(57)【要約】【課題】電子部品からの発熱を効率的に放熱させることができる安価な電子部品収納用パッケージを提供する。【解決手段】Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板１１の両面にＣｕ板１２を貼り合わせるクラッド鋼からなる長方形状の底板体１３と、この上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる長方形窓枠状のリング状枠体１４と、この長手方向の対向する１対の上面に接合される入出力用メタライズパターン１５を備えるセラミック製側壁体１６、及びこの側面に接合されて連接すると共に、リング状枠体１４の短手方向の対向する１対の上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、又はＦｅ−Ｎｉ系合金からなる金属製側壁体１７とで構成される枠体１８と、この上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなるシールリング２０を有し、枠体１８がリング状枠体１４とシールリング２０で上下から挟み込まれている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板の両面にＣｕ板を貼り合わせるクラッド鋼からなる長方形状の底板体と、該底板体の上面に接合される前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる長方形窓枠状のリング状枠体と、該リング状枠体の長手方向の対向する１対の上面に接合される入出力用メタライズパターンを備えるセラミック製側壁体、及び該セラミック製側壁体の側面に接合されて連接すると共に、前記リング状枠体の短手方向の対向する１対の上面に接合される前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、又はＦｅ−Ｎｉ系合金からなる金属製側壁体とで構成される枠体と、該枠体の上面に接合される前記Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなるシールリングを有し、前記枠体が前記リング状枠体と前記シールリングで上下から挟み込まれていることを特徴とする電子部品収納用パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光通信用の電子部品を収納するための電子部品収納用パッケージに係り、より詳細には励起光源用のレーザー光を高出力で発することができる電子部品を収納するための電子部品収納用パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザーダイオード等の光通信用の電子部品を収容するための電子部品収納用パッケージには、セラミックと金属を組み合わせて形成されているものがある。例えば、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、従来の電子部品収納用パッケージ５０には、金属製からなる底板体５１に、熱伝導性が高く放熱性に優れたＣｕ−Ｗ（タングステン）や、Ｃｕ−Ｍｏ（モリブデン）といった材料からなる金属板が用いられている。一方、この電子部品収納用パッケージ５０には、底板体５１に接合される枠体５２に、セラミックと熱膨張係数が近似するＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金や、Ｆｅ−Ｎｉ系合金からなる筒状金属板が用いられ、この金属板に設ける窓枠状の切り欠き５３にＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等からなるセラミックフィードスルー基板５４が接合されるようになっている。また、このセラミックフィードスルー基板５４には、外部と電気的導通状態を形成するためのリードフレーム５５が接合されるようになっている。更に、上記の電子部品収納用パッケージ５０は、枠体５２を構成する金属板にレーザー光からなる光信号を通すための貫通孔５６を穿孔して有し、この貫通孔５６に金属製固定部材５７が接合されるようになっている。また、上記の電子部品収納用パッケージ５０は、セラミックフィードスルー基板５４が接合される枠体５２の上面に、セラミックフィードスルー基板５４の上面も含めて、シールリング５８が接合されるようになっている。そして、電子部品収納用パッケージ５０は、底板体５１と枠体５２で形成されるキャビティ部５９に、光通信用の電子部品を収納することができるようになっている。
【０００３】
