KR102629637B1 - 반도체 레이저 구동 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 반도체 레이저와 레이저 드라이버의 사이를 전기 접속할 때에 있어서의 배선 인덕턴스를 저감한다. 반도체 레이저 구동 장치는, 기판과, 레이저 드라이버와, 반도체 레이저를 구비한다. 기판은, 레이저 드라이버를 내장한다. 반도체 레이저는, 반도체 레이저 구동 장치의 기판의 일방의 면에 실장된다. 접속 배선은, 레이저 드라이버와 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속한다.

Description

반도체 레이저 구동 장치 및 그 제조 방법
본 기술은, 반도체 레이저 구동 장치에 관한 것이다. 상세하게는, 레이저 드라이버 내장 기판과 반도체 레이저를 구비하는 반도체 레이저 구동 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래, 거리측정 기능을 갖는 전자 장치에 있어서, ToF(Time of Flight)라고 불리는 거리측정 방식이 자주 이용되고 있다. 이 ToF는, 발광부가 사인파나 구형파의 조사광을 물체에 조사하고, 그 물체로부터의 반사광을 수광부가 수광하여 거리측정 연산부가 조사광과 반사광의 위상차로부터 거리를 측정하는 방식이다. 그와 같은 거리측정 기능을 실현하기 위해 발광 소자와, 그 발광 소자를 구동하는 전자 반도체 칩을 케이스 내에 수용하여 일체화한 광모듈이 알려져 있다. 예를 들면, 기판의 전극 패턴상에 정렬하고 실장된 레이저 다이오드 어레이와, 레이저 다이오드 어레이에 전기적으로 접속된 드라이버 IC를 구비하는 광모듈이 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조.).
특허 문헌 1 : 일본 특개2009-170675호 공보
상술한 종래 기술에서는, 레이저 다이오드 어레이와 드라이버 IC를 광모듈로서 일체화하여 구성하고 있다. 그렇지만, 이 종래 기술에서는, 레이저 다이오드 어레이와 드라이버 IC를 복수의 와이어에 의해 전기적으로 접속하고 있어서, 그 사이의 배선 인덕턴스가 커져서, 반도체 레이저의 구동 파형이 왜곡되어 버릴 우려가 있다. 이것은, 수백 메가헤르츠로 구동시키는 ToF에서는 특히 문제가 된다.
본 기술은 이와 같은 상황을 감안하여 생겨진 것으로, 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 반도체 레이저와 레이저 드라이버 사이의 배선 인덕턴스를 저감하는 것을 목적으로 한다.
본 기술은, 상술한 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 그 제1의 측면은, 레이저 드라이버를 내장하는 기판과, 상기 기판의 일방의 면에 실장된 반도체 레이저와, 상기 레이저 드라이버와 상기 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 접속 배선을 구비하는 반도체 레이저 구동 장치 및 그 반도체 레이저 구동 장치를 구비하는 전자 기기이다. 이에 의해 레이저 드라이버와 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 접속 배선은, 0.5밀리미터 이하의 길이를 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 접속 배선은, 0.3밀리미터 이하인 것이 보다 바람직하다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 접속 배선은, 상기 기판에 마련된 접속 비아를 통하여도 좋다. 이에 의해 배선 길이를 단축한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 반도체 레이저는, 그 일부가 상기 레이저 드라이버의 상방에 겹쳐서 배치되도록 하여도 좋다. 이 경우에 있어서, 상기 반도체 레이저는, 그 면적의 50% 이하의 부분이 상기 레이저 드라이버의 상방에 겹쳐서 배치되도록 하여도 좋다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 기판은, 상기 반도체 레이저가 실장된 위치에서 서멀 비아를 구비하도록 하여도 좋다. 이에 의해 방열을 촉진한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 기판의 상기 일방의 면에서 상기 반도체 레이저를 포함하는 영역을 둘러싸는 외벽과, 상기 외벽에 둘러싸여진 영역의 상방을 덮는 확산판을 또한 구비하여도 좋다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 기판의 상기 일방의 면에 실장되어 상기 반도체 레이저로부터 조사된 레이저광의 광강도를 감시하는 포토 다이오드를 또한 구비하여도 좋다. 이에 의해 반도체 레이저의 출력을 일정하게 유지한다는 작용을 가져온다.
또한, 이 제1의 측면에서, 상기 기판의 상기 일방의 면과는 반대의 면에서 외부와의 접속단자를 또한 구비하여도 좋다. 이에 의해 외부와의 접속을 확보한다는 작용을 가져온다. 이 경우에 있어서, 상기 접속단자는, 솔더 볼, 구리 코어 볼, 구리 필러 범프 및 랜드 그리드 어레이의 적어도 어느 하나에 의해 형성되어도 좋다.
또한, 본 기술의 제2의 측면은, 지지판의 상면에 레이저 드라이버를 형성하는 순서와, 상기 레이저 드라이버의 접속 배선을 형성하여 상기 레이저 드라이버를 내장하는 기판을 형성하는 순서와, 상기 기판의 일방의 면에 반도체 레이저를 실장하여 상기 접속 배선을 통하여 상기 레이저 드라이버와 상기 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 접속 배선을 형성하는 순서를 구비하는 반도체 레이저 구동 장치의 제조 방법이다. 이에 의해 레이저 드라이버와 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 반도체 레이저 구동 장치를 제조한다는 작용을 가져온다.
