JPWO2003081734A1 - 光モジュールおよび光モジュールの組立方法 - Google Patents
光モジュールおよび光モジュールの組立方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2003081734A1 JPWO2003081734A1 JP2003579328A JP2003579328A JPWO2003081734A1 JP WO2003081734 A1 JPWO2003081734 A1 JP WO2003081734A1 JP 2003579328 A JP2003579328 A JP 2003579328A JP 2003579328 A JP2003579328 A JP 2003579328A JP WO2003081734 A1 JPWO2003081734 A1 JP WO2003081734A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solder
- module
- optical
- package
- optical module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/4236—Fixing or mounting methods of the aligned elements
- G02B6/4238—Soldering
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4266—Thermal aspects, temperature control or temperature monitoring
- G02B6/4268—Cooling
- G02B6/4271—Cooling with thermo electric cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
- H01S5/02315—Support members, e.g. bases or carriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
- H01S5/02216—Butterfly-type, i.e. with electrode pins extending horizontally from the housings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0225—Out-coupling of light
- H01S5/02251—Out-coupling of light using optical fibres
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/023—Mount members, e.g. sub-mount members
- H01S5/02325—Mechanically integrated components on mount members or optical micro-benches
- H01S5/02326—Arrangements for relative positioning of laser diodes and optical components, e.g. grooves in the mount to fix optical fibres or lenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0235—Method for mounting laser chips
Abstract
Description
本発明は、光ファイバとの結合効率に優れた光モジュールおよび光モジュールの組立方法に関する。
背景技術
通常、半導体レーザ素子等を有する光モジュール(半導体レーザモジュールという)は、光ファイバ通信、特に幹線系・CATVの信号光源や光ファイバンプの励起光源として用いられている。このような半導体レーザモジュールは、高出力および安定動作を実現するために、通電電流の大きさと向きによって温度コントロールできるサーモモジュール上に搭載された金属基板上に半導体レーザ素子、フォトダイオードチップ、レンズ等の光学部品、サーミスタ素子等を所望の位置に配置固定している。
第8図は、サーモモジュールを内蔵した従来の半導体レーザモジュールを示す図である。第8図に示す様に、半導体レーザモジュール101において、パッケージの底板102の上に半田接合部110を介してサーモモジュール103が搭載され、更に、サーモモジュール103の上に金属基板(ベース基板)105が搭載されている。ベース基板には、キャリア基板106、半導体レーザ素子107、集光レンズ108等が搭載されている。サーモモジュールの基板104とパッケージの底板102との間、サーモモジュールの基板104aと金属基板105との間には、半田接合部110、111が形成されている。従来、サーモモジュールの基板104aとパッケージの底板102との間は、63重量%Sn−37重量%Pb合金からなる半田を用いて接合され、半田接合部110が形成されている。なお、第1C図のような、内部にサーモモジュール103を有していない構成の半導体レーザモジュール101もある。
しかし、従来の光モジュールには、次のような問題点があった。即ち、サーモモジュール103とパッケージの底板102とを半田接合する際に、半田を溶融しながら荷重をかけるが、この荷重のかけ方が一定でなないために、第8図に示すように、例えば、半田接合部110の半田厚さが不均一になっていた。このように半田厚さが不均一になると、光モジュールが使用される環境の温度変化や、光モジュールの製造時に加えられる温度変化によって、半田接合層110が変形し、この結果、半田接合層110を介して光ファイバ109と光結合状態で固定されている光部品(例えば)108が位置ずれを起こす結果、1点鎖線で示すように光軸ズレを生じて、光ファイバの結合効率が低下し、光出力が劣化するという問題がある。
また、半田厚さの薄い部分(例えば、112で示す部分)では、温度変化の際の被接合部材(第8図では、サーモモジュールの下側の基板104aとパッケージの底板102)の熱膨張率差に基づく熱応力により、半田層にクラックが発生し、接合強度の低下と光結合効率の変化を引き起こすという問題がある。更に、国内外の環境への配慮として、鉛を含有しない(鉛フリーともいう)半田を使用することが望まれている。
上述した従来の光モジュールは、特開2000−323731号公報、特開2000−280090号公報、特開平7−128550号公報、特開平11−295560号公報等に開示されている。
発明の開示
この発明の目的は、鉛フリーの半田を使用し、半田部に変形やクラックが発生するのを抑制して、光軸ズレを生じない、光ファイバとの結合効率に優れた光モジュールおよび光モジュールの組立方法を提供することにある。
発明者は、上述した従来の問題点を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、サーモモジュールとパッケージの間を、所定のSn−Ag系半田またはSn−Zn系半田を用いて接合すると、パッケージの表面に形成されたAuメッキ層、および、サーモモジュールの底部の表面のAu層から、AuがSn−Ag半田中に拡散して、ほぼ均一な相が形成され、半田部に変形やクラックが発生するのを効果的に抑制することができ、光軸ズレが生じ難いことが判明した。
即ち、サーモモジュールとパッケージ間の接合に使用する半田材として、鉛フリーのSn−Agの合金を選定し、合金成分の金属の配合量を所定の範囲に規定して、半田接合時の圧力、接合面のAuメッキ層からのAuの拡散量が一定になるように加熱時間を定めると、半田が略均一な高さ、かつ、所望の温度で固体化するので、サーモモジュールの位置がほぼ一定になり、光学部品搭載部材(金属基板)の位置あわせが容易になる。更に、高温、例えば、70℃になったときの、半田の熱膨張による部材ズレがほぼ一定であるので、光軸ズレ量を従来よりも著しく低減することができ、光出力の低下を抑制することができることが判明した。
