JP2002534813A - 光子装置の密閉封止方法と装置 - Google Patents
光子装置の密閉封止方法と装置Info
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Abstract
Description
明は垂直空洞面発光レーザ(VCSEL)、光検出器等の光子装置(photo
nicdevices)を密閉封止する方式に関する。
おいて大きく普及してる。概してVCSELは代表的に取付面に対して垂直に発
光する半導体レーザであり、光検出器は代表的にVCSELが送る光を受ける。
一般には光子装置は並列伝送とネットワーク計算用のデタリンクを形成する光フ
ァイバーに光パルスの形でデータを送るために用いられる。光子装置はウェーハ
上で加工処理し、試験し、選別することができ、高収量と従って低コスト生産を
容易とするので特に望ましい。
ることが判明している。例えば湿気は光子装着の性能を損じる、あるいはひどく
格下げする。従って光子装着を密閉封止してほこり、湿気若しくは他の環境汚染
物から保護することが望ましい。
。しかしながら湿気はなおエポキシ封止を通過し得るため、本当の密閉を形成し
ない。他の光子装着密閉封止法は代表的に光子装着をTO缶パッケージ、代表的
に光子窓を有するコバール金属缶内に収容し、溶接等によりパッケージを封止す
る。しかしながら一般にはこれら方法を用いても一度に1つの光子装着しか密閉
封止できない。従ってこれらの方法は一般にコスト高で、時間集中的である。
の密閉封止に関する。本発明の典型的な実施形態の一によれば、光子装着は基板
材上に取付られ、柔軟性の密閉封止内に封止される。一形態において光子装着は
基板材を介して発光と受光を行う。この形態では光子装着は接着剤層とその上に
付着させた金属層で覆われる。他の形態では光子装置は基板材からほぼ垂直上方
に発光あるいは受光する形状にされる。この形態ではカバーが光子装置を覆い、
このカバーを基板材に接着剤層とその上に付着させた金属層とで密閉封止する。
両形態において光子装置は別個のパッケージを用いずに基板材上に、本発明の種
々の形に従って密閉封止される。従って適宜の数の密閉封止光子装置のサブマウ
ントを本発明を用いてウェーハ上に大量生産できる。
しながら本発明はその構成と動作方法の双方について添付の請求範囲と図面とを
共に参照して下記の説明を読めば充分に理解されよう。図中、同一の構成部材は
同一の符号で説明する。
る。結果として、本発明の代表的実施態様はその文脈で記載される。しかしなが
らここでの記載が本発明の使用または応用の限定を企図するものではなく、典型
的実施の充分かつ完全の説明を可能とするためのものである。
ク、プラスチック、印刷回路板等の基板材上への光子装置の密閉封止を適切に供
給する。簡潔化のために以下の記載と関連図面の符号は本発明の各種の形に従う
単独の光子装置サブマウントの封止を示す。しかしながら下記に詳述するように
、本発明方式は大量生産のために所望の数の光子装置サブマウントをウエーハ上
に封止するために用い得る。
100は望ましくは適切に基板材102に取付けられて適切に密閉封止108内
に封止した光子装置101を含む。典型的実施例では、光子装置101はその発
光子(図示しない)または受光子(図示しない)を下に向け、光を基板材(10
2)を介して発するか受けるように取付けることが望ましい。従って本実施形態
では基板材102はガラス、プラスチック等の光透過性材料で形成することが望
ましい。
する整列孔304と共に適切に形成される。代わりに図4について光抵抗層30
2は光学ファイバ列を付着する整列スロット402と共に形成し得る。加えて光
抵抗層302は単線の発光子群または受光子群をもつ光子装置101に用いるも
のとして示されるが、光抵抗層302は適宜の数の線または列の発光子群または
受光子群を有する光子装置101に用いるように複数列の整列孔304または整
列スロット402と共に形成し得る。
402との光子ファイバの受動的整合を促進する。従って光子装置101は光子
ファイバを光子装置101の発光子または受光子と整合させるために能動化する
必要がない。反対に能動的整合では光子装置101は光学ファイバに送るあるい
は光学ファイバから受ける信号の価を決めるために能動化されねばならない。従
って光学ファイバの受動的整合は低コスト、短時間消費と、能動的整合よりも量
産方式に資する点で有利である。
て結合パッド112が適宜方法を用いて基板材102上に適切に形成される。加
えて信号線104も適宜方法を用いて基板材102上に適切に形成される。本実
