接合体、电子设备、投影仪以及接合体的制造方法与流程

本发明涉及接合体、电子设备、投影仪以及接合体的制造方法。

背景技术：

例如，在专利文献1中记载了传热构件，其具有：发热体(第一构件)、对方构件(第二构件)、基材(第三构件)、将发热体和对方构件接合的钎焊部(第一接合层)、以及将对方构件和基材接合的金属被膜(第二接合层)。而且，金属被膜的热膨胀率比基材的热膨胀率低且比对方构件的热膨胀率高，此外，在金属被膜中形成有用于允许热变形的槽(空间部)。通过设为所述构成从而能吸收对方构件和基材之间的热膨胀差(由于热膨胀率的差而产生的已膨胀的长度的差)，能抑制金属被膜的龟裂。

但是，在所述对比文件1中没有关于钎焊部的构成的详细的说明，因此有可能利用钎焊部的构成无法吸收发热体和对方构件之间的热膨胀差，钎焊部或对方构件发生损伤。此外，也有可能利用钎焊部的构成无法使从发热体产生的热高效地散热。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2009-206331号公报。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供能使从作为发热体的第一构件产生的热高效地散热，并且能抑制各部的损伤的接合体、电子设备、投影仪以及接合体的制造方法。

所述目的可通过下述本发明来完成。

本发明的接合体的特征在于，具备：作为发热体的第一构件；第二构件；第三构件；第一接合层，其将所述第一构件和所述第二构件接合，是金属颗粒的烧结体，具有空隙；以及第二接合层，其将所述第二构件和所述第三构件接合，是金属颗粒的烧结体，具有空隙，所述第一接合层的空隙率比所述第二接合层的空隙率低。

由此，可得到能使从作为发热体的第一构件产生的热高效地散热，并且能抑制各部的损伤的接合体。

优选在本发明的接合体中，所述第一构件与所述第二构件的热膨胀率的差小于所述第二构件与所述第三构件的热膨胀率的差。

由此，能更可靠地吸收(缓和)第一接合层中第一构件与第二构件的热膨胀差，能吸收(缓和)第二接合层中第二构件与第三构件的热膨胀差。

优选在本发明的接合体中，所述第二接合层比所述第一接合层厚。

由此，能提高第二接合层的导热性，并且能更有效地吸收(缓和)第二构件与第三构件的热膨胀差。

优选在本发明的接合体中，所述第一接合层的空隙率是5体积％以上、30体积％以下，

优选地，所述第二接合层的空隙率是20体积％以上、40体积％以下。

由此，成为能有效地吸收热膨胀差，并且导热性优良的第一接合层和第二接合层。

本发明的电子设备的特征在于，包括本发明的接合体，所述第一构件是半导体发光元件、电路或者功率半导体元件。

由此，可得到具有高可靠性的电子设备。

本发明的投影仪的特征在于，具有：发光设备，其包括所述第一构件是半导体发光元件的本发明的接合体；光调制部，其按照图像信息调制从所述发光设备出射的光；以及投射部，其投射由所述光调制部形成的图像。

由此，可得到具有高可靠性的电子设备。

本发明的接合体的制造方法的特征在于，包括：第一烧制工序，其在作为发热体的第一构件和第二构件之间配置包含金属颗粒的第一金属膏，通过加热烧制所述第一金属膏；以及第二烧制工序，其在所述第二构件和所述第三构件之间配置包含金属颗粒的第二金属膏，通过加热同时烧制所述第一金属膏和所述第二金属膏，所述第一金属膏的烧结体的空隙率比所述第二金属膏的烧结体的空隙率低。

由此，可得到能使从作为发热体的第一构件产生的热高效地散热，并且能抑制各部的损伤的接合体。

优选在本发明的接合体的制造方法中，在所述第二烧制工序中，烧制温度比所述第一烧制工序的烧制温度低。

由此，能更简单地使所述第一金属膏的烧结体的空隙率比所述第二金属膏的烧结体的空隙率低。

优选在本发明的接合体的制造方法中，在所述第二烧制工序中，烧制时间比所述第一烧制工序的烧制时间短。

由此，能更简单地使所述第一金属膏的烧结体的空隙率比所述第二金属膏的烧结体的空隙率低。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的发光设备(电子设备)的截面图。