上記の電子部品収納用パッケージ５０には、キャビティ部５９にペルチェ等の放熱構造体（図示せず）が設けられ、この上面に電子部品の一つである励起光源用のレーザーダイオードが接着されるようになっている。そして、この電子部品収納用パッケージ５０は、レーザーダイオードと、セラミックフィードスルー基板５４に設けるメタライズパターン（図示せず）の接続用パッドとをボンディングワイヤ等で接続するようになっている。これにより、この電子部品収納用パッケージ５０は、リードフレーム５５を連結させて支持しているタイバー部６０を取り除いた端子部６１と、レーザーダイオードが電気的に接続した状態となるようにしている。更に、この電子部品収納用パッケージ５０は、金属製固定部材５７に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ようになっている。そして、電子部品収納用パッケージ５０は、シールリング５８の上面に、金属製の蓋体（図示せず）がろう材で接合されキャビティ部５９が気密に封止されることで、半導体モジュールが形成され、取り付け用孔６２を介してボード等にねじ止め固定されるようになっている。
【０００４】
従来の電子部品収納用パッケージには、底板体からの放熱性を向上させるために、底板体を厚み方向に配列した炭素繊維を炭素で結合した一方向性複合材料からなる芯体の上下両面にＣｒ−Ｆｅ合金層、Ｃｕ層、Ｆｅ−Ｎｉ合金層もしくはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金層の３層構造を有する金属層が拡散接合により被着されて形成されており、且つＣｒ−Ｆｅ合金層、Ｃｕ層、Ｆｅ−Ｎｉ合金層もしくはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金層の各々の厚みが略同一厚みであるとするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、従来の電子部品収納用パッケージには、セラミック製容器の外表面からの放熱性を向上させるために、半導体素子を収納するセラミック製容器の外表面の金属層上にコバール金属板の両主面に銅板を接合させた複合金属体をろう付けしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
更に、従来の電子部品収納用パッケージには、放熱性がよく、高周波特性に優れ、且つ簡便に製造できるために、側面部の入出力用回路パターンを設ける部分をメタライズしたセラミックで形成し、他の側面部と半導体素子を搭載するベース基板を金属で形成し、これらを接合して電子部品収納用パッケージを構成するものが提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１５６４３１号公報
【特許文献２】実開平２−４７０５４号公報
【特許文献３】特開平４−２８７９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前述したような従来の電子部品収納用パッケージは、次のような問題がある。
（１）従来の電子部品収納用パッケージは、金属製からなる底板体にＣｕ−Ｗや、Ｃｕ−Ｍｏといった材料からなる金属板を用いているので、熱伝導率が１７０〜２４０Ｗ／ｍＫ程度と高く、電子部品からの発熱の放熱性に優れるものの、Ｃｕ−Ｗや、Ｃｕ−Ｍｏからなる金属板が非常に高価なものであり、電子部品収納用パッケージのコストアップとなっている。また、従来の電子部品収納用パッケージは、枠体に筒状の金属板が用いられ、しかも切り欠きを切削加工して設けているので、作製に時間と手間がかかり高価なものとなって、電子部品収納用パッケージのコストアップとなっている。
（２）特開２０００−１５６４３１号公報で開示されるような電子部品収納用パッケージは、底板体が、炭素繊維を用いた芯体の両面にＣｒ−Ｆｅ合金層、Ｃｕ層、Ｆｅ−Ｎｉ合金層もしくはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金層の３層構造を有する金属層が拡散接合により被着されて形成されたものであるので、非常に高価なものであり、電子部品収納用パッケージのコストアップとなっている。また、この電子部品収納用パッケージは、枠体に筒状の金属板が用いられ、しかも切り欠きを切削加工して設けているので、作製に時間と手間がかかり高価なものとなって、電子部品収納用パッケージのコストアップとなっている。
（３）実開平２−４７０５４号公報で開示されるような電子部品収納用パッケージは、底板体となる部分が、セラミック製容器の外表面の金属層上にコバール金属板、すなわちＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板の両主面に銅板を接合させた複合金属体をろう付けしたものとしているが、電子部品からの発熱がセラミック製容器を介して放熱させる構造であるので、放熱効率の低いパッケージとなっている。
