(57)【要約】【課題】従来のコバールを用いた半導体素子収納用パッケージ及びそれを用いた光変調器と同程度残留応力の緩和効果を有しながらコバールの使用量を低減した半導体素子収納用パッケージを提供する。【解決手段】ステンレス製の有底フレーム２と、有底フレーム２の側面２ａに接合される金属ブロック３と、金属ブロック３と有底フレーム２とが接合する面３ｂの裏面３ａに接合されるセラミック板４と、有底フレーム２の側面２ａと金属ブロック３とセラミック板４の積層部分を貫通して形成される少なくとも１の連穿孔５と、連穿孔５の貫通方向における中心線６と略同一線上に挿設されるリードピン８ａとを有し、金属ブロック３は、コバールであり、有底フレーム２の側面２ａと金属ブロック３との接合面３ｂは、金属ブロックとセラミック板の接合面３ａよりも小さいことを特徴とする半導体素子収納用パッケージによる。【選択図】図１
2009206213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステンレス製の有底フレームと、前記有底フレームの側面に接合される金属ブロックと、前記金属ブロックと前記有底フレームとが接合する面の裏面に接合されるセラミック板と、前記有底フレームの側面と前記金属ブロックと前記セラミック板の積層部分を貫通して形成される少なくとも１の連穿孔と、前記連穿孔の貫通方向における中心線と略同一線上に挿設されるリードピンとを有し、
前記金属ブロックは、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）であり、
前記有底フレームの側面と前記金属ブロックとの接合面は、前記金属ブロックと前記セラミック板の接合面よりも小さいことを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項２】
ステンレス製の有底フレームと、前記有底フレームの側面に接合される金属ブロックと、前記金属ブロックと前記有底フレームとが接合する面の裏面に接合されるセラミック板と、前記有底フレームの側面と前記金属ブロックと前記セラミック板の積層部分を貫通して形成される少なくとも１の連穿孔と、前記連穿孔の貫通方向における中心線と略同一線上に挿設されるリードピンとを有し、
前記金属ブロックは、コバール（Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金）であり、
前記金属ブロックの側面は、前記有底フレームの側面に対向する面の外縁に向って切欠きを備えることを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の半導体素子収納用パッケージと、前記有底フレームの内部に接合される半導体素子と、前記有底フレームの開口に覆設される蓋体とを有し、
前記半導体素子は、前記リードピンと電気的に接続されることを特徴とする光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気信号を光信号に変換する発光素子等の電子部品を搭載する半導体素子収納用パッケージ及びそれを用いた光変調器に関する。 
【背景技術】
【０００２】
従来、電気信号を光信号に変換する半導体素子等の電子部品を収納する際に、高気密性を保つ必要がある場合、金属製の、例えば、ステンレス製から成る筐体が用いられ、このような筐体に収容される半導体素子等の電子部品に電気信号を伝送するためのリードピンと、筐体とを絶縁する目的でセラミックスが使用されていた。
しかしながら、セラミックスとステンレスとではそれぞれの熱膨張係数に大きな差があるため、ステンレス製の筐体の側面にセラミックス製の絶縁体をろう付けすると、その接合部分にはそれぞれの熱膨張係数差に起因する残留応力が発生し、セラミックスに反りが生じ、最悪の場合、セラミックスに亀裂が生じて半導体素子収納用パッケージの気密性が損なわれてしまうおそれがあった。
このような課題に対処するための発明が開示されている。
【０００３】
特許文献１には「高信頼性光変調器及びその製造方法」という名称で、光路の切り替えや光波の変調などを行う光制御素子に用いられる光変調器及びその製造方法に関する発明が開示されている。
より具体的には、特許文献１に開示される発明は、電気信号を入力するための金属製端子部を有する高信頼性光変調器であり、第１の孔部を有するコバール（米国登録商標、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、以下単にコバールと記載し、米国登録商標である旨及びＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金である旨のかっこ併記を省略する。）リングと、このコバールリングの片面に接合され固定用孔部を有するセラミック平板と、コバールリングを接合する金属フレームと、第１の孔部に非接触で挿通されるとともに前記固定用孔部で挿通・接合される複数のピンとを備えたものである。
