JP4409041B2

JP4409041B2 - Submount material

Info

Publication number: JP4409041B2
Application number: JP2000118414A
Authority: JP
Inventors: 隆雄白井; 靖五代儀
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP2001308438A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレーザダイオード等を保持搭載するためのサブマウント材に係り、特に金属回路層の剥離が少なく耐久性および放熱性に優れたサブマウント材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、光信号を面受光し電気信号として外部回路に供給するために、セラミックス基板と金属回路層とから成るサブマウント材にフォトダイオードを搭載し、フォトダイオードからの電気信号を金属回路層を介して外部回路に供給する光素子としてフォトダイオード・サブアセンブリが広く用いられている。また、フォトダイオードの代りに面発光するレーザダイオードを用いたレーザダイオード発光素子も、家電製品や電子機器の表示用部品として広く使用されている。
【０００３】
図２はレーザダイオード発光素子の一構成例を示す断面図である。図においてレーザダイオード発光素子１は、セラミックス基板２と、その表面に、例えばスパッタリング法によって形成された金属回路層３とから成るサブマウント材４に半田層５を介してレーザダイオード６を一体に接合して構成されている。レーザダイオード６と、金属回路層３と、図示しない外部回路とは、それぞれ図示しないボンディングワイヤ等によって電気的に接続されている。また、レーザダイオード６で発生した熱をサブマウント材４を経由して系外に放出するために、サブマウント材４の下部には、熱伝導性が良好な銅（Ｃｕ）等で形成されたヒートシンク７が一体に接合されている。
【０００４】
従来、上記レーザダイオード６用のサブマウント材４としては、板状のＳｉ板表面に酸化膜を形成したＳｉＯ基板の表面にスパッタリング法などの薄膜形成技術を利用して金属回路層を形成したサブマウント材が広く用いられている。さらに金属回路層とレーザダイオードとの間の導通性や密着性またはボンディング性を良好にするために金属回路層表面に金（Ａｕ）めっき層を形成したり、さらにＡｕめっき層の上面にＡｕ−Ｓｎ合金またはＰｂ−Ｓｎ合金から成る半田層を形成したりする場合もある。近年、ダイオードの出力増加に対応し、より高い放熱特性を実現するために、サブマウント材を構成するセラミックス基板として高熱伝導性を有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板も多用化されるに至っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例のようにセラミックス基板として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を用い、さらにスパッタリング法を利用して金属回路層を形成した従来のサブマウント材においては、金属回路層の接着強度が低いため、光電素子の組立工程や使用中に繰り返して作用する熱によって金属回路層が剥離し易い難点があり、光電素子の耐久性および信頼性が低いという問題点があった。
【０００６】
また、従来のサブマウント材を構成するセラミックス基板の厚さについては、何ら考慮がなされていなかったため、熱伝導率が高いＡｌＮ基板を使用した場合においても熱抵抗が大きくなり、放熱性が不十分であるという問題点もあった。
【０００７】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、組立工程や使用中に熱衝撃が作用した場合においても金属回路層の剥離が少なく、放熱性，耐久性および信頼性に優れたサブマウント材を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明者らは種々の寸法，熱伝導率および表面粗さを有するＡｌＮ基板表面にスパッタリング法により金属回路層を形成してサブマウント材を調製し、各サブマウント材の仕様が、耐熱衝撃性，耐剥離性等に及ぼす影響を比較検討した。その結果、特にサブマウント材を構成するセラミックス基板の熱伝導率と板厚との関係を一定の範囲に調整したり、またはセラミックス基板の表面粗さを一定の範囲に規定したときに、サブマウント材の放熱性を改善できる上に、金属回路層の剥離を効果的に防止でき、優れた放熱性および耐久性を有するサブマウント材が初めて得られるという知見を得た。本発明は上記知見に基づいて完成されたものである。
