CN114450860A

CN114450860A - 光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块

Info

Publication number: CN114450860A
Application number: CN202080067330.6A
Authority: CN
Inventors: 北川明彦; 木村贵司
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-05-06
Also published as: EP4040613A1; JPWO2021065855A1; EP4040613A4; US20220376469A1; WO2021065855A1; JP7399180B2

Abstract

光元件搭载用封装件具备：基体，具有上表面和与该上表面连续且向远离该上表面的方向下降的倾斜面；以及光学部件，具有第一面和位于该第一面的相反侧的第二面，光学部件的至少一部分位于比上表面高的位置，第二面的至少一部分经由接合材料与倾斜面接合，接合材料从第二面与倾斜面之间，位于比第二面与基体之间的上表面高的区域。

Description

光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块

技术领域

本公开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

在日本特开2004-031900号公报中公开了搭载有激光芯片的TO(TransistorOutline)-Can型的半导体激光器。TO-Can型的封装件的散热性低，在搭载高输出的激光芯片时，为了确保散热量必须采用大的封装件。

发明内容

本公开所涉及的光元件搭载用封装件具备：

基体，具有上表面和与该上表面连续且向远离该上表面的方向下降的倾斜面；以及

光学部件，具有第一面和位于该第一面的相反侧的第二面，

所述光学部件的至少一部分位于比所述上表面高的位置，所述第二面的至少一部分经由接合材料与所述倾斜面接合，

所述接合材料从所述第二面与所述倾斜面之间，位于比所述第二面与所述基体之间的所述上表面高的区域。

本公开所涉及的电子装置具备：

上述的光元件搭载用封装件；以及

光元件，被搭载于所述光元件搭载用封装件。

本公开所涉及的电子模块具备：

上述的电子装置；以及

模块用基板，搭载有所述电子装置。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式所涉及的电子装置的分解立体图。

图2是图1的电子装置的纵剖视图。

图3是表示实施方式的光学部件的搭载构造的放大图。

图4是说明光学部件的接合材料的厚度的放大图。

图5是说明接合材料的端面位置的放大图。

图6A是说明台阶部的形态及其作用的比较例的图。

图6B是说明台阶部的形态及其作用的实施方式的图。

图7是说明实施方式所涉及的光学部件的搭载构造的作用的图。

图8是表示本公开的实施方式的电子模块的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细地说明。

图1是表示本公开的实施方式所涉及的电子装置的分解立体图。图2是表示实施方式所涉及的电子装置的纵剖视图。以下，将与光元件11的搭载面(底座12的上表面)垂直的方向设为铅垂方向，将基体2的第一主面Su侧作为上方，将第二主面Sb侧作为下方来进行各方向的说明。其中，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具备光元件搭载用封装件10A和搭载于光元件搭载用封装件10A的光元件11。光元件搭载用封装件10A具备：基体2，具有第一主面Su、与第一主面Su相反的一侧的第二主面Sb以及在第一主面Su开口的凹部3；光学部件8，搭载于凹部3内；以及盖体9，堵塞凹部3的开口。盖体9由使光透射的材料(玻璃或者树脂)构成，经由接合材料与基体2的第一主面Su接合。

基体2主要具有由绝缘材料构成的基体上部2A和由金属构成的基体下部2B。在基体上部2A设置有沿上下方向贯通的贯通孔3a(图1)。在基体下部2B设置有与贯通孔3a连通的凹孔3b(图1)。基体上部2A与基体下部2B接合，在被接合时，凹孔3b与贯通孔3a连通，构成向上方开口的凹部3。

