JP4970924B2 - 光素子用パッケージとこれを用いた光半導体装置 - Google Patents

Description

この発明は、光素子用パッケージとこれを用いた光半導体装置に係り、特に情報電子機器や情報通信機器などにおいて使用される高周波信号を受信や発信する光素子を載置する光素子用パッケージとこれを用いた光半導体装置に関する。

近年、光通信のブロードバンド化が進展し、光ファイバを用いた公衆通信網の普及に伴って、安価に大量の情報量を伝送することが益々求められている。このために情報電子機器が取り扱う情報量も膨大なものとなり、高速で大容量の情報を扱うことが可能であるとともに信頼性が高く安価な情報電子機器が求められている。
情報電子機器の主要部品である半導体レーザ装置においても、高い出力で、効率の高いレーザ発振が可能で、安価な半導体レーザ装置が求められている。
高速で大容量の記憶装置の一つとしてＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置の需要が最近高くなっている。ＤＶＤ−Ｒ／ＲＷ装置には高出力の半導体レーザが使用され、情報の高速処理には出力が高く、効率の高いＡｌＧａＩｎＰ／ＧａＡｓ系材料を用いた半導体レーザの開発が進められている。このような半導体レーザを含む光半導体装置は高出力動作時における安定性能が求められるとともに、安価で効率の高い光半導体装置の開発が要請されている。

光半導体装置に用いられる半導体レーザは、コストを安価に保つために同軸形状をした安価なキャン（ＣＡＮ）パッケージが用いられている。そしてこのようなキャンパッケージにおいても実装のし易さ、動作時の放熱性や光学特性の安定性、高周波伝播損失の少ないパッケージ構造が求められている。
キャンパッケージの本体はステムと呼ばれ、そのステムはアイレットと呼ばれる金属製の円盤とこのアイレットに設けられた複数の透し孔に封止ガラスによって封止された電気信号を伝播するための棒状の数本のリード電極とアイレットの円盤面上に載置され光素子が接着されるブロックと呼ばれるマウントとで構成されている。
このようなキャンパッケージを用いた半導体レーザ装置に対して、さらに製造コストが低く、形状の自由度の高い樹脂モールド型の半導体レーザ装置が提案されてきている。

樹脂封止したパッケージの第１の公知例としては、レーザダイオード（以下、ＬＤという）チップの発光点を中心とする仮想円に内接する円弧片を有した樹脂モールド型の半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置は機器の段付き収納孔に嵌合させて装着固定でき、キャンタイプの半導体レーザ装置と同様な実装が可能であるが開示されている（例えば、特許文献１ ［００２１］、［００２２］、及び図２参照）。
また、樹脂モールド型の半導体レーザ装置の第２の公知例としては、円筒形状の樹脂基台の平坦面中央部からレーザ素子を実装するリードフレームが垂直に突出し、このリードフレームの側面を上下対称な形状の樹脂材料で補強された半導体レーザ装置が開示されている。この半導体レーザ装置の構成は、設計の自由度が高め、コストが低減されるとともに、熱変形が少なくレーザ駆動時の発光点移動が小さいことが開示されている（例えば、特許文献２ ［００１０］、［００２１］、［００３５］及び図１参照）。

さらにまた、樹脂モールド型の半導体レーザ装置の第３の公知例としては、平面形状が半円形状となるアイレット基体部とこのアイレット基体部と一体に起立形状に形成された素子搭載部とからなる金属製のアイレット部、および２本のリードピンと１本のアースリードピンとを備え樹脂成形によってアイレット部に嵌合される嵌合突起とアイレット基体部の内端面と当接する平板部とリードピン相互を支持するリード支持部とが成形したリードピン部を別個に製造し、各部品を組み合わせて製造する半導体レーザ装置が開示されている。この構成によりこの半導体レーザ装置は、アイレット部の熱放散性がよくなり大出力のＬＤの搭載を可能とするとともに高精度の光軸あわせが可能になり、リードピン部が樹脂成形されリード支持部によってリードピン及びアースリードピンを支持することによって部品搬送時のリードピンやアースリードピンの曲がりが防止されることが開示されている（例えば、特許文献３ ［００１０］、［００１４］、［００２７］及び図１参照）。

特開平７−３３５９８０号公報 特許第３６０７２２０号公報 特開２００４−３１１７０７号公報

しかしながら、第１の公知例の構成では、リードフレームを基本にした構成であり、ダイパッド部から延びた張出部の円弧片が従来のキャンタイプパッケージとの互換性を有しているが張出部の形状を安定して製造するのが困難となる場合がある。
第２の公知例の場合では形成が容易な樹脂モールドを用いて従来のキャンパッケージのアイレットに相当する樹脂基台が形成されている。しかし金属のアイレットに比べてモールド樹脂は熱伝導率が著しく小さく、近年普及しつつある高出力タイプのＬＤでは放熱性に劣り、高温での変形に基づく光点移動などにより光学特性が低下する場合がある。

第３の公知例の場合には、リードピンとアースリードピンとモールド樹脂で支持するリード支持部が設けられているので、リードピンとアースリードピンはその先端部のみが突出することになり、リードピンとアースリードピンの全長の大部分はリード支持部で樹脂封止されている、このためにＬＤチップと樹脂基板表面の接地層との距離が大きくなるためにインダクタンスが大きくなり高周波伝播損失が大きくなり、延いてはレーザ出力特性に影響し、良好な高周波特性を実現しがたい場合がある。

この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、第１の目的は光素子動作時の光学特性の低下が少なく、良好な高周波特性を有し、かつ安価な光素子用パッケージを構成することであり、第２の目的は動作時の光学特性の低下が少なく、良好な高周波特性を有し、かつ安価な光半導体装置を提供することである。

