JP2001135833A - 受光素子の光結合構造及び受光素子の製造方法 - Google Patents
受光素子の光結合構造及び受光素子の製造方法Info
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Abstract
化を行う。 【解決手段】 光ファイバとフォトダイオードが光学的
に結合する受光素子の光結合構造に、電極の面102を
有し、前記電極の面に前記フォトダイオード101を実
装するサブキャリア100と、前記光ファイバが実装さ
れるV溝202を有し、前記V溝を含む面に対して斜面
の電極201を有し、前記斜面の電極に前記サブキャリ
アの電極の面を実装し、前記斜面の電極を介して外部に
ワイヤボンディングを行うシリコン基板200とを備え
る。
Description
装技術を適用した光モジュールに関する。特に、本発明
は、光モジュールの受光素子の光結合構造に関する。
用する光モジュールでは、例えば、発光モジュールの場
合、シリコン基板上にレーザダイオードなどの発光素子
が実装され、同シリコン基板にV溝が形成され、V溝に
実装される光ファイバと光学的に結合することが重要な
要素の一つとなっていることが知られている。
ダイオードの後方にフォトダイオードなどの受光素子が
配置され、レーザダイオードから放射される光の大きさ
が常にモニタリングされる。このモニタリングにより温
度が変動した場合でも常に一定の光出力が得られるよう
にコントロールする方法が一般的である。
ュールと同様にシリコン基板上に、以下のように、形成
される。図9は従来の受光モジュールを示す図である。
なお、全図を通して同一の構成要素には同一の符号、番
号を付して説明を行う。本図に示すように、シリコン基
板200に光ファイバ300が実装され、シリコン基板
200に対してサブキャリア100が設けられる。サブ
キャリア100には光ファイバ300からの出力光が結
合する位置にフォトダイオード101が配置され光結合
が実現されている。
1と第2電極面112が設けられ、第1の電極面111
にはフォトダイオード101、フォトダイオード101
のボンディングワイヤ103が実装され、第2の面11
2にはパッケージなどにワイヤボンディングがされ外部
との接続が行われる。このため、異なる最低2面の電極
の形成が必要である。
通常、サブキャリア100に実装されるフォトダイオー
ド101をレーザダイオード又は光ファイバの後方に配
置するという構造が採用されている。その際、図9に示
すように、シリコン基板200とサブキャリア100が
パッケージ内に別々に実装されている。
ァイバ300とフォトダイオード101との光結合を構
成する要素が各々独立してパッケージ内に実装されてい
る。このため、特に受光モジュールの場合には、光結合
を構築する際に光軸ずれを起こしやすくなる。すなわ
ち、シリコン基板200の厚さ精度及びパッケージへの
シリコン基板200とサブキャリア100の実装高さを
光軸ずれ要因として考慮する必要が生じる。
オード101との結合トレランス(許容誤差)から実装
位置精度に割り当てられる配分が小さくなり、高精度の
実装機を使用する必要が生じると同時に、使用するシリ
コン基板200の厚さ精度についても十分な管理が必要
となる。元々、パッシブアライメント実装技術は低コス
トで光モジュール組立ができるように光素子、光ファイ
バ300などの光学系構成要素を予め決められた位置に
実装するだけで光学系を実現する方法であり、それによ
って組立コストを低減させることが目的であった。
ード101の光結合構造では、使用するシリコン基板2
00の厚さ精度管理が重要となり、また、必要以上に高
精度な実装機が必要となるため、組立にかかる時間の短
縮及び部品コストを含めた全体のコスト低減には十分で
はなかった。そこで、例えば、ECOC’97、Vo1
2、pp216−219には、サブキャリア100にフ
ォトダイオード101が実装され、サブキャリア100
がシリコン基板200上に直接実装される構造が開示さ
れている。
子の光結合構造を示す図である。本図に示すように、こ
の技術では、シリコン基板200の厚さ精度及びパッケ
ージへの実装高さが光学系の構成要素でなくなってい
る。このため、フォトダイオード101、サブキャリア
100の実装精度を必要以上に厳しくすることなくパッ
シブアライメントでの受光光学系を構築できる点におい
て一応の効果を奏している。
逆にフォトダイオード101をサブキャリア100から
はみ出させて実装しなければならない点において新たに
実装そのものの困難、信頼性の低下という問題をもたら
している。通常は、このような表面入射型フォトダイオ
ードを使用する場合にはフォトダイオード101の表面
に受光面、アノード電極があり、裏面がカソード電極に
なっている。
れており、全体を半田などでサブキャリア100に接合
させることにより安定した接合強度を得ることができ
