JP6633656B2 - 配線基板、光半導体素子パッケージおよび光半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、高周波信号を伝送する配線基板、該配線基板を備える光半導体素子パッケージおよび光半導体装置に関する。

発光素子、受光素子などの光半導体素子や信号処理用演算素子などの半導体素子は、半導体素子を保護するとともに、半導体素子と外部の配線とを接続するために半導体素子パッケージに収納される。

特許文献１記載のパッケージは、信号伝送のための端子構造体と、端子構造体を支持する容器体とを備えている。端子構造体は、誘電材料からなる端子台の上面に上面信号導体層と上面接地導体層とが形成され、端子台の下面に下面接地導体層が形成され、端子台の側面に側面信号導体層と側面接地導体層とが形成されている。下面接地導体層は、側面信号導体層に対応する非形成領域を有しており、端子台の下面に設けられた誘電体層には、非形成領域に対応する非形成部を有している。

特開２０１２−２２２０７９号公報

本発明の一つの態様の配線基板は、矩形板状の第１誘電体層と、前記第１誘電体層の第１面に位置し、接地電位に接続される接地導体配線であって、第１端部が、前記第１面の第１辺まで延びている接地導体配線と、前記第１誘電体層の第１面に位置し、信号伝送を行う一対の信号導体配線であって、前記接地導体配線の幅方向両側に、前記信号導体配線と所定の間隔を空けて前記信号導体配線に沿って位置し、第１端部が、前記第１面の前記第１辺まで延びている一対の信号導体配線と、前記第１誘電体層の第２面に位置し、接地電位に接続される接地導体層であって、平面視で前記信号導体配線の前記第１端部が位置する領域が、前記第１面の第１辺に対向する前記第２面の第１辺側から内方に切り欠かれている接地導体層と、前記接地導体層の、前記第１誘電体層と反対側に位置している矩形板状の第２誘電体層と、を含む。前記第２誘電体層は、平面視で、前記一対の信号導体配線の前記第１端部が位置する領域および前記一対の信号導体配線の前記第１端部で挟まれる前記接地導体配線の前記第１端部が位置する領域が、前記第２面の第１辺から内方に向かって１つの切欠き部として切り欠かれている。

また本発明の一つの態様の光半導体素子パッケージは、光半導体素子が載置される載置領域を含む上面を有する板状の基体と、前記載置領域を囲むように前記上面に設けられる枠部材と、上記の配線基板であって、前記信号導体配線の前記第１端部が前記枠部材の外部に配置されように、前記枠部材を貫通している配線基板と、を備える。

また本発明の一つの態様の光半導体装置は、上記の光半導体素子パッケージと、前記載置領域に載置された光半導体素子と、前記信号導体配線と、前記光半導体素子とを電気的に接続する接続部材と、を備える。

本発明の実施形態である配線基板１を示す平面図である。 図１の切断面線Ａ−Ａにおける配線基板１の断面図である。 本発明の他の実施形態である配線基板１Ａを示す平面図である。 図３の切断面線Ｂ−Ｂにおける配線基板１Ａの断面図である。 配線基板１Ａの各層を示す平面図である。 本発明の他の実施形態である配線基板１Ｂを示す平面図である。 図６の切断面線Ｃ−Ｃにおける配線基板１Ｂの断面図である。 配線基板１を備える光半導体素子パッケージ１００を示す斜視図である。 光半導体素子パッケージ１００の平面図である。 光半導体装置２００を示す断面図である。 反射損失および挿入損失のシミュレーション結果を示すグラフである。

図１は、本発明の実施形態である配線基板１を示す平面図である。図２は、図１の切断面線Ａ−Ａにおける配線基板１の断面図である。配線基板１は、第１誘電体層２と、一対の信号導体配線３，３と、接地導体配線４と、接地導体層５と、第２誘電体層６とを含む。

第１誘電体層２は、誘電体材料からなる矩形板状の誘電体層である。この第１誘電体層２の第１面２ａに、信号伝送を行う一対の信号導体配線３，３および接地電位に接続される接地導体配線４が設けられる。

誘電体材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料を用いることができる。

本実施形態では、接地導体配線４は、３本設けられており、１本の線状の接地導体配線４が第１誘電体層２の第１面２ａの中央に位置している。この中央の接地導体配線４の幅方向（長手方向に対して直交する方向）両側に、接地導体配線４と所定の間隔を空けて接地導体配線４に沿って一対の線状の信号導体配線３，３が設けられている。接地導体配線４の第１端部４ａは、第１誘電体層２の第１面２ａの第１辺２ａ１まで延びている。接地導体配線４の第２端部４ｂは、どのように位置していてもよいが、本実施形態では、第１誘電体層２の第１面２ａの第２辺（第１面の第１辺２ａ１と対向する外辺）２ａ２まで延びている。また、本実施形態では、一対の信号導体配線３，３の外側に、それぞれ所定の間隔を空けて線状の接地導体配線４が設けられている。