この発明に係る光素子用パッケージは、主面を有する金属板で構成され所定の外形を有する基板、この基板と連続する金属板で一体的に構成されるとともに基板の主面に対して所定の角度で屈曲されたダイパッド部、およびこのダイパッド部の両側に、ダイパッド部の光素子載置面の側に所定の角度で起立する突起部を有する金属基台と、この金属基台の基板の主面と所定の角度で交差し、両端が基板の両主面より突出するとともに金属基台と離隔して配設された第１のリード電極と、金属基台の基板の主面と所定の角度で交差し、基板に対して金属基台のダイパッド部と逆方向に延在し、基板の主面よりも突出した部分を有するとともに金属基台と電気的に接続されたアースリード電極と、基板のダイパッド部側の主面に密着し、基板のもう一方の主面を露呈し、少なくとも突起部の一部を覆い、基板に沿って配設された板状の基部を有し、この基部から基板に対してダイパッド部と同方向に突出した第１のリード電極の表面の一部を露呈する露呈部とダイパッド部の光素子載置部分の表裏と基板の外周とを残して第１のリード電極の周囲を埋設し、金属基台と第１のリード電極とを固着した樹脂封止部とを備え、樹脂封止部の基部の外周が金属基台の基板の外周形状に沿った形状を有するとともに、樹脂封止部の基部の外周が金属基台の基板の外周と並行して位置するかまたは基板の外周よりも内側に位置したものである。

この発明に係る光素子用パッケージにおいては、ダイパッド部を有する金属基台の放熱性が良好で光素子の動作時の光学特性の低下が少なく、また樹脂封止部の基部が板状でこの表面から第１のリード電極が突出しているために光素子用パッケージを実装する実装基板を樹脂封止部の基部表面に密着させることができるのでダイパッド部に装着される光素子から実装基板の距離が短くなり良好な高周波特性を得ることができ、さらに樹脂モールドを使用することにより安価な構成とすることができる。

以下の説明においては、光素子用パッケージの一例として半導体レーザ用のＬＤパッケージ及びＬＤ装置を例にとって説明するが、他の例として受光素子や他の発光素子などに用いてもよい。
また、実施の形態としては光素子用パッケージにＬＤチップを装着したＬＤ装置を例として説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の平面図である。図２は図１に示されたＬＤ装置のＩＩ−ＩＩ断面における矢視の断面図である。図３は図１の矢印ＩＩＩから見たＬＤ装置の正面図である。図４は図１の矢印ＩＶから見たＬＤ装置の底面図である。図５はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台とリード電極との位置関係を示す斜視図である。図６はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の斜視図である。図において同じ符号は、同じものか相当のものであることを示す。
図１に示されるように、ＬＤ装置１０はＬＤパッケージ１２、このＬＤパッケージ１２にサブマウント１４を介して実装されたＬＤチップ１６、このＬＤチップ１６の電極（記載せず）とＬＤパッケージ１２のリードピン１８，２０とを接続するワイヤ、例えばＡｕワイヤ２２などから構成されている。

ＬＤパッケージ１２は金属基台としてのメタルフレーム２４、樹脂封止部としての樹脂モールド部２５、第１のリード電極としてのシグナルリードピン１８、及び第２のリード電極としてのアースリードピン２０で構成されている。
メタルフレーム２４は０．４ｍｍＣｕ板が使用され外装は、例えばＡｇメッキされている。Ａｇメッキの他に、Ｎｉ／ＡｕやＮｉ／Ｐｄ／Ａｕなどの外装メッキでもかまわない。
図２、および図３に示されるように、このメタルフレーム２４は外周が所定の形状、例えば円形をした基板２６とこの基板２６の第１の主面２６ａから所定の角度、例えば９０度折り曲げて起立させた矩形状のダイパッド部２８を有している。
ダイパッド部２８を起立する際にこの実施の形態では一度に９０度曲げることにより起立させているが複数回の曲げ加工を行うことにより、最終的に所定の角度、例えば９０度まで起立させてもよい。

なお図１、図２に示されるように、この実施の形態１におけるメタルフレーム２４では、アースリードピン２０は、基板２６とダイパッド部２８の屈曲線に直交するダイパッド部２８の中心線を、さらに基板２６の第１の主面２６ａに沿って折り曲げた延長線を中心線とするピン状部材で形成されている。特にこの実施の形態１では、ピン状部材は基板２６およびダイパッド部２８と同じ板材の一部として基板２６の外周から切れ込んだ切欠き部２６ｂ（図３参照）に形成され、このピン状部材をさらにダイパッド部２８の先に述べた中心線と並行するように曲げ加工により折り曲げて形成されている。
このようにアースリードピン２０が基板２６と同一のリードフレーム材から形成されることにより、メタルフレーム２４の基板２６とダイパッド部２８とアースリードピン２０とが、同一板材からプレス加工によって、一体的に型取り及び曲げ加工がなされて形成されているので（図５も参照）、コストの低減が可能となる。
さらに後に述べるようにアースリードピン２０を埋め込む樹脂層の厚みは高々１．２ｍｍ程度である。アースリードピン２０を埋め込む樹脂層の厚みを厚くとることができない場合には、切欠き部２６ｂにおいて基板２６とアースリードピン２０とを溶接または接着により固着しておくことが必要となる。これに対してアースリードピン２０を基板２６と同一板材から曲げ加工により形成することは、メタルフレーム２４が単に安価に形成されるに止まらず、アースリードピン２０が必要とされる引き抜き強度をも確保することができる。
もちろんアースリードピン２０を別部材で形成し、基板２６の切欠き部２６ｂに電気的に導通するように溶接などで接合してもかまわない。

図２及び図５に示されるように、メタルフレーム２４のダイパッド部２８と基板２６とを連結する連結部としての折曲げ部３０にはリード電極挿入溝３２が設けられている。
リード電極挿入溝３２は、基板２６と交差するダイパッド部２８の両側面に沿って二つ配設され、第１の開口部としてのダイパッド溝３２ａと、このダイパッド溝３２ａに連続し基板２６に設けられた第２の開口部としての基板孔３２ｂとで構成されている。
図１、図２及び図５に示されるように、リード電極挿入溝３２にはシグナルリードピン１８の一端が挿入される。この実施の形態ではシグナルリードピン１８のダイパッド部２８側の一部がリード電極挿入溝３２に挿入され、メタルフレーム２４の基板２６の第１の主面２６ａから少し突出した状態に配設される。
シグナルリードピン１８の、基板２６の第１の主面２６ａから少し突出した部分が、Ａｕワイヤ２２のボンディングパッド１８ａとなる。またダイパッド部２８とは反対側に位置するリードピン１８は長く延長され、実装基板であるフイルム基板の電極に挿入される基板挿入部１８ｂとなる。またアースリードピン２０もリードピン１８の基板挿入部１８ｂに隣接する部分が基板挿入部２０ｂとなる。

