AGCの半導体レーザー用ガラスセラミックパッケージ基板製品と技術

AGCはLTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics)の技術を用いた高出力LEDチップ向けパッケージ基板としてGCHP®(Glass Ceramics Hybrid Package)を開発し、2010年に上市しています。消費電力の小さなLEDチップの場合、樹脂製のパッケージ基板でも十分な耐久性を確保することが可能でした。しかし、高出力化に伴って樹脂の劣化が激しくなるため、セラミック材料が注目されました。近年、LDの高出力化やSMD化に伴い、GCHP®は採用されるアプリケーションの幅が拡がっています。

GCHP®基板の写真

製品概要・特長

GCHP®はガラスとセラミックの複合体で、ガラスフリット(ガラス微粉末)とセラミックスフィラーで構成されています。ガラスでありながらセラミックスというユニークな特徴をもったGCHP®は、AGCのガラス材料技術と長年培ってきたノウハウにより、他のセラミック基板にはない様々な特徴を提供します。

高出力用途に寄与する高い放熱性

ヒートアップによるレーザーの不安定化を避けるために、高出力LDにおいては放熱が非常に重要です。LTCC自体は一般的に熱伝導率が低いのですが、GCHP®は熱伝導の高いAg(銀)のブロックを内部に形成できる特長を有しています。このヒートシンク構造により高い放熱性を実現しています。
基板材料としてよく使われるAl2O3(アルミナ)では高温焼成が必要なため導体材料に熱伝導率の高いCu(銅)やAg(銀)を用いることができず、放熱性の向上に限界があります。Agを用いたGCHP®では、高い放熱性が可能になります。

GCHP®はAgのヒートシンクを導入できるため、Agの高い熱伝導率を利用することができます。グラフではAl2O3(アルミナ)やAlN(窒化アルミ)といったHTCCの熱伝導率、HTCCの導体に使われるW(タングステン)の熱伝導率との比較を示しています。このようにGCHP®はAg(銀)を使えるために、高い放熱性能を実現できます。

幅広い波長における高い反射率

光は、屈折率の異なる物質の界面で反射をするという特性があります。GCHP®はガラスとセラミックスのハイブリッド材料であるために、ガラスとセラミック界面で反射が繰り返され高い反射特性が実現されています。ガラスのネットワーク構造を維持したまま、セラミックフィラーを多く取り込むことが可能なガラス組成を開発し、高い反射率をもつパッケージ基板となっています。

GCHP®では高い光反射率を持っており、LEDパッケージの光の利用効率を高めることができます。反射率を抑えたい場合は黒色タイプのラインナップもあります。基板の反射率の要求は、光センシングデバイスの設計により異なってきますが、GCHP®では高い反射率の白色タイプと、低い反射率の黒色タイプの両方のラインナップを揃えています。

ガラス組成などによる高い信頼性

クラック抑制 GCHP®はガラス成分を含み低ヤング率となっています。この特性は基材内部で応力が一部に集中することなく分散させる効果があります。この特性は、セラミック基板にはないもので、実装された基板において、基材はもちろん周辺部へのクラックの抑制効果があります。
紫外耐性 LiDARなどは屋外での使用が想定されUVへの耐性も求められます。ガラスとセラミックスの複合体であるGCHP®は紫外線照射による劣化も殆どありません。
硫化耐性 パッケージ基板の耐久性として厳しい試験に耐硫化試験というものがあります。屋外や車載用途を想定した場合に必須となる試験ですが、GCHP®の場合は、硫化による劣化も生じません。

3次元回路形成による小型化

GCHP®は、LTCCプロセスで作製されます。グリーンシートと呼ばれる焼結前の基板上へAgなどの金属パターンを形成し、多層化したのちに焼結されます。そのため、内層配線が可能であり、3次元回路を作ることができます。これによりパッケージの小型化や、表面実装デバイスを配置したパッケージなどの柔軟な設計も可能になります。

LTCC基板に表面実装デバイスを配置した例。中央のチップとは別の配線で、表面に配置されたデバイスの特性を制御するためのチップをマウントすることができます。

半導体レーザー用パッケージ基板の性能・仕様・サイズ

GCHP®の特徴を他のセラミック材料と比較しながらまとめています。Agがヒートシンクとして機能するために、高い放熱性を持っています。
材料としてもガラスとセラミックの特徴を活かすことで、高い信頼性をもっています。
またGCHP®は、より複雑な内層配線が可能であり、設計の柔軟性や高集積性に寄与します。

項目 GCHP® Al2O3 AlN
放熱性

(heat sink)

反射率 ×
信頼性
多層配線 ×

サンプル

サンプルについてはフォームよりお問合せ下さい。

ピース形状 Top面 Bottom面 パネル形状
3528サイズ
(3.5㎜*2.8㎜)
3532サイズ
(3.5㎜*3.2㎜)
4343サイズ
(4.3㎜*4.3㎜)