JPH11214795A - 光半導体モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板を個々の単位に切断する前に一括して配
線パターンの形成、部品の取り付けをおこなうことがで
き、かつ、部品固定のためのリフローの回数を減らすこ
とができる光半導体モジュールの提供を課題(目的)とす
る。 【解決手段】 パッケージ３の取付面３ｂに対してほぼ
垂直なセラミック基板１０の第１面１０ｂには、光路孔
１０ａの一方の開口部に合わせて光半導体素子１が固定
され、チップ部品６ａ、６ｂ、６ｃが固定されている。
第１面１０ｂには、これらを接続するための第１の配線
パターン７が形成されている。取付面３ｂに対してほぼ
平行な第２面１０ｃには、光路孔１０ａとほぼ平行に４
本の溝１０ｄが形成され、これらの溝内に第２の配線パ
ターン１１が形成される。第２の配線パターン１１は、
第１の配線パターン７に接続され、基板用ワイヤ５ｂに
よりリード３ａに接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、光データ伝送シ
ステムに利用され、電気信号を光信号に変換する送信機
能、および／または、光信号を電気信号に変換する受信
機能を備えた光半導体モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の光半導体モジュールは、図８(ａ)
に示されるように、フォトダイオード等の発光素子ある
いはレーザーダイオード等の受光素子といった光半導体
素子１と、この素子が固定された直方体状のセラミック
基板２と、セラミック基板２が取り付けられたパッケー
ジ３とを備えている。セラミック基板２には、図８(ｂ)
に示すような光路孔２ａが形成されており、半導体素子
１は発光面、あるいは受光面をこの光路孔に対向させて
取り付けられている。また、この光路孔２ａには、半導
体素子１とは反対側から光ファイバー４ａが挿入されて
いる。光ファイバー４ａは、パッケージ３に固定された
フェルール４により保持されており、その先端部がフェ
ルール４から突出して光路孔２ａに挿入されている。

【０００３】セラミック基板２には、図９(ａ)に示され
るように、半導体素子１が配置された第１面２ｂに第１
の配線パターン７が形成されると共に、図９(ｂ)に示さ
れるように、第１面と直交して隣接する第２面２ｃに第
２の配線パターン８が形成されている。そして、第１面
２ｂには第１、第２のチップ部品６ａ、６ｂが固定さ
れ、第２面２ｃには第３のチップ部品６ｃが固定されて
いる。半導体素子１は、予め設けられた半田バンプによ
りセラミック基板２にフリップチップボンディングによ
り固定され、この半田バンプを介して第１の配線パター
ン７に接続されている。他方、各チップ部品６ａ，６
ｂ，６ｃは、セラミック基板２に塗布された半田により
基板に固定されると共に、チップ用ワイヤ５ａにより配
線パターン７、８に接続されている。配線パターン７、
８は互いに接続されており、各チップ部品６ａ、６ｂ、
６ｃとあわせて半導体素子１を駆動するための回路を構
成している。

【０００４】なお、パッケージ３には、その両側に複数
のリード３ａが形成されており、パッケージ３上に固定
されたセラミック基板２の第２面２ｃ上の第２の配線パ
ターン８の各部とリード３ａとの間は基板用ワイヤ５ｂ
により接続されている。上記のように光ファイバー４ａ
と半導体素子１とを対向させて配置するためには、半導
体素子１はパッケージ３の取付面に対して垂直な第１面
２ｂに固定する必要があり、また、セラミック基板２上
の回路とリード３ａとをワイヤボンディングにより接続
するためには、第２面２ｃに少なくとも接続用の配線パ
ターン８を形成しなければならない。

【０００５】上記光半導体モジュールは、セラミック基
板２に部品を搭載する工程と、このセラミック基板２を
パッケージ３に固定する工程と、フェルール４により保
護された光ファイバー４ａを固定する工程と、リード３
ａとセラミック基板２の配線パターン８とを基板用ワイ
ヤ５ｂにより接続する工程とを経て製造される。

【０００６】また、セラミック基板２に部品を搭載する
工程は、大きく分けて以下の３段階から構成される。第
１段階は、セラミック基板２に配線パターン７、８を形
成する段階である。この段階では、平板状のセラミック
板を直方体状にカットしてセラミック基板２を形成し、
その第１面２ｂと第２面２ｂとにそれぞれ配線パターン
７、８を蒸着やメッキ等のメタライズ方法で形成する。

