JP3433732B2 - 光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール並びに光ファイバー増幅器 - Google Patents
光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール並びに光ファイバー増幅器Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光半導体素子を内
部に収納するための光半導体気密封止容器、及びその光
半導体気密封止容器を用いた光半導体モジュール及び光
ファイバー増幅器に関する。
部に収納するための光半導体気密封止容器、及びその光
半導体気密封止容器を用いた光半導体モジュール及び光
ファイバー増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】光通信を初めとする高速で動作すること
が必要な光エレクトロニクス用の半導体装置、特に光フ
ァイバー増幅器の励起用光源や光半導体増幅器等の半導
体モジュールにおいては、光半導体素子やドライバーＩ
Ｃ等を内部に収納するための気密封止容器が使用されて
いる。
が必要な光エレクトロニクス用の半導体装置、特に光フ
ァイバー増幅器の励起用光源や光半導体増幅器等の半導
体モジュールにおいては、光半導体素子やドライバーＩ
Ｃ等を内部に収納するための気密封止容器が使用されて
いる。
【０００３】従来の光半導体気密封止容器においては、
図１及び図２に示すように、一般にコバール等のＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金のような金属からなる枠体１に、Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金又は４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金、若
しくはＣｕＷ等の複合金属材料からなる底板２を固定し
ている。特に消費電力が大きく、放熱性が要求される光
半導体気密封止容器では、ＣｕＷの底板２が使用されて
いる。
図１及び図２に示すように、一般にコバール等のＦｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金のような金属からなる枠体１に、Ｆｅ−
Ｎｉ−Ｃｏ合金又は４２アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金、若
しくはＣｕＷ等の複合金属材料からなる底板２を固定し
ている。特に消費電力が大きく、放熱性が要求される光
半導体気密封止容器では、ＣｕＷの底板２が使用されて
いる。
【０００４】光半導体気密封止容器の側壁部である枠体
１は、上記のごとくコバール等を切削加工や射出成形し
て作製され、通常は複数のセラミックスシートの必要箇
所にメタライズを施したセラミックス端子部３と、コバ
ール製のリード端子４とを備えている。また、枠体１の
一部を絶縁体であるセラミックスで構成して、セラミッ
クス端子部３と一体化した構造のものや、枠体１に設け
た貫通穴にリード端子４を挿通し、ガラス封止して取り
付けた構造のものもある。
１は、上記のごとくコバール等を切削加工や射出成形し
て作製され、通常は複数のセラミックスシートの必要箇
所にメタライズを施したセラミックス端子部３と、コバ
ール製のリード端子４とを備えている。また、枠体１の
一部を絶縁体であるセラミックスで構成して、セラミッ
クス端子部３と一体化した構造のものや、枠体１に設け
た貫通穴にリード端子４を挿通し、ガラス封止して取り
付けた構造のものもある。
【０００５】更に、枠体１には、容器の内部と外部で光
を透過させるために光透過窓５が形成してある。光透過
窓５は通常はコバール等のパイプからなり、気密封止の
ためにガラス等の窓材を張り付けている。一部の光半導
体気密封止容器では、ガラス等の窓材を使用せず、枠体
１に光ファイバーを貫通させて、光ファイバーごと半田
ロウ付けで気密封止した光ファイバー透過窓も使用され
ている。尚、この場合には窓枠のパイプのみ容器の枠体
１に接合している。
を透過させるために光透過窓５が形成してある。光透過
窓５は通常はコバール等のパイプからなり、気密封止の
ためにガラス等の窓材を張り付けている。一部の光半導
体気密封止容器では、ガラス等の窓材を使用せず、枠体
１に光ファイバーを貫通させて、光ファイバーごと半田
ロウ付けで気密封止した光ファイバー透過窓も使用され
ている。尚、この場合には窓枠のパイプのみ容器の枠体
１に接合している。
【０００６】これらの枠体１、底板２、及びリード端子
４等の各部品は、銀ロウ付けや半田ロウ付けにより接合
されて、光半導体気密封止容器が組立てられる。この光
半導体気密封止容器は、後に蓋体で気密封止を行うため
と、容器の腐食を防ぐため並びに半導体モジュール組立
時の半田付けを容易にするために、通常は全体に金めっ
きが施される。この光半導体気密封止容器の内部に光半
導体素子などを実装した後、最後に容器の枠体１の上端
面にコバール等のリングを介して蓋体（図示せず）が溶
接又は半田ロウ付けにより気密に固定される。
４等の各部品は、銀ロウ付けや半田ロウ付けにより接合
されて、光半導体気密封止容器が組立てられる。この光
半導体気密封止容器は、後に蓋体で気密封止を行うため
と、容器の腐食を防ぐため並びに半導体モジュール組立
時の半田付けを容易にするために、通常は全体に金めっ
きが施される。この光半導体気密封止容器の内部に光半
導体素子などを実装した後、最後に容器の枠体１の上端
面にコバール等のリングを介して蓋体（図示せず）が溶
接又は半田ロウ付けにより気密に固定される。
【０００７】半導体モジュールは、上記した光半導体気
密封止容器の内部に、光半導体素子などを実装したもの
である。即ち、図３に示すように、光半導体気密封止容
器の内部に、レーザダイオード（ＬＤ）素子６やフォト
ダイオード（ＰＤ）素子のような光半導体素子のほか、
これを駆動させるドライバーＩＣ、温度測定用のチップ
サーミスタ等を回路基板７に搭載して実装する。
密封止容器の内部に、光半導体素子などを実装したもの
である。即ち、図３に示すように、光半導体気密封止容
器の内部に、レーザダイオード（ＬＤ）素子６やフォト
ダイオード（ＰＤ）素子のような光半導体素子のほか、
これを駆動させるドライバーＩＣ、温度測定用のチップ
サーミスタ等を回路基板７に搭載して実装する。
【０００８】光半導体素子、特にＬＤ素子は温度により
発振波長が変わるほか、高温では光出力が低下したり、
極端に寿命が短くなり信頼性が悪化する等の不具合があ
る。そこで、温度を制御し且つＬＤ素子等を冷却するた
めに、電子冷却装置が用いられる。電子冷却装置は、図
３に示すように、電極と配線がメタライズされた２枚の
セラミックス板からなる絶縁体基板９の間に、化合物半
導体であるＢｉＴｅの結晶又は焼結体で構成された複数
の電子冷却素子（ペルチェ素子）８を挟持した構造を有
している。電子冷却装置の絶縁体基板９としては、一般
にアルミナや窒化アルミニウムが用いられ、特に高放熱
性を必要とする場合や、電子冷却装置の消費電力を抑制
する場合には、熱伝導性の良い窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）が使用される。
発振波長が変わるほか、高温では光出力が低下したり、
極端に寿命が短くなり信頼性が悪化する等の不具合があ
る。そこで、温度を制御し且つＬＤ素子等を冷却するた
めに、電子冷却装置が用いられる。電子冷却装置は、図
３に示すように、電極と配線がメタライズされた２枚の
セラミックス板からなる絶縁体基板９の間に、化合物半
