JP2000277758A - 光半導体素子収納用パッケージの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光ファイバー部材が固定される金属製固定部材
を基体に強固に取着することができない。 【解決手段】光半導体素子３を収容する基体１に、一端
に光ファイバー部材１１が接続される筒状の金属製固定
部材８をロウ付け取着するにあたり、表面にニッケルめ
っき層１２と金めっき層１３が順次被着され、内部に透
光性部材９がガラス１４を介し取着された金属製固定部
材８を還元雰囲気中で加熱処理し、金めっき層１３の表
面に形成されている酸化ニッケルを除去する。

Description

【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収容
するための光半導体素子収納用パッケージに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、光半導体素子を収容するための光
半導体素子収納用パッケージは、一般に酸化アルミニウ
ム質焼結体等のセラミックス材から成り、上面に光半導
体素子を収容するための凹部を有する基体と、該基体の
側部に形成された貫通孔と、前記基体の貫通孔周辺の外
表面にロウ付け取着され、内部に光信号が伝達される空
間を有する鉄ーニッケル合金（鉄：５０重量％、ニッケ
ル：５０重量％）等の金属材料から成る筒状の固定部材
と、前記筒状固定部材の内部にガラスを介して取着され
た筒状固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、前記基体の
凹部内側から外表面にかけて被着導出されているタング
ステンやモリブデン、マンガン等から成り、光半導体素
子の電極がボンディングワイヤ等の電気的接続手段を介
して接続される複数個の配線導体層と、前記基体の上面
に取着され、前記凹部を塞ぐ蓋体とから構成されてお
り、前記基体の凹部内に光半導体素子をガラス、樹脂、
ロウ材等の接着剤を介して接着固定するとともに該光半
導体素子の各電極をボンディングワイヤ等の電気的接続
手段を介して配線導体層に電気的に接続し、しかる後、
前記基体の上面に蓋体をガラス、樹脂、ロウ材等から成
る封止材を介して接合させ、基体と蓋体とから成る容器
内部に光半導体素子を気密に収容するとともに筒状固定
部材に光ファイバー部材をＹＡＧ等のレーザー光線を使
用して溶接接続させることによって製品としての光半導
体装置となる。

【０００３】かかる光半導体装置は外部電気回路から供
給される駆動信号に基づいて光半導体素子に所定の光励
起を起こさせ、該励起した光を透光性部材を介し光ファ
イバー部材に授受させるとともに該光ファイバー部材の
光ファイバー内を伝達させることによって高速通信等に
使用される。

【０００４】また上述の光半導体素子収納用パッケージ
は、筒状固定部材の基体へのロウ付け取着が下記の方法
によって行われている。即ち、 （１）まず筒状固定部材の表面に、基体へのロウ付け取
着を確実、強固とするためにニッケルめっき層及び金め
っき層を順次被着させる。

【０００５】前記ニッケルめっき層は筒状固定部材への
金めっき層の被着を強固とするための下地部材であり、
電解めっき法や無電解めっき法を採用することによって
筒状固定部材の外表面に約０．５〜５μｍの厚みに被着
される。

【０００６】また前記金めっき層は筒状固定部材に対す
るロウ材の濡れ性を良好とする作用をなし、電解めっき
法や無電解めっき法を採用することによってニッケルめ
っき層上に約１〜３μｍの厚みに被着される。

【０００７】（２）次に前記筒状固定部材の内部に透光
性部材をガラスを介して取着し、筒状固定部材の内部を
塞ぐ。

【０００８】前記筒状固定部材への透光性部材の取着は
筒状固定部材の内部に透光性部材の融点より低い融点を
有する、例えば、低融点ハンダガラスを塗布するととも
に該塗布した低融点ハンダガラス上に透光性部材を載置
し、しかる後、これを大気中、約４５０℃の温度に加熱
し、低融点ガラスを溶融させることによって行われる。