图2是图1所示的发光设备具有的半导体发光元件的俯视图。

图3是图2中的A-A线截面图。

图4是示出图1所示的发光设备的制造方法的流程图。

图5是说明图1所示的发光设备的制造方法的截面图。

图6是说明图1所示的发光设备的制造方法的截面图。

图7是说明图1所示的发光设备的制造方法的截面图。

图8是说明图1所示的发光设备的制造方法的截面图。

图9是说明图1所示的发光设备的制造方法的截面图。

图10是示出本发明的第二实施方式的投影仪的图。

符号说明

100、发光设备 200、半导体发光元件

201、光出射部 202、柱状部

210、基板 220、第一包层

230、活性层 231、第一侧面

232、第二侧面 233、第三侧面

240、第二包层 250、接触层

260、第一电极 270、第二电极

280、绝缘部 290、增益区域群

291、第一增益区域 292、第二增益区域

293、第三增益区域 300、安装基板

310、端子 400、支撑基板

500、接合层 500A、第一金属膏

600、接合层 600A、第二金属膏

1000、投影仪 1100B、蓝色光源

1100G、绿色光源 1100R、红色光源

1200B、1200G、1200R、透镜阵列

1300B、1300G、1300R、液晶光阀

1400、十字分色棱镜 1500、投射透镜

1600、屏幕 BY、键合线

L、光 P、垂线。

具体实施方式

以下，根据附图所示的实施方式详细地说明本发明的接合体、电子设备、投影仪以及接合体的制造方法。

〈第一实施方式〉

图1是示出本发明的第一实施方式的发光设备(电子设备)的截面图。图2是图1所示的发光设备具有的半导体发光元件的俯视图。图3是图2中的A-A线截面图。图4是示出图1所示的发光设备的制造方法的流程图。图5至图9是分别说明图1所示的发光设备的制造方法的截面图。

图1所示的发光设备(电子设备、接合体)100具有：作为发热体的半导体发光元件(第一构件)200；安装基板(第二构件)300，其安装有半导体发光元件200；支撑基板(第三构件)400，其支撑着安装基板300；接合层(第一接合层)500，其将半导体发光元件200与安装基板300接合；以及接合层(第二接合层)600，其将安装基板300与支撑基板400接合。所述发光设备100为如下构成：将从半导体发光元件200产生的热传递到支撑基板400，由支撑基板400散热(发散)。

此外，在本实施方式的电子设备中，作为发热体(第一构件)使用半导体发光元件，但作为发热体(第一构件)没有特别限定，只要是发热的元件即可。例如，既可以是功率半导体元件等发光元件以外的半导体元件，也可以是如IC芯片那样的电路。所谓的功率半导体元件是指，例如将交流转换为直流、降低电压等并驱动电机或者对电池充电或者使个人计算机或LSI工作等、进行电源(电力)的控制或供应的半导体。

以下，详细地说明发光设备100的构成。

－半导体发光元件200－

半导体发光元件200是SLD(超辐射发光二极管)。SLD例如与半导体激光器相比能减少斑点噪声，且与LED相比能实现高输出化，因此例如在将半导体发光元件200应用于投影仪等光源的情况下是优选的。其中，作为半导体发光元件200不限于SLD，例如也可以是半导体激光器、LED。

如图2和图3所示，半导体发光元件200为层叠有基板210、第一包层(first clad layer)220、活性层230、第二包层240、接触层250、第一电极260、第二电极270以及绝缘部280的构成。

作为基板210能使用例如第1导电型(例如n型)的GaAs基板等。

第一包层220形成在基板210上。作为第一包层220能使用例如n型的InGaAlP层等。

活性层230形成在第一包层220上。活性层230可具有例如将包括InGaP势阱层和InGaAlP势垒层的量子阱结构重叠3个的多量子阱(MQW)结构。在本实施方式中，活性层230具有形成有光出射部201的第一侧面231、相对于第一侧面231倾斜的第二侧面232和第三侧面233。