導体であるＢｉＴｅの結晶又は焼結体で構成された複数
の電子冷却素子（ペルチェ素子）８を挟持した構造を有
している。電子冷却装置の絶縁体基板９としては、一般
にアルミナや窒化アルミニウムが用いられ、特に高放熱
性を必要とする場合や、電子冷却装置の消費電力を抑制
する場合には、熱伝導性の良い窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）が使用される。
【０００９】それぞれの電子冷却素子８は、絶縁体基板
９にメタライズされた配線により電気的に接合され、半
導体気密封止容器との間の電気的結線のために１対のリ
ードを有している。尚、光半導体モジュールの組立て
は、この電子冷却装置を半導体気密封止容器の底板２に
半田付けした後、ＬＤ素子６やＰＤ素子のような光半導
体素子及びその他の部品を予め実装しておいた回路基板
７を、電子冷却装置の片方の絶縁体基板９の上に半田ロ
ウ付けにより固定する。
９にメタライズされた配線により電気的に接合され、半
導体気密封止容器との間の電気的結線のために１対のリ
ードを有している。尚、光半導体モジュールの組立て
は、この電子冷却装置を半導体気密封止容器の底板２に
半田付けした後、ＬＤ素子６やＰＤ素子のような光半導
体素子及びその他の部品を予め実装しておいた回路基板
７を、電子冷却装置の片方の絶縁体基板９の上に半田ロ
ウ付けにより固定する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のごとく各部が異
種の材料で構成された光半導体気密封止容器は、光半導
体モジュールとして構成された後に、ＭＩＬ−ＳＴＤに
記載される−４０℃〜＋１２５℃の耐環境試験により、
ＢｉＴｅ素子等の電子冷却素子が特性劣化を起こすこと
があった。この電子冷却素子が特性劣化は、熱膨張率の
違いによって光半導体気密封止容器の底板や、半導体モ
ジュール内のＬＤ素子やＰＤ素子を実装した回路基板等
が反ることから、ヤング率が低く且つ比較的柔らかいＢ
ｉＴｅ素子等の電子冷却素子に熱応力が集中し、結果的
に電子冷却素子にクラックが発生することに起因する。
種の材料で構成された光半導体気密封止容器は、光半導
体モジュールとして構成された後に、ＭＩＬ−ＳＴＤに
記載される−４０℃〜＋１２５℃の耐環境試験により、
ＢｉＴｅ素子等の電子冷却素子が特性劣化を起こすこと
があった。この電子冷却素子が特性劣化は、熱膨張率の
違いによって光半導体気密封止容器の底板や、半導体モ
ジュール内のＬＤ素子やＰＤ素子を実装した回路基板等
が反ることから、ヤング率が低く且つ比較的柔らかいＢ
ｉＴｅ素子等の電子冷却素子に熱応力が集中し、結果的
に電子冷却素子にクラックが発生することに起因する。
【００１１】電子冷却素子の特性劣化が起こると、電子
冷却装置の冷却効率が悪化して消費電力が大きくなり、
最悪の場合は自己発熱により光半導体モジュールの温度
制御ができなくなるという問題がある。また、半導体気
密封止容器の底板の反りは、電子冷却装置に欠陥を与え
ない場合であっても、ＬＤ素子やＰＤ素子のような光半
導体素子と光ファイバーとの間の光結合を行う光学系の
光軸をずらせやすい。この光軸のずれは、光半導体モジ
ュールの光ファイバー端出力を低下させるという問題が
ある。
冷却装置の冷却効率が悪化して消費電力が大きくなり、
最悪の場合は自己発熱により光半導体モジュールの温度
制御ができなくなるという問題がある。また、半導体気
密封止容器の底板の反りは、電子冷却装置に欠陥を与え
ない場合であっても、ＬＤ素子やＰＤ素子のような光半
導体素子と光ファイバーとの間の光結合を行う光学系の
光軸をずらせやすい。この光軸のずれは、光半導体モジ
ュールの光ファイバー端出力を低下させるという問題が
ある。
【００１２】これらの問題に対して、例えば、特開平６
−３１４７４７号公報には、底板のフランジ部を研削に
より薄くすることにより、反りを緩和吸収する対策が開
示されている。また、特開平６−８２６５９号公報に
は、底板のフランジ部を薄くする代わりに、フランジ部
のみを縦弾性係数の小さな別の金属で構成することによ
り、同等の効果を得ている。しかし、いずれの方法も加
工が難しく、しかも充分な強度を得ることが困難であっ
た。
−３１４７４７号公報には、底板のフランジ部を研削に
より薄くすることにより、反りを緩和吸収する対策が開
示されている。また、特開平６−８２６５９号公報に
は、底板のフランジ部を薄くする代わりに、フランジ部
のみを縦弾性係数の小さな別の金属で構成することによ
り、同等の効果を得ている。しかし、いずれの方法も加
工が難しく、しかも充分な強度を得ることが困難であっ
た。
【００１３】尚、特開平５−６７８４４号公報には、底
板と電子冷却装置の絶縁体基板とを共用する光半導体モ
ジュールが提案されている。即ち、半導体気密封止容器
の底板をＡｌＮ等のセラミックスで構成する方法であ
る。これにより、電子冷却装置の片側の絶縁体基板を省
略することができるため、半導体モジュールの小型化、
特に薄層化が実現される。しかし、この方法では、底板
にネジ止め用の孔部等を加工することが困難なうえ、ネ
ジ止め時に底板の孔部周辺が割れやすいという欠点があ
った。また、半導体モジュールと放熱板をネジ止めした
後にも、放熱板に反りが発生したとき底板が割れやすい
等の問題もあった。
板と電子冷却装置の絶縁体基板とを共用する光半導体モ
ジュールが提案されている。即ち、半導体気密封止容器
の底板をＡｌＮ等のセラミックスで構成する方法であ
る。これにより、電子冷却装置の片側の絶縁体基板を省
略することができるため、半導体モジュールの小型化、
特に薄層化が実現される。しかし、この方法では、底板
にネジ止め用の孔部等を加工することが困難なうえ、ネ
ジ止め時に底板の孔部周辺が割れやすいという欠点があ
った。また、半導体モジュールと放熱板をネジ止めした
後にも、放熱板に反りが発生したとき底板が割れやすい
等の問題もあった。
【００１４】そこで、本願発明者は、これらの問題を解
決するため、特許第３０４７８６４号において、新たな
光半導体気密封止容器を提案した。この光半導体気密封
止容器は、金属、絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体か
らなる枠体と、該枠体に固定された金属からなる第１の
底板と、該第１の底板の前記枠体と反対側の表面に固定
され、該第１の底板よりもヤング率が大きい第２の底板
とを備えることを特徴とするものである。しかしなが
ら、この方法は、放熱板に取り付けるため第１の底板の
フランジ部を曲げ加工しなければならず、また第１の底
板から放熱板への放熱が殆ど期待できない。
決するため、特許第３０４７８６４号において、新たな
光半導体気密封止容器を提案した。この光半導体気密封
止容器は、金属、絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体か
らなる枠体と、該枠体に固定された金属からなる第１の
底板と、該第１の底板の前記枠体と反対側の表面に固定
され、該第１の底板よりもヤング率が大きい第２の底板
とを備えることを特徴とするものである。しかしなが
ら、この方法は、放熱板に取り付けるため第１の底板の
フランジ部を曲げ加工しなければならず、また第１の底
板から放熱板への放熱が殆ど期待できない。
【００１５】本発明は、このような従来の事情に鑑み、
底板の反りを低減することができると共に、より一層優
れた放熱特性を有する光半導体気密封止容器、並びにこ
の光半導体気密封止容器を用いることによって、電子冷
却素子の劣化や光軸のずれが起こらない光半導体モジュ
ール及び光ファイバー増幅器を提供することを目的とす
る。
