JPH0464242A - 光半導体素子の実装構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （概要］ 光半導体素子の実装構造、特に近年小型化が進んでいる
、光ファイバを用いた光伝送システムパッケージ内にお
ける光半導体素子の実装に適する実装構造に関し、 金めつき等の表面処理を必要とせず、かつ溶接性、冷却
能にすくれ、安価な光半導体素子の実装構造を実現する
ことを目的とし、 光半導体素子を搭載し、パッケージに取り付けるための
キャリヤであって、 該キャリヤが、パッケージ側と光半導体素子側との２層
構造となっており、 パッケージ側の層は、パッケージとの溶接性にすぐれた
材料から成り、光半導体素子側の層は、熱伝導性にすぐ
れた材料から成っているように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、光半導体素子の実装構造、特に近年小型化が
進んでいる、光ファイバを用いた光伝送システムパッケ
ージ内における光半導体素子の実装に適する実装構造に
関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来の光半導体素子の実装構造を示す断面図で
ある。１は金属製のパッケージであり、その中に、キャ
リヤ２を介して光半導体素子３が搭載されている。光半
導体素子３には、パッケージ１を貫通している光ファイ
バ４が接続されている。また、光半導体素子３と電気的
な接続を行なうための端子５が挿通されている。光ファ
イバ４および端子５の挿通部は、低融点ガラスなどによ
って気密シールされている。

光半導体素子３は、キャリヤ２上にグイボンディングさ
れているが、キャリヤ２は、光半導体素子３の温度上昇
を考慮し、熱伝導率の高い銅ないし銅合金が用いられる
。

また、このようなＣｕ合金製のキャリヤ２とパッケージ
１との接合には、一般にはんだ付けが用いられている。

ところが、はんだ付けでは、はんだが軟質なために、ク
リープによる光ファイバ４の光軸ずれが発生しやすく、
長期信顛性の点で問題があった。

そこで、はんだ付けに代わる固定方法として、第５図に
示すように、レーザ溶接が用いられている。２はキャリ
ヤであり、金めつき層６で覆われている。またパッケー
ジｌ側も必要に応して金めっきされる。このキャリヤ２
と鉄系合金のパッケージ１との間が、レーザ光を照射す
ることにより、１０００℃以上の高温で接合されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

接合を行う箇所が多いことから、キャリヤ２およびパッ
ケージ１の双方に、接合性にすぐれたＡｕめっきなどの
表面処理が施しである。したがって、通常の溶接方法で
は、溶接部に微量のＡｕが混入して溶湯の凝固温度幅を
著しく増大させ、その結果溶接部７において、凝固時に
クランク８が発生する。あるいは、キャリヤ２の材質が
、熱伝導率の高いＣｕであることから、溶接部７が放熱
されて温度が上がらず、充分な溶込み深さが得られない
ために、溶接強度が低下するといった問題が生した。

そこで従来は、このクラックを防止し、かつ充分な溶込
み深さを得る方法として、クラックの原因となる金が溶
接部に混入しないように、被溶接箇所の金めつき層を機
械加工により研削する方法、あるいは化学的に剥離する
などの方法、部分めっきなどの処理を行った後溶接する
方法、また新しい手法として、被溶接部にＣｕ−Ｎｉ−
Ａｕシートを挿入して溶接することが行なわれていた。

しかしながら、これらの方法では、Ａｕめっきを取り除
くための工程が必要なだけでな（、剥離のためにエツチ
ングや研削などを行うと、エツチング液残渣による腐食
や部品の寸法精度が低下するなどの欠点が生じていた。

また、Ａｕ−Ｎｉ−Ｃｕシートを挿入する手法も、挿入
や位置合わせ等の工程が増えるため、自動化の妨げとな
り、生産性に欠ける。

本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、金め
つき等の表面処理を必要とせず、かつ溶接性、冷却能に
すぐれ、安価な光半導体素子の実装構造を実現すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） （１）　　第１図は本発明による光半導体素子の実装構
造の基本原理を説明する側面図である。９は本発明によ
るキャリヤであり、２層構造になっている。すなわち、
パッケージｌ側の層９ｐと、光半導体素子３側の層９ｔ
との２層から成っている。

しかもパッケージｌ側の層９ｐは、パッケージ１との溶
接性にすぐれた材料から成り、光半導体素子３側の層９
ｔは、熱伝導性にすぐれた材料から成っている。

（２）光半導体素子３側の層９ｔは銅（Ｃｕ）ないし銅
合金からなっており、パッケージ１側の層９ｐはニッケ
ル（Ｎｉ）ないしニッケル合金からなっている。

そして、ニッケルないしニッケル合金から成る層９ｐと
銅ないし銅合金から成る層９ｔとの２層構造は、粉末冶
金法によって一体作製されている。

〔作用〕

（１）本発明のキャリヤ９は、パッケージ１側のＮ９ｐ
が、パッケージ１との溶接性にすぐれた材質から成って
いるため、キャリヤ９とパッケージ１との溶接が確実に
かつ容易に行なわれる。

また、光半導体素子３側の層９ｔは、熱伝導性にすぐれ
た材質から成っているので、光半導体素子３が効果的に
放熱される。

（２）通常、パッケージ１として、ＳＵＳなどの鉄系材
料が多用されている。そのため、キャリヤ９のパッケー
ジ１側の層９ｐが、ＮｉないしＮｉ合金から成り、光半
導体素子３例の層９ｔがＣｕないしＣｕ合金からなって
いる。その結果、キャリヤ９とパッケージ１との接合は
、ＮｉないしＮｉ合金と鉄系合金のパッケージ１との溶
接となり、光半導体素子３とキャリヤ９との接合は、Ｃ
ｕないしＣｕ合金と光半導体素子３とのボンディングと
なる。

Ｆｅ系合金のパッケージ１とＮｉないしＮｉ合金とは溶
接性にすぐれ、またＮｉは熱伝導率が低いため熱が逃げ
にくく、充分に高い溶接温度が得られ、Ａｕめっきなど
の処理を必要とせずに、確実に溶接できる。

一方、光半導体素子３側の層９ｔは、Ｃｕからなってい
るため、光半導体素子３の冷却能にすくれている。

特に、ニッケルないしニッケル合金から成る層９ｐと銅
ないし銅合金から成る層９ｔを有する２層構造のキャリ
ヤ９を、粉末冶金法を用いて作製した場合、光半導体素
子３側の層９ｔとパッケージ１側の層９ｐとの間の組成
が徐々に変化する。そのため、２つの層９ｐ、９ｔとの
間の接合強度が充分となる。

［実施例］ 次に本発明による光半導体素子の実装構造が実際上どの
ように具体化されるかを実施例で説明する。第１図に示
す光半導体素子３側の層９ｔとパッケージ１側の層９ρ
との間は、両者間の接合強度の観点から、組成が徐々に
変化していることが望ましい。ゆるやかな組成変化を得
るには、例えば粉末冶金法を用いて作製するのが適して
いる。

すなわち、Ｎｉの粉末とＣｕの粉末を、徐々に組成が変
化するように型に充填し、圧粉成形後焼結して作製する
。

次に粉末冶金法によるキャリヤの製造方法を例示する。

第１図に示すようにＮｉから成る、パッケージ１側の層
９ｐの上に、Ｃｕから成る光半導体素子３側の層９ｔを
積層したキャリヤ構造とする場合、金型中において、上
側に純度９９％、−３２５メツシユのＣｕ粉末を、下側
に純度９９％、−３２５メツシユのＮｉ粉末をそれぞれ
配置し、５　ｘｌＯｘｌＯｒＩｌＩｍ）の圧粉体を作製
した。この圧粉体を焼結温度９００°Ｃ１焼結時間１ｈ
の条件で真空中で焼結した。

このように粉末冶金法によって成型すれば、第２図に示
すように、光半導体素子３側の層９ｔとパッケージ１側
の層９ｐとの間における組成が順次変化する。すなわち
、銅とニッケルとの比率が徐々に変化している。

このようにして作製したキャリヤ９に、光半導体素子３
をダイボンディングし、このキャリヤ９をパッケージ（
４２アロイ合金性、Ｎｉ表面処理）中に搭載する。すな
わち、パッケージ１とキャリヤ９との突き合わせ部に対
して、端面からレーザ照射し、キャリヤ９の周りを、４
〜６箇所程度スボント溶接した。溶接に用いたレーザは
Ｎｄ−ＹＡＧレーザであり、溶接条件はパルス幅２ｍｓ
、焦点はずし量Ｏｍｍ、照射エネルギー１パルスあたり
５〜２０Ｊ、レンズ焦点距離１００ｍｍ、シールドガス
はＡｒ、ガス圧力１．５ｋｇ／ｃ１１Ｎ、ガス流量３０
１　／ｒＲｉｎであった。

その結果、キャリヤ９とパッケージ１の接合部は、キャ
リヤ９側およびパッケージ１側ともに深（まで熔融する
ため、第３図に示すように良好な溶接形状を呈し、第５
図に示すようなＡｕめっき表面処理部材の接合の際に生
じたクラックは認められない。

すなわち、キャリヤ９のパッケージ１例の部分９ｐは、
熱伝導率の低いＮｉ　（熱伝導率：　０．２１ｃａｌ／
　ｇ・ｄｅｇ）から成っているため、熱が逃げに（（充
分に温度が上昇し、容易にかつ確実に溶接される。

また、光半導体素子３と接合する面は、熱伝導率の高い
Ｃｕ　（熱伝導率：　０．９４ｃａｌ／　ｇ　−ｄｅｇ
）であることから、高い冷却能が実現できる。しかも、
Ｃｕ、Ｎｉとも、接合部材との接合性は高いので、Ａｕ
めっき等の表面処理を必要としない。

光半導体素子３とキャリヤ９との間は、Ａｕ系ろう材を
用いてダイボンディングした。金糸のろう材として、Ａ
ｕＧｅやＡｕＳｉなどが用いられる。キャリヤ９の光半
導体素子取り付は面は、Ａｕめっきを行なってもよい。

なお、光半導体素子３は、発光素子であっても、受光素
子であってもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、光半導体素子３を搭載す
るキャリヤ９が２層構造となっており、しかもパッケー
ジ１側の層９ｐは、パッケージ１との溶接性にすぐれた
材質から成っているため、パッケージ１とキャリヤ９と
の溶接が確実となり、クラックなどが発生することな（
、充分な溶接強度が得られる。また、光半導体素子３側
の層９ｔは、熱伝導性にすぐれた材質から成っているの
で、光半導体素子−３から発生した熱が効果的に放散す
る。

さらに、光半導体素子３側の層９ｔを銅ないし銅合金で
構成し、パッケージ１側の層９ｐをニッケルないしニッ
ケル合金で構成するとともに、粉末冶金法によって成型
すれば、２層構造にも係わらず、強度にすぐれたキャリ
ヤが得られる。特別な処理も必要ないので、安価に製造
できる。

パッケージ１も、表面処理は必ずしも必要ではなく、た
とえ行なうとしても、従来の高価なＡｕめっきに代わっ
てＮｉめっきで代用できるので、経済的に優れ、コスト
ダウンが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光半導体素子の実装構造の基本原
理を説明する側面図、 第２図は２層構造のキャリヤにおける組成変化を示す図
、 第３図は本発明のキャリヤとパッケージとの溶接部を示
す拡大断面図、 第４図は従来の光半導体素子の実装構造を示す断面図、 第５図は従来のキャリヤとパッケージとの溶接部を示す
拡大断面図である。 図において、１はパッケージ、２は従来のキでリヤ、３
は光半導体素子、４は光ファイバ、５は端子、６はＡｕ
めっき部、７は溶接部、８はクランク、９は本発明によ
るキャリヤ、９ｔは光半導体素子側の層、９ｐはパッケ
ージ側の層をそれぞれ示す。 本発明ω基本原理 第１図 特許出願人　　　　　富士通株式会社 復代理人　弁理士　　福　島　康　文 第２図 ｌパ・フワーミ；゛

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光半導体素子（３）を搭載し、パッケージ（１）に
   取り付けるためのキャリヤ（９）であって、 該キャリヤ（９）が、パッケージ（１）側と光半導体素
   子（３）側との２層構造となっており、 パッケージ（１）側の層（９ｐ）は、パッケージ（１）
   との溶接性にすぐれた材料から成り、光半導体素子（３
   ）側の層（９ｔ）は、熱伝導性にすぐれた材料から成っ
   ていることを特徴とする光半導体素子の実装構造。 ２、請求項１記載のキャリヤ（９）において、パッケー
   ジ（１）側の層（９ｐ）はニッケルないしニッケル合金
   から成り、光半導体素子（３）側の層（９ｔ）は銅ない
   し銅合金から成っており、 ニッケルないしニッケル合金と銅ないし銅合金とから成
   る２層構造は、粉末冶金法によって一体作製されたもの
   であることを特徴とする光半導体素子の実装構造。