JPH06140673A - 光素子の実装法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発光状態の安定化ならびに素子の割れを防止
し、長期信頼性を確保できる光素子の実装法の提供。 【構成】 ベアチップ光素子を平板状あるいは角柱状の
基材にダイボンディングした後、前記ベアチップ光素子
の発光部あるいは受光部の間に切断溝を形成し、各発光
部あるいは受光部毎に分離独立させる。 【効果】 素子特性の劣化や素子の割れを防止すること
ができ、実装信頼性を大幅に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の発光部あるいは
受光部がアレイ状あるいは面状に配列されたベアチップ
素子の実装法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の発光部あるいは受光部がアレイ状
あるいは面状に配列されたベアチップ光素子の従来の実
装法を図４から図６によって説明する。図４は発光部が
アレイ状に配列されたアレイ発光素子の従来の実装例を
示す要部拡大斜視図である。受光素子は自己発熱による
温度上昇によって発光波長や発光出力が変動する。その
ため一般には、前記受光素子は放熱性の優れた放熱基材
上にダイボンディングされ、さらに放熱基材の下部に冷
却・温度調整機構を配置して発光部温度の安定化すなわ
ち発光状態の安定化を図るようにしている。

【０００３】そして上記構成からなる図４に示すアレイ
発光素子１は、４つの発光部がアレイ状に配列されたも
のであり、アレイ発光素子１は放熱基材３上にろう材あ
るいは接着材等の接続部材４によって、ダイボンディン
グされ、さらにアレイ発光素子１が搭載された放熱基材
３は、高熱伝導性金属部材６上に接続部材４によってダ
イボンディングされている。アレイ発光素子１への電力
供給あるいは信号供給は、直近に配した展開用配線基板
１８から各発光部の電極端子９にボンディングワイヤ１
９を介して行なわれる。

【０００４】高熱伝導性金属部材６の下部には、アレイ
発光素子冷却用のペルチェ素子２０が配置され、アレイ
発光素子１の近傍に配置された図示しない温度センサか
らの出力信号により、外部からペルチェ素子２０を駆動
制御することによって発光部の温度を安定化させてい
る。アレイ発光素子１の光出射端２から出射された光
は、一点鎖線で示したレンズ、アイソレータ等で構成さ
れた光結合系ブロック２１を介して光ファイバ２２に入
射される。

【０００５】図５は、受光部がアレイ状に配列されたア
レイ受光素子の従来の実装例を示す要部拡大斜視図であ
る。受光素子は受光部が素子の上面に形成されているた
め、光ファイバ等からの入射光の光軸に対して素子をほ
ぼ垂直に配置実装しなければならない。上記構成からな
るアレイ受光素子２３は、４つの受光部がアレイ状に配
列されたものであり、アレイ受光素子２３はアルミナ等
を使用した補助配線ブロック２４上に接続部材４によっ
てダイボンディングされ、さらに、アレイ受光素子２３
が搭載された補助配線ブロック２４は、アレイ受光素子
２３の受光部が光ファイバ２２の光軸と垂直に相対する
ように導電部材２５上に接続部材４によってダイボンデ
ィングされている。アレイ受光素子２３の電極端子９と
補助配線ブロック２４、ならびに展開用配線基板１８と
の間は、それぞれボンディングワイヤ１９によって接続
され、直流バイアス供給と電気信号の取り出しが行なわ
れている。

【０００６】図６は、受光部が平面状に配列された面受
光素子の従来実装例を示す要部拡大斜視図である。上記
構成からなる図６に示す面受光素子７は、１６個の受光
部が平面状に配列されたものであり、各受光部からは配
線２６が引出されて素子の外周に設けられた電極素子９
と接続されている。この面受光素子７は、パッケージ１
１のキャビティ底部に接続部材４によってダイボンディ
ングされており、直流バイアス供給と電気信号の取り出
しは、電極端子９とパッケージ端子１２とをボンディン
グワイヤ１９で接続することによって行なわれる。光結
合系ブロックは図示しないが、パッケージ１１の上部に
配置し、１６個の受光部のそれぞれと光結合させる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
発光素子は自己発熱による温度上昇によって発光波長や
発光出力が変動するため、前述のように放熱性の優れた
放熱基材上にダイボンディングし、さらに放熱基材の下
部に冷却・温度調節機構を配置して発光部温度の安定化
を図るような実装法がとられる。

