差があっても接合部の応力を緩和することができ、円柱状レンズのクラックの発生を防止することができる。更に、円柱状レンズは、台座部に形成された凹部によって安定的に載置され、凸部によって強固に挟み込んで載置され、接合されるので、機械的な衝撃が加わっても破断の発生を防止することができる。
【０００７】
ここで、いずれか一方の凸部には、円柱状レンズの横転した状態の中央部側面の一箇所部分が低温ろう材で接合されているのがよい。これにより、一箇所部分及び低温でのろう付け接合であるので、熱応力を少なく且つ小さくして、円柱状レンズと台座部を強固に接合することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る光通信用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図、図２（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同光通信用パッケージの円柱状レンズの接合部の説明図である。
【０００９】
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る光通信用パッケージ１０は、側面部となる金属製の枠体１１と、底部となりボード等に取り付けるための固定用孔１２、及び円柱状レンズ１３を載置し、接合するための台座部１４を備えた金属製の底体１５とをろう付け接合して、内部に光通信用の半導体素子（図示せず）を搭載するためのキャビティ部１６を形成する基体１７を有している。
【００１０】
枠体１１の相対向する両側面部には、キャビティ部１６に連通する切り欠き部１８が設けられ、切り欠き部１８の内周壁面に、セラミックからなるフィードスルー基板１９がろう付け接合されている。更に、高さを同一にした枠体１１、及びフィードスルー基板１９の上面には、金属製のシールリング２０がろう付け接合されている。フィードスルー基板１９には、導体パターン２１が形成され、キャビティ部１６側の導体パターン２１は、ワイヤボンディング等を介して半導体素子に接続される。また、枠体１１の外側の導体パターン２１には、リードフレームからなる外部接続端子２２がバタフライ型にろう付け接合されている。フィードスルー基板１９が接合されていない枠体１１の一側面部には、キャビティ部１６に連通する貫通孔２３が設けられている。この貫通孔２３には、筒状に形成された金属製固定部材２４がろう付け接合され、光信号を通すための光ファイバー部材（図示せず）が接続できるように形成されている。
【００１１】
前記円柱状レンズ１３が接合されている台座部１４は、光ファイバー部材と半導体素子の設置部との間に設けられ、キャビティ部１６の底面に方形状に形成されている。図２（Ａ）は、円柱状レンズ１３が接合された台座部１４の拡大平面図、図２（Ｂ）は、Ｂ−Ｂ’線縦断面図、図２（Ｃ）は、Ｃ−Ｃ’線縦断面図を示し、この台座部１４の上表面部２５には、円柱状レンズ１３を横転して載置するための平面視して矩形からなる溝状の凹部２６が設けられている。この凹部２６の外周縁の矩形長手方向中央部の対向する上表面部２５には、円柱状レンズ１３の横転した状態の中央部側面を両側で挟み込むことができるような凸部２７が、上表面部２５から上部に延設させて形成されている。しかも、いずれか一方の凸部２７の凹部２６側の側面に、円柱状レンズ１３の横転した状態の中央部側面の一箇所部分が接合されている。なお、この円柱状レンズ１３は、光ファイバー部材及び半導体素子との光信号線の軸線を合わせて凹部２６に載置され、いずれか一方の凸部２７に接合されている。
【００１２】
いずれか一方の凸部２７の凹部２６側の側面には、円柱状レンズ１３の横転した状態の中央部側面の一箇所部分がＡｕ−Ｓｎろうや、Ａｕ−Ｇｅろう等の低温ろう材２８で接合されているのがよい。低温で接合することができるので、接合部に発生する熱応力を小さくすることができる。
【００１３】
次いで、本発明の一実施の形態に係る光通信用パッケージ１０の製造方法を説明する。
