JPH0713240Y2 - 半導体光学能動素子用パッケージ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、内部に、半導体発光・受光素子をマウントす
る半導体光学能動素子用パッケージの改良に関するもの
である。

〔従来の技術〕

半導体光学能動素子用パッケージには、半導体発光・受
光素子等（以下、光学能動素子と言う）を収納する機能
の他に、光ファイバ通信用光学能動素子と光ファイバと
の結合効率向上や組立作業性向上等の観点から、図示し
ない結合光学系に対して光学能動素子を容易に位置決め
し得る機能が求められる。

第３図（ａ）は従来の半導体光学能動素子用パッケージ
を示すもので、この半導体光学能動素子用パッケージ
は、パッケージ本体１に、図示しない光学能動素子を搭
載する位置合わせ用マーク６を突設するとともに、光学
能動素子を覆う第３図（ｃ）に示すキャップ７を冠着し
て溶接するようにしている。

上記パッケージ本体１は、単一金属から略円柱形に構成
され、その周面下部には、水平方向に張り出すフランジ
部２が全周に亘って周設されており、又、貫通孔３が縦
貫して穿設されている。

また、接地用のリード線４が垂下して挿着されるととも
に、貫通孔３に、光学能動素子に電流を供電するリード
線4Aが絶縁材料であるコバールガラス５を介して垂直に
挿着されている。

そして、上記位置合わせ用マーク６は、金属棒の回転削
り出し加工等から凸形に構成されてパッケージ本体１の
上面中心に高精度に位置し、光学能動素子の固定位置を
示す機能を有している。

さらに、上記キャップ７は、加工性に優れる鉄やコバー
ル等から下面が開口した略円筒形に構成され、平坦な上
面中央の孔には、光学レンズ８が嵌着されており、又、
その周面下部がフランジ部２に重合する鍔部９に湾曲し
て形成されている。

上記構成によれば、位置合わせ用マーク６に光学能動素
子を実装するだけで、パッケージ本体の外径の中心（キ
ャップ７の内径の中心）に光学能動素子が正確に位置す
るので、図示しない結合光学系の光軸に対して光学能動
素子を容易に位置決めすることができる。

ところで、上記パッケージ本体１は、キャップ７との溶
接性を考慮すれば、可能な限りキャップ７と同一の材料
から構成されているのが望ましい。

しかしながら、キャップ７の材料である鉄やコバールは
熱伝導度等がそれほど大きくなく、しかも、熱膨張係数
や誘電率等が光学能動素子の熱膨張係数と著しく異なる
ため、それ自身が発熱する発光ダイオードやレーザダイ
オードからなる光学能動素子をパッケージ本体１に実装
すると、光学能動素子に大きな熱ストレスが作用して信
頼性を大幅に低下させることとなる。

また、高速の発光ダイオードや受光ダイオードと増幅器
の複合素子のように高速応答性を要求される場合には、
誘電率等の電気特性が特定の値であるような材料からパ
ッケージ本体１を構成する必要がある。

そこで、従来においては第３図（ｂ）、（ｃ）に示す如
く、パッケージ本体１と光学能動素子との間に、熱伝導
度が大きくて熱膨張係数が光学能動素子の熱膨張係数に
近いヒートシンク10と呼ばれる別部品を介在配置して、
光学能動素子に作用する熱ストレスを低下させる工夫を
している。

この放熱機能を営むヒートシンク10は、パッケージ本体
１よりも縮径に構成され、その上面中心には、光学能動
素子である半導体発光ダイオード11を搭載する位置合わ
せ用マーク６が突設されており、パッケージ本体１の上
面中心部に正確に位置決めして載置されるようになって
いる。

尚、半導体発光ダイオード11のボンディングパッド（図
示せず）とリード線4Aの頂部との間には、ボンディング
ワイヤ12が架設して接続されている。

その他の部分については、上記第３図（ａ）の説明と同
様である。

従って、第３図（ｂ）、（ｃ）に示す半導体光学能動素
子用パッケージを組立てるには、位置合わせ用マーク６
に半導体発光ダイオード11を正確に実装し、次いで、パ
ッケージ本体１にキャップ７を嵌入し、光学レンズ８
（結合光学系）の光軸O₁と半導体発光ダイオード11の光
軸O₂とを合致させた後、パッケージ本体１のフランジ部
２に、重合したキャップ７の鍔部９を溶接固定すれば良
い。