본 기술에 의하면, 반도체 레이저 구동 장치에 있어서, 반도체 레이저와 레이저 드라이버 사이의 배선 인덕턴스를 저감할 수 있다는 우수한 효과를 이룰 수 있다. 또한, 여기에 기재된 효과는 반드시 한정되는 것이 아니고, 본 개시 중에 기재된 어느 하나의 효과라도 좋다.
도 1은 본 기술의 실시의 형태에서의 반도체 레이저 구동 장치(10)의 상면도의 한 예를 도시하는 도면.
도 2는 본 기술의 실시의 형태에서의 반도체 레이저 구동 장치(10)의 단면도의 한 예를 도시하는 도면.
도 3은 본 기술의 실시의 형태에서의 레이저 드라이버(200)와 반도체 레이저(300)와의 오버랩량의 정의를 도시하는 도면.
도 4는 애디티브법에 의해 배선 패턴을 형성한 경우의, 배선길이(L) 및 배선폭(W)에 대한 배선 인덕턴스의 수치례를 도시하는 도면.
도 5는 서브트랙티브법에 의해 배선 패턴을 형성한 경우의, 배선길이(L) 및 배선폭(W)에 대한 배선 인덕턴스의 수치례를 도시하는 도면
도 6은 본 기술의 실시의 형태의 레이저 드라이버(200)의 제조 과정에서 구리랜드 및 구리 배선층(RDL)을 가공하는 공정의 한 예를 도시하는 제1의 도면.
도 7은 본 기술의 실시의 형태의 레이저 드라이버(200)의 제조 과정에서 구리랜드 및 구리 배선층(RDL)을 가공하는 공정의 한 예를 도시하는 제2의 도면.
도 8은 본 기술의 실시의 형태에서의 기판(100)의 제조 공정의 한 예를 도시하는 제1의 도면.
도 9는 본 기술의 실시의 형태에서의 기판(100)의 제조 공정의 한 예를 도시하는 제2의 도면.
도 10은 본 기술의 실시의 형태에서의 기판(100)의 제조 공정의 한 예를 도시하는 제3의 도면.
도 11은 본 기술의 실시의 형태에서의 기판(100)의 제조 공정의 한 예를 도시하는 제4의 도면.
도 12는 본 기술의 실시의 형태에서의 기판(100)의 제조 공정의 한 예를 도시하는 제5의 도면.
도 13은 본 기술의 실시의 형태의 적용례인 전자 기기(800)의 시스템 구성례를 도시하는 도면.
도 14는 본 기술의 실시의 형태의 적용례인 전자 기기(800)의 외관 구성례를 도시하는 도면.
이하, 본 기술을 실시하기 위한 형태(이하, 실시의 형태라고 칭한다)에 관해 설명한다. 설명은 이하의 순서에 의해 행한다.
1. 실시의 형태(반도체 레이저 구동 장치)
2. 적용례(전자 기기)
<1. 실시의 형태>
[반도체 레이저 구동 장치]
도 1은, 본 기술의 실시의 형태에서의 반도체 레이저 구동 장치(10)의 상면도의 한 예를 도시하는 도면이다.
이 반도체 레이저 구동 장치(10)는, ToF에 의한 거리의 측정을 상정한 것이다. ToF는, 스트럭쳐드라이트 만큼은 아닌 것이지만 깊이 정밀도가 높고, 또한, 어두운 환경하에서도 문제 없이 동작 가능하다는 특징을 갖는다. 그 밖에도, 장치 구성의 단순함이나 비용 등에 있어서, 스트럭쳐드라이트나 스테레오 카메라 등의 다른 방식에 비하여 메리트가 많다고 생각된다.
이 반도체 레이저 구동 장치(10)에서는, 레이저 드라이버(200)를 내장하는 기판(100)의 표면에 반도체 레이저(300), 포토 다이오드(400) 및 수동 부품(500)이 와이어 본딩에 의해 전기 접속되어 실장된다. 기판(100)으로서는 프린트 배선판이 상정된다.
반도체 레이저(300)는, 화합물 반도체의 PN 접합에 전류를 흘림에 의해 레이저광을 방사하는 반도체 디바이스이다. 여기서, 이용되는 화합물 반도체로서는, 예를 들면, 알루미늄갈륨비소(AlGaAs), 인듐갈륨비소인(InGaAsP), 알루미늄갈륨인듐인(AlGaInP), 갈륨나이트라이드(GaN) 등이 상정된다.
레이저 드라이버(200)는, 반도체 레이저(300)를 구동하기 위한 드라이버 집적 회로(IC : Integrated Circuit)이다. 이 레이저 드라이버(200)는, 페이스 업 상태에서 기판(100)에 내장된다. 반도체 레이저(300)와의 사이의 전기 접속에 관해서는, 배선 인덕턴스를 저감시킬 필요가 있기 때문에 될 수 있는 한 짧은 배선 길이로 하는 것이 바람직하다. 이 구체적 수치에 관해서는 후술한다.
포토 다이오드(400)는, 광을 검출하기 위한 다이오드이다. 이 포토 다이오드(400)는, 반도체 레이저(300)의 광강도를 감시하고, 반도체 레이저(300)의 출력을 일정하게 유지하기 위한 APC 제어(Automatic Power Control)에 이용 되어진다.
수동 부품(500)은, 콘덴서 및 저항 등의 능동 소자 이외의 회로부품이다. 이 수동 부품(500)에는, 반도체 레이저(300)를 구동하기 위한 디커플링 콘덴서가 포함된다.
