JP2010068001A - 集積電気光学モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ウェーハ段階で形成された集積電気光学モジュールであって、電気光学部品に対する内部配線を有する集積電気光学モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る集積電気光学モジュールは、第１の基板上に形成された電気光学能動部品と、第１の基板上に形成された接合パッドと、第２の基板上に形成された光学部品と、第１の基板と第２の基板の間に形成されたスペーサと、電気光学能動部品と光学部品の間に経路が形成され、電気光学能動部品が第１の基板、第２の基板およびスペーサにより包囲され、第１の基板および第２の基板は、これらの表面に対して垂直な方向においてスペーサを介して固定され、第１の基板は、少なくとも接合パッドが形成された領域において、第２の基板より長く延びていることを特徴とする。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、ウェーハ上のモジュールを分断する技術に関し、とりわけ扱いやすい電気的入力−出力端子を有する電気光学モジュールをウェーハ段階で形成する際に用いられる技術に関する。さらに本発明は、光学モジュールを、例えば回路基板などの別の構造物に集積するための機械的に支持する棚部を提供することに関する。

光学部品を含む電気デバイスをウェーハ段階で集積する上で直面する課題は、どのように電気的接続を形成するかである。典型的なウェーハのアセンブリ方法および分断方法によれば、極めて優れた光学アセンブリを製造することができるが、図１に示すように、電気的接続を形成できる場所がない。図１において、サブマウント２０上に実装された能動部品１０と、光学部品４０を含む光学ブロック３０とを有する。サブマウント２０上に内部配線２２を形成し、能動部品１０と電気信号を授受する。垂直キャビティ表面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）などの能動部品１０をウェーハ段階でサブマウント２０上に実装し、光学部品や任意のスペーサを能動部品１０に対して位置合わせし、集積することができる。個々のモジュールを分断するとき、能動部品１０に対する電気配線２２はアクセスが困難となる。

プリント回路基板、またはウェーハ段階で形成される積層構造物と連続しない平らなシステムに、ウェーハ段階で形成された光学部品を集積しようとすると、別の問題が生じる。すなわち、集積に際して、支持および位置合わせが問題となる。

１つの潜在的な解決手法は、光学部品とスペーサをウェーハ段階でアセンブリし、個々のサブマウントに分断し、接合させることである。しかしながら、これによれば、ウェーハ段階でアセンブリする際の利点が十分に得られない。

したがって、本発明は、ウェーハ段階で形成された電気光学モジュールにおいて、電気光学部品に対する内部配線を提供する方法および構造に関し、これにより上述の課題の少なくとも１つが解決される。

同様に、本発明は、ウェーハを基にした光学サブアセンブリを、積層されないシステムに集積するために位置合わせし、支持する方法および構造に関する。

上述の、他の目的のうちの少なくとも１つが、電気光学モジュールを製造する方法を提供することにより達成されて、その方法は、複数の能動部品を含む能動部品ウェーハを形成するステップと、複数の部材を含む部材ウェーハを能動部品に位置合わせするステップと、能動部品ウェーハおよび部材ウェーハのうちの少なくとも一方に、電気的接合パッドを形成するステップと、集積ウェーハを形成するために、能動部品ウェーハおよび部材ウェーハを固定するステップと、集積ウェーハから複数のダイに分断するステップとを有し、少なくとも１つのダイは、少なくとも１つの能動部品と部材を含み、分断ステップは、電気的接合パッドを含むウェーハの少なくとも一部分が他のウェーハを越えて拡張するように、集積ウェーハを貫通する異なる垂直ラインに沿って分断することを特徴とする。

上述の、他の目的のうちの少なくとも１つが、電気光学的な集積モジュールを提供することにより達成されて、そのモジュールは、第１の基板上にある能動部品と、第２の基板上にある部材と、第１および第２の基板の一方の上にある接合パッドとを備え、第１および第２の基板は、垂直方向において、互いに固定され、第１および第２の基板のうちの接合パッドを有する一方の基板の一部分が、他方の基板よりも、少なくとも１方向において拡張していることを特徴とする。

上述の、他の目的のうちの少なくとも１つが、装置を提供することにより達成されて、その装置は、孔を含む平らな構造物と、基板の表面上に形成された光学部品と、光学部品を含む表面は、平らな構造物の孔を貫通して延び、光学部品を含む表面と集積された実装表面と、実装表面は、少なくとも一方向において、基板を越えて拡張し、実装表面を介して光学部品を平らな構造物に固定するための固定メカニズムとを有することを特徴とする。