【０００８】しかしながら、発光部がアレイ状に配列さ
れているアレイ発光素子の場合には、隣接する発光部か
らの熱に影響され、従来の実装法では充分に発光状態の
安定化を図ることができないという問題があった。ま
た、発光部の配列数が多くなった場合には、アレイ発光
素子の寸法が大きくなるため、放熱基材との熱膨張率の
差に起因する応力ひずみが発光部に加わり、発光波長が
時間とともに変動するという問題を有していた。

【０００９】さらに、放熱性を重視して素子厚みを薄く
した場合には、応力により素子に割れを生じる場合もあ
った。この応力ひずみは、発光部１個を備えた個別の発
光素子を所定の個数だけ配列実装する方法を適用すれば
回避できるが、各発光素子の出射光軸を全て完全に一致
させてダイボンディングすることが困難なため、各発光
素子毎に別個の光結合系プロックを準備して位置合わせ
しなければならなくなる。従って、個別の発光素子を配
列実装する方法では、作業工程が大幅に増大するととも
に光結合系の専有体積が増大するため得策ではなかっ
た。一方、受光素子では発熱の問題はないが、通常素子
厚みが１００〜３００μｍと薄いため、補助配線ブロッ
クあるいはパッケージとの熱膨張率の差に基づく応力に
より、素子に割れを生じるという問題を有していた。

【００１０】よって、本発明は係る問題点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は同一半導体基板内に複数の
発光部あるいは受光部がアレイ状あるいは平板状に配列
されたベアチップ光素子の実装に際し、発光素子では配
列された発光部相互の発熱の影響を低減させるととも
に、アレイ発光素子と放熱基材の熱膨張率の差に起因す
る応力ひずみの影響を緩和し、発光状態の安定化ならび
に素子の割れを防止し、長期信頼性を確保できるように
すること、また、受光素子ではアレイ受光素子あるいは
面受光素子と補助配線ブロックあるいはパッケージの熱
膨張率の差に起因する応力ひずみを緩和し、素子の割れ
を防止するような光素子の実装法を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明における光素子の
実装法は、上記課題を解決するために、同一半導体基板
内に複数の発光部あるいは受光部がアレイ状あるいは平
板状に配列されたベアチップ光素子を、平板状や角柱状
の基材に、ろう材あるいは接着材等の接続部材によって
ダイボンディングする光素子の実装法において、該ベア
チップ光素子を前記平板状や角柱状の基材にダイボンデ
ィングした後、該ベアチップ光素子の各発光部あるいは
受光部の間に切断溝を形成し、前記切断溝により該ベア
チップ光素子を各発光部あるいは受光部毎に分離独立さ
せることを特徴としたものである。

【００１２】

【作用】本発明の光素子の実装法によれば、複数の発光
部あるいは受光部がアレイ状あるいは面状に配列された
ベアチップ光素子を、それぞれ各発光部あるいは受光部
毎に切断溝により分離独立させるので、光素子と平板状
や角柱状の基材との熱膨張率差に起因する応力ひずみが
緩和され、特性の劣化や素子の割れを防止することがで
きる。また、各発光部あるいは受光部毎の分離は、光素
子をダイボンディングした後に行なうので発光素子の場
合では出射光軸のズレが、また、受光素子の場合では受
光部の位置ズレが生じることがない。

【００１３】

【実施例】以下、実施例によって本発明の詳細を説明す
る。図１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明における光
素子の実装法の内、アレイ発光素子の実装手順を示す工
程例であり、符号１は４つの発光部がアレイ状に配列さ
れたアレイ発光素子、２は光出射端、３は放熱基材、４
は接続部材、５は切断溝、６は高熱伝導性金属部材であ
る。

【００１４】図１（ａ）に示す第一工程において、ま
ず、アレイ発光素子１を放熱基材３上に接続部材４によ
ってダイボンディングする。次いで、図１（ｂ）に示す
第二工程において、例えばダイヤモンド切断砥石等を使
用した切断手段により、各発光部間にアレイ発光素子１
の素子厚みと同じかあるいは放熱基材３に達する程度の
切断溝５を形成する。この時、放熱基材３に達する切断
溝５の深さは、放熱基材３の機械的強度を低下させない
程度とする。そしてさらに、図１（ｃ）に示す第三工程
において、アレイ発光素子１をダイボンディングして切
断溝５を形成済みの放熱基材３を高熱伝導性金属部材６
上に接続部材４によってダイボンディングする。この後
の工程は通常の発光モジュールの組み立て工程に従う。

