JPH06204262A

JPH06204262A - 光半導体装置の実装方法

Info

Publication number: JPH06204262A
Application number: JP121693A
Authority: JP
Inventors: Haruhiko Tabuchi; 晴彦田淵
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 1994-07-22

Abstract

(57)【要約】【目的】受光素子、発光素子等を含む光半導体装置を
高い位置決め精度で実装基板上に実装する技術に関し、
比較的容易に高精度で光半導体装置を実装基板上に位置
合わせすることのできる光半導体装置の実装方法を提供
することを目的とする。【構成】光半導体装置を実装基板上に位置合わせして
実装する方法であって、光半導体装置上に光ビーム位置
決め用パターンを形成し、実装基板上に位置検出用反射
パターンを形成し、光半導体装置を可動支持手段で支持
し、光半導体装置または可動支持手段にレンズを設け、
光半導体装置の所定位置を通して光ビームを実装基板上
に照射し、反射光を再び光半導体装置を通して検出し
て、実装基板に対する光半導体装置の位置合わせを行な
い、光半導体装置を実装基板上に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の実装技術
に関し、特に受光素子、発光素子等を含む光半導体装置
を高い位置決め精度で実装基板上に実装する技術に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザやホトダイオードのような
光半導体装置と光ファイバを組み合わせた光通信システ
ムは、応答速度が高いことや無中継での伝送距離が長い
といった特徴があり、従来の金属性の電線を用いる通信
システムに比較して桁違いに高性能である。

【０００３】このように、非常に高性能な光通信システ
ムも、実用化されている分野は電話に代表される電気通
信の幹線系が中心となっており、その他の分野での実用
化は非常に少ないのが現状である。

【０００４】光通信技術の広範な応用を阻害する原因は
いくつか考えられるが、その１つに光部品の組み立てコ
ストの問題がある。電気系では、電線の接触のみで結合
が可能であるが、光部品においては、高い結合を得るた
めには１μｍ以下の精細な位置合わせ精度が要求される
ことが多い。このため、組み立てコストが高いものとな
っている。

【０００５】図２に、光半導体装置の実装例を概略的に
示す。ホトダイオードやレーザダイオード等の光半導体
装置１を、光ファイバ８と光軸合わせをしてシリコン基
板等の実装基板２ｂ上に実装する場合を示す。実装基板
２ｂ表面には、光半導体装置１や電子回路ＩＣ１０を固
定し、電気的に接続するためのメタルパターン２３が形
成されている。

【０００６】また、実装基板２ｂ表面には、一対のＵ溝
７１と、これらのＵ溝７１間を接続するように形成され
たＶ溝７２が形成されている。実装基板２６の表面に形
成される溝のうち、光ファイバの位置決めに利用される
Ｖ溝７２は、シリコン基板の結晶方位を利用したエッチ
ングによって作成することができる。

【０００７】光ファイバ８は、Ｖ溝７２上に配置され、
Ｖ溝を案内としてＵ溝７１側壁に当接するように配置さ
れる。光半導体装置１や電子回路ＩＣ１０は、ＴＶカメ
ラ等によって位置をモニタし、実装基板２ｂ上のメタル
パターン２３上に配置される。

【０００８】フォトリソグラフィでパターンを形成する
ので、実装基板２ｂ上のパターン精度や、光半導体装置
１や電子回路ＩＣ１０上のパターン精度は比較的良好で
あるが、パターンの上に半導体装置や電子回路を実装し
てモジュールを組み立てる時の組み立て精度が問題とな
る。

【０００９】図３に、従来の技術による光半導体装置の
実装装置の例を示す。光半導体装置１は、Ｘステージ４
１ａ上に搭載されたＺステージ４１ｃに載置されてい
る。実装基板２は、Ｙステージ４１ｂ上に載置されてい
る。初期の状態においては、Ｙステージ４１ｂとＺステ
ージ４１ｃは、Ｘ方向に引き離され、それぞれＴＶカメ
ラ５６ａ、５６ｂと対向している。

【００１０】光半導体装置１の下面には、パッド状の半
田パターン７が形成されており、実装基板２の表面上に
は、メタルパターン２３が形成されている。次に述べる
ような方法で、Ｘステージ４１ａ、Ｚステージ４１ｃ、
Ｙステージ４１ｂを駆動することにより、光半導体装置
１と実装基板２を相対的に位置合わせし、半田パターン
７をメタルパターン２３上に溶着する。

