DE112020000674T5 - Elektronische vorrichtung - Google Patents

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chip
electronic device
semiconductor substrate
light emitting
emitting elements
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Takashi Imahigashi
Kaoru Tanaka
Masashi Miyazaki
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Sony Semiconductor Solutions Corp
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    • H01L2224/13299—Base material
    • H01L2224/133—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13339—Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/133—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/13338—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/13344—Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/13363—Base material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/13369—Platinum [Pt] as principal constituent
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Abstract

Eine elektronische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung enthält ein Halbleitersubstrat, einen Chip und einen Verbindungsteil. Der Chip weist eine unterschiedliche thermische Ausdehnungsrate gegenüber jener des Halbleitersubstrats auf. Der Verbindungsteil enthält eine poröse Metallschicht, um Verbindungs-Pads zu verbinden, die auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats und des Chips angeordnet sind.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 4. Februar 2019 in Japan eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-018088 und der am 25. September 2019 in Japan eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-174039 .
  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine elektronische Vorrichtung.
  • Hintergrund
  • Als eine Technik zum Montieren eines Chips einer elektronischen Komponente auf einem Halbleitersubstrat ist beispielsweise eine Flip-Chip-Montage bekannt, bei der ein Metall-Bump bzw. -höcker, der auf einer oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats vorstehend angeordnet ist, und ein Verbindungs-Pad, das auf einer unteren Oberfläche des Chips angeordnet ist, miteinander in Druckkontakt gebracht werden und gleichzeitig Wärme angewendet wird, um dadurch den Metallhöcker und den Chip zu verbinden (siehe zum Beispiel offengelegtes japanisches Patent Veröffentlichungs-Nr. 2011-077308 ). Als Material des Höckers wird im Allgemeinen Gold, Kupfer, Lot und dergleichen im Bulk-Zustand verwendet.
  • Zitatliste
  • Patentliteratur
  • PTL 1: JP 2011-077308 A
  • Zusammenfassung
  • Technisches Problem
  • Falls jedoch Gold oder Kupfer in einem Bulk-Zustand als das Material des Höckers verwendet wird und ein Chip mit einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsrate gegenüber jener eines Halbleitersubstrats auf dem Halbleitersubstrat mittels der Flip-Chip-Montage montiert werden soll, ist es notwendig, den Höcker bei hoher Temperatur und hohem Druck zu verbinden, so dass der Chip beschädigt wird und die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit der elektronischen Vorrichtung reduziert wird.
  • Falls ferner Lot als das Material des Höckers verwendet wird, ist es möglich, das Halbleitersubstrat und den Chip bei verhältnismäßig niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu verbinden, ist aber eine Verbindungsstärke geringer als jene eines aus Gold oder Kupfer bestehenden Höckers; falls das Halbleitersubstrat und der Chip unterschiedliche thermische Ausdehnungsraten aufweisen, wird daher die Zuverlässigkeit aufgrund der Verbindungsstärke reduziert.
  • Lösung für das Problem
  • Verschiedene Aspekte und Merkmale der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen definiert. Eine elektronische Vorrichtung gemäß einer vorliegenden Offenbarung enthält ein Halbleitersubstrat, einen Chip und einen Verbindungsteil. Der Chip weist eine unterschiedliche thermische Ausdehnungsrate gegenüber jener des Halbleitersubstrats auf. Der Verbindungsteil enthält eine poröse Metallschicht, um Verbindungs-Pads, die auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats und des Chips angeordnet sind, zu verbinden.
  • Figurenliste
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und die technische und industrielle Bedeutung dieser Erfindung werden durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird.
    • [1] 1 ist ein Diagramm, um einen Querschnitt einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [2A] 2A ist ein Diagramm, um einen Prozess zum Ausbilden von Höckern auf einem Halbleitersubstrat gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [2B] 2B ist ein Diagramm, um den Prozess zum Ausbilden der Höcker auf dem Halbleitersubstrat gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [2C] 2C ist ein Diagramm, um den Prozess zum Ausbilden der Höcker auf dem Halbleitersubstrat gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [2D] 2D ist ein Diagramm, um den Prozess zum Ausbilden der Höcker auf dem Halbleitersubstrat gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [3A] 3A ist ein Diagramm, um einen Prozess zum Ausbilden von Höckern auf einem Chip gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [3B] 3B ist ein Diagramm, um den Prozess zum Ausbilden der Höcker auf dem Chip gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [3C] 3C ist ein Diagramm, um den Prozess zum Ausbilden der Höcker auf dem Chip gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [3D] 3D ist ein Diagramm, um den Prozess zum Ausbilden der Höcker auf dem Chip gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [4] 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration einer Abstandsmesseinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [5] 5 ist ein Diagramm, um ein Beispiel einer Anordnung von Bestandteilen der Messeinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [6] 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Äquivalenzmodell einer Ansteuerungsschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
    • [7] 7 ist ein Diagramm, um eine Anstiegszeit und eine Abfallzeit eines in einem lichtemittierenden Element gemäß der vorliegenden Offenbarung fließenden Stroms zu erläutern.
    • [8] 8 ist ein Diagramm, um eine Querschnittsstruktur einer Lichtquelleneinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [9A] 9A ist ein Diagramm, um einen Montageprozess der Lichtquelleneinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [9B] 9B ist ein Diagramm, um einen Montageprozess der Lichtquelleneinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
    • [9C] 9C ist ein Diagramm, um einen Montageprozess der Lichtquelleneinrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
  • Beschreibung von Ausführungsformen
  • Basierend auf den Zeichnungen werden im Folgenden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung im Detail beschrieben. In jeder der Ausführungsformen unten werden die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugssymbolen bezeichnet und mittels der gleichen Schraffur angezeigt, und die gleiche Erläuterung wird nicht wiederholt.
  • 1. Konfiguration eines Querschnitts einer elektronischen Vorrichtung
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält eine elektronische Vorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Halbleitersubstrat 2, einen Chip 3 und (zum Beispiel hier im Folgenden als Bumps bzw. Höcker 4 beschriebene) Verbindungsteile, um Verbindungs-Pads 21 und 31, die auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 angeordnet sind, zu verbinden. Im Folgenden werden beispielhafte Details in Bezug auf das Halbleitersubstrat 2, den Chip 3 und die verbindenden Verbindungs-Pads 21 und 31 angegeben. Andere Ausführungsformen können jedoch andere beispielhafte Details enthalten.
  • Der Chip 3 kann zum Beispiel ein Halbeiterlaser sein und kann die Verbindungs-Pads 31, lichtemittierende Teile 32 des Halbleiterlasers und dergleichen im Innern eines Basismaterials enthalten, das aus beispielsweise einem Halbleitermaterial oder einem Halbleiter-Verbundmaterial, zum Beispiel Galliumarsenid (GaAs), besteht. Der lichtemittierende Bereich bzw. die lichtemittierende Sektion 32 kann eine Vielzahl lichtemittierender Elemente 321 enthalten, von denen jedes Laserlicht emittiert. Beispielsweise kann die Vielzahl lichtemittierender Elemente 321 zweidimensional angeordnet sein. Die im Basismaterial des Chips 3 ausgebildeten elektronischen Komponenten können beliebige, von der lichtemittierenden Sektion 32 des Halbleiterlasers verschiedene elektronische Komponenten sein. Ferner kann das Basismaterial des Chips 3 ein halbisolierendes Basismaterial sein, das aus beispielsweise Indiumphosphid (InP) oder dergleichen besteht.
  • Das Halbleitersubstrat 2 kann beispielsweise ein Silizium- (Si-) Substrat sein, und eine Ansteuerungsschaltung 22, die den Halbleiterlaser ansteuert, kann innerhalb des Halbleitersubstrats 2 ausgebildet sein. Die innerhalb des Halbleitersubstrats 2 ausgebildete elektronische Schaltung kann eine beliebige, von der Ansteuerungsschaltung 22 des Halbleiterlasers verschiedene elektronische Schaltung sein.
  • Die elektronische Vorrichtung 1 kann so konfiguriert sein, dass der Chip 3 mittels Flip-Chip-Montage auf dem Halbleitersubstrat 2 montiert wird und die Höcker 4 die Ansteuerungsschaltung 22 innerhalb des Halbleitersubstrats 2 und den Chip 3 als den Halbleiterlaser elektrisch verbinden.
  • Bei einer allgemeinen Flip-Chip-Montage wird ein Chip auf einem Halbleitersubstrat montiert, indem ein Metallhöcker im Bulk-Zustand wie etwa Gold (Au), Kupfer (Cu) oder Lot, der auf einer gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats oder des Chips angeordnet ist, mit dem Halbleitersubstrat oder dem Chip in Druckkontakt gebracht und gleichzeitig Wärme angewendet wird.
  • Wenn jedoch eine Differenz zwischen thermischen Ausdehnungsraten des Halbleitersubstrats und des Chips zum Beispiel 0,1 ppm/°C oder größer ist und falls Au, Cu, Lot oder dergleichen in einem Bulk-Zustand als das Material des Höckers verwendet wird, können jedoch die folgenden Probleme auftreten.
  • Falls beispielsweise Au in einem Bulk-Zustand als das Material des Höckers verwendet wird, um das Halbleitersubstrat und den Chip mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsraten unter Verwendung des Höckers stabil zu verbinden, ist es notwendig, Wärme bei einer hohen Temperatur von 300°C oder höher zuzuführen bzw. anzuwenden und einen hohen Druck von 100 MPa oder höher zwischen dem Halbleitersubstrat und dem Chip anzuwenden.
  • Falls ferner Cu in einem Bulk-Zustand als das Material des Höckers verwendet wird, ist es notwendig, Wärme bei einer Temperatur von 380°C oder höher anzuwenden. Wenn Au oder Cu in einem Bulk-Zustand als das Material des Höckers auf diese Weise verwendet wird, ist es notwendig, den Höcker bei einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu verbinden, und die hohe Temperatur und der hohe Druck können den Chip beschädigen, so dass die Zuverlässigkeit der elektronischen Vorrichtung reduziert werden kann.
  • Falls im Gegensatz dazu Lot als das Material des Höckers verwendet wird, ist es möglich, im Vergleich zur Verwendung von Au und Cu den Höcker bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck zu verbinden; jedoch weist Lot eine geringere Wärmebeständigkeit und Verbindungsstärke als jene von Au und Cu auf. Im Hinblick auf den aus Lot bestehenden Höcker tritt daher, falls sich beispielsweise der Chip aufgrund von Wärme ausdehnt, die von der elektronischen Komponente wie etwa dem Halbleiterlaser erzeugt wird, der auf dem Chip montiert ist, aufgrund einer Differenz zwischen den thermischen Ausdehnungsraten des Halbleitersubstrats und des Chips ein offener Defekt auf, so dass die Zuverlässigkeit der elektronischen Vorrichtung reduziert werden kann.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann das Halbleitersubstrat 2 gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Si-Substrat mit einer thermischen Ausdehnungsrate von 5,7 ppm/°C sein. Im Gegensatz dazu kann das Basismaterial des Chips 3 gemäß der vorliegenden Offenbarung GaAs mit einer thermischen Ausdehnungsrate von 2,6 ppm/°C sein.
