JPS60110180A - 光素子用パツケ−ジ - 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】 （イ）技−術分野 この発明は、発光ダイオードやフォトダイオードなどの
光素子を収納するため°の光素子用パッケージに関する
。

光素子用パッケージに対して要求される技術的要請は、 （１）光に対して透明な光導入用（博造を有すること。

゛（２）光素子にダイヤボンド及びワイヤボンドなどの
配線を行い、光素子から電極端子をとり出す　−こと。

（３）光素子を気密封止すること。

（４）光ファイバとの結合効率が高いこと。

発光ダイオードチップ又はフォトダイオードチップと光
ファイバの端面が十分近接しており、開口角が広いこと
である。

本発明は、この内、特に（４）の要請に応えるものであ
る。

（イ）従来技術Ｉ　（上面タイプ） 第１５図は従来例に係るフォトダイオード用パッケージ
の断面図である。これは、上面から光ファイバの光を入
射させる最も一般的なタイプである０Ｔ０１８型パツケ
ージ４０は、パッケージ本体４１と、この上面に被蓋さ
れるキャップ４２とよりなる。キャップ４２の上面中央
は開口になっており、透明コバールガラスによる惹４３
が設けである。

フォトダイオードチップ４４はパッケージ本体４１の底
板にグイボンディングされている。

本体４１の底板にはリード４５が設けられる。

リード４６と、フォトダイオードチップ４４の上の’ｉ
ｔｔ＆とが金線４７によってワイヤボンドされる。

光ファイバ４８はＸ４３の外側にフォトダイオードチッ
プ４４と対向するように設けられる。

キャップ４２と本体４１は溶接される。このパッケージ
は既に長い実績を有するハーメチックシールタイプであ
る。

このパッケージはワイヤボンディング（金１Ｍ４７）の
存在する上面から光を入射させるので、フォトダイオー
ドチップ４４の上面と窓４３の距離が長くなりすぎる。

このため、光ファイノく４８との結合効率が上らない、
という欠点があった。

第１６図は第１５図と同じ上面タイプの光累子月Ｊ　／
＜ッケージを示す。透明コノクールガラス４３０代わり
に、サファイヤ板４３／の窓が設けられてし）る。

これも、ワイヤボンディングされた金線４７のため、フ
ォトダイオードチップとサファイヤ板４３’が離隔し、
光ファイバ４８との結合効率が悪し・、という欠点があ
る。

（つ）従来技Ｎｆｌ（下面通し穴タイプ）光ファイバと
チップを近接させるために番マ、ワイヤのある上面では
限界があり、下面を使った方が良いと考えられる。

そこで、第１７図〜第１９図に円くす下面通し穴タイプ
の光素子用パッケージが作製された。

第１５図と共通する部材については同じ引用数字を用い
た。第１７図に於て、キャップ４２にｔコ惹力（ない。

フォトダイオードチップ４４の下ｔｔｌｓに当る部分の
パッケージ本体４１には、軸方向に広し）ｉｌ！！し穴
５０が穿たれている。

光ファイバ４８はパッテ・−ジ本体４１の下方の通し穴
５０に端面が対向するように設けられる。

光ファイバ４８からの光は、辿し穴５ｕを通ってフォト
ダイオードチップ４４に裏面から入射する。

第１８図に示す例は、通し穴５υを広くして、光ファイ
バ４８の先端を通し穴５０に挿入固定したものである。

フォトダイオードチップ４４と、光ファイバ４８の端面
間距離を狭くすることができる。

しかし、この例は、光ファイバ４８の先端を辿し穴５０
に挿入した時、フォトダイオードチップ４４に接触して
、これを破損する慣れがある。また、光ファイバ４８の
固定が難しい。

第１９図の例は、通し穴５０を、コバールガラス５１で
封止したパッケージを示す。

これら下面通し穴タイプの光素子パッケージの難点を、
第２０図、第２・１図の拡大断面図によって説明する。

フォトダイオードチップ４４のｐｎ接合部が受光部５２
となる。通し穴５０の下方から、光が受光部５２に入射
する。通し穴５０のエツジ５３によって制限され、僅か
な開口角θ内の光源のみが受光部５２に到達する。

