(57)【要約】【課題】  これまでの光素子の複数個の構成部品のボンディングは、半田を用いて加熱溶融と加圧を同時に行い接合していた。そのため対応する部品に位置ずれを生じ隣接する部品同士等の光軸の全てを一致させるのが難しく、結合損失が増大するという問題があった。【解決手段】光デバイスの光ファイバ固定用Ｖ溝部品、光導波路部品、光送信用部品、光受信用部品等の構成部品の光軸をボンディング法で合わせるために、各構成部品の半田を未溶融状態で加圧して光軸の位置を固定した後、融点以上の温度で溶融し凝固することで、光軸の平面方向と垂直方向のそれぞれの位置の差を結合損失が減少する２μｍ以下で安定的に実装することを可能とした。【選択図】 なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
光素子を半田で基板チップ上に実装する方法であって、素子の位置ぎめ後、未溶融状態で光素子を押圧することによって仮接合を行い、その後、半田を溶融温度以上に加熱し、本接合させる工程を含むことを特徴とする、光素子の実装方法。
【請求項２】
仮接合は、素子の垂直方向に４０ｍN/ｍｍ2から１７，０００ｍN/ｍｍ2の荷重を加えることにより実施することを特徴とする請求項１記載の光素子の実装方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２のいずれかに記載の実装方法により製作された、光デバイスであって、隣接した光素子の光軸の位置ずれが２μｍ以下であることを特徴とする光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスの形成において、ボンディング法で形成した低コストで高品質な光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
情報通信システムの基盤技術として光通信技術が浸透していくにつれて、FTTH（ファイバーツーザホーム）光送受信へのニーズが急速に高まっている中で、光ファイバ固定用V溝、光導波路、光送受信部等を有する光デバイスは、光ネットワーク用キーデバイスとして益々その重要性が高まり開発が進められている。光デバイスの普及には低価格化と量産化が要望されている。
【０００３】
光素子の複数個の構成部品をボンディング法により形成する光デバイスで、半田を用いて隣接する部品を接合する場合、加熱溶融と加圧を同時に行うと半田が流動することにより平面方向にずれを生じ、半田の溶融状態で加圧することにより垂直方向にもずれが発生するため、隣接する部品同士の光軸合わせが困難であった。そのため結合損失を増大させる等の問題があった。
【０００４】
光デバイスの組み立て方法として、光デバイスの形状に合わせた段を持つトレイを用意し、複数の光デバイスをトレイの対応する段に載せ、さらにその上に半田バンプ材、基板をその順番に重ねて配置して過熱し光デバイスを一括して半田接合する方法（特許文献１参照）が知られている。また、各部品の光軸を合わせる方法として、光デバイスに形成された半田の形状と接合する基板に形成された半田の形状とが正確にぴったりと嵌合、接触させ位置合わせを行い光デバイスと接合する基板とを固定治具で所定位置に固定して半田を溶融、凝固する方法（特許文献２参照）が知られているが、それらは工程が複雑であり、簡易に光軸を合わせる接合方法が必要とされていた。
【特許文献１】特開２００１−１４１９５１号公報
【特許文献２】特開２００２−２８９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光ファイバ固定用V溝部品、光導波路部品、光送信用部品、光受信用部品等の構成部品をボンディング法により形成する光デバイスの、光軸を簡便に一致させる方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、光ファイバ固定用V溝部品、光導波路部品、光送信用部品、光受信用部品等の構成部品をそれぞれの光軸の位置を合わせるため、光素子を半田で基板チップ上に精度良く実装する方法であって、素子の位置ぎめ後、未溶融状態で、光素子を押圧することによる仮接合を行い、その後、半田を溶融温度以上に加熱し、本接合させる工程を含むことを特徴とする、光素子の実装方法である。
【０００７】
また本発明は、仮接合時の押圧は、素子の垂直方向に４０ｍN/ｍｍ2から１７，０００ｍN/ｍｍ2の荷重を加えることにより実施することを特徴とする上記の光素子の実装方法に関するものである。
【０００８】
