JP3483102B2 - 光素子実装体 - Google Patents
光素子実装体Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザや光
ファイバ等を平面光導波回路板に搭載した光モジュール
を実装基板に装着してなる光素子実装体に関する。
ファイバ等を平面光導波回路板に搭載した光モジュール
を実装基板に装着してなる光素子実装体に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザ(レーザダイオード)や受
光素子等の光素子や光ファイバ等を光素子搭載基板に搭
載した光モジュールでは、信頼性の観点から封止(パッ
ケージング)が重要である。特に、半導体レーザの場合
はレーザ光を出射する出射面での熱的損傷によって素子
の寿命が短くなるため、封止は一層重要である。
光素子等の光素子や光ファイバ等を光素子搭載基板に搭
載した光モジュールでは、信頼性の観点から封止(パッ
ケージング)が重要である。特に、半導体レーザの場合
はレーザ光を出射する出射面での熱的損傷によって素子
の寿命が短くなるため、封止は一層重要である。
【0003】このため従来は、配線基板構造の実装基板
に光モジュールを搭載して使用する場合、パッケージン
グされた光モジュールを実装基板に搭載している。
に光モジュールを搭載して使用する場合、パッケージン
グされた光モジュールを実装基板に搭載している。
【0004】従来の主な光モジュールの封止構造として
は、特別の容器(パッケージ)で光素子や光ファイバ等
を気密的に封止する気密封止構造、光素子や光ファイバ
等を樹脂で封入する簡易封止構造が知られている。
は、特別の容器(パッケージ)で光素子や光ファイバ等
を気密的に封止する気密封止構造、光素子や光ファイバ
等を樹脂で封入する簡易封止構造が知られている。
【0005】図7は気密封止構造の光モジュールの例で
ある。気密封止構造の光モジュール1においては、その
パッケージ2は偏平箱型のパッケージ本体3と、このパ
ッケージ本体3の上面側に気密的に固定される蓋4とに
よって構成されている。
ある。気密封止構造の光モジュール1においては、その
パッケージ2は偏平箱型のパッケージ本体3と、このパ
ッケージ本体3の上面側に気密的に固定される蓋4とに
よって構成されている。
【0006】パッケージ本体3の上面にはシリコンから
なる光素子搭載基板5が固定されている。この光素子搭
載基板5は、一般にはシリコンプラットフォームと呼称
され、その上面には所定パターンの導体層6や溝7等が
形成されている。
なる光素子搭載基板5が固定されている。この光素子搭
載基板5は、一般にはシリコンプラットフォームと呼称
され、その上面には所定パターンの導体層6や溝7等が
形成されている。
【0007】前記一部の導体層6上には半導体レーザ1
0が固定され、前記溝7には光ファイバ11が挿入され
る。前記溝7は前記半導体レーザ10の一方の端面であ
る出射面に臨むように形成されている。
0が固定され、前記溝7には光ファイバ11が挿入され
る。前記溝7は前記半導体レーザ10の一方の端面であ
る出射面に臨むように形成されている。
【0008】光ファイバ11はパッケージ本体3の一端
に設けられたガイド孔12を通してパッケージ2内に案
内され、前記溝7内に置かれ、先端は半導体レーザ10
の一方の出射面に対峙するようになる。この結果、半導
体レーザ10から出射されるレーザ光は光ファイバ11
の先端から光ファイバ11内に取り込まれる。
に設けられたガイド孔12を通してパッケージ2内に案
内され、前記溝7内に置かれ、先端は半導体レーザ10
の一方の出射面に対峙するようになる。この結果、半導
体レーザ10から出射されるレーザ光は光ファイバ11
の先端から光ファイバ11内に取り込まれる。
【0009】また、半導体レーザ10の上部電極と所定
の導体層6は導電性のワイヤ13で電気的に接続されて
いる。
の導体層6は導電性のワイヤ13で電気的に接続されて
いる。
【0010】一方、パッケージ本体3の他端に設けられ
た孔からは電気信号伝送用の電気ケーブル14の先端が
パッケージ2内に案内され、図示はしないが電気ケーブ
ル14の所定の導線はそれぞれ所定の導体層6に電気的
に接続される。
た孔からは電気信号伝送用の電気ケーブル14の先端が
パッケージ2内に案内され、図示はしないが電気ケーブ
ル14の所定の導線はそれぞれ所定の導体層6に電気的
に接続される。
【0011】また、前記光素子搭載基板5上の半導体レ
ーザ10,光ファイバ11の先端部分およびワイヤ13
等は、押さえ板15で覆われる。
ーザ10,光ファイバ11の先端部分およびワイヤ13
等は、押さえ板15で覆われる。
【0012】蓋4は、パッケージ本体内の組み立てが終
了した後、抵抗加熱溶接によってパッケージ本体3に気
密的に封止される。
了した後、抵抗加熱溶接によってパッケージ本体3に気
密的に封止される。
【0013】このような気密封止構造については、電子
情報通信学会発行「電子情報通信学会1995年エレクトロ
ニクスソサエティ大会講演論文集」、C−187“無調
整実装型モジュールの自動組立検討”に開示されてい
る。
情報通信学会発行「電子情報通信学会1995年エレクトロ
ニクスソサエティ大会講演論文集」、C−187“無調
整実装型モジュールの自動組立検討”に開示されてい
る。
【0014】図8は簡易封止構造の光モジュールの例で
ある。簡易封止構造の半導体モジュール1は、電気端子
(リード)20を取り付けたステム21に半導体レーザ
10や光ファイバ11が取り付けられるとともに、前記
ステム21上に形成される絶縁性の透明な樹脂22で前
記半導体レーザ10や光ファイバ11の先端部分を一体
に封止する構造になっている。
ある。簡易封止構造の半導体モジュール1は、電気端子
(リード)20を取り付けたステム21に半導体レーザ
10や光ファイバ11が取り付けられるとともに、前記
ステム21上に形成される絶縁性の透明な樹脂22で前
記半導体レーザ10や光ファイバ11の先端部分を一体
に封止する構造になっている。
【0015】すなわち、前記ステム21の平坦な面の略
中央には矩形体からなる支持部23が突出し、この支持
部23の一側面にシリコン等からなるヒートシンク24
が固定されている。そして、前記ヒートシンク24の一
端側(図中右端側)に半導体レーザ10が固定され、前
記半導体レーザ10の一方の出射面に先端が対面するよ
うに光ファイバケーブル25から延在する光ファイバ1
1が固定されている。この簡易封止構造の光モジュール