上記構成の特許文献１に記載の発明によれば、金属フレームにセラミック平板をろう付けする際に、セラミック平板の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有するコバールリングをこれらの間に介設することで、金属フレームとコバールリングを構成するそれぞれの材質の熱膨張係数差に起因して生じる残留応力を緩和することができるという効果を有する。
さらに、金属フレームの側面にいわゆるザグリを施し、この部分に金属ろう材を介してコバールリングを嵌設し、さらに、このコバールリングに十分な厚みを付与することで、コバールリングと金属フレームとの間に熱膨張係数差に起因する残留応力が発生した場合にコバールリングに反りが生じるのを防止することができる。
これによっても、セラミック平板に作用する残留応力を緩和することができるという効果を有する。
よって、セラミック平板、コバールリング及び金属フレーム間における接合強度の低下を防ぐことができ、加えて、セラミックス平板体に生じる反りを抑制することができるので、亀裂等の発生により高信頼性光変調器の気密性が低下するのを防止することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１４０３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の発明おいては、セラミックス平板体の反りが抑制されることで亀裂等の発生を防止することができるものの、効果を確実に発揮させるためには十分な厚みを有するコバールリングを用いる必要があるのであるが、コバールは高価であり、製品の小型軽量化、あるいは、コスト削減を考えた場合、コバールの使用量を削減することが望ましかった。
また、特許文献１に記載の発明おいては、コバールリングを、ザグリを施した金属フレームに嵌設する必要があり、この結果、製造工程が複雑化し製造コストを低減し難いという課題もあった。
【０００６】
本発明はかかる従来の事情に対処してなされたものであり、従来のコバールを用いた半導体素子収納用パッケージ及びそれを用いた光変調器と同程度残留応力の緩和効果を有しながらコバールの使用量を低減した半導体素子収納用パッケージ及びそれを用いた光変調器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため請求項１記載の発明である半導体素子収納用パッケージは、ステンレス製の有底フレームと、有底フレームの側面に接合される金属ブロックと、金属ブロックと有底フレームとが接合する面の裏面に接合されるセラミック板と、有底フレームの側面と金属ブロックとセラミック板の積層部分を貫通して形成される少なくとも１の連穿孔と、連穿孔の貫通方向における中心線と略同一線上に挿設されるリードピンとを有し、金属ブロックは、コバールであり、有底フレームの側面と金属ブロックとの接合面は、金属ブロックとセラミック板の接合面よりも小さいことを特徴とするものである。
上記構成の半導体素子収納用パッケージにおいて、ステンレス製の有底フレームはその開口に蓋体を覆設した場合に、有底フレームの内部空間を外気から遮断して気密状態を維持するという作用を有する。
また、リードピンは、有底フレームの外部から伝送される電気信号を有底フレームの内部側に伝達するという作用を有する。
さらに、セラミック板は有底フレームとリードピンとを絶縁するという作用を有する。
そして、コバールから成る金属ブロックは、セラミックスの熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有するため、セラミック板を有底フレームの側面にろう付けする際に、有底フレームとセラミック板との間に介設されることで、セラミック板に作用する残留応力を緩和するという作用を有する。
また、連穿孔は有底フレームの外部から内部へのリードピンを挿通させるという作用を有する。
さらに、リードピンを連穿孔の貫通方向における中心線と略同一線上に挿設することで、リードピンと金属ブロックとが、また、リードピンと有底フレームとが動通するのを妨げるという作用を有する。
そして、ステンレス製の有底フレームと金属ブロックの接触面積を、金属ブロックとセラミック板との接触面積よりも小さくすることで、すなわち、金属ブロックを有底フレームの側面と平行な平面で切断した際の断面積を有底フレームに近づくにつれて縮減させることで、金属ブロックと有底フレームとの間においてそれぞれを構成する材質の熱膨張係数差に起因して生じる残留応力を小さくするという作用を有する。
この結果、セラミック板に作用する残留応力を小さくするという作用を有する。
【０００８】
請求項２記載の発明である半導体素子収納用パッケージは、ステンレス製の有底フレームと、有底フレームの側面に接合される金属ブロックと、金属ブロックと有底フレームとが接合する面の裏面に接合されるセラミック板と、有底フレームの側面と金属ブロックとセラミック板の積層部分を貫通して形成される少なくとも１の連穿孔と、連穿孔の貫通方向における中心線と略同一線上に挿設されるリードピンとを有し、金属ブロックは、コバールであり、金属ブロックの側面は、有底フレームの側面に対向する面の外縁に向って切欠きを備えることを特徴とするものである。
