光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块的制作方法

光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块
1.本技术是申请日为2016年04月18日、申请号为2016800214934、发明名称为“光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及例如在光通信领域、投影仪、平视显示器、智能眼镜等各种图像显示领域、照明灯等各种照明领域中使用的、收纳各种光部件的光元件搭载用封装件、电子装置以及电子模块。


背景技术：

3.近年来，搭载了激光二极管等光元件的电子装置除了光通信领域以外，还打算在各种图像显示领域、各种照明领域等进行展开。
4.作为这样的电子装置用的光元件搭载用封装件，例如存在如下的光元件搭载用封装件，其具有搭载光元件的凹部和在侧壁具有开口部的基体。光元件搭载于凹部，例如被盖体覆盖(参照日本特开2001-68691号公报)。


技术实现要素：

5.发明要解决的课题
6.若像上述的封装件那样将光元件搭载于凹部，则从光元件发出的光的一部分被搭载光元件的凹部的底面以及侧壁的开口部遮挡而发生漫反射，从而光量容易减少，结果搭载了光元件的电子装置有可能发不出所需的光量。
7.用于解决课题的技术方案
8.本发明的一个方式涉及的光元件搭载用封装件包括基体，所述基体具有：凹部，其在底面搭载光元件；和开口部，其设置于该凹部的侧壁，在所述凹部的所述底面设置有缺口，使得与所述开口部相接。
9.本发明的一个方式涉及的电子装置具有：上述结构的光元件搭载用封装件；光元件，其搭载于该光元件搭载用封装件；窗构件，其设置为堵塞所述开口部；和盖体，其设置为堵塞所述凹部。
10.本发明的一个方式涉及的电子模块具有：模块用基板，其具有连接焊盘；和上述结构的电子装置，其经由钎料连接于所述连接焊盘，或者具有：传热构件；和上述结构的电子装置，其搭载于该传热构件。
11.发明效果
12.根据本发明的一个方式涉及的光元件搭载用封装件，包括基体，基体具有：凹部，其在底面搭载光元件；和开口部，其设置于凹部的侧壁，在凹部的底面设置有缺口，使得与开口部相接，由此，从光元件发出的光的一部分难以被搭载光元件的凹部的底面以及侧壁的开口部遮挡，能够抑制光量的减少，结果搭载了光元件的电子装置能够发出所需的光量。
13.本发明的一个方式涉及的电子装置具有：上述结构的光元件搭载用封装件；光元
件，其搭载于光元件搭载用封装件；窗构件，其设置为堵塞开口部；和盖体，其设置为堵塞凹部，由此，发出所需的光量。
14.本发明的一个方式涉及的电子模块具有：模块用基板，其具有连接焊盘；和上述结构的电子装置，其经由钎料连接于连接焊盘，或者具有：传热构件；和上述结构的电子装置，其搭载于传热构件，由此，发出所需的光量。
附图说明
15.图1是示出了本发明的实施方式中的去掉盖体后的电子装置的一个例子的俯视图。
16.图2的(a)是图1中的包括盖体的电子装置的a-a线处的纵剖视图，图2的(b)是图1中的包括盖体的电子装置的b-b线处的纵剖视图。
17.图3是示出将图1中的包括盖体的电子装置安装于模块用基板的电子模块的纵剖视图。
18.图4的(a)以及图4的(b)是示出本发明的实施方式中的电子模块的另一例的纵剖视图。
19.图5是示出本发明的实施方式中的电子模块的另一例的纵剖视图。
20.图6是示出本发明的实施方式中的电子模块的另一例的纵剖视图。
21.图7是示出本发明的实施方式中的去掉盖体后的电子装置的另一例的俯视图。
22.图8的(a)是图7中的包括盖体的电子装置的a-a线处的纵剖视图，图8的(b)是图7中的包括盖体的电子装置的b-b线处的纵剖视图。
23.图9是示出本发明的实施方式中的去掉盖体后的电子装置的另一例的俯视图。
24.图10的(a)是图9中的包括盖体的电子装置的a-a线处的纵剖视图，图10的(b)是图9中的包括盖体的电子装置的b-b线处的纵剖视图。
25.图11是示出本发明的实施方式中的去掉盖体后的电子装置的另一例的俯视图。
