JPH09312363A

JPH09312363A - 光半導体素子用パッケージ

Info

Publication number: JPH09312363A
Application number: JP12796496A
Authority: JP
Inventors: Kazuto Ono; 小野和人; Masato Sakata; 坂田正人; Hideaki Murata; 村田秀明
Original assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Current assignee: Furukawa Electric Co Ltd
Priority date: 1996-05-23
Filing date: 1996-05-23
Publication date: 1997-12-02

Abstract

(57)【要約】【課題】安価な光半導体素子用パッケージを提供す
る。【解決手段】光半導体素子を搭載する金属底板３１
と、金属枠体とを有する光半導体素子用パッケージにお
いて、前記金属底板３１は底板本体３２と、底板本体３
２の凹み部３２ｂに嵌め込まれる光半導体素子の搭載部
３３からなり、搭載部３３に限定して銅−タングステン
合金が用いられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子用パ
ッケージに関し、特に金属底板を改良した光半導体素子
用パッケージに関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信装置などに用いられる光半導体素
子用パッケージの一例を図１０に示す。通常、この光半
導体素子用パッケージ１は主要構成部材として、金属枠
体２、セラミック端子３、金属底板４、リード５、シー
ルリング６および光ファイバが取り付けられる窓枠７か
らなっている。金属枠体２は、光半導体素子用パッケー
ジ１の外形を形づくり、内部部品格納およびセラミック
端子３や光ファイバを接合する基材としての役割を有し
ている。この金属枠体２は、通常、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合
金（通称、コバール）で構成されている。

【０００３】金属底板４は、光半導体素子用パッケージ
１の底部を形づくり、光半導体素子用パッケージ１の内
部で発生した熱を効率よく外部へ放熱する機能を有して
いる。この機能は、搭載する光半導体素子の特性が温度
依存性をもつため、光半導体素子を一定の温度に保つ必
要があるので、極めて重要である。そのため、例えば、
図１１に示すように、レーザ駆動時のレーザチップ６１
の発熱を、キャリア６２を通して冷却素子６３により吸
熱し、冷却素子６３の放熱面６３ａから金属底板４を通
して熱を外部に逃がす構造となっている。この金属底板
４には、次の２つの特性が要求される。１つは上述のよ
うに、レーザチップを効率よく冷却するために高い熱伝
導率が要求される。もう１つは、光半導体素子用パッケ
ージ１はろう付、一般には銀ろう付により組み立てられ
るので、高温（〜８００℃）まで他の部品との熱膨張率
の整合性が得られることである。もし、他の部品との熱
膨張率の整合性が得られないと、ろう付で金属底板４に
歪が生じる。そうすると、ボード等にネジ穴８を利用し
てネジで固定する際に、この歪が矯正されて、レーザチ
ップ６１の光軸と窓枠７に取り付けられた光ファイバ
（図示せず）との相対位置がずれてしまい、レーザ光の
結合効率の低下につながる。以上２つの特性を満足する
材質として、金属底板４の材質には、一般に銅−タング
ステン合金が採用されることが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属底
板４には上述の二つの特性、高い熱伝導率と熱膨張率の
整合性の他に、形状についても厳しい条件があり、高精
度でかつ様々な加工を施す必要がある。ところが、金属
底板４を構成する銅−タングステン合金は高価な材料で
ある上に、大変な難削材として知られており、その加工
費は非常に高くなる。このように材料費および加工費が
非常に高いため、銅−タングステン合金製の金属底板４
は、光半導体素子用パッケージのコスト低減に対して大
きな障壁になるという問題があった。

【０００５】以下、金属底板４の形状の条件について、
図１２を用いて説明する。即ち、ネジ締めによる光軸の
ズレを防止するため、従来の技術で説明したようなろう
付による反りだけでなく、ろう付前の部品段階でもボー
ドに接する面４ａには１０〜３０μｍの平面度が要求さ
れる。また、ろう付面４ｂについても、ろう付のために
高い平面度が要求される。更に、光半導体素子用パッケ
ージは一般にネジ締めによりボード等に固定されるの
で、ネジ締めのためのネジ穴４ｃの加工が必要である。
また、光軸ずれ防止を目的にしてネジ締めする際に、歪
が金属底板４全体に及ぶのを抑制するため、ネジ穴４ｃ
部分の板厚が他の部分より薄くなるように段差４ｄをつ
けたり、光半導体素子を搭載する部分に凹み部４ｅなど
を加工する場合もある。

