JPH0245985A - 光回路素子の放熱性塔載基板および実装法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は、レーザダイオード等の光半導体素子や光集積
回路素子を高い位置精度で搭載しｊｑる放熱性搭載基板
および実装法に関するらのである。

［従来の技術ル レーザダイオード等の光半導体素子や光集積回路素子を
放熱性基板へ搭載実装する際の従来技術の例を第８図に
示す。同図において、放熱性基板よりも充分に大きい面
積を右する発熱体１上へ放熱性基板２を配置し、この発
熱体１を加熱してＡＩＪ−３ｎ共品合金箸の接合用螺材
３を溶融し、この溶融状態の接合用螺材３部へ真空チャ
ック４で把持された光回路素子５を配置して接合が行わ
れる。

［発明が解決しようとする問題点］ この従来接合法では放熱性基板２全体を接合用螺材３の
融点以上に加熱するため、放熱性基板２の熱膨張によっ
て冷却後光回路素子５が所定の搭載位置より大きくずれ
る。なお同図中６は発熱体１への給電用電極である。

特に第９図に示すように光ファイバ７がすでに額縁状枠
壁部８ａの正面中央に貫着固定されたセラミック材のよ
うな食散熱性のパッケージ基板８（長岡能「ファイバシ
ール形ＤＩＰ−ＬＤモジュール」２昭和６０年度電子通
信学会半導体・材料部門全国大会、Ｎｏ、　３５６、長
岡「光半導体素子気密パッケージ」特願昭５９−３４３
９３号）へ、従来の搭載技術により放熱性基板２に搭載
されたレーザダイオードチップ等の光回路素子５をその
光軸ど光ファイバ７の光軸を整合させた状態で搭載実装
する際には、加熱後の光回路素子５の位置ずれによって
両者の光軸が大きくずれ、光結合特性の著しい劣化を沼
く。さらに、パッケージ基板８内に発光・受光素子や導
波路型のパッシブな光回路等を複数搭載してハイブリッ
ド型集積回路を構成する詩には従来の技術では各素子を
順次搭載する際に既に実装固定した素子の接合部の接合
用螺材３が再度溶融して位置ヂれを生じ、各結合部で大
きな光軸ずれが生じて素子の実装が不可能となる。これ
を防ぐためには異なる融点を持つ接合用螺材３の使用が
考えられるが、通常先回路素ｒ５の固定に使用されル１
キ合用蝋材３はＡｕ−３ｉ（２％）、△ｕ−Ｇ　ｅ（１
２％）、Ａｌ１−３ｎ（２ｎ％）の共晶合金材で種類に
制限があり、それぞれの共晶点らそれぞれ３７０℃、３
５６℃、２８０°Ｃと接近しているため接合作業が極め
て困難となる欠点を右する。

本発明は従来の光半導体素子等の光回路素子を放熱性基
板へ搭載実装する際に生ずる光回路素子の位置ずれの問
題を解決し、良好な光結合特性を持たらす光回路素子の
放熱性搭載基板および実装法を提供せ／ｖどするもので
ある。

（２）発明の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、放熱性基板の中間内層または光回路搭・桟表
面と反対側の基板裏面の光回路素子搭載部接合用螺材対
応直下に所定の寸法の加熱用抵抗膜をパターン形成し、
当該加熱用抵抗膜の両端に連続形成した給電用電極膜の
それぞれ一端を外部給電用リードと接触通電自在に前記
放熱性基板の外側面に露出して、光半導体素子や光集積
回路素子等の光回路素子を当該放熱性基板に搭載実装す
るに当り、前記加熱用抵抗膜への通電ににり前記光回路
素子搭載部分を局所的に集中加熱して該当する前記接合
用金属蝋材を溶融して光回路素子を高い位置精度で搭載
実装することを最大の特徴とするしのである１、即ち外
部の加熱体により放熱性基板全体を加熱する従来の搭載
実装に対し、放熱性基板自体に形成した発熱用抵抗膜に
よる局所的集中加熱手段を有し、加熱前後の光回路素子
の（Ｑ置ずれを抑制した点に特徴がある。

