(57)【要約】【課題】  化合物半導体であっても全てのバンプ電極をチップの裏面あるいは表面に自由に配線できるようにする光モジュールを提供する。【解決手段】  光部品２５の基本構成を、受発光素子の半導体チップ２と構造体１のみを結合して成る光部品２５とし、また、受発光素子の半導体チップ２の受発光部５は構造体１の平板部１１で覆うことで保護する。受発光素子の半導体チップ２の素子電極パッド２２は構造体１の平板部１１の底面の金属層１２に接合することで外面に引出すとともに、受発光素子の半導体チップ２と平板部１１をこの接合点で固定する。そして、平板部１１の斜面１５に形成した凹面鏡６で、受発光部５の光路３３を受発光素子の半導体チップ２の表面に平行な光路３３に変換した光部品２５を得る。【選択図】    図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の面に形成した金属層と他方の面を平坦に形成した平板部を有し、前記平板部の一方の面の金属層に電極部を形成し、一方の面に受発光部と素子電極パッドを有し他方の面に素子電極を有する受発光素子の半導体チップを有し、前記素子電極パッドに前記電極部を接続することで、前記平板部と前記受発光素子の半導体チップを接合して成る光部品であって、前記平板部の前記受発光部の上方に前記受発光素子の半導体チップの一方の面に対し所定の角度の傾きを有する斜面を設置し、前記斜面が受発光部の上面を覆い、前記斜面の金属層に凹面鏡が形成され、前記半導体チップの受発光部の光路を前記凹面鏡で前記半導体チップの面に平行な光路に折り曲げる構造を有し、
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記電極金属スペーサに第１のバンプ電極を設置し、前記第１のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第２のバンプ電極を設置し、
前記第１及び第２のバンプ電極を介して、前記光部品を光伝送路及び電気配線パターンを有する実装基板に接続したことを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記電極部を平板部の一方の面に形成した凹部に形成し、前記電極部を前記素子電極パッドに溶接材で溶接することで、前記平板部と前記半導体チップを密着させたことを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記半導体チップの配列と、前記平板部と前記電極金属スペーサとから成る構造体の配列を、前記電極部を前記素子電極パッドに接続した状態で複数の個片に分割することにより、前記半導体チップと構造体から成る光部品を形成することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記平板部の平坦な他方の面が前記半導体チップの全面を覆い、前記平板部の一方の面に、前記凹面鏡から斜面の法線ベクトルの受発光素子の半導体チップの面へ投影したベクトルの方向に、平板部の端部まで貫く空洞用凹部を有することを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記空洞用凹部の端部が受発光素子の半導体チップの存在領域から突出するようにした平板部の突出部を有し、前記空洞用凹部の内径が光伝送路の外径とほぼ同じサイズに形成さ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。
【請求項６】
複数の構造体が設置された保持基板を用意し、
保持基板に設置された複数の構造体の配列の各電極部に溶接材を設置し、
前記溶接材の位置を一括で、受発光素子の半導体チップの配列の素子電極パッド群の上に仮に合せて構造体の配列を設置し、
溶接材を融点より高い温度まで加熱し再溶融させ、溶接材を平板部の電極部と半導体チップの素子電極パッドの間に広げ、溶融した溶接材の表面張力により、半導体チップの素子電極パッドの位置に、構造体の平板部の電極部の前後左右の位置を合せ、
溶接材を冷却固化させることで、構造体の配列と半導体チップの配列を接合させ、その後、構造体から保持基板を取り外し、
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記半導体チップの表裏を電気接続し、
前記電極金属スペーサに第１のバンプ電極を設置し、前記第１のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第２のバンプ電極を設置することで前記第１及び第２のバンプ電極を半導体チップの同一面側に引き出して設置し、
前記半導体チップの配列と複数の構造体の配列を結合した配列を分割し複数の光部品を形成し、
前記光部品を光伝送路を有する実装基板に設置することにより光モジュールを製造することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、受発光部が配列された受発光素子の半導体チップに、構造体を接合して形成した光部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールにおいて受発光素子の半導体チップの受発光部と光伝送路を光結合する位置合わせ精度は、光伝送路がシングルモード光導波路の場合には、１μｍ以下の位置合わせ精度が必要とされている。
【０００３】
この位置合わせ精度を緩和するためには、受発光素子の半導体チップと光学系統を有する構造体を組み合わせて成る光部品を形成し、その光部品と実装基板上の光伝送路の間を太い平行光で結合して成る光モジュールを構成する必要がある。
【０００４】
この構成により、光部品と光伝送路の位置合せは、平行光の太さの数分の１の位置合わせ誤差が許されるようになるからである。そのためには、受発光素子の半導体チップの受発光部からの広がり光を構造体の光学系統により平行光に変換して光部品から出射させるようにする必要がある。
【０００５】
一方、受発光部の光路はフォトダイオードではチップ面に垂直であり、面型発光レーザ（VCSEL）の光路もチップ面に垂直である。そのため、受発光素子の半導体チップを実装基板に平行に実装するフリップチップ実装では、構造体の光学系統として受発光部の光路を実装基板に平行にする光路の方向変換と太い平行光の作成を同時に行う凹面鏡が必要である。