上記構成の半導体素子収納用パッケージにおいて、ステンレス製の有底フレームはその開口に蓋体を覆設した場合に、有底フレームの内部空間を外気から遮断して気密状態を維持するという作用を有する。
また、リードピンは、有底フレームの外部から伝送される電気信号を有底フレームの内部側に伝達するという作用を有する。
さらに、セラミック板は有底フレームとリードピンとを絶縁するという作用を有する。
そして、コバールから成る金属ブロックは、セラミックスの熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有するため、セラミック板を有底フレームの側面にろう付けする際に、有底フレームとセラミック板との間に介設されることで、セラミック板に作用する残留応力を緩和するという作用を有する。
また、連穿孔は有底フレームの外部から内部へのリードピンを挿通させるという作用を有する。
さらに、リードピンを連穿孔の貫通方向における中心線と略同一線上に挿設することで、リードピンと金属ブロックとが、また、リードピンと有底フレームとが動通するのを妨げるという作用を有する。
そして、金属ブロックの側面において、有底フレームの側面に切欠きを形成することで、ステンレス製の有底フレームと金属ブロックの接触面積を、金属ブロックとセラミック板との接触面積よりも小さくするという作用を有する。
金属ブロックと有底フレームとの間においてそれぞれを構成する材質の熱膨張係数差に起因して生じる残留応力を小さくするという作用を有する。
この結果、セラミック板に作用する残留応力を小さくするという作用を有する。
さらに、このとき、金属ブロックに切欠きを形成することで、セラミック板を金属ブロックにろう付けする際に生じる残留応力を十分に緩和するのに必要なコバールの量を少なくするという作用を有する。
【０００９】
請求項３記載の発明である光変調器は、請求項１又は請求項２に記載の半導体素子収納用パッケージと、有底フレームの内部に接合される半導体素子と、有底フレームの開口に覆設される蓋体とを有し、半導体素子は、リードピンと電気的に接続されることを特徴とするものである。
上記構成の光変調器は、請求項１又は請求項２に記載の半導体素子収納用パッケージを用いた光変調器であり、請求項１又は請求項２に記載の発明と同じ作用に加え、半導体素子リードピンから伝達される電気信号を光信号に変換するという作用を有する。
また、蓋体は有底フレームの開口を密封して、有底フレームの内側面側に気密性の高い空間を形成するという作用を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の請求項１記載の発明によれば、有底フレームの側面にセラミック板をろう付けする際に、セラミック板の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する金属ブロックを有底フレームとセラミック板の間に介設することで、セラミック板に作用する残留応力を緩和することができるという効果を有する。
さらに、金属ブロックとセラミック板の接触面積よりも、金属ブロックと有底フレームの接触面積を小さくすることで、金属ブロックと有底フレームのそれぞれの熱膨張係数差に起因して生じる残存応力の絶対値を小さくすることができるという効果を有する。
この結果、セラミック板を金属ブロックにろう付けした際に、セラミック板が大きく反ったり、セラミック板に亀裂が生じる等の不具合が生じるのを防止することができるという効果を有する。
従って、請求項１記載の発光素子収納用パッケージの気密性を維持することができるという効果を有する。
しかも、請求項１記載の発明によれば、有底フレームの側面への金属ブロックを直接接合できるので、従来技術のように有底フレームの側面にザグリを施す必要がない。
よって、請求項１記載の発明の生産効率を向上することができるという効果を有する。
また、有底フレームの側面と金属ブロックとの接合面を、金属ブロックとセラミック板の接合面よりも小さくするためには、一定の厚みを有する金属ブロックの側面の一部を研削する必要がある。
このとき、請求項１に記載の発明において、従来技術に係る半導体素子収納用パッケージと同程度の残留応力緩和効果を発揮させるために必要なコバールの量を少なくすることができるという効果を有する。
従って、請求項１記載の発明によれば、従来の半導体素子収納用パッケージと同程度の品質を有する半導体素子収納用パッケージを廉価に提供することができるという効果を有する。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、有底フレームの側面にセラミック板をろう付けする際に、セラミック板の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有する金属ブロックを有底フレームとセラミック板の間に介設することで、セラミック板に作用する残留応力を緩和することができるという効果を有する。