【０００９】
すなわち、本発明に係るサブマウント材は、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体から成るセラミックス基板と、このセラミックス基板上に形成された金属回路層とを具備し、ダイオード発光素子を搭載するためのサブマウント材において、上記セラミックス基板の熱伝導率をＫ（Ｗ／ｍ・Ｋ）とする一方、厚さをｔ（ｍｍ）とした場合にＫ／ｔ比が７０１以上９６０以下であり、上記金属回路層がＴｉ膜、Ｐｔ膜、Ａｕ膜の３層構造を有すると共に、幅が１００μｍ以上であり、上記セラミックス基板の縦および横の長さがそれぞれ１ｍｍ以下であり、上記セラミックス基板の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）基準で０．１〜０．５μｍであることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他のサブマウント材は、窒化アルミニウムを主成分とする焼結体から成るセラミックス基板と、このセラミックス基板上に形成された金属回路層とを具備し、ダイオードを搭載するためのサブマウント材において、上記セラミックス基板の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）基準で０．１〜０．５μｍであることを特徴とする。
【００１１】
さらに上記サブマウント材において、セラミックス基板表面に形成される金属回路層の幅が１００μｍ以上であることが好ましい。また、セラミックス基板表面に形成される金属回路層が、セラミックス基板表面全体を被覆していることが好ましい。さらに、セラミックス基板の熱伝導率が１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが望ましい。また、セラミックス基板の熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましい。さらに、Ｋ／ｔ比が７５０〜８５０であることが、より好ましい。
【００１２】
本発明のサブマウント材を構成するセラミックス基板の厚さｔ（ｍｍ）に対する熱伝導率（Ｗ／ｍ・Ｋ）の比（Ｋ／ｔ）は、良好な放熱性と金属回路層の耐剥離性とを共に確保するために７００以上とされる。すなわち、熱伝導率Ｋが高く、板厚ｔを薄くすることによってサブマウント材の放熱性を向上させこるとが可能になるとともに、サブマウント材にダイオードチップを半田付けしてマウントする際に３５０℃以上の高温度がサブマウント材に作用した場合においても、熱衝撃による金属回路層とセラミックス基板との接合部の損傷が少なくなり、金属回路層の剥離を効果的に防止することができる。
【００１３】
すなわち、セラミックス基板の熱伝導率Ｋがより高く、または板厚ｔがより薄い方がサブマウント材の放熱性を高めるためには有利であるが、金属回路層の剥離を防止するためには、セラミックス基板の板厚ｔ（ｍｍ）に対する基板の熱伝導率Ｋ（Ｗ／ｍ・Ｋ）の比（Ｋ／ｔ値）は７００以上の範囲とされるが、７５０〜８５０の範囲がより好ましい。
【００１４】
本発明のサブマウント材を構成するセラミックス基板の具体的な厚さｔは、熱伝導率によって変化する。すなわち、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・ＫのＡｌＮ基板を使用する場合には、ＡｌＮ基板の厚さｔは０．２８６ｍｍ以下とされる。また熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・ＫのＡｌＮ基板を使用する場合には、ＡｌＮ基板の厚さｔは０．２４３ｍｍ以下とされる。
【００１５】
なお、Ｋ／ｔ比が７５０〜８５０の範囲であると、熱伝導導率およびＡｌＮ基板の板厚が最も好ましい範囲となることから、ＡｌＮ基板の縦および横の長さが１ｍｍ以下の小型のサブマウント材を作製する際のＡｌＮ基板の切断時に破損が起きにくくなるため、歩留りを向上させることができる。
