(57)【要約】【課題】簡単な構成でＩＣを対象としたＩＣパッケージの機能を有しながら十分な気密性を確保して光信号が外部に出射又は内部から入射できる構造とすること。【解決手段】パッケージ基板１と、ウインドフレーム基板４と、複数のリードフレーム２と、円筒部材１４と、蓋体とから成り、パッケージ基板１の外周とウインドフレーム基板４全周とで低融点ガラスを介してリードフレーム２及び円筒部材１４を狭持し、それぞれの一部が外部へ突出するように接合した構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のパッケージ基板と、枠体から成る金属製のウインドフレーム基板と、光通信用の光信号を発光又は受光する光素子と接続する複数のリードフレームと、前記光信号を通過させる円筒部材と、前記ウインドフレーム基板の開孔を溶接にて気密封止する金属製の蓋体とから成り、前記パッケージ基板の外周と前記ウインドフレーム基板全周との間で低融点ガラスを介して前記リードフレーム及び前記円筒部材を狭持し、それぞれの一部が外部へ突出するようにして接合したことを特徴とする光通信用パッケージ。
【請求項２】
前記パッケージ基板及びウインドフレーム基板の双方に前記円筒部材が嵌り込む溝部を設けたことを特徴とする請求項１記載の光通信用パッケージ。
【請求項３】
前記パッケージ基板に前記光素子を収納する凹部を形成するとともに、前記ウインドフレーム基板の枠体内に有するリードフレームの一部領域に前記光素子を駆動する集積回路を搭載可能に構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光通信用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信に用いられる光通信用パッケージに関し、特に能動素子であるＩＣ（集積回路）、発光素子であるレーザダイオード（ＬＤ）、受光素子であるホトダイオードＰＤ等が搭載可能であり、かつ、これらの能動素子と共に用いられるレセプタクルやピグテイル等の光通信部品に接続ができる構造の光通信用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から能動素子であるＩＣ、レーザダイオード、ホトダイオード等を直接搭載するパッケージはエレクトロニクスのあらゆる分野で用いられてきており、例えば、特許文献１に示すＩＣに用いられている。
【０００３】
このＩＣ用に用いるパッケージとしては、通常、図３に示すようにパッケージ基板にメタルを用いたものが使用される。即ち、表面にＮｉメッキが被着された金属製のパッケージ基板１０とそのパッケージ基板１０の外周部にリードフレーム２０が金属製の枠体から成るウインドフレーム４０で低融点ガラスシール３を介して接合し、図３に見られるように、ＩＣをダイボンド、ワイヤボンドできるダイアタッチ領域Ｘを設けた構造になっている。
そして、このようなＩＣ用のパッケージは、ＩＣ（不図示）を領域Ｘに接合した後、金属の蓋５でシールして気密性を確保し、パッケージとしての機能を発揮させる構造を実現していた。
【０００４】
このようなメタルを用いたパッケージとしては、一般的にパッケージ基板１０に銅−タングステン合金（Ｃｕ／Ｗ）が良く用いられるが、コストを低減させたり、同程度の熱伝導率と熱膨張率を持つＣｕ−Ｍｏ−Ｃｕのクラッドメタルを用いることが行われている。
【特許文献１】特開平６−１５１６４２号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかるパッケージは、ＩＣを対象として開発されたものであるため、光通信用の部品を搭載するには、光学設計に対する配慮が欠けている。その１つは、その構造内に貫通部が設けられていないことで、光通信用部品として、レーザダイオード（ＬＤ）やホトダイオード（ＰＤ）を搭載する場合、例えばＬＤから発光した光を外部に取り出すための貫通部、および、光ファイバーからの光をＰＤに導く為の貫通部が必要であるが、メタルで形成したパッケージはもともとＩＣを搭載する為のものである為、そのような構造を有していない。仮に、そのような構造を有していても気密性を保つ構造が要求されるため、気密構造とすることは困難である。
【０００５】