도 2는, 본 기술의 실시의 형태에서의 반도체 레이저 구동 장치(10)의 단면도의 한 예를 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 기판(100)은 레이저 드라이버(200)를 내장하고, 그 표면에는 반도체 레이저(300) 등이 실장된다. 반도체 레이저(300)와 레이저 드라이버(200) 사이의 접속은, 접속 비아(101)를 통하여 행하여진다. 이 접속 비아(101)를 이용함에 의해 배선 길이를 단축하는 것이 가능해진다. 또한, 접속 비아(101)는 특허청구의 범위에 기재된 접속 배선의 한 예이다.
또한, 기판(100)은, 방열을 위한 서멀 비아(102)를 구비한다. 기판(100)에 실장된 각 부품은 발열원이어서 서멀 비아(102)를 이용함에 의해 각 부품에서 발생한 열을 기판(100)의 이면부터 방열하는 것이 가능해진다.
기판(100)의 표면에 실장된 반도체 레이저(300), 포토 다이오드(400) 및 수동 부품(500)은 측벽(600)에 의해 둘러싸여진다. 이 측벽(600)의 재료로서는 예를 들면, 플라스틱 재료 또는 금속이 상정된다.
측벽(600)에 의해 둘러싸여진 상면은, 확산판(700)에 의해 덮여진다. 이 확산판(700)은, 반도체 레이저(300)로부터의 레이저광을 확산시키기 위한 광학 소자이고 디퓨저라고도 불린다.
도 3은, 본 기술의 실시의 형태에서의 레이저 드라이버(200)와 반도체 레이저(300)의 오버랩량의 정의를 도시하는 도면이다.
상술한 바와 같이, 반도체 레이저(300)와 레이저 드라이버(200) 사이의 접속은 접속 비아(101)를 통하여 행하여지는 것을 상정하고 있기 때문에 상면에서 본다면 양자는 겹쳐서 배치되게 된다. 그 한편으로, 반도체 레이저(300)의 하면에는 서멀 비아(102)를 마련하는 것이 바람직하고, 그를 위한 영역을 확보할 필요도 있다. 그래서, 레이저 드라이버(200)와 반도체 레이저(300)의 위치 관계를 명확하게 하기 위해 양자의 오버랩량을 이하와 같이 정의한다.
동 도면에서의 a에 도시하는 배치에서는, 상면에서 보아 양자에 겹쳐지는 영역이 존재하지 않다. 이 경우의 오버랩량을 0%로 정의한다. 한편, 동 도면에서의 c에 도시하는 배치에서는, 상면에서 보아 반도체 레이저(300)의 전부가 레이저 드라이버(200)와 겹쳐져 있다. 이 경우의 오버랩량을 100%로 정의한다.
그리고, 동 도면에서의 b에 도시하는 배치에서는, 상면에서 보아 반도체 레이저(300)의 반분의 영역이 레이저 드라이버(200)와 겹쳐져 있다. 이 경우의 오버랩량을 50%로 정의한다.
이 실시의 형태에서는, 상술한 접속 비아(101)를 위한 영역을 마련하기 위해 오버랩량은 0%보다도 큰 것이 바람직하다. 한편, 반도체 레이저(300)의 직하에서 어느 정도의 수(數)의 서멀 비아(102)를 배치하는 것을 고려하면, 오버랩량은 50% 이하인 것이 바람직하다. 따라서 오버랩량을 0%보다 크게 50% 이하로 함에 의해 배선 인덕턴스를 작게 함과 함께, 양호한 방열 특성을 얻는 것이 가능해진다.
[배선 인덕턴스]
상술한 바와 같이, 반도체 레이저(300)와 레이저 드라이버(200) 사이의 접속에서는, 배선 인덕턴스가 문제가 된다. 모든 도체에는 유도성분이 있고, ToF 시스템과 같은 고주파 영역에서는, 극히 짧은 리드선의 인덕턴스라도 악영향을 미칠 우려가 있다. 즉, 고주파 동작한 때에 배선 인덕턴스의 영향에 의해 레이저 드라이버(200)로부터 반도체 레이저(300)를 구동하기 위한 구동 파형이 왜곡되어 버려, 동작이 불안정하게 될 우려가 있다.
여기서, 배선 인덕턴스를 계산하기 위한 이론식에 관해 검토한다. 예를 들면, 길이 L[㎜], 반경 R[㎜]의 원형 단면을 갖는 직선 리드선의 인덕턴스(IDC)[μH]는 자유공간에서 다음 식에 의해 표시된다. 단, ln는 자연대수를 나타낸다.
IDC=0.0002L·(ln(2L/R)-0.75)
또한, 예를 들면, 길이 L[㎜], 폭 W[㎜], 두께 H[㎜]의 스트립·라인(기판 배선 패턴)의 인덕턴스(IDC)[μH]는 자유공간에서 다음 식에 의해 표시된다.
IDC=0.0002L·(ln(2L/(W+H))+0.2235((W+H)/L)+0.5)
프린트 배선판의 내부에 내장된 레이저 드라이버와 프린트 배선판의 상부에 전기 접속된 반도체 레이저와의 배선 인덕턴스[nH]를 시산한 것이 도 4 및 도 5이다.
도 4는, 애디티브법에 의해 배선 패턴을 형성한 경우의, 배선길이(L) 및 배선폭(W)에 대한 배선 인덕턴스의 수치례를 도시하는 도면이다. 애디티브법이란, 절연 수지면의 필요한 부분에만 구리를 석출시켜서, 패턴 형성하는 방법이다.
