(57)【要約】【課題】  これまで個別に行われてきた実装・封止工程を一括で行い、安価な光モジュールを提供する。すなわち、個別での封止、レンズ固定、溶接など、価格上昇の原因となっていた工程を一括で処理できるようにする。【解決手段】  ウェハ上に光素子を並べて実装し、これに貫通穴付きＳｉウェハとガラスウェハを陽極接合する。光素子はＳｉの貫通穴内に配置されるようにする。この後、薄膜プロセスを用いて、透明樹脂によるフレネルレンズをガラス上に形成する。最後にダイシングを行い、分割する。【選択図】  図１
2007019053.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通穴を有するＳｉウェハの片面にガラスウェハが陽極接合で接合され、もう一方の片面に電極膜が形成されたウェハが陽極接合で接合され、前記ガラスウェハと前記電極膜が形成されたウェハに挟まれた、前記Ｓｉウェハの貫通穴の内部において、前記電極膜上に光素子が実装されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、光素子の上面側に発光する光素子を実装することを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
請求項１および２において、前記ガラスウェハの表面に、レンズが形成されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記電極膜が形成されたウェハ上にガラス膜が形成され、前記ガラス膜と前記貫通穴を有するＳｉウェハが陽極接合で接合されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
請求項１に記載の光モジュールにおいて、前記電極膜が形成されたウェハの材質がガラスであり、前記貫通穴を有するＳｉウェハと陽極接合で接合されていることを特徴とする光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は通信、あるいは光記録用の光モジュールの実装形態に関する。
【背景技術】
【０００２】
光モジュールは、光通信や光記録に必須の部品である。比較的短距離の通信や、光記録用のモジュールには、缶タイプと呼ばれるパッケージに、光素子および光素子を実装するためのサブマウントが実装され、レンズが実装された金属キャップがパッケージに溶接されて気密封止が行われている。以下に缶タイプの光モジュールについて説明する。
【０００３】
光素子は、化合物半導体を用いて製造される。これを金属製のパッケージに直接接続すると、光素子と金属の熱膨張差により大きな残留応力が発生し、光素子が割れたり、特性が劣化したりする。そこで、熱膨張率が化合物半導体に近い、セラミックやＳｉのサブマウントと呼ばれる部品に接続し、サブマウントをパッケージに接続している。その後、ワイヤーボンディングにより、パッケージの端子と光素子の電極が電気的に接続される。レンズは、低融点の封止ガラスなどを用いて、筒状の金属キャップの一方の端部に固定される。光素子とレンズの位置合わせを行い、もう一方の端部をパッケージに溶接する。これにより光素子は、パッケージと金属キャップとレンズによって気密封止される。発光素子モジュールの場合には、出射した光はレンズで集光されて外部へ伝送され、受光素子モジュールの場合には、外部からの光信号をレンズで受光素子の受光部に集光させる。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−３１４８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような構成のモジュールでは、光素子をサブマウントに接続する工程、サブマウントをパッケージに接続する工程、金属キャップにレンズを低融点ガラスで固定する工程、金属キャップをパッケージに位置合わせして溶接する工程など、全て個別に行われている。このため、製造に時間がかかり、コスト上昇の要因となっていた。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、個別に行われてきた実装をウェハ上で一括して行うようにすることで工程数を低減し、安価な光モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題を解決する手段として、本発明によれば、貫通穴を有するＳｉウェハの片面にガラスウェハが陽極接合で接合され、もう一方の片面に電極膜が形成されたウェハが陽極接合で接合され、前記ガラスウェハと前記電極膜が形成されたウェハに挟まれた、前記Ｓｉウェハの貫通穴の内部において、前記電極膜上に光素子が実装されていることを特徴とする光モジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ウェハで一括して封止などが行われるため、短時間で大量の光モジュールの製造が可能であり、安価な光モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を、図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
本発明の第一の実施例を図１を用いて説明する。図１の光モジュールでは、セラミック１上に、金属配線２が埋め込まれ、その一部の表面に金属薄膜電極３が形成されている。セラミックあるいは金属配線２の上に、ガラス膜９が形成され、このガラス膜９により貫通穴付きＳｉ６が接合されている。貫通穴の内部では、金属薄膜電極３上に薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだ４が形成され、この薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだ４により面発光光素子５が接続されている。面発光光素子５はワイヤーボンディング１０により金属薄膜電極３に接続され、金属２を通して外部と接続される。貫通穴付きＳｉ６の上にはガラス７が接合され、さらに面発光光素子５から出射された光が通る部分にはフレネルレンズ８が形成され、ガラス７を透過して出てきた光が外部で集光されるようになっている。図１は、本発明による光モジュールの完成の状態を示すもので、ダイシングにより分割された後の状態を表している。製造過程はウェハ上で行われており、以下にそのプロセスを説明する。
【００１１】
まずセラミック１では、グリーンシートの状態のセラミックを積層し、電極、配線形状の凹パターンを形成しておく。この凹パターン内にタングステン等の金属ペーストを印刷し、これを焼成して金属配線２を形成する。次に金属配線２が形成された面を研磨し、平坦にする。このセラミック１の大きさとしては、４インチ径などのサイズが好適である。
【００１２】
次に貫通穴付きＳｉとの接合部の位置に、ガラス膜９をスパッタで形成する。この時のガラスの材質はパイレックス（登録商標）ガラスなど、Ｎａイオンなどを含むものが好適である。
【００１３】
次に金属薄膜電極３を形成する。これにはＴｉ/Ｐｔ/Ａｕの金属を組み合わせた金属薄膜が好適である。このパターン形成方法は、全面にベタで薄膜を形成し、金属薄膜電極３上をレジストで覆い、ミリングでそれ以外の部分を除去するプロセスが好適である。
【００１４】
面発光光素子５は、薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだ４上に、一旦押し付けて仮固定される。ウェハ全面に光素子を仮固定した後、リフローにより薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだ４を溶融させ、完全に接続させる。この後、ワイヤーボンディング１０により、ウェハ上の全ての面発光光素子５は金属薄膜電極３と接続される。
【００１５】
貫通穴付きＳｉ６は、穴の大きい方、すなわち図１中ではセラミック１側の穴のサイズでマスクが形成される。その後、異方性ウェットエッチングによりエッチングされる。このようにすることで、図１のような斜面を有する貫通穴が形成される。貫通穴が形成されたＳｉウェハを、図１のような方向でガラス膜９に接合する。この時、陽極接合を用いることができる。
【００１６】
陽極接合は、ガラスとＳｉあるいは金属を接合する技術で、加熱しながら電圧を印加することで、ガラス中のＮａイオンなどを強制的にドリフトさせ、接合界面に静電引力を発生させて密着を促し、同時に界面で化学反応を起こして接合させる技術である。このため、ガラス膜９には、Ｎａイオンなどを含むパイレックス（登録商標）ガラスが好適である。
【００１７】
ガラス７もウェハの状態で貫通穴付きＳｉ６に陽極接合により接合される。この後、透明な樹脂を用いて、薄膜技術を用いてフレネルレンズ８が形成される。
【００１８】
最後にダイシングによる分割であるが、本実施例においては、二段階のダイシングを行う。まず、一回目のダイシングでは、幅の広いダイシングブレードを用いて、切断面が１１のようになるようにダイシングを行う。この時のダイシングの深さは、セラミック１、金属配線２、および金属薄膜電極３を切断しないようにする。次に二回目のダイシングでは、幅の小さいブレードを用いて、切断面が１２の位置になるようにセラミック１を切断する。このようにすることで、金属箔膜電極３を残して光モジュールをウェハから分割することができる。
【００１９】
最後に外部から、ワイヤーボンディング１０により接続を行う。
【００２０】
図２に、図１の光モジュールの組み立てプロセスの一部を示す。セラミック１上に、１３の金属配線および金属薄膜電極および薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだが形成されている。この上に面発光光素子５を位置合わせして押し付けて仮接続を行う。全て仮接続したら、セラミック１全体を窒素雰囲気か、還元雰囲気中で加熱してリフローを行い面発光光素子５をセラミック１上に完全に固定する。次に貫通穴１４のついたＳｉ６をセラミック１上のガラス膜９に押し付けて陽極接合を行う。ガラス７も貫通穴付きＳｉ６に押し付けて、同時に陽極接合を行うことも可能であり、光素子のあるＳｉの貫通穴の空間は、気密封止されている。
【００２１】
この後、透明樹脂などを用いてガラス７上にフレネルレンズ８を形成し、図１で説明したように二段階のダイシングを行い、分割する。
【実施例２】
【００２２】
図３に、本発明の第二の実施例を示す。本実施例では、面発光光素子５の横に、面受光光素子１５が実装され、貫通穴付きＳｉ６の貫通穴およびガラス膜９との接合面にはＡｌ膜１６が形成されている。図中の矢印は、面発光光素子５から出射された光の光路の一部を表している。図３のような実装形態にすることで、面発光光素子５の光をモニターし、出力などを調節することが可能である。なお、図３においては、電気接続を示すワイヤーボンディングと金属薄膜電極を省略している。
【００２３】
図３の実施例の製造プロセスは、第一の実施例と同様である。設計時に、面受光光素子のための金属配線、金属薄膜電極、薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだを形成すること、光素子の接続時に、面発光光素子と同時に面受光光素子も接続することが追加される。
【実施例３】
【００２４】
図４に本発明の第三の実施例を示す。本実施例では、第一の実施例で述べた構造で、面発光光素子５を、面受光光素子１５に置き換えたものである。本実施例の構造とすることで、外部から伝送された光信号をフレネルレンズ８で面受光光素子１５上に集光させ、受信用の光モジュールとすることができる。製造プロセスは、第一の実施例と同様である。
【実施例４】
【００２５】
図５に本発明の第四の実施例を示す。本実施例では、Ｓｉウェハ１９上に、面受光光素子１７が半導体プロセスで直接形成され、これが金属薄膜配線１８で外部へ取り出されている構造である。本構造とすることで、光素子をウェハ上に個別に並べる必要が無く、半導体プロセスで一括して形成することが可能である。
【００２６】
そのプロセスは、まず半導体プロセスで面受光光素子１７と金属薄膜配線１８および金属薄膜電極３をＳｉウェハ１９上に形成する。次にスパッタを用いてガラス膜９を形成する。これ以降の工程は、第一の実施例と同様で、貫通穴付きＳｉウェハ６およびガラス７を陽極接合で接合する。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明を用いることで、ウェハレベル実装により安価な光モジュールを大量に製造することが可能である。これにより、光記録装置、光通信モジュールの低価格化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例を示す図の一つである。
【図２】本発明の実施例の製造プロセスを示す図である。
【図３】本発明の実施例を示す図の一つである。
【図４】本発明の実施例を示す図の一つである。
【図５】本発明の実施例を示す図の一つである。
【符号の説明】
【００２９】
１…セラミック、２…金属配線、３…金属薄膜電極、４…薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだ、５…面発光光素子、６…貫通穴付きＳｉ、７…ガラス、８…フレネルレンズ、９…ガラス膜、１０…ワイヤーボンディング、１１…１回目のダイシングの端面、１２…２回目のダイシングの端面、１３…金属配線および金属薄膜電極および薄膜Ａｕ−Ｓｎはんだ、１４…貫通穴、１５…面受光光素子、１６…Ａｌ膜、１７…面受光光素子、１８…金属薄膜配線、１９…Ｓｉウェハ。
【図１】
2007019053.tif 000003
【図２】
2007019053.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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