WO2007119671A1 - サブマウントおよびその製造方法 - Google Patents

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submount
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optical element
metallization
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Shohei Hata
Eiji Sakamoto
Naoki Matsushima
Hideaki Takemori
Masatoshi Seki
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Hitachi, Ltd.
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    • H01L33/64—Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/641—Heat extraction or cooling elements characterized by the materials

Definitions

  • the present invention relates to a structure of a submount and a manufacturing method thereof, and more particularly to a submount suitable for mounting a surface emitting light element such as a semiconductor light emitting element and efficiently condensing light in the light emitting direction of the element.
  • the present invention relates to an optical module in which an optical element is mounted on a mount and a submount, and a manufacturing method thereof.
  • LEDs Light Emitting Diodes
  • an LED is mounted on a plastic case, and a microlens or the like is placed in the middle of the optical path to collect light, or the entire board on which the LED and LED are mounted is molded with a transparent resin.
  • a transparent resin By finishing the surface of the oil to a smooth spherical surface, etc., it was possible to concentrate the grease using the lens as a lens.
  • Light-emitting components equipped with such LEDs are used for, for example, electronic bulletin boards, large video screens, traffic lights, and illuminators.
  • LEDs consume less power than conventional light bulbs and have a longer light-emission life than light bulbs, they can be used in a wide range of applications such as electric lights, interior lighting, automobile lighting, and backlights for LCD screens. Application to the lighting field is expected.
  • Patent Document 1 As a technique related to this type of submount, for example, Patent Document 1 can be cited.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-183558
  • a lens For light ⁇ light, a lens is usually used. However, if a lens is used for each LED element, the cost increases and the product price increases, and a support for fixing the lens on the LED element is also required.
  • a typical submount as described below is provided to achieve the above object. That is,
  • the optical substrate mounting portion of the first substrate is aligned so as to be positioned inside the through hole of the second substrate, and the first substrate and the second substrate are joined together.
  • the first substrate is a substrate mainly composed of an insulator
  • the wiring section includes a first wiring section that feeds power to one electrode terminal of the light emitting element mounted on the optical element mounting section, and the other electrode of the light emitting element that is provided adjacent to the first wiring section.
  • An electrode metallization having a second wiring part for feeding power to the terminal,
  • the bonding of the first substrate and the second substrate is performed by anodic bonding of a bonding metallization provided in a region different from the region where the wiring portion is exposed on one main surface of the first substrate. Formed by the submount or
  • the second substrate is a laminated substrate that is formed by bonding a glass plate and a silicon plate, and is formed in a through hole provided in the laminated substrate.
  • the optical device mounting portion wherein the optical device mounting portion provided on the first substrate is aligned so that the glass plate of the first substrate and the second substrate are bonded to each other. A submount is provided.
  • first metal substrate and the second substrate are bonded together by bonding the metallization of the first substrate and the glass of the second substrate by anodic bonding. It is possible to join them, contributing to rational production of these submounts and contributing to the provision of inexpensive submounts.
  • an optical element typified by an LED can be mounted at a high density, light can be efficiently collected, and a low-cost LED with high heat dissipation.
  • An optical module in which an optical element is mounted on the submount can be provided.
  • a submount can be manufactured by anodic bonding.
  • Anodic bonding is a technique suitable for bonding wafers and plate-like objects, and can reduce manufacturing costs and provide inexpensive submounts.
  • FIG. 1 shows an exploded view of the minimum structural unit portion of the submount according to the present invention in order to show the image of the finished product after processing, bonding, and cutting
  • FIG. 1 (a) shows the bonding
  • FIG. 1B is a perspective view of the first substrate 4 before bonding
  • FIG. 1B is a perspective view of the first substrate 1 before bonding.
  • Reference numeral 5 denotes a through hole
  • reference numeral 6 denotes a reflective film provided on the wall surface of the through hole.
  • FIG. 2 shows a state in which the first substrate 1 and the second substrate 4 are aligned and both the substrates 1 and 4 are joined.
  • 3 is a perspective view of the submount 100
  • FIGS. 3 (a) and 3 (b) are top views showing the states of both substrates (wafers) 1 and 4 before alignment
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the submount 100 cut and separated from the bonded substrate as a portion of the smallest structural unit (X-X in Fig. 2, corresponding to the cross section), and Fig. 5 is an optical view of the submount 100.
  • FIG. 6 shows the optical element 7 mounted on the submount 100 in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a light emission direction when the light is emitted.
  • an optical element mounting portion 2A is provided on the first substrate 1, and one of the optical elements mounted on the optical element mounting portion 2A is provided.
  • An electrode metallization 2 comprising: a first wiring part 2a for supplying power to the other terminal; and a second wiring part 2b adjacent to the first wiring part 2a and electrically separated and supplied to the other terminal of the optical element; Bonded metallized 3 is formed, which is thicker than electrode metallized 2 so that the surface height is higher than that of electrode metallized 2. For practical purposes, bonded metallized 3 and electrode metallized 2 are formed.
  • the difference in thickness between the metallization 3 and the metallized metal 3 is thicker than that of the electrode metallized 2, so that even if there is some unevenness on the pattern surface of the electrode metallized 2, Since the height of size 3 is higher than electrode metallization 2, Stable anodic bonding is performed.
  • a through hole 5 is formed in the second substrate 4, and a reflective film 6 is formed on the inner surface (wall surface) of the through hole 5.
  • All the power of the optical element mounting portion 2A is aligned so as to be within the through hole 5 of the second substrate 4.
  • the bonding metallization 3 on the first substrate 1 is directly adhered and bonded to the second substrate 4.
  • this bonding is performed by anodic bonding, but may be performed by an adhesive or the like.
  • Electrode metallization 2 has a lower height (thinner thickness) than bonding metallization 3, and does not hinder bonding. Anodic bonding will be described later in this embodiment.
  • the first substrate 1 is excellent in insulation and high in the main component such as silicon carbide or aluminum nitride.
  • a ceramic material having thermal conductivity is preferred.
  • the calorific value of the optical element 7 mounted on the submount of the present invention and in this case, a ceramic material mainly composed of oxyaluminum oxide, silicon nitride, etc. can be used.
  • Electrode metallization 2 there is a TiZPtZAu multilayer thin film that combines Ti to protect the ceramics, Pt that protects Ti, and Au that prevents surface oxidation and improves the connectivity with solder, etc. Is preferred.
  • metal thin films such as Ti / Ni / Au, Cr / Ni / Au, Ti / Cu, Cr / Cu, and the like are not limited to combinations with these metals.
  • the thickness of these metal thin films is, for example, Ti (0.1 ⁇ m) / Pt (0.2 ⁇ m) ZAu (0.2 to 0.5 ⁇ m), etc., and the total thickness of the electrode metallization 2 is preferably 1 ⁇ m or less. .
  • the bonding metallization 3 a metal laminated thin film of TiZ A1 in which Ti and A1 combined to obtain adhesion with ceramics is suitable.
  • the bonding between the first substrate 1 and the second substrate 4 is not limited, but anodic bonding is often used.
  • metallization combining TiZ A1 is suitable for anodic bonding. It is. The reason for this will be explained in detail in the description of anodic bonding.
  • the metallization 3 is referred to as a bonding metallization in the present invention as a metallization for obtaining a bond with the second substrate.
  • the thickness of this metallization is Ti (0.1 ⁇ m) ZA1 (1 to 10 ⁇ m), and the total thickness is 1 ⁇ m or more.
  • borosilicate glass called Pyrex (registered trademark of heat-resistant glass) is suitable. This is because, for example, when silicon carbide ceramics is used for the first substrate 1, the thermal expansion coefficient is usually 3.7 X 10_ 6 , and for Pyrex glass having a thermal expansion coefficient of 3.3 X 10_ 6 This is because the residual stress S due to thermal expansion mismatch is reduced after bonding, and there is less risk of breakage.
  • Pyrex registered trademark of heat-resistant glass
  • the reflective film 6 on the inner surface of the through hole 5 of the second substrate 4 is preferably TiZAl (surface is A1). This is because A1 has a characteristic of reflecting various wavelengths relatively uniformly.
  • the configuration of the reflective film is not limited to this when the reflected light may be colored.
