特許 6413340 光モジュールの製造方法および光モジュールの製造装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6413340

(24)【登録日】2018年10月12日

(45)【発行日】2018年10月31日

(54)【発明の名称】光モジュールの製造方法および光モジュールの製造装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20181022BHJP

   G02B 6/12 20060101ALI20181022BHJP

   H01L 21/52 20060101ALI20181022BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/42

   G02B6/12

   H01L21/52 C

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-104127(P2014-104127)

(22)【出願日】2014年5月20日

(65)【公開番号】特開2015-219436(P2015-219436A)

(43)【公開日】2015年12月7日

【審査請求日】2017年4月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100153110

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100131037

【弁理士】

【氏名又は名称】坪井 健児

(74)【代理人】

【識別番号】100099069

【弁理士】

【氏名又は名称】佐野 健一郎

(72)【発明者】

【氏名】森山 豊

【審査官】 小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−０２１５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１１４８３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−０３１９１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２９８２０８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

Ｇ０２Ｂ ６／４２

Ｇ０２Ｂ ６／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

所定の機能を実現するためのアクティブ領域が少なくともチップ表面の所定エッジの周辺領域に設けられたチップを絶縁基板にマウントする光モジュールの製造方法であって、
前記チップ表面の前記アクティブ領域を除いた範囲を吸着するステップと、
前記所定エッジに対向したチップ裏面に位置するエッジを前記絶縁基板の表面に接触させるステップと、
前記チップ裏面の全体を前記絶縁基板の表面に接触させるステップと
を含み、
前記吸着するステップで吸着される範囲が、前記アクティブ領域を除いた範囲のうち同一直線上にない３箇所である、光モジュールの製造方法。

【請求項2】

所定の機能を実現するためのアクティブ領域が少なくともチップ表面の所定エッジの周辺領域に設けられたチップを絶縁基板にマウントする光モジュールの製造装置であって、
前記チップ表面の前記アクティブ領域を除いた範囲を吸着するコレットと、前記絶縁基板を載置するステージとを備え、
前記所定エッジに対向したチップ裏面に位置するエッジを前記絶縁基板の表面に接触させた後、前記チップ裏面の全体を前記絶縁基板の表面に接触させ、
前記コレットは、吸引用開口の周囲に形成されて前記アクティブ領域を除いた範囲に当接する吸着面と、前記所定エッジの周辺領域のうち前記アクティブ領域を除いた範囲に当接する当接面とを有し、
該当接面が前記吸着面よりも突出している、光モジュールの製造装置。

【請求項3】

前記ステージは、前記絶縁基板の表面が前記チップ裏面に位置する前記エッジの周辺領域に対向するように前記絶縁基板の裏面を支持する第１の支持面と、前記絶縁基板の表面が前記チップ裏面に位置する前記エッジの周辺領域を除いた範囲に対向するように前記絶縁基板の裏面を支持する第２の支持面とを有し、
前記第１の支持面が前記第２の支持面よりも上方に突出している、請求項２に記載の光モジュールの製造装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チップを絶縁基板にマウントする光モジュールの製造方法および光モジュールの製造装置に関する。

【背景技術】

【0002】

チップのような結晶片（ダイともいう）には、電子回路などが集積されており、ウェハから分離されたチップは、リード・フレームやパッケージなどに搭載される（ダイ・ボンディングともいう）。ダイ・ボンディングに関し、例えば、特許文献１には、真空コレットでチップ表面のエッジを吸着し、チップを所定位置に移動させてマウントする技術が開示されている。

【0003】

コレットによる吸着は、光電変換機能を備えた光デバイスのダイ・ボンディングにも用いられているが、例えば端面発光型の半導体レーザ（ＬＤ：Laser Diode）や端面受光型のフォトダイオード（ＰＤ：Photo Diode）では、チップの端面が特性に大きな影響を及ぼすので、チップ表面のエッジを吸着するのは好ましくない。この場合、例えば、特許文献１，２のように、チップ表面を吸着する技術を利用することが考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２６４２０２号公報

【特許文献2】特開２００６−１１４８３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、厚さが例えば０．１ｍｍ程度のチップであった場合、特許文献１のようにチップ表面のエッジを吸着するのは不適であるが、特許文献１，２のようにチップ表面を吸着すると、チップを絶縁基板にマウントする際に、チップの反りを防止できず、チップ裏面のエッジが絶縁基板の表面から浮き上がってマウントされるという問題がある。

