JP3036446B2 - Optical element mounting method - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は光素子の実装方法に
関し、特に光伝送、光通信の装置に用いられる光素子
を、リフローにより基板に接合する形態の光素子の実装
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for mounting an optical element, and more particularly to a method for mounting an optical element used for an optical transmission or optical communication device on a substrate by reflow.
【０００２】[0002]
【従来の技術】光モジュールにおいては、基板上に光フ
ァイバおよび半導体レーザ等の光素子を、該光ファイバ
と光素子との光結合が最適になるように位置決めし、そ
の最適状態を維持する必要がある。また、光モジュール
を広く普及させるためには、その製造コストを低減する
必要がある。2. Description of the Related Art In an optical module, it is necessary to position an optical element such as an optical fiber and a semiconductor laser on a substrate so that the optical coupling between the optical fiber and the optical element is optimized, and to maintain the optimum state. There is. Further, in order to spread the optical module widely, it is necessary to reduce the manufacturing cost.
【０００３】このような最適状態を維持し、しかも光モ
ジュールの製造コスト低減を実現する技術として、「佐
々木 他、電子情報通信学会技術報告、ｖｏｌ．９３、
Ｎｏ．４０４、ＯＱＥ９３−１４５（１９９３）」に提
案されているような、溶融したはんだバンプの表面張力
に起因するセルフアライメント効果を利用して光素子を
フリップチップ実装する事で、光軸を調整せずに光素子
と光伝送路との光軸を整合する方法がある。このような
バンプのセルフアライメント効果を利用して光素子の高
精度位置決めを行うには、セルフアライメントに必要な
溶融はんだの表面張力が十分に得られることが重要であ
る。光素子実装用基板にバンプを、光素子に電極パッド
をそれぞれ設け、セルフアライメント接合を行う場合、
表面張力を得て光素子を所定の接合位置に引き寄せるに
は、溶融したバンプが光素子側電極パッドに十分に濡れ
広がることが重要である。As a technique for maintaining such an optimum state and reducing the manufacturing cost of an optical module, “Sasaki et al., IEICE Technical Report, vol.
No. 404, OQE93-145 (1993), the optical axis is not adjusted by flip-chip mounting the optical element using the self-alignment effect caused by the surface tension of the molten solder bump. There is a method of aligning the optical axis of an optical element and an optical transmission line. In order to perform the high-precision positioning of the optical element by utilizing the self-alignment effect of the bump, it is important that the surface tension of the molten solder necessary for the self-alignment is sufficiently obtained. When self-alignment bonding is performed by providing bumps on the optical element mounting substrate and electrode pads on the optical element,
In order to obtain the surface tension and draw the optical element to a predetermined bonding position, it is important that the molten bump sufficiently spreads on the optical element side electrode pad.
【０００４】この「濡れ性」を確保するには、はんだバ
ンプ表面の酸化膜除去および酸化防止を行ない、光素子
側電極パッドに新鮮な溶融はんだを接触させることが必
要となる。これに対して、はんだバンプ溶融時の酸化防
止が不十分であると、溶融はんだが電極に濡れ広がら
ず、セルフアライメント効果が十分得られない。従来で
は、このようなバンプ表面の酸化膜除去および酸化防止
のために、フラックスを用いる方法が知られていた。以
下、この従来の、光素子の実装方法を図３及び図４を参
照して具体的に説明する。図３は従来の、光素子の実装
方法を説明するための工程図であり、図４は、図３の
（ｃ）及び（ｄ）の工程でのセルフアライメント効果に
よる半導体レーザの様子を模式的表した平面図である。[0004] In order to ensure this "wettability", it is necessary to remove the oxide film from the surface of the solder bumps and prevent the oxidation, and to bring fresh molten solder into contact with the optical element side electrode pads. On the other hand, if the oxidation prevention at the time of melting the solder bumps is insufficient, the molten solder does not spread to the electrodes and the self-alignment effect cannot be sufficiently obtained. Conventionally, a method using a flux has been known for removing such an oxide film on the bump surface and preventing oxidation. Hereinafter, this conventional optical element mounting method will be specifically described with reference to FIGS. FIG. 3 is a process chart for explaining a conventional optical element mounting method, and FIG. 4 is a schematic view showing a state of a semiconductor laser due to a self-alignment effect in the steps (c) and (d) of FIG. FIG.
