CN108389948B - 半导体光模块及载体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体光模块及载体，它们能够抑制由于载体向底座的焊接引起的载体之上的半导体芯片的特性产生变化。载体(1)具备：上表面(1a)，其用于安装半导体芯片(3)；下表面(1b)，其位于上表面(1a)的相反侧；以及环状的侧周面(1c)，其将上表面(1a)及下表面(1b)相连。在侧周面(1c)设置有在侧周面(1c)的周向延伸的槽(2)。作为一个例子，将槽(2)的剖面形状设为矩形。在侧周面(1c)设置有多个槽(2)。即，槽(2)包含：第一槽(2)，其在侧周面(1c)的整周延伸；以及第二槽(2)，其在侧周面(1c)的整周与第一槽(2)平行地延伸。槽(2)在侧周面(1c)的整周连续地延伸。

Description

半导体光模块及载体
技术领域
本发明涉及半导体光模块及载体。
背景技术
当前，例如，如国际公开第2013-118478号公报所公开的那样，已知如下半导体装置，该半导体装置具备附带导电图案的基板，在该基板的导电图案侧面设有槽。该公报中的半导体装置为电力用装置，用作逆变器及转换器等电力变换装置。在附带导电图案的基板之上安装半导体芯片，进一步利用模塑树脂将半导体芯片封装。通过在导电图案侧面设置槽，从而能够发挥锚定效果，能够防止模塑树脂的剥离。
专利文献1：国际公开第2013-118478号公报
半导体光模块具备载体(submount)这一部件。典型的载体构成为，在陶瓷材料的基材形成有通过金属化而形成的电配线图案。在载体安装半导体芯片。在该半导体芯片形成有发光元件或受光元件等半导体光器件。
与上述当前的电力用半导体装置不同，半导体光模块常使用不通过模塑树脂进行封装的结构。因此，与国际公开第2013-118478号公报不同，就半导体光模块而言，载体和模塑树脂的剥离通常不成为问题。
载体被焊接在称为支承体(carrier)或管座等的底座的表面。伴随着向底座的焊接而对载体的下表面施加力，在载体产生应力。如果伴随于此，载体的上表面变形，则该变形也传递到安装于上表面的半导体芯片。如果半导体芯片的变形过大，则存在形成于半导体芯片的半导体光器件的特性产生变化的问题。
发明内容
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供半导体光模块及载体，它们能够抑制由于载体向底座的焊接引起的载体之上的半导体芯片的特性产生变化。
本发明涉及的半导体光模块具备：底座；载体，其具备下表面、上表面以及侧周面，该下表面焊接于所述底座，该上表面位于所述下表面的相反侧，该侧周面将所述上表面及所述下表面相连；以及半导体芯片，其设置在所述上表面，在该半导体芯片形成有半导体光器件，在所述载体的周向延伸的槽设置于所述侧周面。
本发明涉及的载体具备：上表面；下表面，其位于所述上表面的相反侧；以及环状的侧周面，其将所述上表面及所述下表面相连，在周向延伸的槽设置于所述侧周面。
发明的效果
根据本发明，即使在将载体下表面进行了焊接的情况下，也能够通过侧周面的槽来抑制变形传递至载体的上表面，因此，能够抑制半导体光器件的特性产生变化。
附图说明
图1是表示在本发明的实施方式涉及的载体安装了半导体芯片的状态的斜视图。
图2是本发明的实施方式涉及的载体的俯视图。
图3是本发明的实施方式涉及的载体的沿着图2中的A-A′线的剖视图。
图4是本发明的实施方式涉及的载体的沿着图2中的B-B′线的剖视图。
图5是表示本发明的实施方式涉及的载体具有的槽的形状的变形例的图。
图6是表示本发明的实施方式涉及的半导体光模块的斜视图。
图7是表示本发明的实施方式涉及的半导体光模块的内部结构的斜视图。
图8是表示本发明的实施方式涉及的其它半导体光模块的内部结构的斜视图。
图9是表示本发明的实施方式的变形例涉及的半导体光模块的内部结构的剖视图。
图10是表示本发明的实施方式的变形例涉及的半导体光模块的内部结构的剖视图。
图11是表示本发明的实施方式涉及的载体的变形例的俯视图。
图12是表示本发明的实施方式涉及的载体的变形例的俯视图。
标号的说明
1 载体
1a 上表面
1b 下表面
1c 侧周面
