(57)【要約】【課題】Ａｕの使用量を減少させ、低コストの光半導体モジュールを提供する。【解決手段】本発明の光半導体モジュールは、少なくともセラミックス端子を備える気密封止容器と、リードと、光半導体とを備え、気密封止容器の中でセラミックス端子の電極部のみ、とリードにＡｕを被覆したことを特徴とする。このＡｕ被覆部分は、図１中斜線部で示されている。セラミックス端子の電極部及びリードは、下地としてＮｉを被覆した後、Ａｕの被覆との間に、融点１３００℃以上のＰｄ、Ｐｔ、Ｍｏ等の高融点金属を介在させる。各金属の被覆を設けるには、電解メッキ、無電解メッキ及びマスクを利用した蒸着のいずれかの方法を用いる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体モジュールであって、少なくともセラミックス端子を備える気密封止容器と、リードと、光半導体とを備え、該気密封止容器のうちセラミックス端子の電極部のみと、該リードに、Ｎｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕを順に被覆したことを特徴とする光半導体モジュール。
【請求項２】
上記高融点金属が、Ｐｄ、Ｐｔ及びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項１に記載の光半導体モジュール。
【請求項３】
さらに、熱電子冷却素子を備える請求項１又は２に記載の光半導体モジュール。
【請求項４】
光半導体モジュールの製造方法であって、
セラミックス板上に電極のパターンを形成してセラミックス端子とし、
該電極上にＮｉをメッキし、
セラミックス端子の電極にリードを銀ロウ付けし、
該リード付きセラミックス端子をＮｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕで順に被覆し、
該リード付きセラミックス端子と、底板と、枠体を同時に銀ロウ付けして気密封止容器を形成し、
該気密封止容器に少なくとも光半導体を格納する光半導体モジュールの製造方法。
【請求項５】
熱電子冷却素子を内蔵する光半導体モジュールの製造方法であって、
セラミックス板上に電極のパターンを形成してセラミックス端子とし、
該電極上にＮｉをメッキし、
セラミックス端子の電極にリードを銀ロウ付けし、
該リード付きセラミックス端子をＮｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕで順に被覆し、
該リード付きセラミックス端子と、底板と、枠体を同時に銀ロウ付けして気密封止容器を形成し、
該気密封止容器を水素炉中でクリーニングし、
該気密封止容器に熱電子冷却素子を半田付けし、光半導体を格納する光半導体モジュールの製造方法。
【請求項６】
上記高融点金属が、Ｐｄ、Ｐｔ及びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも一種である請求項４又は５に記載の光半導体モジュールの製造方法。
【請求項７】
上記Ｎｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕを順に被覆する方法が、電解メッキ、無電解メッキ及びマスクを利用した蒸着のいずれかである請求項４〜６のいずれか一項に記載の光半導体モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子を内部に収容した光半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信の分野においては、一般に様々な半導体素子が用いられているが、個々の応用で必要とされる特性や性能を実現するため、それら半導体素子の実装技術の開発は重要である。情報通信の高速化や情報量の増大に伴って、光通信の担う役割は大きくなっている。光通信に用いられる光半導体素子も、通常、素子を外部環境から保護すると共に電気的接続を確実にするため、その素子にふさわしい封止容器に封入されて光半導体モジュールとして用いられている。近年の情報通信分野の著しい発展に伴い、光通信においても、信号伝達の高信頼性を確保すると共に、光半導体モジュールをより低コストで製造し、安価に提供することが強く要望されている。
【０００３】
ところで、従来、光半導体モジュールの気密封止容器は、底板、枠体、セラミックス端子等を銀ロウ付けによって組み立てた後、最後にＡｕメッキを施していた。このため、容器の表面のうち実質的にＡｕメッキの必要のない部分にまでＡｕメッキが施されていた。気密封止容器の実質的にＡｕメッキが必要な部分とは、具体的にはセラミックス端子の電極部分とリードだけであると考えられる。セラミックス端子の電極部分では、容器の外部でリードが接続される部分と、容器内部でワイヤが接続される部分は特にＡｕメッキが必要である。