26.图12的(a)是图11中的包括盖体的电子装置的a-a线处的纵剖视图，图12的(b)是图11中的包括盖体的电子装置的b-b线处的纵剖视图。
27.图13的(a)以及图13的(b)是示出本发明的实施方式中的电子装置的另一例的纵剖视图。
具体实施方式
28.参照附图对本发明的例示性的实施方式进行说明。
29.参照图1～图13对本发明的实施方式中的电子装置进行说明。本实施方式中的电子装置具有：光元件搭载用封装件1、搭载于光元件搭载用封装件1的光元件2、窗构件3、以及盖体4。
30.本实施方式的光元件搭载用封装件1具有基体11，基体11具有搭载例如激光二极管等光元件2的凹部13和开口部14。
31.基体11具有：在底面搭载光元件2的凹部13、和设置在凹部13的侧壁13a的开口部14。
32.基体11作为用于搭载光元件2的搭载构件而发挥功能，光元件2经由焊料等接合材
料接合在设置于凹部13的底面的布线导体12上。
33.基体11例如能够使用氧化铝质烧结体(氧化铝陶瓷)、氮化铝质烧结体、莫来石质烧结体或玻璃陶瓷烧结体等陶瓷。基体11既可以将由这样的陶瓷烧结体构成的多个绝缘层进行层叠而形成，也可以通过使用能够成型为给定的形状那样的模具对陶瓷生片进行加压而进行成型。
34.在使用树脂材料制作基体11的情况下，例如能够使用以环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、苯酚树脂、聚酯树脂、或四氟乙烯树脂为代表的氟系树脂等。
35.若是例如将由氧化铝质烧结体构成的多个绝缘层进行层叠来形成基体11的情况，则通过如下方式来制作，即：在氧化铝、氧化硅、氧化镁以及氧化钙等原料粉末中添加混合适当的有机粘合剂以及溶剂等而成为泥浆状，将其通过刮刀法、压延辊法等成型为片状而得到陶瓷生片，然后，对陶瓷生片实施适当的冲裁加工并且将其层叠多片，在高温(大约1600℃)下进行烧成。此外，也可以通过使用能够成型为给定的形状那样的模具对陶瓷生片进行加压来成型，并与上述同样在高温下进行烧成来制作。
36.凹部13设置有成为光元件2的搭载区域的搭载部11a。在图1～图13所示的例子中，凹部13的内侧壁具有相对于底面垂直的面，在搭载部11a搭载有光元件2。
37.这样的凹部13能够通过如下方式来形成，即，对于基体11用的陶瓷生片，通过激光加工、基于模具的冲裁加工等在多个陶瓷生片形成成为凹部13的贯通孔，并将这些陶瓷生片层叠在未形成贯通孔的陶瓷生片上。此外，在基体11的厚度薄的情况下，成为凹部13的贯通孔若在层叠了陶瓷生片之后通过激光加工、基于模具的冲裁加工等来形成，则能够高精度地进行加工，所以优选。
38.开口部14设置于凹部13的侧壁13a。通过设为这样的结构，从而从光元件2发出的光通过开口部14的内侧向基体11的外部释放出。
39.这样的开口部14能够通过如下方式来形成，即，与凹部13同样地，对于陶瓷生片通过激光加工、利用模具的冲裁加工等在陶瓷生片形成成为开口部14贯通孔，使得与成为凹部13的贯通孔连结，并将这些陶瓷生片层叠在未形成贯通孔的陶瓷生片上。
40.凹部13在底面设置有缺口15，使得与开口部14相接。通过设为这样的结构，从而从光元件2发出的光的一部分难以被搭载光元件2的凹部13的底面以及侧壁13a的开口部14遮挡，能够抑制光量的减少，结果搭载了光元件2的电子装置能够发出所需的光量。
41.这样的缺口15能够通过如下方式来形成，即，与凹部13同样地，对于陶瓷生片通过激光加工、利用模具的冲裁加工等在陶瓷生片形成成为缺口15的贯通孔，使得与成为开口部14的贯通孔连结，并将这些陶瓷生片层叠在未形成贯通孔的陶瓷生片上。
42.若像图1以及图2所示的例子那样，在俯视下，凹部13的外廓形状为方形，缺口15设置为和与设置有开口部14的侧壁13a连结的、凹部13的其他侧壁13b相接，则缺口15形成为宽幅，从光元件2发出的光的一部分更加难以被搭载光元件2的凹部13的底面遮挡，能够进一步抑制光量的减少，结果搭载了光元件2的电子装置能够发出所需的光量。另外，若像图7以及图8所示的例子那样，在凹部13的其他侧壁13b中，缺口15相接的部分的厚度d1设为大于缺口15未相接的部分的厚度d2，则在开口部14设置窗构件3的情况下，在窗构件3的接合时施加的应力或者在使用时对从基体11突出的窗构件3施加的应力由厚度较厚的其他侧壁13b有效地分散，能够在光元件搭载用封装件1中抑制变形、破裂等。
