JPH08146266A - 光素子実装法及び光接続装置 - Google Patents

光素子実装法及び光接続装置

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JPH08146266A
JPH08146266A JP28995794A JP28995794A JPH08146266A JP H08146266 A JPH08146266 A JP H08146266A JP 28995794 A JP28995794 A JP 28995794A JP 28995794 A JP28995794 A JP 28995794A JP H08146266 A JPH08146266 A JP H08146266A
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ceramic
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sintering
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Shigeru Kawai
滋 河合
Kenichi Kasahara
健一 笠原
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 面型光素子、面型微小光学部品、周辺電子回
路を高精度に実装するための方法を提供する。 【構成】 セラミックを焼結する前のグリーンシート上
に、面型光素子に通電するためのパッド、面型微小光学
部品を固定するためのパッド、周辺電子回路に通電する
ためのパッドを形成する。グリーンシートは、100μ
m 程度の厚さにすることができ、このシートを自由に加
工して積層することができる。面型光素子と周辺電子回
路が実装された層の上に必要な枚数のグリーンシートを
積層し、その上に面型微小光学部品を実装する。光学系
の位置決めを、このシートの厚さを調整することによっ
て実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】面型光素子と面型微小光学部品の
実装法及びこの実装法で得られた光接続装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】光情報処理では面発光レーザから出射し
た光を伝搬させたり、空間伝搬した光を2次元受光素子
アレイで受光するには、レンズやビームスプリッタなど
の機能をもった面型光学部品が必要である。ビームを所
望の光路の中で伝搬させるには、面型光素子と面型光学
部品や、面型光学部品同士を位置決めしなければなら
ず、面内2軸、面内回転、ギャップ、平行度2軸の合計
6軸を調整する必要がある。このような位置決めを行う
には、従来、それぞれの面型光素子や面型光学部品の表
面に形成されているマーカの位置が一致するように一方
の素子を移動させる方法が一般的であった。しかしなが
ら、6軸の位置決めは容易なことではなく、位置決めに
多大な時間を要すると共に、高い位置決め精度を得るこ
とが難しかった。
【0003】1次元レーザアレイと1次元ファイバアレ
イなどを実装する方法として、半田などの合金でできた
バンプを用いたフリップチップ実装法が提案され、実用
化されつつある。近年、この方法を面型光素子と面型光
学部品の実装に適用する試みがある。この方法では、例
えば面発光レーザとマイクロレンズなど、2個の面型素
子を精度よく実装することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらビームを
伝搬させたり集光させる光学系では、複数の光学部品が
多層に配置されるのが一般的であり、従来のバンプを用
いたフリップチップ実装法では、バンプの対荷重の点と
合金の融点を各層において変えなければならない点か
ら、複数の光学部品を実装することは難しかった。
【0005】本発明は、フリップチップ実装法を用いて
複数の光学部品を実装させ、アライメントフリーな光素
子実装法及びその光学装置を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の光素子実装法は
セラミックスを焼結する前の複数のグリーンシートに複
数の開口を形成し、前記複数のグリーンシートを重ね合
わせて焼結し、焼結後のセラミックスの表面にバンプを
形成するための複数の金属パッドを形成し、前記金属パ
ッドと同様の金属パッドを光素子及び光学部品の表面に
形成し、複数のバンプによって前記セラミックス上の金
属パッドと前記光素子及び光学部品上の金属パッドを固
着することを特徴とする。また前記グリーンシートに金
属の電気配線を形成し重ね合わせた後、焼結し、セラミ
ック層ごとの電気配線を形成することを特徴とする。ま
た前記セラミックスの1枚または複数枚の焼結後の厚さ
が、光学部品のバンプが形成されている面の間隔に等し
くすることを特徴とする。
【0007】さらに、本発明の光接続装置は複数の異な
った開口を有するグリーンシートを重ね合わせ、焼結し
て得られたセラミックス基板と、前記セラミック基板の
異なった開口の表面段差にバンプを形成するための複数
の金属パッドを有し、前記金属パッドと同様の金属パッ
ドが光素子及び光学部品の表面に施され、複数のバンプ
によって前記セラミックス上の金属パッドと光素子及び
光学部品が金属パッドが固着されていることを特徴とす
る。また前記セラミック基板に電子部品が実装されてい
ることを特徴とする。
【0008】