【０００５】従来例では、まず図３の（ａ）に示すよう
にＳｉ基板１０１上に、フォトリソグラフィおよびエッ
チングによって基板側電極パッド１０４を形成し、基板
側電極パッド１０４上に個片状のはんだバンプ１０５を
パンチング加工（佐々木 他、１９９５年電子情報通信
学会ソサエティ大会講演論文集、Ｃ−１９６参照）によ
り形成する。パンチング加工はシート状はんだ１０６を
微小なポンチ１０７とダイ１０８によって打ち抜き、個
片状に打ち抜かれたはんだバンプ１０５をそのまま基板
側電極パッド１０４に熱圧着で仮固定する方法である。In the conventional example, first, as shown in FIG. 3A, a substrate-side electrode pad 104 is formed on a Si substrate 101 by photolithography and etching, and individual solders are formed on the substrate-side electrode pad 104. The bump 105 is formed by punching (see Sasaki et al., 1995 IEICE Society Conference, Proceedings, C-196). Punching is a method in which a sheet-like solder 106 is punched out by a fine punch 107 and a die 108, and the solder bumps 105 punched into individual pieces are temporarily fixed to the substrate-side electrode pads 104 by thermocompression bonding.
【０００６】次に、個片状のはんだバンプ１０５を図３
の（ｂ）に示すように、フラックス１０９を添加して加
熱溶融することで球状化させる。次に、図３の（ｃ）に
示すように、フラックス１０９を洗浄除去した後、光素
子である半導体レーザ１１０をはんだバンプ１０５上に
仮搭載する。そして、はんだバンプ１０５を再び溶融す
ることによって半導体レーザ１１０をＳｉ基板１０１上
に接合し、溶融したはんだの表面張力に起因するセルフ
アライメント効果により図３の（ｄ）に示したように半
導体レーザ１１０が所定の接合位置に自動的に位置決め
される。高さ方向の位置決めははんだバンプの体積によ
って決まる。この効果を利用して光素子と光伝送路との
光軸合わせを無調整で行うことができる。Next, individual solder bumps 105 are shown in FIG.
(B), the flux 109 is added and heated and melted to form a spheroid. Next, as shown in FIG. 3C, after the flux 109 is washed and removed, a semiconductor laser 110 as an optical element is temporarily mounted on the solder bump 105. Then, the semiconductor laser 110 is bonded onto the Si substrate 101 by re-melting the solder bumps 105, and the self-alignment effect caused by the surface tension of the molten solder causes the semiconductor laser 110 to be bonded as shown in FIG. Is automatically positioned at a predetermined joint position. The positioning in the height direction is determined by the volume of the solder bump. By utilizing this effect, the optical axis of the optical element and the optical transmission path can be aligned without adjustment.
【０００７】図４に、図３の（ｃ）及び（ｄ）の工程で
のセルフアライメント効果による半導体レーザ１１０の
様子を模式的に平面図で表した。同図（ａ）に示すよう
に基板側電極パッド（不図示）上のはんだバンプ１０５
に仮搭載された半導体レーザ１１０はリフローによって
セルフアライメントされる。その結果、同図（ｂ）に示
すように、光ファイバ１１６のコア１１７の光軸１１８
と半導体レーザ１１０の活性層１１１の中心軸とが一致
する。FIG. 4 is a plan view schematically showing the state of the semiconductor laser 110 due to the self-alignment effect in the steps (c) and (d) of FIG. As shown in FIG. 3A, the solder bump 105 on the substrate-side electrode pad (not shown)
The semiconductor laser 110 temporarily mounted is self-aligned by reflow. As a result, the optical axis 118 of the core 117 of the optical fiber 116 is changed as shown in FIG.
And the central axis of the active layer 111 of the semiconductor laser 110 coincides.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の方
法では、パンチング加工によって基板上に形成された個
片状のはんだバンプを、半導体レーザを実装する前に、
一旦フラックスを添加して溶融している。そのため、は
んだバンプを形成する前の基板に既に他のチップ部品が
実装されている場合、それらのチップ部品がフラックス
の腐食性によって劣化する問題がある。また、フラック
スの塗布、溶融、洗浄、というプロセスが間に入る分だ
けコスト高となる問題がある。However, according to the conventional method, individual solder bumps formed on a substrate by punching are removed before mounting a semiconductor laser.
Once the flux is added and melted. Therefore, when other chip components are already mounted on the substrate before the solder bumps are formed, there is a problem that those chip components are deteriorated by the corrosiveness of the flux. In addition, there is a problem that the cost is increased as much as the processes of applying, melting, and washing flux are interposed.
【０００９】本発明の目的は、上記の従来技術の問題点
を解消するために、パンチング加工により基板上に個片
状のはんだバンプを形成した後、フラックスを使用せず
に光素子を実装できるようにすることで、低コストで、
かつ信頼性の高い、光素子の実装方法を提供することに
ある。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art by forming individual solder bumps on a substrate by punching and then mounting an optical element without using a flux. By doing so, at low cost,
An object of the present invention is to provide a method for mounting an optical element which is highly reliable.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、光素子の電極パッド、および該光素子を
実装する基板の電極パッドのいずれか一方に、シート状
のはんだを微小なポンチとダイスで打ち抜いてなる個片
状のはんだバンプを仮固定した後、該はんだバンプを非
酸化性ガス雰囲気中あるいは還元性ガス雰囲気中で加熱
溶融させて前記光素子と前記基板とを接合するととも
に、溶融した前記はんだバンプの表面張力に起因するセ
ルフアライメント効果により前記光素子を位置決めする
ことを特徴とする。この場合、前記非酸化性ガスとして
Ｎ2もしくは、Ａｒが考えられ、前記還元性ガスとして
はＨ2が考えられる。また、前記はんだバンプの材料と
してＡｕＳｎ合金であることが好ましい。In order to achieve the above object, the present invention provides a method in which a sheet-like solder is applied to one of an electrode pad of an optical element and an electrode pad of a substrate on which the optical element is mounted. After temporarily fixing individual solder bumps punched out with a punch and a die, the solder bumps are heated and melted in a non-oxidizing gas atmosphere or a reducing gas atmosphere to join the optical element and the substrate. And positioning the optical element by a self-alignment effect caused by the surface tension of the molten solder bump. In this case, N 2 or Ar is considered as the non-oxidizing gas, and H 2 is considered as the reducing gas. Preferably, the material of the solder bump is an AuSn alloy.
【００１１】上記のとおりの発明では、シート状のはん
だを微小なポンチとダイスで打ち抜いてなる個片状のは
んだバンプを基板側もしくは光素子側の電極パッドに仮
固定し、そのはんだバンプをＮ2もしくはＡｒなどの非
酸化性ガス、またはＨ2などの還元性ガス雰囲気中で加
熱溶融させることにより、光素子と基板の接合前に酸化
防止のためにフラックスを添加してはんだバンプを一旦
溶融させるプロセスを行わなくても、はんだバンプ表面
の酸化が防止され、セルフアライメント効果が十分に得
られる。またこの場合、フラックスを添加してはんだバ
ンプを一旦溶融させるプロセスを行わなくて済むので、
実装工数が低減し、低コストである。またフラックスを
使用しないため、フラックスの活性作用によって生じ得
る素子の劣化、電極の腐食などを防ぎ、信頼性の高い、
光素子の実装方法が得られる。In the invention as described above, individual solder bumps formed by punching a sheet of solder with a small punch and a die are temporarily fixed to the electrode pads on the substrate side or the optical element side, and the solder bumps are fixed to N By heating and melting in a non-oxidizing gas such as 2 or Ar or a reducing gas atmosphere such as H 2 , flux is added to prevent oxidation before joining the optical element and substrate, and the solder bumps are once melted Oxidation of the surface of the solder bump is prevented without performing the process of performing the above, and a sufficient self-alignment effect can be obtained. Also, in this case, there is no need to perform a process of adding the flux and once melting the solder bumps.
Mounting man-hours are reduced and cost is reduced. In addition, since no flux is used, deterioration of the element, corrosion of the electrode, etc., which may be caused by the activation action of the flux, is prevented, and high reliability is achieved.
An optical element mounting method is obtained.
【００１２】また、パンチング加工により基板側もしく
は光素子側の電極パッド上にはんだバンプを熱圧着で形
成することにより、蒸着、スパッタリングなどの工数の
かかる真空プロセスを経ることなくバンプ形成が行える
ため、低コストな、光素子の実装方法が得られる。In addition, by forming solder bumps on the electrode pads on the substrate side or on the optical element side by thermocompression bonding by punching, bumps can be formed without going through a time-consuming vacuum process such as vapor deposition and sputtering. A low-cost method for mounting an optical element can be obtained.
【００１３】また、バンプ材料にＡｕＳｎを用いること
により、通常のＰｂＳｎバンプを用いてセルフアライメ
ントする場合に比べて、はんだクリープ現象によって起
こる、光素子と光導波路の光軸ずれを少なくすることが
可能となる。Further, by using AuSn as the bump material, it is possible to reduce the optical axis deviation between the optical element and the optical waveguide caused by the solder creep phenomenon, as compared with the case where self-alignment is performed using a normal PbSn bump. Becomes
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。また、以下の各実施の形態
では、基板としてＳｉ基板、光素子として半導体レー
ザ、バンプとしてＡｕＳｎからなるはんだバンプを例に
挙げた。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, a Si substrate is used as a substrate, a semiconductor laser is used as an optical element, and a solder bump made of AuSn is used as a bump.
【００１５】（第１の実施形態）図１の（ａ）〜（ｄ）
は、本発明の、光素子の実装方法の第１の実施形態の工
程を説明するための図である。(First Embodiment) FIGS. 1 (a) to 1 (d)
FIG. 3 is a diagram for explaining the steps of the first embodiment of the optical element mounting method of the present invention.
【００１６】この実施の形態による光素子の実装方法で
は、まず、図１の（ａ）に示すように、一連のフォトリ
ソグラフィによってＳｉ基板１上にＶ溝１４および基板
側電極パッド４をそれぞれ形成する。Ｖ溝１４はＫＯＨ
等を用いた異方性エッチングによって形成する。これに
より基板側電極パッド４とＶ溝１４との相対位置精度は
フォトリソグラフィにおけるフォトマスクの目合わせ精
度で達成される。また、Ｖ溝１４とは直角な方向に切削
加工などによって矩形溝１５を形成する。次に、従来技
術で述べたパンチング加工により、個片状のＡｕＳｎは
んだバンプ５を基板側電極パッド４上に熱圧着する。In the method of mounting an optical element according to this embodiment, first, as shown in FIG. 1A, a V-groove 14 and a substrate-side electrode pad 4 are formed on a Si substrate 1 by a series of photolithography. I do. V-groove 14 is KOH
It is formed by anisotropic etching using, for example. Thereby, the relative positional accuracy between the substrate-side electrode pad 4 and the V-groove 14 is achieved by the alignment accuracy of the photomask in photolithography. Further, a rectangular groove 15 is formed by cutting or the like in a direction perpendicular to the V groove 14. Next, the individual AuSn solder bumps 5 are thermocompression-bonded onto the substrate-side electrode pads 4 by the punching process described in the related art.
【００１７】次に、図１の（ｂ）に示すようにＡｕＳｎ
はんだバンプの上に半導体レーザ１０を載せ、はんだの
表面酸化が起こりにくいＮ2雰囲気中でリフロー接合す
ると、図１の（ｃ）に示すように前に述べたセルフアラ
イメント効果により所定の位置に高精度に接合される。
次に光ファイバ１６をＶ溝１４によって位置決めし接着
剤などで固定する。光ファイバ１６の光軸方向の位置決
めは光ファイバ１６の端面を矩形溝１５の側面に突き当
てることにより達成する。これにより図１の（ｄ）に示
すように、半導体レーザ１０の光軸１０ａと光ファイバ
１６の光軸１６ａの位置合わせが達成される。Next, as shown in FIG. 1B, AuSn
When the semiconductor laser 10 is placed on the solder bumps and reflow-bonded in an N 2 atmosphere where the surface oxidation of the solder is unlikely to occur, as shown in FIG. Joined with precision.
Next, the optical fiber 16 is positioned by the V groove 14 and fixed with an adhesive or the like. The positioning of the optical fiber 16 in the optical axis direction is achieved by abutting the end face of the optical fiber 16 against the side face of the rectangular groove 15. Thereby, as shown in FIG. 1D, the alignment between the optical axis 10a of the semiconductor laser 10 and the optical axis 16a of the optical fiber 16 is achieved.
【００１８】このような実施の形態によれば、基板と光
素子とをはんだバンプを介してＮ2雰囲気中でリフロー
接合したので、パンチング加工により基板上に形成され
た個片状のはんだバンプはリフロー接合時にのみ加熱す
れば良く、はんだの酸化防止のためにフラックスを添加
してはんだバンプを一旦溶融させて球状化するプロセス
は必要ない。これによって実装工数を低減することがで
き、またフラックスを用いないため、フラックスの活性
作用によって生じ得る素子の劣化、電極の腐食などを防
ぎ、信頼性の高い、光素子の実装方法が得られる。According to such an embodiment, since the substrate and the optical element are reflow-bonded via the solder bumps in the N 2 atmosphere, the individual solder bumps formed on the substrate by the punching process can be used. Heating may be performed only at the time of reflow bonding, and there is no need to add a flux to prevent solder oxidation and temporarily melt the solder bumps to form a spheroid. As a result, the number of mounting steps can be reduced, and since no flux is used, deterioration of the element and corrosion of the electrode, which can be caused by the activation action of the flux, can be prevented, and a highly reliable optical element mounting method can be obtained.
【００１９】また、パンチング加工により基板側もしく
は光素子側の電極パッド上にはんだバンプを熱圧着で形
成することにより、蒸着、スパッタリングなどの工数の
かかる真空プロセスを経ることなくバンプ形成が行える
ため、低コストな、光素子の実装方法が得られる。なお
かつ、はんだバンプの材質にＡｕＳｎを用い、リフロー
はんだ接合をＮ2雰囲気で行うことにより、フラックス
を添加せずにはんだ接合が可能である。これにより信頼
性の高い、光素子の実装方法が得られる。また、バンプ
材料にＡｕＳｎを用いることにより、通常のＰｂＳｎバ
ンプを用いてセルフアライメントする場合に比べて、は
んだクリープ現象によって起こる光軸ずれを少なくする
ことができる。Also, by forming solder bumps on the electrode pads on the substrate side or the optical element side by punching by thermocompression bonding, the bumps can be formed without going through a time-consuming vacuum process such as vapor deposition and sputtering. A low-cost method for mounting an optical element can be obtained. In addition, by using AuSn as the material of the solder bumps and performing reflow soldering in an N 2 atmosphere, soldering can be performed without adding a flux. As a result, a highly reliable optical element mounting method can be obtained. Further, by using AuSn as the bump material, the optical axis shift caused by the solder creep phenomenon can be reduced as compared with the case where self-alignment is performed using a normal PbSn bump.
