(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザダイオードを搭載するための高熱伝導金属材料から成る放熱用ブロックで構成され、前記ブロックの一面に両面をメタライズ処理した複数個のセラミックス片が接合されたレーザダイオード用サブマウントにおいて、前記複数個のセラミックス片のうちの１枚のセラミックス片上には前記レーザダイオードの固着位置基準となるメタライズパターンが形成され、このセラミックス片は前記ブロック前面中央上端に上面同士を一致させて接合してあり、他のセラミックス片は前記ブロックと互いの下面と側面とを一致させて前記ブロックの前面両下隅にそれぞれ接合されていることを特徴とするレーザダイオード用サブマウント。
【請求項２】
前記ブロックの前記セラミックス片を接合してある面は金メッキしてあることを特徴とする請求項１記載のレーザダイオード用サブマウント。
【請求項３】
レーザダイオードを搭載するための高熱伝導金属材料から成る放熱用ブロックで構成されるレーザダイオード用サブマウントの製造方法において、多数個のサブマウントが取り出せる大きさの高熱伝導金属基板に、一面には金錫半田で全面メタライズを施し、その裏面には金メタライズ処理を全面に施したセラミックス片を所望の配列で固着してブロック集合体を形成する工程と、前記セラミックス片は全てが少なくとも一方向に切断され、一部は二方向に切断されるように前記ブロック集合体を切断して前記サブマウントを単個に取り出す工程とを有することを特徴とするレーザダイオード用サブマウントの製造方法。
【請求項４】
前記集合体を切断する前に、前記金属基板を治具板に接合した上で、前記セラミックス片にレーザダイオード固着位置基準となるメタライズパターンを形成する工程を有することを特徴とする請求項３記載のレーザダイオード用サブマウントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザダイオード用サブマウント及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザダイオードは光センサの発光光源として各種精密測長器、リモートコントロール、情報の記録再生、自動機械の位置決め用などに広く用いられている。レーザダイオードは動作時の電流密度が１〜４ｋＡ／ｃｍ２  と高いため、動作電流による発熱を効率よく外部へ伝達して放熱しないと、熱によりレーザダイオードの発光効率が低下して光量が減少する。そこで光量を維持するためには更に動作電流を増加させることになる。この繰り返しから動作電流が増大してレーザダイオードの寿命が極端に短くなってしまうので、放熱を効率よく行うことが重要になる。そこで、レーザダイオードは熱伝導率の高い放熱用ブロック（ヒートシンク）にレーザダイオード素子をマウントした上で、電極の配線がなされ、パッケージに納められて製品化されている。このようなレーザダイオードの従来のマウント構造の一つに本願出願人が特願２０００−０４８３７５号として出願したものがある。
【０００３】
このレーザダイオードのマウント構造について図面により説明する。図５は従来のレーザダイオードのマウント部材であるサブマウントを示す斜視図である。図６は図５のサブマウントを用いたレーザダイオードのマウント構造を示す斜視図である。図５において、６５はサブマウントであり、５１は銅、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料から成る直方体形状の放熱用ブロックである。ブロック５１の少なくとも前面（図の手前側）は金等の金属メッキが施され、酸化・腐食防止がなされたワイヤボンディング可能な表面状態になっている。５２はブロック５１前面の一隅に接合された直方体形状のセラミックス片であり、ブロック５１の互いに隣り合う２側面とセラミックス片５２の互いに隣り合う２側面とはそれぞれ同一面に一致している。
【０００４】
セラミックス片５２前面には、本願出願人が特願２０００−０４６６４９号の出願に開示したものと同様に、限定された範囲に金等のメタライズパターン５２ａが形成されている。５３はブロック５１の前記一隅に対向する他の隅に接合された直方体形状のセラミックス片であり、ブロック５１の互いに隣り合う２側面とセラミックス片５３の互いに隣り合う２側面とはそれぞれ同一面に一致している。セラミックス片５２、５３は共に同じ厚さであり、セラミックス片５３の前面には電極となるメタライズが施されている。セラミックス片５２、５３各々の後面は金錫メタライズ処理が全面に施されている。
【０００５】