本実施形態では、一対の信号導体配線３，３は、各第１端部３ａ，３ａが第１誘電体層２の第１面２ａの第１辺２ａ１まで延びている。また、一対の信号導体配線３，３は、上記のように、接地導体配線４と所定の間隔を空けて接地導体配線４に沿って設けられている。なお、一対の信号導体配線３，３の各第２端部３ｂ，３ｂは、どのように位置していてもよい。本実施形態では、一対の信号導体配線３，３の各第２端部３ｂ，３ｂは、上記と同様にして、接地導体配線４と所定の間隔を空けて接地導体配線４に沿って設けられ、第１誘電体層２の第１面２ａの第２辺２ａ２まで延びている。

なお、本実施形態では、信号導体配線３および接地導体配線４は、いずれも一直線状である。これに限らず、信号導体配線３および接地導体配線４は、屈曲部を有していたり、一部の幅が広かったり、狭くてもよい。また、信号導体配線３および接地導体配線４は、それぞれの間隔が一部で広かったり、狭くてもよい。

接地導体層５は、第１誘電体層２の第２面２ｂに設けられ、接地電位に接続されるベタ層である。接地導体層５には、第１誘電体層２の第１面２ａの第１辺２ａ１に対向する第２面２ｂの第１辺２ｂ１側から接地導体層５の内方に向かって切り欠かれた第１非形成領域５ａが設けられる。この第１非形成領域５ａは、平面視で信号導体配線３の第１端部３ａが位置する領域に設けられている。すなわち、信号導体配線３の第１端部３ａに対して、第１誘電体層２の厚み方向に対向する第２面２ｂの位置には、部分的に接地導体層５が形成されておらず、第１誘電体層２もしくは第２誘電体層６からなる誘電体材料が配置される。

信号導体配線３は、高周波の電気信号（以下、高周波信号ともいう）が伝送する際には、第１面２ａ上で隣接する接地導体配線４との間で電磁界が分布されるように結合するとともに、第１誘電体層２を介在して第２面２ｂ上の接地導体層５との間でも電磁界が分布されるように結合する。信号導体配線３の特性インピーダンスは、配線が持つインダクタンス成分と、信号導体配線３と接地導体配線４および接地導体層５との静電結合による容量成分とによって決まる。特に信号導体配線３の第１端部３ａは、第１誘電体層２の端部に位置するため、信号導体配線３の第１端部３ａの周辺に配置される、例えば、配線基板１と電気的に接続される外部の実装基板、はんだまたは接続端子等の導体と静電結合しやすくなり、容量成分が変動しやすくなることで特性インピーダンスが変動しやすい。さらに、信号導体配線３の第１端部３ａには、ろう材やはんだ等の導体を介してリード端子（後述）が接続されることで特性インピーダンスがより変動しやすくなる。これにより、信号導体配線３の第１端部３ａにおいては、高周波信号が伝送する際の反射損失が生じたり、挿入損失が増加して高周波信号の伝送損失が大きくなる。

本実施形態では、上記のように、接地導体層５の、信号導体配線３の第１端部３ａに対向する部分に第１非形成領域５ａを設けている。これによって、第１端部３ａにおける容量成分を低減させ、特性インピーダンスの低下を制限できるとともに、容量成分を任意の値に調整しやすくなり、所望の特性インピーダンスにすることが容易になる。これによって、第１端部３ａにおける高周波信号が伝送する際の反射損失や、挿入損失を低減して、高周波信号の伝送損失を低減することができる。

第１非形成領域５ａの形状は、本実施形態では、平面視で矩形状である。また、第１非形成領域５ａは、平面視で、第１端部３ａよりも広い幅（高周波信号が信号導体配線３を伝送する方向に対して直交する方向に沿った幅）を有しているが、隣接する接地導体配線４とは重ならにように設けられている。これにより、接地導体層５は、第１端部３ａの周囲における電磁界の分布の広がりを低減することができることから、高周波信号が第１端部３ａを伝送する際に生じる反射損失や挿入損失を低減することができる。本実施形態では、１つの信号導体配線３に対して１つの第１非形成領域５ａが第１端部３ａに対向して接地導体層５に設けられる。