【００１１】まず、図示の位置で光半導体装置１上の半
田パターン７の位置と、実装基板２上のメタルパターン
２３の位置をＴＶカメラ５６ｂ、５６ａによって読み取
る。ＴＶカメラ５６ａ、５６ｂで読み取った画像情報
は、モニタＴＶ５８ａ、５８ｂで表示されると共に、画
像処理装置５７に送られ、その相対位置が計算される。

【００１２】算出された相対位置に基づき、画像処理装
置５７は光半導体装置１と実装基板２とをＸＹ面内にお
いて位置合わせするために必要なＸステージ４１ａのＸ
方向の移動量と、Ｙステージ４１ｂのＹ方向の移動量に
対応する情報をステージ駆動装置４３ａ、４３ｂに送出
する。ステージ駆動装置４３ａ、４３ｂは、それぞれＸ
ステージ４１ａ、Ｙステージ４１ｂをそれぞれ所定位置
まで駆動するのに必要なパルス信号をステージのモータ
に送出する。その結果、ステージは所定位置まで移動す
る。

【００１３】その後、Ｚステージ４１ｃを移動させて光
半導体装置１を下方に移動させ、光半導体装置１上の半
田パターン７が実装基板２上のメタルパターン２３上に
接触するようにする。

【００１４】その後、スイッチＳＷを閉じ、電源５９か
らヒータ６１に電流を供給して実装基板２およびその上
に載置された光半導体装置１を加熱する。加熱により半
田パターン７が溶融した後、スイッチＳＷを切り、ヒー
タ６１を降温させる。半田パターン７が固化することに
より、光半導体装置１は実装基板２上に固定される。

【００１５】このような組み立て装置は、たとえば特願
平２−３２９５３３号公報に提案されている。このよう
な組み立て装置では、光半導体装置１と実装基板２の位
置読み取りは、それぞれ離れた場所で行なわなければな
らず、その後比較的長い距離をステージによって移動し
なければならないので、誤差が大きくなりやすい。

【００１６】また、ヒータ６１による加熱およびその後
の降温等により、熱膨張による誤差も伴う。このため、
現在の技術においては、位置合わせ精度をたとえば±１
０μｍ程度に抑えるのが限界である。この位置合わせ精
度は、光半導体装置の無調整実装を実現するためには、
不十分である。

【００１７】図４は、光半導体装置が通常ダイオード構
造を有することを利用し、位置合わせ精度を向上した光
半導体装置の組み立て装置の構成を示す。光半導体装置
１は、ダイオード構造Ｄを含み、半田パターン７はこの
ダイオード構造Ｄに接続されている。実装基板２上のメ
タルパターン２３のうち、ダイオード構造Ｄに接続され
るべきものに電流計Ａを介して電源６７を接続する。

【００１８】図３に示すＴＶカメラによる位置読み取り
に基づき、半導体装置１と実装基板２の位置合わせを行
ない、光半導体装置１を実装基板２上に降下させた際、
位置が正しく整合していれば、半田パターン７とメタル
パターン２３は接触し、電源６７から電流計Ａを介し
て、ダイオード構造Ｄに電流が流れる。

【００１９】しかし、位置が不一致の場合は、半田パタ
ーン７とメタルパターン２３は接触しないので、電流は
流れない。このようにして、半田パターン７とメタルパ
ターン２３の位置の整合を確認した後、半田パターン７
を溶融することができる。

【００２０】このような技術は、たとえば、１９９１年
電子情報通信学会秋期全国大会講演番号Ｃ−１５３に提
案されている。最初は光半導体装置を目的とする位置の
周辺に移動させ、光半導体装置の位置合わせに失敗して
も、その後少しずつ補正して周辺を走引することによ
り、最終的に光半導体装置を正規の位置に合わせ込むこ
とができる。

【００２１】位置合わせ精度を高くするには、半田パタ
ーン７とメタルパターン２３を微細にすることが好まし
い。しかしながら、半田パターン７とメタルパターン２
３を微細にした場合には、最初の位置合わせに失敗した
場合、正規の位置を見つけるための位置の補正量を小さ
くする必要がある。そのため、正規の位置を見つけるま
での接触回数を多くしなければならなくなる。

【００２２】また、電気的接触を利用するため、一部分
だけが接触している場合でも電流が流れるので、円形パ
ッドを使用した場合、位置合わせ精度をパッドの直径よ
り小さくすることができないという問題がある。

【００２３】さらに、図４に示す技術においては、押し
付け圧力が強過ぎると、光半導体装置や実装基板を破損
する可能性がある。逆に押し付け圧力が弱過ぎると、接
触不良を生じ、実際には接触しているのに位置合わせに
失敗したと判断してしまうことがある。