次に、このサブマウント６５を用いたレーザダイオードのマウント構造を説明する。図６において、５４はレーザダイオード素子である。レーザダイオード素子５４はレーザ光をパッケージ内の所望の位置から出射させるために、セラミックス片５２のメタライズパターン５２ａに合致して発光部５４ａが上を向くように高精度に位置決めされ、金錫半田等の高熱伝導固着剤にてアノード電極側が接合されている。５５はレーザダイオード素子５４のアノード電極とセラミックス片５３前面とを接続する配線ワイヤであり、５６はレーザダイオード素子５４のカソード電極とブロック５１前面とを接続する配線ワイヤである。５７、５８はサブマウント６５を実装するパッケージ上の配線パターンであり、５９、６０はそれぞれセラミックス片５３、ブロック５１と配線パターン５７、５８とを接続固定するための導電性固着材料である。セラミックス片５３の前面下端部とブロック５１の下面とは配線パターン５７、５８との接続端子となっている。
【０００６】
次ぎに、このサブマウントの製造方法を説明する。図７（ａ）において、６１はブロック５１が数十から数百個（図では簡略化して表現してある）取り出せる外周形状を持ち、厚さ１ｍｍ程度の銅、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料から成るブロック集合体であり、表裏の少なくとも１面には金メッキ等で表面処理を施す。６２はブロック集合体６１と同じ外周形状の窒化アルミニウム等の高熱伝導セラミックス材料から成るセラミックス板であり、その表面（図で上面）に金錫のメタライズ処理を施した大小一対のパターンであるパターン６２ａが縦横に配列してある。そして、裏面（図で下面）に金等のメタライズ処理がパターン６２ａと対向するパターン状（図では見えない）に施され、その大パターンの方には、パターン５２ａに対応するメタライズパターンが施されている。
【０００７】
６４はブロック集合体６１と同材料か同程度の熱膨張係数を持つ材料から成る同外周形状の治具板である。まず、図７（ａ）に示すように、治具板６４とセラミックス板６２とをパターン６２ａが外側を向くように接着した後、セラミックス板６２をＡ線に沿って切断し予備分割しておく。ここでＡ線とは、サブマウント完成時に同じブロック５１に含まれることになる一対のパターン６２ａを互いに分割する切断中心線である。このとき治具板６４を一部切り込んでもよいが切り離さない。次にブロック集合体６１の表面処理面をセラミックス板６２のパターン６２ａのある面に重ねて加圧・加熱することにより、図７（ｂ）に示すような治具板６４を接着したセラミックス板６２とブロック集合体６１との接合板６３を形成する。この間に、セラミックス板６２と治具板６４との間の接着剤は接着力を失なわれており、次に図７（ｃ）に示すように、接合板６３から治具板６４が自然に剥離する。その後、接合板６３に対してＢ線による切断をすると、セラミックス基板６２のブロック集合体６１と接しているメタライズ処理されていない部分は脱落して、図５に示すようなサブマウント６５が完成する。ここでＢ線とは、サブマウント完成時にブロック５１を互いに分割する切断中心線である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のこのようなサブマウントの製造方法では、ブロック集合体を治具板と接着したセラミックス板に重ねて接合板を形成する過程において、加熱により、銅板と接合するための金錫半田が溶融接合する前に、治具板とセラミックス板との接着剤が固定力を失うため、整列していたセラミックス片が動く場合がある。その後自由に動いた複数のセラミックス片上のパターンの特定された位置を基準として、サブマウントの平均的な外形切断位置を決定し個片に切断すると、個々のサブマウントの外形とパターンまでの寸法（図５のＬ１、Ｌ２、Ｌ３）にはバラツキを生じてレーザ素子の実装歩留が悪くなる。また、この製造方法ではセラミックスの廃棄される部分が多く材料歩留が約５０％と低い。以上のことから設備、工数、材料費共に大きな費用となる。
【０００９】
上記発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、設備費用及び工数の低減に寄与すると共に材料歩留を改善するレーザダイオード用サブマウント及びその製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のうちで請求項１記載の発明は、レーザダイオードを搭載するための高熱伝導金属材料から成る放熱用ブロックで構成され、前記ブロックの一面に両面をメタライズ処理した複数個のセラミックス片が接合されたレーザダイオード用サブマウントにおいて、前記複数個のセラミックス片のうちの１枚のセラミックス片上には前記レーザダイオードの固着位置基準となるメタライズパターンが形成され、このセラミックス片は前記ブロック前面中央上端に上面同士を一致させて接合してあり、他のセラミックス片は前記ブロックと互いの下面と側面とを一致させて前記ブロックの前面両下隅にそれぞれ接合されていることを特徴とする。
