(57)【要約】  【課題】  熱履歴に対して信頼性が向上する電子装置を提供する。  【解決手段】  電子装置１であって、上面に電子部品２を実装した基体３と、平面視して電子部品２を囲むように基体３の上面に設けられた、取付部Ａを有する枠体４と、取付部Ａに取り付けられており、かつ電子部品２と電気的に接続された入出力端子５と、枠体４上に設けられた、電子部品２を覆う蓋体６とを備え、蓋体６は、断面視して両端部６ａから下方に向かって延在し、かつ延在した下端部６ｂが外部基板Ｓに取り付けられる延在部７を有する。延在部７が応力を緩和することができるので、熱履歴に対して信頼性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に電子部品を実装した基体と、
平面視して前記電子部品を囲むように前記基体の上面に設けられた、取付部を有する枠体と、
前記取付部に取り付けられており、かつ前記電子部品と電気的に接続された入出力端子と、
前記枠体上に設けられた、前記電子部品を覆う蓋体とを備え、
前記蓋体は、断面視して両端部から下方に向かって延在し、かつ延在した下端部が外部基板に取り付けられる延在部を有することを特徴とする電子装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子装置であって、
前記延在部は、前記蓋体の両端部にそれぞれ２つずつ設けられており、前記蓋体の一方の端部に設けられた一対の前記延在部同士の間には透光性部材が設けられていることを特徴とする電子装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電子装置であって、
前記延在部は、前記外部基板に対して螺子止めされて取り付けられることを特徴とする電子装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子装置であって、
前記延在部は、断面視して湾曲していることを特徴とする電子装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電子装置であって、
前記延在部は、前記枠体と間を空けて設けられていることを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品を収納した電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体レーザダイオード、フォトダイオード等の電子部品を収納するとともに、この電子部品を外部に電気的に接続するための入出力端子を備えた電子装置が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
なお、このような電子装置は、セラミック製の入出力端子と、金属製の枠体とを含む構成である。熱膨張係数が異なるセラミック製の入出力端子と金属製の枠体とを接合すると、接合後の冷熱サイクルの負荷によって、熱膨張差に起因する応力が電子装置に発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１３３４５８号公報
【特許文献２】特開２００３−１８８３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、熱履歴に対して信頼性を向上させることが可能な電子装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態に係る電子装置は、上面に電子部品を実装した基体と、平面視して前記電子部品を囲むように前記基体の上面に設けられた、取付部を有する枠体と、前記取付部に取り付けられており、かつ前記電子部品と電気的に接続された入出力端子と、前記枠体上に設けられ、前記電子部品を覆う蓋体とを備え、前記蓋体は、断面視して両端部から下方に向かって延在し、かつ延在した下端部が外部基板に取り付けられる延在部を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電子装置は、熱履歴に対して信頼性が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電子装置の一例を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る電子装置の一例を示す斜視図であって、蓋体を取り外した状態を示している。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る電子装置の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る電子装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電子装置の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されないものである。また、電子装置から電子部品を取り除いた状態のものをパッケージと称する。
