(57)【要約】【課題】汎用されている自動実装機の使用が可能であって、高インピーダンスであるワイヤボンディング部での高周波信号の伝送特性の悪化を減少させ、高周波特性の良好な光半導体パッケージを提供する。【解決手段】第１に、金属ベース１１に直径の異なる２段構造の貫通穴１２ａ、１２ｂを設け、素子搭載面側の貫通穴１２ｂの直径を反対側の貫通穴１２ａよりも小さくし、中心導体１３は貫通穴１２ａに充填した固体誘電体１４で支持し、貫通穴１２ｂでは空気等の気体を誘電体とする。第２に、光半導体素子と中心導体を接続するボンディングワイヤの近傍や、固体誘電体から突き出た中心導体の近傍に、設置導体となる金属壁部を設置するか又は金属ベースに掘込部を設ける。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体素子を実装する略円板状の金属ベースと、該金属ベースに設けた貫通穴に挿通されて固体誘電体により支持された中心導体とを備え、複数の該中心導体を持つ同軸構造よりなる電極端子を形成した光半導体パッケージにおいて、前記金属ベースの素子搭載面側における貫通穴の直径を素子搭載面の反対側での直径よりも小さくし、該素子搭載面と反対側の貫通穴に充填した固体誘電体により中心導体を支持する一方、前記素子搭載面側の貫通穴では気体を誘電体とすることを特徴とする光半導体パッケージ。
【請求項２】
光半導体素子を実装する略円板状の金属ベースと、該金属ベースに設けた貫通穴に挿通されて固体誘電体により支持された中心導体とを備え、複数の該中心導体を持つ同軸構造よりなる電極端子を形成した光半導体パッケージにおいて、前記金属ベースの素子搭載面に実装された光半導体素子と中心導体とを電気的に接続するボンディングワイヤの近傍、又は前記固体誘電体から素子搭載面側に突き出た中心導体の近傍、若しくはその両者の近傍に、接地導体を配置したことを特徴とする光半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波通信やミリ波通信等の高い周波数で動作する各種の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（以下、光半導体パッケージと言う）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光半導体パッケージについては、特開平６−２９１２２４号公報や特開昭６２−３５５２８号公報等、多くのものが提案されている。現在広く用いられている、高い周波数で動作する光半導体素子を内部に収納するための光半導体パッケージの一例を図１に示す。その図１（ａ）は斜視図であり、図１（ｂ）は要部の断面図である。
【０００３】
図１に示すように、従来の光半導体パッケージでは、概ね円板状の金属ベース１に直径が一定の複数の貫通穴２を形成し、それらの貫通穴２に中心導体３を挿通した状態で、ガラス又はセラミック等の固体誘電体４により支持している。これら金属ベース１の各貫通穴２に支持された複数の中心導体３によって、インピーダンス整合を考慮した同軸構造の電極端子が形成されている。
【０００４】
この光半導体パッケージにおいては、金属ベース１の素子搭載面に光半導体素子５等を実装し、中心導体３と光半導体素子５の電極とをボンディングワイヤ６等で電気的に接続する。その後、金属ベース１に蓋体７を溶接することによって、光半導体素子６を気密に保つようになっている。
【０００５】
また、この図１に示す形状のパッケージは通常ＣＡＮ型パッケージと呼ばれ、トランジスタ、発光ダイオード、フォトディテクタ等の各種電子部品として広く用いられている。そのため、ＣＡＮ型パッケージの自動実装機も広く普及している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−２９１２２４号公報
【特許文献２】
特開昭６２−３５５２８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記光半導体パッケージでは、金属ベースの素子搭載面上に実装された光半導体素子と、これに垂直な中心導体との接続に、ワイヤボンディングを用いることがある。一般的に、ワイヤボンディングは高インピーダンスであるため、伝送信号が１０ＧＨｚといった高周波数になる場合、伝送経路の途中にインピーダンスの不連続部分が生じると、伝送信号の反射が生じ、信号伝送特性に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、汎用されている自動実装機の使用が可能であって、高インピーダンスであるワイヤボンディング部での高周波信号の伝送特性の悪化を減少させ、高周波特性の良好な光半導体パッケージ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、本発明が提供する第１の光半導体パッケージは、光半導体素子を実装する略円板状の金属ベースと、該金属ベースに設けた貫通穴に挿通されて固体誘電体により支持された中心導体とを備え、複数の該中心導体を持つ同軸構造よりなる電極端子を形成した光半導体パッケージにおいて、前記金属ベースの素子搭載面側における貫通穴の直径を素子搭載面の反対側での直径よりも小さくし、該素子搭載面と反対側の貫通穴に充填した固体誘電体により中心導体を支持する一方、該素子搭載面側の貫通穴では気体を誘電体とすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明が提供する第２の光半導体パッケージは、光半導体素子を実装する略円板状の金属ベースと、該金属ベースに設けた貫通穴に挿通されて固体誘電体により支持された中心導体とを備え、複数の該中心導体を持つ同軸構造よりなる電極端子を形成した光半導体パッケージにおいて、前記金属ベースの素子搭載面に実装された光半導体素子と中心導体とを電気的に接続するボンディングワイヤの近傍、又は前記固体誘電体から素子搭載面側に突き出た中心導体の近傍、若しくはその両者の近傍に、接地導体を配置したことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の光半導体パッケージは、略円板状の金属ベースに設けた貫通穴に固体誘電体で支持された中心導体を備え、かかる複数の中心導体を持つ同軸構造の電極端子を形成した光半導体パッケージにおいて、インピーダンス不整合を起こすボンディングワイヤの長さを短くすることにより、そのワイヤボンディング部での高周波信号の伝送特性の悪化を減少させるものである。
【００１２】
複数の中心導体を持つ同軸構造の電極端子において、各中心導体の直径を同一とすると、同一の特性インピーダンスを得るための誘電体の直径は、誘電率１の気体を用いることで最小にすることができる。従って、ガラス等の固体誘電体を充填した同軸構造よりも、貫通穴の隙間を空気等の気体の誘電体で満たす方が、金属ベースの素子搭載面における貫通穴の直径を小さくでき、その結果として中心導体から半導体素子までの距離を短くすることができる。
【００１３】
即ち、本発明の第１の光半導体パッケージは、このような空気等の気体を誘電体として利用した同軸構造を特徴とするものである。具体的には、例えば図２に示すように、略円板状の金属ベース１１に直径の異なる２段の貫通穴１２ａ、１２ｂを設け、素子搭載面と反対側の貫通穴１２ａの直径を例えば従来と同一としたとき、素子搭載面側の貫通穴１２ｂの直径は上記貫通穴１２ａの直径よりも小さく設定する。そして、中心導体１３は素子搭載面と反対側の貫通穴１２ａに充填したガラス等の固体誘電体１４により支持し、素子搭載面側の貫通穴１２ｂには固体誘電体を充填せず、空気その他の気体を誘電体とする。
【００１４】
このような構造をとることによって、金属ベース１１の素子搭載面側における貫通穴１２ｂの直径及び開口径を従来の貫通穴１２ａが有する通常の大きさの直径よりも小さくすることができるため、中心導体１３と光半導体素子１５の電極を接続するボンディングワイヤ１６の長さを短くすることが可能となり、その部分での高周波信号の伝送特性の悪化を減少させることができる。しかも、金属ベース１１の素子搭載面側における貫通穴１２ｂは空気等の気体を誘電体とするため、その直径が通常より小さくても、同軸構造の電極端子は同一の特性インピーダンスを得ることができる。
【００１５】
尚、光半導体パッケージの内部は蓋体で気密封止されるので、上記誘電体として用いる気体としては、一般的に窒素、ヘリウム等の不活性ガスが用いられるが、空気、真空でも効果は変わらない。また、固体誘電体としてはガラス、セラミックス等を使用することができ、金属ベース等の部品は全て従来と同様のものを用いることができる。
【００１６】
本発明の第２の光半導体パッケージは、光半導体素子と中心導体とを接続するボンディングワイヤの近傍、又は固体誘電体から素子搭載面側に突き出た中心導体の近傍、若しくはその両者の近傍に、接地導体を配置することにより、ワイヤボンディング部での電気力線の発散を抑制して、ワイヤボンディング部のインピーダンスを減少させ、高周波信号の伝送特性の悪化を減少させるものである。
【００１７】
接地導体としては、ボンディングワイヤの近傍、固体誘電体から突き出た中心導体の近傍、又はその両者の近傍に、金属壁部を配置することが好ましい。例えば、図３に示すように、貫通穴２２に固体誘電体２４で支持された中心導体２３とボンディングワイヤ２６の周囲の大部分を取り囲むように、金属ベース（図示せず）の素子搭載面上に金属壁部２７を設けることができる。金属壁部２７とボンディングワイヤ２６との最短距離は１ｍｍ以下とし、また金属壁部２７の高さはボンディングワイヤ２６の頂部と同等か又はそれより高くすることが好ましい。
【００１８】
また、接地導体として、金属ベースの素子搭載面に掘込部を設けることにより、上記した金属壁部と同様の作用をさせることもできる。例えば、図４及び図５に示すように、金属ベース２１の素子搭載面を掘り込み、その掘込部２８を相対的に金属ベース２１の表面２１ａよりも低くして、光半導体素子２５の搭載部とする。また、掘込部２８と貫通穴２２の間には、ボンディングワイヤ２６を通すため、必要に応じて切欠部２９を設ける。
【００１９】
この掘込部２８に光半導体素子２５を搭載する一方、中心導体２３は頂部が貫通穴２２内に収容されるように、即ち頂部が金属ベース２１の表面２１ａより下方に位置するように配置して、固体誘電体２４で支持する。このように構成することによって、ボンディングワイヤ２６及び固体誘電体２４から突き出た中心導体２３の近傍に、金属ベース２１からなる金属壁部を形成することができる。
【００２０】
