JP2002372647A

JP2002372647A - 光源装置

Info

Publication number: JP2002372647A
Application number: JP2001178558A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Takayama; 清高山
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】シリコン基板からヒートシンクに対する熱伝
導を向上させ、結果的に発光素子の放熱特性を向上させ
た光源装置を提供する。【解決手段】電極部１３および断面Ｖ字溝１１をシリ
コン基板１の表面に形成し、光ファイバピグテイル２を
断面Ｖ字溝１１に嵌合固定すると共にフリップチップ型
の発光素子３を電極部１３に光ファイバピグテイル２に
アライメントして搭載し、シリコン基板１の裏面に断面
Ｖ字放熱溝１５を形成し、断面Ｖ字放熱溝１５にシリコ
ンの熱伝導率より大なる熱伝導率を有する熱伝導性材料
を充填した光源装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光源装置に関
し、特に、シリコン基板からヒートシンクに到る熱伝導
を良好にして発光素子の放熱特性を向上させる光源装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来例を図２を参照して説明する。図２
において、シリコン基板１には、光ファイバピグテイル
２を位置決め保持する断面Ｖ字溝１１がその表面に形成
されている。光ファイバピグテイル２はこの断面Ｖ字溝
１１に嵌合、位置決め、固定される。断面Ｖ字溝１１の
終端に対向するシリコン基板１の表面領域は酸化処理を
施されてＳｉＯ２絶縁層１２が形成されている。この絶
縁層１２の断面Ｖ字溝１１に対向した領域には、端子１
３１を含む電極部１３が成膜形成されている。電極部１
３には、断面Ｖ字溝１１の延伸方向に正確にアライメン
トされたアライメントマーカ１４が形成されている。そ
して、電極部１３の表面のアライメントマーカ１４の近
傍の発光素子３が位置決め固定されるべき領域は半田被
膜１３０が形成されている。

【０００３】発光素子３をシリコン基板１に実装するに
は、発光素子３をアライメントマーカ１４を参照して電
極部１３の表面に位置決めし、半田被膜１３０を介して
電極部１３にフリップチップ実装する。このフリップチ
ップ実装は、発光素子３の発光層近傍側を半田被膜１３
０に接続される側として発光素子３を半田付け接合す
る。アライメントマーカを使用する発光素子３の実装
は、発光素子３側にもアライメントマーカを付与してこ
れと電極部１３の表面に形成されるアライメントマーカ
１４と対応する位置に発光素子３を位置合わせする。こ
の位置合わせには、以下のおよびの仕方が一般的に
採用されている。

【０００４】発光素子３をシリコン基板１に上から
接近させ、両者の間に撮像装置を有するプローブを挿入
し、画像処理により両者のアライメントマーカを確認し
ながら位置合わせし、プローブを抜いて接合する。シリコン基板１が赤外線を透過する性質を利用し
て、プローブを使用せずに、発光素子３をシリコン基板
１に重ねた状態で赤外線を照射し、一方の側から両者の
アライメントマーカーを赤外線モニタで確認しながら位
置合わせし、接合する。

【０００５】これにより、光ファイバピグテイル２の端
面と発光素子３のアライメントがなされ、光ファイバピ
グテイル２と発光素子３の光軸合わせが完了する。光フ
ァイバピグテイル２と発光素子３の光軸合わせが完了し
た以上のシリコン基板１は、次いで、図３に示される如
くに光モジュール化される。図３（ａ）は光モジュール
を上から視たところを示す図であり、図３（ｂ）は図３
（ａ）の線ｂ−ｂ’に沿った縦方向断面を矢印の向きに
視た図である。図３において、パッケージ４には側壁４
１が上面に一体に形成されている。光ファイバピグテイ
ル２は、外部光ファイバ６に芯合わせして側壁４１を介
して導出されている。シリコン基板１はアルミニウムの
如き熱伝導性の良好な材料より成るヒートシンク４３を
介してパッケージ４に取り付け固定されている。発光素
子３を駆動制御するＩＣ５はアルミナ多層基板４２を介
してパッケージ４に取り付け固定されている。

