WO2015008860A1 - Package for electrical element - Google Patents
Package for electrical element Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015008860A1 WO2015008860A1 PCT/JP2014/069202 JP2014069202W WO2015008860A1 WO 2015008860 A1 WO2015008860 A1 WO 2015008860A1 JP 2014069202 W JP2014069202 W JP 2014069202W WO 2015008860 A1 WO2015008860 A1 WO 2015008860A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- container
- substrate
- electrical
- package
- heater
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Ceased
Links
Images
Classifications
-
- H10W40/28—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0032—Packages or encapsulation
- B81B7/0077—Other packages not provided for in groups B81B7/0035 - B81B7/0074
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/0083—Temperature control
- B81B7/0087—On-device systems and sensors for controlling, regulating or monitoring
-
- H10W40/10—
-
- H10W76/157—
-
- H10W70/63—
-
- H10W72/352—
-
- H10W72/884—
-
- H10W72/952—
-
- H10W90/734—
-
- H10W90/754—
Definitions
- the present invention relates to a package of an electric element that contains the electric element and is hermetically sealed.
- Non-Patent Document 1 the wavelength selective switch MEMS mirror array module disclosed in Non-Patent Document 1 is affected by a capacitance change due to humidity when it is exposed to the environment due to electric drive.
- the module as described above is hermetically sealed in the container.
- FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a generally used package.
- FIG. 7 schematically shows a cross section.
- This package includes a container 700 composed of a lid 701 and a container body 702.
- the lid 701 and the container main body 702 are joined by seam welding, solder joining, or the like to form a shielded space 703 in which substances from the outside are blocked.
- a glass optical window 713 is bonded to a window frame portion 712 made of Kovar.
- the container main body 702 includes a ceramic substrate 705, a ceramic frame 710, and a Kovar frame 711.
- the shielding space 703 is obtained by joining the lower surface peripheral part of the window frame 712 and the upper surface of the frame part 711.
- An electric element 704 such as a laser diode, a MEMS sensor element, or a liquid crystal element is disposed in the shielding space 703 of the container 700 configured as described above.
- An electric element 704 is fixed on the ceramic substrate 705 by an adhesive layer 709 such as solder. Electrical elements such as laser diodes, MEMS sensor elements, and liquid crystal elements may require temperature adjustment. Therefore, a temperature adjustment unit 721 including a heater 722 is provided outside the side portion of the container main body 702.
- the container 700 includes an optical window 713 capable of inputting / outputting light to / from the outside, and can perform optical input / output with the electrical element 704 disposed in the container 700.
- the shielded space 703 provides an operation area of the movable part that constitutes the MEMS. Further, the container 700 hermetically seals the electric element 704 to avoid the influence of humidity change and oxidation, and improve long-term reliability.
- a plurality of metal pins 706 having a diameter of about 0.5 mm are provided on the back side of the ceramic substrate 705. Such a plurality of metal pins 706 is called a pin grid array (PGA).
- the electric element 704 is connected to an electric wiring (not shown) in the container main body 702 via a bonding wire 707, and is connected to a metal pin 706 via this electric wiring.
- the package is fixed by inserting metal pins 706 into the socket substrate 708.
- the frame portion 710 and the like are generally formed relatively thick.
- the heater 722 for temperature adjustment is disposed on the outer side of the side of the container body 702 away from the electric element 704.
- a metal pin 706 is provided between the heater 722 and the electric element 704. For this reason, the heat generated from the heater 722 escapes to the socket substrate 708 via the metal pins 706. Therefore, most of the heat generated from the heater 722 is consumed for heating the metal pins 706 and the socket substrate 708, and therefore, more electric power is required to adjust the temperature of the target electric element 704. was there. Further, in the above structure, for example, in order to obtain a large amount of heat generation, the volume of the heater 722 itself is increased, and there is a problem that the entire structure becomes thick and large.
- the present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to further reduce the size and thickness of an electrical element package that requires temperature adjustment, and to further reduce power consumption.
- An electrical element package includes an electrical element and a substrate on which the electrical element is mounted, a container that accommodates the electrical element and hermetically seals together with a space above the electrical element, and a temperature control unit provided on the substrate. And a connecting means for making an electrical connection between the electric element and the outside of the container.
- the substrate on which the electric element is mounted is provided with the temperature adjusting means, the package of the electric element requiring temperature adjustment is further reduced in size and thickness, and the consumption is reduced. An excellent effect that electric power can be further reduced is obtained.
- FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of an electrical element package according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the electrical element package according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 1C is a plan view showing the configuration of the electrical element package according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2A is a plan view illustrating a configuration example of a heater.
- FIG. 2B is a plan view illustrating a configuration example of the heater.
- FIG. 2C is a plan view illustrating a configuration example of the heater.
- FIG. 2D is a plan view illustrating a configuration example of the heater.
- FIG. 1A is a cross-sectional view showing a configuration of an electrical element package according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 1B is a cross-sectional view showing the configuration of the electrical element package according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrical element package according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 4A is a cross-sectional view showing a configuration of an electrical element package according to Embodiment 3 of the present invention.
- FIG. 4B is a cross-sectional view showing the configuration of the electrical element package according to Embodiment 3 of the present invention.
- FIG. 4C is a plan view showing a configuration of an electrical element package according to Embodiment 3 of the present invention.
- FIG. 5A is a cross-sectional view showing a configuration of a package of another electric element according to Embodiment 3 of the present invention.
- FIG. 5B is a cross-sectional view showing a configuration of a package of another electric element according to Embodiment 3 of the present invention.
- FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the electrical element package according to Embodiment 4 of the present invention.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrical element package.
- FIGS. 1A to 1C show a cross section taken along line aa in FIG. 1C
- FIG. 1B shows a cross section taken along line bb in FIG. 1C.
- the electrical element package in Embodiment 1 includes an electrical element 103, a substrate 121 on which the electrical element 103 is mounted, and a container 100 that houses the electrical element 103.
- the container 100 includes a lid portion 101 and a container main body 102.
- the container 100 hermetically seals the electric element 103 together with the space above the electric element 103.
- the substrate 121 is made of ceramic which is an insulator.
- this package includes a heater 105 built in the substrate 121 and a flexible printed wiring 107 that makes electrical connection between the electric element 103 and the outside of the container 100.
- a part of the substrate 121 constitutes the bottom of the container main body 102.
- the heater 105 should just be provided in the area
- the lid portion 101 includes a window frame portion 111 made of Kovar and an optical window 104 made of sapphire.
- the opening area of the optical window 104 is indicated by a dotted line.
- the container body 102 includes a substrate 121, a frame portion 122 made of ceramic, and a Kovar frame portion 123.
- the substrate 121 and the frame portion 122 are integrally molded.
- the electric element 103 is fixed on the substrate 121 in a region where the heater 105 is incorporated, by an adhesive layer 124 made of solder, resin, or the like.
- the adhesive layer 124 can be made more thermally conductive if it is made of a metal such as solder.
- an internal wiring structure 106 made of a conductive material is formed in the container main body 102.
- a terminal connected to one end of the internal wiring structure 106 is disposed inside the container main body 102.
- the terminal of the electric element 103 is connected to this terminal via a bonding wire 108.
- a terminal connected to the other end of the internal wiring structure 106 is disposed outside the container body 102.
- a flexible printed wiring 107 is connected to this terminal.
- the flexible printed wiring 107 can electrically connect the electric element 103 and the outside of the container 100.
- Some internal wiring structures 106 are also connected to the heater 105 inside the substrate 121.
- the substrate 121 and the container body 102 are formed by laminating an unfired green sheet and a wiring structure and firing them.
- the green sheet is manufactured as follows. For example, first, a slurry in which the above powder is dispersed in a dispersion medium made of an organic solvent such as 2-propanol is prepared by adding a polyvinyl binder and a surfactant to a metal oxide powder such as alumina. To do. Next, the produced slurry is formed by, for example, a well-known doctor blade method to form a slurry layer, and the slurry layer is dried to remove the dispersion medium to obtain a green sheet.
