JP3793648B2 - Multi-chip module manufacturing method - Google Patents

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    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パッシブアライメントを利用するマルチチップモジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチチップモジュールの一種であるレーザチップモジュールは、光ファイバーを介して半導体レーザチップから出力されたレーザ光線をヒートシンクの外部に導く一方、レーザチップから出力されたモニターレーザをモニターチップに導くように設計されている。従って、レーザ光線に光ファイバーをアライメントするために、レーザチップと光ファイバーとを優れた精度で位置合わせする必要がある。従来、光ファイバーのアライメントは、ヒートシンクに固定されたレーザチップからレーザ光線を出力させる一方、ヒートシンク上で光ファイバーの位置を調整し、光ファイバーに導かれる光パワーが最大になる位置に光ファイバーを固定していた。アクティブアライメントと呼ばれるこの方法は、光ファイバーとレーザチップとを精密に位置合わせすることが可能であるが、アライメントに時間がかかるため生産性が悪く、レーザチップモジュールを低価格で生産することの弊害であった。
【０００３】
近年、上記課題に対処するためにパッシブアライメントと呼ばれる方法が提案されている。この方法は、予めヒートシンクであるシリコン基板にＶ型溝を形成し、該Ｖ字型溝に光ファイバーを落とし込んで固定した後、レーザチップとヒートシンクとに形成されているアライメントマークを画像認識して、レーザチップのレーザ光線を出力する発光部が、光ファイバーのコア断面の直前になるようなヒートシンク上の基準点にレーザチップを固定するものである。
【０００４】
詳細には、図５（ａ）で示すように、ヒートシンク金属膜１０を備えていて、さらにその上に半田材１１が形成されているヒートシンク１３をボンディング装置（図示せず）に設置する。他方、内部にレーザ光線を出力する発光部６を有し、表面に半田材用金属層１２を備えているレーザチップ１を上記ヒートシンク１３の上方に設置する。この際、発光部６は、上記レーザ光線が入力される光ファイバー（図示せず）のコアの中心である基準点６の上方に位置する。次に、図５（ｂ）で示すように、キャピラリ１４によって、レーザチップ１をヒートシンク１３に押しつけて所定の加重をかけながら、半田材１１を加熱し冷却する。こうすることで基準点７に発光点６が一致する位置、即ち光ファイバーに十分にレーザ光線を供給できる位置にレーザチップ１を半田材１１で固定する。
【０００５】
ヒートシンクにレーザチップを固定した後、レーザ光線を十分に入力することができるヒートシンク上の位置にモニターチップを半田材で固定する。即ち、パッシブアライメントによってレーザチップとモニターチップとを固定する場合、同一のヒートシンク上で半田融解が二度行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらパッシブアライメントには、以下に説明するような課題があった。モニターチップを固定する際にヒートシンクを加熱するので、既にレーザチップを固定している半田材が再融解・再凝縮する。この際、キャピラリはモニターチップを押さえていて、レーザチップに適度な荷重がかかることがないので、再融解した半田材の表面張力により、レーザチップが半田材から浮いた状態で固定される。
【０００７】
さらに、ヒートシンク金属膜の状態及び該金属膜の酸化状態によって、再融解・再凝固した半田材が一部ヒートシンク内部に浸透し、さらにヒートシンクが部分的に半田材をはじくので、再融解時の半田材の表面張力が不均一になり、半田材の表面が傾斜し、図６で示すようにレーザチップ１が傾斜して固定される。
【０００８】
上述したような状態になると、レーザチップの発光点６が基準点７からずれた状態で固定される。このような状態では、レーザ光線を光ファイバーに適切に導くことはできない。
【０００９】
さらに、融解し凝固することで体積が減少する特性を有する半田材を用いると、半田材用金属膜と半田材との間に不均一な空隙が発生する可能性がある。このような空隙はレーザチップでは発生した熱をヒートシンクに放熱することの妨げになる。特に、レーザチップモジュールの最大の発熱源である発光部の直下部分にこのような空隙が発生すると、レーザチップモジュールの高温動作に悪影響を与える。
【００１０】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、（１）予め光ファイバーが固定されているヒートシンク上に光半導体チップと受光チップを優れた精度で所定の位置に固定するマルチチップモジュールの製造方法、及び（２）放熱性に優れた融着半田部を備えたマルチチップモジュールの製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明にかかるマルチチップモジュールの製造方法は、同一のヒートシンク上にレーザチップ及びモニターチップを仮固定した後に、該両チップを半田材で同時に固定する。具体的には、本発明にかかるレーザチップモジュールの製造方法は、レーザ光線を発振して出力する又は入力されたレーザ光線を増幅して出力する光半導体チップと、出力されたレーザ光線を受光する一又は二以上の受光チップと、上記光半導体チップに接続された光ファイバーとが同一のヒートシンク上に所定の位置関係で固定されていて、上記光ファイバーを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するとともに上記光半導体チップと上記受光チップとを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するマルチチップモジュールの製造方法であって、上記光ファイバーから入力される又は上記光ファイバーに出力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の光半導体チップ位置に上記光半導体チップを仮固定材によって仮固定する光半導体チップ仮固定工程と、上記受光チップに入力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の受光チップ位置に上記受光チップを仮固定材によって仮固定する受光チップ仮固定工程と、上記仮固定された上記光半導体チップ及び上記仮固定された上記受光チップを半田材によって固定するチップ固定工程とを含むことを特徴とするもので、上記光半導体チップと上記受光チップを同時に半田材で固定することによって、ヒートシンク上での位置ずれを防止する。
【００１２】
