JP2005303116A - Optical module and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主として、受発光部が配列された受発光素子の半導体チップに、構造体を接合して形成した光部品に関する。 The present invention mainly relates to an optical component formed by bonding a structure to a semiconductor chip of a light emitting / receiving element in which light emitting / receiving portions are arranged.
光モジュールにおいて受発光素子の半導体チップの受発光部と光伝送路を光結合する位置合わせ精度は、光伝送路がシングルモード光導波路の場合には、1μm以下の位置合わせ精度が必要とされている。 In the optical module, the alignment accuracy for optically coupling the light emitting / receiving portion of the semiconductor chip of the light emitting / receiving element and the optical transmission path is required to be 1 μm or less when the optical transmission path is a single mode optical waveguide. Yes.
この位置合わせ精度を緩和するためには、受発光素子の半導体チップと光学系統を有する構造体を組み合わせて成る光部品を形成し、その光部品と実装基板上の光伝送路の間を太い平行光で結合して成る光モジュールを構成する必要がある。 In order to relax this alignment accuracy, an optical component is formed by combining a semiconductor chip of a light emitting / receiving element and a structure having an optical system, and a large parallel is formed between the optical component and the optical transmission path on the mounting substrate. It is necessary to construct an optical module formed by coupling with light.
この構成により、光部品と光伝送路の位置合せは、平行光の太さの数分の1の位置合わせ誤差が許されるようになるからである。そのためには、受発光素子の半導体チップの受発光部からの広がり光を構造体の光学系統により平行光に変換して光部品から出射させるようにする必要がある。 This is because the alignment error between the optical component and the optical transmission path is allowed to be a fraction of the thickness of the parallel light. For this purpose, it is necessary to convert the spread light from the light receiving / emitting part of the semiconductor chip of the light receiving / emitting element into parallel light by the optical system of the structure and to emit it from the optical component.
一方、受発光部の光路はフォトダイオードではチップ面に垂直であり、面型発光レーザ(VCSEL)の光路もチップ面に垂直である。そのため、受発光素子の半導体チップを実装基板に平行に実装するフリップチップ実装では、構造体の光学系統として受発光部の光路を実装基板に平行にする光路の方向変換と太い平行光の作成を同時に行う凹面鏡が必要である。 On the other hand, the optical path of the light emitting / receiving unit is perpendicular to the chip surface in the photodiode, and the optical path of the surface emitting laser (VCSEL) is also perpendicular to the chip surface. Therefore, in flip chip mounting, in which the semiconductor chip of the light emitting / receiving element is mounted in parallel to the mounting substrate, the direction of the optical path that makes the optical path of the light receiving / emitting section parallel to the mounting substrate as an optical system of the structure and the creation of thick parallel light A concave mirror is required to be performed simultaneously.
従来の、受発光素子の半導体チップの受発光部と、実装基板の光伝送路を、構造体の凹面鏡を用いて光結合する構造は、第1の従来例として、特許文献1に開示されている。
A conventional structure for optically coupling a light emitting / receiving portion of a semiconductor chip of a light emitting / receiving element and an optical transmission path of a mounting substrate using a concave mirror of a structure is disclosed in
第1の従来例は、図8に示すように、1つの受発光部のみを有する受発光素子の半導体チップ2を、PMMA(メタクリル酸メチル樹脂)あるいはポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂の射出成型で凹面鏡6を形成した構造体1に位置を合わせて設置し、コアの径が200μmから約1mmのPOF(プラスチック光ファイバ)あるいはPCF(ポリマークラッド光ファイバ)の光伝送路29からの光を凹面鏡6で折り返して受発光素子の半導体チップ2の受発光部に集光している。
In the first conventional example, as shown in FIG. 8, a
また、第2の従来例は、特許文献2に開示されており、図9に示すように、実装基板27の表面に、超音波熱圧着の金接合により凹面鏡6を形成した構造体1を設置し、その構造体1の上方に受発光素子の半導体チップ2をフリップチップ実装し、その凹面鏡6で受発光素子の半導体チップ2の受発光部5の光路33を直角に折り返し、実装基板27に平行な光路33に変換し、実装基板に設置した光導波路である光伝送路29に入射している。
The second conventional example is disclosed in
また、第3の従来例は、特許文献3に開示されており、図10に示すように、GaAs基板の上にVCSELなどの受発光素子の半導体チップ2と、その上の光導波路層と、その光導波路層の斜面の光フィルタから成る構造体1を一括して形成し、それから、1つの受発光部のみを有する受発光素子の半導体チップ2と構造体1から成る個々の光部品25を分割して形成し、各光部品25を実装基板27上に配置し、その後に、実装基板27上に光部品25と光結合する光導波路の光伝送路29を形成している。
A third conventional example is disclosed in
さらに、第4の従来例は、特許文献4に開示されており、図11に示すように、1つの受発光部のみを有する半導体チップ2を実装基板27上に設置し、受発光部の光路33を直角に変換する45度の斜面6に種々の曲面の鏡面を形成した構造体1を樹脂で形成することで鏡面付きの光部品25を得て、それをシート状の光伝送路に設置することで光結合して使用している。受発光素子の半導体チップ2は実装基板27上に設置することで実装基板電極パッド28を形成し、この実装基板電極パッド28により光部品25を他の実装基板27に電気接続するようにしている。
Further, a fourth conventional example is disclosed in Patent Document 4, and as shown in FIG. 11, a
しかし、これらの従来技術には、以下に示すような問題点がある。 However, these conventional techniques have the following problems.
第1の従来例では、光伝送路29にPOFを用い、製造コストの低減のために受発光部と構造体1の凹面鏡6と光伝送路29の位置合わせ精度を緩くすることに対応して、POFのコアの直径を200μmから1mm程度に太くすることが推奨されている。しかし、POFのコア径を大きくしているため、POFが光伝送可能なために最低限必要な限界である曲げ曲率半径が大きくなり、POFの曲げが急な場合にはPOF内の光伝送が困難になる問題がある。
In the first conventional example, a POF is used for the
また、第2の従来例では、受発光素子の半導体チップ2と構造体1を実装基板27に高い精度で位置合わせをして接合する必要があるため位置合わせコストが高価である問題がある。また、実装基板27へ高い温度で構造体1を接合する必要があるため、実装基板27が高温度に耐えられる材料に限定されるという問題がある。また、受発光素子の半導体チップ2の受発光部5が構造体1と衝突することで受発光部5が損傷する危険があった。
Further, in the second conventional example, there is a problem that the alignment cost is expensive because it is necessary to align and bond the
また、第3の従来例では、光部品25を高い位置合せ精度で実装基板27の光伝送路29に設置するために実装コストが高価になるという問題がある。
Further, the third conventional example has a problem that the mounting cost is high because the
さらに、第4の従来例では、受発光素子の半導体チップを実装基板と一体化し、構造体の光学系統で変換し光部品から出射させる光路の光は平行光束ではないため、この出射光をシート状の光伝送路を伝達させると、伝送距離が長くなるにつれ光強度が弱くなるという問題欠点がある。 Further, in the fourth conventional example, since the semiconductor chip of the light receiving and emitting element is integrated with the mounting substrate, the light in the optical path that is converted by the optical system of the structure and is emitted from the optical component is not a parallel light flux, If the optical transmission line is transmitted, the light intensity becomes weaker as the transmission distance becomes longer.