- a slurry in which the above powder is dispersed in a dispersion medium made of an organic solvent such as 2-propanol is prepared by adding a polyvinyl binder and a surfactant to a metal oxide powder such as alumina. To do.
- the produced slurry is formed by, for example, a well-known doctor blade method to form a slurry layer, and the slurry layer is dried to remove the dispersion medium to obtain a green sheet.
- a wiring pattern and a portion to be the heater 105 are formed by screen printing using a paste material containing a metal material, and a new green sheet is laminated thereon to form the shape of the container body 102 And By firing these, a substrate 121 and a container body 102 which are made of alumina ceramic and have a heater 105 and an internal wiring structure 106 therein can be produced.
- the heater 105 As described above, by forming the internal wiring structure 106 in the substrate 121 constituting the bottom of the container body 102, the internal wiring structure 106 can be arranged in a wide area in the region where the electric element 103 is fixed. Can do. In this region, the resistance value of the wiring in the region can be increased by designing the shape of the wiring, such as reducing the wiring width of the wiring constituting the internal wiring structure 106 and increasing the wiring length. Moreover, the wiring in the said area
- the heater 105 adjusts the temperature of the electric element 103 disposed inside the container 100. For example, the temperature adjustment is performed by controlling the output of the heater 105 as the temperature adjusting means so that the temperature value measured by the temperature measuring means (not shown) approaches a predetermined temperature setting value.
- the package can be thinned. Further, by increasing the area where the region where the heater 105 is formed and the region where the electric element 103 is arranged is increased, or by reducing the distance between the heater 105 and the electric element 103, the heat conduction is consequently increased. Can be improved. As a result, the temperature of the electric element 103 mounted on the substrate 121 can be adjusted with a small amount of heat generation (power consumption). Since the amount of generated heat can be reduced, the volume of the heater 105 itself can be reduced, and the package can be downsized. As described above, it is possible to reduce the thickness of the package and reduce the power consumption of the temperature adjustment mechanism.
- the internal wiring structure 106 electrically connects the inside and outside of the shielding space in the container 100. Furthermore, the internal wiring structure 106 is electrically connected to the flexible printed wiring 107 outside the shielding space. When the electrical element 103 is inside the shielded space, the electrical element 103 is connected to the outside by connecting the terminal of the electrical element 103 and the terminal disposed inside the shielded space of the internal wiring structure 106 with a bonding wire 108 or the like. Can be electrically connected.
- the electrical element 103 is, for example, a MEMS sensor element.
- external light is input to the MEMS sensor element through the optical window 104 through which light passes, or light is output from the MEMS sensor element to the outside.
- stress is applied to the container body 102 or the electric element 103 due to the difference between the coefficient of thermal expansion of the container 100 and the coefficient of thermal expansion of the external structure. causes a problem that the position shifts with respect to a predetermined optical axis.
- PGA since the package is mechanically fixed by inserting metal pins into a socket substrate that is an external structure, the above-described problem occurs.
- a connecting means As a method of electrically connecting to the outside, instead of the flexible printed wiring 107, as a connecting means, either or both of a coil and an antenna are provided on the container body and the outside of the container, and the connecting means in the vicinity of the space is separated. It is good also as a structure which exchanges an electric signal and electric power wirelessly.
- an optical connecting means including a light receiving element and a light emitting element is provided on the container body and the outside of the container so that the electrical connection between the electric element and the outside of the container is performed wirelessly through optical communication. It may be.
- a light receiving element may be provided inside the container, and light from a light emitting element disposed outside the container may be received by the light receiving element and converted into electric power or an electric signal.
- a plurality of metal pins having a diameter of about 0.5 mm are provided on the bottom surface of the package.
- a plurality of metal leads having a width of about 0.5 mm are provided on each side of the bottom of the package.
- the package becomes thick and it is difficult to reduce the thickness.
- since there are a plurality of metal bodies in the vicinity of the heater heat conduction to the outside of the package increases, and heat for heating the built-in electric element leaks.
- the flexible printed wiring 107 extending in the horizontal direction together with the substrate 121 is used as the connecting means instead of the pins and leads, so that the package can be thinned. is there. Further, since the flexible printed wiring 107 is separated from the heater in the horizontal direction along the substrate 121, heat from the heater is difficult to escape. Furthermore, the flexible printed wiring itself has a low thermal conductivity because it is composed of, for example, a wiring having a cross section of about 200 ⁇ m in width and a thickness of about 20 ⁇ m and a length of several centimeters. Accordingly, the amount of heat generated by the heater can be reduced. Since the amount of generated heat can be reduced, the volume of the heater itself can be reduced and the size can be reduced. According to the first embodiment, it is possible to reduce the thickness of the package of the electric element and reduce the power consumption of the temperature adjustment mechanism.
- FIGS. 2A to 2D are plan views showing wiring patterns serving as heaters.
- the heater wiring pattern is formed in a coil shape, and the wiring interval is denser toward the periphery and the wiring interval is coarser toward the center.
- the heater region where the heater is formed a temperature distribution in which the temperature becomes lower in the peripheral portion is likely to occur due to conduction to the outside.
- the amount of heat conducted to the outside can be compensated. Thereby, a uniform temperature distribution in the heater region can be realized.
- adjacent wirings may be arranged in parallel to each other, and current directions of adjacent wirings may be opposite to each other.
- a resistance heating type heater when a large current flows, a magnetic field is generated according to Ampere's law, and the influence on an electric element and light cannot be controlled.
- the adjacent magnetic lines cancel out the generated magnetic fields, so that the influence of the magnetic field due to the heater current can be reduced.
- adjacent wirings may be arranged in parallel to each other, the intervals between the respective wirings may be equal, and the current directions of the adjacent wirings may be the same.
- it is coiled.
- the heater current an alternating current (Alternate Current)
- it is possible to control electric elements and light with an alternating magnetic field generated by the alternating current while generating constant heat if averaged over time it can.
- the wiring pattern used as a heater can be variously combined by the above-described three configurations.
- a coil shape may be used, adjacent wirings may be parallel to each other, intervals between the respective wirings may be equal, and current directions of adjacent wirings may be reversed.
- FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrical element package according to Embodiment 2 of the present invention.
- the electrical element package in Embodiment 2 includes the electrical element 103, a chip carrier 323 on which the electrical element 103 is mounted, and a container 100 that houses the electrical element 103.
- the container 100 includes a lid portion 101 and a container main body 102.
- the container 100 hermetically seals the electric element 103 together with the space above the electric element 103.
- the chip carrier 323 is made of ceramic which is an insulator.
- the electric element 103 is fixed on the chip carrier 323 by an adhesive layer 324 made of solder, resin, or the like. Note that the adhesive layer 324 can be made more thermally conductive if it is made of a metal such as solder.
- the package also includes a heater 305 built in the chip carrier 323 and a flexible printed wiring 107 that electrically connects the electric element 103 and the outside of the container 100.
- a part of the container support substrate 321 constitutes the bottom of the container main body 102.
- the chip carrier 323 is accommodated in the container 100 together with the electric element 103.
- the lid portion 101 includes a window frame portion 111 made of Kovar and an optical window 104 made of sapphire.
- the container body 102 includes a container support substrate 321 made of ceramic, a frame portion 122 made of ceramic, and a frame portion 123 made of Kovar.
- the container support substrate 321 and the frame part 122 are integrally molded.
- the chip carrier 323 is fixed on the container support substrate 321 by an adhesive layer 322 made of solder, resin, or the like.
- the adhesive layer 322 is preferably made of a resin or the like and has a lower thermal conductivity than the adhesive layer 324. By doing so, it is possible to suppress the heat generated from the heater 305 from escaping to the container support substrate 321 side. As a result, the temperature of the electric element 103 can be adjusted with a smaller amount of heat generation than in the first embodiment.
- the adhesive layer 322 As a material for the adhesive layer 322, it is required that there is little degassing in order to use it in a hermetically sealed container and that the electric element is not displaced with respect to a predetermined optical axis. In order to satisfy the latter requirement, the difference in thermal expansion coefficient from the ceramic constituting the chip carrier and container is small, the curing shrinkage of the adhesive is small, and the glass transition temperature is small in order to reduce misalignment during high temperature storage and operation. Higher is suitable.
