TWI692072B - 半導體模組及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

〔課題〕 在被焊接面上，焊接具有比此更大面積的焊接面的元件之際，防止焊錫跑出、附著。 〔解決手段〕 第1元件上接合第2元件的半導體模組，包括第1元件，表面上具有第1鍍金屬；第2元件，具有在背面及側面連續設置的第2鍍金屬；以及焊錫，用以接合第1鍍金屬及第2鍍金屬；其中，垂直投影第2元件的背面在第1元件的表面上的投影區域內包含第1鍍金屬，並往設置在第2元件的側面的第2鍍金屬的上面，焊錫擴大濕潤。

Description

半導體模組及其製造方法
本發明，係關於半導體模組及其製造方法，特別有關於用於光通訊的光半導體模組及其製造方法。
隨著多媒體社會進展，採用1條光纖線內同時裝載複數的不同波長的光信號之波長分割多重通訊方式。波長分割多重通訊中，例如使用光半導體模組，以對應的透鏡光耦合複數的積體型光調變元件的射出光至光合分波器再合波，輸出其合波光(參照專利文件1)。
此光半導體模組中，配置用以光耦合複數的積體型光調變元件分別的射出光至合波器的透鏡在積體型光調變元件與光合分波器之間，此透鏡，例如以焊錫固定在絕緣基板的電極圖案上。此時，比起透鏡基底的焊接面面積，由於縮小絕緣基板的電極圖案面積，絕緣基板本身也可以縮小，可以更小型化光半導體模組。
但是，透鏡基底與電極圖案之間供給焊錫過剩時，由於焊接時焊錫跑出電極圖案外側等飛散，例如附著至光合分波器的裝載區域，無法形成光合分波器的構造，產生位置偏移。為了防止上述，提議焊接時使噴嘴靠近焊接的邊界部移動，吸取過剩的焊錫(參照專利文件2)。 [先行技術文件] [專利文件]
[專利文件1] 專利第2017-059628號公開公報 [專利文件2] 專利第2007-324414號公開公報
[發明所欲解決的課題]
但是，具有複數的積體型光調變元件的光半導體模組，相較於習知的光半導體模組，因為必須裝載的元件很多，元件的耐熱溫度也不同，不能一次裝載全部元件，使用熔點不同的複數的焊錫、樹脂黏接劑等的複數的接合材，以複數的步驟裝配元件。又，為了小型化光半導體模組，有必要縮小元件間的距離。因此，焊接透鏡基底時，其近旁已設置另外的元件，不能把噴嘴靠近抽吸過剩的焊錫，焊錫的跑出、附著依然成為問題。
於是，本發明的目的在於：光半導體模組中，在被焊接面上，焊接具有比此更大面積的焊接面的元件之際，防止焊錫跑出、飛散引起的附著。 [用以解決課題的手段]
本發明係在第1元件上接合第2元件的半導體模組，其特徵在於包括： 第1元件，表面上具有第1鍍金屬； 第2元件，具有在背面及側面連續設置的第2鍍金屬；以及 焊錫，用以接合第1鍍金屬及第2鍍金屬； 其中，垂直投影第2元件的背面在第1元件的表面上的投影區域內包含第1鍍金屬； 往設置在第2元件的側面的第2鍍金屬的上面，焊錫擴大濕潤。
又，本發明也是半導體模組的製造方法，其特徵在於包含： 準備表面上具有第1鍍金屬的絕緣基板或熱模組之步驟； 準備焊接光半導體元件的底座(submount)接合至表面或側面，在背面及側面連續設置第2鍍金屬的半導體載子之步驟； 對第1鍍金屬的上面供給銲錫之步驟； 熔化銲錫之步驟； 藉由使半導體載子的背面接觸焊錫往第1鍍金屬方向加壓，使焊錫擴大濕潤直到半導體載子的側面上設置的第2鍍金屬的上面為止之步驟；以及 絕緣基板或熱模組的表面上垂直投影半導體載子背面的投影區域內在包含第1鍍金屬的位置使焊錫凝固之步驟。 [發明效果]
根據本發明的一形態，焊接面上，焊接具有比此更大面積的焊接面的元件時，直到接合的元件側面為止設置鍍金屬，藉由使焊錫濕潤擴大，可以防止供給過剩的焊錫跑出之類而形成錫球往周圍飛散。
又，可以使焊接面面積比接合的元件小，結果，把接合元件小型化，可以把光半導體模組小型化、低成本化。
加上，藉由觀察往接合元件的側面擴大濕潤的焊錫，可以外觀檢查焊錫的接合狀態。
關於本發明的實施形態的光半導體模組，以下邊參照圖邊說明。各圖中，相同或相當處所附上相同符號。又，為了避免說明變得不必要地冗長且容易理解，有時省略已熟知的事項的詳細說明或對於實質上相同的構成的重複說明。又，以下的說明以及圖面的內容，並非企圖限制申請專利範圍中記載的主題。
各圖之間，對應的各構成部分的尺寸或縮尺分別獨立。例如，變更一部分構成的圖與未變更的圖中，也可能相同構成部分的尺寸或縮尺不同。又，關於光半導體模組，實際實施時，雖然還需要包括幾個構成，但為了使說明簡單，只記載說明上需要的部分，關於其他的部分省略說明。
又，以下，雖然以光半導體模組為例說明，除了光以外，對於具有同樣的課題之電力半導體模組、處理正常電流的半導體模組，也可以應用本發明。