【００１１】
＜電子装置の構成＞
図１は、電子装置の概観斜視図であって、基体上の枠体に蓋体を取り付けた状態を示している。図２は、電子装置の概観斜視図であって、基体上の枠体から蓋体を取り外した状態を示している。図３は、外部基板に取り付けた状態を示す電子装置の断面図であって、図１のＸ−Ｘ’に沿った断面図である。図４は、外部基板に取り付けた状態を示す電子装置の断面図であって、図１のＹ−Ｙ’に沿った断面図である。なお、図４は、パッケージ内部の部材を取り除いた状態を示している。
【００１２】
本発明の一実施形態に係る電子装置１は、上面に電子部品２を実装した金属製の基体３と、平面視して電子部品２を囲むように基体３の上面に設けられた、取付部Ａを有する金属製の枠体４と、枠体４が有する取付部Ａに取り付けられており、かつ電子部品２と電気的に接続可能なセラミック製の入出力端子５と、枠体４上に設けられた、電子部品１を覆う蓋体６とを備え、蓋体６は、断面視して両端部６ａから下方に向かって延在し、かつ延在した下端部６ｂが外部基板Ｓに取り付けられる延在部７を有する。
【００１３】
電子装置１は、電気信号を光信号に変換して外部に出力するためのものであって、電子部品２を実装したものである。また、電子部品２は、例えば、半導体レーザダイオード、フォトダイオードまたは赤外線センサ等の光半導体素子である。
【００１４】
基体３は、上面に電子部品２を実装するための金属製の部材であって、例えば、矩形状の板体である。基体３は、例えば、銅、タングステン、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属、あるいはこれらの金属を複数種含む合金からなる。基体３は、熱伝導性の優れた材料からなる。基体３は、電子部品２を実装した状態で、電子部品２が作動すると、電子部品２から熱が発生し、その熱の一部が基体３に伝わる。基体３は、放熱板として機能し、電子部品２が発する熱をパッケージ外に効率よく放熱することができる。なお、基体３は、熱膨張率が、例えば４×１０−６／Ｋ以上１８×１０−６／Ｋ以下に設定されている。
【００１５】
基体３上には、電子部品２を実装する実装領域Ｒが設けられている。実装領域Ｒには、電子部品２を載置する台座として機能するペルチェ素子８が設けられる。ペルチェ素子８は、電子部品２を載置する平板状の部材であって、パッケージ内部の温度が高温になるのを抑制する機能を備えている。なお、ペルチェ素子８の上面および下面は、平坦に形成されている。
【００１６】
また、ペルチェ素子８上には、レンズ９を保持したホルダ１０と、回路基板１１が設けられる。レンズ９は、サファイアまたは非晶質ガラス等の光透過性の材料からなる。レンズ９は、例えば、球状、半球状、凸レンズ状またはロッドレンズ状等である。レンズ９は、電子部品２と後述する透光性部材１２との間に配置され、電子部品２から透光性部材１２への出射光、あるいは、透光性部材１２から電子部品２への入射光を、集光または平行光に変換する機能を備えている。すなわち、レンズ９は、透光性部材１２からの光信号を集光して、電子部品２に伝えることができる。あるいは、電子部品２からの光信号を集光して、透光性部材１２に伝えることができる。
【００１７】
ホルダ１０は、レンズ９を支持するものであって、レンズ９の基体３の上面からの高さ位置を調整することができる。そして、ホルダ１０は、レンズ９を位置決めすることができる。
【００１８】
ホルダ１０は、レンズ９が光を集光するため、光の一部が熱となってホルダ１０の温度が上昇する。また、回路基板１１は、回路基板１１に流れる電流または電子部品２からの熱によって温度が上昇する。そこで、ペルチェ素子８は、レンズ９を保持するホルダ１０
および回路基板１１の温度が上昇しやすい両方と接続されている。パッケージ内部にペルチェ素子８を１つ設けることで、ペルチェ素子８上に配置された両方の部材の温度を上昇させにくくすることができ、パッケージ内部が高温になるのを効率よく抑制することができる。
【００１９】
