JP2009129934A - Stem for optical semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】リード端子をガラス封着性と熱伝導性とを兼ね備えた構造として、光半導体素子の動作に伴う熱を効率良く放熱できる光半導体装置用ステムを提供すること。
【解決手段】リード端子挿通穴14が形成された金属ベース1とリード端子挿通穴14に挿通されたリード端子2とがガラスからなる絶縁材3にて封着され、リード端子2の軸芯部をロール状に覆う外側面部にガラス封着が良好な第一の金属21からなり、第一の金属21で覆われた軸芯部が熱伝導に優れた第二の金属22からなることで、ガラス封着性を損なうことなく、放熱性を良好なものとする。
【選択図】図1To provide a stem for an optical semiconductor device capable of efficiently dissipating heat accompanying the operation of an optical semiconductor element, with a lead terminal having a glass sealing property and thermal conductivity.
A metal base 1 having lead terminal insertion holes 14 and a lead terminal 2 inserted through the lead terminal insertion holes 14 are sealed with an insulating material 3 made of glass. The outer surface portion that covers in a roll shape is made of the first metal 21 with good glass sealing, and the shaft core portion covered with the first metal 21 is made of the second metal 22 having excellent heat conduction, Heat dissipation is improved without impairing the glass sealing property.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光半導体素子を気密封止するために用いられる光半導体装置用ステムに関し、金属ベースとリード端子とを絶縁材を介して気密封着した気密端子の技術に係るものである。 The present invention relates to a stem for an optical semiconductor device used for hermetically sealing an optical semiconductor element, and relates to a technique of an airtight terminal in which a metal base and a lead terminal are hermetically sealed via an insulating material.
元来の気密端子としては、金属ベースに挿通穴を形成し、この挿通穴にリード端子を挿通し、電気絶縁を兼ねるガラス等の絶縁材が金属ベースとリード端子との間を気密封着するものがある。 As an original airtight terminal, an insertion hole is formed in a metal base, a lead terminal is inserted into the insertion hole, and an insulating material such as glass that also serves as electric insulation is hermetically sealed between the metal base and the lead terminal. There is something.
図3は上述した気密端子の一例を示すものであり、100は金属ベース、101はベース天板部、102は円筒部、103はフランジ部、104はリード端子挿通穴、200はリード端子、300は絶縁材を各々示している。 FIG. 3 shows an example of the above-described hermetic terminal, wherein 100 is a metal base, 101 is a base top plate portion, 102 is a cylindrical portion, 103 is a flange portion, 104 is a lead terminal insertion hole, 200 is a lead terminal, 300 Indicates an insulating material.
図3に示すように、気密端子は金属ベース100にリード端子200を絶縁材300で気密封着してなる。シェル状を成す金属ベース100は、中央にベース天板部101を有し、この天板部101から表裏の一方側へ垂直方向に円筒部102が延在し、円筒部102から外側へ水平方向にフランジ部103が延在している。
As shown in FIG. 3, the hermetic terminal is formed by hermetically sealing a
ベース天板部101は所定部に表裏に貫通するリード端子挿通穴104が形成してあり、リード端子200がリード端子挿通穴104を挿通している。円筒部102とベース天板部101とで囲まれた金属ベース100の空所にはガラス等の絶縁材300が満たしてあり、絶縁材300はリード端子挿通穴104を満たすとともに、金属ベース100とリード端子200との間を電気絶縁を兼ねて気密封着している。
The base
この様な気密端子の一般的な使用形態は以下のようなものである。ベース天板部101の上に例えば半導体素子(図示せず)を搭載し、この半導体素子とリード端子200の金属ベース100の上に突出した部分との間にAuやAl等の導電性ワイヤー(図示せず)を配線し、金属ベース100を雄型として雄雌形状で整合する雌型をなす金属キャップ(図示せず)を金属ベース100にキャッピングし、金属キャップ(図示せず)とフランジ部103とを、ロー材でロー付けし、あるいは電気熔接で熔接する等の方法により半導体素子(図示せず)を気密封止する。
The general usage of such a hermetic terminal is as follows. For example, a semiconductor element (not shown) is mounted on the base
半導体素子(図示せず)を動作させる際には、リード端子200を介して通電し、生ずる損失に伴う熱は、最終的には大気に放熱する。しかしながら、リード端子200は配線基板(図示せず)に実装されており、この構成では配線基板(図示せず)を放熱板とみなすことができるので、リード端子200の熱伝導性は放熱性を決定する大きなファクターの一つである。
When a semiconductor element (not shown) is operated, current is passed through the
リード端子200の材質は、絶縁材300がガラスである場合には、ガラスとの良好な封着を得ることに適した金属材料としてコバール合金(Fe−25〜35Ni−15〜25Co)、15〜30Cr−Fe合金、Fe−40〜55Ni−3〜8Cr合金等のガラス封着合金と称されるものであった。これらの合金は、Fe、Ni、Cu又はそれらの合金に比して熱伝導率が低いので気密端子として放熱性に劣るものであった。
When the
この問題に鑑みてリード端子の熱伝導性を向上させる従来の気密端子として、リード端子の絶縁材で封着された側と、その反対側とを異なる金属材で形成するものがあった。これには、例えば、特許文献1に記載するものがある。 In view of this problem, as a conventional airtight terminal for improving the thermal conductivity of the lead terminal, there is one in which the side sealed with the insulating material of the lead terminal and the opposite side are formed of different metal materials. For example, there is one described in Patent Document 1.