活性层230的一部分构成具有第一增益区域291、第二增益区域292以及第三增益区域293的增益区域群290。所述增益区域291、292、293能产生光，该光能在增益区域291、292、293内接收增益并被波导。在本实施方式中，设有一个增益区域群290，但作为增益区域群290的数量，不限于1个。

第一增益区域291从第二侧面232到第三侧面233设置，并相对于第一侧面231平行地设置。此外，第二增益区域292从第二侧面232到第一侧面231设置，并在第二侧面232中与第一增益区域291重叠。此外，第三增益区域293从第三侧面233到第一侧面231设置，并在第三侧面233中与第一增益区域291重叠。

此外，在增益区域291、292、293中产生的光在第一侧面231的反射率比在第二侧面232的反射率和第三侧面233的反射率低。由此，第二增益区域292与第一侧面231的连接部和第三增益区域293与第一侧面231的连接部可成为光出射部201。此外，侧面232、233可成为反射面。

增益区域292、293相对于第一侧面231的垂线P倾斜。由此，在第二增益区域292的第一侧面231的端面和第三增益区域293的第一侧面231的端面之间能使在增益区域291、292、293中产生的光不直接地进行多重反射。其结果是，能不构成直接的共振器，因此能抑制或者防止在增益区域291、292、293中产生的光的激光振荡。

第二包层240形成在活性层230上。作为第二包层240能使用例如第二导电型(例如p型)的InGaAlP层等。通过例如p型的第二包层240、未掺杂有杂质的活性层230和n型的第一包层220构成pin二极管。第一包层220和第二包层240分别是与活性层230相比禁带宽度较大、折射率较小的层。活性层230具有产生光且放大光并对其进行波导的功能。第一包层220和第二包层240具有夹着活性层230封入载流子(电子和空穴)以及封住光的功能(抑制漏光的功能)。

接触层250和第二包层240的一部分构成柱状部202。柱状部202的平面形状与增益区域291、292、293的平面形状相同。换句话说，根据柱状部202的平面形状来决定第一电极260和第二电极270之间的电流路径，其结果是，可决定增益区域291、292、293的平面形状。

绝缘部280设于第二包层240上并且设于柱状部202的侧方。作为绝缘部280能使用例如SiN层、SiO₂层、SiON层、Al₂O₃层、聚酰亚胺层。在作为绝缘部280使用了所述材料的情况下，第一电极260、第二电极270之间的电流能避开绝缘部280而流经被绝缘部280夹着的柱状部202。绝缘部280具有比活性层230的折射率小的折射率。在这种情况下，形成有绝缘部280的部分的垂直截面的有效折射率比未形成绝缘部280的部分、即形成有柱状部202的部分的垂直截面的有效折射率小。由此，能在平面方向在增益区域291、292、293内高效地封住光。

第一电极260形成于基板210下的整个面。作为第一电极260能使用例如从基板210侧起按Cr层、AuGe层、Ni层、Au层的顺序层叠的电极。

第二电极270形成在接触层250上。作为第二电极270能使用例如从接触层250侧起按照Cr层、AuZn层、Au层的顺序层叠的电极。

所述构成的半导体发光元件200在对第一电极260和第二电极270之间施加pin二极管的正向偏置电压(封入电流)时，在活性层230中产生增益区域291、292、293，在增益区域291、292、293中发生电子与空穴的再结合。由于该再结合所以产生发光。以该产生的光为起点而连锁地发生受激发射，在增益区域291、292、293内，光的强度被放大。并且，强度被放大后的光从光出射部201作为光L出射。即半导体发光元件200是端面发光型的半导体发光元件。此外，半导体发光元件200通过基于光刻技术和蚀刻技术等的半导体加工技术形成。

所述构成的半导体发光元件200使第二电极270侧朝向安装基板300并经由接合层500安装(通过所谓的向下连接进行安装)于安装基板300。

－安装基板300－

安装基板300的上表面(一方主面)成为安装半导体发光元件200的安装面，在该安装面中排列并安装有多个半导体发光元件200。所述安装基板300由Si(硅)构成。其中，作为安装基板300的构成材料，不限于Si，另外，也可以由例如Al₂O₃(氧化铝)、AlN等构成。例如在使用了AlN的情况下，与使用了Si的情况相比，能发挥优良的导热性。