回路基板１１は、リジッド基板、フレキシブル基板またはリジッドフレキシブル基板等のプリント基板、あるいはセラミック基板であって、電子部品２を実装するものである。回路基板１１は、電子部品２および入出力端子５と電気的に接続される。入出力端子５からの電気信号を電子部品２に伝達することができる。あるいは、電子部品２から電気信号を入出力端子５に伝えることができる。
【００２０】
枠体４は、平面視において実装領域Ｒを囲むように基体３の上面に設けられた金属製の部材である。ここで、枠体４も、基体３と同様、例えば、銅、タングステン、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属、あるいはこれらの金属を複数種含む合金からなる。なお、枠体４は、基体３と一体的に形成されていてもよいし、基体３と別個独立に形成されていてもよい。基体３と枠体４とが別個独立に形成された場合には、基体３と枠体４とは、例えば、半田またはろう材等の接合部材を介して接合される。枠体４の熱膨張率は、例えば４×１０−６／Ｋ以上１８×１０−６／Ｋ以下に設定されている。
【００２１】
枠体４は、平面視して実装領域Ｒを取り囲む４辺のうちの１辺に、透光性部材１２が設けられる。透光性部材１２は、電子部品２とレンズ９との間を光が透過する光軸上に設けられる。
【００２２】
透光性部材１２は、光信号を伝達するための部材であって、例えば、光ファイバである。枠体４には、光透光性部材１２からの光信号を通す貫通孔４ａが設けられている。そして、枠体４の外壁面には、透光性部材１２を固定する固定部材１３が設けられている。固定部材１３は、透光性部材１２の位置を固定する機能を備えている。固定部材１３は、枠体４に形成された貫通孔４ａに対応する貫通孔が設けられている。そして、固定部材１３の貫通孔に透光性部材１２が通っている。固定部材１３は、例えば、銅、タングステン、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属、あるいはこれらの金属を複数種含む合金から成る。
【００２３】
また、枠体４は、平面視して実装領域Ｒを取り囲む４辺のうちの対向する２辺には、入出力端子５を取り付ける取付部Ａが設けられている。
【００２４】
入出力端子５は、枠体４が有する取付部Ａに取り付けられており、電子部品２と電気的に接続可能なセラミック製の部材である。
【００２５】
入出力端子５は、複数の層を積層した積層体である。入出力端子５が、例えば、二層構造である場合は、下層の上面に複数の導体パターン５ａが形成されている。そして、上層が下層の上面に導体パターン５ａを跨いで設けられている。そして、パッケージ外部に位置する導体パターン５ａの上面に、端子１４が設けられる。なお、導体パターン５ａは、例えば、タングステン、モリブデンまたはマンガンなどの高融点金属材料から成る。
【００２６】
入出力端子５は、複数のセラミック層を積層したものであって、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミック焼結体等のセラミックスから構成される。ここで、取付部Ａは、枠体４の一部切り欠くことによって枠体４に形成される。すなわち、取付部Ａに入出力端子５を嵌め込み、取付部Ａにおける枠体４と入出力端子５とを接合部材を用いて接合することによって、取付部Ａに入出力端子５が取り付けられる。入出力端子５の
熱膨張率は、例えば２×１０−６／Ｋ以上１０×１０−６／Ｋ以下に設定されている。
【００２７】
また、入出力端子５の上面には複数の導体パターン５ａが形成されている。なお、導体パターン５ａは、セラミックグリーンシートの表面に、タングステン、モリブデンまたはマンガン等の高融点金属からなる金属ペーストをスクリーン印刷法等により印刷塗布し、これらセラミックグリーンシートを必要に応じて積層した後に約１６００℃の温度で焼成することによって形成することができる。
【００２８】
平面視において枠体４の内側に位置する入出力端子５に形成された導体パターン５ａと、電子部品２、回路基板１１およびペルチェ素子８とは、ボンディングワイヤまたは導電線によって電気的に接続される。これにより、入出力端子５を介して、電子部品２、回路基板１１およびペルチェ素子８と外部とで信号のやり取り、電力の入出力を行うことができる。
【００２９】
