JP2023148890A - Lid and manufacturing method for the same, and optical semiconductor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、材料コストを抑え、かつ、封止時の煩雑さを低減することができるリッド及びその製造方法並びに光半導体に関する。 The present invention relates to a lid that can reduce material costs and complexity during sealing, a manufacturing method thereof, and an optical semiconductor.
光半導体の一種として、近年、水銀ランプの代替可能性を持ち、深紫外光の出力も可能な発光ダイオードの研究が、盛んになっている。光半導体は、パッケージ内の空間に発光素子を実装すると共に、発光素子を保護するためパッケージに封止構造を設けている。これらパッケージは、発光素子を搭載するためのベースと、発光素子を封止するための蓋となるリッドから構成される。ベースとリッドを封止する方法の一つとして、封止用部材、例えばろう材を用いる方法がある。 As a type of optical semiconductor, research into light-emitting diodes, which have the potential to replace mercury lamps and can output deep ultraviolet light, has become active in recent years. In optical semiconductors, a light emitting element is mounted in a space within a package, and a sealing structure is provided in the package to protect the light emitting element. These packages are composed of a base for mounting a light emitting element and a lid for sealing the light emitting element. One method of sealing the base and the lid is to use a sealing member, such as a brazing material.
例えば特許文献1には、パッケージ基板(ベース)、窓部材(リッド)及び金属接合材(ろう材)からなる封止構造の、光半導体用のパッケージが開示されている。このパッケージ基板及び窓部材では、金属接合材と溶着するために、接合予定領域に金属層が設けられており、窓部材に設けられている金属層は、チタン(Ti)、白金(Pt)、金(Au)が順に積層される多層膜である。なお、チタンの替わりにクロム(Cr)を用いても良いし、白金の変わりに銅(Cu)及びニッケルを用いてもよいとされている(特許文献1の段落0032から0035)。
また、金属接合材は接合予定領域に対応した形状の金錫プリフォームとされること、また、金属接合材は、ベース側又はリッド側にあらかじめ仮止めされても良いことが記載されている(特許文献1の段落0041)。
For example,
Furthermore, it is stated that the metal bonding material is a gold-tin preform with a shape corresponding to the area to be bonded, and that the metal bonding material may be temporarily fixed to the base side or the lid side in advance ( Paragraph 0041 of Patent Document 1).
従来技術の場合、ろう材をリッドに溶着するための金属層に、Auを使用しているため材料費を高めてしまうという問題がある。近年、Auの価格は高騰しており、原価低減のためにはAuの使用量を減らすことが重要である。また、金属接合材をベース側又はリッド側に仮止めしても良いと記載されているが、予めろう材がリッドに溶着されているほうが、そうで無い場合と比べ、ベースに搭載された半導体素子を封止する際、リッドとベースという2要素のみの位置合わせですむため、封止時の煩雑さを低減することができる。
この発明は、このような点に鑑みなされたものであり、従ってこの出願の目的は、従来よりも材料コストを抑えられ、かつ、封止時の煩雑さを低減することができる、新規の構造を有したリッド及びその製造方法並びに光半導体を提供することにある。
In the case of the prior art, there is a problem in that the material cost increases because Au is used in the metal layer for welding the brazing material to the lid. In recent years, the price of Au has soared, and it is important to reduce the amount of Au used in order to reduce costs. Also, it is stated that the metal bonding material may be temporarily fixed to the base side or the lid side, but it is better to weld the brazing material to the lid in advance than to not. When sealing the element, only two elements, the lid and the base, need to be aligned, so the complexity at the time of sealing can be reduced.
This invention has been made in view of these points, and therefore, the purpose of this application is to provide a novel structure that can reduce material costs and reduce complexity during sealing. An object of the present invention is to provide a lid, a method for manufacturing the same, and an optical semiconductor.
この目的の達成を図るため、この出願のリッドの発明によれば、水晶又はガラスで構成された基材と、前記基材の、ベースと接合される予定の面の縁部に沿って、前記基材の表面上に形成されたCr/Ni又はTi/Cuの積層膜と、前記積層膜の上層であるNi層又はCu層に溶着されている封止用部材と、を具えることを特徴とする。 In order to achieve this object, according to the lid invention of this application, a base material made of crystal or glass, and a It is characterized by comprising a Cr/Ni or Ti/Cu laminated film formed on the surface of a base material, and a sealing member welded to the Ni layer or Cu layer that is the upper layer of the laminated film. shall be.
また、この出願の光半導体の発明によれば、水晶又はガラスで構成された基材、前記基材の、光半導体用のベースと接合される予定の面の縁部に沿って、前記基材の表面上に形成されたCr/Ni又はTi/Cuの積層膜及び前記積層膜の上層であるNi層又はCu層に溶着されている封止用部材を具えるリッドと、前記リッドに前記封止用部材を介して接続されている当該ベースと、前記リッド及び前記ベースで形成された容器内に実装されている発光素子と、を具えることを特徴とする。 Further, according to the invention of the optical semiconductor of this application, the base material is made of crystal or glass, and the base material is attached along the edge of the surface of the base material that is to be joined to the base for the optical semiconductor. a lid comprising a Cr/Ni or Ti/Cu laminated film formed on the surface of the laminated film and a sealing member welded to the Ni layer or Cu layer that is the upper layer of the laminated film; The light emitting device is characterized by comprising the base connected via a stopper member, and a light emitting element mounted in a container formed by the lid and the base.
また、水晶又はガラスで構成された基材を具え、ベースと接合されて使用されるリッドの製造方法において、前記ベースと接合される予定の面の縁部に沿って封止用部材を溶着するに当たり、前記基材の、ベースと接合される予定の面の縁部に沿って、前記基材の表面上にCr/Ni又はTi/Cuの積層膜を形成する工程と、前記積層膜の上層であるNi層又はCu層の表面上に、還元雰囲気下で前記封止用部材を溶着する工程と、を含むことを特徴とする Further, in a method for manufacturing a lid which is used by being joined to a base and which includes a base material made of crystal or glass, a sealing member is welded along the edge of the surface that is to be joined to the base. a step of forming a Cr/Ni or Ti/Cu laminated film on the surface of the base material along the edge of the surface of the base material that is to be joined to the base; and an upper layer of the laminated film. a step of welding the sealing member on the surface of the Ni layer or Cu layer in a reducing atmosphere.
この発明のリッドによれば、基材に形成したCr/Ni又はTi/Cuの積層膜の上層であるNi層又はCu層の表面上に、Au層を設ける必要がないため、材料コストを抑えることができる。また、予めリッドに封止用部材を溶着していることで、ベースに搭載された電子部品を封止する時に、ベースとリッドという2要素のみの位置合わせですむため、封止時の煩雑さを低減することができる。
また、この発明の光半導体によれば、発光素子を封止するためのリッドとして、基材と、この基材上に形成したCr/Ni又はTi/Cuの積層膜と、この積層膜の上層に溶着した封止用部材とを具えるリッド、すなわちAu層を設けていないリッドを、用いるため、材料コストを抑えることができる。
また、前記リッドの製造方法によれば、基材の表面上にCr/Ni又はTi/Cuの積層膜を形成し、前記積層膜の上層であるNi層又はCu層に、還元雰囲気下で封止用部材を溶着する工程を用いるので、前記Ni層又はCu層の表面上の酸化膜は還元雰囲気下により除去され、前記封止用部材を前記Ni層又はCu層に溶着することが可能となる。従って、前記Ni層又はCu層上にAu層を設ける必要が無く、前記Ni層又はCu層に前記封止用部材を溶着したリッドを製造することができる。
According to the lid of the present invention, there is no need to provide an Au layer on the surface of the Ni layer or Cu layer that is the upper layer of the Cr/Ni or Ti/Cu laminated film formed on the base material, so material costs can be reduced. be able to. In addition, by welding the sealing member to the lid in advance, when sealing the electronic components mounted on the base, only two elements, the base and the lid, need to be aligned, reducing the complexity of sealing. can be reduced.
According to the optical semiconductor of the present invention, a lid for sealing a light emitting element includes a base material, a Cr/Ni or Ti/Cu laminated film formed on the base material, and an upper layer of this laminated film. Since a lid including a sealing member welded to the sealing member, that is, a lid without an Au layer is used, material costs can be suppressed.
Further, according to the lid manufacturing method, a Cr/Ni or Ti/Cu laminated film is formed on the surface of the base material, and the upper Ni layer or Cu layer of the laminated film is sealed in a reducing atmosphere. Since the step of welding the sealing member is used, the oxide film on the surface of the Ni layer or the Cu layer is removed under a reducing atmosphere, making it possible to weld the sealing member to the Ni layer or the Cu layer. Become. Therefore, it is not necessary to provide an Au layer on the Ni layer or the Cu layer, and it is possible to manufacture a lid in which the sealing member is welded to the Ni layer or the Cu layer.
以下、図面を参照してこの出願のリッド及びその製造方法並びに光半導体の各発明の実施形態についてそれぞれ説明する。
なお、説明に用いる各図はこれらの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明で述べる形状、材質等はこの発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the lid, its manufacturing method, and optical semiconductor of this application will be described with reference to the drawings.
Note that the drawings used in the explanation are merely shown schematically to the extent that these inventions can be understood. Moreover, in each figure used for explanation, the same number is attached|subjected and shown about the same component, and the explanation may be abbreviate|omitted. Furthermore, the shapes, materials, etc. described in the following description are merely preferred examples within the scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited only to the following embodiments.
1.リッドの構成
図1の(A)図は、本発明の実施形態のリッドの概要を示す斜視図である。また、図1の(B)図は、(A)図中のA-A線に沿った断面図である。
本発明のリッド10は、水晶又はガラスで構成された、例えば、平面視において矩形状に形成された基材11と、基材11の、例えば、光半導体用のベースと接合される予定の面の縁部に沿って、基材11の表面上にリング形状に形成され、基材側から、Cr/Ni又はTi/Cuの積層膜12と、光半導体用のベースに当該基材を接合するため、積層膜12の上層であるNi層又はCu層に溶着されている封止用部材13と、を具えている。
ここで、UVA、UVB及びUBCといった紫外光を発する光半導体用のリッドとして、本発明のリッドを用いる場合、水晶は深紫外光に対する透過率が優れるため、好ましい。また、リッドの基材としてガラスを用いる場合であって、そのリッドを、UVA、UVB及びUBCといった深紫外光を発する光半導体用のリッドとして用いる場合、当該ガラスは、深紫外光に対する透過率が高いもの、例えばホウケイ酸ガラスや石英ガラス等が好ましい。
1. Structure of Lid FIG. 1A is a perspective view showing an outline of a lid according to an embodiment of the present invention. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1A.
The
Here, when using the lid of the present invention as a lid for an optical semiconductor that emits ultraviolet light such as UVA, UVB, and UBC, quartz is preferable because it has excellent transmittance to deep ultraviolet light. Furthermore, when glass is used as the base material of the lid, and when the lid is used as a lid for an optical semiconductor that emits deep ultraviolet light such as UVA, UVB, and UBC, the glass has a low transmittance for deep ultraviolet light. High-quality materials such as borosilicate glass and quartz glass are preferred.
本発明のリッド10によれば、基材に形成したCr/Ni又はTi/Cuの積層膜12の上層であるNi層又はCu層の表面上に、Au層を設ける必要がないため、材料コストを抑えることができる。しかも、予めリッドに封止用部材が溶着されているため、ベースに搭載された発光素子を封止する時に、ベースとリッドの2要素のみの位置合わせですむため、封止時の煩雑さを低減することができる。
According to the
また、封止用部材13は、耐食性に優れていることに加え、耐熱性の要件も考慮した材料から選ぶのが良い。すなわち、このリッドを用いて完成させた電子部品、例えば、光半導体を、種々の電子機器に実装するときに使用されるはんだ(融点180℃~230℃)よりも融点が高く、上記ハンダ付け時に再溶融されることなくパッケージの気密性を維持できる材料から選ぶのが良く、例えば、AuSn(融点280℃~300℃)が良い。
Further, the sealing
2.光半導体の構成
本発明のリッドは光半導体のパッケージの構成成分である蓋材として使用できる。以下、本発明のリッドを、光半導体のパッケージの蓋材に用いて構成した、光半導体の例を説明する。図2はその説明のための図であり、(A)図は、発光素子を搭載するためのベースと、ベースに搭載される発光素子と、発光素子を封止するための本発明のリッドと、を用いた光半導体の斜視図である。また、(B)図は、(A)図中のB-B線に沿った光半導体の断面図である。ただし、(A)図、(B)図いずれも、分解した状態での斜視図又は断面図である。
2. Structure of Optical Semiconductor The lid of the present invention can be used as a lid material that is a component of an optical semiconductor package. Hereinafter, an example of an optical semiconductor in which the lid of the present invention is used as a lid material of an optical semiconductor package will be explained. FIG. 2 is a diagram for explaining the same, and FIG. 2A shows a base for mounting a light emitting element, a light emitting element mounted on the base, and a lid of the present invention for sealing the light emitting element. , is a perspective view of an optical semiconductor using . Further, (B) is a cross-sectional view of the optical semiconductor taken along line BB in (A). However, both figures (A) and (B) are perspective views or cross-sectional views in an exploded state.
本発明のリッド10、任意の形状、この例では平面視において矩形状の発光素子20及び、ベースとして、例えば、周知のAlNで構成されたベース30を用意する。この場合のベース30は、平面視において矩形状であり、図2の(A)図及び(B)図に示すように、発光素子20を収納する凹部30aと、ベース30の縁部に沿って土手部30bと、凹部30aの底面に設けた発光素子と接続される配線端子30c及び30dと、ベース30の裏面に設けた実装端子30eと、を具えている。配線端子30cと配線端子30dは、実装端子30eとビア配線(図示せず)により電気的に接続してある。また、土手部30bの天面に、リッド10の封止部材に対応するメタライズ膜(図示せず)を設けてある。
ここで、AlNで構成されたベースは高熱伝導率であり、過剰な熱は光半導体の性能や信頼性に関するさまざまな問題を引き起こすため、熱をできる限り除去する目的として光半導体によく用いられる。
A
Here, the base made of AlN has high thermal conductivity, and because excessive heat causes various problems regarding the performance and reliability of optical semiconductors, it is often used in optical semiconductors to remove as much heat as possible.
配線端子30cの上に、発光素子20を、例えば導電性接着剤(図示しない)で固定し、その後、周知のワイヤボンディング技術により、例えば金線40で発光素子20と配線端子30dとを接続する。次に、発光素子20や金線40を保護するために、凹部30aに封止樹脂を充填し、硬化させる。次に、本発明に係るリッド10を、ベース30に重ね、これらに所定の熱を加えて、リッド10の封止用部材を溶融させて、リッド10とベース30とを接合させる。このようにしてリッド10及びベース30に発光素子20が収納された構造の、光半導体50が得られる。
The
3.リッドの製造方法
図3は、本発明のリッドの製造方法の実施形態を説明する説明図である。初めに、水晶又はガラスで構成された、例えば、平面視において矩形状の基材61を用意する。次に、基材61の、光半導体用のベースと接合される予定の面の表面上に、周知のスパッタ技術によりCr/Ni又はTi/Cuの積層膜62を形成する。次に、積層膜62を、前記ベースと接合される予定の面の縁部に沿って、リング形状になるように、フォトリソグラフィ技術などによりパターニングする。
3. Lid Manufacturing Method FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of the lid manufacturing method of the present invention. First, a
次に、積層膜62を形成した基材61を、図4に示すように処理室70に運ぶ。基材61を処理室70に運んだ後に、処理室70内に還元ガスを注入し、処理室70の雰囲気を還元雰囲気状態にする。処理室70の雰囲気が還元雰囲気状態になった後に、処理室70内にて、基材61の縁部に沿って、ベースと基材61の接合予定領域の形状に予めプリフォームした封止用部材64を、基材61に形成した積層膜62上に重ね合わせる。
ここで、還元雰囲気状態にする理由は次の通りである。通常、積層膜62の上層であるNi又はCu層は、表面上に酸化膜を形成してしまい、酸化膜は濡れ性が低いため、封止用部材63は基材61に溶着できないが、基材61を還元雰囲気下におくことで、Ni又はCu層の表面上の酸化膜を除去することができる。これにより、封止用部材63を基材61に溶着することができる。
Next, the
Here, the reason for setting the reducing atmosphere is as follows. Normally, the Ni or Cu layer that is the upper layer of the
ここで、使用する還元ガスとして、例えば、水素又はギ酸が挙げられる。また、還元ガスの濃度は、爆発の危険性を考慮すると、体積比において5vol%以下が好ましい。 Here, examples of the reducing gas used include hydrogen or formic acid. Further, the concentration of the reducing gas is preferably 5 vol % or less in terms of volume ratio, considering the risk of explosion.
次に、処理室70内の還元ガス雰囲気の温度を、封止用部材63の融点に達するまで上昇させる。これにより、封止用部材63は溶融し、基材61に溶着される。この際、還元ガス雰囲気の温度は、融点まで上昇させて封止用部材63が溶融した後、急峻に降下させる必要がある。これは、温度を上昇させた状態を保ち続けてしまうと、封止用部材63が溶融され続け、プリフォームした形状が崩れてしまうからである。
このように、還元ガス雰囲気下で封止用部材63の溶着を行うことで、Au層を設ける必要が無く、予め封止用部材が溶着されているため、発光素子を封止する時に位置合わせの煩雑さを低減することができる、リッドを得ることができる。
Next, the temperature of the reducing gas atmosphere in the
In this way, by welding the sealing
ここで、還元ガス雰囲気の温度は、封止用部材にAuSnを用いることを想定した場合、AuSnの融点である280℃~300℃であることが好ましい。 Here, assuming that AuSn is used for the sealing member, the temperature of the reducing gas atmosphere is preferably 280° C. to 300° C., which is the melting point of AuSn.
なお、上記の実施形態では、基材として平面視において矩形状のものを用い、平面視において矩形状の光半導体を形成する例を述べたが、基材及び光半導体の形状は、例えば平面視において円形状など、用途に応じ任意の形状を選択できる。また、上記の実施形態では、本発明のリッドを光半導体のパッケージの構成成分である蓋材として用いたが、本発明のリッドは光半導体に限らず、他の電子機器のパッケージに用いてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example was described in which a base material having a rectangular shape in a plan view is used to form an optical semiconductor that is rectangular in a plan view. Any shape can be selected depending on the purpose, such as a circular shape. Furthermore, in the above embodiments, the lid of the present invention was used as a lid material that is a component of an optical semiconductor package, but the lid of the present invention is not limited to optical semiconductors, and may be used for packages of other electronic devices. good.
10:本発明の実施形態のリッド 11:基材
12:積層膜 13:封止用部材
20:発光素子 30:ベース
30a:凹部 30b:土手部
30c、30d:配線端子 30e:実装端子
40:金線 50:本発明の実施形態の光半導体
60:本発明の実施形態のリッド 61:基材
62:積層膜 63:封止用部材
70:処理室
10: Lid of embodiment of the present invention 11: Base material 12: Laminated film 13: Sealing member 20: Light emitting element 30:
Claims (6)
前記基材の、前記ベースと接合される予定の面の縁部に沿って、前記基材の表面上に形成されたCr/Ni又はTi/Cuの積層膜と、
前記積層膜の上層であるNi層又はCu層に溶着されている封止用部材と、
を具えることを特徴とするリッド。 In a lid that uses a base material made of crystal or glass and is used by being joined to a base,
A laminated film of Cr/Ni or Ti/Cu formed on the surface of the base material along the edge of the surface of the base material that is scheduled to be joined to the base;
a sealing member welded to the Ni layer or Cu layer that is the upper layer of the laminated film;
A lid characterized by comprising.
前記リッドに前記封止用部材を介して接続されている当該ベースと、
前記リッド及び前記ベースで形成された容器内に実装されている発光素子と、
を具える光半導体。 A base material made of crystal or glass, a Cr/Ni or Ti/ a lid comprising a Cu laminated film and a sealing member welded to the Ni layer or Cu layer that is the upper layer of the laminated film;
the base connected to the lid via the sealing member;
a light emitting element mounted in a container formed by the lid and the base;
An optical semiconductor comprising:
前記基材の、前記ベースと接合される予定の面の縁部に沿って封止用部材を溶着するに当たり、
前記基材の、前記ベースと接合される予定の面の縁部に沿って、前記基材の表面上にCr/Ni又はTi/Cuの積層膜を形成する工程と、
前記積層膜の上層であるNi層又はCu層に、還元雰囲気下で前記封止用部材を溶着する工程と、
を含むことを特徴とするリッドの製造方法。 In a method for manufacturing a lid that is used by being joined to a base, the lid includes a base material made of crystal or glass,
When welding a sealing member along the edge of the surface of the base material that is scheduled to be joined to the base,
forming a Cr/Ni or Ti/Cu laminated film on the surface of the base material along the edge of the surface of the base material that is to be joined to the base;
Welding the sealing member to the Ni layer or Cu layer that is the upper layer of the laminated film in a reducing atmosphere;
A method for producing a lid, comprising:
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---|---|---|---|
JP2022057169A JP2023148890A (en) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | Lid and manufacturing method for the same, and optical semiconductor |
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