JPH05304306A

JPH05304306A - 電気・光モジュール及びその製造方法

Info

Publication number: JPH05304306A
Application number: JP10727592A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tsunetsugu; 秀起恒次; Takeshi Hayashi; 剛林; Kosuke Katsura; 浩輔桂
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1992-04-27
Filing date: 1992-04-27
Publication date: 1993-11-16

Abstract

(57)【要約】【目的】位置合せのための微動調整機構を用いること
なく、作業性よく、電気・光素子若しくは部品を搭載基
板に搭載する。【構成】搭載基板１２に電気・光素子１１が嵌合する
凹部１２ａを異方性化学エッチングにより形成し、この
凹部１２ａに電気・光素子１１を嵌合することにより位
置合せし、両者を接着剤１３を介して接続搭載して電気
・光モジュールとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、形状の異なる複数の電
気・光素子等を作業性よく、しかも余裕のアライメント
で高精度に位置合せできる電気・光モジュール及びその
製造方法に関し、高速且つ並列化に優れた高性能な光伝
送用部品や装置に適用できるものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数の電気・光素子を高精度に位
置合せしてモジュール化する場合、図１５に示すよう
に、まず、電気・光素子１０１の例えば受光面あるいは
発光面１０２を、搭載基板１０３の上に形成した位置合
せマーク１０４に位置合せする。この位置合せは顕微鏡
と微動調整機構を用いて、各々を人手により行う。そし
て、位置合せした各電気・光モジュール１０２を接着層
１０５を介して搭載基板１０３に接続搭載するようにす
る。

【０００３】また、上述した方法では個々の素子を高精
度に整列するための微動調整に多大な作業時間を必要つ
するため、複数の電気・光素子を一つのチップに組み込
んだ電気・光アレイ素子を用いる方法がある。例えば、
４ｃｈの送受信アレイモジュールを用いた光データリン
クの検討が進められている（K.P.Jackson, E.B.Flint,
M.F.Cina, A.J.Moll, J.F.Ewen, D.Flagello, R.Rand a
nd S.Purushothaman,"Packaging for a 1Gb/s OEIC Fib
er-Optic Data Link", 39th ECC, p.374-377,1990.) 。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、個々
の電気・光素子を位置合せして一枚の基板に搭載する方
法は、位置合せに多大な時間を費やすため、作業性に劣
り、しかも位置合せに熟練を要するので、組立コストが
増大するという課題がある。また、複数の電気・光素子
を一つのチップに組み込んだ電気・光アレイ素子を用い
る方法では、特性の揃った素子をアレイ化するためには
数多くの素子の中から、特性の揃った素子を選定する必
要があるため、素子作製に伴う歩留りが悪いという問題
がある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑み、位置合せ
のための微動調整機構を用いることなく、形状の異なる
複数の電気・光素子若しくは部品を一括処理で作業性よ
く基板に搭載できる電気・光モジュール及びその製造方
法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る電気・光モジュールは、半導体基板からなるチ
ップ形状の電気・光素子若しくは部品と、単結晶構造を
有する半導体基板からなると共に異方性化学エッチング
あるいは反応性プラズマエッチングにより前記電気・光
素子若しくは部品の一部と嵌合する凹部を有する電気・
光素子用搭載基板とからなり、この電気・光素子用搭載
基板の前記凹部と前記電気・光素子若しくは部品の一部
とが嵌合した状態で両者が接着剤を介して接続されてい
ることを特徴とし、また、単結晶構造を有する半導体基
板からなるチップ形状の電気・光素子若しくは部品であ
ってその裏面に異方性化学エッチングあるいは反応性プ
ラズマエッチングにより凹部あるいは凸部が形成された
電気・光素子若しくは部品と、単結晶構造を有する半導
体基板からなると共に異方性化学エッチングあるいは反
応性プラズマエッチングにより前記電気・光素子若しく
は部品の前記凹部あるいは凸部と嵌合する凸部あるいは
凹部が形成された電気・光素子用搭載基板とからなり、
この電気・光素子用搭載基板の前記凸部あるいは凹部と
前記電気・光素子若しくは部品の凹部あるいは凸部とが
嵌合した状態で両者が接着剤を介して接着されているこ
とを特徴とする。