第1實施形態 第1圖，係以100表示全體的本發明的第1實施形態的光半導體模組之剖面圖，第2圖，係往II－II方向看第1圖時之剖面圖。
如第1、2圖所示，光半導體模組100，包含金屬區塊30作為半導體載子。金屬區塊30上，利用焊錫61以一定間隔接合底座(submount)21、22、23、24。底座(submount)21、22、23、24上，利用焊錫62分別接合半導體雷射晶片(LD)11、12、13、14。金屬區塊30，在熱模組40上以焊錫63接合。
又，如第1圖所示，在熱模組40上，以焊錫63接合透鏡基底50。透鏡基底50上，以樹脂黏接劑71接合透鏡51。第1圖中，雖然只顯示1個透鏡51，但分別對應半導體雷射晶片11、12、13、14，以一定間隔接合4個透鏡。
熱模組40，以焊錫64接合至外殼80的底面，收納在外殼80內。又，外殼80的底面，以樹脂黏接劑72接合合波器90。又，第1、2圖中，只圖示光半導體模組100的基本構成，關於電外殼、外殼、金屬線等其他的構成省略。
其次，說明關於光半導體模組100的各構成元件。
(1) 半導體雷射晶片11～14 半導體雷射晶片11～14，轉換電信號為光信號，或進行其逆轉換。半導體雷射晶片11～14中，例如使用LD(雷射二極體)、PD(光電二極體)。第1實施形態中，使用LD。又，第1實施形態中，各半導體雷射晶片11～14中，分別形成1個雷射光產生部，但形成複數的雷射光產生部也可以。第1實施形態中，半導體雷射晶片11～14的個數是4個，但半導體雷射晶片11～14的個數不限定於此。
(2) 底座21～24 底座21～24，具有陶瓷基材、在此陶瓷基材的表面形成的電極、在背面形成的電極圖案(未圖示)。陶瓷基材是電氣絕緣物，為了有效冷卻半導體雷射晶片11～14，最好是熱傳導率大的材料，例如使用厚度0.3mm(毫米)的AlN(氧化鋁)、Al2 O3 (氧化鋁)等的陶瓷板。第1實施形態中，各底座21～24，各接合1個半導體雷射晶片11～14，但1個底座接合複數的半導體雷射晶片也可以。第1實施形態中，底座21～24的個數是4個，但不限定於此。
底座21～24的表面側及背面側的電極圖案中，一般使用相同材料。相當於電路側的表面側的電極圖案中，以焊錫62接合半導體雷射晶片11～14。又，由於電極圖案中以Au(金)線等形成接合部，電氣連接周圍的構件、半導體雷射晶片11～14的表面。這樣，表面側的電極圖案，因為是用以電氣連接半導體雷射晶片11～14與外部電路的配線構件，最好使用電阻小的金屬，一般例如厚度3.0μm(微米)以下的Au等的鍍金屬。
另一方面，相當於散熱面側的背面側的電極圖案中，金屬區塊30以焊錫61接合，在此情況下，表面以等間隔接合的半導體雷射晶片11～14的雷射輸出方向朝向合波器90，而且使合波器90到半導體雷射晶片11～14的距離相等接合。
(3) 金屬區塊30 半導體載子的金屬區塊30，係Cu(銅)、Fe(鐵)、Al等金屬、在陶瓷、樹脂等的絕緣體上覆蓋金屬等之物，使用傳導熱及電佳的材料。金屬區塊30，以焊接底座(submount)21～24的面作為表面(主面)，使表面朝向第1圖的Z軸正方向，以焊錫63接合至熱模組40。在此，金屬區塊30全部的面上形成鍍金屬30a，但不限於此。
鍍金屬30a中，為了使焊錫有效濕潤，例如使用厚度3.0μm(微米)以下的Au等的鍍金屬。第1實施形態中，由於以鍍金屬30a覆蓋金屬區塊30的側面，焊接金屬區塊30至熱模組40之際，從金屬區塊30的底面，往連接底面的側面，過剩的焊錫63濕潤上來。
(4) 熱模組40 熱模組40，把上部的吸熱部接收的熱，經由帕耳帖(Peltier)元件往下部的散熱部傳導，從散熱部排出。吸熱板及散熱板，例如由表面上具有鍍金屬的陶瓷構成。第1實施形態中，熱模組40，以接合金屬區塊30以及透鏡基底50的面作為表面，使表面朝向第1圖的Z軸正方向，以焊錫64接合至外殼80。藉此，半導體雷射晶片11～14，由熱模組40控制溫度，繼續的穩定動作成為可能。
又，熱模組40與金屬區塊30的焊接面(第1區域)中的鍍金屬40a，與透鏡基底50的焊接面(第2區域)中的鍍金屬40b，分別形成，又與外殼80的焊接面上形成鍍金屬40c。鍍金屬40a、40b、40c中最好使用相同的材料。鍍金屬40a、40b、40c，為了有效使焊錫擴大濕潤，例如使用厚度3.0μm(微米)以下的Au等。
第1實施形態中，鍍金屬40a、40b、40c，以比分別焊接的金屬區塊30、透鏡基底50以及外殼80的焊接面往XY平面的投影面積小的面積形成。焊錫63，擴大濕潤到鍍金屬40a、鍍金屬40b的全面，過剩的焊錫分別擴大濕潤到金屬區塊30與透鏡基底50的側面。另一方面，焊錫64，擴大濕潤到鍍金屬40c的全面，過剩的焊錫擴大濕潤到外殼80的底面。