［実　施　例１］ 本発明の第１実施例を第１図乃至第２図についた説明す
る。

第１図は本発明の放熱性搭載基板とそれを用いた光半導
体素子の搭載実装法を示す第９図ＴＩ線視相当部分の断
面図、第２図は第１図■■線視断面図である。

同図中１０はレーデ−ダイオード等の光半導体素子、×
はその光軸、１１は光半導体素子１０搭載用放熱性基板
、１２はセラミック材等で構成された食散熱性の枡形パ
ッケージ基板、１３はパッケージ基板１２の額縁状枠壁
部１２ａ正而中央にＶＩＭ固定された光フフイバ、Ｙは
その光軸、１４はパッケージ基板１２の基板部１２ｂ表
面１２ｃに形成された接合用電極、１５は接合用螺材、
１６は光回路素子把持用の真空ヂャック、１７はパッケ
ージ基板１２の球根部１２ｂ内層に細線パターン形成さ
れた加熱用抵抗膜、１７ａ、１７ｂは加熱用抵抗膜１７
両端に連続形成した給電用電極膜、１８は加熱用抵抗膜
１７ならびに光半導体素子１０への給電用リードである
。

加熱用抵抗膜１７は、例えばペースト状のりングステン
やモリブデン・マンガンをグリーンシート状のセラミッ
ク部材表面へスクリーン印刷し、下層となるグリーンシ
ート状セラミック部材と加圧焼結することによって一体
成形したセラミックパッケージ基板１２の基板部１２ｂ
内層に形成することが出来る。

給電用リード１８に接続する両側給電用電極膜１７ａ、
１７ｂを介し加熱用抵抗膜１７へ通電して基根部１２ｂ
の光半導体素子１０搭載部分を局所的に集中加熱し、該
当する接合用螺材１５を溶融させ、溶融状態の接合用螺
材１５部分へ光半導体素子１０を搭載実装する発熱性基
板１１を配置するとと、もに光ファイバ１３との光軸Ｘ
、Ｙ調整を行った後に通電を止めて冷却する。局所集中
加熱により光半導体素子１０を搭載実装する発熱性基板
１１の熱膨張を抑制出来、接合歪の光半導体素子１０の
位置ずれを防ぐことが可能である。なお、レーザダイオ
ード等のアクティブな光半導体素子１０と光ファイバ１
３との光軸Ｘ、Ｙ整合は光半導体素子１０を発光させ光
ファイバ１３からの出力光をモニターしながら行うが、
本発明による実装法では接合時に光軸Ｘ、Ｙ調整を行う
ため、高温状態にある光半導体素子１０へ通電して発光
させると素子の劣化を招く。このため、レーザダイオー
ド等のアクティブな光半導体素子１０を受光器として用
い、光ファイバ１３から光半導体素子１０へ光信号を入
射させ、これにより光半導体素子１０が発生する電圧を
モニターして光軸Ｘ。

Ｙ整合を行う。

［適　用　例］ ここで本発明の第１実施例による光回路素子の放熱性搭
載基板を用いた実装法をハイブリッド光集積回路に適用
した例を第３図乃至第５図について説明する。

第３図はハイブリッド光集積回路の全体構造を示す斜視
図であり、放熱性基板１１に搭載実装されたレーザダイ
オード等の半導体発光素子１０′、ブロック１９に搭載
実装された受光素子２０．３ｉ等の基板２１上に形成さ
れた導波路２２．２３から構成されるパッシブな光回路
素子２４の各素子が光ファイバ１３を予め額縁状枠壁部
１２ａ正面中央にＥｍＷ固定したパッケージ基板１２に
集積化された構造となっている。

なＪ３光ファイバ１３はフェルール２５に量適固定され
ており、パッケージ基板１２の作製段階においてフェル
ール２５をパッケージ基板１２の領縁状枠壁部１２ａの
正面中央位置に貫嵌固定する。これらの貫首固定には低
融点ガラス材やＡＩＪ　−３ｎ共品合金材、または銀蝋
材を用いる。

導波路型光回路素子２４は方向性結合器型の合分波回路
の例であり、発光・受光素子を組み込むことによってハ
イブリッド集積型の二波長双方向伝送用波長多重送受信
モジュールを構成出来る。