【０００７】一方、本発明に係る電気・光モジュール及
びその製造方法は、半導体基板からなる電気・光素子若
しくは部品をダイシングブレードあるいはへき開により
所望のチップ形状に切断する一方、単結晶構造を有する
半導体基板からなる電気・光素子用搭載基板に異方性化
学エッチングあるいは反応性プラズマエッチングにより
前記チップ形状の電気・光素子若しくは部品の一部と嵌
合する凹部を形成し、前記電気・光素子用搭載基板の前
記凹部に前記チップ形状の電気・光素子若しくは部品の
一部を嵌合すると共に両者を接着剤を介して接続するこ
とを特徴とし、また、単結晶構造を有する半導体基板か
らなる電気・光素子若しくは部品の表面に異方性化学エ
ッチングあるいは反応性プラズマエッチングにより所望
の形状の凹部あるいは凸部を形成すると共に当該電気・
光素子若しくは部品をダイシングブレードあるいはへき
開により所望のチップ形状に切断する一方、単結晶構造
を有する半導体基板からなる電気・光素子用転写基板に
異方性化学エッチングあるいは反応性プラズマエッチン
グにより前記チップ形状の電気・光素子若しくは部品の
凹部あるいは凸部と嵌合する凸部あるいは凹部を形成
し、前記チップ形状の電気・光素子若しくは部品の前記
凹部あるいは凸部と前記電気・光素子用転写基板の前記
凸部あるいは凹部とを嵌合させることにより位置合せを
行った後、当該電気・光素子若しくは部品と半導体基板
からなる電気・光素子用搭載基板とを接着剤を介して接
続し、その後前記光素子用転写基板を取り除くことを特
徴とする。

【０００８】

【作用】単結晶構造を有する半導体基板からなる電気・
光素子や電気・光部品、あるいは搭載基板に、異方性化
学エッチングや反応性プラズマエッチングで高精度な加
工を施し、これにより互いに嵌合可能な凹部や凸部を形
成する。これら凹部や凸部を嵌合することにより、相互
の位置合せを高精度に且つ一括して行うことができ、作
業性の向上を図ることができる。

【０００９】ここで、単結晶構造を有する半導体基板か
らなる電気・光素子若しくは部品や基板に、異方性化学
エッチングで加工を施した場合について説明する。

【００１０】図１３には、例えば電気・光素子の材料と
なるＧａＡｓ基板に異方性化学エッチングで加工を施し
た場合を示す。なお、下記のミラー指数において、−１
は１バーとして記載されるが、記載の都合上、−１と記
す（以下同じ）。同図に示すように、ＧａＡｓ基板１に
はＧａＡｓ単結晶の方位に基づく形状加工が可能であ
る。すなわち、（１００）面１ａを表面とするＧａＡｓ
基板１上に、（０１１）面１ｂおよび（０１−１）面１
ｃに直交するようにレジスト等のエッチングマスク２を
パターン形成し（図１３（Ａ））、例えば硫酸を主成分
とするエッチング液を用いて異方性化学エッチングを行
うと（図１３（Ｂ）），（０１１面）１ｂでは５５度を
なす順メサ３を有する（図１３（Ｃ））と共に（０１−
１）面１ｃでは１２５度をなす逆メサ４を有する（図１
３（Ｄ））形状に加工することができる。なお、エッチ
ングマスク２の形状やエッチング条件を選定することに
より、所望の大きさ、深さのメサを有する形成に加工す
ることが可能である。

【００１１】図１４には、搭載基板として用いられるＳ
ｉ単結晶基板に異方性化学エッチングで加工を施した場
合を示す。同図に示すように、Ｓｉ単結晶基板５にはＳ
ｉ単結晶の方位に基づく形状加工が可能である。すなわ
ち、（１００）面５ａを表面とするＳｉ単結晶基板５上
に（−１１０）面５ｂ及び（１００）面５ｃに直交する
ようにレジスト等によりパターン形成したシリコン酸化
膜からなるエッチングマスク６を形成し（図１４
（Ａ））、例えば加熱したＫＯＨの水溶液により異方性
化学エッチングを行うと（図１４（Ｂ）），（−０１１
面）面５ｂおよび（０１１面）面５ｃに５５度をなす順
メサ７を有する形状に加工することができる。なお、こ
の場合も、エッチングマスク６の形状やエッチング条件
を選定することにより、所望の大きさ、深さのメサを有
する形成に加工することが可能である。

【００１２】以上、異方性化学エッチング加工について
説明したが、反応性プラズマエッチングによっても同様
な高精度加工が実現できることは言うまでもない。本発
明は、このような加工を応用することにより高精度な位
置合せを実現するものである。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。

【００１４】（実施例１）実施例１に係る電気・光モジ
ュールの製造工程を図１および図２に示す。図１に示す
ように、電気・光素子１１は例えばＧａＡｓからなるチ
ップ状となっており、搭載基板１２には電気・光素子１
１の形状に合せて凹部１２ａが４つ形成されている。搭
載基板１２はＳｉ単結晶基板からなるものであり、上述
したようにシリコン酸化膜をエッチング用マスクとした
異方性化学エッチング加工により凹部１２ａを形成した
後、膜厚の薄いダイヤモンドブレードを用いてダイシン
グにより切断したものである。凹部１２ａは上述したよ
うにメサを有して電気・光素子１１の形状とほぼ等しい
大きさであるが、その底面と電気・光素子１１との底面
を一致させることにより、電気・光素子１１を位置決め
できるようになっている。よって、凹部１２ａ内に接着
剤１３を施し、電気・光素子１の底部を凹部に嵌合位置
決めすることにより、電気・光素子１１を搭載基板１２
に接続搭載することができる。図２は接続搭載後の電気
・光モジュールを示すものであり、電気・光素子１１は
搭載基板１２の凹部１２ａと嵌合した状態で接着剤を介
して接続されている。なお、図中、１１ａは電気・光素
子１１の受光面あるいは発光面を示す。

【００１５】（実施例２）実施例２に係る電気・光モジ
ュールの製造工程を図３および図４に示す。なお、実施
例１と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複す
る説明は省略する。図に示すように、電気・光素子１１
の裏面には搭載基板１２の凹部１２ａと嵌合する凸部１
１ｂが形成されている。この凸部１１ｂは上述したよう
な異方性エッチングにより形成したものであり、凸部１
１ｂの表面と凹部１２ａの底面、および凸部１１ｂの順
メサ部と凹部１２ａのメサ部により、電気・光素子１１
の搭載位置が位置決めされるようになっている。図４は
接続搭載後の状態を示しており、電気・光素子１１は接
着剤１３を介して搭載基板１２の凹部１２ａに接続搭載
されている。

【００１６】（実施例３）実施例３に係る電気・光モジ
ュールの製造工程を図５〜７に示す。なお、実施例１と
同一作用を示す部材には同一符号を付して重複する説明
は省略する。図に示すように、本実施例では転写基板１
４を用いる。転写基板１４はＳｉ単結晶基板からなり、
上述したようにシリコン酸化膜をエッチング用マスクを
施して異方性エッチング加工により、電気・光素子１１
の形状にほぼ等しい凹部１４ａを形成した後、膜厚の薄
いダイヤモンドブレードを用いてダイシングにより切断
したものである。この転写基板１４の凹部１４ａに電気
・光素子１１の表面側を嵌合すると、その表面と凹部１
４ａとの底面とが一致して電気・光素子１１が所定位置
に位置決めされるようになっている（図６）。そして、
このように位置決めされた電気・光素子１１上に搭載基
板１２を積層し（図６）、両者を接着剤１３を介して接
続する（図７）。しかる後、転写基板１４を取り除くこ
とにより、搭載基板１２上に電気・光素子１１が接続搭
載された電気・光モジュールとすることができる（図
７）。