この発明は、上述した研究結果に基づいてなされたものであって、この発明の光モジュールの第1の態様は、少なくとも1つの光部品と前記少なくとも1つの光部品を収容するパッケージとを有する光モジュールであって、前記パッケージの内部に、Auを2.0重量%以上20.0重量%以下それぞれ更に含有する、Agを2.0重量%以上5.0重量%以下含有するSn−Ag系半田、または、Znを6.0重量%以上10.0重量%以下含有するSn−Zn系半田によって形成された接合部を有することを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第2の態様は、少なくとも1つの光部品と、前記少なくとも1つの光部品を温度制御するサーモモジュールと、前記少なくとも1つの光部品と前記サーモモジュールとを収容するパッケージとを有する光モジュールであって、前記サーモモジュールと前記パッケージとの間に、Auを2.0重量%以上20.0重量%以下それぞれ更に含有する、Agを2.0重量%以上5.0重量%以下含有するSn−Ag系半田、または、Znを6.0重量%以上10.0重量%以下含有するSn−Zn系半田によって形成された接合部を有することを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第3の態様は、少なくとも1つの光部品と、前記少なくとも1つの光部品を温度制御するサーモモジュールと、前記少なくとも1つの光部品と前記サーモモジュールとを収容するパッケージとを有する光モジュールであって、前記サーモモジュールと前記少なくとも1つの光部品を搭載するベース基板との間に、Biを10重量%以上60重量%以下含有するSn−Bi系半田によって形成された接合部を有することを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第4の態様は、前記Sn−Ag系半田に、3重量%以下のCuが含まれていることを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第5の態様は、前記Sn−Ag系半田に、1.0重量%以上10.0重量%以下のBiが更に含まれていることを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第6の態様は、前記Sn−Zn系半田に、1.0重量%以上5.0重量%以下のBiが含まれていることを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第7の態様は、前記少なくとも1つの光部品は、半導体レーザ素子を含むことを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第8の態様は、前記接合部の厚さは、5μm以上100μm以下であることを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第9の態様は、前記接合部の厚さが、前記パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と平行な方向において、前記半田の厚さの前端部(a1)と後端部(a2)の差が90μm以下、および/または、前記パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と直交する方向(B1−B2)において、前記半田の厚さの一方の端部(b1)と他方の端部(b2)の差が90μm以下であることを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第10の態様は、前記接合部は、前記半田中にAuが分散したAu拡散部を備えており、前記Au拡散部は、前記パッケージの前記サーモモジュールとの接合面、および、前記サーモモジュールの前記パッケージとの接合面の少なくとも一方に予め形成された1μm以上5μm以下の厚さのAuメッキ層から拡散して形成されていることを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第11の態様は、前記Sn−Ag系または前記Sn−Zn系半田が、前記サーモモジュールと前記パッケージとの前記接合部からはみ出していることを特徴とする光モジュールである。
この発明の光モジュールの第12の態様は、半導体レーザを搭載するキャリア基板、前記キャリア基板を半田接合部(A)を介して搭載するベース基板、前記ベース基板を半田接合部(B)を介してその上に固定し前記半導体レーザの温度を制御する、半田接合部(C)によって接合されるペルチェ素子および絶縁基板からなるサーモモジュール、前記サーモモジュールを半田接合部(D)を介してその上に搭載するパッケージを備え、前記半田接合部(A)、(B)、(C)、(D)の半田の融点をT1、T2、T3、T4とするとき、T1≧T2、且つ、T3≧T4≧T2である光モジュールであって、前記半田の融点が、T3≧240℃、且つ、280℃≧T4≧190℃である光モジュールである。
この発明の光モジュールの第13の態様は、前記半田接合部(C)を形成する半田が80重量%Au−20重量%Snである光モジュールである。
この発明の光モジュールの第14の態様は、前記半田接合部(C)を形成する半田がBi−Sb系合金である光モジュールである。
この発明の光モジュールの組立方法の第1の態様は、少なくとも1つの光部品を温度制御する、一方の面にAu層を備えたサーモモジュール、および、前記少なくとも1つの光部品および前記サーモモジュールを収容する、一方の面に1μm以上5μm以下の厚さのAu層を備えたパッケージを調製する調製工程と、
前記サーモモジュールの前記Au層を備えた面および/または前記パッケージの前記Au層を備えた面を、2.0重量%以上5.0重量%以下の範囲内のAgを含有するSn−Ag系半田、または、6.0重量%以上10.0重量%以下の範囲内のZnを含有するSn−Zn系半田中に、
前記Au層からAuを含有させて接合する半田接合工程とを備えた、光モジュールの組立方法である。
この発明の光モジュールの組立方法の第2の態様は、サーモモジュールの基板とパッケージ底面を接合する半田をSn−Ag合金またはSn−Zn合金で調製する工程と、
LDチップやレンズ等を搭載したベース基板の底面と前記サーモモジュール上面を接合する半田をSn−Bi合金で調製する工程と、
前記ベース基板の底面と前記サーモモジュール上面の少なくとも一方のAuメッキ層を0.01μm以上1μm以下の厚さに調製する調製工程と、
前記ベース基板の底面と前記サーモモジュール上面を接合する半田接合工程とを備えた、光モジュールの組立方法である。
この発明の光モジュールの組立方法の第3の態様は、前記半田接合工程は、Sn−Ag系半田箔を用いて接合することからなっており、前記Sn−Ag系半田箔は、前記サーモモジュールの前記Auメッキ層を備えた面よりも大きく、且つ、5μm以上100μm以下の範囲内の厚さを有している、光モジュールの組立方法である。
この発明の光モジュールの組立方法の第4の態様は、前記半田接合工程は、Sn−Ag系半田箔を用いて接合する前に、前記Sn−Ag系半田箔の表面の酸化被膜を除去する前処理工程を更に含んでいる、光モジュールの組立方法である。
この発明の光モジュールの組立方法の第5の態様は、前記半田接合工程は、前記サーモモジュールの前記Au層を備えた面に、前記Sn−Ag系半田または前記Sn−Zn系半田予めをコーティングすることによって行う、光モジュールの組立方法である。
この発明の光モジュールの組立方法の第6の態様は、前記半田接合工程は、前記Sn−Ag系半田または前記Sn−Zn系半田が溶融している時間が5秒以上120秒以下となるように加熱する加熱工程を含んでいる、光モジュールの組立方法である。
この発明の光モジュールの組立方法の第7の態様は、前記加熱工程は、前記パッケージの前記Au層を備えた面と、前記サーモモジュールの前記Au層を備えた面とを、3.0×104Pa以下の荷重で互いに押し付けながら行うことを特徴とする、光モジュールの組立方法である。
発明を実施するための最良の形態
この発明の光モジュールおよび光モジュールの組立方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
第1図は、この発明の光モジュールを説明する図である。第1A図は、概略平面図であり、第1B図は、概略側断面図である。第1C図は、サーモモジュールを内蔵しない光モジュールの概略側断面図である。第1図に示すように、この発明の光モジュール1において、パッケージの底板2の上に半田接合部10を介してサーモモジュール3が搭載され、更に、サーモモジュール3の上に金属基板(ベース基板)5が搭載されている。ベース基板には、キャリア基板6、集光レンズ8が搭載されている。更に、キャリア基板6には、レーザダイオード素子7、サーミスタ等が搭載されている。サーモモジュール3は絶縁基板4とペルチェ素子13からなっており、サーモモジュールの基板4とパッケージの底板2との間、サーモモジュールの基板4と金属基板5との間には、半田接合部10、11が形成されている。