さらに本発明は、上記実装方法により、隣接した光素子の光軸の位置ずれが２μｍ以下であることを特徴とする光デバイスに関するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、光デバイスにおいて、光ファイバ固定用V溝部品、光導波路部品、光送信用部品、光受信用部品等の構成部品のそれぞれの光軸の位置を合わせるため、ボンディング法を用いた接合で、光軸の平面方向と垂直方向の位置の差をそれぞれ結合損失が減少する２μｍ以下と安定的に光軸合わせをすることができる。また、低コスト高品質の光デバイスが可能となり、製造歩留まり等も飛躍的に向上し、高品質で工業的生産過程におけるコスト削減に貢献し得るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
光ファイバ固定用V溝部品、光導波路部品、光送信用部品、光受信用部品等の構成部品をボンディング法により形成する光デバイスにおいて、半田を用いて隣接する部品を接合する場合、加熱溶融と加圧を同時に行ったり、半田の溶融状態で加圧したりすることにより平面方向や垂直方向にずれが発生するため、隣接する部品同士の光軸の位置がずれるため、結合損失が増大する等の問題があった。トレイの対応する段に複数の光デバイス、半田バンプ材、基板を重ねて配置し過熱し半田接合する方法や、光デバイスに形成された半田の形状と接合する基板に形成された半田の形状とが正確にぴったりと嵌合、接触させ位置合わせを行い光デバイスと接合する基板とを固定治具で所定位置に固定して半田を溶融、凝固する方法が知られているが、工程が複雑であり困難であった。
【００１１】
発明者らは光ファイバ固定用V溝部品、光導波路部品、光送信用部品、光受信用部品等の構成部品の光軸の位置を合わせる方法を検討した結果、ボンディング法を用い例えばＡｕ−Ｓｎ半田を、未溶融状態である融点未満の温度で加熱し加圧して形成する仮接合で位置合わせ及び位置の固定を行い、その後に融点以上の温度で溶融及び凝固することにより、光軸の位置を合わせ光軸ずれの発生を防ぐことが可能となることを見出したものである。ここでいう融点未満とは、融点から２５０℃低い温度から融点温度より約１℃低い温度までの温度範囲であれば良いが、融点温度に近いほど仮接合時に必要な加圧が小さくなるため、より好ましくは融点から１００℃低い温度から融点温度より約１℃低い温度までの温度範囲がより作業性が良い。
【００１２】
図１は、本発明による光デバイスの構造の一例を示す模式図である。この図１の１は基板チップであり、この上に光ファイバ固定用V溝部品１５、光導波路部品２１、等の各構成部品を実装する。
【００１３】
光ファイバ固定用V溝部品１５、光導波路部品２１等の構成部品が実装される基板チップ１上に、マグネトロンスパッタリング装置もしくは抵抗加熱蒸着機、もしくはEB（電子ビーム）蒸着機でボンディングパッド３，４を形成する。例えば、Ti層、Pt層、Au層をこの順の構成である。その上に、マグネトロンスパッタリング装置、もしくは抵抗加熱蒸着機、もしくはEB（電子ビーム）蒸着機で半田層５，６を形成する。
【００１４】
各構成部品である光ファイバ固定用V溝部品１５、光導波路部品２１を実装するための、各部品の裏面上にも同様にボンディング用金属膜を形成する。
【００１５】
基板チップ１に光ファイバ固定用V溝部品１５、光導波路部品２１をボンディング装置を用いて実装する方法について述べる。光導波路部品２１は、マーカー２３，２４，２５，２６を基板チップ１の各対応するマーカー１１，１２，１３，１４にそれぞれ平面方向の位置を画像として取り込み位置合わせを行い、半田の融点未満の温度に半田を加熱した上で、部品面に垂直方向に荷重を加え仮接合する。半田材は溶融しないため、垂直方向の位置のずれは発生しない。
【００１６】
次に光ファイバ固定用V溝部品１５のマーカー１９，２０を光導波路部品２１のマーカー２３，２４にそれぞれ平面方向の位置を画像として取り込み位置合わせを行い、半田の融点未満の温度に半田を加熱し、部品面に垂直方向に荷重を加え仮接合する。
【００１７】
これらの垂直方向の荷重については４０ｍN/ｍｍ2から１７，０００ｍN/ｍｍ2の範囲が好ましく、４０ｍN/ｍｍ2未満の荷重では仮接合が弱く移動時に光素子の脱落が発生し、１７，０００ｍN/ｍｍ2を越える荷重では光素子にダメージが入る。
【００１８】
以上のように光ファイバ固定用V溝部品１５、光導波路部品２１を仮接合した基板チップ１は、半田材の融点以上の溶融状態の温度で加熱して溶融及び凝固して本接合する。
【００１９】
半田層５，６は、真空成膜法や、メッキ成膜法などで形成することができる。真空成膜法は、マグネトロンスパッタ装置、ECR(Electron  Cyclotron  Resonance)プラズマ装置、CVD(Chemical  Vaper  Deposition)装置、電子ビーム真空蒸着装置、抵抗加熱真空蒸着装置のいずれかで行うことができる。メッキ成膜法は、電解法や無電解法が使用できる。
【００２０】
また、半田層５，６は半田シートを使用することも好適である。また、これらの半田は、Ａｕ−Ｓｎに限定されることなくAu-Si,Au-Ge,Au-Sb,Au-Ga,Au-Au,Au-Bi,  Au-Be,Au-Zn,Ag-Cu,Sn-Ag,In-Agなどを使用することも好適である。
【００２１】
以上の工程を行い、光デバイスを形成した。
【００２２】
これらに使用する基板チップ、光ファイバ固定用V溝部品、光導波路部品等の材質は、Siに限られることなく、SOI、Aｌ2O3、AｌN、  Al/SiC、Cu-W、Cu-Mo、Si3N4、SiC、コバール、フッ素化ポリイミド樹脂、フッ素化アクリル樹脂、重水素化ポリシロキサン樹脂、フッ素化エポキシ樹脂、全フッ素化脂環式樹脂、シリコーン樹脂などのいずれかを有効に使用することができる。
〔実施例１〕
本発明において、図２に示す光デバイスを製造した。厚さ２μｍのSiO2膜を形成した厚さ０．５ｍｍ直径１００ｍｍの４インチのシリコン基板２８を用い基板チップ２７を作製し、その上に光ファイバ固定用V溝部品３１、光導波路部品３３を光軸が合うようにボンディング法により実装した。
【００２３】
まず基板チップ２７の基板２８上に、フォトリソグラフィーによりボンディングパターンを形成した。マグネトロンスパッタリング装置で、Arプラズマイオンによって、基板表面をクリーニングした。次にマグネトロンスパッタリング装置で、３０ｎｍ厚みのTi層、７０ｎｍ厚みのPt層、７００ｎｍ厚みのAu層を順に成膜し、リフトオフを行いボンディングパッド２９，３０を形成した。
【００２４】
ボンディングパッド２９，３０の上に、半田用の半田パターンを、フォトリソグラフィーを用いて形成し、マグネトロンスパッタリング装置でArプラズマイオンによって、基板表面の不純物を除去した。次にマグネトロンスパッタリング装置で３．５μｍ厚みのＡｕ−Ｓｎ層を成膜し、リフトオフを行い、半田層を形成した。
【００２５】
次にマグネトロンスパッタリング装置を用いて、光ファイバ固定用V溝部品３１、光導波路部品３３の各裏面上に３０ｎｍ厚みのTi層、７０ｎｍ厚みのPt層、７００ｎｍ厚みのAu層を順に成膜しボンディング用金属膜を形成した。
【００２６】
次にボンディング装置を用いて、基板チップ２７上に光導波路部品３３を合わせ、Ａｕ−Ｓｎ半田の融点（２７８℃）未満の２６０℃の温度で加熱し、１６３３ｍN/ｍｍ2の荷重を部品面に垂直に加えて仮接合した。
【００２７】
次に光ファイバ固定用V溝部品３１を光導波路部品３３に隣接するマーカー同士で合わせて、Ａｕ−Ｓｎ半田の融点（２７８℃）未満の２６０℃の温度で加熱し、１６３３ｍN/ｍｍ2の荷重を部品面に垂直に加えて仮接合した。
【００２８】
光ファイバ固定用V溝部品３１、光導波路部品３３を仮接合した基板チップ２７は、Ａｕ−Ｓｎ半田の融点である２７８℃の温度で加熱して溶融した後凝固して本接合した。
【００２９】
以上の工程を行い、光デバイスを形成した。
【００３０】
上記サンプルを２０組作製して、光軸の平面方向と垂直方向の位置の差を調べた。その結果、投入数２０組の内、２０組全てが１．０μｍ±０．９μｍで光軸の平面方向と垂直方向のそれぞれの位置の差が安定して実装することが確認できた。
＜比較例１＞
実施例１のサンプルで、仮接合せずに、Ａｕ−Ｓｎ半田の融点である２７８℃の温度で加熱し１６３３ｍN/ｍｍ2の荷重で直接ボンディングしたサンプルを上記と同様に２０組投入した結果、投入数２０組の内、１９組は光軸の平面方向と垂直方向のそれぞれの位置の差にそれぞれ２μｍを越え４μｍまでのばらつきが発生し、光軸の位置がずれ結合損失が増大した。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の光デバイスの構造の説明図である。
【図２】本発明の実施例１における光デバイスの一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，２７                                  基板チップ
２，２８                                  SiO2膜を成膜したシリコン基板
３，４，２９，３０                        ボンディングパッド
５，６                                    半田層
７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４  マーカー
１５，３１                                光ファイバ固定用V溝部品
１６，３２                                V溝
１７，１８，１９，２０                    マーカー
２１，３３                                光導波路部品
２２，３４                                光導波路
２３，２４，２５，２６                    マーカー
【図１】
2005301085.tif 000002
【図２】
2005301085.tif 000003