(5) 透鏡基底50 透鏡基底50中，使用Cu(銅)、Fe(鐵)、Al(鋁)等金屬、陶瓷、樹脂等的絕緣體。與金屬區塊30不同，因為不是電、熱的傳導路徑，不是傳導熱及電佳的材料也沒問題。但是，透鏡基底50，以黏接透鏡51～54的面作為表面，此表面朝向第1圖的Z軸正方向，且往半導體雷射晶片11～14的雷射輸出方向以焊錫63接合。
透鏡基底50的焊接面上形成鍍金屬50a，為了在與鍍金屬50a連接的側面上也與鍍金屬50a連接，更形成鍍金屬50b。鍍金屬50a及鍍金屬50b，最好以相同材料形成。鍍金屬50a及鍍金屬50b中，為了使焊錫有效擴大，例如使用厚度3.0μm(微米)以下的Au等。第1實施形態中，連接透鏡基底50的鍍金屬50a的側面上，鍍金屬50a的全周，從連接鍍金屬50a的位置到0.5mm高度形成鍍金屬50b，焊錫63濕潤上去，與熱模組40接合。
(6) 透鏡51～54 透鏡51～54(透鏡52～54未圖示)，以玻璃或透明的樹脂形成，分別把各半導體雷射晶片11～14射出的雷射光集光。第1實施形態中，透鏡51～54的個數，是4個，但不限定於此。
(7) 焊錫61、62、63、64 焊錫61，分別接合在底座(submount)21～24的背面形成的電極圖案(未圖示)與金屬區塊30的表面。光半導體模組100的製造步驟中，利用焊錫61接合底座(submount)21～24至金屬區塊30的時刻，金屬區塊30還沒接合至熱模組40。因此，為了焊錫63接合時焊錫61不會再熔化，焊錫61的材料，最好是熔點比焊錫63高且熱傳導率大的金屬。一般的焊錫中，包含Sn(錫)、Pb(鉛)、Au(金)、Ag(銀)、Cu(銅)、Zn(鋅)、Ni(鎳)、Sb(銻)、Bi(鉍)、In(銦)、Ge(鍺)等，雖然使用其熔點未達450℃的合金，但焊錫61中，主要含有Au加上Sn、Ge等，最好使用其熔點250℃以上的合金。又，焊錫61的厚度，為了得到良好的散熱性，最好在0.1mm以下。
焊錫62，接合底座(submount)21～24表面上形成的電極圖案21b～24b與半導體雷射晶片11～14。利用焊錫62接合半導體雷射晶片11～14至底座(submount)21～24的時刻，係底座(submount)21～24還沒接合至金屬區塊30或接合至金屬區塊30後。因此，焊錫62的材料，最好熔點比焊錫63高且熱傳導率大的金屬，以免焊錫63接合時焊錫62再熔化。為了節省焊錫材料轉換的工夫，最好使用與焊錫61相同的材料。
又，接合底座(submount)21～24至金屬區塊30前，分別接合半導體雷射晶片11～14至底座(submount)21～24時，焊錫62的熔點最好比焊錫61高。因此，焊錫62中，含有Au加上Sn、Ge等，最好使用其熔點250℃以上的合金。又，焊錫62的厚度，為了得到良好的散熱性，與焊錫61相同，最好在0.1mm以下。
焊錫63，金屬區塊30以及透鏡基底50分別接合至熱模組40的表面上形成的鍍金屬40a、40b。利用焊錫63接合金屬區塊30的時刻，半導體雷射晶片11～14已使用焊錫62連接至底座(submount)21～24，底座(submount)21～24也已利用焊錫61接合至金屬區塊30的表面。於是，焊錫63的材料最好是比焊錫61、62低，熱傳導率大的金屬，以免焊錫63接合時焊錫61及焊錫62再熔融。因此，焊錫63中，最好使用Sn中含有Ag、Cu等，其熔點未達250℃的合金。
焊錫64，把熱模組40的背面上形成的鍍金屬40c，接合至外殼80的底面。使用焊錫64接合熱模組40至外殼80的時刻，金屬區塊30與透鏡基底50，未接合至熱模組40。於是，焊錫64的材料，最好是熔點比焊錫63高且熱傳導率大的金屬，以免焊錫63接合時焊錫64再熔融。因此，焊錫64中，含有Au加上Sn、Ge等，最好使用其熔點250℃以上的合金。又，焊錫64的厚度，為了得到良好的散熱性，與焊錫61、焊錫62相同，最好在0.1mm以下。又，為了節省焊錫轉換的工夫，最好使用與焊錫61、焊錫62相同的材料。
(8) 樹脂黏接劑71、72 樹脂黏接劑71，黏接透鏡基底50與透鏡51～54，又，樹脂黏接劑72，黏接外殼80與合波器90。使用樹脂黏接劑71、72黏接各自的構件的時刻，已使用焊錫61～64接合底座等的其他元件。於是，樹脂黏接劑71、72的材料，黏接需要的加熱溫度最好是比焊錫61～64的熔點、使用焊錫61～64接合的元件的耐熱溫度低的樹脂，以免黏接時焊錫61～64再熔融等，破壞接合的元件。如果是利用紫外線照射等的加熱以外的方法可以硬化黏接的樹脂的話更想理。又，第1實施形態中，以樹脂黏接劑71、72黏接的透鏡基底50與透鏡51～54之間、以及外殼80與合波器90之間，因為不是導通路徑，樹脂黏接劑71、72不必有導電性。