【０００６】
従来の、受発光素子の半導体チップの受発光部と、実装基板の光伝送路を、構造体の凹面鏡を用いて光結合する構造は、第１の従来例として、特許文献１に開示されている。
【０００７】
第１の従来例は、図８に示すように、１つの受発光部のみを有する受発光素子の半導体チップ２を、PMMA（メタクリル酸メチル樹脂）あるいはポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂の射出成型で凹面鏡６を形成した構造体１に位置を合わせて設置し、コアの径が２００μｍから約１ｍｍのPOF(プラスチック光ファイバ)あるいはPCF（ポリマークラッド光ファイバ）の光伝送路２９からの光を凹面鏡６で折り返して受発光素子の半導体チップ２の受発光部に集光している。
【０００８】
また、第２の従来例は、特許文献２に開示されており、図９に示すように、実装基板２７の表面に、超音波熱圧着の金接合により凹面鏡６を形成した構造体１を設置し、その構造体１の上方に受発光素子の半導体チップ２をフリップチップ実装し、その凹面鏡６で受発光素子の半導体チップ２の受発光部５の光路３３を直角に折り返し、実装基板２７に平行な光路３３に変換し、実装基板に設置した光導波路である光伝送路２９に入射している。
【０００９】
また、第３の従来例は、特許文献３に開示されており、図１０に示すように、ＧａＡｓ基板の上にＶＣＳＥＬなどの受発光素子の半導体チップ２と、その上の光導波路層と、その光導波路層の斜面の光フィルタから成る構造体１を一括して形成し、それから、１つの受発光部のみを有する受発光素子の半導体チップ２と構造体１から成る個々の光部品２５を分割して形成し、各光部品２５を実装基板２７上に配置し、その後に、実装基板２７上に光部品２５と光結合する光導波路の光伝送路２９を形成している。
【００１０】
さらに、第４の従来例は、特許文献４に開示されており、図１１に示すように、１つの受発光部のみを有する半導体チップ２を実装基板２７上に設置し、受発光部の光路３３を直角に変換する４５度の斜面６に種々の曲面の鏡面を形成した構造体１を樹脂で形成することで鏡面付きの光部品２５を得て、それをシート状の光伝送路に設置することで光結合して使用している。受発光素子の半導体チップ２は実装基板２７上に設置することで実装基板電極パッド２８を形成し、この実装基板電極パッド２８により光部品２５を他の実装基板２７に電気接続するようにしている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１６７１６６号公報
【特許文献２】特開２００２−８２２４４号公報
【特許文献３】特開２００１−２７４５２８号公報
【特許文献４】特開２００３−５７４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、これらの従来技術には、以下に示すような問題点がある。
【００１３】
第１の従来例では、光伝送路２９にＰＯＦを用い、製造コストの低減のために受発光部と構造体１の凹面鏡６と光伝送路２９の位置合わせ精度を緩くすることに対応して、ＰＯＦのコアの直径を２００μｍから１ｍｍ程度に太くすることが推奨されている。しかし、ＰＯＦのコア径を大きくしているため、ＰＯＦが光伝送可能なために最低限必要な限界である曲げ曲率半径が大きくなり、ＰＯＦの曲げが急な場合にはＰＯＦ内の光伝送が困難になる問題がある。
【００１４】
また、第２の従来例では、受発光素子の半導体チップ２と構造体１を実装基板２７に高い精度で位置合わせをして接合する必要があるため位置合わせコストが高価である問題がある。また、実装基板２７へ高い温度で構造体１を接合する必要があるため、実装基板２７が高温度に耐えられる材料に限定されるという問題がある。また、受発光素子の半導体チップ２の受発光部５が構造体１と衝突することで受発光部５が損傷する危険があった。
【００１５】
また、第３の従来例では、光部品２５を高い位置合せ精度で実装基板２７の光伝送路２９に設置するために実装コストが高価になるという問題がある。
【００１６】
さらに、第４の従来例では、受発光素子の半導体チップを実装基板と一体化し、構造体の光学系統で変換し光部品から出射させる光路の光は平行光束ではないため、この出射光をシート状の光伝送路を伝達させると、伝送距離が長くなるにつれ光強度が弱くなるという問題欠点がある。
【００１７】
また、この光部品２５は、受発光素子の半導体チップ２を実装基板２７上に設置することで実装基板電極パッド２８を形成したため、実装基板２７の厚さで光部品２５が大きくなり光部品２５を設置するために大きな空間を必要とするという問題がある。
【００１８】
また、光部品２５が化合物半導体のチップに形成した面発光型レーザの場合、従来は、その光部品２５の電極は、受発光素子の半導体チップ２の発光面側と裏面側に電極が分かれて形成されるか、受発光素子の半導体チップ２の発光面側に全ての電極を形成するかの２通りであり、受発光素子の半導体チップ２の裏面に全ての電極を形成した面発光レーザは商用化(実用化)されてはいなかった。その理由は、化合物半導体では、受発光素子の半導体チップ２の表裏を貫通する孔を開けることが困難なためである。
【００１９】
このため、従来から、化合物半導体レーザの実装の自由度を増すために、全ての電極をチップの裏面にも低コストで配線できるようにすることが望まれていた。
【００２０】
そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて成されたものであり、本発明の第１の目的は、チップサイズの光部品において、受発光素子の半導体チップの表面と裏面を接続する配線を加えることにより、化合物半導体であっても全てのバンプ電極をチップの裏面あるいは表面に自由に配線できるようにすることにある。
【００２１】
また、本発明の第２の目的は、光部品からの出射光を平行光とすることで光伝送路に伝送する光強度を弱めず、光部品の製造コスト及び光部品の実装基板への実装コストを低減することにある。
【００２２】
