JP3696737B2

JP3696737B2 - Optical semiconductor element storage package

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Publication number: JP3696737B2
Application number: JP31773598A
Authority: JP
Inventors: 博司柴山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1998-11-09
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2018-11-09
Also published as: JP2000147329A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子を収納するための光半導体素子収納用パッケージに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気信号を光信号に変換するレーザダイオードや光信号を電気信号に変換するフォトダイオード等の光半導体素子を収納するための光半導体素子収納用パッケージは、上面中央部に光半導体素子を搭載するための搭載部を有する略四角平板状の底板の各外周辺に沿って略四角枠状の側壁を前記搭載部を取り囲むようにして立設させて成る基体と、この基体の側壁上面に搭載部を覆うようにして接合される金属製蓋体とから主に構成されている。
【０００３】
この光半導体素子収納用パッケージに用いられる基体としては、底板および側壁が銅−タングステン合金や鉄−ニッケル−コバルト合金等の金属材料から成るタイプのものと、底板および側壁が酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料から成るタイプのものが知られている。
【０００４】
そして、このような光半導体素子収納用パッケージにおいては、搭載部に搭載される光半導体素子と外部の電気回路とを電気的接続するための導電路を必要とする。
【０００５】
導電路は、基体を構成する底板および側壁が金属材料から成る場合であれば、例えば側壁と底板との間に側壁を貫通する切り欠きを設けるとともに、この切り欠き内に、導電路としてのメタライズ導体層を有するセラミック端子をろう付け嵌着することによって提供される。この場合、メタライズ導体層は、切り欠き内に嵌着されたセラミック端子のみに形成されているので、パッケージ内に複雑な配線を設けることが困難である。
【０００６】
一方、基体を構成する底板および側壁がセラミックス材料から成る場合であれば、導電路は底板の表面および／または内部に導電路としてのメタライズ導体層を設けることによって提供される。この場合、底板の表面および／または内部にメタライズ導体層を設けることにより複雑な配線が可能であり、例えば光半導体素子と周辺回路とを接続するための配線等を基体に一体的に設けることが可能である。
【０００７】
そこで、基体に例えば周辺回路用の配線等を含むような複雑な配線を要する場合、基体を構成する底板および側壁がセラミックス材料から成るタイプの光半導体素子収納用パッケージが好適に採用されている。
【０００８】
このように基体を構成する底板および側壁がセラミックス材料から成るタイプの光半導体素子収納用パッケージの従来例を図４に断面図で、図５に斜視図で示す。
【０００９】
この光半導体素子収納用パッケージは、例えば図４、図５に示すように、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料から成り、略四角形状のセラミックス製底板21ａの各外周辺に沿ってセラミックス製側壁21ｂを立設させて成る基体21と、セラミックス製側壁21ｂの上面に銀ろう等のろう材を介してろう付け取着された鉄−ニッケル−コバルト合金から成る封止用金属枠体22と、封止用金属枠体22にシームウエルド法等により接合される鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属製蓋体23と、セラミックス製側壁21ｂの一つに銀ろう等のろう材を介してろう付け取着された鉄−ニッケル合金から成る光ファイバ固定用金属部材24とから構成されている。
【００１０】
基体21は、セラミックス製側壁21ｂで囲まれたセラミックス製底板21ａの上面が光半導体素子25やこの光半導体素子25を駆動するための駆動用集積回路素子26等を搭載するための搭載部を形成しており、この搭載部には光半導体素子25や駆動用集積回路素子26等が搭載される。
【００１１】
また、基体21は、搭載部からセラミックス製側壁21ｂのひとつを貫通して外側に延出する複数のメタライズ導体層27が被着形成されており、このメタライズ導体層27には、光半導体素子25や駆動用集積回路素子26の電極がボンディングワイヤ28を介して電気的に接続される。
【００１２】
さらに、基体21は、セラミックス製側壁21ｂのひとつにこのセラミックス製側壁21ｂを内外に貫通する貫通孔21ｃが形成されており、この貫通孔21ｃ周辺の外側面にリング状の光ファイバ固定用金属部材24が取着されている。
【００１３】
光ファイバ固定用金属部材24は、パッケージに光ファイバ29を固定するための下地部材であり、この光ファイバ固定用金属部材24に光ファイバ29の取付金具30をレーザビーム溶接で接合することにより光ファイバ29がパッケージに固定される。
【００１４】
そして、基体21の搭載部に光半導体素子25や駆動用集積回路素子26等を搭載するとともにこれらの光半導体素子25や駆動用集積回路素子26等の各電極をボンディングワイヤ28を介してメタライズ導体層27に電気的に接続した後、セラミックス製側壁21ｂの上面に取着された封止用金属枠体22上に金属製蓋体23をシームウエルド法により溶接し、しかる後、光ファイバ固定用金属部材24に光ファイバ29の取付金具30をレーザビーム溶接で接合して光ファイバ29を固定することにより、光半導体素子収納用パッケージ内部に光半導体素子25や駆動用集積回路素子26等が気密に収容された光半導体装置となる。
【００１５】
なお、この光半導体素子収納用パッケージでは、光ファイバ固定用金属部材24と光ファイバの取付金具30とは、ともに５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルとの鉄−ニッケル合金から形成されている。
【００１６】
光ファイバ29の取付金具30が５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルとの鉄−ニッケル合金から形成されているのは、この５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルとの鉄−ニッケル合金の熱膨張係数が光ファイバ29の熱膨張係数に近似するためである。光ファイバ29の熱膨張係数と取付金具30の熱膨張係数とが近似することにより、例えば光ファイバ29を光ファイバ固定用金属部材24に固定する際等に、取付金具30と光ファイバ29との両方に熱が印加されたとしても両者の間に大きな熱応力が発生することがない。このため熱応力による光ファイバ29の破損や変形等の発生を有効に防止することができる。
【００１７】
また、光ファイバ固定用金属部材24が５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルとの鉄−ニッケル合金から形成されているのは、光ファイバ固定用金属部材24を光ファイバ29の取付金具30と同じ組成の鉄−ニッケル合金とすることによって、両者をレーザビーム溶接で容易、且つ強固に溶接することを可能とするとともに両者間に熱膨張係数の相違による熱応力が発生するのを防止し、光ファイバ29に変形や破損等をもたらすことなく光ファイバ29を光ファイバ固定用金属部材24に固定することを可能とするためである。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の光半導体素子収納用パッケージによると、基体を構成する酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数が約８×１０^-6／℃（０〜８００℃）程度であるのに対して光ファイバ固定用金属部材を構成する５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルとの鉄−ニッケル合金の熱膨張係数が約１２×１０^-6／℃（０〜８００℃）程度であるため、基体に光ファイバ固定用金属部材を銀ろう等のろう材を介して接合する際、両者の熱膨張係数の相違に起因して両者間に大きな熱応力が発生し、この熱応力が基体と光ファイバ固定用金属部材との接合部に残留応力として大きく内在してしまう。そして、パッケージの内部に光半導体素子を収容した後、光ファイバ固定用金属部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接により接合すると、レーザビーム溶接の熱が光ファイバ固定用金属部材と基体との接合部に短時間のうちに局部的に印加され、光ファイバ固定用金属部材と基体との接合部に大きな熱衝撃が発生する。この熱衝撃は、基体と光ファイバ固定用金属部材との接合部に内在する残留応力と相乗して、脆弱なセラミックスから成る基体に光ファイバ固定用金属部材との接合部において微小なクラックを発生させてしまう。そしてさらにこれに外部環境の温度差や光半導体素子が作動時に発生する熱等が繰り返し印加されると、基体の光ファイバ固定用金属部材との接合部に発生したクラックが次第に進行し、遂にはパッケージの気密を不完全なものとしてしまい、その結果、内部に収容する光半導体素子等を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることができなくなってしまうという課題を有していた。