【００２４】また、少なくとも２つの接点が同時に整合
する必要があり、回転方向のずれが生じた場合には、場
所を変え、接触を繰り返しても正規の位置を見つけるこ
とができなくなる場合がある。

【００２５】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
光半導体装置を実装基板上に位置合わせすることは容易
でなく、高精度で位置合わせしようとすると、比較的長
い時間を必要とした。

【００２６】本発明の目的は、比較的容易に高精度で光
半導体装置を実装基板上に位置合わせすることのできる
光半導体装置の実装方法を提供することである。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置の
実装方法は、光半導体装置を実装基板上に位置合わせし
て実装する方法であって、光半導体装置上に光ビーム位
置決め用パターンを形成し、実装基板上に位置検出用反
射パターンを形成し、光半導体装置を可動支持手段で支
持し、光半導体装置または可動支持手段にレンズを設
け、光半導体装置の所定位置を通して光ビームを実装基
板上に照射し、反射光を再び光半導体装置を通して検出
して、実装基板に対する光半導体装置の位置合わせを行
ない、光半導体装置を実装基板上に固定する。

【００２８】実装基板上の位置検出用反射パターンは、
反射光強度によってその存在を確認できるものであれば
よい。たとえば、周辺の表面とは反射率の異なる反射面
やほぼ同一の反射率であるが、λ／４程度の段差構造を
持つパターンを利用することができる。

【００２９】実装基板上の位置検出用反射パターンは、
発見が容易で正規の位置までのガイドが容易な形状を採
用することができる。たとえば、直線状パターン、クロ
ス状パターン、目的位置までの情報を含むビット列パタ
ーン等を利用することができる。

【００３０】光半導体装置上の光ビーム位置決め用パタ
ーンは、光半導体装置を可動支持手段で支持する際に、
光半導体装置の位置を正確に位置決めできるものであれ
ばよい。

【００３１】たとえば、光半導体装置の半導体とは異な
る透過率を有する材料のパターンや、開口を有する遮光
材料のパターン、光半導体装置の基板自身に形成した開
口等を用いることができる。

【００３２】また、用いる光ビームの本数も任意に選択
することができる。複数の光ビームを用いる際には、レ
ンズ等もそれに対応した個数とする。

【００３３】

【作用】光半導体装置を、可動支持手段に支持する際に
は、光半導体装置上に形成した光ビーム位置決め用パタ
ーンを利用することにより、光半導体装置を可動支持手
段に高精度で支持させることができる。

【００３４】光半導体装置を実装基板に位置合わせする
際には、実装基板上に形成した位置検出用反射パターン
を利用することにより、容易に所定の位置まで光半導体
装置を導くことができる。

【００３５】位置検出用反射パターンをトラッキングす
ることにより、光半導体装置を容易に所望の位置まで案
内することができる。また、２本以上の光ビームを用い
る場合には、回転ずれも検出することができる。

【００３６】レンズを用いて光ビームを小さいスポット
に絞り込むことにより、分解能を容易に向上することが
できる。また、反射面と光ビームとのずれに対応して反
射光強度が変化するため、位置検出用反射パターンの幅
よりも小さいずれの検出が可能である。

【００３７】この際、光半導体装置を通して光ビームを
実装基板上に照射するため、光ビームが実装基板上の位
置検出用反射パターンを検出する際には、光半導体装置
と実装基板間の位置決め精度は高い。このようにして、
高精度で比較的容易に光半導体装置を実装基板に位置合
わせすることができる。

【００３８】また、光半導体装置を正規の位置まで搬送
するために、光半導体装置と実装基板とを接触させる必
要はない。したがって、高速の移動が可能になり、しか
も接触による光半導体装置の破損等を防止することがで
きる。

【００３９】

【実施例】図１に、本発明の実施例による光半導体装置
の実装方法の基本概念を示す。光半導体装置１は、可動
支持手段３により、その相対位置を合わせて支持され
る。光半導体装置１の下面には、実装基板２のメタルパ
ターン２３と接続するためのパッド６およびパッド上の
半田パターン７が形成されている。また、光半導体装置
１は、その一部に光ビームを透過させるための構成を有
する。

【００４０】図示の構成においては、光半導体装置１の
半導体自身が光透過材料であり、その一部表面にはレン
ズ４が形成されている。また、レンズ４の下側には、光
ビーム位置決め用パターン５が形成されている。

【００４１】可動支持手段３には、光ビーム透過部材９
が結合されており、その相対的位置は固定される。光ビ
ーム透過部材９は、たとえば光ファイバで形成され、光
半導体装置１表面に光ビームを供給する。

