JP2007335739A - Ｌｄ素子の搭載方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートシンク上の所定の位置にＬＤ素子を設置する作業を、作業効率よく、かつ、高精度で行うことができる方法であって、ＬＤ素子の高さ方向の位置をも正確に制御することができる方法を提供する。
【解決手段】ヒートシンク上にＬＤ素子を搭載する方法であって、ＬＤ素子を搭載するヒートシンクの表面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に垂直な方向をｚ方向とした場合に、ＬＤ素子のｚ方向の位置を決める下部ガイド、および、ＬＤ素子のｘｙ平面上の位置を決める側部ガイドを、ヒートシンク上に形成する工程、ヒートシンク上のＬＤ素子を搭載する箇所にはんだ層を形成する工程、および、下部ガイドおよび側部ガイドに沿わせてＬＤ素子をヒートシンク上に搭載し、はんだ付けする工程、を有するヒートシンク上へのＬＤ素子の搭載方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＬＤ素子の搭載方法に関する。詳細には、ヒートシンク上の所定の位置にＬＤ素子を位置合わせして搭載する方法に関する。

光通信や光ストレージシステムの発光源として用いられるレーザーダイオード素子（以下、「ＬＤ素子」と省略する。）の実装では、動作時における素子の信頼性確保のために、高い放熱性が要求される。このような要求に応えるために、例えば、高い熱伝導率を有するチッ化アルミニウムセラミックス基板上に、薄膜メタライズパターンを形成したＡｌＮヒートシンクがある。ＬＤ素子は、このヒートシンク上にはんだを介して搭載され、放熱性が確保される。

図１にＬＤ素子１０をヒートシンク２０上に搭載した際の位置関係を示した。ＬＤ素子１０は、その端部に位置する発光点１２において最も多く発熱する。よって、この位置近傍をヒートシンク２０に触れさせて放熱させる必要がある。図１（ａ）に示したように、ＬＤ素子１０の端部がヒートシンク２０から大きくはみ出している場合は、ＬＤ素子１０の発光点１２近傍をヒートシンク２０により冷却することができない。また、図１（ｂ）に示したように、ＬＤ素子の端部がヒートシンクの内側に入ってしまっている場合は、発光点１２から放出されたレーザー光がヒートシンク２０により散乱してしまう。このため、理想的には、ＬＤ素子１０の端部とヒートシンク２０の端部とを一致させて設置するのが望ましいのであるが、現実的には、図１（ｃ）に示したように、ＬＤ素子１０の端部がヒートシンク２０からわずかに（１０μｍ程度）外側にはみ出したようにして設置されている。

ヒートシンク上にＬＤ素子を設置するのは、上記のように高精度な位置合わせが必要である。従来は、ＬＤ素子をヒートシンク上に設置する場合の位置合わせは、例えば、ヒートシンクの外形を基準としたり、または、ヒートシンク上に位置合わせパターンをあらかじめ形成しこれを基準としたりする等の画像認識により行われていた。
特開平４−５７３４６号公報

しかし、従来行われている画像認識による位置合わせ作業は、作業効率が悪いものであった。また、例えば、ＤＶＤ用およびＣＤ用の複数のＬＤ素子を一つのヒートシンク上に設置する場合は、それぞれの設置に対して、画像処理による位置合わせをする必要があり、作業効率の悪さが顕著となっていた。

また、ヒートシンク上にはんだ層が形成されており、ＬＤ素子はこのはんだ層を介してヒートシンクに搭載される。このはんだ層は、溶解する前の膜厚は制御することができるが、溶解した後はその膜厚を制御することは困難である。そのため厳密にいうと、ＬＤ素子の高さ方向の位置を正確に制御することができないのが実情であった。

そこで、本発明は、ヒートシンク上の所定の位置にＬＤ素子を設置する作業を、作業効率よく、かつ、高精度で行うことができる方法であって、ＬＤ素子の高さ方向の位置をも正確に制御することができる方法を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

第１の本発明は、ヒートシンク（２０）上にＬＤ素子（１０）を搭載する方法であって、ＬＤ素子（１０）を搭載するヒートシンク（２０）の表面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に垂直な方向をｚ方向とした場合に、ＬＤ素子のｚ方向の位置を決める下部ガイド（４０）、および、ＬＤ素子のｘｙ平面上の位置を決める側部ガイド（３０）を、ヒートシンク（２０）上に形成する工程、ヒートシンク（２０）上のＬＤ素子（１０）を搭載する箇所にはんだ層（５０）を形成する工程、および、下部ガイド（４０）および側部ガイド（３０）に沿わせてＬＤ素子（１０）をヒートシンク（２０）上に搭載し、はんだ付けする工程、を有するヒートシンク上へのＬＤ素子の搭載方法である。

第１の本発明において、下部ガイド（４０）および側部ガイド（３０）は、フォトリソグラフィー法により作製された金属製のガイドであることが好ましい。

第１の本発明において、下部ガイド（４０）および側部ガイド（３０）は、セラミックス製のガイドであることが好ましい。

第２の本発明は、第１の本発明の方法により、ＬＤ素子（１０）をヒートシンク（２０）上に搭載する、電子部品の製造方法である。

第３の本発明は、メタライズ層およびはんだ層が形成されたヒートシンク（２０）を有し、メタライズ層上に形成された下部ガイド（４０）、および、メタライズ層または下部ガイド上に立設された側部ガイド（３０）を有し、下部ガイドおよび側部ガイドに沿うように収納され、はんだ層（５０）を介してヒートシンクにはんだ付けされたＬＤ素子（１０）を有する、電子部品である。

本発明のＬＤ素子の搭載方法によると、ヒートシンク上の所定の位置に下部ガイドおよび側部ガイドを形成しておくことによって、ヒートシンク上にＬＤ素子を設置する作業を、作業効率よく、かつ、高精度で行うことができる。また、特に、下部ガイドを形成することによって、ＬＤ素子の高さ方向（ｚ方向）の位置をも正確に制御することができる。

ＬＤ素子のｘｙ平面上の位置を正確に定めて、ＬＤ素子の端部がヒートシンクからわずかにはみ出した位置に設置することによって、ＬＤ素子の発光点近傍を冷却することができ、そして、レーザーがヒートシンクの表面に反射する事態を防ぐことができる。また、ＬＤ素子のｚ方向の位置を正確に制御することによって、レーザー光の照射位置を正確に制御することができる。

以下本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
＜ＬＤ素子の搭載方法＞
本発明のＬＤ素子の搭載方法は、ヒートシンク上に、下部ガイドおよび側部ガイドを形成する工程、はんだ層を形成する工程、下部ガイドおよび側部ガイドにそってＬＤ素子をヒートシンク上に搭載し、はんだ付けする工程を有している。

図２（ａ）は、本発明のＬＤ素子の搭載方法に基づいて、ヒートシンク２０上に下部ガイド４０、側部ガイド３０およびはんだ層５０を形成した形態の平面図である。図２（ｂ）は、該形態を図２（ａ）における紙面下方向から見た正面図である。該正面図においては、側部ガイド３０ｃ、３０ｄは省略してある。また、図３（ａ）は、図２に示した形態のヒートシンクにＬＤ素子１０を搭載した形態を示した平面図である。図３（ｂ）は、該形態を図３（ａ）における紙面下方向から見た正面図である。

本発明においては、ＬＤ素子１０とヒートシンク２０との位置関係を、ヒートシンク２０の表面をｘｙ平面とし、該ｘｙ平面に垂直な方向をｚ方向として表現している。図面に基づいて説明すると、図３（ａ）に示したように、「ｘ方向」とは、ヒートシンク２０の表面に平行な方向であって、ＬＤ素子１０の発光点１２を有する面に平行な方向である。「ｙ方向」とはｘ方向に垂直な方向である。また、図３（ｂ）に示したように、「ｚ方向」とは、ｘｙ平面に垂直な方向である。

＜下部ガイド４０および側部ガイド３０を形成する工程＞
本発明のＬＤ素子１０の搭載方法においては、ヒートシンク２０上に下部ガイド４０を形成することによって、ＬＤ素子１０のｚ方向の位置を決めることができる。従来技術で述べたように、従来は、はんだ層の上にＬＤ素子を搭載しただけであったので、はんだ付け時におけるはんだ金属の流れ具合によってＬＤ素子のｚ方向の位置が変動するため、その位置を厳密に制御することができなかった。このため、レーザーの照射位置を厳密に制御できないという問題があった。本発明においては、ＬＤ素子１０を搭載する位置に対応するようにして、ヒートシンク２０上に下部ガイド４０を形成している。はんだ層はこの下部ガイド４０に高さよりもわずかに高くなるように形成され、はんだ付け時にはんだ金属は溶融して流動するがその流動の範囲は下部ガイド４０によって規制されるため、高さの変動も著しく小さくなり、ＬＤ素子１０のｚ方向の位置を厳密に制御することができる。

下部ガイド４０は、ＬＤ素子１０をヒートシンク２０上に平行に設置することができるものであれば、特に限定されない。このような観点から、少なくとも三点によりＬＤ素子１０を支える、三つのガイドであればよい。また、ＬＤ素子１０を安定して支える観点からは、ＬＤ素子１０を四隅から支える四つのガイドであることがさらに好ましい。また、下部ガイド４０の形状は、互いに均一の厚みを有するものであれば特に限定されないが、後に説明する側部ガイド３０と一体に形成し易い点から、矩形であることが好ましい。図２（ａ）および図２（ｂ）に示した形態では、ＬＤ素子１０の四隅を支えるように、四つの同一の矩形の下部ガイド４０ａ〜４０ｄが形成されている。なお、図２（ａ）には表れていないが、側部ガイド３０ａ〜３０ｄの下部にも、下部ガイド４０ａ〜４０ｄがそれぞれ形成されている。下部ガイド４０のｚ方向の厚さは、１〜２μｍで、はんだ層５０よりも低い構造であることが好ましい。

また、本発明のＬＤ素子１０の搭載方法においては、ヒートシンク２０上に側部ガイド３０を形成することによって、ＬＤ素子１０のｘｙ平面における位置を決めることができる。従来技術で述べたように、ＬＤ素子の発光点１２近傍を冷却することが必要であり、かつ、レーザー光がヒートシンク２０に反射するのを防ぐことが必要であることから、発光点１２があるＬＤ素子の端部がヒートシンクからわずかに（１０μｍ程度）外側にはみ出したようにして、ＬＤ素子１０をヒートシンク２０上に設置する必要がある。このように、特にｙ方向の位置は非常に厳密な制御が必要とされる。本発明においては、このようなｘ方向およびｙ方向の制御を側部ガイド３０を形成することにより実現したものである。これにより、従来の画像処理により位置合わせを行っていた方法に比べて、作業性を大きく向上させることができた。

側部ガイド３０は、ヒートシンク２０のｘｙ平面上におけるＬＤ素子１０の位置を固定できるものであれば、特に限定されない。上記したように、発光点１２があるＬＤ素子の端部がヒートシンク２０からわずかに外側にはみ出したようにして設置するには、ＬＤ素子のｘ方向における両側面およびｙ方向における背面の少なくとも三箇所に側部ガイド３０を設ける必要がある。また、ＬＤ素子をｘｙ平面上において正確に固定する観点からは、ＬＤ素子を四隅から固定する四つの側部ガイド３０を設けることがさらに好ましい。

また、側部ガイド３０の形状は、ＬＤ素子１０を側面方向から平面で支える壁状であることが好ましい。図２（ａ）および（ｂ）に示した形態においては、下部ガイド４０ａおよび４０ｂのそれぞれの上に壁状の側部ガイド３０ａ、３０ｂが、互いに平行に、かつ、ＬＤ素子１０の幅に対応した所定の幅を保ちながら立設されている。また、下部ガイド４０ｃおよび４０ｄのそれぞれの上に平面視Ｌ字形状の壁状の側部ガイド３０ｃ、３０ｄが、ＬＤ素子１０の幅および奥行きに対応した所定の幅を保ちながら立設されている。側部ガイド３０のｚ方向の高さは、はんだ層のｚ方向の厚さよりも高いことが必要であり、３〜５μｍであることが好ましい。

下部ガイド４０および側部ガイド３０の材料としては、金属、あるいは、セラミックスを挙げることができる。金属としては、はんだ層に使用するはんだに溶解しない、あるいは、溶解度が小さい金属を使用することができる。例えば、Ａｕ−Ｓｎはんだを使用する場合は、ガイドの金属として、白金、ニッケル、チタン、クロム、タンタル等を使用することができる。また、セラミックスとしては、特に限定されず種々のセラミックスを使用することができ、ヒートシンク２０と同様のチッ化アルミニウムやアルミナにより形成することもできる。金属製の下部ガイド４０および側部ガイド３０は、フォトリソグラフィー法により形成することができる。

図２に示した形態の下部ガイド４０および側部ガイド３０の形成方法の一例を以下に説明する。まず、下部ガイド４０に対応するレジストパターンを形成し、金属を蒸着することによって下部ガイド４０を形成する。そして、側部ガイド３０に対応するレジストパターンを形成し、金属を蒸着することによって側部ガイド３０を形成する。そして、レジストを除去することによって、下部ガイド４０と側部ガイド３０とが一体となったＬ字状のガイドが形成される。

同様にセラミックス製のガイドを形成する場合は、下部ガイド４０に対応するレジストパターンを形成し、金属あるいはセラミックスターゲットを用いてスパッタリング法にて基板上にセラミックスを堆積させる。この際、金属ターゲットを用いる場合は、アルゴンやヘリウムガスと一緒に窒素あるいは酸素を雰囲気中に混入させスパッタリングを行ったり、あるいは、窒素ガス雰囲気中でスパッタリングを行ったりすることで、堆積物が窒化物セラミックスあるいは酸化物セラミックスとなる。

セラミックスターゲットを用いる場合でも同様に、窒素ガスあるいは酸素ガスを用いても良く、セラミックス種によってはアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを用いても良い。なお、セラミックスをターゲットとして用いる場合は、ＲＦ電源を用いることで堆積速度が速くなるためより好ましい。

例えば、窒化アルミニウムの下部ガイド４０を形成する場合は、アルミニウムをターゲットとし、窒素ガスをキャリアガスとして、ＲＦ電源を用いてスパッタリングを行うことで基板上に窒化アルミニウムセラミックス膜が形成される。その後、レジストパターンをアセトンや苛性ソーダ等で除去する。

セラミックス製の側部ガイド３０の形成については、同様にして行うことができる。上記のように下部ガイド４０作製用のレジストパターンを除去した後、側部ガイド３０形成用のレジストパターンを形成し、セラミックス膜をスパッタリング法により堆積させる。そして、同様にしてレジストパターンを除去する。

これらの成膜温度はフォトリソグラフィー法で形成したレジストパターンが損傷しない程度の温度が好ましいため、１００℃以下の成膜温度が好ましい。

また、素子の電極部分で極性の異なる電極が近くに配置されている場合、溶融したはんだが電極間でブリッジする恐れがあるため、下部ガイド４０および側部ガイド３０ははんだの濡れ性が悪い材料が好ましく、具体的には窒化アルミニウムやタンタル、チタン、タングステンなどが好ましい。このうち、タンタルやチタン、タングステンの膜は黒色系の色を呈しており、電極の金と反射率が大きく異なるため、最初の粗位置合わせを行う際の目印となり易く、より好ましい。

＜はんだ層を形成する工程＞
ＬＤ素子１０をヒートシンク２０上に搭載させるためのはんだとしては、Ａｕ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ、Ａｕ−Ｇｅ、Ａｇ−Ｓｎといった各種の共晶はんだや、Ｓｎはんだ、Ｉｎはんだ、あるいは共晶はんだにＩｎやＢｉ、Ｃｕなどを添加したはんだ等を用いることができる。はんだ層のｚ方向の厚みは、３〜５μｍであることが好ましい。はんだ層は、抵抗加熱あるいはＥＢ加熱など、既知の加熱方式を有する真空蒸着装置により、はんだ合金の元素成分を単層あるいは複数層積み重ねる、あるいは複数の蒸着源から同時に合金層を蒸着することによって形成することができる。図２に示した実施形態においては、下部ガイド４０ａおよび４０ｂの間、４０ｃおよび４０ｄの間に、はんだ層が帯状に形成されている。はんだ層の形成箇所は、ＬＤ素子１０を固定できるのであれば特に限定されない。

＜下部ガイド４０および側部ガイド３０に沿わせてＬＤ素子１０をヒートシンク４０上に搭載し、はんだ付けする工程＞
下部ガイド４０および側部ガイド３０が形成されたヒートシンク２０上に、ＬＤ素子１０をこれらのガイドに沿わせて搭載する。そして、はんだの融点以上に加熱することによって、ＬＤ素子１０をヒートシンク２０上に固定する。

図３に、図２の形態のヒートシンク２０上にＬＤ素子１０を搭載した状態の平面図（（ａ））および正面図（（ｂ））を示した。上記したように、側部ガイド３０ａ〜ｄは、ＬＤ素子１０の幅および奥行きに合わせて形成されている。よって、ＬＤ素子１０をこれらのガイドに沿わせて搭載することによって、ＬＤ素子１０の発光点１２の端部がヒートシンク２０からわずかにはみ出した状態となるように、ＬＤ素子１０をヒートシンク２０上に設置することができる。

また、下部ガイド４０ａ〜４０ｄは、互いに同一の所定の厚みを有するので、ＬＤ素子１０のｚ方向の位置を下部ガイド４０ａ〜４０ｄの厚さにより調整することができる。

以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨あるいは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うＬＤ素子の搭載方法、電子部品の製造方法および電子部品もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。

ＬＤ素子１０とヒートシンク２０との位置関係を示す説明図である。 ヒートシンク２０上に下部ガイド４０、側部ガイド３０およびはんだ層５０を形成した形態の平面図（（ａ））、および正面図（（ｂ））である。 図２の形態にＬＤ素子１０を搭載した形態の平面図（（ａ））および正面図（（ｂ））である。

符号の説明

１０ ＬＤ素子
１２ 発光点
２０ ヒートシンク
３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ） 側部ガイド
４０（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ） 下部ガイド
５０ はんだ層

Claims (5)

1. ヒートシンク上にＬＤ素子を搭載する方法であって、前記ＬＤ素子を搭載する前記ヒートシンクの表面をｘｙ平面とし、該ｘｙ平面に垂直な方向をｚ方向とした場合に、
   前記ＬＤ素子のｚ方向の位置を決める下部ガイド、および、前記ＬＤ素子のｘｙ平面上の位置を決める側部ガイドを、前記ヒートシンク上に形成する工程、
   前記ヒートシンク上の前記ＬＤ素子を搭載する箇所にはんだ層を形成する工程、
   ならびに、前記下部ガイドおよび前記側部ガイドに沿わせて前記ＬＤ素子を前記ヒートシンク上に搭載し、はんだ付けする工程、
   を有するヒートシンク上へのＬＤ素子の搭載方法。
2. 前記下部ガイドおよび前記側部ガイドが、フォトリソグラフィー法により作製された金属製のガイドである、請求項１に記載のヒートシンク上へのＬＤ素子の搭載方法。
3. 前記下部ガイドおよび前記側部ガイドが、セラミックス製のガイドである、請求項１に記載のヒートシンク上へのＬＤ素子の搭載方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の方法により、ＬＤ素子をヒートシンク上に搭載する、電子部品の製造方法。
5. メタライズ層およびはんだ層が形成されたヒートシンクを有し、該メタライズ層上に形成された下部ガイド、および、該メタライズ層または該下部ガイド上に立設された側部ガイドを有し、該下部ガイドおよび該側部ガイドに沿うように収納され、該はんだ層を介してヒートシンクにはんだ付けされたＬＤ素子を有する、電子部品。

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