（４）特開平４−２８７９５０号公報で開示されるような電子部品収納用パッケージは、底板体と枠体を同一の金属板で形成し、この金属板がＣｕ−Ｗからなる場合には、金属板が非常に高価なものであり、電子部品収納用パッケージのコストアップとなっている。また、底板体と枠体を同一の金属板で形成し、この金属板がコバール、すなわちＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる場合の電子部品収納用パッケージは、コバール製の金属板が安価であり、パッケージのコストアップを防止することができるものの、コバール、すなわちＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金の熱伝導率が低いので、底板体に用いたコバールが電子部品からの発熱を効率よく放熱させることができなくなっている。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、電子部品からの発熱を効率的に放熱させることができる安価な電子部品収納用パッケージ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】
【００１０】
前記目的に沿う本発明に係る電子部品収納用パッケージは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板の両面にＣｕ板を貼り合わせるクラッド鋼からなる長方形状の底板体と、底板体の上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる長方形窓枠状のリング状枠体と、リング状枠体の長手方向の対向する１対の上面に接合される入出力用メタライズパターンを備えるセラミック製側壁体、及びセラミック製側壁体の側面に接合されて連接すると共に、リング状枠体の短手方向の対向する１対の上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、又はＦｅ−Ｎｉ系合金からなる金属製側壁体とで構成される枠体と、枠体の上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなるシールリングを有し、枠体がリング状枠体とシールリングで上下から挟み込まれている。
【発明の効果】
【００１１】
上記の電子部品収納用パッケージは、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板の両面にＣｕ板を貼り合わせるクラッド鋼からなる長方形状の底板体と、底板体の上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる長方形窓枠状のリング状枠体と、リング状枠体の長手方向の対向する１対の上面に接合される入出力用メタライズパターンを備えるセラミック製側壁体、及びセラミック製側壁体の側面に接合されて連接すると共に、リング状枠体の短手方向の対向する１対の上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、又はＦｅ−Ｎｉ系合金からなる金属製側壁体とで構成される枠体と、枠体の上面に接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなるシールリングを有し、枠体がリング状枠体とシールリングで上下から挟み込まれているので、底板体がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板の両面にＣｕ板を貼り合わせたクラッド鋼からなり、Ｃｕの高い熱伝導率によって底板体としての熱伝導率が高く、電子部品からの発熱を効率的に放熱させることができる。また、この電子部品収納用パッケージは、底板体にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板の両面にＣｕ板を貼り合わせたクラッド鋼からなる安価な底板体を用いているので、パッケージを安価にすることができる。更に、この電子部品収納用パッケージは、枠体の相対向する辺毎にセラミック製側壁体と、金属製側壁体とで構成しているので、パッケージとしての作製が容易で安価にすることができる。また、この電子部品収納用パッケージは、リング状枠体によって、底板体と枠体との熱膨張係数の差を緩和でき、接合時の反りの発生を小さく抑えることができる。また、更に、この電子部品収納用パッケージは、枠体がリング状枠体とシールリングで上下から挟み込まれているので、接合時の変形の少ないパッケージを形成することができ、蓋体を接合して気密信頼性の高いパッケージにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用パッケージの斜視図、展開図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の電子部品収納用パッケージの斜視図、展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る電子部品収納用パッケージ１０は、セラミックと金属を組み合わせて形成されている。この電子部品収納用パッケージ１０は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金（通称：ＫＶ、商品名「Ｋｏｖａｒ（コバール）」）からなる金属板１１の両面のそれぞれにＣｕ板１２を圧着して貼り合わせたクラッド鋼からなり、これを所定の大きさの長方形状に加工した底板体１３を有している。また、電子部品収納用パッケージ１０は、底板体１３の上面にＡｇ−Ｃｕろう材等でろう付け接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなり、これを所定の大きさの長方形窓枠状に加工したリング状枠体１４を有している。