【００４２】この光ビームを、図１において光半導体装
置の下側でモニタし、光ビーム位置決め用パターン５の
中心に光ビームの中心が位置するように調整して、光半
導体装置１を支持することにより、可動支持手段３と光
半導体装置１の相対的位置を確認することができる。可
動支持手段３は、たとえば真空チャック等の部材であ
り、光半導体装置１との相対的位置合わせを行なった
後、光半導体装置１を支持する。

【００４３】実装基板２には、半田パターン７と接続す
るためのメタルパターン２３および検出用光ビームを反
射するための位置検出用反射パターン２２を有する。な
お、位置検出用反射パターン２２がメタルパターン２３
と兼用されるものであってもよい。

【００４４】光ビーム透過材料９から供給された光ビー
ムは、レンズ４によって集光され、光ビーム位置決め用
パターン５を通って実装基板２上に照射される。光ビー
ムが実装基板２上の位置検出用反射パターン２２に当た
ると、反射光の変化が生じる。この反射光は、入射時と
逆の方向に進み、光ビーム位置決め用パターン５、レン
ズ４、光ビーム透過部材９を通って検出器に導かれる。

【００４５】可動支持手段３で光半導体装置１の位置を
連続的に変化させると、光ビーム透過部材９、レンズ４
を通って供給される光ビームもそれに伴って位置を変化
させる。光ビームが位置検出用反射パターン２２に当た
ると、たとえば反射光が増大し、検出装置により位置検
出用反射パターン２２の存在を確認することができる。

【００４６】位置検出用反射パターン２２が所定のパタ
ーンで形成されていれば、光ビームを用いて位置検出用
反射パターン２２をトラッキングすることにより、光半
導体装置１を所望の位置まで案内することができる。

【００４７】なお、レンズ４は、光半導体装置１上に形
成せず、光ビーム透過部材９に結合させてもよい。ま
た、光ビーム位置決め用パターン５は、光半導体装置１
自体に形成した開口で構成してもよい。

【００４８】以下、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。図５−図８は、本発明の実施例による光半
導体装置の実装を示す。図５（Ａ）において、ホトダイ
オードＰＤを形成した光半導体装置１は、真空チャック
３に吸引されて支持されている。真空チャック３は、光
ファイバ９と共に、ステージ４１ｄに搭載されている。

【００４９】実装基板２は、たとえば表面にメタルパタ
ーンを形成したセラミック基板であり、ステージ４１ｅ
に搭載されている。なお、ステージ４１ｄ、４１ｅは全
体としてＸＹＺθの自由度を有するが、以下の説明上
は、ステージ４１ｄがＸＹステージであり、ステージ４
１ｅがＺステージであるとする。

【００５０】ステージ４１ｄがＴＶカメラ５６と対向す
る位置において、光半導体装置１を位置決めして真空チ
ャック３で支持する。その後、ステージ４１ｄを実装基
板２上方に移動し、レーザ光源５１から発する光ビーム
５２を光ファイバ９、光半導体装置１を通して実装基板
２上に照射し、位置検出用の反射パターンをトラッキン
グして所定の位置に高精度で運ぶ。

【００５１】なお、レーザ光源５１から発した光ビーム
５２は、偏波分離器ＰＢＳを通してλ／４板５３に入射
する。λ／４板５３は、入射する偏光の偏光方向に対し
て４５度傾いた光軸を有し、入射する光を２つの成分に
分け、その一方をλ／４遅延させる。

【００５２】実装基板２表面で反射した反射光は、再び
λ／４板に入射し、偏光の一方の成分をさらにλ／４遅
延させ、入射光に対して偏光軸が９０度回転した出射光
を形成する。この出射光は、今度は偏波分離器ＰＢＳに
よって反射され、光検出器５５で検出される。

【００５３】光ファイバ９、光半導体装置１は、ステー
ジ４１ｄと固定された位置関係にあり、光検出器５５が
反射光を検出した時は、光半導体装置１が実装基板２の
所定の位置上にあることを意味する。

【００５４】光検出器５５の検出信号は、信号処理回路
およびステージ制御装置４２で処理され、ステージ駆動
信号を形成し、ステージ４１ｄを駆動して光半導体装置
１をさらに所定位置に進める。レーザ光源５１は、たと
えば１．３μｍの光を発射するものであり、光半導体装
置１の基板はこの光を透過することのできるＩｎＰ等で
形成される。

【００５５】図５（Ｂ）は、光半導体装置を透過する光
の様子を拡大して示す。光半導体装置１の表面上にはレ
ンズ４が形成されており、裏面上にはリング状のパター
ン５が金属等で形成されている。