【０００４】
上記の容器の実質的に必要な部分以外にもＡｕメッキを施す理由は、下記のようなものである。すなわち、組み立て最終工程の銀ロウ付けは、水素炉中で約７００℃の高温にさらされるため、予め必要な部分にだけＡｕメッキを施しておいたセラミックス端子やリードを用いると、この銀ロウ付け時にＡｕと下地のＮｉが反応して合金化してしまうためである。このようにＡｕとＮｉが合金化すると、その後のワイヤーボンディングができなくなる。また、光半導体モジュールに熱電子冷却素子（ＴＥＣ）を内蔵する場合には、ＴＥＣをロウ付けする際に、ロウ付け温度で気密封止容器の表面が酸化することを防ぐ目的でも、Ａｕメッキを施していた。加えて、光ファイバー組み付け用の窓も、通常Ａｕ−Ｓｎ合金でロウ付けするので、容器の窓を取り付ける部分にもＡｕメッキが必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような理由から、これまでは容器を組み立てた後に容器全体にＡｕメッキを施しており、Ａｕの使用量が多く、光半導体モジュールのコストが高いという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、気密封止容器の最低限必要な部分にのみＡｕ被覆を施して光半導体モジュールを製造することにより、低コストの光半導体モジュールを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題を解決するために鋭意検討の結果、下記のようなＡｕメッキ位置を限った光半導体モジュールを実現した。すなわち、本発明は以下の通りである。
【０００８】
（１）　光半導体モジュールであって、少なくともセラミックス端子を備える気密封止容器と、リードと、光半導体とを備え、該気密封止容器のうちセラミックス端子の電極部のみと、該リードに、Ｎｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕを順に被覆したことを特徴とする光半導体モジュール。
【０００９】
（２）　上記高融点金属が、Ｐｄ、Ｐｔ及びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも一種である（１）に記載の光半導体モジュール。
【００１０】
（３）　さらに、熱電子冷却素子を備える（１）又は（２）に記載の光半導体モジュール。
【００１１】
（４）　光半導体モジュールの製造方法であって、
セラミックス板上に電極のパターンを形成してセラミックス端子とし、
該電極上にＮｉをメッキし、
セラミックス端子の電極にリードを銀ロウ付けし、
該リード付きセラミックス端子をＮｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕで順に被覆し、
該リード付きセラミックス端子と、底板と、枠体を同時に銀ロウ付けして気密封止容器を形成し、
該気密封止容器に少なくとも光半導体を格納する光半導体モジュールの製造方法。
【００１２】
（５）　熱電子冷却素子を内蔵する光半導体モジュールの製造方法であって、セラミックス板上に電極のパターンを形成してセラミックス端子とし、
該電極上にＮｉをメッキし、
セラミックス端子の電極にリードを銀ロウ付けし、
該リード付きセラミックス端子をＮｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕで順に被覆し、
該リード付きセラミックス端子と、底板と、枠体を同時に銀ロウ付けして気密封止容器を形成し、
該気密封止容器を水素炉中でクリーニングし、
該気密封止容器に熱電子冷却素子を半田付けし、光半導体を格納する光半導体モジュールの製造方法。
【００１３】
（６）　上記高融点金属が、Ｐｄ、Ｐｔ及びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも一種である（４）又は（５）に記載の光半導体モジュールの製造方法。
【００１４】
（７）　上記Ｎｉ、融点１３００℃以上の高融点金属及びＡｕを順に被覆する方法が、電解メッキ、無電解メッキ及びマスクを利用した蒸着のいずれかである（４）〜（６）のいずれか一項に記載の光半導体モジュールの製造方法。
【００１５】
以下に本発明について詳細に説明する。