(9) 外殼80 外殼80，包括使用焊錫64接合熱模組40的平板狀的底部以及設置在底部外緣的複數的側部。又，如第1圖所示，在外殼80的1側部，設置射出部，用以引導由合波器90合波且波長多重化的雷射光至光纖(未圖示)，射出部，以透鏡81密封。
(10) 合波器90 合波器90，合波來自半導體雷射晶片11～14的射出光，輸出其合波光。從合波器90輸出的合波光，作為波長多重信號通過外殼80內備置的透鏡81，通過光纖等的光導波路傳送。代替合波器有時也使用分波器。
接著，關於利用如以上構成的第1實施形態的光半導體模組100得到的特有的效果，邊參照圖面邊說明。
包括如第1、2圖所示的複數的半導體雷射晶片11～14的光半導體模組100中，如上述，相較於習知的光半導體模組，透鏡基底50與透鏡51～54、合波器90等，必須裝載的元件更多。加上，像外殼80、熱模組40、金屬區塊30、底座(submount)21～24、半導體雷射晶片11～14，必須堆疊接合的元件也多。
特別在光半導體模組100中，因為需要將複數的半導體雷射晶片11～14的射出光合波，輸出其合波光，為了使半導體雷射晶片11～14、透鏡51～54與合波器90的相對距離總是固定，組裝非常重要，特別要求高精度。因此，包括複數的半導體雷射晶片11～14的光半導體模組100，藉由使用接合需要的加熱溫度不同的複數種類的接合材焊錫61～64、樹脂黏接劑71、72等，一般以複數的步驟依序組裝元件。
又，習知的光半導體模組中，焊接時裝載的元件，一般比被裝載的元件即焊接時成為下部的元件小。但是，第1實施形態的光半導體模組100中，為了儘可能將光半導體模組100小型化，因為縮小熱模組40，比起熱模組40的焊接面鍍金屬40a、40b，裝載於此的金屬區塊30及透鏡基底50的焊接面面積較大。即，比起裝載底座(submount)21～24的接合以及透鏡51～54需要的金屬區塊30及透鏡基底50的最低限度大小，把熱模組40更小型化，謀求光半導體模組100全體小型化。
但是，另一方面，由於使金屬區塊30以及透鏡基底50的焊接面面積比鍍金屬40a、40b更大，鍍金屬40a、40b與金屬區塊30以及透鏡基底50之間，過剩的焊錫63擴大濕潤的空間沒有了。因此，供給過剩的焊錫63，往熱模組40的上面冒出，成為錫球，有往周圍飛散的可能性。
因為從鍍金屬40a、40b與金屬區塊30以及透鏡基底50之間冒出等往周圍飛散的錫球，附著外殼80的側壁，與鍍金屬40a導通，或附著至外殼80的底面在之後的步驟黏接合波器90的預定空閒空間，合波器90變得不能黏接，是個問題。
而且，為了將光半導體模組100小型化，金屬區塊30、透鏡基底50、外殼80的側壁之間，只分離最低限度需要的距離，因為元件間的距離比習知窄，不能插入用以抽吸鍍金屬40a、40b與金屬區塊30以及透鏡基底50之間冒出的過剩焊錫63之噴嘴等。
加上，要避免供給過剩的焊錫63作為錫球往周圍冒出飛散等，減少焊錫63的供給量時，為了確認焊接部的接合狀態，雖然需要從焊接部的正側面或下側觀察接合部，但因為焊錫63的正側面、下側存在外殼80的底面、側壁，不能以目視觀察焊接部。因此，鍍金屬40a、40b與金屬區塊30以及透鏡基底50之間焊錫63不充分擴大濕潤，不能外觀檢查是否沒發生焊錫濕潤不良，不能發現焊錫濕潤不良品。
相對於此，第1實施形態的光半導體模組100中，由於分別在金屬區塊30全面形成鍍金屬30a，在連接至透鏡基底50的焊接面之側面上形成鍍金屬50b，供給過剩的焊錫63擴大濕潤到金屬區塊30及透鏡基底50的側面。因此，可以防止供給過剩的焊錫63成為錫球往周圍飛散等。
特別如第1實施形態所示，焊接步驟後像以樹脂黏接劑72黏接的合波器90的元件，存在於焊接部的近旁時，供給過剩的焊錫63成為錫球並飛散，附著至外殼80的底面之合波器90的黏接預定區域，合波器90變得不能黏接。因此，在金屬區塊30等的元件的側面設置焊錫擴大濕潤的鍍金屬，由於使焊錫往側面擴大濕潤，過剩的焊錫成為錫球往周圍飛散，可以防止附著至合波器90的黏接預定區域。
又，往金屬區塊30以及透鏡基底50的側面擴大濕潤的焊錫63，變得可以從外殼80上面的開口部以目視觀察。因此，藉由目視檢查焊錫63有無往金屬區塊30以及透鏡基底50的側面擴大濕潤，可以確認鍍金屬40a、40b與金屬區塊30以及透鏡基底50之間的焊接部中是否得到充分的焊錫濕潤。
又，第1實施形態中，金屬區塊30的全面形成鍍金屬30a，透鏡基底50中連接焊接面的側面上分別形成鍍金屬50b。但是，鍍金屬的形成區域不限於此，供給過剩的焊錫63全部往鍍金屬擴大濕潤，另外的形狀也沒關係。
第3A圖係第1圖所示的光半導體模組100使用的其他透鏡基底50之立體圖。第3A圖中，雖然透鏡基底50的底面與4個側面上分別設置鍍金屬50a、50b，但過剩焊錫擴大漏出的構成的話，不限於此。