【００５６】ファイバ９から発した光は、レンズ４によ
って集光され、実装基板２上に照射する。なお、光半導
体装置１下面上のパッド６は、光半導体装置１を実装基
板２に接続するためのものである。

【００５７】図６は、光半導体装置１をより詳細に示
す。図６（Ａ）は、光半導体装置１の斜視図である。Ｉ
ｎＰの基板１１の表面上にレンズ４が形成されており、
対応する裏面上には開口を有するリング状の金属のパタ
ーン５が形成されている。

【００５８】また、基板１１の四隅には、光半導体装置
１接続用のパッド６が形成されている。また、ホトダイ
オードＰＤが一側辺から中央部に向かって形成されてい
る。図６（Ｂ）は、光半導体装置１の断面構造を示す。
ｎ型ＩｎＰ基板１１の一方の面に半球状のレンズ４が形
成され、他の面上にはｎ型ＩｎＰ層１２、ｉ型ＩｎＧａ
Ａｓ層１３、ｐ型ＩｎＰ層１４がエピタキシャルに積層
されて、ダイオード構造を構成している。

【００５９】さらに、この表面上に金属層１５、１６が
形成され、所定の形状にパターニングされている。ホト
ダイオードＰＤ上の金属層１６は、ｐ型ＩｎＰ層１４上
に形成され、半田パターン７ａを備えてホトダイオード
ＰＤの陽極を形成している。

【００６０】パッド６上の金属層１５は、ｐ型ＩｎＰ層
１４表面からパッド６側面を延在してｎ型ＩｎＰ基板１
１表面に達している。したがって、パッド６上の金属層
１５は、ホトダイオードＰＤの陰極を構成している。な
お、この金属層１５上にも半田パターン７ｂが形成され
ている。

【００６１】図６（Ｃ）は、光半導体装置１を、図６
（Ｂ）とは９０度回転した角度から見た側面図である。
また、図６（Ｄ）は光半導体装置１を上方から見た平面
図である。

【００６２】ホトダイオードＰＤは、光吸収層であるｉ
型ＩｎＧａＡｓ層１３を、ｎ型ＩｎＰ層１２、ｐ型Ｉｎ
Ｐ層１４で挟んだ構成である。このｐｉｎ接合に逆バイ
アス電圧を印加し、入射光をｉ型ＩｎＧａＡｓ層１３に
導入する。

【００６３】入射光が吸収されると、逆バイアスされた
ダイオード構造に光電流が流れる。アバランシェホトダ
イオード構造とすることにより、増幅率を持たせること
もできる。

【００６４】図７は、ＩｎＰ基板１１表面上に配置され
るレンズ４の製造方法を示す。まず、図７（Ａ）に示す
ように、ＩｎＰ基板１１表面上に、ＡＺホトレジスト等
によるレジストパターン６９を形成する。このレジスタ
パターン６９を、たとえば２００℃に加熱し、ベーキン
グすることによって、図７（Ｂ）に示すように、レジス
トパターンを変形させ、中央が盛り上がったレジストパ
ターン６９ａとする。

【００６５】次に、図７（Ｃ）に示すように、斜め方向
からＡｒ⁺イオンを照射し、ＩｎＰ基板１１を回転させ
ながらイオンビームエッチングを行なう。レジスタパタ
ーン６９ａが中央が盛り上がった半球状の形状を有する
ため、レジストパターン６９ａの薄い部分から先にエッ
チングが進み、レジストパターン６９ａの厚い部分のＩ
ｎＰ基板１１が次第に厚く残る。このようにして、レジ
ストパターン６９ａを全てエッチングした時には、Ｉｎ
Ｐ基板１１の表面にはほぼ半球状の凸部が形成される。

【００６６】その結果、図７（Ｄ）に示すように、Ｉｎ
Ｐ基板１１表面上にレンズ４が形成される。なお、この
ような半導体レンズの製造方法は、たとえば、IEEE J o
f QUANTUM ELECTRONICS, QE-17, No.2, pp.174-178 (19
81) に記載されている。

【００６７】なお、ＩｎＰ基板１１の他方の表面上の構
造は、たとえば以下のようにして形成することができ
る。ＩｎＰ基板１１表面上に、ｎ型ＩｎＰ層１２、ノン
ドープＩｎＧａＡｓ層１３、ｐ型ＩｎＰ層１４をエピタ
キシャル成長し、ホトリソグラフィによるレジストマス
クを使用してドライエッチングを行ない、ホトダイオー
ドＰＤとパッド６に相当する部分を残してエピタキシャ
ル成長した半導体層をエッチングする。

【００６８】その後、金属層を形成し、パターニングす
ることで金属層１５、１６を形成する。さらに、表面上
に半田パターン７ａ、７ｂを形成して図６に示すＩｎＰ
基板１１を形成する。