る。上述のような従来例では、フォトダイオード101
の一部しかサブキャリア100に接合することはできな
いため、接合部の信頼性に問題がある。
1を吸着等で所定位置に合せて実装するが、一部がサブ
キャリア100からはみ出しているため実装時にフォト
ダイオード101を加圧したときに、位置ずれを起こし
やすいという欠点もある。また、別の従来例として、特
開平10−20158号公報に開示されているように、
シリコン基板上の凹部にサブキャリアを嵌合させること
により導光部とフォトダイオードとの光学的結合を実現
させる構造も提案されている。
子の光結合構造を示す図である。本図に示すように、光
導波路203と光学的結合を実現するフォトダイオード
101はその裏面全体がサブキャリア100に接合され
ているため上述した図10の例のような信頼性上、実装
上の問題は無い。しかしながら凹部の低部にサブキャリ
ア100を実装するため凹部の深さ精度が光軸ずれ要因
となり、凹部の加工性が低下するという問題がある。
上記問題点に鑑みて、表面入射型のフォトダイオードを
用いて、サブキャリア100上にフォトダイオード10
1がはみ出すことなく実装され、かつシリコン基板20
0にサブキャリア100が実装される受光素子の光結合
構造を提供することを目的とする。
部品精度に光学系の軸ずれが影響されない受光素子の光
結合構造を提供する。さらに、本発明は、サブキャリア
100自体の低コスト化、すなわち、サブキャリア10
0にフォトダイオード101が実装される電極面、パッ
ケージに配線するための電極面を極力減らすことによ
り、低コスト化を可能にする受光素子の光結合構造、受
光素子の生産方法を提供することを目的とする。
決するために、光ファイバとフォトダイオードが光学的
に結合する受光素子の光結合構造において、電極の面を
有し、前記電極の面に前記フォトダイオードを実装する
サブキャリアと、前記光ファイバが実装されるV溝を有
し、前記V溝を含む面に対して斜面の電極を有し、前記
斜面の電極に前記サブキャリアの電極の面を実装し、前
記斜面の電極を介して外部にワイヤボンディングを行う
シリコン基板とを備えることを特徴とする受光素子の光
結合構造を提供する。
ダイオードがはみ出すことなく実装され、確実な固定を
確保することが可能になった。また、サブキャリアをシ
リコン基板上に直接実装しているため、シリコン基板の
厚さなどの部品精度に光学系の軸ずれが影響されないと
いう効果が得られる。このため、実装機への精度が緩和
され、実装コストが低減できる。
外部との電気配線を行うパターンの面が同一面に形成さ
れるので、サブキャリア自体の生産性効率を格段に向上
させることができ、かつ大幅なコスト低減を実現するこ
とができる。好ましくは、前記サブキャリアの材質は、
アルミナセラミック、ガラスセラミック、窒化アルミ、
シリコンウエハにSiO2酸化物を形成した材料の少な
くとも1つからなる。
い選択が可能になる。好ましくは、前記サブキャリアの
材質の上にAuスパッタで電極を形成する。この手段に
より、電極のパターンの形成が行われる。好ましくは、
前記サブキャリアの電極の面と前記シリコン基板の電極
面とを半田又は導電性の接着剤で固定する。
実に行える。好ましくは、前記シリコン基板のV溝、斜
面の電極は同時に異方性エッチングにより形成される。
この手段により、斜面の電極の形成が容易に行われる。
好ましくは、前記シリコン基板のV溝と前記サブキャリ
アのフォトダイオードとの相対位置合せのために、前記
シリコン基板上に目印のパターンを形成する。
形、十字形などが用いられ、V溝とフォトダイオードと
の相対位置合せが容易になる。好ましくは、前記シリコ
ン基板の光ファイバの後方にレーザダイオードが設けら
れ、前記レーザダイオードは前記サブキャリアのフォト
ダイオードと光結合されるように位置にする。
素子に対しても、上記と同様な作用、効果が得られる。
また、安定したレーザダイオードの発振が得られる。さ
らに、本発明は、前記光結合構造の受光素子の製造方法
において、絶縁性を有する複数の前記サブキャリアのパ
ターンを複数個並べたマスクを使用して電極のパターニ
ングを行う工程と、複数の前記フォトダイオードを実装
する電極部分に半田を一括して塗付する工程と、複数の
前記フォトダイオードを一括して実装後、過熱して半田
を溶融して前記フォトダイオードを固定する工程と、複
数の前記フォトダイオードに対してワイヤボンディング
を一括して行う工程と、前記サブキャリアを分離する工
程とを備えることを特徴とする光結合構造の受光素子の
製造方法を提供する。
ットでサブキャリアのハンドリングが完了し、シリコン
ウエハの位置確認を一度行えば、全てのサブキャリアの
位置認識ができ、ワイヤボンディングする際の位置確認
も1度でほぼ完了するという絶大な生産性向上が実現で
きる。
て図面を参照して説明する。図1は本発明に係る受光素
子の光結合構造を示し、サブキャリア、光ファイバをシ
