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JPH06204262A - 光半導体装置の実装方法 - Google Patents

光半導体装置の実装方法

Info

Publication number
JPH06204262A
JPH06204262A JP121693A JP121693A JPH06204262A JP H06204262 A JPH06204262 A JP H06204262A JP 121693 A JP121693 A JP 121693A JP 121693 A JP121693 A JP 121693A JP H06204262 A JPH06204262 A JP H06204262A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
optical semiconductor
pattern
mounting
light beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP121693A
Other languages
English (en)
Inventor
Haruhiko Tabuchi
晴彦 田淵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP121693A priority Critical patent/JPH06204262A/ja
Publication of JPH06204262A publication Critical patent/JPH06204262A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/1015Shape
    • H01L2924/10155Shape being other than a cuboid
    • H01L2924/10158Shape being other than a cuboid at the passive surface

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Supply And Installment Of Electrical Components (AREA)
  • Die Bonding (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 受光素子、発光素子等を含む光半導体装置を
高い位置決め精度で実装基板上に実装する技術に関し、
比較的容易に高精度で光半導体装置を実装基板上に位置
合わせすることのできる光半導体装置の実装方法を提供
することを目的とする。 【構成】 光半導体装置を実装基板上に位置合わせして
実装する方法であって、光半導体装置上に光ビーム位置
決め用パターンを形成し、実装基板上に位置検出用反射
パターンを形成し、光半導体装置を可動支持手段で支持
し、光半導体装置または可動支持手段にレンズを設け、
光半導体装置の所定位置を通して光ビームを実装基板上
に照射し、反射光を再び光半導体装置を通して検出し
て、実装基板に対する光半導体装置の位置合わせを行な
い、光半導体装置を実装基板上に固定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の実装技術
に関し、特に受光素子、発光素子等を含む光半導体装置
を高い位置決め精度で実装基板上に実装する技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】半導体レーザやホトダイオードのような
光半導体装置と光ファイバを組み合わせた光通信システ
ムは、応答速度が高いことや無中継での伝送距離が長い
といった特徴があり、従来の金属性の電線を用いる通信
システムに比較して桁違いに高性能である。
【0003】このように、非常に高性能な光通信システ
ムも、実用化されている分野は電話に代表される電気通
信の幹線系が中心となっており、その他の分野での実用
化は非常に少ないのが現状である。
【0004】光通信技術の広範な応用を阻害する原因は
いくつか考えられるが、その1つに光部品の組み立てコ
ストの問題がある。電気系では、電線の接触のみで結合
が可能であるが、光部品においては、高い結合を得るた
めには1μm以下の精細な位置合わせ精度が要求される
ことが多い。このため、組み立てコストが高いものとな
っている。
【0005】図2に、光半導体装置の実装例を概略的に
示す。ホトダイオードやレーザダイオード等の光半導体
装置1を、光ファイバ8と光軸合わせをしてシリコン基
板等の実装基板2b上に実装する場合を示す。実装基板
2b表面には、光半導体装置1や電子回路IC10を固
定し、電気的に接続するためのメタルパターン23が形
成されている。
