(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光半導体アセンブリであって、
少なくとも１つの突起の形成された金属ステムと；
それぞれリードヘッドを有し、前記ステムと絶縁されて該ステムを貫通するように設けられた第１及び第２リードと；
前記第１リードのリードヘッドに搭載された光半導体素子と；
両端に電極を有し、該電極がそれぞれ前記突起及び前記第２リードのリードヘッドに固定されたチップ部品と；
前記ステムに溶接されて内部を密封するキャップと；
を具備したことを特徴とする光半導体アセンブリ。
【請求項２】
前記ステム上に搭載されたベアチップ集積回路を更に具備し；
該ベアチップ集積回路と、前記光半導体素子及び前記チップ部品を搭載した前記第２リードのリードヘッドとはそれぞれワイヤボンディング接続されている請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項３】
前記第２リードのリードヘッドは切り欠きを有している請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項４】
前記チップ部品は前記第２リードのリードヘッドに蝋付けされており、前記第２リードのリードヘッドは蝋材流れ止め用の段差を有している請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項５】
前記チップ部品は前記第２リードのリードヘッドに蝋付けされており、前記第２リードのリードヘッドは蝋材流れ止め用の凹部を有している請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項６】
前記ステムの突起及び前記第２リードのリードヘッドはそれぞれ前記チップ部品搭載用の凹部を有している請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項７】
前記ステムはその外周に複数の位置決め用タブを有している請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項８】
前記ステムはその外周に複数の位置決め用の切り欠きを有している請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項９】
前記ステムに溶接されたホルダを更に具備し；該ホルダは側壁と、中心穴を有する上部壁と、側壁内面と中心穴とを連結するテーパ状内面を有するコーナー壁とを含んでいる請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項１０】
前記ホルダはその内面に複数の押し出しピン突き当て面を有している請求項９記載の光半導体アセンブリ。
【請求項１１】
前記ステムに溶接されたホルダを更に具備し；該ホルダは側壁と、中心穴を有する上部壁と、側壁内面と中心穴とを連結する円弧状内周面を有するコーナー壁とを含んでいる請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項１２】
前記ステムに溶接されたホルダを更に具備し；該ホルダは側壁と、中心穴を有する上部壁とを含んでおり、該上部壁は複数の空気抜き用の穴を有している請求項１記載の光半導体アセンブリ。
【請求項１３】
光半導体アセンブリであって、
金属ステムと；
それぞれリードヘッドを有し、前記ステムと絶縁されて該ステムを貫通するように設けられた第１、第２及び第３リードと；
前記第１リードのリードヘッドに搭載された光半導体素子と；
両端に電極を有し、該電極がそれぞれ前記第２及び第３リードのリードヘッドに固定されたチップ部品と；
前記ステムに溶接されて内部を密封するキャップと；
を具備したことを特徴とする光半導体アセンブリ。
【請求項１４】
光半導体アセンブリであって、
上面に少なくとも１つの切り欠きの形成された金属ステムと；
それぞれリードヘッドを有し、前記ステムと絶縁されて該ステムを貫通するように設けられた第１及び第２リードと；
前記第１リードのリードヘッドに搭載された光半導体素子と；
両端に電極を有し、該電極がそれぞれ前記ステムの切り欠き及び前記第２リードのリードヘッドに固定されたチップ部品と；
前記ステムに溶接されて内部を密封するキャップと；
を具備したことを特徴とする光半導体アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受光素子パッケージ等の光半導体アセンブリに関する。
【０００２】
【従来の技術】
受光素子、プリアンプＩＣ、チップコンデンサ等の複数のチップ部品をパッケージ内に封入した受光素子パッケージが知られている。このような受光素子パッケージでは、従来は複数のチップ部品を搭載するのに積層セラミック基板と金属プレートの組み合わせによって構成されるステムが使用されてきた。
【０００３】