【００１９】
本発明は、かかる従来の課題に鑑み案出されたものであり、その目的は、パッケージの気密を完全なものとなし、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり正常、且つ安定に作動させることができる光半導体素子収納用パッケージを提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光半導体素子収納用パッケージは、略四角形状のセラミックス製底板の外周辺のうち３辺に沿ってセラミックス製側壁を立設し、残りの１辺に沿って金属製側壁を立設して成る基体と、該基体の金属製側壁に取着され、光ファイバの取付金具が溶接される光ファイバ固定用金属部材と、を具備し、前記金属製側壁は、上面側外周辺を除く外周辺に沿って、セラミックス製底板およびセラミックス製側壁に対向する接合面側に突出する突出部が設けられており、前記セラミックス製底板およびセラミックス製側壁の熱膨張係数をａ、前記金属製側壁の熱膨張係数をｂ、前記光ファイバ固定用金属部材の熱膨張係数をｃとしたとき、ａ＜ｂ＜ｃとなっていることを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、パッケージの基体を略四角形状のセラミックス製底板の外周辺のうち３辺に沿ってセラミックス製側壁を立設するとともに残りの１辺に沿って金属製側壁を立設することにより構成したことから、セラミックス製底板の表面および／または内部にメタライズ導体層を設けることにより複雑な配線が可能である。
【００２２】
また、本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、基体を構成する側壁のひとつを金属製側壁とするとともにこの金属製側壁に光ファイバ固定用金属部材を取着したことから、この光ファイバ固定用金属部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接により接合する際、光ファイバ固定用金属部材と金属製側壁との接合部にレーザビーム溶接による熱衝撃が発生したとしても、この熱衝撃は、強靭な金属から成る金属製側壁と光ファイバ固定用金属部材との接合部のみに主に印加されて脆弱なセラミックス製底板やセラミックス製側壁に作用することは殆どない。
【００２３】
更に、セラミックス製底板およびセラミックス製側壁の熱膨張係数をａ、金属製側壁の熱膨張係数をｂ、光ファイバ固定用金属部材の熱膨張係数をｃとしたとき、ａ＜ｂ＜ｃとなるようにしたことから、これらの熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を各部材間に良好に分散させ、各接合部に内在する残留応力を小さいものとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に本発明を添付の図面を基に詳細に説明する。
図１は、本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施形態の一例を示す断面図、図２は斜視図であり、１は基体、２は蓋体である。主にこの基体１と蓋体２とで内部に光半導体素子３や駆動用集積回路素子４等を収納する容器が構成される。
【００２５】
また図３は、図１および図２に示す光半導体素子収納用パッケージの蓋体２を除いた分解斜視図である。
【００２６】
基体１は、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミックス材料から成る略四角平板状のセラミックス製底板１ａの外周辺のうち３つの辺に沿って同じく酸化アルミニウム質焼結等のセラミックス材料から成るセラミックス製側壁１ｂを立設するとともに残りの１辺に沿って鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属製側壁１ｃが立設されている。そして、セラミックス製側壁１ｂおよび金属製側壁１ｃで囲まれたセラミックス製底板１ａ上面が光半導体素子３や駆動用集積回路素子４を搭載するための搭載部を形成しており、この搭載部には光半導体素子３および駆動用集積回路素子４が接着固定される。
【００２７】
基体１を構成するセラミックス製底板１ａとセラミックス製側壁１ｂとは、同じ材質のセラミックス材料から成り、互いに焼結一体化している。そして例えばセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂがともに酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、酸化アルミニウム粉末および酸化珪素粉末・酸化マグネシウム粉末・酸化カルシウム粉末等の原料粉末に適当な有機バインダおよび溶剤・可塑剤等を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法を採用してシート状となすことによってセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂとなる複数枚のセラミックグリーンシートを得、次にこれらのセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに上下に積層した後、これに適当な切断加工を施すことにより所定形状の生セラミック成形体を得、最後にこの生セラミック成形体を還元雰囲気中、約１６００℃の温度で焼成することによって製作される。
【００２８】
またセラミックス製底板１ａの搭載部上面からセラミックス製側壁１ｂの外側にかけては、セラミックス製側壁１ｂのひとつを貫通して延びるタングステンやモリブデン等の金属粉末メタライズから成る複数のメタライズ導体層５が被着されている。
【００２９】
このメタライズ導体層５は、光半導体素子３および駆動用集積回路素子４の各電極を外部に電気的に導出するための導電路として機能し、その搭載部上面部位には光半導体素子３および駆動用集積回路素子４の各電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続され、セラミックス製側壁１ｂの外側に導出した部位は図示しない外部電気回路基板の配線導体に電気的に接続される。
【００３０】
メタライズ導体層５は、例えばタングステン粉末メタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合して得たタングステンペーストを、セラミックス製底板１ａとなる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を採用することによって所定パターンに印刷塗布しておくとともにこれを生セラミック成形体と同時に焼成することによってセラミックス製底板１ａの搭載部上面からセラミックス製側壁１ｂの外側にかけてセラミックス製側壁１ｂのひとつを貫通して延出するようにして被着形成される。
【００３１】
この場合、メタライズ導体層５を、セラミック多層技術によりセラミックス製底板１ａの内部および表面に複雑なパターンに設けることが可能である。
【００３２】
なお、メタライズ導体層５は、その露出表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、メタライズ導体層５の酸化腐食を有効に防止することができるとともにメタライズ導体層５とボンディングワイヤ６や図示しない外部電気回路基板の配線導体との接続性を良好なものとすることができる。従って、メタライズ導体層５は、その表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３３】
さらに、セラミックス製底板１ａの端面およびセラミックス製側壁１ｂの端面、ならびにセラミックス製側壁１ｂの上面には、タングステンやモリブデン、モリブデン−マンガン等の金属粉末メタライズから成るメタライズ金属層７が被着形成されている。そしてメタライズ金属層７のセラミックス製底板１ａ端面およびセラミックス製側壁１ｂ端面部位には金属製側壁１ｃが銀ろう等のろう材を介してろう付けされており、セラミックス製側壁１ｂ上面部位には封止用金属枠体11が銀ろう等のろう材を介してろう付けされている。
【００３４】