第４図は第３図ＩＶ−ＴＶ線視断面図を示しており、第
１図の実施例と同様にパッケージ基板１２の基板部１２
ｂ内に、各素ｆを搭載実装する際のＩＩ合用蝋材１５を
溶融するための加熱用抵抗膜１７がそれぞれの素子搭載
部分直下に独立に形成されている。第５図はこの加熱用
抵抗膜１７のパターンを示しており、１７′は基板２１
に搭載実装した導波路型光回路素子２４に、１７″は放
熱性基板１１に搭載実装した半導体発光素子１０’　に
、１７”’はブロック１９に搭載実装した受光素子２０
にそれぞれ対応該当してそれぞれ基板２１、放熱性基板
１１、ブロック１９を実装固定する際に用いる加熱用抵
抗膜である。１７ａ〜１７ｄは各独立した加熱用抵抗膜
１７′〜１７”’への給電用電極膜であってそのパター
ンを示しており、これら給電用電極膜１７ａ〜１７ｄは
外部給電用リード１８群に接続されている。今、給電用
電極膜１７ａと１７Ｃ間へ給電し、該当する加熱用抵抗
膜１７′を加熱すると導波路型光回路素子２４の基板２
１搭載部分のみ局所的に集中加熱する事が出来、該光回
路索子２４と光ファイバ１３との良好な光軸整合を保っ
た状態で光回路索子２４をパッケージ基板１２の基板部
１２ｂ表面１２ｃへ基板２１を介して搭載実装する事が
出来る。光回路素子２４の搭載後に加熱用抵抗膜１７″
を加熱して半導体発光素子１０’　の放熱性基板１１搭
載部のみを局所的に集中加熱し半導体発光素子１０’を
放熱性基板１１を介し基板部１２ｂ表面１２ｃ上に搭載
実装した後に、同様にして加熱用抵抗収載１７″’を加
熱して受光素子２０のブロック１９搭叔部のみを局所的
に集中加熱して受光素子２０をブロック１つを介して基
板部１２ｂ表面１２Ｃ上に搭載実装しハイブリッド光集
積回路が完成する。これら複数の素子搭載時には該加熱
用抵抗膜１７′〜１７″’のパターンへ独立に給電して
各素子１０’　、２０．２４をそれぞれ搭載実装した基
板１１．２１やブロック１つの搭！領域のみの基板部１
２ｂ表面１２ｃを局所的に集中加熱するため、同じ融点
を持つ一種類の接合用螺材１５を用いても、既に実装し
た各素子１０’　、２０．２４の基板１１．２１やブロ
ック１９の接合用螺材１５の再溶融を生じることなく高
精度に各素子１０′２０．２４を基板１１．２１やブロ
ック１つを介してパッケージ基板１２の基板部１２ｂ表
面１２ｃ上に搭載実装出来る。

［実　施　例２］ 本発明の第２実施例を第６図乃至第７図について説明す
る。

なお前記第１実施例ではセラミック材からなるパッケー
ジ基板１２の基板部１２ｂ内層に局所集中加熱用の抵抗
膜１７′〜１７　”’を形成したものであるが、本発明
の光回路素子の放熱性搭載基板を用いた実装法はこの構
造に限定されるものでは無く、パッケージ基板１２の素
了搭′ｖｉ基板部１２ｂ表面１２Ｃ側と反対の裏面１２
ｄ側に加熱用抵抗膜１７を形成しても同様の効果が得ら
れる。裏面１２ｄに加熱用抵抗膜１７を形成する場合に
は焼成後のセラミックパッケージ基板１２の球根部１２
ｂ裏面１２ｄに低温焼成可能な厚膜スクリーン印刷法や
真空蒸着法で第５図に示す抵抗パターンを容易に形成出
来る。

なおパッケージ基板１２の基板部１２ｂ　ｍ面１２ｄへ
の加熱用抵抗膜１７パターンを第６図乃至第７図の第２
実施例に示すようにレー量１１〜リミング法によって形
成すれば、任意の寸法、形状、抵抗値を有する加熱用抵
抗膜１７の作成が可能となりこれによってパッケージ基
板１２の全体ａ造や抵抗膜作製用パターンの変更を必要
とせずに任意の寸法・形状を有する光回路素子搭載用の
加熱源を構成出来る。即ち第６図において焼成後のセラ
ミックパッケージ基板１２の基板部１２ｂ裏面１２ｄに
例えば加熱用抵抗膜１７層となる下Ｉｔ！１１７αとし
てＮｉ−Ｃｒ、Ｔｉ、　Ｔ　ａ等の比較的シート抵抗値
の高い金属を同図のように成膜し、しかる後に第７図に
示すように搭載する半導体発光素子１０′の寸法、形状
に応じた加熱用抵抗ＩＰＪ１７βパターンをビームを充
分に絞ったＹＡＧレーザ光［の照射で加工する。これに
よって任意の寸法、形状を有する光回路素子搭載用の加
熱用抵抗膜１７を容易に形成出来る。