- Epotek's 353ND and NTT Advanced Technology's AT4291A are materials for the adhesive layer 322 as an adhesive that takes into account differences in thermal expansion, cure shrinkage, and glass transition temperature. As mentioned.
- an internal wiring structure 106 made of a conductive material is formed in the container main body 102.
- a terminal connected to one end of the internal wiring structure 106 is disposed inside the container main body 102.
- the terminal of the electric element 103 is connected to this terminal via a bonding wire 108.
- a terminal connected to the other end of the internal wiring structure 106 is disposed outside the container body 102.
- a flexible printed wiring 107 is connected to this terminal.
- the flexible printed wiring 107 can electrically connect the electric element 103 and the outside of the container 100.
- the container body 102 including the container support substrate 321 is formed by laminating unfired green sheets and wiring structures in the same manner as the substrate 121 (see FIGS. 1A, 1B, and 1C) in Embodiment 1 described above, and firing these. It is formed by doing. A wiring pattern is formed on the green sheet by screen printing using a paste material containing a metal material, and a new green sheet is laminated thereon to obtain the shape of the container body 102. By firing these, the container body 102 made of alumina ceramic and having the internal wiring structure 106 therein can be produced.
- an internal wiring structure is formed in the chip carrier 323, and in the region where the electric element 103 is fixed, the wiring width of the wiring constituting the built-in internal wiring structure is reduced and the wiring length is increased.
- the resistance value of the wiring can be increased by designing the shape of the wiring.
- region can also be comprised from a metal material with high electrical resistance.
- the wiring formed in this manner becomes a resistance heating element that generates resistance by flowing current, and can become the heater 305.
- the heater 305 adjusts the temperature of the electric element 103 disposed inside the container 100 and fixed on the chip carrier 323.
- the package can be thinned. Further, by increasing the area where the region where the heater 305 is formed and the region where the electric element 103 is arranged is increased, or by reducing the separation distance between the heater 305 and the electric element 103, heat conduction is consequently achieved. Can be improved. As a result, the temperature of the target electric element 103 can be adjusted with a small amount of heat generation (power consumption). Since the amount of generated heat can be reduced, the volume of the heater 305 itself can be reduced, and the package can be downsized. As described above, it is possible to reduce the thickness of the package and reduce the power consumption of the temperature adjustment mechanism. Other configurations are the same as those of the first embodiment described above.
- FIGS. 4A to 4C show a cross section taken along line aa in FIG. 4C
- FIG. 4B shows a cross section taken along line bb in FIG. 4C.
- the electrical element package in Embodiment 3 includes an electrical element 103, a substrate 121 on which the electrical element 103 is mounted, and a container 100 that houses the electrical element 103.
- the container 100 includes a lid portion 101 and a container main body 102.
- the container 100 hermetically seals the electric element 103 together with the space above the electric element 103.
- the substrate 121 is made of ceramic which is an insulator.
- this package includes a heater 105 built in the substrate 121 and a flexible printed wiring 107 that makes electrical connection between the electric element 103 and the outside of the container 100.
- a part of the substrate 121 constitutes the bottom of the container main body 102.
- the lid 101 includes a window frame portion 111 made of Kovar and an optical window 104 made of sapphire.
- the container body 102 includes a substrate 121, a frame portion 122 made of ceramic, and a Kovar frame portion 123.
- the substrate 121 and the frame portion 122 are integrally molded.
- the electric element 103 is fixed on the substrate 121 in a region where the heater 105 is incorporated, by an adhesive layer 124 made of solder, resin, or the like.
- an internal wiring structure 106 made of a conductive material is formed in the container main body 102.
- a terminal connected to one end of the internal wiring structure 106 is disposed inside the container main body 102.
- the terminal of the electric element 103 is connected to this terminal via a bonding wire 108.
- a terminal connected to the other end of the internal wiring structure 106 is disposed outside the container body 102.
- a flexible printed wiring 107 is connected to this terminal.
- the flexible printed wiring 107 can electrically connect the electric element 103 and the outside of the container 100.
- Some internal wiring structures 106 are also connected to the heater 105 inside the substrate 121.
- the substrate 121 and the container 100 are fixed to a fixed component 401 having an opening.
- the four corners of the substrate 121 arranged in the opening of the fixed component 401 are fixed to the fixing portion 402 of the fixed component 401 by the adhesive layer 403.
- the flexible printed wiring 107 is connected to a terminal connection portion 404 formed on the fixed component 401.
- the adhesive layer 403 is an adhesive composed of a resin.
- the adhesive layer 403 should just be comprised from the material whose heat conductivity is low compared with metals, such as solder.
- the region fixed by the adhesive layer 403 is preferably as small as possible, and the adhesive layer 403 is preferably thick. By doing in this way, the thermal conductivity between the board
- the portion where the terminal connecting portion 404 is fixed may be formed integrally with the fixing component 401 or may be a separate body.
- the fixed component 401 may be disposed on the same side as the electric element 103 with respect to the substrate 121 constituting the container body 102.
- the overall thickness does not change even if the fixing component 401 is provided, and the overall thickness can be further reduced.
- the fourth embodiment is an example in which a Peltier element is used as the temperature adjusting means.
- the electric element 603 may be accommodated in a container 600 including a container main body 601 and a lid 602 together with a chip carrier 604 composed of a Peltier element.
- the temperature adjusting means is a chip carrier 604 composed of a Peltier element.
- the container main body 601 includes a container support substrate 611 and a frame portion 612.
- the lid portion 602 includes a frame portion 621 and an optical window 622.
- a metal part 605 penetrating the container support substrate 611 is provided, and the chip carrier 604 is disposed thereon.
- the metal part 605 may be made of CuW having the same thermal expansion coefficient as that of the container support substrate 611 made of ceramic and having high thermal conductivity.
- the chip carrier 604 may be fixed on the metal portion 605 with an adhesive layer 607 made of AuSn, and the electric element 603 may be fixed on the chip carrier 604 with an adhesive layer 608 made of AuSn.
- a heat sink 606 is provided on the back side of the metal part 605 (outside the container 600). As described above, by using the chip carrier 604 formed of Peltier elements, the temperature of the electric element 603 such as a laser diode element can be adjusted more precisely.
- the electrical element package according to the present invention includes an electrical element, a substrate on which the electrical element is mounted, a container that houses the electrical element and is hermetically sealed together with a space above the electrical element, and the substrate. Temperature control means provided and connection means for making electrical connection between the electric element and the outside of the container are provided. As a result, according to the present invention, the package of the electric element that requires temperature adjustment can be made smaller and thinner, and the power consumption can be further reduced.
- the substrate may constitute a part of the container. Further, the temperature adjusting means may be built in the substrate.
- the electric element may be housed in a container together with the substrate, and the temperature adjusting means may be built in the substrate.
- the substrate may be made of ceramic, and the temperature adjusting means may be made of a resistance heating element.
- the temperature adjusting means may be a substrate composed of Peltier elements, and the electric element may be housed in a container together with the substrate composed of Peltier elements.
- the connecting means may be constituted by flexible printed wiring.
- the connection means may include at least one of a coil and an antenna, and may electrically connect the electrical element and the outside of the container wirelessly.
- the connection means includes optical connection means including a light receiving element and a light emitting element, and the electrical connection between the electrical element and the outside of the container is performed wirelessly via optical communication. May be.
- the sealing structure may be resin sealing.
- SYMBOLS 100 ... Container, 101 ... Cover part, 102 ... Container main body, 103 ... Electrical element, 104 ... Optical window, 105 ... Heater (temperature adjustment means), 106 ... Internal wiring structure, 107 ... Flexible printed wiring (connection means), 108 DESCRIPTION OF SYMBOLS Bonding wire 111 ... Window frame part 121 ... Substrate 122 ... Frame part 123 ... Frame part 124 ... Adhesive layer
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電気素子を収容して気密封止された電気素子のパッケージに関する。 The present invention relates to a package of an electric element that contains the electric element and is hermetically sealed.