【００２０】この第１の実施の形態では、光素子として
単一の発光部を有する半導体レーザを、光伝送路として
単芯の光ファイバをそれぞれ選択したが、光素子として
多芯の半導体レーザと多芯の光ファイバとの組合せを選
択しても良く、また、光素子として導波路形フォトダイ
オード、あるいは導波路形フォトダイオードアレイを選
択しても良い。また、この光伝送路として光ファイバを
選択したが、光導波路、光分波器、光合波器あるいは光
スイッチ、光変調器などを選択しても良い。また、エッ
チングによるＶ溝の形成にＫＯＨを用いたが、ヒドラジ
ン等の他の溶液でも良い。また、矩形溝の形成方法とし
て切削加工を用いたが、等方性エッチング等の、他の方
法でも良い。また、リフロー接合においてＮ2雰囲気を
選択したが、はんだバンプの表面酸化が起こりにくい雰
囲気であれば、Ａｒ等の他の非酸化性ガスを用いても良
い。In the first embodiment, a semiconductor laser having a single light-emitting portion is selected as an optical element, and a single-core optical fiber is selected as an optical transmission line. A combination with a multi-core optical fiber may be selected, and a waveguide photodiode or a waveguide photodiode array may be selected as an optical element. Although an optical fiber is selected as the optical transmission line, an optical waveguide, an optical demultiplexer, an optical multiplexer, an optical switch, an optical modulator, or the like may be selected. Although KOH is used for forming the V-groove by etching, another solution such as hydrazine may be used. In addition, although the cutting process is used as the method of forming the rectangular groove, another method such as isotropic etching may be used. Further, the N 2 atmosphere is selected in the reflow bonding, but other non-oxidizing gas such as Ar may be used as long as the atmosphere does not easily oxidize the surface of the solder bump.
【００２１】（第２の実施形態）図２の（ａ）〜（ｄ）
は、本発明の、光素子の実装方法の第２の実施形態の工
程を説明するための図である。前述の第１の実施の形態
においては、端面発光形の半導体レーザと光ファイバと
を光結合する形態を示したが、ここでは表面入射形の受
光素子と光ファイバとを光結合する形態を説明する。(Second Embodiment) FIGS. 2 (a) to 2 (d)
FIG. 4 is a diagram for explaining steps of a second embodiment of the method for mounting an optical element according to the present invention. In the first embodiment described above, the mode in which the edge-emitting semiconductor laser and the optical fiber are optically coupled has been described. Here, the mode in which the front-illuminated light-receiving element and the optical fiber are optically coupled will be described. I do.
【００２２】まず、図２の（ａ）に示すように、一連の
フォトリソグラフィによってＳｉ基板１上にＶ溝１４お
よび基板側電極パッド４をそれぞれ形成する。Ｖ溝１４
はＫＯＨ等を用いた異方性エッチングによって形成す
る。これにより基板側電極パッド４とＶ溝１４との相対
位置精度はフォトリソグラフィにおけるフォトマスクの
目合わせ精度で達成される。ここで、Ｓｉ基板１上に異
方性エッチングでＶ溝を形成すると、Ｖ溝１４の終端面
は斜めになる。この斜めになった終端面にスパッタリン
グなどによってＡｕからなるミラー１９を形成する。次
に、基板側電極パッド４上に個片状のＡｕＳｎはんだバ
ンプ５をパンチング加工により熱圧着する。受光素子１
８の受光面と同一面上に光素子側電極パッド１２を、基
板側電極パッド４に対応する位置に形成しておく。First, as shown in FIG. 2A, a V-groove 14 and a substrate-side electrode pad 4 are formed on a Si substrate 1 by a series of photolithography. V groove 14
Is formed by anisotropic etching using KOH or the like. Thereby, the relative positional accuracy between the substrate-side electrode pad 4 and the V-groove 14 is achieved by the alignment accuracy of the photomask in photolithography. Here, when a V-groove is formed on the Si substrate 1 by anisotropic etching, the terminal surface of the V-groove 14 becomes oblique. A mirror 19 made of Au is formed on the inclined end surface by sputtering or the like. Next, individual AuSn solder bumps 5 are thermocompression-bonded on the substrate-side electrode pads 4 by punching. Light receiving element 1
The optical element-side electrode pad 12 is formed on the same surface as the light-receiving surface 8 at a position corresponding to the substrate-side electrode pad 4.