さらに、金属ブロックの側面に切欠きを形成することで、金属ブロックとセラミック板の接触面積よりも、金属ブロックと有底フレームの接触面積を小さくすることができるので、金属ブロックと有底フレームのそれぞれの熱膨張係数差に起因して生じる残存応力の絶対値を小さくすることができるという効果を有する。
この結果、セラミック板を金属ブロックにろう付けした際に、セラミック板が大きく反ったり、セラミック板に亀裂が生じる等の不具合が生じるのを防止することができるという効果を有する。
従って、請求項２記載の発光素子収納用パッケージの気密性を維持することができるという効果を有する。
このとき、請求項２に記載の発明において、金属ブロックの側面に切欠きを形成することで、従来技術に係る半導体素子収納用パッケージと同程度の残留応力緩和効果を発揮させるために必要なコバールの量を少なくすることができるという効果を有する。
しかも、請求項２記載の発明によれば、有底フレームの側面への金属ブロックを直接接合できるので、従来技術のように有底フレームの側面にザグリを施す必要がないので、請求項２記載の発明の生産効率を向上することができるという効果を有する。
よって、請求項２記載の発明によれば、従来の半導体素子収納用パッケージと同程度の品質を有する半導体素子収納用パッケージを廉価に提供することができるという効果を有する。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明を用いたものであり、請求項１又は請求項２に記載の発明と同じ効果を有する。
また、有底フレームの開口を蓋体で密閉することで、有底フレーム内に収容される半導体素子を外気から確実に遮断することができるという効果を有する。
よって、半導体素子が大気中の水分や化合物と反応して劣化するのを防止することができる。
従って、請求項３に記載の発明によれば、気密性に優れた光変調器を廉価に提供することができるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の最良の実施の形態に係る半導体素子収納用パッケージ及びそれを用いた光変調器の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１４】
本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージについて図１及び図２を参照しながら詳細に説明する。
実施例１に係る半導体素子収納用パッケージは、半導体素子収納用パッケージ内に収容される半導体素子等の電子部品への外部からの電気信号の導通を確保ししながら、半導体素子等の電子部品を外気から遮断した状態で保持するための装置である。
図１は本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分概念図であり、図２は本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。つまり、図２は図１中における符号Ａ−Ａ線矢視断面図である。
図１,２に示すように、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａは、ステンレス製から成る容器状の有底フレーム２の側面２ａに少なくとも１つの孔５ａを備え、この孔５ａと符合する位置に、孔５ａと略同径の孔５ｂを備えた金属ブロック３が、孔５ａと孔５ｂの中心線を略一致させながら図示しない金属ろう材により接合され、金属ブロック３の有底フレーム２との接合面３ｂの裏面に、金属ブロック３に形成される孔５ｂと符合する位置に孔５ｃを備えたセラミック板４が、孔５ｂと孔５ｃの中心線を一致させながら、図示しない金属ろう材により接合されたものである。
さらに、孔５ａ〜５ｃから成る連穿孔５のそれぞれには、平板状に複数形成されたリードピン８ａが連穿孔５の中心線６と略一致するように挿設され、それぞれのリードピン８ａは、孔５ｃの開口近傍において接合材７により固定されている。
また、それぞれのリードピン８ａは、有底フレーム２の側面２ａ側に導出される端部が連結部８ｂにより連結されて一体の導電材８となっている。
【００１５】
実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａにおいて、有底フレーム２と金属ブロック３と導電材８はいずれも導電体であるのに対し、セラミック板４は絶縁体である。
従って、導電材８のリードピン８ａを有底フレーム２に挿設する場合に、リードピン８ａを孔５ａ,５ｂの中心線６と略一致するように配置することで、リードピン８ａと有底フレーム２や金属ブロック３との接触を妨げると同時に、このような状態にリードピン８ａを維持するために、絶縁体であるセラミック板４と接合材７でリードピン８ａを支持しているのである。