  • the thickness of the reflective film is not particularly limited.
  • a metal thin film such as TiZPtZAu is formed on the first substrate 1 using a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
  • the shape of the electrode metallization 2 to be left is formed with a photoresist mask pattern using photolithography technology.
  • the mask pattern is removed by cleaning or the like.
  • Joining metallization 3 (TiZAl) is also formed using a similar method.
  • a special solution etching method or a lift-off method for forming such a metallized pattern.
  • lift-off a photoresist pattern is formed in a portion other than the formation of the metallization pattern, and the metallization is deposited thereon by sputtering or vapor deposition. Thereafter, excess metallization on the resist is removed, and the resist is washed away with a solution to form a pattern.
  • a pattern of the opening of the through hole 5 is formed with a resist.
  • the pattern shape of the opening is a square with rounded corners, but this may be a round shape or an elliptical shape. That is, the same applies to the following embodiments as long as the design is made according to the arrangement of the optical element 7 and the intensity of the collected light.
  • the shape of the inner wall of the through-hole 5, the inclination angle, etc. can be formed to some extent by controlling the material of the sand particles used, the particle size distribution, the flow velocity at which the sand particles are sprayed, etc.
  • the emitted light from the light emitting element 7 can be efficiently emitted to the outside.
  • the unevenness of the shaved surface is large. Even when the reflective film 6 such as A1 is formed from above, the unevenness may cause irregular reflection of light.
  • resin is applied as an underlayer, or a metal thin film is formed on the inner surface of the through hole, and then plating is performed by controlling the crystal grain growth. It is also possible to reduce the unevenness of the inner surface of the through hole to some extent. As described above with respect to the material of the reflective film 6, if the plating film on the inner surface of the through hole 5 can sufficiently reduce unevenness and there is no problem in the light reflection characteristics, the plating film itself is substantially removed.
  • the reflective film 6 (a metal thin film such as Ti / Al) is formed by a method such as sputtering or vapor deposition while the portions other than the through holes 5 of the substrate 4 are covered with the photoresist.
  • a film on the inner surface of the through hole by forming a film having a larger direction at the opening of the through hole 5.
  • FIG. 3 (a) and (b) are top views of the first and second substrates, respectively, and FIG. 3 (c) is a plan view of the upper force of the second substrate 4 after alignment. It is shown.
  • the optical element mounting portion 2 A of the electrode metallized 2 is aligned so as to be positioned inside the through hole 5 of the second substrate 4.
  • a through hole is formed in the second substrate 4 in addition to the portion where the optical element is mounted so that a part of the wiring portion of the electrode metallization 2 is located in the through hole. Keep it.
  • first substrate 1 and the second substrate 4 are bonded by anodic bonding.
  • anodic bonding will be described below.
  • Anodic bonding is generally a technique in which a glass substrate and a silicon substrate are superposed and directly bonded. Both are superposed and heated to several hundred degrees. In this state, a voltage is applied so that the glass side is normally negative and the silicon side is positive. As a result, a strong electric field is generated in the glass, and the cation with a small atomic radius such as Na contained in the glass is forcibly diffused to the negative electrode side, and the glass substrate in the vicinity of the bonding interface is diffused. It is said that a cation-deficient layer is formed. Since this cation-deficient layer is negatively charged, a stronger electrostatic attractive force is generated near the junction interface. The electrostatic attractive force causes the glass substrate and the silicon substrate to adhere firmly.
  • the bonding metallization 3 of the present embodiment is formed so as to be all connected on the first substrate 1 so as to surround the outer periphery of the pattern group of the electrode metallization 2.
  • one probe is pressed against the outer periphery of the first substrate 1 and energized, and the other probe is pressed against the upper surface of the glass of the second substrate 4 and heated to about 400 ° C.
  • the junction metallization 3 of the first substrate 1 becomes almost equipotential, and a strong electric field is generated between the other probe on the second substrate 4. Anodic bonding is performed by this electric field.
  • the outermost surface of the junction metallization 3 formed on the first substrate 1 is aluminum, titanium, dinoleum, hafnium, tungsten, molybdenum, chromium, vanadium, magnesium, iron, etc.
  • the metal can be.
  • FIG. 2 is a perspective view of one of the submounts 100, which is a minimum unit separated and separated in this manner, and FIG. 4 is a cross-sectional view thereof.
  • an optical element 7 such as an LED is mounted on the optical element mounting portion 2A of the submount 100, and one terminal of the optical element 7 is connected to a bonding agent 8 (solder, conductive adhesive).
  • the optical element 7 obtains an electrical connection.
  • the lateral component of the light emitted from the optical element 7 is transmitted through the through hole of the second substrate 4 as shown in FIG.
  • the light is reflected by the reflective film 6 provided on the inner wall surface of 5 and condensed to the outside.
  • the optical element 7 mounted on the submount 100 is not limited to an optical element that emits the same wavelength.For example, a combination of various LED elements with different wavelengths such as red, green, and blue generates white light. Or, it is possible to arbitrarily control the color tone of light.
  • the submount 100 of the present embodiment has a structure in which four optical elements 7 are mounted.
  • the number of optical elements mounted on the submount depends on the application that is not particularly limited. Just design. There are cases where a large number of optical elements are mounted at a high density, or when a sufficient amount of light can be obtained with a single optical element, this is a submount in which one optical element 7 is mounted in the through hole 5. Also good. The same applies to the number of optical elements to be mounted in the following embodiments.
  • the lower surface of the first substrate 1 is formed on a printed circuit board, a ceramic substrate, a metal substrate, etc. using a conductive adhesive, solder, or the like. Connect and use.
  • the electrical connection is made by connecting the electrode metallization 2 (terminals of the wiring portions 2a and 2b) existing on the outer periphery of the submount 100 by wire bonding or the like.
  • the light-emitting component in which the optical element 7 is mounted on the submount 100 can be applied to all products that require light such as electric lights, various traffic lights, indoor lighting, automobile lighting, and backlights for liquid crystal screens. .
  • the wavelength of the synthesized light can be controlled by changing the power of each optical element.
  • the wavelength of the synthesized light can also be applied to illumination lights and advertising lights.
  • FIG. 7 is an exploded view of the submount 100. Also in this embodiment, the minimum structural unit of the submount is extracted and shown. That is, FIG. 7 (a) shows the second substrate 4 before bonding, and FIG. 7 (b) shows the first substrate 1 before bonding. In the actual manufacturing process, Example 1 is shown. Similarly to the above, the submount shown in the drawing can be manufactured by processing, bonding, and cutting the wafer or the plate-like first and second substrates 1 and 4 together. The same applies to the following embodiments.
  • a through hole 10 is formed in the outer periphery of the region where the optical element mounting portion 2A of the first substrate 1 made of silicon carbide ceramics or the like is formed.
  • a resist pattern (not shown) with an empty portion (in the figure, it is a semicircle because it is an image cut at the center of the hole) is formed, and a through hole is formed using sandblasting or the like.
  • the electrode metallization 2 is formed on the entire surface of the first substrate 1 by a method such as sputtering. At this time, metallization is also formed inside the through hole 10.
  • a resist pattern is formed again on the first substrate 1, and an electrode metallization having a first wiring portion and a second wiring portion having an optical element mounting portion 2A as in Example 1 by a method such as milling.
  • the bonding metallization 3 is also formed on the first substrate 1 by the same method.
  • a lower electrode metallization 2 B is formed on the lower surface of the first substrate 1 so as to be connected to each through hole 10.
  • the first wiring portion provided with the optical element mounting portion 2A and the second wiring portion provided adjacent thereto are provided.
  • the pattern shape of the electrode metallization pattern 2 is substantially the same as the pattern of the bottom electrode metallization pattern 2B in FIG. 8, and one end portions of the first and second wiring portions are independently connected to each through hole 10.
  • the pattern of the joint metallization 3 is laminated on the electrode metallization 2 except for the optical element mounting part 2A on the substrate surface and a part of the second wiring part facing it.
  • the through hole 5 and the reflective film 6 are formed in the second substrate 4 as in the first embodiment.
  • the materials of the substrate 4, the electrode metallization 2, the bonding metallization 3, the reflective film 6 and the like are the same as those in the first embodiment.