本発明においては、光半導体モジュールの気密封止容器のうち、セラミックス端子の電極部のみと、リードにＡｕ被覆を施す。図１には、本発明の光半導体モジュールの一例を斜視図で示した。図１中、Ａｕ被覆を施す部分は具体的に斜線部で示した。また、図２には、本発明の光半導体モジュールのＴＥＣを内蔵した例について、上面から見た部分図を示したが、Ａｕ被覆部分は図１と同様に斜線部で示した。さらに、図３には、図２の断面を示した。従来は、気密封止容器の全表面積×厚み１．５μｍ程度のＡｕが必要であったが、これらの図から明らかなように、本発明のモジュールはこれを大幅に減少させることができ、低コストで提供できる。気密封止容器はセラミック端子の電極部のみにＡｕ被覆を有するが、この気密封止容器とは別に製造される、内部に封入される基板や光半導体素子には、必要に応じてＡｕメッキが施されていてもよい。
【００１６】
通常セラミックス端子は下地としてＮｉ被覆を施して使用するが、本発明では、上記従来技術の欄で言及したＮｉ被覆とＡｕ被覆との合金化を防ぐため、融点１３００℃以上の高融点金属をＮｉとＡｕの間に介在させる。高融点金属としては、Ｐｄ、Ｐｔ及びＭｏからなる群から選ばれた少なくとも一種を用いることが好ましい。
【００１７】
本発明の光半導体モジュールを製造するには、まず、セラミックス端子を製造する。すなわち、セラミックスの板に、Ｗペーストを用いて、配線のパターンを印刷して焼成し、電極を形成する。この上に、通常の電解又は無電解メッキ法によりＮｉをメッキする。その後、水素炉中７５０℃／８２０℃で、セラミックス端子の電極部にリードを銀ロウ付けする。このリード付きセラミックス端子に、下地となるＮｉ、高融点金属及びＡｕをそれぞれメタライズし、各金属の被覆を形成する。メタライズの方法は、電解又は無電解メッキを用いることができる他、マスクを利用して蒸着による方法を用いてもよい。次いで、最外層にＡｕ被覆が施されたリード付きセラミックス端子と、底板や枠体等を同時に、水素炉中７５０℃／８００℃で銀ロウ付けし、光半導体気密封止容器を完成させる。ここで一度銀ロウ付けされると、Ｎｉやコバールを合金化してロウ付け部分の融点がさらに上昇し、強固になる。最後に、この容器にＴＥＣや光半導体等の素子を収容して封入し、光半導体モジュールとする。
【００１８】
本発明の光半導体モジュールは、特にＴＥＣを内蔵したモジュールとしたときに有用である。この場合、気密封止容器を上述のように組み立てた後、水素炉中で容器内部を清浄にし（クリーニングし）て使用する。クリーニング条件は、７００℃で３分以上が好ましい。また、炉内で水素でクリーニングする替わりに、ＨＣｌ液で洗浄してもよい。クリーニングした後、気密封止容器を水素炉から取り出して、ＴＥＣを半田付けする。ＴＥＣの下板は通常セラミックスであり、半田付けされるこのＴＥＣの面は、ＮｉメッキやＡｕメッキが施されていてもよい。一方、対向する気密封止容器の面は、Ｎｉメッキを施しておくことが好ましい。半田は、ＰｂＳｎ、ＳｎＣｕＮｉ等を用いることができる。また、ＴＥＣの電極としては、通常Ｃｕが、Ａｕメッキをして用いられる。また、本発明の光半導体モジュールには、窓を組み付けて使用することもできる。この場合には、窓は電気溶接で取り付ける。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の光半導体モジュールを実施例及び比較例を用いて具体的に説明する。
【００２０】
＜実施例１＞
光半導体気密封止容器として、底板、枠体及びセラミックス端子は従来の材質のものを使用した。まず、セラミックス端子にスクリーン印刷により電極部分の配線のパターンを印刷し、焼成した。次いで、Ｎｉメッキを施し、カーボン治具を用いてコバール材のリードをこの電極上に固定し、水素炉中７５０℃でリードを銀ロウ付けした。このリード付きセラミックス端子を、無電解メッキ法によって、Ｎｉを１．５μｍ、Ｐｄを１．０μｍ、Ａｕを１．５μｍの厚さになるよう、順にメッキした。そして、このリード付きセラミックス端子、容器の底板及び枠体をカーボン治具を用いて固定し、水素炉中７５０℃で同時に銀ロウ付けした。銀ロウ付けの作業は、水素によるクリーニングも兼ねることになる。その後、完成した気密封止容器にＴＥＣを半田付けして固定し、本発明の光半導体モジュールを作製した。
【００２１】
各部の接続強度を調べるために、上記のように完成した気密封止容器のリードに、直径２５μｍのＡｕ材のワイヤーをワイヤーボンディングした。このボンディング強度を通常のプル試験で測定したところ、２．５ｇｆの荷重でもワイヤーは切れなかった。また、ボンディング部分も外れることがなかった。なお、プル試験は、ＭＩＬ−ＳＴＤ　８８３、方法２０１１に準拠して行い、破断強度が荷重３ｇｆ以上、スクリーニング条件で荷重２．５ｇｆで切断されなければ十分な接続強度があるとする。
【００２２】
＜比較例１＞