また、この光部品25は、受発光素子の半導体チップ2を実装基板27上に設置することで実装基板電極パッド28を形成したため、実装基板27の厚さで光部品25が大きくなり光部品25を設置するために大きな空間を必要とするという問題がある。
Further, in this
また、光部品25が化合物半導体のチップに形成した面発光型レーザの場合、従来は、その光部品25の電極は、受発光素子の半導体チップ2の発光面側と裏面側に電極が分かれて形成されるか、受発光素子の半導体チップ2の発光面側に全ての電極を形成するかの2通りであり、受発光素子の半導体チップ2の裏面に全ての電極を形成した面発光レーザは商用化(実用化)されてはいなかった。その理由は、化合物半導体では、受発光素子の半導体チップ2の表裏を貫通する孔を開けることが困難なためである。
When the
このため、従来から、化合物半導体レーザの実装の自由度を増すために、全ての電極をチップの裏面にも低コストで配線できるようにすることが望まれていた。 For this reason, conventionally, in order to increase the degree of freedom of mounting of the compound semiconductor laser, it has been desired that all electrodes can be wired on the back surface of the chip at a low cost.
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、本発明の第1の目的は、チップサイズの光部品において、受発光素子の半導体チップの表面と裏面を接続する配線を加えることにより、化合物半導体であっても全てのバンプ電極をチップの裏面あるいは表面に自由に配線できるようにすることにある。 Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and a first object of the present invention is to connect the front and back surfaces of a semiconductor chip of a light emitting / receiving element in a chip-sized optical component. In other words, all the bump electrodes can be freely wired on the back surface or the front surface of the chip even if it is a compound semiconductor.
また、本発明の第2の目的は、光部品からの出射光を平行光とすることで光伝送路に伝送する光強度を弱めず、光部品の製造コスト及び光部品の実装基板への実装コストを低減することにある。 The second object of the present invention is to reduce the light intensity transmitted to the optical transmission line by making the emitted light from the optical component parallel light, and to reduce the manufacturing cost of the optical component and the mounting of the optical component on the mounting substrate. It is to reduce the cost.
さらに、本発明の第3の目的は、受発光素子の半導体チップの受発光部が異物で傷つけられ損傷する危険も少なくした光モジュールを提供することにある。 A third object of the present invention is to provide an optical module in which the light receiving / emitting part of the semiconductor chip of the light receiving / emitting element is less likely to be damaged and damaged by foreign matter.
そこで、本発明の光モジュールは、少なくとも一方の面に形成した金属層と他方の面を平坦に形成した平板部を有し、前記平板部の一方の面の金属層に電極部を形成し、一方の面に受発光部と素子電極パッドを有し他方の面に素子電極を有する受発光素子の半導体チップを有し、前記素子電極パッドに前記電極部を接続することで、前記平板部と前記受発光素子の半導体チップを接合して成る光部品であって、前記平板部の前記受発光部の上方に前記受発光素子の半導体チップの一方の面に対し所定の角度の傾きを有する斜面を設置し、前記斜面が受発光部の上面を覆い、前記斜面の金属層に凹面鏡が形成され、前記半導体チップの受発光部の光路を前記凹面鏡で前記半導体チップの面に平行な光路に折り曲げる構造を有し、
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記電極金属スペーサに第1のバンプ電極を設置し、前記第1のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第2のバンプ電極を設置し、
前記第1及び第2のバンプ電極を介して、前記光部品を光伝送路及び電気配線パターンを有する実装基板に接続したことを特徴とする。
Therefore, the optical module of the present invention has a metal layer formed on at least one surface and a flat plate portion formed flat on the other surface, and an electrode portion is formed on the metal layer on one surface of the flat plate portion, By having a semiconductor chip of a light emitting / receiving element having a light emitting / receiving portion and an element electrode pad on one surface and having an element electrode on the other surface, and connecting the electrode portion to the element electrode pad, An optical component formed by bonding a semiconductor chip of the light emitting / receiving element, an inclined surface having an inclination of a predetermined angle with respect to one surface of the semiconductor chip of the light receiving / emitting element above the light receiving / emitting part of the flat plate portion The inclined surface covers the upper surface of the light emitting / receiving unit, a concave mirror is formed on the metal layer of the inclined surface, and the optical path of the light receiving / emitting unit of the semiconductor chip is bent by the concave mirror into an optical path parallel to the surface of the semiconductor chip Has a structure,
An electrode metal spacer is arranged side by side on the side surface of the semiconductor chip, a first bump electrode is installed on the electrode metal spacer, and an electrode pad drawn from the semiconductor chip surface on the same side as the first bump electrode is provided. Install the second bump electrode,
The optical component is connected to a mounting substrate having an optical transmission line and an electric wiring pattern via the first and second bump electrodes.
また、前記電極部を平板部の一方の面に形成した凹部に形成し、前記電極部を前記素子電極パッドに溶接材で溶接することで、前記平板部と前記半導体チップを密着させたことを特徴とする。 In addition, the electrode portion is formed in a recess formed on one surface of the flat plate portion, and the electrode portion is welded to the element electrode pad with a welding material, thereby bringing the flat plate portion and the semiconductor chip into close contact with each other. Features.
また、前記半導体チップの配列と、前記平板部と前記電極金属スペーサとから成る構造体の配列を、前記電極部を前記素子電極パッドに接続した状態で複数の個片に分割することにより、前記半導体チップと構造体から成る光部品を形成することを特徴とする。 Further, by dividing the arrangement of the semiconductor chips and the arrangement of the structures composed of the flat plate portions and the electrode metal spacers into a plurality of pieces in a state where the electrode portions are connected to the element electrode pads, An optical component comprising a semiconductor chip and a structure is formed.
また、前記平板部の平坦な他方の面が前記半導体チップの全面を覆い、前記平板部の一方の面に、前記凹面鏡から斜面の法線ベクトルの受発光素子の半導体チップの面へ投影したベクトルの方向に、平板部の端部まで貫く空洞用凹部を有することを特徴とする。 Further, the other flat surface of the flat plate portion covers the entire surface of the semiconductor chip, and a vector projected onto the semiconductor chip surface of the light emitting / receiving element of the normal vector of the inclined surface from the concave mirror on one surface of the flat plate portion. It has the recessed part for cavities which penetrates to the edge part of a flat plate part in this direction.
また、前記空洞用凹部の端部が受発光素子の半導体チップの存在領域から突出するようにした平板部の突出部を有し、前記空洞用凹部の内径が光伝送路の外径とほぼ同じサイズに形成されていることを特徴とする。 In addition, the cavity recess has an end portion of a flat plate portion projecting from the region where the semiconductor chip of the light emitting / receiving element is projected, and the inner diameter of the cavity recess is substantially the same as the outer diameter of the optical transmission line It is characterized by being formed in size.