基体上部2A的基本形状部分例如由氧化铝质烧结体(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构成。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型为给定形状并进行烧结来制造。在基体上部2A还包括配置于第一主面Su的电极D1～D4(图1、图2)和穿通内部的布线导体。这些导体可以通过在烧结前在陶瓷生片的给定位置涂敷或者填充导体膏，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例如由铜、铝等导热性高的金属材料构成，例如能够通过冲压成型等形成。在基体下部2B的凹孔3b中，包括经由底座12搭载有光元件11的第一搭载部4、搭载有光学部件8的第二搭载部5、以及位于第二搭载部5的与第一搭载部4相反的一侧的台阶部6。另外，基体下部2B也可以由与基体上部2A同样的陶瓷材料构成。在基体下部2B由陶瓷材料构成的情况下，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经由接合材料与底座12的上表面接合，底座12经由接合材料与第一搭载部4的上表面接合。光元件11的光的射出方向是沿第一搭载部4的上表面或者底座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E1、E2以及底座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是具有第一面8a和与第一面8a相反的一侧的第二面8b的平板反射镜，将从光元件11入射的光向上方反射。第一面8a也可以是反射面或者反射涂层面。第二面8b也可以称为接合面。被反射的光经由盖体9向电子装置10的上方射出。光学部件8也可以包括平板状的基材和形成于基材的一面的反射膜。基材例如由玻璃、Al、Ag、Si等金属或者有机材料构成。在基材由金属构成的情况下，也可以省略反射膜。反射面可以是平面形状。反射膜的表面作为反射面发挥功能。反射膜是Ag、Al、Au、Pt、Cr等金属膜、TiO₂、Ta₂O₅、Nb₂O₅等电介质膜，也可以通过蒸镀、溅射、镀覆等薄膜制造技术来成型。

第一搭载部4具有例如在水平方向上扩展的平面状的上表面，在上表面经由底座12接合有光元件11。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具有相对于水平方向的倾斜面5a，在倾斜面5a经由接合材料13接合有光学部件8。倾斜面5a朝着从台阶部上表面6a向第一搭载部4侧下降的方向倾斜。台阶部上表面6a相当于本公开所涉及的上表面的一例。

台阶部6相当于隔着第二搭载部5而比第一搭载部4上升了一级的台阶状部分。台阶部上表面6a与倾斜面5a连续。台阶部上表面6a既可以是与第二搭载部5的上表面平行的平面状的面，也可以是与第二搭载部5的上表面非平行的面。台阶部上表面6a也可以是基体下部2B的上表面的一部分且不与基体上部2A重叠的区域。

<光学部件的搭载构造>

图3是表示光学部件的搭载构造的放大图。

光学部件8在第一面8a的背侧具有第二面8b，第二面8b的至少一部分经由接合材料13与倾斜面5a接合。第二面8b也可以是平面状。接合材料13也可以是SnAgCu、AuSu等焊锡材料、以Au、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。

光学部件8的第二面8b的上端P2位于比台阶部上表面6a高的位置。接合材料13位于第二面8b与倾斜面5a之间的比第二面8b与基体2之间的台阶部上表面6a高的区域。接合材料13也可以存在于从倾斜面5a与第二面8b之间的区域W1至从比第二面8b的台阶部上表面6a高的位置横跨到台阶部上表面6a的区域W2为止。所谓比台阶部上表面6a高的位置，表示：将光元件11的搭载面作为水平方向，比从台阶部上表面6a延伸的水平线H1更靠上方的位置。在台阶部上表面6a不是水平的情况下，上述水平线H1是指从最接近倾斜面5a的台阶部上表面6a沿水平延伸的线。

图4是说明光学部件的接合材料的厚度的放大图。

如图4所示，光学部件8的第二面8b与台阶部6之间的接合材料13在倾斜面5a与台阶部上表面6a连续的范围L1中，从倾斜面5a侧到台阶部上表面6a侧，厚度逐渐增加。

图5是说明接合材料的端面位置的放大图。

如图5所示，接合材料13位于比通过光学部件8的第一面8a的上端P1的假想铅垂线(与光元件11的搭载面垂直的线)V1更远离第一面8a的方向。具体而言，在与倾斜面5a垂直的纵剖面中，接合材料13的露出端面13S也可以位于比假想铅垂线V1更远离第一面8a的方向。此外，露出端面13S也可以存在于比台阶部上表面6a高的位置(水平线H1以上的位置)。在图5中，用粗线表示接合材料13的露出端面13S。

