JPH06188328A - 半導体装置及び半導体装置の組立方法 - Google Patents
半導体装置及び半導体装置の組立方法Info
- Publication number
- JPH06188328A JPH06188328A JP34002992A JP34002992A JPH06188328A JP H06188328 A JPH06188328 A JP H06188328A JP 34002992 A JP34002992 A JP 34002992A JP 34002992 A JP34002992 A JP 34002992A JP H06188328 A JPH06188328 A JP H06188328A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor chip
- submount
- semiconductor device
- laser
- chip
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
- H01L2924/1015—Shape
- H01L2924/10155—Shape being other than a cuboid
- H01L2924/10158—Shape being other than a cuboid at the passive surface
Landscapes
- Structures For Mounting Electric Components On Printed Circuit Boards (AREA)
- Die Bonding (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 凹凸を有するメタライズ基板と半導体チップ
の接合面の隙間に熱伝導性の優れた物質を液化して、毛
細管現象を利用して充填することにより、熱抵抗を下
げ、素子の信頼性向上を図る。 【構成】 電極パターン４を有するメタライズ基板１に
電極分離用の溝部３が設けられており、これに半導体チ
ップ２の電極パターン５を位置合わせしてフェースダウ
ンボンディングする。あらかじめ、半導体チップ３の外
側の溝部の一部に絶縁性フィラー６を付着させておく。
ボンディング時の加熱により上記フィラーは溶融し、毛
細管現象によって溝部を伝わり、半導体チップとメタラ
イズ基板との間の熱抵抗が減少する。半導体チップの放
熱特性が改善されるため、素子の信頼性を向上できる。
の接合面の隙間に熱伝導性の優れた物質を液化して、毛
細管現象を利用して充填することにより、熱抵抗を下
げ、素子の信頼性向上を図る。 【構成】 電極パターン４を有するメタライズ基板１に
電極分離用の溝部３が設けられており、これに半導体チ
ップ２の電極パターン５を位置合わせしてフェースダウ
ンボンディングする。あらかじめ、半導体チップ３の外
側の溝部の一部に絶縁性フィラー６を付着させておく。
ボンディング時の加熱により上記フィラーは溶融し、毛
細管現象によって溝部を伝わり、半導体チップとメタラ
イズ基板との間の熱抵抗が減少する。半導体チップの放
熱特性が改善されるため、素子の信頼性を向上できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置およびその
実装方法に係わり、特に半導体レーザの組立方法に関す
る。
実装方法に係わり、特に半導体レーザの組立方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】高速光ディスク装置用の光源として、マ
ルチビーム半導体レーザが開発されている。このような
レーザアレイとサブマウントとの組立実装において、個
々のレーザを独立して駆動するために、レーザチップの
電極パターンに対応した電極パターンを持つ複雑なヒー
トシンクが必要である。また、複数のレーザ素子を同時
に動作させるので、放熱効果の高いサブマウントが必要
である。レーザチップ側では、各素子を独立して駆動す
るため、アレイ間に電極分離用の溝がエッチングによっ
て設けられる。各素子の間隔は用途にもよるが５０μｍ
ないし百数十μｍと狭いために、チップのジャンクショ
ンダウン実装時の位置合わせにおいても高い精度が要求
される。
ルチビーム半導体レーザが開発されている。このような
レーザアレイとサブマウントとの組立実装において、個
々のレーザを独立して駆動するために、レーザチップの
電極パターンに対応した電極パターンを持つ複雑なヒー
トシンクが必要である。また、複数のレーザ素子を同時
に動作させるので、放熱効果の高いサブマウントが必要
である。レーザチップ側では、各素子を独立して駆動す
るため、アレイ間に電極分離用の溝がエッチングによっ
て設けられる。各素子の間隔は用途にもよるが５０μｍ
ないし百数十μｍと狭いために、チップのジャンクショ
ンダウン実装時の位置合わせにおいても高い精度が要求
される。
【０００３】以上のように、シングルビームのレーザに
比べて、サブマウントの設計、レーザチップの作製工
程、および実装が複雑で、素子としての歩留まりが低
い。
比べて、サブマウントの設計、レーザチップの作製工
程、および実装が複雑で、素子としての歩留まりが低
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】レーザのアレイ化で
は、複数のレーザが狭い間隔でワンチップ化されるた
め、個々のレーザ素子間の熱干渉によって、活性層温度