さらに、光通信用部品としてのＩＣ、例えば、ＬＤドライバ、トランスインピーダンス回路、リミットアンプがあるが、これらは、バイポーラＩＣやアナログＣＭＯＳで構成されているため、１０ＧＨｚ、４０ＧＨｚの高速で動作させると、消費電力が大きくなり、その熱がＬＤに伝達された場合、光出力の変動の原因となる。従って、ＩＣからの熱を遮断してＬＤ、ＰＤの取り付け部まで影響しない構造が要求される。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するもので、金属製のパッケージ基板と、枠体から成る金属製のウインドフレーム基板と、光通信用の光信号を発光又は受光する光素子と接続する複数のリードフレームと、前記光信号を通過させる円筒部材と、前記ウインドフレーム基板の開孔を溶接にて気密封止する金属製の蓋体とから成り、前記パッケージ基板の外周と前記ウインドフレーム基板全周との間で低融点ガラスを介して前記リードフレーム及び前記円筒部材を狭持し、それぞれの一部が外部へ突出するようにして接合したことを特徴とする光通信用パッケージを提供する。
【０００７】
また、前記パッケージ基板及びウインドフレーム基板の双方に前記円筒部材が嵌り込む溝部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
さらに、前記パッケージ基板に前記光素子を収納する凹部を形成するとともに、前記ウインドフレーム基板の枠体内に有するリードフレームの一部領域に前記光素子を駆動するＩＣを搭載可能に構成したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１に基づいて説明する。
図１は本発明の通信用パッケージの分解斜視図である。図１に示すように、本発明の通信用パッケージは、金属製のパッケージ基板１と、枠体から成る金属製のウインドフレーム基板４と、光通信用の発光又は受光する光素子（図１で不図示）と接続する複数のリードフレーム２と、光信号を通過させる円筒部材１４と、ウインドフレーム基板の開孔を溶接にて気密封止する金属製の蓋体とから成る。
【００１０】
パッケージ基板１は、Ｃｕ−Ｍｏ−Ｃｕの３層構造からなるグラッドメタルが用いられており、その表面にはＮｉメッキが施されている。また、パッケージ基板１の上面中央部には受動素子、発光素子、ＳｉＯＢ（シリコン・オプティカル・ベンチ）及びＩＣ（共に不図示）を搭載する為の凹部１０が形成されている。また、パッケージ基板１上面一端側は光信号通過部１１０を有し、この光信号通過部１１０の中央に溝１１が形成されており、溝１１の両端側には平坦部１２が形成されている。この溝１１は半円形に形成されており、円筒部材１４の半分の外周が嵌り込むように形成されている。
【００１１】
この円筒部材１４は、光通信用パッケージとして気密性を保ちながら発光素子、受光素子の光信号が通過する領域を確保しする為の部分であり、その材質としては、６４アロイあるいはＳＵＳ３０４等、キャピラリ（不図示）の金具とを溶接するためＹＡＧ溶接が可能な材が用いられる。
【００１２】
ウインドフレーム基板４は４５Ｎｉ合金で形成され、枠体の開口に蓋５を取り付けるためのフレーム部１３と、フレーム部１３に連接して光信号を通過させる為に形成された光信号通過部１１０とからなり、この光信号通過部には半円形状に形成した溝１１’と、溝１１’を低融点ガラスで密閉する為の平坦部１２’から構成されている。また、フレーム部１３の蓋体５との接合する領域に金メッキが施されている。
【００１３】
なお、パッケージ基板１とウインドフレーム基板４は共に、スタンピングで作成されており、十分、低コスト化に対応できる構造となっている。これらの構造は、切削やメタルインジェクションモールド（ＭＩＭ）によっても作成可能であるが、スタンピングでできることにこの構造の意義がある。
【００１４】
リードフレーム２の材質は、熱伝導性が高いコバールあるいは銅から成り、パッケージ基板１とウインドフレーム基板４のフレーム部１３とで狭持し、リードフレーム２の一部が外部へ突出するように低融点ガラスを介して接合される（不図示）。この場合、フレーム部１３の内部に配置するリードフレーム２の先端部はワイヤボンディングやダイボンディングを行うためのダイアタッチ領域Ｙが形成され、このダイアタッチ領域Ｙに金メッキが施されている。