この発明の光モジュールの1つの態様は、少なくとも1つの光部品と少なくとも1つの光部品を収容するパッケージとを有する光モジュールであって、パッケージの内部に、Agを2.0重量%以上5.0重量%以下、残部SnからなるSn−Ag系半田、または、Znを6.0重量%以上10.0重量%以下、残部SnからなるSn−Zn系半田によって形成された接合部を有する光モジュールである。
この発明の光モジュールの他の1つの態様は、少なくとも1つの光部品と、少なくとも1つの光部品を温度制御するサーモモジュールと、少なくとも1つの光部品とサーモモジュールとを収容するパッケージとを有する光モジュールであって、サーモモジュールとパッケージとの間に、Agを2.0重量%以上5.0重量%以下、残部SnからなるSn−Ag系半田、または、Znを6.0重量%以上10.0重量%以下、残部SnからなるSn−Zn系半田によって形成された接合部を有する光モジュールである。
Sn−Ag系半田、および、Sn−Zn系半田は、一般的に硬く、変形し難いという特性を備えている。この発明の光モジュールの上述した態様においては、光部品の接合に、Agを2.0重量%以上5.0重量%以下、好ましくは、3.0重量%以上3.5重量%以下を含むSn−Ag系半田、または、Znを6.0重量%以上10.0重量%以下、好ましくは8.5重量%を含むSn−Zn系半田を用いているため、半田接合部にかかる歪みに対して、塑性変形を起こし難いので、光モジュールが使用される環境の温度変化や、光モジュールの製造時に加えられる温度変化による半田接合層の変形が抑えられる。Sn−Ag系半田、Sn−Zn系半田は、従来のSn−Pb半田より、いずれも引っ張り強度が大きいことが判明している。即ち、環境温度変化によって生じる歪みに対して、塑性変形しにくい。
この発明の光モジュールにおいて、上述したSn−Ag系半田に、3重量%以下のCuが含まれていてもよい。Cuは、半田の融点を下げる機能を有している。
更に、この発明の光モジュールにおいて、上述したSn−Ag系半田に、10.0重量%以下のBiが更に含まれていてもよい。更に、この発明の光モジュールにおいて、上述したSn−Zn系半田に、5.0重量%以下のBiが含まれていてもよい。Biは、半田の濡れ性を向上させる機能を有している。
上述したようにCuは、半田の融点を下げる機能を有し、Biは、半田の濡れ性を向上する機能を有している。この発明の光モジュールの上述した態様において、Sn−Ag系半田にCu、Biを添加することによって、半田の濡れ性が向上し、ボイドの発生を抑えられる。同様に、Sn−Zn系半田にBiを添加することによって、半田の濡れ性が向上する。
この発明の光モジュールにおいて、上述した少なくとも1つの光部品は、半導体レーザ素子を含むことを特徴とする光モジュールである。即ち、半導体レーザ素子と光ファイバの光軸との調心が必要であり、光軸ズレによる光モジュールの性能への影響が大きい。従って、温度変化に対して、例えば、半田の厚さが部分的に偏ると、光軸ズレが大きくなり、光出力が低下するので、光軸ズレが小さくなるように、半田に対しても高い性能が要求される。
なお、半導体レーザモジュール1が、第1C図のようなサーモモジュールを内蔵していない構成にも本発明を適用することができる。第1C図に示す光モジュールにおいては、キャリア基板、集光レンズが搭載されたベース基板が直接パッケージ底板に半田によって固定される。即ち、ベース基板とパッケージ底板の間に半田接合部10が形成されている。
更に、この発明の光モジュールにおいて、上述した接合部(即ち、半田部)の厚さは、5μm以上100μm以下である。半田部の厚さが薄く5μm未満のときには、パッケージ底板の反りや曲がり等の変形歪が集中し、半田部にクラックを生じる虞れがある。一方、半田部の厚さが100μmを超えて厚すぎると、小さな歪みで容易に半田が塑性変形してしまう。
従って、接合部(即ち、半田部)の厚さは、5μm以上100μm以下の範囲内に限定する必要がある。
第2図は、接合部の特定方向における厚さを説明する図である。第2図に示すように、パッケージの光を発光する方向を(A1−A2)とし、(A1−A2)と直交する方向を(B1−B2)とする。(A1−A2)方向における、例えば、サーモモジュール基板4端部直下の半田厚さを、前端部(a1)と後端部(a2)で示し、(B1−B2)方向における、例えば、サーモモジュール基板4端部直下の半田厚さを、一方の端部(b1)と他方の端部(b2)で示す。なお、半田厚さの測定場所は、パッケージの任意の所からの決められた位置でもよい。
更に、この発明の光モジュールにおいて、上述した接合部の厚さが、前記パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と平行な方向において、前記半田の厚さの前端部(a1)と後端部(a2)の差が90μm以下、および/または、前記パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と直交する方向(B1−B2)において、前記半田の厚さの一方の端部(b1)と他方の端部(b2)の差が90μm以下である。
また、半田の厚さは、a1とa2のB1−B2方向、ならびに、b1とb2のA1−A2方向も含め、それらの最大値や最小値、あるいは任意の何点かの平均値であってもよい。なお、半田の厚さは、サーモモジュール基板下面とパッケージ底面間を測定した最大値や最小値、あるいは、平均値を採用してもよい(第2B図参照)。
即ち、接合部の厚さが、パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と平行な方向において、半田の厚さの前端部(a1)と後端部(a2)の差が90μmを超え、そして/または、パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と直交する方向(B1−B2)において、半田の厚さの一方の端部(b1)と他方の端部(b2)の差が90μmを超えると、高温時の半田の熱膨張によって、部材ずれにバラツキが生じて、光軸ズレ量が大きくなるという問題がある。
第2図に示すように、(A1−A2)方向における、前端部(a1)と後端部(a2)の半田厚さの差、および、(B1−B2)方向における、一方の端部(b1)と他方の端部(b2)の半田厚さの差をそれぞれ所定の値以下に制御することによって、たとえ高温になったときにもサーモモジュールの位置をほぼ一定の状態に維持することができるので、光学部品搭載部材の位置合わせが容易になり、たとえ高温になったときにも、半田の熱膨張による部材ずれが一定になる。その結果、光軸ズレ量を低減することができ、光出力の低下を少なくすることができる。
更に、この発明の光モジュールにおいて、上述した接合部が、2.0重量%以上10.0重量%以下のAuを含有している。即ち、好ましくは、Sn−Ag系半田、または、Sn−Zn系半田には、更に、Auが2.0重量%以上20.0重量%以下含まれている。それぞれの半田にAuを含ませることにより、AuとSnの化合物(Sn4Au等)が均一に分散して半田の延性が小さくなり、熱応力によるクリープ変形を防止することができる。Auが2.0重量%未満の場合には、延性の十分な低減効果を得ることが出来ないという問題がある。また、Auが20.0重量%を超える場合には、半田の融点が過度に上昇し、融点の上昇した部分から固定化してしまうので位置合わせ作業性等が悪化するという問題がある。
更に、この発明の光モジュールにおいて、上述した接合部は、半田中にAuが分散したAu拡散部を備えており、Au拡散部は、パッケージのサーモモジュールとの接合面、および、サーモモジュールのパッケージとの接合面の少なくとも一方に予め形成された1μm以上5μm以下の厚さのAuメッキ層から拡散して形成されている。
第3図は、半田中にAuが分散したAu拡散部を備えた接合部を説明する図である。第3A図は、Sn−Ag系半田の場合を示す図である。第3B図は、Sn−Zn系半田の場合を示す図である。また、第3C図は、従来のSn−Pb系半田の場合を示す図である。
第3A図に示すように、サーモモジュールの基板とパッケージ底面との間に形成されたこの発明の接合部には、サーモモジュールの基板およびパッケージの底面に形成されたAuメッキ層から拡散して、Sn−Ag合金相中にAu−Sn化合物(Sn4Au等)が均一に分散している。例えば、厚さ100μmの接合部には、5〜10μm径程度のSn4Au等の組織が均一に分散し、接合部全体として均一な相が形成されている。
また同様に、第3B図に示すように、サーモモジュールの基板およびパッケージの底面に形成されたAuメッキ層から拡散によって、Sn−Zn合金相中にAu−Sn化合物が均一に分散している。