【０００６】ここで、発光素子３から発生する大量の熱
の内の極く一部は直接に空中へ放出されるが、大部分の
熱は空気と比較して熱伝導率の大なるシリコン基板１に
流入し、更に、ヒートシンク４３に伝導してここから放
熱される。発光素子３はフリップチップにより実装され
ているところから発光素子３の発光層からシリコン基板
１に到る距離は数μｍ程度しかなく、発光素子３からシ
リコン基板１に到る熱伝導は効率的に行われ、シリコン
基板１から更にアルミニウムの如き熱伝導率の高い材料
より成るヒートシンク４３に伝導され、ここから放熱さ
れる。即ち、発光素子３の発光部である活性層に近い面
をシリコン基板１の表面の電極部１３にダイボンディン
グするフリップチップ型の発光素子３の実装において
は、熱源である活性層がシリコン基板１の電極部１３に
極めて近いところにあるので、発光素子３からシリコン
基板１への熱伝導は良好であり、シリコン基板１に対す
る放熱に関する限り改良の余地はない。ところが、シリ
コン基板１の熱伝導率はヒートシンク４３の熱伝導率と
比較して低いので、シリコン基板１に熱が滞留すること
になる。そして、シリコン基板１が小型になるにつれて
シリコン基板１とヒートシンク４３との間の接触面積は
小さくなるので、シリコン基板１の熱の滞留は更に顕著
になる。このシリコン基板１の熱の滞留は、換言すれ
ば、発光素子３の熱の滞留につながる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ここで、図４を参照す
るに、発光素子の基板５の表面側に活性層１を形成し、
基板５の裏面側をパッケージ１０に接合固定する発光素
子が記載されており、基板５にその裏面側から凹部８を
活性層１に接近するまで形成してこれにヒートシンク１
２を埋設し、ヒートシンク１２を介して活性層１の発生
する熱を放熱する技術が開示されている（特開昭５８−
２０１３８３号公報参照）。しかし、この技術は活性層
１側をパッケージ側に接合するフリツプチツブ型の発光
素子において採用しても、ヒートシンクが空気に接触す
るに過ぎないところから放熱に関して格別の効果を奏し
ない。そして、この従来例の発光素子の基板５は１００
μｍ程度の極めて薄い劈開し易い基板であり、これにフ
ォトリソグラフィ、エッチング技術を適用して加工する
のは極めて困難であり、イールドの低下を招来する。ま
た、断面Ｖ字型の溝を形成しようとすると、これのみの
ためにマスクとなるＳｉＯ 2の成膜、フォトリソグラフ
ィ、エッチング加工その他の加工工程を増加する必要に
迫られる。更に、断面Ｖ字型溝を形成する面はｎ電極を
構成しているので、ヒートシンク１２の材料の制約とし
て高熱伝導率に加えて電極としての適正さも要求され、
材料の選択に制約が多いという問題がある。

【０００８】フリップチップ型の発光素子のモジュール
においては、むしろ、発光素子を搭載した半導体基板の
放熱、即ち、基板からヒートシンクに対する熱伝達の大
きさが発光素子に係る放熱の効率を決定する因子とな
る。そこで、この発明は、シリコン基板からヒートシン
クに対する熱伝導を向上させ、結果的に発光素子の放熱
特性を向上させて上述の問題を解消した光源装置を提供
するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１：電極部１３お
よび断面Ｖ字溝１１をシリコン基板１表面に形成し、光
ファイバピグテイル２を断面Ｖ字溝１１に嵌合固定する
と共にフリップチップ型の発光素子３を電極部１３に光
ファイバピグテイル２にアライメントして搭載し、シリ
コン基板１の裏面に断面Ｖ字放熱溝１５を形成し、断面
Ｖ字放熱溝１５にシリコンの熱伝導率より大なる熱伝導
率を有する熱伝導性材料を充填した光源装置を構成し
た。

【００１０】そして、請求項２：請求項１に記載される
光源装置において、シリコン基板１をアルミニウムの如
き熱伝導性の良好な材料より成るパッケージ４に収容
し、シリコン基板１をパッケージ４に直接固定した光源
装置を構成した。また、請求項３：請求項１に記載され
る光源装置において、シリコン基板１をその裏面を介し
てアルミニウムの如き熱伝導性の良好な材料より成るヒ
ートシンク４３に接合し、ヒートシンク４３を介してパ
ッケージ４に収容固定した光源装置を構成した。

【００１１】更に、請求項４：請求項３に記載される光
源装置において、パッケージ４はアルミニウムの如き熱
伝導性の良好な材料より成る光源装置を構成した。

【００１２】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１の実
施例を参照して説明する。実施例において、従来例と共
通する部材には共通する参照符号を付与している。図１
の実施例においては、シリコン基板１の下面に複数本の
断面Ｖ字放熱溝１５を形成する。シリコン基板１として
は、通常５００μｍ前後の厚さのシリコン基板を使用す
る。この断面Ｖ字放熱溝１５には、金属、台金その他、
基板構成材料であるシリコンの熱伝導率１５０Ｗ／ｍ・
Ｋより大きい熱伝導率を有する熱伝導性材料を充填材
として充填する。断面Ｖ字放熱溝１５に熱伝導性良好な
材料を充填したシリコン基板１は、断面Ｖ字放熱溝１５
を形成した裏面を熱伝導率の高いダイボンド材料により
ヒートシンク４３に接合することにより固定される。