此外，在安装基板300的安装面中与多个半导体发光元件200对应地配置有多个端子310。虽未图示，但在安装面的表面形成有用于保证绝缘性的绝缘膜(例如硅氧化膜)。

并且，在各端子310上经由接合层500接合有半导体发光元件200。接合层500具有导电性，将半导体发光元件200以机械的方式固定(接合)到端子310，并且将半导体发光元件200的第二电极270和端子310电连接。此外，各端子310经由键合线BY与位于相邻的端子310上的半导体发光元件200的第一电极260电连接。即在安装基板300上串联地电连接着多个半导体发光元件200。

所述安装基板300的热膨胀率(线膨胀率)位于半导体发光元件200的热膨胀率(线膨胀率)和支撑基板400的热膨胀率(线膨胀率)之间。因而，通过使安装基板300介于半导体发光元件200和支撑基板400之间，从而能减小由于半导体发光元件200与支撑基板400的热膨胀差而施加于半导体发光元件200或支撑基板400的应力。因此，能抑制半导体发光元件200或支撑基板400的损伤(例如龟裂的发生)并且能更稳定地发挥期望的性能，可得到高可靠性。

－支撑基板400－

支撑基板400具有作为用于使从半导体发光元件200产生的热散热的散热部的功能。所述支撑基板400例如可由Cu、Al、Mo、W、Si、C、Be、Au、它们的化合物(例如AlN、BeO等)、合金(例如CuMo等)等构成。此外，也可通过将所述例示组合后的例如铜(Cu)层与钼(Mo)层的多层结构等来构成支撑基板400。用所述材料构成支撑基板400，由此成为具有优良的散热性的支撑基板400，能使从半导体发光元件200产生的热高效地散热。

－接合层500、600－

接合层500位于半导体发光元件200和安装基板300之间，并将它们接合。另一方面，接合层600位于安装基板300和支撑基板400之间，并将它们接合。所述接合层500、600分别由金属颗粒的烧结体构成，是通过烧制在有机溶剂中分散金属颗粒而成的金属膏而形成的接合层。

所述接合层500、600具有充分高的导热性，因此从半导体发光元件200产生的热经由接合层500、安装基板300和接合层600高效地传递到支撑基板400。

此外，作为构成接合层500、600的金属颗粒，虽然没有特别限定，但特别优选使用银颗粒，此外，除此以外，能使用例如铜颗粒、金颗粒等。通过使用银颗粒而成为导热性更优良的接合层500、600。此外，优选接合层500、600具有例如20nm～5μm程度的粒径不同的金属颗粒。

此外，接合层500、600分别成为具有空隙的多孔。并且，接合层500的空隙率(体积％)设定为比接合层600的空隙率低。即接合层500比接合层600密。因此，接合层500与接合层600相比导热性优良，相反地，接合层600与接合层500相比柔软且应力缓和特性优良。因而，从半导体发光元件200产生的热经由接合层500高效地传递到半导体发光元件200的外部(即安装基板300或支撑基板400)，并且能用接合层600有效地吸收(缓和)由于安装基板300与支撑基板400的热膨胀率差而产生的应力。其结果是，能抑制安装基板300或支撑基板400的损伤(例如热应力所致的龟裂的发生)，并且可得到散热性优良的发光设备100。

在此，如前所述，安装基板300的热膨胀率位于半导体发光元件200的热膨胀率和支撑基板400的热膨胀率之间，而且，在本实施方式中，安装基板300与支撑基板400的热膨胀率的差大于半导体发光元件200与安装基板300的热膨胀率的差。即成为通过热膨胀而易于对安装基板300或支撑基板400施加应力的构成。因此，如前所述，通过在它们之间配置比较柔软的(比接合层500软的)接合层600，从而能更有效地缓和所述应力，能更有效地抑制它们的损伤。