施形態では、金、銀、銅、チタン、クロム等の導電材料が結合パッド112と信
号線104の形成のために付着される。
他の通信装置等と連絡される。従って通信線104の数と形は特定の応用に応じ
て変化されることが理解されよう。例えば光子装置101を1個の発光子または
受光子と共に形成する場合、1本または2本のみの信号線104で光子装置10
1を他の構成要素、通信装置等と接続すればよい。加えて本実施形態では信号線
104は基板材102の一方の側のみから延びるように示されるが、信号線10
4は何本でも基板材102の何面側からでも延ばし得ることが認められよう。
号線104上とに形成される。特に図2について誘電層106は信号線104を
柔軟性密閉封止108から電気的に絶縁する。従って誘電層106は便宜な方法
でいずれかの適切な不導電材で形成し得る。本実施形態ではガラスの付加層が誘
電層106の適切な形成のために基板材102上に付着される。図1では誘電層
106は光子装置101を取り巻いて示されるが、誘電層106は光子装置10
1を取り巻かずに信号線104を覆うように形成できる。従って誘電層106の
形状は特定の応用に応じて変化し得る。
着させて、本発明の各種の形に従って形成される。従って除去可能な「離昇」層
110が付着材料から開放されて残る領域に適切に形成される。柔軟性密閉封止
108の形成後、除去可能な離昇層110を剥がして保護領域を露出する。例え
ば本実施形態では除去可能離昇層110は誘電層106を越えて延びる信号線1
04の一部上に適切に形成される。柔軟性密閉封止108の形成後、除去可能離
昇層110を剥がし、信号線104の露出部分を他の構成要素あるいは通信装置
等との接続用に用いる。他の方法として除去可能離昇層110は基板材102と
誘電層106の全面に形成し、次いで柔軟性密閉封止108で覆うべき領域を便
宜の方法でエッチング除去しても良い。本実施形態では除去可能離昇層110は
フォトレジスト、テープ等を含む。
ェーハのような大きい基板領域上に形成した光子装置サブマウントの何個に対し
てでも施工し得る。従って図7において複数の光子装置サブマウント702がウ
ェーハ700上に行と列で形成される。ウェーハ700の底部と上部の処理の順
序は本発明の精神と範囲から逸脱することなく変更し得ることは理解されよう。
従ってウェーハ700の上部を光子装置サブマウント702の適切な形成のため
に処理し、次いでウェーハ700の底部を処理して光子装置サブマウント702
の各々について整合孔304または整合スロット402を適切に形成し得る(図
3および図4)。
取り付けれらる。本実施形態では光子装置101は望ましくはクリップチップ法
で結合パッド112に結合される。図3と図4をも参照すれば、光子装置101
の発光子あるいは受光子が基板材102の底面に形成した整合孔304あるいは
整合スロット402と適切に整合される。
装置101を封止するため適切に形成される。特に接着剤層202が光子装置1
01を覆って付着される。本実施形態では接着剤層202は高温エポキシのよう
な光学級耐湿性接着剤である。接着剤層202は次いで適宜方法で硬化される。
例えば接着剤層202はオーブン中に置いて硬化させ得る。接着剤層202の硬
化に要する温度と加熱時間は使用した接着剤に大きく依存する。
、温度付着、スパッタリング等の便宜の方法を用いて接着剤層202の上面に付
着させる。金属層204は接着剤層202に接着して光学装置101を密閉封止
する。本発明の各種の形によれば金属層204はクロム、金、銀、ニッケル、チ
ップ等のうちのいずれかの金属あるいはそれらの組み合わせを含み得る。加えて
金属層204はまた金属はんだも含み得る。本実施形態では望ましくは金属層2
04はクロムである。
着される。この金属層206は金属層204に適切に接着してより強く柔軟な密
閉封止を提供する。本実施形態では金属層206を望ましくは金とするが、金属
層204および206はいかなる応用の場合もいかなる金属ないしはそれらの組
み合わせをも含み得ることは理解されよう。加えて金属層206はいかなる組み
合わせの方法を用いても形成し得ることは理解されよう。例えば金属層206が
金であれば、比較的薄い金属を付着法によって形成し得る。一実施形態では望ま
しくは約2000の層が付着される。金のより厚い層が次いで電気メッキ法を用
いて、初めの薄い金属の上面に厚い金の層を形成する。この付着法と電気メッキ
法の組み合わせは、特に金のような貴金属の場合、電気メッキ法の方が一般に付
着法によるよりもコストが低いため、金の厚い層の形成コストを減少する利点が
ある。
02が適宜の方法で金属層206の上面に適切に付着される。例えばはんだ層5
