CN113474882A - 光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块 - Google Patents
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Abstract
提供一种能够实现高散热性的光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块。光元件搭载用封装件具备：光学部件，反射光；以及基体，具有包含搭载光元件的第一搭载部以及搭载光学部件的第二搭载部的凹部。而且，光学部件具有反射面和反射面上的透射膜，透射膜的表面相对于反射面倾斜。电子装置在上述的光元件搭载用封装件搭载有光元件而构成。电子模块在上述的模块用基板搭载有电子装置而构成。
Description
技术领域
本发明涉及光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块。
背景技术
以往，存在搭载有激光芯片的TO(Transistor Outline，晶体管轮廓)-Can型的半导体激光器(例如，参照日本特开2004-031900号公报)。
发明内容
用于解决课题的手段
本公开所涉及的光元件搭载用封装件具备：
光学部件，反射光；以及
基体，具有包含搭载光元件的第一搭载部以及搭载所述光学部件的第二搭载部的凹部，
所述光学部件具有反射面和所述反射面上的透射膜，所述透射膜的表面相对于所述反射面倾斜。
本公开所涉及的电子装置设为如下结构，即具备：上述的光元件搭载用封装件；以及光元件，被搭载于所述第一搭载部。
本公开所涉及的电子模块具备：上述的电子装置和搭载了所述电子装置的模块用基板。
附图说明
图1是表示本公开的实施方式1所涉及的电子装置的分解立体图。
图2是表示实施方式1所涉及的电子装置的纵剖视图。
图3是将图2的光学部件的部位放大的图。
图4A表示光学部件的安装方法，是第一例的说明图。
图4B表示光学部件的安装方法，是第二例的说明图。
图5A是具有透射膜的反射面的光路图。
图5B是图5A的一部分的放大图。
图5C是没有透射膜的比较例的反射面的光路图。
图6A表示光学部件的参数与光束特性的关系，是透射膜的倾斜角度与光束特性的关系图表。
图6B表示光学部件的参数与光束特性的关系，是反射面角度与光束特性的关系图表。
图6C表示光学部件的参数与光束特性的关系，是透射膜的折射率与光束特性的关系图表。
图7A是表示透射膜的方式不同的光学部件的变形例1的图。
图7B是表示透射膜的方式不同的光学部件的变形例2的图。
图7C是表示透射膜的方式不同的光学部件的变形例3的图。
图7D是表示透射膜的方式不同的光学部件的变形例4的图。
图8是表示基材的方式不同的光学部件的变形例5的图。
图9A1是表示光学部件的接合方式1的说明图。
图9A2是表示光学部件的接合方式1的说明图。
图9B1是表示光学部件的接合方式2的说明图。
图9B2是表示光学部件的接合方式2的说明图。
图9C1是表示光学部件的接合方式3的说明图。
图9C2是表示光学部件的接合方式3的说明图。
图10A1是表示光学部件的接合方式4的说明图。
图10A2是表示光学部件的接合方式4的说明图。
图10B1是表示光学部件的接合方式5的说明图。
图10B2是表示光学部件的接合方式5的说明图。
图10C1是表示光学部件的接合方式6的说明图。
图10C2是表示光学部件的接合方式6的说明图。
图11是表示本公开的实施方式2所涉及的电子装置的分解立体图。
图12是表示本公开的实施方式的模块装置的纵剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的各实施方式进行详细说明。
(实施方式1)