  • Daher kann in der elektronischen Vorrichtung 1 eine Differenz zwischen den thermischen Ausdehnungsraten des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 weitaus größer als 0,1 ppm/°C sein. Falls in der elektronischen Vorrichtung 1 das Material des Höckers Au, Cu oder Lot in einem Bulk-Zustand ist, können daher die oben beschriebenen Probleme auftreten und kann die Zuverlässigkeit reduziert werden.
  • Um damit zurechtzukommen, können die Höcker 4 der elektronischen Vorrichtung 1 zum Beispiel poröse Metallschichten 41 enthalten, die aus beispielsweise Au bestehen. Die porösen Metallschichten 41 können Au-Teilchen mit Teilchendurchmessern von 0,005 Mikrometer (µm) bis 1,003 µm enthalten. Indes kann eine Komponente der porösen Metallschichten 41 beispielsweise Cu, Silber (Ag) oder Platin (Pt) sein.
  • Die porösen Metallschichten 41 können die Metallteilchen mit den Teilchendurchmessern von 0,005 µm bis 1,0 µm enthalten. Dies kann aufgrund eines Größeneffekts der Teilchendurchmesser ermöglichen, Metalle bei niedriger Temperatur als ein Schmelzpunkt eines Metalls im Bulk-Zustand zu bonden. Beispielsweise können die porösen Metallschichten 41 das Halbleitersubstrat 2 und den Chip 3 bei etwa 100°C verbinden, wenn sie aus Au bestehen, bei etwa 250°C, wenn sie aus Ag bestehen, und bei etwa 150°C, wenn sie aus Cu bestehen. Daher kann die elektronische Vorrichtung 1 eine Beschädigung des Chips 3 aufgrund von Wärme reduzieren und die Zuverlässigkeit verbessern.
  • Beispielsweise kann ein Höhenverhältnis zwischen der porösen Metallschicht 41 und den Höckern 4, z. B. ein Verhältnis zwischen einer Dicke oder einer vertikalen Ausdehnung der porösen Metallschicht 41 und einer Dicke oder vertikalen Ausdehnung der Höcker 4, gleich oder größer als 90 % oder gleich oder größer als 95 % sein. Die vertikale Ausdehnung ist eine Ausdehnung entlang einer vertikalen Richtung, die eine Stapelrichtung des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3, z. B. eine Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 oder des Chips 3, sein kann. Zusätzlich zu der porösen Metallschicht 41 können die Höcker 4 eine oder mehr Metallschichten enthalten, die nicht porös ist oder sind oder eine geringere Porosität, z. B. einen geringeren Volumenanteil an Poren, als die poröse Metallschicht 41 aufweist oder aufweisen. Beispiele von Metallschichten werden weiter unten in Bezug auf die Metallfilme 42, 43 beispielsweise beschrieben. Die porösen Metallschichten 41 können ferner eine Elastizität aufweisen und werden elastisch verformt, selbst wenn sich beispielsweise der Chip 3 aufgrund einer vom Halbleiterlaser erzeugten Wärme mit einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsrate gegenüber jener des Halbleitersubstrats 2 ausdehnt, so dass das obige Höhenverhältnis zwischen der porösen Metallschicht 41 und den Höckern 4 ermöglicht, das Auftreten eines offenen Defekts zu verhindern. Daher kann die elektronische Vorrichtung 1 mit dem obigen Höhenverhältnis zwischen der porösen Metallschicht 41 und den Höckern 4 im Vergleich zu einem Fall, in dem beispielsweise ein aus Lot bestehender Höcker verwendet wird, die Zuverlässigkeit verbessern.
  • Die elektronische Vorrichtung 1 wie oben beschrieben kann hergestellt werden, indem der Chip 3 auf dem Halbleitersubstrat 2 abgelagert wird, das eine obere Oberfläche aufweist, auf der die Höcker 4 angeordnet sind, die porösen Metallschichten 41 der Höcker mit den Verbindungs-Pads 31 ohne Schmelzen der porösen Metallschichten 41 verbunden werden und der Chip 3 auf dem Halbleitersubstrat 2 zum Beispiel mittels einer Flip-Chip-Montage montiert wird.
  • Ferner kann die elektronische Vorrichtung 1 hergestellt werden, indem auf dem Halbleitersubstrat 2 der Chip 3 abgelagert wird, der eine untere Oberfläche aufweist, auf der die porösen Metallschichten 41 enthaltende Höcker angeordnet sind, die porösen Metallschichten 41 der Höcker mit den Verbindungs-Pads 21 ohne Schmelzen der porösen Metallschichten 41 verbunden werden und der Chip 3 auf dem Halbleitersubstrat 2 beispielsweise mittels Flip-Chip-Montage montiert wird. Indes können die Höcker auf sowohl dem Halbleitersubstrat 2 als auch dem Chip 3 vor einer Ablagerung angeordnet werden.
  • Falls die Höcker 4 auf der Seite des Halbleitersubstrats 2 angeordnet sind, können Metallfilme 42 zwischen den porösen Metallschichten 41 und den Verbindungs-Pads 21 auf der Seite des Halbleitersubstrats 2 angeordnet werden. Falls die Höcker auf der Seite des Chips 3 angeordnet sind, können ferner Metallfilme zwischen den porösen Metallschichten 41 und den Verbindungs-Pads 31 auf der Seite des Chips 3 angeordnet werden.
  • In der vorliegenden Offenbarung kann, indem ein Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 42 zu Dicken der Höcker 4 in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 auf 10 % oder geringer eingestellt wird, ein feiner Abstand von Mitte zu Mitte bzw. Pitch realisiert werden, so dass ein Pitch zwischen den Höckern 4 auf 20 µm oder geringer eingestellt wird. Der feine Pitch wird unten in Verbindung mit einem Prozess zum Ausbilden der Höcker 4 beschrieben.
  • 2. Prozess zum Ausbilden von Höckern
  • Das Verfahren zum Ausbilden der Höcker gemäß der vorliegenden Offenbarung wird im Folgenden mit Verweis auf 2A bis 3D beschrieben. 2A bis 2D sind Diagramme, um den Prozess zum Ausbilden der Höcker 4 auf dem Halbleitersubstrat 2 gemäß Beispielen der vorliegenden Offenbarung zu erläutern. 3A bis 3D sind Diagramme, um einen Prozess zum Ausbilden von Höckern 4a (siehe 3D) auf dem Chip gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erläutern.
  • Wie in 2A veranschaulicht ist, kann, wenn die Höcker 4 auf dem Halbleitersubstrat 2 gebildet werden sollen, zunächst eine Fotoresistschicht 51 auf einer Oberfläche ausgebildet werden, wo die Verbindungs-Pads 21 auf dem Halbleitersubstrat 2 angeordnet sind. Danach können Durchgangslöcher unter Verwendung einer Fotolithografietechnik an Positionen, an denen die Höcker 4 ausgebildet werden sollen, auf der Fotoresistschicht 51 so ausgebildet werden, dass Oberflächen der Verbindungs-Pads 21 freigelegt werden.
  • Zu dieser Zeit können die Durchgangslöcher so ausgebildet werden, dass ein Intervall zwischen Mitten benachbarter Durchgangslöcher auf zum Beispiel 20 µm (20-µm-Pitch) eingestellt wird. Die Durchgangslöcher können mit einer Metallteilchen enthaltenden Paste 40 als Material der porösen Metallschichten 41 in einem nachfolgenden Prozess gefüllt werden; aufgrund einer den beispielhaften 20-µm-Abstand nutzenden feinen Struktur kann jedoch, falls die Durchgangslöcher mit der Paste 40 in diesem Zustand gefüllt werden, die feine Struktur beschädigt werden und kollabieren.
  • Wie in 2B veranschaulicht ist, können daher die Metallfilme 42 mittels beispielsweise Sputtern auf oberen Oberflächen der Fotoresistschicht 51 und der Verbindungs-Pads 21 gebildet werden. Als Material der Metallfilme 42 kann ein Metall mit der gleichen Komponente wie die Metallteilchen ausgewählt werden, die in der Paste 40 enthalten sind, die in die Durchgangslöcher gegossen werden soll. In diesem Beispiel werden die aus Au bestehenden Metallfilme 42 gebildet.
  • Dementsprechend kann die Oberfläche der Fotoresistschicht 51 mit den Metallfilmen 42 beschichtet werden und kann gehärtet werden, so dass es, wenn die Durchgangslöcher mit der die Metallteilchen 40 enthaltenden Paste 40 gefüllt werden, möglich ist, zu verhindern, dass die feine Struktur kollabiert.
  • Falls die Filmdicken der zu dieser Zeit gebildeten Metallfilme 42 zu dick sind, können sich Öffnungen der Durchgangslöcher verengen und wird es schwierig, die Durchgangslöcher mit der die Metallteilchen enthaltenden Paste 40 zu füllen. Daher werden in diesem Beispiel die dünnen Metallfilme 42 so ausgebildet, dass ein Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 42 zu Tiefen D der Durchgangslöcher, mit anderen Worten den Dicken der zu bildenden Höcker 4 in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 (Tiefen D der Höcker 4), auf 10 % oder geringer eingestellt wird.
  • Wenn beispielsweise die Höcker 4 mit Höhen von 10 µm in einem 20-µm-Pitch gebildet werden sollen, werden die Filmdicken der Metallfilme 42 auf 0,2 µm eingestellt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Öffnungen der Durchgangslöcher verengen, selbst wenn die Metallfilme 42 gebildet werden, so dass es möglich ist, die Durchgangslöcher mit der die Metallteilchen enthaltenden Paste 40 in einem nachfolgenden Prozess vollständig zu füllen.
  • Anschließend können, wie in 2C veranschaulicht ist, die auf der Fotoresistschicht 51 ausgebildeten Durchgangslöcher mit der Paste 40 gefüllt werden. Die Paste 40 kann eine Reinheit von 99,9 Gewichtsprozent oder höher aufweisen und kann Teilchen, zum Beispiel Au-Teilchen, mit Teilchendurchmessern von beispielsweise 0,005 µm bis 1,0 µm enthalten. Als ein Verfahren zum Füllen der Durchgangslöcher mit der Paste 40 kann ein beliebiges Verfahren wie etwa beispielsweise Siebdruck oder ein Verfahren zum Verteilen der abgetropften Paste 40 mit einer Spachtel genutzt werden.
  • Die Paste 40 kann dann getrocknet und gesintert werden, und danach kann die Fotoresistschicht 51 unter Verwendung einer Abziehlösung oder dergleichen abgestreift bzw. abgezogen werden. Folglich sind, wie in 2D veranschaulicht ist, die Höcker 4 mit beispielsweise Zweitschichtstrukturen, in denen die aus Au bestehenden Metallfilme 42 und die porösen Metallschichten 41, die die Au-Teilchen mit den Teilchendurchmessern von 0,005 µm bis 1,0 µm enthalten, sequentiell abgeschieden sind, auf den Oberflächen der Verbindungs-Pads 21 ausgebildet.