また、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａにおいては、金属ブロック３は、その側面３ｅの接合面３ｂ側に、外縁３ｃに向って断面が略Ｌ字型をなす切欠き９を備えている。
そして、このような切欠き９を備えることで、金属ブロック３と有底フレーム２とが接合する接合面３ｂが、金属ブロック３とセラミック板４とが接合する接合面３ａよりも小さくなるよう構成されている。
つまり、金属ブロック３は接合面３ａから接合面３ｂに向うにつれて幅が小さくなるよう構成されている。
【００１６】
また、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａの有底フレーム２に用いられるステンレスの熱膨張係数は１５〜２０×１０-6／℃の範囲内であり、セラミック板４の熱膨張係数は５〜１０×１０-6／℃の範囲内、金属ブロック３を構成するコバールの熱膨張係数は５〜７×１０-6／℃の範囲内であるため、仮に、ステンレス製の有底フレーム２にセラミック板４をろう付けしたとすると、その接合部分にそれぞれの熱膨張係数差に起因する過大な残留応力が発生してしまい、最悪の場合、セラミック板４が破損して、有底フレーム２の内部の気密性が損なわれてしまうおそれがあった。
このような不具合の発生を回避する目的で、従来、セラミック板を有底フレームの側面にろう付けする際に、セラミック板と有底フレームの間に、セラミック板の熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有するコバールから成る金属ブロックを介設して、セラミック板に過剰な残留応力が作用するのを抑制していた。
加えて、有底フレームの側面にザグリを施してコバールから成る金属ブロックを嵌設することで、金属ブロックと有底フレームのそれぞれの熱膨張係数差に起因する残留応力が生じた際の金属ブロックの変形を抑制することによっても、セラミック板に過剰な残留応力が作用するのを妨げてきた。
さらに、コバールから成る金属ブロックの変形（反り）を一層防止するために、十分な厚みを有する金属ブロックを用いていた。
その一方で、コバールは高価であり、半導体素子収納用パッケージをより廉価に提供するためには、コバールの使用量を削減したり、製造工程を簡略化する必要があった。
しかしながら、従来の半導体素子収納用パッケージにおいて、単にコバールから成る金属ブロックの厚みを薄くしたり、あるいは、金属ブロックを有底フレームの側面にザグリを施すことなくろう付けした場合、セラミック板に作用する残留応力の緩和効果が十分に発揮されないという課題があった。
【００１７】
このような事情に鑑み発明者らは鋭意研究の結果、金属ブロック３の厚みを薄くした場合であっても、金属ブロック３と有底フレーム２の接合面３ｂを金属ブロック３とセラミック板４の接合面３ａよりも小さくすることで、従来技術と同程度の残留応力の緩和効果が発揮されることを見出した。
つまり、金属ブロック３を有底フレーム２の側面２ａにろう付けすることによって生じる残留応力は、金属ブロック３と有底フレーム２の側面２ａとの接合面積が小さいほど小さくなる。
その一方で、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａにおいて、有底フレーム２に形成される孔５ａ及び、金属ブロック３に形成される孔５ｂの直径Ｂは一定の値を維持する必要があり縮径することができないので、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａにおいては、金属ブロック３の側面３ｅの接合面３ｂ側に、外縁３ｃに向って切欠き９を形成して、接合面３ａよりも接合面３ａを小さくしているのである。
つまり、金属ブロック３における２つの接合面３ａ，３ｂにおいて、外縁３ｃが外縁３ｄよりも導電材８ａ寄りに配置されるよう、金属ブロック３の一部を切り欠いているのである。
よって、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａによれば、従来技術に係る半導体素子収納用パッケージと同程度の残留応力の緩和効果を有しながら、コバールからなる金属ブロック３の質量を削減することができるという効果を有する。
この結果、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａによれば、金属ブロック３の接合面３ａに接合されたセラミック板４に、ろう付け伴う過剰な残留応力が作用する恐れを軽減しながら、廉価な半導体素子収納用パッケージ１ａを提供することができるという効果を有する。
【００１８】
さらに、図１に示す実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａの構成に加え、有底フレーム２の底面２ｂ上に、例えば、図示しない絶縁体を介して半導体素子を搭載し、この半導体素子とリードピン８ａとを電気的に接続し、さらに、有底フレーム２の図示しない他の側面に半導体素子によって電気信号から光に変換された信号を出力するためのプラグを設けて有底フレーム２の開口を図示しない蓋体で密封したものが光変調器である。