メタライズ金属層７は、セラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂに金属製側壁１ｃを接合させるための下地金属層およびセラミックス製側壁１ｂ上面に後述する封止用金属枠体11を取着させるための下地金属部材として作用し、例えばタングステン粉末メタライズから成る場合であれば、タングステン粉末に適当な有機バインダおよび溶剤等を添加混合して得たタングステンペーストをセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂとなるセラミックグリーンシートを積層して得た生セラミック成形体の上面および端面に従来周知のスクリーン印刷法を採用することによって所定のパターンに印刷塗布しておくとともにこれを生セラミック成形体と同時に焼成することによって、セラミックス製底板１ａの端面およびセラミックス製側壁１ｂの端面、ならびにセラミックス製側壁１ｂの上面に被着形成される。
【００３５】
なお、メタライズ金属層７は、その表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、メタライズ金属層７が酸化腐食するのを有効に防止することができるとともに、メタライズ金属層７と金属製側壁１ｃおよび封止用金枠体11との銀ろう等のろう材を介した接合を強固、且つ容易なものとすることができる。従って、メタライズ金属層７には、その表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍの厚みに被着させておくことが好ましい。
【００３６】
また、メタライズ金属層７に接合された金属製側壁１ｃは、その側面に突出部Ａを有する略四角形の板材であり、例えばセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂが酸化アルミニウム質焼結体から成る場合であれば、５４重量％の鉄と２９重量％のニッケルと１７重量％のコバルトとの鉄−ニッケル−コバルト合金から成る。そしてその突出部Ａの端面をセラミックス製底板１ａの端面およびセラミックス製側壁１ｂの端面に被着させたメタライズ金属層７に銀ろう等のろう材を介してろう付けすることによってセラミックス製底板１ａの残りの１辺に沿って立設されている。
【００３７】
この金属製側壁１ｃを形成する５４重量％の鉄と２９重量％のニッケルと１７重量％のコバルトとの鉄−ニッケル−コバルト合金は、その熱膨張係数が約１０×１０^−６／℃（０〜８００℃）であり、セラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂを形成する酸化アルミニウム質焼結体の熱膨張係数約８×１０^−６／℃（０〜８００℃）に比較的近似する。従って、５４重量％の鉄と２９重量％のニッケルと１７重量％のコバルトとの鉄−ニッケル−コバルト合金から成る金属製側壁１ｃを酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂに銀ろう等のろう材を介してろう付け接合したとしても、金属製側壁１ｃとセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂとの接合部にそれほど大きな熱応力が発生するようなことはなく、この接合部においてセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂにクラックが発生するようなことはない。
【００３８】
この場合、金属製側壁１ｃには、金属製側壁１ｃの上面側外周辺を除く外周辺に沿って接合面側に０．１〜１ｍｍ程度突出する突出部Ａを設けるとともにこの突出部Ａの端面をセラミックス製底板１ａの端面およびセラミックス製側壁１ｂの端面に被着させたメタライズ金属層７に銀ろう等のろう材を介してろう付けするので、金属製側壁１ｃの熱膨張係数とセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂとの熱膨張係数との差に起因してこれらの接合部に発生する応力を突出部Ａが弾性変形することによって良好に吸収緩和することができ、その結果、これらの接合部に大きな熱応力が内在してしまうことを、より効果的に防止することができる。従って金属製側壁１ｃは、その上面側外周辺を除く外周辺に沿って接合面側に０．１〜１ｍｍ程度突出する突出部Ａを設けておくとともに、この突出部Ａの端面をセラミックス製底板１ａの端面およびセラミックス製側壁１ｂの端面に被着させたメタライズ金属層７に銀ろう等のろう材を介してろう付け接合する。
【００３９】
なお、金属製側壁１ｃは、その露出表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、金属製側壁１ｃが酸化腐食するのを有効に防止することができる。従って、金属製側壁１ｃは、その露出表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させることが好ましい。
【００４０】
さらに、金属製側壁１ｃは、その中央部に貫通孔Ｂを有しており、この貫通孔Ｂの外側開口周辺には、例えば鉄５０重量％とニッケル５０重量％との鉄−ニッケル合金から成るリング状の光ファイバ固定用金属部材８が銀ろう等ろう材を介して取着されている。
【００４１】
この光ファイバ固定用金属部材８は、パッケージに光ファイバ９を固定するための下地部材として機能し、光ファイバ９に予め取着されている鉄５０重量％とニッケル５０重量％との鉄−ニッケル合金から成る取付金具10を光ファイバ固定用金属部材８にレーザビーム溶接することによって光ファイバ９が光ファイバ固定用金属部材８に固定される。
【００４２】
この場合、光ファイバ固定用金属部材８と光ファイバ９の取付金具10とは、ともに５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルとの鉄−ニッケル合金から成り、両者が同じ組成、同じ熱膨張係数であることから、両者をレーザビーム溶接により接合すると、両者が極めて良好に接合されるとともに両者間に熱膨張係数の相違に起因する熱応力が発生するようなことがなく、光ファイバ９に変形や破損を伴うことなく光ファイバ９を光ファイバ固定用金属部材９に強固かつ容易に固定することができる。
【００４３】
また、光ファイバ固定用金属部材８は、金属製側壁１ｃに取着されており、セラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂには直接取着されていないことから、光ファイバ固定用金属部材８に光ファイバ９の取付金具10をレーザビーム溶接してもこのレーザビーム溶接による熱衝撃は、光ファイバ固定用金属部材８と金属製側壁１ｃとの接合部のみに局部的に印加され、セラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂに印加されることは殆どない。従って、光ファイバ固定用金属部材８に光ファイバ９を固定する際の熱によりセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂにクラックが発生するようなことは一切ない。
【００４４】
さらに、金属製側壁１ｃを構成する鉄−ニッケル−コバルト合金の熱膨張係数と光ファイバ固定用金属部材８を構成する鉄−ニッケル合金の熱膨張係数とがそれぞれ１０×１０^-6／℃（０〜８００℃）、１２×１０^-6／℃（０〜８００℃）と比較的近似すること、および両者がともに金属から成り、靭性に優れること等から、光ファイバ固定用金属部材８に光ファイバ９の取付金具10をレーザビーム溶接しても金属製側壁１ｃと光ファイバ固定用金属部材８との間に大きな熱応力が発生することはないとともに発生した熱応力により両者間に剥がれやクラック等が発生するようなこともない。
【００４５】
このようなことから、パッケージ内部に光半導体素子３等を収容するとともに光ファイバ固定用金属部材８に光ファイバ９の取付金具10をレーザビーム溶接して固定した後、この光半導体素子３等が作動時に発生する熱等が繰り返し印加されたとしてもパッケージの気密性が損なわれるようなことはなく、内部に収容する光半導体素子３等を長期間にわたり、正常、且つ安定に作動させることが可能となる。
【００４６】
なお、光ファイバ固定用金属部材８は、その露出する表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、光ファイバ固定用金属部材８が酸化腐食することを有効に防止することができる。従って、光ファイバ固定用金属部材は、その露出表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくことが好ましい。ただし、この場合、光ファイバ固定用金属部材８で光ファイバ９の取付金具10がレーザビーム溶接される溶接面に金から成るめっき金属層を被着させておくと、金から成るめっき金属層はレーザビームを反射させ易く、このため光ファイバ固定用金属部材８と光ファイバ９の取付金具10とをレーザビーム溶接により溶接するこが困難となってしまう。従って光ファイバ固定用金属部材８で光ファイバ９の取付金具10が溶接される溶接面には金から成るめっき金属層は被着させない方が好ましい。
【００４７】
また、基体１のセラミックス製側壁１ｂの上面に被着されたメタライズ金属層７および金属製側壁１ｃの上面には例えば５４重量％の鉄と２９重量％のニッケルと１７重量％のコバルトとの鉄−ニッケル−コバルト合金から成る封止用金属枠体11が銀ろう等のろう材を介してろう付けされている。
【００４８】
封止用金属枠体11は、基体１に蓋体２を接合するための下地金属として機能し、セラミックス製底板１ａの搭載部に光半導体素子３および制御用集積回路素子４を搭載した後、この封止用金属枠体11の上面に蓋体２をシームウエルド法により溶接することにより、パッケージ内部に光半導体素子３および制御用集積回路素子４が収容される。
