JP2009129934A - 光半導体装置用ステム - Google Patents

Abstract

【課題】リード端子をガラス封着性と熱伝導性とを兼ね備えた構造として、光半導体素子の動作に伴う熱を効率良く放熱できる光半導体装置用ステムを提供すること。
【解決手段】リード端子挿通穴１４が形成された金属ベース１とリード端子挿通穴１４に挿通されたリード端子２とがガラスからなる絶縁材３にて封着され、リード端子２の軸芯部をロール状に覆う外側面部にガラス封着が良好な第一の金属２１からなり、第一の金属２１で覆われた軸芯部が熱伝導に優れた第二の金属２２からなることで、ガラス封着性を損なうことなく、放熱性を良好なものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光半導体素子を気密封止するために用いられる光半導体装置用ステムに関し、金属ベースとリード端子とを絶縁材を介して気密封着した気密端子の技術に係るものである。

元来の気密端子としては、金属ベースに挿通穴を形成し、この挿通穴にリード端子を挿通し、電気絶縁を兼ねるガラス等の絶縁材が金属ベースとリード端子との間を気密封着するものがある。

図３は上述した気密端子の一例を示すものであり、１００は金属ベース、１０１はベース天板部、１０２は円筒部、１０３はフランジ部、１０４はリード端子挿通穴、２００はリード端子、３００は絶縁材を各々示している。

図３に示すように、気密端子は金属ベース１００にリード端子２００を絶縁材３００で気密封着してなる。シェル状を成す金属ベース１００は、中央にベース天板部１０１を有し、この天板部１０１から表裏の一方側へ垂直方向に円筒部１０２が延在し、円筒部１０２から外側へ水平方向にフランジ部１０３が延在している。

ベース天板部１０１は所定部に表裏に貫通するリード端子挿通穴１０４が形成してあり、リード端子２００がリード端子挿通穴１０４を挿通している。円筒部１０２とベース天板部１０１とで囲まれた金属ベース１００の空所にはガラス等の絶縁材３００が満たしてあり、絶縁材３００はリード端子挿通穴１０４を満たすとともに、金属ベース１００とリード端子２００との間を電気絶縁を兼ねて気密封着している。

この様な気密端子の一般的な使用形態は以下のようなものである。ベース天板部１０１の上に例えば半導体素子（図示せず）を搭載し、この半導体素子とリード端子２００の金属ベース１００の上に突出した部分との間にＡｕやＡｌ等の導電性ワイヤー（図示せず）を配線し、金属ベース１００を雄型として雄雌形状で整合する雌型をなす金属キャップ（図示せず）を金属ベース１００にキャッピングし、金属キャップ（図示せず）とフランジ部１０３とを、ロー材でロー付けし、あるいは電気熔接で熔接する等の方法により半導体素子（図示せず）を気密封止する。

半導体素子（図示せず）を動作させる際には、リード端子２００を介して通電し、生ずる損失に伴う熱は、最終的には大気に放熱する。しかしながら、リード端子２００は配線基板（図示せず）に実装されており、この構成では配線基板（図示せず）を放熱板とみなすことができるので、リード端子２００の熱伝導性は放熱性を決定する大きなファクターの一つである。

リード端子２００の材質は、絶縁材３００がガラスである場合には、ガラスとの良好な封着を得ることに適した金属材料としてコバール合金（Ｆｅ−２５〜３５Ｎｉ−１５〜２５Ｃｏ）、１５〜３０Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−４０〜５５Ｎｉ−３〜８Ｃｒ合金等のガラス封着合金と称されるものであった。これらの合金は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金に比して熱伝導率が低いので気密端子として放熱性に劣るものであった。

この問題に鑑みてリード端子の熱伝導性を向上させる従来の気密端子として、リード端子の絶縁材で封着された側と、その反対側とを異なる金属材で形成するものがあった。これには、例えば、特許文献１に記載するものがある。

図４は、特許文献１に記載された従来の気密端子を示すものである。図４において、２０１はリード端子、２０２はインナー側リード部、２０３はアウター側リード部を示しており、図３と同じ構成要素については同じ符号を用いてその説明を省略する。

図４に示す従来の気密端子において、リード端子２０１はガラスからなる絶縁材３００で封着された側のインナー側リード部２０２が上述したガラス封着合金からなり、反対側のアウター側リード部２０３がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金からなり、両者を繋げて形成したものである。

この構成によれば、リード端子２０１はインナー側リード部２０２をガラス封着合金で形成することでガラスからなる絶縁材３００との良好な封着を得ることができ、残りの部分であるアウター側リード部２０３をＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金で形成することでガラス封着合金よりも高い熱伝導率を実現している。このため、リード端子２０１全体としては、図３に示した構成、つまり全体がガラス封着金属からなるリード端子２００を用いる構成よりも、熱伝導率を向上させ、元来の気密端子よりも放熱性を向上することができた。
特開昭５８−２２３２７４号公報

ところで、光半導体装置においても近年は高輝度化が進み、搭載される光半導体素子の発熱量の増加が顕著であり、光半導体装置としては更に放熱性の良好な光半導体用ステムが望まれる。

しかしながら、上述した従来の構成では、ガラスからなる絶縁材で封着されるインナー側リード部をガラス封着合金で形成することが制約となり、ガラス封着金属の存在が熱伝導のボトルネックと成って、アウター側リード部を形成するＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金の熱伝導率を充分に生かし切った放熱性が得られないという課題を有していた。

本発明は、上記した従来の課題を解決するものであり、リード端子に熱伝導のボトルネックが存在することがなく、より良好な放熱性を有する光半導体装置用ステムおよび光半導体装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光半導体装置用ステムは、金属ベースにリード端子挿通穴が形成され、前記リード端子挿通穴にリード端子が挿通され、前記金属ベースと前記リード端子とがガラスから成る絶縁材で封着され、前記金属ベースの上に素子搭載部を有した光半導体装置用ステムであって、前記リード端子が軸芯部と前記軸芯部をロール状に覆って軸心方向に沿って延在する外側面部とからなり、前記外側面部と前記軸芯部とが異なる金属材料からなることを特徴とする。

また、前記リード端子は、前記外側面部をなす第一の金属材料がガラス封着合金からなり、前記軸芯部をなす第二の金属材料が第一の金属材料よりも高い熱伝導率を有する合金からなることを特徴とする。

また、前記第一の金属材料がコバール合金（Ｆｅ−２５〜３５Ｎｉ−１５〜２５Ｃｏ）、１５〜３０Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−４０〜５５Ｎｉ−３〜８Ｃｒ合金の何れかであり、第二の金属材料がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金からなることを特徴とする。

本発明によれば、リード端子の軸芯部に熱伝導率に優れた金属材料であるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金を配置し、軸芯部を覆う外側面部にガラス封着合金を配置することで、外側面部の第一の金属材料によってガラスからなる絶縁材との良好な封着を実現し、リード端子の一方の端から他方の端まで貫通する軸芯部の第二の金属材料によって熱伝導のボトルネックが存在しない構造を実現して、熱伝導率を充分に生かし切った放熱性を得ることができ、より高出力高輝度な光半導体装置に用いることが可能な光半導体装置用ステムとすることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態における光半導体装置用ステムの断面図である。図１において、１は金属ベース、２はリード端子、３は絶縁材、４は素子搭載部、１１はベース天板部、１２は円筒部、１３はフランジ部、１４はリード端子挿通穴、２１は第一の金属材料、２２は第二の金属材料を各々示している。

図１において、光半導体装置用ステムは、金属ベース１にリード端子２を絶縁材３で気密封着したものである。シェル状を成す金属ベース１は中央にベース天板部１１を有しており、天板部１１から一方側へ垂直方向に円筒部１２が延在し、円筒部１２から外側へ水平方向にフランジ部１３が延在している。

ベース天板部１１はその所定部に表裏に貫通するリード端子挿通穴１４が形成してあり、リード端子２がリード端子挿通穴１４に挿通してある。金属ベース１の円筒部１２とベース天板部１１とで囲まれた空所を満たすガラスからなる絶縁材３が、リード端子挿通穴１４を満たすとともに、金属ベース１とリード端子２との間を電気絶縁を兼ねて気密封着している。また、ベース天板部１１の上には光半導体素子（図示せず）を塔載するための素子搭載部４が立設してある。

リード端子２は、同芯状に配置する二つの金属材料からなり、軸芯部をロール状に覆ってリード端子２の外側面部をなす第一の金属材料２１がコバール合金（Ｆｅ−２５〜３５Ｎｉ−１５〜２５Ｃｏ）、１５〜３０Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−４０〜５５Ｎｉ−３〜８Ｃｒ合金等のガラス封着合金からなり、第一の金属材料２１で覆われる軸芯部をなす第二の金属材料２２が第一の金属材料２１よりも高い熱伝導率を有するＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金からなるものである。

この様な光半導体装置用ステムは、公知公用の方法で容易に製造することが可能である。即ち、組立治具を用いて組み立てた金属ベース１とリード端子２と絶縁材３とを加熱炉で加熱することにより絶縁材３で金属ベース１とリード端子２とを封着する。さらに、金属ベース１の所定の位置にロー材を介して素子搭載部４を載置し、治具で位置決めした状態で加熱炉により加熱して金属ベース１と素子載置部４とをロー付けする。尚、必要に応じて鍍金処理を施すと良い。

かかる構成によれば、リード端子２の軸芯部に沿った外側面部が第一の金属材料２１（ガラス封着合金）で覆われるので、ガラスからなる絶縁材３との良好な封着が得られる。リード端子２の第一の金属２１で覆われる軸芯部は、第一の金属材料２１よりも熱伝導率が高い第二の金属材料２２で形成されており、第二の金属材料２２がリード端子２の一方の端から他方の端まで連続して貫通する構造となる。

このため、リード端子２での熱伝導においてボトルネックが存在せず、第二の金属材料２２の熱伝導率を充分に生かし切った放熱性が得られ、素子搭載部４に搭載される光半導体素子（図示せず）の発する熱を従来よりも更に効率的に放熱することが可能となり、より高輝度な光半導体装置へ採用することが可能となる。

なお、本実施の形態においては、金属ベース１としてシェル状のものを用いており、金属ベース１の円筒部１２とベース天板部１１とで囲まれる空所にガラスからなる絶縁材３を満たしてリード端子挿通穴１４に挿通させたリード端子２を封着する構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、図２に示す様に、所定の板厚を有する円形平板状の金属板を金属ベース１として、その上面をベース天板部１１とし、側面を円筒部１２とし、円筒部１２の底部より水平に延在するフランジ１３を形成する。金属ベース１の所定部にリード端子２を挿通するためのリード端子挿通穴１４を貫通して形成し、リード端子挿通穴１４に挿通したリード端子２と金属ベース１とをガラスからなる絶縁材３で封着しても良い。

また、ベース天板部１１は素子搭載部４を載置する部分に凹部を有する形状としても良い。これによれば、同じ形状サイズの光半導体素子（図示せず）を搭載する場合には半導体装置の高さを低くすることが可能となる。

さらに、リード端子２の線径とリード端子挿通穴１４の穴径とを調整し、金属ベース１の底面より突出するリード端子２の長さを短縮することで、表面実装型のものとしても良い。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内であれば、変更実施が可能である事は言うまでもない。

本発明は光半導体装置に用いるステムとして有用であり、特に高出力高輝度な光半導体装置に適している。

本発明の実施の形態における光半導体装置用ステムを示す断面図 本発明の他の実施の形態における光半導体装置用ステムを示す断面図 従来の気密端子を示す断面図 従来の気密端子を示す断面図

符号の説明

１、１００ 金属ベース
２、２００、２０１ リード端子
３、３００ 絶縁材
４ 素子搭載部
１１、１０１ ベース天板部
１２、１０２ 円筒部
１３、１０３ フランジ部
１４、１０４ リード端子挿通穴
２１ 第一の金属材料
２２ 第二の金属材料
２０２ インナー側リード部
２０３ アウター側リード部

Claims (4)

1. 金属ベースにリード端子挿通穴が形成され、前記リード端子挿通穴にリード端子が挿通され、前記金属ベースと前記リード端子とがガラスから成る絶縁材で封着され、前記金属ベースの上に素子搭載部を有した光半導体装置用ステムであって、
   前記リード端子が軸芯部と前記軸芯部をロール状に覆って軸心方向に沿って延在する外側面部とからなり、前記外側面部と前記軸芯部とが異なる金属材料からなることを特徴とする光半導体装置用ステム。
2. 前記リード端子は、前記外側面部をなす第一の金属材料がガラス封着合金からなり、前記軸芯部をなす第二の金属材料が第一の金属材料よりも高い熱伝導率を有する合金からなることを特徴とする請求項１に記載の光半導体装置用ステム。
3. 前記第一の金属材料がコバール合金（Ｆｅ−２５〜３５Ｎｉ−１５〜２５Ｃｏ）、１５〜３０Ｃｒ−Ｆｅ合金、Ｆｅ−４０〜５５Ｎｉ−３〜８Ｃｒ合金の何れかであり、第二の金属材料がＦｅ、Ｎｉ、Ｃｕ又はそれらの合金からなることを特徴とする請求項２に記載の光半導体装置用ステム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の光半導体用装置用ステムを用いたことを特徴とする光半導体装置。

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