【作用】この発明の原理を、図6から図10を用いて説
明する。
【0009】図6は、面型発光素子と面型受光素子を実
装するグリーンシート101、マイクロレンズを実装す
るグリーンシート102、ビームスプリッタとマイクロ
レンズを実装するグリーンシート103を示したもので
ある。グリーンシート101は基板になるセラミックス
で、この上に順次グリーンシート102、103の順に
重ね合わせた後に焼結される。グリーンシート102に
は、焼結後、面型発光素子と面型受光素子を実装するた
めの開口104、105が形成されている。また、グリ
ーンシート103には、焼結後、マイクロレンズを実装
するための開口106、107が形成されている。
【0010】図7は、図6に示したグリーンシートを重
ね合わせて焼結した後のセラミックスに、面型発光素
子、面型受光素子、マイクロレンズ、ビームスプリッタ
をフリップチップ実装するための金属パッドを形成した
実装基板を示したものである。パッド108に面型発光
素子、パッド109、111、113にマイクロレン
ズ、パッド110、112にビームスプリッタ、パッド
114に面型受光素子をそれぞれフリップチップ実装す
る。セラミックスの各層は、20μm 以下の精度で位置
決めすることができる。この構成によって、図8に示す
アレイ間接続光学系が実現される。
【0011】図9は、図7に示したセラミックス基板に
面型発光素子115、マイクロレンズ116、118、
120、ビームスプリッタ117、119、面型受光素
子121を実装した光接続モジュールを示したものであ
る。面型発光素子から出射した光は、マイクロレンズと
ビームスプリッタを透過して受光素子に入射する。光軸
方向はグリーンシートの厚さを制御することによって、
面内方向はバンプの大きさを制御することによって高精
度に位置決めできる。
【0012】図10は、図9に示したセラミックス基板
の中の面型発光素子と面型受光素子が実装されている層
に電気配線され、さらにその層に電子回路が実装されて
いる光/電子一体化モジュールを示したものである。本
来、グリーンシートは電子回路の多層基板として開発さ
れたものであり、絶縁性が高いことから、電気的な問題
はない。この構成によって、面型発光素子の駆動回路
や、面型受光素子の増幅素子を光接続モジュールと一体
化することができる。
【0013】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。
【0014】図1は、本発明の第1の実施例に用いる実
装基板の斜視図である。この実装基板は、セラミックス
板1、2、3、例えば半田のバンプを融着する金属のパ
ッド4、5、6、7、8、9、10から構成され、これ
らに、例えば面発光レーザなどの面型発光素子11、例
えば平板マイクロレンズなどのマイクロレンズ12、1
6、ビームスプリッタ13、15、例えばセルフォック
レンズなどの結像レンズ14、例えば2次元フォトディ
テクタアレイなどの面型受光素子17が、フリップチッ
プ実装される。面型発光素子と面型受光素子はセラミッ
クス板1に、マイクロレンズ12、16はセラミックス
板2にフリップチップ実装される。セラミックス板2
は、面型発光素子及び面型受光素子の厚さにレンズの焦
点距離を加えた厚さを有する。ビームスプリッタ13、
15と、結像レンズ14は、セラミックス板3に実装さ
れる。結像レンズは図5に示すように、円筒形をしてい
るため、矩形あるいはV字レールの上に固定してフリッ
プ実装される。図5以外は簡単のために溝の記載は省い
た。セラミックス板3は、マイクロレンズ13、15の
厚さにマイクロレンズとビームスプリッタのギャップを
加えた厚さを有する。複数の部品を1度に固定しない場
合には、始めに実装する部品のバンプの融点をもっとも
高くし、次に実装する部品の融点を次に低くし、最後に
実装する部品の融点をもっとも低くする。このようにす
ると、始めに実装したバンプが、他の部品の実装の際に
溶けることはない。同一セラミック基板内の面内絶対量
の精度は±0.05%で、結像光学系の長さを20mmと
すると面内の位置ずれ量は±10μm である。また、セ
ラミックス基板の基板間の重ね合わせ精度は±20μm
で、これらを考慮して、最大±30μm の精度で位置決
めが可能となる。一方図に示した光学系は位置ずれに強
く面型発光素子及び面型受光素子とマイクロレンズが高
精度に一体化されていれば、これらと結合レンズは、素
子ピッチ125μmの場合、結合損失2dBで±45μm
の位置ずれまで許容される。したがってアライメント
フリーの実装が可能となる。
【0015】図2は、本発明の第2の実施例の実装基板
の斜視図である。この実装基板は、第1の実装基板と同
様に、3枚のセラミックス板18、2、3、例えば半田
のバンプを融着する金属のパッド4、5、6、7、8、
9、10から構成される。面型発光素子と面型受光素子
は、金属による電気的な配線が施されているセラミック
ス板17に実装される。セラミックス板18には、面型
発光素子や面型受光素子に必要な電気配線が施されてお
り、これらの素子に給電したり信号をやり取りすること
ができる。
【0016】図3は、本発明の第3の実施例の実装基板
の斜視図である。この実装基板は、第1の実装基板と同
様に、3枚のセラミックス板19、20、21、例えば
半田のバンプを融着する金属のパッド4、5、6、7、
8、9、10から構成される。焼結する前のグリーンシ
ートは、厚さを自由に制御できる。3枚のセラミックス
板の厚さは、光素子や光学部品を実装するために必要な
厚さやギャップに一致させてある。融着後のバンプの高