  • the first substrate 1 and the second substrate 4 are joined by at least the optical element mounting portion 2A of the first substrate 1 being the second substrate. After positioning so as to be disposed in the four through holes 5, these two substrates are bonded by anodic bonding, but a bonding agent such as solder or an adhesive may be used.
  • the glass of the glass of the second substrate 4 and the aluminum (A1) of the surface of the bonding metallization 3 on the first substrate 1 are strongly bonded to each other by the reaction of oxygen in the glass and A1 by anodic bonding. Therefore, anodic bonding is suitable for this structure.
  • bonding is performed by bringing the anode of the bonding device into contact with the lower surface of the first substrate 1 and pressing the cathode of the bonding device against the upper surface of the second substrate.
  • the electrode metallization 2B on the lower surface and the electrode metallization 2 on the upper surface of the first substrate via the electrode metallization on the side surface (inner surface of the through hole 10) The formed joint metallization 3 is energized.
  • a strong voltage is applied between the junction metallization 3 and the cathode of the joining apparatus, that is, the second substrate 4 to perform anodic bonding.
  • the minimum structural unit of the submount having the bonded substrate force is cut at the center of the vertical and horizontal through holes 10 located around the outer wall portion of the through hole 5 of the second substrate 4.
  • the through-hole 10 was originally a through-hole formed in the first substrate (wafer) 1, but in the figure, it is halved by cutting.
  • the through hole 10a is connected to the first wiring portion having the optical element mounting portion 2A of the electrode metallized 2
  • the through hole 10b is connected to the second wiring portion.
  • FIG. 9 shows a top view of the optical element 7 after it is mounted on the submount 100
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view taken along the line Y— of FIG.
  • the optical element 7 is mounted on the electrode metallized 2 (the optical element mounting part on the first wiring part 2a) by the bonding agent 8, and one electrode of the optical element is connected to the first wiring part 2a.
  • the bonding agent 8 a solder, a conductive adhesive, or the like can be used.
  • the other electrode of the optical element is connected to the first wiring portion 2b by the wire bonding 9.
  • Electrode metallization 2 is designed according to the electrode of the optical element and connected by solder, conductive adhesive, etc.
  • solder, conductive adhesive, etc. are used on a printed circuit board, ceramic substrate, or a substrate made of metal and having a circuit formed by an insulating portion.
  • the lower electrode metallization 2B on the lower surface of the first substrate is connected and used.
  • FIG. 11 corresponds to FIG. 9, and FIG. 12 corresponds to FIG.
  • a substrate in which silicon 11 and pyrex glass 12 are bonded in advance by a method such as anodic bonding is used.
  • a method such as anodic bonding is used.
  • a mask is fabricated on a silicon wafer having the (100) plane as a surface by photolithography.
  • the mask is such that the etched portion becomes an opening.
  • an etching solution of an appropriate concentration a hole with a (111) plane appearing on the surface is formed, where the etching rate of the (111) plane, which is the most dense surface of silicon, is slow.
  • the (111) plane forms a slope of 54.7 degrees with the (100) plane, so it looks like the figure.
  • the underlying Pyrex glass 12 is left unetched. Covering the back side with a mask and etching the glass with hydrofluoric acid or the like can also etch the Pyrex glass on the bottom of the silicon hole to form the through hole 5. it can. Thereafter, the reflective film 6 is formed.
  • Example 2 the first substrate 1 and the second substrate 4 are aligned, brought into contact with the bonding metallization 3 on the first substrate, and fixed with a jig or the like. Then, the cathode of the bonding apparatus is pressed onto the silicon 11 to perform anodic bonding. Voltage is intensively applied to the glass 11 and anodic bonding can be performed. Finally, the optical element 7 is mounted and connected by wire bonding 9 to supply power to the optical element 7.
  • Example 4 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to Figs.
  • the substrate used, the material of the metallization, the processing process, etc. are the same as in the previous examples.
  • the feature of this example is that the upper and lower surfaces of the first substrate 1 are electrically connected by the electrode metallization 2 in the through hole 10 and the electrode metallization of the optical element 7. 2 is to form an electrode metallization 2 and a junction metallization 3 which are different from the power supply to the optical element.
  • the second substrate 4 and the bonding metallization 3 are bonded, the optical element 7 is mounted, and finally the glass plate 13 and the bonding metallization 3 formed on the upper surface of the second substrate 4 are bonded.
  • the optical element 7 can be sealed in the submount 100.
  • a glass plate 13 such as Pyrex glass is formed on the joint metallization 3 (FIG. 14) previously formed on the second substrate 4. Press and join. It is possible to apply anodic bonding for the bonding at this time. There is a concern that the optical element may be damaged by voltage application. For example, the positive and negative electrode metallizations 2 connected to the optical element should be short-circuited by using a part that is cut in a subsequent cutting process. Thus, it is possible to prevent a voltage from being applied to the optical element.
  • modules equipped with an optical element that suppresses the intrusion of outside air is completed.
  • Such modules are suitable for use in harsh environments, for example when corrosive outside air is present.
  • a glass plate 13 such as Pyrex glass is formed on the second substrate 4, and the outside air is mounted on the optical element. Force that prevents entry into part 2A A member that transmits light from the light emitting element instead of Pyrex glass can be replaced with another member.
  • Example The submount 100 also has a structure that suppresses intrusion of outside air as in the fourth embodiment, and uses a substrate bonded with silicon and pyrex glass as the second substrate 4 as in the third embodiment.
  • the optical element 7 is mounted on the optical element mounting part of the submount, one electrode terminal of the optical element is connected to the first wiring part of the electrode metallization 2 by the bonding agent 8, and the other electrode terminal is connected to the wire bonder.
  • the glass plate 13 is bonded onto the silicon 11.
  • This bonding is preferably anodic bonding, but an adhesive, solder, or the like may be used. Further, in order to improve the bonding property, it is possible to form the bonding metallized 3 on the silicon 11 in advance.
  • the present invention is a submount for mounting LED elements, and can be applied to various lighting fixtures, traffic light, electric bulletin board, liquid crystal screen backlight, and the like. In addition, it can be used in harsh environments such as corrosive environments where the entry of outside air is suppressed.
  • an optical element that emits red or infrared light it may be used in a heater or dryer that uses radiant heat of light.
  • an optical element that emits light containing blue or ultraviolet light it may be applied to a photosensitive resist exposure machine lamp or a tanning lamp in photolithography technology.
  • FIG. 1 is a perspective view of a first substrate and a second substrate constituting a submount according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a submount according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the substrate showing the manufacturing process of the submount according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of FIG. 2 as a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a process of mounting an optical element on the submount of FIG. 4 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state where a light-emitting element is turned on by supplying power to a submount on which the optical element of FIG. 5 is mounted according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of a first substrate and a second substrate constituting a submount according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a perspective view showing the back surface of the first substrate in the submount of FIG. 7 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a plan view showing a state in which an optical element is mounted on the submount of FIG. 7, which is a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line YY ′ of FIG. 9 which is a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view of a state where an optical element is mounted on a submount according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of FIG. 9 as a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view of a first substrate and a second substrate constituting a submount according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view taken along the line Z-- of FIG. 13 showing a state where an optical element is mounted on and mounted on the submount of FIG. 13 in the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a state where the upper surface of the submount in FIG. 14 is sealed with a glass plate 13 in the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state where an optical element is mounted on a submount and mounted in a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a state where the upper surface of the submount in FIG. 16 is sealed with a glass plate 13 in the fifth embodiment of the present invention.