この実施の形態ではリード電極挿入溝３２がダイパッド部２８の両側面に設けられ、一直線状のシグナルリードピン１８が個別に挿入されているが、複数のリードピンを一つのリード電極挿入溝３２に挿入した構成にしてもかまわない。
また一直線状のシグナルリードピン１８に替えて一部段付き形状に曲がった部分を有する形状、すなわちクランク形状にしたり、リードピンに突起を形成したりすることにより、リードピンの引き抜き強度を増大することができる。
さらにリード電極挿入溝３２にダイパッド溝３２ａを形成せず、基板孔３２ｂのみを設け、この基板孔３２ｂにシグナルリードピン１８を挿入し、基板孔３２ｂから突出した部分をボンディングパッド１８ａとする構成であってもかまわない。
さらにダイパッド部２８の両側面に開口部としてのダイパッド溝３２ａも基板孔３２ｂも形成せずに、基板２６の下を潜ってダイパッド部２８の側面に並行して、シグナルリードピン１８の一部を基板２６から突出させ、突出した部分をボンディングパッド１８ａとする構成であってもかまわない。
さらに図２に示されるチップ載置面２８ａの裏側をチップ載置面とし、このチップ載置面に沿ってシグナルリードピン１８を突出させ、突出した部分をボンディングパッド１８ａとする構成であってもかまわない。

なお、この実施の形態では、２本のシグナルリードピン１８と１本のアースリードピン２０とを有し、シグナルリードピン１８をメタルフレーム２４と電気的に接続されないように離隔して配置し、アースリードピン２０をメタルフレーム２４と同一部材で一体的に構成するか、または別部材で構成し溶接などでアースリードピン２０とメタルフレーム２４とと接合し電気的の導通させる構成について説明したが、アースリードピン２０もシグナルリードピン１８と同様にメタルフレーム２４と離隔して配置してもかまわない。
また、このこの実施の形態では、２本のシグナルリードピン１８と１本のアースリードピン２０とを含む３本のリードピンを有する構成について説明したが、メタルフレーム２４と同一部材で構成したアースリードピン２０やメタルフレーム２４と別部材で構成し溶接などで接合したアースリードピン２０を設けないで、シグナルリードピン１８を２本とし、一方をシグナルリードピンとし他方をアースリードピンとする構成にしても良い。

図３及び図４に示されるように、基板２６の外周面には、ダイパッド部２８の両側面に対応して、アッセンブリ工程における部品の把握（ホールド）に用いられるサイド切欠き３４が形成される。サイド切欠き３４の中心位置はシグナルリードピン１８の厚さの中心位置と対応し、またシグナルリードピン１８の厚さの中心位置はダイパッド部２８に実装されるＬＤチップ１６の発光点位置と対応し、両者は同一平面上にある。さらにＬＤチップ１６の発光点位置は基板２６の外周を形成する円弧の中心となっている。基板２６の外周面をこのように設定された円弧とすることにより、従来の金属ステムとの互換性が確保される。

図１、図２及び図６に示されるように、樹脂モールド部２５は基部としての樹脂基台４０と側壁部としての保護壁４２を有し、これらを介してメタルフレーム２４とアースリードピン２０およびシグナルリードピン１８とを機械的に安定して固定する。さらにメタルフレーム２４のリード電極挿入溝３２にシグナルリードピン１８を挿入して樹脂成形されているので、メタルフレーム２４とシグナルリードピン１８とはリード電極挿入溝３２を介してモールド樹脂によりさらに強固に固定される。
図１に示されるように、樹脂基台４０は一方の面がメタルフレーム２４の基板２６の第２の主面２６ｃ、すなわち第１の主面２６ａの裏側の主面、に密着するとともに他方の表面４０ａが平らになった板状で、所定の外形形状、例えば円弧を含む形状を呈し、樹脂基台４０は円盤状をしている。基板２６と樹脂基台４０とを合わせた厚みＷ１はおおよそ１．２ｍｍ程度である。
この樹脂基台４０の表面４０ａからシグナルリードピン１８の基板挿入部１８ｂおよびアースリードピン２０の基板挿入部２０ｂが突出している。

樹脂基台４０の外形は、この実施の形態ではメタルフレーム２４の基板２６の外形と同様の半径で構成される円弧を含む形状をしている。このようにすることにより従来の構造であるパッケージの金属ステムとの互換性を確保することができる。
そしてこの実施の形態では基板２６の外周円の半径と樹脂基台４０の外周円の半径とを同じにしているが、基板２６の外周円の半径が樹脂基台４０の外周円の半径より大きくなってもかまわない。
また樹脂基台４０の外周円の半径が基板２６の外周円の半径よりも大きくなったとしても樹脂基台４０の熱変形によるＬＤ発光点の光点移動に影響を及ぼさない程度であれば、樹脂基台４０の外周円の半径が基板２６の外周円の半径よりも大きくなってもかまわない。
なおこの実施の形態ではメタルフレーム２４の基板２６及び樹脂基台４０の外周形状を円弧を含む形状として説明したが、他の形状でもかまわない。この場合樹脂基台の外周がメタルフレームの基板の外周からはみ出たとしても、樹脂基台の熱変形によるＬＤ発光点の光点移動に影響を及ぼさない程度であればかまわない。
また切欠き部などの限定された箇所が互換の対称となるキャンパッケージのステムと同様の箇所に形成されるだけでもかまわない。
またこの実施の形態では樹脂基台４０は基板２６の第２の主面２６ｃと密着するように構成されているが、基板２６の第１の主面２６ａに密着するように樹脂基台４０を配置してもかまわない。