【０００９】（３）そして最後に前記基体の貫通孔周辺
の外表面に金―錫合金等からなる低融点ロウ材を介して
筒状固定部材をロウ付け取着し、これによって製品とし
ての光半導体素子収納用パッケージが完成する。

【００１０】前記基体への筒状固定部材のロウ付けは基
体の貫通孔周辺の外表面に筒状固定部材を、間に金―錫
合金（金：８０重量％、錫：２０重量％）等からなる低
融点ロウ材を挟んで載置し、しかる後、これを約３００
℃の温度に加熱し、低融点ロウ材を溶融させることによ
って行われる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の光半導体素子収納用パッケージの製造方法において
は、筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して
取着させる際、ガラス付けの熱及び雰囲気によって筒状
固定部材の外表面に被着されているニッケルめっき層の
一部が金めっき層中を拡散するとともに金めっき層表面
に露出し、これが酸化されて金めっき層表面に酸化ニッ
ケルが多量に形成されていまい、その結果、前記酸化ニ
ッケルはロウ材との濡れ性が悪いことから筒状固定部材
に対するロウ材の接合強度が大幅に低下し、基体に筒状
固定部材を強固にロウ付け取着することができないとい
う欠点を有していた。

【００１２】そこで上記欠点を解消するために筒状固定
部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着させた後
に筒状固定部材の表面にニッケルめっき層及び金めっき
層を順次被着させることが考えられる。

【００１３】しかしながら、前記筒状固定部材の内部に
透光性部材を取着させるガラスは低融点ハンダガラスで
あり、該低融点ハンダガラスは耐薬品性に劣ることから
筒状固定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着
させた後、筒状固定部材の表面にニッケルめっき層及び
金めっき層を被着させるとガラスがめっき液の薬品によ
って溶け、その結果、透光性部材が筒状固定部材より外
れてしまうという欠点が誘発される。

【００１４】本発明は上記欠点に鑑み案出されたもの
で、その目的は基体に筒状固定部材を強固にロウ付け取
着し、信頼性を極めて高いものとなした光半導体素子収
納用パッケージの製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上面に光半導
体素子を収容するための凹部を有する基体と、該基体の
側部に形成された貫通孔と、前記基体の貫通孔周辺の外
表面にロウ付けされ、一端に光ファイバー部材が接続さ
れる筒状の金属製固定部材と、前記筒状の金属製固定部
材の内部に取着され、金属製固定部材の内部を塞ぐ透光
性部材と、前記基体の上面に取着され、前記凹部を塞ぐ
蓋体とから成る光半導体素子収納用パッケージであっ
て、前記筒状の金属製固定部材が下記（ａ）乃至（ｄ）
の工程によって基体の貫通孔周辺の外表面にロウ付けさ
れていることを特徴とするものである。

【００１６】（ａ）筒状の金属製固定部材の表面にニッ
ケルめっき層と金めっき層を順次被着させる工程と、
（ｂ）金属製固定部材の内部に透光性部材をガラスを介
して取着する工程と、（ｃ）金属製固定部材を還元雰囲
気中で加熱処理する工程と、（ｄ）金属製固定部材を基
体の貫通孔周辺の外表面にロウ材を介してロウ付け取着
する工程。

【００１７】本発明の光半導体素子収納用パッケージの
製造方法によれば、金属製固定部材に透光性部材をガラ
スを介して取着した後、金属製固定部材を還元雰囲気中
で加熱処理するため金めっき層の表面に下地のニッケル
めっき層の拡散および酸化によってロウ材と濡れ性が悪
い酸化ニッケルが多量に形成されているとしても該酸化
ニッケルは還元によって完全に除去されることとなり、
その結果、筒状の金属製固定部材に対するロウ材の接合
強度が大幅に向上し、基体に筒状の金属製固定部材を極
めて強固にロウ付け取着することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明を添付図面に基づき
詳細に説明する。図１乃至図４は本発明の製造方法によ
って作製された光半導体素子収納用パッケージの一実施
例を示し、１は基体、２は蓋体である。この基体１と蓋
体２とで内部に光半導体素子３を収容するための容器が
構成される。

【００１９】前記基体１はその上面に光半導体素子３を
収容するための空所を形成する凹部１ａが設けてあり、
該凹部１ａ底面には光半導体素子３が搭載固定される。

【００２０】前記基体１は、例えば、酸化アルミニウム
質焼結体等のセラミックスより成り、酸化アルミニウ
ム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の
原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合し
て泥漿物を作るとともに、該泥漿物をドクターブレード
法やカレンダーロール法を採用することによってセラミ
ックグリーンシート（セラミック生シート）となし、し
かる後、前記セラミックグリーンシートに適当な打ち抜
き加工を施すとともにこれを複数枚積層し、約１５００
℃の温度で焼成することによって製作される。

【００２１】また前記基体１は凹部１ａの内面から基体
１の外側面にかけて複数個の配線層４が被着形成されて
おり、該配線層４の凹部１ａ内に露出する領域には光半
導体素子３の各電極がボンディングワイヤ５を介して電
気的に接続され、また基体１の外側面に形成されている
領域には外部電気回路と接続される外部リード端子６が
銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されている。

【００２２】前記配線層４は光半導体素子３の各電極を
外部電気回路に接続する際の導電路として作用し、タン
グステンやモリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に
より形成されている。

【００２３】前記配線層４は、例えば、タングステンや
モリブデン、マンガン等の高融点金属粉末に適当な有機
バインダー、溶剤等を添加混合して得た金属ペーストを
基体１となるセラミックグリーンシートに予め従来周知
のスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布して
おくことによって基体１の凹部１ａ内から基体１の外側
面にかけて被着形成される。

【００２４】また前記配線層４はその露出する表面にニ
ッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材との濡れ性に
優れる金属を１μｍ乃至２０μｍの厚みにメッキ法によ
り被着させておくと、配線層４の酸化腐蝕を有効に防止
することができるとともに配線層４への外部リード端子
６のロウ付けを強固となすことができる。従って、前記
配線層４はその露出する表面にニッケル、金等の耐蝕性
に優れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属を１μｍ乃
至２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２５】更に前記配線層４には外部リード端子６が
銀ロウ等のロウ材を介してロウ付け取着されており、該
外部リード端子６は容器内部に収容する光半導体素子３
の各電極を外部電気回路に電気的に接続する作用をな
し、外部リード端子６を外部電気回路に接続することに
よって容器内部に収容される光半導体素子３は配線層４
及び外部リード端子６を介して外部電気回路に接続され
ることとなる。

【００２６】前記外部リード端子６は鉄ーニッケルーコ
バルト合金や鉄ーニッケル合金等の金属材料からなり、
例えば、鉄ーニッケルーコバルト合金等の金属材料から
成るインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜き加工法
等、従来周知の金属加工法を施すことによって所定の形
状に形成される。

【００２７】前記外部リード端子６はまたその露出する
表面にニッケル、金等の耐蝕性に優れ、かつロウ材との
濡れ性に優れる金属を１μｍ乃至２０μｍの厚みにメッ
キ法により被着させておくと、外部リード端子６の酸化
腐蝕を有効に防止することができるとともに外部リード
端子６を外部電気回路に接続する際、その接続を確実、
強固となすことができる。従って、前記外部リード端子
６はその露出する表面にニッケル、金等の耐蝕性に優
れ、かつロウ材との濡れ性に優れる金属を１μｍ乃至２
０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。

【００２８】前記外部リード端子６が取着された基体１
はまたその側部に貫通孔１ｂが形成されており、貫通孔
１ｂには筒状の金属製固定部材８が挿入固定され、更に
金属製固定部材８の内側の一部には透光性部材９が取着
されている。