このステムのセラミック基板上には各チップ部品を搭載し電気的導通を取るためのメタライズパターンが施してあり、金属プレートの外周部には各チップ部品を外気から遮断するためのキャップが気密溶接されている。
【０００４】
この構造では、セラミック基板の外形とメタライズパターンの位置ずれ、金属プレートとセラミック基板の固定位置のずれが生じる。そのため、メタライズパターンを基準に各チップ部品をセラミック基板上に搭載すると、金属プレートに対してのチップ部品の取り付け位置のずれが大きくなる。
【０００５】
特に受光素子は、光を入力する際にステムの金属プレートに対する位置精度が重要であるが、各部品の公差により所定の位置に取り付けることが困難である。受光素子の取り付け位置の精度が低下することにより、光学系組み立て時に調整箇所が増えてしまい、組み立て工数が大きくなる。
【０００６】
一般的に、チップ部品は自動搭載機によりステム上に搭載される。この場合、自動搭載機のトレイ上にステムを固定したときのステムの部品実装面とトレイの相対位置精度が重要であるが、ステムが円形の場合その回転方向の精度が出しにくい。
【０００７】
円形ステムの回転止め構造として最外周部にタブを１つ設けることが一般的に行われているが、１つのタブではステムをトレイに固定する際の精度が不十分なため、ステム外周部に対して高精度でチップ部品を自動搭載することが困難である。
【０００８】
また、ステム自体が積層セラミック基板と金属プレートとの組み合わせによって構成されるため、ステムの価格のコストダウンに限界がある。以上の理由により、積層セラミック基板と金属板の組み合わせによって構成される従来のステムでは低コスト化に不利である。
【０００９】
受光素子パッケージ等の光半導体アセンブリでは、各チップ部品を外気から遮断して保護するためにチップ部品実装部を気密封止する必要がある。同軸型光半導体アセンブリにおいては、ステムの部品実装部に光路を確保するための気密窓或いはレンズの付いたキャップをかぶせ、このキャップをステムの金属プレートに気密溶接する構造が一般的に採用されている。
【００１０】
従来のようにセラミック基板と金属プレートから構成されるステムを使用する場合には、キャップをステムの部品実装部にかぶせる際、キャップの裾がセラミック基板に衝突し、セラミック基板、基板に実装したチップ部品及びキャップに損傷を与えるおそれがある。
【００１１】
その対策として、セラミック基板の外周部に金属のガイドを設けるか、或いはキャップの内径をステムのセラミック基板の外径に対して十分な大きさにする等の構造が有効である。
【００１２】
しかし、これらの構造を採用した場合、各部材の取り付け精度等により公差を考慮する点が多く、ステムの金属プレート及びキャップの外径を大きくせざるを得ない。
【００１３】
その結果、ステム及びキャップの大型化に伴い光半導体アセンブリ全体も大きくなってしまう。以上の理由により、セラミック基板と金属プレートの組み合わせによって構成される従来のステムでは、信頼性と小型化の両立が困難である。
【００１４】
同軸型光受信モジュールの受光素子パッケージ内にコンデンサを搭載する必要がある場合、小型のマイクロチップコンデンサを使用することが受光素子パッケージの小型化に有利であるが、必要とする容量が大きくマイクロチップコンデンサでは対応できない場合においては、積層セラミックチップコンデンサを使用する必要がある。
【００１５】
マイクロチップコンデンサは下部電極を導体（ステム上面等）の平面上に実装し、上部電極にワイヤボンディングして使用する。積層セラミックチップコンデンサは両端に電極を有しており、絶縁された導体上にそれぞれの電極を搭載することにより機能するため、単一の導体上に両電極を実装することはできない。
【００１６】
そのため、部品実装面が平面になっている従来のステムを使用して大容量のコンデンサをパッケージ内に内蔵し、機能させることは困難である。また、積層セラミックチップコンデンサと同様の実装形態で使用するチップ抵抗等のチップ部品も同様に使用が困難であり、使用できる部品の制約がある。
【００１７】
光半導体モジュールを構成する上で、光素子の実装されたパッケージと光学部品（レンズアセンブリ、ファイバアセンブリ）を光結合した状態で機械的強度を保って固定する必要がある。このとき、半導体チップ、チップ部品等を実装し気密封止されたパッケージと光学部品を連結するために、円筒状のパッケージホルダが一般的に使用される。
【００１８】
パッケージとパッケージホルダとを相互固定するのに抵抗溶接を用いる場合、パッケージにかかる応力で気密封止が破壊される可能性がある。通常、バブルリークテスト、ヘリウム加圧リークテストによりパッケージの気密性の確認を行うが、パッケージホルダ取り付けによる気密封止部の破壊を考慮すると、気密性の確認はパッケージホルダを取り付けた後に行う必要がある。
【００１９】