図４に示されるように、メタルフレーム２４の基板２６の外周面には設けられているサイド切欠き３４に対応して、樹脂基台４０の外周の円弧形状を直線的に一部切り欠くように、樹脂部分が除かれ、樹脂モールドの際の抜き型に対応するとともにアッセンブリ工程における部品把握（ホールド）に影響しないように形成される。

図１、図３に示されるように、基板２６とダイパッド部２８の屈曲線に直交するダイパッド部２８の中心線を、さらに基板２６の第１の主面２６ａに沿って折り曲げた延長線を中心線とする切欠き部２６ｂが基板２６の外周に設けられているが、この切欠き部を埋めるようにモールドされた樹脂部分の外周部、この実施の形態では円周部分に、角度認識用の切欠き４４が設けられている。

図１、図６に示されるように、樹脂モールド部２５の保護壁４２はダイパッド部２８の両側面を表裏も含めて埋め込むように、ダイパッド部２８の両側面に並行して設けらている。両方の保護壁４２に挟まれたダイパッド部２８の中央部は、裏表ともに金属面が露呈するようにモールド樹脂が除かれている。
このダイパッド部２８の中央部にチップ載置面２８ａ（図２、図３も参照）が設けられ、チップ載置面２８ａにはサブマウント１４を介してＬＤチップ１６が搭載されている。サブマウント１４の寸法は０．６ｍｍ×１．４７ｍｍ×０．２４ｍｍ程度で、例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）により形成される。ダイパッド部２８へのサブマウント１４の接合およびＬＤチップ１６のサブマウント１４へのダイボンドは、例えばＡｕＳｎはんだ（融点２８０℃）が用いられる。この他ＳｎＡｇＣｕやＳｎＰｂなどの他のはんだや、Ａｇペースト等の導電性接着剤を用いてもよい。

このチップ載置面２８ａ側の保護壁４２の高さはＬＤチップ１６の電極（図に記載せず）とアースリードピン２０およびシグナルリードピン１８とを接続するＡｕワイヤ２２の高さにより決定され、このボンディングされたＡｕワイヤ２２の高さを超える高さに設定されている。従って保護壁４２のチップ載置面２８ａ側の表面にはシグナルリードピン１８の第１の主面２６ａから少し突出した部分がＡｕワイヤ２２のボンディングパッド１８ａとして使用できるように凹部４６が設けられ、シグナルリードピン１８の一部、つまりボンディングパッド１８ａが露呈している。

なおこの実施の形態ではＡｕワイヤがＬＤチップ１６の電極とアースリードピン２０およびシグナルリードピン１８との接続に用いられているが、この他にＡｌワイヤやエナメル被覆線などを用いてもよい。
またこの実施の形態では樹脂モールド部２５の一部として保護壁４２を設けたが、樹脂モールド部２５に保護壁を設けずに、ダイパッド部２８の両側面をチップ載置面２８ａ側に起立させることにより保護壁としてもかまわない。
またこの実施の形態では保護壁４２はダイパッド部２８の両側面を表裏から埋め込むように形成されているが、ダイパッド部２８の裏面すなわちチップ載置面２８ａでない方の面を完全に露呈することにより放熱性を向上させることが可能となる。

樹脂モールド部２５の成形は、メタルフレーム２４のリード電極挿入溝３２にシグナルリードピン１８を挿入し、位置決めを行った後、金型に挟んでモールド樹脂、例えば液晶ポリマーを注型することにより行われる。この注型により、樹脂基台４０と保護壁４２とが一体的に形成され、またメタルフレーム２４とシグナルリードピン１８とが、基板２６の第２の主面２６ｃ、基板２６の外周から切れ込んだ切欠き部２６ｂ、リード電極挿入溝３２、ダイパッド部２８側面、およびシグナルリードピン１８の外周に密着された樹脂により固着され、相互に機械的に安定して固定される。
またこの実施の形態では、液晶ポリマーを用いたが、この他にＰＰＳなどのインジェクションモールド用熱可塑性樹脂、トランスファモールド樹脂、封着用低融点ガラスなどを用いてもかまわない。

図７はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台の変形例とリード電極との位置関係を示す斜視図である。
図７に示されるメタルフレーム５０のリード電極挿入溝３２はダイパッド部２８の両側面に沿って配設された二つのダイパッド溝３２ａと、このダイパッド溝３２ａに連続し基板２６に設けられた第２の開口部としてのスリット３２ｃが設けられている。先に説明したメタルフレーム２４においては、ダイパッド溝３２ａに連続して基板２６に貫通孔である基板孔３２ｂが設けられていたのに対して、メタルフレーム５０では基板２６の外周面から直接にダイパッド溝３２ａに達する、ダイパッド溝３２ａと同じ幅の切欠き形状をしたスリット３２ｃが設けられている。メタルフレーム５０をこのような形状にすることにより、リード電極挿入溝３２に挿入されるシグナルリードピン１８とメタルフレーム５０とを一枚の板材で型取りすることができるので、さらにコスト低減を図ることが可能となる。

