KR100524778B1 - Silicon optical bench manufacturing method - Google Patents

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KR100524778B1
KR100524778B1 KR10-2003-0069190A KR20030069190A KR100524778B1 KR 100524778 B1 KR100524778 B1 KR 100524778B1 KR 20030069190 A KR20030069190 A KR 20030069190A KR 100524778 B1 KR100524778 B1 KR 100524778B1
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Abstract

본 발명은 실리콘 광벤치 제조 방법에 관한 것으로, 종래 실리콘 광벤치 제조 방법은 고가의 접합 장비를 이용하여 장비의 히터 상부에 실리콘 광벤치를 위치시키고, 각각의 접합부에 형성된 솔더를 동시에 녹인 후 한 종류의 부품을 접합하고, 다시 솔더를 가열한 후 다른 종류의 부품을 접합하는 방법으로 다양한 부품들에 대한 접합이 실시되므로 부품이 접합되지 않고 솔더만 반복적으로 가열됨에 따라 나중에 부품이 접합되는 솔더의 접합 특성 및 전기적 특성이 열화되는 문제점과 함께, 가열 시간이 오래 걸리기 때문에 공정 수율이 낮아지며 고가의 장비를 사용하기 때문에 비용이 높아지는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 실리콘 광벤치의 전극 상부에 반도체 공정을 통한 히터를 형성한 후 그 상부에 솔더를 적용하도록 하는 것으로, 원하는 부분에 형성된 히터에 선택적으로 전류를 가하는 것으로 솔더를 녹여 부품을 접합할 수 있도록 한 실리콘 광벤치 제조 방법을 제공함으로써, 고가의 장비 없이도 접합이 가능하기 때문에 제조 비용을 줄일 수 있고, 원하는 부분의 솔더만을 선택적으로 녹일 수 있으므로 선택되지 않은 솔더에 영향을 미치지 않아 접합 성능 및 전기적 연결 특성을 개선할 수 있으며 접합 하고자 하는 부품의 수가 많은 경우에는 모든 히터 전극을 연결하여 한번에 전류를 가하는 것으로 빠른 접합이 가능하여 수율이 높아지는 효과가 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a silicon optical bench, a conventional method for manufacturing a silicon optical bench using a costly bonding equipment to place a silicon optical bench on top of the heater of the equipment, at the same time to melt the solder formed on each joint at one kind Joining of different parts by joining the parts of the parts, heating the solder again, and then joining the different types of parts, so that the parts are not joined but only the solder is repeatedly heated. In addition to the deterioration of characteristics and electrical properties, there is a problem that the process yield is low because the heating time is long, and the cost is high because expensive equipment is used. In view of the above problems, the present invention is to form a heater through a semiconductor process on an electrode of a silicon optical bench and then apply a solder to the upper part of the silicon optical bench. By providing a method for manufacturing silicon optical benches that can be bonded to each other, the manufacturing cost can be reduced because the bonding can be performed without expensive equipment, and only the desired portion of the solder can be melted selectively, thus not affecting the unselected solder. It is possible to improve the bonding performance and electrical connection characteristics, and in the case of a large number of parts to be bonded, it is possible to increase the yield by connecting all the heater electrodes and applying current at once.

Description

실리콘 광벤치 제조 방법{SILICON OPTICAL BENCH MANUFACTURING METHOD}Silicon optical bench manufacturing method {SILICON OPTICAL BENCH MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 실리콘 광벤치 제조 방법에 관한 것으로, 특히 실리콘 광벤치의 각 부품들을 용이하게 접합하기 위해 부품이 적용되는 전극과 솔더 사이에 반도체 공정을 통한 히터를 형성하는 것으로 부품들을 부분 혹은 일괄 접합할 수 있도록 하여 고가의 공정 장비 없이도 공정 시간과 품질을 개선할 수 있도록 한 실리콘 광벤치 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a silicon optical bench, and in particular, to form a heater through a semiconductor process between an electrode and a solder to which a component is applied in order to easily join each component of the silicon optical bench. The present invention relates to a method for manufacturing a silicon photobench, which enables to improve process time and quality without expensive process equipment.

유무선 인터넷의 보급과 다양한 정보통신 단말기의 보급에 따라, 가입자의 정보 접속 및 이용은 이제 당연한 일상이 되고 있다. 하지만, 보다 많은 정보와 보다 빠른 정보의 이용을 위해서는 현재 사용중인 고속 통신망의 한계를 넘어서는 초고속 통신망인 광케이블의 보급이 절대적으로 필요하게 되었다.With the spread of wired and wireless Internet and the spread of various information communication terminals, subscribers' access and use of information are becoming a natural everyday. However, in order to use more information and faster information, it is absolutely necessary to disseminate the optical cable, which is a high-speed communication network that exceeds the limitations of the current high-speed communication network.

이러한 초고속 통신망의 필요성과 함께 현재 설치되어 있는 다양한 통신망 서비스들을 조합하여 최적의 기간 통신망을 구축하려는 다양한 연구가 진행되고 있다. 즉, 초고속 정보통신망을 어떻게 구축할 것인가의 문제는 현존하는 협대역 서비스와 산재하는 광대역 서비스를 동시에 경제적으로 제공하면서 B-ISDN 서비스에도 유연하게 대응할 수 있는 통신망을 구축하기 위한 각종 가입자 전송방식 및 전송장치 등의 검토와 더불어 활발하게 연구가 진행되고 있다.Along with the necessity of such a high speed communication network, various researches are being conducted to build an optimal backbone communication network by combining various currently installed network services. In other words, the problem of how to build a high-speed information communication network is to provide various narrow-band services and scattered broadband services at the same time and economically, and to implement various subscriber transmission methods and transmissions for constructing a communication network that can flexibly cope with B-ISDN services. Along with the review of devices, research is being actively conducted.