また、上記マルチチップモジュールの製造方法は、十分な強度でチップを仮固定する為に、上記仮固定を圧着された金属又は樹脂接着剤で行うことが好ましい。
【００１３】
さらに、上記マルチチップモジュールの製造方法は、上記レーザチップがその固定側表面に半田材用金属膜と、該半田材用金属膜から分離されている仮固定材用金属膜とを有する一方、上記ヒートシンクがその固定側表面に上記レーザチップ側の上記半田材用金属膜に対応する半田材用金属膜と上記レーザチップ側の上記仮固定材用金属膜に対応する仮固定材用金属膜を有しているのが好ましい。
【００１４】
また、上記マルチチップモジュールの製造方法は、半田材に発生する空隙を減少させてレーザチップモジュールの放熱効率を向上させる為に、上記半田材用金属膜を、上記レーザチップの固定側表面で該レーザチップが上記レーザ光線を出力することで温度が上昇する部分に形成する一方、ヒートシンク側には上記半田材用金属膜を覆うように半田材を設け、上記チップ固定工程において、上記半田材を融解凝固させ上記レーザチップ側の上記半田材用金属膜と上記ヒートシンク側の上記半田材用金属膜との間に上記半田材よりも体積が小さく上記両金属膜に密着している融着半田部を形成するのが好ましい。
【００１５】
さらに、上記マルチチップモジュールの製造方法は、融解した余剰な半田材が仮固定部を融解することを防止する為に、上記ヒートシンク上の上記半田材用ヒートシンク金属膜と上記仮固定材用ヒートシンク金属膜との間に余剰な融解した上記半田材が流れ込む半田材たまり溝が形成されているのが好ましい。
【００１６】
また、上記マルチチップモジュールの製造方法は、半田材に発生する空隙を減少させるために、上記圧着された金属が、少なくとも表面に金又は金合金層で形成されたものである場合、上記半田材を、融解前後において体積が変化しないＰｂＳｎ又はＩｎＰｂとすることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
実施の形態１．
最初に、図１を参照して、本発明の実施の形態１にかかるレーザチップモジュール２０に関して説明する。図１で示すレーザチップモジュール２０は、パッシブアライメントによって光ファイバー１６に対して、光半導体チップであるレーザチップ１の位置決めを行ったものである。詳細には、レーザチップモジュール２０は、ヒートシンク２上に設けられたＶ字溝１７に光ファイバー１６を固定した後、レーザ光線を出力する発光部６を備えたレーザチップ１を圧着金属３で仮固定し、モニターチップ１５を圧着金属３で仮固定し、続いて上記両チップ１、１５を融着半田材４で固定したものである。レーザチップ１が光ファイバー１６及びモニターチップ１５に最大限にレーザ光線を供給できるように、図１（ｂ）に示すように、レーザチップ１の前方発光部６ｂと光ファイバー１６のコアの中心とが対向し、レーザチップ１の後方発光部６ｂとモニターチップ１５の受光部１５ａとが対向するように、光ファイバー１６、レーザチップ１及びモニターチップ１５が配置されている。尚、本実施の形態においては光半導体チップとしてレーザチップを用いたが、本発明はこれに限定されるものでなく、入力されたレーザ光線を増幅して出力する光半導体アンプチップ等の他の光半導体チップを用いてもよい。
【００１９】
ヒートシンク２上のレーザチップ位置２ｃにレーザチップ１を固定して、光ファイバー１６のコアの中心である基準点７に発光部６を一致させた状態を図２に示す。図２に示すように、レーザチップ１には、レーザチップ１の発光部６の直下部表面を覆う半田材用金属膜１ａ、及びレーザチップ１の両端部表面を覆う圧着金属用金属膜１ｂが形成されている一方、ヒートシンク２上のレーザチップ位置２ｃには、上記半田材用金属膜１ａに対応する半田材金属２ａ及び上記圧着金属用金属膜１ｂに対応する圧着金属用金属膜２ｂが形成されている。さらに、融着半田材４は半田材用金属膜１ａ、２ａに挟まれていて、圧着金属３は圧着金属１ｂ、２ｂに挟まれている。尚、ヒートシンク２上の半田材用金属膜２ａと圧着金属用金属膜２ｂとの間の領域には半田材たまり溝９が設けられている。
【００２０】
次に、レーザチップ１及びモニターチップをヒートシンク２に固定する方法について説明する。図３（ａ）で示すように、内部に発光部６を有するレーザチップ１の固定側表面に、発光部６の直下部を覆う半田材用金属膜１ａと該半田材用金属膜１ａから分離されている圧着金属用金属膜１ｂとを形成し、続いて、圧着金属用金属膜１ｂ表面に金又は金合金からなる圧着金属３ａを設ける。
【００２１】
一方、ヒートシンク１上のレーザチップ位置２ｃに、上記半田材用金属膜１ａに対応する半田材用金属膜２ａ、該半田材用金属膜２ａから分離されている上記圧着金属用金属膜１ｂに対応する圧着金属用金属膜２ｂを形成し、さらに、半田材用金属膜２ａの圧着金属用金属膜２ｂとの間に半田たまり溝９を形成する。次に、圧着金属用金属膜２ｂ上に金又は金合金からなる圧着金属３ｂを設け、半田たまり溝９で挟まれる部分の半田材用金属膜２ａ上に金スズ（ＡｕＳｎ）半田である半田材４ａを載置する。
【００２２】
次に、図３（ａ）で示すように、発光部６が基準点７に真上になり、半田材用金属膜１ａと半田材用金属膜２ａ、及び圧着金属３ａと圧着金属３ｂとが対向するように、上記レーザチップ１をヒートシンク２のレーザチップ位置２ｃの上方に設置する。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）で示すように、圧着金属３ａと圧着金属３ｂとが接するように、キャピラリ１２によってヒートシンク２にレーザチップ１を所定の荷重をかけて押しつける一方、半田材４の融点以下の温度にヒートシンク２を加熱して圧着金属３ａと圧着金属３ｂとを熱圧着させて、レーザチップ１をヒートシンク２上のレーザチップ位置２ｃに十分な強度で仮固定する。
【００２４】
さらに、レーザ光線を最大限にモニターチップに供給することができるヒートシンク上のモニターチップ位置（図示せず）に、モニターチップを同様に圧着金属で十分な強度で仮固定する。
【００２５】
尚、上述した圧着金属の代わりに樹脂接着材を用いて、レーザチップ１とモニターチップとをヒートシンク２に仮固定してもよい。
【００２６】
同一のヒートシンクにレーザチップとモニターチップとを仮固定した後、ヒートシンクを半田材の融点以上に加熱して、レーザチップとヒートシンクとの間に介在する半田材、及びモニターチップとヒートシンクの間に介在する半田材を同時に融解させ、該半田材を冷却し凝固させ、両チップをヒートシンクに融着固定する。この際、融解した余剰な半田は半田材たまり溝９に流れ込む。こうすることで、同一のヒートシンク上にモニターチップとレーザチップとを固定する工程が完了する。尚、上記同様の方法を利用して、光ファイバーから供給されるレーザ光線の強度が最大になる位置に受信用フォトダイオードチップを固定することもできる。
【００２７】
