(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性電気絶縁材料よりなる基体表面にメタライズ膜を介して、厚み１〜１０μｍの溶着金属膜がパターン形成されたヒートシンクサブマウントにおいて、該溶着金属膜の表面粗さがＲａ０．０５μｍ以上であることを特徴とするヒートシンクサブマウント。
【請求項２】
溶着金属膜が真空蒸着法により形成され、該溶着金属は、金・すず系はんだ合金よりなる主層と該主層の表面に少なくともすずよりなる層を有することを特徴とする請求項１記載のヒートシンクサブマウント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、新規なヒートシンクサブマウントに関するものである。詳しくは、表面粗さを調整した溶着金属膜を有し、光半導体素子チップの実装を極めて容易にしたヒートシンクサブマウントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ヒートシンクサブマウントは光半導体素子とヒートシンク（銅等の金属製ブロック）の間に位置する熱伝導性電気絶縁基板であり、光半導体素子から発生される熱をヒートシンク側へ効率良く伝達できる性能を持つものである。かかるヒートシンクサブマウントはＬＤ素子の放熱素材として広く用いられている。
【０００３】
上記ヒートシンクサブマウントは熱伝導性電気絶縁材料よりなる基体の表面にメタライズ膜よりなる部分的なメタライズパターンを一つ以上形成し、前記メタライズパターンの一つまたは複数個のパターン上の素子を実装する箇所に溶着金属膜を形成したものが広く知られている。上記溶着金属膜は複数の金属を同時に真空蒸着する方法（以下２元同時蒸着法という）で形成させた平滑な表面を有する膜の形成が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の２元同時蒸着法による溶着金属膜を形成したヒートシンクサブマウントは、溶着金属膜の表面状態が平滑であるため素子を実装する際に、素子が滑りやすく所定の位置に実装しづらいという問題がある。また、溶着金属膜とその下部に位置するメタライズ膜等の色彩が同じである場合においては溶着金属膜の位置が認識しづらく実装が困難となる場合がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、溶着金属膜の上に素子を実装する際に素子の滑り易さや素子の実装位置の認識しづらさを解消したヒートシンクサブマウントを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究を行ってきた。その結果、溶着金属膜の表面粗さを特定の範囲に調節することにより、上記課題を全て解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明は、熱伝導性電気絶縁材料よりなる基体表面にメタライズ膜を介して、厚み１〜１０μｍの溶着金属膜がパターン形成されたヒートシンクサブマウントにおいて、該溶着金属膜の表面粗さがＲａ０．０５μｍ以上であることを特徴とするヒートシンクサブマウントである。
【０００８】
また、本発明は上記ヒートシンクサブマウントを製造する有利な製造方法をも提供する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明におけるヒートシンクサブマウントの代表的な構成を示す概略図である。本発明においてヒートシンクサブマウントは公知の構造が特に制限なく採用される。例えば図１に示すように、熱伝導性電気絶縁基板１にメタライズ膜２、２’を介して溶着金属膜３を設けることにより構成される。
【００１０】
上記熱伝導性電気絶縁基板の材質は、特に制限されない。ダイヤモンド、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化珪素、ジルコニア等のセラミックスであるが、セラミックスが一般的である。その中で、窒化アルミニウムは熱伝導率が高いために半導体レーザー素子等の素子から発生する熱を効率よくヒートシンクへ逃がすと共に素子の代表的な素材であるＳｉと熱膨張係数が近い等のため好適な部材である。
【００１１】
本発明において絶縁基板１の片面もしくは両面に形成されるメタライズ膜２、２’の材質は、導電性を有するものなら特に限定されないが、通常金属である。該金属としては公知の金属が特に制限されない。またメタライズ膜は、一種の金属よりなる単層であっても良いし、二種類以上の金属の層、たとえば接着層、拡散防止層、導体層、場合によっては、更に拡散層などの多層の金属層とすることもできる。更に、メタライズ膜２、２’の厚みは、一般に０．０１〜１０μｍである。上記メタライズ膜の形成方法の代表的なものとしては、スパッタリング法、真空蒸着法がある。
【００１２】
本発明において、上記メタライズ膜２上には素子を実装するために溶着金属膜３が形成される。上記溶着金属膜としては一般的に鉛・すず系ハンダ、金・すず系ハンダ、金・シリコン系ハンダ、金・ゲルマニウム系ハンダ等の合金よりなる少なくとも一種類のハンダ膜が使用される。また、溶着金属膜の厚みは、一般に１〜１０μｍである。上記、溶着金属膜の形成方法としては一般的に真空蒸着法が適用される。
【００１３】
上記ヒートシンクサブマウントへの素子の実装は、溶着金属膜を加熱溶融した状態にて行われる。
【００１４】
本発明の特徴は上記ヒートシンクサブマウントにおいて、溶融金属膜３の表面粗さが、Ｒａ０．０５μｍ以上に調整されることにある。すなわち上記範囲外、すなわち、Ｒａが０．０５μｍ未満の表面粗さを有する溶着金属膜上に素子を実装する場合には、素子が滑りやすく所定の位置に実装しづらいという問題が発生する。また、溶着金属膜とその下部に位置するメタライズ膜等の色彩が同じである場合においては溶着金属膜の位置が認識しづらく実装が困難となる。他方、表面粗さの上限は、特に限定されないが、必要以上に大きくすると素子を置いた場合に不安定となり、場合によっては、実装される素子と溶着金属膜との密着性が低下する問題も生ずるので、一般にＲａ１．２μｍを越える表面粗さとすることは好ましくない場合も生ずる。したがって、該溶着金属膜の表面粗さの好ましい範囲としてはＲａ０．０５〜１．２μｍの範囲である。なお、本発明において、表面粗さの測定は東京精密製サーフコムＳ５０Ａ（測定端子５μｍＲ、９０°円錐ダイヤモンド）により測定した値による。
【００１５】
本発明において、溶着金属膜の表面粗さを上記範囲に調整する方法は特に制限されない。例えば、熱伝導性電気絶縁材料１の表面に、溶着金属膜を構成する複数の金属を同時に蒸着して溶着金属膜の主層を形成した後、該主層の表面に、溶着金属膜を構成する金属成分のうち一種のみの層（以下単層という）を形成させることによって得られる。好ましくは、図２に示すように、溶着金属膜を構成する複数の金属種を、それぞれ個々の金属の単層膜５、６に示す如く複数層、蒸着などによって、主層４上に順次形成させることにより、各蒸着金属粒子の大きさの違いによる作用で表面を粗くする方法が好適な方法として挙げられる。
【００１６】
そこで、本発明は、表面にメタライズ膜を有する熱伝導性電気絶縁材料のメタライズ膜面に複数の溶着金属形成用金属を同時に蒸着し、該金属の合金よりなる溶着金属膜の主層を形成させ、次いで該主層上に、主層を構成する金属の内一種の金属層を形成させることを特徴とする、表面粗さがＲａ０．０５μｍ以上、好ましくは、Ｒａ０．０５〜１．２μｍの溶融金属膜を有するヒートシンクサブマウントの製造方法をも提供する。
【００１７】
この方法において、単層膜の厚みは、厚すぎると主層より融点が上昇し、また、薄すぎると表面を粗くする効果が乏しくなるため、一般に、０．０５〜５μｍの範囲で、目的とする粗さが得られる厚みを選択して形成することが好ましい。ここで、複数の単層膜を形成させる場合、その順序は、如何なる順であってもよいが、低融点の金属よりなる単層膜を主層側に形成させることが好ましい。
【００１８】
その他の、本発明の表面粗さを有する溶着金属膜の形成方法としては、溶着金属膜のパターニングを行う方法として知られているフォトレジスト法を用いて、溶着金属膜形成後、レジストを溶解する前に溶着金属膜の表面をドライエッチングするなどの方法が挙げられる。
【００１９】
【実施例】
以下に、本発明を具体的に説明するために実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２０】
得られたヒートシンクサブマウントの溶着金属膜の表面粗さ測定は東京精密製サーフコムＳ５０Ａ装置を使用して測定した。
【００２１】
また得られたサブマウントの評価方法は下記の方法にしたがって行った。
【００２２】
１）素子実装時の滑り易さ：トーソク（株）社製実装装置（ＤＢ−３００ＳＷ）を用いて、ヒートシンクサブマウントをホットプレート上に置き、溶着金属膜の融点より高めに加熱した後、素子を該溶着金属膜上に実装した際、所定位置とのずれ量Ｘ（Ｘは１００回の測定値の平均とした）を観察した。このずれ量Ｘが＜０．５μｍの場合を良、Ｘ＞＝０．５μｍの場合を否として判定した。
【００２３】
２）素子実装時の溶着金属膜の認識し易さ：実体顕微鏡にてヒートシンクサブマウントの表面を１０名の試験者が観察し、全員が溶着金属膜のパターンを認識できた場合を良、１人でも認識できなければ否として判定した。
【００２４】
３）素子実装時の溶着金属膜の接着強度：測定部；今田製作所製ＳＨ−２０１３Ｍ、測定値表示；イマダ  ＤＰＳ−２０を用い、素子を溶着金属膜に接着後、シェア強度測定試験を行い、強度９．８ＭＰａ以上であれば良、９．８ＭＰａ未満であれば否として判定した。
【００２５】
実施例１