도 5는, 서브트랙티브법에 의해 배선 패턴을 형성한 경우의, 배선길이(L) 및 배선폭(W)에 대한 배선 인덕턴스의 수치례를 도시하는 도면이다. 서브트랙티브란, 동장(銅張) 적층판의 불필요한 부분을 에칭하여 패턴을 형성하는 방법이다.
ToF 시스템과 같은 반도체 레이저 구동 장치인 경우, 수백 메가헤르츠로 구동시키는 것을 상정하면, 배선 인덕턴스로서는 0.5nH 이하인 것이 바람직하고, 또한 0.3nH 이하인 것이 보다 바람직하다. 따라서 상술한 시산 결과를 고려하면, 반도체 레이저(300)와 레이저 드라이버(200) 사이의 배선 길이로서는, 0.5밀리미터 이하로 한 것이 바람직하고, 또한 0.3밀리미터 이하인 것이 보다 바람직하다고 생각된다.
[제조 방법]
도 6 및 도 7은, 본 기술의 실시의 형태의 레이저 드라이버(200)의 제조 과정에서 구리랜드 및 구리 배선층(RDL : Redistribution Layer)을 가공하는 공정의 한 예를 도시하는 도면이다.
우선, 도 6에서의 a에 도시하는 바와 같이, 반도체 웨이퍼에서, 예를 들면 알루미늄 등에 의한 I/O 패드(210)가 형성된다. 그리고, 표면에 SiN 등의 보호 절연층(220)이 성막되고, I/O 패드(210)의 영역이 개공된다.
다음에 도 6에서의 b에 도시하는 바와 같이, 폴리이미드(PI : Polyimide) 또는 폴리벤조옥사졸(PBO : Polybenzoxazole)에 의한 표면 보호막(230)이 성막되고, I/O 패드(210)의 영역이 개공된다.
다음에 도 6에서의 c에 도시하는 바와 같이, 수십 내지 백㎚ 정도의 티탄텅스텐(TiW), 백 내지 천㎚ 정도의 구리(Cu)를 연속 스퍼터하여 밀착층 및 시드층(240)을 형성한다. 여기서, 밀착층은 티탄텅스텐(TiW) 외에 크롬(Cr), 니켈(Ni), 티탄(Ti), 티탄구리(TiCu), 플라티나(Pt) 등의 고융점 금속이나 그 합금을 적용하여도 좋다. 또한, 시드층에는 구리(Cu) 외에 니켈(Ni), 은(Ag), 금(Au), 또는 그 합금을 적용하여도 좋다.
다음에 도 7에서의 d에 도시하는 바와 같이, 전기 접합용의 구리랜드와 구리 배선층을 형성하기 위해 포토레지스트(250)를 패터닝한다. 구체적으로는, 표면 세정, 레지스트 도포, 건조, 노광, 현상의 각 공정에 의해 형성한다.
다음에 도 7에서의 e에 도시하는 바와 같이, 밀착층 및 시드층(240)의 위에 도금법에 의해 전기 접합용의 구리랜드 및 구리 배선층(RDL)(260)을 형성한다. 여기서, 도금법으로서는, 예를 들면, 전해 구리 도금법이나 전해 니켈 도금법 등을 이용할 수 있다. 또한, 구리랜드의 직경은 50 내지 100마이크로미터 정도, 구리 배선층의 두께는 3 내지 10마이크로미터 정도, 구리 배선층의 최소폭은 10마이크로미터 정도가 바람직하다.
다음에 도 7에서의 f에 도시하는 바와 같이, 포토레지스트(250)를 제거하고, 반도체 칩의 구리랜드 및 구리 배선층(RDL)(260)을 마스크하여 드라이 에칭을 행한다. 여기서, 드라이 에칭은, 예를 들면, 아르곤 이온 빔을 조사하는 이온 밀링을 이용할 수 있다. 이 드라이 에칭에 의해 불필요 영역의 밀착층 및 시드층(240)을 선택적으로 제거할 수 있고, 구리랜드 및 구리 배선층이 각각 분리된다. 또한, 이 불필요 영역의 제거는, 왕수, 질산제2세륨암모늄이나 수산화칼륨의 수용액 등의 웨트 에칭이라도 가능하지만, 구리랜드 및 구리 배선층을 구성하는 금속층의 사이드에치나 두께 감소를 고려한다면 드라이 에칭의 쪽이 바람직하다.
도 8 내지 도 12는, 본 기술의 실시의 형태에서의 기판(100)의 제조 공정의 한 예를 도시하는 도면이다.
우선, 도 8에서의 a에 도시하는 바와 같이, 지지판(110)에 접착성 수지층(120)을 통하여 극박 동박(132)과 캐리어 동박(131)의 2층구조로 이루어지는 필러블 동박(130)을 롤 라미네이트 또는 적층 프레스에 의해 편면에 열압착시킨다.
지지판(110)은, 무기 재료나 금속재료, 수지 재료 등으로 이루어지는 기판을 사용할 수 있다. 예를 들면, 실리콘(Si), 글라스, 세라믹, 구리, 구리계 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금, 스테인리스, 폴리이미드 수지, 에폭시 수지를 사용할 수 있다.
필러블 동박(130)은, 두께 2 내지 5마이크로미터의 극박 동박(132)에 두께 18 내지 35마이크로미터의 캐리어 동박(131)을 진공 밀착한 것을 이용한다. 필러블 동박(130)으로서는, 예를 들면, 3FD-P3/35(후루카와서킷포일주식회사제), MT-18S5DH(미쓰이금속광업주식회사제) 등을 이용할 수 있다.