端子１４は、外部の電子機器等と電子部品２とを電気的に接続するための部材である。端子１４は、ろう材を介して、導体パターン５ａ上に接続される。そして、導体パターン５ａと端子１４とが電気的に接続される。また、隣接する導体パターン５ａ同士の間を空けて設けることで、隣接する導体パターン５ａ同士を電気的に絶縁する。そして、各端子１４を各導体パターン５ａに設けることで、隣接する端子１４同士は、電気的に絶縁されている。また、導体パターン５ａは、回路基板１１に設けられた電極と、例えば、ボンディングワイヤによって電気的に接続される。
【００３０】
なお、本実施形態においては、枠体４に入出力端子５が２つ取り付けられている例について説明したが、これに限定されない。すなわち、枠体４に取り付けられる入出力端子５の数については、任意である。
【００３１】
枠体４上には、蓋体６が設けられる。蓋体６は、枠体４内の気密性を保つための機能を備えている。蓋体６は、例えば、銅、タングステン、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属、あるいはこれらの金属を複数種含む合金、あるいは酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス等のセラミックスから成る。また、蓋体６は、シールリング１５を介して、枠体４の上面に接合される。ここで、シールリング１５は、例えば、蓋体６とのシーム溶接性に優れた、例えば、銅、タングステン、鉄、ニッケルまたはコバルト等の金属、あるいはこれらの金属を複数種含む合金からなる。
【００３２】
蓋体６は、延在部７が存在しないと仮定すると、平面視して矩形状に形成されている。そして、蓋体６の外周の縁には、４本の延在部７が設けられている。また、蓋体６の四隅に対応する個所にそれぞれ延在部７が設けられている。そして、延在部７は、蓋体６に接合されており、枠体４を上方から下方に向かって押圧して、電子装置１を外部基板Ｓに固定することができる。また、延在部７が蓋体６の四隅に設けられていることで、蓋体６の四隅に対して均一に力が加わり、蓋体６が傾くのを抑制することができる。
【００３３】
延在部７は、蓋体６の両端部にそれぞれ２つずつ設けられており、蓋体６の一方の端部に設けられた一対の延在部７同士の間には透光性部材１２が設けられる。透光性部材１２が蓋体６の一端に設けられた一対の延在部７の間に設けられることで、一対の延在部７の間の隙間に透光性部材１２を配置することができ、パッケージの小型化を実現することができる。
【００３４】
蓋体６に設けられた延在部７のそれぞれは、断面視して蓋体６の両端部６ａから下方に向かって延在し、かつ下端部６ｂが外部基板Ｓに取り付けられる。延在部７は、蓋体６の
一部であって、蓋体６と同じ材料からなる。延在部７は、蓋体６と一体であるため、延在部７と蓋体６との境界は、強固に接続されている。
【００３５】
延在部７の下端部には、螺子孔７ａが設けられている。そして、螺子孔７ａに螺子を嵌めて延在部７を外部基板Ｓに固定する。このように、延在部７は、外部基板Ｓに対して螺子止めされて取り付けられる。
【００３６】
仮に、基体３を外部基板Ｓに直接螺子止めしようとすると、基体３に対して応力が直接加わるため、基体３が外部基板Ｓに対して傾こうとする虞が大きい。一方、延在部７を外部基板Ｓに螺子止めした場合は、基体３を外部基板Ｓに直接螺子止めする場合に比べて、パッケージに加わる応力が延在部７から枠体４に向かって伝わるため、基体３に応力が加わりにくく、基体３が変形しにくい。そのため、延在部７を外部基板Ｓに螺子止めすることで、基体３が外部基板Ｓに対して傾くのを抑制することができる。
【００３７】
また、延在部７の下端部が外部基板Ｓに螺子止めされるため、螺子止めされる個所が、基体３を外部基板Ｓに直接螺子止めする場合に比べて、螺子止めされる個所が電子部品２が実装される部位から離れた個所となるため、基体３の実装領域Ｒに伝わる応力を低減することができる。その結果、基体３が変形しにくくすることができ、電子部品２が所望する個所から位置ずれを抑制することができる。そして、電子部品２と透光性部材１２との間の光軸ずれを抑制することができ、電気信頼性の優れた電子装置１を提供することができる。
【００３８】
延在部７は、図４に示すように、断面視して湾曲している。延在部７の湾曲している個所が撓むことで、蓋体６から枠体４に加わる応力を緩和することができる。そのため、電子部品２から発せられる熱によって、枠体４または蓋体６が熱膨張・熱収縮を起こして熱応力がパッケージに加わったとしても、その熱応力を延在部７が吸収することができ、パッケージ内部の気密封止が損なわれるのを抑制することができる。
【００３９】