  • Wie im Beispiel oben beschrieben wurde, können die Höcker 4 die Metallfilme 42 enthalten, so dass das Verhältnis der Filmdicken zu den Höhen der Höcker 4 auf 10 % oder geringer eingestellt ist. Die Metallfilme 42 wie oben beschrieben werden auf den Oberflächen der Fotoresistschicht 51 und der Verbindungs-Pads 21 ausgebildet, um so einen Kollaps der feinen Strukturen der Höcker 4 zu verhindern, die auf der Fotoresistschicht 51 strukturiert sind. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen feinen Pitch der Höcker 4 so zu realisieren, dass der Pitch auf 20 µm oder geringer eingestellt ist.
  • Ferner können die Metallfilme 42 durch Sputtern auf den Oberflächen der Verbindungs-Pads 21 gebildet werden, und daher können, selbst wenn die Verbindungs-Pads 21 aus einem Metall mit einer unterschiedlichen Komponente gegenüber jener der Metallfilme 42 bestehen, die Metallfilme 42 fest mit den Verbindungs-Pads 21 gebondet werden.
  • Die Metallfilme 42 können aus einer Komponente bestehen, die ein anderes Metall als jenes der auf der Oberfläche abgeschiedenen porösen Metallschichten 41 ist; wenn aber die Metallfilme 42 aus der gleichen Komponente wie jener der porösen Metallschichten 41, zum Beispiel Au, bestehen, können die porösen Metallschichten 41 mit den Metallfilmen 42 mit einer stärkeren Bindungskraft verbunden werden, als wenn die porösen Metallschichten 41 auf dem Metallfilm abgeschieden werden, dessen Komponente sich von jener der porösen Metallschichten 41 unterscheidet. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, wenn der Höcker 4 aus einer anderen Komponente als Au (zum Beispiel Cu, Ag (Silber) oder Pt (Platin)) besteht, die Metallfilme 42 ebenfalls aus einer anderen Komponente als Au (zum Beispiel Cu, Ag (Silber) oder Pt (Platin)) bestehen können.
  • Der Prozess zum Ausbilden der Höcker 4a, wie in 3D veranschaulicht, auf dem Chip 3 wird unten beschrieben. Wie in 3A veranschaulicht ist, kann, wenn die Höcker 4a auf dem Chip 3 ausgebildet werden sollen, zunächst eine Fotoresistschicht 52 auf einer Oberfläche gebildet werden, wo die Verbindungs-Pads 31 auf dem Chip 3 ausgebildet sind. Danach können Durchgangslöcher beispielsweise unter Verwendung einer Fotolithografietechnik an Positionen, an denen die Höcker 4a gebildet werden sollen, auf der Fotoresistschicht 52 so gebildet werden, dass Oberflächen des Verbindungs-Pads 31 freigelegt werden.
  • Wie in 3B veranschaulicht ist, können danach Metallfilme 43 durch beispielsweise Sputtern auf oberen Oberflächen der Fotoresistschicht 52 und der Verbindungs-Pads 31 gebildet werden. Als Material des Metallfilms 43 wird ein Material mit der gleichen Komponente wie die Teilchen, die in der Paste 40 enthalten sind, die in die Durchgangslöcher gegossen werden soll, zum Beispiel Au, ausgewählt.
  • Dementsprechend kann die Oberfläche der Fotoresistschicht 52 mit den Metallfilmen 43 beschichtet und gehärtet werden, so dass es, wenn die Durchgangslöcher mit der Paste 40, die die Teilchen, zum Beispiel Au-Teilchen, enthält, gefüllt werden, möglich ist, einen Kollaps der feinen Struktur zu verhindern.
  • Selbst in diesem Fall können ferner die dünnen Metallfilme 43 so ausgebildet werden, dass ein Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 43 zu Tiefen D der Durchgangslöcher, mit anderen Worten Dicken der auszubildenden Höcker 4a in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Chips 3 (Tiefen D der Höcker 4a), auf 10 % oder geringer eingestellt wird.
  • Ähnlich den Höckern 4 auf der Seite des Halbleitersubstrats 2 werden beispielsweise, wenn die Höcker mit Höhen von 10 µm in einem 20-µm-Pitch gebildet werden sollen, die Filmdicken der Metallfilme 43 auf 0,2 µm eingestellt. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, zu verhindern, dass sich die Öffnungen der Durchgangslöcher verengen, selbst wenn die Metallfilme 43 gebildet werden, so dass es möglich ist, die Durchgangslöcher mit der die Au-Teilchen enthaltenden Paste 40 in einem nachfolgenden Prozess vollständig zu füllen.
  • Wie in 3C veranschaulicht ist, können anschließend die auf der Fotoresistschicht 52 ausgebildeten Durchgangslöcher mit der Paste 40 gefüllt werden. Die Paste kann eine Reinheit von 99,9 Gewichtsprozent oder höher aufweisen und kann Teilchen, zum Beispiel Au-Teilchen, mit Teilchendurchmessern von beispielsweise 0,005 µm bis 1,0 µm enthalten.
  • Die Paste 40 kann dann getrocknet und gesintert werden, und danach kann die Fotoresistschicht 52 unter Verwendung einer Abstreiflösung oder dergleichen abgestreift bzw. abgezogen werden. Wie in 3D veranschaulicht ist, werden folglich die Höcker 4a mit beispielsweise Zweischichtstrukturen, in denen die aus Au bestehenden Metallfilme 43 und die porösen Metallschichten 41, die die Au-Teilchen mit den Teilchendurchmessern von 0,005 µm bis 1,0 µm enthalten, sequentiell abgeschieden sind, auf den Oberflächen der Verbindungs-Pads 31 ausgebildet.
  • Wie oben beschrieben wurde, können die Höcker 4a die Metallfilme 43 so enthalten, dass das Verhältnis der Filmdicken zu den Höhen der Höcker 4a auf 10 % oder geringer eingestellt ist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, ähnlich den Höckern 4a auf der Seite des Halbleitersubstrats 2 einen feinen Pitch der Höcker 4a so zu realisieren, dass der Abstand auf 20 µm oder geringer eingestellt wird.
  • Ähnlich den Höckern 4 auf der Seite des Halbleitersubstrats 2 können ferner die Höcker 4a die Metallfilme 43 und die Verbindungs-Pads 31 fest bonden, so dass es möglich ist, die Metallfilme 43 und die porösen Metallschichten 41 fest zu bonden.
  • In der Ausführungsform wie oben beschrieben sind die Fälle beschrieben, in denen der Chip 3, auf dem die Höcker 4a nicht angeordnet sind, auf dem Halbleitersubstrat 2 montiert wird, auf dem die Höcker 4 angeordnet sind, und in denen der Chip 3, auf dem die Höcker 4a angeordnet sind, auf dem Halbleitersubstrat 2 montiert wird, auf dem die Höcker 4 nicht angeordnet sind; aber diese Fälle sind nur beispielhaft beschrieben.
  • Die elektronische Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung kann so konfiguriert sein, dass der Chip 3, auf dem die Höcker 4a angeordnet sind, auf dem Halbleitersubstrat 2, auf dem die Höcker 4 angeordnet sind, montiert ist. Bei dieser Konfiguration können die Metallfilme 42 und 43 so ausgebildet sein, dass ein Verhältnis der Filmdicken zu halben Dicken laminierter Körper der Höcker 4 und der Höcker 4a, die als Verbindungsteile zum Verbinden des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 dienen, in einer Richtung senkrecht zu den Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 auf 10 % oder geringer, vorzugsweise geringer als 5 %, eingestellt ist.
  • In der Ausführungsform wie oben beschrieben wurde ferner der Fall beschrieben, in dem das Basismaterial des Chips 3 ein anderes Basismaterial als Si ist; das Basismaterial des Chips 3 kann aber mit Verunreinigungen bzw. Störstellen dotiertes Si sein, solange eine thermische Ausdehnungsrate des Basismaterials von jener des Halbleitersubstrats 2 verschieden ist.
  • Der oben beschriebene Chip 3, der die lichtemittierende Sektion 32 des Halbleiterlasers enthält, und das Halbleitersubstrat 2, das die Ansteuerungsschaltung 22 des Halbleiterlasers enthält, können beispielsweise an einer Abstandsmesseinrichtung wie etwa einem ToF-Sensor und mit strukturiertem Licht montiert sein. Die lichtemittierende Sektion 32 des Halbleiterlasers, die an einer Abstandsmesseinrichtung montiert ist, dient beispielsweise als Lichtquelle des ToF-Sensors oder des strukturierten Lichts.
  • Mit Verweis auf 4 wird als Nächstes eine Abstandsmesseinrichtung mit der darauf montierten elektronischen Vorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben. 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Konfiguration der Abstandsmesseinrichtung 100 gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht ist, kann die Abstandsmesseinrichtung 100 eine Lichtquelleneinrichtung 110, eine Abbildungs- bzw. Bildgebungseinrichtung 120 und eine Steuerungssektion 130 enthalten.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 110 kann den Chip 3 mit der daran montierten lichtemittierenden Sektion 32, das Halbleitersubstrat 2 mit der daran montierten Ansteuerungsschaltung 2, eine Stromversorgungsschaltung 111 und ein lichtemissionsseitiges optisches System 112 enthalten. Die Bildgebungseinrichtung 120 kann ein abbildungsseitiges optisches System 121, einen Bildsensor 122 und eine Bildverarbeitungssektion 123 enthalten.
  • Die Steuerungssektion 130 kann eine Abstandsmesssektion 131 enthalten. Die Steuerungssektion 130 kann in der Lichtquelleneinrichtung 110 oder der Bildgebungseinrichtung 120 enthalten sein oder kann separat von der Lichtquelleneinrichtung 110 oder der Bildgebungseinrichtung 120 konfiguriert sein.
  • Die lichtemittierende Sektion 32 kann die zum Beispiel zweidimensional in einem Array angeordneten lichtemittierenden Elemente 321 enthalten, von denen jedes Laserlicht emittiert (siehe 1). Jedes der lichtemittierenden Elemente 321 kann beispielsweise eine Struktur eines Oberflächenemitters bzw. eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) aufweisen.
  • Die Ansteuerungsschaltung 22 kann eine elektrische Schaltung enthalten, mit der die lichtemittierende Sektion 32 angesteuert wird. Die Stromversorgungsschaltung 111 erzeugt eine Stromversorgungsspannung der Ansteuerungsschaltung 22 aus einer Eingangsspannung, die von einer (nicht veranschaulichten) Batterie oder dergleichen bereitgestellt wird, die zum Beispiel auf der Abstandsmesseinrichtung 100 montiert ist. Die Ansteuerungsschaltung 22 steuert die lichtemittierende Sektion 32 mit der Stromversorgungsspannung an.
  • Ein Objekt S, das als Ziel einer Abstandsmessung dient, wird über das lichtemissionsseitige optische System 112mit von der lichtemittierenden Sektion 32 emittiertem Licht bestrahlt. Reflektiertes Licht vom mit dem Licht wie oben beschrieben bestrahlten Objekt S fällt über das abbildungsseitige optische System 121 auf eine Bildgebungsoberfläche des Bildsensors 122.
