半导体发光装置及半导体发光装置的制造方法制造方法及图纸

半导体发光装置(1)具备基体(30)、位于基体(30)上的副基台(20)和位于副基台(20)上的半导体激光器(10)，半导体激光器(10)和副基台(20)被用第1接合件(41)接合，基体(30)和副基台(20)被用第2接合件(42)接合，在副基台(20)的基体(30)侧，存在配置有衬垫(22)的第1区域(R1)和不配置衬垫(22)的第2区域(R2)，副基台(20)的第2区域(R1)的至少一部分被第2接合件(42)覆盖从而副基台(20)与基体(30)接合。(42)覆盖从而副基台(20)与基体(30)接合。(42)覆盖从而副基台(20)与基体(30)接合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体发光装置及半导体发光装置的制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体发光装置及半导体发光装置的制造方法。

技术介绍

[0002]半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)等半导体发光元件因为价格便宜及使用方法简便等优点，被用在许多光学系统中。例如，在光盘装置中的用来进行信号的读取及写入的光源或者光通信系统中的光通信用的光源等中，使用光输出比较小的半导体激光器。近年来，随着激光的高输出化，半导体激光器的应用范围扩大至照明用光源及激光加工装置的光源等。
[0003]其中，能够得到从紫外到绿色的波长的激光的GaN类半导体激光器的开发正在推进。GaN类半导体激光器例如能够用于照明用光源。在此情况下，通过将射出蓝色的激光的半导体激光器与将蓝色光吸收而放射黄色的荧光的荧光体进行组合，能够构成放射白色光的白色光源。从半导体激光器射出的光与发光二极管的光相比，能够将更小的聚光斑形成在荧光体之上。因此，通过使用半导体激光器，能够实现指向性高的照明用光源。因此，使用半导体激光器的照明用光源适合于需要远方照射的聚光灯或汽车用车头灯的远光灯(high beam)等。
[0004]但是，汽车用车头灯的使用环境对于半导体激光器而言是非常严酷的。因此，关于被用于汽车用车头灯的光源的半导体激光器，需要在从设想到在寒冷地方使用的低温到设想到盛夏的发动机室附近的高温的较大温度范围中动作。
[0005]并且，由于从照明用光源照射的光希望是明亮的，所以对于激光的输出要求更高的值。另一方面，以较高的光输出射出激光的半导体激光器产生较多的热。因此，为了将由半导体激光器产生的热效率良好地向外部传递，作为搭载半导体激光器的封装构造，需要散热性良好的构造。
[0006]因而，对于被用于汽车用车头灯的光源的半导体激光器而言，实现具有良好的散热性并且对于较大温度域的温度循环较为牢靠的封装构造变得重要。
[0007]以往，在专利文献1中公开了这种封装构造。图30表示了在专利文献1中公开的光半导体器件的封装构造。如图30所示，在专利文献1中公开的光半导体器件芯片1010经由AuSn焊料1041而与副基台(submount)1020连接。副基台1020经由AuSn焊料1042而与金属的散热块1030连接。
[0008]在副基台1020的与散热块1030连接的一侧的面，形成有条状的槽1028。以不将该槽1028填满的方式通过AuSn焊料1042将副基台1020和散热块1030接合。由此，在槽1028中形成空洞1029，所以在空洞1029的周边，AuSn焊料1042及副基台1020弹性变形。结果，能够缓和在副基台1020与散热块1030之间产生的热应变。
[0009]此外，图31表示在专利文献2中公开的发光二极管模块的封装构造。如图31所示，在专利文献2所公开的封装构造中，多个LED芯片2010与布线基板2020连接。布线基板2020经由接合件2042而与散热基板2030连接。在布线基板2020与散热基板2030之间，除了接合
件2042以外还配置有支承件2050。支承件2050的材料使用树脂材料及金属凸点(bump)。
[0010]此外，图32表示在专利文献3中公开的发光装置的封装构造。如图32所示，在专利文献3所公开的封装构造中，将安装有多个发光元件3010的陶瓷基板3020经由多个金属凸点3040而与安装基板3030连接。在多个金属凸点3040之间埋入有树脂。
[0011]现有技术文献
[0012]专利文献
[0013]专利文献1：日本特开平11－214791号公报
[0014]专利文献2：国际公开第2017/163593号
[0015]专利文献3：日本特开2016－72408号公报