【００２３】次に図２の（ｂ）に示したように、ＡｕＳ
ｎはんだバンプ５の上に表面入射形の受光素子１８を載
せ、Ｎ2雰囲気中でリフロー接合すると、セルフアライ
メント効果により図４の（ｃ）に示すように受光素子が
所定の位置に高精度に接合される。次に、図４の（ｄ）
に示すように光ファイバ１６をＶ溝１４によって位置決
めし接着剤などで固定する。この実施の形態では、光フ
ァイバ１６の端面から出射された光はミラー１９で反射
して受光素子１８の受光面に入射する。電極パッド、は
んだバンプなどの形成方法については第１の実施の形態
と同様である。Next, as shown in FIG. 2B, AuS
When the front-illuminated light-receiving element 18 is placed on the n solder bump 5 and reflow-bonded in an N 2 atmosphere, the light-receiving element is precisely positioned at a predetermined position as shown in FIG. Joined. Next, FIG.
The optical fiber 16 is positioned by the V-groove 14 and fixed with an adhesive or the like as shown in FIG. In this embodiment, light emitted from the end face of the optical fiber 16 is reflected by the mirror 19 and enters the light receiving surface of the light receiving element 18. The method for forming the electrode pads, the solder bumps, and the like is the same as in the first embodiment.
【００２４】この実施の形態では、光素子として表面入
射形の受光素子を選択したが、面発光レーザ、面発光レ
ーザアレイ、あるいは発光ダイオード、発光ダイオード
アレイを選択しても良い。ミラーの材質としてはＡｕを
選択したが、Ｐｔなどの反射率の高い材質であればこれ
以外の材質でも良い。また、また、エッチングによるＶ
溝の形成にＫＯＨを用いたが、ヒドラジン等の他の溶液
でも良い。また、リフロー接合においてＮ2雰囲気を選
択したが、はんだバンプの表面酸化が起こりにくい雰囲
気であれば、Ａｒ等の他の非酸化性ガスを用いても良
い。In this embodiment, a front-illuminated light receiving element is selected as the optical element, but a surface emitting laser, a surface emitting laser array, a light emitting diode, or a light emitting diode array may be selected. Although Au was selected as the material for the mirror, any other material having high reflectivity such as Pt may be used. In addition, V
Although KOH was used for forming the grooves, other solutions such as hydrazine may be used. Further, the N 2 atmosphere is selected in the reflow bonding, but other non-oxidizing gas such as Ar may be used as long as the atmosphere does not easily oxidize the surface of the solder bump.
【００２５】（第３の実施形態）ここでは、第１及び第
２の実施の形態でにリフロー接合時に用いたＮ2やＡｒ
等の非酸化性ガスに代え、リフロー接合においてＨ2雰
囲気を選択した場合について説明する。そのほかの過程
は前述の第１の実施の形態と同様である。これによれ
ば、Ｈ2ガスの還元作用により、はんだバンプの酸化膜
が除去され、はんだ溶融時に光素子側電極パッドへの濡
れ性が向上し、より信頼性の高い接合が得られるととも
にセルフアライメント作用が酸化膜に妨害されることな
く十分に働くため高精度な自動位置決めが可能である。
なお、リフロー接合の雰囲気ガスとしてはＨ2に限らず
他の還元性ガスでも良く、還元性ガスと非酸化性ガスと
の混合ガスを用いても良い。(Third Embodiment) Here, N 2 and Ar used in the reflow bonding in the first and second embodiments are used.
A case will be described in which an H 2 atmosphere is selected in the reflow bonding instead of the non-oxidizing gas such as. Other steps are the same as those in the first embodiment. According to this, the oxide film of the solder bump is removed by the reducing action of the H 2 gas, the wettability to the optical element side electrode pad is improved when the solder is melted, and a more reliable bonding is obtained and the self-alignment is obtained. Since the operation works sufficiently without being hindered by the oxide film, highly accurate automatic positioning is possible.
The atmosphere gas for the reflow bonding is not limited to H 2 , but may be another reducing gas, or a mixed gas of a reducing gas and a non-oxidizing gas.