光ファイバ４８の端面を／＜ツケージ６本体４１の下面
に接触させても、開口角θの制限を受ける。

次に取付けの困難という問題がある０ 通し穴５０は丸い孔で、フォトダイオードチップ４４は
、通し穴５０以外の接触部５４に於て夕゛イボンデイン
グされる。チップは小さく、通し穴５０も小さい。この
ため、位置合わせが難しし）。

通し穴５０の中心軸と受光部５２が横方向にずれると、
第２１図に示すように、開口角θ力く、ずれた側に於て
より狭くなる。この図では右方ヘチップがずれており、
受光部５２の右方の部分にＧまツＣが到達しにくくなる
。フォトダイオードの人自寸光量が減るので、検出感度
が低くなる。

受光部５２に入射する光の開口角を大きくするには、通
し穴５ｕを短かくシ、断面積を広くしなければならない
。

通し穴５υの長さは、パッケージ本体４１の底板の厚み
に等しい。これを薄くすると、機械的強度が不十分にな
る。本体４１は、金属、セラミックであるが、薄くする
には限度がある。本体が、チップ、リード、キャンプな
どを支持する力学的中心であるからである。

通し穴５υの直径を広くすると、フォトダイオードチッ
プ４４の寸法も大きくしなければならない。半導体の寸
法が大きくなるとコスト高になるし、チップの強度も弱
くなる。

し）　従来技術１ｌｌ（サファイヤ基板タイプ）そこで
本発明者は、サファイヤ基板上に、欠損部を有するグイ
ボンド用パッドを設け、パッド上に光素子をグイボンド
し、サファイヤ基板の表面に１光ファイバ端面を対向さ
せるようにした光素子用パッケニジを発明した。

第１図はそのような光素子用パッケージの平面図、第２
図は第１図中のＨ−Ｍ断面図である。第８図はフォトダ
イオードチップをグイボンディングし〜かつ金線などを
ワイヤボンディングした状態の断面図を示している。

サファイヤ基板１の上に、下枠２を接着しである。下枠
２は絶縁体であればよく、ここではアルミナ焼結体を用
いた。サファイヤ基板１と下枠２の接着は、例えばろう
付けとする。

サファイヤ基板１の中央には、欠損部４を有する導電性
のグイボンディング用パッド３をメタライズして設ける
。グイボンディング用バッド３は下枠２の一辺を越えて
、端ま゛で延長している。

欠損部４は光を通す部分で、この例では丸くなっている
。しかし、丸くなくてもよく、角形でも差支えない。

下枠２の上には、上枠５を接着する。この例では上枠５
もアルミナとしている。上枠５と下枠２とは絶縁性の接
着剤で接着する。

グイボンディング用バッド３の延長辺には、リード６を
ハンダ付する。

下枠２の対向辺には、ワイヤボンディング用パッド８が
メ′タライズしである。ワイヤボンディング用パッド８
の延長辺には、リード７がハンダ付けしである。

このようなパッケージに、第３図に示すように、フォト
ダイオード、発光ダイオードなどの光素子チップ９を接
着する。

光素子チップ９は、グイボンディング用バッド３の上に
載置する。この時、欠損部４の中心と、光素子チップ９
の中心とが一致するよう位置合わせする。

パッド３は、例えば、ＡｕＳｎ共晶のようなリングハン
ダである。光素子チップ９を押えて超音波などのエネル
ギーを加えると、へンダがとけて、チップ９がパッド３
の上に固定される。