1は、たとえばCD用に使用されている。
中央には矩形体からなる支持部23が突出し、この支持
部23の一側面にシリコン等からなるヒートシンク24
が固定されている。そして、前記ヒートシンク24の一
端側(図中右端側)に半導体レーザ10が固定され、前
記半導体レーザ10の一方の出射面に先端が対面するよ
うに光ファイバケーブル25から延在する光ファイバ1
1が固定されている。この簡易封止構造の光モジュール
1は、たとえばCD用に使用されている。
【0016】この簡易封止構造の光モジュール1では、
樹脂22を半導体レーザ10の周囲に溜めるための枠と
してステム21を用い、樹脂の供給はポッティングによ
り行っている。
樹脂22を半導体レーザ10の周囲に溜めるための枠と
してステム21を用い、樹脂の供給はポッティングによ
り行っている。
【0017】このような簡易封止構造については、電子
情報通信学会発行「電子情報通信学会1995年エレクトロ
ニクスソサエティ大会講演論文集1」、C−212“樹
脂封止ピグテール形LDモジュール”に開示されてい
る。
情報通信学会発行「電子情報通信学会1995年エレクトロ
ニクスソサエティ大会講演論文集1」、C−212“樹
脂封止ピグテール形LDモジュール”に開示されてい
る。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】従来の気密封止構造の
光モジュール1では、特別の容器(パッケージ)が必要
になり光モジュールの容積(モジュール容積)が大きく
なる。この結果、実装基板に対する実装容積が大きくな
る。
光モジュール1では、特別の容器(パッケージ)が必要
になり光モジュールの容積(モジュール容積)が大きく
なる。この結果、実装基板に対する実装容積が大きくな
る。
【0019】また、気密封止構造では、電気ケーブル1
4を用いる構造であるため伝送距離が長くなり易く、電
気特性上、高周波に対応しにくい構造となっている。
4を用いる構造であるため伝送距離が長くなり易く、電
気特性上、高周波に対応しにくい構造となっている。
【0020】一方、従来の簡易封止構造の光モジュール
1でもステム21上に樹脂22を溜める構造になること
から、モジュール容積が大きくなる。
1でもステム21上に樹脂22を溜める構造になること
から、モジュール容積が大きくなる。
【0021】また、簡易封止構造では、電気端子20を
駆動用のボード、すなわち実装基板に接合するため、配
線の引き回しから電気特性上高周波に対応しにくい構造
になる。
駆動用のボード、すなわち実装基板に接合するため、配
線の引き回しから電気特性上高周波に対応しにくい構造
になる。
【0022】本発明の目的は、封止容積の小型化を図る
ことができる光素子実装体を提供することにある。本発
明の他の目的は、特別の容器を必要としない光素子実装
体を提供することにある。本発明の他の目的は、高速動
作が実現できる光素子実装体を提供することにある。本
発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
ことができる光素子実装体を提供することにある。本発
明の他の目的は、特別の容器を必要としない光素子実装
体を提供することにある。本発明の他の目的は、高速動
作が実現できる光素子実装体を提供することにある。本
発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明
細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【0023】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)主面に少なくとも1つ以上の光素子を有する半導
体チップが固定されるとともに主面に突出した電極が設
けられかつ前記半導体チップの所定の光素子との間で光
の授受を行う光ファイバが取り付けられてなる光素子搭
載基板と、主面に前記電極に対応するランドが設けられ
かつ前記ランドに前記電極を介して前記光素子搭載基板
が固定される実装基板と、前記半導体チップと前記実装
基板との間の空間に充填される絶縁性で透明な樹脂と、
前記透明な樹脂の表面を覆う絶縁性の樹脂とを有し、前
記実装基板の前記ランドを有する面は一段低く窪むとと
もに前記実装基板には前記窪みに連通するスルーホール
が設けられ、かつ前記スルーホールの入口は半田の充填
によって塞がり、前記半田の充填部分より内側に前記透
明な樹脂が充填され、前記半導体チップは前記実装基板
に非接触になっていることを特徴とする。少なくとも前
記光素子搭載基板の裏面全域には導体層が設けられ、前
記実装基板に前記光素子搭載基板を固定することによっ
て前記実装基板に設けられたグランドに前記導体層が電
気的に接続されるように構成されている。前記光素子搭
載基板はその表層部分に光導波路を有し、前記光素子と
前記光ファイバは前記光導波路を介して光学的に接続さ
れている。前記実装基板には外部端子が設けられ全体で
単体の製品を構成している。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)主面に少なくとも1つ以上の光素子を有する半導
体チップが固定されるとともに主面に突出した電極が設
けられかつ前記半導体チップの所定の光素子との間で光
の授受を行う光ファイバが取り付けられてなる光素子搭
載基板と、主面に前記電極に対応するランドが設けられ
かつ前記ランドに前記電極を介して前記光素子搭載基板
が固定される実装基板と、前記半導体チップと前記実装
基板との間の空間に充填される絶縁性で透明な樹脂と、
前記透明な樹脂の表面を覆う絶縁性の樹脂とを有し、前
記実装基板の前記ランドを有する面は一段低く窪むとと
もに前記実装基板には前記窪みに連通するスルーホール
が設けられ、かつ前記スルーホールの入口は半田の充填
によって塞がり、前記半田の充填部分より内側に前記透
明な樹脂が充填され、前記半導体チップは前記実装基板
に非接触になっていることを特徴とする。少なくとも前
記光素子搭載基板の裏面全域には導体層が設けられ、前
記実装基板に前記光素子搭載基板を固定することによっ
て前記実装基板に設けられたグランドに前記導体層が電
気的に接続されるように構成されている。前記光素子搭
載基板はその表層部分に光導波路を有し、前記光素子と
前記光ファイバは前記光導波路を介して光学的に接続さ
れている。前記実装基板には外部端子が設けられ全体で
単体の製品を構成している。
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】前記(1)の手段によれば、(a)封止は
パッケージ本体(容器本体)を使用せず、実装基板に光
素子搭載基板をフエースダウンボンディングで固定し、
かつ前記光素子搭載基板を蓋で覆うことから、封止容積
を小さくできるとともに、封止コストの低減が達成でき
る。
パッケージ本体(容器本体)を使用せず、実装基板に光
素子搭載基板をフエースダウンボンディングで固定し、
かつ前記光素子搭載基板を蓋で覆うことから、封止容積
を小さくできるとともに、封止コストの低減が達成でき
る。
【0028】(b)光素子搭載基板を実装基板にフエー
スダウンボンディングで固定することから、配線の引回
しが短くなり、光素子実装体の高速動作が可能になる。
この結果、高周波にも対応できる。
スダウンボンディングで固定することから、配線の引回
しが短くなり、光素子実装体の高速動作が可能になる。
この結果、高周波にも対応できる。
【0029】(c)前記光素子搭載基板は突出した電極
を介してランドに固定されていることから、半導体チッ
プは実装基板に接触せず、半導体チップの損傷が防止で
きる。
を介してランドに固定されていることから、半導体チッ
プは実装基板に接触せず、半導体チップの損傷が防止で
きる。
【0030】(d)前記光素子搭載基板は電極を介して
ランドに固定されていることから、光素子搭載基板の熱
を実装基板に逃がすことができ、光素子の安定動作が得
られる。
ランドに固定されていることから、光素子搭載基板の熱
を実装基板に逃がすことができ、光素子の安定動作が得
られる。
【0031】 (e)前記光素子搭載基板の裏面全域に
は導体層が設けられ、前記導体層は実装基板のグランド
に電気的に接続され電磁シールド構造になることから、
光素子搭載基板の電位の安定化を図ることができる。
は導体層が設けられ、前記導体層は実装基板のグランド
に電気的に接続され電磁シールド構造になることから、
光素子搭載基板の電位の安定化を図ることができる。
【0032】(f)光素子搭載基板はその表層部分に光
導波路を有し、光素子と光ファイバは前記光導波路を介
して光学的に接続されていることから、光素子と光ファ
イバは良好な光学的接続が得られる。
導波路を有し、光素子と光ファイバは前記光導波路を介
して光学的に接続されていることから、光素子と光ファ
イバは良好な光学的接続が得られる。
【0033】(g)実装基板に外部端子を有する光素子
実装体は封止容積の低減により小型化が図れる。
実装体は封止容積の低減により小型化が図れる。
【0034】 (h)封止手段は実装基板および光素子
搭載基板と、透明な樹脂及び透明な樹脂を覆う絶縁性の
樹脂によって構成されるため、パッケージ本体や蓋など
の特別の容器を必要としなくなり、封止容積の小型化お
よび封止コストの低減が達成できる。
搭載基板と、透明な樹脂及び透明な樹脂を覆う絶縁性の
樹脂によって構成されるため、パッケージ本体や蓋など
の特別の容器を必要としなくなり、封止容積の小型化お
よび封止コストの低減が達成できる。
【0035】
【0036】 (i)半導体チップを絶縁性で透明な樹
脂で覆うことによって封止がなされるため、半導体チッ
プの耐湿性が維持される。
脂で覆うことによって封止がなされるため、半導体チッ
プの耐湿性が維持される。
【0037】 (j)半導体チップを絶縁性で透明な樹
脂で覆うとともに、前記半導体チップと前記実装基板と
の間の空間に絶縁性樹脂を充填させて封止を行う構造で
は、封止効果がさらに高くなり、耐湿性等の封止特性が
強化される。また、光素子搭載基板の固定強度と熱サイ
クルに対する信頼性が高くなる。
脂で覆うとともに、前記半導体チップと前記実装基板と
の間の空間に絶縁性樹脂を充填させて封止を行う構造で
は、封止効果がさらに高くなり、耐湿性等の封止特性が
強化される。また、光素子搭載基板の固定強度と熱サイ
クルに対する信頼性が高くなる。
【0038】 (k)前記光素子搭載基板と前記実装基
板との間の空間を絶縁性で透明な樹脂を充填させるとと
もに、前記樹脂の表面を絶縁性の樹脂で覆うことから封
止特性が強化される。
板との間の空間を絶縁性で透明な樹脂を充填させるとと
もに、前記樹脂の表面を絶縁性の樹脂で覆うことから封
止特性が強化される。
【0039】 (l)透明な樹脂の充填は半導体チップ
に対面するスルーホールから充填されるため、確実に半
導体チップを覆うようになる。さらに、スルーホールの
入口は半田によって充填されることにより、封止特性が
さらに強化される。
に対面するスルーホールから充填されるため、確実に半
導体チップを覆うようになる。さらに、スルーホールの
入口は半田によって充填されることにより、封止特性が
さらに強化される。
【0040】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を詳細に説明する。なお、実施形態を説明するた
めの全図において、同一機能を有するものは同一符号を
付け、その繰り返しの説明は省略する。
施形態を詳細に説明する。なお、実施形態を説明するた
めの全図において、同一機能を有するものは同一符号を
付け、その繰り返しの説明は省略する。
【0041】(実施形態1)図1は、本発明の一実施形
態(実施形態1)である光素子実装体の概略を示す模式
的断面図、図2は分解斜視図である。
態(実施形態1)である光素子実装体の概略を示す模式
的断面図、図2は分解斜視図である。
【0042】本実施形態1では、光素子として半導体レ
ーザを有する光素子搭載基板を実装基板にフエースダウ
ンボンディングし、かつ前記光素子搭載基板を蓋で覆っ
た光素子実装体について説明する。すなわち、パッケー
ジとしてパッケージ本体を使用しない構造になってい
る。
ーザを有する光素子搭載基板を実装基板にフエースダウ
ンボンディングし、かつ前記光素子搭載基板を蓋で覆っ
た光素子実装体について説明する。すなわち、パッケー
ジとしてパッケージ本体を使用しない構造になってい
る。
【0043】本実施形態1の光素子実装体30は、図1
および図2に示すように、主として実装基板31と、前
記実装基板31の上面(主面)にフエースダウンボンデ
ィングによって搭載される光素子搭載基板32と、前記
光素子搭載基板32を覆う下側が開口した箱型の蓋33
とからなっている。
および図2に示すように、主として実装基板31と、前
記実装基板31の上面(主面)にフエースダウンボンデ
ィングによって搭載される光素子搭載基板32と、前記
光素子搭載基板32を覆う下側が開口した箱型の蓋33