例如，如第3B圖所示，透鏡基底50的底面與連接焊接面的側面對向的只有2面形成鍍金屬50b也可以。
又，如第3C圖所示，不是連接透鏡基底50的焊接面的側面全面，而是從連接焊接面的部分到數mm(第3C圖中1mm)的高度為止，形成鍍金屬50b也可以。特別是連接透鏡基底50的接合面的側面之對向第1圖的Y方向的只有兩面，從連接焊接面側到一半左右的高度為止形成鍍金屬50b時，可以防止往鍍金屬50b擴大濕潤的焊錫63附著至外殼80的側部的同時，可以防止濕潤擴大的焊錫妨礙透過透鏡51～54的雷射光的路徑。
如此的透鏡基底50的側面的鍍金屬構成，也可以應用於金屬區塊30的側面的鍍金屬構成。
又，第1實施形態中，雖然使金屬區塊30與透鏡基底50的焊接面面積比鍍金屬40a、40b的面積更大，但為了把光半導體模組小型化，其他的構成也可以。第4圖，係全體以150表示，本發明的第1實施形態的其他半導體模組往第1圖的II-II方向看時的剖面圖，第4圖中，與第1圖相同的符號，表示相同或相當的處所。光半導體模組150中，藉由一部分的底座(submount)21、24從金屬區塊30跑出而焊接，將金屬區塊30小型化，謀求光半導體模組150的小型化。
又，由於使裝載的元件大小比下部的元件更大，因為變得比焊接面積裝載的元件小，裝載的元件的熱難以傳至下部的元件。因此，如同第1實施形態的透鏡基底50，透鏡基底50裝載的透鏡51～54不發熱，接合部不成為散熱路徑的元件，如同金屬區塊30，由於金屬區塊30內熱擴散，雖然裝載於此的熱模組40中的焊接面積減少，但對於影響全體的熱阻不大的元件，最好應用此構成。
又，第1實施形態的光半導體模組100、150中，雖然金屬區塊30、透鏡基底50雙方形成長方體，但金屬區塊30、透鏡基底50的形狀不限於此。
第5A、5B圖，係從上看熱模組40中裝載的透鏡基底50之平面圖。如第5A圖所示，連接焊接面的側面上，為了看到鍍金屬40b的一部分，形成從表面貫通到背面的凹部55也可以。在此，凹部55，雖然中心軸是往Z軸延伸的半圓柱形狀，但角柱形狀等也可以，不限定於此。
又，如第5B圖所示，透鏡基底50的下方設置凹部57，透鏡基底50的YZ剖面形狀，形成往下凸的形狀，使透鏡基底50的背面的一方向的寬度比表面的同一方向的寬度狹，藉由在透鏡基底50對向的2個側面分別設置凹部57，使透鏡基底50在焊接面方向(第1圖的Z軸方向)的投影面積比鍍金屬40b大的同時，使實際的焊接面鍍金屬50a的面積比鍍金屬40b小也可以。
如第5A圖的構造，往Z軸方向看時，使鍍金屬40b的一部分露出。形成凹部55時，因為過剩焊錫63優先擴大濕潤至凹部55內，在凹部55的內部與鍍金屬40b，形成焊錫63的焊錫帶狀物。因此，透鏡基底50與熱模組40之間的焊接部強度增加，耐熱衝擊性提高，光半導體模組100可以長壽命化。
又，如第5B圖的構造，由於將透鏡基底50的YZ剖面形狀形成往下凸的形狀，鍍金屬40b與透鏡基底50之間的焊接面積雖然變得比透鏡基底50是長方體時小，但如同透鏡基底50不成為散熱路徑的元件的話不成問題。相反地，透鏡基底50的凹部57的側面焊錫濕潤擴大，在透鏡基底50的凹部57與鍍金屬40b中形成焊錫63的焊錫帶狀物，透鏡基底50與熱模組40之間的焊接部的耐熱衝擊性變大，光半導體模組100可以長壽命化。又，為了可以從外殼80的開口以目視觀察透鏡基底50與熱模組40之間的焊接部，設計凹部57的尺寸，藉此可以以目視確認鍍金屬40b與透鏡基底50之間的焊接部良否。
如以上的說明，第1實施形態的光半導體模組100、150中，比起金屬區塊30以及透鏡基底50的焊接面在XY平面中的投影面積，使熱模組40上形成的鍍金屬40a、40b的面積較小的同時，分別在金屬區塊30的側面形成鍍金屬30a，在透鏡基底50的側面形成鍍金屬50b。藉此，由於供給過剩的焊錫63擴大濕潤至鍍金屬30a、鍍金屬50b，可以防止從鍍金屬40a、40b與金屬區塊30、透鏡基底50之間冒出，或飛散的錫球，由於附著至周圍，元件間導通，附著至之後的元件的接合區域產生接合不良。
又，從外殼80的開口部可以外觀檢查往鍍金屬30a、鍍金屬50b擴大濕潤的焊錫63，根據目視，可以判定鍍金屬40a、40b與金屬區塊30、透鏡基底50之間的焊接部的濕潤性良否。
又，比起金屬區塊30及透鏡基底50，使鍍金屬40a、40b更小，相較於習知的光半導體模組，可以使熱模組40小型化。因此，可以縮小用以焊接熱模組40至外殼80需要的面積，可以使光半導體模組100全體小型化的同時，可以低成本化、高品質化。
接著，利用第6A～6E圖，說明關於本發明的第1實施形態的光半導體模組100的製造方法。此製造方法包含以下的步驟(a)～(e)。