进而，第二面8b的接合材料13的边缘(上侧的边缘)位于比通过光学部件8的第二面8b的上端P2的假想铅垂线(与光元件11的搭载面垂直的线)V2更接近第一面8a的方向。具体而言，在图5的纵剖面中，接合材料13的露出端面13S的至少一部分也可以位于比假想铅垂线V2更接近第一面8a的位置。

图6A是说明台阶部的形态及其作用的比较例的图。图6B是说明台阶部的形态及其作用的实施方式的图。

如图6B所示，本实施方式的基体2所具备的台阶部6在纵剖面中，在倾斜面5a与台阶部上表面6a的连续部包括坡度平缓地连续的凸曲面L11。凸曲面L11定义为包含于倾斜面5a。

<光学部件的搭载构造的作用>

图7是说明实施方式所涉及的光学部件的搭载构造的作用的图。在电子装置10变成高温的情况下，基于基体下部2B与光学部件8的热膨胀系数之差，对接合材料13施加基体下部2B向水平方向扩展的方向A1的应力。此外，在电子装置10的安装工序等中握持电子装置10时，对接合材料13施加基体下部2B向水平方向收缩的方向A2的应力。

在此，对将水平方向A1、A2的应力分解为接合材料13的厚度方向(相对于倾斜面5a的垂直方向)的分量和接合材料13的扩展方向的分量的情况进行研究。由于分解分量的方向相对于应力的方向倾斜，因此应力的各分量不为零，在接合材料13的厚度方向上也产生应力。若对接合材料13施加厚度方向的应力，则在接合材料13的较薄的部分吸收应力。

在本实施方式中，如图3所示，接合材料13在比台阶部上表面6a高的区域W2存在于光学部件8的第二面8b与台阶部上表面6a之间。因此，在上述的部分能确保接合材料13的厚度，并实现接合材料13的强度的提高。通过提高接合材料13的强度，即使水平方向A1、A2的应力施加于接合材料13，也能够使光学部件8不易因应力而发生位置偏移。

进而，在本实施方式中，如图4所示，在倾斜面5a与台阶部上表面6a连续的范围L1中，接合材料13从倾斜面5a侧向台阶部上表面6a侧逐渐增加厚度。因此，即使在露出端面13S侧确保接合材料13的厚度，接合材料13的厚度也不会产生急剧的不连续点。若存在急剧的不连续点，则有可能在急剧的不连续点产生应力集中而接合材料13的应力耐性降低，但通过逐渐增加厚度的方式，能够减少上述的可能性。

进而，在本实施方式中，如图5所示，接合材料13存在于比假想铅垂线V1更远离第一面8a的方向且比台阶部上表面6a高的位置。从接近接合材料13的接合端部(接合材料13的露出端面13S)的位置向光学部件8施加最大的应力。但是，通过上述接合材料13的配置，应力不易对第一面8a产生影响，能够不易因应力而使第一面8a产生变形。

进而，在本实施方式中，如图5所示，第二面8b的接合材料13的边缘位于比假想铅垂线V2更靠近第一面8a的一侧，且存在于比台阶部上表面6a高的位置。从接合材料13施加于光学部件8的第二面8b的应力与距接合部中心的距离成比例地变大。进而，光学部件8的第二面8b越接近边缘，强度越降低。但是，通过上述接合材料13的配置，从接合材料13施加到第二面8b的边缘附近的应力减少，光学部件8的一部分不易因来自接合材料13的应力而变形。

进而，在本实施方式中，如图6B所示，在倾斜面5a与台阶部上表面6a的连续部包括凸曲面L11。如图6A的比较例的台阶部86那样，假设在倾斜面85a与台阶部上表面86a的连续部具有坡度的不连续点P11，在上述的部分经由接合材料13接合有光学部件8。在这种情况下，在不连续点P11产生应力集中，集中于不连续点P11的应力经由接合材料13传递到光学部件8，有可能使光学部件8产生变形。然而，在本实施方式的台阶部6中，在倾斜面5a与台阶部上表面6a连续的部分夹设有凸曲面L11，坡度的不连续少。因此，即便不仅在倾斜面5a与第二面8b之间，在台阶部上表面6a与第二面8b之间也存在接合材料13，应力也不会在倾斜面5a与台阶部上表面6a的连续部集中。因此，即使来自台阶部上表面6a的应力经由接合材料13传递到光学部件8，应力也分散，能够使光学部件8不易产生变形。