【００４９】
なお、封止用金属枠体11は、その露出表面にニッケルや金等から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、封止用金属枠体11が酸化腐食するのを有効に防止することができる。従って、封止用金属枠体11は、その露出表面にニッケルや金等から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくことが好ましい。
【００５０】
そして封止用金属枠体11の上面に溶接される蓋体２は、例えば５４重量％の鉄と２９重量％のニッケルと１７重量％のコバルトとの鉄−ニッケル−コバルト合金から成り、封止用金属枠体11の上面にシームウエルド法により溶接されることによりパッケージ内部を気密に封止する。
【００５１】
なお、蓋体２は、その露出表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくと、蓋体２が酸化腐食するのを有効に防止することができる。従って、金属製蓋体２は、その露出表面にニッケルや金から成るめっき金属層を１〜２０μｍ程度の厚みに被着させておくことが好ましい。
【００５２】
さらに本発明においては、セラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂの熱膨張係数をａ、金属製側壁１ｃの熱膨張係数をｂ、光ファイバ固定用金属部材８の熱膨張係数をｃとしたとき、ａ＜ｂ＜ｃとなっていることが重要である。
【００５３】
例えば上述の光半導体素子収納用パッケージでは、酸化アルミニウム質焼結体から成るセラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂの熱膨張係数は約８×１０^−６／℃（０〜８００℃）程度であり、５４重量％の鉄と２９重量％のニッケルと１７重量％のコバルトとの鉄−ニッケル−コバルト合金金から成る金属製側壁１ｃの熱膨張係数は約１０×１０^−６／℃（０〜８００℃）程度であり、５０重量％の鉄と５０重量％のニッケルとの鉄−ニッケル合金から成る光ファイバ固定用金属部材８の熱膨張係数は１２×１０^−６／℃（０〜８００℃）程度である。
【００５４】
このように、セラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂの熱膨張係数をａ、金属製側壁１ｃの熱膨張係数をｂ、光ファイバ固定用金属部材８の熱膨張係数をｃとしたとき、ａ＜ｂ＜ｃとなっていることにより、これらの各部材同士を接合する際の熱応力や光ファイバ固定用金属部材８に光ファイバ９の取付金具10を接合する際の熱応力が各部材間に良好に分散され、セラミックス製底板１ａおよびセラミックス製側壁１ｂにクラックを発生させることなく各部材同士を強固に接合するとこができる。
【００５５】
かくして本発明の光半導体素子収容パッケージによれば、セラミックス製底板１ａの搭載部上面に光半導体素子３や制御用集積回路素子４を搭載するとともにこれら光半導体素子３や制御用集積回路素子４の各電極をボンディングワイヤ６を介してメタライズ導体層５に電気的に接続し、しかる後、光ファイバ固定用金属部材８に光ファイバ９の取付金具10をレーザビーム溶接により溶接して固定することにより製品としての光半導体装置となり、光半導体素子３と光ファイバー９との間で光信号を授受させることによって高速光通信等に使用される。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の光半導体素子収納用パッケージによれば、基体を構成する底板および側壁の３つをセラミックス材料で形成することにより基体に複雑な配線を設けることを可能とするとともに残りの１つの側壁を金属製側壁とし、この金属製側壁に光ファイバ固定用金属部材を取着したことから、光ファイバ固定用金属部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接により接合する際、光ファイバ固定用金属部材と金属製側壁との接合部にレーザビーム溶接による熱衝撃が発生したとしても、この熱衝撃は、強靭な金属から成る金属製側壁と光ファイバ固定用金属部材との接合部のみに主に印加されて脆弱なセラミックス製底板やセラミックス製側壁に作用することは殆どなく、また同時に、セラミックス製底板およびセラミックス製側壁の熱膨張係数をａ、金属製側壁の熱膨張係数をｂ、光ファイバ固定用金属部材の熱膨張係数をｃとしたとき、ａ＜ｂ＜ｃとなるようにしたことから、これらの熱膨張係数の相違に起因して発生する熱応力を各部材間に良好に分散させ、各接合部に発生する熱応力を小さいものとすることができる。従って、各部材同士を接合する際や光ファイバ固定用金属部材に光ファイバの取付金具をレーザビーム溶接により接合する際、あるいは内部に収容する光半導体素子等が作動する際等にパッケージに熱が印加されても、パッケージを構成する各部材にクラックや剥がれ等が発生することはなく、その結果、内部に収容する光半導体素子を長期間にわたり、正常、且つ安定に作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光半導体素子収納用パッケージの実施形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１に示す光半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【図３】図１および図２に示す光半導体素子収納用パッケージの蓋体を除いた分解斜視図である。
【図４】従来の光半導体素子収納用パッケージの断面図である。
【図５】図４に示す光半導体素子収納用パッケージの斜視図である。
【符号の説明】
１・・・基体
１ａ・・セラミックス製底板
１ｂ・・セラミックス製側壁
１ｃ・・金属製側壁
２・・・蓋体
３・・・光半導体素子
８・・・光ファイバ固定用金属部材
９・・・光ファイバ
10・・・光ファイバの取付金具[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical semiconductor element storage package for storing an optical semiconductor element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, optical semiconductor element storage packages for storing optical semiconductor elements such as laser diodes that convert electrical signals into optical signals and photodiodes that convert optical signals into electrical signals are equipped with an optical semiconductor element in the center of the top surface. A base having a substantially square frame-shaped side wall standing up to surround the mounting part along each outer periphery of a substantially square plate-like bottom plate having a mounting part for mounting, and mounted on an upper surface of the side wall of the base It is mainly comprised from the metal lid body joined so that a part may be covered.
[0003]
The base used in the package for housing an optical semiconductor element includes a base plate and a side wall made of a metal material such as a copper-tungsten alloy or an iron-nickel-cobalt alloy, and a bottom plate and side wall made of an aluminum oxide sintered body. A type made of a ceramic material such as is known.
[0004]
Such an optical semiconductor element storage package requires a conductive path for electrically connecting the optical semiconductor element mounted on the mounting portion and an external electric circuit.