さらに、本発明の光モジュールの製造方法は、複数の構造体が設置された保持基板を用意し、
保持基板に設置された複数の構造体の配列の各電極部に溶接材を設置し、
前記溶接材の位置を一括で、受発光素子の半導体チップの配列の素子電極パッド群の上に仮に合せて構造体の配列を設置し、
溶接材を融点より高い温度まで加熱し再溶融させ、溶接材を平板部の電極部と半導体チップの素子電極パッドの間に広げ、溶融した溶接材の表面張力により、半導体チップの素子電極パッドの位置に、構造体の平板部の電極部の前後左右の位置を合せ、
溶接材を冷却固化させることで、構造体の配列と半導体チップの配列を接合させ、その後、構造体から保持基板を取り外し、
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記半導体チップの表裏を電気接続し、
前記電極金属スペーサに第1のバンプ電極を設置し、前記第1のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第2のバンプ電極を設置することで前記第1及び第2のバンプ電極を半導体チップの同一面側に引き出して設置し、
前記半導体チップの配列と複数の構造体の配列を結合した配列を分割し複数の光部品を形成し、
前記光部品を光伝送路を有する実装基板に設置することにより光モジュールを製造することを特徴とする。
Furthermore, the manufacturing method of the optical module of the present invention provides a holding substrate on which a plurality of structures are installed,
Welding material is installed on each electrode part of the array of multiple structures installed on the holding substrate,
The position of the welding material is collectively set up on the element electrode pad group of the array of semiconductor chips of the light receiving and emitting elements, and the arrangement of the structures is installed.
The welding material is heated to a temperature higher than the melting point and remelted, the welding material is spread between the electrode portion of the flat plate portion and the element electrode pad of the semiconductor chip, and the surface tension of the molten welding material causes the element electrode pad of the semiconductor chip to Align the position of the electrode part of the flat plate part of the structure to the position of the front and rear, left and right,
By cooling and solidifying the welding material, the array of structures and the array of semiconductor chips are joined, and then the holding substrate is removed from the structure,
Place side by side electrode metal spacers on the side of the semiconductor chip, electrically connect the front and back of the semiconductor chip,
A first bump electrode is disposed on the electrode metal spacer, and a second bump electrode is disposed on an electrode pad drawn from the semiconductor chip surface on the same surface side as the first bump electrode, whereby the first and second bump electrodes are disposed. The second bump electrode is drawn out and installed on the same side of the semiconductor chip,
A plurality of optical components are formed by dividing an array obtained by combining the array of the semiconductor chips and the array of the plurality of structures.
An optical module is manufactured by installing the optical component on a mounting substrate having an optical transmission path.
このように、本発明では、平板部と電極金属スペーサで構成する構造体を用いる。すなわち、小さな領域に複数の受発光素子の半導体チップが配列され、その素子電極パッドに、少なくとも下面に金属層を有する平板部の電極部を一括して位置合わせする。 Thus, in this invention, the structure comprised by a flat plate part and an electrode metal spacer is used. That is, a plurality of light receiving and emitting element semiconductor chips are arranged in a small area, and at least the flat plate electrode part having the metal layer on the lower surface is aligned with the element electrode pad.
平板部には、受発光素子の半導体チップの各受発光部に対応する位置に複数の凹面鏡を有する。この平板部を含む構造体の配列を受発光素子の半導体チップの配列に接合した配列を製造した後にそれを複数の光部品に分割することで個々の受発光部と凹面鏡の位置合わせコストを低減した小型の光部品を製造する。 The flat plate portion has a plurality of concave mirrors at positions corresponding to the light receiving and emitting portions of the semiconductor chip of the light receiving and emitting element. After manufacturing an array in which the array of structures including the flat plate part is joined to the array of semiconductor chips of the light emitting / receiving elements, it is divided into a plurality of optical components, thereby reducing the alignment cost of each light receiving / emitting part and concave mirror Small optical parts manufactured.
そして、その光部品を、そこから出射あるいは入射する光路を光伝送路に緩い位置合わせ精度で合わせ、実装基板に設置することで光部品の実装基板への実装コストを低減する。 Then, the optical path of the optical component emitted from or incident on the optical component is aligned with the optical transmission path with a loose alignment accuracy, and placed on the mounting substrate, thereby reducing the mounting cost of the optical component on the mounting substrate.
本発明は、以下のような効果を有する。 The present invention has the following effects.
本発明の光部品は、受発光素子の半導体チップの側面に配置した電極金属スペーサを用い表裏を配線することで、全ての電極を受発光素子の半導体チップの片面に形成したので、化合物半導体であっても、全てのバンプ電極を受発光素子の半導体チップの裏面にも表面にも低コストで配線できる。 In the optical component of the present invention, all the electrodes are formed on one side of the semiconductor chip of the light emitting / receiving element by wiring the front and back using electrode metal spacers arranged on the side surface of the semiconductor chip of the light receiving / emitting element. Even if it exists, all the bump electrodes can be wired at low cost on the back surface and the front surface of the semiconductor chip of the light emitting and receiving element.
そして、その反対面には、上面が平坦な平板部を設置したため、平板部の上面の平面をチップ保持具で保持することで受発光面を傷つけずに容易に受発光素子の半導体チップを実装基板に設置できる。 And on the opposite side, a flat plate part with a flat upper surface is installed, so the semiconductor chip of the light emitting / receiving element can be easily mounted without damaging the light emitting / receiving surface by holding the flat surface of the upper surface of the flat plate part with a chip holder Can be installed on the board.
また、受発光素子の半導体チップの素子電極パッドに金属層を有する平板部をその金属層で溶接し固定し、その平板部が金属層によりバンプ電極まで電気接続するとともに、平板部の斜面が受発光素子の半導体チップの受発光部の上部を覆い保護するため、受発光部に異物が衝突し損傷する恐れが無い。 In addition, a flat plate portion having a metal layer is welded and fixed to the element electrode pad of the semiconductor chip of the light emitting / receiving element, the flat plate portion is electrically connected to the bump electrode by the metal layer, and the inclined surface of the flat plate portion is received. Since the upper part of the light receiving / emitting part of the semiconductor chip of the light emitting element is covered and protected, there is no possibility of foreign matter colliding with the light receiving / emitting part and being damaged.
また、受発光部を配列して集積して形成した受発光素子の半導体チップと、それに対応して配列された平板部で、受発光素子の半導体チップの受発光部を向いた約45度の傾きの凹面鏡を有する平板部を配列して一括して結合した後に、その配列を個々の光部品に分割し製造するので、個々の平板部と受発光部の位置合わせのコストを低減した光部品を製造できる。 Further, the semiconductor chip of the light emitting / receiving element formed by arranging and integrating the light emitting / receiving parts and the flat plate part arranged correspondingly, and facing the light receiving / emitting part of the semiconductor chip of the light emitting / receiving element at about 45 degrees. After aligning flat plates with inclined concave mirrors and combining them together, the array is divided into individual optical components, so the optical components reduce the cost of aligning the individual flat plate portions with the light receiving and emitting portions. Can be manufactured.