  • Ein Bildsensor 122 kann ein Bildgebungselement wie etwa beispielsweise einen Sensor einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) und einen Sensor eines komplementären Metall-Oxid-Halbleiters (CMOS) enthalten und empfängt wie oben beschrieben das reflektierte Licht vom Objekt S, das über das abbildungsseitige optische System 121 wie oben beschrieben darauf einfällt, und wandelt das empfangene Licht in abzugebende elektrische Signale um.
  • Der Bildsensor 122 führt verschiedene Arten einer Verarbeitung wie etwa beispielsweise eine Verarbeitung einer korrelierten Doppelabtastung (CDS) oder eine Verarbeitung einer automatischen Verstärkungsregelung (AGC) an durch fotoelektrische Umwandlung des empfangenen Lichts erzeugten elektrischen Signalen durch und führt ferner daran Analog-Digital-(A/D-)Umwandlung durch.
  • Der Bildsensor 122 gibt dann Bildsignale, die als digitale Daten dienen, an die Bildverarbeitungssektion 123, die später beschrieben wird, ab. Der Bildsensor 122 kann ferner Frame- bzw. Einzelbild-Synchronisierungssignale an die Ansteuerungsschaltung 22 abgeben. Folglich kann die Ansteuerungsschaltung 22 ermöglichen, dass die lichtemittierenden Elemente 321 in der lichtemittierenden Sektion 32 Licht zu einem einem Frame- bzw. Einzelbildzyklus des Bildsensors 122 entsprechenden Zeitpunkt emittieren.
  • Die Bildverarbeitungssektion 123 kann aus verschiedenen Bildverarbeitungsprozessoren wie etwa einem Digitalsignalprozessor (DSP) bestehen. Die Bildverarbeitungssektion 123 führt verschiedene Arten einer Bildsignalverarbeitung an zum Beispiel vom Bildsensor 122 eingespeisten digitalen Signalen (Bildsignalen) durch.
  • Die Steuerungssektion 130 kann von verschiedenen Arten von Informationsverarbeitungseinrichtungen wie etwa einem Mikrocomputer, der eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher (ROM) und einen Direktzugriffsspeicher (RAM) enthält, und einer Informationsverarbeitungseinrichtung wie etwa einem DSP gebildet werden. Die Steuerungssektion 130 führt eine Steuerung der Ansteuerungsschaltung 22 durch, um einen Lichtemissionsbetrieb mit der lichtemittierenden Sektion 32 und die Steuerung entsprechend einer Bildgebungsoperation mit dem Bildsensor 122 zu steuern.
  • Die Steuerungssektion 130 kann eine Funktion enthalten, die als Abstandsmesssektion 131 dient. Die Abstandsmesssektion 131 misst einen Abstand zum Objekt S basierend auf über die Bildverarbeitungssektion 123 eingespeisten Bildsignalen (konkret Bildsignalen, die durch den Empfang des reflektierten Lichts vom Objekt S bereitgestellt werden).
  • Die Abstandsmesssektion 131 misst das Objekt S, um dessen dreidimensionale Form bestimmen zu können, indem Abstände zu jeweiligen Bereichen des Objekts S gemessen werden. In einigen Fällen hat die Steuerungssektion 130 eine Konfiguration, in der eine Steuerung zur Stromversorgungsschaltung 111 durchgeführt wird.
  • Das Folgende beschreibt ein spezifisches Verfahren für eine Abstandsmessung mit der Abstandsmesseinrichtung 100. Beispiele einer Abstandsmessung, die mit der Abstandsmesseinrichtung 100 übernommen werden können, können ein Verfahren mit strukturiertem Licht (STL) und ein Laufzeitverfahren (ToF) umfassen.
  • Das STL-Verfahren ist ein Verfahren, um einen Abstand basierend auf Bildern zu messen, die erhalten werden, indem das mit Licht mit einem bestimmten Hell/Dunkel-Muster wie etwa einem Punktmuster, einem Gittermuster und dergleichen bestrahlte Objekt S abgebildet wird.
  • Für das STL-Verfahren lässt man Licht mit einem Punktmuster auf das Objekt S fallen. Dieses Musterlicht ist in eine Vielzahl von Blöcken unterteilt, und jeder der Blöcke hat ein unterschiedliches Punktmuster, das ihm so zugeordnet ist, dass Punktmuster zwischen den Blöcken nicht überlappen. Wird das STL-Verfahren übernommen, fungiert die lichtemittierende Sektion 32 als Lichtquelle des STL.
  • Das ToF-Verfahren ist ein Verfahren, um einen Abstand zu einem Ziel zu messen, indem eine Laufzeit (Zeitverzögerung) des Lichts, das die lichtemittierende Sektion 32 emittiert hat, bis das Licht, nachdem es auf dem Ziel reflektiert wurde, den Bildsensor 122 erreicht, detektiert wird.
  • Wenn das ToF-Verfahren ein sogenanntes Direkt-ToF nutzt, nutzt der Bildsensor 122 eine Einzelphotonen-Lawinendiode (SPAD) und wird eine Impulsansteuerung für die lichtemittierende Sektion 32 durchgeführt.
  • In diesem Fall berechnet die Abstandsmesssektion 131 eine Zeitverzögerung, nachdem Licht von der lichtemittierenden Sektion 32 emittiert wird, bis das Licht vom Bildsensor 122 empfangen wird, basierend auf über die Bildverarbeitungssektion 123 eingespeisten Bildsignalen und berechnet Abstände zu jeweiligen Bereichen des Objekts S basierend auf der Zeitverzögerung und der Lichtgeschwindigkeit.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass, wenn das ToF-Verfahren ein sogenanntes indirektes ToF-Verfahren (Phasendifferenzverfahren) nutzt, der Bildsensor 122 zum Beispiel einen Infrarotstrahl- (IR-) Bildsensor nutzt. Wenn das ToF-Verfahren übernommen wird, fungiert die lichtemittierende Sektion 32 als Lichtquelle des ToF-Sensors.
  • Mit Verweis auf 5 wird als Nächstes ein Beispiel einer Anordnung der Bestandteile in der Abstandsmesseinrichtung 100 gemäß der Ausführungsform beschrieben. 5 ist ein Diagramm, um ein Beispiel einer Anordnung der Bestandteile in der Abstandsmesseinrichtung 100 gemäß der Ausführungsform zu erläutern.
  • Wie in 5 veranschaulicht ist, weist die Abstandsmesseinrichtung 100 die Lichtquelleneinrichtung 110 und die Bildgebungseinrichtung 120 auf, die auf der gleichen Ebene eines Montagesubstrats 101 montiert sind. Es sollte besonders erwähnt werden, dass in 5 eine Veranschaulichung der Steuerungssektion 130 weggelassen ist. Die Bildgebungseinrichtung 120 enthält den Bildsensor 122 mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Bildgebungselementen 124 und die Bildverarbeitungssektion 123, wobei der Bildsensor 122 auf der Bildverarbeitungssektion 123 gestapelt ist.
  • Die Lichtquelleneinrichtung 110 enthält den Chip 3, der darin die lichtemittierende Sektion 32 aufweist, und das Halbleitersubstrat 2, das die Ansteuerungsschaltung 22 enthält, worin der Chip 3 mittels Flip-Chip-Montage auf dem Halbleitersubstrat 2 montiert ist. Das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 bilden somit eine geschichtete Struktur.
  • Diese Konfiguration kann im Vergleich zu einem Fall, in dem das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 auf der gleichen Ebene nebeneinander montiert sind, die Fläche reduzieren, die die Lichtquelleneinrichtung 110 im Montagesubstrat 101 einnimmt, um so eine Verkleinerung der Lichtquelleneinrichtung 110 zu ermöglichen.
  • Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Lichtquelleneinrichtung 110 eine Konfiguration aufweisen kann, in der der die lichtemittierende Sektion 32 enthaltende Chip 3 mittels Flip-Chip-Montage auf einem mit einem Temperatursensor versehenen Halbleitersubstrat montiert ist und das die Ansteuerungsschaltung 22 enthaltende Halbleitersubstrat 2 auf der gleichen Ebene wie jene für das Halbleitersubstrat 2 auf dem Montagesubstrat 101 montiert ist.
  • In einem Fall mit dieser oben beschriebenen Konfiguration detektiert der Temperatursensor Temperaturen nahe der lichtemittierenden Sektion 32. Die Ansteuerungsschaltung 22 stellt eine Ansteuerungssteuerung für die lichtemittierende Sektion 32 gemäß den mit dem Temperatursensor detektierten Temperaturen nahe der lichtemittierenden Sektion 32 bereit. Mit dieser Konfiguration kann die Ansteuerungsschaltung 22 eine Änderung der Lichtemissionseigenschaften der lichtemittierenden Sektion 32 aufgrund einer Änderung der Temperaturen verhindern.
  • Das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 können mit den Höckern 4 miteinander verbunden sein, die zum Beispiel die oben beschriebenen, aus Au bestehenden porösen Metallschichten 41 enthalten. Mit dieser Konfiguration können das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 unter der Bedingung einer vergleichsweise niedrigen Temperatur und eines vergleichsweise niedrigen Drucks verbunden werden, so dass sie durch Wärme weniger beschädigt werden.
  • Falls das Halbleitersubstrat 2 aus Silizium besteht und das aus GaAs bestehende Basismaterial für den Chip 3 verwendet wird, wird, selbst wenn der Chip 3 erhitzt wird und mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten anschwillt, der von jenem des Halbleitersubstrats 2 verschieden ist, die poröse Metallschicht 41 elastisch verformt, um so das Auftreten eines offenen Defekts in den Höckern 4 zu verhindern.
  • An der Lichtquelleneinrichtung 110 ist der Chip 3 auf dem Halbleitersubstrat 2 mittels Flip-Chip-Montage montiert, wobei die Höcker 4 zum Beispiel die aus Au bestehenden porösen Metallschichten 41 enthalten. Diese Konfiguration ermöglicht eine schnellere Lichtemission im Vergleich zu einem Fall, in dem das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 auf der gleichen Ebene nebeneinander montiert sind. Folglich kann die Abstandsmesssektion 131 die Genauigkeit einer Abstandsmessung verbessern. Mit Verweis auf 6 und 7 werden als Nächstes die schnellere Lichtemission und die Verbesserung der Genauigkeit einer Abstandsmessung erläutert.
  • 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das ein Äquivalenzmodell der Ansteuerungsschaltung 22 gemäß der Ausführungsform veranschaulicht. 7 ist ein Diagramm, um eine Anstiegszeit und eine Abfallzeit des Stroms zu erläutern, der in den lichtemittierenden Elementen 321 gemäß der Ausführungsform fließt. Wie in 6 veranschaulicht ist, veranlasst die Ansteuerungsschaltung 22, dass ein Lichtemissions- bzw. lichtemittierender Strom 11, der ein starker Strom ist, in den lichtemittierenden Elementen 321 fließt, die als aktiver Widerstand R dienen, um so zu ermöglichen, dass die lichtemittierenden Elemente 321, in denen der Strom fließt, Licht emittieren.