【００１４】
上記の底板体１３は、３層構造であるＣｕ板１２と、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる金属板１１と、Ｃｕ板１２との厚み比率が１：１：１〜１：８：１程度の範囲のものを用いることができる。そして、底板体１３は、Ｃｕ板１２の厚み比率を上げることで、熱伝導率を大きくすることができる。この底板体１３の３層構造の厚み比率は、熱伝導率をＣｕ−Ｗ（Ｃｕ：１０％、Ｗ：９０％）の１７０Ｗ／ｍＫと同等程度以上を達成させるために、１：３：１の比率以上にＣｕ板１２の厚み比率を大きくすることが好ましい。また、底板体１３の３層構造の厚み比率は、１：１：１の厚み比率よりＣｕ板１２の厚み比率を大きくする場合には、熱膨張率が１０×１０−６／℃を超えるようになり、Ｃｕ：１０％、Ｗ：９０％のＣｕ−Ｗの熱膨張率である、６．５×１０−６／℃や、Ｃｕ：２０％、Ｗ：８０％のＣｕ−Ｗの熱膨張率である、８．３×１０−６／℃より大きくなる。このような大きな熱膨張率を有する底板体１３に、直接後述する枠体１８をろう付け接合場合には、Ａｌ２Ｏ３からなるセラミック製側壁体１６の熱膨張率である７．２×１０−６／℃  より大きな熱膨張率の底板体１３に直接ろう付け接合されるので、接合部に大きな歪みを残すこととなる。しかしながら、上記の電子部品収納用パッケージ１０は、底板体１３の上面にＡｇ−Ｃｕろう材等でろう付け接合される熱膨張率が５．０×１０−６／℃のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる長方形窓枠状に加工したリング状枠体１４を有しているので、底板体１３と、セラミック製側壁体１６との組み立て時の歪みを緩衝させることができるように作用している。リング状枠体１４は、厚みが厚いほど組み立て時の歪みの緩衝効果が大きいが、一般的にプレス打ち抜きが可能な、０．３〜１．０ｍｍ厚であれば十分な効果を得ることができる。
【００１５】
この電子部品収納用パッケージ１０は、長方形窓枠状のリング状枠体１４の長手方向の対向する１対の上面に入出力用メタライズパターン１５を備えるセラミックフィードスルー基板からなるセラミック製側壁体１６がＡｇ−Ｃｕろう材等でろう付け接合されるようになっている。また、この電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック製側壁体１６の側面にＡｇ−Ｃｕろう材等でろう付け接合されて連接すると共に、長方形窓枠状のリング状枠体１４の短手方向の対向する１対の上面にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金、又はＦｅ−Ｎｉ系合金からなる金属製側壁体１７がＡｇ−Ｃｕろう材等でろう付け接合されるようになっている。そして、電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック製側壁体１６と、金属製側壁体１７とで構成される枠体１８を有している。
【００１６】
上記のセラミック製側壁体１６であるセラミックフィードスルー基板は、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）等のセラミックからなり、断面視して凸状の段差部分にパッケージの内側と外側を連通するＷ（タングステン）や、Ｍｏ（モリブデン）等の高融点金属からなる入出力用メタライズパターン１５がセラミックグリーンシートと同時焼成されて設けられている。そして、パッケージの外側となる部分の入出力用メタライズパターン１５の上表面には、一方の端部側を接合して他方の端部側を水平に大気中に延設するバタフライ型にリードフレーム１９をろう付け接合するようになっている。また、セラミックフィードスルー基板の入出力用メタライズパターン１５は、パッケージの内側となる部分の上表面に延設させて電子部品を搭載させた後に電子部品とボンディングワイヤを介して接続し、電気的に導通状態とするために設けられている。更に、セラミックフィードスルー基板には、リング状枠体１４、金属製側壁体１７、及び後述するシールリング２０と当接する部分にメタライズ膜が設けられている。このメタライズ膜は、通常、リング状枠体１４と当接する部分を、セラミックグリーンシートにＷや、Ｍｏ等の高融点金属ペーストでパターンを形成してからセラミックグリーンシートと同時焼成して設け、金属製側壁体１７、及びシールリング２０と当接する部分を、焼成済のセラミックにＭｏ−Ｍｎ（モリブデン−マンガン）ペーストでパターンを形成して再度焼成して設けている。なお、セラミックフィードスルー基板に形成された入出力用メタライズパターン１５や、Ｍｏ−Ｍｎメタライズパターンにろう付け接合する場合には、メタライズ膜上にＮｉや、ＮｉＣｏからなるＮｉめっき被膜を形成することが必要となっている。