【０００６】なお、金属底板４の材質に銅−タングステ
ン合金以外のものを採用することは、従来の技術で説明
したような２つの特性を同時に満足しなければならない
ことから非常に困難である。例えば、図１０における金
属枠体２に使用されているコバールを金属底板４に採用
した場合、熱膨張率は金属枠体２と整合性が得られる
が、熱伝導率が低いため放熱性の問題が残る。因みに、
室温近くでの熱伝導率は１０％Ｃｕ−Ｗが１８０，２０
％Ｃｕ−Ｗが２００に対して、コバールは１６．７（単
位Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、コバールの熱伝導率は銅−タン
グステン合金より１桁小さい。また、無酸素銅を金属底
板４に採用した場合、高い熱伝導率（３９８Ｗ／ｍ・
Ｋ）のため放熱性は十分確保されるが、金属枠体２との
熱膨張率が合わず、ろう付の際に大きな歪が発生する。
因みに、室温からろう付温度の８００℃付近までの平均
熱膨張率は、コバールが約１０×１０^-6／℃に対し、無
酸素銅は約２０×１０^-6／℃であり、無酸素銅の平均熱
膨張率はコバールの２倍になる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、光半導体素子を搭載する金属
底板と、金属枠体とを有する光半導体素子用パッケージ
において、前記金属底板は光半導体素子を搭載する部分
に略限定された部分が銅−タングステン合金からなるこ
とを特徴とするものである。

【０００８】上述のように、金属底板の放熱性を必要と
する光半導体素子を搭載する部分に略限定して銅−タン
グステン合金を用いると、金属底板全体を銅−タングス
テン合金材で構成する場合に比較して、金属底板の放熱
性を損なうことなく、高価な銅−タングステン合金材料
の使用量を減少させることができ、材料費を節減するこ
とができる。また、金属底板全体を銅−タングステン合
金材料で形成する場合に比較して、難加工材である銅−
タングステン合金材料に加える加工度が少なくなるた
め、加工費が低減する。

【０００９】本発明においては、金属底板の光半導体素
子を搭載する部分以外を金属枠体と同じ材料、例えばコ
バール材で構成することができる。そうすると、コバー
ル材には金属射出成形を適用できるため、ニアネットシ
ェイプ品を作製後、簡単な加工を施すことで、容易に金
属底板を形成することができる。また、金属底板と金属
枠体の熱膨張率を等しくすれば、両者のろう付けによる
接合時に発生する歪みを小さくすることができる。さら
に、金属底板の光半導体素子を搭載する部分以外と金属
枠体が同一材であることを利用して、金属底板のコバー
ル部分と金属枠体を金属射出成形で一体化したニアネッ
トシェイプ品を製作することもできる。この場合、金属
底板の光半導体素子搭載部以外の部分と金属枠体のろう
付け工程を省くことができ、組み立て作業が簡略化す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明にかかる光
半導体素子用パッケージを構成する金属底板の実施形態
の説明図である。この金属底板１１は、コバールからな
る底板本体１２と、銅−タングステン合金からなる光半
導体素子を搭載する搭載部材１３から構成されている。
底板本体１２の中央部分には貫通孔１２ａが設けられて
おり、また、底板本体１２の片側には、この貫通孔１２
ａを含む領域に凹み部１２ｂが設けられている。搭載部
材１３は、凹み部１２ｂに嵌め込まれる形状をしてい
る。金属底板１１は、底板本体１２に搭載部材１３を嵌
め込み、ろう付けして形成される。この際、金属底板１
１の光半導体素子用パッケージの外側に相当する面、即
ち底板本体面１２ｃおよび搭載部材面１３ｂが平坦にな
るように、搭載部材１３は底板本体１２に嵌め込まれ
る。そうして、光半導体素子は貫通孔１２ａ内の搭載部
材面１３ａ上に、例えば冷却素子を介して搭載される。

【００１１】本実施形態では、銅−タングステン合金か
らなる搭載部材１３は、金属底板１１の一部分を占める
に過ぎず、金属底板全体を銅−タングステンで構成する
場合に比較して使用する銅−タングステン合金材料を節
減することができる。また、搭載部材１３の形状は単純
な平板であり、難加工材である銅−タングステン合金の
加工費を低下させることができる。