上記構成によれば、ヒートシンク10が放熱作用を営むの
で、半導体発光ダイオード11に作用する熱ストレスを低
下させて信頼性を維持することができる。

以上のように、第３図（ｂ）、（ｃ）に示す従来の半導
体光学能動素子用パッケージでは、パッケージ本体１の
上面中心部にヒートシンク10を正確に載置して、光学レ
ンズ８の光軸O₁と半導体発光ダイオード11の光軸O₂とを
合致させるようにしていた。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来の半導体光学能動素子用パッケージは以上のように
構成され、パッケージ本体１の上面中心部にヒートシン
ク10を正確に載置して、光軸O₁と光軸O₂とを合致させる
ようにしていたが、位置合わせ用マーク６に半導体発光
ダイオードを正確に実装できても、パッケージ本体１の
上面中心部にヒートシンク10を正確に載置することが非
常に困難であった。

従って、ヒートシンク10の載置に際して誤差が否応なく
発生するので、光学レンズ８の光軸O₁と半導体発光ダイ
オード11の光軸O₂とを正確に合致させることができず、
実用上極めて不便であった。

本考案は上記に鑑みなされたもので、結合光学系に対し
て光学能動素子を容易に位置決めでき、しかも、熱スト
レスの影響を減少させることのできる半導体光学能動素
子用パッケージを提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本考案は、略円柱形の第１の部材と、この第１の部材よ
りも拡径に構成されて当該第１の部材上に設けられ、放
熱作用を営む略円柱形の第２の部材と、この第２の部材
の上面に設けられ半導体素子の固定位置を示す位置合わ
せ用マークと、この第１の部材の周面に設けられ第２の
部材よりも拡径に張り出したフランジ部とを備えること
を特徴とする。更に、略円筒形に構成され内周面が該第
２の部材の周面に重合するキャップと、このキャップの
周面に設けられ該フランジ部に重合する鍔部とを備えて
も良い。

〔作用〕

本考案によれば、嵌入時に、第２の部材の外周面にキャ
ップの内周面が位置決めして重合されるとともに、フラ
ンジ部の上面に鍔部が位置決めして重合されるので、光
軸に対してキャップを極めて容易に位置決めすることが
できる。

即ち、第２の部材の載置に際して誤差が否応なく発生し
ても、光学レンズの光軸と半導体素子の光軸とを正確に
合致させることが期待でき、実用上極めて便利である。

〔実施例〕

以下、第１図及び第２図に基づき本考案を詳述すると、
本考案に係る半導体光学能動素子用パッケージは、パッ
ケージ本体（第１の部材）１と、ヒートシンク（第２の
部材）10Aと、キャップ７とを強固に、しかも、一体的
に備えている。

上記パッケージ本体１は、コバール等からプレス加工で
直径3.6mm・高さ1mmの略円柱形に構成され、その周面下
部には、厚さ0.2mm・直径6mmのフランジ部２が全周に亘
って周設されており、このフランジ部２がヒートシンク
10Aよりも水平横方向に張り出すようになっている。

また、パッケージ本体１には、貫通孔３が縦貫して穿設
されている。

そして、パッケージ本体１には、接地用のリード線４が
垂下して挿着されるとともに、貫通孔３に、光学能動素
子に電流を供電するリード線4Aが絶縁材料であるコバー
ルガラス（封着剤）５を介して垂直に挿着されている。

一方、放熱作用を営む上記ヒートシンク10Aは、銅−タ
ングステン合金や銅から切削加工でパッケージ本体１よ
りも拡径（直径3.95mm）の略円柱形に構成され、その上
面中心には、半導体発光ダイオード（半導体素子）11を
搭載する直径1mm・高さ0.1mmの位置合わせ用マーク６が
旋盤等を使用した回転切削加工により高精度に突設され
ており、パッケージ本体１の上面に銀蝋付けで載置され
るようになっている。