リコン基板に実装する前の例を示す斜視図であり、図2
は図1においてサブキャリア、光ファイバをシリコン基
板に実装した後の例を示す斜視図である。
00にはV溝202が設けられ、V溝202の端部でV
溝202に対してほぼ対称にシリコン基板200をコ字
形の段差に形成し、V溝202の左右の段部に電極20
1が設けられる。V溝202には光ファイバ300が実
装され、シリコン基板200にサブキャリア100が実
装される。
キャリア100には電極102が設けられる。サブキャ
リア100の電極102の面には、フォトダイオード1
01、ボンディングワイヤ103が実装されるフォトダ
イオード実装面102Aと、フォトダイオード実装面1
02Aと同一面にサブキャリア100がシリコン基板2
00に実装されるサブキャリア実装面102Bとが設け
られる。
2Aにはフォトダイオード101のカソード電極の端子
が電気的に接合するための配線パターン、フォトダイオ
ード101のアノード電極の端子からボンディングワイ
ヤ103により電気的接続をとるための配線パターンが
形成される。フォトダイオード実装面102Aとサブキ
ャリア実装面102Bとの配線パターンが電極102の
1つの面に形成されることになる。
ナセラミック、ガラスセラミック、窒化アルミなどの絶
縁物又は表面に絶縁膜を形成する材料を選択することが
可能である。例えば、シリコンウエハの表面にSiO2
を形成し、その上にAuスパッタで電極102の配線パ
ターンを形成した後、切断するなどの方法をとれば、大
量に一括製造できるため、大幅なコスト低減が可能であ
る。
ルミナセラミックで作成した板にAuで複数個分の電極
102の配線パターンを形成した後、切断するという工
程が可能であるため、上述したシリコンウエハを用いる
方法と遜色ない低コスト化が可能である。フォトダイオ
ード101を実装する際にはサブキャリア100上の電
極102の配線パターンを目印にして位置合せを行う
と、容易に所定位置に実装することが可能である。
200を示す上面図である。本図に示すシリコン基板2
00にはV溝202に対して左右に2つの電極201が
設けられ、各電極201にはサブキャリア実装斜面20
1Aと外部接続用上面201Bが設けられる。シリコン
基板200のV溝202、サブキャリア実装斜面201
Aはシリコンの異方性エッチングによるシリコンウエハ
単位で一括で形成される。
キャリア100の電極101と電気的に接続するための
配線パターンが設けられる。この配線パターンは、サブ
キャリア実装斜面201Aが異方性エッチングで形成さ
れ、サブキャリア実装斜面201Aに露出されるシリコ
ンの上にSiO2などの酸化膜が形成された後、Au等
をパターニングすることで形成される。
1はシリコン基板200の外部接続用上面201Bの電
極パターンと電気的に接続するようにパターニングされ
る。図4は図2における実装後の受光素子の光結合構造
を示す上面図である。本図に示すように、シリコン基板
200のコ字部分にサブキャリア100のフォトダイオ
ード101を収容し、シリコン基板200のサブキャリ
ア実装斜面201Aとサブキャリア100の電極102
とが接合するようにして、シリコン基板200にサブキ
ャリア100が実装される。
沿った実装中の断面図である。本図に示すように、シリ
コン基板200にサブキャリア100を実装するに際
し、シリコン基板200上のV溝202とサブキャリア
100上のフォトダイオード101との相対位置を合せ
ることがパッシブアライメント実装方式において非常に
重要となる。
02を形成するためのパターニングを行う際に、同時に
サブキャリア100を実装するときの目印になるパター
ンを形成しておくことが効果的である。このパターンは
特に形状に制限はなく、例えば、円形、矩形、十字形な
どが考えられる。
形成しなくても、V溝202そのものをパターンととら
えてサブキャリア100の実装位置を決めることも可能
であし、さらには、フォトダイオード101の配線用に
形成される配線パターンを使用してもよい。サブキャリ
ア100をシリコン基板200に固定するにはそれぞれ
の電極102B、201Aの面に半田又は導電性の接着
剤を塗付、加熱してその固定が行われる。
0における電極102のサブキャリア実装面102B
と、シリコン基板200における電極201のサブキャ
リア実装斜面201Aとが電気的に接合し、シリコン基
板200の外部接続用上面201Bがパッケージなどに
ワイヤボンディングされ外部と接続される。このため、
パッケージなどへのワイヤボンディングはシリコン基板
200の外部接続用上面201Bを介して行われるの
で、従来のように、サブキャリア100にパッケージな
どへのワイヤボンディング用の配線パターンが不要にな
った。
れる電極102にはフォトダイオード101、ボンディ
ングワイヤ103を実装するためのサブキャリア実装面