高周波信号が信号導体配線３を伝送する方向に対して直交する方向に沿った第１非形成領域５ａの幅、および高周波信号が信号導体配線３を伝送する方向に沿った第１非形成領域５ａの長さは、上記のように低減させたい容量成分に応じて適宜設定すればよい。例えば、第１誘電体層２を構成する誘電体材料の種類、第１誘電体層２の厚み、信号導体配線３を伝送する高周波信号の周波数等の各種パラメータに基づいて総合的に判断する。なお、高周波信号が信号導体配線３を伝送する方向に対して直交する方向に沿った第１非形成領域５ａの幅は、上記のように、平面視にて第１端部３ａよりも広い幅を有しており、隣接する接地導体配線４とは重ならないように設けられてもよい。この場合には、第１端部３ａにおける周波数特性の低下を抑制することができる。

また、第１非形成領域５ａの形状は、矩形状に限定されず、三角形状および台形形状を含む多角形状、半円形状、半楕円形状等であってもよい。

接地導体層５は、第１非形成領域５ａを除いて第１誘電体層２の第２面２ｂ全体にわたって設けられていてもよく、第２面２ｂの一部に設けられていてもよい。接地導体層５について、第２面２ｂの一部に設けられる場合は、少なくとも、平面視で、全ての信号導体配線３および全ての接地導体配線４が含まれるような領域に設けられる。本実施形態では、平面視で、両端（一対の信号導体配線３，３の外側）に位置する接地導体配線４を含む領域であって、これら接地導体配線４よりも外方の領域には、接地導体層５は設けられていない。これにより、本実施形態の配線基板１は、製造工程や環境試験および信頼性試験の際に加えられる熱によって生じる、第１誘電体層２と接地導体配線４および接地導体層５の熱膨張係数の差に起因した熱応力を低減することができる。これにより、配線基板１の反りおよび変形を低減することができる。

第２誘電体層６は、第１誘電体層２と同様の誘電体材料からなり、接地導体層５の、第１誘電体層２と反対側に設けられる矩形板状の誘電体層である。本実施形態の配線基板１は、上記の第２誘電体層６が第１誘電体層２の第２面２ｂに設けられることにより、配線基板１の機械的な強度が向上する。また、これにより、配線基板１が実装される外部の実装基板との絶縁性を保つことができる。

本実施形態では、第２誘電体層６は、その外形が第１誘電体層２と同じであり、平面視で、第１誘電体層２と外形が一致するように設けられる。これにより、本実施形態の配線基板１は、製造工程や環境試験および信頼性試験の際に加えられる熱によって生じる、第１誘電体層２と接地導体配線４と接地導体層５および第２誘電体層６との熱膨張係数の差に起因した熱応力を低減することができる。また、配線基板１の反りや変形を低減することができる。

第２誘電体層６は、その外形が第１誘電体層２と同じでなくともよく、第１誘電体層２より大きくても小さくてもよく、接地導体層５を覆う大きさであればよい。

一対の信号導体配線３，３、接地導体配線４および接地導体層５は、金、銀、銅、ニッケル、タングステン、モリブデンおよびマンガンなどの金属材料からなる。これらの金属材料は、第１誘電体層２の第１面２ａまたは第２面２ｂにメタライズ層またはめっき層等の形態で、同時焼成されたり、金属めっきされてなるものでもよい。また、金属材料が所定の形状に加工されて作製され、第１誘電体層２の第１面２ａに設けられためっき層にろう材等の接合材を介して接合されていてもよく、第１誘電体層２との同時焼成が可能な金属材料に限られない。例えば、鉄、ニッケル、コバルトおよびクロム等からなる金属材料またはこれらを含む合金が所定の形状に加工され、第１誘電体層２の第１面２ａに設けられためっき層にろう材で接合されたものも使用できる。

第１誘電体層２および第２誘電体層６が、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして作製することができる。まず酸化アルミニウムおよび酸化ケイ素等の原料粉末を適当な有機バインダおよび有機溶剤とともにシート状に成形して矩形シート状の複数のセラミックグリーンシートを作製する。次にこれらのセラミックグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を１３００〜１６００℃の温度で焼成することによって第１誘電体層２および第２誘電体層６を作製することができる。なお、セラミックグリーンシートは必ずしも複数層を積層する必要はなく、第１誘電体層２および第２誘電体層６としての機械的な強度等の点で支障がなければ、１層のみでも構わない。