本発明のこれらの、他の目的は、以下に記載の詳細な説明から容易に理解される。ただし、本発明の精神および範疇に含まれるさまざまな変形例および変更例が、当業者ならば、この詳細な説明から明らかであるので、詳細な説明および特定の具体例は、本発明の好適な実施形態を示唆するものであるが、本発明を説明するためだけのものであると理解されたい。

図１は、ウェーハ段階で形成され、従来手法を用いて分断された電気光学モジュールの概略斜視図である。 図２Ａは、本発明に基づき分断される前の複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図２Ｂは、本発明に基づき分断された後の複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図３Ａは、本発明に基づき分断される前の複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図３Ｂは、本発明に基づき分断された後の図３Ａに示す複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図４Ａは、本発明に基づき分断される前の複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図４Ｂは、本発明に基づき分断された後の図４Ａに示す複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図５は、本発明に基づき分断される前の複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図６Ａは、本発明に基づき分断される前の複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図６Ｂは、本発明に基づき分断された後の図６Ａに示す複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図７Ａは、本発明に基づき分断される前の複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図７Ｂは、本発明に基づき分断された後の図７Ａに示す複数の電気光学モジュールの概略側面図である。 図８は、本発明に基づき、図２Ｂに示す電気光学モジュールをフレキシブルなプリント回路基板に接続した際の上から見た図である。

以下の記載において、本発明を十分に理解できるように、特定の詳細な構成物を開示するが、これは説明のためであって、何ら限定するものではない。当業者ならば理解されるように、これらの詳細な構成物から逸脱しない他の実施形態においても、本発明を実現することができる。本発明の説明を理解しやすくするために、他の態様、広く知られた装置や方法に関し、本発明とは無関係な細部の説明を割愛する。ここで用いられる用語の「ウェーハ」とは、最終的に利用される前に分断すべき複数の構成部品が形成された、任意の基板を意味する。

図２Ａは、複数の集積された電気光学モジュールがウェーハ段階でアセンブリされたときの拡大側面図である。サブマウントウェーハ（submount wafer）２０は、その上に内部配線２２を含む電気光学部品１０を有する。同様に、光学ウェーハ（optics wafer）３０が設けられ、その上に対応する光学部品４０が形成されている。スペーサウェーハ５０は、光学ウェーハ３０とサブマウントウェーハ２０とを隔絶する。スペーサウェーハ５０は、光学部品４０と能動部品１０との間を光が透過できるような経路５２を有する。図２Ａに示すように、スペーサウェーハ５０がシリコンである場合、これらの経路５２は、エッチングにより形成することができる。

図２Ａにおいて、スペーサウェーハ５０は、同様にエッチングを用いて形成された凹部５４を有する。これらの凹部５４は、接合領域２４の上方に配置され、ライン６２および６４に沿って分断したとき、分断されたモジュールにおける接合領域２４は、図２Ｂに示すようにアクセスが可能である。こうして、電気光学部品１０のために必要な電気的接続を容易に実現することができる。この分断方法は、光学ウェーハ３０およびスペーサウェーハ５０を、ライン６２に沿ってダイシングするステップと、３つ全てのウェーハをライン６４に沿ってダイシングするステップとを有する。択一的には、幅広のブレードを用いて、ライン６２および６４の間の全体幅で、光学ウェーハ３０およびスペーサウェーハ５０を分断した後、薄いブレードを用いてサブマウントウェーハ２０だけを分断してもよい。固定された構造物を反転させて、サブマウントウェーハ２０だけのダイシングを容易にすることもできる。

択一的な構成例を図３Ａおよび図３Ｂに示すが、スペーサウェーハ５０は、接合領域２４の上方に、凹部５４ではなく、孔５６を有する。分断するライン６５および６４は、同じであるが、上述のいずれかのプロセスを用いて実現することができる。ただし結果として得られる構造物には、光学ウェーハ３０およびスペーサウェーハ５０が形成されない。

