JPH09326532A - 面発光素子の実装方法と面発光素子実装基板 - Google Patents
面発光素子の実装方法と面発光素子実装基板Info
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- H05K3/30—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor
- H05K3/32—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits
- H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistor electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
- H05K3/341—Surface mounted components
- H05K3/3431—Leadless components
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
い面発光素子の実装方法と、面発光素子実装基板を提供
する。 【解決手段】 複数の面発光素子12を配線基板21に
実装する工程において、面発光素子12の形成された基
板11に設けられた面発光素子の電極パッド17に隣接
して、該電極パッド17と電気的に接続する接合用パッ
ド18を形成し、配線基板上の接合用パッド18と対応
する位置に設けられたはんだバンプ22と、接合用パッ
ド18とを接合させることにより、面発光素子12が配
線用基板21に実装される。また、面発光素子12の形
成された基板11の電極パッド17の設けられた面上
に、接合用パッド18上面を除いて誘電体膜19が形成
されていることが好ましい。
Description
法と面発光素子実装基板に関する。
ード間のデータリンク、情報処理などに応用するために
は、面方向に発光素子を二次元的に集積化することが望
まれる。面発光素子はこうした要請を満たすことが可能
であり、並列情報処理容量の増大が期待できる。また、
面発光素子の形成には劈開工程が不要であることや、ウ
エーハの状態で特性テストが可能であることなどから端
面型発光素子に比ベて量産に向くため、低コストな光源
として産業利用面でも有利となる。
らによって先駆的な研究が行われ、彼等の一連の研究成
果は1988年発行の伊賀他著のジャーナル・オブ・カ
ンタム・エレクトロニクス(Journal of Q
uantnm Electronics)第24巻18
45〜1855ページ記載の論文に歴史的な経緯を含め
てまとめられている。
み入れる際には、何らかの形で面発光素子を配線基板上
に実装し、駆動回路などと併せて用いる必要がある。面
発光素子を配線基板に実装する方法としては、これまで
駆動回路などが形成される基板上に直接面発光素子も形
成してしまう方法と、駆動回路などと面発光素子とを別
々に作製し、ハイブリッドに実装する方法とが提案され
てきた。
と同一の基板上に形成された面発光素子実装基板の模式
的断面図であり、図中符号30は電子回路、31は基
板、32は面発光素子である。前者の例としては、図3
に示すようなSi基板31上に面発光レーザである面発
光素子32を結晶成長させて作製し、Si基板31をプ
ロセスしてCMOSなどの駆動回路である電子回路30
を形成するものがある。この方法はモノリシックにレー
ザ、回路類を形成してしまうため両者の間のアライメン
トが不要となる。
と配線基板とをはんだで接合した面発光素子実装基板の
模式的断面図であり、符号41は基板、42は面発光素
子、47はp型電極パッド、51は配線基板、52はは
んだバンプである。後者の例としては、図4に示すよう
な配線基板51にそれぞれが面発光レーザである面発光
素子42の位置に対応したはんだバンプ52を形成して
おき、面発光素子42の位置に金メッキしたp型電極パ
ッド47を形成した面発光レーザアレイ基板41を配線
基板51上に大まかに位置決めてしておいてリフローす
ると、溶融したはんだバンプ52に引っ張られて面発光
素子42のp型電極パッド47とはんだバンプ52とが
セルフアライメントするものがある。アライメントは始
めに大まかに行うだけなので、サブミクロンのような高
い精度は要求されず、コストに与える影響は少ない。
来の実施例においては、いくつかの問題点が指摘され
る。まず最初の従来の実施例では、面発光レーザの材料
系が主にGaAs系で、基板となるSiとは格子定数が
不整合であるため、その結晶成長が技術的にかなり困難
になる。格子の不整合は欠陥を生じさせるため、この欠
陥がレーザの寿命を著しく低下させることになるし、レ
ーザの特性そのものも実用レベルには至っていない。レ
ーザの寿命は事業化の上で極めて重要なファクターであ
り、長期間の使用に耐え得るものを保証しなければなら
ないので上記の難点は致命的なものとなる。
子の電極として用いている金パッドと配線基板側のはん
だバンプおよび配線用基板との熱膨張係数が大きく異な
るため、リフローの際の温度上昇により両者の間の熱膨
張差による歪みが面発光素子にかかることになり、素子
特性、あるいは素子の寿命の低下を招いていた。また、
はんだバンプの代わりに金スズを用いた場合には、熱膨
張係数の差はわずかで歪みによる影響は回避できる可能
性があるが、依然として配線用基板との熱膨張係数との
差は残るし、リフロー時の温度上昇がはんだバンプの時
の200℃に対し、300℃とかなり高温になるため、
熱による素子劣化が起きるという問題点がある。こうし
た素子の寿命、特性を保証できなければ安定した光源と
しての役割を担っていくことは難しく、これらを安定し
て供給できる面発光素子の実装方法と面発光素子実装基
板が広く望まれていた。
性が安定し寿命の長い面発光素子の実装方法と、面発光
素子実装基板を提供することにある。
装方法は、複数の面発光素子を配線基板に実装する工程
において、面発光素子の形成された基板に設けられた面
発光素子の電極パッドに隣接して、該電極パッドと電気
的に接続する接合用パッドを形成し、配線基板上の接合
用パッドと対応する位置に設けられたアライメント用合
金と、接合用パッドとを接合させることにより、面発光
素子が配線用基板に実装される。
パッドの設けられた面上に、接合用パッド上面を除いて
誘電体膜が形成されていることが好ましく、接合用パッ
ドと配線用基板とを接合させるアライメント用合金がは
んだバンプであってもよい。
発光素子が形成され、面発光素子の電極パッドと該電極
パッドと隣接し該電極パッドと電気的に接続する接合用
パッドとが同一面に設けられた基板と、接合用パッドと
対応する位置に基板に形成された電子回路のパッドと接
続するアライメント用合金が配設された配線用基板とを
備え、接合用パッドとアライメント用合金とが接合され
ている。
とはんだバンプとの接合用パッドとを各々独立して設け
るため、面発光素子のある電極パッドの位置と、配線基
板側にあるはんだバンプの位置とが異なり、熱膨張係数
差による歪みを面発光素子が直接受けることはなく、歪
みによる悪影響を回避することができる。
および熱の逃げ道としてのみ機能することができるし、
その回りをはんだバンプが流れてしまうのを防ぐ目的を
かねて誘電体膜で覆ってしまうことにより、その誘電体
膜がパッド自体のパッシベーション膜としての役割も受
け持つことが可能となる。
図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の一
実施の形態の面発光素子が形成された基板の模式的断面
図であり、図2は面発光素子が形成された基板と配線基
板との接合の工程を説明するための模式的断面図であ
り、(a)は両基板を対向させた状態、(b)は両基板
の位置合わせの状態、(c)ははんだバンプをリフロー
させた状態を示す。図中符号10はレーザ光、11は基
板、12は面発光素子、13は活性層、14はn型DB
R、15はp型DBR、16はn型電極、17はp型電
極パッド、18は接合用パッド、19は誘電体膜、21
は配線基板、22ははんだバンプである。
1側の面発光素子12は図1に示されるような構造であ
り、活性層13がn型DBR14およびp型DBR15
で挟まれて共振器を形成している。DBR(多層膜反射
鏡、DistributedBragg Reflec
tor)は例えばAlAsとGaAsのλ/4厚で交互
に15〜20周期程度積層したものである。各面発光素
子はプロトン注入などで形成された高抵抗領域により電
気的に分離されており、n型電極16にも表面からエッ
チングし、金メッキすることで、p型電極パッド17と
ともに表面に電極パッドとして形成されている。電極パ
ッド17を金メッキ工程にて形成する際に、同時にその
隣に配線基板21側のはんだバンプ22と接合するため
の接合用パッド18を形成する。電極パッド17は例え
ば30ミクロン角、接合用パッド18は例えば50ミク
ロン角の大きさがあれば、p型電極パッド17はヒート
シンクの機能を果たすのに十分であり、接合用パッド1
8ははんだバンプ22とセルフアラインするのに十分な
大きさである。メッキ厚は3ミクロンから10ミクロン
でよい。p型電極パッド17および接合用パッド18を
形成後、p型電極パッド17のバッシベーシヨンおよび
接合用パッド18とはんだバンプ22との接合時のはん
だの流れ込み防止を兼ねてまず基板11の面発光素子側
全面にSiO2 などの誘電体膜19を熱CVD装置など
で蒸着する。その後、接合用パッド18の部分のみバフ
ァードフッ酸で除去する。他方、配線基板21の方で
は、図2(a)に示すように基板111側の接合用パッ
ド18の位置に合わせて、はんだバンプ22を形成す
る。はんだバンプ22の大きさは面発光素子12の素子
間ピッチが250ミクロンであれば、直径50ミクロン
あればよい。小さすぎるとセルフアラインしないし、大
きすぎると隣同士で短絡してしまう可能性がでてくる。
配線基板側には面発光素子駆動に必要な種々の回路類が
配置されている。例えば駆動回路であるとか、システム
にもよるが面発光素子選択回路などが挙げられる。こう
して得られた基板11と配線基板21とを赤外線顕微鏡
の下で図2(b)に示すように接合用パッド18がほぼ
はんだバンプ22の上に来るように配置する。その後、
両者を200℃の温度でリフローすると、図2(c)に
示すようにはんだバンプ22の張力に引き込まれて接合
用パッド18とはんだバンプ22とがセルフアラインし
て接合する。この際、フラックスをはんだバンプ22に
塗布しておくと、接合が滑らかに行える。あるいは完全
に酸素を遮断した雰囲気中で接合を行なってもよい。そ
して温度上昇後、約30秒経ったら温度を降下させ室温
に戻す。接合後は可能ならアセトンなどの有機溶剤にて
フラックスを洗い流す。
い実装が行える。アライメント精度も高精度なものは不
要であるのでコストには殆ど響かないし、面発光素子作
製の上での工程も誘電体蒸着と―部剥離という精度のい
らない工程が増えるだけなので、コストに大きく影響し
ない。
素子の構成は必ずしも、本例に従う必要はなく、任意に
選ぶことが可能である。また、各構成物のスケールも適
宜変更が可能である。リフローの温度もはんだバンプの
合金構成により異なってくる。
面発光素子モジュール作製コストをほとんど変更せず
に、簡単な手法により、面発光素子の特性・寿命を安定
して供給できる面発光素子の実装方法を提供できる。
た基板の模式的断面図である。
合の工程を説明するための模式的断面図である。(a)
は両基板を対向させた状態を示す。(b)は両基板の位
置合わせの状態を示す。(c)ははんだバンプをリフロ
ーさせた状態を示す。
板上に形成された面発光素子実装基板の模式的断面図で
ある。
とをはんだで接合した面発光素子実装基板の模式的断面
図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 複数の面発光素子を配線基板に実装する
工程において、 前記面発光素子の形成された基板に設けられた前記面発
光素子の電極パッドに隣接して、該電極パッドと電気的
に接続する接合用パッドを形成し、 前記配線基板上の前記接合用パッドと対応する位置に設
けられたアライメント用合金と、前記接合用パッドとを
接合させることにより、前記面発光素子が前記配線用基
板に実装されることを特徴とする面発光素子の実装方
法。 - 【請求項2】前記面発光素子の形成された基板の前記電
極パッドの設けられた面上に、前記接合用パッド上面を
除いて誘電体膜が形成されている、請求項1に記載の面
発光素子の実装方法。 - 【請求項3】前記接合用パッドと前記配線用基板とを接
合させる前記アライメント用合金がはんだバンプである
請求項1または請求項2に記載の面発光素子の実装方
法。 - 【請求項4】複数の面発光素子が形成され、前記面発光
素子の電極パッドと該電極パッドと隣接し該電極パッド
と電気的に接続する接合用パッドとが同一面に設けられ
た基板と、 前記接合用パッドと対応する位置に、基板に形成された
電子回路のパッドと接続するアライメント用合金が配設
された配線用基板とを備え、 前記接合用パッドと前記アライメント用合金とが接合さ
れていることを特徴とする面発光素子実装基板。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP8141654A JP2830841B2 (ja) | 1996-06-04 | 1996-06-04 | 面発光素子の実装方法と面発光素子実装基板 |
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JP2830841B2 JP2830841B2 (ja) | 1998-12-02 |
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Family Applications (1)
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