【0006】

本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたもので、チップの反りを防止したマウントを実施できる光モジュールの製造方法および光モジュールの製造装置の提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る光モジュールの製造方法は、所定の機能を実現するためのアクティブ領域が少なくともチップ表面の所定エッジの周辺領域に設けられたチップを絶縁基板にマウントする光モジュールの製造方法であって、前記チップ表面の前記アクティブ領域を除いた範囲を吸着するステップと、前記所定エッジに対向したチップ裏面に位置するエッジを前記絶縁基板の表面に接触させるステップと、前記チップ裏面の全体を前記絶縁基板の表面に接触させるステップとを含み、前記吸着するステップで吸着される範囲が、前記アクティブ領域を除いた範囲のうち同一直線上にない３箇所である。

【発明の効果】

【0008】

上記によれば、チップの反りを防止したマウントを実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明による光モジュールの一例を示す構造図である。

【図2】図１のチップおよびチップをマウントする絶縁基板の斜視図である。

【図3】図１のチップの正面図である。

【図4】本発明の第１実施形態を説明する図である。

【図5】図４の断面図である。

【図6】本発明の第２実施形態を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の実施形態に係る光モジュールの製造方法および光モジュールの製造装置の具体例を、図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
図１は、本発明による光モジュールの一例を示す構造図である。光モジュール１は、例えば小型のコヒーレント光受信器であり、信号を多重化した入力光から個々の信号を分離するために、偏波分離や位相分離などの処理が行われている。

【0011】

光モジュール１は矩形状のパッケージ２を有し、受信信号光（Signal、以下、信号光という）と局部発振光（Local、以下、局発光という）の２本がパッケージ２の一側面からパッケージ２の内部に入力される。また、パッケージ２の他の側面には、例えばホスト装置（図示省略）のコネクタ等に電気的に接続する出力端子３が複数設けられている。
信号光側は、従来のＲＯＳＡ（Receiving Optical Sub-Assembly）と同じ構造であり、シングルモードファイバ４のフェルール５を受け入れるスリーブ６と、スリーブ６を保持するジョイントスリーブ７と、集光レンズ９を収容したレンズホルダ８と有し、レンズホルダ８がパッケージ２の一側面に固定されている。

【0012】

レンズホルダ８がジョイントスリーブ７をＸＹ方向（光軸に対して垂直方向）にスライドさせてＸＹ面内の光学調芯を行い、ジョイントスリーブ７によるスリーブ６の保持長さを変えてＺ方向（光軸方向）の光学調芯を行う。集光レンズ９で集められた信号光はパッケージ２の内部に向けて出射される。
パッケージ２内の金属製のベース２ａ上には、偏波分離の処理を行う光学部品や位相分離の処理を行う光デバイス（以下、チップと称する）などが設けられている。

【0013】

詳しくは、信号光側の構造には、ＶＯＡ（Variable Optical Attenuator）２０、コリメートレンズ２１、ビームスプリッタ２２、パワーモニタ用ＰＤ２３、偏波ビームスプリッタ２４、スキュー調整素子２５、集光レンズ２６，２９、ミラー２８が設けられている。信号光側は、集光レンズ９、コリメートレンズ２１、集光レンズ２６，２９による３レンズで形成されており、ＶＯＡ２０の開口を確保すると共に、シングルモードファイバ４の端から後述するチップ４０の端までの結合効率を確保する。

【0014】

集光レンズ９で集められた信号光は、ＶＯＡ２０を通過してコリメートレンズ２１でコリメート光に変換される。コリメート光に変換された信号光は、ビームスプリッタ２２でパワーモニタ用ＰＤ２３に向かう光と、偏波ビームスプリッタ２４に向かう光とに分岐される。なお、パワーモニタ用ＰＤ２３への分岐比は１０％に満たないものであり、このＰＤ２３で過入力状態が検知された場合、ＶＯＡ２０の減衰度を大きくして信号光を遮断できる。

【0015】

偏波ビームスプリッタ２４に向かった信号光は、この偏波ビームスプリッタ２４で直進して一方のチップ４０に向かう光と、９０°曲げられてから他方のチップ４０に向かう光とに分離される（分岐比５０％）。
偏波ビームスプリッタ２４で直進した信号光は、スキュー調整素子２５で他方のチップ４０に向かう信号光の時間を補償した後、例えば２段階の集光レンズ２６で集められて一方のチップ４０に到達する。

【0016】

偏波ビームスプリッタ２４で９０°曲げられた信号光は、ミラー２８で再び９０°曲げられた後、例えば２段階の集光レンズ２９で集められて他方のチップ４０に到達する。
これに対し、局発光側は、偏波保持ファイバ１０のフェルール１１を受け入れるスリーブ１２，１３と、スリーブ１３を保持すると共にコリメートレンズ１５を収容するレンズホルダ１４と有し、レンズホルダ１４がパッケージ２の一側面に固定されている。

【0017】

偏波保持ファイバ１９で偏向方向が維持された局発光源（図示省略）からの局発光は、コリメートレンズ１５でコリメート光に変換された後、パッケージ２の内部に向けて出射される。
局発光側の構造には、偏光子３０、ビームスプリッタ３１、スキュー調整素子３２、集光レンズ３３，３６、半波長板３４、ミラー３５が設けられている。

【0018】

コリメート光に変換された局発光は、偏光子３０でその偏向方向が確定される。これにより、偏波保持ファイバ１９で維持した偏向方向が仮にパッケージ２の組み立て時にずれたとしても、偏向方向を０°か９０°に確定できる。
偏向方向が確定された局発光は、ビームスプリッタ３１で９０°曲げられてから一方のチップ４０に向かう光と、直進して他方のチップ４０に向かう光とに分岐される（分岐比５０％）。

【0019】

ビームスプリッタ３１で９０°曲げられた局発光は、半波長板３４でその偏向方向がビームスプリッタ３１で直進した局発光に対して９０°変えられ、ミラー３５で再び９０°曲げられた後、例えば２段階の集光レンズ３６で集められて一方のチップ４０に到達する。
ビームスプリッタ３１で直進した局発光は、スキュー調整素子３２で一方のチップ４０に向かう局発光の時間を補償した後、例えば２段階の集光レンズ３３で集められて他方のチップ４０に到達する。

【0020】

このように、パッケージ２の内部に出射された信号光および局発光は、２個のチップ４０に振り分けられて入力される。
各チップ４０は、例えばＰＤ集積型ＭＭＩチップであり。このチップ４０のＰＤで生成された光電流はアンプ５０で電圧信号に線形変換され、出力端子３から例えばホスト装置に出力され、その電気回路で信号処理される。

【0021】

図２は、図１のチップおよびチップをマウントする絶縁基板の斜視図であり、図３は、図１のチップの正面図である。
チップ４０は、例えば半絶縁性のＩｎＰ（リン化インジウム）製のチップ本体４１を有する。チップ本体４１は、例えば１．６ｍｍ×４．１ｍｍ程度のチップ表面４２や図６で説明するチップ裏面４３が設けられ、厚さが例えば０．１ｍｍ程度の薄板状に形成されている。

【0022】

図２に示すように、チップ４０は例えばセラミック製の絶縁基板８１（キャリア基板ともいう）にマウントされ、チップ裏面４３が絶縁基板８１の表面８２と隙間が生じないように、特に、チップ裏面４３の短辺（長さ１．６ｍｍの辺）に位置するエッジ４３ａが表面８２と隙間が生じないように載置されている。なお、図２のチップ表面４２の短辺（長さ１．６ｍｍの辺）に位置するエッジ４２ａが本発明の所定エッジに相当し、チップ裏面４３のエッジ４３ａが本発明の所定エッジに対向したチップ裏面に位置するエッジに相当する。

【0023】

そして、チップ４０は、例えば、縦長の矩形状をなすチップ本体４１のコーナー領域、中央領域およびエッジ４２ａ，４３ａの周辺領域がアクティブ領域（機能領域ともいう）に設定されている。詳しくは、図３に示すように、チップ４０は、ＭＭＩ（Multi-Mode Interference）ミキサ４４（９０°ハイブリッドともいう）と、導波路型ＰＤ４５とを有している。

【0024】

ＭＭＩミキサ４４は、チップ４０内に入力された信号光と局発光とを光結合させて同相成分と直交位相成分に分離する機能を備えており、入力された信号を取り出すための２個のＳＳＣ（Spot-Size Converter）域４４ａと、多モード干渉を実行するための１個のＭＭＩ域４４ｂとを有し、いずれもアクティブ領域である。
しかし、図３で見て、ＳＳＣ域４４ａは、エッジ４２ａとは反対側のチップ本体４１のコーナー領域に形成され、また、ＭＭＩ域４４ｂは、ＳＳＣ域４４ａから導波路型ＰＤ４５に向けて延びた導波路が合流する、チップ本体４１の中央領域に集められて形成されており、ＭＭＩミキサ４４には、広い非アクティブ領域４４ｃが３個存在する。なお、非アクティブ領域４４ｃが本発明のアクティブ領域を除いた範囲に相当する。

【0025】

導波路型ＰＤ４５は、ＭＭＩ域４４ｂで分岐された例えば４本の導波路内の出力を端面で受光するための、例えば４個のＰＤ／ＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）域４５ａを有しており、アクティブ領域である。
しかし、図３で見て、各ＰＤ／ＭＩＭ域４５ａは、エッジ４２ａの両端付近やエッジ４２ａの中央付近に形成され、アクティブ領域をなす導波路型ＰＤ４５にも非アクティブ領域４５ｃが２個存在する。

【0026】

このように、チップ本体４１には、例えば、ＳＳＣ域４４ａ、ＭＭＩ域４４ｂやＰＤ／ＭＩＭ域４５ａのアクティブ領域に比べ、特に３個の非アクティブ領域４４ｃが広範囲に亘って形成されている。そこで、光モジュールの製造装置では、チップ４０を絶縁基板８１にマウントする際、後述するコレットの吸着範囲はチップ表面４２の非アクティブ領域４４ｃだけに限定している。また、チップ裏面４３のエッジ４３ａを絶縁基板８１の表面８２に接触させた後、チップ裏面４３の全体を表面８２に接触させている。

【0027】

（第１実施形態）
図４は、本発明の第１実施形態を説明する図であり、図４（Ａ）はコレットの正面図、図４（Ｂ）はコレットの底面図である。また、図５（Ａ）は図４のＡ−Ａ線矢視断面図、図５（Ｂ）は図４のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
図４（Ａ）に示すように、コレット６０はコレット本体６１を有し、コレット本体６１の上面６２には円筒状の管路６３が立設されている。

【0028】

図５に示すように、コレット本体６１の内部には通気孔６４が形成され、通気孔６４は管路６３に連通している。管路６３の内部は例えば真空ポンプ（図示省略）に連結されており、真空ポンプで管路６３内の空気を吸引すると、通気孔６４の内部が減圧されてコレット６０に吸着力を発生させることができる。
コレット本体６１の下面６５には、通気孔６４に連通する例えば３個の吸引用開口６６が形成されている。各吸引用開口６６は、図３で説明したＭＭＩミキサ４４の３個の非アクティブ領域４４ｃに対応した位置に設けられている。

【0029】

吸引用開口６６の周囲には吸着面６７が形成されており、各吸着面６７が同じく３個の非アクティブ領域４４ｃにそれぞれ当接する。
また、コレット本体６１の下面６５には、例えば２個の当接面６８が形成されている。当接面６８は、図３で説明した導波路型ＰＤ４５の２個の非アクティブ領域４５ｃに対応した位置に設けられており、２個の非アクティブ領域４５ｃにそれぞれ当接するが、チップ表面４２のエッジ４２ａやアクティブ領域をなすＰＤ／ＭＩＭ域４５ａには当接しない。

【0030】

また、図５の網目部分は、コレット６０の製造時に通気孔６４を塞いだ部材であり、図５（Ｂ）に示すように、当接面６８の付近には吸引用開口が形成されていない。このため、導波路型ＰＤ４５における２個の非アクティブ領域４５ｃには、吸着力を生じさせない。
そして、図４（Ａ）に示すように、下面６５から吸着面６７までの高さｈ、下面６５から当接面６８までの高さＨとすると、後者の高さＨが前者の高さｈよりも例えば１０μｍ（１μｍ＝１×１０^-6ｍ）程度大きな値に設定され、当接面６８が吸着面６７よりも下方に突出している。

【0031】

これにより、薄型のチップ４０を絶縁基板８１にマウントする場合、ＭＭＩミキサ４４の３個の非アクティブ領域４４ｃを吸着したコレット６０が絶縁基板８１に向けて例えば下降すると、まず、アクティブ領域であるチップ裏面４３のエッジ４３ａが絶縁基板８１の表面８２に接触する。当該エッジ４３ａの周辺領域は吸着されない範囲であるが、表面８２に隙間無くマウントできる。

【0032】

続いて、コレット６０が絶縁基板８１に向けてさらに下降すると、チップ裏面４３の全体が絶縁基板８１の表面８２に接触する。このように、エッジ４３ａを表面８２に接触させた後、チップ裏面４３の全体を表面８２に接触させるので、チップ本体４１の反りを防止した絶縁基板８１への均一なマウントを達成できる。
また、コレット６０の当接面６８が吸着面６７よりも突出しているので、チップ裏面４３のエッジ４３ａを表面８２に容易に接触させることができる。

【0033】

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態を説明する図である。上記第１実施形態では、コレットを工夫したものであるが、絶縁基板を載置するステージを工夫してもよい。
具体的には、図６に示すように、ステージ７０が第１の支持面７１および第２の支持面７２を有している。なお、この図６では、第２実施形態への理解を容易にするために、誇張したステージ７０を描いている。

【0034】

第１の支持面７１は、絶縁基板８１の表面８２がチップ裏面４３のエッジ４３ａの周辺領域に対向するように絶縁基板８１の裏面８３を支持し、第２の支持面７２は、表面８２がエッジ４３ａの周辺領域を除いた領域（例えば、図３で説明したＭＭＩミキサ４４の３個の非アクティブ領域４４ｃなど）に対向するように裏面８３を支持している。
そして、図６に示すように、ステージ７０の上面と水平面とのなす角θとすると、４．１ｍｍ程度の長さを有したチップ本体４１を用い、上記第１実施形態と同様に１０μｍの突出量を想定すると、ｔａｎθ＝１０μｍ／４．１ｍｍとなり（θ＝約０．１４）、第１の支持面７１が第２の支持面７２よりも上方に突出している。

【0035】

これにより、チップ４０を絶縁基板８１にマウントする場合、当接面６８と吸着面６７が例えば同じ高さのコレット６０を絶縁基板８１に向けて例えば下降させると、まず、アクティブ領域であるチップ裏面４３のエッジ４３ａが絶縁基板８１の表面８２に接触する。当該エッジ４３ａの周辺領域は吸着されない範囲であるが、表面８２に隙間無くマウントできる。

【0036】

なお、上記θを最大０．３程度に設定すれば、エッジ４３ａの周辺領域への負荷を増やすことなく、チップ本体４１の反りを防止した絶縁基板８１への均一なマウントを達成できる。
また、第２実施形態では、当接面６８と吸着面６７が同じ高さのコレット６０を例で説明したが、第１実施形態で説明したコレット６０を用いてもよい。

【符号の説明】

【0037】

１…光モジュール、２…パッケージ、２ａ…ベース、３…出力端子、４…シングルモードファイバ、５，１１…フェルール、６，１２，１３…スリーブ、７…ジョイントスリーブ、８，１４…レンズホルダ、９，２６，２９，３３，３６…集光レンズ、１０…偏波保持ファイバ、１５，２１…コリメートレンズ、２０…ＶＯＡ、２２，３１…ビームスプリッタ、２３…パワーモニタ用ＰＤ、２４…偏波ビームスプリッタ、２５，３２…スキュー調整素子、２８，３５…ミラー、３０…偏光子、３４…半波長板、４０…チップ、４１…チップ本体、４２…チップ表面、４２ａ，４３ａ…エッジ、４３…チップ裏面、４４…ＭＭＩミキサ、４４ａ…ＳＳＣ域、４４ｂ…ＭＭＩ域、４４ｃ，４５ｃ…非アクティブ領域、４５…導波路型ＰＤ、４５ａ…ＰＤ／ＭＩＭ域、５０…アンプ、６０…コレット、６１…コレット本体、６２…上面、６３…管路、６４…通気孔、６５…下面、６６…吸引用開口、６７…吸着面、６８…当接面、７０…ステージ、７１…第１の支持面、７２…第２の支持面、８１…絶縁基板、８２…表面、８３…裏面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】