1c1 一部分端面
1d 部分
2 槽
2a V形槽
2b 倒梯形槽
2c U 形槽
3 半导体芯片
4 支承体
5 高频放大器
12 罩
14 窗部
10～210 半导体光模块
20、220 管座
22 引线管脚
101 壳体
102 壳体底部
103 壳体侧壁
105 盖
113、214 透镜
114 光纤
215 帕尔帖模块
218 插座用支架
219 插座
221 透镜罩
230 镜筒
237 空腔
具体实施方式
图1是表示在本发明的实施方式涉及的载体1安装了半导体芯片3的状态的斜视图。图2是本发明的实施方式涉及的载体1的俯视图，图3是载体1的沿着图2中的A-A′线的剖视图，图4是载体1的沿着图2中的B-B′线的剖视图。
在图1中图示出支承体4、载体1以及半导体芯片3的层叠结构。使用图6、图7、图9及图10在后面叙述的半导体光模块10、110、210具备与图1相同的层叠结构。另外，就使用图8在后面叙述的半导体光模块50而言，没有设置支承体4，将载体1直接固定于管座20(参照图8)。如上所述，载体1被作为安装半导体芯片3的基板而内置于半导体光模块10～210。
载体1通过焊接而安装于支承体4。半导体芯片3通过焊接而安装于载体1的上表面1a。作为一个例子，半导体芯片3及载体1的安装所使用的焊料也可以使用AuSn焊料或SnAgCu焊料。此外，焊料的成分只是一个例子，并不限于此。
支承体4是对载体1进行载置的底座。作为一个例子，支承体4为矩形的金属块。
一边参照图2～图4，一边对载体1的形状进行说明。如图2的俯视图所示，载体1为平板状。根据图3及图4的剖视图可知，载体1具备：上表面1a，其用于安装半导体芯片3；下表面1b，其位于上表面1a的相反侧；以及环状的侧周面1c，其将上表面1a及下表面1b相连。在侧周面1c设置有在载体1的周向延伸的槽2。此处，“周向”是指图2的用虚线箭头R表示的方向，是指沿着环状的侧周面1c的表面绕载体1的周围一周的方向。
图3及图4表示出载体1的剖面。如图3及图4所示，作为一个例子，将槽2的剖面形状设为矩形。在侧周面1c设置有多个槽2。即，槽2包含：第一槽2，其在侧周面1c的整周延伸；以及第二槽2，其在侧周面1c的整周与第一槽2平行地延伸。槽2在侧周面1c的整周连续地延伸。槽2的个数为至少一个即可，但优选设置多个槽2。也可以在侧周面1c的整周设置彼此平行地延伸的大于或等于3个槽2。
载体1由陶瓷材料构成，具体而言由氮化铝(AlN)形成。利用Ti、Pd或Au等将载体1的上表面1a金属化。通过金属化而在载体1的上表面1a形成有电配线图案(未图示)。
在上表面1a设置有电配线图案(未图示)。半导体芯片3的电极(未图示)通过导线连接或芯片键合而与该电配线图案连接。
由于槽2没有设置在上表面1a而是设置在侧周面1c，因此槽2不会妨碍上表面1a的配线图案的形成。由于槽2没有设置在下表面1b而是设置在侧周面1c，因此，也没有将下表面1b焊接于支承体4时的影响。
在半导体芯片3形成有半导体光器件。半导体光器件既可以是发光元件，也可以是受光元件。发光元件也可以是激光二极管或LED。另外，既可以是端面发光元件，也可以是面发光元件。受光元件也可以是PN光电二极管或雪崩光电二极管。半导体芯片3既可以靠近上表面1a的端部配置，也可以配置在上表面1a的中央。
通过槽2，能够抑制安装载体1和支承体4时的应力传递到在载体1的上表面1a焊接的半导体芯片3。具体而言，由于载体1伴随着向支承体的焊接而受到的力，在载体1的下表面1b产生变形。另一方面，通过在侧周面1c设置槽2，从而在载体1的高度方向中央部设置缩颈。由于存在该缩颈，因而在将载体1的下表面1b焊接于支承体的情况下，能够使在载体1的下表面1b产生的变形不易传递至载体1的上表面1a侧。例如，在载体1的下表面1b的周缘部产生了变形的情况下，也能够通过槽2来抑制周缘部的变形向载体1的上表面1a传递。其结果，抑制了对在载体1的上表面1a设置的半导体芯片3施加力，因此，能够抑制在半导体芯片3形成的半导体光器件的特性产生变化。
另外，通过设置槽2而能够在侧周面1c形成凹凸，因此，载体1的表面积变大，载体1的散热性提高。由此，也能够防止由半导体芯片3的自发热导致的特性劣化。