技术实现思路

[0016]专利技术要解决的课题
[0017]但是，根据专利文献1～3所公开的结构，难以实现散热性良好并且对于温度循环较牢靠的封装构造。
[0018]例如，在图30所示的专利文献1中公开的封装构造及图32所示的专利文献3中公开的封装构造中，有热阻增大而散热性下降的问题。具体而言，在图30所示的封装构造中，由于存在空洞1029，所以贡献于散热的面积(散热面积)变小。
[0019]对于这一点，在图32所示的封装构造中，由于在多个金属凸点3040之间填充有树脂，所以与图30所示的封装构造相比确保了散热面积，但由于树脂材料与金属相比热传导率显著降低，所以还是具有热阻较大的问题。
[0020]另一方面，图31所示的专利文献2中公开的封装构造由于布线基板2020和散热基板2030被用接合件2042无间隙地连接，所以确保了散热面积。但是，由于作为支承件2050使用的树脂及金属凸点通常是几十μm的厚度，所以必然成为与接合件2042的厚度相同的程度。此外，如果简单地将接合件2042厚膜化，则还是导致热阻的增加。此外，树脂及金属凸点以在用于接合的压力下变形为前提，精度良好地控制支承件2050的厚度也较难。
[0021]本专利技术是为了解决这样的问题而做出的，目的在于提供抑制热阻的增大并且对于伴随温度循环的热应变具有充分的强度的半导体发光装置及半导体发光装置的制造方法。
[0022]用来解决课题的手段
[0023]为了达成上述目的，本专利技术的第1半导体发光装置的一技术方案具备：基体；副基台，位于上述基体上；以及半导体发光元件，位于上述副基台上；上述半导体发光元件和上述副基台被用第1接合件接合；上述基体和上述副基台被用第2接合件接合；在上述副基台的上述基体侧，存在配置有衬垫的第1区域和没有配置上述衬垫的第2区域；上述副基台的上述第2区域的至少一部分被上述第2接合件覆盖从而上述副基台与上述基体接合。
[0024]此外，本专利技术的第2半导体发光装置的一技术方案具备：基体；副基台，位于上述基体上，具有副基台主体；以及半导体发光元件，位于上述副基台上；上述半导体发光元件和上述副基台被用第1接合件接合；上述基体和上述副基台被用第2接合件接合；上述半导体发光元件是在耗电与光输出的差为3W以上的状态下动作的半导体激光器；将125℃与－40℃之间的温度循环反复1000次的温度循环试验后的工作电流If下的光输出的下降是上述温度循环试验前的工作电流If下的光输出的20％以下；上述副基台主体的上述基体侧的主
面的面积是0.6mm2以上；上述第1接合件的厚度比3μm小；设上述第2接合件的平均厚度为d[m]，设在上述半导体发光装置中保证的温度变化幅度为ΔT[K]，设上述副基台主体的热膨胀系数为α
sub
[K
－1
]，设上述基体的热膨胀系数为α
stem
[K
－1
]，设上述第2接合件的刚性模量为Z[GPa]，设上述副基台主体的宽度为W[m]，设上述副基台主体的长度为L[m]，设上述第2接合件的裂纹发生临界常数为C[GN/m]时，满足以下的(式1)及(式2)。
[0025][数式1][0026][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体发光装置，其特征在于，具备：基体；副基台，位于上述基体上；以及半导体发光元件，位于上述副基台上；上述半导体发光元件和上述副基台被用第1接合件接合；上述基体和上述副基台被用第2接合件接合；在上述副基台的上述基体侧，存在配置有衬垫的第1区域和没有配置上述衬垫的第2区域；上述副基台的上述第2区域的至少一部分被上述第2接合件覆盖从而上述副基台与上述基体接合。2.如权利要求1所述的半导体发光装置，其特征在于，上述副基台具有副基台主体；上述衬垫设于上述副基台主体。3.如权利要求2所述的半导体发光装置，其特征在于，上述衬垫设有多个。4.如权利要求3所述的半导体发光装置，其特征在于，至少2个上述衬垫之间被用上述第2接合件实质性地填埋。5.如权利要求3或4所述的半导体发光装置，其特征在于，多个上述衬垫被二维地分散配置。6.如权利要求3～5中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，多个上述衬垫中的至少一个与上述半导体发光元件重叠。7.如权利要求3～6中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，相邻的2个上述衬垫的间隔是100μm以上。8.如权利要求2～7中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述副基台主体是长方体；上述衬垫至少设有4个；4个上述衬垫分别配置在上述副基台主体的4个角的附近。9.如权利要求2～8中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，在上述副基台主体的上述基体侧的面，存在没有配置上述衬垫的角。10.