접착성 수지층(120)의 수지 재료로서는, 유리섬유의 보강재 함유, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, PPE 수지, 페놀 수지, PTFE 수지, 규소 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, PPS 수지, PPO 수지 등의 유기 수지를 사용할 수 있다. 또한, 보강재로서는, 유리섬유 이외에 아라미드 부직포나 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유 등을 이용할 수도 있다.
다음에 도 8에서의 b에 도시하는 바와 같이, 무전해 구리 도금 처리에 의해 필러블 동박(130)의 극박 동박(132)의 표면에 두께 0.5 내지 3 마이크로미터의(도시 생략) 도금 하지 도전층을 형성한다. 또한, 이 무전해 구리 도금 처리는, 다음에 배선 패턴을 형성하는 전해 구리 도금의 하지의 도전층을 형성하는 것이다. 단, 이 무전해 구리 도금 처리를 생략하고, 필러블 동박(130)에 직접적으로 전해 구리 도금용의 전극을 접촉시켜서, 필러블 동박(130)의 위에 직접적으로 전해 구리 도금 처리를 시행하여 배선 패턴을 형성하여도 좋다.
다음에 도 8에서의 c에 도시하는 바와 같이, 지지판의 표면에 감광성 레지스트를 롤 라미네이트로 부착하여 배선 패턴용의 레지스트 패턴(솔더 레지스트(140))를 형성한다. 이 감광성 레지스트로서는, 예를 들면, 드라이 필름의 도금 레지스트를 사용할 수 있다.
다음에 도 8에서의 d에 도시하는 바와 같이, 전해 구리 도금 처리에 의해 두께 15마이크로미터 정도의 배선 패턴(150)을 형성한다.
다음에 도 9에서의 e에 도시하는 바와 같이, 도금 레지스트를 박리시킨다. 그리고, 층간 절연성 수지를 형성하기 위한 전처리로서, 배선 패턴 표면을 조화 처리하여 층간 절연성 수지와 배선 패턴의 접착성을 향상시킨다. 또한, 조화 처리는, 산화환원 처리에 의한 흑화 처리 또는 과수황산계의 소프트 에칭 처리에 의해 행할 수 있다.
다음에 도 9에서의 f에 도시하는 바와 같이, 배선 패턴상에 층간 절연성 수지(161)를, 롤 라미네이트 또는 적층 프레스로 열압착시킨다. 예를 들면, 두께 45마이크로미터의 에폭시 수지를 롤 라미네이트 한다. 유리에폭시 수지를 사용하는 경우는, 임의의 두께의 동박을 맞겹쳐서, 적층 프레스로 열압착시킨다. 층간 절연성 수지(161)의 수지 재료로서는, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, PPE 수지, 페놀 수지, PTFE 수지, 규소 수지, 폴리부타디엔 수지, 폴리에스테르 수지, 멜라민 수지, 우레아 수지, PPS 수지, PPO 수지 등의 유기 수지를 사용할 수 있다. 또한, 이들의 수지 단독으로도, 복수 수지를 혼합 또는 화합물을 작성한 등 한 수지의 조합도 사용할 수 있다. 또한, 이들의 재료에 무기 필러를 함유시키거나 유리섬유의 보강재를 혼입시키거나 한 층간 절연성 수지도 사용할 수 있다.
다음에 도 9에서의 g에 도시하는 바와 같이, 층간 전기 접속용의 비아홀을 레이저법 또는 포토 에칭법에 의해 형성한다. 층간 절연성 수지(161)가 열경화성 수지인 경우는, 레이저법에 의해 비아홀을 형성한다. 레이저광으로서는 고조파 YAG 레이저나 엑시머 레이저 등의 자외선 레이저, 탄산가스 레이저 등의 적외선 레이저를 이용할 수 있다. 또한, 레이저광으로 비아홀을 형성한 경우는, 비아홀 바닥에 얇은 수지막이 남는 경우가 있기 때문에 디스미어 처리를 행한다. 이 디스미어 처리는, 강알칼리에 의해 수지를 팽윤시켜, 크롬산, 과망간산염 수용액 등의 산화제를 사용하여 수지를 분해 제거한다. 또한, 플라즈마 처리나 연마재에 의한 샌드 블라스트 처리로 제거할 수도 있다. 층간 절연성 수지(161)가 감광성 수지인 경우는, 포토 에칭법에 의해 비아홀(170)을 형성한다. 즉, 마스크를 통해 자외선을 이용하여 노광한 후에 현상함에 의해 비아홀(170)을 형성한다.
다음에 조화 처리의 후, 비아홀(170)의 벽면 및 층간 절연성 수지(161)의 표면에 무전해 도금 처리를 행한다. 다음에 표면에 무전해 도금 처리한 층간 절연성 수지(161)의 면에 감광성 레지스트를 롤 라미네이트로 부착한다. 이 경우의 감광성 레지스트로서는, 예를 들면, 드라이 필름의 감광성 도금 레지스트 필름을 이용할 수 있다. 이 감광성 도금 레지스트 필름을 노광한 후에 현상함에 의해 비아홀(170)의 부분 및 배선 패턴의 부분을 개구한 도금 레지스트의 패턴을 형성한다. 다음에 도금 레지스트 패턴의 개구부분에 두께 15마이크로미터의 전해 구리 도금 처리를 시행한다. 다음에 도금 레지스트를 박리하고, 층간 절연성 수지상에 남아 있는 무전해 도금을 과수황산계의 플래시 에칭 등으로 제거함에 의해 도 9에서의 h에 도시하는 바와 같은 구리 도금으로 충전한 비아홀(170)과 배선 패턴을 형성한다. 그리고, 같은 배선 패턴의 조화 공정과 층간 절연성 수지(162)의 형성 공정을 반복해서 행한다.