別の実施形態を図４Ａおよび図４Ｂに示す。ここでは、同じ能動部品１０を形成するのではなく、サブマウントウェーハ２０上の接合領域２４の対、および隣接する構造物が互いに鏡像関係となるように構成される。これにより、大きな凹部５８を形成し、２つの接合領域２４および２４’を配置することができる。分断ライン７６に沿って分断するステップは、従来手法を用いて行うことができる。分断ライン７０および７２に沿って分断するステップは、光学ウェーハ３０およびスペーサウェーハ５０だけを分断し、一方のラインに沿ってダイシングするか、分断ライン７０および７２の間のギャップの幅をカバーする幅広のダイシングブレードを用いてダイシングすることにより実現することができる。その後、サブマウントウェーハ２０を、好適には薄いブレードを用いて、分断ライン７４に沿って分断する。

図５は別の実施形態を示し、これはより少ない分断ステップを必要とする。ここでもスペーサウェーハ５０は孔３６を有する。光学ウェーハ３０も同様に、エッチングして得られた孔３６を有し、各モジュールに必要とされる異なる光学部品を分離する。図示したように、サブマウントウェーハ２０は、内部配線を要する２つの電気光学部品１０および１２を有する。これらの電気光学部品は互いに異なり、電気光学部品１２はサブマウントウェーハ２０にモノリシックに集積される。追加的な光学部品４２が、電気光学部品１２のために、光学ウェーハ３０上に形成される。このとき、個々のモジュールを形成するために、分断ライン８０に沿ってサブマウントウェーハ２０だけを分断すればよい。

別の実施形態を図６Ａおよび図６Ｂに示す。ここでは、接合パッド１２４が光学ウェーハ３０上に有する。能動部品１０と接合パッド１２４とを接続する内部配線は、サブマウントウェーハ２０および光学ウェーハ３０上に形成される。図６Ａおよび図６Ｂに示すように、サブマウントウェーハ２０と光学ウェーハ３０との間は、半田ボール９０として図示されたような電気的導電性を有する材料を介して接続される。これまでの実施形態で用いられたスペーサによれば、能動部品１０から光学ウェーハ３０上の接合パッド２４までの配線を形成するために必要な領域において金属被膜してもよい。ここでライン９２，９４，９６で分断することにより、モジュールの分断を実現し、そして光学ウェーハ３０が少なくとも一方向においてサブマウントウェーハ２０を越えて拡張するモジュールを形成し、その結果、容易にアクセスできる接合パッド１２４を実現する。

別の変形例を図７Ａおよび図７Ｂに示す。接合パッド１２４が光学ウェーハ３０上に形成され、別の接合パッド２４がサブマウントウェーハ２０上に形成される。この実施形態では、スペーサウェーハ５０が同様に設けられる。接合パッド１２４と能動部品１０を接続する内部配線１２２は、サブマウントウェーハ２０、スペーサウェーハ５０、および光学ウェーハ３０の上に形成される。内部配線１２２は、サブマウントウェーハ２０と光学ウェーハ３０との間において、図７Ａおよび図７Ｂに示すように延びている。択一的には、金属または他の電気的導電性を有する材料を用いてウェーハ上にパターン形成し、このとき、サブマウントウェーハ２０および光学ウェーハ３０の上だけに内部配線１２２を形成し、スペーサウェーハ５０の上に電気的導電性を有する材料を形成する。ここでライン９３，９５，９７，９９で分断することにより、モジュールの分断を実現し、その結果、接合パッド１２４に容易にアクセスできるように、光学ウェーハ３０が少なくとも一方向においてサブマウントウェーハ２０を越えて拡張するモジュールを形成するとともに、接合パッド２４に容易にアクセスできるように、サブマウントウェーハ２０が少なくとも一方向において光学ウェーハ３０を越えて拡張するモジュールを形成する。

図８に示すように、上記実施形態のいずれかで形成されたモジュールを、フレキシブルなプリント回路基板（ＰＣＢ）１００に直接固定することができる。上記実施形態において、モジュールの断面図を示したが、図８のモジュール１１０に示すように、電気光学部品と接合領域の任意の対をアレイ状に形成してもよい。

上述の分断ステップに起因して、接合領域を有するウェーハが拡張することにより形成される段差部２６により、ＰＣＢ１００などの別の装置との電気的接続を容易に実現することができる。さらに、接合パッド２４を含むウェーハ（ここではマウントウェーハ２０）、あるいは他方のウェーハ（ここでは光学ウェーハ３０）に段差部２８を形成して、ＰＣＢのフレックスリードに対する機械的応力を緩和するように、モジュール１１０を分断してもよい。こうした段差部２８は、周囲全体に延びていてもよい。