【０００７】第２段階は、第１面２ｂに部品を搭載、固
定する段階である。この段階では、第１面２ｂのチップ
部品搭載箇所に半田を塗布し、第１、第２のチップ部品
６ａ、６ｂと半田バンプが形成された半導体素子１とを
所定の位置に配置する。この状態で基板２をホットプレ
ート、リフロー炉により加熱し、半導体素子１とチップ
部品６ａ、６ｂとを基板２に固定する。固定後、チップ
部品６ａ、６ｂと配線パターン７とをチップ用ワイヤ５
ａをボンディングして接続し、配線保護用のシリコン樹
脂等をポッティングする。

【０００８】第３段階は、第２面２ｃに部品を搭載、固
定する段階である。上記の第２段階と同様に、所定箇所
に半田を塗布して第３のチップ部品６ｃを配置し、加熱
して固定した後、チップ部品６ｃと配線パターン８とを
チップ用ワイヤ５ａによりボンディングして接続し、必
要に応じてシリコン樹脂をポッティングする。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の光半導体モジュールは、セラミック基板の異な
る２面に配線パターンを形成する必要から、配線パター
ンの形成前にセラミック基板を個々の単位に切断する必
要があり、配線パターンの形成、部品の取り付け等の工
程を個々の基板単位で行わなければならず、工程が複雑
で、かつ、取り扱いが難しく、量産に不向きであるとい
う問題点を有していた。また、半田を溶融させるための
リフローを、第１面２ｂへの部品固定時と第２面２ｃへ
の部品固定時とで合計２度行わなければならず、２度目
のリフロー時に第１面２ｂに固定された部品やワイヤの
接続信頼性を低下させるという問題もあった。

【００１０】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、上述した従来例と同様に基
板の隣接する２つの面に配線パターンを形成する構造を
前提として、基板を個々の単位に切断する前に一括して
配線パターンの形成、部品の取り付けをおこなうことが
でき、かつ、部品固定のためのリフローの回数を減らす
ことができる光半導体モジュールの提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる光半導
体モジュールは、上記の目的を達成させるため、リード
が形成されたパッケージの取付面上にほぼ直方体状の基
板が固定され、この基板に、取付面に対してほぼ平行な
方向に基板を貫通して光ファイバー挿入用の光路孔が形
成され、取付面に対してほぼ垂直な基板の第１面に、こ
の光路孔の一方の開口部に合わせて光半導体素子が固定
され、取付面に対してほぼ平行な基板の第２面に、リー
ドに接続される配線パターンが形成された構成におい
て、第１面に、光半導体素子の他にチップ部品を搭載す
ると共に、これらの部品を接続するための配線パターン
を形成し、第２面に、光路孔とほぼ平行に複数の溝を形
成すると共に、これらの溝内にリードに接続される配線
パターンとして導電体層を形成したことを特徴とする。

【００１２】溝は、第１面と平行な断面内での形状が半
円形、または矩形になるよう形成することができる。ま
た、導電体層は、溝内の空間を充たして形成し、あるい
は溝の内面形状に沿ってほぼ一定膜厚で形成することが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明にかかる光半導体
モジュールの実施形態を説明する。実施形態の光半導体
モジュールは、図１(ａ)に示されるように、リード３ａ
が形成されたパッケージ３と、このパッケージ３の取付
面３ｂ上に固定されたほぼ直方体状のセラミック基板１
０とを備えている。セラミック基板１０には、図１(ｂ)
に示されるように、パッケージ３の取付面３ｂに対して
ほぼ平行な方向に、セラミック基板１０を貫通する光フ
ァイバー挿入用の光路孔１０ａが形成されている。

【００１４】また、取付面３ｂに対してほぼ垂直なセラ
ミック基板１０の第１面１０ｂには、この光路孔１０ａ
の一方の開口部に合わせてフォトダイオード等の発光素
子あるいはレーザーダイオード等の受光素子といった光
半導体素子１が固定され、その他、図２(ａ)に示すよう
に第１、第２、第３のチップ部品６ａ、６ｂ、６ｃが固
定されている。第１面１０ｂには、光半導体素子１とチ
ップ部品６ａ、６ｂ、６ｃとを接続するための第１の配
線パターン７が形成されている。

【００１５】なお、光路孔１０ａには、半導体素子１と
は反対側から光ファイバー４ａが挿入されている。光フ
ァイバー４ａは、パッケージ３に固定されたフェルール
４により保持されており、その先端部がフェルール４か
ら突出して光路孔１０ａに挿入されている。

【００１６】半導体素子１は、予め設けられた半田バン
プによりセラミック基板１０にフリップチップボンディ
ングにより固定され、この半田バンプを介して第１の配
線パターン７に接続されている。他方、各チップ部品６
ａ，６ｂ，６ｃは、セラミック基板１０に塗布された半
田によりセラミック基板１０に固定されると共に、チッ
プ用ワイヤ５ａにより第１の配線パターン７に接続され
ている。各チップ部品は、第１の配線パターン７により
接続されて半導体素子１を駆動するための回路を構成し
ている。