【００１５】上記のようにアレイ発光素子１を放熱基材
３にダイボンディングした後に、切断溝５を形成するこ
とによって、出射光軸のズレを防止し、ダイボンディン
グ時に生じた熱膨張率差に起因する応力ひずみを緩和す
ることができる。アレイ受光素子の場合にも、図１に示
した工程と同様の実装手段に従えば、受光部の位置ズレ
を生じることがなく、ダイボンディング時に生じた熱膨
張率差に起因する応力ひずみが緩和される。なお、図１
の実装手順において、第二の工程と第三の工程は順序を
入れ替えても差し支えない。

【００１６】図２は、１６個の受光部が平面状に配列さ
れた面受光素子に対して本発明の光素子の実装法を適用
した場合の実施例を示す斜視図であり、符号７は面受光
素子、８は受光部、９は電極端子、１０は導電基材であ
る。面受光素子７は本発明の実装法に対応するように電
極端子９は受光部８の直近に配してある。

【００１７】実装手順は、図１（ａ）、（ｂ）に示した
第一工程と第二工程とに従って、まず面受光素子７を導
電基材１０上に接続部材４によってダイボンディングす
る。その後に各受光部８間に面受光素子７の素子厚みと
同じか、あるいは僅かに導電基材１０に達する程度の深
さの切断溝５を直交するように形成し、面受光素子７を
受光部８毎に分離独立させる。

【００１８】本実施例で示した面受光素子７の場合に
は、電極素子９は受光部８の直近に配してあるので、図
６の従来実装例で示した電極端子９を素子外周に配した
面受光素子１７のように、ボンディングワイヤ１９によ
ってパッケージ１１の展開用配線と接続することが困難
である。しかし、こうした問題に対しては本発明者らが
先に案出した特開平４−７９３４１号に記載のフレキシ
ブル配線板を適用することによって解決することができ
る。

【００１９】図３は、特開平４−７９３４１号に記載の
フレキシブル配線板を適用して、面受光素子７に前記図
２の切断溝５を設けた形成体をパッケージ内に実装した
実施例である。同図において、符号１１はパッケージ、
１２はパッケージ端子、１３はフレキシブル配線板の基
材である絶縁性フレキシブル基板上に形成した展開配
線、１５は面受光素子７の受光部８並びに電極端子９部
分に形成した開口部、１６は電極端子９と接続するため
のインナーリード、１７はパッケージ端子１２と接続す
るためのアウターリードである。

【００２０】実装手順は、まず、導電基材１０にダイボ
ンディングした後に切断溝５を形成した面受光素子７の
電極端子９と前記フレキシブル配線板１３のインナーリ
ード１６とを位置合わせし、熱あるいは熱と超音波の併
用等の手段によりボンディングする。次いで、面受光素
子７を搭載したフレキシブル配線板１３をパッケージ１
１内に収容し、アウターリード１７とパッケージ端子１
２とを位置合わせしつつ面受光素子７の下面に取り付け
られた導電基材１０とパッケージ底面とを接続部材４に
より接続する。その後にアウターリード１７を熱あるい
は熱と超音波の併用等の手段によりボンディングする。
この後の工程は通常の面受光モジュールの組み立て工程
に従う。