が上昇し、寿命低下や発振波長がドリフトするなどの特
性変動が大きな問題となっている。
は、複数のレーザが狭い間隔でワンチップ化されるた
め、個々のレーザ素子間の熱干渉によって、活性層温度
が上昇し、寿命低下や発振波長がドリフトするなどの特
性変動が大きな問題となっている。
【０００５】そこで本発明は、凹凸を有するメタライズ
基板と半導体チップの接合面の隙間に熱伝導性の優れた
物質を液化して、毛細管現象を利用して充填することに
より、熱抵抗を下げ、素子の信頼性の高い半導体装置お
よびその組立方法を提供するものである。
基板と半導体チップの接合面の隙間に熱伝導性の優れた
物質を液化して、毛細管現象を利用して充填することに
より、熱抵抗を下げ、素子の信頼性の高い半導体装置お
よびその組立方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】サブマウントと半導体チ
ップの接合面の隙間に、熱伝導性の優れた物質を液化し
て、毛細管現象を利用して充填することにより、熱抵抗
を下げ、素子の信頼性向上を図る。
ップの接合面の隙間に、熱伝導性の優れた物質を液化し
て、毛細管現象を利用して充填することにより、熱抵抗
を下げ、素子の信頼性向上を図る。
【０００７】
【作用】サブマウントに溝を形成することによって、レ
ーザからの放熱が効果的になされ、片方のレーザがオン
した状態で、もう一方のレーザをオンさせても熱干渉に
よる温度上昇が減少し、レーザの光出力の変化がすくな
くなり、従来に比べて改善される。
ーザからの放熱が効果的になされ、片方のレーザがオン
した状態で、もう一方のレーザをオンさせても熱干渉に
よる温度上昇が減少し、レーザの光出力の変化がすくな
くなり、従来に比べて改善される。
【０００８】絶縁性フィラー６の溝部への充填方法も、
ダイスボンド時の加熱により、溶融させて毛細管現象に
よって自動的に溝部を伝わり、レーザチップおよびサブ
マウント間の空間を埋める。
ダイスボンド時の加熱により、溶融させて毛細管現象に
よって自動的に溝部を伝わり、レーザチップおよびサブ
マウント間の空間を埋める。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を図示の実施例によっ
て説明する。
て説明する。
【００１０】図１は、本発明の実施例に係る半導体装置
の概略図である。この例では、一つの半導体レーザチッ
プ２に２個のレーザ素子が集積化されている。図中には
詳しく描いていないが、半導体レーザチップ２には２つ
の素子があり、それぞれがＶ型のメサで分離されてい
る。２個のレーザ素子の間隔は５０μｍで、深さ約１０
μｍの溝によって電気的に分離されている。分離溝上は
電極金属の代わりにＳｉＯ2膜で覆われている。
の概略図である。この例では、一つの半導体レーザチッ
プ２に２個のレーザ素子が集積化されている。図中には
詳しく描いていないが、半導体レーザチップ２には２つ
の素子があり、それぞれがＶ型のメサで分離されてい
る。２個のレーザ素子の間隔は５０μｍで、深さ約１０
μｍの溝によって電気的に分離されている。分離溝上は
電極金属の代わりにＳｉＯ2膜で覆われている。
【００１１】一方、サブマウントは上下面がＴｉ/Ｐｔ/
Ａｕでメタライズされているが側面はメタライズされて
いないので電気的に絶縁されている。その上から下面に
はヒートシンクとの接着のためのＰｂ/Ｓｎ半田が蒸着
してある。半導体レーザチップと接合する側の上面に
は、レーザチップよりもやや大きな面積に部分的にＰｂ
/Ｓｎ半田の電極パターン４が蒸着してある。さらに、
半導体レーザチップの電極パターン５に対応して電極パ
ターン４の中央部には電極分離のための溝部３が設けら
れている。溝部３の幅はレーザ素子間隔に比べて、３０
μｍと狭くしている。深さは５〜１０μｍ程度である。
Ａｕでメタライズされているが側面はメタライズされて
いないので電気的に絶縁されている。その上から下面に
はヒートシンクとの接着のためのＰｂ/Ｓｎ半田が蒸着
してある。半導体レーザチップと接合する側の上面に
は、レーザチップよりもやや大きな面積に部分的にＰｂ
/Ｓｎ半田の電極パターン４が蒸着してある。さらに、
半導体レーザチップの電極パターン５に対応して電極パ
ターン４の中央部には電極分離のための溝部３が設けら
れている。溝部３の幅はレーザ素子間隔に比べて、３０
μｍと狭くしている。深さは５〜１０μｍ程度である。
【００１２】溝部３上には，あらかじめ熱伝導性に優れ
た絶縁性フィラー６を付着させておく。絶縁性フィラー
６の材料には、粒径２〜５μｍのＡｌＮ，ＢＮ，ダイヤ
モンド粉末をポリイミド樹脂などのバインダ材料に混ぜ
たものを用いたが、この粉末はこれらの材料以外でも熱
伝導性に優れた物質であれば用いることができる。ま
た，このバインダの融点はレーザチップのダイスボンド
時の温度よりも１０〜２０℃高くしている。このサブマ
ウント１に半導体レーザチップ２を半田の融点よりも少
し高い温度でフェースダウンボンディングする。それぞ
れの電極パターンを合わせてボンディングが終了した時
点で，サブマウントの温度を２０〜３０℃高くすると，
絶縁性フィラー６が溶融し，数秒で溝部３を伝わって流
れ出し，毛細管現象によってレーザチップおよびサブマ
ウント間の空間が絶縁性フィラー６によって充填され
る。
た絶縁性フィラー６を付着させておく。絶縁性フィラー
６の材料には、粒径２〜５μｍのＡｌＮ，ＢＮ，ダイヤ
モンド粉末をポリイミド樹脂などのバインダ材料に混ぜ
たものを用いたが、この粉末はこれらの材料以外でも熱