  • Zu dieser Zeit fließt ein Nebenschlussstrom 12 in einem parasitären Kondensator C der Höcker 4, die die Ansteuerungsschaltung 22 und die lichtemittierende Sektion 32 verbinden, und, während ein Ansteuerungsstrom 13 in einer parasitären Induktivität L fließt, fließt in der parasitären Induktivität L ein umgekehrter elektromotorischer Strom 14.
  • Dementsprechend wird, wie in 7 mit gestrichelten Linien veranschaulicht ist, während es ideal ist, dass der in den lichtemittierenden Elementen 321 fließende Strom sofort ansteigt und sofort abfällt, tatsächlich wie mit dicken durchgezogenen Linien veranschaulicht der lichtemittierende Strom I1 unter dem Einfluss des umgekehrten elektromotorischen Stroms 14 zur Zeit einer Ansteuerung mit dem starken Strom unscharf.
  • Folglich nehmen die Anstiegszeit (Tr) und die Abfallzeit (Tf) des lichtemittierenden Stroms II, der in den lichtemittierenden Elementen 321 fließt, zu. Diese Anstiegszeit Tr und die Abfallzeit Tf werden umso länger, je länger eine Verbindungsleiterbahn wird, mit der die Ansteuerungsschaltung 22 und die lichtemittierende Sektion 32 verbunden sind.
  • Somit sind in einer Lichtquelleneinrichtung, bei der das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 auf der gleichen Ebene nebeneinander montiert sind, die Ansteuerungsschaltung 22 innerhalb des Halbleitersubstrats 2 und die lichtemittierende Sektion 32 innerhalb des Chips 3 mit einem langen Bondingdraht verbunden, so dass die Anstiegszeit Tr und die Abfallzeit Tf lang sind.
  • Im Gegensatz dazu sind in der Lichtquelleneinrichtung 110 gemäß den Ausführungsformen die Ansteuerungsschaltung 22 und die lichtemittierende Sektion 32 mit den Höckern 4 verbunden, die kürzer als ein Bondingdraht sind, so dass eine Zunahme der Anstiegszeit Tr und der Abfallzeit Tf verhindert werden kann. Daher kann die Lichtquelleneinrichtung 110 im Vergleich mit der Lichtquelleneinrichtung, in der das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 auf der gleichen Ebene nebeneinander montiert sind, eine schnellere Lichtemission liefern.
  • Darüber hinaus weist die Abstandsmesssektion 131 in der Lichtquelleneinrichtung, in der das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 auf der gleichen Ebene nebeneinander montiert sind, eine längere Anstiegszeit Tr auf, so dass die Genauigkeit einer Abstandsmessung in einigen Fällen abnimmt. Wenn beispielsweise die Abstandsmesseinrichtung 100 ein ToF-Sensor ist, misst die Abstandsmesssektion 131 einen Abstand zum Objekt S basierend auf einer Zeit von einem Zeitpunkt, zu dem die Luminanz des von den lichtemittierenden Elementen 321 emittierten Lichts eine Spitze erreicht, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem die Luminanz des vom Bildsensor 122 empfangenen Lichts eine Spitze erreicht.
  • Zu dieser Zeit weist, wie oben beschrieben wurde, die Lichtquelleneinrichtung, in der das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 auf der gleichen Ebene nebeneinander montiert sind, eine längere Anstiegszeit auf. Dementsprechend nimmt die Luminanz des von den lichtemittierenden Elementen 321 emittierten Lichts langsam zu, so dass die Luminanz des vom Bildsensor 122 empfangenen Lichts langsam zunimmt.
  • Infolgedessen bestimmt die Abstandsmesssektion 131 fälschlicherweise, dass die Luminanz eines vom Bildsensor 122 empfangenen Lichts eine Spitze erreicht hat, bevor die Luminanz des Lichts eine ursprüngliche Spitze erreicht, und misst einen Abstand zum Objekt S, der kürzer als der tatsächliche Abstand ist, was eine Verringerung der Genauigkeit einer Abstandsmessung zur Folge hat.
  • Im Gegensatz dazu ermöglicht die Lichtquelleneinrichtung 110 gemäß den Ausführungsformen eine schnellere Lichtemission, und folglich kann die Luminanz eines von den lichtemittierenden Elementen 321 emittierten Lichts scharf ansteigen. Somit steigt die Luminanz des vom Bildsensor 122 empfangenen Lichts scharf an.
  • Die Abstandsmesssektion 131 bestimmt somit ferner genau einen Zeitpunkt, zu dem die Luminanz des vom Bildsensor 122 empfangenen Lichts eine ursprüngliche Spitze erreicht, um so einen Abstand zum Objekt S korrekt messen zu können, was eine Erhöhung der Abstandsmessgenauigkeit zur Folge hat.
  • Mit Verweis auf 8 wird als Nächstes ein Beispiel der Querschnittstruktur der Lichtquelleneinrichtung 110 beschrieben. 8 ist ein Diagramm, um die Querschnittsstruktur der Lichtquelleneinrichtung 110 gemäß der Ausführungsform zu erläutern. Wie in 8 veranschaulicht ist, weist die Lichtquelleneinrichtung 110 eine Konfiguration auf, in der der Chip 3 mittels Flip-Chip-Montage auf dem zum Beispiel aus Si bestehenden Halbleitersubstrat 2 montiert ist, das die darin ausgebildete Ansteuerungsschaltung 22 aufweist (siehe 1).
  • Der Chip 3 kann zum Beispiel ein GaAs-Substrat 141 enthalten, dessen Oberfläche eine Vielzahl von darauf ausgebildeten lichtemittierenden Elementen 321 aufweist (untere Oberfläche in 8). Die lichtemittierenden Elemente 321 dienen jeweils als Kathode auf der Seite des GaAs-Substrats 141 und dienen jeweils als Anode auf der Seite des Halbleitersubstrats 2, wobei die Kathoden miteinander verbunden sind. Es sollte besonders erwähnt werden, dass die lichtemittierenden Elemente 321 jeweils als Anode auf der Seite des GaAs-Substrats 141 dienen können und jeweils als Kathode auf der Seite des Halbleitersubstrats 2 dienen können, wobei in diesem Fall die Anoden miteinander verbunden sind.
  • Die lichtemittierenden Elemente 321 weisen jeweils eine als Anode dienende Elektrode 142 und eine als Kathode dienende Elektrode 143 auf, die auf der gleichen Ebene nebeneinander vorgesehen sind. Die lichtemittierenden Elemente 321 emittieren Licht, wenn der Strom von der als Anode dienenden Elektrode 142 zur als Kathode dienenden Elektrode 143 fließt. Wie in 8 mit skizzierten Pfeilen veranschaulicht ist, emittieren die lichtemittierenden Elemente 321 Laserlicht in einer Richtung von der Oberseite (untere Oberfläche) zur Unterseite (obere Oberfläche) des beispielhaften GaAs-Substrats 141.
  • Das Halbleitersubstrat 2 ist auf einer Oberfläche einer dem Chip 3 zugewandten Seite mit einer Vielzahl von Verbindungs-Pads 150versehen. Jedes der Verbindungs-Pads 150 kann an einer entsprechenden Position angeordnet sein, die der als Anode dienenden Elektrode 142 und der als Kathode dienenden Elektrode 143 eines laminierten Chips gegenüberliegt.
  • Das Verbindungs-Pad 150, die als Anode dienende Elektrode 142 und die als Kathode dienende Elektrode 143 sind mit dem Höcker 4 miteinander verbunden, der die poröse Metallschicht 41 aus Au enthalten kann. Das mit der als Kathode dienenden Elektrode 143 verbundene Verbindungs-Pad 150 kann über eine Verdrahtung 151 geerdet sein (nicht veranschaulicht).
  • Jedes der Verbindungs-Pads 150, die mit jeder als Anode dienenden Elektrode 142 verbinden, kann mit einem Ende eines entsprechenden Schalters 154 mit einer entsprechenden Leiterbahn 152 und einem entsprechenden Pad 153 verbunden sein, die zwischen dem Ende des Schalters 154 und dem Verbindungs-Pad 150 angeordnet sind. Das andere Ende des Schalters 154 kann mit einer Stromversorgungsquelle verbunden sein, die den lichtemittierenden Strom I1 bereitstellt. Es sollte besonders erwähnt werden, dass in einem Fall, in dem die Elektrode 142 als Kathode dient und die Elektrode 143 als Anode dient, der Schalter 154 mit einer als Kathode dienenden entsprechenden Elektrode verbunden ist.
  • Eine Vielzahl der Schalter 154 kann von der Ansteuerungsschaltung 22 individuell gesteuert werden. Folglich kann die Ansteuerungsschaltung 22 die lichtemittierenden Elemente 321 unabhängig individuell steuern. Infolgedessen kann die Lichtquelleneinrichtung 110 das Objekt S mit einem Musterlicht mit verschiedenen Arten von Punktmustern bestrahlen, wenn die Abstandsmesseinrichtung 100 eine Abstandsmessung mit dem STL-Verfahren durchführt. Es sollte besonders erwähnt werden, dass jeder Schalter 154 mit den lichtemittierenden Elementen 321 gemeinsam genutzt und durch eine entsprechende Gruppe einer bestimmten Anzahl der lichtemittierenden Elemente 321 gesteuert werden kann.
  • Mit Verweis auf 9A bis 9C werden als Nächstes Prozeduren für einen Zusammenbau der Lichtquelleneinrichtung 110 erläutert. 9A bis 9C sind Diagramme, um Prozeduren für den Zusammenbau der Lichtquelleneinrichtung 110 gemäß der Ausführungsform zu erläutern. Das Folgende erläutert einen Prozess zum Verbinden des Chips 3 und des Halbleitersubstrats 2.
  • Unter den Bestandteilen der 9A bis 9C sind jene mit der gleichen Konfiguration wie jene der in 8 veranschaulichten Bestandteile mit den gleichen Ziffern wie in 8 angegeben versehen, so dass sich überschneidende Beschreibungen unterlassen werden. Es sollte besonders erwähnt werden, dass, während hier ein Fall beschrieben wird, in dem die als Anodenseite der lichtemittierenden Elemente 321 dienende Elektrode 142 mit dem Höcker 4a versehen ist (siehe 3D), die Seite des Verbindungs-Pads 150 des Halbleitersubstrats 2 mit dem Höcker 4 versehen sein kann (siehe 2D).
  • Wie in 9A veranschaulicht ist, können, wenn beispielsweise der Höcker 4a auf der Elektrode 142 montiert ist, die als Anodenseite, welche die Seite des Chips 3 ist, der lichtemittierenden Elemente 321 dient, die aus Au bestehenden Metallfilme 43 zwischen den porösen Metallschichten 41, die Au enthalten, und der als Anode dienenden Elektrode 142 angeordnet sein.