また、ヒートシンク10Aには、リード線4Aに遊貫される
貫通孔3Aが貫通孔３の数に応じ縦貫して穿設されてい
る。

また、半導体発光ダイオード11のボンディングパッド
（図示せず）とリード線４の頂部との間には、ボンディ
ングワイヤ12が架設して電気的に接続されている。尚、
半導体発光ダイオード11は、InP系の半導体材料から構
成されている。

また、凸形を露呈した位置合わせ用マーク６は、ヒート
シンク10Aの外形加工と同時に突設されるようになって
いる。

さらに、上記キャップ７は、加工性に優れるコバールか
らプレスや絞り込み加工で下面が開口した略円筒形に構
成され、平坦な上面中央の孔には、半導体発光ダイオー
ド11の直上に位置する光学レンズ８が嵌着されており、
又、その周面下部がフランジ部２の上面に重合する鍔部
９に湾曲して形成されている。

また、キャップ７の内面における直径は第１図に示す如
く、ヒートシンク10Aの外径と同一か、又は少々拡径
（直径4mm）になるよう構成されている。

そして、光学レンズ８は、その光軸がキャップ７の外径
の中心を通り、円筒部の外形面に対して平行になるよう
固定される。

さらに、フランジ部２の上面に対する鍔部９の当接面
は、図示しない光軸に対して垂直になるよう湾曲して形
成されている。

従って、半導体光学能動素子用パッケージを組立てるに
は、先ず、パッケージ本体１にヒートシンク10Aを銀蝋
付けにより載置して貫通孔３と貫通孔3Aとを位置決めす
る。

この載置の際、フランジ部２を除いたパッケージ本体１
がヒートシンク10Aの外形から食み出さないように留意
する。

次いで、固着したパッケージ本体１とヒートシンク10A
の表面をメッキ等で仕上げ、貫通孔３と貫通孔3Aとにリ
ード線4Aを挿通し、貫通孔３にコバールガラスを封着し
てリード線4Aを固着した後、パッケージ本体１にリード
線４をハンダ付け等で挿着する。

次いで、ヒートシンク10Aの位置合わせ用マーク６に半
導体発光ダイオード11の発光部をダイボンディングし、
半導体発光ダイオード11のボンディングパッドとリード
線４の頂部とをボンディングワイヤ12で電気的に接続す
る。

然してその後、固着したパッケージ本体１とヒートシン
ク10Aにキャップ７を嵌入し、フランジ部２の上面に鍔
部９を溶接等で溶着固定すれば、半導体光学能動素子用
パッケージを組立てることができる。

上記構成によれば、嵌入時に、拡径のヒートシンク10A
の外周面にキャップ７の内周面が位置決めして重合され
るとともに、拡径のフランジ部２の上面に鍔部９が位置
決めして重合されるので、光軸に対してキャップ７を極
めて容易に位置決め（芯出し）することができる。

即ち、ヒートシンク10Aの載置に際して誤差が否応なく
発生しても、光学レンズ８の光軸O₁と半導体発光ダイオ
ード11の光軸O₂とを正確に合致させることが期待でき、
実用上極めて便利である。

具体的には、パッケージ本体１とヒートシンク10Aの銀
蝋付け時に、0.15mmの位置ズレが仮に生じたとしても、
ヒートシンク10Aの中心とキャップ７の中心とに位置ズ
レが全く生じないので、キャップ７の中心に、換言すれ
ば、光学レンズ８の光軸上に、半導体発光ダイオード11
を極めて容易に位置決めすることが可能となる。

また、ヒートシンク10Aとパッケージ本体１及びキャッ
プ７とを異なった別の材料からそれぞれ構成するととも
に、溶接するパッケージ本体１とキャップ７とを加工性
に優れるコバールからそれぞれ構成しているので、半導
体発光ダイオード11に作用する熱ストレスを緩和するこ
とができ、しかも、キャップ７の溶接性の向上が期待で
きる。

