JPH0990173A - 表面実装モジュールとその製造方法 - Google Patents

表面実装モジュールとその製造方法

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JPH0990173A
JPH0990173A JP7249643A JP24964395A JPH0990173A JP H0990173 A JPH0990173 A JP H0990173A JP 7249643 A JP7249643 A JP 7249643A JP 24964395 A JP24964395 A JP 24964395A JP H0990173 A JPH0990173 A JP H0990173A
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optical
semiconductor element
surface mount
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勇 大石
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い精度で安価に製造でき、しかも、搭載し
た光半導体素子の光出力を大きくすることが可能な表面
実装モジュールとその製造方法を提供する。 【解決手段】 基板２上に光半導体素子５と光ファイバ
６とを搭載して製造される表面実装モジュールとその製
造方法。基板２が、光半導体素子５の搭載位置マーク３
ｂと光ファイバの位置決め部３ｃとを有し、精密転写法
によって形成されるベース部品３と、ベース部品と一体
化される成形体４とで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装モジュー
ルとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光ファイバ通信システムにおいては、双
方向通信として加入者（家庭）側からも光信号を伝送可
能なシステムが検討されている。このような光ファイバ
通信システムを達成するためには、受・発光素子と光フ
ァイバとを結合した表面実装モジュールが必要であり、
従来は、例えば、以下のようにして受・発光素子と光フ
ァイバとを結合していた。
【０００３】即ち、レーザダイオード（以下、「ＬＤ」
という）と光ファイバとを結合する場合には、シリコン
基板上にＬＤを精度良く搭載するためのマークと、この
マークとの相対位置関係がサブミクロンオーダーに設定
され、光ファイバを位置決めするＶ溝とを形成し、この
基板上でＬＤと光ファイバとを結合していた。ここで、
シリコン基板を使用するのは、以下の理由による。第１
に、シリコン基板は、温度膨張係数が光ファイバと同一
で温度変化による位置関係のずれが生じ難いこと。第２
に、シリコン基板は、ＬＤ搭載用のマークや光ファイバ
を位置決めするＶ溝をリソグラフィや異方性エッチング
等を用いて高精度に形成できること。第３に、シリコン
基板は、近赤外光を透過させて裏側からＬＤや光ファイ
バの搭載位置が観察できることによる。
【０００４】また、従来、端部を熱溶融して凸曲面に加
工したレンズドファイバを用いてＬＤと結合する方法も
知られている。しかし、上記レンズドファイバを用いた
場合、ＬＤとレンズドファイバとの間隔を５〜１０μｍ
にセットし、レンズドファイバの光軸と直交する横方向
におけるＬＤの許容誤差を１μｍ以下にする必要があっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、リソグラフ
ィによってシリコン基板を高精度に加工する場合は、高
価な加工装置が必要で、加工工程において基板の取り扱
いを慎重に行う必要がある。一方、異方性エッチングを
使用して加工する場合には、シリコン基板の方位をエッ
チング用マスクに対して精度良く位置合わせしたり、エ
ッチング条件を精密に制御する必要がある。
【０００６】このため、上記いずれの加工方法において
も、加工条件が悪いと、加工されたシリコン基板におけ
る前記マークやＶ溝の加工精度がばらつき、歩留まりが
悪くなる結果、製品（表面実装モジュール）が高価にな
るという問題がある。この場合、シリコン基板を機械的
に加工することも考えられるが、生産性が悪く、加工コ
ストが嵩む結果、家庭用の表面実装モジュールに使用す
るには高価になるという問題がある。
【０００７】一方、ＬＤは、単位面積比で大きな電流を
流すため必然的に発熱する。この場合、シリコン基板
は、金属に比べて熱伝導性が良くないため、放熱性が悪
い。このため、シリコン基板を用いた表面実装モジュー
ルにおいては、低い電流値でＬＤの光出力が飽和するこ
とから、光出力を大きくできないという問題もある。更
に、従来のレンズドファイバを用いた表面実装モジュー
ルでは、熱膨張率の大きい素材を基板として使用する
と、温度変化によってＬＤとレンズドファイバとが衝突
して損傷するおそれがあった。しかも、上記許容誤差が
１μｍ以下であることから、ＬＤとレンズドファイバと
を結合するときに生ずる前記横方向のずれは、結合効率
のばらつきとなり、組み立てられる表面実装モジュール
の歩留まりが低下したり、製造コストが増加する原因と
なる。
【０００８】本発明は上記の点に鑑みてなされたもの
で、高い精度で安価に製造でき、しかも、搭載した光半
導体素子の光出力を大きくすることが可能な表面実装モ
ジュールとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば上記目的
を達成するため、基板上に光半導体素子と光ファイバと
を搭載して製造される表面実装モジュールにおいて、前
記基板を、前記光半導体素子の搭載位置マークと前記光
ファイバの位置決め部とに対応する凹凸を有し、精密転
写法によって形成されるベース部品と、前記ベース部品
と一体化される成形体とで構成したのである。
【００１０】好ましくは、前記成形体として金属フィラ
ー入樹脂や金属射出成形体等の熱伝導性素材を用いる。
また好ましくは、前記光ファイバは、コアのない等方性
の屈折率を有し、一端が凸曲面に加工されたレンズドフ
ァイバが端部に設けられたものを用いる。更に、上記目
的を達成するため本発明の表面実装モジュールの製造方
法によれば、光半導体素子の搭載位置マークと光ファイ
バの位置決め部とを有する基板に対して凹凸が逆に形成
されたマスタ部品から精密転写法により転写体を形成
し、前記転写体を熱伝導性素材で裏打ちした後、前記搭
載位置マークに基づいて光半導体素子を、前記位置決め
部により光ファイバを、それぞれ位置決めして搭載する
構成としたのである。
【００１１】ここで、本明細書で使用する「精密転写
法」とは、マスタ部品の凹凸をサブミクロンオーダーの
分子レベルで転写して転写体を形成する手段をいい、例
えば、電鋳法やスパッタリング法等がある。精密転写法
によって形成されるベース部品を使用すると、光半導体
素子の搭載位置マークと前記光ファイバの位置決め部と
がマスタ部品から精密に転写され、光半導体素子と光フ
ァイバとを搭載した表面実装モジュールが高い精度で安
価に製造される。更に、熱伝導性素材からなり、ベース
部品と一体化される成形体を使用すれば、放熱性が悪い
シリコン基板を用いた従来の表面実装モジュールに比べ
放熱性が向上し、搭載した光半導体素子、例えば半導体
レーザの光出力を大きくすることができる。
【００１２】このとき、光ファイバは、コアのない等方
性の屈折率を有し、一端が凸曲面に加工されたレンズド
ファイバが端部に設けられたものを用いると、光ファイ
バと光半導体素子との間の距離を100 μｍ以上、また、
光半導体素子の光軸と直交する横方向における光ファイ
バの光軸のずれに関する許容誤差を１μｍ以上としても
結合効率に大きな影響は生じない。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図１乃
至図７に基づいて詳細に説明する。表面実装モジュール
１は、図１及び図２に示すように、基板２にＬＤ５と光
ファイバ６とが光軸を調心して搭載されている。基板２
は、ベース部品３と成形体４とで構成されている。ベー
ス部品３は、幅方向に形成された横断溝３ａを挟む一方
が僅かに低く、一方にＬＤ５の搭載位置を示すマーク３
ｂが、他方にＶ溝３ｃが、それぞれ形成されている。成
形体４は、熱伝導性素材、例えば、金属フィラー入りの
合成樹脂、金属フィラー入りのセラミック系接着剤、あ
るいは金属射出成形体（通称ＭＩＭと呼ばれるもの）等
でモールド成形され、図３（ａ），図３（ｂ）に示すよ
うに、ベース部品３と一体化される。
【００１４】ＬＤ５は、レーザ発振特性を改良するため