伝導性に優れた物質であれば用いることができる。ま
た，このバインダの融点はレーザチップのダイスボンド
時の温度よりも１０〜２０℃高くしている。このサブマ
ウント１に半導体レーザチップ２を半田の融点よりも少
し高い温度でフェースダウンボンディングする。それぞ
れの電極パターンを合わせてボンディングが終了した時
点で，サブマウントの温度を２０〜３０℃高くすると，
絶縁性フィラー６が溶融し，数秒で溝部３を伝わって流
れ出し，毛細管現象によってレーザチップおよびサブマ
ウント間の空間が絶縁性フィラー６によって充填され
る。
【００１３】次に、レーザ素子の特性が改善される様子
を実験結果を図２を用いて説明する。図１で説明してよ
うに、一つの半導体レーザチップに２個のレーザ素子
（ＬＤ１およびＬＤ２）が集積化されており、図１に示
すような構成で実装されている。それぞれのレーザは独
立に駆動できるようになっている。
を実験結果を図２を用いて説明する。図１で説明してよ
うに、一つの半導体レーザチップに２個のレーザ素子
（ＬＤ１およびＬＤ２）が集積化されており、図１に示
すような構成で実装されている。それぞれのレーザは独
立に駆動できるようになっている。
【００１４】図２（ａ）は，図１溝部３に空間がある場
合のＬＤ２の光出力-電流特性を示している。ＬＤ１が
オフのときの発振しきい値電流は４２ｍＡで光出力も３
０ｍＷ以上まで直線性が保たれている。ＬＤ２のみを駆
動させたときの特性温度は１２０Ｋであった。この値
は、同じ構造のシングルビーム半導体レーザの値に比べ
て約２０Ｋ低く、溝部３の空間によって放熱特性が悪く
なっていると考えられる。
合のＬＤ２の光出力-電流特性を示している。ＬＤ１が
オフのときの発振しきい値電流は４２ｍＡで光出力も３
０ｍＷ以上まで直線性が保たれている。ＬＤ２のみを駆
動させたときの特性温度は１２０Ｋであった。この値
は、同じ構造のシングルビーム半導体レーザの値に比べ
て約２０Ｋ低く、溝部３の空間によって放熱特性が悪く
なっていると考えられる。
【００１５】ＬＤ１を光出力３０ｍＷに設定し定電流で
動作させているときのＬＤ２の光出力-電流特性は、し
きい値電流が約３ｍＡ上昇し，光出力も２０ｍＷ以上で
飽和する傾向が見られた。同時にＬＤ１の光出力も波線
で示すようにＬＤ２の駆動電流の上昇と共に大きく低下
していく傾向が見える。
動作させているときのＬＤ２の光出力-電流特性は、し
きい値電流が約３ｍＡ上昇し，光出力も２０ｍＷ以上で
飽和する傾向が見られた。同時にＬＤ１の光出力も波線
で示すようにＬＤ２の駆動電流の上昇と共に大きく低下
していく傾向が見える。
【００１６】ＬＤ２の特性温度、しきい値電流の増加量
から換算して、ＬＤ１によるＬＤ２の活性層付近の温度
上昇は１０℃前後と見積れる。さらに電流を増していく
と、熱干渉の相互作用によってさらに活性層温度が上が
るため温度上昇の影響は１０℃以上になる。
から換算して、ＬＤ１によるＬＤ２の活性層付近の温度
上昇は１０℃前後と見積れる。さらに電流を増していく
と、熱干渉の相互作用によってさらに活性層温度が上が
るため温度上昇の影響は１０℃以上になる。
【００１７】図２（ｂ）は，図１溝部３の空間が熱伝導
性の優れた絶縁性フィラー６で充填されている場合のＬ
Ｄ２の光出力-電流特性を示している。放熱効果の改善
によって熱干渉による温度上昇が減少し、ＬＤ１がオン
の場合の特性がかなり改善されている。絶縁性フィラー
６の溝部への充填方法であるが，ダイスボンド時の加熱
により、溶融させて毛細管現象によって自動的に溝部を
伝わり、レーザチップおよびサブマウント間の空間を埋
める。
性の優れた絶縁性フィラー６で充填されている場合のＬ
Ｄ２の光出力-電流特性を示している。放熱効果の改善
によって熱干渉による温度上昇が減少し、ＬＤ１がオン
の場合の特性がかなり改善されている。絶縁性フィラー
６の溝部への充填方法であるが，ダイスボンド時の加熱
により、溶融させて毛細管現象によって自動的に溝部を
伝わり、レーザチップおよびサブマウント間の空間を埋
める。
【００１８】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば，半
導体チップとサブマウントとの間の熱抵抗が減少する。
半導体チップの放熱特性が改善されるため、素子の信頼
性を向上できる。また、そのための組立方法も簡単で、
従来の工程を大きく変えることなく実施できるのでその
効果は大きい。
導体チップとサブマウントとの間の熱抵抗が減少する。
半導体チップの放熱特性が改善されるため、素子の信頼
性を向上できる。また、そのための組立方法も簡単で、
従来の工程を大きく変えることなく実施できるのでその
効果は大きい。
【図１】本発明の一実施例を示す半導体レーザ装置の概
略図
略図
【図２】本発明の作用および効果を説明する図面
１ サブマウント ２ 半導体チップ ３ 溝部 ４ 電極パターン（サブマウント） ５ 電極パターン（半導体チップ） ６ 絶縁性フィラー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 大仲 清司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】半導体チップと、サブマウントと、ヒート
シンクとを高温でハンダで接合し、放熱構造を構成する
半導体装置において、接合面間にできた隙間に熱伝導の
すぐれた物質が充填されていることを特徴とした半導体
装置。 - 【請求項２】半導体装置の実装において，充填物質を毛