枠体１１は、セラミックと熱膨張係数が近似するＫＶ、４２アロイ等の金属塊を切削して筒状に形成したり、パイプ状に形成した部材を輪切りにしてから押し曲げて形成する。更に、この枠体１１の相対向する両側壁にキャビティ部１６に連通する実質的に矩形状に、枠体１１の上端部から切り欠いた切り欠き部１８を形成する。また、切り欠き部１８が形成されていない枠体１１の一側壁には、キャビティ部１６に連通する実質的に円形からなる貫通孔２３を穿孔して形成する。次に、ボード等の取り付け部材に、ねじで取り付けるための固定用孔１２を設け、円柱状レンズ１３を載置して接合するための台座部１４を有する底体１５を、半導体素子からの発熱を放熱するのに優れるＣｕ−Ｗ（ポーラス状のタングステンに銅を含浸させたりして作製したもの）や、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｕ（銅、モリブデン、銅の３層を接合して作製したもの）等の金属板から形成する。
【００１４】
台座部１４の上表面部２５には、円柱状レンズ１３を横転して、光ファイバー部材と半導体素子との軸線を合わせて、安定よく載置するための凹部２６を切削加工等で形成する。台座部１４の上表面部２５から上部に延設されている凸部２７は、上表面部２５を切削加工等を行って形成する段階で凸部２７が残るように形成する。あるいは、凸部２７の部分を別加工で作製した後、平面上に形成された上表面部２５に、例えば、Ａｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材等でろう付け接合して形成することもできる。
【００１５】
枠体１１と底体１５は、Ｎｉめっきを施した後、例えば、Ａｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材を接合部に挟んで加熱し、ろう付け接合することで、内部に光通信用のレーザーダイオード、フォトダイオード等の半導体素子と、レーザー光を拡大、集光するための円柱状レンズ１３を搭載するためのキャビティ部１６を有する基体１７を形成する。
【００１６】
フィードスルー基板１９を形成するアルミナ等のセラミックは、例えば、先ず、アルミナ粉末にマグネシア、シリカ、カルシア等の焼結助剤を適当量加えた粉末に、ジオクチルフタレート等の可塑剤と、アクリル樹脂等のバインダー、及びトルエン、キシレン、アルコール類等の溶剤を加え、十分に混練し、脱泡して粘度２０００〜４００００ｃｐｓのスラリーを作製する。次いで、ドクターブレード法等によって、例えば、厚み０．２５ｍｍのシートを形成し、適当な寸法に切断した矩形状のセラミックグリーンシートを作製する。フィードスルー基板１９は、複数枚のセラミックグリーンシートにタングステンやモリブデン等の高融点金属を用いて導体パターン２１等を形成し、各セラミックグリーンシートを積層し焼成して形成する。
【００１７】
フィードスルー基板１９には、基体１７の切り欠き部１８にフィードスルー基板１９をろう付け接合するために、切り欠き部１８と当接する外周部にも導体パターン（図示せず）を形成する。導体パターン２１には、Ｎｉめっきを施した後、切り欠き部１８とフィードスルー基板１９の接合面にＡｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材を挟んで加熱し、ろう付け接合する。更に、枠体１１の上端面、及びフィードスルー基板１９の上端面には、ＫＶ、４２アロイ等からなるシールリング２０がＡｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材を挟んで当接し、加熱してろう付け接合する。また、枠体１１の外側での導体パターン２１には、ＫＶや４２アロイ等のリードフレームからなる外部接続端子２２をバタフライ型に、Ａｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材を挟んで当接し、加熱してろう付け接合する。また、キャビティ部１６側の導体パターン２１は、半導体素子とボンディングワイヤ等で接続するために用いられる。
【００１８】
一方、フィードスルー基板１９が接合されていない枠体１１の一側壁に形成された貫通孔２３には、筒状に形成されたＫＶ、４２アロイ等からなる金属製固定部材２４を高温ろう材、低温ろう材、樹脂接着剤等の接合材を用いて接合する。この金属製固定部材２４は、光ファイバー部材を接続するために用いられる。
【００１９】