また、このような光変調器において、有底フレーム２と図示しない蓋体により形成される空間内に必要に応じて特定の組成からなる気体を封入しても良い。
この場合、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａを用いることで従来の光変調器と同程度の信頼性を有する光変調器を廉価に提供することができるという効果を有する。
なお、以下に示す実施例２,３に示す半導体素子収納用パッケージを用いた光変調器も、実施例２,３に係る半導体素子収納用パッケージ以外の構成については実施例１に係る光変調器と同じ構成を有している。
【実施例２】
【００１９】
本発明の実施例２に係る半導体素子収納用パッケージについて図３を参照しながら詳細に説明する。
実施例２に係る半導体素子収納用パッケージは、上述の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａの金属ブロック３に形成される切欠き９の断面形状が異なるものである。
図３は本発明の実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。なお、図１又は図２に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図３に示すように、実施例２に係る半導体収納用パッケージ１ｂは、金属ブロック１０の側面１０ｅの接合面１０ｂ側に、外縁１０ｃに向って断面が直線状を成す切欠き１６を備えている。
このような金属ブロック１１に形成される切欠き１６は、実施例１に係る金属ブロック３に形成される切欠き９と同じ作用効果を有する。
よって、実施例２に係る半導体収納用パッケージ１ｂは、コバールからなる金属ブロック１０の質量を削減した場合でも、従来技術に係る半導体素子収納用パッケージと同程度の残留応力の緩和効果を有する。
この結果、金属ブロック１０の接合面１０ａに接合されたセラミック板４に、ろう付け伴う過剰な残留応力が作用するのを抑制すると同時に、廉価な半導体素子収納用パッケージ１ｂを提供することができるという効果を有する。
【実施例３】
【００２０】
本発明の実施例３に係る半導体素子収納用パッケージについて図４を参照しながら詳細に説明する。
実施例３に係る半導体素子収納用パッケージは、上述の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａの金属ブロック３に形成される切欠き９の断面形状が異なるものである。
図４は本発明の実施例３に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。なお、図１乃至図３に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
図４に示すように、実施例３に係る半導体収納用パッケージ１ｃは、金属ブロック１１の側面１１ｅの接合面１１ｂ側に、外縁１１ｃに向って断面が外側に凹の弧状をなす切欠き１７を備えている。
このような金属ブロック１１に形成される切欠き１７は、実施例１に係る金属ブロック３に形成される切欠き９と同じ作用効果を有する。
よって、実施例３に係る半導体収納用パッケージ１ｃは、コバールからなる金属ブロック１１の質量を削減した場合でも、従来技術に係る半導体素子収納用パッケージと同程度の残留応力の緩和効果を有する。
この結果、金属ブロック１１の接合面１１ａに接合されたセラミック板４に、ろう付け伴う過剰な残留応力が作用するのを抑制すると同時に、廉価な半導体素子収納用パッケージ１ｃを提供することができるという効果を有する。
【００２１】
ここで、実施例１に係る半導体収納用パッケージ１ａにおける、セラミック板４に対する残留応力緩和効果を検証するためのシミュレーション結果について図５乃至図９を参照しながら詳細に説明する。
まず、図２及び図５乃至図７を参照しながら、実施例１及び比較例１乃至３の半導体収納用パッケージについて詳細に説明する。
図５は実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。なお、図１乃至図４に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
この度のシミュレーションのために設定した実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａは、図５に示すように、厚さ０.５ｍｍの金属ブロック３の側面３ｅに切欠き９を形成したものを、有底フレーム２の側面２ａにろう付けし、さらに、接合面３ｂの裏面にセラミック板４をろう付けしたものである。
