裝載光學元件用組件及其製造方法

2023-06-17 05:05:51 2

專利名稱：裝載光學元件用組件及其製造方法
技術領域：
本發明涉及裝載光學元件用組件及其製造方法。
背景技術：
對於用於裝載光學元件的組件，有在特開平11-265957號公報(特許文獻1)中記載的方法，即，以通過衝壓在印刷電路基板上形成凹部的部件作為框體，以在其它印刷電路基板上進行通孔、金屬噴鍍處理等的部件作為底板，層疊框體和底板，進行熱壓加工以及在還原空氣體中的燒結並按規定尺寸切斷層疊體。另外，還有在特開2000-138305號公報(特許文獻2)中記載的通過注射成型法或遞模成型法形成環氧樹脂制的框體，通過環氧樹脂粘結劑接合框體和陶瓷基板的方法。
特開平11-265957號公報[特許文獻2]特開2000-138305號公報由於特許文獻1中使用印刷電路基板的方法有燒結工序，因此存在框體和底板出現表面粗糙、因熱滯而引起金屬噴鍍可靠性低下、以及因熱收縮引起的尺寸偏差等問題。表面粗糙會引起光學元件和底板的接觸面積低下，光學元件工作時產生的大量熱難以良好地散發，從而出現誤動作或熱破壞等問題。燒結而產生的熱滯不僅會降低金屬噴鍍的可靠性，而且還會因燒結溫度而熔解掉薄膜軟釺料、鋁等低熔點金屬，因此對組件的構成形成制約。
另外，對於特許文獻2中將環氧樹脂用作框體的方法，由於在框體的製造中採用了成型法，因此必須將模具重新製作成組件的形狀替代的程度，框體完成尺寸的偏差較大。會有因環氧樹脂和陶瓷基板的熱膨脹差引起的熱應力而產生剝離或裂紋的可能性，並且環氧樹脂自身的耐熱性、熱傳導性也較低。

發明內容
本發明的目的在於提供絕緣基板和框體的接合可靠性、散熱特性、表面狀態、尺寸精度均良好的裝載光學元件用組件及其製造方法。
本發明的特徵在於，在絕緣基板上裝載有Si制框體。
採用本發明，能夠提供一種絕緣基板和框體的接合可靠性、散熱特性、表面狀態、及尺寸精度均為良好的裝載光學元件用組件及其製造方法。
本發明為裝載光學元件用組件及其製造方法，能夠實現提高絕緣基板和框體的接合可靠性、散熱特性、表面狀態、及尺寸精度。


圖1為本發明一個實施例的組件的結構圖。
圖2為本發明一個實施例的組件的結構圖。
圖3為本發明一個實施例的組件的結構圖。
圖4為本發明一個實施例的僅從單面實施Si制框體的形成的組件的結構圖。
圖5為本發明一個實施例的通過側面金屬噴鍍確保絕緣基板的正反面導通的組件的結構圖。
圖6為表示本發明一個實施例的絕緣基板的加工工序的圖。
圖7為表示本發明一個實施例的Si制框體的加工工序的圖。
圖8為表示形成貫通孔的Si基板和帶有通孔的陶瓷基板接合以後的工序的圖。
圖9為裝有發光二極體、光電二極體、螢光體、透鏡的組件的結構圖。
圖10為本發明一個實施例的裝載多個光學元件的基板狀態的組件結構圖。
符號說明1，1′，1″，1Si制的框體，2絕緣基板，3a，3b輸入輸出端子，4a，5b輸入輸出焊盤，5薄膜，6，9薄膜軟釺料，7通孔，8側面金屬噴鍍，10熱氧化膜，10SiC基板，11′帶有通孔的SiC基板，12Si基板，12′形成貫通孔的Si基板，13形成貫通孔的Si基板下面的金屬噴鍍，14發光二極體，15光電二極體，16螢光體，17透鏡，18基板狀態的組件。
具體實施例方式
裝有發光二極體、雷射二極體等發熱光學元件的組件必須抑制因光學元件溫度上升而引起的特性退化。在本發明的實施方式中，對以裝有發熱光學元件為前提的組件的結構以及製造方法進行了說明。
在本發明的實施方式中，通過做成在絕緣基板上放置並接合Si制框體的結構，成為接合可靠性、散熱特性、表面狀態以及尺寸精度良好，且可以實現膜構成的多樣化的組件。
實施例1下面，根據附圖對本發明的實施例進行說明。圖1(a)為示意地表示本實施方式的組件的剖面圖，圖1(b)為俯視圖。
如圖1(a)和1(b)所示，裝載光學元件用組件成為在絕緣基板2上放置Si制框體1，所述Si制框體是從正反面實施溼式蝕刻形成的。即，將Si制框體1裝載在裝載光學元件用組件的絕緣基板2上。在絕緣基板2的上面形成輸入輸出端子3a以及輸入輸出端子3b，在絕緣基板2的下面形成輸入輸出焊盤4a以及輸入輸出焊盤4b。這些經通孔7而電連接。輸入輸出端子3a和輸入輸出焊盤4a通過通孔7電連接，輸入輸出端子3b以及輸入輸焊盤4b通過通孔7電連接。
這裡，通過以低於本組件中內置的薄膜軟釺料6的熔點的溫度進行Si制框體1和絕緣基板2的接合，也可以形成薄膜軟釺料6。
在利用實施了鏡面加工(ミラ一加工)的表面狀態為平滑的SiC、AlN、鋁等陶瓷基板作為絕緣基板的情況下，在絕緣基板2上形成的輸入輸出端子3a、輸入輸出端子3b、輸入輸出焊盤4a、輸入輸出焊盤4b、薄膜軟釺料6可以形成高精度的圖案。
Si制框體1通過在結晶面(100)的Si基板上從正反面實施溼式蝕刻形成，斜面的結晶面與(111)面，即與平坦面所成的角在結晶學上為54.74°。斜面的表面狀態為Ra＝0.02～0.06μm，因此與燒結體(Ra＝0.2μm)相比特別平滑。並且，在該斜面上通過掩模蒸鍍等形成Al薄膜5，能夠提高光的反射特性。作為該情形下的薄膜，不僅是Al，Au、Ag等也是有效的。由於在斜面上形成Al薄膜5後接合Si制框體1和絕緣基板2，因此斜面的Al薄膜5不會與絕緣基板2接觸。
在圖1(a)以及2(b)的結構中，雖然利用熔點比本組件中內置的薄膜軟釺料6的熔點低的薄膜軟釺料9來實施Si制框體1與絕緣基板2的接合，但代替薄膜軟釺料9，也可以使用由薄膜Au實現的固相接合，或者通過玻璃、樹脂、釺料劑等粘結劑實現的粘結接合等。
下面，利用圖6、圖7、圖8對組件製造方法的實施例進行說明。
首先，利用圖6說明絕緣基板的加工工序。
(1)準備實施鏡面加工的SiC基板11。
(2)在SiC基板11上形成通孔7，對通孔內實施金屬噴鍍處理。
(3)在帶有通孔的SiC基板11′的上面形成輸入輸出端子3a、3b，在下面形成輸入輸出焊盤4a、4b。
(4)在帶有通孔的SiC基板11′的上面形成用以與Si基板接合的薄膜軟釺料9以及內置於組件中的薄膜軟釺料6。此處，作為薄膜軟釺料9也可以使用熔點溫度低於薄膜軟釺料6的軟釺料。
利用圖7說明Si制框體的加工工序。
(1)準備Si基板12。
(2)在Si基板12的正反面上實施光電加工(ホト加工)後，將Si基板12浸漬在氫氧化鉀水溶液等鹼性水溶液中，形成貫通孔。
(3)在形成貫通孔的Si基板12′的下面形成金屬噴鍍13。形成該金屬噴鍍13的目的是用於與薄膜軟釺料9的接合。
(4)根據需要在形成有貫通孔的Si基板12′的斜面上形成Al等光反射用薄膜5。薄膜的形成也可以利用掩模等僅在斜面內形成，也可以從Si基板上面全面地形成。
利用圖8，說明形成有貫通孔的Si基板12′與帶有通孔的SiC基板11′接合以後的工序。
(1)通過薄膜軟釺料9接合帶有通孔的SiC基板11′和形成有貫通孔的Si基板12′。將SiC基板11′和Si基板12′放置在設定成比薄膜軟釺料9的熔點溫度高出20～50℃的加熱器上，通過從Si基板12′的上方加壓，實現基板彼此之間的接合。
(2)通過以規定的外形尺寸切斷接合SiC基板11′和Si基板12′的層疊體，完成在圖1所示的絕緣基板2上放置Si制框體1的結構的組件。
在圖9中，表示了在該組件中裝入發光二極體14，光電二極體15，螢光體16，透鏡17的一個實施例。由發光二極體14發出的熱量能夠有效地從SiC制的絕緣基板2散發出去，並且通過反射特性良好的斜面的Al薄膜5有效地反射發出的光。
通過以上工序製成的組件與以往使用印刷電路基板的組件、使環氧樹脂制的框體和陶瓷基板接合的組件相比，具有以下所示的優越性。
(1)因為框體的Si的熱膨脹係數為3.5×10-6/K、絕緣基板的SiC的熱膨脹係數為3.2×10-6/K大致相等，所以對於熱滯的接合可靠性極為良好。因此不僅能夠容易地製造出如圖1所示的裝有1～2個光學元件的小組件，而且還容易能夠製造出如圖10所示的同時裝有數百～數千個光學元件的基板狀態的組件。
(2)由於SiC的熱傳導是300W/m·K、Si的熱傳導是145/m·K均為良好，因此可以容易地散發出由光學元件產生的熱量，並且能夠容易地抑止因光學元件的溫度上升而引起的特性退化。
(3)由於SiC基板和Si基板都是在基板狀態下製造的，因此能夠原樣地應用採用光學蝕刻技術(ホトリソグラフイ-)等半導體處理，從而能夠製造上比較經濟。另外，由於沒有燒結等產生熱收縮的工序，因此，成品的尺寸精度良好。
實施例2圖2(a)為示意地表示實施方式的組件的剖視圖，圖2(b)為俯視圖。
本實施例是進一步實現實施例1中的組件的小型化的例子，通過在形成如圖7所示的作為框體的Si基板12′後，追加實施溼式蝕刻，也就是，從正反面實施溼式蝕刻以形成Si制框體1′，將由54.74°斜面彼此形成的角度只減少所希望的量而形成。
實施例3圖3(a)為示意地表示實施方式的組件的剖面圖，圖3(b)為俯視圖。
本實施例是進一步實現實施例2中的組件的小型化的例子，在形成圖7所示的作為框體的Si基板12′後，進行比實施例2更大的追加實施的溼式蝕刻的量，通過完全減去由54.74°斜面彼此形成的角度而形成。另外，本結構也可通過在Si基板上實施乾式蝕刻而形成貫通孔來製造。從正反面實施溼式蝕刻或實施乾式蝕刻來形成Si制框體1″。
實施例4圖4(a)為示意地表示實施方式的組件的剖面圖，圖4(b)為俯視圖。
本實施例是在圖7所示的作為框體的Si基板12′的形成工序中，僅從單面實施光電加工的例子。雖然與實施例1的組件相比尺寸變大，但是，由於形成Al薄膜5的斜面的區域變寬，因此反射效率更加良好。Si制框體1是僅從正面實施溼式蝕刻而形成的。
實施例5圖5(a)為示意地表示實施方式的組件的剖面圖，圖5(b)為俯視圖。
與實施例4記載的組件相比，本實施例代替形成通孔，通過側面金屬噴鍍來確保SiC基板的正反面的導通。在確保正反面導通中應用側面金屬噴鍍的方法也可適用於實施例1、實施例2、實施例3。
權利要求
1.一種裝載光學元件用組件，其特徵在於，在絕緣基板上裝載有Si制框體。
2.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於所述Si制框體具有通過溼式蝕刻或乾式蝕刻形成的貫通孔結構。
3.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於所述裝載光學元件用組件的絕緣基板為陶瓷基板。
4.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於所述Si制框體和所述裝載光學元件用組件的絕緣基板的接合結構為由薄膜軟釺料實現的接合結構、由薄膜Au實現的固相接合結構或由粘結劑實現的粘結接合結構。
5.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於通過對通孔進行的金屬噴鍍處理形成輸入輸出端子和輸入輸出焊盤的電連接結構，其中，所述輸入輸出端子形成在所述裝載光學元件用組件的絕緣基板的上面，所述輸入輸出焊盤形成在絕緣基板的下面。
6.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於通過側面金屬噴鍍形成輸入輸出端子和輸入輸出焊盤的電連接結構，其中，所述輸入輸出端子形成在所述裝載光學元件用組件的絕緣基板上面，所述輸入輸出焊盤形成於絕緣基板的下面。
7.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於所述裝載光學元件用組件的絕緣基板為多層配線基板。
8.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於在所述Si制框體上形成斜面，並在該斜面上形成提高光反射特性的薄膜。
9.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於作為所述Si制框體，採用通過從正面起進行溼式蝕刻而形成貫通孔的Si制框體。
10.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於作為所述Si制框體，採用通過從正反面起進行溼式蝕刻而形成貫通孔的Si制框體。
11.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於作為所述Si制框體，採用通過乾式蝕刻形成貫通孔的Si制框體。
12.根據權利要求1所述的裝載光學元件用組件，其特徵在於在所述Si制框體上形成有氧化膜。
13.一種裝載光學元件用組件的製造方法，該裝載光學元件用組件用於裝載光學元件，其特徵在於在所述裝載光學元件用組件的絕緣基板上，接合Si制框體。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種裝載光學元件用組件的絕緣基板和框體的接合可靠性、散熱特性、表面狀態、及尺寸精度均為良好的裝載光學元件用組件及其製造方法。本發明的裝載光學元件用組件的特徵在於，在裝載光學元件用組件的絕緣基板上裝載有Si制框體。或者，其特徵在於，在裝載光學元件用組件的絕緣基板上裝載的框體為Si制的。或者，本發明的裝載光學元件用組件的製造方法的特徵在於，在裝載光學元件用組件的絕緣基板上裝載有Si制框體。
文檔編號H01L23/02GK1630069SQ20041010136
公開日2005年6月22日 申請日期2004年12月17日 優先權日2003年12月18日
發明者竹盛英昭, 東山賢史, 廣瀨一弘 申請人:株式會社日立製作所