如上所述，根据本实施方式的电子装置10，由于在包括基体2和盖体9的封装件搭载有光元件11和光学部件8，因此能够通过光学部件8改变光的射出方向，光元件11的朝向的自由度增加。因此，能够将光元件11配置为相对于光的射出方向垂直的朝向，作为封装件，能够采用具有散热性能高的凹部3的形态的基体2。因此，即使采用高输出的光元件11，也能够通过基体2的高散热特性来实现电子装置10的小型化。在本实施方式中，如上所述，通过改善光学部件8的接合构造，能够提高光学部件8的接合强度。

<电子模块>

图8是表示本公开的实施方式所涉及的电子模块的纵剖视图。

本公开的实施方式所涉及的电子模块100构成为在模块用基板110安装电子装置10。在模块用基板110上，除了电子装置10以外，还可以安装有其他电子装置、电子元件以及电气元件等。在模块用基板110上设置有电极焊盘111、112，电子装置10也可以经由焊锡等接合材料113而与电极焊盘111接合。此外，电子装置10的电极D1、D2也可以经由接合线E11、E12与模块用基板110的电极焊盘112连接，经由这些从模块用基板110向电子装置10输出信号。

根据本实施方式的电子模块100，通过包括散热性能高、提高了光学部件的接合强度的电子装置10，能够得到高可靠性。

以上，对本公开的实施方式进行了说明。但是，本公开的光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块并不限于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，以光元件为激光二极管的结构为一例进行了说明。但是，作为光元件，例如也可以采用发光二极管等具有指向性的各种发光元件。此外，在上述实施方式中，以光学部件为板形状的反射镜的结构为一例进行了说明。但是，作为光学部件，例如可以是第一面和第二面不平行的形态的反射镜，也可以是棱镜等导光构件。此外，基体的形状、光元件以及光学部件的密封构造等也能够适当变更。

-产业上的可利用性-

本公开能够利用于光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块。

-符号说明-

2 基体

2A 基体上部

2B 基体下部

3 凹部

4 第一搭载部

5 第二搭载部

5a 倾斜面

6 台阶部

6a 台阶部上表面(上表面)

8 光学部件

8a 第一面

8b 第二面

9 盖体

10 电子装置

10A 光元件搭载用封装件

11 光元件

12 底座

13 接合材料

H1 台阶部上表面的高度的水平线

W1、W2 接合材料存在的区域

L1 倾斜面与台阶部上表面的连续部的周边范围

L11 凸曲面

P1 第一面的上端

P2 第二面的上端

V1、V2 假想铅垂线。

Claims

1.一种光元件搭载用封装件，具备：

光学部件，具有第一面和位于该第一面的相反侧的第二面，

2.根据权利要求1所述的光元件搭载用封装件，其中，

从所述倾斜面侧至所述上表面侧，所述接合材料逐渐变厚。

3.根据权利要求1或2所述的光元件搭载用封装件，其中，

所述光学部件为反射镜，

所述接合材料位于比通过所述光学部件的所述第一面的上端的假想铅垂线更远离所述第一面的方向。

4.根据权利要求1或2所述的光元件搭载用封装件，其中，

所述光学部件为反射镜，

所述第二面中的所述接合材料的边缘位于比通过所述光学部件中的所述第二面的上端的假想铅垂线更靠近所述第一面的方向。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的光元件搭载用封装件，其中，

所述上表面与所述倾斜面连续的部分的截面形状为凸曲面。

6.一种电子装置，具备

权利要求1～权利要求5中任一项所述的光元件搭载用封装件；以及

光元件，搭载于所述光元件搭载用封装件。

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，搭载有所述电子装置。