43.此外，若像图9以及图10所示的例子那样，在俯视下，凹部13的外廓形状为方形，缺口15设置为远离与设置有开口部14的侧壁13a连结的、凹部13的其他侧壁13b，则从光元件2发出的光的一部分难以被搭载光元件2的凹部13的底面以及侧壁13a的开口部14遮挡，能够抑制光量的减少，结果搭载了光元件2的电子装置能够发出所需的光量。此外，在开口部14设置窗构件3的情况下，在窗构件3的接合时施加的应力、或者在使用时对从基体11突出的窗构件3施加的应力由位于基体11的侧面与缺口15之间的部分进行分散，能够在光元件搭载用封装件1中抑制变形、破裂等。另外，若像图11以及图12所示的例子那样，在俯视下，在凹部13的其他侧壁13b与缺口15之间具有位于比凹部13的底面更靠凹部13的开口侧的台阶部16，则在开口部14设置窗构件3的情况下，在窗构件3的接合时施加的应力、或者在使用时对从基体11突出的窗构件3施加的应力由台阶部16进一步分散，能够在光元件搭载用封装件1中抑制变形、破裂等。
44.此外，若像图1～图13所示的例子那样，凹部13具有搭载光元件2的搭载部11a，并在俯视下，缺口15设置为与搭载部11a相接，则能够进一步抑制刚从光元件2发出之后的光的一部分被搭载光元件2的凹部13的底面遮挡，可抑制光量的减少，结果搭载了光元件2的电子装置能够发出所需的光量。
45.此外，若像图13的(a)所示的例子那样，缺口15与光元件2的搭载部11a以及开口部14相接，缺口15的底面位于凹部13的底面与开口部14的下端之间，则能够进一步抑制刚从光元件2发出之后的光的一部分被搭载光元件2的凹部13的底面遮挡，可抑制光量的减少，结果搭载了光元件2的电子装置能够发出所需的光量。此外，能够抑制与缺口15对应的基体11的厚度变薄，在开口部14设置窗构件3的情况下，在窗构件3的接合时施加的应力、或者在使用时对从基体11突出的窗构件3施加的应力由位于基体11的下表面与缺口15之间的部分进行分散，能够在光元件搭载用封装件1中抑制变形、破裂等。
46.此外，若像图13的(b)所示的例子那样，缺口15与光元件2的搭载部11a以及开口部14相接，并具有从光元件2的搭载部11a的端部到开口部14向开口部14侧倾斜的倾斜部，则能够进一步抑制刚从光元件2发出之后的光的一部分被搭载光元件2的凹部13的底面遮挡，光量的减少得到了抑制，结果搭载了光元件2的电子装置能够发出所需的光量。此外，能够抑制与缺口15对应的基体11的厚度变薄，在开口部14设置窗构件3的情况下，在窗构件3的接合时施加的应力、或者在使用时对从基体11突出的窗构件3施加的应力由位于基体11的下表面与缺口15之间的部分进行分散，能够在光元件搭载用封装件1中抑制变形、破裂等。
47.此外，若将设置于凹部13的底面的布线导体12从搭载部11a设置到缺口15，则在光元件2的动作时，从光元件2发出的热不仅传到搭载部11a，还传到缺口15，能够容易地将从光元件2发出的热辐射到外部。
48.此外，若缺口15设置为与搭载部11a相接，并将设置于凹部13的底面的布线导体12从搭载部11a设置到缺口15，则容易对接合光元件2的接合材料设置角焊缝(fillet)，能够使光元件2的接合可靠性提高。
49.布线导体12设置于基体11的表面以及内部。布线导体12的一端部例如导出到凹部13的底面，布线导体12的另一端部导出到基体11的下表面。布线导体12用于对搭载于光元件搭载用封装件1的光元件2和模块用基板6进行电连接。布线导体12包括设置于基体11的表面或内部的布线导体、和贯通构成基体11的绝缘层而将位于上下的布线导体彼此进行电
连接的贯通导体。