レーザーダイオード,MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサ素子,液晶素子などの電気素子は、湿度などの環境条件の変化による特性変化を防ぐために、所定の容器内に気密封止されてパッケージとされる。例えば、非特許文献1に示されている波長選択スイッチ用MEMSミラーアレイモジュールは、電気駆動のために、環境に露出している状態では湿度による容量変化の影響を受ける。また、MEMS製造技術を用いて作製された微細構造体では、外界から侵入した異物により、機械的な可動部分の干渉・固着が引き起こされる可能性がある。これらの問題を避けるために、上述したようなモジュールは、容器内に気密封止されている。
Electrical elements such as laser diodes, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) sensor elements, and liquid crystal elements are hermetically sealed in a predetermined container in order to prevent changes in characteristics due to changes in environmental conditions such as humidity. For example, the wavelength selective switch MEMS mirror array module disclosed in Non-Patent
このような、従来のパッケージについて図7を用いて説明する。図7は、一般的に用いられているパッケージの構成を示す構成図である。図7では、断面を模式的に示している。このパッケージは、蓋部701と容器本体702とから構成された容器700を備える。蓋部701と容器本体702とは、シーム溶接やはんだ接合などで接合され、外界からの物質の出入りが遮られた遮蔽空間703を形成している。例えば、蓋部701は、コバール(Kovar)製の窓枠部712にガラス製の光学窓713が接合されている。また、容器本体702は、セラミック基板705と、セラミック製の枠部710と、コバール製の枠部711とから構成されている。窓枠712の下面周辺部と枠部711の上面とを接合することで、遮蔽空間703が得られる。
Such a conventional package will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a configuration diagram showing a configuration of a generally used package. FIG. 7 schematically shows a cross section. This package includes a
このように構成された容器700の遮蔽空間703内に、レーザーダイオード,MEMSセンサ素子,液晶素子などの電気素子704が配置される。セラミック基板705の上に、はんだなどの接着層709により電気素子704が固定される。レーザーダイオード,MEMSセンサ素子,液晶素子などの電気素子は、温度調整を必要とすることがある。このため、容器本体702の側部外側には、ヒータ722を含む温度調節部721が設けられる。また、容器700は、外界との光の入出力が可能な光学窓713を備え、容器700に配置された電気素子704と光学的な入出力を行うことができる。また、遮蔽空間703は、MEMSを構成する可動部の動作領域を提供する。また、容器700は、電気素子704を気密封止して湿度変化や酸化の影響を避け長期信頼性を向上させる。
An
なお、セラミック基板705の裏面側には、直径0.5mm程度の複数の金属ピン706が設けられている。このような複数の金属ピン706は、ピングリッドアレイ(Pin Grid Array;PGA)と呼ばれている。また、電気素子704は、ボンディングワイヤ707を経由して容器本体702内の電気配線(不図示)に接続され、この電気配線を経由して金属ピン706に接続されている。また、パッケージは、金属ピン706をソケット基板708に差し込むことで固定される。
A plurality of
上述したような、PGA形式のパッケージでは、一般に、枠部710などが比較的厚く形成されている。また、温度調整のためのヒータ722は、電気素子704から離れた容器本体702の側部外側などに配置される。加えて、ヒータ722と電気素子704との間には、金属ピン706が設けられている。このため、ヒータ722より生じた熱は、金属ピン706を介してソケット基板708に逃げる。従って、ヒータ722より生じた熱の大部分は、金属ピン706およびソケット基板708の加熱に消費されてしまうため、対象とする電気素子704の温度調整にはより多くの電力が必要になるという問題があった。また、上記の構造において、例えば大きな発熱量を得るためには、ヒータ722自体の体積を大きくすることになり、全体として厚く大型化してしまうという問題があった。
In the PGA package as described above, the
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、温度調整が必要な電気素子のパッケージを、より小型化および薄型化し、また、消費電力をより低減することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and aims to further reduce the size and thickness of an electrical element package that requires temperature adjustment, and to further reduce power consumption. And
本発明に係る電気素子のパッケージは、電気素子および電気素子を搭載する基板と、電気素子を収容して電気素子の上部の空間とともに気密封止する容器と、基板に設けられた温度調節手段と、電気素子と容器の外部との電気的な接続を行う接続手段とを備える。 An electrical element package according to the present invention includes an electrical element and a substrate on which the electrical element is mounted, a container that accommodates the electrical element and hermetically seals together with a space above the electrical element, and a temperature control unit provided on the substrate. And a connecting means for making an electrical connection between the electric element and the outside of the container.
以上説明したように、本発明によれば、電気素子を搭載する基板に温度調節手段を備えるようにしたので、温度調整が必要な電気素子のパッケージを、より小型化および薄型化し、また、消費電力をより低減できるという優れた効果が得られる。 As described above, according to the present invention, since the substrate on which the electric element is mounted is provided with the temperature adjusting means, the package of the electric element requiring temperature adjustment is further reduced in size and thickness, and the consumption is reduced. An excellent effect that electric power can be further reduced is obtained.
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[実施の形態1]
はじめに、本発明の実施の形態1について図1A~図1Cを用いて説明する。図1Aは、図1Cにおけるaa線の断面を示し、図1Bは、図1Cにおけるbb線の断面を示している。
[Embodiment 1]
First,
実施の形態1における電気素子のパッケージは、電気素子103および電気素子103を搭載する基板121と、電気素子103を収容する容器100とを備える。容器100は、蓋部101および容器本体102から構成される。容器100は、電気素子103の上部の空間とともに電気素子103を気密封止する。実施の形態1では、基板121は、絶縁体であるセラミックから構成されている。
The electrical element package in
また、このパッケージは、基板121に内蔵されたヒータ105と、電気素子103と容器100の外部との電気的な接続を行うフレキシブルプリント配線107とを備える。実施の形態1では、基板121の一部は、容器本体102の底部を構成する。また、ヒータ105は、基板121のうち、電気素子103が配置される領域に設けられていればよい。
Further, this package includes a
ここで、蓋部101は、コバールから構成された窓枠部111と、サファイヤから構成された光学窓104とを備える。なお、図1Cにおいて、光学窓104の開口領域を点線で示している。また、容器本体102は、基板121と、セラミックから構成された枠部122と、コバール製の枠部123とを備える。例えば、基板121と枠部122とは、一体に成型されている。枠部122の内側において、ヒータ105が内蔵された領域の基板121の上に、はんだや樹脂などから構成された接着層124により電気素子103が固定されている。なお、接着層124は、はんだなどの金属から構成した方が、より熱伝導性をよくすることができる。
Here, the
また、容器本体102内には、導電性材料からなる内部配線構造106が形成されている。容器本体102の内側には、内部配線構造106の一端に接続された端子が配置されている。この端子には、ボンディングワイヤ108を介して電気素子103の端子が接続されている。また、容器本体102の外側には、内部配線構造106の他端に接続された端子が配置されている。この端子には、フレキシブルプリント配線107が接続されている。フレキシブルプリント配線107により、電気素子103と容器100の外部とを電気的に接続することができる。また、一部の内部配線構造106は、基板121の内部で、ヒータ105にも接続されている。
In the container
基板121および容器本体102は、未焼成のグリーンシートおよび配線構造を積層し、これらを焼成することで形成されている。
The
グリーンシートは、次に示すようにして作製される。例えば、まず、アルミナなどの金属酸化物の粉体に、ポリビニル系のバインダーおよび界面活性剤を加えて、2-プロパノールなどの有機溶媒からなる分散媒体に上記粉体が分散されているスラリーを作製する。次に、作製したスラリーを例えばよく知られたドクターブレード法により成形してスラリーの層を形成し、このスラリーの層を乾燥することによって分散媒体を除去し、グリーンシートとする。 The green sheet is manufactured as follows. For example, first, a slurry in which the above powder is dispersed in a dispersion medium made of an organic solvent such as 2-propanol is prepared by adding a polyvinyl binder and a surfactant to a metal oxide powder such as alumina. To do. Next, the produced slurry is formed by, for example, a well-known doctor blade method to form a slurry layer, and the slurry layer is dried to remove the dispersion medium to obtain a green sheet.