【００１３】シリコン基板１は、下面に複数本の断面Ｖ
字放熱溝１５を形成することにより下面の表面積は増加
し、この表面積の増加につれてシリコン基板１の下面か
ら放出される熱量は増大する。そして、断面Ｖ字放熱溝
１５には熱伝導率の高い熱伝導性材料が充填されている
ところから、結局、断面Ｖ字放熱溝１５の表面を含むシ
リコン基板１の下面の全表面がヒートシンク４３に接合
することになる。従って、シリコン基板１からこれに接
合するヒートシンク４３に対する熱伝導の効率は増大
し、それだけシリコン基板１の熱の滞留は減少し、発光
素子３の放熱特性は向上するに到る。

【００１４】

【発明の効果】以上の通りであって、この発明によれ
ば、電極部１３および断面Ｖ字溝１１をシリコン基板１
の表面に形成し、光ファイバピグテイル２を断面Ｖ字溝
１１に嵌合固定すると共にフリップチップ型の発光素子
３を電極部１３に光ファイバピグテイル２にアライメン
トして搭載し、シリコン基板１の裏面に断面Ｖ字放熱溝
１５を形成し、断面Ｖ字放熱溝１５にシリコンの熱伝導
率より大なる熱伝導率を有する熱伝導性材料を充填し
た。これにより、断面Ｖ字放熱溝１５の表面を含むシリ
コン基板１の下面の全表面がヒートシンク４３に接合
し、シリコン基板１からヒートシンク４３に対する熱伝
導の効率は増大し、それだけシリコン基板１の熱の滞留
は減少し、発光素子３の放熱特性は向上する効果を奏
す。そして、シリコン基板１はＧａＡｓ基板と比較して
劈開し難く、フォトリソグラフィ、エッチング加工その
他の加工を施すに際して先の従来例の示す不都合は生じ
ない。また、放熱溝１５の断面を光ファイバピグテイル
２を固定する断面Ｖ字溝１１と同型のＶ字型とすること
により、断面Ｖ字放熱溝１５の形成は、断面Ｖ字溝１１
を異方性エッチングにより形成する時に同時に容易に実
施することができ、断面Ｖ字放熱溝１５の形成のみに固
有の製造工程を追加する必要はない。更に、シリコン基
板１をアルミニウムの如き熱伝導性の良好な材料より成
るパッケージ４に収容してパッケージ４に直接固定する
ことにより、格別のヒートシンク４３を準備する必要が
なくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を説明する図。

【図２】従来例を説明する図。

【図３】光源装置を説明する図。

【図４】裏面にヒートシンクを埋設した発光素子の従来
例を説明する図。

【符号の説明】

１シリコン基板１１断面Ｖ字溝１２絶縁層１３電極部１３０半田被膜１３１端子１４アライメントマーカ１５断面Ｖ字放熱溝２光ファイバピグテイル３発光素子４パッケージ４１側壁４２アルミナ多層基板４３ヒートシンク５ＩＣ６外部光ファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電極部および断面Ｖ字溝をシリコン基板
の表面に形成し、光ファイバピグテイルを断面Ｖ字溝に
嵌合固定すると共にフリップチップ型の発光素子を電極
部に光ファイバピグテイルにアライメントして搭載し、
シリコン基板の裏面に断面Ｖ字放熱溝を形成し、断面Ｖ
字放熱溝にシリコンの熱伝導率より大なる熱伝導率を有
する熱伝導性材料を充填したことを特徴とする光源装
置。
【請求項２】請求項１に記載される光源装置におい
て、シリコン基板をアルミニウムの如き熱伝導性の良好な材
料より成るパッケージに収容し、シリコン基板１をパッ
ケージ４に直接固定したことを特徴とする光源装置。
【請求項３】請求項１に記載される光源装置におい
て、シリコン基板をその裏面を介してアルミニウムの如き熱
伝導性の良好な材料より成るヒートシンクに接合し、ヒ
ートシンクを介してパッケージに収容固定したことを特
徴とする光源装置。
【請求項４】請求項３に記載される光源装置におい
て、パッケージはアルミニウムの如き熱伝導性の良好な材料
より成ることを特徴とする光源装置。