２本のトレンチ５ａが実装面に形成され、各トレンチ５
ａの外側にマーク５ｂ（それぞれ図４参照）が活性層に
対して高精度に位置決めして設けられている。ＬＤ５
は、図１に示したように、横断溝３ａを挟んだＶ溝３ｃ
と対向する位置に搭載される。尚、図４において、左側
のＬＤ５は、細部を明確に示すため右側に示した基板２
に比べて相対的に拡大して描いてある。
【００１５】光ファイバ６は、Ｖ溝３ｃで位置決めして
ベース部品３に搭載され、一端に太径のレンズドファイ
バ６ａが、他端にフェルール６ｂが取り付けられてい
る。レンズドファイバ６ａは、コアのない等方性の屈折
率を有し、先端が凸曲面に加工されている。フェルール
６ｂは、光ファイバ６を他の光ファイバと接続する単心
フェルールである。
【００１６】以上のように構成される表面実装モジュー
ル１は、以下のようにして製造される。先ず、ベース部
品３を作成すべく、図６に示すマスタ部品１０を用意し
た。マスタ部品１０は、横断溝３ａ，マーク３ｂ及びＶ
溝３ｃを有するベース部品３に対して凹凸が逆の関係に
精度良く作成され、横断溝３ａに対応する凸条１０ａ、
マーク３ｂに対応する凹部１０ｂ及びＶ溝３ｃに対応す
るリッジ１０ｃを有している。マスタ部品１０は、シリ
コン等の非電気伝導材料や、Ｎｉ，Ｃｕ等の電気伝導材
料を使用することができる。
【００１７】次に、マスタ部品１０が非電気伝導材料か
らなる場合には、ニッケル、銅等を表面にフラッシュメ
ッキして導体化しておく。マスタ部品１０が電気伝導材
料からなる場合には、表面の導体化処理は不要である。
次いで、マスタ部品１０を陰極とし、図７（ａ）に示す
ように、電鋳法によりマスタ部品１０の表面にニッケ
ル、銅等の厚い電気メッキ層１１を形成した。このと
き、マスタ部品１０を多数並べておけば、ベース部品３
を一度に多数作成することができる。
【００１８】この場合、電鋳に数日間を要することも考
えられる。しかし、電鋳法は、マスタ部品１０の凹凸形
状をサブミクロンオーダーで精度よく再現できるうえ、
電鋳設備並びに電鋳に要するコストも安価であるという
利点がある。次に、マスタ部品１０から電気メッキ層１
１を剥がし取り、図７（ｂ）に示すように、横断溝３
ａ，マーク３ｂ及びＶ溝３ｃを有するベース部品３を得
た。
【００１９】次いで、得られたベース部品３を金型にセ
ットし、金属フィラー入りの合成樹脂やセラミック系接
着剤等からなる熱伝導性素材を用いて成形体４をインサ
ートモールドにより成形し、基板２を作成した。しかる
後、図４に示すように、ＬＤ５を裏返しながら基板２に
形成されたマーク３ｂ，３ｂの間に配置した。そして、
基板２の上方から近赤外光を照射し、ＬＤ５を透過する
近赤外光によって、各マーク５ｂと対応するマーク３ｂ
とを顕微鏡付ビジコンカメラで観察しながら画像認識等
の方法により１μｍ程度の精度でＬＤ５をベース部品３
に対して位置決めした。
【００２０】この状態で、位置決めしたＬＤ５とベース
部品３とを金スズ合金等の共晶合金でボンディングし、
ＬＤ５を基板２に固定した。次に、光ファイバ６をベー
ス部品３のＶ溝３ｃで位置決めしながら接着剤等でＶ溝
３ｃに固定し、表面実装モジュール１を製造した。この
とき、光ファイバ６は、レンズドファイバ６ａを横断溝
３ａに配置することでＶ溝３ｃ方向における位置決めを
行った。
【００２１】尚、光ファイバは、図５に示す光ファイバ
８のように、一端に同径のレンズドファイバ８ａを、他
端にフェルール８ｂを取り付けた構造のものでもよい。
光ファイバ８を使用したときには、レンズドファイバ８
ａの先端を顕微鏡で観察しながらＬＤ５との関係を画像
認識等によって精度良く位置決めし、光ファイバ８をＶ
溝３ｃに固定する。
【００２２】ここで、上記実施例ではマスタ部品１０を
用いてベース部品３を作成したが、予めシリコン等で作
成した母型を用い、前記精密転写法によって複製の複製
という２段階を経てベース部品３を高精度に作成するこ
とも可能である。母型は、ベース部品３と同じ形状で、
シリコン等を用いてフォトリソグラフィで高精度に作成
することができる。このベース部品３と同じ形状で作成
したものを、マスター部品の母型として電鋳法、スパッ
タリング法等の精密転写法でマスター部品を作成する。
この方法を用いることで、母型は一つを十分な管理をし
て高精度に作成し、マスター部品をこの母型から何個も