【００６９】図８は、実装基板２の構成を示す。図８
（Ａ）に示すように、実装基板２表面上にはボンディン
グ用のメタルパターン２３ａ、２３ｂと共に、光検出用
のパターン２２が形成されている。光検出用パターン２
２は、Ｔ字型形状を有する。Ｔ字型形状の交点が光半導
体装置を実装する時の基準位置となる。

【００７０】ボンディング用メタルパターン２３ａは、
ホトダイオードに直接接続するメタルパターンであり、
メタルパターン２３ｂはＩｎＰ基板１１の四隅に形成さ
れたパッドにそれぞれ接続するメタルパターンである。
なお、図示を省略しているが、メタルパターン２３ｂの
うち、少なくとも１つはホトダイオードの陰極に接続さ
れ、外部に引き出される。

【００７１】光半導体装置を通して照射される光ビーム
は、走査パターン２５で示すように、駆動される。光検
出用パターン２２を横断することにより、その１方向の
位置を確認しつつトラッキングする。

【００７２】光ビームがＴ字型パターンの上辺に達する
と、それまでのパターン検出信号とは異なったタイミン
グの検出信号が得られるため、他方向の基準位置を知る
ことができる。このようにして、２方向の位置を検出す
ることにより、光半導体装置１の面内位置が高精度に検
出されている。

【００７３】光ビーム検出用パターン２２は、実装基板
２表面よりも反射率の高いメタルパターンで形成するの
が容易である。また、実装基板２表面上にλ／４程度の
深さを有する溝部を形成した後、全表面を金属膜で覆っ
てもよい。ただし、この金属膜は、メタルパターン２３
ａおよびメタルパターン２３ｂとは分離されなければい
けない。

【００７４】図８（Ｂ）は、光ビームが光検出用パター
ンを横切る時の反射光の強度変化を示す。曲線ｒａは、
光検出パターン２２が高反射率の反射面で形成されてい
る時の反射光強度の変化を示す。なお、光ビームの径と
光検出パターンの幅は同程度であるとする。

【００７５】光ビームと光検出パターンの重複度が最大
の時に反射光は最大値を示す。光ビームが光検出パター
ンの中心からずれだすと、反射光の強度も次第に低下
し、光ビームが光検出パターンを完全に外れた時に最低
値を示す。

【００７６】このように、光ビームを用いた位置検出に
おいては、光ビームと光検出パターンが一部重複してい
ても反射光強度に変化が表れるため、光検出パターンの
幅以下の精度で位置検出を行なうことができる。

【００７７】曲線ｒｂは、λ／４の深さを有する溝によ
って光検出パターンを形成した場合の反射光強度の変化
を示す。光ビームの半分が溝の上部分で反射し、他の半
分が溝の底部分で反射すると、両者の位相が丁度逆にな
るため、反射光は最低値を示す。

【００７８】光ビームの中央と溝の中央が一致した時に
は、溝の底面で反射する光の方が溝の上面で反射する光
よりも多いため、反射光強度は持ち上がっている。した
がって、溝の両縁に相当する部分で反射光強度の最低値
が示される。

【００７９】光ビームを走査パターン２５のように走査
すると、光ビームが光検出パターン２２を横切るたび
に、図８（Ｂ）に示すような反射光強度の変化が生じる
ため、高精度に光ビームの位置、すなわち、光半導体装
置の位置を検出することができる。

【００８０】図８（Ｃ）は、光半導体装置１と実装基板
２の位置合わせをした状態を示す。光半導体装置１のレ
ンズ４が光検出パターン２２の交差部上に配置され、ホ
トダイオードＰＤがホトダイオード用のメタルパターン
２３ａの上に高精度に位置合わせされている。

【００８１】なお、図８（Ａ）において、右辺から光ビ
ームの走査を始める場合を説明したが、上辺または下辺
から光走査を開始してもよいことは自明であろう。図９
は、本発明の他の実施例による光半導体装置の位置合わ
せを示す。

【００８２】図９（Ａ）は、実装基板の構成を示す。本
実施例においては、光ビーム検出パターン２２が水平方
向の直線部分２２ａと垂直方向の直線部分２２ｂで構成
されている。両パターン２２ａ、２２ｂは、分離されて
いる。

【００８３】なお、ボンディング用メタルパターン２３
ａ、２３ｂは、図８（Ａ）の場合と同様である。走査パ
ターン２５ａは、光半導体装置上のある基準位置のトラ
ッキング軌跡を示す。