02が金属層206に電気メッキされ、次いで溶融されて金属層206と混合す
る。金属層204をクロムとした本実施形態では、金属層206は2つの金属の
層、即ちクロムの層(金属層204)の上面のニッケル層と、ニッケル層の上面
の金の層を含む。従ってはんだ層502が溶融すると、はんだ層502は金属層
206の金の層と混合されて金属層206のニッケル層と結合する。このように
してコストの高い金の量を増やすことなく密閉封止108の寸法を増加できる。
602が、金属層206との混合のためのはんだ層502の溶融後のはんだ層5
02の上に適切に配置される。保護層602は望ましくはエポキシ、ポリアミド
等のような従順で柔軟な材料で、金属層204と206およびはんだ層502を
かき傷若しくはクラッキングに耐して保護する。この保護層602は、金属層2
02と204のみを用いる場合(図2)には金属層206に適切に適用し得る。
同様に金属層202のみを用いる場合は保護層602は金属層202に適切にに
適用し得る。
後、離昇層110が除去されて、密閉封止108の形成に用いた金属付着法から
保護されていた光子装置サブマウント100の領域が露出される。特に図2のよ
うに他の構成要素あるいは装置等の接続用の信号線104を露出するために離昇
層110が除去される。加えて図3および図4のように、他の要素あるいは装置
等との接続のために光学ファイバが整列孔304または整列スロット402と整
列され接続される。
ール800内に適切に形成される。特に光子装置サブマウント100はフェルー
ル800の一端に、信号線104が電線802を介して他の要素と適切に接続さ
れるように適切に取り付けられる。従って光学ファイバは図8に示されるように
フェルール800内に向けられた光子装置サブマウント100の底面側に接続さ
れる。フェルール800にはMTフェルールのようないかなる便宜なフェルール
をも含め得ることが理解されよう。加えて光子装置サブマウント100は図8で
は一列の電線802に接続して示されるが、光子装置サブマウント100を接続
する電線802は何本でも良い。例えば図8Bでは光子装置サブマウント100
は1本の電線と接続される。
00上に形成される。これについては基板材102上に光子装置サブマウント1
00を取り付けし密閉封止するための上述の工程(図1および図2)がウェーハ
700上の光子装置サブマウント702の個々について反復される。光子装置サ
ブマウント702が次いで線引きあるいはひき切り等のような便宜の方法で分離
される。このようにして密閉封止した光子装置サブマウントが適切に量産される
。
して発光または受光するに適した光子装置サブマウント(図1および図2)につ
いて記載して来た。しかしながら本発明は特定の応用に応じてどのような型の光
子装置サブマウントとでも組み合わせて使用し得る。例えば後続の説明と関連図
面は光を直接光学ファイバについてではなく、レンズを介して発するあるいは受
ける自由空間光子装置サブマウントに関するものである。加えて簡潔のために以
下の記載は例えば光子装置をVCSELとした、光伝送用の発光子と共に形成し
た光子装置に関する。しかしながら下記の光子装置は例えば光子装置が光検出器
である場合に受光子と組み合わせたものでもり得ることは認められよう。
00は望ましくは基板材902に適切に取り付けられ、適切に柔軟性密閉封止9
08内に封止された光子装置901を含む。上述のように、この実施形態では光
子装置901はその発光子916が基板材102からほぼ垂直上方に向いている
。従って基板材102は不透明セラミックあるいはシリコン等の光不透過性の適
切な剛性材を含み得る。しかしながら、基板材102はまたガラスあるいは透明
プラスチック等の光透過性の材料をも含み得ることは認められよう。加えて光子
装置901は本発明の精神とはんいを逸脱することなく、発光子を何行でも、ま
た何列でも含み得ることは認められよう。
クリーン印刷等のいずれか便宜な方法で基板材902上に適切に形成される。本
実施形態では信号線904は基板材902側からのみ延びるものとして示される
が、信号線904は何本でも、基板材902はどの側面からでも延出させ得る。
誘電層906が光子装置901を取り付けるべき領域近辺と信号線904上とに
適切に形成される。特に図10について誘電層906は信号線904を柔軟性密
閉封止908から電気的に隔離する。従って誘電層906はいずれかの便宜な方
法でいずれかの適宜の非導通材で形成し得る。誘電層906は図9では光子装置
901を取り囲むものとして示されるが、誘電層906は光子装置901を囲ま