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Abstract

　放熱性に優れ、ウェハ状で一括して形成することのできる光素子搭載用サブマウントを提供する。 　絶縁物を主体とした第一の基板の表面に、光素子搭載部と配線部からなる電極メタライズが形成され、第二の基板としてガラス基板に貫通穴が形成され、前記第一の基板の光素子搭載部が、前記第二の基板の貫通穴の内部に位置するように位置合わせされ、第一の基板と第二の基板を陽極接合などの方法を用いて接合する。

Description

明 細 書
サブマウントおよびその製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、サブマウントの構造及びその製造方法に係り、特に半導体発光素子な どの面発光光素子を実装し、光を効率的に素子の発光方向に集光させるのに好適 なサブマウント、サブマウントに光素子を搭載した光モジュールおよびその製造方法 に関する。
背景技術
[0002] 面発光光素子、特に LED (Light Emitting Diode)は、近年、特性改善が図られ、用 途拡大への期待が高い。従来は、プラスチックのケースに LEDを実装し、マイクロレ ンズなどを光路の途中にぉ 、て集光させたり、 LEDおよび LEDを実装した基板の全 体を、透明な榭脂でモールドし、榭脂の表面を滑らかな球面などに仕上げることで、 榭脂をレンズとして使用して集光させたりして 、た。このような LEDを実装した発光部 品は、例えば電光掲示板や、大型の映像用の画面、信号機のライト、イルミネーショ ンなどに使用されている。
[0003] しかし、 LEDは消費電力が従来の電球に比べて少ないこと、発光寿命も電球に比 ベて長いことから、電灯、室内照明、自動車照明、液晶画面用のバックライトなど、幅 広 、照明分野への適用が期待されて 、る。
[0004] なお、この種のサブマウントに関連する技術としては、例えば特許文献 1が挙げられ る。
[0005] 特許文献 1 :特開 2005— 183558号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] このような照明分野への適用においては、多数の LEDを平面状にまとめて発光さ せて、光を集光させる必要がある。その理由は、一つの LED素子では、光の強度が 電球に比べるとまだ弱いためである。しかし、従来の榭脂などを使用してモールドし た LED素子では、 LED素子を高密度に並べるには限界がある。 [0007] また、 LED素子の出力が大きくなるほど、 LED素子の温度上昇が起こりやすくなり
、発光効率の低下を招きやすい。したがって、高出力の LED素子を高密度に実装し
、かつ光を効率的に集光させることが、 LED素子をライト、照明など多方面への適用 のためには必要である。
[0008] 光^^光するには、通常、レンズが使用される。し力し、 LED素子一つ一つにレン ズを使用すると、コストがかかり製品価格が高くなるし、レンズを LED素子上で固定す るための支持具も必要となる。
[0009] さらに、安価な光素子搭載用サブマウントを製造するためには、部材費、加工費の 低減と同時に、ウェハ状の基板で一括して多数の製品を製造するなど、生産の合理 ィ匕も必要である。
課題を解決するための手段
[0010] 本発明によれば、上記課題を達成するために、以下に記述するような代表的なサ ブマウントが提供される。すなわち、
(1) .光素子を搭載する光素子搭載部と光素子に給電する配線部とがー主表面に形 成された第一の基板と、
ガラス基板に貫通穴が形成された第二の基板と、
前記第一の基板の光素子搭載部が、前記第二の基板の貫通穴の内部に位置する ように位置合わせされ、前記第一の基板と前記第二の基板とが接合されて ヽるサブ マウントにおいて、
前記第一の基板は、絶縁物を主体とする基板からなり、
前記配線部は、光素子搭載部に搭載される発光素子の一方の電極端子に給電す る第一の配線部と、前記第一の配線部に隣接して設けられ前記発光素子の他方の 電極端子に給電する第二の配線部とを有する電極メタライズからなり、
前記第一の基板と前記第二の基板との接合が、前記第一の基板の一主表面にお ける前記配線部が露出される領域とは別の領域に設けられた接合メタライズの陽極 接合により形成されて 、るサブマウントあるいは、
(2) .前記（1)に記載のサブマウントにおいて、第二の基板が、ガラス板とシリコン板と を貼り合わせた積層基板カゝらなり、前記積層基板に設けられた貫通穴の内部に前記 第一の基板に設けられた光素子搭載部が位置するように位置合わせされ、前記第一 の基板のガラス板と前記第二の基板とが接合されていることを特徴とする光素子搭載 用サブマウントが提供される。
(3) .さらに、前記第一の基板の接合メタライズと第二の基板のガラスが陽極接合によ り接合されることにより、ウェハ状の第一の基板と第二の基板とを一括して接合するこ とが可能となり、これらのサブマウントの生産の合理ィ匕に寄与し、安価なサブマウント の提供に貢献することができる。
発明の効果
[0011] 以上詳述したように本発明によれば、例えば LEDに代表される光素子を高密度に 実装が可能であり、効率よく光を集光でき、放熱性も高ぐ低価格な LED用のサブマ ゥントを、さらにはこのサブマウントに光素子を搭載した光モジュールを提供すること ができる。赤、緑、青の光を発生させる LEDを組み合わせた場合は、光を混合させ、 白色光を発生させる、あるいは各光素子のパワーを制御して光の色調を変化させる ことも可能である。
[0012] また、光の反射膜を形成した基板材料として、ガラス、ある 、はガラスとシリコンとを 貼り合わせた基板を使用することで、陽極接合によりサブマウントを製造することが可 能となる。陽極接合は、ウェハや板状の物体を接合するのに好適な技術であり、製造 コストを低減し、安価なサブマウントを提供することができる。
発明を実施するための最良の形態
[0013] 以下に本発明の代表的な実施例を図面に従って具体的に説明する。
実施例 1
[0014] 本発明の第一の実施例について図 1から図 6を用いて説明する。
図 1は、基板を加工、接合、切断した後の完成品のイメージを示すため、本発明に 係るサブマウントの最小構成単位の部分の分解図を示したもので、図 1 (a)は接合前 の第二の基板 4の斜視図を、図 1 (b)は同じく接合前の第一の基板 1の斜視図をそれ ぞれ示している。なお、符号 5は貫通穴、符号 6は貫通穴の壁面に設けられた反射膜 である。
[0015] 図 2は、第一の基板 1と第二の基板 4とを位置合わせし、両基板 1、 4を接合した後 におけるサブマウント 100の斜視図、図 3 (a)、（b)は位置合わせする前における両基 板 (ウェハ） 1、 4の状態を表す上面図、図 3 (c)は両基板 1、 4を位置合わせし、接合 した後の上面図で、破線は接合したウエノ、からサブマウントの最小構成単位の部分 を切断する位置を示して 、る。
[0016] 図 4は、接合された基板から、最小構成単位の部分として切断分離されたサブマウ ント 100の断面図（図 2の X— X,断面に該当）、図 5はサブマウント 100の光素子搭載 部 2Αに光素子 7を実装 (搭載)した状態の断面図、そして図 6は図 5のサブマウント 1 00に搭載された光素子 7に配線部 2から給電し光素子 7を発光させた際の光の出射 方向を示した断面図である。
[0017] 図 1 ( 、（b)の接合前の斜視図において、第一の基板 1上には、光素子搭載部 2A を有し、かつ光素子搭載部 2Aに搭載される光素子の一方の端子に給電する第一の 配線部 2aと、第一の配線部 2aに隣接し電気的に分離され光素子の他方の端子に給 電する第二の配線部 2bとからなる電極メタライズ 2および接合メタライズ 3が形成され ている。この接合メタライズ 3は電極メタライズ 2より厚くして、表面の高さが電極メタラ ィズ 2より高くするようにする。実用上、この接合メタライズ 3と電極メタライズ 2との厚さ の差は、少なくとも 0. 1 μ mあればよい。接合メタライズ 3を電極メタライズ 2より厚くす ることにより、電極メタライズ 2のパターン表面に多少の凹凸が存在しても、接合メタラ ィズ 3の高さが電極メタライズ 2よりも高いので、安定した陽極接合が行われる。