これに対して、従来のSn−Pb系半田の場合には、第3C図に示すように、サーモモジュールの基板およびパッケージの底面に形成されたAuメッキ層からAuが拡散して、Au−Sn合金相を形成する。Au−Sn合金相は、接合部の両端から形成され、Pbリッチ相が中央部に集中する。従って、Pbリッチ相が中央に集まり、接合部全体として不均一な相が形成される。
また、中央部のPbリッチ相は低い応力で変形するため、クリープしやすい。一方、Sn−Ag合金ではAuが均一に分散し、強化として働きクリープしにくくなり、モジュールの光軸ずれが起こりにくくなる効果がある。
また、Sn−Zn合金においても、Auが均一に分散し、強化として働きクリープしにくくなり、モジュールの光軸ずれが起こりにくくなる効果がある。
また、サーモモジュールの基板とパッケージ底面、あるいは、LDチップやレンズ等を搭載したベース基板の底面とサーモモジュール上面の少なくとも一方のAuメッキ層が0.01μm以上1μm以下と薄い、あるいは、少なくともベース基板の底面のAuメッキ層を無くすことにより、半田合金へのAu拡散量を低減させてもよい。
更に、サーモモジュールの基板とパッケージ底面を接合する半田がSn−Ag合金あるいはSn−Zn合金であって、LDチップやレンズ等を搭載したベース基板の底面とサーモモジュール上面を接合する半田がSn−Bi合金である場合、ベース基板の底面とサーモモジュール上面の少なくとも一方のAuメッキ層が0.01μm以上1μm以下と薄い、あるいは、少なくともベース基板の底面のAuメッキ層を無くすことにより、半田合金へのAu拡散量を低減させてもよい。
次に、この発明の光モジュールの組立方法について説明する。
この発明の光モジュールの組立方法は、少なくとも1つの光部品を温度制御する、一方の面にAu層を備えたサーモモジュール、および、前記少なくとも1つの光部品および前記サーモモジュールを収容する、一方の面に1μm以上5μm以下の厚さのAu層を備えたパッケージを調製する調製工程と、
前記サーモモジュールの前記Auメッキ層を備えた面と、前記パッケージの前記Auメッキ層を備えた面とを、2.0重量%以上5.0重量%以下の範囲内のAgを含むSn−Ag系半田、または、6.0重量%以上10.0重量%以下の範囲内のZnを含むSn−Zn系半田によって接合する半田接合工程とを備えた、光モジュールの組立方法である。
第4図は、サーモモジュールの基板、半田、パッケージ底面の関係を示す図である。第4図に示すように、例えば、パッケージは20重量%Cu−80重量%Wの表面に少なくともNi層が形成され、Ni層の上に更に1.5〜2.0μmのAu層が形成されている。サーモモジュールの基板は、アルミナ(Al2O3)や窒化アルミ(AlN)の上に少なくともNi層が形成され、Ni層の上に0.3μmのAu層が形成されている。上述したサーモモジュールの基板とパッケージが、それぞれのAu層が向かい合うように配置され、その間に厚さ50〜80μmの半田箔が配置される。
即ち、接合部の半田にAuを含ませる場合、被接合部材であるパッケージのサーモモジュールとの接合面およびサーモモジュールのパッケージとの接合面の少なくとも一方に、予め厚さが1μm以上5μm以下のAu層を形成しておき、半田接合の際の加熱時に、これらのAuメッキ層からAuがSn−Ag系半田、または、Sn−Zn系半田に拡散するようにしてもよい。このように接合面に予めAu層を被覆することによって、被接合面の酸化を抑制することができ、更に、Auを含む半田合金を用いる場合と比較して、製造工程が簡略化される。また、最初からAuを含んだ半田では、半田の機械的強度が増すために、圧延して箔を製造するのが難しくなる。従って、この発明の組立方法によると製造工程・設備が簡略化され有利である。
形成するAu層の厚さが1μm未満の場合には、延性が十分に低減しない。また、形成するAu層の厚さが5μmを超えると、溶融した半田合金とAuの結合による融点の過度の上昇を防止することができない。
この発明の光モジュールの組立方法において、上述した半田接合工程は、Sn−Ag系半田箔を用いて接合することからなっており、Sn−Ag系半田箔は、サーモモジュールのAuメッキ層を備えた面よりも大きく、且つ、5μm以上100μm以下の範囲内の厚さを有している。さらに、半田がAuメッキ層に沿って拡散することによって半田層の厚さが大きく変化することを防止できる。半田箔を、サーモモジュールの基板よりも十分に大きくすることによって、サーモモジュールをパッケージ底板上に搭載するとき、位置ズレを無視することができる。更に、半田厚さを5〜100μmの範囲内とすることによって、熱歪みによるクラックの生成を抑制し、且つ、クリープ変形を最小限にすることができる。
更に、この発明の光モジュールの組立方法において、上述した半田接合工程は、Sn−Ag系半田箔を用いて接合する前に、Sn−Ag系半田箔の表面を処理する工程を更に含んでいる。例えば、酸によってSn−Ag系半田箔の表面をエッチング処理することによって、半田表面の酸化被膜を除去することができ、半田の濡れ性を向上することができる。
また、エッチングは酸には限定しない。さらに、ドライエッチングや機械的に、例えば、研磨等によって酸化被膜を除去してもよい。
この発明の光モジュールの組立方法において、上述した半田接合工程は、サーモモジュールのAu層を備えた面に、Sn−Ag系半田またはSn−Zn系半田予めをコーティングすることによって行う。
即ち、予め、半田をコーティングすることによって、接合の際、半田を塗布する必要が無くなる。サーモモジュールを所定の位置に位置合わせするだけでよく、半田箔を所定の位置に置く手間が省ける。
この発明の光モジュールの組立方法において、上述した半田接合工程は、Sn−Ag系半田またはSn−Zn系半田が溶融している時間が5秒以上120秒以下となるように加熱する加熱工程を含んでいる。
半田が溶融している時間が5秒未満の場合には、Auメッキが十分に溶け込まない。また、半田が溶融している時間が200秒を超えると、溶けた半田が、パッケージの底面にどんどん広がっていくのを防ぐことができない。即ち、時間が長いと、半田が底板の金メッキと合金化し、融点にばらつきが生じ融点の高い部分から固体化するので、例えば、ボイドが生成する。なお、時間は短いほど好ましい。さらに、好ましくは、半田が溶融している時間は60秒以下が適切である。
この発明の光モジュールの組立方法において、上述した加熱工程は、パッケージのAuメッキ層を備えた面と、サーモモジュールのAuメッキ層を備えた面とを、3.0×104Pa以下の荷重で互いに押し付ける。
即ち、半田接合工程において供給される半田箔を、3.0×104Pa以下の荷重で押圧しながら加熱して半田を溶融させつつ半田接合がされるので、加熱・押圧の際に半田が接合面内において不規則に広がることを防止できる結果、半田接合部におけるSn−Ag半田、または、Sn−Zn半田の厚さを、供給される半田箔、または、プレコートした半田と略同一とすることができるので、厚さの制御性およびその均一性を良好なものとすることができる。
更に、この発明の光モジュールは、半導体レーザ素子を搭載するキャリア基板、前記キャリア基板を半田接合部(A)を介して搭載するベース基板、前記ベース基板を半田接合部(B)を介してその上に固定し前記半導体レーザ素子の温度を制御する、半田接合部(C)によって接合されるペルチェ素子および絶縁基板からなるサーモモジュール、前記サーモモジュールを半田接合部(D)を介してその上に搭載するパッケージを備え、前記半田接合部(A)、(B)、(C)、(D)の半田の融点をT1、T2、T3、T4とするとき、T1≧T2、且つ、T3≧T4≧T2である光モジュールであって、半田の融点がT3≧240℃、且つ、280℃≧T4≧190℃である。半田接合部(C)を形成する半田が80重量%Au−20重量%Snであってもよい。半田接合部(C)を形成する半田がBi−Sbであってもよい。
上述した態様によると、サーモモジュール内部の半田を高融点化することによって、サーモモジュールとパッケージとの接合に用いる半田を高融点化することができ、その結果、温度変化に対して著しく光軸ズレが減少し、そして、高温における耐久性も著しく向上し、信頼性を高めることができる。
(実施例)
以下、この発明の光モジュールおよび光モジュールの組立方法を実施例によって詳細に説明する。
実施例1
底面に厚さ1.5μmの金メッキが施されたパッケージ、および、大きさ8mm×8mm、厚さ2mmの基板を備えたサーモモジュールを調製した。サーモモジュールの基板表面には、厚さ0.2μmの金メッキが施されている。