  • Die Metallfilme 43 können so ausgebildet sein, dass das Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 43 zu den Höhen der Höcker 4a auf weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, eingestellt ist. Beispielsweise werden die Metallfilme 43, wenn die porösen Metallschichten 41 gebildet werden, deren Höhe (Dicke) 10 µm beträgt, so ausgebildet, dass sie eine Dicke von 0,2 µm aufweisen.
  • Wenn die Seite des Verbindungs-Pads 150 des Halbleitersubstrats 2 mit dem Höcker 4 versehen ist (siehe 2D), können darüber hinaus die Metallfilme 42 so ausgebildet werden, dass das Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 42 zu den Höhen der Höcker 4 auf weniger als 10 %, vorzugsweise weniger als 5 %, eingestellt wird. Beispielsweise werden die Metallfilme 42, wenn die porösen Metallschichten 41, deren Höhe (Dicke) 10 µm beträgt, gebildet werden, so ausgebildet, dass sie eine Dicke von 0,2 µm aufweisen.
  • Die oben beschriebenen Metallfilme 43 können so ausgebildet werden, dass sie der feinen Struktur der Fotoresistschicht 52 (siehe 3B) mehr Steifigkeit verleihen, in der der Chip 3 strukturiert ist, um die Höcker 4a auszubilden. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, einen feinen Pitch des Höckers 4a, dessen Dicke annähernd 10 µm beträgt, zu erzielen, so dass der Pitch auf 20 µm oder geringer eingestellt wird.
  • Während ein Teil der Beschreibung unter der Annahme vorgenommen wird, dass die Komponente des Verbindungs-Pads 150 auf der Seite des Halbleitersubstrats Au ist, was ähnlich den porösen Metallschichten 41 ist, ist, wenn die Komponente des Verbindungs-Pads 150 von Au verschieden ist, die Oberfläche des Verbindungs-Pads 150 mit einem aus Au bestehenden Film versehen, wobei der Film die gleiche Komponente wie jene der porösen Metallschichten 41 aufweist. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, die Verbindungsstärke zwischen dem Verbindungs-Pad 150 und den porösen Metallschichten 41 zu erhöhen.
  • Wenn der Chip 3 und das Halbleitersubstrat 2 verbunden werden sollen, wie in 9A veranschaulicht ist, kann zunächst der Chip 3 so auf dem Halbleitersubstrat 2 montiert werden, um das auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 montierte Verbindungs-Pad 150 mit dem Höcker 4a auszurichten, der auf der als Anode dienenden Elektrode 142 auf der Seite des Chips 3 montiert ist.
  • Wie in 9B veranschaulicht ist, kann anschließend der Chip 3 abgesenkt werden, so dass die untere Oberfläche des Höckers 4a an der oberen Oberfläche des Verbindungs-Pads 150 anliegt, um einen gewissen Druck darauf anzuwenden. Danach kann der Chip 3 auf eine vergleichsweise niedrigere Temperatur von annähernd 100°C erhitzt werden, und das Verbindungs-Pad 150 und die als Anode dienende Elektrode 142 werden mit dem Höcker 4a verbunden, ohne dass die aus Au bestehenden porösen Metallschichten 41 im Höcker 4a schmelzen.
  • Zu dieser Zeit können die porösen Metallschichten 41 in der Dickenrichtung entsprechend der erhöhten Temperatur und dem darauf ausgeübten Druck leicht gequetscht sein und verringert sich deren Höhe (Dicke). Infolgedessen sind in einem Zustand, nachdem der Chip 3 und das Halbleitersubstrat 2 mit dem Höcker 4a verbunden sind, die Metallfilme 43 derart, dass das Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 43 zu den Höhen der Höcker 4a auf weniger als 20 % eingestellt ist.
  • In ähnlicher Weise können, wenn der Höcker 4 auf der Seite des Verbindungs-Pads 150 des Halbleitersubstrats 2 montiert ist (siehe 2D), in einem Zustand, nachdem der Chip 3 und das Halbleitersubstrat 2 mit dem Höcker 4 verbunden sind, die Metallfilme 42 derart sein, dass das Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 42 zu den Höhen der Höcker 4 geringer als 20 % beträgt.
  • Die seitliche Oberfläche der auf dem Chip 3 montierten lichtemittierenden Elemente 321 und die seitliche Oberfläche und der Umfang der unteren Oberfläche der als Anode dienenden Elektrode 142, die auf der Anode der lichtemittierenden Elemente 321 montiert ist, können mit einem Isolierfilm 144 bedeckt sein. Der Isolierfilm 144 kann beispielsweise zumindest eines von Siliziumdioxid (SiO2) und Siliziumnitrid (SiN) enthalten.
  • Die seitliche Oberfläche und der Umfang der oberen Oberfläche des Verbindungs-Pads 150, das auf der oberen Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 montiert ist, können mit einem Isolierfilm 155 bedeckt sein. Der Isolierfilm 155 kann beispielsweise zumindest eines von SiO2 und SiN enthalten. Ein nicht mit dem Isolierfilm 155 bedeckter Bereich auf der oberen Oberfläche des Verbindungs-Pads 150, mit anderen Worten ein Durchmesser der oberen Öffnung des Isolierfilms 155, kann größer als der Durchmesser des Höckers 4a ausgebildet sein.
  • Mit dieser Konfiguration ist es möglich, das Verbindungs-Pad 150 und die Elektrode 142, die als Anode der lichtemittierenden Elemente 321 dient, mit dem Höcker 4a sicher zu verbinden, selbst wenn ein gewisser Unterschied in der Position zwischen dem Verbindungs-Pad 150 und dem Höcker 4a vorliegt.
  • Wie in 9C veranschaulicht ist, wird danach, wobei ein Isolierharz 102 zwischen das Halbleitersubstrat 2 und den Chip 3 und zwischen die Verbindungsteile zum Verbinden des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 gefüllt wird, eine Isolierung zwischen den benachbarten Höckern 4a eingerichtet und wird der Zusammenbau der Lichtquelleneinrichtung 110 abgeschlossen.
  • Mit dieser Konfiguration kann die Lichtquelleneinrichtung 110 die mit dem Isolierharz 102 voneinander isolierten benachbarten Höcker 4a aufweisen, um so eine Kurzschlussstörung zwischen den Höckern 4a und einen offenen Defekt der Höcker 4a aufgrund einer Stoßkraft zu verhindern.
  • 3. Effekte
  • Die elektronische Vorrichtung 1 enthält das Halbleitersubstrat 2, den Chip 3 und die (als Höcker 4 beispielhaft veranschaulichten) Verbindungsteile. Der Chip 3 kann eine unterschiedliche thermische Ausdehnungsrate gegenüber einer thermischen Ausdehnungsrate des Halbleitersubstrats 2 aufweisen. Die Höcker 4 können die porösen Metallschichten 41 zum Verbinden der Verbindungs-Pads 21 und 31 enthalten, die auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 angeordnet sind.
  • Mit dieser Konfiguration ist die elektronische Vorrichtung 1 imstande, die Verbindungs-Pads 21 und 31 des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 durch einen Prozess bei einer niedrigeren Temperatur und einem niedrigeren Druck im Vergleich zu einem Fall zu verbinden, in dem die Verbindungs-Pads 21 und 31 des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 durch einen Metallhöcker im Bulk-Zustand verbunden sind. Daher kann die elektronische Vorrichtung 1 eine Beschädigung aufgrund einer hohen Temperatur und eines hohen Drucks reduzieren, so dass es möglich ist, die Zuverlässigkeit zu verbessern.
  • Darüber hinaus kann eine Differenz zwischen den thermischen Ausdehnungsraten des Chips 3 und des Halbleitersubstrats 2 beispielsweise 0,1 ppm/°C oder größer sein. Selbst wenn beispielsweise der Chip 3 Wärme erzeugt und sich mit der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsrate gegenüber jener des Halbleitersubstrats 2 ausdehnt, kann, da die porösen Metallschichten 41 elastisch verformt werden, die elektronische Vorrichtung 1 das Auftreten eines offenen Defekts an den Höckern 4a verhindern.
  • Der Chip 3 ist außerdem ein Halbleiterlaser, und das Halbleitersubstrat 2 enthält die Ansteuerungsschaltung 22, die den Halbleiterlaser ansteuert. Selbst wenn sich der Chip 3 mit der unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsrate gegenüber jener des Halbleitersubstrats 2 aufgrund einer durch Lichtemission des Halbleiterlasers erzeugten Wärme ausdehnt, kann, da die porösen Metallschichten 41 elastisch verformt werden, die elektronische Vorrichtung 1 das Auftreten eines offenen Defekts an den Höckern 4 verhindern.
  • Der Chip 3 kann ein Halbleiterlaser sein oder kann einen solchen enthalten. Das Halbleitersubstrat kann einen Temperatursensor enthalten. Mit dieser Konfiguration stellt die Ansteuerungsschaltung 22, die den Halbleiterlaser ansteuert, eine Ansteuerungssteuerung der lichtemittierenden Sektion 32 entsprechend mit dem Temperatursensor detektierten Temperaturen nahe der lichtemittierenden Sektion 32 bereit, um so eine Änderung der Lichtemissionseigenschaften der lichtemittierenden Sektion 32 aufgrund einer Änderung der Temperatur zu verhindern.
  • Der Halbleiterlaser enthält die lichtemittierenden Elemente 321. Die lichtemittierenden Elemente 321, von denen jedes Laserlicht emittiert, können in einem Array zweidimensional angeordnet sein. Die lichtemittierenden Elemente 321 können die als Anode dienende Elektrode 142 und die als Kathode dienende Elektrode 143 aufweisen, die auf der gleichen Ebene vorgesehen sind. Mit dieser Konfiguration kann der Halbleiterlaser leicht mit der Ansteuerungsschaltung 22 verbunden werden.
  • Das Halbleitersubstrat 2 kann die Schalter 154 enthalten. Die Schalter 154 stellen eine Verbindung mit der als Anode dienenden entsprechenden Elektrode 142 oder der als Kathode dienenden entsprechenden Elektrode 143 her. Folglich kann die Ansteuerungsschaltung 22 das Objekt S mit einem Musterlicht mit verschiedenen Arten von Punktmustern bestrahlen, indem jeder der Schalter 154 individuell gesteuert wird, wenn die Abstandsmesseinrichtung 100 eine Abstandsmessung mit dem STL-Verfahren durchführt.
  • Die Schalter 154 sind jeweils mit einer entsprechenden Gruppe der lichtemittierenden Elemente 321 verbunden. Die lichtemittierende Elemente 321 werden einer Steuerung der Lichtemission für jede Gruppe unterworfen. Folglich kann die Abstandsmesseinrichtung 100 das Objekt S mit einem Musterlicht mit verschiedenen Arten von Mustern bestrahlen, indem beispielsweise Lichtemissionsmuster für jede Gruppe der lichtemittierenden Elemente 321 geändert werden.