步驟(a) 準備外殼80、熱模組40。在熱模組40的表面設置鍍金屬40a、40b。另一方面，在背面設置鍍金屬40c。於是，在N2 的空氣下，外殼80的底面上，利用焊錫64接合熱模組40。
其次，熱模組40的鍍金屬40a、40b中，裝載或供給焊錫63。焊錫63在熱模組40的鍍金屬40a、40b上預先以氣相沉積或電鍍等形成也沒關係。接著，如第6A圖所示，加熱板1上裝載外殼80。
步驟(b) 如第6B圖所示，光半導體模組100全體，從外殼80底部開始，以加熱板1，加熱至焊錫63的熔點以上、未達焊錫64的熔點的溫度，使焊錫63熔化。例如，焊錫64中使用熔點280℃的AuSn焊錫，焊錫63中使用熔點230℃的SnAgCu焊錫時，加熱板1的加熱溫度為270℃。
步驟(c) 如第6C圖所示，熔化的焊錫63上裝載分別以筒夾301、302保持的金屬區塊30與透鏡基底50，往熱模組40的方向加壓。藉此，往鍍金屬40a與鍍金屬30a、鍍金屬40b與鍍金屬50a，焊錫63濕潤擴大，再焊接。
又，比起金屬區塊30的鍍金屬30a、透鏡基底50的鍍金屬50a的面積，因為熱模組40上形成的鍍金屬40a、40b的面積較小，供給過剩的焊錫63擴大濕潤至鍍金屬30a、鍍金屬50a中分別不存在鍍金屬40a、40b的區域。此時，光半導體模組100中，因為分別在金屬區塊30全面形成鍍金屬30a，以及透鏡基底50的鍍金屬50a連接的側面形成鍍金屬50b，過剩的焊錫63，分別擴大濕潤至金屬區塊30的側面的鍍金屬30a、透鏡基底50的側面的鍍金屬50b的上面。藉此，過剩的焊錫63不會往金屬區塊30、透鏡基底50、熱模組40的外側跑出而附著至外殼80的側面、底面。
步驟(d) 如第6D圖所示，從加熱板1上取下外殼80，冷卻至周圍的溫度後，在熱模組40與透鏡81之間的外殼80的底面上，供給樹脂黏接劑72。此製造方法，因為供給過剩的焊錫63不會附著至外殼80的底面，可以供給樹脂黏接劑72沒問題。
步驟(e) 如第6E圖所示，樹脂黏接劑72上裝載合波器90。裝載合波器90的外殼80，放入恒溫槽，加熱至未達焊錫63的熔點，使樹脂黏接劑72硬化。恒溫槽等的溫度，例如130℃。因為外殼80的底面未附著焊錫63，防止合波器90如第7B圖所示一般傾斜，而可以黏接。
在此，第7A、7B圖，係顯示習知的光半導體模組的製造步驟剖面圖，分別對應本發明的第6D、6E圖。如第7A圖所示，因為在金屬區塊30、透鏡基底50的側面沒設置鍍金屬，過剩的焊錫63，從熱模組40的上面冒出，附著至外殼80的側壁。又，過剩的焊錫63，成為錫球，附著至外殼80的底面中合波器90的設置預定區域。因此，樹脂黏接劑72，附著在焊錫63上。此結果，如第7B圖所示，以樹脂黏接劑72黏接合波器90時，由於焊錫63的影響，合波器90又是傾斜，又是不能黏接。
於是，本發明的製造方法中，過剩的焊錫63，因為分別擴大濕潤至金屬區塊30的側面的鍍金屬30a、透鏡基底50的側面的鍍金屬50b上，過剩的焊錫63往金屬區塊30及透鏡基底50、熱模組40的外側跑出，不會附著至外殼80的側面或底面，因為金屬區塊30與外殼80的導通或附著至外殼80的底面的焊錫63，以樹脂黏接劑72黏接接合波器90時，可以防止合波器90傾斜等的不良。
又，往金屬區塊30以及透鏡基底50的側面擴大濕潤的焊錫63，可以從外殼80上面的開口部以目視觀察。如第6E圖所示，往金屬區塊30以及透鏡基底50的側面擴大濕潤的焊錫63，係焊錫63擴大濕潤到鍍金屬40a與鍍金屬30a、鍍金屬40b與鍍金屬50a的全面後，擴大濕潤至鍍金屬40a、40b不存在區域之過剩的焊錫63。因此，相反地供給焊錫63過少，即使焊錫63完全熔化擴大濕潤，也沒擴大濕潤到鍍金屬40a與鍍金屬30a、鍍金屬40b與鍍金屬50a的全面時，焊錫63不會往金屬區塊30以及透鏡基底50的側面擴大濕潤。因此，比起焊錫63擴大濕潤到鍍金屬40a與鍍金屬30a、鍍金屬40b與鍍金屬50a的全面所需要的焊錫量，供給過剩量的焊錫63，由於焊錫63往金屬區塊30及透鏡基底50的側面擴大濕潤，藉由外觀檢查焊錫是否充分擴大至接合面，可以判定焊接良否。
第2實施形態 第8圖，以200表示全體，係本發明的第2實施形態的光半導體模組之剖面圖，與第1圖相同的符號，表示相同或相當處所。第2實施形態的光半導體模組200，雖然基本上具有與第1實施形態的光半導體模組100相同的構成，但在以下的點不同。在此，關於不同點進行說明，關於相同的構成部分省略其說明。又，第8圖中，只圖示光半導體模組200的基本構成部分，關於其他構成部分省略圖示。
