JPH0416953B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (ア) 技術分野 この発明は、発光ダイオードやフオトダイオー
ドなどの光素子を収納するための光素子用パツケ
ージに関する。

光素子用パツケージに対して要求される技術的
要請は、 (1) 光に対して透明な光導入用構造を有するこ
と。

(2) 光素子にダイヤボンド及びワイヤボンドなど
の配線を行い、光素子から電極端子をとり出す
こと。

(3) 光素子を気密封止すること。

(4) 光フアイバとの結合効率が高いこと。

発光ダイオードチツプ又はフオトダイオードチ
ツプと光フアイバの端面が十分近接しており、開
口角が広いことである。

本発明は、この内、特に(4)の要請に応えるもの
である。

(イ) 従来技術（上面タイプ） 第１５図は従来例に係るフオトダイオード用パ
ツケージの断面図である。これは、上面から光フ
アイバの光を入射させる最も一般的なタイプであ
る。

TO18型パツケージ４０は、パツケージ本体４
１と、この上面に被蓋されるキヤツプ４２とより
なる。キヤツプ４２の上面中央は開口になつてお
り、透明コバールガラスによる窓４３が設けてあ
る。

フオトダイオードチツプ４４はパツケージ本体
４１の底板にダイボンデイングされている。

本体４１の底板にはリード４５が設けられる。
リード４６と、フオトダイオードチツプ４４の上
の電極とが金線４７によつてワイヤボンドされ
る。光フアイバ４８は窓４３の外側にフオトダイ
オードチツプ４４と対向するように設けられる。

キヤツプ４２と本体４１は溶接される。このパ
ツケージは既に長い実績を有するハーメチツクシ
ールタイプである。

このパツケージはワイヤボンデイング（金線４
７）の存在する上面から光を入射させるので、フ
オトダイオードチツプ４４の上面と窓４３の距離
が長くなりすぎる。このため、光フアイバ４８と
の結合効率が上らない、という欠点があつた。

第１６図は第１５図と同じ上面タイプの光素子
用パツケージを示す。透明コバールガラス４３の
代わりに、サフアイヤ板４３′の窓が設けられて
いる。

これも、ワイヤボンデイングされた金線４７の
ため、フオトダイオードチツプとサフアイヤ板４
３′が離隔し、光フアイバ４８との結合効率が悪
い、という欠点がある。

(ウ) 従来技術（下面通し穴タイプ） 光フアイバとチツプを近接させるためには、ワ
イヤのある上面では限界があり、下面を使つた方
が良いと考えられる。

そこで、第１７図〜第１９図に示す下面通し穴
タイプの光素子用パツケージが作製された。

第１５図と共通する部材については同じ引用数
字を用いた。第１７図に於て、キヤツプ４２には
窓がない。フオトダイオードチツプ４４の下部に
当る部分のパツケージ本体４１には、軸方向の広
い通し穴５０が穿たれている。

光フアイバ４８はパツケージ本体４１の下方の
通し穴５０に端面が対向するように設けられる。
光フアイバ４８からの光は、通し穴５０を通つて
フオトダイオードチツプ４４に裏面から入射す
る。

第１８図に示す例は、通し穴５０を広くして、
光フアイバ４８の先端を通し穴５０に挿入固定し
たものである。フオトダイオードチツプ４４と、
光フアイバ４８の端面間距離を狭くすることがで
きる。

しかし、この例は、光フアイバ４８の先端を通
し穴５０に挿入した時、フオトダイオードチツプ
４４に接触して、これを破損する惧れがある。ま
た、光フアイバ４８の固定が難しい。

第１９図の例は、通し穴５０を、コバールガラ
ス５１で封止したパツケージを示す。

これら下面通し穴タイプの光素子パツケージの
難点を、第２０図、第２１図の拡大断面図によつ
て説明する。

フオトダイオードチツプ４４のpn接合部が受
光部５２となる。通し穴５０の下方から、光が受
光部５２に入射する。通し穴５０のエツジ５３に
よつて制限され、僅かな開口角θ内の光線のみが
受光部５２に到達する。

光フアイバ４８の端面をパツケージ本体４１の
下面に接触させても、開口角θの制限を受ける。

次に取付けの困難という問題がある。

通し穴５０は丸い孔で、フオトダイオードチツ
プ４４は、通し穴５０以外の接触部５４に於てダ
イボンデイングされる。チツプは小さく、通し穴
５０も小さい。このため、位置合わせが難しい。

通し穴５０の中心軸と受光部５２が横方向にず
れると、第２１図に示すように、開口角θが、ず
れた側に於てより狭くなる。この図では右方へチ
ツプがずれており、受光部５２の右方の部分には
光が到達しにくくなる。フオトダイオードの入射
光量が減るので、検出感度が低くなる。

受光部５２に入射する光の開口角を大きくする
には、通し穴５０を短かくし、断面積を広くしな
ければならない。

通し穴５０の長さは、パツケージ本体４１の底
板の厚みに等しい。これを薄くすると、機械的強
度が不十分になる。本体４１は、金属、セラミツ
クであるが、薄くするには限度がある。本体が、
チツプ、リード、キヤツプなどを支持する力学的
中心であるからである。

通し穴５０の直径を広くすると、フオトダイオ
ードチツプ４４の寸法も大きくしなければならな
い。半導体の寸法が大きくなるとコスト高になる
し、チツプの強度も弱くなる。

(エ) 従来技術（サフアイヤ基板タイプ） そこで本発明者は、サフアイヤ基板上に、欠損
部を有するダイボンド用パツドを設け、パツド上
に光素子をダイボンドし、サフアイヤ基板の裏面
に、光フアイバ端面を対向させるようにした光素
子用パツケージを発明した。

第１図はそのような光素子用パツケージの平面
図、第２図は第１図中の−断面図である。第
３図はフオトダイオードチツプをダイボンデイン
グし、かつ金線などをワイヤボンデイングした状
態の断面図を示している。

サフアイヤ基板１の上に、下枠２を接着してあ
る。下枠２は絶縁体であればよく、ここではアル
ミナ焼結体を用いた。サフアイヤ基板１と下枠２
の接着は、例えばろう付けとする。

サフアイヤ基板１の中央には、欠損部４を有す
る導電性のダイボンデイング用パツド３をメタラ
イズして設ける。ダイボンデイング用パツド３は
下枠２の一辺を越えて、端まで延長している。

欠損部４は光を通す部分で、この例では丸くな
つている。しかし、丸くなくてもよく、角形でも
差支えない。

下枠２の上には、上枠５を接着する。この例で
は上枠５もアルミナとしている。上枠５と下枠２
とは絶縁性の接着剤で接着する。

ダイボンデイング用パツド３の延長辺には、リ
ード６をハンダ付する。

下枠２の対向辺には、ワイヤボンデイング用パ
ツド８がメタライズしてある。ワイヤボンデイン
グ用パツド８の延長辺には、リード７がハンダ付
けしてある。

このようなパツケージに、第３図に示すよう
に、フオトダイオード、発光ダイオードなどの光
素子チツプ９を接着する。

光素子チツプ９は、ダイボンデイング用パツド
３の上に載置する。この時、欠損部４の中心と、
光素子チツプ９の中心とが一致するよう位置合わ
せする。

パツド３は、例えは、AuSnの共晶のようなリ
ングハンダである。光素子チツプ９を押えて超音
波などのエネルギーを加えると、ハンダがとけ
て、チツプ９がパツド３の上に固定される。

さらに、金線などをワイヤボンデイング１０し
て、ワイヤボンデイング用パツド８と、光素子チ
ツプ９の電極部とを接続する。

通常は、上枠５の上へ、さらにアルミナキヤツ
プを接着し、内部空間を封止する。

第４図は、ダイボンデイング用パツド３の欠損
部４の近傍のみの拡大平面図である。

第５図は、第４図中の−断面図である。

理想的な場合、ここに示すように、サフアイヤ
基板１は平坦で、ダイボンデイング用パツド３は
平坦である。

パツド３が真に平坦であれば、光素子チツプは
厳密に、定位置へ、安定した状態で固定すること
ができる。

しかしながら、実際には、ダイボンデイング用
パツド３は平坦にはならない。

この理由を考慮したところ、次のような事が分
つた。

第６図は、サフアイヤ基板上に、導電性（例え
ば金）ペーストを印刷した状態の断面図である。
厚膜印刷であるから、パツドの形状に等しい穴が
切り取られた薄いスクリーンをサフアイヤ基板１
の上に重ねて、金ペースト１３を塗布する。この
状態では、金ペーストの上面は平坦である。

次に、金ペーストを固化するため、炉の中へサ
フアイヤ基板１を入れて焼成する。

焼成工程に於て、金ペースト１３の端部１４が
表面張力のために盛り上る。このため、端部１４
が高く、その他の部分は低くなる。炉からとり出
した後、そのような不定形のまま固化する。

第７図はこのような焼成後のパツドの状態を示
す断面図である。

第８図はパツドの上に光素子チツプ９をダイボ
ンドした状態を示す断面図である。焼成時のペー
ストの伸縮によつて、ペーストの上面は多くの凹
凸を有する。この上に、平坦な光素子チツプ９を
接着するのは無理がある。チツプ９が弱い振動な
どによつて、剥離するからである。

(オ) 本発明の構成 本発明は、第１図のような光素子用パツケージ
に於て、ダイボンデイング用パツド３のメタライ
ズの問題を解決するものである。焼成によつて、
金ペーストが端部に於て隆起するのであるから、
隆起する分だけ、予め、サフアイヤ基板を浅く削
つておけばよい。

第９図〜第１２図のサフアイヤ基板１の断面図
によつて説明する。

第９図はサフアイヤ基板１の断面図である。平
坦で透明である。厚さは、この例では0.2mmであ
る。

第１０図は、平坦なサフアイヤ基板１に、浅い
テーパ部１６、これに続く窪み１７を設ける。テ
ーパ部１６、窪み１７は、Arレーザによつて加
工する。機械的に加工することもできる。