【００１２】図２は、本発明にかかる光半導体素子用パ
ッケージを構成する金属底板の他の実施形態の説明図で
ある。この金属底板２１は、コバールからなる底板本体
２２と、銅−タングステン合金からなる光半導体素子を
搭載する搭載部材２３から構成されている。底板本体２
２の中央部分には貫通孔が設けられており、そこに搭載
部材２３が嵌め込まれている。搭載部材２３の光半導体
素子を搭載する部分には凹み部２３ａが設けられてい
る。

【００１３】本実施形態では、金属底板全体を銅−タン
グステンで構成する場合に比較して、使用する銅−タン
グステンを節減できる。ただし、前記実施形態よりは銅
−タングステン材の使用量は増加する。また、搭載部材
２３には凹み部２３ａを設けるため、加工費がそのだけ
前記実施形態よりも高くなる。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）図３は、本発明にかかる光半導体素子用パ
ッケージを構成する金属底板の実施例の分解斜視図であ
る。本実施例は従来技術の説明に用いた図１２に相当す
るものである。本実施例の金属底板３１は、コバールか
らなる底板本体３２と、銅−タングステン合金からなる
光半導体素子を搭載する搭載部材３３から構成されてい
る。ここで、銅−タングステン合金はタングステンに銅
が１０〜３０％含まれる合金である。底板本体３２は金
属射出成形で形成したもので、金属粉末にバインダーを
加え射出、成形後に適当な熱処理を施し、通常の機械加
工では実現困難な複雑な形状を低コストで作製すること
ができる。

【００１５】本実施例の金属底板３１は、以下のように
して形成する。即ち、底板本体３２には、光半導体素子
を搭載し、内部部品を組み立てる部分に貫通孔３２ａを
設け、光半導体素子用パッケージの底になる面（図３の
上側）に凹み部３２ｂを設ける。この凹み部３２ｂは、
底板本体３２の長手方向にある２辺の壁面３２ｃを有
し、幅方向の壁面は除去されている。また、凹み部３２
ｂと形状があう銅−タングステン合金製の板材を用意
し、Ｎｉめっきを施して搭載部材３３とする。そうし
て、銀ろうで気密性を確保するように、搭載部材３３を
底板本体３２の凹み部３２ｂにろう付する。

【００１６】ろう付の際は、底になる面をろう付治具な
どの平らな面に押し当て、必要な場合には重りをかけ
る。搭載部材３３は、ろう材の厚さを確保するため、凹
み部３２ｂの深さよりも数十μｍ薄くなるようにする。
加工によるクリアランスのばらつきは、ろう材が溶融す
ることにより埋めることができる。このようにろう付す
ることで、金属底板３１の光半導体素子用パッケージの
底になる面側に段差を生じることなく、底板本体３２と
搭載部材３３を接合させることができる。

【００１７】なお、底板本体３２の凹み部３２ｂは、図
４に示すように、隅３２ｄは完全な直角とはならず、多
少のＲがつく。ここに搭載部材３３をはめ込むと、搭載
部材３３は沈みきらずに浮く可能性がある。そこで、搭
載部材３３のエッジ３３ａに図中の点線で示したような
Ｃ面を設けるか、あるいは、隅３２ｄとエッジ３３ａが
ぶつからない程度に、底板本体３２の凹み部３２ｂを大
きくして、この浮きを回避する。３４はろう材である。

【００１８】また、図５に示すように、底板本体３２の
凹み部３２ｂの隅３２ｄに沿って、少なくとも搭載部材
３３を支持できる程度に部分的に段差３２ｅを設け、底
板本体３２のＲと搭載部材３３のエッジのぶつかりを避
ける方法を採用してもよい。更に、ろう付けする際に、
搭載部材３３をこの段差３２ｅに接触させて、高さ方向
の位置決めを精度よくすることができる。

【００１９】（実施例２）図６は、本発明にかかる光半
導体素子用パッケージを構成する金属底板の他の実施例
の分解斜視図である。本実施例では、金属底板４１は底
板本体４２と銅−タングステン合金からなる搭載部材４
３からなる。底板本体４２には凹み部４２ｂが設けられ
ている。この底板本体４２の凹み部４２ｂは、前記実施
例と異なり、底板本体４２の４辺の壁面で囲まれた直角
４辺形をなしている。搭載部材４３は凹み部４２ｂに嵌
め込まれ、ろう付けされる。