102B、シリコン基板200に実装されるサブキャリ
ア実装面102Bだけが同一面に設けられる。その結
果、サブキャリア100の大幅な生産性の向上、低コス
ト化を実現することが可能になる。
をシリコン基板200上に直接実装しているため、シリ
コン基板200の厚さなどの部品精度に光学系の軸ずれ
が影響されないという効果が得られる。すなわち、従来
のように、シリコン基板200とサブキャリア100と
がそれぞれパッケージに実装される構造では、シリコン
基板200の厚さと、シリコン基板200及びサブキャ
リア100をパッケージに実装する際の半田の厚さなど
が光学系の軸ずれ要因として上げられていたが、これら
の要因を全て排除することが可能となる。
く、また、フォトダイオード101、サブキャリア10
0を実装する際の実装精度に対する要求をそれ程厳しく
しなくても所望の光学的結合を得ることが可能となる。
そのため、実装が簡単になり、実装機を含む実装コスト
の低減にも寄与する。
1面だけであることの効果はサブキャリア100の低コ
スト化に留まらず、フォトダイオード101の実装、ボ
ンディングワイヤ103のワイヤボンディングの効率化
も同時に実現することができる。図6はシリコンウエハ
上に複数個のサブキャリア100を形成し各々にフォト
ダイオード101を実装する場合の例を示す図である。
には、予め熱酸化又はスパッタなどの方法によりSiO
2酸化膜が形成される。その後、膜の密着性を考慮し
て、全面にCr/Pt/Auをスパッタし、サブキャリ
ア100のパターンが複数個並べられたマスクを使用し
て電極のパターニングが行われる。
実装する電極部分に半田バンプなどを用いて半田を一括
供給して塗付し、複数のフォトダイオード101を一括
実装した後、過熱して半田を溶融することによりフォト
ダイオード101が固定される。半田にはAu/Sn共
晶半田が用いられる。半田バンプではなく、Au/Sn
膜をシリコン基板上に直接蒸着してもよい。
1の実装はシリコンウエハ400上のサブキャリア10
0全てに一括で行い、フォトダイオード101を固定し
た後、一括してワイヤボンディングが行われる。最後
に、サブキャリア100を一つ一つ扱う場合と比較し、
一つ一つのサブキャリア100のハンドリング、位置決
め、ワイヤボンディングが必要だったのに対してシリコ
ンウエハ4001枚のセットでサブキャリア100のハ
ンドリングが完了する。
えばシリコンウエハ400に関する全てのサブキャリア
100の位置確認ができ、ワイヤボンディングを行う際
の位置認識が一度でほぼ完了するという絶大な生産性の
向上が実現できる。以上では、本発明を光ファイバ30
0とフォトダイオード101が光学的に結合する受光モ
ジュールに適応する場合に合せて説明したが、レーザダ
イオードとモニタ用のフォトダイオードが光学的に発光
モジュールである場合にも本発明を同様に適応すること
が可能である。
前を示す斜視図であり、図8は図7のサブキャリアの実
装中を示す中心断面図である。図7、図8に示すよう
に、レーザダイオード500にはその前方に光ファイバ
300がV溝202に配置されており、後方にはサブキ
ャリア100に実装されたモニタ用フォトダイオード1
01Aが配置される。
100のシリコン基板200への実装方法と同一であ
る。レーザダイオード500と光学的に結合される位置
にモニタ用フォトダイオード101Aが来るように、モ
ニタ用フォトダイオード101A、サブキャリア100
が実装されている。
00に必要な電極102は1面のみとなり、上述したよ
うなサブキャリア100自体の低コスト化、サブキャリ
ア100にモニタ用フォトダイオード101Aを実装す
る際の生産性の向上という効果が得られる。
モニタ用フォトダイオード101Aが斜めになっている
ため、モニタ用フォトダイオード101Aに入力した光
がモニタ用フォトダイオード101Aの表面で反射し、
レーザダイオード500に戻ることによって、レーザ発
振が不安定なるなどの問題を自動的に回避している。し
たがって、安定したレーザダイオード500の発振が得
られるという効果がある。
サブキャリアをシリコン基板上に直接実装しているた
め、シリコン基板の厚さなどの部品精度に光学系の軸ず
れが影響されないという効果が得られる。サブキャリア
上にフォトダイオードがはみ出すことなく実装され、確
実な固定を確保することが可能になった。
外部との電気配線を行うパターンの面が同一面に形成さ
れるので、サブキャリア自体の生産性効率を格段に向上
させることができ、かつ大幅なコスト低減を実現するこ
とができる。
ブキャリア、光ファイバをシリコン基板に実装する前の
例を示す斜視図である。
コン基板に実装した後の例を示す斜視図である。
す上面図である。
示す上面図である。
の断面図である。
0を形成し各々にフォトダイオード101を実装する場
合の例を示す図である。
視図である。
である。
構造を示す図である。