底板の反りを低減することができると共に、より一層優
れた放熱特性を有する光半導体気密封止容器、並びにこ
の光半導体気密封止容器を用いることによって、電子冷
却素子の劣化や光軸のずれが起こらない光半導体モジュ
ール及び光ファイバー増幅器を提供することを目的とす
る。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する光半導体気密封止容器は、金属、
絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体からなる枠体と、枠
体に固定された金属からなる第１の底板と、第１の底板
の前記枠体と反対側の表面に固定され、第１の底板より
もヤング率が大きい第２の底板と、第１の底板の両側か
ら突き出たフランジ部の第２の底板側の表面に固定され
た金属製のブロック板とを備え、該ブロック板の表面と
前記第２の底板の表面との間に０.３ｍｍ以下の段差を
有することを特徴とする。
め、本発明が提供する光半導体気密封止容器は、金属、
絶縁体、又は金属と絶縁体の複合体からなる枠体と、枠
体に固定された金属からなる第１の底板と、第１の底板
の前記枠体と反対側の表面に固定され、第１の底板より
もヤング率が大きい第２の底板と、第１の底板の両側か
ら突き出たフランジ部の第２の底板側の表面に固定され
た金属製のブロック板とを備え、該ブロック板の表面と
前記第２の底板の表面との間に０.３ｍｍ以下の段差を
有することを特徴とする。
【００１７】上記本発明の光半導体気密封止容器におい
ては、前記ブロック板が略コ字形の形状を有し、前記第
１の底板のフランジ部に固定されたブロック板と、前記
第１の底板、第２の底板、及び枠体との間に光透過窓の
溶接用隙間が形成されていることを特徴とする。
ては、前記ブロック板が略コ字形の形状を有し、前記第
１の底板のフランジ部に固定されたブロック板と、前記
第１の底板、第２の底板、及び枠体との間に光透過窓の
溶接用隙間が形成されていることを特徴とする。
【００１８】また、上記本発明の光半導体気密封止容器
においては、前記第１の底板と前記ブロック板はヤング
率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下であり、且つ前記第
２の底板はヤング率が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以上で
あることを特徴とする。具体的には、前記第２の底板
は、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素を９０％以上含有
する抗折力が２５ｋｇ／ｍｍ２以上のセラミックスから
なる。また、前記第１の底板と前記ブロック板は、銅、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又はＦｅ−Ｎｉ合金からなる。
においては、前記第１の底板と前記ブロック板はヤング
率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下であり、且つ前記第
２の底板はヤング率が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以上で
あることを特徴とする。具体的には、前記第２の底板
は、窒化アルミニウム又は炭化ケイ素を９０％以上含有
する抗折力が２５ｋｇ／ｍｍ２以上のセラミックスから
なる。また、前記第１の底板と前記ブロック板は、銅、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又はＦｅ−Ｎｉ合金からなる。
【００１９】本発明が提供する光半導体モジュール及び
光ファイバー増幅器は、上記本発明の光半導体気密封止
容器の内部に、回路基板上に実装された少なくとも一つ
の光半導体素子を収納したものである。この光半導体モ
ジュール及び光ファイバー増幅器は、容器の第１の底板
と回路基板との間に、一対の絶縁体基板で挟持されたペ
ルチェ素子からなる電子冷却装置を備えることができ
る。
光ファイバー増幅器は、上記本発明の光半導体気密封止
容器の内部に、回路基板上に実装された少なくとも一つ
の光半導体素子を収納したものである。この光半導体モ
ジュール及び光ファイバー増幅器は、容器の第１の底板
と回路基板との間に、一対の絶縁体基板で挟持されたペ
ルチェ素子からなる電子冷却装置を備えることができ
る。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の光半導体気密封止容器
は、図４〜６に一具体例を示すように、枠体１に固定さ
れる底板が、枠体１に直接固定された金属からなる第１
の底板１１と、第１の板１１の枠体１と反対側の表面に
固定された第２の底板１２との２層構造からなると共
に、第１の底板１１の両側から突き出たフランジ部１１
ａにおける第２の底板１２側の表面に、金属製のブロッ
ク板１３が固定してある。尚、第１の底板１１のフラン
ジ部１１ａと、これに固定するブロック板１３には、放
熱板（図示せず）に取り付けるため、これらを連通した
ネジ止め用の孔部１１ｂや切欠部１１ｃを設けてある。
は、図４〜６に一具体例を示すように、枠体１に固定さ
れる底板が、枠体１に直接固定された金属からなる第１
の底板１１と、第１の板１１の枠体１と反対側の表面に
固定された第２の底板１２との２層構造からなると共
に、第１の底板１１の両側から突き出たフランジ部１１
ａにおける第２の底板１２側の表面に、金属製のブロッ
ク板１３が固定してある。尚、第１の底板１１のフラン
ジ部１１ａと、これに固定するブロック板１３には、放
熱板（図示せず）に取り付けるため、これらを連通した
ネジ止め用の孔部１１ｂや切欠部１１ｃを設けてある。
【００２１】本発明において、第１の底板１１のフラン
ジ部１１ａに金属製のブロック板１３を固定することに
より、第１の底板１１と放熱板との接触面積を増大させ
ることができる。即ち、従来の第１の底板は第２の底板
との段差分だけ折り曲げ加工したフランジ部の一部のみ
で放熱板と接していたのに対し、本発明ではフラットで
フランジ部１１ａよりも表面積の大きいブロック板１３
を通して放熱板と接することになるため、第１の底板１
１のフランジ部１１ａから放熱板に伝わる熱が従来より
も増え、全体として放熱特性を向上させることができ
る。
ジ部１１ａに金属製のブロック板１３を固定することに
より、第１の底板１１と放熱板との接触面積を増大させ
ることができる。即ち、従来の第１の底板は第２の底板
との段差分だけ折り曲げ加工したフランジ部の一部のみ
で放熱板と接していたのに対し、本発明ではフラットで
フランジ部１１ａよりも表面積の大きいブロック板１３
を通して放熱板と接することになるため、第１の底板１
１のフランジ部１１ａから放熱板に伝わる熱が従来より
も増え、全体として放熱特性を向上させることができ
る。
【００２２】また、フランジ部１１ａの第２の底板１２
側にブロック板１３を固定することによって、第１の底
板１１と第２の底板１２との段差を減少し又は無くすこ
とができるため、第１の底板１１がフラットな平板のま
まであっても簡単に放熱板に取り付けることができる。
しかも、従来のごとく段差を無くすように第１の底板１
１を折り曲げる必要がないため、第２の底板１２や枠体
１等への亀裂の発生を防止できる。特に、図５に示すよ
うに、ブロック板１３の表面と第２の底板１２の表面と
の間の段差Ａを０.３ｍｍ以下とすることにより、第２
の底板１２と放熱板との密着性を高めることができる。
側にブロック板１３を固定することによって、第１の底
板１１と第２の底板１２との段差を減少し又は無くすこ
とができるため、第１の底板１１がフラットな平板のま