延在部７は、枠体４と間を空けて設けられている。そのため、電子部品２から発せられる熱によって、枠体４または蓋体６が熱膨張を起こしたとしても、延在部７が枠体４から離れていることで、熱膨張した枠体４と延在部７とが接することがない。その結果、枠体４が延在部７から応力を直接受けないため、延在部７からの応力によって枠体４が破壊されにくくすることができ、パッケージ内部の気密封止が損なわれるのを抑制することができる。また、枠体４が基体３に対して傾くのを抑制することもでき、枠体４が変形しにくく、電子部品２と透光性部材１２との間の光軸のずれを抑制することができる。
【００４０】
本実施形態に係る電子装置１によれば、蓋体６に設けた延在部７と外部基板Ｓとを螺子止めして固定するため、電子部品２およびペルチェ素子８から発せられる熱等によって、パッケージが熱膨張・熱収縮を起こしても、延在部７が応力を緩和することができ、外部基板Ｓに対して基体３または枠体４が傾いたり、基体３または枠体４が変形したりすることを抑制することができる。その結果、電子部品２、レンズ９および透光性部材１２が所望する位置から位置ずれしにくくすることができ、電子装置１の電気的特性を良好に維持することができるとともに、レンズ９を介した電子部品２と透光性部材１２との光結合特性を良好に維持することができ、熱履歴に対して信頼性を向上させることが可能となる。
【００４１】
＜電子装置の製造方法＞
ここで、図１に示す光半導体装置１の製造方法について説明する。
【００４２】
まず、基体３および枠体４について準備しておく。基体３および枠体４は、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属体をプレス機で打ち抜いて作製することができる。
そして、枠体４を例えば銀ろうを介して基体３上に接続することで、パッケージを作製することができる。
【００４３】
次に、入出力端子５を準備する。入出力端子５は複数層からなり、入出力端子５を構成する各層に対応するグリーンシートを準備する。そして、各グリーンシートを所定の形状となるように、レーザー、パンチまたはカッターなどの工具を用いて加工する。次に、焼成前の未硬化の入出力端子５の各層に対して、例えば、蒸着法、スクリーン印刷法またはスパッタリング法などの薄膜形成技術を用いて、導体パターン５ａを形成する。その後、入出力端子５を構成する各層を積層した状態で同時焼成する。このようにして、入出力端子５を作製することができる。なお、線路導体５ａは、例えば、タングステン、モリブデンまたはマンガンなどの高融点金属材料から成る。
【００４４】
次に、枠体４の貫通孔４ａに透光性部材１２を保持した固定部材１３を嵌合させる。そして、基体３の実装領域Ｒに対して、例えば、ペルチェ素子８を半田を介して接続する。そして、回路基板１１およびレンズ９を保持したホルダ１０を、例えばろう材を介してペルチェ素子８の上面に接続する。さらに、回路基板１１上に電子部品２を実装する。なお、電子部品２と透光性部材１２との配置関係は、予め両者間を通る光軸上に位置するように設定する。このようにして、電子部品２と透光性部材１２との間の光軸を設定することができる。
【００４５】
次に、延在部７を有する蓋体６を準備する。板状に形成された、例えば鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属体をプレス機で所望の形状に打ち抜き、蓋体６と延在部７が一体的に形成された板状の蓋体６を準備する。そして、蓋体６によって電子装置１を枠体４の上方から下方に向かって押圧して、外部基板Ｓに固定することができるよう、延在部７はプレス機で所望の形状に折り曲げられて作製される。
【００４６】
最後に、枠体４内の気密性を保つ状態で、蓋体６を枠体４上にシールリング１５を介して接続することで、電子装置１を作製することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１  電子装置
２  電子部品
３  基体
４  枠体
５  入出力端子
６  蓋体
７  延在部
８  ペルチェ素子
９  レンズ
１０  ホルダ
１１  回路基板
１２  透光性部材
１３  固定部材
１４  端子
１５  シールリング
Ａ  取付部
Ｓ  外部基板
Ｒ  実装領域
【図１】
2012134349.tif 000003
【図２】
2012134349.tif 000004
【図３】
2012134349.tif 000005
【図４】
2012134349.tif 000006