上記レーザチップ１とモニターチップとは、十分な強度でヒートシンクに仮固定がされているので、半田材を融解させる際にヒートシンクを加熱しても、熱応力によって上記両チップがヒートシンクの所定の位置からずれることがない。
【００２８】
また、ヒートシンク２に半田材たまり溝９が設け、溶解したＡｕＳｎ半田４が該半田材たまり溝９に流れ込むので、溶解したＡｕＳｎ半田４が、金又は金合金からなる圧着金属を融解することを防止される。
【００２９】
尚、半田材としては、上述したＡｕＳｎ半田の代わりに、ＰｂＳｎ半田又はＩｎＰｂ半田を用いてもよい。このような材料を半田材に用いると、融解されたＰｂＳｎ半田又はＩｎＰｂ半田によって、金又は金合金からなる圧着金属を溶解することがないので、半田材たまり溝９を形成する必要がない。さらに、ＰｂＳｎ半田又はＩｎＰｂ半田は、融解前後によって体積が減少しないので、半田材金属膜と融解半田部との間に空隙が発生することもない。
【００３０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかるレーザチップモジュールについて説明する。レーザチップをヒートシンクに固定する方法を除いて、実施の形態２のレーザチップモジュールは、上記実施の形態１にかかるレーザチップモジュールと同様である。以下、図４（ａ）、（ｂ）を参照して、実施の形態２にかかるレーザチップの固定方法について説明する。
【００３１】
最初、図４（ａ）で示すように、レーザ光線を出力する発光部６を内部に備えたレーザチップ１の表面に、レーザ光線を出力することで温度が上昇する発光部６の直下部のみを覆う半田材用金属膜１ｃと該半田材用金属膜１ｃから分離されているレーザチップ１の両端部を覆う圧着金属用金属膜１ｂとを形成し、次に、圧着金属用金属膜１ｂ上に金又は金メッキからなる圧着金属３ａを設ける。
【００３２】
一方、ヒートシンク２のレーザチップ位置２ｃに、上記半田材用金属膜１ｃに対応する半田材用金属膜２ｄ、及び該半田材用金属膜２ｄから分離されている上記圧着金属用金属膜１ｂに対応する半田材用金属膜２ｂを形成し、さらに、半田材用金属膜２ｄと圧着金属用金属膜２ｂとの間に半田たまり溝８を設ける。続いて、ヒートシンク２上の半田たまり溝８で挟まれる部分に金スズ（ＡｕＳｎ）半田である半田材４ａを載置し、該半田材４ａで半田材用金属膜２ｄを完全に覆う一方、圧着金属用金属膜２ｂ上に金又は金メッキからなるヒートシンク側圧着金属３ｂを設ける。
【００３３】
次に、図４（ａ）で示すように、発光部６が基準点７に真上になり、半田材用金属膜１ｃと半田材用金属膜２ｄとが対向し、圧着金属３ａと圧着金属３ｂとが対向するように、上記レーザチップ１をヒートシンク２のレーザチップ位置２ｃの上方に設置した後、上記実施の形態１と同様に、レーザチップ１をヒートシンク２に十分な強度で仮固定し、モニターチップをヒートシンクに仮固定する。
【００３４】
モニターチップとレーザチップとをヒートシンクに仮固定した後、レーザチップとヒートシンクの間に介在する半田材、及びモニターチップとヒートシンクの間に介在する半田材を加熱し、融解・凝固させる。この際、半田材は金属材料になじむ性質があるので、半田材用金属膜１ｃ、２ｄとの間に溶解した半田材が集中する。従って、図４（ｂ）に示すように、発光部６の直下部にのみに融着半田部４ｂが形成される。
【００３５】
上記実施の形態２のような構造にすると、半田材が融解後、ヒートシンク金属膜２ｄとレーザチップ金属膜１ｃの面積に応じて、半田材４の体積が減少するので、融着半田部４と半田材用金属膜１ｃ、２ｄとの間に空隙が発生することはない。
【００３６】
このようにして、レーザチップの発光部の直下部に空隙のない半田材を設けることで、レーザチップの発光部から発生する熱を効率よく放熱することができる。
【００３７】
上述した実施の形態１及び２は、同一のヒートシンク上に二つの半導体チップ、即ちレーザチップとモニターチップとを精度よく固定する方法に関して説明したが、同じ方法によって、同一のヒートシンク上に３つ以上の半導体チップを固定することも可能である。従って、光ファイバーから供給されるレーザ光線が最大になるようなヒートシンク上の位置に受信用半導体チップを固定することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、光半導体チップ及びモニターチップをヒートシンク上の所定の位置に仮固定した後、上記両チップを半田材によって上記所定の位置に同時に融着固定しているので、上記両チップを精度良く同一ヒートシンクに固定することができる。
【００３９】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、仮固定部を圧着金属又は樹脂接着剤とすることで、十分な強度でレーザチップ及びモニターチップを仮固定することができる。
【００４０】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、レーザチップ表面に半田部用金属膜と仮固定材用金属膜を設ける一方、ヒートシンク側に半田部用金属膜と仮固定材用金属膜とを設けることで、ヒートシンクに対するレーザチップの固定をより正確にする。
【００４１】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、空隙の無い半田材をレーザチップの発光部分の直下部に設けることで、マルチチップモジュールの放熱性を向上させ、マルチチップモジュールの高温での動作特性を優れたものにする。
【００４２】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、ヒートシンク上に半田たまり溝を設けることによって、溶解した余剰な半田材を該半田たまり溝で回収して、圧着金属部を溶解することを防止し、ヒートシンク上のレーザチップの位置決め精度を優れたものにする。
【００４３】
本発明のレーザチップモジュールの製造方法は、半田材を融解前後で体積が変化しないＰｂＳｎ又はＩｎＰｂとすることで、半田材中の空隙の発生を防止して、レーザチップモジュールの高温動作特性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明にかかるレーザチップモジュールを示す。
【図２】 図１のレーザチップモジュールの線II-IIに沿った断面図を示す。
【図３】 本発明の実施の形態１にかかるレーザチップモジュールの製造方法において、ヒートシンクにレーザチップを固定する方法を示すもので、（ａ）はヒートシンク上の所定の位置にレーザチップを設置する工程を示し、（ｂ）はヒートシンクにレーザチップを仮固定する工程を示す。
【図４】 本発明の実施の形態２にかかるレーザチップモジュールの製造方法において、ヒートシンクにレーザチップを固定する方法を示すもので、（ａ）はヒートシンク上の所定の位置にレーザチップを設置する工程を示し、（ｂ）はヒートシンクにレーザチップを仮固定する工程を示す。