【0006】また、実装基板2b表面には、一対のU溝
71と、これらのU溝71間を接続するように形成され
たV溝72が形成されている。実装基板26の表面に形
成される溝のうち、光ファイバの位置決めに利用される
V溝72は、シリコン基板の結晶方位を利用したエッチ
ングによって作成することができる。
【0007】光ファイバ8は、V溝72上に配置され、
V溝を案内としてU溝71側壁に当接するように配置さ
れる。光半導体装置1や電子回路IC10は、TVカメ
ラ等によって位置をモニタし、実装基板2b上のメタル
パターン23上に配置される。
【0008】フォトリソグラフィでパターンを形成する
ので、実装基板2b上のパターン精度や、光半導体装置
1や電子回路IC10上のパターン精度は比較的良好で
あるが、パターンの上に半導体装置や電子回路を実装し
てモジュールを組み立てる時の組み立て精度が問題とな
る。
【0009】図3に、従来の技術による光半導体装置の
実装装置の例を示す。光半導体装置1は、Xステージ4
1a上に搭載されたZステージ41cに載置されてい
る。実装基板2は、Yステージ41b上に載置されてい
る。初期の状態においては、Yステージ41bとZステ
ージ41cは、X方向に引き離され、それぞれTVカメ
ラ56a、56bと対向している。
【0010】光半導体装置1の下面には、パッド状の半
田パターン7が形成されており、実装基板2の表面上に
は、メタルパターン23が形成されている。次に述べる
ような方法で、Xステージ41a、Zステージ41c、
Yステージ41bを駆動することにより、光半導体装置
1と実装基板2を相対的に位置合わせし、半田パターン
7をメタルパターン23上に溶着する。
【0011】まず、図示の位置で光半導体装置1上の半
田パターン7の位置と、実装基板2上のメタルパターン
23の位置をTVカメラ56b、56aによって読み取
る。TVカメラ56a、56bで読み取った画像情報
は、モニタTV58a、58bで表示されると共に、画
像処理装置57に送られ、その相対位置が計算される。
【0012】算出された相対位置に基づき、画像処理装
置57は光半導体装置1と実装基板2とをXY面内にお
いて位置合わせするために必要なXステージ41aのX
方向の移動量と、Yステージ41bのY方向の移動量に
対応する情報をステージ駆動装置43a、43bに送出
する。ステージ駆動装置43a、43bは、それぞれX
ステージ41a、Yステージ41bをそれぞれ所定位置
まで駆動するのに必要なパルス信号をステージのモータ
に送出する。その結果、ステージは所定位置まで移動す
る。
【0013】その後、Zステージ41cを移動させて光
半導体装置1を下方に移動させ、光半導体装置1上の半
田パターン7が実装基板2上のメタルパターン23上に
接触するようにする。
【0014】その後、スイッチSWを閉じ、電源59か
らヒータ61に電流を供給して実装基板2およびその上
に載置された光半導体装置1を加熱する。加熱により半
田パターン7が溶融した後、スイッチSWを切り、ヒー
タ61を降温させる。半田パターン7が固化することに
より、光半導体装置1は実装基板2上に固定される。
【0015】このような組み立て装置は、たとえば特願
平2−329533号公報に提案されている。このよう
な組み立て装置では、光半導体装置1と実装基板2の位
置読み取りは、それぞれ離れた場所で行なわなければな
らず、その後比較的長い距離をステージによって移動し
なければならないので、誤差が大きくなりやすい。
【0016】また、ヒータ61による加熱およびその後
の降温等により、熱膨張による誤差も伴う。このため、
現在の技術においては、位置合わせ精度をたとえば±1
0μm程度に抑えるのが限界である。この位置合わせ精
度は、光半導体装置の無調整実装を実現するためには、
不十分である。
【0017】図4は、光半導体装置が通常ダイオード構
造を有することを利用し、位置合わせ精度を向上した光
半導体装置の組み立て装置の構成を示す。光半導体装置
1は、ダイオード構造Dを含み、半田パターン7はこの
ダイオード構造Dに接続されている。実装基板2上のメ
タルパターン23のうち、ダイオード構造Dに接続され
るべきものに電流計Aを介して電源67を接続する。
【0018】図3に示すTVカメラによる位置読み取り
に基づき、半導体装置1と実装基板2の位置合わせを行
ない、光半導体装置1を実装基板2上に降下させた際、
位置が正しく整合していれば、半田パターン7とメタル
パターン23は接触し、電源67から電流計Aを介し
て、ダイオード構造Dに電流が流れる。
【0019】しかし、位置が不一致の場合は、半田パタ
ーン7とメタルパターン23は接触しないので、電流は
流れない。このようにして、半田パターン7とメタルパ
ターン23の位置の整合を確認した後、半田パターン7
を溶融することができる。
【0020】このような技術は、たとえば、1991年
電子情報通信学会秋期全国大会講演番号C−153に提
案されている。最初は光半導体装置を目的とする位置の
周辺に移動させ、光半導体装置の位置合わせに失敗して
も、その後少しずつ補正して周辺を走引することによ
り、最終的に光半導体装置を正規の位置に合わせ込むこ
とができる。
【0021】位置合わせ精度を高くするには、半田パタ
ーン7とメタルパターン23を微細にすることが好まし
い。しかしながら、半田パターン7とメタルパターン2
3を微細にした場合には、最初の位置合わせに失敗した
場合、正規の位置を見つけるための位置の補正量を小さ
くする必要がある。そのため、正規の位置を見つけるま
での接触回数を多くしなければならなくなる。
【0022】また、電気的接触を利用するため、一部分
だけが接触している場合でも電流が流れるので、円形パ
ッドを使用した場合、位置合わせ精度をパッドの直径よ
り小さくすることができないという問題がある。
【0023】さらに、図4に示す技術においては、押し
付け圧力が強過ぎると、光半導体装置や実装基板を破損
する可能性がある。逆に押し付け圧力が弱過ぎると、接
触不良を生じ、実際には接触しているのに位置合わせに
失敗したと判断してしまうことがある。
【0024】また、少なくとも2つの接点が同時に整合
する必要があり、回転方向のずれが生じた場合には、場
所を変え、接触を繰り返しても正規の位置を見つけるこ
とができなくなる場合がある。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
光半導体装置を実装基板上に位置合わせすることは容易
でなく、高精度で位置合わせしようとすると、比較的長
い時間を必要とした。
【0026】本発明の目的は、比較的容易に高精度で光
半導体装置を実装基板上に位置合わせすることのできる
光半導体装置の実装方法を提供することである。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明の光半導体装置の
実装方法は、光半導体装置を実装基板上に位置合わせし
て実装する方法であって、光半導体装置上に光ビーム位
置決め用パターンを形成し、実装基板上に位置検出用反
射パターンを形成し、光半導体装置を可動支持手段で支
持し、光半導体装置または可動支持手段にレンズを設
け、光半導体装置の所定位置を通して光ビームを実装基
板上に照射し、反射光を再び光半導体装置を通して検出
して、実装基板に対する光半導体装置の位置合わせを行
ない、光半導体装置を実装基板上に固定する。
【0028】実装基板上の位置検出用反射パターンは、
反射光強度によってその存在を確認できるものであれば
よい。たとえば、周辺の表面とは反射率の異なる反射面
やほぼ同一の反射率であるが、λ/4程度の段差構造を
持つパターンを利用することができる。
【0029】実装基板上の位置検出用反射パターンは、
発見が容易で正規の位置までのガイドが容易な形状を採
用することができる。たとえば、直線状パターン、クロ
ス状パターン、目的位置までの情報を含むビット列パタ
ーン等を利用することができる。
【0030】光半導体装置上の光ビーム位置決め用パタ
ーンは、光半導体装置を可動支持手段で支持する際に、
光半導体装置の位置を正確に位置決めできるものであれ
ばよい。
【0031】たとえば、光半導体装置の半導体とは異な
る透過率を有する材料のパターンや、開口を有する遮光
材料のパターン、光半導体装置の基板自身に形成した開
口等を用いることができる。
【0032】また、用いる光ビームの本数も任意に選択
することができる。複数の光ビームを用いる際には、レ
ンズ等もそれに対応した個数とする。
【0033】
【作用】光半導体装置を、可動支持手段に支持する際に
は、光半導体装置上に形成した光ビーム位置決め用パタ
ーンを利用することにより、光半導体装置を可動支持手
段に高精度で支持させることができる。
【0034】光半導体装置を実装基板に位置合わせする
際には、実装基板上に形成した位置検出用反射パターン
を利用することにより、容易に所定の位置まで光半導体
装置を導くことができる。
【0035】位置検出用反射パターンをトラッキングす
ることにより、光半導体装置を容易に所望の位置まで案
内することができる。また、2本以上の光ビームを用い
る場合には、回転ずれも検出することができる。
【0036】レンズを用いて光ビームを小さいスポット
に絞り込むことにより、分解能を容易に向上することが
できる。また、反射面と光ビームとのずれに対応して反
射光強度が変化するため、位置検出用反射パターンの幅
よりも小さいずれの検出が可能である。
【0037】この際、光半導体装置を通して光ビームを
実装基板上に照射するため、光ビームが実装基板上の位
置検出用反射パターンを検出する際には、光半導体装置
と実装基板間の位置決め精度は高い。このようにして、
高精度で比較的容易に光半導体装置を実装基板に位置合
わせすることができる。
【0038】また、光半導体装置を正規の位置まで搬送
するために、光半導体装置と実装基板とを接触させる必
要はない。したがって、高速の移動が可能になり、しか
も接触による光半導体装置の破損等を防止することがで
きる。
【0039】
【実施例】図1に、本発明の実施例による光半導体装置
の実装方法の基本概念を示す。光半導体装置1は、可動
支持手段3により、その相対位置を合わせて支持され
る。光半導体装置1の下面には、実装基板2のメタルパ
ターン23と接続するためのパッド6およびパッド上の
半田パターン7が形成されている。また、光半導体装置
1は、その一部に光ビームを透過させるための構成を有
する。
【0040】図示の構成においては、光半導体装置1の
半導体自身が光透過材料であり、その一部表面にはレン
ズ4が形成されている。また、レンズ4の下側には、光
ビーム位置決め用パターン5が形成されている。
【0041】可動支持手段3には、光ビーム透過部材9
が結合されており、その相対的位置は固定される。光ビ
ーム透過部材9は、たとえば光ファイバで形成され、光
半導体装置1表面に光ビームを供給する。
【0042】この光ビームを、図1において光半導体装
置の下側でモニタし、光ビーム位置決め用パターン5の
中心に光ビームの中心が位置するように調整して、光半
導体装置1を支持することにより、可動支持手段3と光
半導体装置1の相対的位置を確認することができる。可
動支持手段3は、たとえば真空チャック等の部材であ
り、光半導体装置1との相対的位置合わせを行なった
後、光半導体装置1を支持する。
【0043】実装基板2には、半田パターン7と接続す
るためのメタルパターン23および検出用光ビームを反
射するための位置検出用反射パターン22を有する。な
お、位置検出用反射パターン22がメタルパターン23
と兼用されるものであってもよい。
【0044】光ビーム透過材料9から供給された光ビー
ムは、レンズ4によって集光され、光ビーム位置決め用
パターン5を通って実装基板2上に照射される。光ビー
ムが実装基板2上の位置検出用反射パターン22に当た
ると、反射光の変化が生じる。この反射光は、入射時と
逆の方向に進み、光ビーム位置決め用パターン5、レン
ズ4、光ビーム透過部材9を通って検出器に導かれる。
【0045】可動支持手段3で光半導体装置1の位置を
連続的に変化させると、光ビーム透過部材9、レンズ4
を通って供給される光ビームもそれに伴って位置を変化
させる。光ビームが位置検出用反射パターン22に当た
ると、たとえば反射光が増大し、検出装置により位置検
出用反射パターン22の存在を確認することができる。
【0046】位置検出用反射パターン22が所定のパタ
ーンで形成されていれば、光ビームを用いて位置検出用
反射パターン22をトラッキングすることにより、光半
導体装置1を所望の位置まで案内することができる。
【0047】なお、レンズ4は、光半導体装置1上に形
成せず、光ビーム透過部材9に結合させてもよい。ま
た、光ビーム位置決め用パターン5は、光半導体装置1
自体に形成した開口で構成してもよい。
【0048】以下、本発明のより具体的な実施例につい
て説明する。図5−図8は、本発明の実施例による光半
導体装置の実装を示す。図5(A)において、ホトダイ
オードPDを形成した光半導体装置1は、真空チャック
3に吸引されて支持されている。真空チャック3は、光
ファイバ9と共に、ステージ41dに搭載されている。
【0049】実装基板2は、たとえば表面にメタルパタ
ーンを形成したセラミック基板であり、ステージ41e
に搭載されている。なお、ステージ41d、41eは全
体としてXYZθの自由度を有するが、以下の説明上
は、ステージ41dがXYステージであり、ステージ4
1eがZステージであるとする。
【0050】ステージ41dがTVカメラ56と対向す
る位置において、光半導体装置1を位置決めして真空チ
ャック3で支持する。その後、ステージ41dを実装基
板2上方に移動し、レーザ光源51から発する光ビーム
52を光ファイバ9、光半導体装置1を通して実装基板
2上に照射し、位置検出用の反射パターンをトラッキン
グして所定の位置に高精度で運ぶ。
【0051】なお、レーザ光源51から発した光ビーム
52は、偏波分離器PBSを通してλ/4板53に入射
する。λ/4板53は、入射する偏光の偏光方向に対し
て45度傾いた光軸を有し、入射する光を2つの成分に
分け、その一方をλ/4遅延させる。
【0052】実装基板2表面で反射した反射光は、再び
λ/4板に入射し、偏光の一方の成分をさらにλ/4遅
延させ、入射光に対して偏光軸が90度回転した出射光
を形成する。この出射光は、今度は偏波分離器PBSに
よって反射され、光検出器55で検出される。
【0053】光ファイバ9、光半導体装置1は、ステー
ジ41dと固定された位置関係にあり、光検出器55が
反射光を検出した時は、光半導体装置1が実装基板2の
所定の位置上にあることを意味する。
【0054】光検出器55の検出信号は、信号処理回路
およびステージ制御装置42で処理され、ステージ駆動
信号を形成し、ステージ41dを駆動して光半導体装置
1をさらに所定位置に進める。レーザ光源51は、たと
えば1.3μmの光を発射するものであり、光半導体装
置1の基板はこの光を透過することのできるInP等で
形成される。
【0055】図5(B)は、光半導体装置を透過する光
の様子を拡大して示す。光半導体装置1の表面上にはレ
ンズ4が形成されており、裏面上にはリング状のパター
ン5が金属等で形成されている。
【0056】ファイバ9から発した光は、レンズ4によ
って集光され、実装基板2上に照射する。なお、光半導
体装置1下面上のパッド6は、光半導体装置1を実装基
板2に接続するためのものである。
【0057】図6は、光半導体装置1をより詳細に示
す。図6(A)は、光半導体装置1の斜視図である。I
nPの基板11の表面上にレンズ4が形成されており、
対応する裏面上には開口を有するリング状の金属のパタ
ーン5が形成されている。
【0058】また、基板11の四隅には、光半導体装置
1接続用のパッド6が形成されている。また、ホトダイ
オードPDが一側辺から中央部に向かって形成されてい
る。図6(B)は、光半導体装置1の断面構造を示す。
n型InP基板11の一方の面に半球状のレンズ4が形
成され、他の面上にはn型InP層12、i型InGa
As層13、p型InP層14がエピタキシャルに積層
されて、ダイオード構造を構成している。
【0059】さらに、この表面上に金属層15、16が
形成され、所定の形状にパターニングされている。ホト
ダイオードPD上の金属層16は、p型InP層14上
に形成され、半田パターン7aを備えてホトダイオード
PDの陽極を形成している。
【0060】パッド6上の金属層15は、p型InP層
14表面からパッド6側面を延在してn型InP基板1
1表面に達している。したがって、パッド6上の金属層
15は、ホトダイオードPDの陰極を構成している。な
お、この金属層15上にも半田パターン7bが形成され
ている。
【0061】図6(C)は、光半導体装置1を、図6
(B)とは90度回転した角度から見た側面図である。
また、図6(D)は光半導体装置1を上方から見た平面
図である。
【0062】ホトダイオードPDは、光吸収層であるi
型InGaAs層13を、n型InP層12、p型In
P層14で挟んだ構成である。このpin接合に逆バイ
アス電圧を印加し、入射光をi型InGaAs層13に
導入する。
【0063】入射光が吸収されると、逆バイアスされた
ダイオード構造に光電流が流れる。アバランシェホトダ
イオード構造とすることにより、増幅率を持たせること
もできる。
【0064】図7は、InP基板11表面上に配置され
るレンズ4の製造方法を示す。まず、図7(A)に示す
ように、InP基板11表面上に、AZホトレジスト等
によるレジストパターン69を形成する。このレジスタ
パターン69を、たとえば200℃に加熱し、ベーキン
グすることによって、図7(B)に示すように、レジス
トパターンを変形させ、中央が盛り上がったレジストパ
ターン69aとする。
【0065】次に、図7(C)に示すように、斜め方向
からAr+ イオンを照射し、InP基板11を回転させ
ながらイオンビームエッチングを行なう。レジスタパタ
ーン69aが中央が盛り上がった半球状の形状を有する
ため、レジストパターン69aの薄い部分から先にエッ
チングが進み、レジストパターン69aの厚い部分のI
nP基板11が次第に厚く残る。このようにして、レジ
ストパターン69aを全てエッチングした時には、In
P基板11の表面にはほぼ半球状の凸部が形成される。
【0066】その結果、図7(D)に示すように、In
P基板11表面上にレンズ4が形成される。なお、この
ような半導体レンズの製造方法は、たとえば、IEEE J o
f QUANTUM ELECTRONICS, QE-17, No.2, pp.174-178 (19
81) に記載されている。
【0067】なお、InP基板11の他方の表面上の構
造は、たとえば以下のようにして形成することができ
る。InP基板11表面上に、n型InP層12、ノン
ドープInGaAs層13、p型InP層14をエピタ
キシャル成長し、ホトリソグラフィによるレジストマス
クを使用してドライエッチングを行ない、ホトダイオー
ドPDとパッド6に相当する部分を残してエピタキシャ
ル成長した半導体層をエッチングする。
【0068】その後、金属層を形成し、パターニングす
ることで金属層15、16を形成する。さらに、表面上
に半田パターン7a、7bを形成して図6に示すInP
基板11を形成する。
【0069】図8は、実装基板2の構成を示す。図8
(A)に示すように、実装基板2表面上にはボンディン
グ用のメタルパターン23a、23bと共に、光検出用
のパターン22が形成されている。光検出用パターン2
2は、T字型形状を有する。T字型形状の交点が光半導
体装置を実装する時の基準位置となる。
【0070】ボンディング用メタルパターン23aは、
ホトダイオードに直接接続するメタルパターンであり、
メタルパターン23bはInP基板11の四隅に形成さ
れたパッドにそれぞれ接続するメタルパターンである。
なお、図示を省略しているが、メタルパターン23bの
うち、少なくとも1つはホトダイオードの陰極に接続さ
れ、外部に引き出される。
【0071】光半導体装置を通して照射される光ビーム
は、走査パターン25で示すように、駆動される。光検
出用パターン22を横断することにより、その1方向の
位置を確認しつつトラッキングする。
【0072】光ビームがT字型パターンの上辺に達する
と、それまでのパターン検出信号とは異なったタイミン
グの検出信号が得られるため、他方向の基準位置を知る
ことができる。このようにして、2方向の位置を検出す
ることにより、光半導体装置1の面内位置が高精度に検
出されている。
【0073】光ビーム検出用パターン22は、実装基板
2表面よりも反射率の高いメタルパターンで形成するの
が容易である。また、実装基板2表面上にλ/4程度の
深さを有する溝部を形成した後、全表面を金属膜で覆っ
てもよい。ただし、この金属膜は、メタルパターン23
aおよびメタルパターン23bとは分離されなければい
けない。
【0074】図8(B)は、光ビームが光検出用パター
ンを横切る時の反射光の強度変化を示す。曲線raは、
光検出パターン22が高反射率の反射面で形成されてい
る時の反射光強度の変化を示す。なお、光ビームの径と
光検出パターンの幅は同程度であるとする。
【0075】光ビームと光検出パターンの重複度が最大
の時に反射光は最大値を示す。光ビームが光検出パター
ンの中心からずれだすと、反射光の強度も次第に低下
し、光ビームが光検出パターンを完全に外れた時に最低
値を示す。
【0076】このように、光ビームを用いた位置検出に
おいては、光ビームと光検出パターンが一部重複してい
ても反射光強度に変化が表れるため、光検出パターンの
幅以下の精度で位置検出を行なうことができる。
【0077】曲線rbは、λ/4の深さを有する溝によ
って光検出パターンを形成した場合の反射光強度の変化
を示す。光ビームの半分が溝の上部分で反射し、他の半
分が溝の底部分で反射すると、両者の位相が丁度逆にな
るため、反射光は最低値を示す。
【0078】光ビームの中央と溝の中央が一致した時に
は、溝の底面で反射する光の方が溝の上面で反射する光
よりも多いため、反射光強度は持ち上がっている。した
がって、溝の両縁に相当する部分で反射光強度の最低値
が示される。
【0079】光ビームを走査パターン25のように走査
すると、光ビームが光検出パターン22を横切るたび
に、図8(B)に示すような反射光強度の変化が生じる
ため、高精度に光ビームの位置、すなわち、光半導体装
置の位置を検出することができる。
【0080】図8(C)は、光半導体装置1と実装基板
2の位置合わせをした状態を示す。光半導体装置1のレ
ンズ4が光検出パターン22の交差部上に配置され、ホ
トダイオードPDがホトダイオード用のメタルパターン
23aの上に高精度に位置合わせされている。
【0081】なお、図8(A)において、右辺から光ビ
ームの走査を始める場合を説明したが、上辺または下辺
から光走査を開始してもよいことは自明であろう。図9
は、本発明の他の実施例による光半導体装置の位置合わ
せを示す。
【0082】図9(A)は、実装基板の構成を示す。本
実施例においては、光ビーム検出パターン22が水平方
向の直線部分22aと垂直方向の直線部分22bで構成
されている。両パターン22a、22bは、分離されて
いる。
【0083】なお、ボンディング用メタルパターン23
a、23bは、図8(A)の場合と同様である。走査パ
ターン25aは、光半導体装置上のある基準位置のトラ
ッキング軌跡を示す。
【0084】図9(B)は、光半導体装置の構成を示
す。本実施例においては、4つのレンズが形成されてい
る。X方向検出用に一対のレンズ4xが形成され、Y方
向の位置検出に一対のレンズ4yが形成されている。な
お、ホトダイオードPDおよびパッド6は、図6に示す
前記実施例の場合と同様である。
【0085】図9(C)は、位置合わせが完了した時の
光半導体装置1と実装基板2の関係を示す。図示の状態
においては、縦方向に並んだ3つのレンズ4x、4yが
縦方向に配置された光ビーム検出用パターン22b上に
配置され、他の1つのレンズ4yが横方向の光ビーム検
出用パターン22a上に配置されている。
【0086】たとえば、図9(A)に示す走査パターン
25aにしたがって光半導体装置を移動させると、一対
のレンズ4yを通る光が、同時に光ビーム検出用パター
ン22aを検出するか否かにより、光半導体装置1の角
度を検出することができる。
【0087】また、一対のレンズ4xを通る光ビーム
が、光ビーム検出用パターン22bを同時に検出するか
否かにより、同様の角度検出ができる。なお、このよう
に複数のレンズを用いる場合には、図5(A)に示す光
ファイバ9も複数本とし、それぞれのレンズに対して光
ビームを供給する。各光ビームに対応して、光検出器5
5も複数個用いる。
【0088】図10は、本発明の他の実施例による光半
導体装置の位置合わせを示す。図10(A)は、光半導
体装置の構成を示す。光半導体装置1上のホトダイオー
ドPDおよびパッド6は前述の実施例と同様である。本
実施例においては、InP基板11上に4つのレンズ4
a、4b、4c、4dが直線上に並んで形成されてい
る。
【0089】図10(B)は、実装基板の構成を示す。
ボンディング用メタルパターン23a、23bは、前述
の実施例同様である。なお、ホトダイオードPDボンデ
ィング用のメタルパターン23aの形状は一部前述の実
施例と異なり、円形とされている。
【0090】本実施例においては、直線状の光ビーム検
出用パターン22cと共に、スポット状のパターンが並
んだ3列の光ビーム検出用パターン24a、24b、2
4cが形成されている。
【0091】パターン24aがレンズ4aを通る光に対
応し、同様、パターン24b、24cは、レンズ4c、
4dを通る光ビームに対応する。レンズ4bを通る光
は、光ビーム検出用パターン22cに対応し、前述の実
施例同様、光半導体装置1をトラッキングする際に用い
られる。
【0092】スポット状光検出用パターン24は、縦方
向に整合しており、3ビット信号を表す。●で示したス
ポットは低反射率であり、○で示したスポットは高反射
率である。
【0093】4つのレンズ4a〜4dを通る光が、パタ
ーン22cのみでなく、パターン24a、24b、24
cにも照射すると、その横方向位置を表す信号が得られ
る。たとえば、目標位置まで後何μmかが示される。こ
のようにすると、直接数値で位置補正を行なうことがで
きるので、位置合わせが高速になる。
【0094】さらに、1枚の基板に種類の違う多数のチ
ップを実装する場合に、その場所に取り付けるべきチッ
プの種類を示すコードをパッドの近くに付けておくと、
基板上のコードを読んで対応するチップをボンディング
する装置を実装することも可能になる。
【0095】図11は、本発明の他の実施例による光半
導体装置の位置合わせを示す。図11(A)において
は、光半導体装置1上にはレンズは形成されておらず、
光ファイバ9の先端が半球状とされてレンズを構成して
いる。光半導体装置1の下面上には、前述の実施例同様
にホトダイオードPDおよびパッド6が形成されてい
る。
【0096】なお、本実施例ではパターン5aは、透過
光ビームの形状を画定するパターンとして使用される。
そして、パターン5aは、前述の実施例の場合よりも光
遮蔽部分の幅を広くすることが好ましい。たとえば、開
口径が約40μm、外径が約50μmとする。
【0097】TVカメラにより、光ファイバ9と光ビー
ム成形用パターン5aの位置合わせを行ない、真空チャ
ックで光半導体装置1を支持した後は、図5−図8に示
す実施例と同様に光半導体装置の実装基板に対する位置
合わせを行なうことができる。
【0098】図11(B)は、光半導体装置1の半導体
基板11に直接開口を形成して光ビーム整形用パターン
5bとした実施例を示す。本実施例の場合、光ビームは
半導体基板11の存在しない空間を通過するため、半導
体基板11が光ビームに対して透明である必要はない。
したがって、用いる光ビームの波長は自由に選択するこ
とができる。
【0099】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。たとえば、
光半導体装置の基板を支持する方法は真空チャックに限
らず、他の支持方法を用いてもよい。
【0100】また、光半導体装置の半導体基板はInP
の他、他の半導体を用いることもできる。ただし、光ビ
ームが半導体基板を透過する実施例を用いる場合、光ビ
ームの波長と半導体基板のバンドギャップを選択する必
要はある。
【0101】光ビームを成形する光ビーム位置決め用パ
ターンは、必ずしも金属である必要はない。光ビームの
位置合わせを目的とする場合は、パターンを認識できる
ものであればよいし、透過光ビームの形状の画定を目的
とする場合は、光ビームの光強度を減衰させることがで
きるものであればよい。
【0102】また、光半導体装置を実装基板に接続する
ためのパッド形状、パッド数等は任意に選択することが
できる。光半導体装置がホトダイオードを含む場合を説
明したが、半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子
を含むものであってもよい。また、光変調素子を含むも
のでもよい。
【0103】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能なことは当業者に自明であろう。
【0104】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
光半導体装置との相対位置を固定した光ビームを用いる
ことにより、光半導体装置を高精度に実装基板上に位置
合わせすることができる。
【0105】また、光半導体装置上にレンズを組み込む
ことにより、光半導体装置の位置検出精度を容易に向上
させることができる。光ビームを用い、非接触で光半導
体装置を高精度に実装基板に位置決めすることができる
ため、光半導体装置の実装において、光半導体装置の破
損等の事故を生じることが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による光半導体装置の実装の基
本概念を示す断面図である。
【図2】光半導体装置の実装を説明するための斜視図で
ある。
【図3】従来技術による光半導体装置の実装装置のブロ
ック図である。
【図4】他の従来技術による光半導体装置の実装装置を
示す概略図である。
【図5】本発明の実施例による光半導体装置の実装を示
す概略断面図である。
【図6】図5に示す光半導体装置をより詳細に示す図で
ある。図6(A)は斜視図、図6(B)は断面図、図6
(C)は側面図、図6(D)は平面図である。
【図7】図6に示す光半導体装置に形成するレンズの製
造方法を示す断面図である。
【図8】図5に示す実装基板を、より詳細に説明するた
めの図である。図8(A)は平面図、図8(B)は反射
光強度の変化を示すグラフ、図8(C)は平面図であ
る。
【図9】本発明の他の実施例による光半導体装置の実装
を説明するための平面図である。
【図10】本発明の他の実施例による光半導体装置の実
装を説明するための平面図である。
【図11】本発明の他の実施例による光半導体装置の実
装を説明するための概略斜視図である。
【符号の説明】
1 光半導体装置 2 実装基板 3 可動支持手段 4 レンズ 5 光ビーム位置決め用パターン 6 パッド 7 半田パターン 8 光ファイバ 9 光ビーム透過部材(光ファイバ) 10 電子回路IC 11 半導体基板 12 n型InP層 13 ノンドープInGaAs層 14 p型InP層 15、16 メタル層 22 位置検出用反射パターン 23 メタルパターン 25 走査パターン 41 ステージ 43 ステージ制御装置 51 レーザ光源 52 光ビーム 53 λ/4板 55 光検出器 56 TVカメラ 57 画像処理装置 58 モニタTV 59、67 電源 61 ヒータ 69 レジストパターン 71、72 溝 A 電流計 D ダイオード PD ホトダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/68 F 8418−4M 31/02 H05K 13/04 A 8509−4E

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 光半導体装置(1)を実装基板(2)上
    に位置合わせして実装する方法であって、 光半導体装置(1)上に光ビーム位置決め用パターン
    (5)を形成し、 実装基板(2)上に位置検出用反射パターン(22)を
    形成し、 光半導体装置(1)を可動支持手段(3)で支持し、 光半導体装置または可動支持手段にレンズ(4)を設
    け、 光半導体装置の所定位置を通して光ビームを実装基板上
    に照射し、反射光を再び光半導体装置を通して検出し
    て、実装基板に対する光半導体装置の位置合わせを行な
    い、 光半導体装置を実装基板上に固定する光半導体装置の実
    装方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09138325A (ja) * 1995-11-13 1997-05-27 Nec Corp 光ファイバ実装構造とその製造方法
JP2003270481A (ja) * 2002-02-07 2003-09-25 Qinetiq Ltd 光部品を整列させるための方法および装置
JP2005300976A (ja) * 2004-04-13 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd 光学部品の接合方法
US7926159B2 (en) 2007-02-28 2011-04-19 Hon Hai Precision Industry Co., Ltd. System and process for assembling camera modules

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