構造を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 光ファイバとフォトダイオードが光学的
に結合する受光素子の光結合構造において、 電極の面を有し、前記電極の面に前記フォトダイオード
を実装するサブキャリアと、 前記光ファイバが実装されるV溝を有し、前記V溝を含
む面に対して斜面の電極を有し、前記斜面の電極に前記
サブキャリアの電極の面を実装し、前記斜面の電極を介
して外部にワイヤボンディングを行うシリコン基板とを
備えることを特徴とする受光素子の光結合構造。 - 【請求項2】 前記サブキャリアの材質は、アルミナセ
ラミック、ガラスセラミック、窒化アルミ、シリコンウ
エハにSiO2酸化物を形成した材料の少なくとも1つ
からなることを特徴とする、請求項1に記載の受光素子
の光結合構造。 - 【請求項3】 前記サブキャリアの材質の上にAuスパ
ッタで電極を形成することを特徴とする、請求項2に記
載の受光素子の光結合構造。 - 【請求項4】 前記サブキャリアの電極の面と前記シリ
コン基板の電極面とを半田又は導電性の接着剤で固定す
ることを特徴とする、請求項1に記載の受光素子の光結
合構造。 - 【請求項5】 前記シリコン基板のV溝、斜面の電極は
同時に異方性エッチングにより形成されることを特徴と
する、請求項1に記載の受光素子の光結合構造。 - 【請求項6】 前記シリコン基板のV溝と前記サブキャ
リアのフォトダイオードとの相対位置合せのために、前
記シリコン基板上に目印のパターンを形成することを特
徴とする、請求項1に記載の受光素子の光結合構造。 - 【請求項7】 前記シリコン基板の光ファイバの後方に
レーザダイオードが設けられ、前記レーザダイオードは
前記サブキャリアのフォトダイオードと光結合されるよ
うな位置にすることを特徴とする、請求項1に記載の受
光素子の光結合構造。 - 【請求項8】 前記光結合構造の受光素子の製造方法に
おいて、、 絶縁性を有する前記サブキャリアの上にパターンを複数
個並べたマスクを使用して電極のパターニングを行う工
程と、 複数の前記フォトダイオードを実装する電極部分に半田
を一括して塗付する工程と、 半田が塗付された電極部分に複数の前記フォトダイオー
ドを一括して実装後、過熱して半田を溶融して前記フォ
トダイオードを固定する工程と、 複数の前記フォトダイオードに対して前記電極部分にワ
イヤボンディングを一括して行う工程と、 前記サブキャリアを分離する工程とを備えることを特徴
とする光結合構造の受光素子の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP31170299A JP3692519B2 (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | 受光素子の光結合構造 |
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---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
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JP3692519B2 JP3692519B2 (ja) | 2005-09-07 |
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ID=18020449
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JP31170299A Expired - Lifetime JP3692519B2 (ja) | 1999-11-01 | 1999-11-01 | 受光素子の光結合構造 |
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JP2004336025A (ja) * | 2003-04-14 | 2004-11-25 | Fujikura Ltd | 光モジュール、光モジュール実装基板、光伝送モジュール、双方向光伝送モジュール、光モジュールの製造方法 |
JP2007123464A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Kyocera Corp | サブキャリアおよび半導体装置 |
-
1999
- 1999-11-01 JP JP31170299A patent/JP3692519B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP4688632B2 (ja) * | 2005-10-27 | 2011-05-25 | 京セラ株式会社 | サブキャリアおよび半導体装置 |
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