パッケージホルダをパッケージに取り付けた状態でバブルリークテストを行う場合、リークテスト用の液槽にパッケージホルダの取り付けられたパッケージを浸漬し、パッケージホルダに形成された光路を画成する穴から出る気泡の有無を観測しなければならない。
【００２０】
従来のようにパッケージホルダの内側の上部が平面の場合には、バブルリークテスト時にパッケージホルダ内に空気が溜まりやすく、パッケージホルダに溜まった空気による気泡とパッケージのリークによる気泡の区別がつきにくくなり、信頼性の保証が困難である。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、積層セラミック基板と金属プレートの組み合わせによって構成される従来のステムでは、低コスト化に不利であると共に、信頼性と小型化の両立が困難であるという問題がある。
【００２２】
また、従来のように平面状の部品搭載面を有するステムを使用すると、積層セラミックチップコンデンサ等のチップ部品を使用することができず、使用可能な部品に制約があるという問題がある。
【００２３】
従来の光半導体アセンブリでは内側上部が平面のパッケージホルダを使用していたため、バブルリークテスト時にパッケージホルダ内に空気が溜まりやすい。そのため、パッケージホルダに溜まった空気による気泡とパッケージのリークによる気泡の区別がつきにくくなり、信頼性の保証が困難であるという問題がある。
【００２４】
故に本発明の目的は、コストダウン、小型化及び信頼性の向上を図った光半導体アセンブリを提供することである。
本発明の他の目的は、チップ部品搭載時の位置決め精度が向上すると共に、実装可能な部品の制約を解消した光半導体アセンブリを提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、光半導体アセンブリであって、少なくとも１つの突起の形成された金属ステムと；それぞれリードヘッドを有し、前記ステムと絶縁されて該ステムを貫通するように設けられた第１及び第２リードと；前記第１リードのリードヘッドに搭載された光半導体素子と；両端に電極を有し、該電極がそれぞれ前記突起及び前記第２リードのリードヘッドに固定されたチップ部品と；前記ステムに溶接されて内部を密封するキャップと；を具備したことを特徴とする光半導体アセンブリが提供される。
【００２６】
好ましくは、第２リードのリードヘッドには切り欠きが形成されている。この切り欠きにより、温度変化に起因する応力を緩和することができる。またこの切り欠きは、チップ部品固定時に使用する蝋材の流れ止め用としても使用可能である。蝋材流れ止め用として、リードヘッドに段差又は凹部を設けるようにしてもよい。
【００２７】
本発明の他の側面によると、光半導体アセンブリであって、金属ステムと；それぞれリードヘッドを有し、前記ステムと絶縁されて該ステムを貫通するように設けられた第１、第２及び第３リードと；前記第１リードのリードヘッドに搭載された光半導体素子と；両端に電極を有し、該電極がそれぞれ前記第２及び第３リードのリードヘッドに固定されたチップ部品と；前記ステムに溶接されて内部を密封するキャップと；を具備したことを特徴とする光半導体アセンブリが提供される。
【００２８】
【発明の実施の形態】
まず、図１〜図３を参照して、本発明第１実施形態の光半導体アセンブリについて説明する。符号２は受光素子パッケージ等の光半導体アセンブリであり、金属ステム４は厚肉部分４ａと、薄肉周辺部分４ｂとから構成される。
【００２９】
厚肉部分４ａには平坦な上面を有する突起６が形成されており、薄肉周辺部分４ｂには３個のタブ８が一体的に形成されている。ステム４はコバールから形成されている。ステム４には３個の穴が貫通しており、これらの穴中にリード１０ａ，１０ｂ，１０ｃが挿入され、リード外周とステムの隙間はガラス１４によりハーメチックシールされ、各リード１０ａ，１０ｂ，１０ｃとステム４とは絶縁されている。他のリード１０ｄはグランドリードであり、ステム４に連結されている。
【００３０】
リード１０ａの上端には平坦状のリードヘッド１２ａが形成されており、リード１０ｂの上端にも平坦状のリードヘッド１２ｂが形成されている。突起６とリードヘッド１２ａの対向壁面は概略平行に形成されている。
【００３１】
図２及び図３に示すように、ステム４の突起６とリードヘッド１２ａに積層セラミックチップコンデンサ１６の電極１６ａが蝋材１８で固定されている。リードヘッド１２ｂ上にはフォトダイオード（ＰＤ）チップ２０が搭載され、ステム４上にはプリアンプとして機能するベアチップ集積回路（ベアチップＩＣ）２２が搭載されている。
【００３２】
そして、図２に示すように、ベアチップＩＣ２２とリードヘッド１２ａ、フォトダイオード２０及びリードヘッド１２ｃは金ワイヤ等のワイヤ２４でボンディング接続されている。
【００３３】
リード１０ａはＩＣ２２に電源電圧を供給する電源端子であり、リード１０ｂはフォトダイオード２０にバイアス電圧を供給するバイアス端子であり、リード１０ｃはフォトダイオード２０で検出した信号を外部に取り出す信号端子である。