ずに信号線904を覆って形成される。従って誘電層906の形状は特定の応用
によって変更し得ることは理解されよう。
着剤層上に金属の層を付着させて形成される。従って除去可能な離昇層910が
付着金属から離れて残るべき領域に適切に形成される。柔軟性密閉封止908を
形成した後に、除去可能な離昇層910を剥がして、保護領域を露出する。例え
ば本実施形態では除去可能離昇層910は誘電層906を越えて延びる信号線9
04の一部上に適切に形成される。柔軟性密閉封止908を形成した後で、除去
可能離昇層910が剥がされ、信号線904の露出された部分を他の要素あるい
は通信装置等との接続に用いられる。他の方法として除去可能離昇層910を基
板材902と誘電層906の全面に形成し、次いで柔軟性密閉封止908で覆う
べき領域を便宜の方法でエッチング除去し得る。本実施形態では除去可能離昇層
910はフォトレジスト、テープ等を含む。
前述の処理工程はウェーハのような大基板面に形成した光子装置の何個にでも行
い得る。従って図13について、複数の光子装置サブマウント1302がウェー
ハ1300上に行と列で形成される。
ないずれかの便宜な方法を用いて結合パッド912上に適切に取り付けられる。
次いでスペーサ914を適切に位置させてカバー1010を光子装置901が覆
われるように支持する。加えて本発明の各種の形に従うスペーサ914は光子装
置901とカバー1010との間にギャップを提供する。従って光子装置901
とカバー1010の間のギャップの量はスペーサ914の高さの調整で調整し得
る。光子装置901とカバー1010との間の適切なギャップ量は特定する応用
に大きく依存することは認められよう。スペーサ914は適切ないかなる剛性材
料からでも形成でき、またカバー1010を支持するいかなる寸法と形状にでも
形成できる。加えてスペーサ914は望ましくはセラミックあるいはガラス等の
熱膨張特性の小さい、あるいは基板材901と類似の熱膨張特性の材料で形成す
る。
含む。従ってレンズ群1008は光子装置901の各発光子916と整列する用
にカバー1010上に形成する。レンズ群1008はディジタルレンズや文書用
レンズ等のいずれの便宜的レンズをも含む得、いかなる光透過性材料からでも形
状し得る。加えてカバー1010もまた光透過性材料から形状し、その場合レン
ズ1008はカバー1010にエッチングで形成し得る。代わりにカバー101
0を光不透過性材料で形成でき、この場合各レンズ1008はカバー1010内
に適切に固定される。
る。加えてピンやリング等のような位置決めガイド(図示せず)誘電層906上
に配置してスペーサ914の誘電層906上の位置決めを助ける。代わりに図1
4において、光子装置サブマウント1400は凹部1414を有する基板140
2と共に構成し得る。従ってスペーサを使用せずに平坦なカバー1410が光子
装置1401を覆う密閉封止1408と共に封止し得る。
置された後、カバー1010は適切に離昇層で覆ってこれを保護し、次いで柔軟
性密閉封止908を適切に形成して光子装置901を封止すると共にカバー10
10を光子装置901上の位置に保持する。特に接着剤層1002をスペーサ9
14に近接し且つカバー1010の縁に付着させる。接着剤層1002は硬化さ
れるまでは柔軟性を保つから、カバー1010は各レンズ1008が光子装置9
01上の各発光子916と整合することを確実にするよう調整し得る。本実施形
態では接着剤層1002が高温エポキシのような光学級の耐湿性接着剤である。
接着剤層1002は次いでいずれか便宜の方法を持て硬化される。例えば接着剤
層1002はオーブン内に置いてこれを硬化し得る。接着剤層1002の硬化に
要するオーブン温度と加熱時間は使用した接着剤に大きく依存する。
面にe−ビーム付着、温度付着、スパッタリング等のうちのいずれか便宜の方法
を用いて付着される。この金属層1004は金属層1002に接着して光学装置
901を密閉封止する。金属層1004はクロム、金、ニッケル、銀、チタン等
のいずれかの金属またはそれらの組み合わせを含み得る。加えて金属層1004
はまた金属はんだを含み得る。本実施形態では金属層1004は望ましくはクロ
ムとする。
着される。金属層1006はe−ビーム付着、温度付着、スパッタリング等のい
ずれか便宜の方法を用いて付着し得る。金属層1006は適切に金属層1004
に接着してより強く柔軟な密閉封止を提供する。本実施形態では金属層1006
は金とすることが望ましいが、各金属層1004と1006は特定の応用のため
のいずれかの金属、または金属の組み合わせとし得る。加えて金属層1006は
