(57)【要約】  本発明は、少なくとも２つのサブキャリア１１０，２１０と、サブキャリア１１０，２１０を機械的に結合するアライメント構造１２０，１３０，２３０，２３２とを有する、半導体照明モジュールを組み立てるためのキャリア構造１００，２００を記載する。アライメント構造１２０，１３０，２３０，２３２は、キャリア１１０，２５０へのキャリア構造１００，２００の熱接合中にサブキャリア１１０，２１０の少なくとも一部への機械的結合が消失するように構成される。アライメント構造１２０，１３０，２３０，２３２はさらに、キャリア構造１００，２００の材料の熱膨張係数よりも高いキャリア１１０，２５０の材料の熱膨張係数を補正するように構成される。本発明はかかるキャリア構造１００，２００を有する半導体チップ、並びにキャリア構造１００，２００又は半導体チップを有する半導体照明モジュールをさらに記載する。本発明は最後に半導体照明モジュールを製造する対応する方法を記載する。本発明はアライメント労力が削減された熱接合による半導体照明モジュールの組み立てを可能にする。
2016541122.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体照明モジュールを組み立てるためのキャリア構造であって、少なくとも２つのサブキャリアと、当該サブキャリアを機械的に結合するアライメント構造とを有し、当該アライメント構造は、前記サブキャリアの少なくとも一部への機械的結合が、キャリア上への前記キャリア構造の熱接合中に消失するように構成され、前記アライメント構造はさらに、前記キャリア構造の材料の熱膨張係数よりも高い前記キャリアの材料の熱膨張係数を補正するように構成される、キャリア構造。
【請求項２】
前記サブキャリアが半導体光源を実装するためのサブマウントであり、前記アライメント構造は、少なくとも１つの第１のフレーム構造と、前記サブマウントが当該第１のフレーム構造と平行に配置されるように当該第１のフレーム構造へ前記サブマウントを機械的に結合するサブマウントあたり少なくとも１つのブリッジとを有し、当該ブリッジは、当該ブリッジにかかる熱応力が閾値を超える場合に前記キャリアへの前記キャリア構造の熱接合中に壊れるように構成される、請求項１に記載のキャリア構造。
【請求項３】
少なくとも第２のフレーム構造と、前記サブマウントが当該第２のフレーム構造と平行に配置されるように当該第２のフレーム構造へ前記サブマウントを機械的に結合するサブマウントあたり少なくとも１つのブリッジとを有し、当該ブリッジは、当該ブリッジにかかる熱応力が閾値を超える場合に前記キャリアへの前記キャリア構造の熱接合中に壊れるように構成される、請求項２に記載のキャリア構造。
【請求項４】
少なくとも１つのアライメントホールを伴う少なくとも１つの第１のアライメントフレームと、少なくとも１つのサブマウント若しくは少なくとも１つのフレーム構造を当該第１のアライメントフレームへ機械的に結合する少なくとも１つのブリッジとを有する、請求項２又は３に記載のキャリア構造。
【請求項５】
少なくとも１つのアライメントホールを伴う第２のアライメントフレームと、少なくとも一つのサブマウント若しくは少なくとも一つのフレーム構造を当該第２のアライメントフレームへ機械的に結合する少なくとも一つのブリッジとを有する、請求項４に記載のキャリア構造。
【請求項６】
請求項１に記載のキャリア構造を有する半導体チップであって、当該半導体チップは前記サブキャリア上に設けられる半導体光源を有し、前記キャリア構造は当該半導体チップの基板の少なくとも一部を有し、前記アライメント構造は少なくとも第１のサブキャリアと第２のサブキャリアの間に破壊ラインを有する、半導体チップ。
【請求項７】
前記アライメント構造が前記基板においてホールを有する、請求項６に記載の半導体チップ。
【請求項８】
前記ホールが少なくとも２つの平行ラインに沿って設けられ、第１のラインのホールは第２のラインのホールと互い違いに配置され、前記キャリアへの前記キャリア構造の熱接合中に、前記第１のラインのジョイントが前記第２のラインの対応するホールにおいてスライドすることができ、前記第２のラインのジョイントが前記第１のラインの対応するホールにおいてスライドすることができるように、前記ラインに平行な前記ホールの伸びは、前記ラインにおける２つのホール間のジョイントよりも大きい、請求項７に記載の半導体チップ。
【請求項９】
前記アライメント構造が前記基板においてトレンチを有する、請求項６に記載の半導体チップ。
【請求項１０】