图1是表示本公开的实施方式1所涉及的电子装置的分解立体图。图2是表示实施方式1所涉及的电子装置的纵剖视图。图3是将图2的光学部件的部位放大的图。以下，将基体2的第一主面Su侧作为上方，将第二主面Sb侧作为下方进行各方向的说明，但说明中的各方向不需要与使用电子装置10时的方向一致。
实施方式1所涉及的电子装置10具备：基体2，具有第一主面Su、第二主面Sb以及在第一主面Su开口的凹部3；光元件11以及光学部件8，搭载于凹部3内；盖体9，封闭凹部3的开口。盖体9包含透射光的材料(玻璃或者树脂)，经由接合材料而与基体2的第一主面Su接合。从电子装置10除去盖体9、光元件11以及辅助支架12后的结构相当于光元件搭载用封装件。
基体2具有：主要包含绝缘材料的基体上部2A和包含金属的基体下部2B。在基体上部2A设置有在上下方向贯通的贯通孔3a。在基体下部2B设置有与贯通孔3a连通的凹孔3b。基体上部2A与基体下部2B接合，在接合时，凹孔3b与贯通孔3a连通，构成在上方开口的凹部3。
基体上部2A的基本形状部分例如包含氧化铝质烧结体(氧化铝陶瓷)、氮化铝质烧结体、莫来石质烧结体或者玻璃陶瓷烧结体等陶瓷材料。上述的部分例如能够通过将作为烧结前的陶瓷材料的陶瓷生片通过冲裁加工或者模具加工等成形为规定形状并进行烧结来制造。在基体上部2A还包含配置于第一主面Su的电极D1～D4(图1、图2)和在内部通过的布线导体。这些导体能够通过在烧结前在陶瓷生片的规定位置涂敷或者填充导体膏并与陶瓷生片一起烧结而形成。另外，也可以没有基体上部2A的侧面的角部的切口。
基体下部2B例如包含铜、铝等热传导性高的金属材料，例如能够通过冲压成形等形成。在基体下部2B的凹孔3b，包含经由辅助支架12而搭载有光元件11的第一搭载部4和搭载有光学部件8的第二搭载部5。第一搭载部4例如是在水平方向上扩展的平面状的面。所谓平面状，是指包含严格的平面、以及若忽略较小的凹凸则视为平面的面的概念。第二搭载部5是相对于水平方向倾斜的平面状的面。第二搭载部5越远离第一搭载部4越向位于上方的方向倾斜。第二搭载部5也可以具有比第一搭载部4低的槽部5a。第二搭载部5具有对光学部件8的一端部进行定位的凹角部5b(图2)。另外，基体下部2B也可以包含与基体上部2A同样的陶瓷材料。在基体下部2B包含陶瓷材料的情况下，能够通过模具加工等来形成。此外，在将基体上部2A以及基体下部2B设为相同的烧结体的情况下，也可以一体地形成。
光元件11例如是激光二极管(半导体激光器)。光元件11只要是具有指向性的发光元件即可。光元件11经由接合材料而与辅助支架12的上表面接合，辅助支架12经由接合材料而与第一搭载部4的上表面接合。光元件11的光的出射方向是沿着第一搭载部4的上表面或者辅助支架12的上表面的方向(例如水平方向)，朝向第二搭载部5。光元件11经由接合线W1、W2以及辅助支架12的布线导体而与基体上部2A的凹部3内的电极D3、D4电连接。凹部3内的电极经由布线导体而与凹部3外的电极D1、D2连接，通过经由电极D1、D2输入电力来驱动光元件11。
光学部件8是平板反射镜，将从光元件11入射的光向上方反射。被反射的光经由盖体9向电子装置10的上方出射。如图3所示，光学部件8包含平板状的基材8a、形成于基材8a的一面的反射膜8b以及形成于反射膜8b上的透射膜8c。基材8a例如包含玻璃、Al、Ag、Si等金属或者有机材料。在基材8a包含金属的情况下，也可以省略反射膜8b，在上述情况下，基材8a的一面作为反射面发挥功能。反射面可以是平面形状。反射膜8b的表面作为反射面发挥功能。反射膜8b是Ag、Al、Au、Pt、Cr等金属膜，通过蒸镀、溅射、镀敷等薄膜制造技术而成形。透射膜8c包含SiO、SiO2、Al2O3、TiO、Ta2O5、电介质多层膜、MgF2、硅丙烯酸类涂层等透射光的材料。透射膜(保护膜)8c保护反射面。透射膜8c具有不依赖于位置的一样的折射率、均匀的透明度。透射膜8c具有厚度角度以使得表面S1(图3)相对于反射面S2(图3)倾斜。