[0005]
In the case where the bottom plate and the side wall constituting the base are made of a metal material, for example, a notch penetrating the side wall is provided between the side wall and the bottom plate, and the conductive path is metallized as a conductive path in the notch. It is provided by brazing a ceramic terminal having a conductor layer. In this case, since the metallized conductor layer is formed only on the ceramic terminal fitted in the notch, it is difficult to provide complicated wiring in the package.
[0006]
On the other hand, when the bottom plate and the side wall constituting the base are made of a ceramic material, the conductive path is provided by providing a metallized conductor layer as a conductive path on the surface and / or inside of the bottom plate. In this case, complicated wiring is possible by providing a metallized conductor layer on the surface and / or inside of the bottom plate. For example, wiring for connecting an optical semiconductor element and a peripheral circuit can be integrally provided on the base. Is possible.
[0007]
Therefore, when complicated wiring such as wiring for peripheral circuits is required for the base, a package for housing an optical semiconductor element in which the bottom plate and the side wall constituting the base are made of a ceramic material is preferably employed.
[0008]
FIG. 4 is a cross-sectional view and FIG. 5 is a perspective view of a conventional example of a package for housing an optical semiconductor element in which the base plate and the side walls constituting the base are made of a ceramic material.
[0009]
This optical semiconductor element storage package is made of a ceramic material such as an aluminum oxide sintered body as shown in FIGS. 4 and 5, for example, and is made of ceramic along each outer periphery of a substantially square ceramic bottom plate 21a. A base body 21 having a side wall 21b upright; a sealing metal frame 22 made of an iron-nickel-cobalt alloy brazed to the upper surface of the ceramic side wall 21b with a brazing material such as silver brazing; A metal lid 23 made of an iron-nickel-cobalt alloy joined to the sealing metal frame 22 by a seam weld method or the like, and a brazing material such as a silver brazing material on one of the ceramic side walls 21b And an optical fiber fixing metal member 24 made of an attached iron-nickel alloy.
[0010]
In the base 21, the upper surface of the ceramic bottom plate 21a surrounded by the ceramic side wall 21b forms a mounting portion for mounting the optical semiconductor element 25, the driving integrated circuit element 26 for driving the optical semiconductor element 25, and the like. In this mounting portion, the optical semiconductor element 25, the driving integrated circuit element 26, and the like are mounted.
[0011]
In addition, the base 21 is formed with a plurality of metallized conductor layers 27 that pass through one of the ceramic side walls 21b and extend outward from the mounting portion, and the metallized conductor layer 27 is provided with an optical semiconductor element 25. The electrodes of the driving integrated circuit element 26 are electrically connected through the bonding wires 28.
[0012]
Further, the base body 21 is formed with a through hole 21c penetrating the ceramic side wall 21b in and out of one of the ceramic side walls 21b, and a ring-shaped optical fiber fixing metal member on the outer surface around the through hole 21c. 24 is attached.
[0013]
The optical fiber fixing metal member 24 is a base member for fixing the optical fiber 29 to the package. The optical fiber fixing metal member 24 is joined to the optical fiber 29 mounting bracket 30 by laser beam welding. The fiber 29 is fixed to the package.
[0014]
Then, the optical semiconductor element 25, the driving integrated circuit element 26, and the like are mounted on the mounting portion of the base 21, and each electrode of the optical semiconductor element 25, the driving integrated circuit element 26, etc. is connected to the metallized conductor via the bonding wire 28. After being electrically connected to the layer 27, a metal lid 23 is welded to the sealing metal frame 22 attached to the upper surface of the ceramic side wall 21b by a seam weld method, and then, for fixing an optical fiber. The optical fiber 29 is fixed by joining the metal fiber 24 with the mounting bracket 30 of the optical fiber 29 by laser beam welding, so that the optical semiconductor element 25, the driving integrated circuit element 26, etc. are hermetically sealed inside the optical semiconductor element storage package. The optical semiconductor device housed in
[0015]
In this optical semiconductor element housing package, the optical fiber fixing metal member 24 and the optical fiber mounting bracket 30 are both formed of an iron-nickel alloy of 50 wt% iron and 50 wt% nickel. Yes.
[0016]
The mounting bracket 30 of the optical fiber 29 is formed of an iron-nickel alloy of 50 wt% iron and 50 wt% nickel. This is an iron-nickel of 50 wt% iron and 50 wt% nickel. This is because the thermal expansion coefficient of the alloy approximates the thermal expansion coefficient of the optical fiber 29. When the thermal expansion coefficient of the optical fiber 29 and the thermal expansion coefficient of the mounting bracket 30 are approximated, for example, when the optical fiber 29 is fixed to the optical fiber fixing metal member 24, the mounting bracket 30 and the optical fiber 29 Even if heat is applied to both, no large thermal stress is generated between them. Therefore, it is possible to effectively prevent the optical fiber 29 from being damaged or deformed due to thermal stress.
[0017]
The optical fiber fixing metal member 24 is formed of an iron-nickel alloy of 50% by weight of iron and 50% by weight of nickel because the optical fiber fixing metal member 24 is attached to the mounting bracket 30 of the optical fiber 29. By using an iron-nickel alloy having the same composition as the above, both can be easily and firmly welded by laser beam welding, and thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient between them can be prevented. This is because the optical fiber 29 can be fixed to the optical fiber fixing metal member 24 without causing the optical fiber 29 to be deformed or damaged.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to this conventional package for housing an optical semiconductor element, the thermal expansion coefficient of the aluminum oxide sintered body constituting the substrate is about 8 × 10. ^-6 The thermal expansion coefficient of the iron-nickel alloy of 50% by weight of iron and 50% by weight of nickel constituting the optical fiber fixing metal member is about 12 × 10 in contrast to about / ° C. (0 to 800 ° C.). ^-6 Since it is about / ° C. (0 to 800 ° C.), when the optical fiber fixing metal member is joined to the substrate through a brazing material such as silver brazing, it is large due to the difference in thermal expansion coefficient between the two. Thermal stress is generated, and this thermal stress is largely present as a residual stress in the joint portion between the base and the optical fiber fixing metal member. After housing the optical semiconductor element inside the package, when the optical fiber mounting bracket is joined to the optical fiber fixing metal member by laser beam welding, the heat of the laser beam welding is generated between the optical fiber fixing metal member and the substrate. It is applied locally to the joint in a short time, and a large thermal shock is generated at the joint between the optical fiber fixing metal member and the base. This thermal shock synergizes with the residual stress inherent in the joint between the base and the optical fiber fixing metal member, and generates micro cracks in the joint between the base made of fragile ceramics and the optical fiber fixing metal member. I will let you. Further, when a temperature difference in the external environment, heat generated during operation of the optical semiconductor element, and the like are repeatedly applied to this, cracks generated at the joint between the base and the metal member for fixing the optical fiber gradually progress. As a result, the hermeticity of the package is made incomplete, and as a result, the optical semiconductor element accommodated in the package cannot be operated normally and stably over a long period of time.