【００８４】図９（Ｂ）は、光半導体装置の構成を示
す。本実施例においては、４つのレンズが形成されてい
る。Ｘ方向検出用に一対のレンズ４ｘが形成され、Ｙ方
向の位置検出に一対のレンズ４ｙが形成されている。な
お、ホトダイオードＰＤおよびパッド６は、図６に示す
前記実施例の場合と同様である。

【００８５】図９（Ｃ）は、位置合わせが完了した時の
光半導体装置１と実装基板２の関係を示す。図示の状態
においては、縦方向に並んだ３つのレンズ４ｘ、４ｙが
縦方向に配置された光ビーム検出用パターン２２ｂ上に
配置され、他の１つのレンズ４ｙが横方向の光ビーム検
出用パターン２２ａ上に配置されている。

【００８６】たとえば、図９（Ａ）に示す走査パターン
２５ａにしたがって光半導体装置を移動させると、一対
のレンズ４ｙを通る光が、同時に光ビーム検出用パター
ン２２ａを検出するか否かにより、光半導体装置１の角
度を検出することができる。

【００８７】また、一対のレンズ４ｘを通る光ビーム
が、光ビーム検出用パターン２２ｂを同時に検出するか
否かにより、同様の角度検出ができる。なお、このよう
に複数のレンズを用いる場合には、図５（Ａ）に示す光
ファイバ９も複数本とし、それぞれのレンズに対して光
ビームを供給する。各光ビームに対応して、光検出器５
５も複数個用いる。

【００８８】図１０は、本発明の他の実施例による光半
導体装置の位置合わせを示す。図１０（Ａ）は、光半導
体装置の構成を示す。光半導体装置１上のホトダイオー
ドＰＤおよびパッド６は前述の実施例と同様である。本
実施例においては、ＩｎＰ基板１１上に４つのレンズ４
ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄが直線上に並んで形成されてい
る。

【００８９】図１０（Ｂ）は、実装基板の構成を示す。
ボンディング用メタルパターン２３ａ、２３ｂは、前述
の実施例同様である。なお、ホトダイオードＰＤボンデ
ィング用のメタルパターン２３ａの形状は一部前述の実
施例と異なり、円形とされている。

【００９０】本実施例においては、直線状の光ビーム検
出用パターン２２ｃと共に、スポット状のパターンが並
んだ３列の光ビーム検出用パターン２４ａ、２４ｂ、２
４ｃが形成されている。

【００９１】パターン２４ａがレンズ４ａを通る光に対
応し、同様、パターン２４ｂ、２４ｃは、レンズ４ｃ、
４ｄを通る光ビームに対応する。レンズ４ｂを通る光
は、光ビーム検出用パターン２２ｃに対応し、前述の実
施例同様、光半導体装置１をトラッキングする際に用い
られる。

【００９２】スポット状光検出用パターン２４は、縦方
向に整合しており、３ビット信号を表す。●で示したス
ポットは低反射率であり、○で示したスポットは高反射
率である。

【００９３】４つのレンズ４ａ〜４ｄを通る光が、パタ
ーン２２ｃのみでなく、パターン２４ａ、２４ｂ、２４
ｃにも照射すると、その横方向位置を表す信号が得られ
る。たとえば、目標位置まで後何μｍかが示される。こ
のようにすると、直接数値で位置補正を行なうことがで
きるので、位置合わせが高速になる。

【００９４】さらに、１枚の基板に種類の違う多数のチ
ップを実装する場合に、その場所に取り付けるべきチッ
プの種類を示すコードをパッドの近くに付けておくと、
基板上のコードを読んで対応するチップをボンディング
する装置を実装することも可能になる。

【００９５】図１１は、本発明の他の実施例による光半
導体装置の位置合わせを示す。図１１（Ａ）において
は、光半導体装置１上にはレンズは形成されておらず、
光ファイバ９の先端が半球状とされてレンズを構成して
いる。光半導体装置１の下面上には、前述の実施例同様
にホトダイオードＰＤおよびパッド６が形成されてい
る。

【００９６】なお、本実施例ではパターン５ａは、透過
光ビームの形状を画定するパターンとして使用される。
そして、パターン５ａは、前述の実施例の場合よりも光
遮蔽部分の幅を広くすることが好ましい。たとえば、開
口径が約４０μｍ、外径が約５０μｍとする。

【００９７】ＴＶカメラにより、光ファイバ９と光ビー
ム成形用パターン５ａの位置合わせを行ない、真空チャ
ックで光半導体装置１を支持した後は、図５−図８に示
す実施例と同様に光半導体装置の実装基板に対する位置
合わせを行なうことができる。

【００９８】図１１（Ｂ）は、光半導体装置１の半導体
基板１１に直接開口を形成して光ビーム整形用パターン
５ｂとした実施例を示す。本実施例の場合、光ビームは
半導体基板１１の存在しない空間を通過するため、半導
体基板１１が光ビームに対して透明である必要はない。
したがって、用いる光ビームの波長は自由に選択するこ
とができる。

【００９９】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
光半導体装置の基板を支持する方法は真空チャックに限
らず、他の支持方法を用いてもよい。

【０１００】また、光半導体装置の半導体基板はＩｎＰ
の他、他の半導体を用いることもできる。ただし、光ビ
ームが半導体基板を透過する実施例を用いる場合、光ビ
ームの波長と半導体基板のバンドギャップを選択する必
要はある。

【０１０１】光ビームを成形する光ビーム位置決め用パ
ターンは、必ずしも金属である必要はない。光ビームの
位置合わせを目的とする場合は、パターンを認識できる
ものであればよいし、透過光ビームの形状の画定を目的
とする場合は、光ビームの光強度を減衰させることがで
きるものであればよい。

【０１０２】また、光半導体装置を実装基板に接続する
ためのパッド形状、パッド数等は任意に選択することが
できる。光半導体装置がホトダイオードを含む場合を説
明したが、半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子
を含むものであってもよい。また、光変調素子を含むも
のでもよい。

【０１０３】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能なことは当業者に自明であろう。

【０１０４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光半導体装置との相対位置を固定した光ビームを用いる
ことにより、光半導体装置を高精度に実装基板上に位置
合わせすることができる。

【０１０５】また、光半導体装置上にレンズを組み込む
ことにより、光半導体装置の位置検出精度を容易に向上
させることができる。光ビームを用い、非接触で光半導
体装置を高精度に実装基板に位置決めすることができる
ため、光半導体装置の実装において、光半導体装置の破
損等の事故を生じることが少ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による光半導体装置の実装の基
本概念を示す断面図である。

【図２】光半導体装置の実装を説明するための斜視図で
ある。

【図３】従来技術による光半導体装置の実装装置のブロ
ック図である。

【図４】他の従来技術による光半導体装置の実装装置を
示す概略図である。

【図５】本発明の実施例による光半導体装置の実装を示
す概略断面図である。

【図６】図５に示す光半導体装置をより詳細に示す図で
ある。図６（Ａ）は斜視図、図６（Ｂ）は断面図、図６
（Ｃ）は側面図、図６（Ｄ）は平面図である。

【図７】図６に示す光半導体装置に形成するレンズの製
造方法を示す断面図である。

【図８】図５に示す実装基板を、より詳細に説明するた
めの図である。図８（Ａ）は平面図、図８（Ｂ）は反射
光強度の変化を示すグラフ、図８（Ｃ）は平面図であ
る。

【図９】本発明の他の実施例による光半導体装置の実装
を説明するための平面図である。

【図１０】本発明の他の実施例による光半導体装置の実
装を説明するための平面図である。

【図１１】本発明の他の実施例による光半導体装置の実
装を説明するための概略斜視図である。

【符号の説明】

１光半導体装置２実装基板３可動支持手段４レンズ５光ビーム位置決め用パターン６パッド７半田パターン８光ファイバ９光ビーム透過部材（光ファイバ）１０電子回路ＩＣ１１半導体基板１２ｎ型ＩｎＰ層１３ノンドープＩｎＧａＡｓ層１４ｐ型ＩｎＰ層１５、１６メタル層２２位置検出用反射パターン２３メタルパターン２５走査パターン４１ステージ４３ステージ制御装置５１レーザ光源５２光ビーム５３ λ／４板５５光検出器５６ＴＶカメラ５７画像処理装置５８モニタＴＶ５９、６７電源６１ヒータ６９レジストパターン７１、７２溝Ａ電流計ＤダイオードＰＤホトダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｆ 8418−4Ｍ 31/02 Ｈ０５Ｋ 13/04 Ａ 8509−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体装置（１）を実装基板（２）上
に位置合わせして実装する方法であって、光半導体装置（１）上に光ビーム位置決め用パターン
（５）を形成し、実装基板（２）上に位置検出用反射パターン（２２）を
形成し、光半導体装置（１）を可動支持手段（３）で支持し、光半導体装置または可動支持手段にレンズ（４）を設
け、光半導体装置の所定位置を通して光ビームを実装基板上
に照射し、反射光を再び光半導体装置を通して検出し
て、実装基板に対する光半導体装置の位置合わせを行な
い、光半導体装置を実装基板上に固定する光半導体装置の実
装方法。