TWI270184B - Package for mounting an optical element and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
1270184 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於光元件搭載用封裝及其製造方法。 【先前技術】
光元件搭載用之封裝，例如，日本特開平1 1 -265 9 5 7 號公報（專利文獻1)所揭示之方法，係以裸片（green sheet) 實施模腔部之冲孔所形成者當做框體，並將對其他裸片實 施貫穿通孔及金屬化處理者當做底板，實施框體及底板之 積層、熱冲壓加工、以及在還原環境下之燒結，再將積層 體切割成特定尺寸。此外，有例如日本特開2000- 1 3 83 05 號公報（專利文獻2)所揭示藉由射出成型法或轉移成形法 形成環氧樹脂製框體，並利用環氧樹脂接著劑接合框體與 陶瓷基板之方法。
[專利文獻1]日本特開平1 1 -265 9 5 7號公報 [專利文獻2]日本特開2000-138305號公報 【發明內容】 使用專利文獻1之裸片之方法，因爲具有燒結步驟， 故有框體及底板之表面粗糙、熱過程所導致之金屬化信賴 性較低、以及熱收縮所導致之尺寸誤差等問題。表面粗糙 會導致光元件及底板之接觸面積減少，光元件作動時所產 生之大量熱難以獲得良好之散熱，而有誤動作及熱破壞等 問題。燒結所造成之熱過程不但會降低金屬化之信賴性， -5- (2) 1270184 燒結溫度會溶解薄膜焊接及鋁等低融點金屬，故使封裝構 成受到限制。 此外’使用專利文獻2之將環氧樹脂當做框體使用之 方法’因爲框體之製作係採用成形法，每次改變封裝形狀 時都必須重新製作模具，且框體完成尺寸之誤差較大。環 氧樹脂與陶瓷基板間之熱膨脹差所產生之熱應力可能會導 致剝離及龜裂，且環氧樹脂本身之耐熱性及導熱性亦較低 本發明之目的係在提供絕緣基板及框體之接合信賴性 、散熱特性、面狀態、以及尺寸精度皆十分良好之光元件 搭載用封裝及其製造方法。 本發明之特徵係將Si製框體搭載於絕緣基板。
依據本發明，可提供絕緣基板及框體之接合信賴性、 散熱特性、面狀態、以及尺寸精度皆十分良好之光元件搭 載用封裝及其製造方法。 【實施方式】 組裝著發光二極體及雷射二極體等會發熱之光元件之 封裝，必須能夠抑制光元件之溫度上昇所導致之特性劣化 。本發明之實施形態係針對以組裝著發熱光元件爲前提之 封裝構造及製造方法進行說明。 本發明之實施形態，係利用在絕緣基板上搭載S i製 框體並進行接合之構造，來實現良好接合信賴性、散熱特 性、面狀態、以及尺寸精度，且可使膜構成更爲多樣化。 -6 - (3) 1270184 [實施例1] 以下，參照圖面，針對本發明之實施例進行說明。第 1圖（a)係實施形態之封裝之槪略剖面圖，第1圖（b)係平面 圖。 如第1圖（a)及第1圖（b)所示，光元件搭載用封裝之構 成上，係在絕緣基板2上搭載從正背面實施濕鈾刻所形成 之S i製框體1。亦即，在光元件搭載用封裝之絕緣基板2 搭載Si製框體1。絕緣基板2之上面會形成輸出入端子3a 及輸出入端子3 b，絕緣基板2之下面則會形成輸出入焊墊 4a及輸出入焊墊4b。上述係經由通孔7進行電性連結。輸 出入端子3a及輸出入焊墊4a係經由通孔7進行電性連結， 輸出入端子3b及輸出入焊墊4b則經由通孔7進行電性連結 〇 此處，Si製框體1及絕緣基板2之接合因爲係在低於 本封裝內建薄膜焊料6之融點之溫度進行，故亦可形成薄 膜焊料6。 形成於絕緣基板2之輸出入端子3a、輸出入端子3b、 輸出入焊墊4a、輸出入焊墊4b、以及薄膜焊料6，在採用 經過鏡面加工之面狀態呈平滑之Si C、A1N、以及氧化鋁 等陶瓷基板當做絕緣基板時，可實現高精度之圖案化。
Si製框體1係對結晶面（1〇〇)之Si基板從表背面實施 濕蝕刻來形成，斜面之結晶面爲（1 1 1 )面，亦即，與平坦 面之構成角係結晶學之5 4.7 f。斜面之面狀態係R a = 0.0 2 -7- (4) 1270184 〜0.06// m，與燒結體（約爲Ra = 0.2 // m)相比，極爲平滑 。此外，在該斜面利用遮罩蒸鍍等形成A1薄膜5，可以提 高光之反射特性。此時，薄膜不但可採用A1，亦可採用 Au及Ag等。因係在斜面形成A1薄膜5後再接合Si製框 體1與絕緣基板2，故斜面之A1薄膜5不會接觸絕緣基板2 〇 第1圖（a)及第2圖（b)之構造時，係利用融點低於本封 裝內藏薄膜焊料6之融點的薄膜焊料9對絕緣基板2與Si製 框體1進行結合，然而，亦可利用薄膜Au之固相接合、 或玻璃、樹脂、硬焊劑等接著劑之接著接合等來取代薄膜 焊料9 〇 其次，參照第6圖、第7圖、第8圖，針對封裝之製造 方法之實施例進行說明。 