さらに、上述のような実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａにおいては、孔５ａ,５ｂの直径Ｂをそれぞれ１.１ｍｍとし、金属ブロック３の接合面３ａ側の幅Ｃ１（セラミック板４の幅）を２.１ｍｍ、接合面３ｂ側の幅Ｄ１を１.６ｍｍとた。
なお、上記構成の半導体素子収納用パッケージ１ａにおけるステンレス製の有底フレーム２、コバール製の金属ブロック３、セラミック板４の熱膨張係数はそれぞれ、１８.７×１０-6／℃、５.０×１０-6／℃、６.７×１０-6／℃のように設定した。以下に示す比較例１乃至３に係る半導体素子収納用パッケージにおいても同様にした。
【００２２】
図６は比較例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。なお、図１乃至図５に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
この度のシミュレーションのために設定した比較例１に係る半導体素子収納用パッケージ１２ａは、図６に示すように、図５に示す有底フレーム２と同じ厚みを有する有底フレーム２の側面２ａに予めいわゆるザグリを施しておき、そこに１.３ｍｍの厚みを有する金属ブロック１３を金属ろう材を介して嵌設し、さらに、有底フレーム２と金属ブロック１３との接合面の裏面にセラミック板４をろう付けしたものである。
また、孔５ａ,５ｂのそれぞれの直径Ｂを実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａと同じ１.１ｍｍとし、金属ブロック１３の幅Ｃ２を２.４５ｍｍとした。
【００２３】
図７は比較例２に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。なお、図１乃至図６に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
この度のシミュレーションのために設定した比較例２に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｂは、図７に示すように、上図５に示す有底フレーム２と同じ厚みを有する有底フレーム２の側面２ａに、０.５ｍｍの厚みを有する金属ブロック１４をろう付けし、有底フレーム２と金属ブロック１４との接合面の裏面にセラミック板４をろう付けしたものである。
また、孔５ａ,５ｂの直径Ｂをそれぞれ１.１ｍｍとし、金属ブロック１４の幅Ｃ３を２.４５ｍｍとした。
なお、比較例１に係る半導体素子収納用パッケージ１２ａと比較例２に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｂとは、有底フレーム２への金属ブロックの取設方法及び、金属ブロックの厚みが異なっている。
【００２４】
図８は比較例３に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。なお、図１乃至図７に記載されたものと同一部分については同一符号を付し、その構成についての説明は省略する。
この度のシミュレーションのために設定した比較例３に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｃは、図８に示すように、上図５に示す有底フレーム２と同じ厚みを有する有底フレーム２の側面２ａに、０.５ｍｍの厚みを有する金属ブロック１５をろう付けし、有底フレーム２と金属ブロック１４との接合面の裏面にセラミック板４をろう付けしたものである。
また、孔５ａ,５ｂの直径Ｂをそれぞれ１.１ｍｍとし、金属ブロック１４の幅Ｃ４を２.１ｍｍとした。
なお、比較例２に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｂと比較例３に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｃとは、金属ブロックの厚みが異なっている。
さらに、比較例３に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｃと、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａとは、金属ブロックの側面における切欠き９の有無が異なっている。
【００２５】
上記構成の実施例１,比較例１乃至３に係る半導体素子収納用パッケージ１ａにおいて、金属ブロック３、１３〜１５にセラミック板４をろう付けした際に生じる残存応力をシミュレーションにより求めた。
この結果、実施例１及び比較例１乃至３に係るセラミック板の全てにおいて残留応力が発生しており、いずれの場合も孔５ｃから遠ざかるにつれて大きな残留応力が発生する傾向が認められた。
また、特に、比較例２及び比較例３においては大きな残留応力の発生が認められた。
【００２６】
図９はセラミック板をろう付けした際に生じる残留応力の最大値を比較したグラフである。
図９に示される比較例１と比較例２に係るセラミック板４に生じる最大応力に注目すると、金属ブロックの厚みを薄くして有底フレーム２の側面２ａにザグリを施すことなく金属ブロックを接合した場合、セラミック板４に生じる最大応力は大幅に上昇する。