実施例１との比較のために、リード付きセラミックス端子にＮｉ及びＡｕのみのメッキを行い、Ｐｄメッキを施さなかった以外は、実施例１と同様にして光半導体モジュールを製造した。すると、ワイヤーボンディングのできない個所があった。かろうじてボンディングができた個所について、実施例１と同様のプル試験を実施したところ、１ｇｆの荷重でボンディング部分が外れた。
【００２３】
＜実施例２＞
実施例２では、実施例１においてリード付きセラミックス端子にＮｉ、Ｐｄ及びＡｕの無電解メッキを施した替わりに、マスクを使用してＮｉ、Ｐｔ及びＡｕを蒸着した以外は、実施例１と同様にして光半導体モジュールを製造した。Ｎｉ、Ｐｔ及びＡｕは、それぞれ１．５μｍ、１．５μｍ及び１．０μｍの厚さに蒸着膜を形成した。この光半導体モジュールに、実施例１と同様にしてワイヤをボンディングし、プル試験を実施した。その結果、Ｐｔの場合には、３．１ｇｆでワイヤが切断し、ボンディング部分の外れはなかった。
【００２４】
＜実施例３＞
実施例３では、実施例１においてリード付きセラミックス端子に無電解メッキを施した替わりに、マスクを使用してＮｉ、Ｐｄ及びＡｕを蒸着した以外は、実施例１と同様にして光半導体モジュールを製造した。Ｎｉ、Ｐｄ及びＡｕは、それぞれ１．５μｍ、１．５μｍ及び１．０μｍの厚さに蒸着膜を形成した。この光半導体モジュールに、実施例１と同様にしてワイヤをボンディングし、プル試験を実施した。その結果、Ｐｄの場合には３ｇｆでワイヤが切断し、ボンディング部分の外れはなかった。
【００２５】
＜実施例４＞
実施例４では、実施例１においてリード付きセラミックス端子にＮｉ、Ｐｄ及びＡｕ無電解メッキを施した替わりに、マスクを使用してＮｉ、Ｍｏ及びＡｕを蒸着した以外は、実施例１と同様にして光半導体モジュールを製造した。Ｎｉ、Ｍｏ及びＡｕは、それぞれ１．５μｍ、１．５μｍ及び１．０μｍの厚さに蒸着膜を形成した。この光半導体モジュールに、実施例１と同様にしてワイヤをボンディングし、プル試験を実施した。その結果、Ｍｏの場合には３．１ｇｆでワイヤが切断し、ボンディング部分の外れはなかった。
【００２６】
＜実施例５＞
本実施例では、実施例１と同様にして光半導体気密封止容器を組み立てた。次いで、この容器を１ヶ月間デシケータ中で保管した。１ヵ月後に、水素炉中７００℃で３０分間クリーニングした。容器を水素炉から取り出し、容器内部にＴＥＣを半田で接合した。ＴＥＣの上に、レーザーダイオード（ＬＤ）等を搭載した基板をロウ付けし、所定の配線を施した。さらに、光ファイバー用の窓を電気溶接で取り付け、枠体の上に蓋をロウ付けし、光半導体モジュールを完成させた。上記のように完成した光半導体モジュールの、振動試験を行った。その結果、試験の前後において、光通信の性能に差は見られなかった。なお、振動試験はＭＩＬ−ＳＴＤ　８８３、方法２００７に準拠して行った。振動条件は次のとおりである。直交するＸ、Ｙ、Ｚの各方向について、４分間を１サイクルとし、周波数を２０〜２ｋＨｚの範囲で変化させながら振動を加えた。最大加速度を２０Ｇとし、４サイクル行った。
【００２７】
＜比較例２＞
実施例５との比較のために、クリーニング処理を行わなかった以外は、実施例５と同様にして光半導体モジュールを完成させた。このモジュールについて、実施例５と同様の振動試験を行ったところ、途中で光半導体モジュールは動作しなくなった。そこで、蓋を取り除いて中を確認すると、ＴＥＣのロウ付け部が緩んで位置がずれており、さらに、配線した金のワイヤが外れかけている個所があった。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の光半導体モジュールは、気密封止容器のセラミックス端子の電極部とリードの、実質的に必要な部分のみにＡｕ被覆を施して提供される。したがって、Ａｕの使用量を従来に比較して大幅に減少することができ、低コストで提供できる。本発明の光半導体モジュールは、Ａｕ被覆がそれらの位置に限られていても、各部品の十分な接続強度が得られる。その上、外部から振動が加わった際も、光半導体モジュールとして安定に動作しつづけることが確認された。また、本発明の光半導体モジュールは、特にＴＥＣを内蔵した場合に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体モジュールの一例の斜視図である。
【図２】本発明の光半導体モジュールのＴＥＣを内蔵した例を部分的に示した上面図である。
【図３】図２の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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