さを50μm 、面型発光素子と面型受光素子などの光素
子の厚さを100μm 、マイクロレンズの厚さを500
μm 、ワーキングディスタンスを50μm とする。この
時、セラミックス板18の厚さとして、光素子のバンプ
の高さ50μm に光素子の厚さ100μm を加えた15
0μm の厚さからマイクロレンズのバンプの高さ50μ
m を減じた100μm の厚さが必要である。セラミック
ス板19の厚さは、マイクロレンズの厚さ500μm と
ワーキングディスタンス50μm 、ビームスプリッタの
バンプの高さ50μm を加えた600μm の厚さが必要
である。
【0017】図4は、本発明の第4の実施例の実装基板
の斜視図である。この実装基板は、第2の実装基板と同
様に、3枚のセラミックス板18、2、3、例えば半田
のバンプを融着する金属のパッド4、5、6、7、8、
9、10から構成される。セラミックス板17には、面
型発光素子や面型受光素子に必要な電気配線が施されて
おり、このセラミックス板17に、例えばトランジスタ
などの電子部品22が実装されていれば、面型発光素子
を駆動したり、面型受光素子で受光した信号を増幅する
ことができる。
【0018】
【発明の効果】この発明の光素子実装法を用いることに
よって、フリップチップ実装法を用いて複数の部品をア
ライメントフリーに実装でき、歩留まりがよく精度がよ
い光接続装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例を示す図である。
【図3】本発明の第3の実施例を示す図である。
【図4】本発明の第4の実施例を示す図である。
【図5】結像レンズの実装を示す図である。
【図6】本発明に用いる異なった開口を持つグリーンシ
ートの斜視図である。
【図7】焼結後のセラミックスにパッドを配置した図で
ある。
【図8】本発明のアレイ間接続を示す図である。
【図9】厚さの異なるグリーンシートを用いたときの実
施例を示す図である。
【図10】電子部品を実装したときの実施例を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 セラミックス板 2 セラミックス板 3 セラミックス板 4 パッド 5 パッド 6 パッド 7 パッド 8 パッド 9 パッド 10 パッド 11 面型発光素子 12 マイクロレンズ 13 ビームスプリッタ 14 レンズ 15 ビームスプリッタ 16 マイクロレンズ 17 面型受光素子 18 セラミックス板 19 セラミックス板 20 セラミックス板 21 セラミックス板 22 電子部品 101 グリーンシート 102 グリーンシート 103 グリーンシート 104 開口 105 開口 106 開口 107 開口 108 パッド 109 パッド 110 パッド 111 パッド 112 パッド 113 パッド 114 パッド 115 面型発光素子 116 マイクロレンズ 117 ビームスプリッタ 118 マイクロレンズ 119 ビームスプリッタ 120 マイクロレンズ 121 面型受光素子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セラミックスを焼結する前の複数のグリー
    ンシートに複数の開口を形成し、前記複数のグリーンシ
    ートを重ね合わせて焼結し、焼結後のセラミックスの表
    面にバンプを形成するための複数の金属パッドを形成
    し、前記金属パッドと同様の金属パッドを光素子及び光
    学部品の表面に形成し、複数のバンプによって前記セラ
    ミックス上の金属パッドと前記光素子及び光学部品上の
    金属パッドを固着することを特徴とする光素子実装法。
  2. 【請求項2】前記グリーンシートに金属の電気配線を形
    成し重ね合わせた後、焼結し、セラミック層ごとの電気
    配線を形成することを特徴とする請求項1記載の光素子
    実装法。
  3. 【請求項3】前記セラミックスの1枚または複数枚の焼
    結後の厚さが、光学部品のバンプが形成されている面の
    間隔に等しくすることを特徴とする請求項1記載の光素
    子実装法。
  4. 【請求項4】複数の異なった開口を有するグリーンシー
    トを重ね合わせ、焼結して得られたセラミックス基板
    と、前記セラミック基板の異なった開口の表面段差にバ
    ンプを形成するための複数の金属パッドを有し、前記金
    属パッドと同様の金属パッドが光素子及び光学部品の表
    面に施され、複数のバンプによって前記セラミックス上
    の金属パッドと光素子及び光学部品が金属パッドが固着
    されていることを特徴とする光接続装置。
  5. 【請求項5】前記セラミック基板に電子部品が実装され
    ていることを特徴とする請求項4記載の光接続装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100568313B1 (ko) * 2004-09-24 2006-04-05 삼성전기주식회사 광소자 어레이 및 이를 구비한 터치패드 장치

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JPH01102506A (ja) * 1987-10-16 1989-04-20 Nec Corp 積層導波路形光デバイス素子
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Effective date: 19980811