さらに、受発光素子の半導体チップの受発光部の光路を凹面鏡で直角に折り曲げ受発光素子の半導体チップの面に平行な太い光路に変換した光部品を光伝送路に位置を合わせ、電気配線パターンを有する実装基板に設置した光モジュールを製造するため、光部品と光伝送路の位置合わせ許容公差が緩く、光部品の光モジュールへの実装コストが低減される。 Furthermore, the optical path of the light emitting / receiving portion of the semiconductor chip of the light emitting / receiving element is bent at a right angle with a concave mirror and converted into a thick optical path parallel to the surface of the semiconductor chip of the light receiving / emitting element, and the optical component is aligned with the optical transmission path. Since the optical module installed on the mounting substrate having the above is manufactured, the tolerance for alignment between the optical component and the optical transmission path is loose, and the mounting cost of the optical component to the optical module is reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1〜図3に、本発明の第1の実施の形態の構造体の一次元配列と受発光部が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップの接合方法による光モジュールの製造手順を示す。
(First embodiment)
1 to 3 show an optical module manufacturing procedure by a method of joining a semiconductor chip of a light emitting / receiving element in which a one-dimensional array of structures according to the first embodiment of the present invention and a light receiving / emitting section are formed in a one-dimensional array. Indicates.
(ステップ1)
図1(a)に示すように、PMMAやポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂へ金型の形状を加圧プレスし樹脂成形型4を作成する。あるいは、ガラス型内に紫外線硬化樹脂を充填し、ガラスを通して紫外線を樹脂へ照射することで樹脂を硬化させガラス型の形状を転写することで樹脂成形型4を作成する。
(Step 1)
As shown in FIG. 1A, a resin mold 4 is prepared by press-pressing the shape of a mold onto a thermoplastic resin such as PMMA or polycarbonate. Alternatively, the resin mold 4 is created by filling the glass mold with an ultraviolet curable resin, curing the resin by irradiating the resin with ultraviolet rays through the glass, and transferring the shape of the glass mold.
ここで、樹脂成形型4には複数の構造体1の型を一次元に配列し形成し、受発光素子の半導体チップ2の受発光部5に対応する凹面鏡6の型を有する斜面7を形成した構造体1の型の一次元配列を得る。受発光部5が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ2が一次元の面発光レーザアレイの場合、受発光部5のピッチが0.25mmであり、それに直角方向の幅が約0.25mmから0.5mmであり、厚さが約0.2mmであるが、その寸法程度の構造体1の型を一次元に配列した樹脂成形型4を製造する。
Here, in the resin mold 4, a plurality of
また、樹脂成形型4には、斜面7の下の表面に、構造体1の電極部18の型として、25μmの深さで直径が約90μmの凹部8を形成する。すなわち、その凹部8の周囲は凹部8からの高さが約25μmで、幅が数μmから数十μmの外壁9を形成することで、凹部8が外壁9から25μmの深さを有するように形成する。また、外壁9は、その頂上の一部に他の頂上より高さの低い部分を形成する。
Further, in the resin mold 4, a
(ステップ2)
次に、その樹脂成形型4の表面にシリコーン離型剤あるいはフッ素系剥離剤などの離型剤をコーティングする。
(Step 2)
Next, a release agent such as a silicone release agent or a fluorine-based release agent is coated on the surface of the resin mold 4.
(ステップ3)
次に、図1(b)に示すように、受発光素子の半導体チップ2の厚さの金、銅、ニッケルなどの金属製の電極金属スペーサ10を、配列された受発光部5の数だけ、受発光部5が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ2の側面の位置に対応する樹脂成形型4の所定位置に、受発光部5の一次元配列の並びに平行にその上面の高さを樹脂成形型4の斜面7の下面に合わせ設置する。
(Step 3)
Next, as shown in FIG. 1B, the
電極金属スペーサ10の厚さは受発光素子の半導体チップ2の厚さで形成するが、その厚さは0.05mmから0.5mm程度であり、電極金属スペーサ10の幅は後にバンプ電極24を設置できる縦横80μm以上の寸法に形成する。一例として、電極金属スペーサ10は、後に受発光素子の半導体チップ2に分割したチップの一辺に合せた長さの電極金属スペーサ10を複数設置する。
The thickness of the
(ステップ4)
次に、図1(c)に示すように、樹脂成形型4の表面と、それと同じ高さの電極金属スペーサ10の表面に、50℃以下の温度で金、アルミニウムなどの金属を蒸着し、その蒸着金属上に金、銅、ニッケルなどの無電界金属めっきを厚さ0.5μmから2μmで形成する。ここで形成された金属膜のうち、外壁9の頂上の最高位置の部分の金属膜をエッチングで除去あるいは、機械的研磨で除去する。一方、外壁9の頂上の一部で他の頂上より高さの低い部分があるが、その部分には金属膜が残り、その金属膜により凹部8内の金属膜が外壁9の外の金属膜と連結されるようにする。
(Step 4)
Next, as shown in FIG.1 (c), metal, such as gold | metal | money and aluminum, is vapor-deposited at the temperature of 50 degrees C or less on the surface of the resin mold 4 and the surface of the
(ステップ5)
次に、金属膜上に形成する予定の平板部11を分離する位置をメッキレジストで被覆し、先に形成した金属膜をめっき電極とし、金、銅、ニッケルなどの電界めっきにより10μmから20μm程度の厚さの金属層12を形成する。
(Step 5)
Next, the position where the
(ステップ6)
次に、図1(d)に示すように、メッキマスク板13を設置し、図1(e)に示すように、金属層12に電流を通じ電解メッキを形成する。これにより、底面の凹凸を上面の高さに影響させず、上面を同じ高さの平面に揃えた電界めっきが形成された平板部11を製造する。この平板部11の厚さは、0.1mmから0.3mm程度である。
(Step 6)
Next, as shown in FIG. 1 (d), a plating
以上の製造方法で、金属メッキにより形成した平板部11が、電極金属スペーサ10と一体にされた構造体1を形成する。平板部11は、上面が平坦に形成され、そして上面が受発光部5を有する受発光素子の半導体チップ2の全面を覆い、前記平板部11の底面側の面に後に結合する受発光素子の半導体チップ2の受発光部5の位置を向いた約45度の傾斜の斜面15を形成する。また、後に説明するように、凹面鏡6から、斜面15の法線ベクトルの受発光素子の半導体チップ2の面へ投影したベクトルの方向に、平板部11の端部まで貫く空洞用凹部14を形成する。
With the above manufacturing method, the
(ステップ7)