다음에 도 10에서의 i에 도시하는 바와 같이, 두께 약 30 내지 50마이크로미터로 박화한 구리랜드 및 구리 배선층을 가공이 끝난 다이 어태치 필름(Die Attach Film : DAF)(290)이 붙은 레이저 드라이버(200)를 페이스 업 상태로 실장한다.
다음에 도 10에서의 j에 도시하는 바와 같이, 층간 절연성 수지(163)를 롤 라미네이트 또는 적층 프레스로 열압착시킨다.
다음에 도 10에서의 k 및 도 11에서의 l에 도시하는 바와 같이, 지금까지와 같은 비아홀 가공, 디스미어 처리, 조화 처리, 무전해 도금 처리, 전해 도금 처리를 행한다. 또한, 레이저 드라이버(200)의 구리랜드에의 얕은 비아홀(171)의 가공과, 1 계층 아래의 깊은 비아홀(172)의 가공, 디스미어 처리 및 조화 처리는 동시에 행한다.
여기서, 얕은 비아홀(171)은 구리 도금으로 충전한 필드비아이다. 비아의 사이즈 및 깊이는 각각 20 내지 30마이크로미터 정도이다. 또한, 랜드의 사이즈는 직경 60 내지 80마이크로미터 정도이다.
한편, 깊은 비아홀(172)은, 구리 도금을 비아 외측에만 시행한 이른바 컨포멀 비아이다. 비아의 사이즈 및 깊이는 각각 80 내지 150마이크로미터 정도이다. 또한, 랜드의 사이즈는 직경 150 내지 200마이크로미터 정도이다. 또한, 깊은 비아홀(172)은 레이저 드라이버(200)의 외형보다 100마이크로미터 정도의 절연성 수지를 통하여 배치하는 것이 바람직하다.
다음에 도 11에서의 m에 도시하는 바와 같이, 지금까지와 같은 층간 절연성 수지를 롤 라미네이트 또는 적층 프레스에 의해 열압착시킨다. 이때, 컨포멀 비아의 내측이 층간 절연성 수지로 충전된다. 다음에 지금까지와 같은 비아홀 가공, 디스미어 처리, 조화 처리, 무전해 도금 처리 및 전해 도금 처리를 행한다.
다음에 도 11에서의 n에 도시하는 바와 같이, 지지판(110)을 필러블 동박(130)의 캐리어 동박(131)과 극박 동박(132)의 계면부터 박리시킴에 의해 분리한다.
다음에 도 12에서의 o에 도시하는 바와 같이, 황산-과산화수소계 소프트 에칭을 이용하여 극박 동박(132)과 도금 하지 도전층을 제거함에 의해 배선 패턴이 노출한 부품 내장 기판을 얻을 수 있다.
다음에 도 12에서의 p에 도시하는 바와 같이, 노출시킨 배선 패턴상에 배선 패턴의 랜드 부분에서 개구부를 갖는 패턴의 솔더 레지스트(180)를 인쇄한다. 또한, 솔더 레지스트(180)는, 필름 타입을 이용하여 롤 코터에 의해 형성하는 것도 가능하다. 다음에 솔더 레지스트(180)의 개구부의 랜드 부분에 무전해 Ni 도금을 3마이크로미터 이상 형성하고, 그 위에 무전해 Au 도금을 0.03마이크로미터 이상 형성한다. 무전해 Au 도금은 1마이크로미터 이상 형성하여도 좋다. 또한, 그 위에 솔더를 프리코트하는 것도 가능하다. 또는, 솔더 레지스트(180)의 개구부에 전해 Ni 도금을 3마이크로미터 이상 형성하고, 그 위에 전해 Au 도금을 0.5마이크로미터 이상 형성하여도 좋다. 또한, 솔더 레지스트(180)의 개구부에 금속 도금 이외에 유기 녹방지 피막을 형성하여도 좋다.
또한, 외부 접속용의 랜드에 접속단자로서, 크림 솔더를 인쇄 도포하고, 솔더 볼의 BGA(Ball Grid Array)를 탑재하여도 좋다. 또한, 이 접속단자로서는, 구리 코어 볼, 구리 필러 범프, 또는, 랜드 그리드 어레이(LGA : Land Grid Array) 등을 이용하여도 좋다.
이와 같이 하여 제조된 기판(100)의 표면에 도 12에서의 q에 도시하는 바와 같이, 반도체 레이저(300), 포토 다이오드(400) 및 수동 부품(500)을 실장하고, 측벽(600) 및 확산판(700)을 부착한다. 일반적으로는, 집합 기판형상으로 행한 후에 외형을 다이서 등으로 가공하여 개편(個片)으로 분리한다.
또한, 상술한 공정에서는 필러블 동박(130)과 지지판(110)을 이용한 예에 관해 설명하였지만, 이들에 대신하여 동장 적층판(CCL : Copper Clad Laminate)을 이용하는 것도 가능하다. 또한, 부품을 기판에 내장하는 제조 방법은 기판에 캐비티 형성하여 탑재하는 방법을 이용하여도 좋다.
