JP5033347B2 - 発光素子パッケージ用サブマウント - Google Patents

Description

本発明は、発光素子パッケージ用サブマウントに係り、詳細には発光素子のショートを防止できる発光素子パッケージ用サブマウントに関する。

一般的に、発光ダイオード（ＬＥＤ；Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ）、レーザーダイオード（ＬＤ；Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）のような発光素子は、フリップチップ工程によってサブマウントに接合されることによってパッケージングされる。

図１には、従来の発光素子パッケージ用サブマウントの平面図が図示されている。そして、図２は、図１のＡ−Ａ’線の断面図である。

図１及び図２を参照すれば、セラミックからなる基板１０上に第１及び第２ボンディング層１２ａ、１２ｂが互いに離隔して形成されている。ここで、前記第１及び第２ボンディング層１２ａ、１２ｂは、金（Ａｕ）のような導電性の優秀な金属からなる。そして、前記第１及び第２ボンディング層１２ａ、１２ｂの上面にはそれぞれ第１及び第２バリア層１４ａ、１４ｂが所定幅に蒸着されており、前記第１及び第２バリア層１４ａ、１４ｂの上面には、それぞれ第１及び第２ハンダ１６ａ、１６ｂが設けられている。ここで、前記第１及び第２バリア層１４ａ、１４ｂは、フリップチップ工程による第１及び第２ハンダ１６ａ、１６ｂの溶融時に、前記第１ハンダ１６ａと第１ボンディング層１２ａとの間及び第２ハンダ１６ｂと第２ボンディング層１２ｂとの間で相互拡散が起こることを防止するための層であって、一般的に白金（Ｐｔ）からなる。

しかし、前記のような従来のサブマウントでは、フリップチップ工程時にボンディング条件によって溶融された第１及び第２ハンダ１６ａ、１６ｂが第１及び第２バリア層１４ａ、１４ｂを乗り越えて一緒になり、図３に示すように、第１バリア層１４ａと第２バリア層１４ｂとの間を電気的に連結させるハンダブリッジ１６’が形成されることがある。このように、第１バリア層１４ａと第２バリア層１４ｂとの間を電気的に連結するハンダブリッジ１６’が形成されれば、発光素子パッケージでショートが発生するという問題点がある。

本発明は、前記のような問題点に鑑みてなされたものであり、発光素子のショートを防止できる発光素子パッケージ用サブマウントを提供するところにその目的がある。

前記した目的を達成するために、基板と、前記基板上に互いに離隔して形成される第１及び第２ボンディング層と、前記第１及び第２ボンディング層上にそれぞれ形成される第１及び第２バリア層と、前記第１及び第２バリア層上にそれぞれ形成される第１及び第２ハンダと、前記第１及び第２バリア層に隣接して位置して、フリップチップ工程時に溶融された前記第１及び第２ハンダの流れを遮断する第１及び第２遮断層と、を備え、前記第１及び第２遮断層は、前記第１及び第２バリア層と同じ物質からなる。

前記第１及び第２遮断層は、それぞれ前記第１及び第２ボンディング層上で前記第１及び第２バリア層から所定間隔離隔して設けられることが望ましい。ここで、前記第１及び第２遮断層は、それぞれ前記第１及び第２バリア層の両側に設けられるか、それぞれ前記第１及び第２バリア層を取り囲むように設けられる。

前記第１及び第２遮断層は、前記第１及び第２バリア層より厚く形成されるか、前記第１及び第２バリア層と同じ厚さに形成される。

前記第１及び第２バリア層は、それぞれ所定幅を持つストリップ状に形成される。ここで、前記第１及び第２バリア層の端部が位置する前記第１及び第２ボンディング層のうち少なくとも一つには、所定形状の溝がさらに形成される。

前記第１及び第２バリア層のうち少なくとも一つは複数個に設けられる。

ここで、前記第１及び第２遮断層は、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）及びチタン（Ｔｉ）からなるグループで選択された少なくとも一つからなる。

前記第１及び第２ボンディング層は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）またはアルミニウム（Ａｌ）からなり、前記基板は、セラミックまたはシリコンからなる。

本発明による発光素子パッケージ用サブマウントによれば、バリア層の周囲に遮断層を形成することによって、フリップチップ工程時に溶融されたハンダが第１及び第２遮断層を乗り越えて流れることを止めることができ、これにより、発光素子パッケージでショートが発生することを防止できる。また、溶融されたハンダがバリア層と遮断層との間のボンディング層に付着されることによって接合性がさらに向上できる。

以下、添付した図面を参照して本発明による望ましい実施形態を詳細に説明する。

図面で同じ参照符号は同じ構成要素を示す。

図４は、本発明の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントの平面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ’線の断面図である。