首先，參照第6圖，針對絕緣基板之加工步驟進行說 明。 (1) 準備經過鏡面加工之SiC基板1 1。 (2) 在SiC基板1 1形成通孔7，並對通孔內實施金屬化 處理。 (3) 在已形成通孔之SiC基板11’之上面形成輸出入端 子3a、3b，在其下面形成輸出入焊墊4a、4b。 (4) 在已形成通孔之SiC基板11’之上面形成用以接合 Si基板之薄膜焊料9、及內建於封裝之薄膜焊料6。此處 ，薄膜焊料9係採用融點低於薄膜焊料6之融點之焊料。 參照第7圖，針對Si製框體之加工步驟進行說明。 -8- (5) 1270184 (1) 準備Si基板12。 (2) 對Si基板12之正背面實施光加工後，以氫氧化鉀 水溶液等鹼水溶液浸漬S i基板1 2，形成貫穿孔。 (3) 在已形成貫穿孔之Si基板12’之下面實施金屬化13 。實施該金屬化1 3之目的，在用以接合薄膜焊料9。
(4) 必要時，在已形成貫穿孔之Si基板12’之斜面，形 成A1等之光反射用薄膜5。薄膜之形成上，可以利用遮罩 等只形成於斜面內，亦可形成於S i基板之上面全面。 參照第8圖，針對已形成貫穿孔之Si基板12’及已形 成通孔之SiC基板1 1 ’之接合以後之步驟進行說明。 (1) 利用薄膜焊料9接合已形成通孔之SiC基板11’及 已形成貫穿孔之S i基板1 2 ’ 。 將S i C基板1 1，及S i基
板1 2 ’搭載於溫度設定於比薄膜焊料9之融點高出2 0〜5 0 °C程度之加熱器上，從S i基板1 2 ’之上方進行加壓，實 施基板間之接合。 (2) 將已完成SiC基板11’及Si基板12，之接合之積 層體切割成特定外型尺寸，完成將Si製框體1搭載於第1 圖所示之絕緣基板2上之構造之封裝。 第9圖係在本封裝組裝著發光二極體14、光二極體15 、螢光體16、以及透鏡17之實施例。源自發光二極體14之 發熱可有效地從S i C製絕緣基板2進行散熱，發出之光可 在反射特性良好之斜面之A1薄膜5獲得有效反射。 利用上述步驟製作之封裝，與利用傳統裸片之封裝、 及接合環氧樹脂製框體及陶瓷基板之封裝相比，具有以下 -9 - (6) (6)1270184 所示之優點。 (1)框體之Si之熱膨脹係數爲3·5Χ10_ό/Κ，絕緣基板 之SiC之熱膨脹係數爲3.2Χ1(Γ6/Κ，因爲兩者大致相同， 故以熱過程而言，其接合信賴性極佳。因此，不但如第1 圖所示之只搭載1〜2個光元件之小型封裝容易製作，如第 1 〇圖所示之同時搭載著數百〜數千個之光元件之基板狀態 之封裝亦容易製作。 (2)SiC 之導熱率爲3 00W/m · Κ，Si之導熱率爲 1 45 W/m · K，因爲導熱率都很好，源自光元件之發熱很容 易散熱，故很容易即可抑制光元件之溫度上昇所導致之特 性劣化。 (3)因爲SiC基板及Si基板皆係以基板狀態進行製作 ，可直接應用光刻等半導體處理，製作上十分經濟。此外 ，因爲沒有燒結等會發生熱收縮之步驟，故完成品之尺寸 精度十分良好。 [實施例2] 第2圖（a)係實施形態之封裝之槪略剖面圖，第2圖（b) 係平面圖。 本實施例係進一步實現實施例1記載之封裝之小型化 之實施例，在形成第7圖所示之框體之Si基板12’後，增 加濕鈾刻之步驟，亦即，從正背面實施濕蝕刻而形成Si 製框體1’ ，其形成上，使54· 74〇斜面間所形成之夾角降 低至期望之角度。 -10- (7) 1270184 [實施例3] 第3圖（a)係實施形態之封裝之槪略剖面圖，第3圖（b) 係平面圖。 本實施例係進一步實現實施例2記載之封裝之小型化 之實施例，在形成第7圖所示之框體之S i基板1 2，後，增 加比實施例2更多之濕鈾刻量’其形成上，使5 4.7 4。斜面 間所形成之夾角降低至〇 °。又’本構造亦可利用對S i基 板實施乾蝕刻而形成貫穿孔之方式來製作。Si製框體1，，之 形成上，係從正背面實施濕蝕刻或乾蝕刻。 [實施例4] 第4圖（a)係實施形態之封裝之槪略剖面圖，第4圖（b) 係平面圖。 本實施例係在第7圖所示之框體之Si基板12’之形成 步驟只從一面實施光加工。與實施例1記載之封裝相比， 尺寸雖然較大，然而，因爲已形成A1薄膜5之斜面之區域 較廣，反射效率更佳。Si製框體Γ ’ ’之形成上，係只 從正面實施濕蝕刻。 [實施例5] 第5圖（a)係實施形態之封裝之槪略剖面圖，第4圖（b) 係平面圖。 本實施例與實施例4記載之封裝相比，係利用側面金 -11- (8) (8)1270184 屬化取代通孔來實現SiC基板之正背面之導通。以正背面 之導通爲目的之側面金屬化方法亦可應用於實施例1、實 施例2、以及實施例3。 本發明係光元件搭載用封裝及其製造方法，可提高絕 緣基板及框體之接合信賴性、散熱特性、面狀態、以及尺 _L· 中古 rfjr 寸精度0 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之一實施例之封裝之構造圖。 