少なくとも２つのトレンチが設けられ、第１のトレンチが前記半導体チップの発光側に設けられ、第２のトレンチが前記第１のトレンチと平行に前記半導体チップの発光側と反対側に設けられ、前記基板内で両トレンチが重なるように前記第１及び第２のトレンチの深さが構成される、請求項９に記載の半導体チップ。
【請求項１１】
前記半導体光源が異なるサブキャリア上に設けられる少なくとも２つのレーザアレイを有する、請求項６から１０のいずれか一項に記載の半導体チップ。
【請求項１２】
請求項１から５のいずれか一項に記載のキャリア構造の、及び／又は、ヒートシンクに熱接合される請求項６から１１に記載の半導体チップの、少なくとも２つのサブキャリアと、異なるサブキャリア上に設けられる少なくとも２つの半導体光源とを有する、半導体照明モジュール。
【請求項１３】
前記半導体光源の発光側の上に設けられる光学デバイスを有する、請求項１２に記載の半導体照明モジュール。
【請求項１４】
前記光学デバイスがマイクロレンズアレイである、請求項１３に記載の半導体照明モジュール。
【請求項１５】
半導体照明モジュールを製造する方法であって、
少なくとも２つのサブキャリアと、当該サブキャリアを機械的に結合するアライメント構造とを有するキャリア構造を設けるステップであって、前記アライメント構造は、キャリア上への前記キャリア構造の熱接合中に前記サブキャリアの少なくとも一部への機械的結合が消失するように構成され、前記アライメント構造は、前記キャリア構造の材料の熱膨張係数よりも高い前記キャリアの材料の熱膨張係数を補正するように構成される、ステップと、
前記サブキャリア上に少なくとも２つの半導体光源を設けるステップと、
前記キャリアへ前記キャリア構造を熱接合するステップと
を有する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体照明モジュールを組み立てるためのキャリア構造に関する。キャリア構造は半導体光源を実装するためのサブマウントを有し得る。代替的にキャリア構造は半導体光源を有する半導体チップの一部であり得る。本発明はさらにキャリア構造を用いて半導体照明モジュールを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒートシンク若しくはサブマウントへのＶＣＳＥＬアレイのはんだ付けは２つの部品間のＣＴＥミスマッチに起因する応力を生じる。これは良好な信頼性ではんだ付けされることができる最大チップ面積を制限する。さらに、ＶＣＳＥＬのビームを成形及びコリメートするために必要であり得るマイクロレンズアレイのような光学素子にＶＣＳＥＬアレイをアラインさせようとする試みが増している。
【０００３】
ＵＳ７，７９２，１７３Ｂ２はサブマウント上に実装されるレーザチップの発光部の各々に加えられるせん断ひずみにおける相対的差異が抑制されるマルチビーム半導体レーザデバイスを開示する。
【０００４】
上記マルチビーム半導体レーザデバイスを組み立てる労力は依然として高い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って半導体照明モジュールの組み立て労力を削減することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様によれば半導体照明モジュールを組み立てるためのキャリア構造が提案される。キャリア構造は少なくとも２つのサブキャリアと、サブキャリアに機械的に結合するアライメント構造とを有する。アライメント構造は、キャリア構造に作用する圧縮応力が閾値を超える場合に、キャリア上へのキャリア構造の熱接合中に、サブキャリアの少なくとも一部への機械的結合が消失する又は解放されるように構成される。アライメント構造はさらに、キャリア構造の材料の熱膨張係数よりも高いキャリアの材料の熱膨張係数を補正するように構成される。
【０００７】
キャリア構造は削減されたアライメント労力で熱接合による半導体照明モジュールの組み立てを可能にし得る。熱接合とは、例えばはんだ付け、銀焼結などといった、熱を用いて２つ以上の別々の部品間に永久結合をもたらすための技術を意味する。２つ、３つ、４つ若しくはそれ以上のサブキャリアは、サブキャリアの機械的結合を用いて互いにアラインされる。結合はサブキャリアと同じ及び／又は異なる材料から成り得るアライメント構造を用いてもたらされ得る。アライメント構造の材料の一部は、例えば加熱工程中に蒸発し得る。アライメント構造は代替的にサブキャリアと同じ材料から構成され得る。サブキャリア間の材料は、例えば好適には熱接合の冷却フェーズ中に壊れるような方法で脆弱化され得る。