如权利要求2～8中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述衬垫的侧面从上述副基台主体的侧面离开。11.如权利要求10所述的半导体发光装置，其特征在于，上述衬垫的侧面与上述副基台主体的侧面的距离是50μm以上。12.如权利要求2～11中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述衬垫的中心部的厚度比上述衬垫的周边部的厚度厚。13.如权利要求2～12中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述衬垫具有与上述副基台主体的上述基体侧的面相面对的第1面、与上述第1面相反侧的第2面、以及作为上述第1面与上述第2面之间的侧面的第3面。
14.如权利要求13所述的半导体发光装置，其特征在于，在上述第2面配置有第2金属膜。15.如权利要求14所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第2金属膜还配置在上述第3面。16.如权利要求15所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第2金属膜还配置在上述第2区域。17.如权利要求13～16中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第2面和上述第3面被用第1曲面连接。18.如权利要求13～17中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第3面具有曲面。19.如权利要求13～18中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第3面至少具有第1侧面和第2侧面；上述第1侧面和上述第2侧面被用第2曲面连接。20.如权利要求19所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第2曲面的曲率半径是25μm以上。21.如权利要求1～20中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述衬垫的最小宽度是50μm以上。22.如权利要求2～21中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，在上述第1区域中的上述衬垫与上述副基台主体的上述基体侧的面之间，配置有第1金属膜。23.如权利要求22所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第1金属膜配置在上述第2区域中的上述副基台主体的上述基体侧的面。24.如权利要求22或23所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第1金属膜具有第1密接层和防变质层；上述第1密接层和上述防变质层从上述副基台主体朝向上述衬垫依次配置。25.如权利要求1～24中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，设上述副基台的上述第2区域的上述第2接合件的平均厚度为d[m]，设在上述半导体发光装置中保证的温度变化幅度为ΔT[K]，设上述副基台的基础材料的热膨胀系数为α
sub
[K
－1
]，设上述基体的热膨胀系数为α
stem
[K
－1
]，设上述第2接合件的刚性模量为Z[GPa]，设上述副基台的宽度为W[m]，设上述副基台的长度为L[m]，设上述第2接合件的裂纹发生临界常数为C[GN/m]时，满足以下的(式1)及(式2)[数式1]
[数式2]C＝3
×
10-3
…
(式2)。26.如权利要求1～24中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述第2接合件由AuSn构成；设上述副基台的上述第2区域的上述第2接合件的平均厚度为d[m]，设在上述半导体发光装置中保证的温度变化幅度为ΔT[K]，设上述副基台的基础材料的热膨胀系数为α
sub
[K
－1
]，设上述基体的热膨胀系数为α
stem
[K
－1
]，设上述副基台的宽度为W[m]，设上述副基台的长度为L[m]，设上述第2接合件为AuSn的情况下的上述第2接合件的裂纹发生临界常数为D[m]时，满足以下的(式3)及(式4)[数式3][数式4]D＝1.32
×
10-4
…
(式4)。27.如权利要求1～26中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，上述衬垫的主成分是从Cu、Al、Au及Ag中选择的金属、或包含Cu、Al、Au及Ag的至少某一种的合金。28.如权利要求1～27中任一项所述的半导体发光装置，其特征在于，在上...

【专利技术属性】
技术研发人员：左文字克哉，西川透，
申请(专利权)人：新唐科技日本株式会社，
类型：发明
国别省市：