図８はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台の変形例とリード電極との位置関係を示す斜視図である。
図８に示されるメタルフレーム７０は、リード電極挿入溝が設けられていない。ダイパッド部２８から基板２６側に、樹脂基台４０の厚みに相当する幅を有するダイパッド延長部７２がダイパッド部２８と同じ平面を共有して連続して設けられている。このダイパッド延長部７２の両側には翼端（ウイング）７２ａが設けられている。この翼端７２ａはダイパッド延長部７２の両側においてチップ載置面２８ａの側に折り曲げられて、チップ載置面２８ａの側に起立している。基板２６はダイパッド延長部７２の翼端７２ａ各々に対向してチップ載置面２８ａの側に起立している。基板２６の中央部は外周面からダイパッド延長部７２の表面まで、大きく切り込まれた切欠き部２６ｄとなっている。
この切欠き部２６ｄにおけるダイパッド延長部７２の中央部にアースリードピン２０がダイパッド部２８およびダイパッド延長部７２と同じ平面を共有して連続して同じ板材で一体的に形成されている。アースリードピン２０は基板２６に対してダイパッド部２８とは逆の方向に一直線状に延長されている。
ダイパッド延長部７２を構成する板材の断面であるアースリードピン２０の両側部は、樹脂基台４０がダイパッド延長部７２の表裏を埋めるようにモールドされたとしても、外部に露呈される箇所として残される。この幅（Ｗ２）はアースリードピン２０の幅の約１５０％以上であり、放熱性を高めることが可能となるので、リードピンの引き抜き強度を増大させることが可能となる。
またアースリードピン２０の両側に沿ってシグナルリードピン１８が配設され、アースリードピン２０に隣接して延長されている。二本のシグナルリードピン１８の一端はダイパッド延長部７２とダイパッド部２８の一部の上方に重なるように配設されている。なおシグナルリードピン１８はダイパッド延長部７２およびダイパッド部２８と離隔されて配設されている。またシグナルリードピン１８は一直線状ではなく、一部段付き形状に曲がった部分を有する形状、すなわちクランク形状にすることにより、リードピンの引き抜き強度を増大させている。

図９はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の斜視図である。
図９において、ＬＤ装置７６におけるＬＤパッケージ７７は図８に示されたメタルフレーム７０、およびシグナルリードピン１８が使用されている。樹脂モールド部２５は樹脂基台４０と保護壁４２を有し、これらを介してメタルフレーム７０とシグナルリードピン１８とを機械的に安定して固定することは、ＬＤパッケージ１２の場合と同様である。
樹脂基台４０は、基板２６の第１の主面２６ａの側に配設され、第１の主面２６ａに密着し、ダイパッド延長部７２の表裏面および２本のシグナルリードピン１８を埋め込むように形成される。但し先に述べたように突出したアースリードピン２０の根元の両側部はモールド樹脂には埋め込まれず露呈している。
ダイパッド延長部７２の最大幅Ｗ３（図８参照）は翼端７２ａの幅Ｗ４（図８参照）と基板２６の厚みＷ５（図８参照）との和にほぼ等しく、これはまた樹脂基台４０の最大幅Ｗ６（図９参照）にほぼ等しい。このような構成であるので円盤状の樹脂基台４０の両主面から翼端７２ａの側面と基板２６とを露呈させることが可能となり、これにより樹脂基台４０の変形を防止することができる。
また翼端７２ａが樹脂基台４０の外周面を覆っていることにより、樹脂基台４０の外周面の変形を防止することができる。さらに樹脂基台４０の外周面の外側に金属部分が露呈されることにより、位置決め基準となる面精度を向上させることが可能となる。
基板２６の第２の主面２６ｃとこの基板２６の第２の主面２６ｃに隣接する樹脂基台４０の表面４０ｂとはほぼ同じ平面を共有し、樹脂基台４０の平らな表面４０ｂからシグナルリードピン１８およびアースリードピン２０が突出し、シグナルリードピン１８の基板挿入部１８ｂおよびアースリードピン２０の基板挿入部２０ｂを形成している。
樹脂基台４０のもう一方の表面である、ダイパッド部２８側の表面４０ｃからは、シグナルリードピン１８の一端が突出し、この突出した部分がボンディングパッド１８ａとなっている。
ダイパッド部２８の中央部にチップ載置面２８ａが設けられ、チップ載置面２８ａにはサブマウント１４を介してＬＤチップ１６が搭載され、ＬＤチップ１６の電極とアースリードピン２０につながるチップ載置面２８ａやボンディングパッド１８ａとがＡｕワイヤ２２により接続されていることはＬＤ装置１０と同様である。

図１１はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台の変形例とリード電極との位置関係を示す斜視図である。
図１１に示されるメタルフレーム９０はダイパッド部２８の両側のほぼ全長にわたって突起部としての翼端（ウイング）９２が設けられている。この翼端９２はチップ載置面２８ａの側に折り曲げられて、例えばチップ載置面２８ａから９０度の角度でチップ載置面２８ａの側に起立している。
アースリードピン２０はダイパッド部２８と同じ平面を共有して同じ板材で一体的に形成されており、ダイパッド部２８のほぼ中央線上に延在している。
ダイパッド部２８の両側部は一部切り欠かれており、翼端９２がダイパッド部２８に接続している接続長は、ダイパッド部２８の幅方向の中央部におけるダイパッド部２８の先端からアースリードピン２０の取り付け部までの長さよりも短い。しかし翼端９２の全長はダイパッド部２８の先端からアースリードピン２０の取り付け部までの長さと同程度の長さを有しているので、翼端９２の一部はアースリードピン２０の延長方向にオーバーハングしている。
このオーバーハングしている両翼端９２の先端部にそれぞれ、基板２６が一体的に接続され、ダイパッド部２８の外側の方向に起立している。翼端９２の外側面９２ａと基板２６の第１の主面２６ａとの角度は、たとえば９０度である。