[0019]
The present invention has been devised in view of such conventional problems, and an object of the present invention is to complete the hermeticity of the package and to operate the optical semiconductor element accommodated therein normally and stably over a long period of time. An object of the present invention is to provide a package for housing an optical semiconductor element.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
The optical semiconductor element storage package of the present invention has ceramic side walls erected along three sides of the outer periphery of the substantially rectangular ceramic bottom plate, and metal side walls erected along the remaining one side. And an optical fiber fixing metal member that is attached to the metal side wall of the base and to which the optical fiber mounting bracket is welded. Along the periphery Facing the ceramic bottom plate and the ceramic side wall Protrusions projecting to the joining surface side are provided, the thermal expansion coefficient of the ceramic bottom plate and the ceramic side wall is a, the thermal expansion coefficient of the metal side wall is b, and the thermal expansion of the optical fiber fixing metal member When the coefficient is c, a <b <c.
[0021]
According to the package for housing an optical semiconductor device of the present invention, a ceramic side wall is erected along the three sides of the outer periphery of the substantially rectangular ceramic bottom plate, and the metal is formed along the remaining one side. Since the side wall is formed upright, complicated wiring is possible by providing a metallized conductor layer on the surface and / or inside of the ceramic bottom plate.
[0022]
Further, according to the optical semiconductor element housing package of the present invention, one of the side walls constituting the base is made of a metal side wall, and the optical fiber fixing metal member is attached to the metal side wall. Even when a thermal shock due to laser beam welding occurs at the joint between the optical fiber fixing metal member and the metal side wall when the optical fiber mounting bracket is joined to the fixing metal member by laser beam welding, this thermal shock is It is hardly applied to only the joint between the metal side wall made of tough metal and the optical fiber fixing metal member, and hardly acts on the fragile ceramic bottom plate or the ceramic side wall.
[0023]
Further, when the thermal expansion coefficient of the ceramic bottom plate and the ceramic side wall is a, the thermal expansion coefficient of the metal side wall is b, and the thermal expansion coefficient of the optical fiber fixing metal member is c, a <b <c. As a result, the thermal stress generated due to the difference in these thermal expansion coefficients can be dispersed well between the members, and the residual stress inherent in each joint can be reduced.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an optical semiconductor element housing package according to the present invention, FIG. 2 is a perspective view, 1 is a base, and 2 is a lid. Mainly, the base body 1 and the lid body 2 constitute a container for housing the optical semiconductor element 3, the driving integrated circuit element 4, and the like.
[0025]
FIG. 3 is an exploded perspective view of the optical semiconductor element housing package shown in FIGS. 1 and 2 except for the lid 2.
[0026]
The substrate 1 is made of ceramics made of ceramic material such as aluminum oxide sintered along the three sides of the outer periphery of a substantially square plate-like ceramic bottom plate 1a made of ceramic material such as aluminum oxide sintered body. A side wall 1b is erected and a metal side wall 1c made of iron-nickel-cobalt alloy is erected along the remaining one side. The upper surface of the ceramic bottom plate 1a surrounded by the ceramic side wall 1b and the metal side wall 1c forms a mounting portion for mounting the optical semiconductor element 3 and the driving integrated circuit element 4. The optical semiconductor element 3 and the driving integrated circuit element 4 are bonded and fixed.
[0027]
The ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b constituting the base body 1 are made of the same ceramic material and are integrally sintered. For example, if the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b are both made of an aluminum oxide sintered body, an organic binder suitable for raw material powders such as aluminum oxide powder and silicon oxide powder / magnesium oxide powder / calcium oxide powder. In addition, a plurality of ceramic greens that become a ceramic bottom plate 1a and a ceramic side wall 1b are formed by adding and mixing a solvent, a plasticizer, and the like to form a mud and using a conventionally known doctor blade method to form a sheet. A sheet is obtained, and then these ceramic green sheets are appropriately punched and stacked one after the other, and then subjected to an appropriate cutting process to obtain a green ceramic molded body having a predetermined shape. Temperature of the molded body in a reducing atmosphere at about 1600 ° C It is manufactured by firing.
[0028]
Further, a plurality of metallized conductor layers 5 made of metal powder metallization such as tungsten or molybdenum extending through one of the ceramic side walls 1b are deposited from the upper surface of the mounting portion of the ceramic bottom plate 1a to the outside of the ceramic side walls 1b. ing.
[0029]
The metallized conductor layer 5 functions as a conductive path for electrically leading out the electrodes of the optical semiconductor element 3 and the driving integrated circuit element 4 to the outside. Each electrode of the integrated circuit element 4 is electrically connected via a bonding wire 6, and the portion led out of the ceramic side wall 1b is electrically connected to a wiring conductor of an external electric circuit board (not shown).
[0030]
If the metallized conductor layer 5 is made of, for example, tungsten powder metallization, a tungsten paste obtained by adding and mixing an appropriate organic binder and a solvent to the tungsten powder is conventionally well-known in the ceramic green sheet serving as the ceramic bottom plate 1a. By applying the screen printing method, a predetermined pattern is printed and applied, and this is fired at the same time as the green ceramic molded body, so that the ceramic side wall 1b extends from the top surface of the ceramic bottom plate 1a to the outside of the ceramic side wall 1b. It is formed so as to extend through one of the two.
[0031]
In this case, the metallized conductor layer 5 can be provided in a complicated pattern inside and on the surface of the ceramic bottom plate 1a by a ceramic multilayer technique.
[0032]
The metallized conductor layer 5 can effectively prevent oxidative corrosion of the metallized conductor layer 5 by depositing a plated metal layer made of nickel or gold on the exposed surface to a thickness of about 1 to 20 μm. In addition, it is possible to improve the connectivity between the metallized conductor layer 5 and the bonding wire 6 or the wiring conductor of an external electric circuit board (not shown). Therefore, the metallized conductor layer 5 is preferably coated with a plated metal layer made of nickel or gold on its surface to a thickness of about 1 to 20 μm.
[0033]
Further, a metallized metal layer 7 made of metal powder metallization such as tungsten, molybdenum, molybdenum-manganese, or the like is deposited on the end surface of the ceramic bottom plate 1a, the end surface of the ceramic side wall 1b, and the upper surface of the ceramic side wall 1b. Yes. A metal side wall 1c is brazed to the end surface of the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b of the metallized metal layer 7 via a brazing material such as silver brazing, and the upper surface of the ceramic side wall 1b is sealed. The metal frame 11 is brazed via a brazing material such as silver brazing.
[0034]
The metallized metal layer 7 is used for attaching a metal frame 11 for sealing, which will be described later, to the upper surface of the base metal layer and the ceramic side wall 1b for joining the metal side wall 1c to the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b. For example, if it is made of tungsten powder metallization, it acts as a base metal member, and a tungsten paste obtained by adding and mixing an appropriate organic binder and solvent to the tungsten powder is used as the ceramic bottom plate 1a and ceramic side wall 1b. By applying and printing a predetermined pattern on the upper surface and end surface of the green ceramic molded body obtained by laminating green sheets in a predetermined pattern and firing it simultaneously with the green ceramic molded body The end face of the ceramic bottom plate 1a and The end face of La mix made sidewalls 1b, and are deposited and formed on the upper surface of the ceramic side wall 1b.