通过设置多个槽2，能够使在载体1的下表面1b产生的变形不易进一步传递至载体1的上表面1a侧。并且，能够增加侧周面1c的表面积，能够进一步提高散热性。
槽2在侧周面1c的整周连续地延伸。由此，能够在载体1的端部整周形成由槽2形成的载体1的缩颈。其结果，能够使载体1的下表面1b产生的变形不易进一步传递至载体1的上表面1a侧。
对于槽2的深度，能够进行各种变形。针对这一点使用图2的俯视图进行说明。下面，在参照图2的纸面纵横方向的同时使用“纵”及“横”这些术语，但这是为了方便而使用的称呼。此外，如果载体1的平面形状为四方形，则纵向尺寸及横向尺寸与相邻的第一边的尺寸及第二边的尺寸分别对应，更具体而言，作为一个例子如果载体1的平面形状为长方形则与长边尺寸和短边尺寸分别对应。
在图2中图示出在俯视观察载体1的上表面1a的情况下的载体1的纵向宽度L和横向宽度W。在图2中也图示出在俯视观察载体1的上表面1a的情况下的槽2的纵向尺寸深度L1及横向尺寸深度W1。对于槽2的深度，可以考虑载体1的生产率及强度等而进行设计。在槽2过深则对强度产生担心的情况下，也可以将槽2设置得浅。从尽可能使下表面1b的变形不传递至上表面1a的观点出发，也可以将槽2设置得深。如果举出具体例子，则也可以将槽2的纵向尺寸深度L1设为例如纵向宽度L的5％～30％。既可以将纵向尺寸深度L1设为例如纵向宽度L的4分之一即25％，也可以设为例如纵向宽度L的3分之一即33％。也可以将槽2的横向尺寸深度L1设为例如横向宽度W的5％～30％。既可以将横向尺寸深度W1设为例如横向宽度W的4分之一即25％，也可以设为例如横向宽度W的3分之一即33％。纵向尺寸深度L1和横向尺寸深度W1既可以彼此相等，或也可以彼此不同。
图5是表示本发明的实施方式涉及的载体1具有的槽2的形状的变形例的图。槽2既可以如图5(a)所示是V形槽2a，也可以图5(b)所示是倒梯形槽2b，还可以如图5(c)所示是U形槽2c。通过将其设为这些形状，能够抑制槽2的制造成本。也可以以将多个槽2中的一个设为V形槽2a，将另一个设为U形槽2c的方式，对形状不同的槽进行组合。
图6是表示本发明的实施方式涉及的半导体光模块10的斜视图。半导体光模块10为所谓的CAN封装，其具备罩12、管座20、以及管座20之上的被罩12覆盖的安装部件。罩12具备窗部14，该窗部14嵌有使光透过的透镜。
罩12以将支承体4、载体1以及半导体芯片3覆盖的方式与管座20连接。作为一个例子，罩12为金属制的罩。罩12的凸缘部和管座20的凸缘部通过电焊而得到固定，由此将管座20和罩12连接。此外，在罩12为树脂制的情况下，罩12通过粘结剂与管座20粘接。被罩12覆盖的内部空间被气密封装。封装气体为空气、干燥气体或氮等。
图7是表示本发明的实施方式涉及的半导体光模块10的内部结构的斜视图。半导体光模块10为发光模块。因此，半导体芯片3为发光元件。经由窗部14，将内部的半导体芯片3的激光射出到外部。
在管座20的上表面中央固定有支承体4。也可以使支承体4为金属块，在后续的安装中固定于管座20。或者，也可以在制造管座20的时候，在管座20的上表面中央设置凸部作为支承体4。由此，将支承体4和管座20形成为一体。
在管座20设置有多个引线管脚22。引线管脚22经由导线与载体1之上的电配线图案(未图示)电连接。
图8是表示本发明的实施方式涉及的其它半导体光模块50的内部结构的斜视图。半导体光模块50为受光模块。因此，半导体芯片3为受光元件。半导体光模块50构成为，向图8所示的结构连接有图6所示的罩12。但是，罩12具备的窗部14是使光透过的玻璃制的构件。半导体芯片3对通过窗部14后的光进行接收。
半导体光模块50不具备支承体4。取而代之，将管座20用作对载体1进行载置的底座。在管座20直接焊接有载体1的下表面1b。另外，在管座20焊接有高频放大器5。在载体1的上表面1a设置的电配线图案(未图示)及高频放大器5的电极(未图示)经由导线与引线管脚22电连接。