第5図に示すように、組成がSn−3.0重量%Ag−0.5重量%Cuからなる、12mm×8mm×0.05mmの大きさの略板状の半田ペレット10(半田箔ともいう)を使用して、金メッキが施された面が相対するようにして、調製されたパッケージ2とサーモモジュール3とを次の通り接合した。
即ち、半田付け直前に、3%濃度の塩酸中に半田ペレットを10分間浸して、半田表面の酸化被膜を除去後、よく水洗いした。その後、ステージ上にパッケージを配置し、パッケージの底板の中央部に半田箔を搭載し、半田箔の上にサーモモジュールを重ねて配置した。更に、サーモモジュールの上部には、5gの重さの位置決めジグ(治具)を配置して、半田箔が溶融するときに、溶融した半田によってサーモモジュールが大きく移動しないようにした。(このとき、この5gの位置決め治具によって半田に加わる荷重は、7.7×102Paであった。即ち、治具荷重が所定値以下であるので、半田が溶融した場合においても、半田の表面張力が働いて、治具を使用しても、初期の半田厚が維持される。)
次に、窒素で雰囲気を置換し、例えば、酸素濃度が100ppm以下になってから、ステージ上のパッケージを加熱した。ステージのピーク温度を225℃に設定し、Sn−Ag−Cu半田の融点217℃以上の半田溶融時間が20秒間になるように、ステージ温度を制御した。半田の溶融時間が20秒間と短時間であること、パッケージの金メッキ厚が1.5μmと厚いため、半田溶融による半田のパッケージ底面へのはみ出しは非常に小さくすることができた。そのため、接合部の半田厚さは、ほぼ元の半田ペレットの厚さと変わらず、40〜50μm厚であった。(時間が長いと、半田が外へはみ出す量が多くなったり、半田厚が不均一になったり、ボイドが生成しやすくなる。)
また、雰囲気は窒素等の不活性ガスまたは混合ガス等であって、酸素をできる限り含有しないものであればよい。
接合断面を観察したところ、パッケージ底面の金メッキ、サーモモジュールの金メッキとも、半田中に溶け込んでいることを確認した。半田中に溶け込んだ金含有量は、約8.0%で、半田そのものの延性が小さくなり、熱歪みによるクリープ変形が起こりにくくなった。
その後、第6図に示すように、ホトダイオード14、LDチップ7、レンズ8、偏光子15を搭載したベース基板5をサーモモジュール3上に半田接合した。接合にはSn−Bi系半田を用い、Sn−Bi半田ペレット11をサーモモジュール3上面に置き、ベース基板5を位置合わせして、175℃までパッケージ2を加熱し、半田を溶融して接合した。
更に、パッケージに光ファイバを取り付け、レーザが光ファイバに集光するようにして、光モジュールを完成した。
このように組立てた本発明の光モジュールの一例に対して、温度サイクル試験(−40℃から85℃のくり返し)、高温放置試験(85℃)を行った。その結果、温度サイクル試験(−40℃から85℃のくり返し)において、従来のSn−Pb系半田の場合の1000サイクル後光出力の劣化が平均8%であるのに対して、1000サイクル後光出力の劣化は平均4%であり、温度変化に対して著しく光軸ズレが減少していることがわかる。更に、高温放置試験(85℃)において、従来のSn−Pb系半田の場合の2000時間後の光出力の劣化が平均8%であるのに対して、2000時間後の光出力の劣化は平均3%であり、高温における耐久性も著しく向上し、信頼性が高まっていることがわかる。
実施例2
この実施例は、サーモモジュールの基板に予めプレコートした場合である。サーモモジュールは、内部のペルチェ素子と上下の絶縁性のサーモモジュール基板とが、80重量%Au−20重量%Sn半田で接合されたものを使用した。また、サーモモジュールの上面(冷却面)には、Sn−57重量%Bi−1.0重量%Ag半田が中央部において100μm厚さになるように、あらかじめコーティングしておいた。一方、サーモモジュールの下面(加熱面)には、Sn−7.5重量%Zn−3.0重量%Bi半田を中央部において100μm厚さになるようにコーティングしておいた。コーティングは、ホットプレート上でサーモモジュールを加熱しながら、所定量の半田を半田コテで溶かして、温度の高いSn−Zn−Bi半田から基板にコーティングした。
また、コーティングは半田ペーストを用いてもよい。
サーモモジュールをパッケージの底板中央に設置し、20gの治具で位置合わせした。その後、パッケージを窒素雰囲気のリフロー炉に入れ、半田を加熱接合した。炉は、パッケージの到達温度が210℃になるように温度設定し、炉内の移送速度を100cm/分とした。そのため、Sn−Zn−Bi半田が溶ける190℃以上の時間を30秒間とした。
次に、半導体レーザ素子、レンズを含むベース基板をサーモモジュール上に接合した。パッケージをステージに置き、ベース接合装置により半導体レーザ素子を光らせながら、ベース基板を動かし、パッケージ内で適正位置を決めた。その位置にベース基板を保持したまま、パッケージを窒素雰囲気内に置換した後、ステージを加熱した。パッケージは170℃まで加熱し、サーモモジュール上面のSn−Bi−Ag半田のみを溶融させて、ベース基板と接合した。ベース基板は、20gの押し圧で荷重を加え、約30秒間半田を溶かした。その後、パッケージに光ファイバを光軸をあわせて固定し、光モジュールを完成させた。
このように組立てた本発明の光モジュールの一例に対して、温度サイクル試験(−40℃から85℃のくり返し)、高温放置試験(85℃)を行った。その結果、温度サイクル試験(−40℃から85℃のくり返し)において、従来のSn−Pb系半田の場合の1000サイクル後光出力の劣化が平均8%であるのに対して、1000サイクル後光出力の劣化は平均5%であり、温度変化に対して著しく光軸ズレが減少していることがわかる。更に、高温放置試験(85℃)において、従来のSn−Pb系半田の場合の2000時間後の光出力の劣化が平均8%程度であるのに対して、2000時間後の光出力の劣化は平均3%程度であり、高温における耐久性も著しく向上し、信頼性が高まっていることがわかる。
更に、次のように各種半田を用いて接合部を形成した。
実施例3
キャリア基板とベース基板との接合部を、80重量%Au−20重量%Snによって280℃の温度で半田接合して形成した。ペルチェ素子と上下のサーモモジュールの絶縁性基板との接合部を、80重量%Au−20重量%Snによって280℃の温度で半田接合して形成した。サーモモジュールとパッケージとの接合部を、Sn−3.0重量%Ag−0.5重量%Cuによって217℃の温度で半田接合して形成した。サーモモジュールとベース基板との接合部を、Sn−57重量%Bi−1.0重量%Agによって138℃の温度で半田接合して形成した。
実施例4
キャリア基板とベース基板との接合部を、80重量%Au−20重量%Snによって280℃の温度で半田接合して形成した。ペルチェ素子と上下のサーモモジュールの絶縁基板との接合部を、Bi−Sbによって271℃の温度で半田接合して形成した。サーモモジュールとパッケージとの接合部を、Sn−2.0重量%Ag−0.5重量%Cu−7.5重量%Biによって213℃の温度で半田接合して形成した。サーモモジュールとベース基板との接合部を、Inによって157℃の温度で半田接合して形成した。
実施例5
キャリア基板とベース基板との接合部を、80重量%Au−20重量%Snによって280℃の温度で半田接合して形成した。ペルチェ素子と上下のサーモモジュールの絶縁基板との接合部を、Sn−5重量%Sbによって230℃の温度で半田接合して形成した。サーモモジュールとパッケージとの接合部を、Sn−7.5重量%Zn−3.0重量%Biによって190〜197℃の温度で半田接合して形成した。サーモモジュールとベース基板との接合部を、Sn−57重量%Bi−1.0重量%Agによって約138℃の温度で半田接合して形成した。
上述した実施例3〜5においても、この発明の光モジュールにおいては、従来の光モジュールと比較して、温度変化に対して著しく光軸ズレが減少し、そして、高温における耐久性も著しく向上し、信頼性が高まっていた。
上述したように、接合部の半田を従来のSn−Pb系合金からSn−Ag、または、Sn−Zn合金に変更することによって、接合部の変形を小さくすることができ、光軸ズレが起き難くすることができる。更に、半田溶融時にパッケージ底面、サーモモジュール基板の底面に施された金メッキ層から金(Au)が半田接合部に拡散して均一な組織を形成するので、半田がクリープ変形しにくくなった。更に、半田厚さを5〜100μmの範囲内とすることによって、熱歪みによるクラックの生成を抑制し、且つ、クリープ変形を最小限にすることができた。半田厚さの制御は、半田ペレットを用い、微少荷重(3.0×104Pa以下)を加えることによって効果的に制御することができる。更に、半田ペレットの大きさは、サーモモジュールの基板よりも十分に大きくすることによって、サーモモジュールをパッケージ底板上に搭載するとき、位置ズレを無視することができるとともに、完成される半田接合部の厚さを、供給する半田ペレットの厚さと略同一にできるので、半田接合部厚の制御性が向上するので効果的である。更に、鉛フリーの半田を使用するので、環境上好ましい。
