JP2003100922A - 入出力端子および半導体素子収納用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型化および小型化が可能となり、２０ＧＨ
ｚ以上の高周波信号を入出力する際に伝送損失を小さく
して伝送させ得ると共に必要な強度を確保できる入出力
端子およびこの入出力端子を用いた半導体パッケージを
提供すること。 【解決手段】 平板部４の線路導体２が露出している部
位に、同一面接地導体３と平板部４下面の接地導体３ｃ
とを接続すると共に線路方向に略平行な方向に並ぶよう
に高周波信号の波長の１／４以下の間隔８で第一の貫通
導体６ａが設けられ、平板部４の立壁部５が接合された
部位に、同一面接地導体３を貫通して立壁部５上面の接
地導体３ｃと平板部４下面の接地導体３ｂとを接続する
と共に線路方向に略平行な方向に並ぶように高周波信号
の波長の１／４以下の間隔８で第二の貫通導体６ｂが設
けられており、第二の貫通導体６ｂは立壁部５の線路方
向に略垂直な隣接する側面との間隔８ａが高周波信号の
波長の１／８以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数十ＧＨｚ以上の
高周波帯域で作動する半導体レーザ（ＬＤ）やフォトダ
イオード（ＰＤ）等の光半導体素子およびＩＣ，ＬＳＩ
等の半導体素子を収納するための半導体素子収納用パッ
ケージ等の入出力部に使用される入出力端子、およびこ
の入出力端子を用いた半導体素子収納用パッケージに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光通信やマイクロ波通信、ミリ波
通信等の分野で用いられる高周波信号により作動するＬ
Ｄ，ＰＤ等の光半導体素子およびＩＣ，ＬＳＩ等の半導
体素子を収納するための半導体素子収納用パッケージ
（以下、半導体パッケージという）として、例えば光通
信分野で用いられる光半導体パッケージを図４に示す。

【０００３】同図に示すように、光半導体パッケージ１
０９は、一般に、鉄（Ｆｅ）−ニッケル（Ｎｉ）−コバ
ルト（Ｃｏ）合金や銅（Ｃｕ）−タングステン（Ｗ）合
金等の金属材料から成る基体１１０を有する。この光半
導体パッケージ１０９は、上側主面にＬＤやＰＤ等の光
半導体素子１１３が載置固定される載置部１１０ａを有
する基体１１０と、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ
合金等の金属材料からなり、載置部１１０ａを囲繞する
ように基体１１０の上側主面に接合された枠体１１１と
から主に構成されている。この枠体１１１は、その側部
に設けられた貫通孔１１２に、光半導体素子１１３と外
部電気回路（図示せず）とを電気的に接続する絶縁端子
である同軸コネクタ（ガラスビード端子ともいう）１０
１が嵌着接合されている。

【０００４】また、枠体１１１には、他の側部に光半導
体素子１１３と光結合するための光伝送路である貫通孔
１２１が形成されている。この貫通孔１２１の枠体１１
１外側開口の周辺部には、枠体１１１の熱膨張係数に近
似した金属材料からなる筒状の光ファイバの固定部材１
１６が銀ロウ等のロウ材で接合される。固定部材１１６
には、戻り光防止用の光アイソレータ１１８と光ファイ
バ１１４とが樹脂接着剤で接着された金属ホルダ１１９
が固定されている。また、固定部材１１６の内部には、
非晶質ガラス等からなり集光レンズとして機能するとと
もに光半導体パッケージ１０９内部を気密に塞ぐ機能を
有する透光性部材１１５が固定される。

【０００５】また、固定部材１１６と金属ホルダ１１９
とは、各々の端面同士がレーザ溶接等により固定され
る。一方、固定部材１１６と透光性部材１１５とは、２
００〜４００℃の融点を有する金（Ａｕ）−錫（Ｓｎ）
合金等の低融点ロウ材によりロウ付けして固定される。

【０００６】また、光半導体素子１１３の下面にはペル
チェ素子等の電子冷却素子１２０が配置されており、光
半導体素子１１３の作動時にそれを冷却する。さらに、
載置部１１０ａ上には、光半導体素子１１３の駆動用ま
たは信号増幅用のＬＳＩ等の半導体素子１１３’が設け
られる。半導体素子１１３’の下面にも電子冷却素子１
２０またはヒートシンクを配設し得る。そして、光半導
体素子１１３の電極が、ボンディングワイヤ（図示せ
ず）を介して外部リード端子（図示せず）に電気的に接
続される。

【０００７】また、同軸コネクタ１０１は、金属材料か
ら成る筒状の外周導体１０１ａと、絶縁体１０１ｂと、
中心導体１０１ｃとから成る。絶縁体１０１ｂとして
は、硼珪酸ガラス等が外周導体１０１ａの内部に充填さ
れて成る。また、中心導体１０１ｃは、外周導体１０１
ａの中心軸部分に絶縁体１０１ｂを介して装着され、光
半導体パッケージ１０９内外を導通させる機能を有す
る。また、外周導体１０１ａは枠体１１１の内側に設け
た貫通孔１１２の内周面にＡｕ−Ｓｎ合金等の低融点ロ
ウ材でロウ付けして固定される。この同軸コネクタ１０
１は、外部電気回路と光半導体素子１１３とを電気的に
接続する機能を有するとともに光半導体パッケージ１０
９の内部を気密に塞ぐ機能も有する。