上記図３〜５に示すような構造とすることにより、ボンディングワイヤ２６からの電気力線の発散が抑制され、接地導体に終端する割合が増加するため、インピーダンスを減少させることができる。その結果、ボンディングワイヤ２６と中心導体２３の間及びボンディングワイヤ２６と光半導体素子２５の間におけるインピーダンス不整合の度合いが減少し、信号の反射が少なく、良好な高周波特性を有する光半導体パッケージを提供することができる。
【００２１】
尚、上記金属ベースと金属壁部は、各々別々に作製したものを銀ロウや半田により両者の導通を保ったまま接合するか、若しくはプレス、金属射出成形、切削等の金属加工技術により一体成型することによって作製することが可能である。また、固体誘電体や金属ベース等の部品については、全て従来と同様のものを用いることができる。
【００２２】
このように、本発明における第１及び第２の光半導体パッケージは、高インピーダンスであるワイヤボンディング部での高周波信号の伝送特性の悪化を低減させることができるため、良好な高周波特性を備えている。従って、本発明の光半導体パッケージは、高速光通信に用いられる受光モジュールや、面発光レーザーダイオードを実装する送信モジュール等として極めて有効である。
【００２３】
しかも、第１の光半導体パッケージは貫通穴を直径の異なる２段構造とするだけであり、第２の光半導体パッケージは金属壁部のような微少な部品を付加するか、又は金属ベースに微少な掘込部を設けるだけで良い。そのため、一般的に用いられているＣＡＮ型パッケージに適用でき、且つ汎用されている自動実装機を使用することが可能である。また、直径の異なる２段構造の貫通穴の形成、微少な部品の設置、及び掘込部の形成は、簡単な加工で実施できるため、光半導体パッケージの製造コストを上昇させることが殆どない。
【００２４】
【実施例】
ＣＡＮ型の光半導体パッケージについて、接地導体である金属壁部の有無による高周波伝送特性の変化を評価した。実験モデルは、図６に模式的に示すように、金属ベース２１に設けた２つの貫通穴２２にそれぞれ中心導体２３ａ、２３ｂを挿通し、固体誘電体２４としてガラスを充填して支持した。中心導体２３ａを信号入力部及び中心導体２３ｂを信号出力部とし、金属ベース２１の素子搭載部上に実装した伝送線路基板３０にボンディングワイヤ２６でそれぞれ接続した。尚、伝送線路基板３０は、同軸端子部分と同じインピーダンスに設計した。
【００２５】
更に、中心導体２３ａ、２３ｂ及びこれらに接続したボンディングワイヤ２６、２６の周囲の大部分をそれぞれ取り囲むように、金属ベース２１の素子搭載面上に金属壁部２７、２７をそれぞれ設置した。この金属壁部２７、２７とボンディングワイヤ２６、２６との最短距離は０．５ｍｍとし、また金属壁部２７、２７の高さはボンディングワイヤ２６、２６の頂部よりも高くした。
【００２６】
この図６に示す本発明の実験モデルを用いて、高周波伝送特性の変化を測定した結果を図７に示す。また、上記金属壁部２７、２７を設置しない以外は図６と同じ構造を備えた従来例の実験モデル作製し、これを用いて測定した高周波伝送特性の変化を図８に示した。この結果から、本発明の金属壁部を設置した実験モデルにおいては、金属壁部のない従来例の実験モデルに比べて、２０ＧＨｚまでの全周波数領域にわたって、反射の割合が低減し、高周波特性が大幅に向上していることが確認できた。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、ワイヤボンディング部での高周波信号の伝送特性の悪化を減少させ、高周波特性の良好な光半導体パッケージを提供することができる。しかも、本発明による光半導体パッケージは、その加工が簡単であるから製造コストの上昇を招かないうえ、一般に広く普及しているパッケージ形状を維持しているため、使用に際して新たな実装用機器を必要とせず、従来と同じ自動実装機を使用することができ、工業的な実施において極めて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光半導体パッケージであり、（ａ）は概略の斜視図、（ｂ）は要部の概略の断面図である。
【図２】本発明における第１の半導体パッケージの一具体例を示す要部の概略の断面図である。
【図３】本発明における第２の半導体パッケージの一具体例を示す要部の概略の斜視図である。
【図４】本発明における第２の半導体パッケージの他の具体例を示す要部の概略の斜視図である。
【図５】図４に示す第２の半導体パッケージの要部の概略の断面図である。
【図６】本発明における第２の半導体パッケージの特性評価に用いた実験モデルを示す要部の概略の断面図である。
【図７】本発明の実験モデルで測定した高周波伝送特性の変化を示すグラフである。
【図８】従来例の実験モデルで測定した高周波伝送特性の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１、１１、２１      金属ベース
２、１２ａ、１２ｂ、２２      貫通穴
３、１３、２３、２３ａ、２３ｂ      中心導体
４、１４、２４      固体誘電体
５、１５、２５      光半導体素子
６、１６、２６      ボンディングワイヤ
７      蓋体
２７      金属壁部
２８      掘込部
２９      切欠部
３０      伝送線路基板
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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