次に、図2(a)に示すように、メッキマスク板13とメッキレジストを除去し、ガラス転移点がAuSn共晶半田の融点の280℃以下で融点が300℃以上の材料、例えば、ポリイミド、PTFE(四ふっ化エチレン樹脂)、PEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、液晶ポリマーなどから成る保持基板16を構造体1の配列の平板部11に接合する。
(Step 7)
Next, as shown in FIG. 2A, the plating
その後に、保持基板16に接合された構造体1を樹脂成形型4から離型する。離型の際に生じる静電気をイオン風を吹き付け除去する。ここで構造体1の離型は受発光素子の半導体チップ2が存在しない状態で行うので、離型の際に生じる静電気が受発光素子の半導体チップ2を損傷することが無い効果がある。次に、構造体1の表面に残った1μmの無電界金属めっきをクイックエッチングで除去し、保持基板16で保持した複数の構造体1を形成する。
Thereafter, the
こうして、平板部11には、後に結合する受発光素子の半導体チップ2の受発光部5の位置を向いた所定の角度の傾斜の斜面15と、そこに形成した凹面鏡6が形成される。ここで、斜面15の所定の角度とは、好ましくは、30度から60度であり、より好ましくは、約45度である。更に、樹脂成型1の凹部8の位置に対応する金属層12に形成された凹部17に直径90μm程度の電極部18と、その周囲の溝19が形成される。このようにして、平板部11と、その底面に接続された電極金属スペーサ10を有する構造体1が製造される。
In this manner, the
ここで、凹部17の形状は、近くの平板部11の最高位置に比べ電極部18を形成する領域が25μm低ければ良く、近くに25μm高い領域が存在するだけでも良い。すなわち、凹部17の3方向程度に平板部11の最高位置が、例えば100μm程度隔たった島状に存在すれば、その間が凹部17である。
Here, the shape of the
凹部17の他の製造方法は、図3に示すように、平板部11の底面を平坦に形成し、底面の凹部17の領域以外の領域にポリイミドや液晶ポリマーなど耐熱性の高い熱可塑性樹脂膜から成る絶縁膜20を接着することで、絶縁膜20が無い部分を凹部17として形成できる。
As shown in FIG. 3, the other method of manufacturing the
また、この絶縁膜20は、後に平板部11を受発光素子の半導体チップ2に接合する加熱処理の際に、受発光素子の半導体チップ2に接着し、この加熱処理後の冷却の際に絶縁膜20が収縮し絶縁膜20が平板部11を受発光素子の半導体チップ2に引き付け、平板部11と受発光素子の半導体チップ2の結合を強める効果がある。
Further, the insulating
また、この平板部11の他の製造方法として、以下の製造方法を用いても良い。すなわち、予め加工された金属塊、シリコン基板、あるいはセラミックス基板の平板部11で、その底面にこの金属層12をメッキで形成し、あるいは、金属層12を構造体1に圧着、溶接、接着し形成する。そして、上面に平坦面を形成する。
Further, as another manufacturing method of the
平板部11の斜面15への凹面鏡6の形成は、ダイヤモンド圧子その他の硬い材料あるいは金属の圧子に超音波振動を加えて、斜面15に加熱加圧して形成する凹面の痕跡として凹面鏡6の窪みを形成する。圧子を用いると、滑らかな表面形状の凹面鏡6を短時間で形成できる利点がある。また、電極部18の周囲の溝19は、平板部11の底面の金属層12に鋭い刃型を押し当てることで形成しても良い。このようにして、平板部11を電極金属スペーサ10と一体化した構造体1を製造する。
The
(ステップ8)
次に、図2(b)に示すように、凹部17の溝19に、耐熱性が300℃以上の樹脂、例えば、PTFE、PEEK、液晶ポリマー、ポリイミド、シリコーンワニスなどの半田レジスト材を、溝19への加圧押し込みによるか、塗布、電着工法などで設置する。あるいは、溝19の内壁に酸化皮膜を形成し半田レジスト膜としても良い。
(Step 8)
Next, as shown in FIG. 2B, a resin having a heat resistance of 300 ° C. or higher, for example, a solder resist material such as PTFE, PEEK, liquid crystal polymer, polyimide, silicone varnish, etc. It is installed by pressing into 19 or by coating, electrodeposition method or the like. Alternatively, an oxide film may be formed on the inner wall of the groove 19 to form a solder resist film.
(ステップ9)
次に、平板部11の約25μmの深さの凹部17に直径が約90μm(面積が約6360平方μm)で形成された電極部18に、溶接材21として、厚さが約35μmで直径が約77μm(面積が約4660平方μm)のAuSn共晶半田の箔をプレス打ち抜き法で設置し、面積が電極パッドの約73%の箔を凹部17の深さの約1.4倍の厚さで設置する。
(Step 9)
Next, the electrode member 18 formed with a diameter of about 90 μm (area is about 6360 square μm) in the
すなわち、この箔の面積×厚さの値を、電極部18の面積×凹部17の深さの値とほぼ同じ値に設定する。ここで、プレス打ち抜き法の他にメッキ、蒸着、スパッタリング、半田ペースト印刷、転写バンプ方式を用いても良く、溶接材21はAuSn共晶半田以外の材料を用いても良い。また、平板部11を約220℃に加熱し、金のボールバンプを超音波熱圧着により圧子で平板部11の底面に押し付け接合し、これを溶接材21として用いても良い。平板部11の底面の金のボールバンプの設置位置以外の領域に絶縁膜を接着する。
That is, the value of the area × thickness of the foil is set to substantially the same value as the area of the electrode portion 18 × the depth of the
(ステップ10)
次に、図2(b)から(c)に示すように、VCSELあるいはフォトダイオードなどで、一辺が約80μmで面積が約6400平方μmであり、裏面と表面に素子電極を有する受発光部5が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ2で、表面の素子電極パッド22が電極部18の面積とほぼ同じ面積を有する受発光素子の半導体チップ2を、対応する配置に配列された構造体1の一次元配列に接合する。
(Step 10)
Next, as shown in FIGS. 2 (b) to 2 (c), a light emitting / receiving
すなわち、先ず、保持基板16に一次元に配列された構造体1の配列の電極部18に設置した溶接材21を、一括で、受発光部5が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ2の素子電極パッド22群の上に、仮に合せて構造体1の一次元配列を設置する。ここで、溶接材21と素子電極パッド22の位置合せ精度は特に高くする必要が無く、素子電極パッド22の1/4以内の精度があれば良い。
That is, first, the
(ステップ11)
次に、溶接材21を構造体1の配列および保持基板16と一緒に、加熱ステージあるいは赤外線加熱器などでAuSnの融点の280℃より高い300℃まで加熱し、先ず、構造体1の保持基板16をガラス転移点以上の温度で軟化させて、そこに搭載した構造体1が左右に自由に移動できるようにする。そして、溶融前は平板部11から約10μm突出していた溶接材21を再溶融させ、溶接材21に平板部の電極部18の全面を濡らさせ、また、受発光素子の半導体チップ2の素子電極パッド22の全面を濡らさせ、両者の間隔を約26μmにまで引き付ける。
(Step 11)
Next, the
こうして、溶接材21が薄くなり平板部11からの突出が無くなるとともに、溶融した溶接材21の表面張力により、受発光素子の半導体チップ2の素子電極パッド22の位置に平板部11の電極部18の前後左右の位置が自動的に合わせられる。
In this way, the
(ステップ12)
次に、溶接材21を冷却固化させ、溶接材21が冷却固化により収縮し、受発光素子の半導体チップ2と構造体1を密着し接合させる。その後に、保持基板16をガラス転移点以上で、かつ、280℃以下の温度に加熱して軟化させ取り外す。
(Step 12)
Next, the
また、ここまでの工程では、構造体1の平板部11と電極金属スペーサ10を分離しておき、平板部11を受発光素子の半導体チップ2へ溶接した後に電極金属スペーサ10も平板部11に溶接して接合することもできる。
Further, in the steps so far, the
更に、溶接材21が、金のボールバンプを平板部11の底面の金属層12にボンディングすることで形成されている場合は、平板部11と受発光素子の半導体チップ2を約220℃に加熱して平板部11の金のボールバンプを受発光素子の半導体チップ2の素子電極パッド22に超音波熱圧着で接合する。
Further, when the
(ステップ13)