第2實施形態中，如第8圖所示，關於利用焊錫62焊接半導體二極體晶片15～18(半導體二極體晶片16～18未圖示)的底座(submount)21～24(底座22～24未圖示)，利用焊錫61焊接至金屬區塊30的側面，與第1實施形態的光半導體模組100構成不同。又，第8圖中，代替熱模組40，使用絕緣基板41。
本第2實施形態的光半導體模組200中，形成不是以LD(雷射二極體)而是以PD(光電二極體)構成半導體雷射晶片11～14之半導體二極體晶片15～18，相較於LD，動作中溫度不上升。因此，不必以熱模組40控制半導體二極體晶片15～18的溫度，鍍金屬41a與金屬區塊30之間的焊接面積即使縮小也沒問題。又，把熱模組40，從熱模組40換成絕緣基板41也可以。
再加上，由於接合底座(submount)21～24至金屬區塊30的側面，金屬區塊30的上面(第5圖的Z軸方向的面)可以接合像電容或放大器之光半導體模組200需要的其他元件28。這樣，藉由在金屬區塊30上配置元件28，可以把光半導體模組200全體更小型化。
1‧‧‧加熱板； 11、12、13、14‧‧‧半導體雷射晶片； 15、16、17、18‧‧‧半導體二極體晶片； 21、22、23、24‧‧‧底座； 21b、22b、23b、24b‧‧‧電極圖案； 28‧‧‧元件； 30‧‧‧金屬區塊； 30a‧‧‧鍍金屬； 40‧‧‧熱模組； 40a‧‧‧鍍金屬； 40b‧‧‧鍍金屬； 40c‧‧‧鍍金屬； 41‧‧‧絕緣基板； 41a‧‧‧鍍金屬； 50‧‧‧透鏡基底； 50a‧‧‧鍍金屬； 50b‧‧‧鍍金屬； 51、52、53、54‧‧‧透鏡； 55‧‧‧凹部； 57‧‧‧凹部； 61、62、63、64‧‧‧焊錫； 71、72‧‧‧樹脂黏接劑； 80‧‧‧外殼； 81‧‧‧透鏡； 90‧‧‧合波器； 100‧‧‧光半導體模組； 150‧‧‧光半導體模組； 200‧‧‧光半導體模組； 301、302‧‧‧筒夾。
[第1圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組之剖面圖； [第2圖] 係往II－II方向看第1圖的半導體模組時之剖面圖； [第3A圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組中使用的透鏡基底之立體圖； [第3B圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組中使用的透鏡基底之另一立體圖； [第3C圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組中使用的透鏡基底之另一立體圖； [第4圖] 係本發明的第1實施形態的另一光半導體模組之剖面圖； [第5A圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組中使用的透鏡基底之平面圖； [第5B圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組中使用的透鏡基底之側面圖； [第6A圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組的製造步驟之剖面圖； [第6B圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組的製造步驟之剖面圖； [第6C圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組的製造步驟之剖面圖； [第6D圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組的製造步驟之剖面圖； [第6E圖] 係本發明的第1實施形態的光半導體模組的製造步驟之剖面圖； [第7A圖] 係習知的光半導體模組的製造步驟之剖面圖； [第7B圖] 係習知的光半導體模組的製造步驟之剖面圖；以及 [第8圖] 係本發明的第2實施形態的光半導體模組之剖面圖。
11‧‧‧半導體雷射晶片
21‧‧‧底座
30‧‧‧金屬區塊
30a‧‧‧鍍金屬
40‧‧‧熱模組
40a‧‧‧鍍金屬
40b‧‧‧鍍金屬
40c‧‧‧鍍金屬
50‧‧‧透鏡基底
50a‧‧‧鍍金屬
51‧‧‧透鏡
61、62、63、64‧‧‧焊錫
71、72‧‧‧樹脂黏接劑
80‧‧‧外殼
81‧‧‧透鏡
90‧‧‧合波器
100‧‧‧光半導體模組

Claims (14)