【００２０】（実施例３）図７は、本発明にかかる光半
導体素子用パッケージを構成する金属底板のさらなる他
の実施例の分解斜視図である。本実施例では、金属底板
５１の底板本体５２には、壁面５２ｂで囲まれた直角４
辺形の貫通孔５２ａが設けられている。また、銅−タン
グステン合金からなる搭載部材５３は、貫通孔５２ａと
同形状の銅−タングステン合金板材からなる。この搭載
部材５３を貫通孔５２ａに嵌め込み、ろう付けする。金
属底板５１の光半導体素子を搭載する面は平坦になって
おり、実施例１および２とは異なる。

【００２１】（実施例４）図８は、本発明にかかる光半
導体素子用パッケージを構成する金属底板のさらなる他
の実施例の分解斜視図である。本実施例では、金属底板
６１は、銅−タングステン合金からなる搭載部材６３の
両側に底板本体６２をろう付けして構成されている。金
属底板６１の光半導体素子を搭載する面は平坦になって
いる。

【００２２】なお、上記実施例３、４において、ろう付
の際にろう材が流出するのを防止するためには、図９に
示すように、底板本体５２、６２と搭載部材５３、６３
のろう付け部分に互い違いになる段差５２ｂ、６２ａ、
５３ａ、６３ａを設けるとよい。

【００２３】また、銅−タングステン合金からなる搭載
部材は、板厚が厚いと強度は強いが、放熱特性は落ち、
逆に薄いほど放熱特性は上がるが、強度は弱くなる。放
熱特性と強度の関係から、一例としては、好ましい板厚
は０．３〜１．０ｍｍ、最も好ましい板厚は０．５ｍｍ
〜０．８ｍｍの値が得られた。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
半導体素子を搭載する金属底板と、金属枠体とを有する
光半導体素子用パッケージにおいて、前記金属底板は光
半導体素子を搭載する部分に略限定された部分が銅−タ
ングステン合金からなるため、必要な機能を損なうこと
なく、安価な光半導体素子用パッケージを製作すること
ができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる光半導体素子用パッケージを構
成する金属底板の実施形態の分解説明図である。

【図２】本発明にかかる光半導体素子用パッケージを構
成する金属底板の他の実施形態の説明図である。

【図３】本発明にかかる光半導体素子用パッケージを構
成する金属底板の一実施例の分解斜視図である。

【図４】図３に示した実施例おける、底板本体と搭載部
材の接合状態の説明図である。

【図５】図３に示した実施例おける、底板本体と搭載部
材の接合状態の他の説明図である。

【図６】本発明にかかる光半導体素子用パッケージを構
成する金属底板のさらなる他の実施例の分解斜視図であ
る。

【図７】本発明にかかる光半導体素子用パッケージを構
成する金属底板のさらなる他の実施例の分解斜視図であ
る。

【図８】本発明にかかる光半導体素子用パッケージを構
成する金属底板のさらなる他の実施例の斜視図である。

【図９】図７、８に示し実施例における底板本体と搭載
部材のろう付け部分の説明図である。

【図１０】従来の光半導体素子用パッケージの斜視図で
ある。

【図１１】図１０に示した光半導体素子用パッケージの
光半導体素子を搭載した部分の部分説明図である。

【図１２】従来の金属底板の斜視図である。

【符号の説明】

１１、２１、３１、４１、５１、６１金属底板１２、２２、３２、４２、５２、６２底板本体１２ａ、３２ａ、５２ａ貫通孔１２ｂ、２３ａ、３２ｂ、４２ｂ凹み部１２ｃ底板本体面１３、２３、３３、４３、５３、６３搭載部材１３ａ、ｂ搭載部材面３２ｃ、５２ｂ壁面３２ｄ隅３２ｅ段差３３ａエッジ３４ろう材５２ｂ、５３ａ、６２ａ、６３ａ段差

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体素子を搭載する金属底板と、金
属枠体とを有する光半導体素子用パッケージにおいて、
前記金属底板は光半導体素子を搭載する部分に略限定さ
れた部分が銅−タングステン合金からなることを特徴と
する光半導体素子用パッケージ。
【請求項２】前記金属底板は、光半導体素子を搭載す
る部分に貫通孔を有し、光半導体素子を搭載する側の反
対側に前記貫通孔を含む領域に凹み部を有する底板本体
と、前記凹み部に嵌め込まれ接合している搭載部材とを
備え、前記搭載部材に限定して銅−タングステン合金が
用いられていることを特徴とする請求項１記載の光半導
体素子用パッケージ。