とからなっている。
【0044】また、前記光素子搭載基板32の電極34
が設けられる主面には、半導体チップ35が下部が一部
光素子搭載基板32に埋没した状態で固定されている。
が設けられる主面には、半導体チップ35が下部が一部
光素子搭載基板32に埋没した状態で固定されている。
【0045】光素子搭載基板32は、たとえば、シリコ
ン板からなり、前記半導体チップ35の一方の端から光
素子搭載基板32の端に至る部分には直線的に光導波路
36が設けられている。そして、前記光導波路36の端
になる光素子搭載基板32の端にはコアとこのコアを包
むクラッドからなる光ファイバ37の先端が光学的に接
続されている。光素子搭載基板32の光導波路36に半
導体チップ35や光ファイバ37が光学的に接続される
構造は、たとえば、電子情報通信学会発行「電子情報通
信学会1996年総合大会講演論文集エレクトロニクス
1」、C−277“PLCプラットフォームを用いたW
DM光回路の受信特性”に開示されるものと同様な構造
である。
ン板からなり、前記半導体チップ35の一方の端から光
素子搭載基板32の端に至る部分には直線的に光導波路
36が設けられている。そして、前記光導波路36の端
になる光素子搭載基板32の端にはコアとこのコアを包
むクラッドからなる光ファイバ37の先端が光学的に接
続されている。光素子搭載基板32の光導波路36に半
導体チップ35や光ファイバ37が光学的に接続される
構造は、たとえば、電子情報通信学会発行「電子情報通
信学会1996年総合大会講演論文集エレクトロニクス
1」、C−277“PLCプラットフォームを用いたW
DM光回路の受信特性”に開示されるものと同様な構造
である。
【0046】半導体チップ35は、特に限定はされるも
のではないが、光素子としての半導体レーザ(図示せ
ず)と、この半導体レーザに繋がり前記半導体レーザの
レーザ光を変調する変調部(図示せず)がモノリシック
に形成された構造になっている。したがって、前記光素
子搭載基板32に設けられる前記電極34も4個となっ
ている。前記電極34の表面には、突出した電極(バン
プ電極)34aが設けられている。
のではないが、光素子としての半導体レーザ(図示せ
ず)と、この半導体レーザに繋がり前記半導体レーザの
レーザ光を変調する変調部(図示せず)がモノリシック
に形成された構造になっている。したがって、前記光素
子搭載基板32に設けられる前記電極34も4個となっ
ている。前記電極34の表面には、突出した電極(バン
プ電極)34aが設けられている。
【0047】前記突出した電極34aは、たとえば、半
田パンプからなるが、半田以外の金属によるボール電極
でもよい。
田パンプからなるが、半田以外の金属によるボール電極
でもよい。
【0048】すなわち、実施形態1では、実装基板31
と光素子搭載基板32との接続では、実装基板31と光
素子搭載基板32の間隔が開いた状態で電気的接続が得
られ、かつ実装基板31に固定できるような接続であれ
ばよい。このような接続方法としては、半田バンプ以外
に、ボールボンディングのボール部分を用いて導電性接
着剤で固定する方法もある。
と光素子搭載基板32との接続では、実装基板31と光
素子搭載基板32の間隔が開いた状態で電気的接続が得
られ、かつ実装基板31に固定できるような接続であれ
ばよい。このような接続方法としては、半田バンプ以外
に、ボールボンディングのボール部分を用いて導電性接
着剤で固定する方法もある。
【0049】なお、半導体チップにモノリシックに他の
光素子を組み込む例としては、半導体レーザとモニター
等の例がある。またさらに多くの光素子を組み込む場合
は、それに対応して電極も増加する。
光素子を組み込む例としては、半導体レーザとモニター
等の例がある。またさらに多くの光素子を組み込む場合
は、それに対応して電極も増加する。
【0050】前記バンプ電極34aは、実装基板31の
主面に設けられかつ前記バンプ電極34aに対応して設
けられたランド40に固定されている。前記バンプ電極
34aによってまたは前記バンプ電極34aと前記ラン
ド40の厚さによって実装基板31と光素子搭載基板3
2との間には所定の隙間が形成され、半導体チップ35
と実装基板31との間には所定の隙間41(図1参照)
が形成されるようになっている。これは、脆弱なシリコ
ンからなる半導体チップ35が実装基板31に接触する
ことによって損傷を受けることを防止するためである。
主面に設けられかつ前記バンプ電極34aに対応して設
けられたランド40に固定されている。前記バンプ電極
34aによってまたは前記バンプ電極34aと前記ラン
ド40の厚さによって実装基板31と光素子搭載基板3
2との間には所定の隙間が形成され、半導体チップ35
と実装基板31との間には所定の隙間41(図1参照)
が形成されるようになっている。これは、脆弱なシリコ
ンからなる半導体チップ35が実装基板31に接触する
ことによって損傷を受けることを防止するためである。
【0051】実装基板31は多層配線基板からなり、多
層セラミック配線板やガラスエポキシ樹脂からなる多層
プリント配線板で形成されている。
層セラミック配線板やガラスエポキシ樹脂からなる多層
プリント配線板で形成されている。
【0052】本実施形態1では光素子実装体30は単体
製品であることから、前記実装基板31は可能な限り小
型となるとともに、主面には外部端子42が設けられて
いる。実装基板31の中層全面にはグランド層(グラン
ド)43が設けられている。また、前記グランド層43
の上方には、所定の前記ランド40と所定の外部端子4
2を電気的に接続するための埋め込み配線44が設けら
れている。埋め込み配線44とランド40および外部端
子42はバイアホールに充填された導体45,46を介
して電気的に接続されている。
製品であることから、前記実装基板31は可能な限り小
型となるとともに、主面には外部端子42が設けられて
いる。実装基板31の中層全面にはグランド層(グラン
ド)43が設けられている。また、前記グランド層43
の上方には、所定の前記ランド40と所定の外部端子4
2を電気的に接続するための埋め込み配線44が設けら
れている。埋め込み配線44とランド40および外部端
子42はバイアホールに充填された導体45,46を介
して電気的に接続されている。
【0053】また、実装基板31の主面には、前記光素
子搭載基板32の固定領域を囲んで矩形枠状の蓋固定用
メタライズ層47が設けられている。この蓋固定用メタ
ライズ層47はバイアホールに充填された導体48を介
