JP5017066B2 - 光半導体素子用ステムの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は光半導体素子用ステムの製造方法に関し、更に詳細にはアイレットの一面側に光半導体素子を搭載するブロックが立設された光半導体素子用ステムの製造方法に関する。

半導体レーザ素子等の光半導体素子が搭載された半導体装置は、図４に示す様に、アイレット１００の一面側に、熱伝導率の高い金属から成るブロック１０２が銀ろう等の接合材によって接合されて立設されている。かかるアイレット１００の一面側には、ガラス封着されたリード１０４，１０４の先端部が突出している。
また、アイレット１００の一面側に立設されたブロック１０２には、アイレット１００の一面側から突出しているリード１０４，１０４の先端部側の平坦面１０２ａがアイレット１００の一面側に対して垂直面に形成されている。
かかる平坦面１０２ａには、光半導体素子１０６が搭載され、搭載された光半導体素子１０６は、リード１０４，１０４の一方の側面部とワイヤボンディングされると共に、ブロック１０２の平坦面１０２ａにもワイヤボンディングされる。
この様に、アイレット１００の一面側に立設されたブロック１０２の平坦面１０２ａには、光半導体素子１０６が搭載される搭載面及びワイヤボンディングされるボンディング面となるブロック１０２の平坦面１０２ａに平押し加工を施し、半導体素子１０６の搭載面及びボンディング面を所定位置に形成する（下記特許文献１参照）。
かかる平押し加工は、図５（ａ）（ｂ）に示す様に、台１１４上に載置されたアイレット１００に立設されたブロック１０２の円弧側面に対して進退自在に設けられたパンチ１１０と、リード１０４，１０４の先端に接触しないようにブロック１０２の平坦面１０２ａに対して進退自在に設けられたパンチ１１２とによって、ブロック１０２の平坦面１０２ａを平押しすることによって行われる。
特開昭５９−１７２２５７号公報

この様に、ブロック１０２の平坦面１０２ａに対し、パンチ１１２，１１０とによる平押し加工を施すことによって、光半導体素子１０６の搭載面及びボンディング面を一つの平坦面に形成できる。このため、光半導体素子１０６の搭載及び搭載された光半導体素子１０６とのワイヤボンディングを容易に行うことができ、且つ高い信頼性を得ることができる。
しかし、光半導体素子１０６を金錫等の接合材を用いてブロック１０２の平坦面１０２ａに搭載する際に、溶けた接合材の一部がボンディング面に流出し、流出した状態ではワイヤボンディングを行うことができなくなることがある。
このため、図６に示す様に、光半導体素子１０６を搭載するブロック２０２の搭載面２０２ａを、ブロック２０２のボンディング面２０２ｂよりも突出させて、搭載面２０２ａとボンディング面２０２ｂとの境界に段差を形成する。かかる段差によって、ブロック２０２の搭載面２０２ａに光半導体素子１０６を搭載する際に、溶けた接合材の流出を段差で停止し、ボンディング面２０２ｂに接合材が流出することを防止できる。

図６に示すステムを形成するには、図７に示す様に、予め光半導体素子１０６を搭載するブロック２０２の搭載面２０２ａとボンディング面２０２ｂとの境界に段差を形成すべく、ボンディング面２０２ｂを搭載面２０２ａよりも後退して形成したブロック２０２を、搭載面２０２ａ及びボンディング面２０２ｂがアイレット１００の一面側に対して垂直面となるように立設する。
次いで、ブロック２０２の円弧側面に当接するパンチ１１０とパンチ１１２の先端面とによってブロック２０２の搭載面２０２ａとボンディング面２０２ｂとを平押して、半導体素子１０６の搭載面とワイヤボンディングを行うボンディング面とを所定位置に形成する。
ここで、用いるパンチ１１２の先端部は、図７に示す様に、ブロック２０２のボンディング面２０２ｂに当接するボンディング面形成部１１２ｂがブロック２０２の搭載面２０２ａに当接する搭載面形成部１１２ａよりも突出して形成されている。
かかる図７に示すパンチ１１２の搭載面形成部１１２ａ及びボンディング面形成部１１２ｂの各端面がブロック２０２の対応面に当接したとき、図８に示す様に、搭載面２０２ａとボンディング面２０２ｂとの境界に形成された段差とパンチ１１２のボンディング面形成部１１２ｂとの間に隙間１１４が形成される。パンチ１１２のボンディング面形成部１１２ｂが搭載面２０２ａの角部に当接して損傷することを防止するためである。