50.布线导体12能够使用钨(w)、钼(mo)、锰(mn)、银(ag)或铜(cu)等金属材料。例如，若是基体11由氧化铝质烧结体构成的情况，则预先通过丝网印刷法在成为基体11的陶瓷生片上将布线导体12用的导体糊剂印刷涂敷为给定的图案，并与成为基体11的陶瓷生片同时进行烧成，从而被覆形成在基体11的给定位置，其中，布线导体12用的导体糊剂是在w、mo或mn等高熔点金属粉末中添加混合适当的有机粘合剂以及溶剂等而得到的。在布线导体12为贯通导体的情况下，通过如下方式形成，即，通过基于模具、冲孔(punching)的冲裁加工、激光加工在生片形成贯通孔，并通过印刷法在该贯通孔填充布线导体12用的导体糊剂。
51.在布线导体12的露出的表面，进一步通过电镀法或无电解镀覆法而被覆有镀覆层。镀覆层由镍、铜、金或银等耐蚀性、与连接于光元件2的电极的接合线等连接构件5的连接性优异的金属构成，例如，依次被覆镀镍层和镀金层，或者依次被覆镀镍层和镀银层。
52.此外，也可以通过在搭载光元件2的布线导体12上被覆厚度为10～80μm左右的镀铜层，从而容易使光元件2的热良好地散热，还可以在下表面的布线导体12上被覆厚度为10～80μm左右的镀铜层，从而使得容易从光元件搭载用封装件1向模块用基板6进行散热。
53.此外，也可以使由上述以外的金属构成的镀覆层介于其间，例如镀钯层等。
54.光元件搭载用封装件1通过如下方式制作成电子装置，即，在凹部13的搭载部11a搭载光元件2，设置窗构件3使得堵塞开口部14，并设置盖体4使得堵塞凹部13。光元件2通过如下方式而搭载于光元件搭载用封装件1，即，在通过焊料等接合材料固定在布线导体12上后，经由接合线等连接构件5对光元件2的电极和布线导体12进行电连接。
55.光元件2例如是激光二极管(laser diode)等半导体光元件。另外，也可以在凹部13载置多个光元件2。在该情况下，从多个光元件2发出的光根据需要经由棱镜等透射过窗构件3，向基体11的外部释放出。
56.在凹部13中，经由钎料等所构成的密封材料，通过由陶瓷、金属等构成的盖体4来进行密封。另外，也可以经由密封环通过焊接而利用盖体4进行密封。此外，在开口部14中，经由低熔点玻璃等所构成的密封材料，通过由透光性的玻璃等构成的窗构件3来进行密封。这样，光元件搭载用封装件1被密封。另外，在上述中窗构件3设置为覆盖开口部14的开口，但是也可以设置为与开口部14嵌合。
57.在上述中，像图3所示的例子那样，电子装置经由焊料等钎料7连接于模块用基板6的连接焊盘61，但也可以像图4～图6所示的例子那样，将电子装置搭载于例如由铝、铜等构成的传热构件8。在图4的(a)、图5以及图6所示的例子中，搭载电子装置，使得覆盖贯通孔8a的开口的整体，在图4的(b)所示的例子中，电子装置搭载于贯通孔8a的附近。通过设为这种结构，由于电子装置不经由模块用基板6而搭载于传热构件8，因此光元件2的热容易经由传热构件8更良好地向外部散热。在该情况下，光元件搭载用封装件1设置有由金属构成的引线端子9，布线导体12和引线端子9经由钎料等进行连接。引线端子9用于对搭载于光元件搭载用封装件1的光元件2和外部的电路进行电连接。另外，引线端子9也可以是销状的形状。
58.传热构件8具有贯通孔8a，使引线端子9不与传热构件8直接接触而位于贯通孔8a内，来搭载电子装置。另外，像图6所示的例子那样，设置凹陷部8b，使其开口的宽度比贯通孔8a大且与贯通孔8a的开口的整体重叠，若在凹陷部8b搭载有电子装置，则传热路径增大，容易通过传热构件8来良好地传递光元件2的热，结果容易经由传热构件8有效地使光元件2
的热向外部散热。另外，为了容易通过传热构件8来更良好地传递热，也可以经由使铜、铝、氧化镁等的粒子分散在硅酮等润滑脂中的散热润滑脂将电子装置搭载于传热构件8。
59.接下来，对本实施方式的光元件搭载用封装件1的制造方法进行说明。
60.基体11例如由氧化铝(al2o3)质烧结体构成，具有在其底面设置了搭载光元件2的搭载部11a的凹部13。关于该基体11，在由主要成分为氧化铝(al2o3)的氧化铝质烧结体构成的情况下，在al2o3的粉末中添加二氧化硅(sio2)、氧化镁(mgo)、氧化钙(cao)等粉末作为烧结助剂，进而添加适当的粘合剂、溶剂以及增塑剂，接着将这些混合物进行混炼而形成为浆状。此后，通过现有众所周知的刮刀法等成型方法来得到批量生产用的陶瓷生片。