して前記グランド層43に電気的に接続されている。
子搭載基板32の固定領域を囲んで矩形枠状の蓋固定用
メタライズ層47が設けられている。この蓋固定用メタ
ライズ層47はバイアホールに充填された導体48を介
して前記グランド層43に電気的に接続されている。
【0054】前記蓋固定用メタライズ層47には、前記
箱型の蓋33が半田等の接合材49を介して気密的に固
定されている(図1参照)。
箱型の蓋33が半田等の接合材49を介して気密的に固
定されている(図1参照)。
【0055】蓋33の前記光ファイバ37に対応する部
分は、蓋33を実装基板31に重ねた際、光ファイバ3
7に接触しないように、V字状に切り欠かれ(切欠部5
0)、この切欠部50による空隙は前記接合材49によ
って塞がれている。
分は、蓋33を実装基板31に重ねた際、光ファイバ3
7に接触しないように、V字状に切り欠かれ(切欠部5
0)、この切欠部50による空隙は前記接合材49によ
って塞がれている。
【0056】前記蓋33は、図1に示すように、たとえ
ば高耐熱性樹脂で形成される蓋本体51と、前記蓋本体
51の表面全域を被うメタライズ層52によって形成さ
れている。蓋33を導電性の接合材49を介して導体4
8に固定することによってグランド層43に電気的に接
続されるため、光素子搭載基板32は電磁シールド構造
になり、外部の電磁波に左右されなくなるとともに、蓋
33外に発振しなくなる。
ば高耐熱性樹脂で形成される蓋本体51と、前記蓋本体
51の表面全域を被うメタライズ層52によって形成さ
れている。蓋33を導電性の接合材49を介して導体4
8に固定することによってグランド層43に電気的に接
続されるため、光素子搭載基板32は電磁シールド構造
になり、外部の電磁波に左右されなくなるとともに、蓋
33外に発振しなくなる。
【0057】本実施形態1の光素子実装体30によれ
ば、以下の効果を奏する。 (1)封止はパッケージ本体(容器本体)を使用せず、
蓋33のみを使用する構造になっていることと、蓋33
は実装基板31に光素子搭載基板32をフエースダウン
ボンディングで固定した背の低い部分を覆う構造となる
ことから、蓋33の大きさ及び高さを低くできるため、
封止容積を小さくできる。
ば、以下の効果を奏する。 (1)封止はパッケージ本体(容器本体)を使用せず、
蓋33のみを使用する構造になっていることと、蓋33
は実装基板31に光素子搭載基板32をフエースダウン
ボンディングで固定した背の低い部分を覆う構造となる
ことから、蓋33の大きさ及び高さを低くできるため、
封止容積を小さくできる。
【0058】(2)封止はパッケージ本体を使用せず、
蓋33を使用する構造であることから、部品点数が少な
くなり、封止コストの低減が達成できる。
蓋33を使用する構造であることから、部品点数が少な
くなり、封止コストの低減が達成できる。
【0059】(3)光素子搭載基板32を実装基板31
にフエースダウンボンディングで固定する構造であるこ
とから配線の引回しを短くでき、光素子実装体の高速動
作が可能になる。この結果、高周波にも対応できる。
にフエースダウンボンディングで固定する構造であるこ
とから配線の引回しを短くでき、光素子実装体の高速動
作が可能になる。この結果、高周波にも対応できる。
【0060】(4)光素子搭載基板32は突出した電極
34aを介してランド40に固定されていることから、
実装基板31と半導体チップ35との間には隙間41が
発生し、半導体チップ35は実装基板31に接触しない
ため損傷が防止できる。この結果、光素子実装体30の
製造歩留りが向上する。
34aを介してランド40に固定されていることから、
実装基板31と半導体チップ35との間には隙間41が
発生し、半導体チップ35は実装基板31に接触しない
ため損傷が防止できる。この結果、光素子実装体30の
製造歩留りが向上する。
【0061】(5)光素子搭載基板32は半田からなる
バンプ電極34aを介してランド40に固定されている
ことから、光素子搭載基板32の熱を実装基板31に逃
がすことができ、光素子(半導体レーザ等)の安定動作
が得られる。
バンプ電極34aを介してランド40に固定されている
ことから、光素子搭載基板32の熱を実装基板31に逃
がすことができ、光素子(半導体レーザ等)の安定動作
が得られる。
【0062】(6)蓋33の少なくとも表面は導体(メ
タライズ層52)となりかつ前記導体は実装基板31の
グランド層43に電気的に接続され電磁シールド構造に
なるため、光素子搭載基板32の電位の安定化を図るこ
とができる。なお、前記メタライズ層52は蓋33の表
面または裏面側だけでもよい。
タライズ層52)となりかつ前記導体は実装基板31の
グランド層43に電気的に接続され電磁シールド構造に
なるため、光素子搭載基板32の電位の安定化を図るこ
とができる。なお、前記メタライズ層52は蓋33の表
面または裏面側だけでもよい。
【0063】(7)光素子搭載基板32はその表層部分
に光導波路36を有し、光素子(半導体レーザ)と光フ
ァイバ37は前記光導波路36を介して光学的に接続さ
れていることから、光素子と光ファイバ37は良好な光
学的接続が得られる。
に光導波路36を有し、光素子(半導体レーザ)と光フ
ァイバ37は前記光導波路36を介して光学的に接続さ
れていることから、光素子と光ファイバ37は良好な光
学的接続が得られる。
【0064】(8)実装基板31に外部端子42を有す
る光素子実装体30は封止容積の低減により小型化が図
れる。
る光素子実装体30は封止容積の低減により小型化が図
れる。
【0065】(実施形態2)図3は本発明の他の実施形
態(実施形態2)である光素子実装体の概略を示す模式
的断面図、図4は分解斜視図である。
態(実施形態2)である光素子実装体の概略を示す模式
的断面図、図4は分解斜視図である。
【0066】本実施形態2の光素子実装体30は、前記
実施形態1の光素子実装体30において、パッケージ
(封止体)形成のためにパッケージ本体や蓋33等の特
別の容器を用いず、光素子搭載基板32をパッケージの
蓋として使用した例である。
実施形態1の光素子実装体30において、パッケージ
(封止体)形成のためにパッケージ本体や蓋33等の特
別の容器を用いず、光素子搭載基板32をパッケージの
蓋として使用した例である。
【0067】光素子実装体30は、実装基板31と、こ
の実装基板31に気密的に固定される光素子搭載基板3
2とによって構成されている。
の実装基板31に気密的に固定される光素子搭載基板3