まであっても簡単に放熱板に取り付けることができる。
しかも、従来のごとく段差を無くすように第１の底板１
１を折り曲げる必要がないため、第２の底板１２や枠体
１等への亀裂の発生を防止できる。特に、図５に示すよ
うに、ブロック板１３の表面と第２の底板１２の表面と
の間の段差Ａを０.３ｍｍ以下とすることにより、第２
の底板１２と放熱板との密着性を高めることができる。
【００２３】第１の底板１１に固定したブロック板１３
は、図５に示すように、第２の底板１２の最近接部との
間に、少なくとも０.１ｍｍの隙間Ｂを設けることが好
ましい。この隙間Ｂによって、第１の底板１１を放熱板
に取り付ける際に、そのフランジ部１１ａが段差Ａの分
だけ容易に湾曲でき、より高い密着性を得ることができ
る。尚、後述するように光透過窓５を枠体１に固定する
には一般にレーザ溶接を用いるが、このレーザ溶接を支
障なく実施するためには、ブロック板１３と、フランジ
部１１ａを含めた第１の底板１１、第２の底板１２、及
び枠体１との間にある程度の隙間が必要である。そのた
め、上記隙間Ｂを溶接可能な程度に広くするか、若しく
は図６に示すようにブロック板１３を略コ字形の形状に
加工して、ブロック板１３と、第１の底板１１、第２の
底板１２、及び枠体１との間に溶接用隙間１４を設ける
ことが好ましい。
は、図５に示すように、第２の底板１２の最近接部との
間に、少なくとも０.１ｍｍの隙間Ｂを設けることが好
ましい。この隙間Ｂによって、第１の底板１１を放熱板
に取り付ける際に、そのフランジ部１１ａが段差Ａの分
だけ容易に湾曲でき、より高い密着性を得ることができ
る。尚、後述するように光透過窓５を枠体１に固定する
には一般にレーザ溶接を用いるが、このレーザ溶接を支
障なく実施するためには、ブロック板１３と、フランジ
部１１ａを含めた第１の底板１１、第２の底板１２、及
び枠体１との間にある程度の隙間が必要である。そのた
め、上記隙間Ｂを溶接可能な程度に広くするか、若しく
は図６に示すようにブロック板１３を略コ字形の形状に
加工して、ブロック板１３と、第１の底板１１、第２の
底板１２、及び枠体１との間に溶接用隙間１４を設ける
ことが好ましい。
【００２４】加えて、本発明の光半導体気密封止容器に
おいては、特許第３０４７８６４号と同様に、底板を２
層構造にし且つ第２の底板１２のヤング率を第１の底板
１１のヤング率よりも大きくすることによって、底板の
反りの主要因となる応力歪みが金属からなる第１の底板
１１に吸収されるので、第２の底板１２には反りが発生
せず、その平坦度を維持することができる。その結果、
光半導体モジュールとしたとき、温度変化による電子冷
却素子の劣化を防ぎ、光学系の光軸のずれも発生しなく
なる。
おいては、特許第３０４７８６４号と同様に、底板を２
層構造にし且つ第２の底板１２のヤング率を第１の底板
１１のヤング率よりも大きくすることによって、底板の
反りの主要因となる応力歪みが金属からなる第１の底板
１１に吸収されるので、第２の底板１２には反りが発生
せず、その平坦度を維持することができる。その結果、
光半導体モジュールとしたとき、温度変化による電子冷
却素子の劣化を防ぎ、光学系の光軸のずれも発生しなく
なる。
【００２５】即ち、一般に底板の熱膨張係数が枠体の熱
膨張係数よりも大きいと、半導体気密封止容器組立時の
ロウ付け後に自然に張力が働く。これは、ロウ付け温度
の８００℃程度の高温で枠体よりも底板が大きく伸びて
おり、ロウ材が固化した後に常温に冷却すると相対的に
底板の収縮率が大きくなるからである。この張力が反り
の原因でもあるが、底板として第２の底板と共に薄くて
ヤング率の小さな柔らかい金属からなる第１の底板を介
在させた本発明では、冷却後に第１の底板が反らずに太
鼓の膜の様に逆に平坦面を得ることができる。この第１
の底板にヤング率の大きな第２の底板を固定することに
より、第２の底板の平坦度が容器組立後も維持されるの
である。
膨張係数よりも大きいと、半導体気密封止容器組立時の
ロウ付け後に自然に張力が働く。これは、ロウ付け温度
の８００℃程度の高温で枠体よりも底板が大きく伸びて
おり、ロウ材が固化した後に常温に冷却すると相対的に
底板の収縮率が大きくなるからである。この張力が反り
の原因でもあるが、底板として第２の底板と共に薄くて
ヤング率の小さな柔らかい金属からなる第１の底板を介
在させた本発明では、冷却後に第１の底板が反らずに太
鼓の膜の様に逆に平坦面を得ることができる。この第１
の底板にヤング率の大きな第２の底板を固定することに
より、第２の底板の平坦度が容器組立後も維持されるの
である。
【００２６】このように、第１の底板に応力歪みを吸収
させ、第２の底板の平坦度を維持するためには、第２の
底板のヤング率を第１の底板のヤング率よりも大きくす
ることが必要である。そのため、ＭＩＬ−ＳＴＤの環境
試験温度及びＬＤモジュール製造時の半田付け温度を考
慮した−４０℃〜＋２５０℃の温度範囲で、第１の底板
のヤング率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下、且つ第２
の底板のヤング率が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以上であ
ることが好ましい。また、第１の底板のフランジ部に固
定するブロック板１３のヤング率も、第１の底板と同様
に１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下であることが好まし
い。
させ、第２の底板の平坦度を維持するためには、第２の
底板のヤング率を第１の底板のヤング率よりも大きくす
ることが必要である。そのため、ＭＩＬ−ＳＴＤの環境
試験温度及びＬＤモジュール製造時の半田付け温度を考
慮した−４０℃〜＋２５０℃の温度範囲で、第１の底板
のヤング率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下、且つ第２
の底板のヤング率が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以上であ
ることが好ましい。また、第１の底板のフランジ部に固
定するブロック板１３のヤング率も、第１の底板と同様
に１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下であることが好まし
い。
【００２７】このような第２の底板の具体的な材質とし
ては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）を９０％以上含有するセラミックスがある。ヤン
グ率が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２よりも小さなセラミッ
クスでは、金属からなる第１の底板に応力歪みを十分に
押しつけることができず、セラミックスからなる第２の
底板自体が反ってしまう。特にＡｌＮはアルミナに比較
して熱伝導率が高いことから、高出力タイプに適してい
る。また、第２の底板は、亀裂や欠損等を生じさせない
ために、抗折力が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以上のセラ
ミックスが好ましい。尚、第２の底板の厚みは特に限定
されないが、通常は０.３〜１.５ｍｍ程度の厚みが好ま
しい。
ては、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又は炭化ケイ素（Ｓ
ｉＣ）を９０％以上含有するセラミックスがある。ヤン
グ率が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２よりも小さなセラミッ