【図５】 従来技術にかかるレーザチップモジュールの製造方法において、ヒートシンクにレーザチップを固定する方法を示すもので、（ａ）はヒートシンク上の所定の位置にレーザチップを設置する工程を示し、（ｂ）はヒートシンクにレーザチップを仮固定する工程を示す。
【図６】 従来技術にかかるレーザチップモジュールを示すもので、ヒートシンク上の所定の位置からずれたレーザチップを示す。
【符号の説明】
１ レーザチップ、 １ａ 半田材用金属膜、 １ｂ 圧着金属用金属膜、 １ｃ 半田材用金属膜、 ２ ヒートシンク、 ２ａ 半田材用金属膜、 ２ｂ圧着金属用金属膜、 ２ｃ レーザチップ位置、 ２ｄ 半田材用ヒートシンク金属膜、 ４ 融着半田部、 ４ａ 半田材、 ４ｂ 融着半田部、 ６ 発光部、 ７ 基準点、 ２０ レーザチップモジュール。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a multichip module using passive alignment.
[0002]
[Prior art]
A laser chip module, which is a type of multi-chip module, is designed to guide the laser beam output from the semiconductor laser chip to the outside of the heat sink via an optical fiber, while guiding the monitor laser output from the laser chip to the monitor chip. ing. Therefore, in order to align the optical fiber with the laser beam, it is necessary to align the laser chip and the optical fiber with excellent accuracy. Conventionally, optical fiber alignment is performed by outputting a laser beam from a laser chip fixed to a heat sink, while adjusting the position of the optical fiber on the heat sink, and fixing the optical fiber at a position where the optical power guided to the optical fiber is maximized. . This method, called active alignment, can precisely align the optical fiber and the laser chip, but it takes time to align, so the productivity is poor, and it is an adverse effect of producing a laser chip module at a low price. there were.
[0003]
In recent years, a method called passive alignment has been proposed in order to deal with the above problems. In this method, a V-shaped groove is previously formed in a silicon substrate that is a heat sink, an optical fiber is dropped into the V-shaped groove and fixed, and then an alignment mark formed on the laser chip and the heat sink is image-recognized, The laser chip is fixed to a reference point on the heat sink such that the light emitting part for outputting the laser beam of the laser chip is located just before the core cross section of the optical fiber.
[0004]
Specifically, as shown in FIG. 5A, a heat sink 13 provided with a heat sink metal film 10 and having a solder material 11 formed thereon is installed in a bonding apparatus (not shown). On the other hand, the laser chip 1 having a light emitting portion 6 for outputting a laser beam inside and having a metal layer 12 for solder material on the surface is placed above the heat sink 13. At this time, the light emitting unit 6 is located above the reference point 6 that is the center of the core of the optical fiber (not shown) to which the laser beam is input. Next, as shown in FIG. 5B, the solder material 11 is heated and cooled by pressing the laser chip 1 against the heat sink 13 and applying a predetermined load by the capillary 14. In this way, the laser chip 1 is fixed by the solder material 11 at a position where the light emitting point 6 coincides with the reference point 7, that is, a position where the laser beam can be sufficiently supplied to the optical fiber.