2とによって構成されている。
【0068】実装基板31に光素子搭載基板32を気密
的に固定するため、光素子搭載基板32の半導体チップ
35が固定される主面には周縁に沿って枠状の封止用接
合層60が設けられるとともに、この封止用接合層60
に対応して封止用接合層61が設けられている。これら
封止用接合層60,61はメタライズ層からなり、その
表面は少なくとも半田が濡れ易い金属で形成されてい
る。
的に固定するため、光素子搭載基板32の半導体チップ
35が固定される主面には周縁に沿って枠状の封止用接
合層60が設けられるとともに、この封止用接合層60
に対応して封止用接合層61が設けられている。これら
封止用接合層60,61はメタライズ層からなり、その
表面は少なくとも半田が濡れ易い金属で形成されてい
る。
【0069】そして、前記実装基板31の封止用接合層
61と光素子搭載基板32の封止用接合層60は、図示
しない半田等による接合材によって気密的に固定されて
いる。
61と光素子搭載基板32の封止用接合層60は、図示
しない半田等による接合材によって気密的に固定されて
いる。
【0070】前記封止用接合層61はバイアホールに充
填された導体62を介してグランド層43に電気的に接
続されている。
填された導体62を介してグランド層43に電気的に接
続されている。
【0071】また、光素子搭載基板32の裏面には、全
域にメタルコート層63が設けられている。また、光素
子搭載基板32の側面から主面の周縁部分にもメタライ
ズ層64が設けられている。このメタライズ層64は前
記メタルコート層63に電気的に接続されている。そし
て、前記封止用接合層60は前記メタライズ層64上に
形成されている。
域にメタルコート層63が設けられている。また、光素
子搭載基板32の側面から主面の周縁部分にもメタライ
ズ層64が設けられている。このメタライズ層64は前
記メタルコート層63に電気的に接続されている。そし
て、前記封止用接合層60は前記メタライズ層64上に
形成されている。
【0072】これにより、光素子搭載基板32と実装基
板31によって電磁シールド構造が形成されることにな
る。
板31によって電磁シールド構造が形成されることにな
る。
【0073】また、光素子搭載基板32に固定された半
導体チップ35が実装基板31の主面に接触しないよう
に、前記封止用接合層61の内側の実装基板31の主面
部分は、一段低く窪んでいる(窪み65)。したがっ
て、光素子搭載基板32の周縁部分が実装基板31の窪
み65の周縁の一段高い部分に気密的に固定される構造
になる。
導体チップ35が実装基板31の主面に接触しないよう
に、前記封止用接合層61の内側の実装基板31の主面
部分は、一段低く窪んでいる(窪み65)。したがっ
て、光素子搭載基板32の周縁部分が実装基板31の窪
み65の周縁の一段高い部分に気密的に固定される構造
になる。
【0074】本実施形態2の光素子実装体30では、パ
ッケージ本体のみならず専用の蓋も使用しないことか
ら、封止容積を小型にすることができる。特に、光素子
実装体30を構成する光素子搭載基板32を蓋として使
用し、かつ前記光素子搭載基板32がフエースダウンボ
ンディングによって実装基板31に固定されることか
ら、光素子実装体30はより薄型になる。また、封止部
品の削減から光素子実装体30の封止コストの低減が達
成できる。
ッケージ本体のみならず専用の蓋も使用しないことか
ら、封止容積を小型にすることができる。特に、光素子
実装体30を構成する光素子搭載基板32を蓋として使
用し、かつ前記光素子搭載基板32がフエースダウンボ
ンディングによって実装基板31に固定されることか
ら、光素子実装体30はより薄型になる。また、封止部
品の削減から光素子実装体30の封止コストの低減が達
成できる。
【0075】(実施形態3)図5は本発明の実施形態3
である光素子実装体の概略を示す模式的断面図である。
本実施形態3の光素子実装体30は、前記実施形態2の
光素子実装体30において、光素子搭載基板32を突出
した電極34aと実装基板31のランド40との接合に
よって固定する構造になっている。
である光素子実装体の概略を示す模式的断面図である。
本実施形態3の光素子実装体30は、前記実施形態2の
光素子実装体30において、光素子搭載基板32を突出
した電極34aと実装基板31のランド40との接合に
よって固定する構造になっている。
【0076】 また、光素子搭載基板32のメタルコー
ト層63と電気的に接続されるメタライズ層64と、実
装基板31のグランド層43を電気的に接続するため
に、前記グランド層43に電気的に繋がる導体62の上
端にパッド70を形成し、このパッド70と前記メタラ
イズ層64をバンプ電極34dで接続してある。これに
より電磁シールド構造が形成される。
ト層63と電気的に接続されるメタライズ層64と、実
装基板31のグランド層43を電気的に接続するため
に、前記グランド層43に電気的に繋がる導体62の上
端にパッド70を形成し、このパッド70と前記メタラ
イズ層64をバンプ電極34dで接続してある。これに
より電磁シールド構造が形成される。
【0077】本実施形態3では光素子搭載基板32の主
面に固定される半導体チップ35は絶縁性で透明な樹脂
71で被われている。半導体チップ35は透明な樹脂7
1で被われることによって耐湿性が向上する。
面に固定される半導体チップ35は絶縁性で透明な樹脂
71で被われている。半導体チップ35は透明な樹脂7
1で被われることによって耐湿性が向上する。
【0078】また、実装基板31と光素子搭載基板32
との間の隙間には絶縁性の樹脂(アンダーフィル樹脂)
72が充填され、封止特性の強化が図られている。ま
た、前記アンダーフィル樹脂72により、光素子搭載基
板の固定強度と熱サイクルに対する信頼性が高くなる。
との間の隙間には絶縁性の樹脂(アンダーフィル樹脂)
72が充填され、封止特性の強化が図られている。ま
た、前記アンダーフィル樹脂72により、光素子搭載基
板の固定強度と熱サイクルに対する信頼性が高くなる。
【0079】本実施形態4の光素子実装体30では、光
素子搭載基板32を実装基板31に固定するための封止
用接合層60や封止用接合層61が不要になることか
ら、光素子搭載基板32の大きさを最小限にすることが
でき、さらに光素子実装体30の小型化が達成できる。
素子搭載基板32を実装基板31に固定するための封止
用接合層60や封止用接合層61が不要になることか
ら、光素子搭載基板32の大きさを最小限にすることが