동축 케이블을 이용한 통신망으로부터 광 통신망으로의 변환은 중계망을 중심으로 진전되고 있으나, 가입자까지 도달하는 억세스 망으로의 확대를 목표로 개발이 진행되고 있다. 광망의 구성에 사용되는 광 부품 중 가장 핵심적이고 고가인 광모듈은 MEMS(Micro-Electro Mechanialc System) 기술을 적용하여 대량 생산 및 소형화, 집적화가 가능하게 됨으로써 광망의 보급을 가속화하고 가입자를 확대하는데 크게 기여할 수 있게 되었다. The conversion from the communication network to the optical communication network using the coaxial cable is progressing mainly with the relay network, but the development is progressing with the aim of expanding to the access network reaching the subscribers. Among the optical components used in the construction of the optical network, the most important and expensive optical module is MEMS (Micro-Electro Mechanialc System) technology, which enables mass production, miniaturization, and integration, greatly accelerating the spread of optical networks and expanding subscribers. You can contribute.

일반적으로, 광 모듈을 제작하는 과정에서 제조 가격 비중을 가장 크게 차지하는 공정은 레이저 다이오드(Laser Diode), 포토 다이오드(Photo Diode)를 실리콘 기판 상에 접합하는 공정이다. 광섬유, 레이저 다이오드, 포토 다이오드등의 광모듈 부품들을 실리콘 기판 상에 정밀하게 정렬한 후, 전기적인 연결은 반도체 공정 중 금속 공정을 이용하여 제작하는 MEMS 기술을 적용한 것을 실리콘 광벤치(Silicon Optical Bench: 이하 SiOB라 칭함)라 한다. 상기 SiOB에서, 부품들 간의 x, y, z 방향의 정렬은 식각 공정을 통하여 이루어지며, 이러한 식각 공정을 통한 부품들의 위치를 3차원적으로 설정하는(3차원적으로 정밀한 식각 구조물 형성) 공정과 형성된 3차원 형상에 부품들을 정렬 배치하여 접합하는 공정은 SiOB 제작에서 핵심 공정이라 할 수 있다.In general, a process that occupies the largest portion of the manufacturing price in the process of manufacturing the optical module is a process of bonding a laser diode and a photo diode on a silicon substrate. After precisely arranging optical module components such as optical fiber, laser diode, and photo diode on a silicon substrate, the electrical connection is based on a silicon optical bench using MEMS technology manufactured using a metal process during semiconductor processing. Hereinafter referred to as SiOB). In the SiOB, alignment of the x, y, and z directions between components is performed through an etching process, and a process of three-dimensionally setting the positions of the components through such an etching process (forming a three-dimensional precision etching structure) and The process of arranging and joining the parts to the formed three-dimensional shape is a key process in manufacturing SiOB.

또한, 최근에는 실리콘 기판 상에 발광 다이오드(LED) 소자를 x, y, z 방향으로 정확히 정렬하고 점멸 동작을 제어할 수 있는 전기 배선을 형성한 실리콘 광 벤치를 엘씨디 백 라이팅(LCD back lighting) 모듈의 핵심 부품으로 개발하고 있어, 실리콘 광벤치의 사용 용도가 점차 다양화, 핵심화 되고 있다.In recent years, an LCD back lighting module has been fabricated by a silicon optical bench that has an electric wiring for accurately aligning a light emitting diode (LED) element in a x, y, z direction and controlling a flashing operation on a silicon substrate. As a core component of the company, the use of the silicon optical bench is gradually diversifying and becoming the core.

도 1은 SiOB의 한 종류를 간략히 도시한 사시도로서, 도시한 바와 같이 실리콘 기판(1) 상에 광섬유(2), 레이저 다이오드(3), 포토 다이오드(4), 그리고 전기적인 연결을 위한 전극(5)들이 형성되어 있다. 상기 실리콘 기판(1) 상부에는 상기 실리콘 기판(1)과 전극(5)들 간을 절연하기위한 절연층(미도시)이 형성될 수 있다.FIG. 1 is a perspective view briefly illustrating one type of SiOB, and as shown, an optical fiber 2, a laser diode 3, a photodiode 4, and an electrode for electrical connection on a silicon substrate 1. 5) are formed. An insulating layer (not shown) may be formed on the silicon substrate 1 to insulate the silicon substrate 1 from the electrodes 5.