[0035]
The metallized metal layer 7 can effectively prevent the metallized metal layer 7 from being oxidatively corroded if a plated metal layer made of nickel or gold is deposited on the surface thereof to a thickness of about 1 to 20 μm. In addition, the metallized metal layer 7, the metal side wall 1c, and the metal frame 11 for sealing can be firmly and easily joined via a brazing material such as silver brazing. Therefore, it is preferable to apply a plating metal layer made of nickel or gold on the surface of the metallized metal layer 7 to a thickness of 1 to 20 μm.
[0036]
The metal side wall 1c joined to the metallized metal layer 7 is a substantially square plate member having a protruding portion A on its side surface. For example, the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b are made of an aluminum oxide sintered body. In some cases, it consists of an iron-nickel-cobalt alloy of 54 wt% iron, 29 wt% nickel and 17 wt% cobalt. Then, the end surface of the protruding portion A is brazed to the metallized metal layer 7 attached to the end surface of the ceramic bottom plate 1a and the end surface of the ceramic side wall 1b through a brazing material such as silver brazing, thereby the ceramic bottom plate 1a. It is erected along the remaining one side.
[0037]
The iron-nickel-cobalt alloy of 54 wt% iron, 29 wt% nickel, and 17 wt% cobalt forming the metal side wall 1 c has a thermal expansion coefficient of about 10 × 10 × 10. ^-6 / ° C. (0 to 800 ° C.), and the thermal expansion coefficient of the aluminum oxide sintered body forming the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b is about 8 × 10. ^-6 It is relatively close to / ° C (0 to 800 ° C). Accordingly, the metal side wall 1c made of an iron-nickel-cobalt alloy of 54% by weight iron, 29% by weight nickel and 17% by weight cobalt is replaced with a ceramic bottom plate 1a made of an aluminum oxide sintered body and a ceramic side wall. Even if brazed to 1b via a brazing material such as silver brazing, so much thermal stress does not occur at the joint between the metal side wall 1c and the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b. There is no occurrence of cracks in the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b at this joint.
[0038]
In this case, the metal side wall 1c is provided with a protrusion A that protrudes about 0.1 to 1 mm along the outer periphery excluding the outer periphery on the upper surface side of the metal side wall 1c, and the end surface of the protrusion A. Is brazed to the metallized metal layer 7 deposited on the end face of the ceramic bottom plate 1a and the end face of the ceramic side wall 1b via a brazing material such as silver brazing, so that the thermal expansion coefficient of the metal side wall 1c and the ceramic bottom plate are The stress generated in these joints due to the difference between the thermal expansion coefficient of 1a and the ceramic side wall 1b can be favorably absorbed and relaxed by the elastic deformation of the protrusions A. As a result, these It can prevent more effectively that a big thermal stress is inherent in a junction part. Therefore, the metal side wall 1c is provided with a protruding portion A protruding about 0.1 to 1 mm along the outer periphery excluding the outer periphery on the upper surface side, and the end surface of the protruding portion A is made of a ceramic bottom plate. The metallized metal layer 7 deposited on the end face of 1a and the end face of the ceramic side wall 1b is brazed and joined via a brazing material such as silver brazing.
[0039]
The metal side wall 1c effectively prevents the metal side wall 1c from being oxidatively corroded when a plated metal layer made of nickel or gold is deposited on the exposed surface to a thickness of about 1 to 20 μm. Can do. Therefore, the metal side wall 1c is preferably coated with a plated metal layer made of nickel or gold on the exposed surface to a thickness of about 1 to 20 μm.
[0040]
Further, the metal side wall 1c has a through hole B at the center thereof, and the periphery of the outer opening of the through hole B is made of, for example, an iron-nickel alloy of 50 wt% iron and 50 wt% nickel. A ring-shaped metal member 8 for fixing an optical fiber is attached via a brazing material such as silver brazing.
[0041]
This metal member 8 for fixing an optical fiber functions as a base member for fixing the optical fiber 9 to the package, and is iron-nickel composed of 50% by weight of iron and 50% by weight of nickel pre-attached to the optical fiber 9. The optical fiber 9 is fixed to the optical fiber fixing metal member 8 by laser beam welding the metal fitting 10 made of an alloy to the optical fiber fixing metal member 8.
[0042]
In this case, the optical fiber fixing metal member 8 and the optical fiber 9 fitting 10 are both made of an iron-nickel alloy of 50 wt% iron and 50 wt% nickel, both of which have the same composition and the same thermal expansion. Therefore, when they are joined together by laser beam welding, they are joined very well, and thermal stress due to the difference in thermal expansion coefficient is not generated between them. The optical fiber 9 can be firmly and easily fixed to the optical fiber fixing metal member 9 without being deformed or damaged.
[0043]
The optical fiber fixing metal member 8 is attached to the metal side wall 1c and is not directly attached to the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b. Even if the mounting bracket 10 of the optical fiber 9 is laser beam welded, the thermal shock caused by this laser beam welding is locally applied only to the joint between the optical fiber fixing metal member 8 and the metal side wall 1c, and the ceramic bottom plate It is hardly applied to 1a and the ceramic side wall 1b. Therefore, no cracks are generated in the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b due to heat when the optical fiber 9 is fixed to the optical fiber fixing metal member 8.
[0044]
Furthermore, the thermal expansion coefficient of the iron-nickel-cobalt alloy constituting the metal side wall 1c and the thermal expansion coefficient of the iron-nickel alloy constituting the optical fiber fixing metal member 8 are each 10 × 10. ^-6 / ° C. (0 to 800 ° C.), 12 × 10 ^-6 / C (0 to 800 ° C.) is relatively approximate, and both are made of metal and have excellent toughness. Therefore, the optical fiber 9 mounting member 10 is laser beam welded to the optical fiber fixing metal member 8. However, no great thermal stress is generated between the metal side wall 1c and the optical fiber fixing metal member 8, and the generated thermal stress does not cause peeling or cracking between the two.
[0045]
For this reason, the optical semiconductor element 3 or the like is accommodated in the package, and the optical fiber 9 mounting bracket 10 is fixed to the optical fiber fixing metal member 8 by laser beam welding. Even if heat generated during operation is repeatedly applied, the hermeticity of the package is not impaired, and the optical semiconductor element 3 accommodated therein can be operated normally and stably over a long period of time. It becomes.
[0046]
The optical fiber fixing metal member 8 is oxidized and corroded when a plated metal layer made of nickel or gold is deposited on the exposed surface to a thickness of about 1 to 20 μm. This can be effectively prevented. Therefore, the metal member for fixing an optical fiber is preferably coated with a plated metal layer made of nickel or gold on the exposed surface to a thickness of about 1 to 20 μm. However, in this case, if a plated metal layer made of gold is attached to the welding surface on which the optical fiber 9 mounting bracket 10 is laser beam welded by the optical fiber fixing metal member 8, the plated metal layer made of gold is It is easy to reflect the laser beam, so that it becomes difficult to weld the optical fiber fixing metal member 8 and the mounting bracket 10 of the optical fiber 9 by laser beam welding. Therefore, it is preferable that the plated metal layer made of gold is not deposited on the welding surface where the optical fiber 9 mounting bracket 10 is welded by the optical fiber fixing metal member 8.