[0018] 第二の基板 4には、貫通穴 5が形成されており、貫通穴 5の内部表面 (壁面）には反 射膜 6が形成されている。
光素子搭載部 2Aの全て力 第二の基板 4の貫通穴 5内に収まるように位置合わせが 行われている。また接合は、第一の基板 1上の接合メタライズ 3が、直接、第二の基板 4に密着、接合されている。本実施例では、この接合は陽極接合により行われるが、 接着剤等により行われても構わない。また電極メタライズ 2は、接合メタライズ 3よりも 高さが低い (厚さが薄い）ので接合を阻害しない。なお陽極接合については、本実施 例の中で後に説明する。
[0019] ここでサブマウント 100の各部を構成する材料について説明する。第一の基板 1には 、炭化珪素あるいは窒化アルミニウムを主成分とするような、絶縁性に優れ、かつ高 熱伝導率を有するセラミックス材料が好適である。本発明のサブマウントに搭載され る光素子 7の発熱量力 、さい場合にはこの限りではなぐ酸ィ匕アルミニウム、窒化珪 素などを主成分とするセラミックス材料も使用可能である。
[0020] 電極メタライズ 2には、セラミックスとの密着を得るための Ti、 Tiを保護する Pt、そし て表面の酸ィ匕防止とはんだ等との接続性を高める Auを組み合わせた TiZPtZAu 積層薄膜が好適である。ただし、この金属と組み合わせに限定されるものではなぐ T i/Ni/Au, Cr/Ni/Au, Ti/Cu, Cr/Cu,などの金属薄膜でも構わない。これ ら金属薄膜の厚さは、例えば Ti (0.1 μ m) /Pt (0.2 μ m) ZAu(0.2〜0.5 μ m)などで 、電極メタライズ 2の全体厚さで 1 μ m以下が好適である。
[0021] 接合メタライズ 3には、セラミックスとの密着を得る Ti、および A1を組み合わせた TiZ A1の金属積層薄膜が好適である。本発明においては、第一の基板 1と第二の基板 4 との接合は、限定するものではないが陽極接合を用いることが多ぐこの場合、 TiZ A1を組み合わせたメタライズは、陽極接合に好適である。この理由は、陽極接合の説 明において詳細に述べる。またメタライズ 3は、第二の基板との接合を得るメタライズと して、本発明では接合メタライズと呼ぶことにしている。この接合メタライズの厚さは、 本実施例では、 Ti (0.1 μ m) ZA1 (1〜10 μ m)で、全体で 1 μ m以上として!/、る。
[0022] 第二の基板 4には、通称パイレックス (耐熱性ガラスの登録商標）と呼ばれるホウ珪 酸ガラスが好適である。その理由は、例えば第一の基板 1に炭化珪素セラミックスを 使用した場合、その熱膨張率は、通常 3. 7 X 10_6であり、 3. 3 X 10_6の熱膨張率 を有するパイレックスガラスならば、接合後に熱膨張ミスマッチに起因する残留応力 力 S小さくなり、破損の恐れが少ないためである。なお、第一の基板に他のセラミックス 材料を使用した場合は、そのセラミックス材料にできるだけ近い熱膨張率を有するガ ラスを第二の基板として使用すれば良い。
[0023] 第二の基板 4の貫通穴 5の内部表面の反射膜 6には、 TiZAl (表面が A1)が好適で ある。 A1は各種波長を比較的均一に反射させる特性を有するためである。ただし反 射させる光が着色しても構わない場合には、反射膜の構成はこの限りではない。反 射膜の厚さは、特に制限はない。
[0024] 次に、各基板の製造プロセスについて説明する。 第一の基板 1上に、 TiZPtZAuなどの金属薄膜を、スパッタ法、蒸着法などを用 いて成膜する。次にフォトリソグラフィー技術を用いて、残すべき電極メタライズ 2の形 状をフォトレジストのマスクパターンで形成する。次に、ミリングなどの方法を用いて、 余分な TiZPtZAuを除去する。その後、マスクパターンを洗浄などで除去する。
[0025] 接合メタライズ 3 (TiZAl)も、同様の方法を用いて形成する。なお、このようなメタラ ィズのパターン形成には、上述のミリング法以外に、特殊な溶液によるエッチング法、 あるいは、リフトオフ法と呼ばれる方法がある。リフトオフの場合は、メタライズのパター ンを形成する以外の部分にフォトレジストパターンを形成し、その上から、メタライズを スパッタ、蒸着などで堆積させる。その後、レジスト上の余分なメタライズを除去し、レ ジストを溶液で洗い流して、パターンを形成する。
[0026] 第二の基板 4の加工では、まずレジストによる貫通穴 5の開口部のパターンを形成 する。開口部のパターン形状は、本実施例では、角の丸い正方形となっているが、こ れは丸型でも楕円形でも形状は問わない。すなわち、光素子 7の配置と、集光される 光の強度に応じて設計すればよぐ以降の実施例でも同様である。
[0027] 次にサンドブラスト法で、基板 4に微粒の砂粒をたたきつけ、開口部の基板を削り、 例えば図 4に示したように、穴の深さ方向に傾斜面を有する貫通穴 5を形成する。サ ンドブラスト法によれば、使用する砂粒の材質、粒度分布、砂粒を吹き付ける流速な どを制御することにより貫通穴 5の内壁面の形状、傾斜角度などをある程度任意に形 成することができ、発光素子 7からの放射光を外部に効率よく放出させることができる
[0028] また、サンドブラスト法では、削れられた表面の凹凸が大きぐこの上から A1などの 反射膜 6を形成しても、凹凸が光の乱反射の原因となる場合がある。この場合には、 貫通穴の内壁面を平坦ィ匕させるために下地層として樹脂の塗布、あるいは金属薄膜 を貫通穴の内部表面に形成し、その後、結晶粒成長を制御してめっきすることで、貫 通穴の内部表面の凹凸をある程度小さくすることも可能である。なお、反射膜 6の材 質に関して上述したように、貫通穴 5の内部表面のめっき膜によって十分な凹凸低減 ができ、かつ光の反射特性に問題が無い場合には、めっき膜そのものを実質的に反 射膜とすることも可能であり、後述する反射膜の形成工程を省略することができる。 [0029] 次に、基板 4の貫通穴 5以外の部分をフォトレジストで覆ったまま、反射膜 6 (Ti/Al 等の金属薄膜)を例えばスパッタ、蒸着などの方法で成膜する。特に貫通穴 5の開口 部の大きい方力 成膜することで、貫通穴の内部表面にも成膜することが可能である 。貫通穴 5の内部表面 (壁面)を榭脂、めっき等で被覆した場合、被覆材の反射特性 が十分でなければ、その上から反射膜 6を形成する。この後、余分なフォトレジストは 洗い流し、貫通穴 5の内部表面のみに反射膜 6を残す。このような工程は、サブマウン トに要求される光の反射特性に応じて設計すればよぐ以降の実施例でも同様であ る。
[0030] 第一の基板 1と第二の基板 4との位置合わせ、接合、切断に関して、図 3を用いて説 明する。図 3 (a)および (b)は、第一および第二の基板それぞれの上面図、図 3 (c)は 位置合わせした後の第二の基板 4の上方力 見た平面図を模式的に示したものであ る。
[0031] まず基板 1、 4の位置合わせでは、電極メタライズ 2のうち、光素子搭載部 2Aが、第 二の基板 4の貫通穴 5の内部に位置するように位置合わせする。なお、本実施例の 場合は、第二の基板 4には、光素子を搭載する部分以外にも貫通穴を形成しておき 、電極メタライズ 2の配線部の一部が貫通穴内に位置するようにしておく。
[0032] 次に、第一の基板 1と第二の基板 4を陽極接合により接合する。ここで陽極接合に 関して以下に説明する。
[0033] 陽極接合とは、一般的にはガラス基板とシリコン基板とを重ね合わせ、直接接合す る技術である。両者を重ね合わせ、数百度に加熱する。その状態で、通常ガラス側を マイナス、シリコン側をプラスとなるように電圧を印加する。これによりガラス内に強い 電界が発生し、この電界によりガラス中に含まれる Naなどの原子半径の小さい陽ィォ ンが、強制的にマイナス電極側へ拡散させられ、接合界面近傍のガラス基板内には 陽イオン欠乏層が形成されると言われている。この陽イオン欠乏層は、マイナスに帯 電するため、接合界面近傍には、さらに強力な静電引力が発生する。この静電引力 によりガラス基板とシリコン基板とは強固に密着する。また同時に、ガラス基板中に含 まれる酸素とシリコン基板中のシリコンとが反応し、酸ィ匕物を界面で形成することによ り、化学的に接合され、強固な接合が得られる。 [0034] 本発明者らは、この陽極接合技術を研究した結果、ガラス基板とシリコン基板のみ ならず、シリコン基板上にアルミニウム、チタン等のメタライズを形成して、ガラス基板 と強固な陽極接合を行うことが可能であることを解明した。またさらに、これらの金属 のメタライズ形成を、セラミックス基板上に行い、この上にガラス基板を重ね合わせ、メ タラィズへの通電によりガラス基板に高電圧を印加することで、ガラス基板とセラミック ス基板上のメタライズの陽極接合が可能であることを見出した。陽極接合は、通常、 導体および半導体とガラスとの接合技術であるが、セラミックスなどの絶縁材料も、メ タラィズ形成により接合が可能であることが示され、本発明は、この研究結果により実 現したものである。