また、第１誘電体層２および第２誘電体層６が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合、各導体配線および導体層は、例えばタングステンを含んでなり、次のようにして作製することができる。タングステンの粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを第１誘電体層２となるセラミックグリーンシートの第１面および第２面に、所定のパターン形状となるように、スクリーン印刷法等の方法で印刷する。その後、第２誘電体層６となるセラミックグリーンシートを積層し、これらのセラミックグリーンシートおよび金属ペーストを同時焼成する。以上の方法で、配線基板１を形成することができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。図３は、本発明の他の実施形態である配線基板１Ａを示す平面図である。図４は、図３の切断面線Ｂ−Ｂにおける配線基板１Ａの断面図である。図５は、配線基板１Ａの各層を示す平面図である。

本実施形態の配線基板１Ａは、第２誘電体層６に切り欠き部６ａが設けられる点で上記実施形態の配線基板１と異なっているだけであり、その他の構成は同様である。以下では第２誘電体層６に設けられる切り欠き部６ａについて説明し、その他の構成については説明を省略する。

第２誘電体層６は、高周波信号が信号導体配線３を伝送する際に信号導体配線３と接地導体層５との間で結合する電磁界の分布に関与し、第１誘電体層２よりも影響は小さい。ただし、第２誘電体層６によって、信号導体配線３と接地導体層５との結合が強くなり、容量成分が大きくなる。上記のように、信号導体配線３の第１端部３ａにおいては、信号導体配線３の第１端部３ａの周辺に配置される、例えば、配線基板１と電気的に接続される外部回路基板やはんだ、接続端子等の導体と静電結合したり、さらに第１端部３ａに接続されるリード端子と結合したりする。そのため、信号導体配線３の第１端部３ａと上記の導体との間に生じる容量成分が大きくなり、信号導体配線３の第１端部３ａにおける特性インピーダンスが小さくなることから、信号導体配線３の第１端部３ａにおいては、容量成分を低減させても構わない。本実施形態では、信号導体配線３の第１端部３ａにおける容量成分を低減するために第２誘電体層６に切り欠き部６ａを設けている。なお、信号導体配線３の第１端部３ａにおける容量成分を低減させる為に、信号導体配線３と接地導体配線４との間隔、または信号導体配線３と接地導体層５との間隔を広げることもできる。ただし、この場合には、配線基板１Ａの小型化、集積化が困難となる。そのため、本実施形態では、信号導体配線３の第１端部３ａにおける容量成分を低減するために、第２誘電体層６に切り欠き部６ａを設けている。その結果、信号導体配線３の第１端部３ａにおいて特性インピーダンスが小さくなることを制限できるとともに、容量成分を任意の値に調整しやすくなり、所望の特性インピーダンスにすることが容易になる。さらに、配線基板１Ａの小型化、集積化を実現することができる。

第２誘電体層６は、第１誘電体層２の第１面２ａの第１辺２ａ１および第２面２ｂの第１辺２ｂ１を含む面と平行な第１側面６ａ１を有している。切り欠き部６ａは、平面視で、信号導体配線３の第１端部３ａおよび信号導体配線３の第１端部３ａで挟まれる接地導体配線４の第１端部４ａが位置する領域が、第１側面６ａ１側から切り欠かれている部分である。すなわち、信号導体配線３の第１端部３ａおよび信号導体配線３の第１端部３ａで挟まれる接地導体配線４の第１端部４ａの直下の位置には、第２誘電体層６が存在していない。これにより、信号導体配線３の第１端部３ａの容量成分をさらに低減させ、特性インピーダンスが所望の値より小さくなることを制限できるとともに、容量成分を任意の値に調整しやすくなり、所望の特性インピーダンスにすることが容易になる。これにより、高周波信号が信号導体配線３を伝送する際に生じる、信号導体配線３の第１端部３ａにおける伝送損失および反射損失をさらに低減することができる。

接地導体層５に設けた第１非形成領域５ａと同様に、信号導体配線３の第１端部３ａの直下および信号導体配線３の第１端部３ａで挟まれる接地導体配線４の第１端部４ａの直下にそれぞれ個別の切り欠き部を設けてもよい。ただし、個別の切り欠き部間に残る第２誘電体層６の部分によって生じる容量成分を低減し、配線基板１Ａの小型化、集積化を実現するためには、次のようにしてもよい。すなわち、信号導体配線３の第１端部３ａの直下および信号導体配線３の第１端部３ａで挟まれる接地導体配線４の第１端部４ａの直下を含む１つの切り欠き部６ａを設けてもよい。また、個別の切り欠き部を設けた場合、間に残る誘電体部分が配線基板１Ａに生じる応力によって欠けたり、割れたりするおそれもある。このおそれを低減して、１つの切り欠き部６ａとしてもよい。