먼저, 상기 광섬유(2), 레이저 다이오드(3) 및 포토 다이오드(4)를 결합하여 접합할 수 있도록 상기 실리콘 기판(1)을 습식 식각하여 3차원 구조물을 만들고 그 위에 금속 전극(5)을 형성한다. 이러한 식각을 통해 형성한 3차원 구조물을 그루브(groove)라 하며, 상기 형성된 그루브에 위치되는 전극(5)에 솔더(solder)(미도시)를 적용한 후 상기 레이저 다이오드(3) 및 포토 다이오드(4)를 위치시키고 가열하여 상기 솔더를 녹여서 접합을 실시한다. 이러한 솔더를 이용한 접합 방법을 플립칩 접합(flip chip bonding)이라 한다.First, the silicon substrate 1 is wet-etched to form a three-dimensional structure by wet etching the silicon substrate 1 so that the optical fiber 2, the laser diode 3, and the photodiode 4 can be bonded to each other to form a metal electrode 5 thereon. do. The three-dimensional structure formed through such etching is called a groove, and after applying a solder (not shown) to the electrode 5 positioned on the formed groove, the laser diode 3 and the photodiode 4 ) And melt by soldering the solder. The bonding method using such solder is called flip chip bonding.

도 2는 고가의 접합 장비(bonding machine)를 이용하여 전극이 형성된 실리콘 기판 상에 광 부품들(14, 15)을 플립칩 접합하는 모습을 도시한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram illustrating flip chip bonding of optical components 14 and 15 onto a silicon substrate on which electrodes are formed using an expensive bonding machine.

상기 접합 장비에 갖추어진 히터(30)위에 실리콘 광벤치를 이루는 기판(10)을 위치시키고 픽업-팁(pick-up tip)(20)을 이용하여 레이저 다이오드(14)를 첫번째 그루브로 이동하여 정위치 시킨 후 상기 그루브의 전극(12) 상부에 적용된 솔더(13)의 용융온도(melting temperature) 이상으로 상기 히터(30)를 가열하여 상기 레이저 다이오드(14)를 결합한다. 그리고 다시 픽업-팁(20)을 이용하여 포토 다디오드(15)를 두번째 그루브(우측)에 위치시킨 후 상기 히터(30)를 재 가열하여 상기 포토 다이오드(15)를 결합한다.The substrate 10 forming the silicon optical bench is placed on the heater 30 provided in the bonding equipment, and the laser diode 14 is moved to the first groove by using the pick-up tip 20. After positioning, the heater 30 is heated above the melting temperature of the solder 13 applied on the electrode 12 of the groove to couple the laser diode 14. Then, the photodiode 15 is positioned on the second groove (right side) by using the pickup tip 20, and the heater 30 is reheated to couple the photodiode 15.

상기와 같은 종래의 플립칩 접합 방식은 고가의 접합 장비를 사용하여 모듈의 부품들을 결합하기 때문에 전체적인 제품 가격이 상승하여 경쟁력이 감소하는 문제점이 있다. 또한, 두개 이상의 부품을 결합해야 하는 경우라면 첫번째 그루브의 솔더를 녹여 부품을 결합하기 위하여 히터를 가열 하는 시간동안, 첫번째 그루브의 솔더 뿐만 아니라 다른 그루브의 솔더에도 열이 전달되어 첫번째 그루브와 다른 그루브의 솔더가 동시에 녹게 된다. 이로 인해 부품이 접합되지 않고 솔더만 녹은 경우에는 그 표면에 산화 현상이 발생하게 되어 솔더의 조건이 변화게 되므로 두번째 그루브에 부품을 결합 할 때에는 접합 장력과 전기적 특성이 악화 되는 단점이 있다. 특히, 접합 하고자 하는 부품의 종류가 많을 경우에는 각 부품이 위치 할 솔더들의 조건변화가 큰 치명적인 문제점이 있었다. 또한, 외부 히터를 가열하여 실리콘 광벤치의 실리콘 기판을 통해 솔더에 열을 가하는 간접 가열 방식이므로 효율이 떨어져 에너지 소모에 따른 비용을 더욱 상승시키게 된다.The conventional flip chip bonding method as described above has a problem in that the overall product price increases because the components of the module are combined using expensive bonding equipment, thereby reducing the competitiveness. In addition, if two or more parts need to be joined, during the time of heating the heater to melt the solder of the first groove and join the parts, heat is transferred not only to the solder of the first groove but also to the solder of the other groove, The solder will melt at the same time. As a result, when only the solder is melted and the parts are not bonded, oxidation occurs on the surface of the solder, and the condition of the solder is changed. Therefore, when the parts are joined to the second groove, the bonding tension and electrical characteristics are deteriorated. In particular, when there are many types of parts to be joined, there is a fatal problem in that the change of conditions of solders in which each part is to be placed is large. In addition, since the indirect heating method of heating the external heater to heat the solder through the silicon substrate of the silicon optical bench, the efficiency is lowered, further increasing the cost of energy consumption.