細管現象を利用して上記隙間に充填することを特徴とし
た組立方法。 - 【請求項３】請求項１記載の充填物質はあらかじめサブ
マウント上にのせられており、その融点が半導体チップ
とサブマウントのダイスボンド温度よりも高いことを特
徴とする組立方法。 - 【請求項４】請求項１記載の充填物質が、請求項３記載
の融点を有するバインダ物質中に熱伝導性の優れた微少
粒状物質が均一に混ぜ合わされた構成になっていること
を特徴とした半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34002992A JPH06188328A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 半導体装置及び半導体装置の組立方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34002992A JPH06188328A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 半導体装置及び半導体装置の組立方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06188328A true JPH06188328A (ja) | 1994-07-08 |
Family
ID=18333064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34002992A Pending JPH06188328A (ja) | 1992-12-21 | 1992-12-21 | 半導体装置及び半導体装置の組立方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06188328A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998019338A1 (fr) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Substrat porteur de microplaquette pour conditionnement de semi-conducteur, dispositif a semi-conducteur et leur procede de fabrication |
| JP2005191373A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2006135177A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Sony Corp | 半導体レーザ装置 |
| JP2007180563A (ja) * | 2001-02-14 | 2007-07-12 | Fuji Xerox Co Ltd | レーザ光源 |
| US9494684B2 (en) | 2011-12-12 | 2016-11-15 | Murata Manufacturing Co., Inc. | Position measurement device |
| JP2018078135A (ja) * | 2016-11-07 | 2018-05-17 | スタンレー電気株式会社 | 半導体装置 |
-
1992
- 1992-12-21 JP JP34002992A patent/JPH06188328A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998019338A1 (fr) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Hitachi Chemical Company, Ltd. | Substrat porteur de microplaquette pour conditionnement de semi-conducteur, dispositif a semi-conducteur et leur procede de fabrication |
| JP2007180563A (ja) * | 2001-02-14 | 2007-07-12 | Fuji Xerox Co Ltd | レーザ光源 |
| JP2005191373A (ja) * | 2003-12-26 | 2005-07-14 | Ricoh Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| JP2006135177A (ja) * | 2004-11-08 | 2006-05-25 | Sony Corp | 半導体レーザ装置 |
| JP4609700B2 (ja) * | 2004-11-08 | 2011-01-12 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| US9494684B2 (en) | 2011-12-12 | 2016-11-15 | Murata Manufacturing Co., Inc. | Position measurement device |
| JP2018078135A (ja) * | 2016-11-07 | 2018-05-17 | スタンレー電気株式会社 | 半導体装置 |
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