(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光線を発振して出力する又は入力されたレーザ光線を増幅して出力する光半導体チップと、出力されたレーザ光線を受光する一又は二以上の受光チップと、上記光半導体チップに接続された光ファイバーとが同一のヒートシンク上に所定の位置関係で固定されていて、上記光ファイバーを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するとともに上記光半導体チップと上記受光チップとを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するマルチチップモジュールの製造方法であって、
上記光ファイバーから入力される又は上記光ファイバーに出力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の光半導体チップ位置に上記光半導体チップを仮固定材によって仮固定する光半導体チップ仮固定工程と、
上記受光チップに入力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の受光チップ位置に上記受光チップを仮固定材によって仮固定する受光チップ仮固定工程と、
上記仮固定された上記光半導体チップ及び上記仮固定された上記受光チップを半田材によって固定するチップ固定工程とを含むことを特徴とするマルチチップモジュールの製造方法。
【請求項２】
上記仮固定が、圧着された金属又は樹脂接着剤で行われることを特徴とする請求項１記載のマルチチップモジュールの製造方法。
【請求項３】
上記レーザチップがその固定側表面に半田材用金属膜と、該半田材用金属膜から分離されている仮固定材用金属膜とを有する一方、上記ヒートシンクがその固定側表面に上記レーザチップ側の半田材用金属膜に対応する半田材用金属膜と上記レーザチップ側の仮固定材用金属膜に対応する仮固定材用金属膜とを有することを特徴とする請求項１又は２記載のマルチチップモジュールの製造方法。
【請求項４】
上記半田材用金属膜を、上記レーザチップの固定側表面で該レーザチップが上記レーザ光線を出力することで温度が上昇する部分に形成する一方、ヒートシンク側には上記半田材用金属膜を覆うように半田材を設け、
上記チップ固定工程において、上記半田材を融解凝固させ上記レーザチップ側の上記半田材用金属膜と上記ヒートシンク側の上記半田材用金属膜との間に上記半田材よりも体積が小さく上記両金属膜に密着している融着半田部を形成することを特徴とする請求項３に記載のマルチチップモジュールの製造方法。
【請求項５】
上記ヒートシンク上の上記半田材用金属膜と上記仮固定材用金属膜との間に、余剰な融解した上記半田材が流れ込む半田材たまり溝が形成されていることを特徴とする請求項３又は４記載のマルチチップモジュール製造方法。
【請求項６】
上記圧着された金属が、少なくとも表面に金又は金合金層で形成されたものであり
上記半田材が、ＰｂＳｎ又はＩｎＰｂであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のマルチチップ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、パッシブアライメントを利用するマルチチップモジュールの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マルチチップモジュールの一種であるレーザチップモジュールは、光ファイバーを介して半導体レーザチップから出力されたレーザ光線をヒートシンクの外部に導く一方、レーザチップから出力されたモニターレーザをモニターチップに導くように設計されている。従って、レーザ光線に光ファイバーをアライメントするために、レーザチップと光ファイバーとを優れた精度で位置合わせする必要がある。従来、光ファイバーのアライメントは、ヒートシンクに固定されたレーザチップからレーザ光線を出力させる一方、ヒートシンク上で光ファイバーの位置を調整し、光ファイバーに導かれる光パワーが最大になる位置に光ファイバーを固定していた。アクティブアライメントと呼ばれるこの方法は、光ファイバーとレーザチップとを精密に位置合わせすることが可能であるが、アライメントに時間がかかるため生産性が悪く、レーザチップモジュールを低価格で生産することの弊害であった。