上述したグリーンシートの上に、金属材料を含むペースト材料を用いたスクリーン印刷により、配線パターンおよびヒータ105となる部分を形成し、この上に、新たなグリーンシートを積層して容器本体102の形状とする。これらを焼成することで、アルミナセラミックから構成され、内部にヒータ105および内部配線構造106を備える基板121および容器本体102が作製できる。
On the above-described green sheet, a wiring pattern and a portion to be the
次に、ヒータ105について説明する。上述したように、容器本体102の底部を構成している基板121内に内部配線構造106を形成することによって、電気素子103が固定される領域において、内部配線構造106を広い面積で配置させることができる。この領域において、内部配線構造106を構成する配線の配線幅を細くし、また配線長を長くするなど、配線の形状を設計することにより、上記領域内の配線の抵抗値を上げることができる。また、上記領域内の配線を、電気抵抗の高い金属材料から構成することもできる。このようにして形成された配線は、電流を流すことで抵抗発熱する抵抗発熱体となり、ヒータ105となることができる。このヒータ105により、容器100の内部に配置された電気素子103の温度調整を行う。例えば、図示しない温度測定手段により測定された温度値が、所定の温度設定値に近づくように、温度調節手段としてのヒータ105の出力を制御して温度調整を行う。
Next, the
上述したように、容器本体102を構成している基板121にヒータ105を内蔵することで、パッケージの薄型化が可能となる。また、ヒータ105が形成される領域と電気素子103が配置される領域とが重なる面積を大きくしたり、ヒータ105と電気素子103との離間距離を短くしたりすることによって、結果として熱伝導を向上させることができる。その結果、少ない発熱量(消費電力)で基板121に搭載された電気素子103の温度調整を行うことができる。発熱量が低減できるのでヒータ105自体の体積も小さくでき、パッケージの小型化が可能である。以上のようにパッケージの薄型化と温度調整機構の低消費電力化が可能となる。
As described above, by incorporating the
次に、内部配線構造106について説明する。内部配線構造106は、容器100内の遮蔽空間内部と外部とを電気的に接続する。さらに内部配線構造106は、遮蔽空間外部において、フレキシブルプリント配線107と電気的に接続される。遮蔽空間内部に電気素子103がある場合は、ボンディングワイヤ108等で電気素子103の端子と内部配線構造106の遮蔽空間内部側に配置された端子を接続することによって、電気素子103と外部とを電気的に接続することができる。
Next, the
電気素子103は、例えばMEMSセンサ素子である。この場合は、光が透過する光学窓104を介して外部光をMEMSセンサ素子に入力し、あるいは、MEMSセンサ素子から外部へ光を出力する。この場合、外部の目標に対して電気素子103の光学軸を一致させる必要がある。容器100を外部構造体に機械的に固定した場合、ヒータ105によって温度調整をすると、容器100の熱膨張率と外部構造体の熱膨張率との違いによって、容器本体102や電気素子103に応力が働き、所定の光学軸に対して位置ずれを起こすという問題が生じる。例えば、PGAでは、金属ピンを外部構造体であるソケット基板に差し込むことでパッケージを機械的に固定しているため、上述した問題が発生することになる。
The
これに対し、フレキシブルプリント配線107を用いて外部と電気的に接続し、外部構造体との機械的な固定を避けることで、温度調整時の熱変形に対して外部構造体からの応力が働かないようにすることができる。その結果、上述したような位置ずれが抑制できるようになる。
In contrast, by electrically connecting to the outside using the flexible printed
外部と電気的に接続する方法として、フレキシブルプリント配線107に代わり、接続手段として、コイルおよびアンテナのどちらか一方あるいは両方を容器本体と容器の外部とに設け、空間的に離間した近傍の接続手段との間で、電気信号や電力を無線でやりとりする構成としてもよい。また、接続手段として、受光素子および発光素子を備える光接続手段を容器本体と容器の外部とに設け、電気素子と容器の外部との電気的な接続を、光通信を介して無線で行うようにしてもよい。例えば、容器内部に受光素子を設け、容器外部に配置された発光素子の光をこの受光素子で受け、電力や電気信号に変換する構成としてもよい。
As a method of electrically connecting to the outside, instead of the flexible printed
従来技術であるピングリッドアレイでは、直径0.5mm程度の複数の金属ピンをパッケージ底面に備えている。また、クワッドフラットパッケージ(Quad Flat Package:QFP)では、0.5mm幅程度の複数の金属リードを、パッケージ底部の各辺に備えている。これら従来のパッケージ構造では、パッケージが厚くなり薄型化が困難になる。さらに、従来のパッケージでは、ヒータの近傍に複数の金属体があるために、パッケージの外部への熱伝導が大きくなり、内蔵する電気素子を加熱する熱が漏れてしまう。 In the conventional pin grid array, a plurality of metal pins having a diameter of about 0.5 mm are provided on the bottom surface of the package. Further, in the quad flat package (QFP), a plurality of metal leads having a width of about 0.5 mm are provided on each side of the bottom of the package. In these conventional package structures, the package becomes thick and it is difficult to reduce the thickness. Further, in the conventional package, since there are a plurality of metal bodies in the vicinity of the heater, heat conduction to the outside of the package increases, and heat for heating the built-in electric element leaks.
これらに対し、実施の形態1によれば、接続手段として、ピンやリードの代わりに、基板121とともに水平方向に延在するフレキシブルプリント配線107を用いているので、パッケージの薄層化が可能である。また、フレキシブルプリント配線107は、ヒータから基板121に沿って水平方向に離れているので、ヒータからの熱が逃げにくい。さらに、フレキシブルプリント配線自身も、例えば、断面が幅200μm、厚さ20μm程度で、長さが数cmの配線から構成されているため熱伝導が低い。従って、ヒータの発熱量を低減することができる。発熱量が低減できるのでヒータ自体の体積も小さくでき、小型化が可能である。実施の形態1によれば、電気素子のパッケージの薄型化、温度調整機構の低消費電力化が可能となる。
On the other hand, according to the first embodiment, the flexible printed
ここで、基板に内蔵する配線により構成するヒータについて、図2A~図2Dの平面を用いて説明する。図2A~図2Dは、ヒータとなる配線のパターンを示す平面図である。例えば、図2Aに示すように、ヒータ配線パターンは、コイル状に形成され、周辺部ほど配線間隔が密であり、中央部ほど配線間隔が粗になる構成とする。ヒータが形成されるヒータ領域では、外部への伝導により、周辺部ほど温度が低くなる温度分布が生じやすい。これに対し、上述した構成とすることで、外部に伝導する熱量を補えるようになる。これにより、ヒータ領域内での均一な温度分布が実現できる。 Here, a heater constituted by wiring built in the substrate will be described with reference to the planes of FIGS. 2A to 2D. 2A to 2D are plan views showing wiring patterns serving as heaters. For example, as shown in FIG. 2A, the heater wiring pattern is formed in a coil shape, and the wiring interval is denser toward the periphery and the wiring interval is coarser toward the center. In the heater region where the heater is formed, a temperature distribution in which the temperature becomes lower in the peripheral portion is likely to occur due to conduction to the outside. On the other hand, with the above-described configuration, the amount of heat conducted to the outside can be compensated. Thereby, a uniform temperature distribution in the heater region can be realized.
また、図2Bに示すように、隣り合う配線を互いに平行に配置し、また、隣り合う配線の電流の方向が互いに逆向きとしてもよい。一般に、抵抗加熱型のヒータでは、大電流が流れると、アンペールの法則に従い磁場が発生し、電気素子や光に与える影響が制御できない。これに対し、上述した構成とすることで、隣り合う配線では、発生する磁場が打ち消し合うため、ヒータ電流による磁場の影響を低減できる。 Further, as shown in FIG. 2B, adjacent wirings may be arranged in parallel to each other, and current directions of adjacent wirings may be opposite to each other. Generally, in a resistance heating type heater, when a large current flows, a magnetic field is generated according to Ampere's law, and the influence on an electric element and light cannot be controlled. On the other hand, with the above-described configuration, the adjacent magnetic lines cancel out the generated magnetic fields, so that the influence of the magnetic field due to the heater current can be reduced.