さらに、このような１つの切り欠き部６ａとすることで、信号導体配線３の第１端部３ａで挟まれる接地導体配線４の第１端部４ａの直下にも第２誘電体層６が存在しない構成となる。そのため、信号導体配線３の第１端部３ａの周辺に配置される、例えば、上記の導体と、信号導体配線３の第１端部３ａで挟まれる接地導体配線４との間に生じる容量成分を低減することができる。したがって、特性インピーダンスが所望の値より小さくなることを制限できるとともに、容量成分を任意の値に調整しやすくなり、所望の特性インピーダンスにすることが容易になる。さらに、第１誘電体層２と第２誘電体層６および接地導体層５の熱膨張係数の差に起因して切り欠き部６ａに生じる熱応力を低減することができる。

本実施形態では、第２誘電体層６の切り欠き部６ａは、平面視で矩形状であるが、隅部を曲線形状（Ｒ形状）としている。第２誘電体層６は、例えば、セラミック材料等からなるので、隅部を鋭角とすると、配線基板１Ａの使用時に外力が付加されると、第２誘電体層６に発生する応力が鋭角の隅部に集中し、亀裂等が第２誘電体層６に発生する可能性がある。切り欠き部６ａの隅部をＲ形状とすることで、応力集中による亀裂等の発生の可能性を低減することができる。

また、切り欠き部６ａの形状は、矩形状に限定されず、平面視で、三角形状および台形形状を含む多角形状、半円形状、半楕円形状等であってもよい。多角形状の場合は、矩形状と同様に隅部をＲ形状としてもよい。

次に本発明のさらに他の実施形態について説明する。図６は、本発明のさらに他の実施形態である配線基板１Ｂを示す平面図である。図７は、図６の切断面線Ｃ−Ｃにおける配線基板１Ａの断面図である。

本実施形態の配線基板１Ｂは、接地導体層５および第２誘電体層６において、上記配線基板１Ａの第１非形成領域５ａおよび切り欠き部６ａに加えて、これらと反対側にさらに第２非形成領域５ｂおよび第２切り欠き部６ｂを設けている。この点で上記実施形態の配線基板１Ａと異なっているだけであり、その他の構成は同様である。以下では第２非形成領域５ｂおよび第２切り欠き部６ｂについて説明し、その他の構成については説明を省略する。

接地導体層５に設けられる第２非形成領域５ｂは、平面視で信号導体配線３の第２端部３ｂが位置する領域が、第１誘電体層２の第１面２ａの第２辺２ａ２に対向する第２面２ｂの第２辺２ｂ２側から内方に切り欠かれている。また、第２誘電体層６は、第１誘電体層２の第１面２ａの第２辺２ａ２および第２面２ｂの第２辺２ｂ２を含む面と平行な第２側面６ｂ１を有している。第２切り欠き部６ｂは、平面視で、信号導体配線３の第２端部３ｂおよび信号導体配線３の第１端部３ａで挟まれる接地導体配線４の第２端部４ｂが位置する領域が、第２側面６ｂ１側から切り欠かれている。

すなわち、信号導体配線３の第２端部３ｂに対して、第１誘電体層２の厚み方向に対向する位置には、部分的に接地導体層５が形成されておらず、第２面２ｂが露出している。また、信号導体配線３の第２端部３ｂおよび信号導体配線３の第２端部３ｂで挟まれる接地導体配線４の第２端部４ｂの直下の位置には、第２誘電体層６が存在していない。

接地導体層５および第２誘電体層６に、それぞれ第２非形成領域５ｂおよび第２切り欠き部６ｂを設けることにより、信号導体配線３の第２端部３ｂにおいても、第１端部３ａと同様の効果が得られる。すなわち、第２端部３ｂにおける容量成分を低減させ、特性インピーダンスの低下を制限することができるとともに、容量成分を任意の値に調整しやすくなり、所望の特性インピーダンスにすることが容易になる。これにより、高周波信号が信号導体配線３を伝送する際に生じる、第２端部３ｂにおける高周波信号の挿入損失および反射損失を低減し、信号導体配線３における周波数特性を向上させることができる。

次に配線基板１を備える光半導体素子パッケージ１００および光半導体装置２００について説明する。

図８は、配線基板１を備える光半導体素子パッケージ１００を示す斜視図である。図９は、光半導体素子パッケージ１００の平面図である。図１０は、光半導体装置２００を示す断面図である。