ウェーハ段階で形成された光学アセンブリを、光学アセンブリの残りの構成部品として積層されないシステムに集積する際に、電気的内部配線が段差部２８の上に形成されない場合であったとしても、こうした段差部を支持部材および／または位置合わせ部材として利用することができる。例えば、図９に示すように、光学サブアセンブリ１３０を収容するための孔１２５を有する回路基板１２０に実装される光学サブアセンブリ１３０は、回路基板に対して機械的に支持し、そして／または位置合わせするための段差部１２８を有する。この段差部１２８は、光学サブアセンブリ１３０の周囲全体に延びていてもよい。光学サブアセンブリ１３０および段差部１２８は、ウェーハ段階で形成してもよい。段差部１２８は、回路基板１２０を光学サブアセンブリ１３０に位置合わせしやすくするための位置合わせ機能を有していてもよい。段差部１２８は、光学サブアセンブリ１３０を回路基板１２０に実装するための機械的実装表面を有していてもよい。固定の際に段差部１２８を用いると、接合材料が光学表面に付着しないようにすることができる。

接合材料が異なる場合、ウェーハ１つまたはそれ以上の方向に拡張する場合、スペーサウェーハが異なるか、スペーサウェーハを全く有さない実施形態などのように、本発明は、明らかに、数多くの変形例において実現することができる。こうした変形例は、本発明の範疇から逸脱しないものとみなされる。当業者ならば明らかな全ての変形例は、添付されたクレームに含まれると意図されている。

１０ 能動部品、２０ サブマウントウェーハ、２２，１２２ 内部配線、２４，１２４ 接合領域、２８ 段差部、３０ 光学ウェーハ、３６，５６ 孔、４０ 光学部品、５０ スペーサウェーハ、５４，５８ 凹部、６２，６４，６５，７４，９２〜９９ 分断ライン、１００ ＰＣＢ。

Claims (5)

1. 集積電気光学モジュールであって、
   第１の基板（２０）上に形成された電気光学能動部品（１０）と、
   第１の基板（２０）上に形成された接合パッド（２４）と、
   第２の基板（３０）上に形成された光学部品（４０）と、
   第１の基板（２０）と第２の基板（３０）の間に形成されたスペーサ（５０）と、
   電気光学能動部品（１０）と光学部品（４０）の間に経路（５２）が形成され、
   電気光学能動部品（１０）が第１の基板（２０）、第２の基板（３０）およびスペーサ（５０）により包囲され、
   第１の基板（２０）および第２の基板（３０）は、これらの表面に対して垂直な方向においてスペーサ（５０）を介して固定され、
   第１の基板（２０）は、少なくとも接合パッド（２４）が形成された領域において、第２の基板（３０）より長く延びていることを特徴とする集積電気光学モジュール。
2. 第１の基板（２０）上に形成された内部配線（２２）を有し、
   電気光学能動部品（１０）は、内部配線（２２）を介して接合パッド（２４）に電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の集積電気光学モジュール。
3. 集積電気光学モジュールであって、
   第１の基板（２０）上に形成された電気光学能動部品（１０）と、
   第２の基板（３０）上に形成された光学部品（４０）と、
   第２の基板（３０）上に形成された接合パッド（１２４）と、
   第１の基板（２０）と第２の基板（３０）の間に形成されたスペーサ（９０）と、
   電気光学能動部品（１０）と光学部品（４０）の間に経路（５２）が形成され、
   電気光学能動部品（１０）が第１の基板（２０）、第２の基板（３０）およびスペーサ（５０）により包囲され、
   第１の基板（２０）および第２の基板（３０）は、これらの表面に対して垂直な方向においてスペーサ（９０）を介して固定され、
   第２の基板（３０）は、少なくとも接合パッド（１２４）が形成された領域において、第１の基板（２０）より長く延びていることを特徴とする集積電気光学モジュール。
4. 第１の基板（２０）、スペーサ（９０）および第２の基板（３０）の上に形成された内部配線（１２２）を有し、
   電気光学能動部品（１０）は、内部配線（１２２）を介して接合パッド（１２４）に電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の集積電気光学モジュール。
5. スペーサ（９０）は半田ボールであり、
   第１の基板（２０）および第２の基板（３０）の上に形成された金属被膜を有し、
   電気光学能動部品（１０）は、半田ボールおよび金属被膜を介して接合パッド（１２４）に電気的に接続されることを特徴とする請求項３に記載の集積電気光学モジュール。

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