【００１７】取付面３ｂに対してほぼ平行なセラミック
基板１０の第２面１０ｃには、リード３ａに接続される
第２の配線パターン１１が形成されている。第２面１０
ｃは、第１面１０ｂに隣接し、かつ、直交する面であ
る。第２面１０ｃには、図３に示すように、光路孔１０
ａとほぼ平行に４本の溝１０ｄが形成されており、第２
の配線パターン１１は、これらの溝１０ｄ内にアルミニ
ウム、銅等の金属を蒸着やメッキして形成された導電体
層として形成される。第２の配線パターン１１は、第１
の配線パターン７に接続され、基板用ワイヤ５ｂにより
リード３ａに接続される。

【００１８】なお、図３は、溝１０ｄの説明のために配
線パターン形成前のセラミック基板１０の形状を基板単
位で示している。ただし、後述するように、実際の組立
に当たっては、基板単位に切り放す前の段階で配線パタ
ーン７、１１が形成されるため、工程中図３に示す電極
形成前のセラミック基板１０が単体で存在することはな
い。

【００１９】セラミック基板１０の第２面１０ｃに形成
される溝の断面形状としては、図３および図４(ａ)(ｂ)
に示すような矩形状の溝１０ｄ、あるいは図５(ａ)(ｂ)
に示すような半円形状の溝１０ｅを選択することができ
る。また、第２の配線パターンとしては、図４(ａ)およ
び図５(ａ)に示すように溝内の空間を充たすように埋め
込んだ配線パターン１１，１１ａを用いてもよいし、図
４(ｂ)および図５(ｂ)に示すように溝の内面に沿ってほ
ぼ一定の膜厚で形成した配線パターン１１ｂ，１１ｃを
用いてもよい。

【００２０】光半導体素子１が受光素子である場合、光
ファイバー４ａを通して入射する光を光半導体１により
検出して電気信号に変換し、チップ部品により構成され
る回路により増幅等の処理をしてリード３ａを介して外
部に接続された装置、回路へ受光信号に応じた電気信号
を出力する。一方、光半導体素子１が発光素子である場
合には、リード３ａに接続された外部回路からの電気信
号にしたがって、チップ部品により構成される回路が光
半導体素子１を駆動し、電気信号を光信号に変換する。
光半導体素子１から発した光は、光ファイバー４ａを伝
搬して外部に光信号を出力する。

【００２１】次に、上記の実施形態にかかる光半導体モ
ジュールの製造方法について説明する。実施形態の光半
導体モジュールは、セラミック基板１０に配線パターン
を形成して部品を搭載する工程と、このセラミック基板
１０をパッケージ３に固定する工程と、フェルール４に
より保護された光ファイバー４ａを固定する工程と、リ
ード３ａとセラミック基板１０の配線パターン１１とを
接続する工程とを経て製造される。

【００２２】セラミック基板１０に配線パターンを形成
して部品を搭載する工程は、大きく分けて以下の２段階
から構成される。第１段階は、セラミック基板１０に配
線パターン７、１１を形成する段階である。セラミック
基板１０は、図６に示すように複数の単位基板を含む一
体のセラミック板の状態で加工される。例えば、８０ｍ
ｍ×８０ｍｍのセラミック板に、５ｍｍ×２ｍｍの単位
で１６×４０＝６４０個のセラミック基板１０を形成す
る。最初に、光路孔１０ａと溝１０ｄに相当する部分を
貫通孔として形成する。続いて、表面となっている第１
面１０ｂに第１の配線パターン７を形成すると共に、溝
１１ｄ内に第２の配線パターン１１を形成する。それぞ
れの配線パターン７、１１は、蒸着やメッキ等のメタラ
イズ方法で形成される。図６は、第１の配線パターン７
が形成された段階を示しており、図７は図６中の１つの
セラミック基板１０を拡大して示している。

【００２３】第２段階は、第１面１０ｂに部品を搭載、
固定する段階である。この段階では、第１面１０ｂのチ
ップ部品搭載箇所に半田を塗布し、チップ部品６ａ、６
ｂ、６ｃと半田バンプが形成された半導体素子１とを所
定の位置に配置する。この状態で基板をホットプレー
ト、リフロー炉により加熱し、半導体素子１と第１のチ
ップ部品６ａとを基板に固定する。固定後、チップ部品
６ａ、６ｂ、６ｃと配線パターン７とをチップ用ワイヤ
５ａをボンディングして接続し、配線保護用のシリコン
樹脂等をポッティングする。