图9是表示本发明的实施方式的变形例涉及的半导体光模块110的内部结构的剖视图。半导体光模块110构成为，将支承体4、载体1、半导体芯片3及透镜113收容在箱型的壳体101。壳体101由壳体底部102、壳体侧壁103以及盖105构成。壳体底部102及壳体侧壁103构成壳体101的壳体下部。壳体101的内部空间被气密封装。在壳体侧壁103连接有光纤114，光纤114经由透镜113而与半导体芯片3耦合。在壳体底部102之上的壳体侧壁103的内侧固定有支承体4。通过将盖105安装于壳体侧壁103，从而将支承体4、载体1、透镜113、以及半导体芯片3覆盖。
图10是表示本发明的实施方式的变形例涉及的半导体光模块210的内部结构的剖视图。半导体光模块210具备管座220、覆盖该管座220的透镜罩221、在透镜罩221固定的插座用支架218、以及插座219。作为一个例子，透镜罩221是相对于镜筒230对透镜214进行冲压成型而成的。通过将镜筒230和管座220连接，从而形成空腔237，在空腔237收容有半导体芯片3、载体1、支承体4以及帕尔帖模块215。空腔237被气密封装。
此外，半导体光模块210为TOSA(Transmitter Optical SubAssembly)，半导体芯片3为激光二极管。也可以通过将半导体芯片3设为受光元件，从而将半导体光模块210变形为ROSA(Receiver Optical SubAssembly)。
根据图6～图10所示的半导体光模块10～210，对于CAN封装、蝴蝶型等箱型封装、以及TOSA/ROSA模块封装而言，能够使半导体芯片3的特性稳定化。
图11～图12是表示本发明的实施方式涉及的载体1的变形例的俯视图。如图11及图12所示，槽2也可以不形成在载体1的侧周面1c的整周而仅形成在一部分。作为一个例子，如图11所示，在载体1的侧周面1c中，也可以存在没有设置槽2的端面1c1。另外，如图12所示，也可以在载体1的端面之一设置没有形成槽2的部分1d。

Claims (9)

1.一种半导体光模块，其具备：
底座；
载体，其由陶瓷材料构成，具备下表面、上表面以及环状的侧周面，该下表面焊接于所述底座，该上表面位于所述下表面的相反侧，该环状的侧周面将所述上表面及所述下表面相连；以及
半导体芯片，其设置在所述上表面，在该半导体芯片形成有半导体光器件，
在所述载体的周向延伸的槽设置于所述侧周面，
所述槽在所述侧周面的整周连续地延伸。
2.根据权利要求1所述的半导体光模块，其中，
所述槽包含：第一槽，其在所述周向延伸；以及第二槽，其在所述周向与所述第一槽平行地延伸。
3.根据权利要求1或2所述的半导体光模块，其中，
所述槽为V形槽、U形槽或倒梯形槽。
4.根据权利要求1或2所述的半导体光模块，其中，
具备：
壳体下部，在该壳体下部作为与其独立的部件而固定有所述底座，或者，该壳体下部与所述底座形成为一体；
盖，其以将所述底座、所述载体以及所述半导体芯片覆盖的方式与所述壳体下部连接；以及
透镜，其设置于由所述盖及所述壳体下部构成的壳体内部空间，与所述半导体芯片耦合，
所述壳体内部空间被气密封装。
5.根据权利要求1或2所述的半导体光模块，其具备：
管座，在该管座作为与其独立的部件而固定有所述底座，或者该管座与所述底座形成为一体；以及
罩，其具备使光透过的窗部，该罩以将所述底座、所述载体以及所述半导体芯片覆盖的方式与所述管座连接，
由所述管座及所述罩构成的封装内部空间被气密封装。
6.根据权利要求1或2所述的半导体光模块，其具备：
管座，其被用作所述底座，所述载体的所述下表面被与该管座直接焊接；以及
罩，其具备使光透过的窗部，该罩以将所述底座、所述载体以及所述半导体芯片覆盖的方式与所述管座连接，
由所述管座及所述罩形成的封装内部空间被气密封装。
7.一种载体，其是半导体光模块用载体，由陶瓷材料构成，具备：上表面；下表面，其位于所述上表面的相反侧；以及环状的侧周面，其将所述上表面及所述下表面相连，
在周向延伸的槽设置于所述侧周面，所述槽在所述侧周面的整周连续地延伸。
8.根据权利要求7所述的载体，其中，
所述槽包含：第一槽，其在所述侧周面的整周延伸；以及第二槽，其在所述侧周面的整周与所述第一槽平行地延伸。
9.根据权利要求7或8所述的载体，其中，
所述槽为V形槽、U形槽或倒梯形槽。
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