【００１６】
また本発明のサブマウント材を構成するセラミックス基板表面を目荒しして、その表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）基準で０．１〜０．５μｍの範囲に規定することにより、スパッタリング法で形成された金属回路層の接合強度をアンカー効果によって向上させることができ、結果として、ダイオードチップをサブマウント材に半田接合する際に過大な熱衝撃が作用した場合においても、金属回路層のセラミックス基板からの剥離を効果的に防止することができる。
【００１７】
また、サブマウント材の放熱性を確保するためにサブマウント材を構成するセラミックス基板の熱伝導率Ｋは１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上にすることが望ましい。さらに、セラミックス基板の表面を積極的に粗面化し、その表面粗さをＲａ基準で０．１〜０．５μｍに規定した場合において、回路幅が小さい金属回路層をスパッタリング法で形成すると、金属回路層がセラミックス基板表面の凹凸によって影響を受け、断線が生じ易くなる。したがって、金属回路層の幅は１００μｍ以上に設定することが好ましい。特に金属回路層は、セラミックス基板の表面の全体を被覆するように形成することがより好ましい。
【００１８】
上記構成に係るサブマウント材によれば、サブマウント材を構成するセラミックス基板の熱伝導率と板厚との関係またはセラミックス基板の表面粗さを所定の範囲に調整しているため、サブマウント材の放熱性が改善される上に、組立中または使用中に熱衝撃が作用した場合においても、金属回路層のセラミックス基板からの剥離が効果的に防止でき、優れた放熱性と耐久性とを兼ね備えたサブマウント材が得られる。したがって、このサブマウント材にダイオードを接合することにより、信頼性に優れた光電素子を高い製造歩留りで量産することが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態について以下に示す実施例および比較例に基づいて、より具体的に説明する。
【００２０】
［実施例１〜８、参考例９〜１１および比較例１〜５］
表１に示すように１６０〜２０２Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率Ｋおよび０．１７７〜０．３０９ｍｍの板厚ｔを有する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体を用意し、各ＡｌＮ焼結体の表面を研磨加工することにより、表１に示す表面粗さを有するＡｌＮ基板をそれぞれ調製した。
【００２１】
次に各ＡｌＮ基板の表面にスパッタリング法を使用して厚さ０．０５μｍのＴｉ膜と厚さ０．２μｍのＰｔ膜と厚さ０．５μｍのＡｕ膜とを順次形成し、３層構造の金属回路層を形成した。次に金属回路層を形成した各ＡｌＮ基板をパターンエッチング処理した後に、ダイシングカッターを使用して１ｍｍ角の形状に切断することにより、各実施例、参考例および比較例に係るサブマウント材を多数調製した。
【００２２】
調製したサブマウント材４ａは、図１に示すように、所定の表面粗さと熱伝導率Ｋと板厚ｔとを有するＡｌＮ基板２ａの表面に、所定厚さのＴｉ膜８とＰｔ膜９とＡｕ膜１０との３層構造から成る金属回路層３ａを一体に形成して構成される。
【００２３】
次に上記のように調製した各サブマウント材の耐熱衝撃特性を評価するために、下記のような熱衝撃試験を実施した。すなわち各サブマウント材を窒素雰囲気中で温度４００℃の金属板上に１分間載置して加熱した後、直ちに温度２５℃のアルミニウム板上に移し替えることにより、迅速に冷却した。なお、この加熱−冷却操作において作用する熱衝撃は、サブマウント材にダイオードチップを半田接合する際の熱履歴に相当するものである。
【００２４】
そして冷却後における各サブマウント材の金属回路層の接合強度の劣化状況を確認するために、市販の粘着テープを金属回路層の表面に貼り付けた後に、一定の速度で粘着テープを剥したときに、金属回路層が剥離したサブマウント材の試料数の全体に占める割合を測定して、下記表１に示す結果を得た。なお、金属回路層の剥離率（％）については、各実施例、参考例および比較例のサブマウント材を各２００個作製し測定したものである。
【００２５】
【表１】