【０００３】
近年、上記課題に対処するためにパッシブアライメントと呼ばれる方法が提案されている。この方法は、予めヒートシンクであるシリコン基板にＶ型溝を形成し、該Ｖ字型溝に光ファイバーを落とし込んで固定した後、レーザチップとヒートシンクとに形成されているアライメントマークを画像認識して、レーザチップのレーザ光線を出力する発光部が、光ファイバーのコア断面の直前になるようなヒートシンク上の基準点にレーザチップを固定するものである。
【０００４】
詳細には、図５（ａ）で示すように、ヒートシンク金属膜１０を備えていて、さらにその上に半田材１１が形成されているヒートシンク１３をボンディング装置（図示せず）に設置する。他方、内部にレーザ光線を出力する発光部６を有し、表面に半田材用金属層１２を備えているレーザチップ１を上記ヒートシンク１３の上方に設置する。この際、発光部６は、上記レーザ光線が入力される光ファイバー（図示せず）のコアの中心である基準点６の上方に位置する。次に、図５（ｂ）で示すように、キャピラリ１４によって、レーザチップ１をヒートシンク１３に押しつけて所定の加重をかけながら、半田材１１を加熱し冷却する。こうすることで基準点７に発光点６が一致する位置、即ち光ファイバーに十分にレーザ光線を供給できる位置にレーザチップ１を半田材１１で固定する。
【０００５】
ヒートシンクにレーザチップを固定した後、レーザ光線を十分に入力することができるヒートシンク上の位置にモニターチップを半田材で固定する。即ち、パッシブアライメントによってレーザチップとモニターチップとを固定する場合、同一のヒートシンク上で半田融解が二度行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながらパッシブアライメントには、以下に説明するような課題があった。モニターチップを固定する際にヒートシンクを加熱するので、既にレーザチップを固定している半田材が再融解・再凝縮する。この際、キャピラリはモニターチップを押さえていて、レーザチップに適度な荷重がかかることがないので、再融解した半田材の表面張力により、レーザチップが半田材から浮いた状態で固定される。
【０００７】
さらに、ヒートシンク金属膜の状態及び該金属膜の酸化状態によって、再融解・再凝固した半田材が一部ヒートシンク内部に浸透し、さらにヒートシンクが部分的に半田材をはじくので、再融解時の半田材の表面張力が不均一になり、半田材の表面が傾斜し、図６で示すようにレーザチップ１が傾斜して固定される。
【０００８】
上述したような状態になると、レーザチップの発光点６が基準点７からずれた状態で固定される。このような状態では、レーザ光線を光ファイバーに適切に導くことはできない。
【０００９】
さらに、融解し凝固することで体積が減少する特性を有する半田材を用いると、半田材用金属膜と半田材との間に不均一な空隙が発生する可能性がある。このような空隙はレーザチップでは発生した熱をヒートシンクに放熱することの妨げになる。特に、レーザチップモジュールの最大の発熱源である発光部の直下部分にこのような空隙が発生すると、レーザチップモジュールの高温動作に悪影響を与える。
【００１０】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、（１）予め光ファイバーが固定されているヒートシンク上に光半導体チップと受光チップを優れた精度で所定の位置に固定するマルチチップモジュールの製造方法、及び（２）放熱性に優れた融着半田部を備えたマルチチップモジュールの製造方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明にかかるマルチチップモジュールの製造方法は、同一のヒートシンク上にレーザチップ及びモニターチップを仮固定した後に、該両チップを半田材で同時に固定する。具体的には、本発明にかかるレーザチップモジュールの製造方法は、レーザ光線を発振して出力する又は入力されたレーザ光線を増幅して出力する光半導体チップと、出力されたレーザ光線を受光する一又は二以上の受光チップと、上記光半導体チップに接続された光ファイバーとが同一のヒートシンク上に所定の位置関係で固定されていて、上記光ファイバーを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するとともに上記光半導体チップと上記受光チップとを上記ヒートシンクの上記所定の位置に固定するマルチチップモジュールの製造方法であって、上記光ファイバーから入力される又は上記光ファイバーに出力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の光半導体チップ位置に上記光半導体チップを仮固定材によって仮固定する光半導体チップ仮固定工程と、上記受光チップに入力される上記レーザ光線の強度が実質的に最大になる上記ヒートシンク上の受光チップ位置に上記受光チップを仮固定材によって仮固定する受光チップ仮固定工程と、上記仮固定された上記光半導体チップ及び上記仮固定された上記受光チップを半田材によって固定するチップ固定工程とを含むことを特徴とするもので、上記光半導体チップと上記受光チップを同時に半田材で固定することによって、ヒートシンク上での位置ずれを防止する。
【００１２】
また、上記マルチチップモジュールの製造方法は、十分な強度でチップを仮固定する為に、上記仮固定を圧着された金属又は樹脂接着剤で行うことが好ましい。
【００１３】
さらに、上記マルチチップモジュールの製造方法は、上記レーザチップがその固定側表面に半田材用金属膜と、該半田材用金属膜から分離されている仮固定材用金属膜とを有する一方、上記ヒートシンクがその固定側表面に上記レーザチップ側の上記半田材用金属膜に対応する半田材用金属膜と上記レーザチップ側の上記仮固定材用金属膜に対応する仮固定材用金属膜を有しているのが好ましい。
【００１４】
また、上記マルチチップモジュールの製造方法は、半田材に発生する空隙を減少させてレーザチップモジュールの放熱効率を向上させる為に、上記半田材用金属膜を、上記レーザチップの固定側表面で該レーザチップが上記レーザ光線を出力することで温度が上昇する部分に形成する一方、ヒートシンク側には上記半田材用金属膜を覆うように半田材を設け、上記チップ固定工程において、上記半田材を融解凝固させ上記レーザチップ側の上記半田材用金属膜と上記ヒートシンク側の上記半田材用金属膜との間に上記半田材よりも体積が小さく上記両金属膜に密着している融着半田部を形成するのが好ましい。
【００１５】
さらに、上記マルチチップモジュールの製造方法は、融解した余剰な半田材が仮固定部を融解することを防止する為に、上記ヒートシンク上の上記半田材用ヒートシンク金属膜と上記仮固定材用ヒートシンク金属膜との間に余剰な融解した上記半田材が流れ込む半田材たまり溝が形成されているのが好ましい。
【００１６】
また、上記マルチチップモジュールの製造方法は、半田材に発生する空隙を減少させるために、上記圧着された金属が、少なくとも表面に金又は金合金層で形成されたものである場合、上記半田材を、融解前後において体積が変化しないＰｂＳｎ又はＩｎＰｂとすることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
実施の形態１．
最初に、図１を参照して、本発明の実施の形態１にかかるレーザチップモジュール２０に関して説明する。図１で示すレーザチップモジュール２０は、パッシブアライメントによって光ファイバー１６に対して、光半導体チップであるレーザチップ１の位置決めを行ったものである。詳細には、レーザチップモジュール２０は、ヒートシンク２上に設けられたＶ字溝１７に光ファイバー１６を固定した後、レーザ光線を出力する発光部６を備えたレーザチップ１を圧着金属３で仮固定し、モニターチップ１５を圧着金属３で仮固定し、続いて上記両チップ１、１５を融着半田材４で固定したものである。レーザチップ１が光ファイバー１６及びモニターチップ１５に最大限にレーザ光線を供給できるように、図１（ｂ）に示すように、レーザチップ１の前方発光部６ｂと光ファイバー１６のコアの中心とが対向し、レーザチップ１の後方発光部６ｂとモニターチップ１５の受光部１５ａとが対向するように、光ファイバー１６、レーザチップ１及びモニターチップ１５が配置されている。尚、本実施の形態においては光半導体チップとしてレーザチップを用いたが、本発明はこれに限定されるものでなく、入力されたレーザ光線を増幅して出力する光半導体アンプチップ等の他の光半導体チップを用いてもよい。
【００１９】
ヒートシンク２上のレーザチップ位置２ｃにレーザチップ１を固定して、光ファイバー１６のコアの中心である基準点７に発光部６を一致させた状態を図２に示す。図２に示すように、レーザチップ１には、レーザチップ１の発光部６の直下部表面を覆う半田材用金属膜１ａ、及びレーザチップ１の両端部表面を覆う圧着金属用金属膜１ｂが形成されている一方、ヒートシンク２上のレーザチップ位置２ｃには、上記半田材用金属膜１ａに対応する半田材金属２ａ及び上記圧着金属用金属膜１ｂに対応する圧着金属用金属膜２ｂが形成されている。さらに、融着半田材４は半田材用金属膜１ａ、２ａに挟まれていて、圧着金属３は圧着金属１ｂ、２ｂに挟まれている。尚、ヒートシンク２上の半田材用金属膜２ａと圧着金属用金属膜２ｂとの間の領域には半田材たまり溝９が設けられている。
【００２０】
次に、レーザチップ１及びモニターチップをヒートシンク２に固定する方法について説明する。図３（ａ）で示すように、内部に発光部６を有するレーザチップ１の固定側表面に、発光部６の直下部を覆う半田材用金属膜１ａと該半田材用金属膜１ａから分離されている圧着金属用金属膜１ｂとを形成し、続いて、圧着金属用金属膜１ｂ表面に金又は金合金からなる圧着金属３ａを設ける。
【００２１】
一方、ヒートシンク１上のレーザチップ位置２ｃに、上記半田材用金属膜１ａに対応する半田材用金属膜２ａ、該半田材用金属膜２ａから分離されている上記圧着金属用金属膜１ｂに対応する圧着金属用金属膜２ｂを形成し、さらに、半田材用金属膜２ａの圧着金属用金属膜２ｂとの間に半田たまり溝９を形成する。次に、圧着金属用金属膜２ｂ上に金又は金合金からなる圧着金属３ｂを設け、半田たまり溝９で挟まれる部分の半田材用金属膜２ａ上に金スズ（ＡｕＳｎ）半田である半田材４ａを載置する。
【００２２】
次に、図３（ａ）で示すように、発光部６が基準点７に真上になり、半田材用金属膜１ａと半田材用金属膜２ａ、及び圧着金属３ａと圧着金属３ｂとが対向するように、上記レーザチップ１をヒートシンク２のレーザチップ位置２ｃの上方に設置する。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）で示すように、圧着金属３ａと圧着金属３ｂとが接するように、キャピラリ１２によってヒートシンク２にレーザチップ１を所定の荷重をかけて押しつける一方、半田材４の融点以下の温度にヒートシンク２を加熱して圧着金属３ａと圧着金属３ｂとを熱圧着させて、レーザチップ１をヒートシンク２上のレーザチップ位置２ｃに十分な強度で仮固定する。
【００２４】
さらに、レーザ光線を最大限にモニターチップに供給することができるヒートシンク上のモニターチップ位置（図示せず）に、モニターチップを同様に圧着金属で十分な強度で仮固定する。
【００２５】
尚、上述した圧着金属の代わりに樹脂接着材を用いて、レーザチップ１とモニターチップとをヒートシンク２に仮固定してもよい。
【００２６】
同一のヒートシンクにレーザチップとモニターチップとを仮固定した後、ヒートシンクを半田材の融点以上に加熱して、レーザチップとヒートシンクとの間に介在する半田材、及びモニターチップとヒートシンクの間に介在する半田材を同時に融解させ、該半田材を冷却し凝固させ、両チップをヒートシンクに融着固定する。この際、融解した余剰な半田は半田材たまり溝９に流れ込む。こうすることで、同一のヒートシンク上にモニターチップとレーザチップとを固定する工程が完了する。尚、上記同様の方法を利用して、光ファイバーから供給されるレーザ光線の強度が最大になる位置に受信用フォトダイオードチップを固定することもできる。
【００２７】
上記レーザチップ１とモニターチップとは、十分な強度でヒートシンクに仮固定がされているので、半田材を融解させる際にヒートシンクを加熱しても、熱応力によって上記両チップがヒートシンクの所定の位置からずれることがない。
【００２８】
また、ヒートシンク２に半田材たまり溝９が設け、溶解したＡｕＳｎ半田４が該半田材たまり溝９に流れ込むので、溶解したＡｕＳｎ半田４が、金又は金合金からなる圧着金属を融解することを防止される。
【００２９】
尚、半田材としては、上述したＡｕＳｎ半田の代わりに、ＰｂＳｎ半田又はＩｎＰｂ半田を用いてもよい。このような材料を半田材に用いると、融解されたＰｂＳｎ半田又はＩｎＰｂ半田によって、金又は金合金からなる圧着金属を溶解することがないので、半田材たまり溝９を形成する必要がない。さらに、ＰｂＳｎ半田又はＩｎＰｂ半田は、融解前後によって体積が減少しないので、半田材金属膜と融解半田部との間に空隙が発生することもない。
【００３０】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２にかかるレーザチップモジュールについて説明する。レーザチップをヒートシンクに固定する方法を除いて、実施の形態２のレーザチップモジュールは、上記実施の形態１にかかるレーザチップモジュールと同様である。以下、図４（ａ）、（ｂ）を参照して、実施の形態２にかかるレーザチップの固定方法について説明する。
【００３１】
最初、図４（ａ）で示すように、レーザ光線を出力する発光部６を内部に備えたレーザチップ１の表面に、レーザ光線を出力することで温度が上昇する発光部６の直下部のみを覆う半田材用金属膜１ｃと該半田材用金属膜１ｃから分離されているレーザチップ１の両端部を覆う圧着金属用金属膜１ｂとを形成し、次に、圧着金属用金属膜１ｂ上に金又は金メッキからなる圧着金属３ａを設ける。
【００３２】
一方、ヒートシンク２のレーザチップ位置２ｃに、上記半田材用金属膜１ｃに対応する半田材用金属膜２ｄ、及び該半田材用金属膜２ｄから分離されている上記圧着金属用金属膜１ｂに対応する半田材用金属膜２ｂを形成し、さらに、半田材用金属膜２ｄと圧着金属用金属膜２ｂとの間に半田たまり溝８を設ける。続いて、ヒートシンク２上の半田たまり溝８で挟まれる部分に金スズ（ＡｕＳｎ）半田である半田材４ａを載置し、該半田材４ａで半田材用金属膜２ｄを完全に覆う一方、圧着金属用金属膜２ｂ上に金又は金メッキからなるヒートシンク側圧着金属３ｂを設ける。
【００３３】
次に、図４（ａ）で示すように、発光部６が基準点７に真上になり、半田材用金属膜１ｃと半田材用金属膜２ｄとが対向し、圧着金属３ａと圧着金属３ｂとが対向するように、上記レーザチップ１をヒートシンク２のレーザチップ位置２ｃの上方に設置した後、上記実施の形態１と同様に、レーザチップ１をヒートシンク２に十分な強度で仮固定し、モニターチップをヒートシンクに仮固定する。
【００３４】
モニターチップとレーザチップとをヒートシンクに仮固定した後、レーザチップとヒートシンクの間に介在する半田材、及びモニターチップとヒートシンクの間に介在する半田材を加熱し、融解・凝固させる。この際、半田材は金属材料になじむ性質があるので、半田材用金属膜１ｃ、２ｄとの間に溶解した半田材が集中する。従って、図４（ｂ）に示すように、発光部６の直下部にのみに融着半田部４ｂが形成される。
【００３５】
上記実施の形態２のような構造にすると、半田材が融解後、ヒートシンク金属膜２ｄとレーザチップ金属膜１ｃの面積に応じて、半田材４の体積が減少するので、融着半田部４と半田材用金属膜１ｃ、２ｄとの間に空隙が発生することはない。
【００３６】
このようにして、レーザチップの発光部の直下部に空隙のない半田材を設けることで、レーザチップの発光部から発生する熱を効率よく放熱することができる。
【００３７】
上述した実施の形態１及び２は、同一のヒートシンク上に二つの半導体チップ、即ちレーザチップとモニターチップとを精度よく固定する方法に関して説明したが、同じ方法によって、同一のヒートシンク上に３つ以上の半導体チップを固定することも可能である。従って、光ファイバーから供給されるレーザ光線が最大になるようなヒートシンク上の位置に受信用半導体チップを固定することも可能である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、光半導体チップ及びモニターチップをヒートシンク上の所定の位置に仮固定した後、上記両チップを半田材によって上記所定の位置に同時に融着固定しているので、上記両チップを精度良く同一ヒートシンクに固定することができる。
【００３９】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、仮固定部を圧着金属又は樹脂接着剤とすることで、十分な強度でレーザチップ及びモニターチップを仮固定することができる。
【００４０】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、レーザチップ表面に半田部用金属膜と仮固定材用金属膜を設ける一方、ヒートシンク側に半田部用金属膜と仮固定材用金属膜とを設けることで、ヒートシンクに対するレーザチップの固定をより正確にする。
【００４１】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、空隙の無い半田材をレーザチップの発光部分の直下部に設けることで、マルチチップモジュールの放熱性を向上させ、マルチチップモジュールの高温での動作特性を優れたものにする。
【００４２】
本発明のマルチチップモジュールの製造方法は、ヒートシンク上に半田たまり溝を設けることによって、溶解した余剰な半田材を該半田たまり溝で回収して、圧着金属部を溶解することを防止し、ヒートシンク上のレーザチップの位置決め精度を優れたものにする。
【００４３】
本発明のレーザチップモジュールの製造方法は、半田材を融解前後で体積が変化しないＰｂＳｎ又はＩｎＰｂとすることで、半田材中の空隙の発生を防止して、レーザチップモジュールの高温動作特性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかるレーザチップモジュールを示す。
【図２】  図１のレーザチップモジュールの線II-IIに沿った断面図を示す。
【図３】  本発明の実施の形態１にかかるレーザチップモジュールの製造方法において、ヒートシンクにレーザチップを固定する方法を示すもので、（ａ）はヒートシンク上の所定の位置にレーザチップを設置する工程を示し、（ｂ）はヒートシンクにレーザチップを仮固定する工程を示す。
【図４】  本発明の実施の形態２にかかるレーザチップモジュールの製造方法において、ヒートシンクにレーザチップを固定する方法を示すもので、（ａ）はヒートシンク上の所定の位置にレーザチップを設置する工程を示し、（ｂ）はヒートシンクにレーザチップを仮固定する工程を示す。
【図５】  従来技術にかかるレーザチップモジュールの製造方法において、ヒートシンクにレーザチップを固定する方法を示すもので、（ａ）はヒートシンク上の所定の位置にレーザチップを設置する工程を示し、（ｂ）はヒートシンクにレーザチップを仮固定する工程を示す。
【図６】  従来技術にかかるレーザチップモジュールを示すもので、ヒートシンク上の所定の位置からずれたレーザチップを示す。
【符号の説明】
１  レーザチップ、  １ａ  半田材用金属膜、  １ｂ  圧着金属用金属膜、  １ｃ  半田材用金属膜、  ２  ヒートシンク、  ２ａ  半田材用金属膜、  ２ｂ圧着金属用金属膜、  ２ｃ  レーザチップ位置、  ２ｄ  半田材用ヒートシンク金属膜、  ４  融着半田部、  ４ａ  半田材、  ４ｂ  融着半田部、  ６  発光部、  ７  基準点、  ２０  レーザチップモジュール。
【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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