ところで、光半導体素子が搭載された半導体装置が用いられるパソコンやゲーム機の分野でも、装置の小型化に伴って半導体装置の小型化が求められているため、ステムの小型化が進行している。
一方、ステムに搭載される光半導体素子の小型化には限界が存在し、光半導体素子を搭載するブロック２０２の搭載面２０２ａは所定の面積を必要とする。このため、半導体装置の小型化に伴って、ブロック２０２に形成するボンディング面２０２ｂの面積が狭くなりつつある。
かかるブロック２０２のボンディング面２０２ｂの面積が狭くなると、平押し加工の際に形成される隙間１１４が問題となる。つまり、隙間１１４に対応するボンディング面２０２ｂの部分は、ワイヤボンディングできない部分であるため、ワイヤボンディングに必要な面積を確保すべく、ワイヤボンディングできない部分を含むボンディング面２０２ｂの全面積を広く取らなければならず、ステムの小型化に対応できないからである。
そこで、本発明は、アイレットに立設されたブロックに形成されたボンディング面に、ワイヤボンディングできない部分が存在する従来の光半導体素子用ステムの製造方法の課題を解決し、アイレットに立設されたブロックに形成されたボンディング面の全面がワイヤボンディング可能の光半導体素子用ステムの製造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、前記課題を解決すべく検討した結果、アイレットの一面側に立設したブロックに平坦面に形成し、この平坦面に搭載面及びボンディング面を形成する平押し加工を施して、搭載面とボンディング面との境界に段差を形成することによって、搭載面とボンディング面との境界の段差とパンチとの間に隙間を形成することなく、搭載面とボンディング面との境界に段差を形成できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、アイレットの一面側に、光半導体素子を搭載する搭載面と、前記搭載面に搭載された光半導体素子とワイヤボンディングされるボンディング面とを形成し得る平坦面が形成されたブロックを、前記平坦面がアイレットに対して垂直面となるように立設した後、前記ブロックの平坦面にパンチの先端面を当接し、前記光半導体素子を搭載する搭載面を押圧して更に一つの平坦面に形成しつつ、前記搭載面とボンディング面との境界に段差を形成するように、前記ボンディング面を搭載面よりも押し下げる平押し加工を施すことを特徴とする光半導体素子用ステムの製造方法にある。
かかる本発明において、平押し加工に用いるパンチとして、ブロックの平坦面に当接してボンディング面を形成するボンディング面形成部が光半導体素子の搭載面を形成する搭載面形成部よりも突出しているパンチを用いることによって、全面がボンディング可能のボンディング面を容易に形成できる。
また、パンチとして、ボンディング面形成部と搭載面形成部とが隣接して設けられているパンチを用いることによって、ブロックの平坦面を押し下げてボンディング面を形成したとき、段差近傍の平坦面を搭載面形成部の先端面で押さえて、段差近傍の平坦面の盛り上がりを防止できる。

本発明によれば、アイレットに立設したブロックの平坦面に、パンチの線端面を当接して平押し加工を施し、ボンディング面を搭載面よりも押し下げて段差を形成している。このため、段差とパンチのボンディング面を形成する部分との間に隙間を形成することなく全面をパンチの先端面で押圧して平坦なボンディング面を形成でき、ボンディング面の全面がワイヤボンディング可能である。
従って、搭載する光半導体素子が必要とする最小のボンディング面をブロックの平坦面に形成することで足り、小型化が困難な光半導体素子が搭載される搭載面を確保しつつブロックを小型化できる。その結果、光半導体素子が搭載された半導体装置の小型化にも寄与できる。

本発明に用いるステムの一例を図１（ａ）に示す。図１に示すステムでは、リード１２，１２がガラス封着されたアイレット１０の一面側に、リード１２，１２側が平坦面１４ａに形成された半円弧状のブロック１４が立設されている。
このアイレット１０としては、ＳＰＣＣ材やＳＰＣＥ材によって形成されており、ブロック１４は銅等の熱伝導率が良好な金属によって形成されている。このブロック１４は、アイレット１０の一面側に銀ろう等の接合材で接合されており、平坦面１４ａはアイレット１０に対して垂直面となっている。
かかるブロック１４は、図１（ｂ）に示す様に、ブロック１４の円弧側面にパンチ１６の先端面を当接すると共に、ブロック１４の平坦面１４ａにパンチ１８の先端部を当接して平押し加工を施す。
このパンチ１８の先端部には、ブロック１４の平坦面１４ａにボンディング面を形成するボンディング面形成部１８ａが、光半導体素子を搭載する搭載面をブロック１４の平坦面１４ａに形成する搭載面形成部１８ｂよりも突出して形成されている。かかるボンディング面形成部１８ａと搭載面形成部１８ｂとは隣接して形成されている。
尚、パンチ１８は、図５に示すパンチ１１２と同様に、リード１２，１２の先端に接触することなくブロック１４の平坦面１４ａに対して進退可能に設けられている。

パンチ１８が、図１（ｂ）に示す様に、ブロック１４の方向に進行し、パンチ１８の先端部が平坦面１４ａに当接して平押し加工を施す。
その際に、パンチ１８の先端部の搭載面形成部１８ｂは、図２に示す様に、ブロック１４の平坦面１４ａを押し付けて更に平坦面として搭載面２４ｂを形成する。同時に、パンチ１８の先端部のボンディング面形成部１８ａは、ブロック１４の平坦面１４ａを押し下げてボンディング面２４ａを形成する。このため、搭載面２４ｂとボンディング面２４ａとの境界に段差が形成される。かかる段差は、０．０５〜０．１ｍｍ程度とすることが好ましい。
また、ボンディング面形成部１８ａによって押し下げてボンディング面２４ａを形成する際に、段差近傍の搭載面２４ｂは、パンチ１８の搭載面形成部１８ｂの先端面で押圧されているため、段差近傍の搭載面２４ｂに形成される盛り上がりを防止できる。
この様に、ブロック１４の平坦面１４ａをパンチ１８のボンディング面形成部１８ａによって押し下げてボンディング面２４ａを形成するため、図２に示す様に、搭載面２４ｂとボンディング面２４ａとの境界に形成された段差とボンディング面形成部１８ａとの間に隙間は形成されない。
このため、ブロック１４に形成されたボンディング面２４ａの全面をワイヤボンディング可能とすることができ、ブロック１４のボンディング面２４ａの面積を、搭載面２４ｂに搭載される光半導体素子とワイヤボンディングするに必要な最小面積とすることができる。その結果、小型化が困難な光半導体素子の搭載面２４ｂを確保しつつ、ブロック１４の小型化を図ることができ、ステムの小型化に資することができる。

図１及び図２に示すステムでは、ブロック１４に形成するボンディング面２４ａを形成する場合について説明してきたが、ブロック１４に形成した搭載面２４ｂの両側にボンディング面２４ａ，２４ａを形成してもよい。
この様に、半円弧状のブロック１４に形成した搭載面２４ｂの両側にボンディング面２４ａ，２４ａを形成するパンチ１８を図３（ａ）に示す。図３（ａ）に示すパンチ１８の先端部は、ブロック１４の円弧面側に先端面が当接するパンチ１６と共に、ブロック１４の平坦面１４ａに平押し加工を施す。このパンチ１８の先端部には、ブロック１４の平坦面１４ａにボンディング面を形成するボンディング面形成部１８ａ，１８ａが、光半導体素子を搭載する搭載面をブロック１４の平坦面１４ａに形成する搭載面形成部１８ｂの両側に隣接して形成されている。更に、かかるボンディング面形成部１８ａ，１８ａは、搭載面形成部１８ｂよりも突出している。