サフアイヤ基板１の上面１５と窪み１７の差は
５〜10μｍとした。

次に第１１図に示すように、ダイボンデイング
用パツド３となるべき形状に金ペーストなど、導
電性ペースト１８をスクリーン印刷する。窪み１
７が、パツド３の欠損部４に対応するようにす
る。ペースト１８の欠損部４に対応する端部１９
は、なだらかに窪み１７に向つて傾斜する。

スクリーン印刷したものを乾燥させ、炉の中に
入れて焼成する。第１２図は焼成後のサフアイヤ
基板、ペーストの断面図である。

焼成することによつて、ペースト端部１９が隆
起する。しかし、隆起の高さは、たかだか5μｍ
である。テーパ部１６にペースト端部がかかつて
いるので、隆起があつても、金ペースト１８の他
の部分より高くはならない。

このような、ダイボンデイング用パツド３に、
光素子チツプ９をダイボンドする。端部の隆起は
低くなつているので、チツプ９の底面を不均等に
持ち上げる、ということはない。

これ以後は、既に述べた工程に従つて、第１
図、第２図に示されるような光素子用パツケージ
が作製される。そして、第３図に示されるよう
に、光素子チツプ９がダイボンデイングされ、ワ
イヤボンデイング１０して、キヤツプシールする
と、光素子となる。

(カ) 効果 (1) 光素子チツプのダイボンドの安全性が増す。

金ペーストを焼成した時、端部に生ずる隆起
が低くなつており、光素子チツプの面に接触し
ない。金ペーストの平坦な面だけがチツプ裏面
に接触し、平滑な接触面となるからである。

(2) この光素子チツプのパツケージングは、第１
４図に示す下面通し穴タイプのように、開口角
の強い制限を受けない。第１５図に示す本発明
のパツケージング構造は、受光部５２へ到達す
る光がパツド３の欠損部４を通るようになつて
いる。欠損部４は、チツプ９に接触しており、
しかも極めて薄い。従つて、広い開口角θに含
まれる光を受光部５２へ入射させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光素子用パツケージの平面
図。第２図は第１図中の−断面図。第３図は
光素子用パツケージの中に光素子チツプをダイボ
ンデイングした断面図。第４図はダイボンデイン
グ用パツドの部分の拡大平面図。第５図は第４図
中の−断面図。第６図はサフアイヤ基板上に
金ペーストをスクリーン印刷した状態を示す断面
図。第７図は焼成後のサフアイヤ基板上の金ペー
ストの状態を示す断面図。第８図は金ペーストの
上に光素子チツプを載せた状態を示す断面図。第
９図はサフアイヤ基板の断面図。第１０図はサフ
アイヤ基板にテーパ部、窪みを設けた状態の断面
図。第１１図はテーパ部に端部が位置するよう金
ペーストをスクリーン印刷した状態の断面図。第
１２図は焼成後の金ペーストの状態を示す断面
図。第１３図は本発明の光素子用パツケージに於
けるチツプの受光部と開口角の関係を説明する断
面図。第１４図は従来の下面通し穴タイプのパツ
ケージに於けるチツプ受光部と開口角の関係を説
明する断面図。第１５図は公知の上面タイプの光
素子用パツケージの断面図。ガラス窓を有する
例。第１６図は公知の上面タイプの光素子用パツ
ケージの断面図。サフアイヤ板窓を有する例。第
１７図は従来例の下面通し穴タイプの光素子用パ
ツケージの断面図。第１８図は従来例に係る下面
通し穴タイプの光素子用パツケージの断面図。第
１９図は従来例に係る下面通し穴タイプの光素子
用パツケージの断面図。第２０図は下面通し穴タ
イプの受光部に入射する光の範囲を示すための拡
大断面図。第２１図は下面通し穴タイプの光素子
用パツケージに於て、チツプの取付位置がずれた
場合の、受光部に入射する光の範囲を示すための
拡大断面図。 １……サフアイヤ基板、２……下枠、３……ダ
イボンデイング用パツド、４……欠損部、６，７
……リード、８……ワイヤボンデイング用パツ
ド、９……光素子チツプ、１０……ボンデイング
ワイヤ、１３……金ペースト、１４……金ペース
トの端部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ サフアイヤ基板１と、サフアイア基板１上に
   導体ペーストを印刷し焼成した欠損部４を有する
   ダイボンデイング用パツド３と、ダイボンデイン
   グ用パツド３の上にダイボンドされる発光又は受
   光素子よりなる光素子チツプ９と、サフアイヤ基
   板１上に固着される下枠２と、下枠２の上に設け
   られ光素子チツプ９とワイヤボンデイング１０さ
   れるワイヤボンデイング用パツド８と、ダイボン
   デイング用パツド３、ワイヤボンデイング用パツ
   ド８に接続されたリード６，７と、下枠２の上に
   固着される上枠５を含み、光はサフアイヤ基板１
   とダイボンデイング用パツド３の欠損部４を通つ
   て光素子チツプ９に出入することとした光素子用
   パツケージに於て、サフアイヤ基板１に予め浅い
   テーパ部１６を設け導体ペーストの欠損部４に当
   る端部がテーパ部１６の上に存在するようにした
   事を特徴とする光素子用パツケージ。