[0047]
Further, the metallized metal layer 7 deposited on the upper surface of the ceramic side wall 1b of the substrate 1 and the upper surface of the metal side wall 1c have iron of 54 wt% iron, 29 wt% nickel and 17 wt% cobalt, for example. A sealing metal frame 11 made of nickel-cobalt alloy is brazed via a brazing material such as silver brazing.
[0048]
The sealing metal frame 11 functions as a base metal for joining the lid 2 to the base body 1. After the optical semiconductor element 3 and the control integrated circuit element 4 are mounted on the mounting portion of the ceramic bottom plate 1 a, The lid 2 is welded to the upper surface of the sealing metal frame 11 by a seam weld method, whereby the optical semiconductor element 3 and the control integrated circuit element 4 are accommodated in the package.
[0049]
In addition, if the plating metal layer which consists of nickel, gold | metal | money, etc. is made to adhere to the exposed surface of the metal frame 11 for sealing to the thickness of about 1-20 micrometers, the metal frame 11 for sealing will oxidize and corrode. Can be effectively prevented. Therefore, it is preferable that the metal frame 11 for sealing has a plating metal layer made of nickel, gold or the like applied to the exposed surface so as to have a thickness of about 1 to 20 μm.
[0050]
The lid 2 welded to the upper surface of the sealing metal frame 11 is made of, for example, an iron-nickel-cobalt alloy of 54 wt% iron, 29 wt% nickel, and 17 wt% cobalt. The inside of the package is hermetically sealed by welding to the upper surface of the metal frame 11 for welding by the seam weld method.
[0051]
The lid 2 can effectively prevent the lid 2 from being oxidatively corroded if a plated metal layer made of nickel or gold is deposited on the exposed surface to a thickness of about 1 to 20 μm. . Therefore, it is preferable that the metal lid 2 has a plated metal layer made of nickel or gold deposited on the exposed surface thereof to a thickness of about 1 to 20 μm.
[0052]
Further, in the present invention, when the thermal expansion coefficient of the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b is a, the thermal expansion coefficient of the metal side wall 1c is b, and the thermal expansion coefficient of the optical fiber fixing metal member 8 is c, It is important that a <b <c.
[0053]
For example, in the optical semiconductor element housing package described above, the thermal expansion coefficients of the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b made of an aluminum oxide sintered body are about 8 × 10. ^-6 The thermal expansion coefficient of the metal side wall 1c made of iron-nickel-cobalt alloy gold of 54% by weight iron, 29% by weight nickel and 17% by weight cobalt is about / ° C (0 to 800 ° C). 10x10 ^-6 The thermal expansion coefficient of the metal member 8 for fixing an optical fiber made of an iron-nickel alloy of 50% by weight of iron and 50% by weight of nickel is about 12 × 10 / ° C (0 to 800 ° C). ^-6 / ° C (0 to 800 ° C).
[0054]
Thus, when the thermal expansion coefficient of the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b is a, the thermal expansion coefficient of the metal side wall 1c is b, and the thermal expansion coefficient of the optical fiber fixing metal member 8 is c, a < Since b <c, the thermal stress when joining these members and the thermal stress when joining the mounting member 10 of the optical fiber 9 to the optical fiber fixing metal member 8 are caused between the members. The members are well dispersed, and the members can be firmly joined to each other without generating cracks in the ceramic bottom plate 1a and the ceramic side wall 1b.
[0055]
Thus, according to the optical semiconductor element housing package of the present invention, the optical semiconductor element 3 and the control integrated circuit element 4 are mounted on the top surface of the ceramic bottom plate 1a, and the optical semiconductor element 3 and the control integrated circuit element 4 are mounted. Each electrode is electrically connected to the metallized conductor layer 5 through the bonding wire 6, and then the optical fiber 9 mounting bracket 10 is welded and fixed to the optical fiber fixing metal member 8 by laser beam welding. It becomes an optical semiconductor device as a product, and is used for high-speed optical communication or the like by transmitting and receiving an optical signal between the optical semiconductor element 3 and the optical fiber 9.
[0056]
【The invention's effect】
According to the optical semiconductor element storage package of the present invention, it is possible to provide a complicated wiring on the base by forming the bottom plate and the side walls constituting the base with a ceramic material, and the remaining one side wall. Since the metal side wall is a metal side wall, and the optical fiber fixing metal member is attached to the metal side wall, the optical fiber fixing metal member is bonded to the optical fiber fixing metal member by joining the optical fiber mounting bracket by laser beam welding. Even if a thermal shock due to laser beam welding occurs at the joint between the metal and the metal side wall, this thermal shock is mainly applied only to the joint between the metal side wall made of tough metal and the metal member for fixing the optical fiber. The fragile ceramic bottom plate and the ceramic side wall are hardly affected, and at the same time, the thermal expansion of the ceramic bottom plate and the ceramic side wall is avoided. When the coefficient is a, the coefficient of thermal expansion of the metal side wall is b, and the coefficient of thermal expansion of the optical fiber fixing metal member is c, a <b <c. The thermal stress generated due to the above can be dispersed well between the members, and the thermal stress generated at each joint can be reduced. Accordingly, heat is applied to the package when the members are joined together, when the optical fiber mounting bracket is joined to the optical fiber fixing metal member by laser beam welding, or when the optical semiconductor element accommodated therein is operated. Even if it is applied, each member constituting the package is not cracked or peeled off. As a result, the optical semiconductor element accommodated therein can be operated normally and stably over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of an optical semiconductor element housing package of the present invention.
2 is a perspective view of the optical semiconductor element housing package shown in FIG. 1. FIG.
3 is an exploded perspective view of the optical semiconductor element housing package shown in FIGS. 1 and 2 with a lid removed. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional package for housing an optical semiconductor element.
5 is a perspective view of the optical semiconductor element housing package shown in FIG. 4. FIG.
[Explanation of symbols]
1 ... Base
1a ・・ Ceramic bottom plate
1b..Ceramic side wall
1c..Metal side wall
2 ... Lid
3. Optical semiconductor element
8 ... Metal member for fixing optical fiber
9: Optical fiber
10 ... Optical fiber mounting bracket

Claims

A base body in which ceramic side walls are erected along three sides of the outer periphery of the substantially rectangular ceramic bottom plate, and a metal side wall is erected along the remaining one side, and the metal side walls of the base body And a metal member for fixing an optical fiber to which an optical fiber mounting bracket is welded, and the metal side wall is made of a ceramic bottom plate and ceramics along the outer periphery except the outer periphery on the upper surface side . Protrusions projecting toward the joint surface facing the side wall are provided, the thermal expansion coefficient of the ceramic bottom plate and the ceramic side wall is a, the thermal expansion coefficient of the metal side wall is b, and the optical fiber fixing metal An optical semiconductor element housing package, wherein a <b <c, where c is a coefficient of thermal expansion of the member.