  • Außerdem sind die Schalter 154 mit den entsprechenden lichtemittierenden Elementen 321 verbunden. Die lichtemittierenden Elemente 321 werden jeweils individuell einer Lichtemissionssteuerung unterworfen. Folglich kann die Abstandsmesseinrichtung 100 das Objekt S mit einem Musterlicht mit einem beliebigen gewünschten Lichtemissionsmuster bestrahlen.
  • Die lichtemittierenden Elemente 321 können auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sein. Mit dieser Konfiguration können für den Halbleiterlaser die lichtemittierenden Elemente 321 eine als Anode dienende Elektrode 142 oder als Kathode dienende Elektrode 143 gemeinsam nutzen.
  • Jede der als Anode dienenden Elektrode 142 oder der als Kathode dienenden Elektrode 143 und jeder der Schalter 154 sind mit dem entsprechenden Verbindungsteil (Höcker 4) verbunden. Mit dieser Konfiguration kann die Lichtquelleneinrichtung 110 das Halbleitersubstrat 2 und den Chip 3 durch einen Prozess bei niedrigerer Temperatur und niedrigerem Druck im Vergleich zu einem Fall verbinden, in dem das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 durch einen Metallhöcker in einem Bulk-Zustand verbunden sind. Daher kann die Lichtquelleneinrichtung 110 eine Beschädigung aufgrund hoher Temperaturen und hoher Drücke reduzieren, so dass es möglich ist, die Zuverlässigkeit zu verbessern.
  • Die lichtemittierenden Elemente 321 können eine VCSEL-Struktur aufweisen. Mit dieser Struktur kann die Lichtquelleneinrichtung 110 deren Leistungsverbrauch reduzieren, wodurch eine Massenproduktion ermöglicht wird.
  • Das Isolierharz 102 kann zwischen das Halbleitersubstrat 2 und den Chip 3 und zwischen die Verbindungsteile (Höcker 4) gefüllt werden. Mit dieser Konfiguration kann die Lichtquelleneinrichtung 110 die mit dem Isolierharz 102 voneinander isolierten benachbarten Höcker 4 aufweisen, um so eine Kurzschlussstörung zwischen den Höckern 4 und einen offenen Defekt der Höcker 4 aufgrund einer Stoßkraft zu verhindern.
  • Darüber hinaus können die porösen Metallschichten 41 die Metallteilchen mit den Teilchendurchmessern von 0,005 µm bis 1,0 µm enthalten. Die porösen Metallschichten 41 wie oben beschrieben können aufgrund eines Größeneffekts der Teilchendurchmesser Metalle bei niedrigerer Temperatur als ein Schmelzpunkt eines Metalls im Bulk-Zustand bonden. Daher können die Verbindungs-Pads 21 und 31 des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 durch die porösen Metallschichten 41 verbunden werden, die ein Metallbonding bei verhältnismäßig niedriger Temperatur ermöglichen, so dass die elektronische Vorrichtung 1 eine Beschädigung aufgrund von Wärme reduzieren und die Zuverlässigkeit verbessern kann.
  • Die Höcker 4 können außerdem die Metallfilme 42 und 43 mit der gleichen Komponente wie jener der porösen Metallschichten 41 zumindest zwischen den porösen Metallschichten 41 und den Verbindungs-Pads 21 auf der Seite des Halbleitersubstrats 2 oder zwischen den porösen Metallschichten 41 und den Verbindungs-Pads 31 auf der Seite des Chips 3 enthalten.
  • Selbst wenn die Komponenten der Verbindungs-Pads 21 und 31 und die Komponente der porösen Metallschichten 41 verschieden sind, ist es daher möglich, die Verbindungs-Pads 21 und 31 unter Verwendung der Metallfilme 42 und 43 und der porösen Metallschichten 41 fest zu verbinden.
  • Darüber hinaus können die Metallfilme 42 und 43 dünne Filme sein, die gebildet werden, um die Oberflächen der strukturierten Fotoresistschichten 51 und 52 zu härten, die im Prozess zum Ausbilden der Höcker 4 und 4a genutzt werden. Deshalb ist es möglich, die Höcker 4 und 4a mit feinen Strukturen auszubilden, so dass es möglich ist, einen feinen Pitch der Höcker 4 und 4a zu realisieren.
  • Außerdem können die Metallfilme 42 so gebildet werden, dass das Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 42 zu den Höhen der Höcker 4 in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 geringer als 10 %, vorzugsweise geringer als 5 %, eingestellt wird. Überdies werden die Metallfilme 43 so ausgebildet, dass das Verhältnis der Filmdicken der Metallfilme 43 zu den Höhen der Höcker 4a in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Chips 3 geringer als 10 % oder kleiner, vorzugsweise geringer als 5 %, eingestellt wird.
  • Deshalb ist es möglich, zu verhindern, dass die Durchgangslöcher, die auf den Fotoresistschichten 51 und 52 zum Ausbilden der Höcker 4 und 4a strukturiert werden, sich aufgrund einer Ausbildung der Metallfilme 42 und 43 verengen. Infolgedessen ist es möglich, die auf den Fotoresistschichten 51 und 52 strukturierten Durchgangslöcher mit der Paste 40, die die Metallteilchen enthält, als das Material der Höcker 4 und 4a geeignet zu füllen.
  • In der elektronischen Vorrichtung, in der das Halbleitersubstrat 2 und der Chip 3 durch die Höcker 4 und Höcker 4a verbunden sind, können außerdem die Metallfilme 42 und 43 so ausgebildet sein, dass das Verhältnis der Filmdicken zu den halben Dicken der laminierten Körper der Höcker 4 und 4a in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 und des Chips 3 auf 10 % oder geringer, vorzugsweise geringer als 5 %, eingestellt ist.
  • Daher ist es möglich, zu verhindern, dass die Durchgangslöcher, die auf den Fotoresistschichten 51 und 52 zum Ausbilden der Höcker 4 und 4a strukturiert werden, sich aufgrund der Ausbildung der Metallfilme 42 und 43 verengen. Infolgedessen ist es möglich, die auf den Fotoresistschichten 51 und 52 strukturierten Durchgangslöcher mit der Paste 40, die die Metallteilchen enthält, als das Material der Höcker 4 und 4a geeignet zu füllen.
  • Darüber hinaus enthält die elektronische Vorrichtung 1 das Halbleitersubstrat 2 und die Höcker 4. Die Höcker 4 können die Metallfilme 42 und die porösen Metallschichten 41 enthalten, die auf den Oberflächen der Verbindungs-Pads 21 sequentiell abgeschieden sind, die auf der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 angeordnet sind. Beispielsweise können die Metallfilme 42 so gebildet sein, dass das Verhältnis der Filmdicken zu den Dicken der Höcker 4 in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats 2 auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
  • Das Halbleitersubstrat 2 kann deshalb einen feinen Pitch der Höcker 4 realisieren und eine Flip-Chip-Montage des Chips 3 mit einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsrate gegenüber jener des Halbleitersubstrats 2 durch einen Prozess bei niedrigerer Temperatur und niedrigerem Druck im Vergleich zu einem Fall realisieren, in dem ein aus einem Metall im Bulk-Zustand bestehender Höcker genutzt wird.
  • Das Halbleitersubstrat 2 kann die Ansteuerungsschaltung 22 enthalten, die den zum Beispiel mittels Flip-Chip-Montage auf dem Halbleitersubstrat 2 montierten Halbleiterlaser ansteuert. Die Ansteuerungsschaltung 22 kann die lichtemittierenden Elemente, die im Halbleiterlaser enthalten sind, unabhängig steuern, indem die Schalter 154 gesteuert werden, die die als Anode dienenden jeweiligen Elektroden 142 in den lichtemittierenden Elementen 321 und die Stromversorgungsquelle verbinden. Mit dieser Konfiguration kann die Ansteuerungsschaltung 22 das Objekt S mit Musterlicht mit verschiedenen Arten von Punktmustern mit der Lichtquelleneinrichtung 110 bestrahlen, wenn die Abstandsmesseinrichtung 100 eine Abstandsmessung mit dem STL-Verfahren durchführt.
  • Außerdem enthält die elektronische Vorrichtung 1 den Chip 3 und die Höcker 4a. Die Höcker 4a können die Metallfilme 43 und die porösen Metallschichten 41 enthalten, die auf den Verbindungs-Pads 31 sequentiell abgeschieden sind, die auf der Hauptoberfläche des Chips 3 angeordnet sind. Die Metallfilme 43 können so ausgebildet sein, so dass das Verhältnis der Filmdicken zu den Dicken der Höcker 4a in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche des Chips 3 auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
  • Deshalb kann der Chip 3 einen feinen Pitch der Höcker 4a realisieren und eine Flip-Chip-Montage in Bezug auf das Halbleitersubstrat 2 mit einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnungsrate gegenüber jener des Chips 3 durch einen Prozess bei niedrigerer Temperatur und niedrigerem Druck im Vergleich zu einem Fall realisieren, in dem ein aus einem Metall im Bulk-Zustand bestehender Höcker genutzt wird.
  • Der Chip 3 kann der Halbleiterlaser sein. Der Halbleiterlaser enthält die lichtemittierenden Elemente 321. Die lichtemittierenden Elemente 321, von denen jedes Laserlicht emittiert, können in einem Array zweidimensional angeordnet sein. Die lichtemittierenden Elemente 321 können jeweils die als Anode dienende Elektrode 142 und die als Kathode dienende Elektrode 143 aufweisen, die auf der gleichen Ebene montiert sind. Mit dieser Konfiguration kann der Halbleiterlaser leicht mit der Ansteuerungsschaltung 22 verbunden werden.
  • Der Chip 3 kann mit den dazwischen angeordneten Höckern 4 auf die Ansteuerungsschaltung 22 gebondet werden, so dass die Fläche des Montagesubstrats 101 reduziert werden kann.
  • Die in dieser Beschreibung beschriebenen Effekte sind nur veranschaulichend oder beispielhaft und nicht einschränkend. Das heißt, andere Effekte erzielt werden.
  • Die folgenden Konfigurationen liegen ebenfalls innerhalb des technischen Umfangs der vorliegenden Offenbarung.
    1. (1) Eine elektronische Vorrichtung, aufweisend:
      • ein Halbleitersubstrat;
      • einen Chip, der eine von einer thermischen Ausdehnungsrate des Halbleitersubstrats verschiedene thermische Ausdehnungsrate aufweist; und
      • einen Verbindungsteil, der eine poröse Metallschicht zum Verbinden von Verbindungs-Pads enthält, die auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats und des Chips angeordnet sind.
    2. (2) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (1), wobei eine Differenz zwischen den thermischen Ausdehnungsraten des Chips und des Halbleitersubstrats 0,1 ppm/°C oder größer ist.
    3. (3) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (1) oder (2), wobei der Chip ein Halbleiterlaser ist und das Halbleitersubstrat eine Ansteuerungsschaltung enthält, die den Halbleiterlaser ansteuert.
    4. (4) Die elektronische Vorrichtung gemäß den oben erwähnten (1) bis (3), wobei der Chip ein Halbleiterlaser ist und das Halbleitersubstrat einen Temperatursensor enthält.