【００１２】
また請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明のうち、前記ブロックの前記セラミックス片を接合してある面は金メッキしてあることを特徴とする。
【００１３】
また請求項３記載の発明は、レーザダイオードを搭載するための高熱伝導金属材料から成る放熱用ブロックで構成されるレーザダイオード用サブマウントの製造方法において、多数個のサブマウントが取り出せる大きさの高熱伝導金属基板に、一面には金錫半田で全面メタライズを施し、その裏面には金メタライズ処理を全面に施したセラミックス片を所望の配列で固着してブロック集合体を形成する工程と、前記セラミックス片は全てが少なくとも一方向に切断され、一部は二方向に切断されるように前記集合体を切断して前記サブマウントを単個に取り出す工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
また請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明のうち、前記集合体切断する前に、前記金属基板を治具板に接合した上で、前記セラミックス片にレーザダイオード固着位置基準となるメタライズメタライズパターンを形成する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態であるレーザダイオード用サブマウントを示す斜視図、図２、図３はこのサブマウントの製造方法を示す斜視図又は平面図であり、図４は本発明の他の実施形態であるサブマウントのレーザ素子搭載部のパターン形状を示す平面図である。
【００１６】
初めに、本発明の実施の形態であるレーザダイオード用サブマウントの構成を説明する。図１において、１５はサブマウントであり、１はサブマウント１５のベースである銅、銅合金等の熱伝導率の高い金属材料から成る直方体形状の放熱用ブロックである。ブロック１の少なくとも１面（図の手前側）は金等の金属メッキが施され、酸化・腐食防止がなされたワイヤボンディング可能な表面状態になっている。２、３、４は同じ厚さの直方体形状の高熱伝導セラミックス片であり、セラミックス片２はブロック１前面の中央上端に上面同士を一致させて接合され、その前面にはワイヤボンディング可能な表面状態のレーザダイオード素子マウント用のパターン２ａが形成されている。セラミックス片３、４はブロック１と互いの下面と側面とを一致させてブロック１の隣り合う両隅に接合されている。セラミックス片３、４の前面にはワイヤボンディング可能な表面状態のメタライズ処理が施されている。セラミックス片２、３、４の後面には全面に金錫半田によるメタライズが施されている。
【００１７】
次に、このサブマウントの製造方法を説明する。図２（ａ）において、１１はブロック１が多数個取り出せる外周形状を持ち、厚さ１ｍｍ程度のブロック集合体であり、少なくとも１面を金メッキ等で酸化・腐食防止及びワイヤーボンド可能な表面状態に処理しておく。図２（ｂ）において、１２は１面を金錫等の高熱伝導の半田で全面にメタライズ処理を施し、更にその裏面には金等で半田ぬれ性とワイヤボンディング性とを考慮したメタライズを全面に施したセラミックス片であり、大型のセラミックス板を、後述の振込機、チップマウンタ等の実装精度を考慮した大きさに裁断して個片化したものである。図２（ｃ）に示すように、銅板１上に振込機、チップマウンタ等を用いてセラミックス片１２を金錫側を下にして±１００μｍ程度の一般的な位置精度で市松模様に置き、窒素等の低酸素雰囲気中で加圧加熱冷却により接合することにより、セラミックス片１２が多数個接合された１３の接合板を形成する。
【００１８】
図３において、１４はブロック集合体１１と同材料か同程度の熱膨張係数を持つ材料から成る同外周形状の治具板である。図３（ａ）に示すように、接合板１３の反りを小さくするために接合板１３のブロック集合体１１側を治具板１４に平坦に接着する。次に、図３（ｂ）に示すように、一部のセラミックス片１２上に所望のメタライズパターンのマスキングを施し、エッチング装置を用いて所望のパターン以外のメタライズ部分を除去して、完成サブマウントのメタライズパターン２ａを２個取れる大きさの所望のメタライズパターン１２ａを得る。
【００１９】