高精度に作成することが可能である。スパッタリング法
ではシリコン等の非電気伝導材料も使用可能で、寸法精
度の高い材料を選定して使用できる。
【００２３】また、ベース部品３は、電鋳法によって高
い精度で安価に製造できた。しかも、表面実装モジュー
ル１は、ベース部品３が金属で成形体４が熱伝導性素材
である金属フィラー入りの合成樹脂やセラミック系接着
剤で構成されているので、基板２の放熱性に優れている
ため、搭載したＬＤ５の光出力を大きくすることができ
る。
【００２４】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
表面実装モジュールとその製造方法によれば、光半導体
素子、例えば、半導体レーザの搭載位置マークと光ファ
イバの位置決め部とを有するベース部品を精密転写法に
よってマスタ部品から作成するので、表面実装モジュー
ルを高い精度で安価に製造でき、しかも、搭載した半導
体レーザの光出力を大きくすることができる。
【００２５】このとき、光ファイバは、コアのない等方
性の屈折率を有し、一端が凸曲面に加工されたレンズド
ファイバが端部に設けられたものを用いるので、光ファ
イバと光半導体素子との間の距離を100 μｍ以上、ま
た、光半導体素子の光軸と直交する横方向における光フ
ァイバの光軸のずれに関する許容誤差を１μｍ以上とす
ることができ、構成部品の位置決めが容易で、結合効率
に大きな影響は生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の表面実装モジュールを示す平面図であ
る。
【図２】図１のモジュールの断面図である。
【図３】図３（ａ）は図１のモジュールを構成する基板
の断面図、図３（ｂ）は右側面図である。
【図４】図１の表面実装モジュールにおいて、ＬＤを基
板に固定する状態を示す斜視図である。
【図５】図１の表面実装モジュールに用いる光ファイバ
の変形例を示す正面図である。
【図６】図１の表面実装モジュールの製造に使用するマ
スタ部品の斜視図である。
【図７】図６のマスタ部品を用いたベース部品の製造を
示す工程図である。
【符号の説明】
１ 表面実装モジュール ２ 基板 ３ ベース部品 ３ａ 横断溝 ３ｂ マーク ３ｃ Ｖ溝 ４ 成形体 ５ ＬＤ ５ａ トレンチ ５ｂ マーク ６ 光ファイバ ６ａ レンズドファイバ ６ｂ フェルール ８ 光ファイバ ８ａ レンズドファイバ ８ｂ フェルール １０ マスタ部品 １０ａ 凸条 １０ｂ 凹部 １０ｃ リッジ １１ 電気メッキ層

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に光半導体素子と光ファイバとを
    搭載して製造される表面実装モジュールにおいて、前記
    基板が、前記光半導体素子の搭載位置マークと前記光フ
    ァイバの位置決め部とを有し、精密転写法によって形成
    されるベース部品と、前記ベース部品と一体化される成
    形体とで構成されることを特徴とする表面実装モジュー
    ル。
  2. 【請求項２】 前記基板の精密転写法によって形成され
    るベース部品と一体化される成形体として、金属フィラ
    ー入樹脂や金属射出成形体等の熱伝導性素材からなる、
    請求項１の表面実装モジュール。
  3. 【請求項３】 前記光ファイバは、コアのない等方性の
    屈折率を有し、一端が凸曲面に加工されたレンズドファ
    イバが端部に設けられている、請求項１又は２の表面実
    装モジュール。
  4. 【請求項４】 光半導体素子の搭載位置マークと光ファ
    イバの位置決め部とを有する基板に対して凹凸が逆に形
    成されたマスタ部品から精密転写法により転写体を形成
    し、 前記転写体を熱伝導性素材で裏打ちした後、 前記搭載位置マークに基づいて光半導体素子を、前記位
    置決め部により光ファイバを、それぞれ位置決めして搭
    載することを特徴とする表面実装モジュールの製造方
    法。
JP7249643A 1995-09-27 1995-09-27 表面実装モジュールとその製造方法 Pending JPH0990173A (ja)

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