装载光学元件用组件及其制造方法

摘要

本发明的目的在于提供一种装载光学元件用组件的绝缘基板和框体的接合可靠性、散热特性、表面状态、及尺寸精度均为良好的装载光学元件用组件及其制造方法。本发明提供一种装载光学元件用组件，在绝缘基板上装载框体，其特征在于，所述框体为Si制框体，所述绝缘基板为SiC基板，具有接合所述框体和所述绝缘基板的接合结构。本发明还提供一种装载光学元件用组件的制造方法，该装载光学元件用组件在绝缘基板上装载框体，其特征在于包括：在Si制基板上形成贯通孔，作成所述框体的框体加工工序；以及在SiC制绝缘基板上，接合在所述框体加工工序中作成的所述框体的接合工序。

权利要求

1.一种装载光学元件用组件，在绝缘基板上装载框体，其特征在于，所述框体为Si制框体，所述绝缘基板为SiC基板，具有接合所述框体和所述绝缘基板的接合结构。

2.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：所述Si制框体具有通过湿式蚀刻或干式蚀刻形成的贯通孔结构。

3.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：所述装载光学元件用组件的绝缘基板为陶瓷基板。

4.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：所述Si制框体和所述装载光学元件用组件的绝缘基板的接合结构为由薄膜软钎料实现的接合结构、由薄膜Au实现的固相接合结构或由粘结剂实现的粘结接合结构。

5.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：通过对通孔进行的金属喷镀处理形成输入输出端子和输入输出焊盘的电连接结构，其中，所述输入输出端子形成在所述装载光学元件用组件的绝缘基板的上面，所述输入输出焊盘形成在绝缘基板的下面。

6.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：通过侧面金属喷镀形成输入输出端子和输入输出焊盘的电连接结构，其中，所述输入输出端子形成在所述装载光学元件用组件的绝缘基板上面，所述输入输出焊盘形成于绝缘基板的下面。

7.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：所述装载光学元件用组件的绝缘基板为多层配线基板。

8.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：在所述Si制框体上形成斜面，并在该斜面上形成提高光反射特性的薄膜。

9.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：作为所述Si制框体，采用通过从正面起进行湿式蚀刻而形成贯通孔的Si制框体。

10.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：作为所述Si制框体，采用通过从正反面起进行湿式蚀刻而形成贯通孔的Si制框体。

11.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：作为所述Si制框体，采用通过干式蚀刻形成贯通孔的Si制框体。

12.根据权利要求1所述的装载光学元件用组件，其特征在于：在所述Si制框体上形成有热氧化膜。

13.一种装载光学元件用组件的制造方法，该装载光学元件用组件在绝缘基板上装载框体，其特征在于包括：在Si制基板上形成贯通孔，作成所述框体的框体加工工序；以及在SiC制绝缘基板上，接合在所述框体加工工序中作成的所述框体的接合工序。

说明书

装载光学元件用组件及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及装载光学元件用组件及其制造方法。

背景技术

[0002] 对于用于装载光学元件的组件，有在特开平11-265957号公报(特许文献1)中记载的方法，即，以通过冲压在印刷电路基板上形成凹部的部件作为框体，以在其它印刷电路基板上进行通孔、金属喷镀处理等的部件作为底板，层叠框体和底板，进行热压加工以及在还原空气体中的烧结并按规定尺寸切断层叠体。另外，还有在特开2000-138305号公报(特许文献2)中记载的通过注射成型法或递模成型法形成环氧树脂制的框体，通过环氧树脂粘结剂接合框体和陶瓷基板的方法。

[0003] [特许文献1]特开平11-265957号公报

[0004] [特许文献2]特开2000-138305号公报

[0005] 由于特许文献1中使用印刷电路基板的方法有烧结工序，因此存在框体和底板出现表面粗糙、因热滞而引起金属喷镀可靠性低下、以及因热收缩引起的尺寸偏差等问题。表面粗糙会引起光学元件和底板的接触面积低下，光学元件工作时产生的大量热难以良好地散发，从而出现误动作或热破坏等问题。烧结而产生的热滞不仅会降低金属喷镀的可靠性，而且还会因烧结温度而熔解掉薄膜软钎料、铝等低熔点金属，因此对组件的构成形成制约。

[0006] 另外，对于特许文献2中将环氧树脂用作框体的方法，由于在框体的制造中采用了成型法，因此必须将模具重新制作成组件的形状替代的程度，框体完成尺寸的偏差较大。会有因环氧树脂和陶瓷基板的热膨胀差引起的热应力而产生剥离或裂纹的可能性，并且环氧树脂自身的耐热性、热传导性也较低。

发明内容

[0007] 本发明的目的在于提供绝缘基板和框体的接合可靠性、散热特性、表面状态、尺寸精度均良好的装载光学元件用组件及其制造方法。

[0008] 本发明提供一种装载光学元件用组件，在绝缘基板上装载框体，其特征在于，所述框体为Si制框体，所述绝缘基板为SiC基板，具有接合所述框体和所述绝缘基板的接合结构。