材料はサブキャリアが相互に触れ合うことなく熱接合の冷却フェーズ中に相互に接近可能であるような方法で脆弱化されなければならない。代替的に若しくは付加的にサブキャリア間の材料は完全に除去され得、アライメント構造はサブキャリア周辺に配置されてサブキャリアの相対運動を抑制するサブキャリアの共通サスペンションのようなものをもたらし得る。キャリア構造はこのようにキャリアの複数の、例えばはんだ付けドット上に置かれることができる。はんだ付けドット上に置かれるはんだは加熱フェーズ中に溶解し、サブキャリアの対応するはんだドットに個別のジョイントを形成する。ヒートシンクであり得るキャリアが、キャリア構造の熱膨張係数（ＣＴＥ）と比較して高いキャリアの材料の熱膨張係数（ＣＴＥ）に起因して圧縮応力をキャリア構造に加えるように、はんだが冷却フェーズ中に凝固する。アライメント構造によってもたらされるサブキャリアへの機械的結合は、圧縮応力が閾値を超える場合に少なくとも部分的に破壊若しくは除去される。アライメント構造はサブキャリアの線形若しくは二次元（２×２、２×３、４×４など）配置を可能にし得る。半導体照明素子はアレイに配列され得る発光ダイオード若しくはレーザダイオードを有し得る。レーザダイオードはサイドエミッタ若しくは垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）であり得る。ＶＣＳＥＬは１つの半導体チップが多数のＶＣＳＥＬ若しくはＶＣＳＥＬアレイをも有し得るようにウェハベース工程で製造され得る。
【０００８】
キャリア構造のサブキャリアは、例えばＶＣＳＥＬアレイとして半導体光源を実装するためのサブマウントであり得る。アライメント構造は、少なくとも１つの第１のフレーム構造と、サブマウントが第１のフレーム構造に平行に配置されるように第１のフレーム構造にサブマウントを機械的に結合するサブマウントあたり少なくとも１つのブリッジとを有し、ブリッジはキャリアへのキャリア構造の熱接合中にサブマウントへのブリッジの少なくとも一部が壊れるように構成される。キャリア構造、サブマウント、及びブリッジは、サブマウントがその上に実装され得るキャリアとして使用され得るヒートシンクよりも低いＣＴＥを持つ１つの材料から作られ得る。キャリア構造は例えば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の１つのシートからダイスカットされ得る。第１のフレーム構造はサブマウントの線形配置を可能にし得る。ブリッジの長さと幅及び従って安定性は、例えばキャリア構造の中心付近のサブキャリアへの機械的結合が、キャリア構造の中心からもっと遠いサブキャリアへの機械的結合と比較して弱くなり得るように、キャリア構造の中心への距離に依存し得る。これはキャリア構造の幾何学的構造に依存してブリッジにかかる冷却中の異なる力を考慮するために使用され得る。
【０００９】
キャリア構造の機械的安定性は、第２のフレーム構造と、サブマウントが第２のフレーム構造に平行に配置されるように第２のフレーム構造にサブマウントを機械的に結合するサブマウントあたり少なくとも１つのブリッジとを用いて増大され得、ブリッジはキャリア上へのキャリア構造の熱接合中にサブマウントへのブリッジの少なくとも一部が壊れるように構成される。サブキャリアはこの場合第１及び第２のフレーム構造間に配置される。
【００１０】
キャリア構造は、少なくとも１つのアライメントホールを持つ少なくとも１つの第１のアライメントフレームと、少なくとも１つのサブマウント若しくは少なくとも１つのフレーム構造を第１のアライメントフレームへ機械的に結合する少なくとも１つのブリッジとをさらに有し得る。第１のアライメントフレームはアライメントホールと組み合わせてキャリアへのキャリア構造のアライメントを簡略化し得る。キャリアは、キャリアへのキャリア構造の熱接合の前にキャリアへのキャリア構造のアライメントをサポートするために、アライメントホールに対応するマーキングを有し得る。キャリア構造は、少なくとも１つのアライメントホールを持つ第２のアライメントフレームと、少なくとも１つのサブマウント若しくは少なくとも１つのフレーム構造を第２のアライメントフレームへ機械的に結合する少なくとも１つのブリッジとをさらに有し得る。第２のアライメント構造は第２のアライメントホールとともに、キャリア上へのキャリア構造のポジショニング中にキャリア構造の自由度をさらに削減し得る。アライメントホール間の距離が大きいほど、アライメントずれが小さくなる。単一サブキャリアと比較してキャリア構造のサイズはミスアライメントを削減し得る。
【００１１】
キャリア構造のアライメント構造はブリッジの代わりに、第１のフレーム構造へサブマウントを結合する１つ以上のスタビライザを有し得る。スタビライザは熱接合の加熱フェーズ中に蒸発し得る、又はスタビライザの凝固温度ははんだ若しくは銀ペーストの凝固温度よりも低くなり得る。スタビライザは第２のフレーム構造、第１のアライメントフレーム及び／又は第２のアライメントフレームへの機械的結合も提供し得る。スタビライザはサブキャリアの二次元アレイの場合に有利であり得る。
【００１２】
半導体チップはキャリア構造を有し得る。半導体チップはサブキャリア上に設けられるＬＥＤ若しくはレーザダイオードとして半導体光源を有し得る。キャリア構造は半導体チップの基板の少なくとも一部を有し、アライメント構造は少なくとも第１のサブキャリアと第２のサブキャリアの間に破壊ラインを有する。ＶＣＳＥＬの複数アレイはＧａＡｓ基板上に製造され得る。破壊ラインは、ＶＣＳＥＬアレイがその上に設けられる基板の部分がサブキャリアになるように、アレイ間に配置され得る。サブキャリアは破壊ラインによって分離され、線形並びに二次元アレイを可能にする。アライメント構造の破壊ラインは通常、熱接合中にはんだ、銀ペーストなどの凝固後に壊れる。閾値を超える場合、高ＣＴＥを持つキャリアによって加えられる圧縮応力は破壊ラインの破壊を生じる。キャリアは例えば銅マイクロチャネルクーラーのようなヒートシンク若しくはサブマウントであり得る。
【００１３】
アライメント構造の破壊ラインは基板の中にホール若しくはトレンチを有し得る。ホール若しくはトレンチはエッチング、ドリル、ダイスカットなどによってもたらされ得る。ホール若しくはトレンチは、熱接合中の破壊後に破壊ラインの残存構造が衝突することなく相互に近づくことができるように配置される。残存構造はそれらが熱接合の仕上げ後に基本的に相互に触れることなく重なるように配置され得る。
【００１４】
ホールは例えば少なくとも２つの平行ラインに沿って設けられ、第１のラインのホールが第２のラインのホールと互い違いに配置され得る。キャリアへのキャリア構造の熱接合中に第１のラインのジョイントが第２のラインの対応するホールにスライドすることができ、第２のラインのジョイントが第１のラインの対応するホールにスライドすることができるように、ラインに平行なホールの伸びはラインの２つのホール間のジョイントよりも大きくなり得る。
【００１５】
半導体チップは代替的アプローチにおいて少なくとも２つのトレンチを有してもよく、第１のトレンチが半導体チップの発光側に設けられ得、第２のトレンチが第１のトレンチと平行に半導体チップの発光側と反対側に設けられ得、第１及び第２のトレンチの深さは両トレンチが基板内で重なるような方法で構成される。トレンチの重なり部分は両トレンチを分離する薄壁若しくはブリッジをもたらし得る。壁は、キャリアによって誘導される圧縮応力に起因してはんだ、焼結銀ペーストなどの凝固後に壊れるような方法で構成され得る。破壊ラインの残りは熱平衡に達するまで基本的に相互に触れることなく上下に重なってスライドすることが可能である。３つ以上のトレンチは、異なるサブキャリア間にもたらされ得る距離を増大し得る。代替的に若しくは付加的に、トレンチの幅が適応され得る。
【００１６】
半導体照明モジュールはヒートシンクに熱接合されるキャリア構造の少なくとも２つのサブキャリアと、異なるサブキャリア上に設けられる少なくとも２つの半導体光源とを有し得る。サブキャリアは上記の通り半導体チップの基板の一部またはサブマウントであり得る。半導体照明モジュールはヒートシンクに熱接合されるサブマウントと、サブマウントに熱接合される半導体チップのサブキャリアをさらに有し得る。半導体チップとサブマウントは１つの共通製造ステップにおいて若しくは後続ステップにおいて熱接合され得る。半導体照明素子はアレイに配列され得るＶＣＳＥＬのようなＬＥＤ若しくはレーザダイオードを有し得る。光学デバイスが半導体光源の発光側の上に設けられ得る。光学デバイスは例えばＶＣＳＥＬアレイのＶＣＳＥＬによる発光をビーム成形するためのマイクロレンズアレイであり得る。
【００１７】
さらなる態様によれば半導体照明モジュールを製造する方法が提供される。方法は以下のステップを有する：
‐少なくとも２つのサブキャリアと、サブキャリアを機械的に結合するアライメント構造とを有するキャリア構造を設けるステップ。アライメント構造は、サブキャリアの少なくとも一部への機械的結合が、キャリア上へのキャリア構造の熱接合中に消失するように構成され、アライメント構造は、キャリア構造の材料の熱膨張係数よりも高いキャリアの材料の熱膨張係数を補正するように構成される。
‐サブキャリア上に少なくとも２つの半導体光源を設けるステップ。
‐キャリア構造をキャリアに熱接合するステップ。
【００１８】
方法は、例えば大きなＶＣＳＥＬアレイに１つ若しくは複数の既定破壊点若しくはラインを作ることによって、例えば複数の個別ＶＣＳＥＬサブアレイ間のアライメント労力を削減することにより、半導体照明モジュールのより単純な製造を可能にし得る。大きなＶＣＳＥＬアレイは全体として置かれることができ、熱接合中に壊れる。はんだ、焼結銀ペーストなどが（冷却フェーズ中に）凝固した後に破壊が起こるので、ＶＣＳＥＬアレイの異なる部分上のＶＣＳＥＬの位置は依然として、以前の大きなアレイの元の幾何学的形状によって定義され、複雑で時間のかかる方法で次々にアラインされなければならない複数の小型レンズアレイを用いる代わりに、１つのステップで以前の大きなＶＣＳＥＬアレイの全部分の前に１つの大きなレンズアレイをアラインさせることを可能にする。方法は従ってマイクロレンズアレイのような１つ以上の光学デバイスをＶＣＳＥＬアレイへ取り付ける追加ステップを有し得る。
【００１９】
半導体照明モジュール及び半導体照明モジュールの製造方法は、特に従属請求項に定義される、同様の及び／又は同一の実施形態を持つことが理解されるものとする。
【００２０】
本発明の好適な実施形態は各独立請求項との従属請求項の任意の組み合わせであることもできることが理解されるものとする。特にサブマウントに関して論じたフレーム構造、ブリッジなどは半導体チップと組み合わせて使用され得る。さらに、半導体チップに関して論じたトレンチとホールはサブマウントと組み合わせて使用されてもよい。
【００２１】
さらなる有利な実施形態が以下に定義される。
【００２２】
本発明のこれらの及び他の態様は以降に記載の実施形態から明らかとなり、それらを参照して解明される。
【００２３】
本発明が一例として、添付の図面を参照して実施形態に基づいて記載される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】キャリア構造の第１の実施形態の主要スケッチを示す。
【図２】キャリア構造の第２の実施形態の主要スケッチを示す。
【図３】キャリア構造の第３の実施形態の主要スケッチを示す。
【図４】キャリア構造の第４の実施形態の主要スケッチを示す。
【図５】キャリア構造の第５の実施形態の上面図の主要スケッチを示す。
【図６】図５に示す実施形態の断面の主要スケッチを示す。
【図７】キャリア構造の第６の実施形態の断面の主要スケッチを示す。
【図８】半導体照明モジュールの第１の実施形態の断面の主要スケッチを示す。
【図９】半導体照明モジュールの第２の実施形態の断面の主要スケッチを示す。
【図１０】半導体照明モジュールを製造する方法の方法ステップの主要スケッチを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図中、類似する番号は全体を通して類似するオブジェクトをあらわす。図中のオブジェクトは必ずしも原寸通りでない。
【００２６】
本発明の様々な実施形態が図を用いて記載される。
【００２７】
図１はキャリア構造１００の第１の実施形態の主要スケッチを示す。キャリア構造１００の３つのサブキャリア１１０は１つ以上のＶＣＳＥＬアレイを伴う半導体チップを実装するためのサブマウントである。アライメント構造は第１及び第２のフレーム構造１２０と、サブマウントを第１及び第２のフレーム構造１２０に機械的に結合するサブマウントあたり２つのブリッジ１３０とを有する。サブマウントは第１及び第２のフレーム構造１２０間に線形アレイに配置され、ブリッジの少なくとも一部はキャリアへのキャリア構造１００の熱接合中に壊れるように構成される。キャリア構造、サブマウント及びブリッジは、サブマウントがその上に実装され得るキャリアとして使用され得るヒートシンクよりも低いＣＴＥを持つ１つの材料から作られる。キャリア構造１００の左側と右側の外側サブマウントへの４つのブリッジ１３０は、高ＣＴＥを持つキャリアを用いてキャリア構造１００にかかる圧縮応力によって生じる圧力を冷却中に受ける。応力が閾値を超える場合４つのブリッジ１３０は壊れる。キャリア構造１００の中央のサブマウントへの２つのブリッジ１３０は冷却中に基本的に応力を受けないので、これら２つのブリッジ１３０は壊れない可能性がある。残るブリッジ１３０はサブマウントの熱接合後に手動で若しくは自動的に除去され得る。キャリア構造１００はレーザ加工によって製造される窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の１つのシートから作られる。
【００２８】
図２はキャリア構造１００の第２の実施形態の主要スケッチを示す。キャリア構造１００は第１及び第２のフレーム構造１２０に加えて、第１及び第２のアライメントフレーム１４０を有する。第１のアライメントフレーム１４０は第１のフレーム構造１２０に直接機械的に結合される。第２のアライメントフレーム１４０は第２のフレーム構造１２０に直接機械的に結合される。キャリア構造１００の左側の第１のアライメントフレーム１４０は１つのブリッジ１３０を用いて左サブマウントに機械的に結合される。キャリア構造１００の右側の第２のアライメントフレーム１４０は１つのブリッジ１３０を用いて右サブマウントに機械的に結合される。両アライメントフレーム１４０はサブマウントの線形配置の中心線に沿って配置される１つのアライメントホール１５０を有する。アライメントフレーム１４０はキャリア構造１００の取り扱いを簡略化し、アライメントホール１５０は熱接合前にサブマウントをアラインするためにキャリア上の対応するマーキングと併用され得る。３つのサブキャリア１１０は、第１及び第２のフレーム構造１２０に機械的に結合される４つのブリッジ１３０（フレーム構造１２０あたり２つのブリッジ）を用いるサブマウントである。
【００２９】
図３は図２に示す実施形態と同様のキャリア構造１００の第３の実施形態の主要スケッチを示す。アライメントフレーム１４０はこの場合フレーム構造１２０あたり１つのブリッジ１３０を用いて第１及び第２のフレーム構造に機械的に結合される。ブリッジ１３０を用いるアライメントフレーム１４０とサブマウントの間の直接的な機械的結合はない。アライメントホール１５０はキャリア上のアライメントピンにフィットするように構成される伸長ホールである。アライメントピンの伸びはキャリアのアライメントピンの相対運動の少なくとも一部を補正するように構成される。キャリアのアライメントピンは従って、ミスアライメントが回避され得るように、熱接合のために使用されるはんだ、銀ペーストなどの凝固後にのみキャリア構造１００に力を及ぼし得る。
【００３０】
図４はキャリア構造１００の第４の実施形態の主要スケッチを示す。フレーム構造１２０とアライメントフレーム１４０はこの場合サブマウント周辺に１つの接続されたフレームを形成する。先と同様、２つのアライメントホール１５０がフレームの両側に設けられる。６個のサブマウントが２行３列のアレイに配置される。接続されたフレームとサブマウントの間、及びサブマウント同士の間の機械的結合は、二次サブマウントの各角に配置されるスタビライザ１７０を用いてもたらされる。アライメント構造は接続されたフレームとスタビライザ１７０を有する。スタビライザ１７０は熱接合中に使用され得るはんだの溶融温度を下回る若しくはわずかに上回る融点を持つプラスチックで作られる。サブマウントとキャリアの材料に対する溶融プラスチックの濡れは好適には低い。サブマウントをキャリアの対応するはんだパッドへアラインさせた後にサブマウントが解放されるように、スタビライザ１７０ははんだが融解する前に融解し得る。代替的に、スタビライザ１７０ははんだの溶融温度をわずかに上回る温度で、熱接合中にこの温度に達するまでサブキャリア１１０のアライメントが維持されるように、融解し得る。
【００３１】
図５はキャリア構造１００の第５の実施形態の上面図の主要スケッチを示す。キャリア構造２００は半導体チップの集積機構である。半導体チップは２つのサブキャリア２１０上に設けられる２つのレーザアレイ２２０を有する。キャリア構造２００は半導体チップの基板の少なくとも一部を有する。半導体チップのＧａＡｓ基板がキャリア構造２００のために使用され得る。さらに、最終的にＶＣＳＥＬアレイを形成するようにＧａＡｓ基板上に堆積されるレイヤー構造の一部もキャリア構造２００に含まれ得る。アライメント構造は、サブキャリア２２０上に設けられる２つのＶＣＳＥＬアレイが破壊ライン２３５を用いて分離されるように、第１及び第２のサブキャリア２２０の間に２列のエッチングされたホール２３０から成る破壊ライン２３５を有する。２列のホール２３０は伸長ホールであり、第１の列の伸長ホールは第２の列の伸長ホールに互い違いに配置される。伸長ホールは図６において図５の半導体チップの断面で示される通り全ＧａＡｓ基板にわたって設けられる。列に平行な伸長ホールの伸びは、１つの列の２つの伸長ホール間のジョイントよりも大きい。１つの列の２つの伸長ホール間のジョイントは他の列の伸長ホールの中心と反対に配置される。サブキャリアは従って、第１の列の１つの伸長ホールを第１の側に、第２の列の１つの伸長ホールを第２の側に持つ狭いブリッジを用いて接続される。半導体チップとキャリア間のＣＴＥミスマッチは、例えばキャリアのはんだパッドと半導体チップのはんだパッドの間のはんだの凝固後に半導体チップに圧縮応力を生じる。狭いブリッジは閾値温度への冷却後に壊れ、第１の列のジョイントは第２の列の対応する伸長ホールへスライドし、逆もまた同様である。サブキャリア２２０はこのように相互に触れることなくキャリアの高ＣＴＥのために相互に近づくことができる。
【００３２】
図７はキャリア構造２００の第６の実施形態の断面の主要スケッチを示す。半導体チップは少なくとも２つのトレンチ２３２を有し、第１のトレンチ２３２は半導体チップの発光側にダイスカットされ、第２のトレンチ２３２は第１のトレンチ２３２と平行に半導体チップの発光側と反対側にダイスカットされる。両トレンチ２３２は基板内で重なる。トレンチの重なり部分は一方のトレンチ２３２が片側で別のトレンチ２３２が反対側にある狭いブリッジを形成する。狭いブリッジはＧａＡｓ基板よりも高いＣＴＥを持つサブマウントへ半導体チップを熱接合するために使用される焼結銀ペーストの凝固後に壊れるように構成される。サブマウントはキャリアとして使用される。破壊ライン２３５の残りは熱平衡に達するまで基本的に相互に触れることなく上下にスライドすることが可能である。金属化若しくはポリイミド保護のようなエピタキシー側のいかなるコーティングも、結晶ＧａＡｓの確実な破壊を可能にするためにトレンチ２３２の近くで開かれるべきである。破壊ライン２３５の幅はＣＴＥミスマッチに起因する問題を回避するために十分な空間を可能にするために十分に大きくなければならない。それらはサブキャリア２１０の自由な動きを可能にしなければならないので、機械的応力は主に狭いブリッジにおいて蓄積される。図５‐７に示す実施形態は明らかに線形若しくは二次元アレイ配置の多数のサブキャリアのために使用されることができる。
【００３３】
図８は半導体照明モジュールの第１の実施形態の断面の主要スケッチを示す。キャリア構造２００はキャリアとして使用されるヒートシンク２５０（マイクロチャネルクーラー）上にはんだ２６０ではんだパッド上にはんだ付けされた。はんだ付けステップで使用される典型的なはんだは無鉛はんだ（ＳＡＣ）である。はんだ付け手順中にはんだはその溶融温度において（例えばＳＡＣの場合約２００℃の温度で）固化する。さらに冷却するとき、キャリア構造２００のサイズはＣＴＥの差に起因してヒートシンク２５０のサイズよりも遅く縮小する。機械的応力が蓄積され、これはキャリア構造２００の破壊ライン２３５のブリッジ構造の破壊につながる。サブキャリア２１０、この場合半導体照明モジュールにおける２つのレーザアレイ２２０を伴う半導体チップの部品間の距離は、従ってはんだ付け前のサブキャリア２００上よりも小さい。従ってレーザアレイ２２０間の異なる距離がサブキャリア２００（半導体チップ）の設計中に考慮されなければならない。さらに、破壊ライン２３５の幅は、はんだ付け後にサブキャリア２１０間に狭いギャップが残るように構成されなければならない。最後に、共通マイクロレンズアレイ２４０がＶＣＳＥＬアレイ２２０に取り付けられた。はんだ付け工程中の共通キャリア構造２００を用いるＶＣＳＥＬアレイのアライメントは、ＶＣＳＥＬアレイ２２０が自動的にアラインされるので共通マイクロレンズアレイ２４０の使用を可能にする。各ＶＣＳＥＬアレイごとに別々のマイクロレンズアレイを用いてミスアライメントが補正される必要がない。
【００３４】
図９は半導体照明モジュールの第２の実施形態の断面の主要スケッチを示す。キャリア構造１００、２００を用いる自動アライメントの原理が拡張され得る。４つのレーザアレイ２２０がヒートシンク２５０に間接的に取り付けられる。各々が１つのレーザアレイ２２０を伴う半導体チップの部品を有するサブキャリア２１０がサブマウントにはんだ付けされ、サブマウントは先と同様にキャリア構造１００のサブキャリア１１０である。さらに、二つのレーザアレイを伴う二つのサブマウントが共通ヒートシンク２５０へ熱接合される。サブマウントとレーザアレイ２２０ははんだ付け中に自動的にアラインされたので、１つの共通マイクロレンズアレイが４つのレーザアレイへ取り付けられる。サブキャリア１００、２００の設計はサブマウントを有するキャリア構造１００とヒートシンク２５０によって生じる収縮を補正するように構成される。ヒートシンクのＣＴＥはサブマウントを有するキャリア構造１００のＣＴＥよりも高く、サブマウントを有するキャリア構造１００のＣＴＥはＶＣＳＥＬアレイを伴う半導体チップの部品を有するキャリア構造２００のＣＴＥよりも高い。