パターン１２ａを形成した接合板１３を図３（ｃ）に示すＣ線で治具板１４の一部も切り込むようにしてマルチワイヤーソー等の切断装置を用いて切断する。ここでＣ線とはパターン１２ａの２等分線を含む個々のサブマウント１５の外形を決める切断中心線のことである。この方法により、サブマウント１５外形に対するパターン２ａの位置精度は向上するが、更にパターン２ａの位置精度を上げるために、上記パターン１２ａ形成前に治具板１４上の接合板１３をＣ線で切断して個片化した後に、治具１４ごと個片化した接合板１３に対して、図３（ｃ）のＣ線の交点を基準にしてメタライズパターン２ａを形成することにより、切断位置誤差を除去したサブマウントを得るようにしてもよい。
【００２０】
次に、本実施の形態の効果について説明する。セラミックス片１２が予め小片に分割されているので、ブロック集合体１１と固着する際に、加圧・加熱・冷却による両材料の熱膨張係数差の影響がセラミックス片１２の小区域に留まり、接合板１３の反りを低減できる。また、接合板１３に後から治具板１４を接着する際にブロック集合体１１とセラミックス片との固着が緩むようなことはない。また、レーザダイオード素子の固着位置基準となるメタライズパターン２ａを基準にしてサブマウント１５外形を切断するので、レーザダイオード素子の位置精度は、セラミックス片１２の接合位置精度には関係なく高精度に決まるようになる。また、多数個を一括処理で行うので工数削減ができる。
【００２１】
また、このサブマウント１５を形成する場合、図３に示すような配列にすることにより、完成品２個に対してセラミックス片は６個必要だが、多数個の場合には計算上これが約２個で済むため、振込機やチップマウンタ等の設備費も低く抑えられる。また、個片のセラミックス片を用いる方法であることから、電極となる部分のセラミックス片にはアルミナ、ジルコニア、ガラス等の安価な絶縁材料を代用することもでき、その場合には更に製造コストを低減できる。また、従来の方法では必要だったセラミックス裏面の金錫半田等の部分的メタライズパターンが不要となり、パターンニング関連設備費を低減できる。サブマウント１５の下面に両電極が引き出されているので基板の配線パターンへの接合も容易になる。
【００２２】
以上の実施形態で説明してきたメタライズパターン２ａは２波長レーザ用のものであるが、これを図４に示すような形状にするだけでそのまま単波長レーザ用にも適用できる。この場合、一方の電極用セラミックス片は不要であるが、単波長レーザ用のサブマウントを別設計で準備するよりもコストメリットが出せる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、予め高熱伝導金属材料から成るブロック基板に、個片に分割したセラミックス片を多数個接合したブロック集合体を形成し、この集合体にレーザダイオードの固着位置基準となるパターンを形成し、このパターンを基準としてサブマウントの外形を切断することにしたので、レーザダイオード固着位置精度が向上し、工数削減、歩留向上に寄与する。
【００２４】
また、レーザダイオードの固着位置基準となるパターン形成を接合板の外形切断後に行うことにより、外形切断位置の誤差を除去して更に精度の良いサブマウントが得られた。セラミックス板から切りだした個片を用いるために材料歩留も向上して、合わせてコストの低減ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態であるレーザダイオード用サブマウントを示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態であるレーザダイオード用サブマントの製造方法を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態であるレーザダイオード用サブマントの製造方法を示す斜視図（一部は平面図）である。
【図４】本発明の他の実施の形態であるレーザダイオード素子固着用パターンの平面図である。
【図５】従来のレーザダイオード用サブマウントの斜視図である。
【図６】従来のレーザダイオード用サブマウントによるレーザダイオードマウントマウント構造を示す斜視図である。
【図７】従来のレーザダイオード用サブマウントの製造方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  ブロック
２、３、４  セラミックス片
２ａ  メタライズパターン
１１  ブロック集合体
１２  セラミックス片
１２ａ  パターン
１３  接合板
１４  治具板
１５  サブマウント
【図１】
0004778627.tif 000002
【図２】
0004778627.tif 000003
【図３】
0004778627.tif 000004
【図４】
0004778627.tif 000005
【図５】
0004778627.tif 000006
【図６】
0004778627.tif 000007
【図７】
0004778627.tif 000008