이와 같이, 본 기술의 실시의 형태에 의하면, 반도체 레이저(300)와 레이저 드라이버(200)의 사이의 전기 접속을, 접속 비아(101)를 통하여 행함에 의해 배선 인덕턴스를 저감할 수 있다. 구체적으로는, 양자 사이의 배선 길이를 0.5밀리미터 이하로 함에 의해 그 배선 인덕턴스를 0.5나노헨리 이하로 할 수 있다. 또한, 반도체 레이저(300)와 레이저 드라이버(200) 사이의 오버랩량을 50% 이하로 함에 의해 반도체 레이저(300)의 직하에서 어느 정도의 수의 서멀 비아(102)를 배치할 수 있어서, 양호한 방열 특성을 얻을 수 있다.
<2. 적용례>
[전자 기기]
도 13은, 본 기술의 실시의 형태의 적용례인 전자 기기(800)의 시스템 구성례를 도시하는 도면이다.
이 전자 기기(800)는, 상술한 실시의 형태에 의한 반도체 레이저 구동 장치(10)를 탑재한 휴대 단말이다. 이 전자 기기(800)는, 촬상부(810)와, 반도체 레이저 구동 장치(820)와, 셔터 버튼(830)과, 전원 버튼(840)과, 제어부(850)와, 기억부(860)와, 무선 통신부(870)와, 표시부(880)와, 배터리(890)를 구비한다.
촬상부(810)는, 피사체를 촬상하는 이미지 센서이다. 반도체 레이저 구동 장치(820)는, 상술한 실시의 형태에 의한 반도체 레이저 구동 장치(10)이다.
셔터 버튼(830)은, 촬상부(810)에서의 촬상 타이밍을 전자 기기(800)의 외부로부터 지시하기 위한 버튼이다. 전원 버튼(840)은, 전자 기기(800)의 전원의 온 오프를 전자 기기(800)의 외부로부터 지시하기 위한 버튼이다.
제어부(850)는, 전자 기기(800)의 전체의 제어를 맡는 처리부이다. 기억부(860)는 전자 기기(800)의 동작에 필요한 데이터나 프로그램을 기억하는 메모리이다. 무선 통신부(870)는 전자 기기(800)의 외부와의 무선 통신을 행하는 것이다. 표시부(880)는 화상 등을 표시하는 디스플레이이다. 배터리(890)는 전자 기기(800)의 각 부분에 전원을 공급하는 전원 공급원이다.
촬상부(810), 반도체 레이저 구동 장치(820)를 제어하는 발광 제어 신호의 특정한 위상(예를 들면, 상승 타이밍)을 0도로 하여 0도부터 180도까지의 수광량을 Q1로서 검출하고, 180도부터 360도까지의 수광량을 Q2로서 검출한다. 또한, 촬상부(810)는, 90도부터 270도까지의 수광량을 Q3으로서 검출하고, 270도부터 90도까지의 수광량을 Q4로서 검출한다. 제어부(850)는, 이들의 수광량(Q1 내지 Q4)으로부터, 다음 식에 의해 물체와의 거리(d)를 연산하여 표시부(880)에 표시한다.
d=(c/4πf)×arctan{(Q3-Q4)/(Q1-Q2)}
윗식에서 거리(d)의 단위는, 예를 들면, 미터(m)이다. c는 광속이고, 그 단위는, 예를 들면, 미터 매초(m/s)이다. arctan는, 탄젠트함수의 역함수이다. 「(Q3-Q4)/(Q1-Q2)」의 값은, 조사광과 반사광의 위상차를 나타낸다. π는, 원주율을 나타낸다. 또한, f는 조사광의 주파수이고, 그 단위는, 예를 들면, 메가헤르츠(㎒)이다.
도 14는, 본 기술의 실시의 형태의 적용례인 전자 기기(800)의 외관 구성례를 도시하는 도면이다.
이 전자 기기(800)는, 몸체(801)에 수납되고, 측면에 전원 버튼(840)을 구비하고, 표면에 표시부(880) 및 셔터 버튼(830)을 구비한다. 또한, 이면에는 촬상부(810) 및 반도체 레이저 구동 장치(820)의 광학 영역이 마련된다.
이에 의해 표시부(880)에는, 통상의 촬상 화상(881)을 표시할 뿐만 아니라, ToF를 이용한 거리측정 결과에 응한 깊이의 화상(882)을 표시할 수 있다.
또한, 이 적용례에서는, 전자 기기(800)로서, 스마트폰과 같은 휴대 단말에 관해 예시하였지만, 전자 기기(800)는 이것으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 디지털 카메라나 게임기나 웨어러블 기기 등이라도 좋다.
또한, 상술한 실시의 형태는 본 기술을 구현화하기 위한 한 예를 나타낸 것으로, 실시의 형태에서의 사항과, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 마찬가지로, 특허청구의 범위에서의 발명 특정 사항과, 이것과 동일 명칭을 붙인 본 기술의 실시의 형태에서의 사항은 각각 대응 관계를 갖는다. 단, 본 기술은 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 실시의 형태에 여러가지의 변형을 시행함에 의해 구현화할 수 있다.
또한, 본 명세서에 기재된 효과는 어디까지나 예시이고 한정되는 것이 아니며 또한 다른 효과가 있어도 좋다.
또한, 본 기술은 이하와 같은 구성도 취할 수 있다.
(1) 레이저 드라이버를 내장하는 기판과,
상기 기판의 일방의 면에 실장된 반도체 레이저와,
상기 레이저 드라이버와 상기 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 접속 배선을 구비하는 반도체 레이저 구동 장치.
(2) 상기 접속 배선은, 0.5밀리미터 이하의 길이를 구비하는 상기 (1)에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(3) 상기 접속 배선은, 상기 기판에 마련된 접속 비아를 통하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(4) 상기 반도체 레이저는, 그 일부가 상기 레이저 드라이버의 상방에 겹쳐서 배치되는 상기 (1)부터 (3)의 어느 하나에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(5) 상기 반도체 레이저는, 그 면적의 50% 이하의 부분이 상기 레이저 드라이버의 상방에 겹쳐서 배치되는 상기 (4)에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(6) 상기 기판은, 상기 반도체 레이저가 실장된 위치에서 서멀 비아를 구비하는 상기 (1)부터 (5)의 어느 하나에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(7) 상기 기판의 상기 일방의 면에서 상기 반도체 레이저를 포함하는 영역을 둘러싸는 외벽과,
상기 외벽에 둘러싸여진 영역의 상방을 덮는 확산판을 더 구비하는 상기 (1)부터 (6)의 어느 하나에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(8) 상기 기판의 상기 일방의 면에 실장되어 상기 반도체 레이저로부터 조사된 레이저광의 광강도를 감시하는 포토 다이오드를 더 구비하는 상기 (1)부터 (7)의 어느 하나에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(9) 상기 기판의 상기 일방의 면과는 반대의 면에서 외부와의 접속단자를 더 구비하는 상기 (1)부터 (8)의 어느 하나에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(10) 상기 접속단자는, 솔더 볼, 구리 코어 볼, 구리 필러 범프 및 랜드 그리드 어레이의 적어도 어느 하나에 의해 형성되는 상기 (9)에 기재된 반도체 레이저 구동 장치.
(11) 레이저 드라이버를 내장하는 기판과,
상기 기판의 일방의 면에 실장된 반도체 레이저와,
상기 레이저 드라이버와 상기 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 접속 배선을 구비하는 전자 기기.
(12) 지지판의 상면에 레이저 드라이버를 형성하는 순서와,
상기 레이저 드라이버의 접속 배선을 형성하여 상기 레이저 드라이버를 내장하는 기판을 형성하는 순서와,
상기 기판의 일방의 면에 반도체 레이저를 실장하여 상기 접속 배선을 통하여 상기 레이저 드라이버와 상기 반도체 레이저를 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 접속 배선을 형성하는 순서를 구비하는 반도체 레이저 구동 장치의 제조 방법.
10, 820 : 반도체레이저 구동 장치 100 : 기판
101 : 접속 비아 102 : 서멀 비아
110 : 지지판 120 : 접착성 수지층
130 : 필러블 동박 131 : 캐리어 동박
132 : 극박 동박 140, 180 : 솔더 레지스트
150 : 배선 패턴 161∼163 : 층간 절연성 수지
170∼172 : 비아홀 200 : 레이저 드라이버
210 : I/O 패드 220 : 보호 절연층
230 : 표면 보호막 240 : 밀착층/시드층
250 : 포토레지스트 260 : 구리랜드 및 구리 배선층(RDL)
290 : 다이 어태치 필름(DAF) 300 : 반도체 레이저
400 : 포토 다이오드 500 : 수동 부품
600 : 측벽 700 : 확산판
800 : 전자 기기 801 : 몸체
810 : 촬상부 830 : 셔터 버튼
840 : 전원 버튼 850 : 제어부
860 : 기억부 870 : 무선 통신부
880 : 표시부 890 : 배터리

Claims (12)

  1. 레이저 드라이버를 내장하는 기판과,
    상기 기판의 일방의 면에 실장되고, 그 면적의 50% 이하의 부분이 상기 레이저 드라이버의 상방에 겹쳐서 배치되는 반도체 레이저와,
    상기 레이저 드라이버와 상기 반도체 레이저를 상기 기판에 마련된 접속 비아를 통하여 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 접속 배선을 구비하고,
    상기 기판은, 상기 반도체 레이저가 실장된 위치에서, 상기 반도체 레이저의 직하에 복수의 서멀 비아를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 접속 배선은, 0.5밀리미터 이하의 길이를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 레이저는, 그 일부가 상기 레이저 드라이버의 상방에 겹쳐서 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상기 일방의 면에서 상기 반도체 레이저를 포함하는 영역을 둘러싸는 외벽과,
    상기 외벽에 둘러싸여진 영역의 상방을 덮는 확산판을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상기 일방의 면에 실장되어 상기 반도체 레이저로부터 조사된 레이저광의 광강도를 감시하는 포토 다이오드를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 상기 일방의 면과는 반대의 면에서 외부와의 접속단자를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 접속단자는, 솔더 볼, 구리 코어 볼, 구리 필러 범프 및 랜드 그리드 어레이의 적어도 어느 하나에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 레이저 구동 장치.
  11. 레이저 드라이버를 내장하는 기판과,
    상기 기판의 일방의 면에 실장되고, 그 면적의 50% 이하의 부분이 상기 레이저 드라이버의 상방에 겹쳐서 배치되는 반도체 레이저와,
    상기 레이저 드라이버와 상기 반도체 레이저를 상기 기판에 마련된 접속 비아를 통하여 0.5나노헨리 이하의 배선 인덕턴스에 의해 전기 접속하는 접속 배선을 구비하고,
    상기 기판은, 상기 반도체 레이저가 실장된 위치에서 상기 반도체 레이저의 직하에 복수의 서멀 비아를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
  12. 삭제
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