[0035] 本実施例の接合メタライズ 3は、図 3 (a)に示すように、電極メタライズ 2のパターン群 の外周を取り囲むように第一の基板 1上で全て連結するように形成されて 、る。その 結果、第一の基板 1の外周部などに一方のプローブを押し当てて通電すると共に、第 二の基板 4のガラスの上面に他方のプローブを押し当てて、 400°C程度に加熱した 状態で数百ボルトの電圧をかけることで、第一の基板 1の接合メタライズ 3はほぼ等電 位となり、第二の基板 4上の他方のプローブとの間に強い電界が発生する。この電界 により陽極接合が行われる。
[0036] なお、第一の基板 1上に形成される接合メタライズ 3の最表面は、アルミニウム、チタ ンの他にジノレコ-ゥム、ハフニウム、タングステン、モリブデン、クロム、バナジウム、マ グネシゥム及び鉄などの金属とすることができる。
[0037] 次の工程では、接合された第一と第二の基板を、図 3 (c)の破線 14a、 14bの位置で 切断する。このようにして基板力 切断、分離された最小単位となるサブマウント 100 の一つを図 2の斜視図に、断面図を図 4に示している。その後、図 5に示すように、こ のサブマウント 100の光素子搭載部 2Aに LED等の光素子 7を搭載し、光素子 7の一 方の端子を接合剤 8 (はんだ、導電性接着剤等)を用いて電極メタライズ 2からなる配 線部 2aの光素子搭載部 2Aに接続し、他方の端子を隣接して設けられた電極メタライ ズ 2からなる配線部 2bにワイヤボンディング 9により接続し、これによつて光素子 7は 電気的接続を得る。
[0038] なお、生産性の更なる向上を図る場合、図 3 (c)に示したように最小単位となるサブ マウント 100を、接合された基板カゝら切断する前に光素子 7を実装し、電気的な接続も 完了させた後に切断することも可能である。
[0039] 以上のようにして光素子 7が実装されたサブマウント 100では、図 6のように、光素子 7から出射された光のうち横方向の成分が、第二の基板 4の貫通穴 5の内壁面に設け られた反射膜 6により反射されて上方外部に集光される。サブマウント 100に搭載され る光素子 7は、同一の波長を発する光素子に限定されるものではなぐ例えば波長の 異なる、赤、緑、青など多種の LED素子を組み合わせて、白色光を発生させる、ある いは光の色調を任意に制御することも可能である。
[0040] また本実施例のサブマウント 100においては、光素子 7を 4個実装する構造となって いるが、サブマウント上に実装される光素子の個数は、特に制限はなぐ用途に応じ て設計すれば良い。高密度に多数の光素子を実装する場合もあるし、あるいは光素 子一つで十分な光量が得られる場合には、貫通穴 5内に一つの光素子 7を実装する サブマウントであっても良い。実装される光素子の個数については、以降の実施例で も同様である。
[0041] 光素子を実装した本実施例のサブマウントの場合、プリント基板、セラミックス基板、 金属製の基板などの上に、導電性接着剤、はんだ等を用いて、第一の基板 1の下面 を接続して使用する。電気的接続は、サブマウント 100の外周に存在する電極メタライ ズ 2 (配線部 2a、 2bの端子）上へ、ワイヤボンディング等で接続して行う。
[0042] このようにサブマウント 100に光素子 7を搭載した発光部品は、電灯、各種信号機、 室内照明、自動車照明、液晶画面用のバックライトのような光を必要とする製品全般 に適用できる。
[0043] また赤、緑、青の三色の光素子を組み合わせて実装した発光部品の場合は、各光 素子のパワーを変化させることで、合成される光の波長の制御が可能であるので、白 色光を必要とするライト以外にも、イルミネーション用ライト、広告用ライトなどへも適用 も可能である。
[0044] 特定の波長の光素子のみを実装した場合、例えば赤色の LEDのみを高密度に実 装した場合などは、強い赤色の光を当てて、光による輻射熱を利用した加熱機、乾 燥機等への適用可能性も考えられる。本発明の光素子搭載用サブマウントの適用製 品については、以降の実施例でも同様である。
実施例 2
[0045] 本発明の第二の実施例につ 、てサブマウント 100の分解図である図 7を用 、て説明 する。本実施例でも、サブマウントの最小構成単位を抜き出して図示している。すな わち、図 7 (a)は接合前の第二の基板 4、図 7 (b)は接合前の第一の基板 1を示してお り、実際の製造プロセスにおいては、実施例 1と同様に、ウェハ、あるいは板状の第一 および第二の基板 1および 4を一括して加工、接合、切断することで、図示しているサ ブマウントを製造することができる。以降の実施例においても同様である。
[0046] 図 7 (b)に示したように、炭化珪素セラミックスなどでできた第一の基板 1の光素子搭 載部 2Aが形成される領域の外周部に、貫通穴 10の穴になる部分（図では穴の中心 で切断したイメージとなるため半円状になっている）が空いた不図示のレジストパター ンを形成し、サンドブラストなどを用いて貫通穴を形成する。
[0047] 次に、実施例 1と同様に、電極メタライズ 2をスパッタなどの方法で第一の基板 1の 全面に形成する。この時、貫通穴 10内部にもメタライズが形成される。第一の基板 1 上に再度レジストパターンを形成し、ミリングなどの方法で、実施例 1と同様に光素子 搭載部 2Aを備えた第一の配線部と第二の配線部とを有する電極メタライズパターン 2を形成した後、接合メタライズ 3も同様の方法で第一の基板 1上に形成する。
[0048] 更に、図 8のように、第一の基板 1の下面には、各々の貫通穴 10と連結するように 下面電極メタライズ 2Bを形成する。
[0049] なお、上記図 7 (b)に示した第一の基板 1において、光素子搭載部 2Aを備えた第 一の配線部と、それに隣接して設けられた第二の配線部とを有する電極メタライズパ ターン 2のパターン形状は、図 8の下面電極メタライズ 2Bのパターンと略同様であり、 第一および第二の配線部の一端部は各々の貫通穴 10に独立して連結されている。 そして、この場合の接合メタライズ 3のパターンは、基板表面の光素子搭載部 2Aおよ びそれに対向する第二の配線部の一部を除き電極メタライズ 2上に積層されている。
[0050] 図 7 (a)に示したように、第二の基板 4には、実施例 1と同じように貫通穴 5と反射膜 6とを形成する。なお、基板 4、電極メタライズ 2、接合メタライズ 3、反射膜 6等の材質 は、実施例 1と同様である。 [0051] 第一の基板 1と第二の基板 4の接合は、実施例 1の図 3 (c)の場合と同様に、第一 の基板 1の少なくとも光素子搭載部 2Aが第二の基板 4の貫通穴 5内に配置されるよう に位置合わせを行った後、これら両基板は陽極接合により接合されるが、はんだ、接 着剤等の接合剤を用いても構わない。本実施例では、第二の基板 4のノ ィレックスガ ラスと、第一の基板 1上の接合メタライズ 3の表面のアルミニウム (A1)は、陽極接合に よりガラス中の酸素と A1が反応して強固に接合されるため、本構造には陽極接合が 好適であり適用する。
[0052] 陽極接合時には、第一の基板 1の下面に、接合装置の陽極を接触させ、第二の基 板の上面に、接合装置の陰極を押し当てることにより接合を行う。接合装置の電極に 電圧を印加することで、下面の電極メタライズ 2Bより、側面 (スルーホール 10の内部 表面）の電極メタライズを経由して、第一の基板の上面の電極メタライズ 2およびその 上に形成された接合メタライズ 3へ通電される。これにより、接合メタライズ 3と、接合 装置の陰極間、すなわち第二の基板 4に、強い電圧が印加され、陽極接合が行われ る。