光半導体素子パッケージ１００は、配線基板１と基体２０と枠部材３０とを備える。配線基板１の信号導体配線３および接地導体配線４には、外部回路との接続のためのリード端子１０が接続される。光半導体素子パッケージ１００は、その内部に光半導体素子１１を収納し、光電変換機能を有する光半導体装置２００を構成するものである。

本実施形態では、光半導体素子パッケージ１００に収納される光半導体素子１１は、発光素子であるＬＤ（レーザダイオード）である。

基体２０は、矩形板状に形成されており、上面に光半導体素子１１を載置可能な載置領域を有している。この載置領域は、絶縁性基板を介して光半導体素子パッケージ１００に収納される光半導体素子１１を載置し、光半導体素子１１を基体２０の上面に固定するための領域である。

本実施形態の基体２０は、金属部材により作製される。また、基体２０として、少なくとも光半導体素子１１が載置される載置領域の部分に高い絶縁性を有していることが求められる。そのため、例えば、基体２０の少なくとも載置領域上に絶縁性基板からなるマウント部材１３を設置した構成としてもよい。特に、基体２０に対して高い放熱性が求められる場合、金属部材は高い放熱性を有していることから、基体２０がこのような構成であってもよい。基体２０上にマウント部材１３を設置した構成とすることで、基体２０の放熱性を高めることができる。

金属部材の材料としては、具体的には、鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルト、モリブデンまたはタングステンのような金属を用いることができる。あるいは、金属部材の材料として、これらの金属の合金、たとえば銅−タングステン合金、銅−モリブデン合金、鉄−ニッケル−コバルト合金などを用いることができる。このような金属材料のインゴットに圧延加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって、基体２０を構成する金属部材を作製することができる。

作製した金属部材からなる基体２０の載置領域上に、別途作製したマウント部材１３をろう材などの接合材で接合する。

また、本実施形態の基体２０は、複数の絶縁性基板を積層することにより作製されてもよい。そして、基体２０の載置領域上に光半導体素子１１が載置される。絶縁性基板としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体または窒化珪素質焼結体のようなセラミック材料、またはガラスセラミック材料を用いることができる。

基体２０の作製方法の一例を説明する。上記材料のガラス粉末およびセラミック粉末を含有する原料粉末、有機溶剤並びにバインダを混ぜることにより混合部材を作製する。この混合部材をシート状に成形することにより複数のセラミックグリーンシートを作製する。作製された複数のセラミックグリーンシートを積層することにより積層体を作製する。積層体を約１６００度の温度で焼成することにより基体２０が作製される。なお、基体２０としては、複数の絶縁性基板が積層された構成に限られるものではない。一つの絶縁性基板により基体２０が構成されていてもよい。

枠部材３０は、平面視において基体２０の載置領域を取り囲んで基体２０の上面に設けられている。枠部材３０は、載置領域を取り囲んでいればよく、枠部材３０の内側において、載置領域は、中央部分にあってもよく、その他の部分にあってもよい。また、基体２０は、平面視にて基体２０の上面が枠部材３０よりも大きく、延出する部分があってもよく、枠部材３０とほぼ同じ外形状を有していてもよい。

枠部材３０は、金属材料からなり、例えば、基体２０と同様の鉄、銅、ニッケル、クロム、コバルトおよびタングステンのような金属部材、あるいはこれらの金属を含む合金を用いることができる。このような金属部材のインゴットに切削加工法、金型加工法、打ち抜き加工法のような金属加工法を施すことによって金属部材からなる枠部材３０を作製することができる。また、枠部材３０としてセラミック材料を用いてもよい。また、枠部材３０は、一種の材料からなっていてもよいが、複数種の材料が積層された構造であってもよい。

本実施形態では、光半導体素子を用いるため、枠部材３０には、光が透過するための貫通孔が設けられている。貫通孔に光ファイバの入力端部を挿通し、光半導体素子１１から出射される光を光ファイバに入力してもよい。また、光ファイバの入力端部を貫通孔の外方で固定し、光半導体素子１１から出射される光を、貫通孔を透過させて外部の光ファイバに入力してもよい。なお、光の入出力は、枠部材３０の上部開口を介して行うようにしてもよい。その場合、枠部材３０に貫通孔を設ける必要は無い。