次に、図2(d)に示すように、受発光素子の半導体チップ2の裏面と電極金属スペーサ10の裏面に、電極の設置領域以外の部分に半田レジストを印刷し、半田レジストから露出したチップ近傍の電極パッド23の領域に、金錫ハンダバンプやハンダボールなどのバンプ電極24を設置した光部品25を製造し、その後に、1つあるいは複数の受発光部5を有する受発光素子の半導体チップ2と構造体1が結合した複数の光部品25に分割する。
(Step 13)
Next, as shown in FIG. 2 (d), a solder resist was printed on the back surface of the
次に、この光部品25を実装基板27へ設置し使用する例を示す。
Next, an example in which the
図4(a)及び(b)に、光部品25の実装基板27への実装方法と光部品25の側面図を示す。
4A and 4B show a method for mounting the
図4(a)に示すように、実装基板27に、コア径が50μmの光ファイバあるいは光導波路などの光伝送路29を設置する。光伝送路29は、実装基板27の上に設置したスペーサ34の上に設置する。スペーサ34は受発光素子の半導体チップ2の厚さに応じて光伝送路29の高さを光路33に合わせるために設置する。この実装基板27に、光部品25をチップボンダのボンディングキャピラリあるいは部品マウンターの部品吸着具などのチップ保持具26で保持し、そのバンプ電極24を実装基板27の実装基板電極パッド28に溶接する。この光部品25は、受発光部5の光路33を凹面鏡6で空洞用凹部14を通る直径50μmの平行光束の光路33に変換し光結合している。
As shown in FIG. 4A, an
このような使用方法が可能なのは、受発光素子の半導体チップ2の受発光部5が構造体1の平板部11で覆われることで保護されていて、その平板部11の上面が平坦に形成されているためである。このように、受発光素子の半導体チップ2の受発光部5が異物で傷つけられ損傷する危険が少ない効果がある。
Such a method of use is possible because the light emitting / receiving
こうして、図4(b)に示すように、光部品25の空洞用凹部14の中を通る直径50μmの平行光束の光路33を光伝送路29の直径50μmのコアと光結合する場合は、光伝送路29と光部品25の位置合わせ精度が10μm程度の位置ずれが許容されるため、光部品25の設置が容易になり受発光素子の半導体チップ2の光伝送路29への位置合わせコストを低減できる効果がある。
Thus, as shown in FIG. 4B, when the
本実施の形態は、基本構造が、受発光素子の半導体チップ2の側面に、それと同じ厚さの電極金属スペーサ10を並べて設置し、受発光素子の半導体チップ2と電極金属スペーサ10の上面に、少なくとも下面に金属層12を有する平板部11を設置し、平板部11の下面の凹部17に金属層12による電極部18を形成し、電極部18を溶接材21で受発光素子の半導体チップ2の素子電極パッド22に溶接することで平板部11と受発光素子の半導体チップ2を密着させて接合した構造を有する。受発光素子の半導体チップ2の素子電極パッド22は構造体1の平板部11の底面の金属層12に接合することで外面に引出すとともに、受発光素子の半導体チップ2と平板部11をこの接合点で固定する役割を持つものである。
In the present embodiment, the basic structure is such that the
また、平板部11の金属層12には電極金属スペーサ10を溶接し、素子電極パッド22から電極金属スペーサ10まで電気接続する。そして、平板部11の上面を平坦に形成するとともに、受発光素子の半導体チップ2および電極金属スペーサ10の下面にバンプ電極24を設置する。
In addition, the
平板部11には、受発光素子の半導体チップ2の受発光部を向いた約45度の傾斜の斜面15を形成し、そこに形成した金属層12に凹面鏡6を形成する。こうして、受発光素子の半導体チップ2の受発光部5の光路33を前記凹面鏡6で折り曲げ、受発光素子の半導体チップ2の面に平行な光路33に変換し、平板部11に形成した空洞用凹部14を通過させる光部品25を構成する。
On the
すなわち、凹面鏡6から、斜面15の法線ベクトルの受発光素子の半導体チップ2の面へ投影したベクトルの方向に、平板部11の端部まで貫く空洞用凹部14を有する。この光部品25を、平板部11の上面をチップ保持具26で保持し、そのバンプ電極24を実装基板27の実装基板電極パッド28にボンディング接続して設置する。
That is, the cavity has a
こうして、受発光素子の半導体チップ2の側面に並べて設置した電極金属スペーサ10が、受発光素子の半導体チップ2の表裏を電気接続し、電極金属スペーサ10にバンプ電極24が設置された。
In this way, the
そして、このバンプ電極24と同一面側の前記受発光素子の半導体チップ2から引き出されたチップ近傍電極パッド23にバンプ電極24を設置することで、2つのバンプ電極24を受発光素子の半導体チップ2の同一面側に引き出した。本実施の形態では、光部品25の電極が、受発光素子の半導体チップ2の下面のチップ近傍電極パッド23に設置されたバンプ電極24と、電極金属スペーサ10の下面のバンプ電極24として配置された。
The
こうして、チップサイズの光部品25において、受発光素子の半導体チップ2の表面と裏面を接続する電極金属スペーサ10を用いることにより、化合物半導体であっても、全てのバンプ電極24を受発光素子の半導体チップ2の裏面に低コストで配線できる効果がある。
Thus, in the chip-sized
そして、その反対面の光モジュール3の受発光部5側の面は、その上の平板部11が受発光素子の半導体チップ2の全面を覆う平坦な平面であるため、平板部11の上面の平面をチップ保持具26で保持する際に受発光部5を傷つけずに受発光素子の半導体チップ2を実装基板27の実装基板電極パッド28にボンディング接続できる効果があり、受発光素子の半導体チップ2の実装基板27への設置が容易になる効果がある。
The surface on the light receiving / emitting
特に、受発光素子の半導体チップ2が面発光レーザの場合は、その素子電極を、受発光素子の半導体チップ2の表面と底面に分けて形成したものは低コストで製造できるが、本実施の形態の光部品25は、この構造の面発光レーザの受発光素子の半導体チップ2の表面側の電極を平板部11に接続し、平板部11を電極金属スペーサ10に接続し、その底面にバンプ電極24を設置し、一方、受発光素子の半導体チップ2の底面側の電極に他のバンプ電極24を設置した。
In particular, in the case where the
このように、本実施の形態では、受発光素子の半導体チップ2が化合物半導体の場合も、実装基板27を介さないチップサイズで、低コストに受発光素子の半導体チップ2の両電極をチップの底面側に揃えて引き出した構造の光部品25を製造できる効果がある。
As described above, in the present embodiment, even when the
また、本実施の形態では、受発光部5が発光する場合は、斜面15および凹面鏡6を受発光素子の半導体チップ2の表面から約45度傾けることで受発光部5の上方を斜面15で覆い、受発光部5から出射した光束の光路33を凹面鏡6で変換して受発光素子の半導体チップ2の表面に平行な光路33を得る。
In the present embodiment, when the light emitting / receiving
受発光部5が受光する場合は、斜面15を、受発光素子の半導体チップ2の表面に対して30度から60度の傾きに形成して受発光部5の上方を斜面15で覆うことで、受発光素子の半導体チップ2の表面に平行な光路33を凹面鏡6が受発光素子の半導体チップ2の表面に垂直な方向からプラスマイナス30度傾けた光路33に変換し受発光部5に集光する構造も可能である。特に、垂直な方向から傾けて受発光部5に光路を入射することは、受発光部5からの表面反射が光路33を逆戻りして光ノイズを生じることが避けられる効果がある。
When the light emitting / receiving
本実施の形態の光部品25は、受発光素子の半導体チップ2の受発光部5の光路33を凹面鏡6で数十μmから百μm程度の比較的太い平行光束の光路33に変換し光結合するため、直径が125μmでコア径が10μmから60μmのガラス光ファイバ、直径が0.5mmから1mmでコア径が100μm程度のPOF、あるいはコア径が50μm程度のマルチモード光導波路などの光伝送路29に小さな結合損失で光接続することができる効果がある。
In the
本実施の形態では、凹面鏡6の焦点距離を短かくすることで、受発光部5の光束を凹面鏡6で再び集光する光束に変換することで、シングルモード光ファイバの約十μmの直径のコア、あるいは高Δ光ファイバの数μmの直径のコア、あるいはフォトニッククリスタルが形成する光導波路の1μm以下のコアなどの小径の光伝送路29のコアと光結合することもできる。
In the present embodiment, by shortening the focal length of the
(第2の実施の形態)
図5に本発明の第2の実施の形態の光部品の製造手順を示す。
(Second Embodiment)
FIG. 5 shows an optical component manufacturing procedure according to the second embodiment of the present invention.