さらに、本発明の第３の目的は、受発光素子の半導体チップの受発光部が異物で傷つけられ損傷する危険も少なくした光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
そこで、本発明の光モジュールは、少なくとも一方の面に形成した金属層と他方の面を平坦に形成した平板部を有し、前記平板部の一方の面の金属層に電極部を形成し、一方の面に受発光部と素子電極パッドを有し他方の面に素子電極を有する受発光素子の半導体チップを有し、前記素子電極パッドに前記電極部を接続することで、前記平板部と前記受発光素子の半導体チップを接合して成る光部品であって、前記平板部の前記受発光部の上方に前記受発光素子の半導体チップの一方の面に対し所定の角度の傾きを有する斜面を設置し、前記斜面が受発光部の上面を覆い、前記斜面の金属層に凹面鏡が形成され、前記半導体チップの受発光部の光路を前記凹面鏡で前記半導体チップの面に平行な光路に折り曲げる構造を有し、
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記電極金属スペーサに第１のバンプ電極を設置し、前記第１のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第２のバンプ電極を設置し、
前記第１及び第２のバンプ電極を介して、前記光部品を光伝送路及び電気配線パターンを有する実装基板に接続したことを特徴とする。
【００２４】
また、前記電極部を平板部の一方の面に形成した凹部に形成し、前記電極部を前記素子電極パッドに溶接材で溶接することで、前記平板部と前記半導体チップを密着させたことを特徴とする。
【００２５】
また、前記半導体チップの配列と、前記平板部と前記電極金属スペーサとから成る構造体の配列を、前記電極部を前記素子電極パッドに接続した状態で複数の個片に分割することにより、前記半導体チップと構造体から成る光部品を形成することを特徴とする。
【００２６】
また、前記平板部の平坦な他方の面が前記半導体チップの全面を覆い、前記平板部の一方の面に、前記凹面鏡から斜面の法線ベクトルの受発光素子の半導体チップの面へ投影したベクトルの方向に、平板部の端部まで貫く空洞用凹部を有することを特徴とする。
【００２７】
また、前記空洞用凹部の端部が受発光素子の半導体チップの存在領域から突出するようにした平板部の突出部を有し、前記空洞用凹部の内径が光伝送路の外径とほぼ同じサイズに形成されていることを特徴とする。
【００２８】
さらに、本発明の光モジュールの製造方法は、複数の構造体が設置された保持基板を用意し、
保持基板に設置された複数の構造体の配列の各電極部に溶接材を設置し、
前記溶接材の位置を一括で、受発光素子の半導体チップの配列の素子電極パッド群の上に仮に合せて構造体の配列を設置し、
溶接材を融点より高い温度まで加熱し再溶融させ、溶接材を平板部の電極部と半導体チップの素子電極パッドの間に広げ、溶融した溶接材の表面張力により、半導体チップの素子電極パッドの位置に、構造体の平板部の電極部の前後左右の位置を合せ、
溶接材を冷却固化させることで、構造体の配列と半導体チップの配列を接合させ、その後、構造体から保持基板を取り外し、
前記半導体チップの側面に電極金属スペーサを並べて設置し、前記半導体チップの表裏を電気接続し、
前記電極金属スペーサに第１のバンプ電極を設置し、前記第１のバンプ電極と同一面側の前記半導体チップ面から引き出された電極パッドに第２のバンプ電極を設置することで前記第１及び第２のバンプ電極を半導体チップの同一面側に引き出して設置し、
前記半導体チップの配列と複数の構造体の配列を結合した配列を分割し複数の光部品を形成し、
前記光部品を光伝送路を有する実装基板に設置することにより光モジュールを製造することを特徴とする。
【００２９】
このように、本発明では、平板部と電極金属スペーサで構成する構造体を用いる。すなわち、小さな領域に複数の受発光素子の半導体チップが配列され、その素子電極パッドに、少なくとも下面に金属層を有する平板部の電極部を一括して位置合わせする。
【００３０】
平板部には、受発光素子の半導体チップの各受発光部に対応する位置に複数の凹面鏡を有する。この平板部を含む構造体の配列を受発光素子の半導体チップの配列に接合した配列を製造した後にそれを複数の光部品に分割することで個々の受発光部と凹面鏡の位置合わせコストを低減した小型の光部品を製造する。
【００３１】
そして、その光部品を、そこから出射あるいは入射する光路を光伝送路に緩い位置合わせ精度で合わせ、実装基板に設置することで光部品の実装基板への実装コストを低減する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明は、以下のような効果を有する。
【００３３】
本発明の光部品は、受発光素子の半導体チップの側面に配置した電極金属スペーサを用い表裏を配線することで、全ての電極を受発光素子の半導体チップの片面に形成したので、化合物半導体であっても、全てのバンプ電極を受発光素子の半導体チップの裏面にも表面にも低コストで配線できる。
【００３４】
そして、その反対面には、上面が平坦な平板部を設置したため、平板部の上面の平面をチップ保持具で保持することで受発光面を傷つけずに容易に受発光素子の半導体チップを実装基板に設置できる。
【００３５】
また、受発光素子の半導体チップの素子電極パッドに金属層を有する平板部をその金属層で溶接し固定し、その平板部が金属層によりバンプ電極まで電気接続するとともに、平板部の斜面が受発光素子の半導体チップの受発光部の上部を覆い保護するため、受発光部に異物が衝突し損傷する恐れが無い。
【００３６】
また、受発光部を配列して集積して形成した受発光素子の半導体チップと、それに対応して配列された平板部で、受発光素子の半導体チップの受発光部を向いた約４５度の傾きの凹面鏡を有する平板部を配列して一括して結合した後に、その配列を個々の光部品に分割し製造するので、個々の平板部と受発光部の位置合わせのコストを低減した光部品を製造できる。
【００３７】
さらに、受発光素子の半導体チップの受発光部の光路を凹面鏡で直角に折り曲げ受発光素子の半導体チップの面に平行な太い光路に変換した光部品を光伝送路に位置を合わせ、電気配線パターンを有する実装基板に設置した光モジュールを製造するため、光部品と光伝送路の位置合わせ許容公差が緩く、光部品の光モジュールへの実装コストが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３９】
（第１の実施の形態）
図１〜図３に、本発明の第１の実施の形態の構造体の一次元配列と受発光部が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップの接合方法による光モジュールの製造手順を示す。
【００４０】
（ステップ１）
図１（ａ）に示すように、ＰＭＭＡやポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂へ金型の形状を加圧プレスし樹脂成形型４を作成する。あるいは、ガラス型内に紫外線硬化樹脂を充填し、ガラスを通して紫外線を樹脂へ照射することで樹脂を硬化させガラス型の形状を転写することで樹脂成形型４を作成する。
【００４１】
ここで、樹脂成形型４には複数の構造体１の型を一次元に配列し形成し、受発光素子の半導体チップ２の受発光部５に対応する凹面鏡６の型を有する斜面７を形成した構造体１の型の一次元配列を得る。受発光部５が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ２が一次元の面発光レーザアレイの場合、受発光部５のピッチが０．２５ｍｍであり、それに直角方向の幅が約０．２５ｍｍから０．５ｍｍであり、厚さが約０．２ｍｍであるが、その寸法程度の構造体１の型を一次元に配列した樹脂成形型４を製造する。
【００４２】
また、樹脂成形型４には、斜面７の下の表面に、構造体１の電極部１８の型として、２５μｍの深さで直径が約９０μｍの凹部８を形成する。すなわち、その凹部８の周囲は凹部８からの高さが約２５μｍで、幅が数μｍから数十μｍの外壁９を形成することで、凹部８が外壁９から２５μｍの深さを有するように形成する。また、外壁９は、その頂上の一部に他の頂上より高さの低い部分を形成する。
【００４３】
（ステップ２）
次に、その樹脂成形型４の表面にシリコーン離型剤あるいはフッ素系剥離剤などの離型剤をコーティングする。
【００４４】
（ステップ３）
次に、図１（ｂ）に示すように、受発光素子の半導体チップ２の厚さの金、銅、ニッケルなどの金属製の電極金属スペーサ１０を、配列された受発光部５の数だけ、受発光部５が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ２の側面の位置に対応する樹脂成形型４の所定位置に、受発光部５の一次元配列の並びに平行にその上面の高さを樹脂成形型４の斜面７の下面に合わせ設置する。
【００４５】
電極金属スペーサ１０の厚さは受発光素子の半導体チップ２の厚さで形成するが、その厚さは０．０５ｍｍから０．５ｍｍ程度であり、電極金属スペーサ１０の幅は後にバンプ電極２４を設置できる縦横８０μｍ以上の寸法に形成する。一例として、電極金属スペーサ１０は、後に受発光素子の半導体チップ２に分割したチップの一辺に合せた長さの電極金属スペーサ１０を複数設置する。
【００４６】
（ステップ４）
次に、図１（ｃ）に示すように、樹脂成形型４の表面と、それと同じ高さの電極金属スペーサ１０の表面に、５０℃以下の温度で金、アルミニウムなどの金属を蒸着し、その蒸着金属上に金、銅、ニッケルなどの無電界金属めっきを厚さ０．５μｍから２μｍで形成する。ここで形成された金属膜のうち、外壁９の頂上の最高位置の部分の金属膜をエッチングで除去あるいは、機械的研磨で除去する。一方、外壁９の頂上の一部で他の頂上より高さの低い部分があるが、その部分には金属膜が残り、その金属膜により凹部８内の金属膜が外壁９の外の金属膜と連結されるようにする。
【００４７】
（ステップ５）
次に、金属膜上に形成する予定の平板部１１を分離する位置をメッキレジストで被覆し、先に形成した金属膜をめっき電極とし、金、銅、ニッケルなどの電界めっきにより１０μｍから２０μｍ程度の厚さの金属層１２を形成する。
【００４８】
（ステップ６）
次に、図１（ｄ）に示すように、メッキマスク板１３を設置し、図１（ｅ）に示すように、金属層１２に電流を通じ電解メッキを形成する。これにより、底面の凹凸を上面の高さに影響させず、上面を同じ高さの平面に揃えた電界めっきが形成された平板部１１を製造する。この平板部１１の厚さは、０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度である。
【００４９】
以上の製造方法で、金属メッキにより形成した平板部１１が、電極金属スペーサ１０と一体にされた構造体１を形成する。平板部１１は、上面が平坦に形成され、そして上面が受発光部５を有する受発光素子の半導体チップ２の全面を覆い、前記平板部１１の底面側の面に後に結合する受発光素子の半導体チップ２の受発光部５の位置を向いた約４５度の傾斜の斜面１５を形成する。また、後に説明するように、凹面鏡６から、斜面１５の法線ベクトルの受発光素子の半導体チップ２の面へ投影したベクトルの方向に、平板部１１の端部まで貫く空洞用凹部１４を形成する。
【００５０】
（ステップ７）
次に、図２（a）に示すように、メッキマスク板１３とメッキレジストを除去し、ガラス転移点がＡｕＳｎ共晶半田の融点の２８０℃以下で融点が３００℃以上の材料、例えば、ポリイミド、ＰＴＦＥ（四ふっ化エチレン樹脂）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、液晶ポリマーなどから成る保持基板１６を構造体１の配列の平板部１１に接合する。
【００５１】
その後に、保持基板１６に接合された構造体１を樹脂成形型４から離型する。離型の際に生じる静電気をイオン風を吹き付け除去する。ここで構造体１の離型は受発光素子の半導体チップ２が存在しない状態で行うので、離型の際に生じる静電気が受発光素子の半導体チップ２を損傷することが無い効果がある。次に、構造体１の表面に残った１μｍの無電界金属めっきをクイックエッチングで除去し、保持基板１６で保持した複数の構造体１を形成する。
【００５２】
こうして、平板部１１には、後に結合する受発光素子の半導体チップ２の受発光部５の位置を向いた所定の角度の傾斜の斜面１５と、そこに形成した凹面鏡６が形成される。ここで、斜面１５の所定の角度とは、好ましくは、３０度から６０度であり、より好ましくは、約４５度である。更に、樹脂成型１の凹部８の位置に対応する金属層１２に形成された凹部１７に直径９０μｍ程度の電極部１８と、その周囲の溝１９が形成される。このようにして、平板部１１と、その底面に接続された電極金属スペーサ１０を有する構造体１が製造される。
【００５３】
ここで、凹部１７の形状は、近くの平板部１１の最高位置に比べ電極部１８を形成する領域が２５μｍ低ければ良く、近くに２５μｍ高い領域が存在するだけでも良い。すなわち、凹部１７の３方向程度に平板部１１の最高位置が、例えば１００μｍ程度隔たった島状に存在すれば、その間が凹部１７である。
【００５４】
凹部１７の他の製造方法は、図３に示すように、平板部１１の底面を平坦に形成し、底面の凹部１７の領域以外の領域にポリイミドや液晶ポリマーなど耐熱性の高い熱可塑性樹脂膜から成る絶縁膜２０を接着することで、絶縁膜２０が無い部分を凹部１７として形成できる。
【００５５】
また、この絶縁膜２０は、後に平板部１１を受発光素子の半導体チップ２に接合する加熱処理の際に、受発光素子の半導体チップ２に接着し、この加熱処理後の冷却の際に絶縁膜２０が収縮し絶縁膜２０が平板部１１を受発光素子の半導体チップ２に引き付け、平板部１１と受発光素子の半導体チップ２の結合を強める効果がある。
【００５６】
また、この平板部１１の他の製造方法として、以下の製造方法を用いても良い。すなわち、予め加工された金属塊、シリコン基板、あるいはセラミックス基板の平板部１１で、その底面にこの金属層１２をメッキで形成し、あるいは、金属層１２を構造体１に圧着、溶接、接着し形成する。そして、上面に平坦面を形成する。
【００５７】
平板部１１の斜面１５への凹面鏡６の形成は、ダイヤモンド圧子その他の硬い材料あるいは金属の圧子に超音波振動を加えて、斜面１５に加熱加圧して形成する凹面の痕跡として凹面鏡６の窪みを形成する。圧子を用いると、滑らかな表面形状の凹面鏡６を短時間で形成できる利点がある。また、電極部１８の周囲の溝１９は、平板部１１の底面の金属層１２に鋭い刃型を押し当てることで形成しても良い。このようにして、平板部１１を電極金属スペーサ１０と一体化した構造体１を製造する。
【００５８】
（ステップ８）
次に、図２（b）に示すように、凹部１７の溝１９に、耐熱性が３００℃以上の樹脂、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ、液晶ポリマー、ポリイミド、シリコーンワニスなどの半田レジスト材を、溝１９への加圧押し込みによるか、塗布、電着工法などで設置する。あるいは、溝１９の内壁に酸化皮膜を形成し半田レジスト膜としても良い。
【００５９】
（ステップ９）
次に、平板部１１の約２５μｍの深さの凹部１７に直径が約９０μｍ（面積が約６３６０平方μｍ）で形成された電極部１８に、溶接材２１として、厚さが約３５μｍで直径が約７７μｍ（面積が約４６６０平方μｍ）のＡｕＳｎ共晶半田の箔をプレス打ち抜き法で設置し、面積が電極パッドの約７３％の箔を凹部１７の深さの約１．４倍の厚さで設置する。
【００６０】
すなわち、この箔の面積×厚さの値を、電極部１８の面積×凹部１７の深さの値とほぼ同じ値に設定する。ここで、プレス打ち抜き法の他にメッキ、蒸着、スパッタリング、半田ペースト印刷、転写バンプ方式を用いても良く、溶接材２１はＡｕＳｎ共晶半田以外の材料を用いても良い。また、平板部１１を約２２０℃に加熱し、金のボールバンプを超音波熱圧着により圧子で平板部１１の底面に押し付け接合し、これを溶接材２１として用いても良い。平板部１１の底面の金のボールバンプの設置位置以外の領域に絶縁膜を接着する。
【００６１】
（ステップ１０）
次に、図２（b）から（c）に示すように、ＶＣＳＥＬあるいはフォトダイオードなどで、一辺が約８０μｍで面積が約６４００平方μｍであり、裏面と表面に素子電極を有する受発光部５が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ２で、表面の素子電極パッド２２が電極部１８の面積とほぼ同じ面積を有する受発光素子の半導体チップ２を、対応する配置に配列された構造体１の一次元配列に接合する。
【００６２】
すなわち、先ず、保持基板１６に一次元に配列された構造体１の配列の電極部１８に設置した溶接材２１を、一括で、受発光部５が一次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ２の素子電極パッド２２群の上に、仮に合せて構造体１の一次元配列を設置する。ここで、溶接材２１と素子電極パッド２２の位置合せ精度は特に高くする必要が無く、素子電極パッド２２の１／４以内の精度があれば良い。
【００６３】
（ステップ１１）
次に、溶接材２１を構造体１の配列および保持基板１６と一緒に、加熱ステージあるいは赤外線加熱器などでＡｕＳｎの融点の２８０℃より高い３００℃まで加熱し、先ず、構造体１の保持基板１６をガラス転移点以上の温度で軟化させて、そこに搭載した構造体１が左右に自由に移動できるようにする。そして、溶融前は平板部１１から約１０μｍ突出していた溶接材２１を再溶融させ、溶接材２１に平板部の電極部１８の全面を濡らさせ、また、受発光素子の半導体チップ２の素子電極パッド２２の全面を濡らさせ、両者の間隔を約２６μｍにまで引き付ける。
【００６４】
こうして、溶接材２１が薄くなり平板部１１からの突出が無くなるとともに、溶融した溶接材２１の表面張力により、受発光素子の半導体チップ２の素子電極パッド２２の位置に平板部１１の電極部１８の前後左右の位置が自動的に合わせられる。
【００６５】
（ステップ１２）
次に、溶接材２１を冷却固化させ、溶接材２１が冷却固化により収縮し、受発光素子の半導体チップ２と構造体１を密着し接合させる。その後に、保持基板１６をガラス転移点以上で、かつ、２８０℃以下の温度に加熱して軟化させ取り外す。
【００６６】
また、ここまでの工程では、構造体１の平板部１１と電極金属スペーサ１０を分離しておき、平板部１１を受発光素子の半導体チップ２へ溶接した後に電極金属スペーサ１０も平板部１１に溶接して接合することもできる。
【００６７】
更に、溶接材２１が、金のボールバンプを平板部１１の底面の金属層１２にボンディングすることで形成されている場合は、平板部１１と受発光素子の半導体チップ２を約２２０℃に加熱して平板部１１の金のボールバンプを受発光素子の半導体チップ２の素子電極パッド２２に超音波熱圧着で接合する。
【００６８】
（ステップ１３）
次に、図２（d）に示すように、受発光素子の半導体チップ２の裏面と電極金属スペーサ１０の裏面に、電極の設置領域以外の部分に半田レジストを印刷し、半田レジストから露出したチップ近傍の電極パッド２３の領域に、金錫ハンダバンプやハンダボールなどのバンプ電極２４を設置した光部品２５を製造し、その後に、１つあるいは複数の受発光部５を有する受発光素子の半導体チップ２と構造体１が結合した複数の光部品２５に分割する。
【００６９】
次に、この光部品２５を実装基板２７へ設置し使用する例を示す。
【００７０】
図４(a)及び（ｂ）に、光部品２５の実装基板２７への実装方法と光部品２５の側面図を示す。
【００７１】
図４（ａ）に示すように、実装基板２７に、コア径が５０μｍの光ファイバあるいは光導波路などの光伝送路２９を設置する。光伝送路２９は、実装基板２７の上に設置したスペーサ３４の上に設置する。スペーサ３４は受発光素子の半導体チップ２の厚さに応じて光伝送路２９の高さを光路３３に合わせるために設置する。この実装基板２７に、光部品２５をチップボンダのボンディングキャピラリあるいは部品マウンターの部品吸着具などのチップ保持具２６で保持し、そのバンプ電極２４を実装基板２７の実装基板電極パッド２８に溶接する。この光部品２５は、受発光部５の光路３３を凹面鏡６で空洞用凹部１４を通る直径５０μｍの平行光束の光路３３に変換し光結合している。
【００７２】
このような使用方法が可能なのは、受発光素子の半導体チップ２の受発光部５が構造体１の平板部１１で覆われることで保護されていて、その平板部１１の上面が平坦に形成されているためである。このように、受発光素子の半導体チップ２の受発光部５が異物で傷つけられ損傷する危険が少ない効果がある。
【００７３】
こうして、図４（ｂ）に示すように、光部品２５の空洞用凹部１４の中を通る直径５０μｍの平行光束の光路３３を光伝送路２９の直径５０μｍのコアと光結合する場合は、光伝送路２９と光部品２５の位置合わせ精度が１０μｍ程度の位置ずれが許容されるため、光部品２５の設置が容易になり受発光素子の半導体チップ２の光伝送路２９への位置合わせコストを低減できる効果がある。
【００７４】
本実施の形態は、基本構造が、受発光素子の半導体チップ２の側面に、それと同じ厚さの電極金属スペーサ１０を並べて設置し、受発光素子の半導体チップ２と電極金属スペーサ１０の上面に、少なくとも下面に金属層１２を有する平板部１１を設置し、平板部１１の下面の凹部１７に金属層１２による電極部１８を形成し、電極部１８を溶接材２１で受発光素子の半導体チップ２の素子電極パッド２２に溶接することで平板部１１と受発光素子の半導体チップ２を密着させて接合した構造を有する。受発光素子の半導体チップ２の素子電極パッド２２は構造体１の平板部１１の底面の金属層１２に接合することで外面に引出すとともに、受発光素子の半導体チップ２と平板部１１をこの接合点で固定する役割を持つものである。
【００７５】
また、平板部１１の金属層１２には電極金属スペーサ１０を溶接し、素子電極パッド２２から電極金属スペーサ１０まで電気接続する。そして、平板部１１の上面を平坦に形成するとともに、受発光素子の半導体チップ２および電極金属スペーサ１０の下面にバンプ電極２４を設置する。
【００７６】
平板部１１には、受発光素子の半導体チップ２の受発光部を向いた約４５度の傾斜の斜面１５を形成し、そこに形成した金属層１２に凹面鏡６を形成する。こうして、受発光素子の半導体チップ２の受発光部５の光路３３を前記凹面鏡６で折り曲げ、受発光素子の半導体チップ２の面に平行な光路３３に変換し、平板部１１に形成した空洞用凹部１４を通過させる光部品２５を構成する。
【００７７】
すなわち、凹面鏡６から、斜面１５の法線ベクトルの受発光素子の半導体チップ２の面へ投影したベクトルの方向に、平板部１１の端部まで貫く空洞用凹部１４を有する。この光部品２５を、平板部１１の上面をチップ保持具２６で保持し、そのバンプ電極２４を実装基板２７の実装基板電極パッド２８にボンディング接続して設置する。
【００７８】
こうして、受発光素子の半導体チップ２の側面に並べて設置した電極金属スペーサ１０が、受発光素子の半導体チップ２の表裏を電気接続し、電極金属スペーサ１０にバンプ電極２４が設置された。
【００７９】
そして、このバンプ電極２４と同一面側の前記受発光素子の半導体チップ２から引き出されたチップ近傍電極パッド２３にバンプ電極２４を設置することで、２つのバンプ電極２４を受発光素子の半導体チップ２の同一面側に引き出した。本実施の形態では、光部品２５の電極が、受発光素子の半導体チップ２の下面のチップ近傍電極パッド２３に設置されたバンプ電極２４と、電極金属スペーサ１０の下面のバンプ電極２４として配置された。
【００８０】
こうして、チップサイズの光部品２５において、受発光素子の半導体チップ２の表面と裏面を接続する電極金属スペーサ１０を用いることにより、化合物半導体であっても、全てのバンプ電極２４を受発光素子の半導体チップ２の裏面に低コストで配線できる効果がある。
【００８１】
そして、その反対面の光モジュール３の受発光部５側の面は、その上の平板部１１が受発光素子の半導体チップ２の全面を覆う平坦な平面であるため、平板部１１の上面の平面をチップ保持具２６で保持する際に受発光部５を傷つけずに受発光素子の半導体チップ２を実装基板２７の実装基板電極パッド２８にボンディング接続できる効果があり、受発光素子の半導体チップ２の実装基板２７への設置が容易になる効果がある。
【００８２】
特に、受発光素子の半導体チップ２が面発光レーザの場合は、その素子電極を、受発光素子の半導体チップ２の表面と底面に分けて形成したものは低コストで製造できるが、本実施の形態の光部品２５は、この構造の面発光レーザの受発光素子の半導体チップ２の表面側の電極を平板部１１に接続し、平板部１１を電極金属スペーサ１０に接続し、その底面にバンプ電極２４を設置し、一方、受発光素子の半導体チップ２の底面側の電極に他のバンプ電極２４を設置した。
【００８３】
このように、本実施の形態では、受発光素子の半導体チップ２が化合物半導体の場合も、実装基板２７を介さないチップサイズで、低コストに受発光素子の半導体チップ２の両電極をチップの底面側に揃えて引き出した構造の光部品２５を製造できる効果がある。
【００８４】
また、本実施の形態では、受発光部５が発光する場合は、斜面１５および凹面鏡６を受発光素子の半導体チップ２の表面から約４５度傾けることで受発光部５の上方を斜面１５で覆い、受発光部５から出射した光束の光路３３を凹面鏡６で変換して受発光素子の半導体チップ２の表面に平行な光路３３を得る。
【００８５】
受発光部５が受光する場合は、斜面１５を、受発光素子の半導体チップ２の表面に対して３０度から６０度の傾きに形成して受発光部５の上方を斜面１５で覆うことで、受発光素子の半導体チップ２の表面に平行な光路３３を凹面鏡６が受発光素子の半導体チップ２の表面に垂直な方向からプラスマイナス３０度傾けた光路３３に変換し受発光部５に集光する構造も可能である。特に、垂直な方向から傾けて受発光部５に光路を入射することは、受発光部５からの表面反射が光路３３を逆戻りして光ノイズを生じることが避けられる効果がある。
【００８６】
本実施の形態の光部品２５は、受発光素子の半導体チップ２の受発光部５の光路３３を凹面鏡６で数十μｍから百μｍ程度の比較的太い平行光束の光路３３に変換し光結合するため、直径が１２５μｍでコア径が１０μｍから６０μｍのガラス光ファイバ、直径が０．５ｍｍから１ｍｍでコア径が１００μｍ程度のPOF、あるいはコア径が５０μｍ程度のマルチモード光導波路などの光伝送路２９に小さな結合損失で光接続することができる効果がある。
【００８７】
本実施の形態では、凹面鏡６の焦点距離を短かくすることで、受発光部５の光束を凹面鏡６で再び集光する光束に変換することで、シングルモード光ファイバの約十μｍの直径のコア、あるいは高Δ光ファイバの数μｍの直径のコア、あるいはフォトニッククリスタルが形成する光導波路の１μｍ以下のコアなどの小径の光伝送路２９のコアと光結合することもできる。
【００８８】
（第２の実施の形態）
図５に本発明の第２の実施の形態の光部品の製造手順を示す。
【００８９】
（ステップ１）
図５（ａ）に示すように、保持板３０で保持し二次元に配列させた複数の平板部１１を製造する。この平板部１１の二次元の配列は、受発光部５が二次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ２の各受発光部５に対応させる。平板部１１には、その受発光部５の位置を向いた約４５度の傾斜の斜面１５と、そこに形成した凹面鏡６と、凹面鏡６に光路３３を導く空洞用凹部１４と、反対面に凹部１７と電極部１８を形成する。そして、平板部１１の電極部１８に、ＡｕＳｎ共晶半田の箔を設置する。図５（ａ）では、説明の便宜のため、複数の平板部１１のうち１つのみを図示した。
【００９０】
（ステップ２）
二次元配列で形成された受発光部５を有する受発光素子の半導体チップ２を保持板３０で保持し、保持板３０で保持した状態で受発光素子の半導体チップ２をダイシングし、後に個々の受発光部５毎の受発光素子の半導体チップ２に分割する切り込みを形成する。
【００９１】
（ステップ３）
次に、平板部１１の配列を、受発光素子の半導体チップ２の配列に対向させ、図５（ｂ）に示すように、両者を溶接材２１で接合する。個々の平板部１１は、図５（ｂ）の平面図に示すように、個々の受発光素子の半導体チップ２の領域から突出した部分を有する。
【００９２】
（ステップ４）
次に、図５（ｃ）に示すように、二次元配列の受発光部５を有する受発光素子の半導体チップ２を保持板１６と一緒に図の縦方向の配列の一次元の配列毎に分割する。
【００９３】
（ステップ５）
次に、この分離した受発光部５の一次元の配列の受発光素子の半導体チップ２の領域から図の右側に平板部１１が突出するが、その部分に、電極金属スペーサ１０を受発光素子の半導体チップ２の側面に配置し、平板部１１に溶接し電気接続する。
【００９４】
（ステップ６）
次に、その受発光部５の一次元の配列の受発光素子の半導体チップ２の裏面と電極金属スペーサ１０の裏面に、電極の設置領域以外の部分に半田レジストを印刷し、半田レジストから露出した電極の設置領域に、金錫ハンダバンプやハンダボールなどのバンプ電極２４を設置する。
【００９５】
（ステップ７）
次に、この受発光部５の一次元の配列の受発光素子の半導体チップ２と構造体１の一次元配列の結合した一次元配列を、更に、個々の受発光部５毎の受発光素子の半導体チップ２に分割し、その個片を光部品２５とする。
【００９６】
本実施の形態は、受発光部５が二次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ２に平板部１１の二次元配列を一括して接合するため、より多くの受発光素子の半導体チップ２と平板部１１を一括して製造できるため、個片の光部品２５の製造コストを更に低減できる効果がある。
【００９７】
（第３の実施の形態）
図６に本発明の第３の実施の形態を示す。
【００９８】
本実施の形態は、第２の実施の形態と同様に、受発光部５が二次元配列で形成された受発光素子の半導体チップ２に平板部１１の二次元配列を一括して接合する。本実施の形態が第２の実施の形態と異なる点は、第１に、個々の平板部１１が受発光素子の半導体チップ２の領域以内に存在する点である。第２に、受発光素子の半導体チップ２の裏面に、底面が受発光素子の半導体チップ２の全面に渡る平坦な平面に形成された第２の平板部３１を接合する点である。第２の平板部３１に受発光素子の半導体チップ２の側面に設置する電極金属スペーサ１０が電気接続される。
【００９９】
そして、平板部１１の上面と電極金属スペーサ１０の上面に、電極の設置領域を囲む半田レジストを印刷する。平板部１１の上面で半田レジストで囲まれるチップ近傍電極パッド３２に、ハンダボールのバンプ電極２４を設置する。
【０１００】
本実施の形態においても、平板部１１の斜面１５が受発光部５の上面を覆うため、平板部１１側を実装基板２７に設置する際に受発光部５を傷つけない効果がある。
【０１０１】
結局、受発光素子の半導体チップ２の側面に並べて設置した電極金属スペーサ１０が、受発光素子の半導体チップ２の表裏を電気接続し、電極金属スペーサ１０に第１のバンプ電極２４が設置された。そして、この第１のバンプ電極２４と同一面側の、すなわち、表面側の、前記受発光素子の半導体チップ２面から引き出されたチップ近傍電極パッド３２に第２のバンプ電極２４を設置することで、両バンプ電極２４を、受発光部５側の同一面側に表面側に引き出した。
【０１０２】
また、２つのバンプ電極２４をこのように受発光素子の半導体チップ２の同一面側に配置し、その反対面の第２の平板部３１の底面は受発光素子の半導体チップ２の全面に渡る平坦な平面であるため、本実施の形態の光部品２５は、その底面を容易にチップ保持具２６で保持することができる効果がある。
【０１０３】
次に、第２の実施の形態と同様に、個々の受発光素子の半導体チップ２まで分割し光部品２５を製造する。
【０１０４】
本実施の形態では、光部品２５を図６(a)の上下逆に裏返し、平板部１１の上面側のバンプ電極２４を実装基板電極パッド２８に接合する。ここで、光伝送路２９については、図６(b)に示すように、光ファイバーなどの光伝送路２９を受発光素子の半導体チップ２の表面に設置し固定することで、光部品２５の光路３３に光伝送路２９の光軸を合わせ、光伝送路２９と光部品２５を結合した光モジュール３を製造する。
【０１０５】
本実施の形態の他の適用例としては、実装基板２７の表面にスペーサ３４を用いず光伝送路２９を設置し、その光伝送路２９の上に、光部品２５の受発光素子の半導体チップ２の表面を突き当てることで光部品２５の光路３３と光伝送路２９の光軸の高さを合わせた光モジュール３を製造する。
【０１０６】
本実施の形態では、バンプ電極２４の面から受発光素子の半導体チップ２の面までの間隔が、光伝送路２９程度の寸法であるため、スペーサ３４を用いず、光伝送路２９を直接実装基板２７の表面に設置しスペーサ３４が省略できる効果がある。
【０１０７】
（第４の実施の形態）
図７に本発明の第４の実施の形態を示す。
【０１０８】
本実施の形態が先の実施の形態と異なる点は、平板部１１の凹面鏡６から受発光素子の半導体チップ２の面に平行に平板部１１の端部まで至る光路３３を通す空洞用凹部１４の内径が、芯線の外径が１２５μｍの光ファイバあるいは光導波路など、光伝送路２９の外径とほぼ同じサイズに形成され、また、空洞用凹部１４の端部が受発光素子の半導体チップ２の存在領域から突出するように、空洞用凹部１４が形成された平板部１１の端部を突出させている点である。
【０１０９】
図７では、平板部１１の電極金属スペーサ１０の位置と反対側の部分に空洞用凹部１４が設けられている。実装基板２７に設置した光伝送路２９の先端に、光部品２５の空洞用凹部１４の位置を合わせ、そのバンプ電極２４を溶融させ、実装基板２７の実装基板電極パッド２８に接合させる。
【０１１０】
この際に、光部品２５の空洞用凹部１４が光伝送路２９の先端を挟み込み、光モジュール３が降下しつつ、光部品２５の位置が光伝送路２９の位置に合うように水平面内を適切な位置に移動し位置を合わせ、その後にバンプ電極２４が冷却し固化し、実装基板２７の実装基板電極パッド２８に溶接される。
【０１１１】
本実施の形態は、このように空洞用凹部１４に光伝送路２９を鋏み込むため、光伝送路２９と光部品２５を精度良く位置合わせできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】(a)〜(e)は、本発明の第１の実施の形態の光モジュールの製造手順を示す図である。
【図２】(a)〜(d)は、本発明の第１の実施の形態の光モジュールの製造手順を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の光部品の他の例を示す側面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の光モジュールの側面図である。
【図５】(a)〜(c)は、本発明の第２の実施の形態の光モジュールの製造手順を示す図である。
【図６】(a)〜(c)は、本発明の第３の実施の形態の光モジュールの構造を示す図である。
【図７】(a)及び(b)は、本発明の第４の実施の形態の光モジュールの構造を示す図である。
【図８】第１の従来例の断面図である。
【図９】第２の従来例の断面図である。
【図１０】第３の従来例の断面図である。
【図１１】第４の従来例の断面図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１    構造体
２    受発光素子の半導体チップ
３    光モジュール
４    樹脂成形型
５    受発光部
６    凹面鏡
７    斜面
８    凹部
９    外壁
１０  電極金属スペーサ
１１  平板部
１２  金属層
１３  メッキマスク板
１４  空洞用凹部
１５  斜面
１６  保持基板
１７  凹部
１８  電極部
１９  溝
２０  絶縁膜
２１  溶接材
２２  素子電極パッド
２３  チップ近傍電極パッド
２４  バンプ電極
２５  光部品
２６  チップ保持具
２７  実装基板
２８  実装基板電極パッド
２９  光伝送路
３０  保持板
３１  第２の平板部
３２  チップ近傍電極パッド
３３  光路
３４  スペーサ
【図１】
2005303116.tif 000003
【図２】
2005303116.tif 000004
【図３】
2005303116.tif 000005
【図４】
2005303116.tif 000006
【図５】
2005303116.tif 000007
【図６】
2005303116.tif 000008
【図７】
2005303116.tif 000009
【図８】
2005303116.tif 000010
【図９】
2005303116.tif 000011
【図１０】
2005303116.tif 000012
【図１１】
2005303116.tif 000013