상기한 바와 같이 종래 실리콘 광벤치 제조 방법은 고가의 접합 장비를 이용하여 장비의 히터 상부에 실리콘 광벤치를 위치시키고, 각각의 접합부에 형성된 솔더를 동시에 녹인 후 한 종류의 부품을 접합하고, 다시 솔더를 가열한 후 다른 종류의 부품을 접합하는 방법으로 다양한 부품들에 대한 접합이 실시되므로 부품이 접합되지 않고 솔더만 반복적으로 가열됨에 따라 나중에 부품이 접합되는 솔더의 접합 특성 및 전기적 특성이 열화되는 문제점과 함께, 가열 시간이 오래 걸리기 때문에 공정 수율이 낮아지며 고가의 장비를 사용하기 때문에 비용이 높아지는 문제점이 있었다.As described above, the conventional silicon optical bench manufacturing method uses an expensive bonding equipment to place a silicon optical bench on the heater of the equipment, and simultaneously melts the solder formed at each junction and then joins one kind of component, and then solders again. Since the bonding of various components is performed by heating different types of components after joining them, the soldering characteristics and electrical characteristics of the solder to which the components are joined later deteriorate as the components are not bonded but only the solder is repeatedly heated. In addition, since the heating takes a long time, the process yield is low, and there is a problem in that the cost is high because expensive equipment is used.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은 실리콘 광벤치의 전극 상부에 반도체 공정을 통한 히터를 형성한 후 그 상부에 솔더를 적용하도록 하는 것으로, 원하는 부분에 형성된 히터에만 선택적으로 전류를 가하는 것으로 솔더를 녹여 부품을 접합할 수 있어 고가의 장비 없이도 접합이 가능하므로 제조 비용을 줄일 수 있고, 원하는 부분의 솔더만을 선택적으로 녹일 수 있기 때문에 선택되지 않은 솔더에 영향을 미치지 않아 접합 성능을 개선할 수 있으며 접합 하고자 하는 부품의 수가 많은 경우에는 모든 히터 전극을 연결하여 한번에 전류를 가하는 것으로 빠른 접합이 가능하여 수율을 높일 수 있도록 한 실리콘 광벤치 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In view of the above problems, the present invention is to form a heater through the semiconductor process on the electrode of the silicon optical bench and then to apply the solder on the upper part, by melting the solder by selectively applying a current only to the heater formed in the desired portion. Since parts can be joined together, it is possible to join without expensive equipment, thereby reducing manufacturing costs and selectively melting only the desired parts of the solder, thereby improving joining performance without affecting unselected solders. In the case of a large number of parts to be connected to all the heater electrodes by applying a current at a time to provide a silicon optical bench manufacturing method that can be quickly bonded to increase the yield.

상기와 같은 목적을 달성하기위한 본 발명은, 실리콘 기판 상의 부품 접합부에 그루브를 형성한 후, 절연층 및 전극을 형성하는 단계와; 상기 형성된 전극 상부에 선택적 구동이 가능하도록 한 전극 패드를 구비한 히터층을 형성하는 단계와; 상기 히터층 상부에 상기 히터층의 동작으로 녹일 수 있는 솔더층을 형성하는 단계와; 상기 형성된 솔더층 상부에 부품을 위치시킨 후 상기 히터층에 선택적으로 전류를 가하는 것으로 상기 솔더층을 녹여 상기 부품을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a groove on the component junction on the silicon substrate, and then forming an insulating layer and an electrode; Forming a heater layer having an electrode pad on the formed electrode to enable selective driving; Forming a solder layer on the heater layer that can be melted by the operation of the heater layer; And placing the component on the formed solder layer, and melting the solder layer by selectively applying a current to the heater layer, thereby bonding the component.

상기 전극 상부에 형성되는 히터층은 효율을 높이기 위해 미엔다 구조를 가지며, 선택적 구동의 편의를 위해 상기 전극 패드를 상기 그루브 외부로 연장하여 형성하는 것을 특징으로 한다.The heater layer formed on the electrode has a meander structure to increase efficiency, and the electrode pad extends to the outside of the groove for the convenience of selective driving.

상기와 같은 방법으로 실시되는 본 발명의 실시예들을 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. DETAILED DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS Embodiments of the present invention implemented as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3a 내지 도 3d는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 보이는 수순단면도로서, 본 발명은 실리콘 광벤치의 부품 접합 위치에 반도체 공정을 이용하여 히터층(43)를 형성하고 그 상부에 솔더층(44)을 형성 함으로써 히터층(43)에 전류를 가하여 솔더층(44)을 녹여 고가의 접합 장비 없이도 간략한 방법으로 부품을 접합하도록 한 것으로, 본 실시예에서는 미엔다형 히터층(43)을 부품이 접합되는 그루브의 전극(42) 상에 형성한다.3A to 3D are cross-sectional views showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention. The present invention is to form a heater layer 43 using a semiconductor process at a component bonding position of a silicon optical bench and a solder layer 44 thereon. ) By applying a current to the heater layer 43 to melt the solder layer 44 to join the parts in a simple manner without expensive bonding equipment. In this embodiment, the parts are joined to the mid-end heater layer 43. It is formed on the electrode 42 of the groove to be.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(41)을 KOH용액으로 습식식각 하여 그루브를 형성하고 그 상부에 절연층(41)을 형성한다. 이와 같은 그루브를 만들기 위한 식각 공정은 반드시 식각할 부분과 식각으로부터 보호해야 하는 부분을 구분하기 위하여 식각 마스크가 필요한데, 이때 사용하는 마스크는 습식 식각을 실시하는 시간 동안 마스크로 사용할 수 있는 물질 이어야 한다. 일반적으로 실리콘 질화막이 많이 사용된다. 상기 절연층(41)은 이후 형성될 전극(42)과 실리콘 기판(40)과의 절연을 위해 사용되는 것으로, 실리콘 질화막 또는 실리콘 산화막을 이용하는 것이 일반적이다. 특히, 실리콘 산화막은 대략 섭씨 1100℃ 내외의 고온에서 열처리 하여 성장 되기 때문에 그 막질과 절연특성이 우수하다. 또한 고저항 실리콘(High Resistivity Silicon) 기판을 사용하여 실리콘 벤치를 제작 함으로써 고주파에서의 전류손실(leakage current)을 줄일 수도 있다.First, as shown in FIG. 3A, the silicon substrate 41 is wet-etched with KOH solution to form a groove, and an insulating layer 41 is formed on the groove. The etching process for making such a groove requires an etching mask to distinguish between the portion to be etched and the portion to be protected from etching, and the mask to be used must be a material that can be used as a mask during the time of wet etching. Generally silicon nitride film is used a lot. The insulating layer 41 is used to insulate the electrode 42 and the silicon substrate 40 to be formed later. Generally, a silicon nitride film or a silicon oxide film is used. In particular, since the silicon oxide film is grown by heat treatment at a high temperature of about 1100 ° C., its film quality and insulation properties are excellent. In addition, by fabricating a silicon bench using a high resistivity silicon substrate, it is possible to reduce leakage current at high frequencies.