枠部材３０の側壁には長孔が形成されている。この長孔を塞ぐように配線基板１が枠部材３０の側壁を貫通して設けられる。配線基板１は、枠部材３０の枠内から枠外へまたは枠外から枠内へと電気信号を入出力させる。配線基板１は、上面に信号導体配線３および接地導体配線４の中央部が挟まれるように第３誘電体層７が設けられる。また、信号導体配線３の第１端部３ａが枠部材３０の外部に配置され、信号導体配線３の第２端部３ｂが枠部材３０の内部に配置される。このような形態とするために、本実施形態の光半導体素子パッケージ１００は、平面視して、枠部材３０の外形に沿ったＵ字状（コーナーが直角状のもの）の誘電体材料からなる第３誘電体層７が設けられる。内部に配置された信号導体配線３の第２端部３ｂは、基体２０の載置領域に載置された光半導体素子１１と枠内で接続部材によって電気的に接続される。信号導体配線３の第１端部３ａは、上記のようにリード端子１０に接続される。

光半導体素子１１と配線基板１との接続は、電気信号が伝送できればどのような接続でもよい。例えば、接続部材であるボンディングワイヤ１２による接続、フリップチップ接続または異方性導電フィルム（ＡＣＦ）による接続などであってもよい。

光半導体素子パッケージ１００は、蓋部材を備えていてもよい。蓋部材は、枠部材３０の上面にろう材などの接合材によって接合される。光半導体装置２００を組み立てる場合、基体２０の載置領域にマウント部材１３を介して光半導体素子１１を載置して基体２０に固定し、光半導体素子１１と配線基板１とを電気的に接続する。また、光半導体素子１１との間で光信号が入出力されるように光ファイバを枠部材３０に固定する。その後、蓋部材を枠部材３０の上面に固定する。蓋部材の枠部材３０への固定は、たとえばシーム溶接などによって行う。

蓋部材は、光半導体装置２００の内部に水分や微粒子などが侵入しないものであればよく、枠部材３０と同様の金属材料やセラミック材料などを板状に加工、成形したものを用いることができる。

光半導体素子１１は、光ファイバの光軸上に配置する必要がある。そのため、基体２０に光半導体素子１１を直接載置せず、マウント部材１３を基体２０の載置領域に固定し、このマウント部材１３を介して載置するようにして、位置合せを容易にしてもよい。マウント部材１３は、絶縁性を有する材料であればよく、基体２０で説明した絶縁性基板と同様のセラミック材料などを用いることができる。

上記の光半導体装置２００は、光半導体素子１１として発光素子を収納した構成であるが、本発明の光半導体装置は、これに限らず光半導体素子１１として受光素子であるＰＤ（フォトダイオード）を収納した構成であってもよい。

光半導体素子１１である受光素子は、光ファイバから出射された光を受光し、受光量に応じた電気信号を出力する。この電気信号は配線基板１を介して外部に出力される。外部の制御部は、光半導体装置から出力された電気信号に応じた処理を実行する。

（実施例）
上記の配線基板１における図１、図２の構成を実施例１とし、図３、図４の構成を実施例２とし、配線基板１の接地導体層５において、第１非形成領域５ａを設けずに信号導体配線３の第１端部３ａ直下において、接地導体層５が存在する構成を比較例１とし、シミュレーションによって反射損失および挿入損失を評価した。

シミュレーションは、ＣＹＢＥＲＮＥＴ社製のＡＮＳＹＳ ＨＦＳＳを使用した。第１誘電体層２の厚さを０．４ｍｍ、第２誘電体層６の厚さを０．５ｍｍ、信号導体配線３の幅を０．３５ｍｍ、信号導体配線３で挟まれる接地導体配線４の幅を０．５７ｍｍ、信号導体配線３の両端に位置する接地導体配線４の幅を０．５３５ｍｍとした。配線基板１を平面視して、中心軸が信号導体配線３の中心軸と一致するように設けられた第１非形成領域５ａにおける、高周波信号の伝送方向に対して直角方向の幅を０．７ｍｍ、伝送方向の長さを０．７ｍｍとした。中心軸が信号導体配線３で挟まれる接地導体配線４の中心軸と一致するように設けられた切り欠き部６ａにおける、高周波信号の伝送方向に対して直角方向の幅を１．７４ｍｍ、伝送方向の長さを０．８ｍｍとした。上記の配線基板１における図１、図２の構成を実施例１とした。図３、図４の構成を実施例２とした。配線基板１の接地導体層５において、第１非形成領域５ａを設けずに信号導体配線３の第１端部３ａ直下において、接地導体層５が存在する構成を比較例１とした。それぞれの実施例および比較例について、反射損失および挿入損失を電磁界シミュレーションによって評価した。

図１１は、反射損失および挿入損失のシミュレーション結果を示すグラフである。図１１（ａ）は、反射損失を示し、図１１（ｂ）は、挿入損失を示す。信号周波数が１５ＧＨｚまでは、実施例１よりも実施例２のほうが反射損失を低く抑えることができた。１５ＧＨｚを超えると実施例１と実施例２とがほぼ同じ結果であった。計算した全周波数にわたって、実施例１，２のいずれも比較例１より反射損失が低減されていることがわかった。

また、挿入損失においては、計算した全周波数にわたって、実施例１，２のいずれも比較例１より挿入損失が低減されており、実施例１と実施例２とは、ほぼ同じであった。

以上のシミュレーション結果からわかるように、接地導体層５において、信号導体配線３の第１端部３ａの直下に第１非形成領域５ａを設けることで、設けない比較例１に比べて反射損失および挿入損失ともに低減されていた。また、第２誘電体層６にも切り欠き部６ａを設けることで、１５ＧＨｚ以下では、さらに反射損失を低減することができた。

１，１Ａ，１Ｂ 配線基板
２ 第１誘電体層
２ａ 第１面
２ｂ 第２面
３ 信号導体配線
３ａ 第１端部
３ｂ 第２端部
４ 接地導体配線
４ａ 第１端部
４ｂ 第２端部
５ 接地導体層
５ａ，５ｂ 非形成領域
６ 第２誘電体層
６ａ１ 第１側面
６ｂ１ 第２側面
６ａ，６ｂ 切り欠き部
１０ リード端子
１１ 光半導体素子
１２ ボンディングワイヤ
１３ マウント部材
２０ 基体
２ａ１ 第１辺
２ａ２ 第２辺
２ｂ１ 第１辺
２ｂ２ 第２辺
３０ 枠部材
１００ 光半導体素子パッケージ
２００ 光半導体装置

Claims (5)

1. 矩形板状の第１誘電体層と、
   前記第１誘電体層の第１面に位置し、接地電位に接続される接地導体配線であって、第１端部が、前記第１面の第１辺まで延びている接地導体配線と、
   前記第１誘電体層の第１面に位置し、信号伝送を行う一対の信号導体配線であって、前記接地導体配線の幅方向両側に、前記信号導体配線と所定の間隔を空けて前記信号導体配線に沿って位置し、第１端部が、前記第１面の前記第１辺まで延びている一対の信号導体配線と、
   前記第１誘電体層の第２面に位置し、接地電位に接続される接地導体層であって、平面視で前記信号導体配線の前記第１端部が位置する領域が、前記第１面の第１辺に対向する前記第２面の第１辺から内方に切り欠かれている接地導体層と、
   前記接地導体層の、前記第１誘電体層と反対側に位置している矩形板状の第２誘電体層と、を含んでおり、
   前記第２誘電体層は、平面視で、前記一対の信号導体配線の前記第１端部が位置する領域および前記一対の信号導体配線の前記第１端部で挟まれる前記接地導体配線の前記第１端部が位置する領域が、前記第２面の第１辺から内方に向かって１つの切欠き部として切り欠かれていることを特徴とする配線基板。
2. 前記信号導体配線の第２端部は、前記第１面の前記第１辺に対向する第２辺まで延びており、
   前記接地導体配線の第２端部は、前記第１面の前記第２辺まで延びており、
   前記接地導体層は、平面視で前記信号導体配線の前記第２端部が位置する領域が、前記第２面の前記第２辺に対向する前記第２面の第２辺側から内方に切り欠かれていることを特徴とする請求項１記載の配線基板。
3. 前記第２誘電体層は、前記第１誘電体層の前記第１面の前記第２辺および前記第２面の前記第２辺を含む面と平行な第２側面を有し、平面視で、前記信号導体配線の前記第２端部および前記接地導体配線の前記第２端部が位置する領域が、前記第２側面側から切り欠かれていることを特徴とする請求項２記載の配線基板。
4. 光半導体素子が載置される載置領域を含む上面を有する板状の基体と、
   前記載置領域を囲むように前記上面に配置される枠部材と、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の配線基板であって、前記信号導体配線の前記第１端部が前記枠部材の外部に配置されるように、前記枠部材を貫通している配線基板と、を
   備えることを特徴とする光半導体素子パッケージ。
5. 請求項４に記載の光半導体素子パッケージと、
   前記載置領域に載置された光半導体素子と、
   前記信号導体配線と、前記光半導体素子とを電気的に接続する接続部材と、を備えることを特徴とする光半導体装置。

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