61.使用该陶瓷生片，通过以下的[1]～[5]的工序来制作光元件搭载用封装件1。
[0062]
[1]成为凹部13、开口部14以及缺口15的部位的使用了冲裁模具的冲裁工序。
[0063]
另外，在缺口15具有从光元件2的搭载部11a到开口部14倾斜的倾斜部的情况下，也可以通过对陶瓷生片按压夹具等来形成。
[0064]
[2]用于在基体11的成为凹部13的底面、内部、侧面、下表面的部位分别形成包括内部导体、贯通导体的布线导体12的导体糊剂的印刷涂敷以及填充工序。
[0065]
[3]将成为各绝缘层的陶瓷生片进行层叠来制作陶瓷生片层叠体的工序，或者省略[1]的工序，使用能够成型为成为凹部13、开口部14以及缺口15的形状的模具对陶瓷生片进行加压来制作成型体的工序。
[0066]
[4]以大约1500～1800℃的温度对该陶瓷生片层叠体进行烧成，得到排列有多个具有各布线导体12的基体11的批量生产基板的工序。
[0067]
[5]在进行烧成而得到的批量生产基板上沿着成为光元件搭载用封装件1的外缘之处形成分割槽并沿着该分割槽截断来分割的工序，或者通过切片法等在成为光元件搭载用封装件1的外缘之处进行切断的工序。
[0068]
另外，分割槽能够通过在烧成后利用切片装置切入得比批量生产基板的厚度小来形成，但也可以通过对批量生产基板用的陶瓷生片层叠体按压切刀或者利用切片装置切入得比陶瓷生片层叠体的厚度小来形成。
[0069]
此外，在上述的[2]的工序中，布线导体12通过利用丝网印刷法等将导体糊剂在基体11用的陶瓷生片上印刷为给定形状，与基体11用的陶瓷生片同时进行烧成，从而形成在多个基体11的各自的给定位置。布线导体12中的、在厚度方向上贯通陶瓷生片的贯通导体只要通过印刷导体糊剂从而填充形成于陶瓷生片的贯通孔即可。这种导体糊剂通过在钨、钼、锰、银或铜等金属粉末中加入适当的溶剂以及粘合剂并进行混匀，从而调整为适当的粘度来制作。另外，为了提高与基体11的接合强度，导体糊剂也可以包含玻璃、陶瓷。
[0070]
此外，在布线导体12露出的表面，依次被覆厚度为0.5～5μm的镀镍层以及厚度为0.1～3μm的镀金层、或者依次被覆厚度为1～10μm的镀镍层以及0.1～1μm的银镀层为宜。由此，能够有效地抑制布线导体12受到腐蚀，并且能够使布线导体12与光元件2的利用接合材料的接合、布线导体12与接合线等连接构件5的接合、布线导体12与模块用基板6的连接焊盘61的接合变得牢固。
[0071]
通过将对这样形成的光元件搭载用封装件1在搭载部11a上搭载了光元件2的电子装置经由焊料等钎料7而搭载于模块用基板6，从而光元件2经由布线导体12与模块用基板6电连接。另外，光元件2的各电极通过接合线等连接端子等与光元件搭载用封装件1的布线
导体12电连接。
[0072]
另外，也可以使电子装置搭载于传热构件8。例如，在光元件搭载用封装件1设置引线端子9使得经由钎料等与布线导体12接合，并将电子装置搭载于具有贯通孔8a的传热构件8，使得引线端子9位于贯通孔8a内并且不与传热构件8直接接触。在该情况下，光元件2经由布线导体12以及引线端子9与外部的电路电连接。
[0073]
根据本实施方式的光元件搭载用封装件1，因为包括基体11，基体11具有在底面搭载光元件2的凹部13和设置于凹部13的侧壁13a的开口部14，并在凹部13的底面设置有缺口15使得与开口部14相接，所以从光元件2发出的光的一部分难以被搭载光元件2的凹部13的底面以及侧壁13a的开口部14遮挡，能够抑制光量的减少，结果搭载了光元件2的电子装置能够发出所需的光量。
[0074]
根据本实施方式的电子装置，因为具有上述结构的光元件搭载用封装件1、搭载于光元件搭载用封装件的光元件2、设置为堵塞开口部的窗构件3、以及设置为堵塞凹部的盖体4，所以发出所需的光量。
[0075]
本实施方式的电子模块具有具备连接焊盘61的模块用基板6和经由钎料7连接于焊盘61的上述结构的电子装置，或者具有传热构件8和搭载于传热构件8的上述结构的电子装置，由此发出所需的光量。