그 다음, 도 3b에 도시한 바와 같이 상기 절연층(41) 상부에 전극(42)을 형성한다. 상기 전극(42)은 실리콘 벤치에 결합 될 부품에 대한 전기적 연결을 제공하기 위한 것으로, 전기적 특성이 우수 하여야 할 뿐만 아니라 상기 절연층(41)과 접착력(adhesion)도 좋아야 한다. 일반적으로 절연층(41)인 실리콘 산화막과 접착력이 우수한 티타늄(Ti), 크롬(Cr)등과, 전기적 특성이 좋으면서 반도체 공정으로 쉽게 증착할 수 있는 금(Au)를 사용한다. 상기 전극(42)은 후 공정 중 모듈의 부품을 결합할 때 고온에 노출 되기 때문에 접착층(adhesion layer)인 티타늄이나 크롬이 금으로 확산(diffusion) 되어 금의 전기적 특성이 감소할 수 있으므로 상기 티타늄과 크롬 사이에 백금(Pt), 니켈(Ni)등의 확산 방지 층(diffusion barrier layer)을 사용한다. 상기 전극을 이루고 있는 상기 금속들은 반도체 공정에서 이미 물성의 신뢰성이 입증된 스퍼터링(sputtering) 방법이나, 이-빔(E-beam) 증착 방법을 이용하여 Ti/Pt/Au 또는 Cr/Ni/Au 구조(structure)의 전극(42)을 순서대로 증착하고 리프트 오프(lift-off) 방법으로 패턴을 형성 할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3B, an electrode 42 is formed on the insulating layer 41. The electrode 42 is to provide an electrical connection to the component to be coupled to the silicon bench, and should not only have excellent electrical characteristics, but also have good adhesion with the insulating layer 41. In general, a silicon oxide film, which is an insulating layer 41, titanium (Ti), chromium (Cr), and the like, which have excellent adhesion, and gold (Au), which has good electrical characteristics and can be easily deposited in a semiconductor process, is used. Since the electrode 42 is exposed to high temperatures when joining the components of the module during the post-process, titanium or chromium, which is an adhesion layer, may be diffused into gold, thereby reducing the electrical properties of the gold. A diffusion barrier layer such as platinum (Pt) or nickel (Ni) is used between chromium. The metals forming the electrode have a Ti / Pt / Au or Cr / Ni / Au structure using a sputtering method, which has been proven in the reliability of physical properties in a semiconductor process, or an E-beam deposition method. The electrode 42 of the structure can be deposited in order and a pattern can be formed by a lift-off method.

그 다음, 도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 전극(42) 상부에 외부로 연장된 선택용 전극 패드를 가지는 히터층(43)를 형성한다. 상기 히터층(43)은 발열체와 발열체에 전원을 공급하는 전극 패드로 구분할 수 있으며, 발열체는 발열체의 열을 이용하여 녹이고자 하는 솔더층(solder layer)의 아래층에 위치하도록 하여 최대의 효율을 발휘 하도록 한다. 또한 발열체의 크기나 모양 그리고 물질의 선택은 솔더 및 제품에 따라 다양하게 변경하여 사용할 수 있으며, 사용하고자 하는 전류를 인가 하였을 때 솔더를 녹이기 위한 충분한 열을 발산할 수 있도록 구성한다. 본 실시예에서는 도시한 바와 같이 상기 발열체가 미엔다(meander) 패턴을 가지도록 하여 좁은 면적에서도 고 효율의 열을 발생 시키도록 한다. Next, as shown in FIG. 3C, a heater layer 43 having a selection electrode pad extending outward is formed on the electrode 42. The heater layer 43 may be classified into a heating element and an electrode pad for supplying power to the heating element, and the heating element is positioned below the solder layer to be melted using the heat of the heating element, thereby exhibiting maximum efficiency. Do it. In addition, the size or shape of the heating element and the choice of materials can be used in various ways depending on the solder and the product. When the current to be used is applied, it is configured to dissipate sufficient heat to melt the solder. In this embodiment, as shown in the drawing, the heating element has a meander pattern to generate heat of high efficiency even in a small area.