【００２９】前記基体１の側部に形成されている貫通孔
１ｂは、例えば、基体１となるセラミッググリーンシー
トに予め打ち抜き加工法により孔を形成しておくことに
よって、或いは基体１の側部に孔あけ加工を施すことに
よって基体１の側部に所定形状に形成される。

【００３０】また前記基体１の外側面で貫通孔１ｂの周
辺には筒状の金属製固定部材８が取着されており、該金
属製固定部材８は、光ファイバー部材１１を基体１に固
定する際の下地固定部材として作用するとともに光半導
体素子３が励起した光を光ファイバー部材１１に伝達さ
せる作用をなし、鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニ
ッケル合金等の金属材料で形成されている。

【００３１】なお、前記金属製固定部材８は、例えば、
鉄ーニッケルーコバルト合金等のインゴット（塊）をプ
レス加工により筒状とすることによって形成される。

【００３２】また前記金属製固定部材８の基体１外側面
への取着は、基体１の外側面で貫通孔１ｂの周辺に予め
タングステンやモリブデン等からなる金属層を被着させ
ておき、該金属層に筒状の金属製固定部材８に設けたフ
ランジをロウ付けすることによって行われる。

【００３３】更に前記筒状の金属製固定部材８は、その
内側の一部に透光性部材９が取着されており、該透光性
部材９は金属製固定部材８の内側を塞ぎ、基体１と蓋体
２とからなる容器の気密封止を保持させるとともに金属
製固定部材８の内部空間を伝達する光半導体素子３の励
起した光をそのまま金属製固定部材８に取着接続される
光ファイバー部材１１に伝達させる作用をなす。

【００３４】前記透光性部材９は、例えば、酸化珪素、
酸化鉛を主成分とした鉛系及びホウ酸、ケイ砂を主成分
としたホウケイ酸系の非晶質ガラスで形成されており、
該非晶質ガラスは結晶軸が存在しないことから光半導体
素子３の励起する光を透光性部材９を通過させて光ファ
イバー部材１１に授受させる場合、光半導体素子３の励
起した光は透光性部材９で複屈折を起こすことはなくそ
のまま光ファイバー部材１１に授受されることとなり、
その結果、光半導体素子３が励起した光の光ファイバー
部材１１への授受が高効率となって光信号の伝送効率を
高いものとなすことができる。

【００３５】前記筒状の金属製固定部材８は更にその外
側の一端に光ファイバー部材１１に取着されているフラ
ンジがＹＡＧ等のレーザー光線を使用して溶接され、こ
れによって光半導体素子３に光信号を伝達するための光
ファイバー部材１１が基体１に固定されることとなる。

【００３６】また更に前記基体１の上面には、例えば、
鉄ーニッケルーコバルト合金や鉄ーニッケル合金等の金
属材料から成る蓋体２が接合され、これによって基体１
と蓋体２とからなる容器の内部に光半導体素子３が気密
に封止されることとなる。

【００３７】前記蓋体２は、例えば、鉄ーニッケルーコ
バルト合金等のインゴット（塊）に圧延加工法や打ち抜
き加工法等、従来周知の金属加工法を施すことによって
所定の形状に形成される。

【００３８】かくして本発明の光半導体素子収納用パッ
ケージによれば、基体１の凹部１ａに光半導体素子３を
載置固定するとともに光半導体素子３の各電極をボンデ
イングワイヤ５を介して配線層４に電気的に接続し、次
に基体１の上面に蓋体２を接合させ、基体１と蓋体２と
から成る容器内部に光半導体素子３を収容し、最後に基
体１に取着させた筒状の金属製固定部材８に光ファイバ
ー部材１１を取着接続させることによって最終製品とし
ての光半導体装置となる。

【００３９】かかる光半導体装置は外部電気回路から供
給される駆動信号に基づいて光半導体素子３に所定の光
励起を起こさせ、該励起した光を透光性部材９を介し光
ファイバー部材１１に授受させるとともに該光ファイバ
ー部材１１の光フアイバー内を伝達させることによって
高速通信等に使用される。