クスでは、金属からなる第１の底板に応力歪みを十分に
押しつけることができず、セラミックスからなる第２の
底板自体が反ってしまう。特にＡｌＮはアルミナに比較
して熱伝導率が高いことから、高出力タイプに適してい
る。また、第２の底板は、亀裂や欠損等を生じさせない
ために、抗折力が２５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以上のセラ
ミックスが好ましい。尚、第２の底板の厚みは特に限定
されないが、通常は０.３〜１.５ｍｍ程度の厚みが好ま
しい。
【００２８】一方、第１の底板及びブロック板の材質と
しては、銅、コバール等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又は
２４アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金が好ましい。Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金はセラミックスからなる
第２の底板と熱膨張率が近い点で有望であり、またＣ
ｕ、特に純銅は熱膨張率が第２の底板とは大きく異なる
ものの、ヤング率が小さいことから有望である。ヤング
率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２よりも大きな金属、例え
ばＷやＭｏ等では、薄い金属板の加工が困難であるため
第１の底板として適さない。
しては、銅、コバール等のＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又は
２４アロイ等のＦｅ−Ｎｉ合金が好ましい。Ｆｅ−Ｎｉ
−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金はセラミックスからなる
第２の底板と熱膨張率が近い点で有望であり、またＣ
ｕ、特に純銅は熱膨張率が第２の底板とは大きく異なる
ものの、ヤング率が小さいことから有望である。ヤング
率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２よりも大きな金属、例え
ばＷやＭｏ等では、薄い金属板の加工が困難であるため
第１の底板として適さない。
【００２９】第１の底板の厚みは、０.３〜１.２ｍｍが
好ましい。その理由は、枠体と第１の底板の熱膨張率が
異なる場合には、８００℃程度の高温でのロウ付け時に
容器に反りが生じやすいが、この反りを減らすために第
１の底板の厚みを１.２ｍｍ以下に薄くすることが有効
なためである。また、第１の底板の厚みが０.３ｍｍ未
満でも、反りが増えるため好ましくない。尚、ブロック
板の厚みは、第２の底板の厚みと、その第２の底板との
段差Ａに応じて定めることができる。
好ましい。その理由は、枠体と第１の底板の熱膨張率が
異なる場合には、８００℃程度の高温でのロウ付け時に
容器に反りが生じやすいが、この反りを減らすために第
１の底板の厚みを１.２ｍｍ以下に薄くすることが有効
なためである。また、第１の底板の厚みが０.３ｍｍ未
満でも、反りが増えるため好ましくない。尚、ブロック
板の厚みは、第２の底板の厚みと、その第２の底板との
段差Ａに応じて定めることができる。
【００３０】第１の底板と第２の底板、及び第１の底板
のフランジ部とブロック板は、それぞれ積層し、ロウ材
等を用いて互いに接合固定する。第１の底板がＣｕやＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金であり、ロウ材
に銀ロウを用いた場合、第１の底板と銀ロウの合金化が
起こって歪みを生じることがあるが、Ｎｉ又はＮｉＢめ
っきを予め第１の底板に施しておくことにより回避する
ことができる。一方、第２の底板の表層にも、ロウ材の
濡れ性を良くするためにＮｉ又はＮｉＢめっきを施すこ
とが好ましい。第２の底板がセラミックス等からなる場
合は、最初にメタライズ層としてＷ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ
等の１種以上の層を形成し、その上にＮｉ又はＮｉＢめ
っきを施す。Ｎｉ又はＮｉＢのめっき厚は１.５〜３μ
ｍの範囲が好ましい。
のフランジ部とブロック板は、それぞれ積層し、ロウ材
等を用いて互いに接合固定する。第１の底板がＣｕやＦ
ｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金又はＦｅ−Ｎｉ合金であり、ロウ材
に銀ロウを用いた場合、第１の底板と銀ロウの合金化が
起こって歪みを生じることがあるが、Ｎｉ又はＮｉＢめ
っきを予め第１の底板に施しておくことにより回避する
ことができる。一方、第２の底板の表層にも、ロウ材の
濡れ性を良くするためにＮｉ又はＮｉＢめっきを施すこ
とが好ましい。第２の底板がセラミックス等からなる場
合は、最初にメタライズ層としてＷ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｔｉ
等の１種以上の層を形成し、その上にＮｉ又はＮｉＢめ
っきを施す。Ｎｉ又はＮｉＢのめっき厚は１.５〜３μ
ｍの範囲が好ましい。
【００３１】第１の底板と第２の底板とブロック板を組
合わせるに際しては、放熱板へのネジ止め等を考慮し
て、各形状を定めることができる。尚、ネジ止め用の孔
部や切欠部等は、加工が簡単な金属からなる第１の底板
のフランジ部及びブロック板に設けることが好ましい。
金属からなる第１の底板及びブロック板は、容易にエッ
チング加工やパンチ加工が可能であり、場所によっては
ハーフエッチングも可能である。尚、第１の底板へのハ
ーフエッチングによる窪み部の形成は、枠体の組み込み
時や電子冷却装置の実装時の位置ずれを防止する効果が
あり、実装工程の歩留まり率を上げることができる。
合わせるに際しては、放熱板へのネジ止め等を考慮し
て、各形状を定めることができる。尚、ネジ止め用の孔
部や切欠部等は、加工が簡単な金属からなる第１の底板
のフランジ部及びブロック板に設けることが好ましい。
金属からなる第１の底板及びブロック板は、容易にエッ
チング加工やパンチ加工が可能であり、場所によっては
ハーフエッチングも可能である。尚、第１の底板へのハ
ーフエッチングによる窪み部の形成は、枠体の組み込み
時や電子冷却装置の実装時の位置ずれを防止する効果が
あり、実装工程の歩留まり率を上げることができる。
【００３２】また、第１の底板の中央部には、絶縁体基
板に電子冷却素子を搭載した電子冷却装置を嵌め込む位
置決め用の穴部又は窪み部を設けることができる。これ
により電子冷却装置の位置決めが簡単になるうえ、特に
位置決め用の穴部を穿設した場合には、第１の底板がコ
バールや４２アロイのように低熱伝導率の金属からなる
場合であっても、電子冷却装置が穴部を通って放熱板に
直接接するため放熱性が向上する利点がある。
板に電子冷却素子を搭載した電子冷却装置を嵌め込む位
置決め用の穴部又は窪み部を設けることができる。これ
により電子冷却装置の位置決めが簡単になるうえ、特に
位置決め用の穴部を穿設した場合には、第１の底板がコ
バールや４２アロイのように低熱伝導率の金属からなる
場合であっても、電子冷却装置が穴部を通って放熱板に
直接接するため放熱性が向上する利点がある。
【００３３】一方、第２の底板となるセラミックスは、
複雑形状を高精度にて製作することは困難であるが、こ
こで使用するようなセラミックスの平板、又は電子冷却
装置の搭載部に窪みを有するセラミックス板等は、押し
出し成形技術により簡単に且つ低コストで製作すること
が可能である。
複雑形状を高精度にて製作することは困難であるが、こ
こで使用するようなセラミックスの平板、又は電子冷却