图4A以及图4B是表示光学部件的安装方法的第一例的说明图和第二例的说明图。
在将光学部件8向第二搭载部5安装时，光学部件8的一个缘部与第二搭载部5的凹角部5b抵接从而被定位。而且，在被定位的状态下，光学部件8与第二搭载部5接合。光学部件8经由SnAgCu、AuSu等焊料、以Ag、Cu等为主要成分的金属纳米粒子烧结材料、以及以氧化铝、氧化锆等为主要成分的无机粘接剂等接合材料，与第二搭载部5接合。如图4A所示，光学部件8也可以在将基体2的第二主面Sb水平配置的状态下被安装于第二搭载部5。在上述的安装的情况下，光学部件8在相对于水平面倾斜的状态下，配置于第二搭载部5上，通过利用重力从而一个缘部与凹角部5b抵接，从而光学部件8被定位。而且，通过使接合材料固化，能够以高位置精度安装光学部件8。或者，如图4B所示，光学部件8也可以将第二搭载部5设为水平的基体2的配置而被安装。在上述的安装的情况下，在光学部件8以及第二搭载部5为水平的状态下，接合材料被固化。通过上述的安装方法，能够得到光学部件8高倾斜角的精度。
图5A～图5C是具有透射膜的反射面的光路图、其放大图、没有透射膜的比较例的反射面的光路图。
如图5A以及图5B所示，入射到透射膜8c的光以及从透射膜8c向外行进的光在透射膜8c的表面折射。进而，通过透射膜8c具有厚度，通过透射膜8c并被反射面反射的光从与入射位置不同的位置出射。进而，通过透射膜8c的厚度角度，从透射膜8c向外行进的光的角度如图5C那样，成为比入射光在透射膜8c的表面全反射的情况下的角度更接近垂直的角度。通过上述的作用，与在反射面全反射的图5C的光学部件8R的结构相比，图5A以及图5B的结构能够减小光束扩散角。上述光束特性的变化通过透射膜8c的作用而得到，通过使透射膜8c的厚度角度、倾斜角度、折射率等变化，能够对光束的扩散角以及倾斜度等特性进行各种变更。
图6A～图6C是表示光学部件的规定的参数与光束特性的关系的图，分别是透射膜的透射膜的倾斜角度与光束特性的关系图表、反射面角度与光束特性的关系图表、透射膜的折射率与光束特性的关系图表。光束倾斜度将铅垂方向表示为0°。图6A的值在将反射面角度设为45°、将透射膜8c的折射率设为1.5的固定条件下进行计算。图6B的值在将透射膜8c的倾斜角设为10°、将透射膜8c的折射率设为1.5的固定条件下进行计算。图6C的值在反射面的角度为40°、透射膜8c的倾斜角为10°的固定条件下进行计算。反射面的角度将水平方向表示为0°。所谓透射膜8c的倾斜角度，是指透射膜8c的表面相对于反射面的角度，将越远离第一搭载部4则透射膜8c的厚度越小的倾斜度表示为正值。透射膜8c的折射率能够根据透射膜8c的材料而改变。例如，能够通过成分不同的光学玻璃材料实现折射率1.4～1.8，通过成分不同的树脂系材料实现折射率1.5～1.9。
如图6A～图6C所示，光学部件8的反射面的倾斜角度、透射膜8c的倾斜角度以及透射膜8c的折射率能够适当变更。通过这些参数的选定，即使光元件11的光束特性相同，也能够适当调整从电子装置10出射的光的光束特性(出射角度以及光束扩散)。
在本实施方式1中，通过透射膜8c的倾斜角以及折射率的选定，与没有透射膜8c的情况相比，将光学部件8的反射面的倾斜角度设为比45°小的角度，并且光学部件8的反射光为接近铅垂方向的角度。通过采用上述的结构，与不存在具有厚度角度的透射膜8c的结构相比，能够将电子装置10的高度尺寸降低与光学部件8的反射面的倾斜角度小的量相应的量，并且能够实现向所希望角度的光束的出射。