【００２６】
上記表１に示す結果から明らかなように、サブマウント材を構成するＡｌＮ基板の熱伝導率Ｋと板厚ｔとの関係またはＡｌＮ基板の表面粗さを所定の範囲に調整した各実施例に係るサブマウント材においては、金属回路層の剥離率が０〜４％と小さく、熱衝撃が作用した場合においても、金属回路層がＡｌＮ基板から剥離することが効果的に防止でき、優れた耐熱衝撃性を有することが確認できた。
【００２７】
特に、Ｋ／ｔ比が７００以上かつＡｌＮ基板の表面粗さが、０．１〜０．５μｍの実施例については金属回路層の剥離率が０％であり、両方の構成を具備することにより相乗的効果が得られていることが判明した。
【００２８】
なお、Ｋ／ｔ比が９６０である実施例７においても金属回路層の剥離率は０％と良好であるが、ＡｌＮ基板の板厚が薄いために、実施例のように１ｍｍ角の形状に切断する際に破損してしまうものが確認された。従って、Ｋ／ｔ比は７５０〜８００が最も効果的な範囲であると言える。このような観点からするとＫ／ｔ比が７００以上の本発明のサブマウント材は、縦横が１ｍｍ角以下の小型のサブマウント材として特に適していると言える。
【００２９】
一方、ＡｌＮ基板の表面粗さを過小にした比較例に係るサブマウント材においては、十分なアンカー効果による金属回路層の高い接合強度が得られず、剥離の発生率が大きくなることが判明した。同様に表面粗さを粗くした比較例についても金属回路層の剥離率が高いことが確認された。これはＡｌＮ基板の表面を粗すことによりアンカー効果は得られているものの、ＡｌＮ基板の表面が粗すぎるためにスパッタ膜が均一に形成され難いためであると考えられる。特に縦横が１ｍｍ角以下の小型のサブマウント材においては、影響を受けやすいものである。また、金属回路層のパターン幅を５０μｍと過小に設定した比較例に係るサブマウント材においては、金属回路層の断線が発生し、回路層全体の接合強度が低下するため、剥離の発生率も上昇した。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明の通り、本発明に係るサブマウント材によれば、サブマウント材を構成するセラミックス基板の熱伝導率と板厚との関係またはセラミックス基板の表面粗さを所定の範囲に調整しているため、サブマウント材の放熱性が改善されるとともに、組立中または使用中に熱衝撃が作用した場合においても金属回路層のセラミックス基板からの剥離が効果的に防止でき、優れた放熱性と耐久性とを兼ね備えたサブマウント材が得られる。したがって、このサブマウント材にダイオードを接合することにより、信頼性に優れた光電素子を高い製造歩留りで量産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサブマウント材の一実施例を示す断面図。
【図２】サブマウント材にダイオードを搭載した光電素子の構成例を示す断面図。
【符号の説明】
１レーザダイオード発光素子
２，２ａセラミックス基板（ＡｌＮ基板）
３，３ａ金属回路層
４，４ａサブマウント材
５半田層
６レーザダイオード
７ヒートシンク
８Ｔｉ膜
９Ｐｔ膜
１０Ａｕ膜[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a submount material for holding and mounting a laser diode or the like, and more particularly, to a submount material with less peeling of a metal circuit layer and excellent durability and heat dissipation.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a photodiode is mounted on a submount made of a ceramic substrate and a metal circuit layer in order to receive an optical signal as a surface light and supply it to an external circuit as an electric signal, and the electric signal from the photodiode is applied to the metal circuit layer. A photodiode subassembly is widely used as an optical element that supplies an external circuit via the optical element. Laser diode light-emitting elements using laser diodes that emit surface light instead of photodiodes are also widely used as display parts for home appliances and electronic devices.
[0003]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a configuration example of a laser diode light emitting element. In the figure, a laser diode light-emitting element 1 is formed by integrally bonding a laser diode 6 to a submount material 4 composed of a ceramic substrate 2 and a metal circuit layer 3 formed by sputtering, for example, via a solder layer 5. Configured. The laser diode 6, the metal circuit layer 3, and an external circuit (not shown) are electrically connected to each other by a bonding wire (not shown). Further, in order to release the heat generated by the laser diode 6 to the outside of the system via the submount material 4, the lower portion of the submount material 4 is formed of copper (Cu) or the like having good thermal conductivity. The heat sink 7 is integrally joined.
[0004]
Conventionally, as a submount member 4 for the laser diode 6, the sub that using a thin film forming technology such as a sputtering method on the surface of the SiO substrate having the oxide film formed on a plate-shaped Si plate surface to form a metal circuit layer Mount materials are widely used. Further, a gold (Au) plating layer is formed on the surface of the metal circuit layer in order to improve the electrical conductivity, adhesion or bonding between the metal circuit layer and the laser diode, and Au- in some cases or to form a solder layer composed of Sn alloy or Pb-Sn alloy. In recent years, an aluminum nitride (AlN) substrate having high thermal conductivity has been widely used as a ceramic substrate constituting a submount material in order to cope with an increase in output of a diode and realize higher heat dissipation characteristics.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional submount material in which an aluminum nitride (AlN) substrate is used as a ceramic substrate and a metal circuit layer is formed using a sputtering method as in the conventional example, the adhesive strength of the metal circuit layer is low. However, there is a problem that the metal circuit layer is easily peeled off due to heat that repeatedly acts during the assembly process or use of the photoelectric element, and the durability and reliability of the photoelectric element are low.
[0006]
Further, since no consideration has been given to the thickness of the ceramic substrate constituting the conventional submount material, even when an AlN substrate having a high thermal conductivity is used, the thermal resistance becomes large and the heat dissipation is insufficient. There was also a problem that.
[0007]