[0053] 接合された基板力ものサブマウントの最小構成単位の切断は、第二の基板 4の貫 通穴 5の外壁部周囲に位置する縦列、横列のスルーホール 10の中心にて行う。スル 一ホール 10は、元々は第一の基板（ウェハ） 1に形成されたスルーホールであつたが 、図では、切断により半分になっている。図中のスルーホール 10aは電極メタライズ 2 の光素子搭載部 2Aを有する第一の配線部に接続されており、スルーホール 10bは 第二の配線部に接続されて!、る。
[0054] 光素子 7をサブマウント 100に実装した後の状態の上面図を図 9に、図 9の Y— で の断面図を図 10に示す。光素子 7は、接合剤 8により、電極メタライズ 2 (第一の配線 部 2a上の光素子搭載部）に実装され、光素子の一方の電極が第一の配線部 2aに接 続される。接合剤 8には、はんだ、導電性接着剤等を使用することができる。また、光 素子の発光面が上面にある場合には、光素子の他方の電極が第一の配線部 2bにヮ ィャボンディング 9により接続される。
[0055] なお、光素子 7の種類によっては、発光面が素子下面にあり、光素子の電極メタライ ズのプラス、マイナスも下面にある場合がある。このような時には、第一の基板 1上の 電極メタライズ 2を、光素子の電極に合わせて設計し、はんだ、導電性接着剤などに より接続を行う。また、本サブマウントを回路装置に実装する場合、プリント基板、セラ ミックス基板、あるいは金属製で絶縁部により回路が形成された基板等の上に、はん だ、導電性接着剤などを用いて、第一の基板の下面の下面電極メタライズ 2Bを接続 して使用する。第一の基板 1の下面の広い面積をはんだ等を用いて接続することで、 放熱'性も高めることができる。
実施例 3
[0056] 本発明の第三の実施例を図 11および図 12を用いて説明する。第一の基板 1の作 製は、実施例 2と同じであり、図 11は図 9に対応し、図 12は図 11の の断面図 で図 10に対応する。
[0057] 第二の基板 4として、図 12に示すように、シリコン 11とパイレックスガラス 12が、予め 陽極接合などの方法により貼り合わされたものを使用する。シリコン 11への貫通穴 5 の形成においては、半導体装置の製造に使用されているウエットエッチング技術を使 つて、図示のように穴の壁面に傾斜面を形成することが可能である。
[0058] まず、（100)面が表面となるシリコンウェハ上に、フォトリソグラフィー技術により、マ スクを作製する。マスクは、エッチング部が開口部となるようにする。これを適切な濃 度のエッチング溶液につけると、シリコンの最密面である（111)面のエッチング速度 が遅ぐ（111)面が表面に現れた穴が形成される。（111)面は、（100)面と 54. 7度 の斜面を形成するため、図のようになる。下地のパイレックスガラス 12はエッチングさ れずに残る力 裏面をマスクで覆い、フッ酸などでガラスをエッチングすることにより、 シリコンの穴の底面のパイレックスガラスもエッチングして、貫通穴 5を形成することが できる。この後、反射膜 6を形成する。
[0059] 次に、実施例 2と同様に、第一の基板 1と第二の基板 4の位置合わせをして、第一 の基板上の接合メタライズ 3と接触させて治具等で固定し、シリコン 11上に、接合装 置の陰極を押し当てて、陽極接合を行う。ノ ィレックスガラス 11に電圧が集中的に印 加され、陽極接合を行うことができる。最後に光素子 7を実装し、ワイヤボンディング 9 により接続を行い、光素子 7への給電を行う。
実施例 4 [0060] 本発明の第四の実施例について、図 13から図 15を用いて説明する。使用する基 板、メタライズの材質、加工プロセス等は、これまでの実施例と同様である。
[0061] 本実施例の特徴は、図 13に示すように、第一の基板 1の上面と下面の電気的接続 をスルーホール 10内の電極メタライズ 2によって行うことと、光素子 7の電極メタライズ 2の周囲に、光素子への給電とは別の目的の電極メタライズ 2および接合メタライズ 3 を形成することである。このような構造により、第二の基板 4と接合メタライズ 3を接合し 、光素子 7を実装し、最後にガラス板 13と、第二の基板 4上面に形成された接合メタ ライズ 3を接合することで、光素子 7をサブマウント 100内に封止することができる。
[0062] その理由を以下に説明する。スルーホール 10の周囲の接合メタライズ 3と第二の基 板 4が接合されることにより、スルーホール 10を経由して、外気が光素子搭載部 2A へ侵入することを抑制する。しかし、接合メタライズの無い部分、すなわち第一の基板 が露出している部分から、外気が侵入すると封止できないので、最外周に配置した 接合メタライズ 3によってこれを防 、で 、る。
[0063] 光素子 7を実装した後、図 15に示すように、パイレックスガラスなどのガラス板 13を 、予め、第二の基板 4上に形成しておいた接合メタライズ 3上（図 14)に押し当て接合 を行う。この時の接合も陽極接合を適用することが可能である。電圧印加で、光素子 が破損することが懸念されるが、例えば、後の切断工程で切断される部分などを利用 して、光素子につながるプラスとマイナスの電極メタライズ 2を短絡させておくことで、 光素子へ電圧が力かることを防ぐことができる。
[0064] 以上のようにして、これまでに述べた効果の他に、外気の侵入を抑制する光素子を 搭載したモジュールが完成する。このようなモジュールは、例えば、腐食性の外気が 存在する場合など、厳しい環境下での使用に適する。
[0065] なお、本実施例では、外気の侵入を抑制する光素子を搭載したモジュールを形成 する場合、パイレックスガラスなどのガラス板 13を第二の基板 4上に形成し、外気が 光素子搭載部 2Aへ侵入することを抑制した力 パイレックスガラスの代わりに発光素 子からの光を透過させる部材であれば他の部材に置き換えることもできる。
実施例 5
[0066] 本発明の第五の実施例について、図 16および図 17を用いて説明する。本実施例 のサブマウント 100も実施例 4と同様に外気の侵入を抑制する構造で、かつの実施例 3のようにシリコンとパイレックスガラスを貼り合せた基板を第二の基板 4として使用し ている。
[0067] 光素子 7をサブマウントの光素子搭載部に実装し、光素子の一方の電極端子を電 極メタライズ 2の第一の配線部に接合剤 8により接続し、他方の電極端子をワイヤボン デイングにより第二の配線部に電気的接続を行った後に、ガラス板 13をシリコン 11上 に接合する。この接合は陽極接合が好適であるが、接着剤、はんだなどでも構わな い。また接合'性を高めるために、シリコン 11上に予め、接合メタライズ 3を形成してお くことも可能である。
産業上の利用可能性
[0068] 本発明は、 LED素子を実装するためのサブマウントであり、各種の照明器具、信号 機のライト、電光掲示板、液晶画面のバックライトなどに適用することができる。また、 外気の侵入を抑制したものにっ 、ては、腐食性環境などの厳 、環境でも使用可能 である。赤色、あるいは赤外光を発する光素子を実装した場合には、光の輻射熱に よる加熱機、乾燥機などにも使用できる可能性がある。また、青色あるいは紫外光を 含む光を発する光素子を実装した場合には、フォトリソグラフィー技術における感光 性レジストの露光機のランプ、 日焼け用のランプなどへの適用も考えられる。
図面の簡単な説明
[0069] [図 1]本発明の第一の実施例となるサブマウントを構成する第一基板と第二の基板の 斜視図である。
[図 2]本発明の第一の実施例となるサブマウントの斜視図である。
[図 3]本発明の第一の実施例となるサブマウントの製造過程を示す基板の平面図で ある。
[図 4]本発明の第一の実施例となる図 2の 断面図である。
[図 5]本発明の第一の実施例となる図 4のサブマウントに光素子を実装する過程を示 す断面図である。
[図 6]本発明の第一の実施例となる図 5の光素子を搭載したサブマウントに給電して 発光素子が点灯した状態を示す断面図である。 [図 7]本発明の第二の実施例となるサブマウントを構成する第一の基板と第二の基板 の斜視図である。