でき、さらに光素子実装体30の小型化が達成できる。
【0080】(実施形態4)図6は本発明の実施形態4
である光素子実装体の概略を示す模式的断面図である。
本実施形態4の光素子実装体30は、前記実施形態3の
光素子実装体30において、実装基板31の主面側を部
分的に一段窪ませた構造になっている。この窪み80に
よって、突出した電極34aを有する光素子搭載基板3
2を実装基板31により接近させることができ、光素子
実装体30の薄型化が達成できる。
である光素子実装体の概略を示す模式的断面図である。
本実施形態4の光素子実装体30は、前記実施形態3の
光素子実装体30において、実装基板31の主面側を部
分的に一段窪ませた構造になっている。この窪み80に
よって、突出した電極34aを有する光素子搭載基板3
2を実装基板31により接近させることができ、光素子
実装体30の薄型化が達成できる。
【0081】実装基板31の主面と光素子搭載基板32
との隙間がより小さくなり、アンダーフィル樹脂72が
入り難くなることから、本実施形態4では、実装基板3
1にスルーホール81を形成し、このスルーホール81
を通してアンダーフィル樹脂72を充填する。本実施形
態4のアンダーフィル樹脂72は、透明な樹脂で形成さ
れる。
との隙間がより小さくなり、アンダーフィル樹脂72が
入り難くなることから、本実施形態4では、実装基板3
1にスルーホール81を形成し、このスルーホール81
を通してアンダーフィル樹脂72を充填する。本実施形
態4のアンダーフィル樹脂72は、透明な樹脂で形成さ
れる。
【0082】また、前記スルーホール81の入口は半田
82の充填によって塞いである。
82の充填によって塞いである。
【0083】また、前記アンダーフィル樹脂72の表面
は絶縁性の樹脂83で被われている。
は絶縁性の樹脂83で被われている。
【0084】本実施形態4の光素子実装体30は、光素
子搭載基板32と実装基板31との間の空間に絶縁性で
透明な樹脂(アンダーフィル樹脂72)を充填させると
ともに、前記アンダーフィル樹脂72の表面を絶縁性の
樹脂83で覆うことから封止特性が強化される。
子搭載基板32と実装基板31との間の空間に絶縁性で
透明な樹脂(アンダーフィル樹脂72)を充填させると
ともに、前記アンダーフィル樹脂72の表面を絶縁性の
樹脂83で覆うことから封止特性が強化される。
【0085】また、前記半導体チップ35を被うアンダ
ーフィル樹脂72はスルーホールから充填されるため、
確実に半導体チップ35が被われ耐湿性が向上する。さ
らに、スルーホールの入口は半田82によって充填され
ることから、封止特性がさらに強化される。
ーフィル樹脂72はスルーホールから充填されるため、
確実に半導体チップ35が被われ耐湿性が向上する。さ
らに、スルーホールの入口は半田82によって充填され
ることから、封止特性がさらに強化される。
【0086】以上本発明者によってなされた発明を実施
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえ
ば、前記光素子搭載基板32をシリコンプラットフォー
ム構造とし、光ファイバをV字溝に案内し、光ファイバ
の先端をシリコンプラットフォームに固定した半導体チ
ップの半導体レーザの出射面に対峙させるようにした構
造でも前記実施例同様な効果が得られる。
形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形
態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範
囲で種々変更可能であることはいうまでもない、たとえ
ば、前記光素子搭載基板32をシリコンプラットフォー
ム構造とし、光ファイバをV字溝に案内し、光ファイバ
の先端をシリコンプラットフォームに固定した半導体チ
ップの半導体レーザの出射面に対峙させるようにした構
造でも前記実施例同様な効果が得られる。
【0087】また、前記光素子としては半導体レーザ以
外の受光素子等他の光素子であってもよい。
外の受光素子等他の光素子であってもよい。
【0088】また、前記各実施形態では単体の製品につ
いて説明したが、本発明の構成は、一般の光電子装置に
も適用できる。すなわち、光電子装置の実装基板に本発
明の構造をそのまま適用することにより、実装容積の小
型化を始めとする前述の多くの効果を光電子装置でも得
ることができる。
いて説明したが、本発明の構成は、一般の光電子装置に
も適用できる。すなわち、光電子装置の実装基板に本発
明の構造をそのまま適用することにより、実装容積の小
型化を始めとする前述の多くの効果を光電子装置でも得
ることができる。
【0089】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)光素子を搭載した基板(光素子搭載基板)を、電
気配線基板上に光素子搭載側を対向させ直接搭載し、封
止用の蓋または光素子搭載基板を蓋として用いることに
より、十分な封止特性を有したまま、少ない部材による
実装と高周波動作可能な短距離の電気的接続および電磁
遮蔽効果の大きな実装が実現される。 (2)光素子を搭載したモジュールの信頼性と高機能化
を進め、かつ、経済化を進める上で非常に有効な構成に
なる。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 (1)光素子を搭載した基板(光素子搭載基板)を、電
気配線基板上に光素子搭載側を対向させ直接搭載し、封
止用の蓋または光素子搭載基板を蓋として用いることに
より、十分な封止特性を有したまま、少ない部材による
実装と高周波動作可能な短距離の電気的接続および電磁
遮蔽効果の大きな実装が実現される。 (2)光素子を搭載したモジュールの信頼性と高機能化
を進め、かつ、経済化を進める上で非常に有効な構成に
なる。
【図1】本発明の一実施形態(実施形態1)である光素
子実装体の概略を示す模式的断面図である。
子実装体の概略を示す模式的断面図である。
【図2】本実施形態1の光素子実装体を示す分解斜視図
である。
である。
【図3】本発明の他の実施形態(実施形態2)である光
素子実装体の概略を示す模式的断面図である。
素子実装体の概略を示す模式的断面図である。
【図4】本実施形態2の光素子実装体を示す分解斜視図
である。
である。
【図5】本発明の実施形態3である光素子実装体の概略
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