此外，接合层500的空隙率虽然没有特别限定，但优选例如是5体积％以上、30体积％以下的程度，更优选是10体积％以上、20体积％以下的程度。另一方面，接合层600的空隙率虽然没有特别限定，但优选例如是20体积％以上、40体积％以下的程度，更优选是25体积％以上、35体积％以下的程度。通过将接合层500、600的空隙率设为所述范围而能更显著地发挥所述效果。此外，作为空隙率的测量方法的一例，能根据金属膏的烧结体(接合层500、接合层600)截面的、空隙与结构体(金属部分)的比例算出。

此外，接合层600形成为比接合层500厚。接合层600与接合层500相比空隙率高，所以与接合层500相比导热性差。因此，通过将接合层600设为比接合层500厚，从而使接合层600的导热性提高。因此，能使从半导体发光元件200产生的热从支撑基板400更有效地散热。此外，通过将接合层600设为比接合层500厚，从而能更有效地缓和由于安装基板300和支撑基板400的热膨胀差而产生的应力。此外，所谓的热膨胀差是在两个结构物(构件)之间产生的伸(缩)量的差。例如，安装基板300和支撑基板400具有各自不同的热膨胀率，因此在施加热时在安装基板300和支撑基板400之间产生热膨胀差。

接合层500的厚度(平均厚度)虽然没有特别限定，但优选例如是40μm以上、60μm以下的程度。另一方面，接合层600的厚度(平均厚度)虽然没有特别限定，但优选例如是50μm以上、150μm以下的程度。通过设为所述厚度，能更显著地发挥所述效果。

以上说明了发光设备100。

接着，说明发光设备100的制造方法。

如图4所示，发光设备100的制造方法包括：第一烧制工序，其在半导体发光元件200和安装基板300之间配置第一金属膏500A，通过加热来烧制第一金属膏500A；以及第二烧制工序，其在安装基板300和支撑基板400之间配置第二金属膏600A，通过加热来同时烧制第一金属膏500A和第二金属膏600A。

以下，详细地说明所述制造方法。

[第一烧制工序]

首先，如图5所示，准备安装基板300，对安装基板300的上表面(端子310上)涂敷第一金属膏500A。此外，第一金属膏500A的涂敷方法虽然没有特别限定，但能使用例如印刷法、分配法(dispense)、转印法等各种涂敷技术。此外，作为第一金属膏500A，虽然没有特别限定，但能使用例如在有机溶剂中分散银颗粒而成的银膏。作为银颗粒以外的材料，还能使用金颗粒或铜颗粒。接着，如图6所示，在第一金属膏500A上配置半导体发光元件200，之后通过加热来烧制第一金属膏500A。

[第二烧制工序]

首先，如图7所示，准备支撑基板400，对支撑基板400的上表面涂敷第二金属膏600A。此外，第二金属膏600A的涂敷方法虽然没有特别限定，但能使用例如印刷法、分配法、转印法等各种涂敷技术。此外，作为第二金属膏600A，虽然没有特别限定，但能使用例如在有机溶剂中分散银颗粒而成的银膏。作为银颗粒以外的材料，还能使用金颗粒或铜颗粒。此外，在本实施方式中，作为第二金属膏600A，使用与第一金属膏500A相同的金属膏。接着，如图8所示，在第二金属膏600A上配置安装基板300，之后通过加热烧制第二金属膏600A。

最后，如图9所示，可通过用键合线BY将多个半导体发光元件200串联连接而得到发光设备100，所述发光设备100具备半导体发光元件200、安装基板300、支撑基板400、作为第一金属膏500A的烧结体的接合层500以及作为第二金属膏600A的烧结体的接合层600。优选烧结体的构成成分的大部分由金属材料构成(除空隙以外)，更优选构成成分的90％以上由金属材料构成。通过设为所述构成成分，能够提高接合层500和接合层600的导热性。此外，即使第一金属膏500A和第二金属膏600A烧结前包含的金属材料以外的成分、或者烧结前包含的金属材料以外的成分的烧制成分等的残留物残留，在应用上也不会有问题。