また、図2Cに示すように、隣り合う配線を互いに平行に配置し、各配線の間隔を等しくし、また、隣り合う配線の電流の方向が同じとしてもよい。図2Cでは、コイル状としている。このような構成とすることで、ヒータ領域の中央部でヒータ領域の平面に鉛直な方向(法線方向)で、中央から周辺部に行くほど強度が弱くなるような磁場を発生させることができる。ヒータ電流を交流電流(Alternate Current)とすることで、時間的に平均すれば一定の熱を発生させながら、交流電流によって発生する交流磁場によって電気素子や光を変調するなどの制御を行うことができる。 Further, as shown in FIG. 2C, adjacent wirings may be arranged in parallel to each other, the intervals between the respective wirings may be equal, and the current directions of the adjacent wirings may be the same. In FIG. 2C, it is coiled. By adopting such a configuration, it is possible to generate a magnetic field whose intensity decreases in the direction from the center to the periphery in a direction (normal direction) perpendicular to the plane of the heater region at the center of the heater region. . By making the heater current an alternating current (Alternate Current), it is possible to control electric elements and light with an alternating magnetic field generated by the alternating current while generating constant heat if averaged over time it can.
なお、ヒータとなる配線パターンは、上述した3つの構成による様々な組み合わせが可能である。例えば、図2Dに示すように、コイル状とし、隣り合う配線を互いに平行な状態とし、各配線の間隔を等しくし、また、隣り合う配線の電流の方向が逆となる状態としてもよい。 In addition, the wiring pattern used as a heater can be variously combined by the above-described three configurations. For example, as shown in FIG. 2D, a coil shape may be used, adjacent wirings may be parallel to each other, intervals between the respective wirings may be equal, and current directions of adjacent wirings may be reversed.
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2について図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態2における電気素子のパッケージの構成を示す断面図である。
[Embodiment 2]
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of an electrical element package according to Embodiment 2 of the present invention.
実施の形態2における電気素子のパッケージは、電気素子103および電気素子103を搭載するチップキャリア323と、電気素子103を収容する容器100とを備える。容器100は、蓋部101および容器本体102から構成される。容器100は、電気素子103の上部に空間とともに電気素子103を気密封止する。実施の形態2では、チップキャリア323は、絶縁体であるセラミックから構成されている。また、電気素子103は、はんだや樹脂などから構成された接着層324により、チップキャリア323の上に固定されている。なお、接着層324は、はんだなどの金属から構成した方が、より熱伝導性をよくすることができる。
The electrical element package in Embodiment 2 includes the
また、このパッケージは、チップキャリア323に内蔵されたヒータ305と、電気素子103と容器100の外部との電気的な接続を行うフレキシブルプリント配線107とを備える。実施の形態2では、容器支持基板321の一部は、容器本体102の底部を構成する。また、チップキャリア323は、電気素子103とともに容器100に収容されている。
The package also includes a
ここで、蓋部101は、コバールから構成された窓枠部111と、サファイヤから構成された光学窓104とを備える。また、容器本体102は、セラミックから構成された容器支持基板321と、セラミックから構成された枠部122と、コバール製の枠部123とを備える。例えば、容器支持基板321と枠部122とは、一体に成型されている。枠部122の内側において、容器支持基板321の上に、はんだや樹脂などから構成された接着層322によりチップキャリア323が固定されている。
Here, the
なお、接着層322は、樹脂などから構成し、接着層324より低い熱伝導率とした方がよい。このようにすることで、ヒータ305からの発熱が、容器支持基板321の側に逃げることが抑制できるようになる。これにより、実施の形態1に比較して少ない発熱量で電気素子103の温度調整をすることができる。
Note that the
接着層322の材料として、気密封止された容器内で用いるために脱ガスが少ないことと、電気素子を所定の光学軸に対して位置ずれを起こさないことが求められる。後者の要求を満たすためには、チップキャリアや容器を構成するセラミックとの熱膨張率差が小さく、接着剤の硬化収縮が小さく、高温保管および動作時の位置ずれを小さくするためにガラス転移温度が高いものが適している。未硬化成分が少なく脱ガスが少ないエポキシ樹脂系で、熱膨張率差、硬化収縮、ガラス転移温度を考慮した接着剤として、EPOTEK製の353NDやNTTアドバンステクノロジ製のAT4291Aが、接着層322の材料として挙げられる。
As a material for the
また、容器本体102内には、導電性材料からなる内部配線構造106が形成されている。容器本体102の内側には、内部配線構造106の一端に接続された端子が配置されている。この端子には、ボンディングワイヤ108を介して電気素子103の端子が接続されている。また、容器本体102の外側には、内部配線構造106の他端に接続された端子が配置されている。この端子には、フレキシブルプリント配線107が接続されている。フレキシブルプリント配線107により、電気素子103と容器100の外部とを電気的に接続することができる。
In the container
容器支持基板321を含む容器本体102は、前述した実施の形態1における基板121(図1A,図1B,図1C参照)と同様に、未焼成のグリーンシートおよび配線構造を積層し、これらを焼成することで形成されている。このグリーンシートの上に、金属材料を含むペースト材料を用いたスクリーン印刷により、配線パターンを形成し、この上に、新たなグリーンシートを積層して容器本体102の形状とする。これらを焼成することで、アルミナセラミックから構成され、内部に内部配線構造106を備える容器本体102が作製できる。
The
次に、ヒータ305について説明する。実施の形態2では、チップキャリア323内に内部配線構造を形成し、電気素子103が固定される領域において、内蔵する内部配線構造を構成する配線の配線幅を細くし、また配線長を長くするなど、配線の形状を設計することにより、配線の抵抗値を上げることができる。また、上記領域内の配線を、電気抵抗の高い金属材料から構成することもできる。このようにして形成された配線は、電流を流すことで抵抗発熱する抵抗発熱体となり、ヒータ305となることができる。このヒータ305により、容器100の内部に配置されてチップキャリア323の上に固定された電気素子103の温度調整を行う。
Next, the
上述したように、チップキャリア323にヒータ305を内蔵することで、パッケージの薄型化が可能となる。また、ヒータ305が形成される領域と電気素子103が配置される領域とが重なる面積を大きくしたり、ヒータ305と電気素子103との離間距離を短くしたりすることによって、結果として熱伝導を向上させることができる。その結果、少ない発熱量(消費電力)で対象とする電気素子103の温度調整を行うことができる。発熱量が低減できるのでヒータ305自体の体積も小さくでき、パッケージの小型化が可能である。以上のようにパッケージの薄型化と温度調整機構の低消費電力化が可能となる。なお、他の構成については、前述した実施の形態1と同様である。
As described above, by incorporating the
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3について図4A~図4Cを用いて説明する。図4Aは、図4Cにおけるaa線の断面を示し、図4Bは、図4Cにおけるbb線の断面を示している。
[Embodiment 3]
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 4A to 4C. 4A shows a cross section taken along line aa in FIG. 4C, and FIG. 4B shows a cross section taken along line bb in FIG. 4C.