[0009] 本发明还提供一种装载光学元件用组件的制造方法，该装载光学元件用组件在绝缘基板上装载框体，其特征在于包括：在Si制基板上形成贯通孔，作成所述框体的框体加工工序；以及在SiC制绝缘基板上，接合在所述框体加工工序中作成的所述框体的接合工序。

[0010] 采用本发明，能够提供一种绝缘基板和框体的接合可靠性、散热特性、表面状态、及尺寸精度均为良好的装载光学元件用组件及其制造方法。

[0011] 本发明为装载光学元件用组件及其制造方法，能够实现提高绝缘基板和框体的接合可靠性、散热特性、表面状态、及尺寸精度。

附图说明

[0012] 图1为本发明一个实施例的组件的结构图。

[0013] 图2为本发明一个实施例的组件的结构图。

[0014] 图3为本发明一个实施例的组件的结构图。

[0015] 图4为本发明一个实施例的仅从单面实施Si制框体的形成的组件的结构图。

[0016] 图5为本发明一个实施例的通过侧面金属喷镀确保绝缘基板的正反面导通的组件的结构图。

[0017] 图6为表示本发明一个实施例的绝缘基板的加工工序的图。

[0018] 图7为表示本发明一个实施例的Si制框体的加工工序的图。

[0019] 图8为表示形成贯通孔的Si基板和带有通孔的陶瓷基板接合以后的工序的图。

[0020] 图9为装有发光二极管、光电二极管、荧光体、透镜的组件的结构图。

[0021] 图10为本发明一个实施例的装载多个光学元件的基板状态的组件结构图。

[0022] 符号说明

[0023] 1，1′，1″，1″′ Si制的框体，2 绝缘基板，3a，3b 输入输出端子，4a，5b 输入输出焊盘，5 薄膜，6，9 薄膜软钎料，7通孔，8 侧面金属喷镀，10 热氧化膜，10 SiC基板，11′ 带有通孔的SiC基板，12 Si基板，12′ 形成贯通孔的Si基板，13 形成贯通孔的Si基板下面的金属喷镀，14 发光二极管，15 光电二极管，16 萤光体，17 透镜，18 基板状态的组件。

具体实施方式

[0024] 装有发光二极管、激光二极管等发热光学元件的组件必须抑制因光学元件温度上升而引起的特性退化。在本发明的实施方式中，对以装有发热光学元件为前提的组件的结构以及制造方法进行了说明。

[0025] 在本发明的实施方式中，通过做成在绝缘基板上放置并接合Si制框体的结构，成为接合可靠性、散热特性、表面状态以及尺寸精度良好，且可以实现膜构成的多样化的组件。

[0026] 实施例1

[0027] 下面，根据附图对本发明的实施例进行说明。图1(a)为示意地表示本实施方式的组件的剖面图，图1(b)为俯视图。

[0028] 如图1(a)和1(b)所示，装载光学元件用组件成为在绝缘基板2上放置Si制框体1，所述Si制框体是从正反面实施湿式蚀刻形成的。即，将Si制框体1装载在装载光学元件用组件的绝缘基板2上。在绝缘基板2的上面形成输入输出端子3a以及输入输出端子
3b，在绝缘基板2的下面形成输入输出焊盘4a以及输入输出焊盘4b。这些经通孔7而电连接。输入输出端子3a和输入输出焊盘4a通过通孔7电连接，输入输出端子3b以及输入输焊盘4b通过通孔7电连接。

[0029] 这里，通过以低于本组件中内置的薄膜软钎料6的熔点的温度进行Si制框体1和绝缘基板2的接合，也可以形成薄膜软钎料6。

[0030] 在利用实施了镜面加工(ミラ一加工)的表面状态为平滑的SiC、AlN、铝等陶瓷基板作为绝缘基板的情况下，在绝缘基板2上形成的输入输出端子3a、输入输出端子3b、输入输出焊盘4a、输入输出焊盘4b、薄膜软钎料6可以形成高精度的图案。

[0031] Si制框体1通过在结晶面(100)的Si基板上从正反面实施湿式蚀刻形成，斜面的结晶面与(111)面，即与平坦面所成的角在结晶学上为54.74°。斜面的表面状态为Ra＝0.02～0.06μm，因此与烧结体(Ra＝0.2μm)相比特别平滑。并且，在该斜面上通过掩模蒸镀等形成Al薄膜5，能够提高光的反射特性。作为该情形下的薄膜，不仅是Al，Au、Ag等也是有效的。由于在斜面上形成Al薄膜5后接合Si制框体1和绝缘基板2，因此斜面的Al薄膜5不会与绝缘基板2接触。

[0032] 在图1(a)以及2(b)的结构中，虽然利用熔点比本组件中内置的薄膜软钎料6的熔点低的薄膜软钎料9来实施Si制框体1与绝缘基板2的接合，但代替薄膜软钎料9，也可以使用由薄膜Au实现的固相接合，或者通过玻璃、树脂、钎料剂等粘结剂实现的粘结接合等。