そして、パッケージ本体１のフランジ部２の位置、ヒー
トシンク10Aの高さ、又はキャップ７の高さを選択する
ことにより、光学レンズ８に対して半導体発光ダイオー
ド11を適切な位置、例えば、半導体発光ダイオード11の
発するレーザ光が集光され、平行光束となる位置に固定
することができる。

尚、上記実施例では半導体材料から構成された発光ダイ
オード用のパッケージについて説明したが、フォトセン
サー等の光を受光して電気信号に変換する素子、又は印
加された電気信号に応じて発光する半導体レーザダイオ
ード等の所謂一般的な光学能動素子に本考案を適用する
こともできる。

また、上記実施例では円柱形のヒートシンク10Aを示し
たが、多角形状のヒートシンク10Aであっても良く、こ
の場合には、ヒートシンク10Aの多角形状化に伴いキャ
ップ７の内面を多角形状化する必要がある。

そして、パッケージ本体１、ヒートシンク10A、及びキ
ャップ７の寸法も上記実施例に何等限定されず、各構成
部材間の大小関係が満足されていれば良い。

そしてまた、上記実施例では光学レンズ８を備えたキャ
ップ７を冠着した状態について説明したが、このような
キャップ７を冠着しない場合でも適用することができ
る。この場合には、ヒートシンク10Aの外形を結合光学
系に対して位置決めされた穴等に直接挿入して固定する
場合等が考えられる。

さらに、上記実施例では光学レンズ８を備えたキャップ
７について説明したが、光学レンズ８を省略した開口孔
だけのキャップ７に本考案を適用しても上記実施例と同
様の作用効果が期待できる。

さらにまた、上記実施例ではヒートシンク10Aを金属材
料から構成したものを示したが、ヒートシンク10Aを絶
縁材料から構成しても良いのは言うまでもない。

〔考案の効果〕

以上のように本考案によれば、嵌入時に、第２の部材の
外周面にキャップの内周面が位置決めして重合されると
ともに、フランジ部の上面に鍔部が位置決めして重合さ
れるので、光軸に対してキャップを極めて容易に位置決
めすることができるという顕著な効果がある。

即ち、第２の部材の載置に際して誤差が例え否応なく発
生しても、第２の部材の外形中心に位置合わせ用マーク
を高精度に設けるだけで、光学レンズの光軸と半導体素
子の光軸とを極めて正確に合致させることが容易に期待
でき、実用上極めて便利であるという顕著な効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る半導体光学能動素子用パッケージ
の一実施例を示す断面説明図、第２図（ａ）は本考案に
係る半導体光学能動素子用パッケージの非冠着状態を示
す断面説明図、第２図（ｂ）は本考案に係る半導体光学
能動素子用パッケージのキャップを示す断面説明図、第
３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来の半導体光学能動素
子用パッケージを示す断面説明図である。 図中、１はパッケージ本体（第１の部材）、２はフラン
ジ部、３・3Aは貫通孔、４・4Aはリード線、６は位置合
わせ用マーク、７はキャップ、８は光学レンズ、９は鍔
部、10・10Aはヒートシンク（第２の部材）、11は半導
体発光ダイオード（半導体素子）である。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】略円柱形の第１の部材と、この第１の部材
   よりも拡径に構成されて当該第１の部材上に設けられ、
   放熱作用を営む略円柱形の第２の部材と、この第２の部
   材の上面に設けられ半導体素子の固定位置を示す位置合
   わせ用マークと、この第１の部材の周面に設けられ第２
   の部材よりも拡径に張り出したフランジ部とを備えたこ
   とを特徴とする半導体光学能動素子用パッケージ。
2. 【請求項２】略円柱形の第１の部材と、この第１の部材
   よりも拡径に構成されて当該第１の部材上に設けられ、
   放熱作用を営む略円柱形の第２の部材と、この第２の部
   材の上面に設けられ半導体素子の固定位置を示す位置合
   わせ用マークと、この第１の部材の周面に設けられ第２
   の部材よりも拡径に張り出したフランジ部と、略円筒形
   に構成され内周面が該第２の部材の周面に重合するキャ
   ップと、このキャップの周面に設けられ該フランジ部に
   重合する鍔部とを備えたことを特徴とする半導体光学能
   動素子用パッケージ。