さらに、金線などをワイヤボンディング１０して、ワイ
ヤボンディング用パッド８と、光素子チップ９の電極部
とを接続する。

通常は、上枠５の上へ、さらにアルミナキャンプを接着
し、内部空間を封止する。

第４図は１ダイボンデイング用パツド３の欠損部４の近
傍のみの拡大平面図である。

第５図は、第４図中のｖ−ｖｉＩｒ面図である。

理想的な場合、ここに示すように、サファイヤ基板１は
平坦で、グイボンディング用バッド３は平坦である。

パッド３が真に平坦であれば、光素子チップは厳密に、
定位置へ、安定した状態ア固定することができる。

しかしながら、実際には、グイボンディング用バッド３
は平坦にはならない。

この理由を考慮したところ、次のような事が分った。

第６図は、す７アイヤ基板上に、導電性（例えば金）ペ
ーストを印刷した状態の断面図である。

厚膜印刷であるから、パッドの形状に等しい穴が切り取
られた薄いスクリーンをサファイヤ基板１の上に重ねて
、金ペースト１３を塗布する。この状態では、金ペース
トの上面は平坦である。

次に、金ペーストを固化するため、炉の中ヘサクアイヤ
基板１を入れて焼成する。

焼成工程に於て、金ペースト１３の端部１４が表面張力
のために盛り上る。このため、端部１４が高く、その他
の部分は低くなる。炉からとり出した後、そのような不
定形のまま固化する。

第７図はこのような焼成後のパッドの状態を示す断面図
である。

第８図はパッドの上に光素子チップ９をグイボンドした
状態を示す断面図である。焼成時のペーストの伸縮によ
って、ペーストの上面は多くの凹凸を有する。この上に
、平坦な光素子チップ９を接着するのは無理がある。チ
ップ９か弱い振動などによって、剥離するからである。

け）本発明の構成 本発明は、第１図のような光素子用パッケージに於て、
ダイボンディング用パッド３のメタライズの問題を解決
するものである。焼成によって、金ペーストが端部に於
て隆起するのであるから、隆起する分だけ、予め、す７
アイヤ基板を浅く削っておけばよい。

第９図〜第１２図のサファイヤ基板１の断面図によって
説明する。

第９図はサファイヤ基板１の断面図である。平坦で透明
である。厚さは、この例では０．２鰭である０ 第１０図は、平坦なサファイヤ基板１に、浅いテーパ部
１６、これに続く窪み１７を設ける。テーパ部１６、窪
み１７は、Ａｒレーザによって加工する。機械的に加工
することもできる。

サファイヤ基板１の上面１５と窪み１７の差は５〜ｌＯ
μｍとした。

次に第１１図に示すようド、グイボンディング用パッド
３となるべき形状に金ペーストなど、導電性ペースト１
８をスクリーン印刷する。窪み１γが、バンド３の欠損
部４に対応するようにする。

ペースト１８の欠損部４に対応する端部１９は、なだら
かに窪み１７に向って傾斜する。

スクリーン印刷したものを゛乾燥させ、炉の中に入れて
焼成する。第１２図は焼成後のサファイヤ基板、ペース
トの断面図である。

焼成することによって、ペースト端部１９が隆起する。

しかし、隆起の高さは、たかだか５μｍテアル。テーパ
部１６にペースト端部がかかつているので、隆起があっ
ても、金ペースト１８の他の部分より高くはならない。

このような、ダイボンディング用パッド３に、光素子チ
ップ９をグイボンドする。端部の隆起は低くなっている
ので、チップ９の底面を不均等に持ち上げる、というこ
とばない。

これ以後は、既に述べた工程に従って、第１図、第２図
に示されるような光素子用パッケージが作製される。そ
して、第８図に示されるように、光素子チップ９がグイ
ボンディングされ、ワイヤボンディング１（ｌて、キャ
ップシールすると、光素子となる。

ａ）　効　果 （１）　光素子チップのグイボンドの安全性が増す。

金ペーストを焼成した時、端部に生ずる隆起が低くなっ
ており、光素子チップの面に接触しない。金ペーストの
平坦な面だけがチップ裏面に接触し、平滑な接触面とな
るからである。

（２）　この光素子チップのパッケージングは、第１４
図に示す下面通し穴タイプのように、開口角の強い制限
を受けない。第１５図に示す本発明のパッケージング構
造は、受光部５２へ到達する光がパッド３の欠損部４を
通るようになっている。