[0033] 下面，利用图6、图7、图8对组件制造方法的实施例进行说明。

[0034] 首先，利用图6说明绝缘基板的加工工序。

[0035] (1)准备实施镜面加工的SiC基板11。

[0036] (2)在SiC基板11上形成通孔7，对通孔内实施金属喷镀处理。

[0037] (3)在带有通孔的SiC基板11′的上面形成输入输出端子3a、3b，在下面形成输入输出焊盘4a、4b。

[0038] (4)在带有通孔的SiC基板11′的上面形成用以与Si基板接合的薄膜软钎料9以及内置于组件中的薄膜软钎料6。此处，作为薄膜软钎料9也可以使用熔点温度低于薄膜软钎料6的软钎料。

[0039] 利用图7说明Si制框体的加工工序。

[0040] (1)准备Si基板12。

[0041] (2)在Si基板12的正反面上实施光电加工(ホト加工)后，将Si基板12浸渍在氢氧化钾水溶液等碱性水溶液中，形成贯通孔。

[0042] (3)在形成贯通孔的Si基板12′的下面形成金属喷镀13。形成该金属喷镀13的目的是用于与薄膜软钎料9的接合。

[0043] (4)根据需要在形成有贯通孔的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仅在斜面内形成，也可以从Si基板上面全面地形成。

[0044] 利用图8，说明形成有贯通孔的Si基板12′与带有通孔的SiC基板11′接合以后的工序。

[0045] (1)通过薄膜软钎料9接合带有通孔的SiC基板11′和形成有贯通孔的Si基板12′。将SiC基板11′和Si基板12′放置在设定成比薄膜软钎料9的熔点温度高出20～
50℃的加热器上，通过从Si基板12′的上方加压，实现基板彼此之间的接合。

[0046] (2)通过以规定的外形尺寸切断接合SiC基板11′和Si基板12′的层叠体，完成在图1所示的绝缘基板2上放置Si制框体1的结构的组件。

[0047] 在图9中，表示了在该组件中装入发光二极管14，光电二极管15，荧光体16，透镜17的一个实施例。由发光二极管14发出的热量能够有效地从SiC制的绝缘基板2散发出去，并且通过反射特性良好的斜面的Al薄膜5有效地反射发出的光。

[0048] 通过以上工序制成的组件与以往使用印刷电路基板的组件、使环氧树脂制的框体和陶瓷基板接合的组件相比，具有以下所示的优越性。

[0049] (1)因为框体的Si的热膨胀系数为3.5×10-6/K、绝缘基板的SiC的热膨胀系数为-63.2×10 /K大致相等，所以对于热滞的接合可靠性极为良好。因此不仅能够容易地制造出如图1所示的装有1～2个光学元件的小组件，而且还容易能够制造出如图10所示的同时装有数百～数千个光学元件的基板状态的组件。

[0050] (2)由于SiC的热传导是300W/m·K、Si的热传导是145/m·K均为良好，因此可以容易地散发出由光学元件产生的热量，并且能够容易地抑止因光学元件的温度上升而引起的特性退化。

[0051] (3)由于SiC基板和Si基板都是在基板状态下制造的，因此能够原样地应用采用光学蚀刻技术(ホトリソグラフイ一)等半导体处理，从而能够制造上比较经济。另外，由于没有烧结等产生热收缩的工序，因此，成品的尺寸精度良好。

[0052] 实施例2

[0053] 图2(a)为示意地表示实施方式的组件的剖视图，图2(b)为俯视图。

[0054] 本实施例是进一步实现实施例1中的组件的小型化的例子，通过在形成如图7所示的作为框体的Si基板12′后，追加实施湿式蚀刻，也就是，从正反面实施湿式蚀刻以形成Si制框体1′，将由54.74°斜面彼此形成的角度只减少所希望的量而形成。

[0055] 实施例3

[0056] 图3(a)为示意地表示实施方式的组件的剖面图，图3(b)为俯视图。

[0057] 本实施例是进一步实现实施例2中的组件的小型化的例子，在形成图7所示的作为框体的Si基板12′后，进行比实施例2更大的追加实施的湿式蚀刻的量，通过完全减去由54.74°斜面彼此形成的角度而形成。另外，本结构也可通过在Si基板上实施干式蚀刻而形成贯通孔来制造。从正反面实施湿式蚀刻或实施干式蚀刻来形成Si制框体1″。

[0058] 实施例4

[0059] 图4(a)为示意地表示实施方式的组件的剖面图，图4(b)为俯视图。

[0060] 本实施例是在图7所示的作为框体的Si基板12′的形成工序中，仅从单面实施光电加工的例子。虽然与实施例1的组件相比尺寸变大，但是，由于形成Al薄膜5的斜面的区域变宽，因此反射效率更加良好。Si制框体1″′是仅从正面实施湿式蚀刻而形成的。

[0061] 实施例5

[0062] 图5(a)为示意地表示实施方式的组件的剖面图，图5(b)为俯视图。

[0063] 与实施例4记载的组件相比，本实施例代替形成通孔，通过侧面金属喷镀来确保SiC基板的正反面的导通。在确保正反面导通中应用侧面金属喷镀的方法也可适用于实施例1、实施例2、实施例3。