[0005]
After fixing the laser chip to the heat sink, the monitor chip is fixed with a solder material at a position on the heat sink where the laser beam can be sufficiently input. That is, when the laser chip and the monitor chip are fixed by passive alignment, solder melting is performed twice on the same heat sink.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, passive alignment has the following problems. Since the heat sink is heated when the monitor chip is fixed, the solder material already fixing the laser chip is remelted and recondensed. At this time, since the capillary holds the monitor chip and an appropriate load is not applied to the laser chip, the laser chip is fixed in a state of floating from the solder material by the surface tension of the remelted solder material.
[0007]
Furthermore, depending on the state of the heat sink metal film and the oxidized state of the metal film, the remelted and resolidified solder material partially penetrates the heat sink, and the heat sink partially repels the solder material. The surface tension of the material becomes uneven, the surface of the solder material is inclined, and the laser chip 1 is inclined and fixed as shown in FIG.
[0008]
In the state as described above, the light emitting point 6 of the laser chip is fixed in a state of being shifted from the reference point 7. In such a state, the laser beam cannot be properly guided to the optical fiber.
[0009]
Furthermore, when a solder material having a characteristic that the volume is reduced by melting and solidifying, a non-uniform gap may be generated between the metal film for solder material and the solder material. Such a gap prevents heat generated in the laser chip from being radiated to the heat sink. In particular, when such a gap is generated in a portion immediately below the light emitting portion that is the largest heat generation source of the laser chip module, the high temperature operation of the laser chip module is adversely affected.
[0010]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is to (1) excellently provide an optical semiconductor chip and a light receiving chip on a heat sink on which an optical fiber is fixed in advance. It is to provide a method for manufacturing a multichip module that is fixed at a predetermined position with accuracy, and (2) a method for manufacturing a multichip module that includes a fusion solder portion having excellent heat dissipation.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the method of manufacturing a multichip module according to the present invention, after temporarily fixing a laser chip and a monitor chip on the same heat sink, both the chips are simultaneously fixed with a solder material. Specifically, a method of manufacturing a laser chip module according to the present invention includes an optical semiconductor chip that oscillates and outputs a laser beam or amplifies and outputs an input laser beam, and receives the output laser beam. One or two or more light receiving chips and an optical fiber connected to the optical semiconductor chip are fixed in a predetermined positional relationship on the same heat sink, and the optical fiber is fixed at the predetermined position of the heat sink. A method of manufacturing a multi-chip module in which an optical semiconductor chip and a light receiving chip are fixed at the predetermined position of the heat sink, wherein the intensity of the laser beam input from or output to the optical fiber is substantially Temporarily fix the optical semiconductor chip to the position of the optical semiconductor chip on the heat sink And temporarily fixing the light receiving chip with a temporary fixing material at the position of the light receiving chip on the heat sink where the intensity of the laser beam input to the light receiving chip is substantially maximized. A light receiving chip temporary fixing step; and a chip fixing step of fixing the temporarily fixed optical semiconductor chip and the temporarily fixed light receiving chip with a solder material. By simultaneously fixing the light receiving chip with a solder material, positional displacement on the heat sink is prevented.
[0012]
Moreover, in order to temporarily fix the chip with sufficient strength, the method for manufacturing the multichip module is preferably performed with a metal or a resin adhesive that is pressure-bonded.
[0013]
Further, in the method of manufacturing the multichip module, the laser chip has a metal film for solder material on a surface of the fixing side and a metal film for temporary fixing material separated from the metal film for solder material, The heat sink has a metal film for solder material corresponding to the metal film for solder material on the laser chip side and a metal film for temporary fixing material corresponding to the metal film for temporary fixing material on the laser chip side on the surface of the fixing side. It is preferable.
[0014]
Further, in the method of manufacturing the multichip module, the metal film for the solder material is placed on the surface on the fixed side of the laser chip in order to improve the heat dissipation efficiency of the laser chip module by reducing the gap generated in the solder material. The laser chip is formed in a portion where the temperature rises by outputting the laser beam, and on the heat sink side, a solder material is provided so as to cover the metal film for the solder material. A fused solder portion that is melted and solidified and is smaller in volume than the solder material and is in close contact with the metal films between the metal film for solder material on the laser chip side and the metal film for solder material on the heat sink side Is preferably formed.
[0015]
Further, the manufacturing method of the multi-chip module includes a heat sink metal film for the solder material and a heat sink metal for the temporary fixing material on the heat sink in order to prevent the molten excessive solder material from melting the temporary fixing portion. It is preferable that a solder material pool groove into which the excessive molten solder material flows is formed between the film and the film.
[0016]
Further, in the method of manufacturing the multichip module, in order to reduce voids generated in the solder material, the solder material is used when the pressed metal is formed of a gold or gold alloy layer on at least the surface. Is preferably PbSn or InPb whose volume does not change before and after melting.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
Embodiment 1 FIG.