図８に示されたメタルフレーム７０では、翼端７２ａはダイパッド延長部７２の両側においてチップ載置面２８ａの側に折り曲げられて、チップ載置面２８ａの側に起立し、基板２６はダイパッド延長部７２の翼端７２ａ各々に対向してチップ載置面２８ａの側に起立するように形成されている。このため翼端７２ａと基板２６とはダイパッド延長部７２を介して接続している。
これに対して、図１１に示されたメタルフレーム９０においては、基板２６は翼端９２の先端において、翼端９２と一体的に接続され、基板２６は翼端９２を介してダイパッド部２８と一体的に接続されている。
またアースリードピン２０は、基板２６に対してダイパッド部２８とは逆の方向に一直線状に延長されている。そしてアースリードピン２０の両側に沿ってシグナルリードピン１８が配設され、アースリードピン２０に隣接して延長されている。
二本のシグナルリードピン１８の一端はダイパッド部２８の一部の上方に重なるように配設され、翼端９２の内側面９２ｂに沿って配置されている。すなわち二本のシグナルリードピン１８は基板２６の両主面から突出している。
なおシグナルリードピン１８はダイパッド部２８と離隔されて配設されている。またシグナルリードピン１８は図１１では一直線状であるが、必ずしも一直線状でなくてもよく、図８に示されたシグナルリードピン１８と同様に、一部段付き形状に曲がった部分を有する形状、すなわちクランク形状にすることにより、リードピンの引き抜き強度を増大させることができる。
このように構成されたメタルフレーム９０においては、ダイパッド部２８、両翼端９２、および基板２６を一枚の金属板材から切り抜き、両翼端９２、および基板２６を折り曲げることによって形成することができる。このため鋳造や鍛造によってメタルフレームを形成するよりも安価に形成することができる。
しかもダイパッド部２８の両側部は一部切り欠かれており、この切欠き部分を含めてアースリードピン２０に沿ってシグナルリードピン１８の型取りをすれば、原料板材をより効率的に利用することができる。
また、ダイパッド部２８の両側に起立した翼端９２を有しているのでダイパッド部２８の曲げ剛性が高められ、加熱時におけるダイパッド部２８の熱変形を抑制することができる。

図１２はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の斜視図である。
図１２において、ＬＤ装置９６におけるＬＤパッケージ９８は図１１に示されたメタルフレーム９０、およびシグナルリードピン１８が使用されている。
樹脂モールド部２５は樹脂基台４０と保護壁４２を有し、樹脂基台４０と保護壁４２は翼端９２を覆うように形成されている。ダイパッド部２８の裏面、すなわちチップ載置面２８ａの裏側も樹脂により覆われ、樹脂モールド部２５に含まれている。これらを介してメタルフレーム９０とシグナルリードピン１８とを機械的に安定して固定することは、ＬＤパッケージ１２の場合と同様である。
この実施の形態におけるＬＤ装置９６では、ダイパッド部２８の裏面、すなわちチップ載置面２８ａの裏側も樹脂により覆われているが、ダイパッド部２８の両側に翼端９２が形成されているので、ダイパッド部２８の曲げ剛性が高められ、必ずしもダイパッド部２８の裏面に樹脂による突起部を設ける必要がないから、ダイパッド部２８の裏面を露呈させてもかまわない。ダイパッド部２８の裏面を露呈させることにより放熱性を高めることができる。
またこの実施の形態におけるＬＤ装置９６では、翼端９２が樹脂により覆われているが、一部を露呈させることにより、ＬＤチップ１６の発熱を効率よく放熱することが可能になる。
またこの実施の形態におけるＬＤ装置９６では、ダイパッド部２８は長方形領域であるが、基板２６側に拡がった台形形状にすることにより放熱性の向上を図ることができる。
樹脂基台４０は、基板２６の第１の主面２６ａの側に配設され、第１の主面２６ａに密着し、翼端９２の一部および２本のシグナルリードピン１８を埋め込むように形成される。但し先に述べたように突出したアースリードピン２０の根元の両側部はモールド樹脂には埋め込まれず露呈している。

基板２６の第２の主面２６ｃとこの基板２６の第２の主面２６ｃに隣接する樹脂基台４０の表面４０ｂとはほぼ同じ平面を共有し、樹脂基台４０の平らな表面４０ｂからシグナルリードピン１８およびアースリードピン２０が突出し、シグナルリードピン１８の基板挿入部１８ｂおよびアースリードピン２０の基板挿入部２０ｂを形成している。
樹脂基台４０のもう一方の表面である、ダイパッド部２８側の表面４０ｃからは、シグナルリードピン１８の一端が突出し、この突出した部分がボンディングパッド１８ａとなっている。
ダイパッド部２８の中央部にチップ載置面２８ａが設けられ、チップ載置面２８ａにはサブマウント１４を介してＬＤチップ１６が搭載され、ＬＤチップ１６の電極とアースリードピン２０につながるチップ載置面２８ａやボンディングパッド１８ａとがＡｕワイヤ２２により接続されていることはＬＤ装置１０と同様である。
基板２６の第２の主面２６ｃは外部に露呈しており、この実施の形態におけるＬＤ装置９６では、基板２６は翼端９２の先端において、翼端９２と一体的に接続され、基板２６は翼端９２を介してダイパッド部２８と一体的に接続されているので、この経路を経由してＬＤチップ１６の発熱がダイパッド部２８から基板２６に伝導され、基板２６から効率よく放熱される。

図１０はこの発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の実装基板への装着を示す一部断面模式図である。
図１０において、ＬＤ装置１０のシグナルリードピン１８とアースリードピン２０が実装基板、例えばフレキシブル基板５４に装着されている。フレキシブル基板５４の基板本体５６は、例えばポリイミドからなるフィルムで、表面には配線層（図示せず）が設けられている。フレキシブル基板５４の部分が断面図で示されている。
この配線層と接続されているスルーホール５８が基板本体５６に設けられ、このスルーホール５８にシグナルリードピン１８とアースリードピン２０が挿入され、はんだ６０によりシグナルリードピン１８またはアースリードピン２０とスルーホール５８とが接合されている。
シグナルリードピン１８やアースリードピン２０とスルーホール５８とが半田により接合された後、フレキシブル基板５４の裏面から突出しているリードピンは切断し除去される。
このように実装されたＬＤ装置１０においては、ＬＤパッケージ１２を構成する樹脂基台４０は円盤状であるので平らな表面４０ａを有している。
この平らな表面４０ａからシグナルリードピン１８およびアースリードピン２０が直接突出している。このためにフレキシブル基板５４は樹脂基台４０の表面４０ａに密着させることができる。
従ってＬＤ装置１０のＬＤチップ１６からフレキシブル基板５４の配線層までの距離を短くすることができるので、インダクタンスが小さくなりこの部分でのインピーダンスを最適化することが容易になる。したがってこのＬＤパッケージ１２を使用したＬＤ装置１０においては高周波特性の向上を図ることが可能となる。
なお図１０において、一例としてＬＤ装置１０について説明したが、ＬＤ装置７６およびＬＤ装置９６でも同様の効果を奏する。