The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems. Even when a thermal shock is applied during an assembly process or use, the metal circuit layer is hardly peeled off, and is excellent in heat dissipation, durability and reliability. An object is to provide a submount material.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present inventors prepared a submount material by forming a metal circuit layer by sputtering on an AlN substrate surface having various dimensions, thermal conductivity, and surface roughness. We compared the effects of specifications on thermal shock resistance and peel resistance. As a result, when the relationship between the thermal conductivity and thickness of the ceramic substrate that constitutes the submount material is adjusted within a certain range, or the surface roughness of the ceramic substrate is regulated within a certain range, the submount In addition to improving the heat dissipation of the material, it was found that a submount material that can effectively prevent the metal circuit layer from peeling off and has excellent heat dissipation and durability can be obtained for the first time. The present invention has been completed based on the above findings.
[0009]
That is, the submount material according to the present invention includes a ceramic substrate made of a sintered body containing aluminum nitride as a main component, and a metal circuit layer formed on the ceramic substrate, for mounting a diode light emitting element. in the sub-mount member, while the thermal conductivity of the ceramic substrate and the K (W / m · K) , Ri 960 der following K / t ratio is 701 or more when the thickness was t (mm), The metal circuit layer has a three-layer structure of a Ti film, a Pt film, and an Au film, has a width of 100 μm or more, and the vertical and horizontal lengths of the ceramic substrate are each 1 mm or less. The roughness is 0.1 to 0.5 μm on the basis of arithmetic average roughness (Ra) .
[0010]
Another submount material according to the present invention includes a ceramic substrate made of a sintered body mainly composed of aluminum nitride, and a metal circuit layer formed on the ceramic substrate, for mounting a diode. In the submount material, the ceramic substrate has a surface roughness of 0.1 to 0.5 μm based on an arithmetic average roughness (Ra).
[0011]
Furthermore, in the submount material, the width of the metal circuit layer formed on the surface of the ceramic substrate is preferably 100 μm or more. Moreover, it is preferable that the metal circuit layer formed on the ceramic substrate surface covers the entire ceramic substrate surface. Furthermore, it is desirable that the thermal conductivity of the ceramic substrate is 100 W / m · K or more. The thermal conductivity of the ceramic substrate is more preferably 170 W / m · K or more. Furthermore, it is more preferable that K / t ratio is 750-850.
[0012]
The ratio (K / t) of the thermal conductivity (W / m · K) to the thickness t (mm) of the ceramic substrate constituting the submount material of the present invention is good heat dissipation and peeling resistance of the metal circuit layer. In order to ensure both of the above, 700 or more. That is, the thermal conductivity K is high, and it is possible to improve the heat dissipating property of the submount material by reducing the thickness t, and at the time of mounting the diode chip by soldering to the submount material, 350 Even when a high temperature of ℃ or higher acts on the submount material, damage to the joint portion between the metal circuit layer and the ceramic substrate due to thermal shock is reduced, and peeling of the metal circuit layer can be effectively prevented.
[0013]
That is, the higher the thermal conductivity K of the ceramic substrate or the thinner the plate thickness t is, the more advantageous for improving the heat dissipation of the submount material, but in order to prevent the metal circuit layer from peeling off, The ratio (K / t value) of the thermal conductivity K (W / m · K) of the substrate to the plate thickness t (mm) of the ceramic substrate is in the range of 700 or more, and more preferably in the range of 750 to 850.
[0014]
The specific thickness t of the ceramic substrate constituting the submount material of the present invention varies depending on the thermal conductivity. That is, when an AlN substrate having a thermal conductivity of 200 W / m · K is used, the thickness t of the AlN substrate is set to 0.286 mm or less. When an AlN substrate having a thermal conductivity of 170 W / m · K is used, the thickness t of the AlN substrate is set to 0.243 mm or less.
[0015]
When the K / t ratio is in the range of 750 to 850, the thermal conductivity and the thickness of the AlN substrate are the most preferable ranges. Therefore, the vertical and horizontal lengths of the AlN substrate are 1 mm or less. Since the AlN substrate is less likely to be damaged when the submount material is produced, the yield can be improved.
[0016]
Further, the surface of the ceramic substrate constituting the submount material of the present invention is roughened, and the surface roughness is defined in the range of 0.1 to 0.5 μm on the basis of the arithmetic average roughness (Ra), whereby a sputtering method is obtained. As a result, even if an excessive thermal shock is applied when soldering the diode chip to the submount material, the bonding strength of the metal circuit layer formed by the metal circuit layer can be improved. Peeling from the ceramic substrate can be effectively prevented.
[0017]
In order to ensure the heat dissipation of the submount material, the thermal conductivity K of the ceramic substrate constituting the submount material is preferably 100 W / m · K or more, more preferably 170 W / m · K or more. Furthermore, when the surface of the ceramic substrate is actively roughened and the surface roughness is specified to be 0.1 to 0.5 μm on the basis of Ra, a metal circuit layer having a small circuit width is formed by sputtering. The circuit layer is affected by irregularities on the surface of the ceramic substrate, and disconnection is likely to occur. Therefore, the width of the metal circuit layer is preferably set to 100 μm or more. In particular, the metal circuit layer is more preferably formed so as to cover the entire surface of the ceramic substrate.
[0018]
According to the submount material according to the above configuration, the relationship between the thermal conductivity and the plate thickness of the ceramic substrate constituting the submount material or the surface roughness of the ceramic substrate is adjusted to a predetermined range. In addition to improving the heat dissipation of the metal circuit layer, it is possible to effectively prevent the metal circuit layer from being peeled off from the ceramic substrate even when a thermal shock is applied during assembly or use, providing excellent heat dissipation and durability. A combined submount material is obtained. Therefore, by joining a diode to the submount material, it is possible to mass-produce photoelectric elements with excellent reliability with a high manufacturing yield.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described more specifically based on the following examples and comparative examples.
[0020]
[Examples 1-8, Reference Examples 9-11 and Comparative Examples 1-5]
As shown in Table 1, aluminum nitride (AlN) sintered bodies having a thermal conductivity K of 160 to 202 W / m · K and a plate thickness t of 0.177 to 0.309 mm are prepared. By polishing the surface, AlN substrates having the surface roughness shown in Table 1 were prepared.
[0021]
Next, a Ti film having a thickness of 0.05 μm, a Pt film having a thickness of 0.2 μm, and an Au film having a thickness of 0.5 μm are sequentially formed on the surface of each AlN substrate by using a sputtering method. A metal circuit layer was formed. Next, each AlN substrate on which the metal circuit layer is formed is subjected to pattern etching, and then cut into a 1 mm square shape using a dicing cutter, so that a large number of submount materials according to each of the examples , reference examples, and comparative examples are obtained. Prepared.
[0022]
As shown in FIG. 1, the prepared submount material 4a has a Ti film 8 and a Pt film 9 having a predetermined thickness on the surface of an AlN substrate 2a having a predetermined surface roughness, thermal conductivity K, and plate thickness t. A metal circuit layer 3a having a three-layer structure with the Au film 10 is integrally formed.
[0023]
Next, in order to evaluate the thermal shock characteristics of each submount material prepared as described above, the following thermal shock test was performed. That is, each submount material was placed on a metal plate having a temperature of 400 ° C. for 1 minute in a nitrogen atmosphere and heated, and then immediately transferred to an aluminum plate having a temperature of 25 ° C., thereby quickly cooling. The thermal shock acting in this heating-cooling operation corresponds to the thermal history when the diode chip is solder-bonded to the submount material.
[0024]
And after confirming the deterioration of the bonding strength of the metal circuit layer of each submount material after cooling, when the adhesive tape is peeled off at a constant speed after applying a commercially available adhesive tape to the surface of the metal circuit layer The ratio of the submount material with the metal circuit layer peeled to the total number of samples was measured, and the results shown in Table 1 below were obtained. In addition, about the peeling rate (%) of a metal circuit layer, 200 submount materials of each Example , a reference example, and a comparative example were each produced and measured.
[0025]
[Table 1]