いずれかの方法の組み合わせを用いて形成し得る。例えば金属層1006を金と
する時は金の比較的薄い層を付着法で形成し得る。一実施形態では約2000の
層が望ましくは付着される。更に厚い金の層を次いで電気メッキ法で形成して初
めに形成した金の薄い層の上面に金の更に厚い層を形成する。この付着法と電気
メッキ法の組み合わせは、特に金のような貴金属については電気メッキ法の方が
付着法よりも一般に安価であるため、金の厚い層の形成のコストを下げる点で有
利である。
な方法で金属層1006の上面に適切に付着される。例えばはんだ層1102は
金属層1006に対して電気メッキされ、次いで溶融されて金属層1006と混
合される。金属層1004をクロムとした本実施形態では金属層1006は金属
の2つの層、即ちクロム層(金属層1004)の上面のニッケル層とこのニッケ
ル層の上面の金の層とを含む。はんだ層1102が溶融されると、はんだ層11
02は金属層1006内の金の層と混合し、金属層1006内のニッケルの層と
結合する。このようにして密閉封止908の寸法は高価となる金の追加分なしで
増加する。
の溶融後のはんだ層1102上に適切に配置され、金属層1006と混合される
。この保護層1202はエポキシあるいはポリアミド等の従順で柔軟な材料でな
り、すり傷あるいは温度変化によるクラッキングに対して金属層1004および
1006とはんだ層1102を保護する。保護層1202は、金属層1002お
よび1004のみが使用される時(図10)は金属層1006に対して適用し得
ることが認められよう。同様に保護層1202は金属層1002のみが使用され
る時は金属層1002に適用し得る。
後、離昇層910が除去されて、密閉封止908の形成に用いた金属付着法から
保護されていた光子装置サブマウント900の領域が露出される。特に図10に
おいて離昇層910が除去されて信号線904が他の構成要素あるいは他の装置
等との接続のために露出される。加えてカバー1010上面にある離昇層も除去
される。
1300上に形成され得る。これについては基板材902上に光子装置901を
取付て密閉封止する上述の工程(図9および10)がウェーハ1300上の光子
装置サブマウント1302の各々に対して反復される。光子装置サブマウント1
302は次いで線引きあるいはひき切り等の便宜の方法で分離される。このよう
にして密閉封止した光子装置サブマウントが適切に量産され得る。
明の精神と範囲を逸脱することなく可能である。従って本発明は図面と条規の記
載に示される特定の形式に限定されるものと解釈されるべきではない。
である。
図である。
サブマウントの斜視図である。
ブマウントの上面図である。
マウントの上面図である。
図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 上面を有する基板材と、基板材上面に取付た光子装置と、基
板材上面の光子装置を密閉封止する密閉封止部とを備える密閉封止付き光子装置
サブマウント。 - 【請求項2】 基板材は光透過性であり、光子装置は基板材を介して発光ま
たは受光の構成として請求項1の密閉封止光子装置サブマウント。 - 【請求項3】 光子装置は基板材から実質的に垂直上方に発光または受光す
る構成とした請求項1の密閉封止光子装置サブマウント。 - 【請求項4】 密閉封止は接着剤層とこの接着剤層上に配置した第1の金属
層とでなる請求項1の密閉封止光子装置サブマウント。 - 【請求項5】 基板材の上面に配置した複数の信号線と、複数の信号線およ
び密閉封止の間に配置した誘電層とを更に備える請求項1の密閉封止光子装置サ
ブマウント。 - 【請求項6】 上面を有する基板材と、基板材の上面に取付た光子装置と、
光子装置を覆って配置したカバーであって光子装置はこのカバーを介して発光ま
たは受光する構成としたものと、カバーを基板材に対して密閉封止する密閉封止
とを備える密閉封止光子装置サブマウント。 - 【請求項7】 光子装置を基板材の上面に取付ける工程と、密閉封止によっ
て光子装置を基板材上面に封止する工程とを備える光子装置を基板材上に密閉封
止する方法。 - 【請求項8】 基板材の上面に信号線を形成する工程と、基板材上面に形成
した信号線を覆う誘電層を形成する工程と、封止工程から保護すべき基板材と誘
電層を覆う離昇層を付着させる工程とを更に備え、前記の信号線形成、誘電層形
成および離昇層形成の各工程は基板材上面に光子装置を取付ける工程に先立って
行われる請求項7の光子装置を基板材上に密閉封止する方法。
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