実施例6
第7図に示すように、この実施例のサーモモジュール3は、予めサーモモジュールの片面にSn−7.5重量%Zn−3.0重量%Biの半田あるいは半田ボールを形成し、もう一方の面にSn−58.0重量%Biの半田あるいは半田ボールを形成した、半田付きのサーモモジュールである。
ここで、形成する半田はその体積、半田ボールはその大きさやそれぞれの固着間隔や数量によって、平均半田塗布厚さが5から100μmの範囲内になるように調製した。
上述したサーモモジュールをパッケージに接合する際、サーモモジュールのSn−Zn−Bi系半田面がパッケージ底板2内側と接合するようにし、位置決め治具20によりサーモモジュールを100gの荷重で押し付け、半田溶融温度以上に加熱して、半田を溶融した。次いで、Sn−Zn−Bi系半田が溶融状態で、サーモモジュールを、例えば所定位置から少なくとも前後方向に1mm程度複数回動かし擦ることにより、半田表面の酸化膜を機械的に除去して、サーモモジュールをパッケージに接合した。
なお、擦った後、半田厚さを所定値に制御するため、押し付け荷重を10gに下げると、サーモモジュール端部より一部はみ出た半田が、表面張力によって半田接合部に引き寄せられる格好となり、半田厚さを厚くすることができる。
これらの加熱・冷却による半田接合の工程は、Sn−Zn−Bi系半田やSn−Bi系半田のBiの析出を抑えるため短時間で作業をすることが望ましく、この実施例の半田接合の工程ではSn−7.5重量%Zn−3.0重量%Biの半田溶融時間約140℃で90秒となるように加熱・冷却した。
また、サーモモジュールとパッケージ底板内側接合後、サーモモジュールとベース基板間では、ベース基板を100gの荷重で押し付け、Sn−Bi系半田の溶融温度以上に加熱し、ベース基板を擦って接合した。
なお、接合の際、半田の再酸化を防ぐため、酸素濃度を100ppm以下に管理された酸素雰囲気で作業を行った。
この実施例におけるこの発明の光モジュールにおいては、従来の光モジュールと比較して、温度変化に対して著しく光軸ズレが減少し、そして、高温における耐久性も著しく向上し、信頼性が高まっていた。
産業上の利用性
この発明によると、鉛フリーの半田を使用して、半田部に変形やクラックが発生するのを抑制して、光軸ズレを生じにくく、光ファイバとの結合効率に優れた光モジュールおよび光モジュールの組立方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の光モジュールを説明する図である。第1A図は、概略平面図であり、第1B図は、概略側断面図である。第1C図は、サーモモジュールを内蔵しない光モジュールの概略側断面図である。
第2図は、接合部の特定方向における厚さを説明する図である。
第3図は、半田中にAuが均一に分散したAu拡散部を備えた接合部を説明する図である。第3A図は、Sn−Ag系半田の場合を示す図である。第3B図は、Sn−Zn系半田の場合を示す図である。第3C図は、従来のSn−Pb系半田の場合を示す図である。
第4図は、サーモモジュールの基板、半田、パッケージ底面の関係を示す図である。
第5図は、半田箔によって、パッケージ底板にサーモモジュールを接合する方法を説明する図である。
第6図は、サーモモジュールにベース基板を接合する方法を説明する図である。
第7図は、この発明の他のサーモモジュールを接合する方法を説明する図である。
第8図は、半田の厚さが不均一である従来の光モジュールを説明する図である。
Claims (21)
- 少なくとも1つの光部品と前記少なくとも1つの光部品を収容するパッケージとを有する光モジュールであって、前記パッケージの内部に、Auを2.0重量%以上20.0重量%以下それぞれ更に含有する、Agを2.0重量%以上5.0重量%以下含有するSn−Ag系半田、または、Znを6.0重量%以上10.0重量%以下含有するSn−Zn系半田によって形成された接合部を有することを特徴とする光モジュール。
- 少なくとも1つの光部品と、前記少なくとも1つの光部品を温度制御するサーモモジュールと、前記少なくとも1つの光部品と前記サーモモジュールとを収容するパッケージとを有する光モジュールであって、前記サーモモジュールと前記パッケージとの間に、Auを2.0重量%以上20.0重量%以下それぞれ更に含有する、Agを2.0重量%以上5.0重量%以下含有するSn−Ag系半田、または、Znを6.0重量%以上10.0重量%以下含有するSn−Zn系半田によって形成された接合部を有することを特徴とする光モジュール。
- 少なくとも1つの光部品と、前記少なくとも1つの光部品を温度制御するサーモモジュールと、前記少なくとも1つの光部品と前記サーモモジュールとを収容するパッケージとを有する光モジュールであって、前記サーモモジュールと前記少なくとも1つの光部品を搭載するベース基板との間に、Biを10重量%以上60重量%以下含有するSn−bi系半田によって形成された接合部を有することを特徴とする光モジュール。
- 前記Sn−Ag系半田に、1.0重量%以上3.0重量%以下のCuが含まれていることを特徴とする、請求項1または2に記載の光モジュール。
- 前記Sn−Ag系半田に、1.0重量%以上10.0重量%以下のBiが更に含まれていることを特徴とする、請求項4に記載の光モジュール。
- 前記Sn−Zn系半田に、1.0重量%以上5.0重量%以下のBiが含まれていることを特徴とする、請求項1または2に記載の光モジュール。
- 前記少なくとも1つの光部品は、半導体レーザ素子を含むことを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の光モジュール。
- 前記接合部の厚さは、5μm以上100μm以下であることを特徴とする、請求項1から3の何れか1項に記載の光モジュール。
- 前記接合部の厚さが、前記パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と平行な方向において、前記半田の厚さの前端部(a1)と後端部(a2)の差が90μm以下、および/または、前記パッケージの光を発光する方向(A1−A2)と直交する方向(B1−B2)において、前記半田の厚さの一方の端部(b1)と他方の端部(b2)の差が90μm以下であることを特徴とする、請求項1から8の何れか1項に記載の光モジュール。
- 前記接合部は、前記半田中にAuが分散したAu拡散部を備えており、前記Au拡散部は、前記パッケージの前記サーモモジュールとの接合面、および、前記サーモモジュールの前記パッケージとの接合面の少なくとも一方に予め形成された1μm以上5μm以下の厚さのAuメッキ層から拡散して形成されていることを特徴とする、請求項1から9の何れか1項に記載の光モジュール。
- 前記Sn−Ag系または前記Sn−Zn系半田が、前記サーモモジュールと前記パッケージとの前記接合部からはみ出していることを特徴とする、請求項1から10の何れか1項に記載の光モジュール。
- 少なくとも1つの光部品を温度制御する、一方の面にAu層を備えたサーモモジュール、および、前記少なくとも1つの光部品および前記サーモモジュールを収容する、一方の面に1μm以上5μm以下の厚さのAu層を備えたパッケージを調製する調製工程と、
前記サーモモジュールの前記Au層を備えた面および/または前記パッケージの前記Au層を備えた面を、2.0重量%以上5.0重量%以下の範囲内のAgを含有するSn−Ag系半田、または、6.0重量%以上10.0重量%以下の範囲内のZnを含有するSn−Zn系半田中に、
前記Au層からAuを含有させて接合する半田接合工程とを備えた、光モジュールの組立方法。 - サーモモジュールの基板とパッケージ底面を接合する半田をSn−Ag合金またはSn−Zn合金で調製する工程と、
LDチップやレンズ等を搭載したベース基板の底面と前記サーモモジュール上面を接合する半田をSn−Bi合金で調製する工程と、
前記ベース基板の底面と前記サーモモジュール上面の少なくとも一方のAuメッキ層を0.01μm以上1μm以下の厚さに調製する調製工程と、
前記ベース基板の底面と前記サーモモジュール上面を接合する半田接合工程とを備えた、光モジュールの組立方法。 - 前記半田接合工程は、Sn−Ag系半田箔を用いて接合することからなっており、前記Sn−Ag系半田箔は、前記サーモモジュールの前記Auメッキ層を備えた面よりも大きく、且つ、5μm以上100μm以下の範囲内の厚さを有している、請求項12に記載の光モジュールの組立方法。