First, the laser chip module 20 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The laser chip module 20 shown in FIG. 1 is obtained by positioning the laser chip 1 that is an optical semiconductor chip with respect to the optical fiber 16 by passive alignment. Specifically, in the laser chip module 20, the optical fiber 16 is fixed to the V-shaped groove 17 provided on the heat sink 2, and then the laser chip 1 including the light emitting unit 6 that outputs a laser beam is temporarily fixed with the crimping metal 3. Then, the monitor chip 15 is temporarily fixed with the crimping metal 3, and then both the chips 1 and 15 are fixed with the fusion solder material 4. As shown in FIG. 1B, the front light emitting portion 6b of the laser chip 1 and the center of the core of the optical fiber 16 are opposed so that the laser chip 1 can supply the laser beam to the optical fiber 16 and the monitor chip 15 to the maximum extent. The optical fiber 16, the laser chip 1, and the monitor chip 15 are arranged so that the rear light emitting portion 6b of the laser chip 1 and the light receiving portion 15a of the monitor chip 15 face each other. In this embodiment, a laser chip is used as an optical semiconductor chip. However, the present invention is not limited to this, and other optical semiconductor amplifier chips such as an optical semiconductor amplifier chip that amplifies and outputs an input laser beam. An optical semiconductor chip may be used.
[0019]
FIG. 2 shows a state in which the laser chip 1 is fixed to the laser chip position 2 c on the heat sink 2 and the light emitting unit 6 is aligned with the reference point 7 that is the center of the core of the optical fiber 16. As shown in FIG. 2, the laser chip 1 has a solder metal film 1 a that covers the surface immediately below the light emitting portion 6 of the laser chip 1, and a metal film 1 b that is pressed against both ends of the laser chip 1. On the other hand, at the laser chip position 2c on the heat sink 2, a solder material metal 2a corresponding to the solder metal film 1a and a pressure metal metal film 2b corresponding to the pressure metal film 1b are formed. Has been. Further, the fusion solder material 4 is sandwiched between the solder material metal films 1a and 2a, and the crimp metal 3 is sandwiched between the crimp metals 1b and 2b. In the region between the metal film 2a for solder material and the metal film 2b for pressure-bonded metal on the heat sink 2, a solder material pool groove 9 is provided.
[0020]
Next, a method for fixing the laser chip 1 and the monitor chip to the heat sink 2 will be described. As shown in FIG. 3 (a), the solder material metal film 1a covering the immediate lower portion of the light emitting section 6 is separated from the solder material metal film 1a on the fixed surface of the laser chip 1 having the light emitting section 6 inside. The pressure-bonding metal film 1b is formed, and then a pressure-bonding metal 3a made of gold or a gold alloy is provided on the surface of the pressure-bonding metal film 1b.
[0021]
On the other hand, the laser chip position 2c on the heat sink 1 corresponds to the solder metal film 2a corresponding to the solder metal film 1a and the crimp metal metal film 1b separated from the solder metal film 2a. The metal film 2b for pressure bonding metal to be formed is formed, and further, the solder pool groove 9 is formed between the metal film 2a for solder material and the metal film 2b for pressure bonding metal. Next, a pressure-bonding metal 3b made of gold or a gold alloy is provided on the metal film 2b for pressure-bonding metal. 4a is placed.
[0022]
Next, as shown in FIG. 3A, the light emitting portion 6 is directly above the reference point 7, and the solder material metal film 1a, the solder material metal film 2a, and the crimp metal 3a and the crimp metal 3b are formed. The laser chip 1 is placed above the laser chip position 2c of the heat sink 2 so as to face each other.
[0023]
Subsequently, as shown in FIG. 3B, the laser chip 1 is pressed against the heat sink 2 with a predetermined load by the capillary 12 so that the crimp metal 3a and the crimp metal 3b are in contact with each other, while the melting point of the solder material 4 The heat sink 2 is heated to the following temperature so that the press-bonded metal 3a and the press-bonded metal 3b are thermocompression bonded, and the laser chip 1 is temporarily fixed to the laser chip position 2c on the heat sink 2 with sufficient strength.
[0024]
Further, the monitor chip is similarly temporarily fixed with sufficient strength with a crimped metal at a monitor chip position (not shown) on the heat sink that can supply the laser beam to the monitor chip to the maximum extent.
[0025]
The laser chip 1 and the monitor chip may be temporarily fixed to the heat sink 2 by using a resin adhesive instead of the above-described crimp metal.
[0026]
After temporarily fixing the laser chip and the monitor chip to the same heat sink, the heat sink is heated to a temperature higher than the melting point of the solder material, and the solder material interposed between the laser chip and the heat sink, and the monitor chip and the heat sink. The solder material to be melted at the same time, the solder material is cooled and solidified, and both chips are fused and fixed to the heat sink. At this time, the molten excess solder flows into the solder material pool groove 9. This completes the process of fixing the monitor chip and the laser chip on the same heat sink. The receiving photodiode chip can be fixed at a position where the intensity of the laser beam supplied from the optical fiber is maximized by using the same method as described above.
[0027]
Since the laser chip 1 and the monitor chip are temporarily fixed to the heat sink with sufficient strength, even if the heat sink is heated when the solder material is melted, the two chips are positioned at predetermined positions of the heat sink due to thermal stress. There will be no deviation.
[0028]
Further, since the solder material pool groove 9 is provided in the heat sink 2 and the melted AuSn solder 4 flows into the solder material pool groove 9, the melted AuSn solder 4 is prevented from melting the crimp metal made of gold or gold alloy. Is done.
[0029]
As the solder material, PbSn solder or InPb solder may be used instead of the AuSn solder described above. When such a material is used as the solder material, the melted PbSn solder or InPb solder does not dissolve the pressure-bonded metal made of gold or a gold alloy, so that it is not necessary to form the solder material pool groove 9. Furthermore, since the volume of PbSn solder or InPb solder does not decrease before and after melting, no gap is generated between the solder metal film and the molten solder portion.