  1. 一種半導體模組，在第1元件上接合第2元件，其特徵在於包括：第1元件，表面上具有第1鍍金屬；第2元件，具有在背面及側面連續設置的第2鍍金屬；以及焊錫，用以接合上述第1鍍金屬及上述第2鍍金屬；其中，垂直投影上述第2元件的背面在上述第1元件的表面上的投影區域內包含上述第1鍍金屬；往設置在上述第2元件的側面的上述第2鍍金屬的上面，上述焊錫擴大濕潤；上述第1元件，是熱模組或絕緣基板；上述第2元件，是焊接至底座的光半導體元件被焊接至表面或側面的半導體載子。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的半導體模組，其中，上述第1元件的第1鍍金屬在第1區域及第2區域形成；與接合上述第2元件的上述第1區域不同的上述第2區域中，具有在背面及側面連續設置的第3鍍金屬之第3元件，以焊錫接合；垂直投影上述第3元件的背面在上述第1元件的表面上的投影區域內，包含上述第1鍍金屬的上述第2區域；往設置在上述第3元件的側面的上述第3鍍金屬的上面，上述焊錫擴大濕潤。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的半導體模組，其中，上述第1元件，是熱模組或絕緣基板；上述第2元件，是固定至底座的光半導體元件被焊接至表面或側面的半導體 載子；上述第3元件，是表面固定有透鏡的基底方塊。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的半導體模組，其中，上述第2元件的側面的第2鍍金屬，設置在上述第2元件的至少一部分側面上。
  5. 如申請專利範圍第2或3項所述的半導體模組，其中，上述第3元件的側面的第3鍍金屬，設置在上述第3元件的至少一部分側面上。
  6. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的半導體模組，其中，上述第2元件的側面上，包括從表面貫通到背面的凹部，其內部也設置上述第2鍍金屬。
  7. 如申請專利範圍第2或3項所述的半導體模組，其中，上述第2元件的側面上，包括從表面貫通到背面的凹部，其內部也設置上述第2鍍金屬；及/或上述第3元件的側面上，包括從表面貫通到背面的凹部，其內部也設置上述第3鍍金屬。
  8. 如申請專利範圍第1至3項中任一項所述的半導體模組，其中，使上述第2元件的背面在一方向的寬度比表面在同一方向的寬度窄，上述第2元件對向的2個側面上分別設置凹部，其內部也設置上述第2鍍金屬。
  9. 如申請專利範圍第2或3項所述的半導體模組，其中，使上述第2元件的背面在一方向的寬度比表面在同一方向的寬度窄，上述第2元件對向的側面上分別設置凹部，其內部也設置上述第2鍍金屬；及/或使上述第3元件的背面在一方向的寬度比表面在同一方向的寬度窄，上述第3元件對向的側面上分別設置凹部，其內部也設置上述第3鍍金屬。
  10. 如申請專利範圍第1或3項所述的半導體模組，其中，接合上述第1鍍金屬與上述第2鍍金屬的焊錫之熔點，比接合上述半導體載子與上述底座的焊錫以及接合上述底座與上述半導體元件的焊錫之熔點低。
  11. 如申請專利範圍第3項所述的半導體模組，其中，更包括：外殼；以及分波器，設置在上述外殼的底面；其中，從上述光半導體元件射出的光，通過上述透鏡，入射至上述分波器。
  12. 一種半導體模組的製造方法，其特徵在於包含：準備表面上具有第1鍍金屬的絕緣基板或熱模組之步驟；準備焊接光半導體元件的底座接合至表面或側面，在背面及側面連續設置第2鍍金屬的半導體載子之步驟；對上述第1鍍金屬的上面供給銲錫之步驟；熔化上述銲錫之步驟；藉由使上述半導體載子的背面接觸上述焊錫往上述第1鍍金屬方向加壓，使上述焊錫擴大濕潤直到上述半導體載子的側面上設置的上述第2鍍金屬的上面為止之步驟；以及上述絕緣基板或熱模組的表面上垂直投影上述半導體載子背面的投影區域內，在包含上述第1鍍金屬的位置使上述焊錫凝固之步驟。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的半導體模組的製造方法，其中，上述絕緣基板或熱模組的上述第1鍍金屬，設置在第1區域與第2區域，接合上述半導體載子至上述第1區域，更包括：準備基底方塊的步驟，固定透鏡至表面上，背面及側面上連續設置第3鍍金 屬；對上述第2區域的上述第1鍍金屬的上面供給焊錫的步驟；熔化上述焊錫的步驟；使上述基底方塊的背面接觸上述焊錫，藉由往上述第1鍍金屬的方向加壓，使上述焊錫擴大濕潤到上述基底方塊的側面上設置的上述第3鍍金屬的上面為止的步驟；以及上述絕緣基板或熱模組的表面上垂直投影上述半導體載子的背面的投影區域中，在包含上述第1鍍金屬的上述第2區域的位置使上述焊錫凝固的步驟。
  14. 如申請專利範圍第12或13項所述的半導體模組的製造方法，其中，對上述第1鍍金屬的上面供給的焊錫的熔點，比其他焊錫的熔點低。
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