【００２６】さらに、上述した第１〜第３の実施の形態
において、基板側電極パッドの材質としてＡｕを選択し
たが、表面の酸化が起こりにくく、はんだ濡れ性のよい
材質であればこれ以外の材質でもよい。また、はんだバ
ンプ接合に用いられる基板側電極パッドおよび光素子側
電極パッドの形状は所望のセルフアライメント効果が得
られれば円形以外の形状でも良く、矩形、線状などでも
良い。また、これらの異なる形状を組み合わせて配置し
たものを用いても良い。さらに、パンチング加工により
個片状のはんだバンプを基板側電極パッドに形成した
が、光素子側電極パッドに形成しても良い。Furthermore, in the above-described first to third embodiments, Au is selected as the material of the substrate-side electrode pad. However, any other material can be used as long as the material does not easily oxidize the surface and has good solder wettability. The material may be used. Further, the shape of the substrate-side electrode pad and the optical element-side electrode pad used for solder bump bonding may be any shape other than a circle as long as a desired self-alignment effect is obtained, and may be a rectangle or a line. Further, a combination of these different shapes may be used. Further, the individual solder bumps are formed on the substrate-side electrode pads by punching, but may be formed on the optical element-side electrode pads.
【００２７】[0027]
【実施例】以下、上述した実施の形態に用いた構成部品
の材質、寸法を数値を挙げて説明する。上述した第１〜
第３の実施の形態において、基板側電極パッドの膜構成
はＳｉ基板側から順にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕとした。基板側
電極パッドおよび光素子側電極パッドの寸法はφ５０μ
ｍ、厚さは０．７μｍとし、接合後のバンプ高さは基板
側および光素子側電極パッドの厚さを含めて４０μｍと
した。リフロー接合時の加熱温度は３００℃とした。パ
ンチング加工によるはんだバンプの形成においてはＡｕ
Ｓｎからなるシート状はんだの厚さを３０μｍ、ポンチ
の直径をφ９０μｍとし、シート状はんだの打ち抜きは
ＡｕＳｎからなるシート状はんだを１８０℃に加熱し、
Ｓｉ基板を１５０℃に加熱した状態で行った。Ｓｉ基板
表面から光ファイバのコアの中心までの高さは４４μｍ
とした。Ｖ溝の側面とＳｉ基板面とのなす角度は５４．
７度とした。Ｖ溝の幅は前記の第１の実施の形態では９
６μｍ、第２の実施の形態では１６５μｍとした。ま
た、光ファイバの直径は１２５μｍとした。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The materials and dimensions of the components used in the above embodiment will be described below with numerical values. The above first to first
In the third embodiment, the film configuration of the substrate-side electrode pads is Ti, Pt, and Au in order from the Si substrate side. The dimensions of the substrate side electrode pad and the optical element side electrode pad are φ50μ
m, the thickness was 0.7 μm, and the bump height after bonding was 40 μm including the thickness of the substrate-side and optical element-side electrode pads. The heating temperature at the time of reflow joining was set to 300 ° C. In the formation of solder bumps by punching, Au
The thickness of the sheet solder made of Sn is 30 μm, the diameter of the punch is φ90 μm, and the punching of the sheet solder is performed by heating the sheet solder made of AuSn to 180 ° C.
The test was performed with the Si substrate heated to 150 ° C. The height from the surface of the Si substrate to the center of the core of the optical fiber is 44 μm
And The angle between the side surface of the V groove and the surface of the Si substrate is 54.
7 degrees. The width of the V groove is 9 in the first embodiment.
6 μm, and 165 μm in the second embodiment. The diameter of the optical fiber was 125 μm.
【００２８】[0028]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光素子の
実装方法は、光素子の電極パッド、および該光素子を実
装する基板の電極パッドのいずれか一方に、シート状の
はんだを微小なポンチとダイスで打ち抜いてなる個片状
のはんだバンプを仮固定した後、該はんだバンプを非酸
化性ガスまたは還元性ガス雰囲気中で加熱溶融させて前
記光素子と前記基板を接合するとともに、溶融した前記
はんだバンプの表面張力に起因するセルフアライメント
効果により前記光素子を位置決めすることにより、光素
子と基板の接合前に酸化防止のためにフラックスを添加
してはんだバンプを一旦溶融させるプロセスを行わなく
ても、はんだバンプ表面の酸化が防止され、セルフアラ
イメント効果を十分に得られるという効果を奏する。As described above, according to the optical element mounting method of the present invention, a sheet-like solder is applied to one of the electrode pad of the optical element and the electrode pad of the substrate on which the optical element is mounted. After temporarily fixing individual solder bumps punched out with a punch and a die, the solder bumps are heated and melted in a non-oxidizing gas or reducing gas atmosphere to join the optical element and the substrate, By positioning the optical element by a self-alignment effect caused by the surface tension of the melted solder bump, a process of adding a flux to prevent oxidation and temporarily melting the solder bump before joining the optical element and the substrate is performed. Even without this, there is an effect that oxidation of the surface of the solder bump is prevented, and a sufficient self-alignment effect can be obtained.