表裏両面を表面粗さＲａ：０．０３μｍに加工した2インチ角、厚み０．３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の表裏両面にメタライズ膜（第１層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．１μｍ／Ｐｔ：２μｍ／Ａｕ：３μｍ）をスパッタリング法により形成した後、表面にＡｕＳｎ（Ａｕ＝８０ｗｔ％）ハンダ（厚み３μｍ）を金属マスクを用いた真空蒸着法によりパターン形成した。次いで、上記ＡｕＳｎ表面上にＳｎのみを単独で厚み０．１μm（成膜時間２０ｍｉｎ）になるよう真空蒸着し、その上面にＡｕのみを単独で厚み０．１μｍ（成膜時間２０ｍｉｎ）になるよう真空蒸着することで表面粗さＲａ０．１μｍになるよう調整した。次いで膜形成が完了した基板を長さ１ｍｍ、幅１ｍｍにダイシングカットした。
【００２６】
得られたヒートシンクサブマウントへの素子の実装評価結果は滑り易さ：良、認識し易さ：良、接着強度：良（１５．０ＭＰａ）であった。
【００２７】
実施例２
表裏両面を表面粗さＲａ：０．０３μｍに加工した2インチ角、厚み０．３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の表裏両面にメタライズ膜（第１層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．１μｍ／Ｐｔ：２μｍ／Ａｕ：３μｍ）をスパッタリング法により形成した後、表面にＡｕＳｎ（Ａｕ＝８０wt%）ハンダ（厚み３μｍ）を金属マスクを用いた真空蒸着法によりパターン形成した。次いで、上記ＡｕＳｎ表面上にＳｎのみを単独で厚み０．１μm（成膜時間１０ｍｉｎ）になるよう真空蒸着し、その上面にＡｕのみを単独で厚み０．１μｍ（成膜時間１０ｍｉｎ）になるよう真空蒸着することで表面粗さＲａ０．３μｍになるよう調整した。次いで膜形成が完了した基板を長さ１ｍｍ、幅１ｍｍにダイシングカットした。
【００２８】
得られたヒートシンクサブマウントへの素子の実装評価結果は滑り易さ：良、認識し易さ：良、接着強度：良（１２．５ＭＰａ）であった。
【００２９】
比較例１
表裏両面を表面粗さＲａ：０．０３μｍに加工した2インチ角、厚み０．３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の表裏両面にメタライズ膜（第１層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．１μｍ／Ｐｔ：２μｍ／Ａｕ：３μｍ）をスパッタリング法により形成した後、表面にＡｕＳｎ（Ａｕ＝８０ｗｔ％）ハンダ（厚み３μｍ）を金属マスクを用いた真空蒸着法によりパターン形成した。この時のＡｕＳｎ膜の表面粗さはＲａ０．０４μｍであった。次いで単層膜を形成せずに、得られた基板を長さ１ｍｍ、幅１ｍｍにダイシングカットした。
【００３０】
得られたヒートシンクサブマウントへの素子の実装評価結果は滑り易さ：否、認識し易さ：否、接着強度：良（１１．２ＭＰａ）であった。
【００３１】
実施例３
表裏両面を表面粗さＲａ：０．０３μｍに加工した2インチ角、厚み０．３５ｍｍの窒化アルミニウム基板の表裏両面にメタライズ膜（第１層／第２層／第３層＝Ｔｉ：０．１μｍ／Ｐｔ：２μｍ／Ａｕ：３μｍ）をスパッタリング法により形成した後、表面にＡｕＳｎ（Ａｕ＝８０ｗｔ％）ハンダ（厚み３μｍ）を金属マスクを用いた真空蒸着法によりパターン形成した。次いで、上記ＡｕＳｎ表面上にＳｎのみを単独で厚み０．１μm（成膜時間５ｍｉｎ）になるよう真空蒸着し、その上面にＡｕのみを単独で厚み０．１μｍ（成膜時間５ｍｉｎ）になるよう真空蒸着した。この時の表面粗さはＲａ１．５μｍであった。次いで膜形成が完了した基板を長さ１ｍｍ、幅１ｍｍにダイシングカットした。
【００３２】
得られたヒートシンクサブマウントへの素子の実装評価結果は滑り易さ：良、認識し易さ：良、接着強度：良（９．９ＭＰａ）であった。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明より理解されるように、本発明における溶着金属膜の表面粗さを調整したヒートシンクサブマウントでは溶着金属膜の上に素子の実装の際において素子の滑りやすさや光半導体素子の実装位置の認識しづらさを解消することができる。
【００３４】
また、表面粗さを調節した溶着金属膜は複数の金属を同時に真空蒸着した後、各金属を単層膜形成することにより得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における一般的なヒートシンクサブマウントの断面図
【図２】本発明における代表的なヒートシンクサブマウントの断面図
【符号の説明】
１  熱伝導性電気絶縁基板
２、２’  メタライズ膜
３  溶着金属膜
４  主層
５  単層膜
６  単層膜
【図１】
0004014867.tif 000002
【図２】
0004014867.tif 000003