装置の搭載部に窪みを有するセラミックス板等は、押し
出し成形技術により簡単に且つ低コストで製作すること
が可能である。
【００３４】このようにして積層固定された第１の底板
と第２の底板は、その第１の底板の上に枠体をロウ付け
等により固定して、例えば図４に示すような光半導体気
密封止容器とする。尚、枠体としては、通常のごとく金
属、セラミックスのような絶縁体、及び金属と絶縁体の
複合体を用いることができる。この光半導体気密封止容
器には、従来と同様に、電子冷却装置を実装（図３参
照）し、更に図７に示すように、光半導体素子６等を取
り付けた回路基板７を電子冷却装置の上に実装した後、
上端開口部を蓋体（図示せず）で気密封止して、光半導
体モジュール及び光ファイバー増幅器を構成する。
と第２の底板は、その第１の底板の上に枠体をロウ付け
等により固定して、例えば図４に示すような光半導体気
密封止容器とする。尚、枠体としては、通常のごとく金
属、セラミックスのような絶縁体、及び金属と絶縁体の
複合体を用いることができる。この光半導体気密封止容
器には、従来と同様に、電子冷却装置を実装（図３参
照）し、更に図７に示すように、光半導体素子６等を取
り付けた回路基板７を電子冷却装置の上に実装した後、
上端開口部を蓋体（図示せず）で気密封止して、光半導
体モジュール及び光ファイバー増幅器を構成する。
【００３５】この光半導体モジュール及び光ファイバー
増幅器の構成に際して、光半導体素子搭載用の回路基板
と、電子冷却装置の絶縁体基板と、半導体気密封止容器
の第２の底板との熱膨張率の差を±１×１０−６／℃以
下にすることが好ましい。これによって、ＭＩＬ−ＳＴ
Ｄの環境試験における−４０℃〜＋１２５℃のヒートサ
イクルの温度変化において、電子冷却素子の上下間でも
反りがなくなり、更に内部に組み込まれた電子冷却素子
の劣化を防止でき、光学系の光軸ずれも起こらない光半
導体モジュール及び光ファイバー増幅器が得られる。
増幅器の構成に際して、光半導体素子搭載用の回路基板
と、電子冷却装置の絶縁体基板と、半導体気密封止容器
の第２の底板との熱膨張率の差を±１×１０−６／℃以
下にすることが好ましい。これによって、ＭＩＬ−ＳＴ
Ｄの環境試験における−４０℃〜＋１２５℃のヒートサ
イクルの温度変化において、電子冷却素子の上下間でも
反りがなくなり、更に内部に組み込まれた電子冷却素子
の劣化を防止でき、光学系の光軸ずれも起こらない光半
導体モジュール及び光ファイバー増幅器が得られる。
【００３６】
【実施例】図４に示す光半導体気密封止容器を作製し
た。即ち、枠体１としてコバール板を使用し、第１の底
板１１及びブロック板１３として通常の半導体モジュー
ルの組立温度範囲である−４０℃〜＋２５０℃における
ヤング率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下の銅板を使用
した。第２の底板１２としては、ヤング率が２５×１０
３ｋｇ／ｍｍ２以上、抗析力が２５ｋｇ／ｍｍ２以上で
あり、熱膨張率が４.５×１０−６／℃、熱伝導率が１
５０Ｗ／ｍ・Ｋであって、ＡｌＮ含有量が９０％以上の
ＡｌＮセラミックス板を使用した。
た。即ち、枠体１としてコバール板を使用し、第１の底
板１１及びブロック板１３として通常の半導体モジュー
ルの組立温度範囲である−４０℃〜＋２５０℃における
ヤング率が１５×１０３ｋｇ／ｍｍ２以下の銅板を使用
した。第２の底板１２としては、ヤング率が２５×１０
３ｋｇ／ｍｍ２以上、抗析力が２５ｋｇ／ｍｍ２以上で
あり、熱膨張率が４.５×１０−６／℃、熱伝導率が１
５０Ｗ／ｍ・Ｋであって、ＡｌＮ含有量が９０％以上の
ＡｌＮセラミックス板を使用した。
【００３７】第１の底板１１は、フラットな上記銅板を
パンチ加工し、図６に示すように、ネジ止め用の孔部１
１ｂと切欠部１１ｃを有する各フランジ部１１ａを両側
に形成し、更に中央部には後に搭載する電子冷却装置の
位置決め用穴部１１ｄを形成した。ＡｌＮセラミックス
の第２の底板１２には、第１の底板１１の位置決め用穴
部１１ｄに対応して、中央部表面に窪み部を設けた。次
に、銅からなる第１の底板１１に、Ｎｉめっきを施し
た。また、ＡｌＮセラミックスからなる第２の底板１２
には、１つの層が５００ｎｍ以下のＷ／Ｎｉのメタライ
ズ層をスパッタ蒸着した後、更にその上にＮｉめっきを
施した。尚、メタライズ層のＷ／Ｎｉの代りに、Ｔｉ／
Ｐｔ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｎｉ、Ｔ
ｉ／Ｗ／Ｎｉなどを使用しても良い。
パンチ加工し、図６に示すように、ネジ止め用の孔部１
１ｂと切欠部１１ｃを有する各フランジ部１１ａを両側
に形成し、更に中央部には後に搭載する電子冷却装置の
位置決め用穴部１１ｄを形成した。ＡｌＮセラミックス
の第２の底板１２には、第１の底板１１の位置決め用穴
部１１ｄに対応して、中央部表面に窪み部を設けた。次
に、銅からなる第１の底板１１に、Ｎｉめっきを施し
た。また、ＡｌＮセラミックスからなる第２の底板１２
には、１つの層が５００ｎｍ以下のＷ／Ｎｉのメタライ
ズ層をスパッタ蒸着した後、更にその上にＮｉめっきを
施した。尚、メタライズ層のＷ／Ｎｉの代りに、Ｔｉ／
Ｐｔ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｎｉ、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｎｉ、Ｔ
ｉ／Ｗ／Ｎｉなどを使用しても良い。
【００３８】ネジ止め用の孔部１１ｂを有するフランジ
部１１ａに固定するブロック板１３は、溶接用隙間１４
を形成できるようにコ字形に加工し、ネジ止め用の孔部
１１ｂに合わせて穿孔した。また、切欠部１１ｃを有す
る各フランジ部１１ａに固定するブロック板１３には、
切欠部１１ｃに一致する切欠を設けた。このブロック板
１３の厚みは０.７ｍｍとし、第１の底板１１の厚みは
０.８ｍｍ及び第２の底板１２の厚みは１.０ｍｍとし
た。従って、第２の底板１２とブロック板１３の段差Ａ
は０.３ｍｍである。また、ブロック板１３と第２の底
板１２の最近接部との隙間Ｂは０.３ｍｍに設定した。
部１１ａに固定するブロック板１３は、溶接用隙間１４
を形成できるようにコ字形に加工し、ネジ止め用の孔部
１１ｂに合わせて穿孔した。また、切欠部１１ｃを有す
る各フランジ部１１ａに固定するブロック板１３には、
切欠部１１ｃに一致する切欠を設けた。このブロック板
１３の厚みは０.７ｍｍとし、第１の底板１１の厚みは
０.８ｍｍ及び第２の底板１２の厚みは１.０ｍｍとし
た。従って、第２の底板１２とブロック板１３の段差Ａ
は０.３ｍｍである。また、ブロック板１３と第２の底
板１２の最近接部との隙間Ｂは０.３ｍｍに設定した。
【００３９】その後、この第１の底板１１と第２の底板
１２と枠体１とを重ね合わせ、第１の底板１１の両側の
フランジ部１１ａにブロック板１３をそれぞれ載置する
と共に、図４に示すように、枠体１に複数のセラミック
スシートからなるセラミックス端子部３と、コバールか
らなる複数のリード端子４と、コバールのシーム溶接用
のリングと、コバールからなる光透過窓５用の円形パイ
プ枠を組み付け、同時に銀ロウ付けした。これらを同時
接合することによって、低コスト化が図れるほか、放熱
特性も向上する。この後、光透過窓５用のガラスを張り
付け、全体に金めっきを施して、光半導体気密封止容器
を完成させた。
１２と枠体１とを重ね合わせ、第１の底板１１の両側の
フランジ部１１ａにブロック板１３をそれぞれ載置する
と共に、図４に示すように、枠体１に複数のセラミック
スシートからなるセラミックス端子部３と、コバールか
らなる複数のリード端子４と、コバールのシーム溶接用