상기 발열체의 물질로는 백금, 금과 같은 귀금속과 구리, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨 등이 사용되며, 모듈의 실리콘 기판과 사용온도 범위의 열팽창 계수가 유사한 발열체 물질을 사용 함으로써 온도 증가에 따른 열적 스트레스를 최소화 시켜 제품의 신뢰성을 더욱 증가 시키도록 하는 것이 바람직하며, 이러한 열적 스트레스가 최소화되면 MEMS 기술을 사용하여 원하는 면적에 원하는 모양 및 원하는 두께로 정밀한 발열체를 형성할 수 있다. 가장 보편적인 MEMS 기술로는 스퍼티링 법과 이-빔 증착법이 사용될 수 있으며, 그외에도 물리적 증착법(PVD:Physical Vapor deposition) 와 화학기상 증착법(CVD: Chemical vapor deposition)등을 사용할 수 있다. 그리고, 발열체에 전원을 공급하는 전극 패드는 전류의 흐름을 충분히 수용할 수 있는 두께나 모양으로 제조 하여야 하며 전류를 쉽게 인가할 수 있도록 그루브의 외각에 위치하는 것이 바람직하다. 이러한 전극 패드는 발열체 형성과 함께 백금, 금, 구리, 니켈등의 발열체 물질을 사용하여 형성할 수 있다.Precious metals such as platinum and gold, copper, nickel, tungsten, molybdenum, tantalum, and the like are used as the material of the heating element. It is desirable to minimize the stress to further increase the reliability of the product, and when this thermal stress is minimized, it is possible to form a precise heating element having a desired shape and a desired thickness in a desired area using MEMS technology. The most common MEMS techniques include sputtering and two-beam deposition. In addition, physical vapor deposition (PVD) and chemical vapor deposition (CVD) can be used. And, the electrode pad for supplying power to the heating element should be manufactured in a thickness or shape that can sufficiently accommodate the flow of current, it is preferable to be located on the outside of the groove so that the current can be easily applied. The electrode pad may be formed by using a heating material such as platinum, gold, copper, nickel, and the like with the formation of a heating element.

그 다음, 도 3d에 도시한 바와 같이 상기 형성된 히터층(43) 상부에 솔더층(44)을 형성한다. 상기 솔더층(44)은 용융온도가 상대적으로 낮은 인듐(In)과 골드틴(AuSn), 레드틴(PbSn)등을 사용하며, 이-빔 증착법으로 형성할 수 있다. 골드틴이나 레드틴 같은 혼합물질의 경우, 골드(Au)/레드(Pb)와 틴(Sn)이 원하는 비율로 혼합된 단일 타겟(target)을 이용하여 증착하거나, 각각의 물질을 순차적으로 적층하여 혼합층 형태로 증착할 수 있으며 또한, 동시증착(co-evaporation)으로 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3D, a solder layer 44 is formed on the formed heater layer 43. The solder layer 44 uses indium (In), gold tin (AuSn), red tin (PbSn), etc. having a relatively low melting temperature, and may be formed by an e-beam deposition method. In the case of mixtures such as gold tin or red tin, deposition is carried out using a single target in which gold (Au) / red (Pb) and tin (Sn) are mixed in a desired ratio, or the respective materials are sequentially stacked. It can be deposited in the form of a mixed layer and can also be formed by co-evaporation.

상기와 같이 형성된 히터를 내장한 실리콘 벤치는 필요한 부품들을 수동 정렬(passive align) 방법으로 위치시켜 소자간 특성을 최적화 시킨 모듈을 제작 할 수 있을 뿐만 아니라, 히터에 전류를 가하여 솔더를 녹여 부품을 접합하므로, 고가의 접합 장비를 사용하여 부품을 접합하는 경우에 비해 제조 비용과 시간을 크게 줄일 수 있다. The silicon bench with the heater formed as described above can not only manufacture a module that optimizes the characteristics between devices by placing necessary parts in a passive alignment method, but also apply a current to the heater to melt the solder to join the parts. Therefore, manufacturing costs and time can be significantly reduced compared to the case of joining parts using expensive joining equipment.

도 4는 상기 도 3a내지 도3c를 통해 형성한 히터층(43)의 형상을 보다 명확히 설명하기위해 그루브에 형성된 히터층(43)을 상부에서 본 평면도로서, 도시된 바와 같이 그루브 내부에 형성된 전극(42) 상부에 미엔다 구조로 형성된 히터층(43)의 구성을 볼 수 있다. 상기 전극(42)은 외부로 연결되지만, 설명의 편의를 위해 생략한 것이다. 4 is a plan view of the heater layer 43 formed in the groove from the top to more clearly explain the shape of the heater layer 43 formed through FIGS. 3A through 3C. The electrode formed in the groove as shown in FIG. (42) The structure of the heater layer 43 formed in the midenda structure at the top can be seen. The electrode 42 is connected to the outside, but is omitted for convenience of description.

도시된 바와 같이 히터층(43)의 발열체 부분을 미엔다 구조로 형성하여 효율을 높일 수 있으며, 해당 발열체에 용이하게 전류를 인가하기위해 전극 패드부들을 그루브 외부로 연장시켜 실리콘 광벤치 표면에 배치한다.As shown in the drawing, a heating element portion of the heater layer 43 may be formed in a meander structure to increase efficiency, and in order to easily apply current to the heating element, electrode pad portions may be extended to the outside of the groove to be disposed on the silicon optical bench surface. do.

도 5는 다수의 부품이 형성되며, 각각 상이한 시점(순차적으로)에서 접합이 이루어져야 하는 경우의 히터층(43) 구성을 보인 것이다. 각각의 히터층(43a, 43b)은 개별 선택에 의해 전류가 공급될 수 있어, 한 종류의 부품들을 배치한 후, 해당 부품을 접합하기위해 해당 히터층(예를 들어 43a)만 선택적으로 전류를 인가하여 동작시킬 수 있는데, 이 경우 전류가 흐르지 않는 다른 히터층(예를 들어 43b)은 발열하지 않으므로 상기 다른 히터층(43b)에 형성되는 솔더층(미도시)은 특성 변화가 발생하지 않는다.5 shows the configuration of the heater layer 43 in the case where a plurality of parts are formed, and the joining should be made at different time points (sequentially), respectively. Each heater layer 43a, 43b can be supplied with current by individual selection, so that after placing one type of component, only the heater layer (e.g. 43a) can selectively supply current to join the component. In this case, the other heater layer (for example, 43b) in which no current flows does not generate heat, so that the solder layer (not shown) formed in the other heater layer 43b does not change characteristics.

도 6은 다수의 부품을 동시에 접합하기위한 히터층의 구성을 보인 것으로 각각의 히터층 전극들을 연결한 후 일괄적으로 전류를 제공하면 연결된 히터층이 모두 발열하여 해당 그루브에 위치된 부품들을 일괄적으로 접합할 수 있게 된다.FIG. 6 illustrates a configuration of a heater layer for simultaneously joining a plurality of components. When the heater layers are connected to each other and current is collectively provided, the connected heater layers generate heat to collectively place parts located in the corresponding grooves. It can be joined.

따라서, 종래에 외부 히터를 가열한 후 그 상부에 실리콘 광벤치를 위치시켜 실리콘 광벤치의 실리콘 기판 부분을 통해 솔더에 열을 가하는 방법은 모든 솔더를 동시에 녹이기 때문에 부품이 접합되지 않는 부분의 솔더 특성이 변화되어 접합특성과 전기적 특성이 변화하는 치명적인 문제를 야기할 뿐만 아니라 부피가 큰 히터를 가열해야 하므로 시간과 비용이 많이 필요하며, 실리콘 기판을 통한 열전달에 의해 효율이 낮은 문제점이 있었으나, 본 발명을 이용하는 경우 실제 접합이 필요한 부분의 히터층만을 동작시켜 상기 히터층에 직접 밀착된 솔더를 녹이기 때문에 전체 실리콘 기판에 열을 가하지 않아 효율적인 에너지 사용이 가능하며, 동작하지 않는 히터층 상의 솔더에는 영향을 주지 않아 특성 변화를 방지할 수 있게 된다. 무엇보다도 고가의 접합 장비가 필요 없으므로 공정 시간 및 비용을 크게 줄일 수 있게 된다.Therefore, the conventional method of heating an external heater and placing a silicon optical bench on top of it to heat the solder through the silicon substrate portion of the silicon optical bench is to melt all the solders at the same time, so that the solder characteristics of the parts where the parts are not bonded. This change not only causes a fatal problem of changing the bonding properties and electrical properties, but also requires a large amount of time and cost since the heater needs to be heated, and there is a problem of low efficiency due to heat transfer through the silicon substrate. In this case, only the heater layer of the part requiring actual bonding is operated to melt the solder directly adhered to the heater layer, thus enabling efficient use of energy by not applying heat to the entire silicon substrate, and affecting the solder on the non-operating heater layer. It is not possible to prevent the characteristic change. Best of all, no expensive bonding equipment is required, which significantly reduces process time and costs.

상기한 바와 같이 본 발명 실리콘 광벤치 제조 방법은 실리콘 광벤치의 전극 상부에 반도체 공정을 통한 히터를 형성한 후 그 상부에 솔더를 적용하도록 하는 것으로, 원하는 부분에 형성된 히터에 선택적으로 전류를 가하는 것으로 솔더를 녹여 부품을 접합할 수 있도록 함으로써, 고가의 장비 없이도 접합이 가능하기 때문에 제조 비용을 줄일 수 있고, 원하는 부분의 솔더만을 선택적으로 녹일 수 있으므로 선택되지 않은 솔더에 영향을 미치지 않아 접합 성능 및 전기적 연결 특성을 개선할 수 있으며 접합 하고자 하는 부품의 수가 많은 경우에는 모든 히터 전극을 연결하여 한번에 전류를 가하는 것으로 빠른 접합이 가능하여 수율이 높아지는 효과가 있다.As described above, the method for manufacturing a silicon optical bench of the present invention is to form a heater through a semiconductor process on an electrode of a silicon optical bench and then apply solder to the upper part, by selectively applying a current to a heater formed at a desired portion. By melting the solder to join parts, it is possible to join without expensive equipment, thereby reducing the manufacturing cost and selectively melting only the desired portion of the solder, which does not affect the non-selected solder, resulting in joint performance and electrical If the number of parts to be bonded can be improved and the number of parts to be joined is high, the current can be quickly connected by connecting all heater electrodes and applying current at once to increase the yield.

도1은 일반적인 실리콘 광벤치의 한 종류를 도시한 사시도.1 is a perspective view showing one type of a general silicon optical bench.

도2는 종래 실리콘 광벤치 부품의 플립칩 접합방법을 보인 개념도.2 is a conceptual view showing a flip chip bonding method of a conventional silicon optical bench component.

도3a 내지 도 3d는 본 발명 일 실시예의 제조 과정을 도시한 수순단면도.3A to 3D are cross-sectional views showing a manufacturing process of an embodiment of the present invention.

도4는 본 발명 일 실시예의 평면도.Figure 4 is a plan view of one embodiment of the present invention.

도5는 본 발명 다른 실시예의 평면도.5 is a plan view of another embodiment of the present invention.

도6은 본 발명 또다른 실시예의 평면도.Figure 6 is a plan view of another embodiment of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

40: 실리콘 기판 41: 절연층40: silicon substrate 41: insulating layer

42: 전극 43: 히터층42: electrode 43: heater layer

44: 솔더층44: solder layer

Claims (7)

실리콘 기판 상의 부품 접합부에 그루브를 형성한 후, 절연층 및 전극을 형성하는 단계와; 상기 형성된 전극 상부에 선택적 구동이 가능하도록 한 전극 패드를 구비한 히터층을 형성하는 단계와; 상기 히터층 상부에 상기 히터층의 동작으로 녹일 수 있는 솔더층을 형성하는 단계와; 상기 형성된 솔더층 상부에 부품을 위치시킨 후 상기 히터층에 선택적으로 전류를 가하는 것으로 상기 솔더층을 녹여 상기 부품을 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광벤치 제조 방법.Forming a groove in the component junction on the silicon substrate, and then forming an insulating layer and an electrode; Forming a heater layer having an electrode pad on the formed electrode to enable selective driving; Forming a solder layer on the heater layer that can be melted by the operation of the heater layer; And placing the component on the formed solder layer and melting the solder layer by selectively applying a current to the heater layer, thereby bonding the component. 제 1항에 있어서, 상기 전극 상부에 형성되는 히터층은 효율을 높이기 위해 미엔다 구조를 가지며, 선택적 구동의 편의를 위해 상기 전극 패드를 상기 그루브 외부로 연장하여 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광벤치 제조 방법.The silicon optical bench of claim 1, wherein the heater layer formed on the electrode has a meander structure to increase efficiency, and the electrode pad extends outside the groove for the convenience of selective driving. Manufacturing method. 제 1항에 있어서, 상기 히터층은 동시에 접합될 부품들의 위치에 따라 상기 히터층 구동을 위한 전극 패턴을 선택적으로 연결하며, 상기 연결된 히터층을 통시에 구동시켜 상기 동시 접합 부품들을 일괄 접합하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광벤치 제조 방법.The method of claim 1, wherein the heater layer selectively connects the electrode pattern for driving the heater layer according to the position of the components to be bonded at the same time, and collectively bonding the simultaneous bonding parts by driving the connected heater layer at the same time. Method for producing a silicon optical bench, characterized in that. 제 1항에 있어서, 상기 히터층은 백금, 금, 구리, 니켈, 텅스텐, 몰리브덴, 탄탈륨 중 적어도 하나를 이용하며, 상기 실리콘 기판과 사용 온도 범위의 열팽장 계수가 유사하도록 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광벤치 제조 방법.The method of claim 1, wherein the heater layer uses at least one of platinum, gold, copper, nickel, tungsten, molybdenum and tantalum, and is formed so that the thermal expansion coefficient of the silicon substrate and the use temperature range are similar. Silicon photobench manufacturing method. 제 1항에 있어서, 상기 히터층은 스퍼터링, 이-빔 증착, 물리적 증착, 화학 기상 증착법 중 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 실리콘 광벤치 제조 방법.The method of claim 1, wherein the heater layer is formed using one of sputtering, two-beam deposition, physical deposition, and chemical vapor deposition. 제 1항에 있어서, 상기 히터층 상부에 형성되는 솔더층은 용융온도가 낮은 인듐(In), 골드틴(AuSn), 레드틴(PbSn)중 하나 이상의 물질을 이용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광벤치 제조 방법.The method of claim 1, wherein the solder layer formed on the heater layer is a silicon optical bench fabrication, characterized in that using a material of at least one of the low melting temperature indium (In), gold tin (AuSn), red tin (PbSn). Way. 제 1항에 있어서, 상기 솔더층은 골드틴(AuSn) 혹은 레드틴(PbSn)으로 형성할 수 있으며, Au 혹은 Pb와 Sn이 소정의 비율로 혼합된 단일 타겟을 이용하여 증착하거나, 각각의 물질을 순차적으로 증착하거나, 혹은 동시증착하여 형성하는 것을 특징으로 하는 실리콘 광벤치 제조 방법.The method of claim 1, wherein the solder layer may be formed of gold tin (AuSn) or red tin (PbSn), and may be deposited using a single target in which Au or Pb and Sn are mixed at a predetermined ratio, or each material. Method for producing a silicon optical bench, characterized in that formed by sequentially depositing or co-depositing.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641612A (en) * 1994-11-30 1997-06-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for manufacturing self-aligned optic fiber-optic element coupling device
KR19980050449A (en) * 1996-12-20 1998-09-15 양승택 Optical Switches-Fiber Optic Coupling Devices
JPH10300988A (en) * 1997-04-22 1998-11-13 Oki Electric Ind Co Ltd Optical module
JP2002111113A (en) * 2000-09-28 2002-04-12 Hitachi Ltd Optical module

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5641612A (en) * 1994-11-30 1997-06-24 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for manufacturing self-aligned optic fiber-optic element coupling device
KR19980050449A (en) * 1996-12-20 1998-09-15 양승택 Optical Switches-Fiber Optic Coupling Devices
JPH10300988A (en) * 1997-04-22 1998-11-13 Oki Electric Ind Co Ltd Optical module
JP2002111113A (en) * 2000-09-28 2002-04-12 Hitachi Ltd Optical module

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