此外，在本实施方式1中，采用如下结构，即通过透射膜8c的倾斜角以及折射率的选定，电子装置10的出射光的光束扩散角变得比光元件11的出射光的光束扩散角小。通过设为上述的结构，即使在光元件11的光束扩散角大于所要求的光束扩散角的情况下，通过透射膜8c的选定，也能够应对光束扩散角的要求。相反，也可以构成为通过透射膜8c的倾斜角以及折射率的选定，电子装置10的出射光的光束扩散角大于光元件11的出射光的光束扩散角。通过设为上述的结构，即使在光元件11的光束扩散角小于所要求的光束扩散角的情况下，通过透射膜8c的选定，也能够应对光束扩散角的要求。
图7A～图7D分别表示透射膜的方式不同的光学部件的变形例1～变形例4。
作为平板反射镜的光学部件8例如可以如图7A以及图7B所示，在反射面的整个面形成有透射膜8c，也可以如图7C以及图7D所示，除去反射面的缘部分E1、E2而形成有透射膜8c。此外，可以如图7A以及图7C所示，采用透射膜8c的最薄的部分厚度大致为零的结构，也可以如图7B以及图7D所示，采用透射膜8c的最薄的部分具有厚度的结构。
具有厚度角度的透射膜8c在蒸镀或者溅射等真空成膜装置中，能够针对成形材料的发生源，使反射面比朝向正前方的状态倾斜地配置并进行成膜处理来制造。通过上述的制造方法，形成越接近成形材料的发生源则膜越厚、越接近成形材料的发生源则膜越薄的厚度角度。
或者，具有厚度角度的透射膜8c能够通过将具有反射膜8b的多个基材8a排列为倾斜的状态，进行基于喷雾器的涂敷处理从而制造。在此，多个基材8a在夹具上填充间隙而排列，以使涂敷液不会从反射面传递至深处的面或者流落。吹送至反射面的涂敷液大量积存于在夹具上间隙被填充而配置的反射面的深处。大量积存的涂敷液由于表面张力而向反射面整体扩散，形成越接近喷雾器越薄、越远离喷雾器的深处越厚的透射膜8c。
避开缘部分的透射膜8c能够通过真空成膜装置或者喷雾器，在形成透射膜8c时，进行遮蔽而形成。
在本实施方式1中，光学部件8是图7A～图7D中的任一个平板反射镜，采用透射膜8c的厚度越接近第一搭载部4越厚的结构。根据上述结构，由于透射膜8c固化时的应力，基材8a在接近第一搭载部4的一方内翘曲。所谓内翘曲，是指基材8a的透射膜8c侧收缩，背面延伸的方向的翘曲。基材8a的内翘曲起因于在成膜中产生的透射膜8c的应力，透射膜8c越厚则产生越大的应力，因此在透射膜8c厚的一方产生较大的内翘曲。通过基材8a的内翘曲，在接近光元件11的一方，能够进一步提高出射光的反射角(设为接近铅垂)，能够削减从光学部件8的接近光元件11的一侧向光元件11反射的光的返回光。通过削减返回光，能够提高光元件11的可靠性以及寿命。
图8表示基材的方式不同的光学部件的变形例5。
如图8所示，光学部件8的基材8a也可以设为接近第一搭载部4的一方较厚的结构。根据上述结构，在来自光元件11的热量向光学部件8传递的情况下，通过位于上述的热量容易传递的一方的基材8a较厚，能够降低由热量引起的光学部件8的形变(变形)。因此，能够降低因光元件11的发热而引起的光学部件8的形变，由此抑制了来自电子装置10的出射光的光路因发热而引起偏移的情况。另外，在图8中，采用了接近于第一搭载部4的透射膜8c的厚度变薄的结构，但透射膜8c倾斜方向也可以是上述结构的相反方向，在该情况下，也同样地起到抑制由发热引起的光路的位移的效果。
图9A1～图10C2是表示光学部件的接合方式1～接合方式6的说明图。图9A1～图9C1、图10A1～图10C1是接合后的光学部件8的后视图。图9A2～图9C2、图10A2～图10C2是光学部件8以及第二搭载部5的纵剖视图。
光学部件8也可以如接合方式1所示，光学部件8的背面整体经由接合材料F而与第二搭载部5接合。在使用SnAg等焊料作为接合材料的情况下，接合材料熔化时，由于表面张力，接合材料F向光学部件8的背面整体扩展，背面整体与第二搭载部5接合。