以上のような構成を有するＬＤパッケージ１２においては、樹脂基台４０の表面４０ａとフレキシブル基板５４とを密着させて配設でき、ＬＤチップ１６からフレキシブル基板５４の配線層までの距離を短くすることができる。このためインダクタンスが小さくなりこの部分でのインピーダンスを最適化することが容易になり、ＬＤ装置１０においては高周波特性を良くすることができる。
また、メタルフレーム２４，或いは５０は、基板２６とこの基板から９０度に折り曲げて起立させたダイパッド部２８とを一枚の金属板を用いて、プレス加工により形成することができる。従って鋳造や鍛造に比べてメタルフレームを安価に製造することが可能となる。
メタルフレーム２４，或いは５０はダイパッド部２８にダイボンドされるＬＤチップ１６からの発熱を効果的に放熱するための冷却面積を広く確保することができるので、ＬＤ装置１０の温度上昇を低く抑えることができる。
また樹脂モールド部２５は樹脂基台４０と保護壁４２を介してメタルフレーム２４とアースリードピン２０およびシグナルリードピン１８とを機械的に安定して固定するとともに、メタルフレーム２４のリード電極挿入溝３２にシグナルリードピン１８を挿入して樹脂成形されているので、メタルフレーム２４とシグナルリードピン１８とを強固に固定することができる。延いては高温での引き抜き強度の高い電極リードを形成することができる。
またこのＬＤパッケージ１２は樹脂モールドにより成型されるのでより安価に、また設計の自由度の高い形状に構成することができる。
またメタルフレーム２４の基板２６の外形や樹脂基台４０の外形を円弧を含む形状とすることにより、従来の構造であるパッケージの金属ステムとの互換性を保持することができる。

またＬＤパッケージ１２ではメタルフレーム２４の基板２６と樹脂基台４０とにより、従来のアイレットに相当する部分を構成している。このために、樹脂モールドだけでアイレットに相当する部分を構成する場合ではアッセンブリ工程においてアイレットを把握（ホールド）し、ハンドリングを行う際に、高温で変形しやすく製品への実装時に精度の高い位置決めを行うことが困難になる場合があるが、ＬＤパッケージ１２においては金属製の基板２６を備えているので精度の高い位置決めができる。
また樹脂モールドだけでアイレットに相当する部分を構成する場合では、樹脂基台を介して加熱を行いダイパッド部のはんだダイボンドを行うダイボンド装置を使用する場合などでは、樹脂基台の熱伝導率が低いために伝熱の不足からダイパッド部の温度上昇が阻害され、良好なはんだ付に時間がかかる場合があるが、ＬＤパッケージ１２においては金属製の基板２６を備えているので、ダイパッド部の加熱を効率的に行うことができるので、はんだダイボンディングに要する時間を短くすることができる。
また同様に樹脂モールドだけでアイレットに相当する部分を構成する場合では、樹脂基台を介して超音波を伝播させワイヤボンドを行う際には、樹脂基台における超音波の減衰が激しく良好なワイヤボンドを行うことが困難な場合があるが、ＬＤパッケージ１２においては金属製の基板２６を備えているので、超音波を効率的に伝播させてワイヤボンドを行うことができ、ワイヤボンド工程を効率よく実施することができる。
また樹脂モールドだけでアイレットに相当する部分を構成する場合では、樹脂基台の成型の際に金型の抜き方向によっては切欠き部が自由に形成できない場合があるが、ＬＤパッケージ１２においては金属製の基板２６を備えており、この基板２６にサイド切欠き３４を設けることができるので、金型の抜き方向に対する自由度を高くすることができる。
このように、樹脂モールドだけでアイレットに相当する部分を構成する場合に比べて、ＬＤパッケージ１２ではメタルフレーム２４の基板２６と樹脂基台４０とにより従来のアイレットに相当する部分を構成しているので、ＬＤパッケージ１２の製造コストの低減を図ることが可能となる。
ここでは、ＬＤパッケージ１２について説明したが、ＬＤパッケージ７７およびＬＤパッケージ９８でも同様の効果を奏する。

以上のように、この実施の形態に係る光素子用パッケージにおいては、主面を有する金属板で構成され所定の外形を有する基板、およびこの基板と連続する金属板で一体的に構成されるとともに基板の主面に対して所定の角度で屈曲されたダイパッド部を有する金属基台と、この金属基台の基板の主面と所定の角度で交差し、両端が基板の両主面より突出するとともに金属基台と離隔して配設された第１のリード電極と、基板の主面上に密着されこの基板に沿った板状の基部を有し、この基部から基板に対してダイパッド部と逆方向に延在する第１のリード電極が突出するとともに基板に対してダイパッド部と同方向に突出した第１のリード電極の表面の一部を露呈する露呈部を残して第１のリード電極の周囲を埋設し、金属基台と第１のリード電極とを固着した樹脂封止部と、を備えているので、ダイパッド部を有する金属基台の放熱性が良好で光素子の動作時の光学特性の低下が少なく、また樹脂封止部の基部が板状でこの表面から第１のリード電極が突出しているために光素子用パッケージを実装する実装基板を樹脂封止部の基部表面に密着させることができるのでダイパッド部に装着される光素子から実装基板の距離が短くなり良好な高周波特性を得ることができ、さらに樹脂モールドを使用することにより安価な構成とすることができる。