【００２９】また、フラックスを添加してはんだバンプ
を一旦溶融させるプロセスが削減され、従来よりも低コ
ストである。またフラックスを使用しないため、フラッ
クスの活性作用によって生じ得る素子の劣化、電極の腐
食などを防ぎ、信頼性の高い、光素子の実装方法を提供
することができる。Further, the process of once melting the solder bumps by adding the flux is reduced, so that the cost is lower than in the conventional case. In addition, since no flux is used, deterioration of the element and corrosion of the electrode, which may be caused by the activation action of the flux, can be prevented, and a highly reliable optical element mounting method can be provided.
【００３０】また、パンチング加工により基板側もしく
は光素子側の電極パッド上にはんだバンプを熱圧着で形
成することにより、蒸着、スパッタリングなどの工数の
かかる真空プロセスを経ることなくバンプ形成が行える
ため、低コストな、光素子の実装方法を提供することが
できる。Further, by forming solder bumps on the electrode pads on the substrate side or on the optical element side by punching by thermocompression bonding, bumps can be formed without going through a time-consuming vacuum process such as vapor deposition and sputtering. An inexpensive optical element mounting method can be provided.
【００３１】また、バンプ材料にＡｕＳｎを用いること
により、通常のＰｂＳｎバンプを用いてセルフアライメ
ントする場合に比べて、はんだクリープ現象によって起
こる、光素子と光導波路の光軸ずれを少なくすることが
できる。Further, by using AuSn as the bump material, the optical axis deviation between the optical element and the optical waveguide caused by the solder creep phenomenon can be reduced as compared with the case where self-alignment is performed using a normal PbSn bump. .
【図１】本発明の、光素子の実装方法の第１の実施形態
の工程を説明するための図である。FIG. 1 is a view for explaining steps of a first embodiment of a method for mounting an optical element according to the present invention.
【図２】本発明の、光素子の実装方法の第２の実施形態
の工程を説明するための図である。FIG. 2 is a view for explaining steps of a second embodiment of the optical element mounting method according to the present invention.
【図３】従来の、光素子の実装方法を説明するための工
程図である。FIG. 3 is a process chart for explaining a conventional optical element mounting method.
【図４】図３の（ｃ）及び（ｄ）の工程でのセルフアラ
イメント効果による半導体レーザの様子を模式的表した
平面図である。FIG. 4 is a plan view schematically showing a state of a semiconductor laser due to a self-alignment effect in the steps (c) and (d) of FIG.
１ Ｓｉ基板 ４ 基板側電極パッド ５ ＡｕＳｎはんだバンプ １０ 半導体レーザ（光素子） １０ａ，１６ａ 光軸 １１ 半導体レーザの活性層 １２ 光素子側電極パッド １４ Ｖ溝 １５ 矩形溝 １６ 光ファイバ １７ 光ファイバのコア １８ 受光素子 １９ ミラー Reference Signs List 1 Si substrate 4 Substrate-side electrode pad 5 AuSn solder bump 10 Semiconductor laser (optical element) 10a, 16a Optical axis 11 Active layer of semiconductor laser 12 Optical element-side electrode pad 14 V-groove 15 Rectangular groove 16 Optical fiber 17 Optical fiber core 18 Photodetector 19 Mirror
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 正隆 東京都港区芝五丁目７番１号 日本電気 株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−179154（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−126689（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−71908（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−163869（ＪＰ，Ａ) 特公 平６−82710（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 6/42 - 6/43 H01L 33/00 H01S 5/022 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Masataka Ito 5-7-1 Shiba, Minato-ku, Tokyo Within NEC Corporation (56) References JP-A-8-179154 (JP, A) JP-A-63 -126689 (JP, A) JP-A-62-71908 (JP, A) JP-A-6-163869 (JP, A) JP-B-6-82710 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int. . 7, DB name) G02B 6/42 - 6/43 H01L 33/00 H01S 5/022
Claims (1)
実装する基板の電極パッドのいずれか一方に、シート状
のはんだを微小なポンチとダイスで打ち抜いてなる個片
状のはんだバンプを仮固定した後、ただちに該はんだバ
ンプをＮ 2 ガスもしくは、Ａｒガス雰囲気中で加熱溶融
させて前記光素子と前記基板を接合するとともに、溶融
した前記はんだバンプの表面張力に起因するセルフアラ
イメント効果により前記光素子を位置決めする、光素子
の実装方法。1. An individual solder bump formed by punching a sheet-like solder with a fine punch and die on one of an electrode pad of an optical element and an electrode pad of a substrate on which the optical element is mounted. Immediately after fixing, the solder bumps are heated and melted in an N 2 gas or Ar gas atmosphere to join the optical element and the substrate, and the self-alignment effect caused by the surface tension of the melted solder bumps is used. An optical element mounting method for positioning an optical element.
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