[0030]
Embodiment 2. FIG.
Next, a laser chip module according to Embodiment 2 of the present invention will be described. Except for the method of fixing the laser chip to the heat sink, the laser chip module of the second embodiment is the same as the laser chip module according to the first embodiment. The laser chip fixing method according to the second embodiment will be described below with reference to FIGS. 4 (a) and 4 (b).
[0031]
First, as shown in FIG. 4 (a), only the portion immediately below the light emitting section 6 where the temperature rises by outputting the laser beam on the surface of the laser chip 1 provided therein with the light emitting section 6 that outputs the laser beam. A metal film 1c for solder material covering the metal film 1b, and a metal film 1b for pressure bonding metal covering both ends of the laser chip 1 separated from the metal film 1c for solder material. Is provided with a crimping metal 3a made of gold or gold plating.
[0032]
On the other hand, at the laser chip position 2c of the heat sink 2, it corresponds to the metal film 1d for solder material corresponding to the metal film 1c for solder material and the metal film 1b for pressure-bonded metal separated from the metal film 2d for solder material. A soldering material metal film 2b is formed, and a solder pool groove 8 is provided between the soldering material metal film 2d and the pressure-bonding metal film 2b. Subsequently, a solder material 4a, which is gold tin (AuSn) solder, is placed on the portion sandwiched between the solder pool grooves 8 on the heat sink 2, and the solder material metal film 2d is completely covered with the solder material 4a while being crimped. A heat sink side crimping metal 3b made of gold or gold plating is provided on the metal film 2b for metal.
[0033]
Next, as shown in FIG. 4A, the light emitting portion 6 is directly above the reference point 7, the metal film for solder material 1c and the metal film for solder material 2d face each other, and the crimp metal 3a and the crimp metal After the laser chip 1 is placed above the laser chip position 2c of the heat sink 2 so as to face the surface 3b, the laser chip 1 is temporarily fixed to the heat sink 2 with sufficient strength as in the first embodiment. Temporarily fix the monitor chip to the heat sink.
[0034]
After temporarily fixing the monitor chip and the laser chip to the heat sink, the solder material interposed between the laser chip and the heat sink and the solder material interposed between the monitor chip and the heat sink are heated to melt and solidify. At this time, since the solder material has a property to be compatible with the metal material, the dissolved solder material is concentrated between the solder material metal films 1c and 2d. Therefore, as shown in FIG. 4B, the fusion solder portion 4 b is formed only directly below the light emitting portion 6.
[0035]
With the structure as in the second embodiment, after the solder material is melted, the volume of the solder material 4 decreases according to the areas of the heat sink metal film 2d and the laser chip metal film 1c. There is no gap between the solder material metal films 1c and 2d.
[0036]
In this way, by providing a solder material having no gap immediately below the light emitting portion of the laser chip, heat generated from the light emitting portion of the laser chip can be efficiently radiated.
[0037]
In the first and second embodiments described above, the method of accurately fixing two semiconductor chips, that is, the laser chip and the monitor chip, on the same heat sink has been described. However, three or more on the same heat sink by the same method. It is also possible to fix the semiconductor chip. Therefore, it is possible to fix the receiving semiconductor chip at a position on the heat sink where the laser beam supplied from the optical fiber is maximized.
[0038]
【The invention's effect】
In the method of manufacturing the multichip module according to the present invention, the optical semiconductor chip and the monitor chip are temporarily fixed at predetermined positions on the heat sink, and then the two chips are simultaneously fused and fixed at the predetermined positions with a solder material. Both chips can be fixed to the same heat sink with high accuracy.
[0039]
The manufacturing method of the multichip module of this invention can temporarily fix a laser chip and a monitor chip with sufficient intensity | strength by making a temporary fixing part into a crimping | compression-bonding metal or a resin adhesive.
[0040]
In the method of manufacturing the multichip module of the present invention, the metal film for solder part and the metal film for temporary fixing material are provided on the laser chip surface, while the metal film for solder part and the metal film for temporary fixing material are provided on the heat sink side. Thus, the laser chip is more accurately fixed to the heat sink.
[0041]
The manufacturing method of the multi-chip module of the present invention improves the heat dissipation of the multi-chip module by providing a solder material having no gap immediately below the light emitting portion of the laser chip, and improves the operating characteristics of the multi-chip module at high temperatures. Make it excellent.
[0042]
The manufacturing method of the multichip module of the present invention provides a solder pool groove on the heat sink, thereby recovering the molten excess solder material in the solder pool groove and preventing the crimped metal part from being melted. The positioning accuracy of the upper laser chip is made excellent.
[0043]
In the method of manufacturing a laser chip module according to the present invention, the solder material is PbSn or InPb whose volume does not change before and after melting, thereby preventing the generation of voids in the solder material and improving the high-temperature operating characteristics of the laser chip module. Let
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a laser chip module according to the present invention.
2 shows a cross-sectional view of the laser chip module of FIG. 1 along line II-II.
FIG. 3 shows a method of fixing a laser chip to a heat sink in the method for manufacturing a laser chip module according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) shows a laser chip installed at a predetermined position on the heat sink. The process is shown, and (b) shows the process of temporarily fixing the laser chip to the heat sink.
FIG. 4 shows a method for fixing a laser chip to a heat sink in a method for manufacturing a laser chip module according to a second embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) shows a laser chip installed at a predetermined position on the heat sink. The process is shown, and (b) shows the process of temporarily fixing the laser chip to the heat sink.