さらに、金属基台のダイパッド部と基板とを連結する連結部に、ダイパッド部の側面に沿って延長された第１の開口部とこの第１の開口部に連続し基板の両主面を繋ぐ第２の開口部とで構成されたリード電極挿入溝がさらに配設されるとともに、第１のリード電極の一端がリード電極挿入溝に配設されたので、第１のリード電極と金属基台とがリード電極挿入溝に注入される樹脂封止部によりさらに強固に固着される。このために高温時における第１のリード電極の樹脂封止部からの引き抜き強さが向上する。
またさらに、金属基台のダイパッド部がその両側部に沿って延在する突起部を有するとともに、この突起部を介してダイパッド部と金属基台の基板とが一体的に結合されたので、ダイパッド部の曲げ剛性が高くなり加熱によるダイパッド部の変形を抑制することができ、ダイパッド部から基板への効率よい熱伝導経路を確保することができる。
またさらに、金属基台の基板または樹脂封止部の基部の一方の外周の形状が円弧を含むので、従来構造である金属ステムとの互換性を確保することができる。
またさらに、樹脂封止部の基部の外周が金属基台の基板の外周形状に沿った形状を有するとともに、樹脂封止部の基部の外周が金属基台の基板の外周と並行して位置するかまたは基板の外周よりも内側に位置するので、外部光学系に対して動作時の温度上昇に基づく熱変形による光素子の位置変動を少なくすることができる。
またさらに、樹脂封止部の基部と一体的に構成された側壁部をさらに有するとともに、この側壁部が金属基台のダイパッド部中央表面を露呈したまま残してダイパッド部側面に沿って所定の厚みで延在し、その表面の一部に金属基台の基板の主面から突出した第１のリード電極の表面が露呈されたので、樹脂封止部と金属基台とがより強固に固着され、第１のリード電極を含めてより確実な機械的な固定が実現される。

またさらに、金属基台の基板の主面と所定の角度で交差し、基板に対して金属基台のダイパッド部と逆方向に延在し、基板の主面よりも突出した部分を有するとともに金属基台と電気的に接続された第２のリード電極をさらに備えたので、金属基台と第２のリード電極とを同一の電位に設定することができる。
またさらに第２のリード電極が金属基台の基板と連続する金属板で一体的に構成されたので、金属基台と第２のリード電極とをより強固に固定することができるとともに、より安価な構成とすることができる。
またこの実施の形態に係る光半導体装置においては、上述のいずれかの光素子用パッケージと、この光素子用パッケージのダイパッド部表面上に台座を介して配設されるとともに第１のリード電極と、もしくは第１のリード電極または第２のリード電極と、電気的に接続された所定の電極を有する半導体レーザ素子と、を備えたので、上述の光素子用パッケージの特性を備えるとともに高周波伝播損失が少なく高周波特性のよい安価な光半導体装置を構成することができる。

以上のように、この発明に係る光素子用パッケージおよび光半導体装置は、情報電子機器や情報通信機器において使用される光素子用パッケージとこれを用いた光半導体装置に適している。

この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の平面図である。 図１に示されたＬＤ装置のＩＩ−ＩＩ断面における矢視の断面図である。 図１の矢印ＩＩＩから見たＬＤ装置の正面図である。 図１の矢印ＩＶから見たＬＤ装置の底面図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台とリード電極との位置関係を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台の変形例とリード電極との位置関係を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台の変形例とリード電極との位置関係を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の実装基板への装着を示す一部断面模式図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の金属基台の変形例とリード電極との位置関係を示す斜視図である。 この発明の一実施の形態に係るＬＤ装置の斜視図である。

符号の説明

２６ 基板、 ２８ ダイパッド部、 １８ シグナルリードピン、 ４０ 樹脂基台、 ２５ 樹脂モールド部、 ３０ 折曲げ部、 ３２ リード電極挿入溝、 ４２ 保護壁、 ９２ 翼端、 ２０ アースリードピン、 １６ ＬＤチップ。

Claims (6)

1. 主面を有する金属板で構成され所定の外形を有する基板、この基板と連続する金属板で一体的に構成されるとともに上記基板の主面に対して所定の角度で屈曲されたダイパッド部、およびこのダイパッド部の両側に、上記ダイパッド部の光素子載置面の側に所定の角度で起立する突起部を有する金属基台と、
   この金属基台の上記基板の主面と所定の角度で交差し、両端が上記基板の両主面より突出するとともに上記金属基台と離隔して配設された第１のリード電極と、
   前記金属基台の前記基板の主面と所定の角度で交差し、前記基板に対して前記金属基台の前記ダイパッド部と逆方向に延在し、前記基板の主面よりも突出した部分を有するとともに上記金属基台と電気的に接続されたアースリード電極と、
   上記基板のダイパッド部側の主面に密着し、上記基板のもう一方の主面を露呈し、少なくとも上記突起部の一部を覆い、上記基板に沿って配設された板状の基部を有し、この基部から上記基板に対して上記ダイパッド部と同方向に突出した上記第１のリード電極の表面の一部を露呈する露呈部と上記ダイパッド部の光素子載置部分の表裏と上記基板の外周とを残して上記第１のリード電極の周囲を埋設し、上記金属基台と第１のリード電極とを固着した樹脂封止部とを備え、
   上記樹脂封止部の基部の外周が上記金属基台の上記基板の外周形状に沿った形状を有するとともに、上記樹脂封止部の上記基部の外周が上記金属基台の上記基板の外周と並行して位置するかまたは上記基板の外周よりも内側に位置することを特徴とした光素子用パッケージ。
2. 前記基板が前記ダイパッド部と直接に一体的に結合されたことを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
3. 前記突起部を介して前記ダイパッド部と前記金属基台の前記基板とが一体的に結合されたことを特徴とする請求項１記載の光素子用パッケージ。
4. 前記樹脂封止部の前記突起部の一部を覆う部分である側壁部が前記金属基台の前記ダイパッド部中央表面を露呈したまま残して前記ダイパッド部の側部に沿って所定の厚みで延在し、その表面の一部に前記金属基台の前記基板の主面から突出した前記第１のリード電極の表面が露呈されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光素子用パッケージ。
5. 前記アースリード電極が前記金属基台の前記基板と連続する金属板で一体的に構成されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光素子用パッケージ。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光素子用パッケージと、
   この光素子用パッケージの前記ダイパッド部表面上に台座を介して配設されるとともに前記第１のリード電極または前記アースリード電極と、電気的に接続された所定の電極を有する半導体レーザ素子と、
   を備えた光半導体装置。

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