在使用金属纳米粒子烧结材料、或者无机粘接材料进行接合的情况下，也可以如接合方式2至接合方式6所示，仅在光学部件8的背面的一部分涂敷以及固化接合材料F，光学部件8与第二搭载部5接合。局部的接合位置也可以是光学部件8的背面中央、角部、沿前后方向延伸的纵边部、沿左右方向延伸的横边部、或者它们中的任意的组合。通过设为部分接合，利用从接合材料F向光学部件8施加的应力的缓和、以及基材8a与第二搭载部5的接触面积的降低，从而能够减少经由第二搭载部5而向基材8a传递热量的情况，抑制光学部件8的热变形。因此，能够抑制因光元件11的发热引起的出射光的光路的位移。
如上所述，根据实施方式1所涉及的电子装置10以及光元件搭载用封装件，通过在凹部3内搭载光元件11和光学部件8的结构，实现表面安装型的方式，即使小型也能够得到高散热性。进而，通过利用光学部件8反射来自光元件11的光，能够使光向上方出射。此外，通过采用透射膜8c的表面相对于反射面倾斜的光学部件8，即使光元件11的光束特性被固定，通过光学部件8的选定，也能够容易地应对关于光束的倾斜角以及扩散角的要求。
进而，根据实施方式1所涉及的电子装置10以及光元件搭载用封装件，光学部件8为平板反射镜，在第二搭载部5，设置有对光学部件8的一端部进行定位的凹角部5b。因此，能够实现光学部件8的安装精度的提高和安装处理的容易化。
进而，根据实施方式1所涉及的电子装置10以及光元件搭载用封装件，光学部件8的透射膜8c的靠近第一搭载部4的部位比远离第一搭载部4的部位厚。因此，能够缩小光束的扩散角。进而，若光学部件8为平板反射镜，则能够利用透射膜8c的应力使基材8a向接近第一搭载部4的一方内翘曲，因此，能够减少向光元件11的返回光，能够实现光元件11的可靠性的提高以及长寿命化。
进而，根据实施方式1所涉及的电子装置10以及光元件搭载用封装件，光学部件8为平板反射镜，基材8a的接近第一搭载部4的部位比远离第一搭载部4的部位厚。因此，在从光元件11扩散的热量传递到光学部件8的情况下，在热量被传递较多的一方，能够增大光学部件8的热容量。因此，能够降低由光元件11的发热引起的光学部件8的形变量，进而，能够抑制由发热引起的出射光的光路的位移。
进而，根据实施方式1所涉及的电子装置10以及光元件搭载用封装件，在光学部件8的背面包含与第二搭载部5接合的部分和非接合部分。因此，能够实现从基体2(基体下部2B)向光学部件8施加的应力的降低、从基体2(基体下部2B)向光学部件8传递的热量的降低。因此，能够实现从电子装置10出射的光的稳定性以及可靠性的提高。
(实施方式2)
图11是表示本公开的实施方式2所涉及的电子装置的分解立体图。在实施方式2中，针对与实施方式1同样的结构要素，标注相同符号并省略详细的说明。
实施方式2所涉及的电子装置10E具有：基体2E，具有凹部3；光元件11以及光学部件8E，搭载于凹部3内；以及盖体9，封闭凹部3的开口。从电子装置10E除去盖体9、光元件11以及辅助支架12的结构相当于光元件搭载用封装件。
基体2E主要包含绝缘材料。基体2E的基本形状部分与实施方式1的基体上部2A同样地包含陶瓷材料。在上述基本形状部分中的、凹部3内的上表面、第二主面Sb、第一主面Su的凹部3的开口周围等，形成有电极，在基本形状部分的内部，形成有将电极之间电连接的布线导体。凹部3包含水平的平面状的第一搭载部4E和水平的平面状的第二搭载部5E。在第一搭载部4E，与实施方式1同样地，经由辅助支架12而安装有光元件11。在第二搭载部5E，搭载有块形状的光学部件8E。光学部件8E具有水平的底面和相对于底面倾斜的反射面，在反射面形成有与实施方式1同样的透射膜8c。
如上所述，在实施方式2的电子装置10E以及光元件搭载用封装件中，通过在凹部3内搭载光元件11和光学部件8E的结构，也能够实现显示面安装型的方式，即使小型也能够得到高散热性。进而，通过利用光学部件8反射来自光元件11的光，能够将光向上方出射。此外，通过采用透射膜8c的表面与反射面倾斜的光学部件8E，即使光元件11的光束特性被固定，通过光学部件8的选定，也能够容易地应对关于光束的倾斜角以及扩散角的要求。