5A and 5B show a method of fixing a laser chip to a heat sink in a method of manufacturing a laser chip module according to the prior art. FIG. 5A shows a process of installing a laser chip at a predetermined position on a heat sink. b) shows a step of temporarily fixing the laser chip to the heat sink.
FIG. 6 shows a laser chip module according to the prior art, and shows a laser chip displaced from a predetermined position on a heat sink.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser chip, 1a Metal film for solder material, 1b Metal film for crimping metal, 1c Metal film for solder material, 2 Heat sink, 2a Metal film for solder material, 2b Metal film for crimping metal, 2c Laser chip position, 2d Solder material Heat sink metal film, 4 fusion solder part, 4a solder material, 4b fusion solder part, 6 light emitting part, 7 reference point, 20 laser chip module.

Claims (6)

レーザ光線を発振して出力する又は入力されたレーザ光線を増幅して出力する光半導体チップと、出力されたレーザ光線を受光する一又は二以上の受光チップと、上記光半導体チップに接続された光ファイバーとが同一のヒートシンク上に所定の位置関係で固定されていて、上記光ファイバーを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するとともに上記光半導体チップと上記受光チップとを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するマルチチップモジュールの製造方法であって、
上記光ファイバーから入力される又は上記光ファイバーに出力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の光半導体チップ位置に上記光半導体チップを仮固定材によって仮固定する光半導体チップ仮固定工程と、
上記受光チップに入力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の受光チップ位置に上記受光チップを仮固定材によって仮固定する受光チップ仮固定工程と、
上記仮固定された上記光半導体チップ及び上記仮固定された上記受光チップを半田材によって固定するチップ固定工程とを含むことを特徴とするマルチチップモジュールの製造方法。An optical semiconductor chip that oscillates and outputs a laser beam or amplifies and outputs an input laser beam, one or more light receiving chips that receive the output laser beam, and the optical semiconductor chip connected to the optical semiconductor chip An optical fiber is fixed in a predetermined positional relationship on the same heat sink, the optical fiber is fixed at the predetermined position of the heat sink, and the optical semiconductor chip and the light receiving chip are positioned at the predetermined position of the heat sink. A method of manufacturing a multichip module to be fixed,
Temporary optical semiconductor chip for temporarily fixing the optical semiconductor chip with a temporary fixing material at the position of the optical semiconductor chip on the heat sink where the intensity of the laser beam input from or output to the optical fiber is substantially maximized. A fixing process;
A light receiving chip temporary fixing step of temporarily fixing the light receiving chip with a temporary fixing material at a light receiving chip position on the heat sink at which the intensity of the laser beam input to the light receiving chip is substantially maximized;
And a chip fixing step of fixing the temporarily fixed optical semiconductor chip and the temporarily fixed light receiving chip with a solder material. 上記仮固定が、圧着された金属又は樹脂接着剤で行われることを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュールの製造方法。2. The method of manufacturing a multichip module according to claim 1, wherein the temporary fixing is performed with a crimped metal or resin adhesive. 上記レーザチップがその固定側表面に半田材用金属膜と、該半田材用金属膜から分離されている仮固定材用金属膜とを有する一方、上記ヒートシンクがその固定側表面に上記レーザチップ側の半田材用金属膜に対応する半田材用金属膜と上記レーザチップ側の仮固定材用金属膜に対応する仮固定材用金属膜とを有することを特徴とする請求項１又は２記載のマルチチップモジュールの製造方法。The laser chip has a metal film for solder material on a surface of the fixing side and a metal film for temporary fixing material separated from the metal film for solder material, while the heat sink is on the laser chip side on the surface of the fixing side. 3. The metal film for solder material corresponding to the metal film for solder material and a metal film for temporary fixing material corresponding to the metal film for temporary fixing material on the laser chip side. A manufacturing method of a multichip module. 上記半田材用金属膜を、上記レーザチップの固定側表面で該レーザチップが上記レーザ光線を出力することで温度が上昇する部分に形成する一方、ヒートシンク側には上記半田材用金属膜を覆うように半田材を設け、
上記チップ固定工程において、上記半田材を融解凝固させ上記レーザチップ側の上記半田材用金属膜と上記ヒートシンク側の上記半田材用金属膜との間に上記半田材よりも体積が小さく上記両金属膜に密着している融着半田部を形成することを特徴とする請求項３に記載のマルチチップモジュールの製造方法。The metal film for solder material is formed on the fixed surface of the laser chip at a portion where the temperature rises when the laser chip outputs the laser beam, while the metal film for solder material is covered on the heat sink side. So that solder material is provided,
In the chip fixing step, the solder material is melted and solidified, and the volume between the metal material for the solder material on the laser chip side and the metal film for the solder material on the heat sink side is smaller than that of the solder material. 4. The method of manufacturing a multichip module according to claim 3, wherein a fusion solder portion that is in close contact with the film is formed. 上記ヒートシンク上の上記半田材用金属膜と上記仮固定材用金属膜との間に、余剰な融解した上記半田材が流れ込む半田材たまり溝が形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載のマルチチップモジュール製造方法。The solder material pool groove into which the excessive molten solder material flows is formed between the metal film for solder material and the metal film for temporary fixing material on the heat sink. 5. A method for producing a multichip module according to 4. 上記圧着された金属が、少なくとも表面に金又は金合金層で形成されたものであり
上記半田材が、ＰｂＳｎ又はＩｎＰｂであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマルチチップモジュールの製造方法。The said press-bonded metal is formed of gold or a gold alloy layer on at least a surface, and the solder material is PbSn or InPb. A manufacturing method of a multichip module.
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