【００１７】（実施例４）実施例４に係る電気・光モジ
ュールの製造工程を図８〜１０に示す。なお、実施例
２、３と同一作用を示す部材には同一符号を付して重複
する説明は省略する。図に示すように、本実施例では電
気・光素子１１の表面に凸部１１ａを設ける一方、転写
基板１４には凸部１１ａと嵌合する凹部１４ａを形成
し、電気・光素子１１の凸部１１ａを転写基板１４の凹
部１４ａに嵌合することにより位置決めをするようにし
たものであり、その後、搭載基板１２への搭載は実施例
３と同様である。

【００１８】以上説明した実施例は、代表的な例であ
り、電気・光素子としてＧａＡｓを用いたが、単結晶構
造を有する半導体材料で異方性化学エッチングができる
基板材料であればよく、材料によって制限されるもので
はない。また、凸状の突起や凹状の窪みの形成に、異方
性化学エッチングによる加工法を用いたが、高精度な溝
加工が可能な反応性プラズマエッチング（ＲＩＥ）等の
真空工程による加工技術も適用でき、しかもこの場合に
は反応性プラズマエッチングが可能な材料であればよ
く、異方性化学エッチングが可能な材料に限定されるも
のではない。さらに、凸部や凹部は、電気・光素子側あ
るいは基板側のどちらかに形成してもよい。また、本実
施例では電気・光素子を搭載する搭載基板には配線部を
図中に示していないが、電気・光素子からの端子を取り
出す配線を搭載基板に形成したものでもよい。さらに、
所定のエッチングマスクの形状やエッチング条件を選定
することにより、所望の大きさ、深さを有する構造の凸
部や凹部を形成することができ、これにより複数のチッ
プ状の電気・光素子を所望の位置に正確に位置合わせす
ることができる。

【００１９】（実施例５）実施例１〜４では、電気・光
素子と基板との嵌合による位置合せが１回の場合を示し
たが、図１１には嵌合による位置合せが複数回で多数に
積層した電気・光モジュールを示す。図１１において、
２１はアレイ状の電気・光素子であり、発光部あるいは
受光部２１ａを有する。また、２２は導波路チップであ
り、光導波路２２ａの他、電気・光素子２１と嵌合可能
な凹部２２ｂが形成されている。さらに、２３は搭載基
板であり、導波路チップ２２と嵌合可能な凹部２３ａが
形成されている。なお、凹部２２ｂ，２３ａは上述した
実施例と同様に形成したものであり、嵌合により位置合
せを行うためのものである。これを多層の電気・光モジ
ュールとするには、まず、電気・光素子２１を導波路チ
ップ２２の凹部２２ｂに嵌合し、接着剤２４を介して接
続搭載する。このとき、電気・光素子２１は凹部２２ｂ
への嵌合により位置合せされ、その発光部あるいは受光
部２１ａは光導波路２２ａの端面と光学的に結合され
る。そして、この導波路チップ２２を搭載基板２３の凹
部２３ａに嵌合し、接着剤２４を介して接続搭載するこ
とによりモジュールを完成する。

【００２０】（実施例６）図１２には実施例６に係る電
気・光モジュールを示す。なお、実施例５と同一作用を
示す部材には同一符号を付して重複する説明は省略す
る。本実施例では、搭載基板２３に導波路チップ２２搭
載用の凹部２３ａの他、ファイバアレイチップ２５搭載
用の凹郡２３ｂが形成されている。また、導波路チップ
２２には電気・光素子２１搭載用の凹部が形成されてお
らず、導波路チップ２２搭載用の凹部２３ｃも搭載基板
２３に形成されている。なお、ファイバアレイチップ２
５は異方性化学エッチングにより加工したＶ溝を有する
Ｓｉ基板２５ａ上にアレイ状のファイバ２５ｂを有機系
の接着剤で固定したものである。本実施例の電気・光モ
ジュールを製造するには、搭載基板２３の凹部２３ａ，
２３ｂ，２３ｃに導波路チップ２２、ファイバアレイチ
ップ２５および電気・光素子２１をそれぞれ嵌合、位置
決めし、接着剤２４を介して接続搭載すればよい。