- 前記半田接合工程は、Sn−Ag系半田箔を用いて接合する前に、前記Sn−Ag系半田箔の表面の酸化被膜を除去する前処理工程を更に含んでいる、請求項14に記載の光モジュールの組立方法。
- 前記半田接合工程は、前記サーモモジュールの前記Au層を備えた面に、前記Sn−Ag系半田または前記Sn−Zn系半田予めをコーティングすることによって行う、請求項12に記載の光モジュールの組立方法。
- 前記半田接合工程は、前記Sn−Ag系半田または前記Sn−Zn系半田が溶融している時間が5秒以上120秒以下となるように加熱する加熱工程を含んでいる、請求項12から16の何れか1項に記載の光モジュールの組立方法。
- 前記加熱工程は、前記パッケージの前記Au層を備えた面と、前記サーモモジュールの前記Au層を備えた面とを、3.0×104Pa以下の荷重で互いに押し付けながら行うことを特徴とする、請求項17に記載の光モジュールの組立方法。
- 半導体レーザを搭載するキャリア基板、前記キャリア基板を半田接合部(A)を介して搭載するベース基板、前記ベース基板を半田接合部(B)を介してその上に固定し前記半導体レーザの温度を制御する、半田接合部(C)によって接合されるペルチェ素子および絶縁基板からなるサーモモジュール、前記サーモモジュールを半田接合部(D)を介してその上に搭載するパッケージを備え、前記半田接合部(A)、(B)、(C)、(D)の半田の融点をT1、T2、T3、T4とするとき、T1≧T2、且つ、T3≧T4≧T2である光モジュールであって、前記半田の融点が、T3≧240℃、且つ、280℃≧T4≧190℃である光モジュール。
- 前記半田接合部(C)を形成する半田が80重量%Au−20重量%Snである請求項19の光モジュール。
- 前記半田接合部(C)を形成する半田がBi−Sb系合金である請求項19の光モジュール。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002089135 | 2002-03-27 | ||
JP2002089135 | 2002-03-27 | ||
PCT/JP2003/003012 WO2003081734A1 (fr) | 2002-03-27 | 2003-03-13 | Module et procede optique d'assemblage de module optique |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2003081734A1 true JPWO2003081734A1 (ja) | 2005-07-28 |
JP4101181B2 JP4101181B2 (ja) | 2008-06-18 |
Family
ID=28449489
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003579328A Expired - Fee Related JP4101181B2 (ja) | 2002-03-27 | 2003-03-13 | 光モジュールおよび光モジュールの組立方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6963676B2 (ja) |
EP (1) | EP1489706A4 (ja) |
JP (1) | JP4101181B2 (ja) |
WO (1) | WO2003081734A1 (ja) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4101181B2 (ja) | 2002-03-27 | 2008-06-18 | 古河電気工業株式会社 | 光モジュールおよび光モジュールの組立方法 |
JP4143478B2 (ja) * | 2002-10-02 | 2008-09-03 | アルプス電気株式会社 | はんだ接続構造および電子部品のはんだ接続方法 |
KR101025844B1 (ko) * | 2003-10-01 | 2011-03-30 | 삼성전자주식회사 | SnAgAu 솔더범프, 이의 제조 방법 및 이 방법을이용한 발광소자 본딩 방법 |
JP2006032454A (ja) * | 2004-07-13 | 2006-02-02 | Nichia Chem Ind Ltd | 半導体レーザパッケージおよび半導体レーザパッケージの製造方法 |
JP2008197500A (ja) * | 2007-02-14 | 2008-08-28 | Nec Corp | 光モジュール |
JP2010109132A (ja) * | 2008-10-30 | 2010-05-13 | Yamaha Corp | 熱電モジュールを備えたパッケージおよびその製造方法 |
JP5419780B2 (ja) * | 2010-03-31 | 2014-02-19 | 京セラ株式会社 | 光ファイバ固定用フェルール及びそれを用いた光ファイバ固定具 |
US8866041B2 (en) * | 2012-04-12 | 2014-10-21 | Tdk Corporation | Apparatus and method of manufacturing laser diode unit utilizing submount bar |
JP2014022510A (ja) * | 2012-07-17 | 2014-02-03 | Japan Oclaro Inc | 光モジュール |
EP2952944B1 (en) * | 2013-01-29 | 2019-01-09 | Kyocera Corporation | Package for housing optical semiconductor element and optical semiconductor device |
EP3836318A4 (en) * | 2018-08-09 | 2021-09-29 | Nuvoton Technology Corporation Japan | SEMICONDUCTOR ELECTROLUMINESCENT DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR ELECTROLUMINESCENT DEVICE |
EP3874596A1 (en) | 2018-10-30 | 2021-09-08 | Excelitas Canada Inc. | High speed switching circuit configuration |
US11264778B2 (en) | 2018-11-01 | 2022-03-01 | Excelitas Canada, Inc. | Quad flat no-leads package for side emitting laser diode |
MX2020009778A (es) | 2019-07-26 | 2021-02-18 | Huawei Tech Co Ltd | Ensamblaje de empalme para fibra optica y metodo de sellado de este, y caja de empalme para fibra optica. |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07128550A (ja) * | 1993-11-05 | 1995-05-19 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光モジュールパッケージ |
JPH11295560A (ja) * | 1998-04-09 | 1999-10-29 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 光通信用モジュール及びその検査方法 |
JP3262113B2 (ja) * | 1999-01-29 | 2002-03-04 | 富士電機株式会社 | はんだ合金 |
JP2000323731A (ja) * | 1999-05-12 | 2000-11-24 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光半導体素子用パッケージ |
JP2001215372A (ja) * | 1999-11-26 | 2001-08-10 | Furukawa Electric Co Ltd:The | レーザダイオードモジュール |