【００１５】
このリードフレーム２の幅、厚さ、パッケージ基板１並びにウインドフレーム基板４との間隔は、ストリップラインあるいは、リードフレーム同士を含めてコーアクシャルラインを構成し、高周波終端特性が得られるように設定されている。
【００１６】
なお、この高周波終端特性とは、例えば、特性インピーダンスの整合をとるため、次の数１の実験式（１）
【００１７】
【数１】
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【００１８】
で与える条件を満たすように、リードフレーム２の設計を行なうことである。このようにすると、電気的整合が取れ、パッケージによる電気的反射が最小限に抑えられ、高周波特性を確保することが出来る。
をいう。
【００１９】
なお、用いる低融点ガラスとしては、Ｂ2Ｏ3−Ｂｉ2Ｏ3−ＺｎＯにＰｂＯを含むガラスの材料が用いられる。ただ、設計的には誘電率の高いガラスで融点の低いものが適している。
【００２０】
そして、パッケージ基板１にリードフレーム２、円筒部材１４を介してウインドフレーム基板４を重ね合わせた場合に、円筒部材１４が溝１１、１１’で形成される円筒の穴部に嵌り込んで狭持され、パッケージ基板１とウインドフレーム基板４全周（平坦部１２と平坦部１２’の略全域、溝１１、１１’と円筒部材１４の外周全域、パッケージ基板１とウインドフレーム基板４で形成されたリードフレーム２の隙間）とで低融点ガラスを介してリードフレーム２及び円筒部材１４を狭持し、それぞれの一部が外部へ突出するように接合して密閉構造となる。
【００２１】
これにより、簡単な構成で集積回路を対象としたＩＣパッケージの機能を有しながら十分な気密性を確保して光信号が外部に出射又は内部から入射できる構造とすることができる。
【００２２】
金属製の蓋体５としては、４５Ｎｉ合金で形成され、Ｎｉメッキが施されている。ウインドフレーム基板との溶接には、蓋体に電流を流して溶接するシーム溶接が用いられ、窒素雰囲気中で気密封止される。このような金属製の蓋体５を用いることで気密性を十分確保することができる。
【００２３】
次に本発明の他の実施の形態について説明する。
図２は、本発明の応用例を示すもので、（ａ）は中央横断面図、（ｂ）は蓋体５を省略した上面図を示している。
図１と異なる構成としては、パッケージ基板１にＳｉＯＢ（シリコン・オプティカル・ベンチ）２３に搭載された発光又は受光を行う光素子２９を収納する凹部１０を形成するとともに、ウインドフレーム基板４の枠体内に有するダイアタッチ領域Ｙ（リードフレーム２の外部に突出する側とは逆側の先端領域）に光素子２９を駆動するドライバＩＣやトランスインピーダンスアンプ等の集積回路２２を搭載可能であるベース部３１を設けたことである。
【００２４】
凹部１０には光素子２９を収容する以外にモニターホトダイオードを搭載するためのチップキャリア２７と光素子２９の光量を検出する為のモニターホトダイオードが収納可能になっている。また、ベース３１は凹部１０の底面から一段高くなったパッケージ基板１表面に形成されており、そのフレーム部１３内にあるリードフレーム２の先端部に集積回路２２が搭載できるように面積を大きく形成している。
【００２５】
このように凹部１０の底面から一段高くなった位置にベース３１が形成され、このベース３１に発熱しやすい集積回路２２を搭載しているので、熱をリードフレーム２から逃がすことができ、ＳｉＯＢ２３、光素子２９、モニターホトダイオード２８、チップキャリア２７から熱的に分離することができ、これにより、光素子２９に集積回路２２の熱が伝達するのを防止することができるため、光素子２９の動作温度範囲がほぼ環境温度と等しくすることが出来、温度上昇を防止することができる。
【００２６】
また、パッケージ基板１とウインドフレーム基板４で接合された円筒部材１４の内部にレンズ２０が搭載されている。このレンズ２０は中央の貫通孔全域に当接されており、光通信用パッケージ内を密閉する役割も担っている。この場合、レンズ２０が低融点ガラス２１よりも高い融点を有する低融点ガラス（不図示）で固定するのがよい。その理由は、レンズ２０の固定に用いる低融点ガラス２１の融点が低いとパッケージの作成時、レンズ２０が動いてしまう為である。また、光通信用パッケージを密閉する役割としては、別に窓部材２６を用いることも有効である。この窓部材２６には、透過性材料であれば良く、ガラス、サファイヤ等が有効である。