図4は、特許文献1に記載された従来の気密端子を示すものである。図4において、201はリード端子、202はインナー側リード部、203はアウター側リード部を示しており、図3と同じ構成要素については同じ符号を用いてその説明を省略する。 FIG. 4 shows a conventional hermetic terminal described in Patent Document 1. In FIG. 4, 201 denotes a lead terminal, 202 denotes an inner side lead portion, and 203 denotes an outer side lead portion. The same components as those in FIG.
図4に示す従来の気密端子において、リード端子201はガラスからなる絶縁材300で封着された側のインナー側リード部202が上述したガラス封着合金からなり、反対側のアウター側リード部203がFe、Ni、Cu又はそれらの合金からなり、両者を繋げて形成したものである。
In the conventional hermetic terminal shown in FIG. 4, the
この構成によれば、リード端子201はインナー側リード部202をガラス封着合金で形成することでガラスからなる絶縁材300との良好な封着を得ることができ、残りの部分であるアウター側リード部203をFe、Ni、Cu又はそれらの合金で形成することでガラス封着合金よりも高い熱伝導率を実現している。このため、リード端子201全体としては、図3に示した構成、つまり全体がガラス封着金属からなるリード端子200を用いる構成よりも、熱伝導率を向上させ、元来の気密端子よりも放熱性を向上することができた。
ところで、光半導体装置においても近年は高輝度化が進み、搭載される光半導体素子の発熱量の増加が顕著であり、光半導体装置としては更に放熱性の良好な光半導体用ステムが望まれる。 By the way, also in the optical semiconductor device, in recent years, the increase in luminance has progressed, and the amount of heat generated from the mounted optical semiconductor element has increased remarkably.
しかしながら、上述した従来の構成では、ガラスからなる絶縁材で封着されるインナー側リード部をガラス封着合金で形成することが制約となり、ガラス封着金属の存在が熱伝導のボトルネックと成って、アウター側リード部を形成するFe、Ni、Cu又はそれらの合金の熱伝導率を充分に生かし切った放熱性が得られないという課題を有していた。 However, in the conventional configuration described above, it is a restriction that the inner lead portion sealed with the insulating material made of glass is formed of a glass sealing alloy, and the presence of the glass sealing metal becomes a bottleneck for heat conduction. Thus, there has been a problem in that heat dissipation that fully utilizes the thermal conductivity of Fe, Ni, Cu, or an alloy thereof forming the outer lead portion cannot be obtained.
本発明は、上記した従来の課題を解決するものであり、リード端子に熱伝導のボトルネックが存在することがなく、より良好な放熱性を有する光半導体装置用ステムおよび光半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a stem for an optical semiconductor device and an optical semiconductor device having better heat dissipation without the presence of a heat conduction bottleneck in a lead terminal. For the purpose.
上記課題を解決するために、本発明の光半導体装置用ステムは、金属ベースにリード端子挿通穴が形成され、前記リード端子挿通穴にリード端子が挿通され、前記金属ベースと前記リード端子とがガラスから成る絶縁材で封着され、前記金属ベースの上に素子搭載部を有した光半導体装置用ステムであって、前記リード端子が軸芯部と前記軸芯部をロール状に覆って軸心方向に沿って延在する外側面部とからなり、前記外側面部と前記軸芯部とが異なる金属材料からなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, in the stem for an optical semiconductor device of the present invention, a lead terminal insertion hole is formed in a metal base, a lead terminal is inserted into the lead terminal insertion hole, and the metal base and the lead terminal are connected to each other. An optical semiconductor device stem sealed with an insulating material made of glass and having an element mounting portion on the metal base, wherein the lead terminal covers the shaft core portion and the shaft core portion in a roll shape. The outer surface portion extends along the center direction, and the outer surface portion and the shaft core portion are made of different metal materials.
また、前記リード端子は、前記外側面部をなす第一の金属材料がガラス封着合金からなり、前記軸芯部をなす第二の金属材料が第一の金属材料よりも高い熱伝導率を有する合金からなることを特徴とする。 In the lead terminal, the first metal material forming the outer surface portion is made of a glass sealing alloy, and the second metal material forming the shaft core portion has a higher thermal conductivity than the first metal material. It is made of an alloy.
また、前記第一の金属材料がコバール合金(Fe−25〜35Ni−15〜25Co)、15〜30Cr−Fe合金、Fe−40〜55Ni−3〜8Cr合金の何れかであり、第二の金属材料がFe、Ni、Cu又はそれらの合金からなることを特徴とする。 Further, the first metal material is a Kovar alloy (Fe-25-35Ni-15-25Co), 15-30Cr-Fe alloy, or Fe-40-55Ni-3-8Cr alloy, and the second metal The material is made of Fe, Ni, Cu or an alloy thereof.
本発明によれば、リード端子の軸芯部に熱伝導率に優れた金属材料であるFe、Ni、Cu又はそれらの合金を配置し、軸芯部を覆う外側面部にガラス封着合金を配置することで、外側面部の第一の金属材料によってガラスからなる絶縁材との良好な封着を実現し、リード端子の一方の端から他方の端まで貫通する軸芯部の第二の金属材料によって熱伝導のボトルネックが存在しない構造を実現して、熱伝導率を充分に生かし切った放熱性を得ることができ、より高出力高輝度な光半導体装置に用いることが可能な光半導体装置用ステムとすることができる。 According to the present invention, Fe, Ni, Cu, or an alloy thereof, which is a metal material having excellent thermal conductivity, is disposed on the shaft core portion of the lead terminal, and a glass sealing alloy is disposed on the outer surface portion covering the shaft core portion. Thus, the second metal material of the shaft core part that achieves good sealing with the insulating material made of glass by the first metal material of the outer surface part and penetrates from one end of the lead terminal to the other end Realizes a structure that does not have a heat conduction bottleneck, and can obtain heat dissipation that makes full use of the thermal conductivity, and can be used for an optical semiconductor device with higher output and higher brightness. Stem.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態における光半導体装置用ステムの断面図である。図1において、1は金属ベース、2はリード端子、3は絶縁材、4は素子搭載部、11はベース天板部、12は円筒部、13はフランジ部、14はリード端子挿通穴、21は第一の金属材料、22は第二の金属材料を各々示している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of a stem for an optical semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, 1 is a metal base, 2 is a lead terminal, 3 is an insulating material, 4 is an element mounting portion, 11 is a base top plate portion, 12 is a cylindrical portion, 13 is a flange portion, 14 is a lead terminal insertion hole, 21 Denotes a first metal material, and 22 denotes a second metal material.
図1において、光半導体装置用ステムは、金属ベース1にリード端子2を絶縁材3で気密封着したものである。シェル状を成す金属ベース1は中央にベース天板部11を有しており、天板部11から一方側へ垂直方向に円筒部12が延在し、円筒部12から外側へ水平方向にフランジ部13が延在している。
In FIG. 1, the stem for an optical semiconductor device is obtained by hermetically sealing a
ベース天板部11はその所定部に表裏に貫通するリード端子挿通穴14が形成してあり、リード端子2がリード端子挿通穴14に挿通してある。金属ベース1の円筒部12とベース天板部11とで囲まれた空所を満たすガラスからなる絶縁材3が、リード端子挿通穴14を満たすとともに、金属ベース1とリード端子2との間を電気絶縁を兼ねて気密封着している。また、ベース天板部11の上には光半導体素子(図示せず)を塔載するための素子搭載部4が立設してある。
The base
リード端子2は、同芯状に配置する二つの金属材料からなり、軸芯部をロール状に覆ってリード端子2の外側面部をなす第一の金属材料21がコバール合金(Fe−25〜35Ni−15〜25Co)、15〜30Cr−Fe合金、Fe−40〜55Ni−3〜8Cr合金等のガラス封着合金からなり、第一の金属材料21で覆われる軸芯部をなす第二の金属材料22が第一の金属材料21よりも高い熱伝導率を有するFe、Ni、Cu又はそれらの合金からなるものである。
The
この様な光半導体装置用ステムは、公知公用の方法で容易に製造することが可能である。即ち、組立治具を用いて組み立てた金属ベース1とリード端子2と絶縁材3とを加熱炉で加熱することにより絶縁材3で金属ベース1とリード端子2とを封着する。さらに、金属ベース1の所定の位置にロー材を介して素子搭載部4を載置し、治具で位置決めした状態で加熱炉により加熱して金属ベース1と素子載置部4とをロー付けする。尚、必要に応じて鍍金処理を施すと良い。
Such a stem for an optical semiconductor device can be easily manufactured by a publicly known method. That is, the metal base 1, the
かかる構成によれば、リード端子2の軸芯部に沿った外側面部が第一の金属材料21(ガラス封着合金)で覆われるので、ガラスからなる絶縁材3との良好な封着が得られる。リード端子2の第一の金属21で覆われる軸芯部は、第一の金属材料21よりも熱伝導率が高い第二の金属材料22で形成されており、第二の金属材料22がリード端子2の一方の端から他方の端まで連続して貫通する構造となる。
According to this configuration, since the outer surface portion along the axial core portion of the
このため、リード端子2での熱伝導においてボトルネックが存在せず、第二の金属材料22の熱伝導率を充分に生かし切った放熱性が得られ、素子搭載部4に搭載される光半導体素子(図示せず)の発する熱を従来よりも更に効率的に放熱することが可能となり、より高輝度な光半導体装置へ採用することが可能となる。
For this reason, there is no bottleneck in the heat conduction at the
なお、本実施の形態においては、金属ベース1としてシェル状のものを用いており、金属ベース1の円筒部12とベース天板部11とで囲まれる空所にガラスからなる絶縁材3を満たしてリード端子挿通穴14に挿通させたリード端子2を封着する構成であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
In the present embodiment, a shell-shaped metal base 1 is used, and a space surrounded by the
例えば、図2に示す様に、所定の板厚を有する円形平板状の金属板を金属ベース1として、その上面をベース天板部11とし、側面を円筒部12とし、円筒部12の底部より水平に延在するフランジ13を形成する。金属ベース1の所定部にリード端子2を挿通するためのリード端子挿通穴14を貫通して形成し、リード端子挿通穴14に挿通したリード端子2と金属ベース1とをガラスからなる絶縁材3で封着しても良い。
For example, as shown in FIG. 2, a circular plate-shaped metal plate having a predetermined plate thickness is used as the metal base 1, the top surface is the base
また、ベース天板部11は素子搭載部4を載置する部分に凹部を有する形状としても良い。これによれば、同じ形状サイズの光半導体素子(図示せず)を搭載する場合には半導体装置の高さを低くすることが可能となる。
Further, the base
さらに、リード端子2の線径とリード端子挿通穴14の穴径とを調整し、金属ベース1の底面より突出するリード端子2の長さを短縮することで、表面実装型のものとしても良い。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内であれば、変更実施が可能である事は言うまでもない。
Furthermore, by adjusting the wire diameter of the
本発明は光半導体装置に用いるステムとして有用であり、特に高出力高輝度な光半導体装置に適している。 The present invention is useful as a stem used in an optical semiconductor device, and is particularly suitable for an optical semiconductor device with high output and high brightness.
1、100 金属ベース
2、200、201 リード端子
3、300 絶縁材
4 素子搭載部
11、101 ベース天板部
12、102 円筒部
13、103 フランジ部
14、104 リード端子挿通穴
21 第一の金属材料
22 第二の金属材料
202 インナー側リード部
203 アウター側リード部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,100 Metal base 2,200,201 Lead terminal 3,300 Insulation material 4 Element mounting part 11,101 Base top plate part 12,102 Cylindrical part 13,103 Flange part 14,104 Lead
Claims (4)
前記リード端子が軸芯部と前記軸芯部をロール状に覆って軸心方向に沿って延在する外側面部とからなり、前記外側面部と前記軸芯部とが異なる金属材料からなることを特徴とする光半導体装置用ステム。 A lead terminal insertion hole is formed in the metal base, the lead terminal is inserted into the lead terminal insertion hole, the metal base and the lead terminal are sealed with an insulating material made of glass, and an element is mounted on the metal base A stem for an optical semiconductor device having a portion,
The lead terminal is composed of a shaft portion and an outer surface portion that covers the shaft portion in a roll shape and extends along the axial direction, and the outer surface portion and the shaft core portion are made of different metal materials. A stem for an optical semiconductor device.
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