第2圖係本發明之一實施例之封裝之構造圖。 第3圖係本發明之一實施例之封裝之構造圖。 第4圖係只從一面形成本發明之一實施例之Si製框體 之封裝之構造圖。 第5圖係本發明之一實施例之以側面金屬化實現絕緣 基板之正背面導通之封裝之構造圖。 第6圖係本發明之一實施例之絕緣基板之加工步驟圖 〇 第7圖係本發明之一實施例之Si製框體之加工步驟圖 〇 第8圖係已形成貫穿孔之Si基板及已形成通孔之陶瓷 基板之接合以後之步驟圖。 第9圖係組裝著發光二極體、光二極體、螢光體、以 及透鏡之封裝之構造圖。 第1 0圖係本發明之一實施例之搭載著多數光元件之基 -12- 1270184 Ο) 板狀態之封裝之構造圖。 【主要元件符號說明】 1 、 1， 、 1” 、 1， ， ， ： Si 製框體 2 :絕緣基板
3a、3b:輸出入端子 4a、4b:輸出入焊墊 5 :薄膜 6、9 :薄膜焊料 7 :通孔 8 :側面金屬化 1 〇 :熱氧化膜 1 1 : S i C基板 11’ ：已形成通孔之SiC基板
12 : Si基板 12’ ：已形成貫穿孔之S i基板 13:已形成貫穿孔之Si基板之下面之金屬化 1 4 :發光二極體 1 5 :光二極體 1 6 :螢光體 1 7 :透鏡 1 8 :基板狀態之封裝 -13-
Claims (1)
1270184 ⑴ 十、申請專利範圍 1 · 一種光元件搭載用封裝， 係在絕緣基板搭載有框體者，其特徵爲： 上述框體係構成爲Si製，具有接合上述框體與上述 絕緣基板的接合構造。 2 ·如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 前述Si製框體係利用濕蝕刻或乾蝕刻形成之貫穿孔 之構造。 3 ·如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 前述光元件搭載用封裝之絕緣基板係採用陶瓷基板。 4 ·如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 前述Si製框體及前述光元件搭載用封裝之絕緣基板 之接合構造係構成爲，薄膜焊料之接合構造、薄膜Au之 固相接合構造、或接著劑之接著接合構造。 5 ·如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 形成於前述光元件搭載用封裝之絕緣基板上面的輸出 入端子、與形成於絕緣基板下面之輸出入焊墊間之電性連 結構造係利用對通孔實施金屬化處理來形成。 6·如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 形成於前述光元件搭載用封裝之絕緣基板上面的輸出 入端子、與形成於絕緣基板下面的輸出入焊墊間之電性連 結構造係利用側面金屬化來形成。 7 .如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 前述光元件搭載用封裝之絕緣基板係多層配線基板。 -14- (2) 1270184 8 ·如申請專利範圍第丨項之光元件搭載用封裝，其中 於則述S 1製框體形成斜面，於該斜面形成可提高光 之反射特性的薄膜。 9 ·如申請專利範圍第〗項之光元件搭載用封裝，其中 前述Si製框體’係從表面利用濕触刻形成有貫穿孔 的Si製框體。
1 0 ·如申g靑專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 前述S i製框體，係從表背面利用濕蝕刻形成有貫穿 孔的S i製框體。 1 1 ·如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 前述Si製框體，係利用乾蝕刻形成有貫穿孔的Si製 框體。 12.如申請專利範圍第1項之光元件搭載用封裝，其中 於前述Si製框體形成氧化膜。
1 3 · —種光元件搭載用封裝之製造方法，係在絕緣基 板搭載有框體的光元件搭載用封裝之製造方法，其特徵爲 包含以下步驟： 框體加工步驟，係於S i製基板形成貫穿孔，作成上 述框體；及 接合步驟，係將上述框體加工步驟作成之上述框體接 合於上述絕緣基板。 -15- 1270184 七 ig° 為符 圖件 表元 代之 定圖 指表 :案代 圖本本 表、、 代 定一二 匕日 第 簡 明 圖說 Νλ—y PS. 1异 體板 框基 製緣 si絕 子墊 端焊 入入 出出 輸輸 1E1 - IEI b b 3 4 膜 薄 料 焊 膜 薄 9 孔 通 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學 式：
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