なお同図中２６はＹＡＧレーザー発振器、２７．２８は
レンズ、２９はミラーである。

（３）発明の効果 かくして本発明では光回路素子を搭載する食散熱性基板
の中間内層または光回路盗伐表面と反対側の基板裏面の
光回路搭載部対応直下に所定の寸法の加熱用抵抗膜を形
成した放熱性搭載基板を設け、該加熱用抵抗膜への通電
により敢熱性搭ｕ板の光半導体素子搭載部分のみを局所
的に集中加熱して接合用螺材を溶融して光回路素子を搭
載実装するため、搭載時の敢熱情搭載括板全体の熱膨張
による光回路素Ｔの位置ｆれを抑制でき、単体またはＦ
ｉ数の半導体素子や光集積回路素子をパッケージ基板へ
実装する際に各素子間での良好な光学的結合特性が得ら
れる等温れた効果を秦する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第９図に示したパッケージ基板へ単体の光半導
体素子を実装する際の本発明の第１実施例を示す第９図
Ｉ−Ｉ線視相当部分の断面図、第２図は同・第１図ＩＦ
−Ｉｆ線視相当部分断面図、第３図は本発明の前記第１
実施例によるハイブリッド型光集積回路への適用例を示
す斜面図、第４図は同・第３図ＩＶ　−ＩＶ線裸視断面
図第５図は同・第４図ｖ−ｖ線視相当部分断面図、第６
図乃至第７図は本発明の第２実施例を示しパッケージ基
板裏面にＹＡＧレー１１−ビーム光で加熱用抵抗膜パタ
ーンを作製する際の作業手順段階をそれぞれ示す説明図
、第８図は従来の光回路素子の放熱性搭載基板実装法を
示す説明図、第９図は同・光ファイバを貫着固定した光
回路素子の搭載用パッケージ基板への適用例を示す説明
図である。 ２．１１・・・放熱性基板 ３．１５・・・接合用螺材 ４．１６・・・真空チャック ５．２４・・・光回路素子 ７．１３・・・光ファイバ １０・・・光半導体素子 １０′・・・半導体発光素子 １２・・・パッケージ基板 １２ａ・・・枠壁部　　　１２ｂ・・・基板部１２ｃ・
・・表面　　　　１２ｄ・・・裏面１４・・・接合用電
極 １７．１７’　、１７”、１７”’、１７β・・・加熱
用抵抗膜 １７ａ〜１７ｄ・・・給電用電極膜 １７α・・・下地金属 １８・・・給電用リード　１９・・・ブロック２１・・
・基板　　　　　し・・・ＹＡＧレーザ光Ｘ、Ｙ・・・
光軸 第１図 第２図 ７ｂ 第６図 １７図 第８図 第９図 ム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．放熱性基板の中間内層または光回路搭載表面と反対
   側の基板裏面の光回路搭載部接合用蝋材対応直下に所定
   寸法の加熱用抵抗膜をパターン形成し、当該加熱用抵抗
   膜の両端に連続形成した給電用電極膜のそれぞれ一端を
   外部給電用リードと接触通電自在に前記放熱性基板の外
   側面に露出してなる光回路素子の放熱性搭載基板
2. ２．光半導体素子や光集積回路素子等の光回路素子を放
   熱性基板に搭載実装するに当り、該放熱性基板の中間内
   層または光回路搭載表面と反対側の基板裏面の光回路搭
   載部対応直下に所定の寸法の加熱用抵抗膜を形成し、該
   抵抗膜への通電により光回路素子搭載部分を局所的に集
   中加熱して該当する接合用金属蝋材を溶融し、光半導体
   素子等を前記基板へ搭載実装してなる光回路素子の放熱
   性搭載基板実装法