    5. (5) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (3) oder (4), wobei der Halbleiterlaser eine Vielzahl von in einem Array zweidimensional angeordneten lichtemittierenden Elementen enthält, von denen jedes Laserlicht emittiert, und die lichtemittierenden Elemente jeweils eine als Anode dienende Elektrode und eine als Kathode dienende Elektrode aufweisen, die auf einer gleichen Ebene vorgesehen sind.
    6. (6) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (5), wobei das Halbleitersubstrat einen Schalter enthält und der Schalter mit der als Anode dienenden Elektrode oder der als Kathode dienenden Elektrode verbunden ist.
    7. (7) Die elektronische Vorrichtung gemäß den oben erwähnten (6), wobei der Schalter mit einer entsprechenden Gruppe der lichtemittierenden Elemente verbunden ist und die lichtemittierenden Elemente einer Lichtemissionssteuerung für die entsprechende Gruppe unterworfen sind.
    8. (8) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (6), wobei eine Vielzahl der Schalter mit den jeweiligen lichtemittierenden Elementen verbunden ist und die lichtemittierenden Elemente einer Lichtemissionssteuerung individuell unterworfen sind.
    9. (9) Die elektronische Vorrichtung gemäß einem der oben erwähnten (6) bis (8), wobei jede der als Anode dienenden Elektroden oder jede der als Kathode dienenden Elektroden und jeder der Schalter mit dem Verbindungsteil verbunden sind.
    10. (10) Die elektronische Vorrichtung gemäß einem der oben erwähnten (5) bis (9), wobei die lichtemittierenden Elemente auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sind.
    11. (11) Die elektronische Vorrichtung gemäß einem der oben erwähnten (5) bis (10), wobei die lichtemittierenden Elemente eine Struktur eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) aufweisen.
    12. (12) Die elektronische Vorrichtung gemäß einem der oben erwähnten (1) bis (11), wobei ein Isolierharz zwischen das Halbleitersubstrat und den Chip und zwischen die Verbindungsteile gefüllt ist.
    13. (13) Die elektronische Vorrichtung gemäß einem der oben erwähnten (1) bis (12), wobei die poröse Metallschicht ein Metallteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,005 µm bis 1,0 µm enthält.
    14. (14) Die elektronische Vorrichtung gemäß einem der oben erwähnten (1) bis (13), wobei der Verbindungsteil einen Metallfilm mit einer gleichen Komponente wie eine Komponente der porösen Metallschicht zumindest zwischen der porösen Metallschicht und dem Verbindungs-Pad auf der Halbleitersubstrat-Seite oder zwischen der porösen Metallschicht und dem Verbindungs-Pad auf der Chip-Seite enthält.
    15. (15) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (14), wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer Dicke des Verbindungsteils in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
    16. (16) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (15), wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Filmdicke zur Dicke des Verbindungsteils in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf weniger als 5 % eingestellt ist.
    17. (17) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (14), wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer halben Dicke des Verbindungsteils in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
    18. (18) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (17), wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Filmdicke zu einer halben Dicke des Verbindungsteils in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf weniger als 5 % eingestellt ist.
    19. (19) Die elektronische Vorrichtung gemäß einem der oben erwähnten (1) bis (18), wobei ein Höhenverhältnis zwischen der porösen Metallschicht und dem Verbindungsteil in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche größer als 90 % ist.
    20. (20) Eine elektronische Vorrichtung, aufweisend:
      • ein Halbleitersubstrat; und
      • einen Höcker, der einen Metallfilm und eine poröse Metallschicht enthält, die auf einer Oberfläche eines Verbindungs-Pads sequentiell abgeschieden sind, das auf einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei
      • der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer Dicke des Höckers in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
    21. (21) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (20), wobei das Halbleitersubstrat eine Ansteuerungsschaltung enthält, die den Halbleiterlaser ansteuert, der mittels Flip-Chip-Montage auf dem Halbleitersubstrat montiert ist, und die Ansteuerungsschaltung eine Vielzahl von im Halbleiterlaser enthaltenen lichtemittierenden Elementen unabhängig steuert, indem Schalter gesteuert werden, die die lichtemittierenden Elemente und eine Stromversorgungsquelle entsprechend verbinden.
    22. (22) Eine elektronische Vorrichtung, aufweisend:
      • einen Chip; und
      • einen Höcker, der einen Metallfilm und eine poröse Metallschicht enthält, die auf einer Oberfläche eines Verbindungs-Pads sequentiell abgeschieden sind, das auf einer Hauptoberfläche des Chips angeordnet ist, wobei
      • der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer Dicke des Höckers in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
    23. (23) Die elektronische Vorrichtung gemäß dem oben erwähnten (22), wobei der Chip ein Halbleiterlaser ist, der Halbleiterlaser eine Vielzahl von in einem Array zweidimensional angeordneten lichtemittierenden Elementen enthält, von denen jedes Laserlicht emittiert, und die lichtemittierenden Elemente jeweils eine als Anode dienende Elektrode und eine als Kathode dienende Elektrode aufweisen, die auf einer gleichen Ebene vorgesehen sind.
  • Obgleich die Erfindung bezüglich spezifischer Ausführungsformen für eine vollständige und klare Offenbarung beschrieben worden ist, sind die beigefügten Ansprüche nicht derart beschränkt, sondern sind dahingehend aufzufassen, dass sie alle Modifikationen und alternativen Konstruktionen verkörpern, die dem Fachmann in den Sinn kommen und vollständig unter die hierin dargelegte grundlegende Lehre fallen. Die Aspekte und Merkmale, die oben zusammen mit einem/einer oder mehreren der vorher beschriebenen Beispiele und Figuren erwähnt und beschrieben wurden, können auch mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein ähnliches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal zusätzlich in das andere Beispiel einzuführen. Beispielsweise können strukturelle und/oder funktionale Details, die in der detaillierten Beschreibung geliefert wurden, gleichermaßen für elektronische Vorrichtungen Anwendung finden, die mit Verweis auf die Konfigurationen (19) bis (23) beschrieben wurden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • JP 2011077308 [0003]
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Claims (23)

  1. Elektronische Vorrichtung, aufweisend: ein Halbleitersubstrat; einen Chip, der eine von einer thermischen Ausdehnungsrate des Halbleitersubstrats verschiedene thermische Ausdehnungsrate aufweist; und einen Verbindungsteil, der eine poröse Metallschicht zum Verbinden von Verbindungs-Pads enthält, die auf gegenüberliegenden Hauptoberflächen des Halbleitersubstrats und des Chips angeordnet sind.
  2. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Differenz zwischen den thermischen Ausdehnungsraten des Chips und des Halbleitersubstrats 0,1 ppm/°C oder größer ist.
  3. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Chip ein Halbleiterlaser ist und das Halbleitersubstrat eine Ansteuerungsschaltung enthält, die den Halbleiterlaser ansteuert.
  4. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Chip ein Halbleiterlaser ist und das Halbleitersubstrat einen Temperatursensor enthält.
  5. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Halbleiterlaser eine Vielzahl von in einem Array zweidimensional angeordneten lichtemittierenden Elementen enthält, von denen jedes Laserlicht emittiert, und die lichtemittierenden Elemente jeweils eine als Anode dienende Elektrode und eine als Kathode dienende Elektrode aufweisen, die auf einer gleichen Ebene vorgesehen sind.
  6. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Halbleitersubstrat einen Schalter enthält und der Schalter mit der als Anode dienenden Elektrode oder der als Kathode dienenden Elektrode verbunden ist.
  7. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Schalter mit einer entsprechenden Gruppe der lichtemittierenden Elemente verbunden ist und die lichtemittierenden Elemente einer Lichtemissionssteuerung für die entsprechende Gruppe unterworfen sind.
  8. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Vielzahl der Schalter mit den jeweiligen lichtemittierenden Elementen verbunden ist und die lichtemittierenden Elemente einer Lichtemissionssteuerung individuell unterworfen sind.
  9. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei jede der als Anode dienenden Elektroden oder jede der als Kathode dienenden Elektroden und jeder der Schalter mit dem Verbindungsteil verbunden sind.
  10. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die lichtemittierenden Elemente auf einem gemeinsamen Substrat ausgebildet sind.
  11. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die lichtemittierenden Elemente eine Struktur eines oberflächenemittierenden Lasers mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) aufweisen.
  12. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Isolierharz zwischen das Halbleitersubstrat und den Chip und zwischen die Verbindungsteile gefüllt ist.
  13. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die poröse Metallschicht ein Metallteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 0,005 µm bis 1,0 µm enthält.
  14. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Verbindungsteil einen Metallfilm mit einer gleichen Komponente wie eine Komponente der porösen Metallschicht zumindest zwischen der porösen Metallschicht und dem Verbindungs-Pad auf der Halbleitersubstrat-Seite oder zwischen der porösen Metallschicht und dem Verbindungs-Pad auf der Chip-Seite enthält.
  15. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer Dicke des Verbindungsteils in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
  16. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Filmdicke zur Dicke des Verbindungsteils in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf weniger als 5 % eingestellt ist.
  17. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer halben Dicke des Verbindungsteils in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
  18. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass das Verhältnis der Filmdicke zu einer halben Dicke des Verbindungsteils in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf weniger als 5 % eingestellt ist.
  19. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Höhenverhältnis zwischen der porösen Metallschicht und dem Verbindungsteil in der Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche größer als 90 % ist.
  20. Elektronische Vorrichtung, aufweisend: ein Halbleitersubstrat; und einen Höcker, der einen Metallfilm und eine poröse Metallschicht enthält, die auf einer Oberfläche eines Verbindungs-Pads sequentiell abgeschieden sind, das auf einer Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist, wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer Dicke des Höckers in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
  21. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Halbleitersubstrat eine Ansteuerungsschaltung enthält, die den Halbleiterlaser ansteuert, der mittels Flip-Chip-Montage auf dem Halbleitersubstrat montiert ist, und die Ansteuerungsschaltung eine Vielzahl von im Halbleiterlaser enthaltenen lichtemittierenden Elementen unabhängig steuert, indem Schalter gesteuert werden, die die lichtemittierenden Elemente und eine Stromversorgungsquelle entsprechend verbinden.
  22. Elektronische Vorrichtung, aufweisend: einen Chip; und einen Höcker, der einen Metallfilm und eine poröse Metallschicht enthält, die auf einer Oberfläche eines Verbindungs-Pads sequentiell abgeschieden sind, das auf einer Hauptoberfläche des Chips angeordnet ist, wobei der Metallfilm so ausgebildet ist, dass ein Verhältnis einer Filmdicke zu einer Dicke des Höckers in einer Richtung senkrecht zur Hauptoberfläche auf 10 % oder geringer eingestellt ist.
  23. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei der Chip ein Halbleiterlaser ist, der Halbleiterlaser eine Vielzahl von in einem Array zweidimensional angeordneten lichtemittierenden Elementen enthält, von denen jedes Laserlicht emittiert, und die lichtemittierenden Elemente jeweils eine als Anode dienende Elektrode und eine als Kathode dienende Elektrode aufweisen, die auf einer gleichen Ebene vorgesehen sind.
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