【図6】本発明の実施形態4である光素子実装体の概略
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
【図7】従来の気密封止構造の光モジュールを示す分解
斜視図である。
斜視図である。
【図8】従来の簡易封止構造の光モジュールを示す断面
図である。
図である。
1…光モジュール、2…パッケージ、3…パッケージ本
体、4…蓋、5…光素子搭載基板、6…導体層、7…
溝、10…半導体レーザ、11…光ファイバ、12…ガ
イド孔、13…ワイヤ、14…電気ケーブル、15…押
さえ板、20…電気端子(リード)、21…ステム、2
2…樹脂、23…支持部、24…ヒートシンク、25…
光ファイバケーブル、30…光素子実装体、31…実装
基板、32…光素子搭載基板、33…蓋、34…電極
(突出した電極,バンプ電極)、35…半導体チップ、
36…光導波路、37…光ファイバ、40…ランド、4
1…隙間、42…外部端子、43…グランド層、44…
埋め込み配線、45,46…導体、47…蓋固定用メタ
ライズ層、48…導体、49…接合材、50…切欠部、
51…蓋本体、52…メタライズ層、60,61…封止
用接合層、62…導体、63…メタルコート層、64…
メタライズ層、65…窪み、70…パッド、71…透明
な樹脂、72…樹脂(アンダーフィル樹脂)、73…透
明な樹脂、80…窪み、81…スルーホール、82…半
田、83…樹脂。
体、4…蓋、5…光素子搭載基板、6…導体層、7…
溝、10…半導体レーザ、11…光ファイバ、12…ガ
イド孔、13…ワイヤ、14…電気ケーブル、15…押
さえ板、20…電気端子(リード)、21…ステム、2
2…樹脂、23…支持部、24…ヒートシンク、25…
光ファイバケーブル、30…光素子実装体、31…実装
基板、32…光素子搭載基板、33…蓋、34…電極
(突出した電極,バンプ電極)、35…半導体チップ、
36…光導波路、37…光ファイバ、40…ランド、4
1…隙間、42…外部端子、43…グランド層、44…
埋め込み配線、45,46…導体、47…蓋固定用メタ
ライズ層、48…導体、49…接合材、50…切欠部、
51…蓋本体、52…メタライズ層、60,61…封止
用接合層、62…導体、63…メタルコート層、64…
メタライズ層、65…窪み、70…パッド、71…透明
な樹脂、72…樹脂(アンダーフィル樹脂)、73…透
明な樹脂、80…窪み、81…スルーホール、82…半
田、83…樹脂。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 赤堀 裕二
東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 小川 育生
東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日
本電信電話株式会社内
(72)発明者 石原 昇
東京都新宿区西新宿三丁目19番2号 日
本電信電話株式会社内
(56)参考文献 特開 平8−153935(JP,A)
特開 平7−86693(JP,A)
特開 平9−26530(JP,A)
特開 昭63−271207(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
H01S 5/00 - 5/50
G02B 6/42
H04B 10/00
Claims (4)
- 【請求項1】 主面に少なくとも1つ以上の光素子を有
する半導体チップが固定されるとともに主面に突出した
電極が設けられかつ前記半導体チップの所定の光素子と
の間で光の授受を行う光ファイバが取り付けられてなる
光素子搭載基板と、 主面に前記電極に対応するランドが設けられかつ前記ラ
ンドに前記電極を介して前記光素子搭載基板が固定され
る実装基板と、前記半導体チップと前記実装基板との間の空間に充填さ
れる絶縁性で透明な樹脂と、 前記透明な樹脂の表面を覆う絶縁性の樹脂とを有し、 前記実装基板の前記ランドを有する面は一段低く窪むと
ともに前記実装基板には前記窪みに連通するスルーホー
ルが設けられ、かつ前記スルーホールの入口は半田の充
填によって塞がり、 前記半田の充填部分より内側に前記透明な樹脂が充填さ
れ、 前記半導体チップは前記実装基板に非接触になっている
ことを特徴とする光素子実装体。 - 【請求項2】 少なくとも前記光素子搭載基板の裏面全
域には導体層が設けられ、前記実装基板に前記光素子搭
載基板を固定することによって前記実装基板に設けられ
たグランドに前記導体層が電気的に接続されるように構
成されていることを特徴とする請求項1に記載の光素子
実装体。 - 【請求項3】 前記光素子搭載基板はその表層部分に光
導波路を有し、前記光素子と前記光ファイバは前記光導
波路を介して光学的に接続されていることを特徴とする
請求項1または請求項2に記載の光素子実装体。 - 【請求項4】 前記実装基板には外部端子が設けられ全
体で単体の製品を構成していることを特徴とする請求項
1乃至請求項3のいずれか1項に記載の光素子実装体。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP25628897A JP3483102B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 光素子実装体 |
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JPH1197797A JPH1197797A (ja) | 1999-04-09 |
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Family Applications (1)
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JP25628897A Expired - Fee Related JP3483102B2 (ja) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | 光素子実装体 |
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- 1997-09-22 JP JP25628897A patent/JP3483102B2/ja not_active Expired - Fee Related
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