のリングと、コバールからなる光透過窓５用の円形パイ
プ枠を組み付け、同時に銀ロウ付けした。これらを同時
接合することによって、低コスト化が図れるほか、放熱
特性も向上する。この後、光透過窓５用のガラスを張り
付け、全体に金めっきを施して、光半導体気密封止容器
を完成させた。
【００４０】得られた光半導体気密封止容器を用いて、
図７に示す光半導体モジュールを製作した。まず、半導
体気密封止容器の第１の底板１１上に、電子冷却装置を
通常のごとく実装した。この電子冷却装置は、ペルチェ
素子である複数のＢｉＴｅ素子を２枚の絶縁体基板で挟
持した通常のものであり、絶縁体基板は光半導体気密封
止容器の第２の底板１２と同じＡｌＮセラミックスを使
用した。
図７に示す光半導体モジュールを製作した。まず、半導
体気密封止容器の第１の底板１１上に、電子冷却装置を
通常のごとく実装した。この電子冷却装置は、ペルチェ
素子である複数のＢｉＴｅ素子を２枚の絶縁体基板で挟
持した通常のものであり、絶縁体基板は光半導体気密封
止容器の第２の底板１２と同じＡｌＮセラミックスを使
用した。
【００４１】また、実装用の光半導体モジュール内部の
回路基板７としては、絶縁体であればＡｌＮセラミック
ス以外の材質、例えばアルミナでも良いが、上記電子冷
却装置の絶縁体基板との熱膨張率の差が±１×１０−６
／℃を越えると電子冷却素子の劣化が起きるので、電子
冷却装置の絶縁体基板と同じＡｌＮセラミックスを使用
した。このため、第２の底板１２、電子冷却装置の絶縁
体基板、及び実装用の回路基板７の間での熱膨張率差は
０.１×１０−６／℃程度しかなく、これは熱膨張率の
測定誤差程度である。
回路基板７としては、絶縁体であればＡｌＮセラミック
ス以外の材質、例えばアルミナでも良いが、上記電子冷
却装置の絶縁体基板との熱膨張率の差が±１×１０−６
／℃を越えると電子冷却素子の劣化が起きるので、電子
冷却装置の絶縁体基板と同じＡｌＮセラミックスを使用
した。このため、第２の底板１２、電子冷却装置の絶縁
体基板、及び実装用の回路基板７の間での熱膨張率差は
０.１×１０−６／℃程度しかなく、これは熱膨張率の
測定誤差程度である。
【００４２】このＡｌＮセラミックスからなる回路基板
７の上に、ＬＤ素子６とレンズ１０とを光軸合わせして
固定した。更に、ＬＤ素子６の後ろにはＰＤ素子、及び
ＬＤ素子６を変調駆動するためのドライバーＩＣ等を回
路基板７上に実装した。尚、このＡｌＮセラミックスか
らなる回路基板７には、ドライバーＩＣからの高周波信
号の劣化を抑制し、ドライバーＩＣの寿命を延ばして信
頼性を向上させるため、配線をメタライズしてある。ま
た、ＬＤ素子６の近傍には温度測定用のチップサーミス
タが実装してある。
７の上に、ＬＤ素子６とレンズ１０とを光軸合わせして
固定した。更に、ＬＤ素子６の後ろにはＰＤ素子、及び
ＬＤ素子６を変調駆動するためのドライバーＩＣ等を回
路基板７上に実装した。尚、このＡｌＮセラミックスか
らなる回路基板７には、ドライバーＩＣからの高周波信
号の劣化を抑制し、ドライバーＩＣの寿命を延ばして信
頼性を向上させるため、配線をメタライズしてある。ま
た、ＬＤ素子６の近傍には温度測定用のチップサーミス
タが実装してある。
【００４３】上記のごとくＬＤ素子６等を実装した回路
基板７を、電子冷却装置の絶縁体基板上に半田付けし
た。電子冷却素子の配線リードは、光半導体気密封止容
器の内側に用意したリード端子に熱圧着で接続した。そ
の他の配線はリボン形状のワイヤボンドにて行った。最
後に、枠体１の解放上端に、金めっきしたコバールの蓋
体（図示せず）をシーム溶接して気密封止した。
基板７を、電子冷却装置の絶縁体基板上に半田付けし
た。電子冷却素子の配線リードは、光半導体気密封止容
器の内側に用意したリード端子に熱圧着で接続した。そ
の他の配線はリボン形状のワイヤボンドにて行った。最
後に、枠体１の解放上端に、金めっきしたコバールの蓋
体（図示せず）をシーム溶接して気密封止した。
【００４４】外付けの光ファイバーはジルコニアのセラ
ミックスフェルールに挿入した後、８度の角度を付けて
斜めに研磨した。これは、光ファイバーの端面からの光
反射がＬＤ素子６のノイズに与える影響を減らすためで
ある。このフェルールに円筒形のＦｅ−Ｎｉ合金製の外
枠を取り付け、光ファイバーと容器の間には円筒形のＦ
ｅ−Ｎｉ合金製の外枠を付けたアイソレータとレンズを
挿入し、これら全てを光ファイバーに最大限の光が入射
できるように位置合わせした後、溶接用隙間１４を通し
てＹＡＧでのレーザ溶接により組立てて、光半導体モジ
ュールとした。更に、Ｅｒ３＋ドープファイバーと光カ
ップラを光結合させて、光ファイバー増幅器を作製し
た。
ミックスフェルールに挿入した後、８度の角度を付けて
斜めに研磨した。これは、光ファイバーの端面からの光
反射がＬＤ素子６のノイズに与える影響を減らすためで
ある。このフェルールに円筒形のＦｅ−Ｎｉ合金製の外
枠を取り付け、光ファイバーと容器の間には円筒形のＦ
ｅ−Ｎｉ合金製の外枠を付けたアイソレータとレンズを
挿入し、これら全てを光ファイバーに最大限の光が入射
できるように位置合わせした後、溶接用隙間１４を通し
てＹＡＧでのレーザ溶接により組立てて、光半導体モジ
ュールとした。更に、Ｅｒ３＋ドープファイバーと光カ
ップラを光結合させて、光ファイバー増幅器を作製し
た。
【００４５】この光ファイバー増幅器は、第１の底板１
１の孔部１１ｂ及び切欠部１１ｃを利用して、厚さ３ｍ
ｍ及び縦横２００×３００ｍｍの放熱板にネジ止めによ
り固定した。その後、この光ファイバー増幅器を−４０
℃〜＋１２５℃のヒートサイクル試験に供したところ、
電子冷却素子の劣化も光学系の光軸ずれによる光出力の
低下も観測されなかった。
１の孔部１１ｂ及び切欠部１１ｃを利用して、厚さ３ｍ
ｍ及び縦横２００×３００ｍｍの放熱板にネジ止めによ
り固定した。その後、この光ファイバー増幅器を−４０
℃〜＋１２５℃のヒートサイクル試験に供したところ、
電子冷却素子の劣化も光学系の光軸ずれによる光出力の
低下も観測されなかった。
【００４６】尚、上記した実施例では、第２の底板とし
てＡｌＮセラミックスを用いたが、ＳｉＣ含有量が９０
％以上のＳｉＣセラミックスを用いても良い。ＳｉＣセ
ラミックスは、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋと高熱伝導
であり、熱膨張率が４.２×１０−６／℃であって、電
子冷却装置の絶縁体基板であるＡｌＮセラミックスとも
熱膨張率差が０.３×１０−６／℃と小さい。また、第
１の底板として、４２アロイ又はコバールを使用しても
良い。光半導体モジュール及び光ファイバー増幅器には
電子冷却装置を使用しない場合もあるが、その場合には
実装済みの回路基板を直接容器に接合する。尚、この構
造の光半導体モジュール及び光ファイバー増幅器でも、
本発明によるものは光軸のずれが生じることはなかっ
た。また、本発明により、光ファイバー増幅器の消費電
力を２０％抑えることができ、また信頼性も高まった。
てＡｌＮセラミックスを用いたが、ＳｉＣ含有量が９０
％以上のＳｉＣセラミックスを用いても良い。ＳｉＣセ
ラミックスは、熱伝導率が１３０Ｗ／ｍ・Ｋと高熱伝導
であり、熱膨張率が４.２×１０−６／℃であって、電
子冷却装置の絶縁体基板であるＡｌＮセラミックスとも
熱膨張率差が０.３×１０−６／℃と小さい。また、第
１の底板として、４２アロイ又はコバールを使用しても
良い。光半導体モジュール及び光ファイバー増幅器には
電子冷却装置を使用しない場合もあるが、その場合には
実装済みの回路基板を直接容器に接合する。尚、この構
造の光半導体モジュール及び光ファイバー増幅器でも、
本発明によるものは光軸のずれが生じることはなかっ