これは、金属ブロックの厚みを薄くすることでその剛性が低下すると同時に、金属ブロックの有底フレーム２への取設方法が変更されたことにより金属ブロックの形状保持性が低下するためであると考えられる。
次に、図９に示される比較例２と比較例３に係るセラミック板４に生じる最大応力に注目すると、金属ブロックの厚みを変更することなく金属ブロックの幅を小さくした場合、セラミック板４に生じる残留応力は低下する。
これは、有底フレーム２と金属ブロックとの接触面積が小さくなることで、有底フレーム２や金属ブロックを構成するそれぞれの材料の熱膨張係数差に起因して発生する残留応力の絶対値が小さくなるためであると考えられる。
さらに、図９に示される比較例３と実施例１に係るセラミック板４に生じる最大応力に注目すると、金属ブロックの厚みと、金属ブロックに接合されるセラミック板４の幅に変更を加えることなく、金属ブロックの側面に切欠き９を形成した場合、セラミック板４に生じる残留応力は低下すると考えられる。
これも、有底フレーム２と金属ブロックとの接触面積が小さくなることで、有底フレーム２や金属ブロックを構成するそれぞれの材料の熱膨張係数差に起因して発生する残留応力の絶対値が小さくなるためであると考えられる。
そして、図９に示される実施例１と比較例１に係るセラミック板４に生じる最大応力注目すると、それぞれのセラミック板４に生じる残留応力の最大値は同程度であるといえる。
このことはすなわち、比較例１に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｃにおいて、金属ブロック１３の厚みを薄くし、かつ、その幅を狭め、さらに、金属ブロック１３の側面に切欠きを形成した金属ブロック１３を有底フレーム２の側面２ａにザグリを施すことなくろう付けすることで、つまり、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａの形態にすることで比較例１に係る半導体素子収納用パッケージ１２ｃと同程度の残留応力緩和効果を発揮させることができるといえる。
従って、実施例１に係る半導体素子収納用パッケージ１ａによれば、従来の半導体素子収納用パッケージと同程度の残留応力緩和効果を発揮させながら、有底フレーム２に接合される金属ブロック３を構成するコバールの質量を削減することができるので、廉価な半導体素子収納用パッケージ１ａを提供することができるという効果を有する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上説明したように、本発明は従来のコバールを用いた半導体素子収納用パッケージ及びそれを用いた光変調器と同程度残留応力の緩和効果を有しながらコバールの使用量を低減した半導体素子収納用パッケージ及びそれを用いた光変調器であり、電子部品に関する分野において利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分概念図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。
【図４】本発明の実施例３に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。
【図６】比較例１に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。
【図７】比較例２に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。
【図８】比較例３に係る半導体素子収納用パッケージの部分断面図である。
【図９】セラミック板をろう付けした際に生じる残留応力の最大値を比較したグラフである。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ〜１ｃ…半導体素子収納用パッケージ  ２…有底フレーム  ２ａ…側面  ２ｂ…底面  ３…金属ブロック  ３ａ,３ｂ…接合面  ３ｃ,３ｄ…外縁  ３ｅ…側面  ４…セラミック板  ５…連穿孔  ５ａ〜５ｃ…孔  ６…中心線  ７…接合材  ８…導電材  ８ａ…リードピン  ９…切欠き  １０…金属ブロック  １０ａ, １０ｂ…接合面  １０ｃ, １０ｄ…外縁  １０ｅ…側面  １１…金属ブロック  １１ａ, １１ｂ…接合面  １１ｃ, １１ｄ…外縁  １１ｅ…側面  １２ａ〜１２ｃ…半導体素子収納用パッケージ  １３〜１５…金属ブロック  １３ｃ…外縁  １６，１７…切欠き
【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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【図９】
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