JPH11214791A - 光デバイスの組立構造 - Google Patents

光デバイスの組立構造

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JPH11214791A
JPH11214791A JP1681498A JP1681498A JPH11214791A JP H11214791 A JPH11214791 A JP H11214791A JP 1681498 A JP1681498 A JP 1681498A JP 1681498 A JP1681498 A JP 1681498A JP H11214791 A JPH11214791 A JP H11214791A
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JP
Japan
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submount
chip
melting point
block
optical device
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JP1681498A
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Inventor
Yoshito Ikuwa
義人 生和
Shinji Senba
真司 船場
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップの半田付けには信頼性の高い高融点半
田を使用しても、チップに加わる応力は小さく、組立を
1回の作業で行なうことが可能となる組立構造を提供す
ること。 【解決手段】 光デバイス用チップをサブマウントを介
して放熱ブロック上に積層してなる光デバイスであっ
て、上記サブマウントが上記チップとの接着面には高融
点半田層を、上記ブロック接着面には低融点半田層、塑
性変形層または応力吸収溝を備え、チップ/サブマウン
ト/ブロックの順で重ね合わせ、上記高融点半田層の融
点以上でチップ/サブマウント/ブロックを加圧下半田
付けしてなる光デバイスの組立構造。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は光デバイスの組立
応力を低減する組立構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】光デバイスチップの母材である化合物半
導体の熱膨張率に比し、放熱ブロック母材である金属の
熱膨張率は数倍大きい。このため、光デバイスチップと
ブロックをダイボンド(半田付け)する際には半田の融点
と室温間の温度差に基づく、光デバイスチップとブロッ
クの伸縮の差に起因する応力が生じ、光デバイスの特性
劣化につながる。従来は上述の応力低減のために、種々
の方法が講じられている。例えば、図11に示すよう
に、チップ1と放熱ブロック2との間に熱膨張率がチッ
プより小さく、かつチップに近いSiやSiC等のサブ
マウント3を挿入する方法を用いていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、チップ
の半田付け高信頼性化のためにAuSn等の高融点半田
4を使用すると、半田の融点(約280℃)と室温との間
でチップ1とブロック2の伸縮差から発生する応力が生
じ、この応力は上記サブマウント3を介在させるだけで
は充分緩和できず、素子の特性劣化が発生する可能性が
ある。そこで、特開昭58−51584号公報では半田
組成をAu、Sn、Pbの三元系とし、Au比率を制限
する工夫を行っており、他方、特開昭59−31085
号公報ではサブマウントの両面に金メッキを施し、三者
を同時にロウ付けする方法が提案されている。しかしな
がら、上記提案によるよる応力緩和には限界があり、上
記提案とは視点を代えてこの応力緩和を実現する組立構
造を開発する必要が生じている。そこで、本発明者らは
鋭意検討の結果、サブマウントを介してチップを放熱ブ
ロック上に組み立てる構造における応力緩和において
は、チップとサブマウントとの間はブロックからの応力
を打ち消す方向に働くサブマウントからの応力を小さく
せず、如何にブロックからの応力影響を緩和するかが肝
要であることを見出した。すなわち、本発明は組立工程
数を増やすことなく、チップの半田付けに信頼性の高い
高融点半田を使用しても、チップに加わる応力は低減す
ることができる組立構造を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成は、
光デバイス用チップをサブマウントを介して放熱ブロッ
ク上に積層してなる光デバイスであって、上記サブマウ
ントが上記チップとの接着面には高融点半田層を、上記
ブロック接着面には低融点半田層を備え、チップ/サブ
マウント/ブロックの順で重ね合わせ、上記高融点半田
層の融点以上でチップ/サブマウント/ブロックを加圧
下半田付けしてなる光デバイスの組立構造にある。本発
明によれば、チップとサブマウントとは高融点半田を介
して接合されるからチップとサブマウントとの間はブロ
ックからの応力を打ち消す方向に働くサブマウントから
の応力を小さくなることはない。他方、放熱ブロックと
サブマウントとを低融点半田を使用して接合するので、
半田融点と室温間の伸縮差から生ずる応力を緩和するこ
とができ、両者の効果が相乗してチップに対する応力を
緩和することができる。なお、高融点半田としてはAu
−Sn半田の他にAu−Ge半田やAu−Si半田が例
示され、これに対し低融点半田としてInPbの他、P
bSn半田およびIn半田を用いることができるが、高
融点半田と低融点半田の区分はその融点にあり、チップ
の半田付けの信頼性向上のために選択される高融点半田
に対しその融点差が大きい程望ましいが、280〜45
0℃程度が妥当である。
【0005】また、本発明の第2の構成によれば、上記
サブマウントの低融点半田層に代えて塑性変形層を用い
ることにより、加圧下にサブマウントを放熱ブロックに
熱圧着することができ、サブマウントに加わる応力は塑
性変形層の応力以下となるので、サブマウント上に半田
付けされるチップに加わる応力をサブマウントの効果と
相乗して軽減することができる。なお、塑性変形層とし
ては金又は金合金からなる膜が好ましく、さらに塑性変
形力が小さくなるようにサブマウントに形成した膜を短
時間(約1秒)、高温度(約1000℃)での熱処理を
加えるようにしてもよい。
【0006】さらに、本発明の第3の構成によれば、光
デバイス用チップをサブマウントを介して高融点半田で
放熱ブロック上に積層してなる光デバイスにおいて、上
記サブマウントがブロック接着面には応力吸収溝を備え
るので、チップ/サブマウント/ブロックの順で重ね合
わせ、上記高融点半田層の融点以上でチップ/サブマウ
ント/ブロックを加圧下半田付けしても、半田盛上り部
が応力吸収溝の底部に達しないように接合され、サブマ
ウントに加わる応力は応力吸収層で吸収されるので、サ
ブマウント上に半田付けされるチップに加わる応力をサ
ブマウントの効果と相乗して軽減することができる。な
お、チップとブロック、またはサブマウントとブロック
との間で発生する応力はその応力発生方向に直交する形
態で形成されるストライプ状の溝で通常形成される。そ
の深さDは通常サブマウントとブロックの少なくともい
ずれかの面に形成される半田層が加圧下半田付けした時
に、その半田盛上り部が応力吸収溝の底部に達しないよ
うに形成されるのが肝要であり、ストライプ溝幅Wおよ
びストライプ周期Gを考慮して形成される。通常サブマ
ウントとブロック間に半田層は3〜5μmの厚みを有す
るから、ストライプ状溝の深さDは6〜12μmが好ま
しい。
【0007】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は本発明の組
立に用いるサブマウントの1例を示す断面図で、Siか
らなるサブマウント板の上面には高融点半田であるAu
Sn層が約3μmの厚みに形成される一方、下面には低
融点半田であるInPb層が約7μmの厚みに形成され
ている。図2はこのサブマウントを用いて光半導体チッ
プを放熱ブロック上に積層した状態を示す断面図であ
る。図中、光半導体チップ1はサブマウント5と上面の
AuSn半田4を介して、ブロック2とサブマウント5
はPb低融点半田6を介してダイボンドされている。1
5はダイボンド性を良くするために、チップ1に荷重を
加えるニードルであり、図2に示すダイボンド作業はA
uSn半田層4の融点より約30度高温の水素+窒素ガ
ス雰囲気で実施される。上記チップ1に加える荷重は約
15gが適当である。本実施例の組立法を用いれば、チ
ップ1とサブマウント5の半田付は信頼性の高い高融点
半田であるが、ブロック2とサブマウント5の半田付け
は低融点半田であるため、チップ1とブロック2間の伸
縮差は低融点半田6の融点と室温間になる。他方、チッ
プ1とサブマウント5は高融点で半田付けされているた
め、ブロック2からの応力を打ち消す方向に働くサブマ
ウントからの応力は小さくならない。この結果、1回の
作業でチップ1に加わる応力を小さく、かつ、チップ1
の半田付けには信頼性の高い高融点半田4を用いて組立
が可能である。
【0008】実施の形態2.図3は本発明の他の実施形
態に用いるサブマウントの1例であり、図4はこのサブ
マウント7を用いたダイボンド作業時の状態を示す断面
図である。図3中、Siからなるサブマウント板の上面
には高融点半田であるAuSn層4が約3μm厚みに形
成される一方、下面にはブロック2とサブマウント7を
熱圧着するに用いる金膜が蒸着されている。この金膜8
は、塑性変形応力が小さくなる様な処理、例えば金膜を
着けた後に金膜8に約1秒の1000℃処理を加えたも
のである。他方、図4中、9は熱圧着の効率を良くする
ためにブロック2に着けられた金膜で、10は熱圧着さ
れた金膜である。第4図の作業は、第2図とほぼ同様な
条件でなされる。本実施例の組立法を用いれば、チップ
1とサブマウント7の半田付けは信頼性の高い高融点半
田4で行なわれているが、ブロック2とサブマウント7
間は金膜を用いて熱圧着で行なわれる。従って、サブマ
ウント7の下面(ブロック2との接着面)に加わる応力は
金の粗性変形応力以下であり、サブマウント7上面に半
田付けされたチップ1に加わる応力は極めて小さくな
る。その結果、1回の作業でチップ1に加わる応力は小
さく、かつ、チップ1の半田付けには信頼性の高い高融
点半田4を用いた組立が可能である。なお、熱圧着性を
良くするために、図4のダイボンド作業時にブロック
(2)に超音波振動を加えても良い。
【0009】実施の形態3.図5は本発明の他の実施態
様に用いるサブマウントの1例であり、図6はこのサブ
マウント11を用いたダイボンド後の断面図である。図
中、Siからなるサブマウント板11の上面および下面
には高融点半田であるAuSn層4が約3〜5μmの厚
みに形成される一方、下面にはさらに深さ(D)が6μ
m、周期(G)が10μm、デュティ比(W/G)が50%
のストライプ状の溝12が左右に延びるサブマウント板
11に直交するように形成されている。本サブマウント
11を用いたダイボンドは第2図とほぼ同様な条件で行
うことができる。このとき、溝12の底まで半田盛り上
がりが到達しないようにして間隔16を残すようにする
のが肝要である。本実施形態のサブマウント11を用い
れば、チップ1とブロック2、あるいはサブマウント1
1とブロック2間の半田融点と室温間の伸縮差で発生す
る応力はストライプ状の溝12の周辺で吸収され、チッ
プ1に加わる応力は小さくなる。従って信頼性の高い高
融点半田4を用いてもチップ1に加わる応力は小さい組
立が可能である。
【0010】なお、本発明の実施形態1〜3では高融点
半田4としてAuSn半田を用いたが、AuGe半田や
AuSi半田を使用しても差しつかえない。また、本発
明の実施形態1、3でブロック表面には触れなかった
が、金等のメッキ膜が施こされていても差しつかえな
い。さらに、実施形態1で低融点半田(6)としてInP
bを挙げたが、PbSnやIn半田でも差しつかえな
い。また、実施形態2では金膜8と金膜9の熱圧着を示
したが、Alと金等異種物質間の熱圧着、あるいは銀と
銀等の熱圧着を用いても差し付かえない。更に、実施形
態3では応力吸収溝はほぼ全面にストライプ状に形成し
たが、図7に示す様に応力集中が大きいチップ端面該当
部周辺だけで設けても良い。14はチップが配置される
位置を示す。また、サブマウントとしてはSi基板だけ
でなく、SiCおよびAlNを使用することもできる。
【0011】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
サブマウントを用いれば、チップとサブマウントとを高
融点半田で接合するので、チップとサブマウントとの間
はブロックからの応力を打ち消す方向に働くサブマウン
トからの応力を小さくなることはなく、しかも、チップ
と放熱ブロックとの間に低融点半田層、塑性変形層また
は応力吸収溝を設けてサブマウントに加わる応力を軽減
することができるので、チップの半田付けには信頼性の
高い高融点半田を使用しても、チップに加わる応力は小
さく、組立を1回の作業で行なうことが可能となる。
【0012】特に、上記低融点半田層はInPb、Pb
Snからなると、半田自身も柔らかいので、ブロックか
らの応力が低減できて好ましい。
【0013】また、特に上記放熱ブロックには上記サブ
マウントとの接着面に上記塑性変形層と熱圧着可能な層
を設ける方が熱圧着を容易にするので好ましい。
【0014】さらに、上記応力吸収溝がサブマウントの
少なくとも応力集中が起こる部分に一定の間隔をおいて
形成されたストライプ状溝からなると、サブマウントと
ブロックとの接合強度を低減せずに応力の影響を低減し
やすい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施の形態に用いるサブマウント
の断面図。
【図2】 上記第1の実施の形態サブマウントを用いた
ダイボンド時の断面図。
【図3】 本発明の他の実施の形態に用いるサブマウン
トの断面図。
【図4】 上記第2の実施の形態のサブマウントを用い
たダイボンド時の断面図。
【図5】 本発明の他の実施の形態に用いるサブマウン
トの断面図。
【図6】 上記第3の実施の形態のサブマウントを用い
てダイボンドした後のチップ組立断面図。
【図7】 第3の実施の形態に用いるサブマウントの他
の例を示したサブマウント下面図。
【図8】 従来のチップ組立断面図である。
【符号の説明】
1 光デバイスチップ、2 放熱ブロック、4 AuS
n半田、5 サブマウント、6 InPb半田、7 サ
ブマウント、8、9、10 金膜、11 サブマウン
ト、12 サブマウント下面の溝。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光デバイス用チップをサブマウントを介
    して放熱ブロック上に積層してなる光デバイスであっ
    て、 上記サブマウントが上記チップとの接着面には高融点半
    田層を、上記ブロック接着面には低融点半田層を備え、
    チップ/サブマウント/ブロックの順で重ね合わせ、上
    記高融点半田層の融点以上でチップ/サブマウント/ブ
    ロックを加圧下半田付けしてなる光デバイスの組立構
    造。
  2. 【請求項2】上記低融点半田層がInPb,PbSnま
    たはInからなる請求項1記載の組立構造。
  3. 【請求項3】 光デバイス用チップをサブマウントを介
    して放熱ブロック上に積層してなる光デバイスであっ
    て、 上記サブマウントが上記チップとの接着面には高融点半
    田層を、上記ブロック接着面には塑性変形層を備え、チ
    ップ/サブマウント/ブロックの順で重ね合わせ、上記
    高融点半田層の融点以上で加圧下チップ/サブマウント
    を半田付け、サブマウント/ブロックを熱圧着してなる
    光デバイスの組立構造。
  4. 【請求項4】 上記放熱ブロックが上記サブマウント接
    着面に上記塑性変形層と熱圧着可能な層を有する請求項
    3記載の組立構造。
  5. 【請求項5】 光デバイス用チップをサブマウントを介
    して高融点半田で放熱ブロック上に積層してなる光デバ
    イスであって、 上記サブマウントがブロック接着面には応力吸収方向に
    穿設された応力吸収溝を備え、チップ/サブマウント/
    ブロックの順で重ね合わせ、上記高融点半田層の融点以
    上でチップ/サブマウント/ブロックを加圧下半田付け
    し、その上記応力吸収溝内に盛り上がる半田盛上り部が
    上記応力吸収溝の底部に達しないように接合してなる光
    デバイスの組立構造。
  6. 【請求項6】 上記応力吸収溝がサブマウントの少なく
    とも応力集中が起こる部分に一定の間隔をおいて形成さ
    れたストライプ状溝からなる請求項5記載の組立構造。
JP1681498A 1998-01-29 1998-01-29 光デバイスの組立構造 Pending JPH11214791A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002299744A (ja) * 2001-04-02 2002-10-11 Sony Corp 半導体レーザアセンブリ
JP2004349294A (ja) * 2003-05-20 2004-12-09 Hitachi Ltd 半導体レーザモジュール
US7247514B2 (en) 2003-04-11 2007-07-24 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device and method for producing the same
JP2008210844A (ja) * 2007-02-23 2008-09-11 Mitsubishi Electric Corp 光半導体装置の製造方法
WO2020031944A1 (ja) 2018-08-09 2020-02-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 半導体発光装置および半導体発光装置の製造方法

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