【００３５】
ハイパワーＶＣＳＥＬモジュールのような多くの半導体照明モジュールでは複数のサブマウントが１つのヒートシンク２５０へ置かれる。そしてＶＣＳＥＬアレイ２２０とサブマウントはワイヤボンドを用いて相互に接続される。今日ワイヤボンディングはヒートシンク２５０上へのレーザアレイ２２０を伴うサブマウントの第２はんだ付けステップ後になされる。キャリア構造１００、２００の使用はサブマウントレベルでの第１はんだ付けステップ後のワイヤボンディングを可能にし、これは組み立て速度を増すさらなるオプションを提供する。
【００３６】
図１０は半導体照明モジュールを製造する方法の方法ステップの主要スケッチを示す。ステップ３１０において、少なくとも２つのサブキャリア１１０、２１０と、サブキャリア１１０、２１０を機械的に結合するアライメント構造１２０、１３０、２３０、２３２とを有するキャリア構造１００、２００が設けられる。アライメント構造１２０、１３０、２３０、２３２は、サブキャリア１１０、２１０の少なくとも一部への機械的結合が、キャリア１１０、２５０上へのキャリア構造１００、２００の熱接合中に消失するように構成される。アライメント構造１２０、１３０、２３０、２３２はさらに、キャリア構造１００、２００の材料の熱膨張係数よりも高いキャリア１１０、２５０の材料の熱膨張係数を補正するように構成される。ステップ３２０において少なくとも２つの半導体光源２２０がサブキャリア１１０、２１０上に設けられる。ステップ３３０においてキャリア構造１００、２００がキャリア１１０、２５０に熱接合される。
【００３７】
本発明は、レーザアレイ２２０、サブマウント、及びヒートシンク２５０の固有アライメントを可能にするためにヒートシンク２５０、サブマウント、及び半導体チップ間のＣＴＥミスマッチの使用を可能にする。レーザアレイ２２０あたり１つのマイクロレンズアレイの代わりに、マイクロレンズアレイのような１つの共通光学デバイスが多数のレーザアレイに取り付けられ得る。このように個々のマイクロレンズアレイのアラインが回避され得る。さらに、ワイヤボンディングが簡略化され得る。従ってハイパワーＶＣＳＥＬモジュールのような半導体照明モジュールを組み立てる労力が簡略化され得る。
【００３８】
本発明は図面と先の説明において詳細に図示され記載されているが、かかる図示と記載は例示若しくは説明であって限定ではないとみなされる。
【００３９】
本開示を読むことから、他の変更が当業者に明らかになるだろう。かかる変更は当技術分野で既知の、本明細書で既に記載した特徴の代わりに若しくは加えて使用され得る、他の特徴を包含し得る。
【００４０】
開示の実施形態への変更は、図面、開示及び添付の請求項の考察から当業者によって理解されもたらされることができる。請求項において、"有する"という語は他の要素若しくはステップを除外せず、不定冠詞"ａ"若しくは"ａｎ"は複数の要素若しくはステップを除外しない。特定の手段が相互に異なる従属請求項に列挙されるという単なる事実はこれら手段の組み合わせが有利に使用されることができないことを示さない。
【００４１】
請求項における任意の参照符号はその範囲を限定するものと解釈されてはならない。
【符号の説明】
【００４２】
１００，２００    キャリア構造
１１０，２１０    サブキャリア
１２０            フレーム構造
１３０            ブリッジ
１４０            アライメントフレーム
１５０            アライメントホール
１７０            スタビライザ
２２０            レーザアレイ
２３０            ホール
２３２            トレンチ
２３５            破壊ライン
２４０            マイクロレンズアレイ
２５０            ヒートシンク
２６０            はんだ
３１０            キャリア構造を設けるステップ
３２０            半導体光源を設けるステップ
３３０            熱接合するステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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