実施の形態3における電気素子のパッケージは、電気素子103および電気素子103を搭載する基板121と、電気素子103を収容する容器100を備える。容器100は、蓋部101および容器本体102から構成される。容器100は、電気素子103の上部の空間とともに電気素子103を気密封止する。実施の形態3では、基板121は、絶縁体であるセラミックから構成されている。
The electrical element package in Embodiment 3 includes an
また、このパッケージは、基板121に内蔵されたヒータ105と、電気素子103と容器100の外部との電気的な接続を行うフレキシブルプリント配線107とを備える。実施の形態3では、基板121の一部は、容器本体102の底部を構成する。
Further, this package includes a
また、蓋部101は、コバールから構成された窓枠部111と、サファイヤから構成された光学窓104とを備える。また、容器本体102は、基板121と、セラミックから構成された枠部122と、コバール製の枠部123とを備える。例えば、基板121と枠部122とは、一体に成型されている。枠部122の内側において、ヒータ105が内蔵された領域の基板121の上に、はんだや樹脂などから構成された接着層124により電気素子103が固定されている。
Also, the
また、容器本体102内には、導電性材料からなる内部配線構造106が形成されている。容器本体102の内側には、内部配線構造106の一端に接続された端子が配置されている。この端子には、ボンディングワイヤ108を介して電気素子103の端子が接続されている。また、容器本体102の外側には、内部配線構造106の他端に接続された端子が配置されている。この端子には、フレキシブルプリント配線107が接続されている。フレキシブルプリント配線107により、電気素子103と容器100の外部とを電気的に接続することができる。また、一部の内部配線構造106は、基板121の内部で、ヒータ105にも接続されている。
In the container
上述した構成は、前述した実施の形態1と同様である。実施の形態3では、基板121および容器100が、開口を有する固定部品401に固定されている。固定部品401の開口内に配置された基板121の4隅が、固定部品401の固定部402に、接着層403によって固定されている。また、フレキシブルプリント配線107は、固定部品401の上に形成されている端子接続部404に接続されている。
The configuration described above is the same as that of the first embodiment described above. In the third embodiment, the
例えば、接着層403は、樹脂から構成された接着剤である。接着層403は、はんだ等の金属に比べ熱伝導率が低い材料から構成されていればよい。また、接着層403によって固定される領域は、可能な範囲で小さい方がよく、また、接着層403は厚い方がよい。このようにすることで、基板121と固定部品401との間の熱伝導性をより低くすることができる。また、端子接続部404が固定されている箇所は、固定部品401と一体に形成されていてもよく、別体としてもよい。
For example, the
このように固定部品401に固定することで、ヒータ105からの熱が、固定部品401へ漏れることを抑えることができる。この結果、ヒータ105の発熱量を低減することができるので、ヒータ105自体の体積も小さくでき小型化が可能であり、パッケージの薄型化と温度調整機構の低消費電力化が可能となる。また、図4Cに示すように、固定部402を突き出した形状とすることで、容器本体102の熱変形に対して、固定部402における応力を緩和することができる。
It is possible to suppress the heat from the
また、図5A,図5Bに示すように、固定部品401を容器本体102を構成する基板121に対して電気素子103と同じ側に配置してもよい。このようにして配置することで、固定部品401を設けても全体の厚さが変化することがなく、全体としてさらに薄くすることできる。
Further, as shown in FIGS. 5A and 5B, the fixed
[実施の形態4]
実施の形態4は、温度調節手段としてペルチェ素子を用いた例である。図6に示すように、電気素子603を、ペルチェ素子から構成されたチップキャリア604とともに、容器本体601および蓋部602からなる容器600に収容してもよい。この場合、温度調節手段はペルチェ素子から構成されたチップキャリア604である。このパッケージでは、容器本体601は、容器支持基板611および枠部612から構成されている。また、蓋部602は、枠部621と光学窓622とから構成されている。
[Embodiment 4]
The fourth embodiment is an example in which a Peltier element is used as the temperature adjusting means. As shown in FIG. 6, the
また、容器支持基板611を貫通する金属部605を設けてこの上にチップキャリア604を配置する。金属部605は、セラミックから構成された容器支持基板611と熱膨張係数が同じであり、熱伝導性が高いCuWから構成すればよい。金属部605の上に、AuSnからなる接着層607でチップキャリア604を固定し、チップキャリア604の上に、AuSnからなる接着層608で電気素子603を固定すればよい。また、金属部605の裏面側(容器600の外側)には、ヒートシンク606を設ける。このように、ペルチェ素子から構成したチップキャリア604を用いることで、レーザーダイオード素子などの電気素子603の温度調整が、より精密にできるようになる。
Further, a
以上に説明したように、本発明に係る電気素子のパッケージは、電気素子および電気素子を搭載する基板と、電気素子を収容して電気素子の上部の空間とともに気密封止する容器と、基板に設けられた温度調節手段と、電気素子と容器の外部との電気的な接続を行う接続手段とを備えるようにした。この結果、本発明によれば、温度調整が必要な電気素子のパッケージを、より小型化および薄型化し、また、より消費電力が低減できるようになる。 As described above, the electrical element package according to the present invention includes an electrical element, a substrate on which the electrical element is mounted, a container that houses the electrical element and is hermetically sealed together with a space above the electrical element, and the substrate. Temperature control means provided and connection means for making electrical connection between the electric element and the outside of the container are provided. As a result, according to the present invention, the package of the electric element that requires temperature adjustment can be made smaller and thinner, and the power consumption can be further reduced.
上記電気素子のパッケージにおいて、基板は、容器の一部を構成してもよい。また、温度調節手段は基板内に内蔵されてもよい。また、電気素子は、基板とともに容器に収容され、温度調節手段は基板に内蔵されているようにしてもよい。なお、これらの構成においては、基板は、セラミックから構成され、温度調節手段は、抵抗発熱体から構成されていればよい。 In the electrical element package, the substrate may constitute a part of the container. Further, the temperature adjusting means may be built in the substrate. The electric element may be housed in a container together with the substrate, and the temperature adjusting means may be built in the substrate. In these configurations, the substrate may be made of ceramic, and the temperature adjusting means may be made of a resistance heating element.
一方、前述したパッケージにおいて、温度調節手段はペルチェ素子から構成された基板であり、電気素子は、ペルチェ素子から構成された基板とともに容器に収容されるものであってもよい。 On the other hand, in the package described above, the temperature adjusting means may be a substrate composed of Peltier elements, and the electric element may be housed in a container together with the substrate composed of Peltier elements.
また、上述したいずれかの電気素子のパッケージにおいて、接続手段は、フレキシブルプリント配線から構成されていればよい。また、上述したいずれかの電気素子のパッケージにおいて、接続手段は、コイルおよびアンテナの少なくとも1つから構成されて、電気素子と容器の外部との電気的な接続を無線で行うようにしてもよい。また、上述したいずれかのパッケージにおいて、接続手段は、受光素子および発光素子を備える光接続手段を含み、電気素子と容器の外部との電気的な接続を光通信を介して無線で行うようにしてもよい。 Further, in any of the above-described electrical element packages, the connecting means may be constituted by flexible printed wiring. Further, in any of the electrical element packages described above, the connection means may include at least one of a coil and an antenna, and may electrically connect the electrical element and the outside of the container wirelessly. . In any of the packages described above, the connection means includes optical connection means including a light receiving element and a light emitting element, and the electrical connection between the electrical element and the outside of the container is performed wirelessly via optical communication. May be.
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、封止の構造は、樹脂封止であってもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications and combinations can be implemented by those having ordinary knowledge in the art within the technical idea of the present invention. It is obvious. For example, the sealing structure may be resin sealing.
100…容器、101…蓋部、102…容器本体、103…電気素子、104…光学窓、105…ヒータ(温度調節手段)、106…内部配線構造、107…フレキシブルプリント配線(接続手段)、108…ボンディングワイヤ、111…窓枠部、121…基板、122…枠部、123…枠部、124…接着層。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記電気素子を収容して前記電気素子の上部の空間とともに気密封止する容器と、
前記基板に設けられた温度調節手段と、
前記電気素子と前記容器の外部との電気的な接続を行う接続手段と
を備える電気素子のパッケージ。 An electrical element and a substrate on which the electrical element is mounted;
A container that houses the electrical element and hermetically seals together with a space above the electrical element;
Temperature adjusting means provided on the substrate;
An electrical element package comprising: the electrical element and connection means for making electrical connection between the outside of the container.
前記基板は、前記容器の一部から構成され、
前記温度調節手段は、前記基板に内蔵されている
電気素子のパッケージ。 The electrical device package according to claim 1,
The substrate is composed of a part of the container,
The temperature adjusting means is a package of an electric element built in the substrate.
前記電気素子は、前記基板とともに前記容器に収容され、
前記温度調節手段は、前記基板に内蔵されている
電気素子のパッケージ。 The electrical device package according to claim 1,
The electrical element is accommodated in the container together with the substrate,
The temperature adjusting means is a package of an electric element built in the substrate.
前記基板は、セラミックから構成され、
前記温度調節手段は、抵抗発熱体から構成されている
電気素子のパッケージ。 The electrical device package according to claim 1,
The substrate is made of ceramic;
The temperature adjusting means is a package of an electric element composed of a resistance heating element.