【００３４】
電源供給用のリード１０ａとステム４の突起６の間に所望の容量を有する積層セラミックチップコンデンサ１６が設けられているため、ＩＣ２２に供給する電源のノイズをＩＣの直近で遮断することができる。
【００３５】
フォトダイオード２０をリードヘッド１２ｂ上に搭載するには、リード１０ｂを挿入したステム４の穴の輪郭を認識し、その位置を基準としてフォトダイオード２０をリードヘッド１２ｂ上に実装する。
【００３６】
ステム４のリード１０ａ，１０ｂ，１０ｃを挿入する穴は、ステム４をプレス成形で形成するときに同時に空けるため、ステム４の外周部との相対位置が安定している。故に、リード１０ｂを挿入する穴の輪郭を基準にフォトダイオード２０を実装することで搭載位置が安定し、光学系の組み立て工数の削減を図ることができる。
【００３７】
尚上述した説明では、チップ部品として積層セラミックチップコンデンサ１６を実装した例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、チップ抵抗等の他のチップ部品も同様な方法で実装することができる。
【００３８】
図４を参照すると、本発明第２実施形態の断面図が示されている。本実施形態では、チップコンデンサ１６の電極１６ａを一対のリード１０のリードヘッド１２上に固定している。
【００３９】
図５を参照すると、本発明第３実施形態の断面図が示されている。本実施形態では、ステム４に切り欠き２５を形成し、リードヘッド２６の先端部２６ａをステム４の上面に対して斜めに折り曲げる。そして、チップコンデンサ１６の電極１６ａを切り欠き２５とリードヘッド２６の先端部２６ａに固定する。
【００４０】
図６を参照すると、本発明第４実施形態の平面図が示されている。本実施形態では、リードヘッド２８に熱膨張又は熱収縮を吸収する切り欠き２９が設けられている。
【００４１】
即ち、ステム４の突起６及びリードヘッド２８が温度変化により熱膨張又は熱収縮すると、これらに実装したチップコンデンサ１６が応力を受けて破損する恐れがある。これを防止するために、リードヘッド２８に切り欠き２９を設けて、熱変化に起因する応力を緩和するようにしたものである。
【００４２】
図７，図８及び図９は同一リードヘッド上にチップ部品実装とワイヤボンディングを行う際に、チップ部品実装のための蝋材がワイヤボンディング部に流れることを防止するようにした実施形態である。
【００４３】
図７に示した第５実施形態では、リードヘッド３０に切り欠き３１を形成し、蝋材１８がリードヘッド３０のワイヤボンディング部３０ａに流れ込むことを防止している。
【００４４】
図８に示した第６実施形態では、リードヘッド３２に設けた段差３３により、図９に示した第７実施形態では、リードヘッド３４に設けた凹部３５により、蝋材１８のワイヤボンディング部への流れ込みをそれぞれ防止している。
【００４５】
図１０及び図１１は本発明第８実施形態のリードヘッド３６及び突起６を示している。本実施形態は、リードヘッド３６及びステム４の突起６にチップコンデンサ１６を実装する際に、搭載したチップコンデンサ１６が脱落することを防止するためにリードヘッド３６及び突起６に凹部３６ａ，６ａをそれぞれ形成したものである。
【００４６】
次いで、図１２及び図１３を参照して、ステムを部品自動搭載機のトレイに固定する方法について説明する。トレイ４０には外周形状が円形のステム４０を収容するための円形の溝４２が形成されており、更に図１３に示すようにリード１０が挿入される穴４４が形成されている。
【００４７】
更に、図１２に示すように、ステム４の３個のタブ８を収容するための３個の溝４６が溝４２に連続して形成されている。ステム４をトレイ４０の溝４２中に収容し、板ばね４８でステム４を矢印Ａ方向に押すことにより、ステム４に形成した対向する一対のタブ８の側壁が溝４６の壁面に押し当てられ、ステム４はトレイ４０上に精度良く固定される。
【００４８】
これにより、トレイ４０とステム４の回転方向の位置精度が向上し、チップ部品の自動搭載が可能となり、光学系組み立て工数が削減できる。
図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）はステム固定方法の変形例を示している。図１４（Ａ）はステム４の外周にＶ形状の突起５０を形成し、この突起５０をトレイに形成したＶ形状の溝に突き当てるステム固定方法である。図１４（Ｂ）はステムの外周に一対の段差５２を形成し、これらの段差５２をトレイに突き当てるステム固定方法である。
【００４９】
図１４（Ｃ）はステムの外周に一対の切り欠き５４を形成し、これらの切り欠き５４中にトレイの突起を嵌合させるステム固定方法である。また、図１４（Ｄ）は、ステムの外周にＶ形状の溝５６を形成し、更に板ばね４８の突き当て部を平面状に形成したステム固定方法である。
【００５０】