パンチ１８を図３（ａ）に示す様に、ブロック１４の平坦面１４ａ方向に移動し、パンチ１８の先端部をブロック１４の平坦面１４ａに当接して平押し加工を施した状態を図３（ｂ）に示す。
その際に、パンチ１８の先端部の搭載面形成部１８ｂは、図３（ａ）に示す様に、ブロック１４の平坦面１４ａを押し付けて更に平坦面として搭載面２４ｂを形成する。同時に、パンチ１８の先端部のボンディング面形成部１８ａ，１８ａは、ブロック１４の平坦面１４ａを押し下げてボンディング面２４ａ，２４ａを形成する。このため、搭載面２４ｂとボンディング面２４ａ，２４ａとの境界に段差が形成される。かかる段差も、０．０５〜０．１ｍｍ程度とすることが好ましい。
また、ボンディング面形成部１８ａ，１８ａによって押し下げてボンディング面２４ａ，２４ａを形成する際に、段差近傍の搭載面２４ｂは、パンチ１８の搭載面形成部１８ｂの先端面で押圧されているため、段差近傍の搭載面２４ｂに形成される盛り上がりを防止できる。

この様に、ブロック１４の平坦面１４ａをパンチ１８のボンディング面形成部１８ａ，１８ａによって押し下げてボンディング面２４ａ，２４ａを形成するため、搭載面２４ｂとボンディング面２４ａ，２４ａとの境界に形成された段差とボンディング面形成部１８ａ，１８ａとの間に隙間は形成されない。
このため、ブロック１４に形成されたボンディング面２４ａ，２４ａの全面をワイヤボンディング可能とすることができ、ブロック１４のボンディング面２４ａ，２４ａの面積を、搭載面２４ｂに搭載される光半導体素子とワイヤボンディングするに必要な最小面積とすることができる。その結果、小型化が困難な光半導体素子の搭載面２４ｂを確保しつつ、ブロック１４の小型化を図ることができ、ステムの小型化に資することができる。
尚、図３（ａ）（ｂ）において、図１〜図２に示す部材と同一部材については、図１〜図２と同一番号を付して詳細な説明を省略した。

本発明に係る光半導体素子用ステムの製造方法の一例を説明するための説明図である。 図１に示すパンチ１８がブロック１４の平坦面１４ａに当接して平押し加工を施した状態を説明する部分拡大図である。 本発明に係る光半導体素子用ステムの製造方法の他の例を説明するための説明図である。 従来の光半導体素子用ステムを説明する正面図及び側面図である。 図４に示す従来の光半導体素子用ステムを製造する平押し加工を説明する説明図である。 ボンディング面を確保した光半導体素子用ステムを説明する正面図である。 図６に示す光半導体素子用ステムを製造する従来の平押し加工方法を説明する説明図である。 図７に示すパンチ１１２がブロック２０２に当接して平押し加工を施した状態を説明する部分拡大図である。

符号の説明

１０ アイレット
１２ リード
１４ ブロック
１４ａ 平坦面
１６ パンチ
１８ パンチ
１８ａ ボンディング面形成部
１８ｂ 搭載面形成部
２４ａ ボンディング面
２４ｂ 搭載面

Claims (3)

1. アイレットの一面側に、光半導体素子を搭載する搭載面と、前記搭載面に搭載された光半導体素子とワイヤボンディングされるボンディング面とを形成し得る平坦面が形成されたブロックを、前記平坦面がアイレットに対して垂直面となるように立設した後、
   前記ブロックの平坦面にパンチの先端面を当接し、前記光半導体素子を搭載する搭載面を押圧して更に一つの平坦面に形成すると共に、前記搭載面とボンディング面との境界に段差を形成するように、前記ボンディング面を搭載面よりも押し下げる平押し加工を施すことを特徴とする光半導体素子用ステムの製造方法。
2. 平押し加工に用いるパンチとして、ブロックの平坦面に当接する先端部に、前記平坦面に当接してボンディング面を形成するボンディング面形成部が光半導体素子の搭載面を形成する搭載面形成部よりも突出して形成されているパンチを用いる請求項１記載の光半導体素子用ステムの製造方法。
3. パンチとして、ボンディング面形成部と搭載面形成部とが隣接して設けられているパンチを用いる請求項２記載の光半導体素子用ステムの製造方法。

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