JP2002185130A (ja) * | 2000-12-11 | 2002-06-28 | Fujitsu Ltd | 電子回路装置及び電子部品 |
US6350625B1 (en) * | 2000-12-28 | 2002-02-26 | International Business Machines Corporation | Optoelectronic packaging submount arrangement providing 90 degree electrical conductor turns and method of forming thereof |
JP2002232053A (ja) * | 2001-01-31 | 2002-08-16 | Fuji Photo Film Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
JP3566670B2 (ja) * | 2001-05-24 | 2004-09-15 | 京セラ株式会社 | 熱電交換モジュール用セラミック基板 |
JP3636128B2 (ja) * | 2001-10-12 | 2005-04-06 | アイシン精機株式会社 | 半導体モジュールの製造方法 |
JP4101181B2 (ja) | 2002-03-27 | 2008-06-18 | 古河電気工業株式会社 | 光モジュールおよび光モジュールの組立方法 |
US6791159B2 (en) * | 2002-06-03 | 2004-09-14 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Optical module |
-
2003
- 2003-03-13 JP JP2003579328A patent/JP4101181B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2003-03-13 WO PCT/JP2003/003012 patent/WO2003081734A1/ja active Application Filing
- 2003-03-13 EP EP03710340A patent/EP1489706A4/en not_active Withdrawn
-
2004
- 2004-09-27 US US10/949,280 patent/US6963676B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1489706A4 (en) | 2010-03-10 |
EP1489706A1 (en) | 2004-12-22 |
US20050041934A1 (en) | 2005-02-24 |
WO2003081734A1 (fr) | 2003-10-02 |
US6963676B2 (en) | 2005-11-08 |
JP4101181B2 (ja) | 2008-06-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4101181B2 (ja) | 光モジュールおよび光モジュールの組立方法 | |
JP3600549B2 (ja) | 相互接続構造及びこれの製造方法 | |
JP5426188B2 (ja) | 熱電変換モジュール及び熱電半導体素子 | |
US7009299B2 (en) | Kinetically controlled solder | |
KR20070110889A (ko) | 서브 마운트 및 그 제조 방법 | |
JP2000307228A (ja) | 鉛を含まないはんだ接合方法及びこれによって製造された電子モジュール | |
KR20080038028A (ko) | 기판에 전자 부품을 탑재하는 방법 및 솔더면을 형성하는방법 | |
JP2005503926A (ja) | 高温無鉛はんだに適した改良された組成物、方法およびデバイス | |
KR100982183B1 (ko) | 납땜 실장 구조의 제조 방법 | |
JP4349552B2 (ja) | ペルチェ素子熱電変換モジュール、ペルチェ素子熱電変換モジュールの製造方法および光通信モジュール | |
JP4421528B2 (ja) | 半田付け実装構造およびその製造方法、並びにその利用 | |
JP2002368293A (ja) | 熱電モジュール、熱電モジュールの製造方法、熱電装置、ファイバ投光装置 | |
JP2009142890A (ja) | 積層はんだ材およびそれを用いたはんだ付方法ならびにはんだ接合部 | |
US6203929B1 (en) | Gold plated solder material and method of fluxless soldering using solder | |
US20040245228A1 (en) | Attach aligned optics and microelectronics with laser soldering methods | |
JP2003110154A (ja) | ペルチェモジュール付き電子装置、光モジュール及びそれらの製造方法 | |
JP2003215406A (ja) | 半導体レーザモジュールとその製造方法 | |
JP2002111113A (ja) | 光モジュール | |
US7078330B2 (en) | Metal electrode and bonding method using the metal electrode | |
JP2001313462A (ja) | 電子部品の実装方法 | |
US5537739A (en) | Method for electoconductively connecting contacts | |
JP3209640B2 (ja) | フリップチップ接続方法および回路基板の製造方法 | |
JP2007513386A (ja) | 複数のはんだボールを用いたエタロンの位置決め | |
JP2001156095A (ja) | 電極、半導体装置および製造方法 | |
JPH11330108A (ja) | 電子部品の接合方法及び接合材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060301 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20070202 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20070220 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070227 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070501 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20070828 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071029 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20071105 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20071127 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080118 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080219 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080318 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4101181 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110328 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120328 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130328 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140328 Year of fee payment: 6 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |