JP2001507811A - 金属の微小複製 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 チップの加熱による成分の損傷を防ぎ、そしてそのような加熱の影響を制限するために、ウェーブガイド・コネクションまたはファイバ・コネクションを担持するチップは金属の面または直接に金属のリード・フレームに堅くハンダ付けされ、これによって、チップがセラミックまたはシリコンのキャリヤにハンダ付けされる場合より熱抵抗をずっと低くすることができるようになった。エンボス加工／形抜きを行う作用部分７を有するエンボス加工工具を使用することにより金属面に、ウェーブガイドまたはファイバをチップに整合させるＶ溝３を含む微小構造を低コスト且つ高精度で作ることができる。エンボス加工プロセスは金属面に、あるいは直接金属リード・フレームに施行される。エンボス加工される材料はストリップの形に加工できるので、エンボス加工プロセスは比較的簡単に自動化することが可能である。ウェーブガイド受入またはファイバ受入溝がエンボス加工された金属キャリヤに光チップがハンダ付けされる組立て方法は熱消散を改良し、従って仕上り部品の使用寿命を長くする。

Description

【発明の詳細な説明】 金属の微小複製 発明の分野 本発明は、金属における微小複製（ｍｉｃｒｏ−ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）の 方法、金属の微小複製品を製造するための装置、および、本発明に従って金属に 微小複製された要素（ｅｌｅｍｅｎｔ）に関する。微小複製方法および装置は好 適には、光チップをウェーブガイド（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）またはファイバに整 合させるのに適用される再製可能な（ｒｅｐｒｏｄｕｃｅａｂｌｅ）組立て光構 成部品（ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｏｐｔｏｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）、コンタクト・デバ イス、またはその他の精密要素を非常な高精度と低いコストで製造するのに使用 されるものである。整合を容易に行うことのできる光構成部品組立て要素は、ウ ェーブガイドまたはファイバおよびレーザーまたは光ダイオードに結合されると ともに、回路板に簡単に取付けることができる。 従来技術の説明 光構成部品内のウェーブガイドまたはファイバに光チップを整合させる一般的 な方法は、シリコンにＶ溝の形の所要の微小構造（ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ ｅ）を食刻（エッチング）し、そのＶ溝の中にウェーブガイドまたはファイバを 嵌込むものである。現在の技術ではしばしば、光チップはセラミックまたはシリ コンのキャリヤ上にハンダで取付けられる。この方法ではただちに、取付けられ る部品に生じる熱の消散という問題が出てくる。この問題は特に、取付けられる 部品が小さな寸法の半導体レーザーの場合、その熱発生区域がチップの表面近く の約２μｍという狭い帯域に集中するので、重大なものになる。 発明の摘要 高温になることによるチップの損傷を防ぐため、あるいは少なくともそのよう な加熱の影響を制限するために、ウェーブガイドまたはファイバ・コネクション を担持するチップは金属のキャリヤまたは金属のリード・フレーム（ｌｅａｄ ｆｒａｍｅ）のいずれかにハンダ付けされてきた。これによって、チップがセラ ミックまたはシリコンのキャリヤにハンダ付けされる場合よりも熱抵抗はずっと 低くなる。本発明は、安価なエンボス加工（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）／形抜き加工 （ｓｔａｍｐｉｎｇ）工具によって金属の表面に、ウェーブガイドまたはファイ バの整合のための微小構造を非常に精密に製造できるようにするものである。 エンボス加工プロセスは金属キャリヤ上、または直接に、プラスチックでカプ セル封じ（ｐｌａｓｔｉｃ ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ）される金属リード・ フレーム上に行われよう。エンボス加工される材料は短かいストリップの形また はリールに巻かれる長いストリップの形に作ることができるので、エンボス加工 プロセスは比較的簡単に自動化することが可能である。エンボス加工されたウェ ーブガイドまたはファイバ受入溝を備える金属キャリヤに光チップがハンダ付け された組立体は熱消散に優れ、これによって、作られた部品の使用寿命を大きく 延長し、その平均欠損時間（ｍｅａｎ ｆａｕｌｔ ｔｉｍｅ，ＭＦＴ）を改良 する。 図面の簡単な説明 図１は本発明による微小構造を備えた金属要素を示す。 図２ＡおよびＢは本発明のエンボス加工工具を下面および断面で示す。 図３ＡおよびＢは本発明のエンボス加工工具の作用部分の詳細図で、その一方 の側面および上面を示す。 好適な実施形態の詳細な説明 実用的な実験の示すところによれば、エンボス加工工具が僅かに摩耗するだけ で繰返し高い測定精度を以って銅にエンボス加工することが可能である。金属キ ャリヤにエンボス加工された微小構造は光部品を、銅のリード・フレームまたは 何等かのその他の合金で作られたリード・フレームに直接整合させ、取付けるこ とができるようにする。これは後に、例えばプラスチック・カプセルに入れた組 立て要素とすることができる。 このエンボス加工技術は、レーザーがキャリヤ上に取付けられ、それからその キャリヤがリード・フレームに取付けられる従来の技術に対して２つの明瞭な長 所をもっている。その第１は、そのようなキャリヤを購入したり製造したりする ためのコストが省かれることである。第２は、レーザーの作用区域に発生する熱 の消散に関する長所である。しかしエンボス加工プロセスとそのために必要な工 具によって追加されるコストがある。微小複製製品をエンボス加工するのに使用 される精密工具の製作は、直接工具材料を研削またはその他で加工すること、あ るいはまた、例えば下記のような方式によって行われよう。 −シリコン・ディスクにフォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）を着ける こと、 −そのシリコン・ディスク上に、適当な溝パターンをもったフォトマスクを被 せること、 −フォトマスクのそれら開口内のフォトレジストを露光すること、 −露光されたレジスト、あるいはまた、露光されないレジストを洗い流すこと 、 −ディスクに所要の構造を食刻即ちエッチングすること、 −フォトレジスト残留物を洗い流すこと。 その結果、２次元フォトマスクの場合複数個の相互に同等な３次元シリコン構 造が作られる。上記方法は当該技術で周知のものであるが、しかしここでは、エ ンボス加工工具を所要の精度で製造するための工程のより良い全体的な表示を行 うために挙げられたものである。この工程は、下記の２つの変化形の方法のいず れか一方に続けることができる。変化形Ａ １．パターン付けされたシリコン・ディスクが、十分な硬度を有する材料の層 で被覆（ｃｏａｔ）される。 ２．そのディスクがニッケルまたはその他の適当な材料でメッキ（ｐｌａｔｅ ）される。 ３．そのメッキが平滑にされる。 ４．メッキされ、平滑にされたモールディング（ｍｏｕｌｄｉｎｇ）をシリコ ンから分離するようシリコンが食刻される。メッキされた面の硬度は、その面を スパッタリングすること、あるいは適当な金属で更にメッキすることによって、 より高くするようにしてもよい。 ５．上記モールディングがソー（ｓａｗ）で２つに切断され、相互に同等な構 造物に分離される。 ６．その構造物が、エンボス加工工具内のその構造物に合わせられたホルダ内 に設置される。 ７．エンボス加工工具の諸部分が組立てられて完成したエンボス加工工具にさ れる。変化形Ｂ １−４．変化形Ａに準ず。 ５．平滑にされない側部が、後の分離を可能にする層で被覆される。 ６．そのディスクがニッケルその他の金属でメッキされる。 ７．そのメッキが平滑にされる。 ８．２つの平滑されたモールディングが相互に分離される。 ９．そのモールディングがソーで２つに切断され、相互に同等な構造物に分離 される。 10．モールディングはホルダ内に設置され、放電機械（ＥＤＭ）でスパーク処 理される。 11．スパーク処理は、金属／リード・フレーム内で微小構造が形付けされる材 料に直接行われる。 12．形付け工具の諸部分が組立てられて完成したエンボス加工工具にされる。 図１は、光ファイバ又はウェーブガイドを整合させるためのＶ溝３を備えた、 凹形にされたまたはくぼんだ面２を有する金属要素１のエンボス加工された微小 構造の実例を示す。チップの取付けを容易にするため、その金属面はまた、溝５ の形のチップ位置決めマークをもったチップ取付け面４を備えてもよい。上記エ ンボス加工金属面はチップをウェーブガイドまたはファイバと高い精度で整合さ せることができる。 図２ＡおよびＢで明らかなように、エンボス加工工具６は、工具の作用部分７ の周りに保護ホルダ８が配置されているスタンプの形にすることができる。工具 の作用部分は好適には、金属面にＶ溝のような溝をエンボス加工できる形状にさ れよう。実際のエンボス加工プロセスにおいて作用工具部分を露出させることが できるようにするため、保護ホルダは例えばアジプレン（Ａｄｉｐｒｅｎｅ）の プレート９によってバネ作動ができるようにされる。 図３ＡおよびＢが示すように、作用部分７はエンボス加工面を備える形にされ 、この場合そのエンボス加工面は平らな面１０とリッジ（ｒｉｄｇｅ）付きの区 域１１とで構成され、これによって、金属面にエンボス加工をしたとき、平らな 面、あるいは凹部にされる面と、Ｖ溝とを形成することができる。そのＶ溝内に 光ファイバを嵌込むことができるようにするため、作用工具部分は例えば１．２ ０ｍｍの幅を有し、またリッジの幅は０．１６ｍｍ、その長さは３．２０ｍｍ、 そして角度αが４５°であるようにされよう。 この金属における微小複製によって、例えばストリップの形状のリード・フレ ームの形のキャリヤが製造プロセスで自動的にＶ溝を備えられ、そしてレーザー または光ダイオードのようなチップに結合される。