欠損部４は、チップ９に接触しており、しかも極めて簿
い。従って、広い開口角θに含まれる光を受光部５２へ
入射させることができる。

【図面の簡単な説明】

第ｔｍは本発明の光素子用パッケージの平面図。 第２図は第１図中のＩ−１断面図。 第３図は光素子用パッケージの中に光素子チップをグイ
ボンディングした断面図。 第４図はダイボンディング用パッドの部分の拡大平面図
。 第５図は第４図中のＶ−ｖ断面図。 第６図はサファイヤ基板上に金ペーストをスクリーン印
刷した状態を示す断面図。 第７図は焼成後のサファイヤ基板上の金ペーストの状態
を示す断面図。 第８図は金ペーストの上に光素子チップを載せた状態を
示す断面図。 第９図はサファイヤ基板の断面図。 第１０図はサファイヤ基板にテーバ部、圧みを設けた状
態の断面図。 第１１図はテーパ部に端部が位置するよう金ペーストを
スクリーン印刷した状態の断面図。 第１２図は焼成後の金ペーストの状態を示す断面図。 第１３図は本発明の光素子用パッケージに於けるチップ
の受光部と開口角の関係を説明する断面図。 ３）１４図は従来の下面通し穴タイプのパッケージに於
けるチップ受光部と開口角の関係を説明する断面図。 第１５図は公知の上面タイプの光素子用パッケージの断
面図。ガラス窓を有する例。 第１６図は公知の上面タイプの光素子用パッケージの断
面図。サファイヤ叛意を有する例。 第１７図は従来例の下面通し穴タイプの光素子用パッケ
ージの断面図。 第１８図は従来例に係る下面通し穴タイプの光素子用パ
ッケージの断面図。 第１９図は従来例に係る下面通し穴タイプの光素子用パ
ッケージの断面図。 第２０図は下面通し穴タイプの受光部に入射する光の範
囲を示すための拡大断面図。 第２１図は下面通し穴タイプの光素子用パッケージに於
て、チップの取付位置がずれた場合の、受光部に入射す
る光の範囲を示すための拡大断面図。 １　・・・・・・・・・　サファイヤ基板２　・・・・
・・・・・　下　枠 ３　・・・・・・・・・　グイボンディング用パッド４
　・・・・・・・・・　欠　損　部 ６．７・・・・・・・・・リード ８　・・・・・・・・・　ワイヤボンティング用パッド
９　・・・・・・・・・　光素子チップ１０　・・・・
・・・・・　ボンディングワ・ｒヤ１３・・・・・・・
・・　金ペースト １４　・・・・・・・・・　金ペーストの端部光　明　
者　西　沢　秀　明 第６図 １・′ 第７図 １−−＝− 第８図 第９図 第１０図 第１４図 ２ ノ 第　１　３　１：Ｊ ２ 第１５図 第１６図 第２０図 ５２ ＼ 第２１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サファイヤ基板１と、サファイア基板１上に導体ペース
   トを印刷し焼成した欠損部４を有するグイボンディング
   用パッド３と、グイボンディング用パッド３の上にグイ
   ボンドされる発光又は受光素子よりなる光素子チップ９
   と、サファイヤ基板１上に固着される下枠２と、下枠２
   の上に設けられ光素子チップ９とワイヤボンディング１
   ｕされるワイヤボンディング用パッド８と、グイボンデ
   ィング用パッド３、ワイヤボンディング用パッド８に接
   続されたリード６．７と、下枠２の上に固着される上枠
   ５を含み、光はサファイヤ基板１とグイボンディング用
   パッド３の欠損部４を通って光素子チップ９に出入する
   こととした光素子用パッケージに於て、サファイヤ基板
   １に予め浅いテーパ部１６・を設は導体ペーストの欠損
   ＄４に当る端部がテーパ部１６の上に存在するようにし
   だ事を特徴とする光素子用パッケージ。