図４及び図５を参照すれば、基板１１０の上面に第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂが互いに所定間隔離隔して形成されている。ここで、前記基板１１０は、セラミック、シリコン（Ｓｉ）のような物質からなることができ、前記第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂは導電性が優秀であり、後述する第１及び第２ハンダ１１６ａ、１１６ｂとの付着性の良いＡｕ（金）、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）のような金属からなることができる。

前記第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂの上面には、それぞれ第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂが形成されている。ここで、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂは、それぞれ所定幅を持つストリップ状に互いに平行に形成される。前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂは、フリップチップ工程時に第１ハンダ１１６ａと第１ボンディング層１１２ａとの間及び第２ハンダ１１６ｂと第２ボンディング層１１２ｂとの間で第１ハンダ１１６ａ及び第２ハンダ１１６ｂが相互に拡散することを防止するための層である。ここで、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂは、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）及びＴｉ（チタン）からなるグループで選択された少なくとも一つの金属からなることができる。そして、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂの上面にはそれぞれ第１及び第２ハンダ１１６ａ、１１６ｂが所定幅に形成されている。前記第１及び第２ハンダ１１６ａ、１１６ｂは、発光素子の電極層（図示せず）と、第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂとを接合させるためのものであり、一般的に溶融性及び熱伝導度の優秀な合金からなることができる。ここで、前記第１及び第２ハンダ１１６ａ、１１６ｂは、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂと同じ幅に形成されるか、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂより狭い幅に形成できる。

前記第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂの上面には、それぞれ前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂの両側に沿って第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂが形成されている。前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、発光素子が本実施形態によるサブマウント上にフリップチップボンディングされる時、第１及び第２ハンダ１１６ａ、１１６ｂが溶融されて前記第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂ上に第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂを乗り越えて流れることを防止するための層である。ここで、前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、前記第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂの上面が露出されるように、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂから所定間隔離隔して形成されることが望ましい。これは、フリップチップ工程時に第１及び第２ハンダ１１６ａ、１１６ｂが溶融されて流れて、第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂの露出された上面に取り付けられることによって接合性を向上させるためのものである。一方、前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、それぞれ前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂから離隔して前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂを取り囲むように形成されてもよい。

前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、第１ハンダ１１６ａと第１ボンディング層１１２ａとの間及び第２ハンダ１１６ｂと第２ボンディング層１１２ｂとの間の接合性を向上させるために溶融された第１及び第２ハンダ１１６ａ、１１６ｂとの付着性がよくない物質からなることが望ましい。前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂと同じ物質からなることができる。したがって、前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）及びＴｉ（チタン）からなるグループで選択された少なくとも一つの金属からなることができる。

前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂより厚く形成されることが望ましい。一方、前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂと同じ厚さに形成されてもよく、この場合、前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂは、前記第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂの上面に前記第１及び第２バリア層１１４ａ、１１４ｂと同時に形成できる。

図６は、前記のような発光素子パッケージ用サブマウントで、フリップチップ工程時にハンダが溶融された後の様子を示す図面である。図６を参照すれば、溶融された第１ハンダ１１６’ａは、流れて第１バリア層１１４ａと第１遮断層１２０ａとの間の第１ボンディング層１１２ａの上面に付着されて接合性を向上させ、前記第１遮断層１２０ａは、溶融された第１ハンダ１１６’ａが第１ボンディング層１１２ａ上に第１遮断層１２０ａを乗り越えて流れることを防ぐ。そして、溶融された第２ハンダ１１６’ｂは流れて第２バリア層１１４ｂと第２遮断層１２０ｂとの間の第２ボンディング層１１２ｂの上面に付着され、第２遮断層１２０ｂは、溶融された第２ハンダ１１６’ｂが第２ボンディング層１１２ｂ上に第２遮断層１２０ｂを乗り越えて流れることを防ぐ。このように、前記第１及び第２遮断層１２０ａ、１２０ｂが、溶融された第１及び第２ハンダ１１６’ａ、１１６’ｂが第１及び第２ボンディング層１１２ａ、１１２ｂに流れ込むことを防ぐことによって、発光素子パッケージでショートが発生することを防止できる。具体的には、図１に示した従来のサブマウントを採用した場合の発光素子パッケージではショートが３０％以上発生したが、本実施形態によるサブマウントを採用した場合の発光素子パッケージでは、ショートが約５％程度のみしか発生しなかった。

図７は、本発明の他の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントの平面図である。そして、図８は、図７のＣ−Ｃ’線の断面図であり、図９は、図７のＤ−Ｄ’線の断面図である。以下では、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。

図７ないし図９を参照すれば、基板２１０の上面に第１及び第２ボンディング層２１２ａ、２１２ｂが互いに所定間隔離隔して形成されており、前記第１及び第２ボンディング層２１２ａ、２１２ｂの上面には、それぞれ第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂが所定幅に形成されている。ここで、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂは、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）及びＴｉ（チタン）からなるグループで選択された少なくとも一つの金属からなることができる。そして、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂの上面には、それぞれ第１及び第２ハンダ２１６ａ、２１６ｂが所定幅に形成されている。ここで、前記第１及び第２ハンダ２１６ａ、２１６ｂは、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂと同じ幅に形成されるか、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂより狭い幅に形成できる。

前記第１及び第２ボンディング層２１２ａ、２１２ｂの上面には、それぞれ前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂの両側に沿って第１及び第２遮断層２２０ａ、２２０ｂが形成されている。前記第１及び第２遮断層２２０ａ、２２０ｂの役割については前述したので、これについての詳細な説明は省略する。前記第１及び第２遮断層２２０ａ、２２０ｂは、前記第１及び第２ボンディング層２１２ａ、２１２ｂの上面が露出されるように、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂから所定間隔離隔して形成されることが望ましい。前記第１及び第２遮断層２２０ａ、２２０ｂは、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂと同じ物質、すなわち、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）及びＴｉ（チタン）からなるグループで選択された少なくとも一つの金属からなることができる。前記第１及び第２遮断層２２０ａ、２２０ｂは、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂより厚く形成されることが望ましい。一方、前記第１及び第２遮断層２２０ａ、２２０ｂは、前記第１及び第２バリア層２１４ａ、２１４ｂと同じ厚さに形成されてもよい。

前記第１バリア層２１４ａの端部が位置する前記第１ボンディング層２１２ａには、基板２１０の上面を露出させる所定形状の溝２５０が形成されている。一方、前記溝２５０は、基板２１０の所定深さまで掘り下げて形成されてもよい。前記溝２５０は、フリップチップ工程によってリッジ導波路型の発光素子が本実施形態によるサブマウントに接合される時、図１０に示すようにリッジの端部側に押し出される溶融された第１ハンダ２１６’ａを保存する役割を行う。そして、このような溝２５０の形成によって、発光素子の端部側表面に発生する物理的損傷が低減できる。一方、以上では第１バリア層２１４ａの端部が位置する第１ボンディング層２１２ａのみに溝２５０が形成された場合が説明されたが、本実施形態では、前記第２バリア層２１４ｂの端部が位置する第２ボンディング層２１２ｂにも前記のような溝が形成されてもよい。

図１１は、本発明のさらに他の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントの平面図であり、図１２は、図１１のＥ−Ｅ’線の断面図である。以下では、前述した実施形態と異なる点を中心に説明する。

図１１及び図１２を参照すれば、基板３１０の上面に第１及び第２ボンディング層３１２ａ、３１２ｂが互いに所定間隔離隔して形成されている。前記第１ボンディング層３１２ａの上面には複数個の第１バリア層３１４ａが形成されており、前記第１バリア層の３１４ａの上面には、それぞれ第１ハンダ３１６ａが形成されている。ここで、前記第１ハンダ３１６ａは、前記第１バリア層３１４ａと同じ大きさに形成されるか、前記第１バリア層３１４ａより小さく形成される。このように、第１バリア層３１４ａ及び第１ハンダ３１６ａが複数に形成されれば、フリップチップ工程時にリッジ導波路型発光素子のリッジに接合される第１ハンダ３１６ａの量を適当に調節できる。一方、図面には、前記第１バリア層３１４ａが一列に配置されている場合が図示されているが、本実施形態では、これに限定されずに前記第１バリア層３１４ａが２列以上に配置されてもよく、またその配置形態も多様にすることができる。そして、前記第２ボンディング層３１２ａの上面には、第２バリア層３１４ａが所定幅を持つストリップ状に形成されており、前記第２バリア層３１４ａの上面には、第２ハンダ３１６ａが所定幅に形成されている。ここで、前記第２ハンダ３１６ａは、前記第２バリア層３１４ａと同じ幅に形成されるか、または、前記第２バリア層３１４ａより狭い幅に形成される。一方、本実施形態では、前記第２バリア層３１４ａ及び第２ハンダ３１６ａも複数個に形成されてもよい。前記第１及び第２バリア層３１４ａ、３１４ｂは、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）及びＴｉ（チタン）からなるグループで選択された少なくとも一つの金属からなることができ、前記第１及び第２ハンダ３１６ａ、３１６ｂは、溶融性及び熱伝導度の優秀な合金からなることができる。

前記第１及び第２ボンディング層３１２ａ、３１２ｂの上面には、それぞれ前記第１及び第２バリア層３１４ａ、３１４ｂの両側に沿って第１及び第２遮断層３２０ａ、３２０ｂが形成されている。前記第１及び第２遮断層３２０ａ、３２０ｂの役割については前述したので、これについての詳細な説明は省略する。前記第１及び第２遮断層３２０ａ、３２０ｂは、前記第１及び第２バリア層３１４ａ、３１４ｂから所定間隔離隔して形成されることが望ましい。前記第１及び第２遮断層３２０ａ、３２０ｂは、前記第１及び第２バリア層３１４ａ、３１４ｂと同じ物質、すなわち、Ｐｔ（白金）、Ｃｒ（クロム）及びＴｉ（チタン）からなるグループで選択された少なくとも一つの金属からなることができる。前記第１及び第２遮断層３２０ａ、３２０ｂは前記第１及び第２バリア層３１４ａ、３１４ｂより厚く形成されることが望ましい。一方、前記第１及び第２遮断層３２０ａ、３２０ｂは、前記第１及び第２バリア層３１４ａ、３１４ｂと同じ厚さに形成されてもよい。

以上で本発明による望ましい実施形態らが説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当業者ならばこれより多様な変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理解できるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲により定められねばならない。

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）のような発光素子のパッケージに好適に用いられる。

従来の発光素子パッケージ用サブマウントの平面図である。 図１のＡ−Ａ’線の断面図である。 従来の発光素子パッケージ用サブマウントで、フリップチップ工程時にハンダが溶融されてハンダブリッジが形成された様子を示す断面図である。 本発明の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントの平面図である。 図４のＢ−Ｂ’線の断面図である。 本発明の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントで、フリップチップ工程時にハンダが溶融された後の様子を示す断面図である。 本発明の他の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントの平面図である。 図７のＣ−Ｃ’線の断面図である。 図７のＤ−Ｄ’線の断面図である。 本発明の他の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントで、フリップチップ工程時にハンダが溶融された後の様子を示す断面図である。 本発明のさらに他の実施形態による発光素子パッケージ用サブマウントの平面図である。 図１１のＥ−Ｅ’線の断面図である。

符号の説明

１１０ 基板
１１２ａ、１１２ｂ 第１及び第２ボンディング層
１１４ａ、１１４ｂ 第１及び第２バリア層
１１６ａ、１１６ｂ 第１及び第２ハンダ
１２０ａ、１２０ｂ 第１及び第２遮断層

Claims (12)

1. 基板と、
   前記基板上に互いに離隔して形成される第１及び第２ボンディング層と、
   前記第１及び第２ボンディング層上にそれぞれ形成される第１及び第２バリア層と、
   前記第１及び第２バリア層上にそれぞれ形成される第１及び第２ハンダと、
   前記第１及び第２バリア層に隣接して位置して、フリップチップ工程時に溶融された前記第１及び第２ハンダの流れを遮断する第１及び第２遮断層と、を備え、
   前記第１及び第２遮断層は、前記第１及び第２バリア層と同じ物質からなることを特徴とする発光素子パッケージ用サブマウント。
2. 前記第１及び第２遮断層は、それぞれ前記第１及び第２ボンディング層上で前記第１及び第２バリア層から所定間隔離隔して設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
3. 前記第１及び第２遮断層は、それぞれ前記第１及び第２バリア層の両側に設けられることを特徴とする請求項２に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
4. 前記第１及び第２遮断層は、それぞれ前記第１及び第２バリア層を取り囲むように設けられることを特徴とする請求項２に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
5. 前記第１及び第２遮断層は、前記第１及び第２バリア層より厚く形成されることを特徴とする請求項２に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
6. 前記第１及び第２遮断層は、前記第１及び第２バリア層と同じ厚さに形成されることを特徴とする請求項２に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
7. 前記第１及び第２バリア層は、それぞれ所定幅を持つストリップ状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
8. 前記第１及び第２バリア層の端部が位置する前記第１及び第２ボンディング層のうち少なくとも一つには、所定形状の溝がさらに形成されることを特徴とする請求項７に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
9. 前記第１及び第２バリア層のうち少なくとも一つは、複数個に設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
10. 前記第１及び第２遮断層は、白金、クロム及びチタンからなるグループで選択された少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
11. 前記第１及び第２ボンディング層は、金、銀またはアルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。
12. 前記基板は、セラミックまたはシリコンからなることを特徴とする請求項１に記載の発光素子パッケージ用サブマウント。

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