(ステップ1)
図5(a)に示すように、保持板30で保持し二次元に配列させた複数の平板部11を製造する。この平板部11の二次元の配列は、受発光部5が二次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ2の各受発光部5に対応させる。平板部11には、その受発光部5の位置を向いた約45度の傾斜の斜面15と、そこに形成した凹面鏡6と、凹面鏡6に光路33を導く空洞用凹部14と、反対面に凹部17と電極部18を形成する。そして、平板部11の電極部18に、AuSn共晶半田の箔を設置する。図5(a)では、説明の便宜のため、複数の平板部11のうち1つのみを図示した。
(Step 1)
As shown in FIG. 5A, a plurality of
(ステップ2)
二次元配列で形成された受発光部5を有する受発光素子の半導体チップ2を保持板30で保持し、保持板30で保持した状態で受発光素子の半導体チップ2をダイシングし、後に個々の受発光部5毎の受発光素子の半導体チップ2に分割する切り込みを形成する。
(Step 2)
The
(ステップ3)
次に、平板部11の配列を、受発光素子の半導体チップ2の配列に対向させ、図5(b)に示すように、両者を溶接材21で接合する。個々の平板部11は、図5(b)の平面図に示すように、個々の受発光素子の半導体チップ2の領域から突出した部分を有する。
(Step 3)
Next, the arrangement of the
(ステップ4)
次に、図5(c)に示すように、二次元配列の受発光部5を有する受発光素子の半導体チップ2を保持板16と一緒に図の縦方向の配列の一次元の配列毎に分割する。
(Step 4)
Next, as shown in FIG. 5C, the
(ステップ5)
次に、この分離した受発光部5の一次元の配列の受発光素子の半導体チップ2の領域から図の右側に平板部11が突出するが、その部分に、電極金属スペーサ10を受発光素子の半導体チップ2の側面に配置し、平板部11に溶接し電気接続する。
(Step 5)
Next, the
(ステップ6)
次に、その受発光部5の一次元の配列の受発光素子の半導体チップ2の裏面と電極金属スペーサ10の裏面に、電極の設置領域以外の部分に半田レジストを印刷し、半田レジストから露出した電極の設置領域に、金錫ハンダバンプやハンダボールなどのバンプ電極24を設置する。
(Step 6)
Next, a solder resist is printed on the back surface of the
(ステップ7)
次に、この受発光部5の一次元の配列の受発光素子の半導体チップ2と構造体1の一次元配列の結合した一次元配列を、更に、個々の受発光部5毎の受発光素子の半導体チップ2に分割し、その個片を光部品25とする。
(Step 7)
Next, a one-dimensional array obtained by combining the
本実施の形態は、受発光部5が二次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ2に平板部11の二次元配列を一括して接合するため、より多くの受発光素子の半導体チップ2と平板部11を一括して製造できるため、個片の光部品25の製造コストを更に低減できる効果がある。
In the present embodiment, since the two-dimensional array of the
(第3の実施の形態)
図6に本発明の第3の実施の形態を示す。
(Third embodiment)
FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention.
本実施の形態は、第2の実施の形態と同様に、受発光部5が二次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ2に平板部11の二次元配列を一括して接合する。本実施の形態が第2の実施の形態と異なる点は、第1に、個々の平板部11が受発光素子の半導体チップ2の領域以内に存在する点である。第2に、受発光素子の半導体チップ2の裏面に、底面が受発光素子の半導体チップ2の全面に渡る平坦な平面に形成された第2の平板部31を接合する点である。第2の平板部31に受発光素子の半導体チップ2の側面に設置する電極金属スペーサ10が電気接続される。
In the present embodiment, as in the second embodiment, the two-dimensional array of
そして、平板部11の上面と電極金属スペーサ10の上面に、電極の設置領域を囲む半田レジストを印刷する。平板部11の上面で半田レジストで囲まれるチップ近傍電極パッド32に、ハンダボールのバンプ電極24を設置する。
Then, a solder resist surrounding the electrode installation region is printed on the upper surface of the
本実施の形態においても、平板部11の斜面15が受発光部5の上面を覆うため、平板部11側を実装基板27に設置する際に受発光部5を傷つけない効果がある。
Also in the present embodiment, since the
結局、受発光素子の半導体チップ2の側面に並べて設置した電極金属スペーサ10が、受発光素子の半導体チップ2の表裏を電気接続し、電極金属スペーサ10に第1のバンプ電極24が設置された。そして、この第1のバンプ電極24と同一面側の、すなわち、表面側の、前記受発光素子の半導体チップ2面から引き出されたチップ近傍電極パッド32に第2のバンプ電極24を設置することで、両バンプ電極24を、受発光部5側の同一面側に表面側に引き出した。
Eventually, the
また、2つのバンプ電極24をこのように受発光素子の半導体チップ2の同一面側に配置し、その反対面の第2の平板部31の底面は受発光素子の半導体チップ2の全面に渡る平坦な平面であるため、本実施の形態の光部品25は、その底面を容易にチップ保持具26で保持することができる効果がある。
In addition, the two
次に、第2の実施の形態と同様に、個々の受発光素子の半導体チップ2まで分割し光部品25を製造する。
Next, as in the second embodiment, the
本実施の形態では、光部品25を図6(a)の上下逆に裏返し、平板部11の上面側のバンプ電極24を実装基板電極パッド28に接合する。ここで、光伝送路29については、図6(b)に示すように、光ファイバーなどの光伝送路29を受発光素子の半導体チップ2の表面に設置し固定することで、光部品25の光路33に光伝送路29の光軸を合わせ、光伝送路29と光部品25を結合した光モジュール3を製造する。
In the present embodiment, the
本実施の形態の他の適用例としては、実装基板27の表面にスペーサ34を用いず光伝送路29を設置し、その光伝送路29の上に、光部品25の受発光素子の半導体チップ2の表面を突き当てることで光部品25の光路33と光伝送路29の光軸の高さを合わせた光モジュール3を製造する。
As another application example of the present embodiment, an
本実施の形態では、バンプ電極24の面から受発光素子の半導体チップ2の面までの間隔が、光伝送路29程度の寸法であるため、スペーサ34を用いず、光伝送路29を直接実装基板27の表面に設置しスペーサ34が省略できる効果がある。
In the present embodiment, since the distance from the surface of the
(第4の実施の形態)
図7に本発明の第4の実施の形態を示す。
(Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the present invention.