[0026]
As is clear from the results shown in Table 1 above, in each example in which the relationship between the thermal conductivity K and the plate thickness t of the AlN substrate constituting the submount material or the surface roughness of the AlN substrate was adjusted to a predetermined range. In such a submount material, the peeling rate of the metal circuit layer is as small as 0 to 4%, and even when a thermal shock is applied, the metal circuit layer can be effectively prevented from peeling from the AlN substrate, and has excellent heat resistance. It was confirmed to have impact properties.
[0027]
In particular, in an example in which the K / t ratio is 700 or more and the surface roughness of the AlN substrate is 0.1 to 0.5 μm, the peeling rate of the metal circuit layer is 0%. It was found that a synergistic effect was obtained.
[0028]
In Example 7 where the K / t ratio is 960, the peeling rate of the metal circuit layer is as good as 0%, but since the plate thickness of the AlN substrate is thin, it has a 1 mm square shape as in the example. What was damaged when cutting was confirmed. Therefore, it can be said that the K / t ratio is the most effective range of 750 to 800. From this point of view, it can be said that the submount material of the present invention having a K / t ratio of 700 or more is particularly suitable as a small submount material having a vertical and horizontal dimensions of 1 mm square or less.
[0029]
On the other hand, in the submount material according to the comparative example in which the surface roughness of the AlN substrate is excessively low, it has been found that a high bonding strength of the metal circuit layer due to a sufficient anchor effect cannot be obtained and the occurrence rate of peeling increases. . Similarly, it was confirmed that the peeling rate of the metal circuit layer was high for the comparative example having a rough surface. This is considered to be because although the anchor effect is obtained by roughening the surface of the AlN substrate, it is difficult to form a sputtered film uniformly because the surface of the AlN substrate is too rough. In particular, a small submount material whose vertical and horizontal dimensions are 1 mm square or less is easily affected. Further, in the submount material according to the comparative example in which the pattern width of the metal circuit layer is set to be too small as 50 μm, the disconnection of the metal circuit layer occurs and the bonding strength of the entire circuit layer is reduced, so the occurrence rate of peeling is also Rose.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the submount material according to the present invention, the relationship between the thermal conductivity and the plate thickness of the ceramic substrate constituting the submount material or the surface roughness of the ceramic substrate is adjusted within a predetermined range. Therefore, the heat dissipation of the submount material is improved, and even when a thermal shock is applied during assembly or use, the metal circuit layer can be effectively prevented from peeling off from the ceramic substrate, resulting in excellent heat dissipation and durability. A submount material having both properties can be obtained. Therefore, by joining a diode to the submount material, it is possible to mass-produce photoelectric elements with excellent reliability with a high manufacturing yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a submount material according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a photoelectric element in which a diode is mounted on a submount material.
[Explanation of symbols]
1 Laser diode light emitting element 2, 2a Ceramic substrate (AlN substrate)
3, 3a

Metal circuit layer

4, 4a Submount material 5 Solder layer 6 Laser diode 7 Heat sink 8 Ti film 9 Pt film 10 Au film

Claims

In a submount material for mounting a diode light-emitting element , comprising a ceramic substrate made of a sintered body mainly composed of aluminum nitride and a metal circuit layer formed on the ceramic substrate, while the conductivity of the K (W / m · K) , Ri der K / t ratio is 701 or more 960 or less when the thickness was t (mm), the metal circuit layer is a Ti film, Pt film, It has a three-layer structure of Au film, has a width of 100 μm or more, the vertical and horizontal lengths of the ceramic substrate are each 1 mm or less, and the surface roughness of the ceramic substrate is based on the arithmetic average roughness (Ra) A submount material having a thickness of 0.1 to 0.5 μm .

Metal circuit layer formed on the ceramic substrate surface, the submount material according to claim 1, wherein the coating the entire ceramic substrate surface.

Submount material according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the ceramic substrate and wherein the at 100W / m · K or more.

Submount material according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the ceramic substrate and wherein the at 170 W / m · K or more.

The submount material according to claim 1, wherein the K / t ratio is 750 to 850.

6. A photoelectric device comprising a diode light emitting device mounted on the submount material according to claim 1.