それからそのエンボス加工さ れたＶ溝によってウェーブガイドまたはファイバが自動的に整合させられ、これ によりそのウェーブガイドまたはファイバは、キャリヤに取付けられたレーザー または光ダイオードに対して正確に整合することができる。本発明のエンボス加 工技術は、微小複製を、自動製造プロセスにより低いコストで高い信頼性と精度 を以って実施できるようにする。 本発明がここに記述し図示した実施形態に限定されるものでなく、そこで請求 の範囲の中でなお様々な変化形が可能なことは理解されよう。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年１２月２２日（１９９８．１２．２２） 【補正内容】 請求の範囲 １．エンボス加工工具により金属表面にＶ溝のような少なくとも１つの溝をエ ンボス加工することにより、少なくとも１個のウェーブガイドまたは少なくとも １個のファイバを整合させるための構造を金属面に備えるように金属に微小複製 をする方法において、該溝は、例えば該金属表面に装着されたレーザーあるいは 光ダイオードと該ウェーブガイドまたはファイバを整合させるために該ウェーブ ガイドまたはファイバを受け入れるようにされており、該構造が食刻されている シリコン・ディスクにニッケルをメッキすることで該金属表面に該溝をエンボス 加工するためのエンボス加工工具に作用部分を設けること、設けられた該構造は 、エンボス加工方法において金属表面にＶ溝のような少なくとも１つのウェーブ ガイドまたはファイバを受け入れる溝を形成する形状を有することを特徴とする 方法。 ２．例えば少なくとも１個のウェーブガイドまたはファイバを整合させるため の構造を金属面に備えるように金属に微小複製を実施するための装置において、 この装置がエンボス加工工具であり、そしてエンボス加工工具の作用部分（７） は、該金属面にエンボス加工するとき、Ｖ溝のような少なくとも１つの溝を設け る形状を有し、該溝は、該金属表面に装着される例えばレーザーまたは光ダイオ ードと該ウェーブガイドまたはファイバを整合させるため該ウェーブガイドまた はファイバを受け入れるようにされ、該作用部分（７）は、該構造が食刻されて いるシリコン・ディスクから分離し且つニッケルメッキされ更に平滑化された金 属要素から成り、該構造は、エンボス加工方法において金属表面にＶ溝のような 少なくとも１つのウェーブガイドまたはファイバを受け入れる溝を形成する形状 （１１）を有することを特徴とする該装置。 ３．前記作用部分（７）のニッケルメッキ表面は、該作用部分のかたさを向上 させるために、適当な金属でスパッタリングあるいはメッキされる請求の範囲第 ２項の装置。 ４．前記作用部分（７）のまわりに、エンボス加工プロセスにおいて該作用部 分を露出させるため、保護のための可撓性ホルダー（８）が設けられている請求 の範囲第２項の装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．例えば少なくとも１個のウェーブガイドまたは少なくとも１個のファイバ を整合させるための構造を金属面に備えるように金属に微小複製をする方法にお いて、該金属面に取付けられる例えばレーザーまたは光ダイオードに上記ウェー ブガイドまたはファイバを整合させるためそのウェーブガイドまたはファイバを 受入する少なくとも１個のＶ溝のような溝を該金属面にエンボス加工工具によっ てエンボス加工することを特徴とする方法。 ２．例えば少なくとも１個のウェーブガイドまたはファイバを整合させるため の構造を金属面に備えるように金属に微小複製を実施するための装置において、 この装置がエンボス加工工具（６）であり、そしてエンボス加工工具の作用部分 （７）が、該金属面にエンボス加工するとき、その金属面に取付けられる例えば レーザーまたは光ダイオードに上記ウェーブガイドまたはファイバを整合させる ためそのウェーブガイドまたはファイバを受入する少なくとも１個のＶ溝のよう な溝を該金属面にエンボス加工する形状を有することを特徴とする装置。 ３．前記作用部分（７）が、前記構造が食刻されてシリコン・ディスクから分 離される、メッキされ平滑にされる金属要素で構成され、前記金属構造が、エン ボス加工プロセスにおいて前記金属面に少なくとも１個のＶ溝のようなウェーブ ガイドまたはファイバ受入溝を形成する形状（１１）を有することを特徴とする 請求の範囲第２項の装置。 ４．前記作用部分（７）が、エンボス加工プロセスにおいて前記金属面に少な くとも１個のＶ溝のようなウェーブガイドまたはファイバ受入溝を形成する形状 （１１）に研削加工されることを特徴とする請求の範囲第２項の装置。 ５．例えば少なくとも１個のウェーブガイドまたは少なくとも１個のファイバ を整合させるための構造を一方の面に有する微小複製される金属要素において、 該金属面（１）に設けられる上記構造が、その金属面に取付けられる例えばレー ザーまたは光ダイオードに上記ウェーブガイドまたはファイバを整合させるため そのウェーブガイドまたはファイバを嵌込むことができる。少なくとも１個のＶ 溝のような溝（３）を備えることを特徴とする金属要素。