【００２７】
なお、円筒貫通孔１４の先端には、レセプタクル用の金具２４、ファイバースタブ２５、割スリーブ３０が取り付けられる構造も可能である。
【００２８】
【実施例】
本発明実施例として図１に示す。パッケージ基板１並びにウインドフレーム４、としてスタンピングにより所望の形状を実現させたＣｕ−Ｍｏ−Ｃｕの三層構造のものを用いた。円筒部材１４には６４アロイのＹＡＧ溶接が可能な材料を選択した。
【００２９】
リードフレーム２には熱伝導のようコバールを採用した。リードフレーム２はその寸法精度を向上させるためスタンピングを用いて作成し、低融点ガラス２１は融点が４８０℃以下で高周波特性が要求されるリードフレーム２の特定部分の厚さ、幅は低融点ガラス２１の誘電率を考慮し、かつその厚さも含め設計した。円筒部材１４の中にはレンズ２１が低融点ガラス２１よりも高い融点を有する低融点ガラス（不図示）で固定し密閉性を保つようにした。
【００３０】
このような材料を用意した後、図２のように作製し、高温チッソ炉に通して光通信用パッケージを完成させた。出来上がったパッケージの表面を軽くエッチングし、パッケージ基板１、ウインドフレーム４、リードフレーム２にメックを施した。蓋５については別に用意した。
【００３１】
出来上がったパッケージの特定部分のリードフレームの高周波特性を評価したところ、その遮断周波数が目標とする２０ＧＨｚを達成しており、十分、１０Ｇｂｉｔの高速光通信に対応できる性能のものであることが確認された。
【００３２】
また、本構造により密閉性を確認したところ、１×１０-10ｔｏｒｒ以上を確保することが出来た。
【００３３】
【発明の効果】
このように、本発明の光通信用パッケージによれば、金属製のパッケージ基板と、枠体から成る金属製のウインドフレーム基板と、光通信用の光信号を発光する発光又は受光する光素子と接続する複数のリードフレームと、前記光信号を通過させる円筒部材と、前記ウインドフレーム基板の開孔を溶接にて気密封止する金属製の蓋体とから成り、前記パッケージ基板の外周と前記ウインドフレーム基板全周とで低融点ガラスを介して前記リードフレーム及び前記円筒部材を狭持しそれぞれの一部が外部へ突出するように接合したために、簡単な構成でＩＣを対象としたＩＣパッケージの機能を有しながら十分な気密性を確保して光信号が外部に出射又は内部から入射できる構造とすることができる。
【００３４】
また、パッケージ基板及びウインドフレーム基板の双方に上述の円筒部材が嵌り込む溝部を設けたために、パッケージ基板とウインドフレーム基板とが上下で円筒状部材を挟み込みやすくなり、低融点ガラスにより接合すると密閉性を更に向上させることができるものである。
【００３５】
また、パッケージ基板に前記光素子を収納する凹部を形成するとともに、前記ウインドフレーム基板の枠体内に有するリードフレームの一部領域に前記光素子を駆動するＩＣを搭載可能に構成したために、ＩＣの熱をリードフレーム２から逃がすことができ、凹部に収納するＳｉＯＢ、光素子等から熱的に分離することができ、集積回路の発熱による光素子等の動作温度の上昇を防止することができ、光素子の特性を向上することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光通信用パッケージの分解斜視図である。
【図２】本発明の応用例を示すもので、（ａ）は中央横断面図、（ｂ）は蓋体５を省略した上面図を示している。本発明のメタルパッケージの平面図である。
【図３】従来のメタルパッケージの中央断面図である。
【符号の説明】
１      パッケージ基板
２      リードフレーム
４      ウインドフレーム基板
５      蓋
１０    凹部
１１    溝
１１’  溝
１２    平坦部
１２’  平坦部
１３    フレーム部
１４    円筒部材
２０    レンズ
２１    低融点ガラス
２２    集積回路（ＩＣ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004207620.tif 000006