【００４０】次に前記光半導体素子収納用パッケージに
おける金属製固定部材の基体への取着について図５
（ａ）乃至（ｃ）に基づき説明する。まず図５（ａ）に
示すごとく、筒状の金属製固定部材８の表面に、基体１
へのロウ付け取着を確実、強固とするためにニッケルめ
っき層１２及び金めっき層１３を順次被着させる。

【００４１】前記ニッケルめっき層１２は金属製固定部
材８への金めっき層１３の被着を強固とするための下地
部材であり、電解めっき法や無電解めっき法を採用する
ことによって金属製固定部材８の表面に約０．５〜５μ
ｍの厚みに被着される。

【００４２】前記ニッケルめっき層１２はこれを電解め
っき法を採用することによって形成する場合、金属製固
定部材８を、例えば、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、ホ
ウ酸（ＮｉＳＯ₄ ・６Ｈ₂ Ｏ＋ＮｉＣｌ₂ ＋６Ｈ₂ Ｏ＋
Ｈ₃ ＢＯ₃ ）からなるニッケルめっき浴中に浸漬すると
ともに金属製固定部材８に電流密度０．１〜２Ａ／ｄｍ
² 程度のめっき用電力を印加することによって行われ
る。

【００４３】また前記金めっき層１３は金属製固定部材
８に対するロウ材の濡れ性を良好とする作用をなし、電
解めっき法や無電解めっき法を採用することによってニ
ッケルめっき層上に約１〜３μｍの厚みに被着される。

【００４４】前記金めっき層１３はこれを電解めっき法
を採用することによって形成する場合、表面にニッケル
めっき層１２が被着された金属製固定部材８を、例え
ば、シアン化金カリウムおよび燐酸カリウムからなる金
めっき浴中に浸漬するとともに金属製固定部材８に電流
密度０．２〜１．５Ａ／ｄｍ² 程度のめっき用電力を印
加することによって行われる。

【００４５】次に図５（ｂ）に示すごとく、前記金属製
固定部材８の内部に透光性部材９をガラス１４を介して
取着し、金属製固定部材８の内部を塞ぐ。

【００４６】前記金属製固定部材８への透光性部材９の
取着は金属製固定部材８の内部に透光性部材９の融点よ
り低い融点を有する、例えば、低融点ハンダガラス１４
を塗布するとともに該塗布した低融点ハンダガラス１４
上に透光性部材９を載置し、しかる後、これを大気中、
約４５０℃の温度に加熱し、低融点ハンダガラス１４を
溶融させることによって行われる。この場合、ガラス付
けの熱及び雰囲気によって金属製固定部材８の表面に被
着されているニッケルめっき層１２はその一部が金めっ
き層１３中を拡散して金めっき層１３の表面に露出し、
該金めっき層１３の表面に露出したニッケルは酸化され
酸化ニッケルとなって金めっき層１３表面に多量に形成
されてしまう。

【００４７】次に前記金属製固定部材８を還元雰囲気中
で加熱処理し、金めっき層１３の表面に多量に形成され
ている酸化ニッケルを還元し、除去する。

【００４８】前記還元雰囲気としては水素雰囲気、窒素
雰囲気、或いは水素と窒素の混合雰囲気が好適であり、
加熱処理の温度としては金属製固定部材８に透光性部材
９を取着するガラス１４の融点よりも低い温度、例え
ば、２００〜４２０℃の範囲がよい。

【００４９】前記金属製固定部材８は金めっき層１３の
表面に形成されているロウ材に対し濡れ性が悪い酸化ニ
ッケルが還元雰囲気中での加熱処理によって除去される
ことから金めっき層１３のロウ材に対する濡れ性は極め
て良好なものとなっている。

【００５０】そして最後に前記金属製固定部材８を基体
１の貫通孔１ｂ周辺に予め被着させておいた金属層にロ
ウ材１５を介しロウ付け取着することによって図５
（ｃ）に示すごとく基体１への金属製固定部材８のロウ
付け取着が完了する。