此外，空隙率也可以包括第一金属膏500A和第二金属膏600A烧结前包含的金属材料以外的成分、或者烧结前包含的金属材料以外的成分的烧制成分等的残留物所占的部分。

其中，已知烧结体的空隙率可由烧制条件(特别是烧制温度、烧制时间)来控制，一般来说，若降低烧制温度，则空隙率提高，即使缩短烧制时间，空隙率也会提高。因此，优选在第二烧制工序中将烧制温度(峰值温度)设为比第一烧制工序的烧制温度低、或者将烧制时间(维持峰值温度的时间)设为比第一烧制温度的烧制时间短、或者同时实施所述方法。由此，能简单且可靠地形成与接合层500相比空隙率低的接合层600。作为烧制温度，优选例如是200℃以上、400℃以下的程度，更优选是250℃以上、350℃以下的程度。作为烧制时间，优选例如是10分钟以上、100分钟以下的程度，更优选是30分钟以上、60分钟以下的程度。

但是，在本发明的情况下，第一金属膏500A通过第一烧制工序和第二烧制工序烧制，而第二金属膏600A仅通过第二烧制工序烧制。因此，即使在第一烧制工序和第二烧制工序中使烧制条件相等，也能使第二金属膏600A的烧制时间比第一金属膏500A的烧制时间短，能简单且可靠地形成与接合层500相比空隙率低的接合层600。

此外，在本实施方式中，第一金属膏500A和第二金属膏600A虽然是相同的材料，但即使通过将它们设为不同的材料(特别是金属颗粒的粒径)，也能简单且可靠地形成与接合层500相比空隙率高的接合层600。具体地说，若缩小金属颗粒的粒径，则空隙率变低，因此即使通过例如将第二金属膏600A设为具有比第一金属膏500A所包含的金属颗粒的粒径大的粒径的材料，也能简单且可靠地形成与接合层500相比空隙率高的接合层600。

〈第二实施方式〉

图10是表示本发明的第二实施方式的投影仪的图。

如图10所示，投影仪1000具有出射红色光、绿色光、蓝色光的红色光源1100R、绿色光源1100G、蓝色光源1100B。并且，作为所述光源1100R、1100G、1100B使用所述发光设备100。而且，投影仪1000具有：透镜阵列1200R、1200G、1200B；透射型的液晶光阀(光调制部)1300R、1300G、1300B；十字分色棱镜1400；以及投射透镜(投射部)1500。

从光源1100R、1100G、1100B出射的光入射到各透镜阵列1200R、1200G、1200B。透镜阵列1200R、1200G、1200B的入射面相对于例如从光源1100R、1100G、1100B出射的光的光轴按规定的角度倾斜。由此，能改变从光源1100R、1100G、1100B出射的光的光轴。因而，能使例如从光源1100R、1100G、1100B出射的光相对于液晶光阀1300R、1300G、1300B的照射面正交。

此外，透镜阵列1200R、1200G、1200B在液晶光阀1300R、1300G、1300B侧具有凸曲面。由此，在透镜阵列1200R、1200G、1200B的入射面光轴被改变的光被凸曲面集聚(或者能缩小扩散角)。并且，被各透镜阵列1200R、1200G、1200B集聚的光入射到各液晶光阀1300R、1300G、1300B。各液晶光阀1300R、1300G、1300B分别按照图像信息调制入射的光。

被各液晶光阀1300R、1300G、1300B调制后的3个色光入射到十字分色棱镜1400而被合成。由十字分色棱镜1400合成的光入射到作为投射光学系统的投射透镜1500。投射透镜1500将由液晶光阀1300R、1300G、1300B形成的图像放大，将其投射到屏幕(显示面)1600。由此，在屏幕1600上映出期望的视频。

以上说明了投影仪1000。

此外，在所述例子中，作为光调制部使用了透射型的液晶光阀，但既可以使用液晶以外的光阀，也可以使用反射型的光阀。作为所述光阀，可举出例如反射型的液晶光阀、数字微镜器件(Digital Micromirror Device)。此外，投射光学系统的构成可根据使用的光阀的种类适当地变更。

此外，作为投影仪，也可以是通过使光在屏幕上扫描而使显示面显示期望的大小的图像的扫描型的投影仪。

以上根据图示的实施方式说明了本发明的接合体、电子设备、投影仪以及接合体的制造方法，但本发明不限于此，各部的构成可置换为具有相同功能的任意的构成。此外，也可以在本发明中附加其它任意的构成物。此外，也可以适当地组合所述各实施方式。