【００２１】以上、実施例５、６では光部品である光導
波路を用いた例を示したが、このように、搭載する電気
・光素子若しくは部品は機能、形状、大きさ等によって
制限されるものではない。なお、光部品としては光導波
路の他、光スイッチ、光電子集積回路（ＯＥＩＣ）、ア
イソレータ等の機能を有するものでもよい。さらに、本
実施例では凹部とは貫通しているものも含み、例えば実
施例５（図１１）において凹部２２ｂが貫通しており、
電気・光素子２１を搭載基板２３に接続搭載するように
してもよい。なお、本発明においては電気・光素子を一
括搭載可能であるが、予め良品のみを選定しておく必要
があることは言うまでもない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によると、電
気・光素子若しくは部品、搭載基板、転写用基板を異方
性化学エッチングや反応性プラズマエッチングで高精度
な加工を行い、凸部や凹部の組み合わせにより、これら
光素子や光部品を互いに嵌合・位置合せして搭載するこ
とにより、これらを作業性良く、所望の位置に高精度に
接続搭載することが可能である。このため、複数の光部
品を光軸合わせ等の複雑な位置合わせ作業することな
く、高精度に位置決めし、接続搭載した電気・光モジュ
ールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図２】実施例１の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図３】実施例２の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図４】実施例２の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図５】実施例３の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図６】実施例３の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図７】実施例３の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図８】実施例４の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図９】実施例４の電気・光モジュールの製造工程を示
す説明図である。

【図１０】実施例４の電気・光モジュールの製造工程を
示す説明図である。

【図１１】実施例５の電気・光モジュールの製造工程を
示す説明図である。

【図１２】実施例６の電気・光モジュールの製造工程を
示す説明図である。

【図１３】異方性化学エッチングの加工状態を示す説明
図である。

【図１４】異方性化学エッチングの加工状態を示す説明
図である。

【図１５】従来技術に係る電気・光モジュールの一例を
示す説明図である。

【符号の説明】

１１電気・光素子１１ａ受光面あるいは発光面１１ｂ凸部１２搭載基板１２ａ凹部１３接着剤１４転写基板１４ａ凹部２１電気・光素子２２導波路チップ２３搭載基板２４接着剤２５ファイバアレイチップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板からなるチップ形状の電気・
光素子若しくは部品と、単結晶構造を有する半導体基板
からなると共に異方性化学エッチングあるいは反応性プ
ラズマエッチングにより前記電気・光素子若しくは部品
の一部と嵌合する凹部を有する電気・光素子用搭載基板
とからなり、この電気・光素子用搭載基板の前記凹部と
前記電気・光素子若しくは部品の一部とが嵌合した状態
で両者が接着剤を介して接続されていることを特徴とす
る電気・光モジュール。
【請求項２】単結晶構造を有する半導体基板からなる
チップ形状の電気・光素子若しくは部品であってその裏
面に異方性化学エッチングあるいは反応性プラズマエッ
チングにより凹部あるいは凸部が形成された電気・光素
子若しくは部品と、単結晶構造を有する半導体基板から
なると共に異方性化学エッチングあるいは反応性プラズ
マエッチングにより前記電気・光素子若しくは部品の前
記凹部あるいは凸部と嵌合する凸部あるいは凹部が形成
された電気・光素子用搭載基板とからなり、この電気・
光素子用搭載基板の前記凸部あるいは凹部と前記電気・
光素子若しくは部品の凹部あるいは凸部とが嵌合した状
態で両者が接着剤を介して接着されていることを特徴と
する電気・光モジュール。
【請求項３】電気・光素子若しくは部品として、電気
・光素子の他、光導波路、光スイッチ、光電子集積回
路、アイソレータなどの機能素子や部品を形成した半導
体基板を用いることを特徴とする電気・光モジュール。
【請求項４】半導体基板からなる電気・光素子若しく
は部品をダイシングブレードあるいはへき開により所望
のチップ形状に切断する一方、単結晶構造を有する半導
体基板からなる電気・光素子用搭載基板に異方性化学エ
ッチングあるいは反応性プラズマエッチングにより前記
チップ形状の電気・光素子若しくは部品の一部と嵌合す
る凹部を形成し、前記電気・光素子用搭載基板の前記凹
部に前記チップ形状の電気・光素子若しくは部品の一部
を嵌合すると共に両者を接着剤を介して接続することを
特徴とする電気・光モジュールの製造方法。
【請求項５】単結晶構造を有する半導体基板からなる
電気・光素子若しくは部品の裏面に異方性化学エッチン
グあるいは反応性プラズマエッチングにより所望の形状
の凹部あるいは凸部を形成すると共に当該電気・光素子
若しくは部品をダイシングブレードあるいはへき開によ
り所望のチップ形状に切断する一方、単結晶構造を有す
る半導体基板からなる電気・光素子用搭載基板に異方性
化学エッチングあるいは反応性プラズマエッチングによ
り前記チップ形状の電気・光素子若しくは部品の凹部あ
るいは凸部と嵌合する凸部あるいは凹部を形成し、前記
チップ形状の電気・光素子若しくは部品の前記凹部ある
いは凸部と前記電気・光素子用搭載基板の前記凸部ある
いは凹部とを嵌合すると共に両者を接着剤を介して接続
することを特徴とする電気・光モジュールの製造方法。
【請求項６】半導体基板からなる電気・光素子若しく
は部品をダイシングブレードあるいはへき開により所望
のチップ形状に切断する一方、単結晶構造を有する半導
体基板からなる電気・光素子用転写基板に異方性化学エ
ッチングあるいは反応性プラズマエッチングにより前記
チップ形状の電気・光素子若しくは部品の一部と嵌合す
る凹部を形成し、前記チップ形状の電気・光素子若しく
は部品の一部と前記電気・光素子用転写基板の前記凹部
とを嵌合させることにより位置合せを行った後、当該電
気・光素子若しくは部品と半導体基板からなる電気・光
素子用搭載基板とを接着剤を介して接続し、その後前記
電気・光素子用転写基板を取り除くことを特徴とする電
気・光モジュールの製造方法。
【請求項７】単結晶構造を有する半導体基板からなる
電気・光素子若しくは部品の表面に異方性化学エッチン
グあるいは反応性プラズマエッチングにより所望の形状
の凹部あるいは凸部を形成すると共に当該電気・光素子
若しくは部品をダイシングブレードあるいはへき開によ
り所望のチップ形状に切断する一方、単結晶構造を有す
る半導体基板からなる電気・光素子用転写基板に異方性
化学エッチングあるいは反応性プラズマエッチングによ
り前記チップ形状の電気・光素子若しくは部品の凹部あ
るいは凸部と嵌合する凸部あるいは凹部を形成し、前記
チップ形状の電気・光素子若しくは部品の前記凹部ある
いは凸部と前記電気・光素子用転写基板の前記凸部ある
いは凹部とを嵌合させることにより位置合せを行った
後、当該電気・光素子若しくは部品と半導体基板からな
る電気・光素子用搭載基板とを接着剤を介して接続し、
その後前記光素子用転写基板を取り除くことを特徴とす
る電気・光モジュールの製造方法。
【請求項８】請求項４〜７の何れかの工程により、当
該電気・光素子用搭載基板をさらに他の電気・光素子用
搭載基板に接続搭載し、これを複数回繰り返して積層モ
ジュールとすることを特徴とする電気・光モジュールの
製造方法。
【請求項９】請求項４〜８において、電気・光素子若
しくは部品として、電気・光素子の他、光導波路、光ス
イッチ、光電子集積回路、アイソレータなどの機能素子
や部品を形成した半導体基板を用いることを特徴とする
電気・光モジュールの製造方法。