円柱状レンズ１３は、例えば、セルフォックレンズ（日本板硝子製）等が円柱状に形成されている。台座部１４の凸部２７に接合させる部分である円柱状レンズ１３の中央部側面の一箇所部分には、スパッタリング等によって、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ等の薄膜のメラタイズ層を形成する。そして、円柱状レンズ１３の中央部側面の一箇所部分に形成したメタライズ層と凸部２７との間に、Ａｕ−Ｓｎろう、Ａｕ−Ｇｅろう等の低温ろう材２８を挟み込み、加熱してろう付け接合する。なお、台座部１４の凸部２７と円柱状レンズ１３のそれぞれの材料に熱膨張係数の差があっても、部分的な一箇所での接合であるので、接合部に発生する応力を少なくでき、しかも、低温ろう材２８によって低温での接合であるので、接合部に発生する応力を小さくでき、接合後に行なわれる各種信頼性評価試験において、円柱状レンズ１３に発生するクラックを防止することができる。
【００２０】
なお、台座部１４に形成される凹部２６の幅、長さ、深さ、形状や、凸部２７の大きさ、形状は、特に限定されるものではなく、適宜選択できる。
また、前述したＡｇ−Ｃｕろう等の高温ろう材でのろう付け接合は、各接合部分を一度に合わせて加熱し、接合する場合と、複数回に分けて加熱し、接合する場合がある。
また、Ａｕ−ＳｎろうやＡｕ−Ｇｅろう等からなる低温ろう材でのろう付け接合は、高温ろう材でのろう付け接合の後に行われ、各接合部分を一度に合わせて加熱し、接合する場合と、複数回に分けて加熱し、接合する場合がある。
【００２１】
光通信用パッケージ１０には、キャビティ部１６内に光通信用の半導体素子が実装され、金属製固定部材２４に光ファイバー部材が取り付けられた後、ＫＶ、４２アロイ等の金属やセラミック等で形成される蓋体を、ろう材、樹脂、ガラス等で接合し、封止することで光通信用の半導体モジュールとして使用される。
【００２２】
【発明の効果】
請求項１及びこれに従属する請求項２記載の光通信用パッケージは、台座部の上表面部には円柱状レンズを横転して載置するための矩形溝状からなる凹部を有し、凹部外周縁の上表面部の長手方向中央部の対向する上表面部には、円柱状レンズの横転した状態の中央部側面を挟み込むことができるような上表面部から上部に延設して形成される凸部を有し、しかも、いずれか一方の凸部に円柱状レンズの横転した状態の中央部側面の一箇所部分が接合されているので、円柱状レンズは、凹部に載置され、位置決めが容易で安定して正確に軸線を合わせて載置できる。また、円柱状レンズは、中央部側面の一箇所部分で接合され、台座部との間に熱膨張係数の差があっても接合部の応力を緩和することができ、クラックの発生を防止することができる。更に、円柱状レンズは、凹部によって安定的に載置され、凸部によって強固に挟み込んで載置、接合され、機械的な衝撃が加わっても破断の発生を防止することができる。
【００２３】
特に、請求項２記載の光通信用パッケージは、円柱状レンズと凸部が一箇所部分及び低温ろう材で接合されているので、熱応力を少なく且つ小さくして強固に接合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る光通信用パッケージの平面図、Ａ−Ａ’線縦断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ同光通信用パッケージの円柱状レンズの接合部の説明図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の光通信用パッケージの平面図、Ｄ−Ｄ’線縦断面図である。
【符号の説明】
１０：光通信用パッケージ、１１：枠体、１２：固定用孔、１３：円柱状レンズ、１４：台座部、１５：底体、１６：キャビティ部、１７：基体、１８：切り欠き部、１９：フィードスルー基板、２０：シールリング、２１：導体パターン、２２：外部接続端子、２３：貫通孔、２４：金属製固定部材、２５：上表面部、２６：凹部、２７：凸部、２８：低温ろう材
【図１】
2004037682.tif 000003
【図２】
2004037682.tif 000004
【図３】
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