【００２４】上記の２段階で配線パターンの形成、部品
の取り付けが終了した後、レーザーカッターやダイヤモ
ンドカッターを用いてセラミック板をダイシングし、５
ｍｍ×２ｍｍの個々の単位に切断されたセラミック基板
１０を得る。

【００２５】後の工程は従来と同様であり、個々の単位
に切断されたセラミック基板１０をそれぞれパッケージ
３に固定し、光ファイバー４ａを光路孔１０ａ内に挿入
してフェルール４をパッケージ３に固定し、リード３ａ
と第２の配線パターン１１との間を基板用ワイヤ５ｂに
よりワイヤボンディングして接続する。

【００２６】実施形態の製造方法によれば、複数のセラ
ミック基板１０に対して、一体のセラミック板の状態で
配線パターン７、１１を形成し、部品を搭載することが
できるため、これを個々の基板単位に切断してから加工
する従来の場合と比較すると、工程が単純であり、か
つ、取り扱いが容易である。また、部品の接合のために
半田を溶融させるリフローの回数が１回で足りるため、
従来のように部品やワイヤの接続信頼性を低下させるこ
とがなく、高い信頼性を保つことができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の光半導
体モジュールでは、基板の第２面に溝を設け、この溝の
中に第２の配線パターンを形成する構成を採用したた
め、基板を個々の単位に切断する前の段階で第１面、第
２面に対して配線パターンを形成し、部品を搭載するこ
とができ、工程を単純化すると共に、取り扱いを容易に
し、量産化に適した組立が可能となる。また、基板上の
部品を第１面にまとめて配置することにより、部品を固
定するためのリフローの回数を減らすことができ、部品
やワイヤの接続信頼性を高く維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施形態にかかる光半導体モジュールを示
し、(ａ)は斜視図、(ｂ)は側面から見た断面図。

【図２】 実施形態にかかる光半導体モジュールを示
し、(ａ)は正面図、(ｂ)は平面図。

【図３】 図１の光半導体モジュールのセラミック基板
を単体で示す斜視図。

【図４】 図１の光半導体モジュールのセラミック基板
に形成された溝の形状と、第２の配線パターンとの組み
合わせを示す説明図。

【図５】 図５に示す溝の形状と、第２の配線パターン
との他の組み合わせを示す説明図。

【図６】 図１の光半導体モジュールのセラミック基板
が複数含む一体のセラミック板を示す平面図。

【図７】 図６中の１つのセラミック基板を拡大して示
す平面図。

【図８】 従来の光半導体モジュールを示し、(ａ)は斜
視図、(ｂ)は側面から見た断面図。

【図９】 従来の光半導体モジュールを示し、(ａ)は正
面図、(ｂ)は平面図。

【符号の説明】

１ 光半導体 ３ パッケージ ３ａ リード ４ フェルール ４ａ 光ファイバー ５ａ チップ用ワイヤ ５ｂ 基板用ワイヤ ６ａ，６ｂ，６ｃ チップ部品 ７ 第１の配線パターン １０ セラミック基板 １０ａ 光路孔 １０ｂ 第１面 １０ｃ 第２面 １０ｄ 溝 １１ 第２の配線パターン

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０４Ｂ 10/04 10/06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リードが形成されたパッケージの取付面
   上にほぼ直方体状の基板が固定され、該基板には、前記
   取付面に対してほぼ平行な方向に前記基板を貫通して光
   ファイバー挿入用の光路孔が形成され、前記取付面に対
   してほぼ垂直な前記基板の第１面に、該光路孔の一方の
   開口部に合わせて光半導体素子が固定され、前記取付面
   に対してほぼ平行な前記基板の第２面に、前記リードに
   接続される配線パターンが形成された光半導体モジュー
   ルにおいて、 前記第１面には、前記光半導体素子の他にチップ部品が
   搭載されると共に、これらの部品を接続するための配線
   パターンが形成され、前記第２面には、前記光路孔とほ
   ぼ平行に複数の溝が形成されると共に、該溝内に前記リ
   ードに接続される配線パターンとして導電体層が形成さ
   れていることを特徴とする光半導体モジュール。
2. 【請求項２】 前記溝は、前記第１面と平行な断面内で
   の形状が半円形であることを特徴とする請求項１に記載
   の光半導体モジュール。
3. 【請求項３】 前記溝は、前記第１面と平行な断面内で
   の形状が矩形であることを特徴とする請求項１に記載の
   光半導体モジュール。
4. 【請求項４】 前記導電体層は、前記溝内の空間を充た
   して形成されていることを特徴とする請求項２または３
   に記載の光半導体モジュール。
5. 【請求項５】 前記導電体層は、前記溝の内面形状に沿
   ってほぼ一定膜厚で形成されていることを特徴とする請
   求項２または３に記載の光半導体モジュール。