(57)【要約】【課題】光部品を高精度に位置決め可能で、しかも熱抵抗の小さい光モジュールを提供する。【解決手段】位置調整後再度パッケージ１にＬＤキャリア４を押し当て、キャリア把持ハンド２２の下部に、図示しないＹＡＧレーザ源からＹＡＧレーザ２４を照射し、パッケージ１とＬＤキャリア４とを固定する。図４（ｄ）で、パッケージ１の接続面には予めＳｎ３７Ｐｂはんだが供給されているので、キャリア把持ハンド２２を取り除いた後、Ｓｎ３７Ｐｂはんだの溶融点以上で、それまでに用いたはんだの溶融点以下の温度である２１０度Ｃに加熱し、Ｓｎ３７Ｐｂはんだ溶融する。これによって、ＬＤキャリア４とパッケージ１とを熱的に接続する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光部品を搭載したキャリアをパッケージに搭載する光モジュールであって、
キャリアはパッケージとレーザ溶接され、さらにはんだ付けされた光モジュール。
【請求項２】
光部品をキャリアを介してパッケージに搭載した光モジュールであって、
光部品は、キャリアに第１の融点のはんだで接続され、
キャリアは、パッケージにレーザ溶接で位置決めされ、更に第１の融点のはんだよりも融点の低い第２の融点のはんだで接続された光モジュール。
【請求項３】
パッケージ上ではんだを介して固定された光部品を搭載したキャリアに、レーザを照射して、キャリアとパッケージとを溶接するステップと、
はんだを溶融させるステップと、
を含む光モジュールの製造方法。
【請求項４】
光部品をキャリアに第１の融点のはんだで接続するステップと、
パッケージのキャリア搭載部に第１の融点のはんだより融点の低い第２の融点のはんだ層を形成するステップと、
キャリアをパッケージに溶接するステップと、
第２の融点のはんだを溶融するステップと、
を含む光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光半導体素子の実装方法に関し、特に光通信分野などで使用される光半導体素子をベース基板に接合する実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、大容量かつ高速な情報通信を実現するため光通信サービスの需要がますます高まってきている。その中で低価格な光通信システムの構築には、光モジュールの低コスト化が必須である。ここで光モジュールとは、電気信号を光信号に変換する光送信モジュール、光信号を電気信号に変換する光受信モジュールの総称である。光モジュールには光ファイバが接続される。この光ファイバと光部品（光送信部品および光受信部品）とを、光の結合効率の良い位置に固定することが重要である。特許文献１には、従来のはんだ付けによる相対的な接続方法が記載されている。
また、はんだ付け以外の固定方法として、レーザを用いた溶接技術が知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３６１８３号公報
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、はんだ材や接着剤により固定しているため接合する際の加熱・冷却によって膨張収縮が発生し、プラスマイナス１μｍ以内の高精度で搭載することが難しい。
一方、レーザ溶接では接合面積が限られるため、搭載した光部品に通電する必要や温度特性がある場合は、その性能を満たすことができなかった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では搭載位置に精度が要求され、光部品の特性上ベース基板との間に広い接合面積が必要とされる場合でも、高精度で位置決め搭載可能なレーザ溶接と広い接合面積を保証するはんだ接合とを併用する。それによって、両者の欠点を補い合う光モジュールを得ることができる。
本発明では、光部品と光部品を搭載するベース基板との固定において、光部品とベース基板との間に、はんだを供給した状態で、光部品とベース基板との相対位置を調整し、レーザ溶接する。その後はんだをリフローして、光部品とベース基板との間の熱抵抗を下げる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、以下では、光部品としてレーザダイオードを用いた光送信モジュールを説明するが、その他の発光部品であっても、また光受信部品であっても構わない。
図１は、本発明の第１の実施の形態である光モジュール１００の構成を説明する図で、図１（ａ）は、光モジュールの平面断面図、図１（ｂ）は側面断面図である。ここで、パッケージ１内部には、レーザダイオード（以下ＬＤと略す）２と第１レンズ３とを搭載したＬＤキャリア４と、ＬＤ２の後方光をモニタするフォトダイオード（以下ＰＤと略す）５を搭載したＰＤキャリア６とが、光軸上に配置されている。パッケージ１の外の光軸上には、第２レンズとファイバ８があり、ファイバ８はファイバホルダ９で位置決めされている。パッケージ１内には、上記以外に抵抗コンデンサ等のチップ部品１０やＬＤ２の駆動用ＩＣ１１が実装され、シームキャップ１２で封止される。
【０００６】
なお、ＬＤ２を直接パッケージ１に搭載せず、ＬＤキャリア４を介するのは、ＬＤ素子単体で良否判定が必要なためである。また、ＰＤキャリア６は、先にパッケージ１内に搭載されたＬＤ２の位置に合わせて、ＰＤを搭載するためである。
【０００７】
図１に示した光モジュール１００の製造工程をさらに図２を用いて詳細に説明する。ここで、図２は製造工程を説明する図で、ステップ番号を記載したブロックが製造工程、参照番号を加えたブロックが材料を意味する。また、製造工程の括弧書きには、接続に用いるはんだの種類または接続方法を記載した。以下詳細に説明する。
ＬＤ２とＬＤキャリア４とはＡｕ２０Ｓｎではんだ接続し（ステップ１）、更に第１レンズ３をＬＤキャリア４にＳｎ５Ａｇはんだで接続する（ステップ２）。ここで、はんだの種類が違うのは、図３に示すはんだの融点に関連し、先に固定した部品を後に固定する部品の固定温度で再溶融させないためである。
一方、ＰＤ５とＰＤキャリア６はＡｕ２０Ｓｎではんだ接続しておく（ステップ３）。ＬＤ２と第１レンズ３とを搭載したＬＤキャリア４は、パッケージ１と後に詳細を説明するＹＡＧレーザ溶接で位置を合わせながら固定し、Ｓｎ３７Ｐｂはんだで接続し（ステップ４）、駆動ＩＣ１１チップ部品等１０を接着剤固定する（ステップ５）。なお、ステップ４の工程のはんだは、Ｓｎ１Ａｇ５７Ｂｉでも良い。
【０００８】
ついで、ＰＤ５を搭載したＰＤキャリア６をパッケージ１に光軸を合わせながら接着固定する（ステップ６）。以上のステップで電気部品が全てパッケージ１内に搭載されたので、図示しない配線板等とワイヤボンディンする（ステップ７）。気密封止のため、シームキャップをかぶせてシーム溶接し（ステップ８）、最後に第２レンズ７とファイバ８のファイバホルダ９を調心しながらＹＡＧ溶接し（ステップ９）、光モジュール１００が完成する。
【０００９】
次に、図２のステップ４のＬＤキャリアとパッケージとの接続を、図４を用いて更に詳細に説明する。ここで、図４はＬＤキャリアとパッケージとの接続工程を説明する側面図である。
ＬＤ素子は、パッケージに固定されるとき、ＸＹＺ方向および各軸の回転に対して、高精度な搭載が要求される。図４（ａ）では、ＬＤ２をはんだ３１で接続されたＬＤキャリア４をキャリア把持ハンド２２で把持し、図示しない球面座に固定されたパッケージ１にＬＤキャリア４を押し当てることによって、パッケージ１の搭載面の平行をＬＤキャリアに倣わせる。次に、図４（ｂ）で、ＬＤの出射位置２１をパッケージの基準位置４１に調整する。位置調整後再度パッケージ１にＬＤキャリア４を押し当て、キャリア把持ハンド２２の下部に、図示しないＹＡＧレーザ源からＹＡＧレーザ２４を照射し、パッケージ１とＬＤキャリア４とを固定する。図４（ｃ）で、ナゲット２３が、ＹＡＧレーザで溶融再固化した接続部である。図４（ｄ）で、パッケージ１の接続面には予めＳｎ３７Ｐｂはんだが供給されているので、キャリア把持ハンド２２を取り除いた後、Ｓｎ３７Ｐｂはんだの溶融点以上で、Ａｕ２０ＳｎはんだおよびＳｎ５Ａｇはんだの溶融点以下の温度である２１０度Ｃに加熱し、Ｓｎ３７Ｐｂはんだを溶融する。これによって、ＬＤキャリア４とパッケージ１とを熱的に接続する。図５には、図４（ｄ）の平面図を示す。なお、図４および図５では、図示の簡単のためパッケージ上の他の部品およびＬＤキャリア上の他の部品の図示を省略した。Ｓｎ３７Ｐｂはんだのパッケージへの供給法は、真空蒸着、めっき、ディスペンサ等方法を問わない。またレーザ溶融もＹＡＧに限らない。
【００１０】
本実施例では、レーザで高精度に位置決めした後、ＬＤキャリアとパッケージとの間のはんだを溶融するので、はんだが溶融した後、固化する過程で残留応力が生じる。これを図６を用いて説明する。ここで、図６ははんだの冷却速度をパラメータにして、はんだの厚さと応力の関係を説明するグラフである。図６から明らかなように、発生応力は、冷却時にはんだ自身がクリープ変形しながら緩和されるため冷却速度を遅くすることにより発生応力を緩和することができる。また、同じ冷却速度においては、はんだ内部に発生する応力は、はんだの厚さに比例して増加するため、はんだの厚さは発生応力がはんだの破断応力を超えない厚さにする必要がある。
【００１１】
本実施例によれば、パッケージの基準位置に精度良くＬＤの出射位置を合わせることができ、しかもＬＤの熱を効率よくパッケージに逃がすことができる光モジュールを得ることができた。
【００１２】
上述した実施例では、レーザ溶接とはんだ溶融とを別々の工程で実施したが、図４（ｃ）の工程でパッケージをはんだ３２の融点以上に加熱してはんだを溶融させ、その状態でレーザ溶接し、キャリア把持ハンドをはんだが冷却するまで把持しておいてもよい。この実施例では作業工程が短くなる。
この場合にも、パッケージの基準位置に精度良くＬＤの出射位置を合わせることができ、しかもＬＤの熱を効率よくパッケージに逃がすことができる光モジュールを得ることができた。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、光部品をパッケージに高精度かつ大きな接合面積を確保して搭載することが可能となり、高い光結合と特性を同時に実現することが可能となる。したがって、特性の不良が減少し光モジュールの低コスト化が提供可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の光モジュールの構造を説明する図である。
【図２】本発明の実施例の光モジュールの製造工程を説明する図である。
【図３】本発明の実施例の光モジュール製造に用いるはんだの融点とプロセス温度を説明する図である。
【図４】本発明の実施例の光モジュールの製造工程を説明する図である。
【図５】本発明の実施例の光モジュールの構造を説明する図である。
【図６】本発明の実施例の光モジュールのはんだ厚さと応力の関係を説明する図である。
【符号の説明】
１…パッケージ、２…レーザダイオード（ＬＤ）、３…第１レンズ、４…ＬＤキャリア、５…フォトダイオード、６…フォトダイオードキャリア、７…第２レンズ、８…ファイバ、９…ファイバホルダ、１０…チップ部品、１１…ＩＣ、２１…レーザ出射部、２２…キャリア把持ハンド、２３…ナゲット、２４…レーザ光、３０…はんだ、４１…キャリア基準。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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