【０００８】そして、基体１１０の載置部１１０ａに光
半導体素子１１３を電子冷却素子１２０を介して樹脂接
着剤、ロウ材等の接着剤により接着固定する。次に、半
導体素子１１３’の電極をボンディングワイヤを介して
同軸コネクタ１０１の中心導体１０１ｃに電気的に接続
する。その後、光アイソレータ１１８と光ファイバ１１
４が固定された金属ホルダ１１９を固定部材１１６に溶
接する。次いで、枠体１１１の上面に蓋体１１７をシー
ム溶接やロウ接等によって接合して、基体１１０と枠体
１１１および蓋体１１７とからなる容器内部に光半導体
素子１１３および半導体素子１１３’を気密に収容し
て、製品としての光半導体装置となる。

【０００９】このような光半導体装置は、例えば、外部
電気回路から供給される駆動用の高周波信号により光半
導体素子１１３を光励起させ、光励起されたレーザ光等
の光を透光性部材１１５を通して光ファイバ１１４に授
受させ、光ファイバ１１４内を伝送させることにより、
大容量の情報を高速に伝送できる光電変換装置として機
能し、光通信分野等に多用されている。

【００１０】しかしながら、上記従来の光半導体パッケ
ージにおいて、同軸コネクタ１０１の枠体１１１におけ
る基体１１０底面からの最大高さは、外周導体１０１ａ
の外径寸法と、絶縁体１０１ｂの外径寸法に支配され
る。この絶縁体１０１ｂの外径寸法は、外周導体１０１
ａおよび枠体１１１と同軸コネクタ１０１の中心導体１
０１ｃとの絶縁性が十分に確保できるように十分な体積
および厚さを有するように設けられている。そのため、
電気的な接続を行う中心導体１０１ｃの位置が基体１１
０の底面からきわめて高くなる。

【００１１】従って、同軸コネクタ１０１を嵌着接合す
る貫通孔１１２が大きくなるとともに、枠体１１１自体
の高さも高くなる。その結果、光半導体パッケージ１０
９の低背化、即ち小型化が極めて困難になるという問題
点があった。

【００１２】そこで、このような問題点を解消するため
に、上記同軸コネクタ１０１に代えて、例えば図５に示
すようなセラミックスから成る入出力端子１０１’が用
いられている。この入出力端子１０１’は、平板部１０
４とその上面に設置された立壁部１０５とから成る。平
板部１０４の上面には、高周波信号の伝送路（入力線路
および／または出力線路）として線路導体１０２が設け
られている。また、線路導体１０２の両側には所定間隔
でもって同一面接地導体１０３が形成されている。平板
部１０４と立壁部１０５はアルミナセラミックス等から
成り、十分な絶縁性を有しているため、その厚さを厚く
する必要がなく小型化が可能なものである。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
インターネット等を利用した光通信分野に用いられる光
電変換装置に対する高速伝送化の要求はさらに高まり、
数十ＧＨｚ帯域での高速化が切望されている。上記従来
の入出力端子１０１’を用いた光半導体パッケージで
も、高周波信号の周波数がさほど高くない場合には、高
周波信号の伝送特性はほとんど問題とはならない。しか
し、周波数が数十ＧＨｚ以上に高くなるにしたがって、
立壁部１０５の側面の奥行き（線路方向の長さ）により
高周波信号（電磁波）の共振が起こり、電磁波の放射現
象が発生して入出力端子１０１’の特性インピーダンス
の不連続が起こる。それを回避するため、絶縁体である
立壁部１０５の横幅および奥行き（線路方向に平行な側
面間の幅および線路方向の長さ）を極めて小さくしなけ
ればならない。例えば、立壁部１０５をアルミナセラミ
ックスで形成すると、２０ＧＨｚの高周波信号を用いる
場合立壁部１０５の奥行き（線路方向の長さ）は約１ｍ
ｍ程度、３０ＧＨｚでは約０．５ｍｍ程度とする必要が
ある。

【００１４】そのため、微細な配線を行なう必要がある
うえ設計の自由度が制限される。さら、平板部１０４と
立壁部１０５との接合の位置精度や枠体１１１への入出
力端子１０１’の接合の位置精度がばらつき、入出力端
子１０１’の線路導体１０２で特性インピーダンスが安
定しなくなる。そのため、線路導体１０２における入射
信号の反射が増大する。その結果、２０ＧＨｚ以上での
高周波信号の伝送特性が劣化するという問題点があっ
た。

【００１５】また、入出力端子１０１’の線路方向に平
行な側面間の幅が狭くなり、その強度が劣化するため、
枠体１１１の取付部に入出力端子１０１’をロウ付けす
る際に、入出力端子１０１’と枠体１１１との熱膨張差
により入出力端子１０１’にクラック等が生じて、光半
導体パッケージ１０９の気密性が損なわれるという問題
点もあった。

【００１６】従って、本発明は、上記問題点に鑑みて完
成されたものであり、その目的は、薄型化および小型化
が可能となり、半導体素子および光半導体素子と外部電
気回路との間で２０ＧＨｚ以上の高周波信号を入出力す
る際に、伝送損失を小さくして効率良く伝送させること
ができると共に必要な強度を確保できる入出力端子、お
よびこの入出力端子を用いた半導体パッケージを提供す
ることにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の入出力端子は、
略長方形の誘電体板から成る平板部と、該平板部の上面
の１辺から対向する他辺にかけて入力線路および／また
は出力線路として形成された、差動線路とされている２
本の線路導体と、前記平板部の上面の前記２本の線路導
体の両側に等間隔をもって形成された同一面接地導体
と、前記平板部の上面に前記線路導体および前記同一面
接地導体を間に挟んで接合された誘電体から成る立壁部
とを具備した入出力端子において、前記立壁部の上面と
前記平板部の下面に接地導体が形成されており、前記平
板部の前記線路導体が露出している部位に、前記同一面
接地導体と前記平板部の下面の前記接地導体とを電気的
に接続するとともに前記線路導体の線路方向に略平行な
方向に並ぶように前記線路導体で伝送される高周波信号
の波長の４分の１以下の間隔で複数の第一の貫通導体が
設けられ、前記平板部の前記立壁部が接合された部位
に、前記同一面接地導体を貫通して前記立壁部の上面の
前記接地導体と前記平板部の下面の前記接地導体とを電
気的に接続するとともに前記線路方向に略平行な方向に
並ぶように前記高周波信号の波長の４分の１以下の間隔
で複数の第二の貫通導体が設けられており、該第二の貫
通導体は前記立壁部の前記線路方向に略垂直な隣接する
側面との間隔が前記高周波信号の波長の８分の１以下で
あることを特徴とする。

【００１８】また、本発明の入出力端子は、略長方形の
誘電体板から成る平板部と、該平板部の上面の１辺から
対向する他辺にかけて入力線路および／または出力線路
として形成された、差動線路とされている２本の線路導
体と、前記平板部の上面の前記２本の線路導体の両側に
等間隔をもって形成された同一面接地導体と、前記平板
部の上面に前記線路導体および前記同一面接地導体を間
に挟んで接合された誘電体から成る立壁部とを具備した
入出力端子において、前記立壁部の上面に接地導体が、
前記平板部の内部に内層接地導体が形成されており、前
記平板部の前記線路導体が露出している部位に、前記同
一面接地導体と前記内層接地導体とを電気的に接続する
とともに前記線路導体の線路方向に略平行な方向に並ぶ
ように前記線路導体で伝送される高周波信号の波長の４
分の１以下の間隔で複数の第一の貫通導体が設けられ、
前記平板部の前記立壁部が接合された部位に、前記同一
面接地導体を貫通して前記立壁部の上面の前記接地導体
と前記内層接地導体とを電気的に接続するとともに前記
線路方向に略平行な方向に並ぶように前記高周波信号の
波長の４分の１以下の間隔で複数の第二の貫通導体が設
けられており、該第二の貫通導体は前記立壁部の前記線
路方向に略垂直な隣接する側面との間隔が前記高周波信
号の波長の８分の１以下であることを特徴とする。

【００１９】本発明は、第一の貫通導体および第二の貫
通導体の間隔（中心間距離）を線路導体で伝送される高
周波信号の波長の４分の１以下とすることにより、貫通
導体の導体抵抗およびインダクタンス成分に起因する接
地電位の不安定が解消される。これにより、数十ＧＨｚ
以上という高い周波数帯域においても、接地電位が安定
化する。また、第二の貫通導体は立壁部の線路方向に略
垂直な隣接する側面との間隔（第二の貫通導体の中心と
側面との距離）が高周波信号の波長の８分の１以下であ
ることから、立壁部における電磁波の共振および放射現
象が抑制され、線路導体を通る高周波信号の反射損失を
極めて小さくすることができる。

【００２０】その結果、数十ＧＨｚ帯域以上の高周波信
号の入出力を伝送損失を小さくして、正確かつ円滑に行
うことができるとともに、入出力端子の薄型化および小
型化が可能となる。

【００２１】また、ボンディングワイヤ等のインダクタ
ンス（Ｌ）成分が発生しても、一対の線路導体で入出力
される伝搬モードによりL成分の影響が緩和でき、かつ
特性インピーダンスも整合がとれることから、線路導体
での数十ＧＨｚ以上の高周波信号のさらに良好な伝送特
性が実現できる。

【００２２】本発明の半導体パッケージは、上側主面に
半導体素子が載置される載置部を有する基体と、該基体
の前記上側主面に前記載置部を囲繞するように取着さ
れ、側部に貫通孔または切欠き部から成る入出力端子の
取付部が形成された枠体と、前記取付部に嵌着された本
発明の入出力端子とを具備したことを特徴とする。

【００２３】本発明は、上記の構成により、半導体パッ
ケージの薄型化および小型化を実現でき、半導体素子と
外部電気回路との間で数十ＧＨｚ以上の高周波信号の入
出力を伝送損失を小さくして伝達可能なものとすること
ができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の入出力端子および半導体
パッケージについて以下に詳細に説明する。図１は本発
明の入出力端子について実施の形態の一例を示す斜視図
である。図１において、１は線路導体２と同一面接地導
体層３とを有する平板部４と、立壁部５と、貫通導体６
とを具備した入出力端子であって、例えば光半導体パッ
ケージに使用される入出力端子である。

【００２５】本発明の入出力端子１の平板部４は、アル
ミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）セラミックス、窒化アルミニウム（Ａ
ｌＮ）セラミックス、ガラスセラミックス等の略長方形
の誘電体からなる。平板部４は、この上面の略中央部に
一辺から他辺にかけて形成された入力線路および／また
は出力線路として形成された差動線路とされている２本
の線路導体２と、その両側に等間隔をもって形成された
同一面接地導体３とを有する。即ち、２本の線路導体２
は、一方が入力線路で他方が出力線路である構成、両方
が入力線路である構成、両方が出力線路である構成とし
得る。また、平板部４の側面には接地導体３ａ、下面に
は接地導体３ｂが形成されている。

【００２６】この平板部４の上面には、線路導体２と同
一面接地導体３を間に挟んで接合された立壁部５が設け
られる。立壁部５は、その上面に接地導体３ｃが形成さ
れ、側面に接地導体３ａを延出するように接地導体３ｄ
が形成されており、Ａｌ₂Ｏ₃セラミックス、ＡｌＮセラ
ミックス、ガラスセラミックス等の誘電体から成る。

【００２７】本発明の入出力端子１は、図１のように、
平板部４の線路導体２が露出している部位に、同一面接
地導体３と平板部４下面の接地導体３ｂとを電気的に接
続するとともに線路導体２の線路方向に略平行な方向に
並ぶように線路導体２で伝送される高周波信号の波長の
４分の１以下の間隔８で複数の第一の貫通導体６ａが設
けられ、平板部４の立壁部５が接合された部位に、同一
面接地導体３を貫通して立壁部５の上面の接地導体３ｃ
と平板部４の下面の接地導体３ｂとを電気的に接続する
とともに線路方向に略平行な方向に並ぶように高周波信
号の波長の４分の１以下の間隔８で複数の第二の貫通導
体６ｂが設けられており、第二の貫通導体６ｂは立壁部
５の線路方向に略垂直な隣接する側面との間隔８ａが高
周波信号の波長の８分の１以下である。

【００２８】また本発明の入出力端子１は、図２のよう
に、平板部４の線路導体２が露出している部位に、同一
面接地導体３と内層接地導体３ｅとを電気的に接続する
とともに線路導体２の線路方向に略平行な方向に並ぶよ
うに線路導体２で伝送される高周波信号の波長の４分の
１以下の間隔８で複数の第一の貫通導体６ａが設けら
れ、平板部４の立壁部５が接合された部位に、同一面接
地導体３を貫通して立壁部５の上面の接地導体３ｃと内
層接地導体３ｅとを電気的に接続するとともに線路方向
に略平行な方向に並ぶように高周波信号の波長の４分の
１以下の間隔８で複数の第二の貫通導体６ｂが設けられ
ており、第二の貫通導体６ｂは立壁部５の線路方向に略
垂直な隣接する側面との間隔８ａが高周波信号の波長の
８分の１以下である。

【００２９】そして、これら貫通導体６ａ，６ｂ同士の
間隔（中心間距離）８が線路導体２で伝送される高周波
信号の波長の４分の１以下であることが必要である。即
ち、貫通導体６同士の間隔８を高周波信号の波長の４分
の１以下とすることにより、数十ＧＨｚ以上の高い周波
数帯域で問題となる、貫通導体６の導通抵抗およびイン
ダクタンス成分による接地電位の不安定化が解消され
る。その結果、光半導体素子１３（図３）と入出力端子
１とのインピーダンスの整合がとれ、光半導体素子１３
と外部電気回路との数十ＧＨｚ以上の高周波信号の入出
力が円滑に行われ、光半導体素子１３の作動性を良好な
ものとできる。

【００３０】貫通導体６ａ，６ｂ同士の間隔８が高周波
信号の波長４分の１を超える場合、外部との電磁的なシ
ールド性（電磁遮蔽性）が損なわれ易くなり、そのため
５ＧＨｚ以上、特に数十ＧＨｚ以上の高周波帯域で２本
の線路導体２のそれぞれで行われるインピーダンス整合
が困難になる。

【００３１】また、貫通導体６のうち第二の貫通導体６
ｂは、立壁部５の線路方向に略垂直な隣接する側面との
間隔８ａが高周波信号の波長の８分の１以下である。即
ち、入出力端子１は、下面グランド付きコプレーナ線路
構造および両側グランド付きストリップ線路構造を有し
ており、下面グランド付きコプレーナ線路は、線路導体
２と同一面接地導体３および接地導体３ｂとの間で電界
が発生し、高周波信号を効率良く伝送させている。ま
た、両側グランド付きストリップ線路は、線路線路２と
同一面接地導体３、接地導体３ｂおよび接地導体３ｃと
の間で電界が発生し、高周波信号を効率良く伝送させて
いる。よって、線路方向に略垂直な立壁部５側面におい
て電界分布の違いが生じている。この電界分布の違い、
即ち伝送モードの違いにより、高周波信号に乱れが生じ
反射損失が大きくなる。従って、第二の貫通導体６ｂと
立壁部５の線路方向に略垂直な隣接する側面との間隔８
ａを高周波信号の波長の８分の１以下とすることによ
り、伝送モードの乱れを少なくし、円滑に高周波信号を
伝送できる。つまり、高周波信号の共振および放射現象
を抑制することができ、光半導体素子と入出力端子１と
の特性インピーダンスの整合がとれることになる。

【００３２】その結果、光半導体素子と外部電気回路と
の数十ＧＨｚ以上の高周波信号の入出力が円滑に行なわ
れ、光半導体素子の作動性を良好なものとすることがで
きる。

【００３３】本発明の図２の構成では平板部４の内部に
内層接地導体３ｅが形成されているが、これにより以下
のような利点がある。数十ＧＨｚ以上の高周波帯域で
は、平板部４を薄くしなければならず、単板では強度不
足となるが、内層接地導体３ｅが形成されていることに
より、平板部４の厚さを確保して強度を増大させること
ができる。また、内層接地導体３ｅが形成されているこ
とにより、電磁波の共振を効果的に抑制することがで
き、電磁波の放射現象がほとんど発生しなくなる。

【００３４】また本発明の入出力端子１は、図１に示す
ように、所定間隔でもって形成された２本の差動線路と
しての線路導体２と、それらの両側に沿って間隔Ｗを開
けて形成された同一面接地導体３とを有し、枠体１１
（図３）の内外を貫通するように形成した略長方形の誘
電体板からなる厚さtの平板部４と、平板部４の上面に
線路導体２および同一面接地導体３を間に挟んで接合さ
れ、半導体パッケージを構成する枠体１１の内外を遮断
するように形成された立壁部５とから成っている。

【００３５】平板部４および立壁部５は、Ａｌ₂Ｏ₃セラ
ミックス、ＡＬＮセラミックス、ガラスセラミックス等
の絶縁材料からなる。また、線路導体２は、Ｗ，Ｍｏ，
Ｍｎ等で形成されており、例えばＷ等の粉末に有機溶
剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを、平板部４
および立壁部５用のセラミックグリーンシートに、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平板部４および立壁部５に形成さ
れる。

【００３６】また、貫通導体６は、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｎ等か
ら成り、例えば平板部４および立壁部５用のセラミック
グリーンシートに所定の打ち抜き工程を施して貫通孔を
形成した後、Ｗ等の粉末に有機溶剤、溶媒を添加混合し
て得た金属ペーストをスクリーン印刷法により貫通孔に
充填することによって、平板部４および立壁部５に形成
される。

【００３７】尚、本発明に適用可能な高周波信号の周波
数は、ＬＳＩ，ＬＤ等用の１ＭＨｚ〜数１００ＧＨｚ程
度の高周波帯域、超高周波帯域であり、好ましくは光半
導体素子駆動用の５〜１００ＧＨｚ程度、より好ましく
は２０〜６０ＧＨｚ程度の帯域である。

【００３８】また、本発明の入出力端子１において、２
本の線路導体２に１つの高周波信号を同相モードと逆相
モードをそれぞれ入力することで、高周波信号のノイズ
を小さくすることもできる。この線路導体２の表面に
は、酸化防止のためとボンディングワイヤやリード端子
等を強固に接続するために、０．５〜９μｍのＮｉ層や
０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法により被
着させておくと良い。

【００３９】次に、本発明の半導体パッケージを図３に
基づいて説明する。同図は、本発明の半導体パッケージ
について実施の形態の一例を示す断面図である。同図に
おいて、９は、基体１０、枠体１１、枠体１１の取付部
１２に嵌着された高周波信号入出力用の入出力端子１、
および基体１０の上側主面の載置部１０ａに載置された
ＬＤ，ＰＤ等の光半導体素子１３から主に構成される半
導体パッケージである。これらの基体１０、枠体１１、
入出力端子１、光ファイバ１４や透光性部材１５を内部
に設置固定する筒状の光ファイバの固定部材１６および
蓋体１７とで、内部に光半導体素子１３を収容するため
の容器が構成される。

【００４０】また、固定部材１６の外側端面には、光フ
ァイバ１４と戻り光防止用の光アイソレータ１８とが樹
脂接着剤で接着された金属ホルダ１９が、ＹＡＧレーザ
溶接等により接合される。さらに、光半導体素子１３の
下面にはペルチェ素子等の電子冷却素子２０が配置され
ており、光半導体素子１３の作動時にそれを冷却する。

【００４１】また、載置部１０ａ上には、光半導体素子
１３の駆動用または信号増幅用のＬＳＩ等の半導体素子
１３'が設けられ、半導体素子１３' の下面にも電子冷
却素子２０またはＣｕ−Ｗ合金からなるヒートシンクを
配設し得る。そして、光半導体素子１３と半導体素子１
３'とをボンディングワイヤ、内部配線パターン（図示
せず）等を介して接続し、半導体素子１３'は入出力端
子１にボンディングワイヤで接続される。そして、光半
導体素子１３の各電極が、ボンディングワイヤを介して
入出力端子１の枠体１１外側に設けられた外部リード端
子に電気的に接続されることとなる。

【００４２】基体１０は、光半導体素子１３を支持する
支持部材および光半導体素子１３で発生した熱を放熱す
るための放熱板として機能し、その上側主面の略中央部
に光半導体素子１３を載置するための載置部１０ａを有
している。載置部１０ａには光半導体素子１３が鉛（Ｐ
ｂ）−錫（Ｓｎ）半田等の接着剤を介して接着固定され
るとともに、この接着剤を介して光半導体素子１３で発
生した熱が載置部１０ａに伝えられ、外部に効率よく放
熱され、光半導体素子１３の作動性を良好なものとす
る。

【００４３】この基体１０は、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金や
Ｃｕ−Ｗ合金等の金属材料、またはＡｌ₂Ｏ₃、ＡＬＮ等
のセラミックスから成る。金属材料から成る場合、その
インゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金
属加工方法を施すことによって所定の形状に製作され
る。一方、セラミックスから成る場合、その原料粉末に
適当な有機バインダーや溶剤等を添加混合してペースト
状と成し、このペーストを用いてドクターブレード法や
カレンダーロール法によりセラミックグリーンシートに
成形する。その後、セラミックグリーンシートに適当な
打ち抜き加工を施し、これを複数枚積層し、１６００℃
の高温で焼結することによって作製される。

【００４４】なお、基体１０が金属材料から成る場合、
その表面に耐食性に優れかつロウ材との濡れ性に優れる
金属、具体的には厚さ０．５〜９μmのＮｉ層と厚さ
０．５〜５μｍのＡｕ層をメッキ法により順次被着させ
ておくのがよく、基体１０が酸化腐食するのを有効に防
止できるとともに、基体１０の上側主面に光半導体素子
１３を強固に接着固定することができる。

【００４５】一方、基体１０がセラミックスから成る場
合、光半導体素子１３を載置する載置部１０ａに耐食性
に優れかつロウ材との濡れ性に優れる金属、具体的には
厚さ０．５〜９μmのＮｉ層と厚さ０．５〜５μｍのＡ
ｕ層とをメッキ法により順次被着させておくのがよく、
基体１０の上側主面に光半導体素子１３を強固に接着固
定することができる。

【００４６】また、基体１０は、その上側主面に光半導
体素子１３が載置される載置部１０ａを囲むように、貫
通孔または切欠き部から成る入出力端子１の取付部１２
が形成された枠体１１が接合されており、枠体１１の内
側に光半導体素子１３を収容するための空所が形成され
る。この枠体１１は、基体１０と同様に金属材料または
セラミックスから成り、基体１０と同様の加工法によっ
て、一側部に取付部１２を、他の側部に光透過用の貫通
孔２１を有するような形状に作製される。

【００４７】そして、枠体１１がＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等の金属材料から成る場合、例えば
Ｆｅ−Ｎｉ合金から成る場合、この合金のインゴットに
圧延加工やプレス加工等の金属加工を施すことによって
所定の形状に製作される。また、枠体１１の基体１０へ
の接合は、基体１０の上側主面と枠体１１の下面とを、
基体１０の上側主面に敷設した適度なボリュームを有す
るプリフォームとされた銀ロウ等のロウ材を介してロウ
付け接合される。さらに、基体１０と同様にして、枠体
１１の表面に０．５〜９μmのＮｉ層や０．５〜５μmの
Ａｕ層等の金属層をメッキ法により被着させておくと良
い。一方、枠体１１がセラミックスから成る場合、光半
導体素子１３と外部電気回路との電気的接続を行う手段
として、枠体１１の内面の一部および外面の一部に、ボ
ンディングワイヤやリード端子等を接続するための０．
５〜９μmのＮｉ層や０．５〜５μmのＡｕ層等の金属層
をメッキ法により被着させておくと良い。

【００４８】また、枠体１１の貫通孔２１の枠体１１外
側開口の周囲に、内部で光信号が伝送されるように筒状
に形成され、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金等
の金属材料から成る光ファイバの固定部材１６が、銀ロ
ウ等のロウ材を介して接合される。この固定部材１６
は、基体１０や枠体１１と同様の加工法で所望の形状に
加工製作されるとともに、その表面に０．５〜９μｍの
Ｎｉ層や０．５〜５μｍのＡｕ層等の金属層をメッキ法
により被着させておくと良い。

【００４９】また、固定部材１６の内周面には、集光レ
ンズとして機能するとともに光半導体パッケージ９の内
部を塞ぐ機能を有する非晶質ガラス等からなる透光性部
材１５が、その接合部の表面に形成されたメタライズ層
を介して、２００〜４００℃の融点を有するＡｕ−Ｓｎ
合金等の低融点のロウ材で接合される。

【００５０】この透光性部材１５は、熱膨張係数が４×
１０^-6〜１２×１０^-6／℃（室温〜４００℃）のサファ
イア（単結晶アルミナ）や非晶質ガラス等からなり、球
状、半球状、凸レンズ状、ロッドレンズ状等とされ、外
部のレーザ光等の光を光ファイバ１４を伝わって光半導
体素子１３に入力させる、または光半導体素子１３で出
力したレーザ光等の光を光ファイバ１４に入力させるた
めの集光用部材として用いられる。透光性部材１５が、
例えば結晶軸の存在しない非晶質ガラスの場合、酸化珪
素（ＳｉＯ₂）、酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とする鉛
系、または硼酸系やケイ砂を主成分とする硼珪酸系のも
のを用いる。

【００５１】また、透光性部材１５は、その熱膨張係数
が枠体１１のそれと異なっていても、固定部材１６が熱
膨張差による応力を吸収緩和するので、結晶軸が応力の
ためにある方向に揃うことによって光の屈折率の変化を
起こすようなことは発生し難い。従って、このような透
光性部材１５を用いることによって、光半導体素子１３
と光ファイバ１４との間の光の結合効率を高くできる。

【００５２】また、蓋体１７は、枠体１１の上面にシー
ム溶接等によって接合され、光半導体素子１３を光半導
体パッケージ９内に封止する。

【００５３】このように、本発明の光半導体パッケージ
９は、金属材料またはセラミックスからなる基体１０
と、その上側主面に光半導体素子１３の載置部１０ａを
囲むように接合され、取付部１２を有し金属材料または
セラミックスからなる枠体１１と、精密なインピーダン
ス制御が可能な入出力端子１とを具備する。

【００５４】本発明の光半導体パッケージ９は、ＬＤ，
ＰＤ等の光半導体素子１３およびＬＳＩ等の半導体素子
１３'を収納した光通信用の場合、枠体１１の側部に内
外を貫通する貫通孔２１を形成し、貫通孔２１の枠体１
１外側開口の周囲に金属材料からなる筒状の固定部材１
６を接合し、固定部材１６の内側に光半導体素子１３と
光ファイバ１４との間で光を集光させ結合させる透光性
部材１５が接合される。そして、光半導体素子１３と半
導体素子１３'とをボンディングワイヤによって接続
し、半導体素子１３'と入出力端子１の線路導体２の一
端とをボンディングワイヤによって接続した後、枠体１
１の上面に蓋体１７をシーム溶接等によって接合する。
しかる後、固定部材１６の外側端面に、光ファイバ１４
と戻り光防止用のアイソレータ１８とが樹脂接着剤で接
着された金属ホルダ１９を、ＹＡＧレーザ溶接等で接合
することによって、製品としての光半導体装置となる。

【００５５】かくして、本発明の入出力端子は、薄型化
および小型化され、精密なインピーダンス制御が可能で
あるとともに、光半導体素子及び半導体素子と外部電気
回路との間で数十ＧＨｚ以上の高周波信号の入出力を正
確かつ円滑、低損失に行うことができる。

【００５６】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
ず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変
更を行うことは何等支障ない。

【００５７】

【発明の効果】本発明は、平板部とその上に接合された
立壁部とを具備した入出力端子において、立壁部の上面
と平板部の下面に接地導体が形成されており、平板部の
線路導体が露出している部位に、同一面接地導体と平板
部の下面の接地導体とを電気的に接続するとともに線路
導体の線路方向に略平行な方向に並ぶように線路導体で
伝送される高周波信号の波長の４分の１以下の間隔で複
数の第一の貫通導体が設けられ、平板部の立壁部が接合
された部位に、同一面接地導体を貫通して立壁部の上面
の接地導体と平板部の下面の接地導体とを電気的に接続
するとともに線路方向に略平行な方向に並ぶように高周
波信号の波長の４分の１以下の間隔で複数の第二の貫通
導体が設けられており、第二の貫通導体は立壁部の線路
方向に略垂直な隣接する側面との間隔が高周波信号の波
長の８分の１以下である。また、本発明は、立壁部の上
面に接地導体が、平板部の内部に内層接地導体が形成さ
れており、平板部の線路導体が露出している部位に、同
一面接地導体と内層接地導体とを電気的に接続するとと
もに線路導体の線路方向に略平行な方向に並ぶように線
路導体で伝送される高周波信号の波長の４分の１以下の
間隔で複数の第一の貫通導体が設けられ、平板部の立壁
部が接合された部位に、同一面接地導体を貫通して立壁
部の上面の接地導体と内層接地導体とを電気的に接続す
るとともに線路方向に略平行な方向に並ぶように高周波
信号の波長の４分の１以下の間隔で複数の第二の貫通導
体が設けられており、第二の貫通導体は立壁部の線路方
向に略垂直な隣接する側面との間隔が高周波信号の波長
の８分の１以下である。

【００５８】本発明は、第一の貫通導体および第二の貫
通導体の間隔を高周波信号の波長の４分の１以下とする
ことにより、貫通導体の導体抵抗およびインダクタンス
成分に起因する接地電位の不安定が解消される。これに
より、数十ＧＨｚ以上という高い周波数帯域において
も、接地電位が安定化する。また、第二の貫通導体は立
壁部の線路方向に略垂直な隣接する側面との間隔が高周
波信号の波長の８分の１以下であることから、立壁部に
おける電磁波の共振および放射現象が抑制され、線路導
体を通る高周波信号の反射損失を極めて小さくすること
ができる。

【００５９】その結果、数十ＧＨｚ帯域以上の高周波信
号の入出力を伝送損失を小さくして、正確かつ円滑に行
うことができるとともに、入出力端子の薄型化および小
型化が可能となる。

【００６０】また、ボンディングワイヤ等のインダクタ
ンス（Ｌ）成分が発生しても、一対の線路導体で入出力
される伝搬モードによりＬ成分の影響が緩和でき、かつ
特性インピーダンスも整合がとれることから、線路導体
での数十ＧＨｚ以上の高周波信号のさらに良好な伝送特
性が実現できる。

【００６１】本発明の半導体パッケージは、上側主面に
半導体素子が載置される載置部を有する基体と、基体の
上側主面に載置部を囲繞するように取着され、側部に貫
通孔または切欠き部から成る入出力端子の取付部が形成
された枠体と、取付部に嵌着された本発明の入出力端子
とを具備したことにより、半導体パッケージの薄型化お
よび小型化を実現でき、半導体素子と外部電気回路との
間で数十ＧＨｚ以上の高周波信号の入出力を伝送損失を
小さくして伝達可能なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の入出力端子について実施の形態の一例
を示す斜視図である。

【図２】本発明の入出力端子について実施の形態の他の
例を示す斜視図である。

【図３】本発明の半導体パッケージについて実施の形態
の一例を示す断面図である。

【図４】従来の光半導体パッケージの断面図である。

【図５】従来の入出力端子の斜視図である。

【符号の説明】

１：入出力端子 ２：線路導体 ３：同一面接地導体 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ：接地導体 ３ｅ：内層接地導体 ４：平板部 ５：立壁部 ６ａ：第一の貫通導体 ６ｂ：第二の貫通導体 ７：平板部の下面 ８：貫通導体同士の間隔 ８ａ：第二の貫通導体と立壁部側面との間隔 ９：半導体パッケージ １０：基体 １０ａ：載置部 １１：枠体 １２：取付部 １３：光半導体素子 １３'：半導体素子

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F036 BA33 5F073 AB27 AB28 BA02 EA14 FA22 FA25 FA27 5F088 BA02 BA15 BB01 JA10 JA12 JA14

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略長方形の誘電体板から成る平板部と、
   該平板部の上面の１辺から対向する他辺にかけて入力線
   路および／または出力線路として形成された、差動線路
   とされている２本の線路導体と、前記平板部の上面の前
   記２本の線路導体の両側に等間隔をもって形成された同
   一面接地導体と、前記平板部の上面に前記線路導体およ
   び前記同一面接地導体を間に挟んで接合された誘電体か
   ら成る立壁部とを具備した入出力端子において、前記立
   壁部の上面と前記平板部の下面に接地導体が形成されて
   おり、前記平板部の前記線路導体が露出している部位
   に、前記同一面接地導体と前記平板部の下面の前記接地
   導体とを電気的に接続するとともに前記線路導体の線路
   方向に略平行な方向に並ぶように前記線路導体で伝送さ
   れる高周波信号の波長の４分の１以下の間隔で複数の第
   一の貫通導体が設けられ、前記平板部の前記立壁部が接
   合された部位に、前記同一面接地導体を貫通して前記立
   壁部の上面の前記接地導体と前記平板部の下面の前記接
   地導体とを電気的に接続するとともに前記線路方向に略
   平行な方向に並ぶように前記高周波信号の波長の４分の
   １以下の間隔で複数の第二の貫通導体が設けられてお
   り、該第二の貫通導体は前記立壁部の前記線路方向に略
   垂直な隣接する側面との間隔が前記高周波信号の波長の
   ８分の１以下であることを特徴とする入出力端子。
2. 【請求項２】 略長方形の誘電体板から成る平板部と、
   該平板部の上面の１辺から対向する他辺にかけて入力線
   路および／または出力線路として形成された、差動線路
   とされている２本の線路導体と、前記平板部の上面の前
   記２本の線路導体の両側に等間隔をもって形成された同
   一面接地導体と、前記平板部の上面に前記線路導体およ
   び前記同一面接地導体を間に挟んで接合された誘電体か
   ら成る立壁部とを具備した入出力端子において、前記立
   壁部の上面に接地導体が、前記平板部の内部に内層接地
   導体が形成されており、前記平板部の前記線路導体が露
   出している部位に、前記同一面接地導体と前記内層接地
   導体とを電気的に接続するとともに前記線路導体の線路
   方向に略平行な方向に並ぶように前記線路導体で伝送さ
   れる高周波信号の波長の４分の１以下の間隔で複数の第
   一の貫通導体が設けられ、前記平板部の前記立壁部が接
   合された部位に、前記同一面接地導体を貫通して前記立
   壁部の上面の前記接地導体と前記内層接地導体とを電気
   的に接続するとともに前記線路方向に略平行な方向に並
   ぶように前記高周波信号の波長の４分の１以下の間隔で
   複数の第二の貫通導体が設けられており、該第二の貫通
   導体は前記立壁部の前記線路方向に略垂直な隣接する側
   面との間隔が前記高周波信号の波長の８分の１以下であ
   ることを特徴とする入出力端子。
3. 【請求項３】 上側主面に半導体素子が載置される載置
   部を有する基体と、該基体の前記上側主面に前記載置部
   を囲繞するように取着され、側部に貫通孔または切欠き
   部から成る入出力端子の取付部が形成された枠体と、前
   記取付部に嵌着された請求項１または請求項２記載の入
   出力端子とを具備したことを特徴とする半導体素子収納
   用パッケージ。