本実施の形態が先の実施の形態と異なる点は、平板部11の凹面鏡6から受発光素子の半導体チップ2の面に平行に平板部11の端部まで至る光路33を通す空洞用凹部14の内径が、芯線の外径が125μmの光ファイバあるいは光導波路など、光伝送路29の外径とほぼ同じサイズに形成され、また、空洞用凹部14の端部が受発光素子の半導体チップ2の存在領域から突出するように、空洞用凹部14が形成された平板部11の端部を突出させている点である。
This embodiment is different from the previous embodiment in that the
図7では、平板部11の電極金属スペーサ10の位置と反対側の部分に空洞用凹部14が設けられている。実装基板27に設置した光伝送路29の先端に、光部品25の空洞用凹部14の位置を合わせ、そのバンプ電極24を溶融させ、実装基板27の実装基板電極パッド28に接合させる。
In FIG. 7, a
この際に、光部品25の空洞用凹部14が光伝送路29の先端を挟み込み、光モジュール3が降下しつつ、光部品25の位置が光伝送路29の位置に合うように水平面内を適切な位置に移動し位置を合わせ、その後にバンプ電極24が冷却し固化し、実装基板27の実装基板電極パッド28に溶接される。
At this time, the cavity
本実施の形態は、このように空洞用凹部14に光伝送路29を鋏み込むため、光伝送路29と光部品25を精度良く位置合わせできる効果がある。
In this embodiment, the
1 構造体
2 受発光素子の半導体チップ
3 光モジュール
4 樹脂成形型
5 受発光部
6 凹面鏡
7 斜面
8 凹部
9 外壁
10 電極金属スペーサ
11 平板部
12 金属層
13 メッキマスク板
14 空洞用凹部
15 斜面
16 保持基板
17 凹部
18 電極部
19 溝
20 絶縁膜
21 溶接材
22 素子電極パッド
23 チップ近傍電極パッド
24 バンプ電極
25 光部品
26 チップ保持具
27 実装基板
28 実装基板電極パッド
29 光伝送路
30 保持板
31 第2の平板部
32 チップ近傍電極パッド
33 光路
34 スペーサ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記電極金属スペーサに第1のバンプ電極を設置し、前記第1のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第2のバンプ電極を設置し、
前記第1及び第2のバンプ電極を介して、前記光部品を光伝送路及び電気配線パターンを有する実装基板に接続したことを特徴とする光モジュール。 A metal layer formed on at least one surface and a flat plate portion formed flat on the other surface; an electrode portion is formed on the metal layer on one surface of the flat plate portion; A semiconductor chip of a light emitting / receiving element having an electrode pad and an element electrode on the other surface is connected, and the electrode part is connected to the element electrode pad to join the flat plate part and the semiconductor chip of the light receiving / emitting element. An inclined surface having a predetermined angle of inclination with respect to one surface of the semiconductor chip of the light emitting / receiving element is disposed above the light emitting / receiving portion of the flat plate portion, and the inclined surface receives and emits light. A concave mirror is formed on the sloped metal layer, and the optical path of the light receiving and emitting part of the semiconductor chip is bent by the concave mirror into an optical path parallel to the surface of the semiconductor chip,
An electrode metal spacer is arranged side by side on the side surface of the semiconductor chip, a first bump electrode is installed on the electrode metal spacer, and an electrode pad drawn from the semiconductor chip surface on the same side as the first bump electrode is provided. Install the second bump electrode,
An optical module, wherein the optical component is connected to a mounting substrate having an optical transmission line and an electric wiring pattern via the first and second bump electrodes.
保持基板に設置された複数の構造体の配列の各電極部に溶接材を設置し、
前記溶接材の位置を一括で、受発光素子の半導体チップの配列の素子電極パッド群の上に仮に合せて構造体の配列を設置し、
溶接材を融点より高い温度まで加熱し再溶融させ、溶接材を平板部の電極部と半導体チップの素子電極パッドの間に広げ、溶融した溶接材の表面張力により、半導体チップの素子電極パッドの位置に、構造体の平板部の電極部の前後左右の位置を合せ、
溶接材を冷却固化させることで、構造体の配列と半導体チップの配列を接合させ、その後、構造体から保持基板を取り外し、
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記半導体チップの表裏を電気接続し、
前記電極金属スペーサに第1のバンプ電極を設置し、前記第1のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第2のバンプ電極を設置することで前記第1及び第2のバンプ電極を半導体チップの同一面側に引き出して設置し、
前記半導体チップの配列と複数の構造体の配列を結合した配列を分割し複数の光部品を形成し、
前記光部品を光伝送路を有する実装基板に設置することにより光モジュールを製造することを特徴とする光モジュールの製造方法。
Prepare a holding substrate with multiple structures installed,
Welding material is installed on each electrode part of the array of multiple structures installed on the holding substrate,
The position of the welding material is collectively set up on the element electrode pad group of the array of semiconductor chips of the light receiving and emitting elements, and the arrangement of the structures is installed.
The welding material is heated to a temperature higher than the melting point and remelted, the welding material is spread between the electrode portion of the flat plate portion and the element electrode pad of the semiconductor chip, and the surface tension of the molten welding material causes the element electrode pad of the semiconductor chip to Align the position of the electrode part of the flat plate part of the structure to the position of the front and rear, left and right,
By cooling and solidifying the welding material, the array of structures and the array of semiconductor chips are joined, and then the holding substrate is removed from the structure,
Place side by side electrode metal spacers on the side of the semiconductor chip, electrically connect the front and back of the semiconductor chip,
A first bump electrode is disposed on the electrode metal spacer, and a second bump electrode is disposed on an electrode pad drawn from the semiconductor chip surface on the same surface side as the first bump electrode, whereby the first and second bump electrodes are disposed. The second bump electrode is drawn out and installed on the same side of the semiconductor chip,
A plurality of optical components are formed by dividing an array obtained by combining the array of the semiconductor chips and the array of the plurality of structures.
An optical module manufacturing method comprising manufacturing the optical module by installing the optical component on a mounting substrate having an optical transmission path.
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CN115149394A (en) * | 2022-09-05 | 2022-10-04 | 山东中清智能科技股份有限公司 | Photoelectric device integrated packaging structure and manufacturing method thereof |
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- 2004-04-14 JP JP2004118824A patent/JP2005303116A/en active Pending
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CN114784619B (en) * | 2022-06-20 | 2022-09-20 | 深圳市埃尔法光电科技有限公司 | Method for packaging VCSEL laser chip |
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