た。また、本発明により、光ファイバー増幅器の消費電
力を２０％抑えることができ、また信頼性も高まった。
【００４７】
【発明の効果】本発明によれば、底板の反りをなくすと
共に、放熱板の密着性を高め且つ放熱板との接触面積を
増やすことで、従来よりも一層優れた放熱特性を有する
光半導体気密封止容器を提供することができる。また、
この光半導体気密封止容器を用いることにより、光軸の
ずれによる光出力低下や、電子冷却素子の劣化が起こら
ない光半導体モジュールを提供することができる。ま
た、光ファイバー増幅器の消費電力を抑え、且つ信頼性
を高めることができる。
共に、放熱板の密着性を高め且つ放熱板との接触面積を
増やすことで、従来よりも一層優れた放熱特性を有する
光半導体気密封止容器を提供することができる。また、
この光半導体気密封止容器を用いることにより、光軸の
ずれによる光出力低下や、電子冷却素子の劣化が起こら
ない光半導体モジュールを提供することができる。ま
た、光ファイバー増幅器の消費電力を抑え、且つ信頼性
を高めることができる。
【図１】従来の光半導体気密封止容器の概略の斜視図で
ある。
ある。
【図２】従来の光半導体気密封止容器の概略の断面図で
ある。
ある。
【図３】従来の光半導体モジュールの概略の断面図であ
る。
る。
【図４】本発明の光半導体気密封止容器の一具体例を示
す概略の斜視図である。
す概略の斜視図である。
【図５】図４に示す光半導体気密封止容器の概略の側面
図である。
図である。
【図６】図４に示す光半導体気密封止容器の概略の底面
図である。
図である。
【図７】本発明の光半導体モジュールの一具体例を示す
概略の斜視図である。
概略の斜視図である。
１ 枠体
２ 底板
３ セラミックス端子部
４ リード端子
５ 光透過窓
６ ＬＤ素子
７ 回路基板
８ 電子冷却素子
９ 絶縁体基板
１０ レンズ
１１ 第１の底板
１１ａ フランジ部
１１ｂ 孔部
１１ｃ 切欠部
１２ 第２の底板
１３ ブロック板
１４ 溶接用隙間
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平５−162386（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−7052（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−140460（ＪＰ，Ａ)
特開2000−121886（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−82659（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−67844（ＪＰ，Ａ)
特許3047864（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/022
H01L 23/02
Claims (10)
- 【請求項１】 内部に光半導体素子を収納する光半導体
気密封止容器であって、金属、絶縁体、又は金属と絶縁
体の複合体からなる枠体と、枠体に固定された金属から
なる第１の底板と、第１の底板の前記枠体と反対側の表
面に固定され、第１の底板よりもヤング率が大きい第２
の底板と、第１の底板の両側に突き出たフランジ部の第
２の底板側の表面に固定された金属製のブロック板とを
備え、該ブロック板の表面と前記第２の底板の表面との
間に０.３ｍｍ以下の段差を有することを特徴とする光
半導体気密封止容器。 - 【請求項２】 前記ブロック板が略コ字形の形状を有
し、前記第１の底板のフランジ部に固定されたブロック
板と、前記第１の底板、第２の底板、及び枠体との間に
光透過窓の溶接用隙間が形成されていることを特徴とす
る、請求項１に記載の光半導体気密封止容器。 - 【請求項３】 前記第１の底板のフランジ部は、放熱板
へのネジ止め用の孔部又は切欠部を備えることを特徴と
する、請求項１又は２に記載の光半導体気密封止容器。 - 【請求項４】 前記第１の底板の中央部に、電子冷却装
置が嵌め込まれる位置決め用の穴部又は窪み部が設けら
れていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに
記載の光半導体気密封止容器。 - 【請求項５】 前記第１の底板と前記ブロック板はヤン
グ率が１５×１０ ３ ｋｇ／ｍｍ ２ 以下であり、且つ前記
第２の底板はヤング率が２５×１０ ３ ｋｇ／ｍｍ ２ 以上
であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記
載の光半導体気密封止容器。 - 【請求項６】 前記第２の底板は、窒化アルミニウム又
は炭化ケイ素を９０％以上含有する抗折力が２５ｋｇ／
ｍｍ ２ 以上のセラミックスからなることを特徴とする、
請求項１〜５のいずれかに記載の光半導体気密封止容
器。 - 【請求項７】 前記第１の底板と前記ブロック板は、
銅、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、又はＦｅ−Ｎｉ合金からな
ることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の
光半導体気密封止容器。 - 【請求項８】 前記第１の底板の厚みが０.３〜１.２ｍ
ｍであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに
記載の光半導体気密封止容器。 - 【請求項９】 請求項１〜９のいずれかに記載の光半導
体気密封止容器の内部に、回路基板上に実装された少な
くとも一つの光半導体素子が収納されていることを特徴
とする光半導体モジュール及び光ファイバー増幅器。 - 【請求項１０】 前記容器の第１の底板と前記回路基板
との間に、一対の絶縁体基板で挟持されたペルチェ素子
からなる電子冷却装置を備えることを特徴とする、請求
項９に記載の光半導体モジュール及び光ファイバー増幅
器。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000355733A JP3433732B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール並びに光ファイバー増幅器 |
| EP01306677A EP1211765B1 (en) | 2000-11-22 | 2001-08-03 | Hermetic sealing package for optical semiconductor module and optical fiber amplifier |
| KR10-2001-0046901A KR100436408B1 (ko) | 2000-11-22 | 2001-08-03 | 광 반도체 기밀 밀봉 패키지, 광 반도체 모듈 및 광파이버 증폭기 |
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|---|---|---|---|
| JP2000355733A JP3433732B2 (ja) | 2000-11-22 | 2000-11-22 | 光半導体気密封止容器及び光半導体モジュール並びに光ファイバー増幅器 |
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- 2001-08-03 KR KR10-2001-0046901A patent/KR100436408B1/ko not_active Expired - Fee Related
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