【００１７】
上記の金属製側壁体１７の一側壁には、レーザー光からなる光信号を通すための貫通孔２１が設けられ、この貫通孔２１に筒状に形成された金属製固定部材２２がろう付け接合され、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。また、底板体１３には、長手方向両端部に、光通信用の電子部品を底板体１３の上面と、枠体１８の内周側壁面とで形成されるキャビティ部２３に搭載し、蓋体（図示せず）で気密に封止した後、ボード等に取り付けるための取り付け孔２４が設けられている。
【００１８】
上記のセラミックフィードスルー基板を形成するための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、スラリーからは、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。セラミックフィードスルー基板は、複数枚のセラミックグリーンシートにＷや、Ｍｏ等の高融点金属ペーストを用いて入出力用メタライズパターン１５用等のメタライズ印刷パターンをスクリーン印刷で形成し、各セラミックグリーンシートを積層し、所定の形状に切断形成した後、焼成して焼成体を形成している。更に、焼成体には、Ｍｏ−Ｍｎペーストを用いて所定箇所にメタライズ印刷パターンをスクリーン印刷で形成した後、焼成することでセラミックフィードスルー基板を作製している。
【００１９】
電子部品収納用パッケージ１０は、枠体１８の上面にＡｇ−Ｃｕろう材等でろう付け接合されるＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなり、これを所定の大きさの長方形窓枠状に加工したシールリング２０を有している。このシールリング２０は、特に、形状を限定するものではないが、リング状枠体１４と同一形状でもよく、形状は略同じで、厚みが異なるものであってもよい。そして、電子部品収納用パッケージ１０は、枠体１８がリング状枠体１４と、シールリング２０で上下から挟み込まれるようになっている。この上下からの挟み込みによって、電子部品収納用パッケージ１０は、セラミック製側壁体１６と、金属製側壁体１７が強固に接合する枠体１８を得ることができると共に、底板体１３と枠体１８との熱膨張率差を緩衝させることができ、接合信頼性を向上させることができる。
【実施例】
【００２０】
ここで、本発明者は、実施例として、底板体に３層構造であるＣｕ板と、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる金属板と、Ｃｕ板との厚み比率が１：３：１＝０．３ｍｍ：０．９ｍｍ：０．３ｍｍを用いた本発明の電子部品収納用パッケージを作製し、キャビティ部に試験用のヒーターチップを実装し、放熱性の確認を行った。併せて、比較例として、底板体に１．５ｍｍ厚みのＣｕ：１０％、Ｗ：９０％のＣｕ−Ｗ板を用いた従来の電子部品収納用パッケージを作製し、キャビティ部に試験用のヒーターチップを実装し、放熱性の確認を行った。測定は、ヒーターチップに同じ電流の付加を掛け、時間と共に変化するヒーターチップの熱抵抗値を測定した。その結果、Ｃｕ板と、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金からなる金属板と、Ｃｕ板の３層構造からなる底板体上のヒーターチップの熱抵抗値は、Ｃｕ：１０％、Ｗ：９０％のＣｕ−Ｗ板からなる底板体上のヒーターチップの熱抵抗値と同等以上であることが確認できた。また、実施例の電子部品収納用パッケージは、信頼性試験においても、熱衝撃試験の０℃〜１００℃の１５サイクル試験、温度サイクル試験の−４０℃〜８５℃の１０００サイクル試験を満足し、接合信頼性でも問題がないことが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の電子部品収納用パッケージは、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電子部品を搭載して、励起光源用のレーザー光を高出力で発することができる電子部品収納用パッケージに用いることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１０：電子部品収納用パッケージ、１１：Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金金属板、１２：Ｃｕ板、１３：底板体、１４：リング状枠体、１５：入出力用メタライズパターン、１６：セラミック製側壁体、１７：金属製側壁体、１８：枠体、１９：リードフレーム、２０：シールリング、２１：貫通孔、２２：金属製固定部材、２３：キャビティ部、２４：取り付け孔
【図１】
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【図２】
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