[図 8]本発明の第二の実施例となる図 7のサブマウントにおける第一の基板の裏面を 示す斜視図である。
[図 9]本発明の第二の実施例となる図 7のサブマウントに光素子を搭載した状態の平 面図である。
[図 10]本発明の第二の実施例となる図 9の Y—Y'断面図である。
[図 11]本発明の第三の実施例となるサブマウントに光素子を搭載した状態の平面図 である。
[図 12]本発明の第三の実施例となる図 9の 断面図である。
[図 13]本発明の第四の実施例となるサブマウントを構成する第一の基板と第二の基 板の斜視図である。
[図 14]本発明の第四の実施例において図 13のサブマウントに光素子を搭載、実装し た状態を示す図 13の Z— 断面図である。
[図 15]本発明の第四の実施例において図 14のサブマウント上面をガラス板 13で封 止した状態を示す断面図である。
[図 16]本発明の第五の実施例においてサブマウントに光素子を搭載、実装した状態 を示す断面図である。
[図 17]本発明の第五の実施例において図 16のサブマウント上面をガラス板 13で封 止した状態を示す断面図である。
符号の説明
1 第一の基板
2 電極メタライズ
2A 光素子搭載部
2a 電極メタライズ 2で構成された第一の配線部
2b 電極メタライズ 2で構成された第二の配線部
2B 下面電極メタライズ
3 接合メタライス、 第二の基板
貫通穴
反射膜
光素子
接合剤
ワイヤボンディング
スノレーホ一ノレ
a 第一の配線部に接続されたスルーホールb 第二の配線部に接続されたスルーホール シリコン
ガラス
ガラス板
a 接合基板の切断位置
b 接合基板の切断位置。

Claims

請求の範囲
[1] 光素子を搭載する光素子搭載部と光素子に給電する配線部とがー主表面に形成 された第一の基板と、
ガラス基板に貫通穴が形成された第二の基板と、
前記第一の基板の光素子搭載部が、前記第二の基板の貫通穴の内部に位置する ように位置合わせされ、前記第一の基板と前記第二の基板とが接合されて ヽるサブ マウントにおいて、
前記第一の基板は、絶縁物を主体とする基板からなり、
前記配線部は、光素子搭載部に搭載される発光素子の一方の電極端子に給電す る第一の配線部と、前記第一の配線部に隣接して設けられ前記発光素子の他方の 電極端子に給電する第二の配線部とを有する電極メタライズからなり、
前記第一の基板と前記第二の基板との接合が、前記第一の基板の一主表面にお ける前記配線部が露出される領域とは別の領域に設けられた接合メタライズの陽極 接合により形成されていることを特徴とするサブマウント。
[2] 前記第一の基板の主表面において、前記接合メタライズは前記配線部と電気的に 分離され且つ隙間を介して隣接して設けられ、且つ前記第一の基板の外周部に延 在していることを特徴とする請求項 1記載のサブマウント。
[3] 前記第一の基板の主表面にぉ 、て、前記接合メタライズは前記配線部の 、ずれと も重なることなく設けられていることを特徴とする請求項 1記載のサブマウント。
[4] 前記第二の基板が、ガラス板とシリコン板とを貼り合わせた積層基板力 なり、前記 積層基板に設けられた貫通穴の内部に前記第一の基板に設けられた光素子搭載部 が位置するように位置合わせされ、前記第一の基板のガラス板と前記第二の基板と が接合されていることを特徴とする請求項 1記載のサブマウント。
[5] 請求項 1乃至 4のいずれか一つに記載のサブマウントにおいて、前記配線部を構 成する電極メタライズが形成されて 、る第一の基板の反対側の面に、下面電極メタラ ィズが形成され、前記電極メタライズと前記下面電極メタライズとがスルーホールを介 して電気的に接続されて ヽることを特徴とするサブマウント。
[6] 請求項項 1乃至 4のいずれか一つに記載のサブマウントにおいて、前記配線部を 構成する電極メタライズが形成されている第一の基板の反対側の面に下面電極メタ ライズが形成され、前記第一の基板側面へのメタライズ処理により前記電極メタライズ と前記下面電極メタライズとが電気的に接続されていることを特徴とするサブマウント
[7] 請求項 1乃至 6のいずれか一つに記載のサブマウントにおいて、前記第一の基板 に形成された接合メタライズの最表面がアルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフ-ゥ ム、タングステン、モリブデン、クロム、バナジウム、マグネシウムおよび鉄の群力 選 ばれる少なくとも一種の金属であることを特徴とするサブマウント。
[8] 請求項 1乃至 7のいずれか一つに記載のサブマウントにおいて、前記第一の基板 を炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムおよび酸ィ匕アルミニウムの少なくとも一種を 主成分とするセラミツクスス材料で構成したことを特徴とするサブマウント。
[9] 請求項 1乃至 8のいずれか一つに記載のサブマウントにおいて、前記第二の基板 上面に前記光素子搭載部に搭載される前記発光素子の光を透過させる部材を接合 することにより、第二の基板の貫通穴内部に外気が侵入することを抑制していることを 特徴とするサブマウント。
[10] 請求項 1乃至 4のいずれか一つに記載のサブマウントにおいて、前記第二の基板 の貫通穴の内部表面に、榭脂膜もしくはめっきを形成することにより平坦ィ匕あるいは 滑らかな曲面が形成されていることを特徴とするサブマウント。
[11] 請求項 1乃至 5のいずれか一つに記載のサブマウントにおいて、前記第二の基板 の貫通穴の内部表面に光の反射膜が形成されていることを特徴とするサブマウント。
[12] 請求項 1乃至 11のいずれか一つに記載のサブマウントの光素子搭載部に光素子 を搭載したことを特徴とする光モジュール。
[13] 絶縁物を主体とする第一の基板の一主表面に、発光素子が搭載される光素子搭 載部を備え、前記発光素子の一方の電極端子に給電する第一の配線部と、前記第 一の配線部に隣接して設けられ前記発光素子の他方の電極端子に給電する第二の 配線部とからなる電極メタライズのパターンを形成する工程と、
第二の基板となるガラス単板もしくはガラス板とシリコン板とを貼り合わせた積層ガラ ス基板に貫通穴を形成する工程と、 前記第一の基板の光素子搭載部を、前記第二の基板の貫通穴の内部に位置する ように位置合わせした状態で前記第一の基板と前記第二の基板とを陽極接合するェ 程とを含むことを特徴とするサブマウントの製造方法。
[14] 請求項 13に記載のサブマウントの製造方法において、前記第二の基板に貫通穴 を形成する工程においては、レジストマスクによる開口部を形成した後、サンドブラス ト法により、第二の基板に貫通穴を形成することを特徴とするサブマウントの製造方 法。
[15] 請求項 13に記載のサブマウントの製造方法において、前記第二の基板に貫通穴 を形成する工程においては、サンドブラスト法により貫通穴を形成した後、レジストマ スクを除去することなぐ前記レジストマスクの上に反射膜を形成し、リフトオフ法により 貫通穴内に選択的に反射膜を形成することを特徴とするサブマウントの製造方法。
[16] 請求項 13に記載のサブマウントの製造方法において、前記第二の基板に貫通穴 を形成する工程においては、基板がガラスとシリコンとを貼り合わせた積層ガラス基 板力も成る場合には、前記レジストマスクによる開口部を形成した後、異方性ウエット エッチングによりシリコンに穴を形成し、次にガラス表面にレジストマスクを形成し、ェ ツチングによりガラスに穴をあけ、第二の基板に貫通穴を形成することを特徴とするサ ブマウントの製造方法。
[17] 請求項 13に記載のサブマウントの製造方法において、前記第二の基板に貫通穴 を形成する工程においては、基板がガラスとシリコンとを貼り合わせた積層ガラス基 板力も成る場合には、前記レジストマスクによる開口部を形成した後、異方性ウエット エッチングによりシリコンに穴を形成し、次にガラス表面にレジストマスクによる開口部 を形成し、サンドブラスト法によりガラスに穴をあけ、第二の基板に貫通穴を形成する ことを特徴とするサブマウントの製造方法。
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