【００５１】前記金属製固定部材８の基体１へのロウ付
け取着は基体１の貫通孔１ｂ周辺に被着されている金属
層上に間に金―錫合金（金：８０重量％、錫：２０重量
％）等からなる低融点のロウ材１５を挟んで載置し、し
かる後、これを約３００℃の温度に加熱し、低融点のロ
ウ材１５を溶融させることによって行われる。この場
合、金属製固定部材８は金めっき層１３の表面に形成さ
れているロウ材に対し濡れ性が悪い酸化ニッケルが還元
雰囲気中での加熱処理によって除去されていることから
金めっき層１３とロウ材１５とは極めて強固に接合し、
これによって金属製固定部材８は基体１に極めて強固に
ロウ付け取着されることとなる。

【００５２】なお、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
種々の変更は可能であり、例えば、上述の実施例では、
光半導体素子３が光を励起する場合について説明した
が、これが光ファイバー部材１１を介して伝達された光
を光半導体素子３が電気信号に変換し、該変換された電
気信号を外部に取り出すようにした場合にも適用可能で
ある。

【００５３】また上述の実施例では基体１を酸化アルミ
ニウム質焼結体等のセラミックスで形成したが、これを
鉄―ニッケル―コバルト合金等の金属材料で形成しても
よい。

【００５４】

【発明の効果】本発明の光半導体素子収納用パッケージ
の製造方法によれば、金属製固定部材に透光性部材をガ
ラスを介して取着した後、金属製固定部材を還元雰囲気
中で加熱処理するため金めっき層の表面に下地のニッケ
ルめっき層の拡散および酸化によってロウ材と濡れ性が
悪い酸化ニッケルが多量に形成されているとしても該酸
化ニッケルは還元雰囲気中での加熱処理によって完全に
除去されることとなり、その結果、筒状の金属製固定部
材に対するロウ材の接合強度が大幅に向上し、基体に筒
状の金属製固定部材を極めて強固にロウ付け取着するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージの一実
施例を示す断面図である。

【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの要
部断面図である。

【図３】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの側
面図である。

【図４】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの蓋
体を除いた状態の平面図である。

【図５】（ａ）乃至（ｃ）は図１に示す光半導体素子収
納用パッケージの金属製固定部材を基体にロウ付け取着
する際の各工程毎の要部断面図である。

【符号の説明】

１・・・基体 １ａ・・凹部 １ｂ・・貫通孔 ２・・・蓋体 ３・・・光半導体素子 ４・・・配線層 ８・・・筒状の金属製固定部材 ９・・・透光性部材 １１・・・光ファイバー部材 １２・・・ニッケルめっき層 １３・・・金めっき層 １４・・・ガラス １５・・・ロウ材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上面に光半導体素子を収容するための凹部
   を有する基体と、該基体の側部に形成された貫通孔と、
   前記基体の貫通孔周辺の外表面にロウ付けされ、一端に
   光ファイバー部材が接続される筒状の金属製固定部材
   と、前記筒状の金属製固定部材の内部に取着され、金属
   製固定部材の内部を塞ぐ透光性部材と、前記基体の上面
   に取着され、前記凹部を塞ぐ蓋体とから成る光半導体素
   子収納用パッケージであって、前記筒状の金属製固定部
   材が下記（ａ）乃至（ｄ）の工程によって基体の貫通孔
   周辺の外表面にロウ付けされていることを特徴とする光
   半導体素子収納用パッケージの製造方法。 （ａ）筒状の金属製固定部材の表面にニッケルめっき層
   と金めっき層を順次被着させる工程と、（ｂ）金属製固
   定部材の内部に透光性部材をガラスを介して取着する工
   程と、（ｃ）金属製固定部材を還元雰囲気中で加熱処理
   する工程と、（ｄ）金属製固定部材を基体の貫通孔周辺
   の外表面にロウ材を介してロウ付け取着する工程。