【００２１】以上のように、面受光素子７を導電基材１
０にダイボンディングした後に切断溝５を形成すること
によって、受光部の位置ズレを防止し、ダイボンディン
グ時に生じた熱膨張率差に起因する応力ひずみを緩和す
ることが可能で、また、フレキシブル配線板１３を適用
することによって、分離独立させた受光部からの電極引
出しが可能となる。従って、切断溝の形成とフレキシブ
ル配線板の両者を組み合わせることによって、より多数
の受光部を有する素子寸法の大きな面受光素子に対して
も、分離独立させた受光部からの電極引出しの問題を解
決でき、かつ、素子割れ等の障害を回避することができ
る。なお、図３に示した実装法は、複数の発光部が平面
状に配列された面発光素子に対しても適用することがで
き、面受光素子の場合と同様の効果を得ることができ
る。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光素子の
実装法によれば、同一半導体基板内に複数の発光部ある
いは受光部がアレイ状あるいは面状に配列されたベアチ
ップ光素子を、平板状や角柱状の基材に接続部材によっ
てダイボンディングした後に、光素子の各発光部あるい
は受光部の間に切断溝を形成し、各発光部あるいは受光
部を前記切断溝により分離独立させるようにした。ま
た、面発光素子並びに面受光素子の実装に際しては、発
光部あるいは受光部に開口窓を形成したフレキシブル配
線板を使用し、切断溝を形成して分離独立させた発光部
あるいは受光部からの電極の引出しを行なうようにし
た。

【００２３】よって、上記のような光素子の実装法によ
れば、複数の発光部あるいは受光部がアレイ状あるいは
面状に配列されたベアチップ光素子を、それぞれ各発光
部あるいは受光部毎に切断溝により分離独立させるの
で、光素子と平板状や角柱状の基材との熱膨張率差に起
因する応力ひずみが緩和され、特性の劣化や素子の割れ
を防止することができる。また、各発光部あるいは受光
部毎の分離は、光素子をダイボンディングした後に行な
うので発光素子の場合では出射光軸のズレが、また、受
光素子の場合では受光部の位置ズレが生じることがな
い。従って、素子特性の劣化や素子の割れを防止するこ
とができ、実装信頼性を大幅に向上させることができ
る。

【００２４】そしてまた、面発光素子と面受光素子に対
しては、切断溝形成とフレキシブル配線板の両者を組み
合わせることによって、多数の発光部あるいは受光部を
有する素子寸法の大きな光素子に対しても、分離独立さ
せた受光部からの電極引出しの問題を解決でき、かつ素
子割れ等の障害を回避することができるようになる。従
って、本発明の光素子の実装法によれば、小型でかつ信
頼性の高い、多数の光路を有する発光・受光モジュール
を実現することができ、工業的価値が極めて高いもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の光素子の実装法を適用したア
レイ発光素子の実装手順を示す工程例である。

【図２】図２は、本発明の光素子の実装法を面受光素子
に対して適用した実施例を示す斜視図である。

【図３】図３は、本発明の光素子の実装法を適用した面
受光素子に対して、フレキシブル配線板を適用してパッ
ケージ内に実装した実施例を示す図である。

【図４】図４は、発光部がアレイ状に配列されたアレイ
発光素子の従来実装例を示す要部拡大斜視図である。

【図５】図５は、発光部がアレイ状に配列されたアレイ
受光素子の従来実装例を示す要部拡大斜視図である。

【図６】図６は、受光部が平面状に配列された面受光素
子の従来実装例を示す要部拡大斜視図である。

【符号の説明】

１ アレイ発光素子 ２ 光出射端 ３ 放熱基材 ４ 接続部材 ５ 切断溝 ６ 高熱伝導性金属部材 ７ 面受光素子 ８ 受光部 ９ 電極端子 １０ 導電基材 １１ パッケージ １２ パッケージ端子 １３ フレキシブル配線板 １４ 展開配線 １５ フレキシブル配線板の開口部 １６ インナーリード １７ アウターリード １８ 展開用配線基板 １９ ボンディングワイヤ ２０ ぺルチェ素子 ２１ 光結合系ブロック ２２ 光ファイバ ２３ アレイ受光素子 ２４ 補助配線ブロック ２５ 導電部材 ２６ 面受光素子上の配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 桂 浩輔 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同一半導体基板内に複数の発光部あるい
   は受光部がアレイ状あるいは平板状に配列されたベアチ
   ップ光素子を、平板状や角柱状の基材に、ろう材あるい
   は接着材等の接続部材によってダイボンディングする光
   素子の実装法において、 該ベアチップ光素子を前記平板状や角柱状の基材にダイ
   ボンディングした後、該ベアチップ光素子の各発光部あ
   るいは受光部の間に切断溝を形成し、前記切断溝により
   該ベアチップ光素子を各発光部あるいは受光部毎に分離
   独立させることを特徴とした光素子の実装法。