次いで、図１５を参照して、パッケージホルダの第１実施形態について説明する。符号５９は図２に示すようにステム４上に各チップ部品を実装した後、キャップ５８をステム４に抵抗溶接した受光素子パッケージを示している。
【００５１】
符号６０は鉄ニッケル合金から形成されたパッケージホルダであり、パッケージ５９を内部に収容してステム４に抵抗溶接される。パッケージホルダ６０は側壁６０ａと、光路用の穴６２を有する上壁６０ｂと、側壁６０ａと上壁６０ｂを連結するコーナー壁６０ｃとから構成される。
【００５２】
コーナー壁６０ｃの内周面６４は側壁６０ａの内周面と穴６２を連結するテーパ状に形成されている。テーパ状内周面６４はキャップ５８に干渉しないように、キャップ５８の高さに対して十分なクリアランスを持つ位置に形成する。
【００５３】
このようにパッケージホルダ６０がステム４に溶接された光半導体アセンブリをバブルリークテスト用の液槽に漬け込むと、パッケージホルダ６０内に溜まっている空気がテーパ状内周面６４を伝わって効果的に外部に排出される。
【００５４】
更に、パッケージ５９の気密に不良があった場合にも、パッケージ５９から排出された気泡がパッケージホルダ６０の穴６２から排出されやすいため、観察が容易になる。
【００５５】
図１６はパッケージホルダ６０Ａの第２実施形態を示しており、コーナー壁６０ｃの内周面６５を曲面状に形成したものである。この実施形態でも、図１５に示した実施形態と同様に気泡の観察が容易になる。
【００５６】
図１７（Ａ）及び図１７（Ｂ）はパッケージホルダ６０Ｂの第３実施形態を示している。本実施形態のパッケージホルダ６０Ｂは上壁６０ｂに空気抜き用の複数の穴６６を有している。本実施形態でも、図１５に示した実施形態と同様に気泡の観察が容易になる。
【００５７】
パッケージホルダをメタルインジェクションモールドで製造する場合、型抜きのための押し出し用のピンを突き当てる部分が必要となる。図１８（Ａ）及び図１８（Ｂ）はこれに対応したパッケージホルダの実施形態を示しており、図１８（Ａ）は断面図、図１８（Ｂ）はその低面図である。
【００５８】
本実施形態では、テーパ状内周面６４にパッケージホルダ上面に平行な平面を有する複数の突起６８を設け、これらの突起６８の平面部に押し出し用のピンを突き当てて型抜きをし易くしたものである。
【００５９】
上述した実施形態では本発明を主に受光素子アセンブリについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発光素子アセンブリを含む一般的な光半導体アセンブリにも同様に適用可能である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明は以上詳述したように金属ステム及びリードヘッド上にチップ部品を搭載するようにしたので、光半導体アセンブリのコストダウン、小型化及び信頼性の向上を図ることができる。更に、特殊形状のパッケージホルダを採用することにより、信頼性の向上及び検査工数の削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】キャップ及びチップ部品を搭載しない状態の本発明第１実施形態の斜視図である。
【図２】部品実装後の第１実施形態平面図である。
【図３】第１実施形態の部分拡大断面図である。
【図４】第２実施形態の一部を示す断面図である。
【図５】第３実施形態の一部を示す断面図である。
【図６】第４実施形態の一部を示す平面図である。
【図７】第５実施形態の一部を示す平面図である。
【図８】第６実施形態の一部を示す断面図である。
【図９】第７実施形態の一部を示す断面図である。
【図１０】第８実施形態の一部を示す分解斜視図である。
【図１１】第８実施形態の一部を示す分解斜視図である。
【図１２】ステムをトレイに固定する方法を示す平面図である。
【図１３】図１２の断面図である。
【図１４】ステム固定方法の変形例を示す図である。
【図１５】パッケージホルダの第１実施形態断面図である。
【図１６】パッケージホルダの第２実施形態断面図である。
【図１７】パッケージホルダの第３実施形態を示す図であり、図１７（Ａ）が断面図、図１７（Ｂ）がその平面図である。
【図１８】パッケージホルダの第４実施形態を示す図であり、図１８（Ａ）が断面図、図１８（Ｂ）がその底面図である。
【符号の説明】
４  ステム
６  突起
８  タブ
１０，１０ａ〜１０ｄ  リード
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，  リードヘッド
１４  ガラス
１６  チップコンデンサ
２０  ＰＤ
２２  ベアチップＩＣ
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
0003784440.tif 000018
【図１８】
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