前記基板は、ペルチェ素子を含み、前記温度調節手段はペルチェ素子から構成された前記基板であり、前記電気素子は、前記基板とともに前記容器に収容される電気素子のパッケージ。 The electrical device package according to claim 1,
The substrate includes a Peltier element, and the temperature adjusting means is the substrate composed of a Peltier element, and the electric element is a package of an electric element accommodated in the container together with the substrate.
前記接続手段は、フレキシブルプリント配線から構成されている電気素子のパッケージ。 The electrical device package according to claim 1,
The connection means is a package of electric elements composed of flexible printed wiring.
前記接続手段は、コイルおよびアンテナの少なくとも1つから構成されて、前記電気素子と前記容器の外部との電気的な接続を無線で行う電気素子のパッケージ。 The electrical device package according to claim 1,
The connection means is composed of at least one of a coil and an antenna, and is an electrical element package that wirelessly connects the electrical element and the outside of the container.
前記接続手段は、受光素子および発光素子を備える光接続手段を含み、前記電気素子と前記容器の外部との電気的な接続を光通信を介して無線で行う電気素子のパッケージ。 The electrical device package according to claim 1,
The connection means includes an optical connection means including a light receiving element and a light emitting element, and is an electrical element package that performs an electrical connection between the electrical element and the outside of the container wirelessly through optical communication.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2013150152A JP5782070B2 (en) | 2013-07-19 | 2013-07-19 | Electrical element package |
| JP2013-150152 | 2013-07-19 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015008860A1 true WO2015008860A1 (en) | 2015-01-22 |
Family
ID=52346300
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2014/069202 Ceased WO2015008860A1 (en) | 2013-07-19 | 2014-07-18 | Package for electrical element |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5782070B2 (en) |
| WO (1) | WO2015008860A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016031117A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 日本電信電話株式会社 | Electrical-device package |
| EP3059760A1 (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Electronic device |
| CN110240114A (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-17 | 泰雷兹公司 | Electronic system comprising a microelectromechanical system and a box enclosing the microelectromechanical system |
| JP2021125558A (en) * | 2020-02-05 | 2021-08-30 | 古河電気工業株式会社 | Optical device |
| US11244875B2 (en) | 2018-12-06 | 2022-02-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and manufacturing method for semiconductor device |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6713922B2 (en) * | 2016-12-21 | 2020-06-24 | 日本特殊陶業株式会社 | Wiring board for optical element mounting |
| WO2023135929A1 (en) * | 2022-01-11 | 2023-07-20 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | Package |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51144182A (en) * | 1975-06-05 | 1976-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | Indirectly heated semiconductor unit |
| JPH04348280A (en) * | 1991-05-24 | 1992-12-03 | Honda Motor Co Ltd | Heater built-in hybrid ic |
| JP2004296948A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Kyocera Corp | Subcarrier for optical semiconductor element and optical semiconductor device |
| JP2005032779A (en) * | 2003-07-07 | 2005-02-03 | Mitsui Chemicals Inc | Method for manufacturing package |
| JP2008147452A (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Sharp Corp | Optical communication device |
| JP2010021530A (en) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Honeywell Internatl Inc | Packaged die heater |
| JP2010225919A (en) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Sony Corp | Semiconductor device |
| JP2010538497A (en) * | 2007-09-05 | 2010-12-09 | ラムバス・インコーポレーテッド | Method and apparatus for repairing defects in non-volatile semiconductor memory devices |
| JP2012028578A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Algan Kk | Light receiving sensor and liquid sample analyzer |
-
2013
- 2013-07-19 JP JP2013150152A patent/JP5782070B2/en active Active
-
2014
- 2014-07-18 WO PCT/JP2014/069202 patent/WO2015008860A1/en not_active Ceased
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51144182A (en) * | 1975-06-05 | 1976-12-10 | Mitsubishi Electric Corp | Indirectly heated semiconductor unit |
| JPH04348280A (en) * | 1991-05-24 | 1992-12-03 | Honda Motor Co Ltd | Heater built-in hybrid ic |
| JP2004296948A (en) * | 2003-03-27 | 2004-10-21 | Kyocera Corp | Subcarrier for optical semiconductor element and optical semiconductor device |
| JP2005032779A (en) * | 2003-07-07 | 2005-02-03 | Mitsui Chemicals Inc | Method for manufacturing package |
| JP2008147452A (en) * | 2006-12-11 | 2008-06-26 | Sharp Corp | Optical communication device |
| JP2010538497A (en) * | 2007-09-05 | 2010-12-09 | ラムバス・インコーポレーテッド | Method and apparatus for repairing defects in non-volatile semiconductor memory devices |
| JP2010021530A (en) * | 2008-07-14 | 2010-01-28 | Honeywell Internatl Inc | Packaged die heater |
| JP2010225919A (en) * | 2009-03-24 | 2010-10-07 | Sony Corp | Semiconductor device |
| JP2012028578A (en) * | 2010-07-23 | 2012-02-09 | Algan Kk | Light receiving sensor and liquid sample analyzer |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016031117A1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-03-03 | 日本電信電話株式会社 | Electrical-device package |
| JP2016051773A (en) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 日本電信電話株式会社 | Electrical element package |
| EP3059760A1 (en) * | 2015-02-18 | 2016-08-24 | Siemens Aktiengesellschaft | Electronic device |
| CN110240114A (en) * | 2018-03-07 | 2019-09-17 | 泰雷兹公司 | Electronic system comprising a microelectromechanical system and a box enclosing the microelectromechanical system |
| CN110240114B (en) * | 2018-03-07 | 2024-03-29 | 泰雷兹公司 | Electronic system including a microelectromechanical system and a box enclosing the microelectromechanical system |
| US11244875B2 (en) | 2018-12-06 | 2022-02-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and manufacturing method for semiconductor device |
| US11676871B2 (en) | 2018-12-06 | 2023-06-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and manufacturing method for semiconductor device |
| DE102019218478B4 (en) | 2018-12-06 | 2023-08-31 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device and manufacturing method for a semiconductor device |
| JP2021125558A (en) * | 2020-02-05 | 2021-08-30 | 古河電気工業株式会社 | Optical device |
| JP7470517B2 (en) | 2020-02-05 | 2024-04-18 | 古河電気工業株式会社 | Optical equipment |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2015023154A (en) | 2015-02-02 |
| JP5782070B2 (en) | 2015-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2015008860A1 (en) | Package for electrical element | |
| JP6577616B2 (en) | Electrical element mounting package, array type package, and electrical device | |
| US9585264B2 (en) | Package for housing semiconductor element and semiconductor device | |
| JP2015088641A (en) | Optical module | |
| JP6788044B2 (en) | Package with built-in thermoelectric element | |
| KR101465837B1 (en) | Compact housing | |
| JP6713922B2 (en) | Wiring board for optical element mounting | |
| JP2019021866A (en) | Semiconductor laser device | |
| JP2014082348A (en) | Package for storing optical element, optical filter device, optical module, and electronic apparatus | |
| TWI859936B (en) | Semiconductor laser light source device | |
| JP6790902B2 (en) | Electronic device | |
| JP7545349B2 (en) | Optical Modules | |
| CN101989596B (en) | Thermoelectric module and optical transmission apparatus | |
| JP6457864B2 (en) | Optical semiconductor device package and optical semiconductor device | |
| JP2016122978A (en) | Electronic device mounting substrate and electronic device | |
| EP4425546A1 (en) | Substrate for mounting electronic elements, electronic device, and electronic module | |
| JP5931004B2 (en) | Physical quantity measurement sensor | |
| JP7542466B2 (en) | Optical Modules | |
| JP2016051773A (en) | Electrical element package | |
| US10388628B2 (en) | Electronic component package | |
| JP2018137534A (en) | Electronic component housing package, electronic device and electronic module | |
| JP5310375B2 (en) | Optical transmission module | |
| JP2016086126A (en) | Semiconductor element package and semiconductor device | |
| WO2015076256A1 (en) | Electronic component storing package and electronic device | |
| JP2017117833A (en) | Wiring board and electronic device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14826181 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14826181 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |