JP2007019053A - Optical module for performing packaging and sealing on wafer - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a mounting form of an optical module for communication or optical recording.
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。 The optical module is an essential component for optical communication and optical recording. For relatively short-distance communication and optical recording modules, an optical element and a submount for mounting the optical element are mounted in a package called a can type, and a metal cap mounted with a lens is welded to the package Airtight sealing is performed. A can-type optical module will be described below.
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。 The optical element is manufactured using a compound semiconductor. When this is directly connected to a metal package, a large residual stress is generated due to a difference in thermal expansion between the optical element and the metal, and the optical element is broken or the characteristics are deteriorated. Therefore, the thermal expansion coefficient is connected to a component called a ceramic or Si submount that is close to a compound semiconductor, and the submount is connected to the package. Thereafter, the terminal of the package and the electrode of the optical element are electrically connected by wire bonding. The lens is fixed to one end of a cylindrical metal cap using a low melting point sealing glass or the like. The optical element and lens are aligned, and the other end is welded to the package. Thus, the optical element is hermetically sealed by the package, the metal cap, and the lens. In the case of a light emitting element module, the emitted light is collected by a lens and transmitted to the outside. In the case of a light receiving element module, an optical signal from the outside is condensed on a light receiving portion of the light receiving element by a lens.
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。 In the module having such a configuration, the step of connecting the optical element to the submount, the step of connecting the submount to the package, the step of fixing the lens to the metal cap with low-melting glass, and aligning and welding the metal cap to the package All processes are performed individually. For this reason, it took time to manufacture, which was a cause of cost increase.
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。 The problem to be solved by the present invention is to provide an inexpensive optical module by reducing the number of steps by collectively performing individual mounting on a wafer.
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。 As means for solving this problem, according to the present invention, a glass wafer is bonded to one side of a Si wafer having a through hole by anodic bonding, and a wafer having an electrode film formed on the other side is bonded by anodic bonding. An optical module is provided in which an optical element is mounted on the electrode film inside a through hole of the Si wafer sandwiched between the glass wafer and the wafer on which the electrode film is formed. The
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。 According to the present invention, since sealing and the like are performed collectively with a wafer, a large amount of optical modules can be manufactured in a short time, and an inexpensive optical module can be provided.
以下、本発明を、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the drawings.
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。
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the optical module of FIG. 1, a
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。
First, in the ceramic 1, a ceramic in a green sheet state is laminated to form an electrode and a wiring-shaped concave pattern. A metal paste such as tungsten is printed in the concave pattern and fired to form the
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。
Next, a
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。
Next, the metal
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。
The surface emitting
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。
In the Si6 with a through hole, the mask is formed with the larger hole, that is, the size of the hole on the ceramic 1 side in FIG. Thereafter, etching is performed by anisotropic wet etching. By doing in this way, the through-hole which has a slope like FIG. 1 is formed. The Si wafer in which the through hole is formed is bonded to the
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。
Anodic bonding is a technology that joins glass and Si or metal. By applying voltage while heating, Na ions in the glass are forcibly drifted, and electrostatic attraction is generated at the bonding interface. It is a technology that promotes and at the same time causes a chemical reaction at the interface to join. Therefore, Pyrex (registered trademark) glass containing Na ions or the like is suitable for the
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。
The
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。
Finally, division by dicing is performed. In this embodiment, two-stage dicing is performed. First, in the first dicing, dicing is performed using a wide dicing blade so that the cut surface becomes 11. The dicing depth at this time is such that the ceramic 1, the
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。 Finally, connection is made from the outside by wire bonding 10.
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。
FIG. 2 shows a part of the assembly process of the optical module of FIG. On the ceramic 1, 13 metal wirings, metal thin film electrodes, and a thin film Au—Sn solder are formed. The surface emitting
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。
Thereafter, the
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。
FIG. 3 shows a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a surface light receiving
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。 The manufacturing process of the embodiment of FIG. 3 is the same as that of the first embodiment. At the time of design, metal wiring, metal thin film electrode, thin film Au-Sn solder for the surface light receiving optical element is formed, and when the optical element is connected, the surface light receiving optical element is also connected simultaneously with the surface light emitting optical element. The
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。
FIG. 4 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the surface emitting
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。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the surface light-receiving optical element 17 is directly formed on the
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。
In the process, first, the surface light receiving optical element 17, the metal
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。 By using the present invention, it is possible to manufacture a large number of inexpensive optical modules by wafer level mounting. Thereby, the price reduction of the optical recording device and the optical communication module can be realized.
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。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ceramic, 2 ... Metal wiring, 3 ... Metal thin film electrode, 4 ... Thin film Au-Sn solder, 5 ... Surface emitting optical element, 6 ... Si with a through-hole, 7 ... Glass, 8 ... Fresnel lens, 9 ... Glass film DESCRIPTION OF
Claims (5)
The optical module according to claim 1, wherein the material of the wafer on which the electrode film is formed is glass, and is bonded to the Si wafer having the through hole by anodic bonding.
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