另外，在实施方式2的电子装置10E以及光元件搭载用封装件中，也可以代替第二搭载部5E而采用与实施方式1的第二搭载部5同样的形状的搭载部，代替实施方式2的光学部件8E而采用实施方式1的光学部件8。通过上述的采用，也能够同样地起到通过在实施方式1中说明的该方式得到的效果。
此外，在实施方式2的电子装置10E以及光元件搭载用封装件中，也可以代替基体2E，而如实施方式1的基体上部2A以及基体下部2B那样，采用如下的基体，即基体的上部和下部的材料不同，下部包含金属材料。通过上述的采用，能够实现光元件11的散热性的进一步提高。
<电子模块>
图12是表示本公开的实施方式所涉及的模块装置的纵剖视图。
本公开的实施方式所涉及的电子模块100通过在模块用基板110安装电子装置10而构成。在模块用基板110中，除了电子装置10以外，还可以安装其他电子装置、电子元件以及电气元件等。在模块用基板110中，设置有电极焊盘111、112，电子装置10经由焊料等接合材料113而与电极焊盘111接合。此外，也可以构成为，电子装置10的电极D1、D2经由接合线W11、W12而与模块用基板110的电极焊盘112连接，经由这些而从模块用基板110向电子装置10输出信号。
或者，本公开的实施方式所涉及的电子模块100也可以是在模块用基板110安装有实施方式2的电子装置10E的结构。在上述结构的情况下，也可以设为如下结构，即在电子装置10E的第二主面Sb设置的电极与模块用基板110的电极焊盘111经由焊料等接合材料而被接合，经由这些而向电子装置10E发送信号。
如上所述，根据本实施方式所涉及的电子模块100，可得到如下效果，即通过电子装置10，能够使具有符合要求的光束特性的光在较少部件空间中出射。
以上，对本公开的各实施方式进行了说明。但是，上述的各实施方式只不过是一例。本实施方式的说明在所有方面均为例示，本发明并不限定于此。只要不相互矛盾，本公开也能够应用于适当地进行了组合、变更、置换、附加、省略等的实施方式。而且，可以理解为能够在不脱离本发明的范围的情况下设想未例示的无数变形例。
产业上的可利用性
本公开能够用于光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块。
Claims (7)
1.一种光元件搭载用封装件，具备：
光学部件，反射光；以及
基体，具有包含搭载光元件的第一搭载部以及搭载所述光学部件的第二搭载部的凹部，
所述光学部件具有反射面和所述反射面上的透射膜，所述透射膜的表面相对于所述反射面倾斜。
2.根据权利要求1所述的光元件搭载用封装件，其中，
所述光学部件是平板反射镜，
所述第二搭载部包含对所述平板反射镜的一个缘部进行定位的凹角部。
3.根据权利要求1或者权利要求2所述的光元件搭载用封装件，其中，
所述透射膜的接近所述第一搭载部的部位比远离所述第一搭载部的部位厚。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的光元件搭载用封装件，其中，
所述光学部件在一面具有包含所述反射面的基材，
所述基材的接近所述第一搭载部的部位比远离所述第一搭载部的部位厚。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的光元件搭载用封装件，其中，
在所述光学部件的背面包含被接合至所述第二搭载部的部分和非接合部分。
6.一种电子装置，具备：
权利要求1～5中的任一项所述的光元件搭载用封装件；以及
光元件，被搭载于所述第一搭载部。
7.一种电子模块，具备：
权利要求6所述的电子装置；以及
模块用基板，搭载了所述电子装置。
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