JP2019016658A5 - - Google Patents

Description

次に、溝３１の長さ方向について説明する。図２中（ｂ）で示すように、セラミック基板２を溝３１内で接合する時、Ｓ１方向にスクラブ動作するため、溝３１の長さ方向のサイズはセラミック基板２の長さに加えてスクラブ動作させる寸法分以上に長くする必要がある。例えば、幅が１．０ｍｍ、長さが１．５ｍｍのセラミック基板２の組立公差が±０．１ｍｍで、長さ方向に０．１ｍｍスクラブ動作させる場合、溝３１の長さ方向のサイズは１．９ｍｍ以上とするのが好ましい。またはんだを濡れ拡がらせるために、スクラブ動作させる寸法はスクラブ動作させる部材のスクラブ動作方向の寸法の５％以上程度とするのが好ましい。
また、溝３１内に接合されたセラミック基板２の接合面と対向する面には、図１で示すように半導体レーザチップ１がはんだ７によって接合される。この接合時に、半導体レーザチップ１はスクラブ動作するため、この半導体レーザチップ１を保持する治具であるコレットが溝３１の壁面に当たらないよう、溝３１の深さはセラミック基板２の厚さより浅くするのが好ましい。さらに、セラミック基板２を溝３１にはんだ接合する時に、セラミック基板２をセラミック基板２より大きいコレットで保持する場合、セラミック基板２を保持するコレットが金属ブロック３の主面に当たらないよう、溝３１の深さはセラミック基板２のコレットで覆われていない部分の厚さより浅くするのが好ましい。

例えば、幅が１．０ｍｍ、長さが１．５ｍｍ、厚さが０．３ｍｍのセラミック基板２を用いて、このセラミック基板２より大きいコレットでセラミック基板２の表面から０．１ｍｍまで保持し、片側１．０ｍｍスクラブ動作させてはんだ接合する場合、溝３１は幅を１．０ｍｍ、長さを２．５ｍｍより大きく、深さを０．２ｍｍより浅くするのが好ましい。さらには、例えば溝３１の深さを０．１ｍｍより浅くして、コレットおよび溝３１で周囲を覆われていないセラミック基板２の側面の厚さが０．１ｍｍ以上程度確保できるようにすることで、コレットが多少傾いてもコレットの先端が金属ブロック３の主面に接触しなくなるため、より好ましい。

次にはんだ６、はんだ７、はんだ８について説明する。
はんだ６はセラミック基板２の一方の面に形成された電極パターン２１ｂと金属ブロック３に設けられた溝３１の底面との接合に用いられる。はんだ６によってセラミック基板２が接合される時は、金属ブロック３はサーモモジュール４にはんだ８によって接合されている。よって、はんだ６の材料は、はんだ６の接合時にはんだ８が再溶融しないように、融点がはんだ８より低く、熱伝導率の大きい金属が好ましい。そのため、はんだは、一般的にはＳｎ、Ｐｂ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｇｅ等を含有し、その融点が４５０℃未満の合金が用いられるが、はんだ６には、主にＳｎにＡｇやＣｕ等を含有し、その融点が２５０℃未満の合金を用いるのが好ましい。また、はんだ６の接合後の厚さは放熱性の観点から、０．３ｍｍ以下とするのが好ましい。さらには０．１ｍｍ以下とするのがより好ましい。

はんだ７はセラミック基板２の他方の面に形成された電極パターン２１ａと半導体レーザチップ１との接合に用いられる。はんだ７によって半導体レーザチップ１が接合される時は、セラミック基板２は金属ブロック３にはんだ６によって接合されており、金属ブロック３はサーモモジュール４にはんだ８によって接合されている。よって、はんだ７の材料は、はんだ６と同様に、はんだ７の接合時にはんだ８が再溶融しないように、融点がはんだ８より低く、熱伝導率の大きい金属が好ましい。この時、はんだ６は再溶融しても全く問題ない。そのためはんだ７も、主にＳｎにＡｇやＣｕ等を含有し、その融点が２５０℃未満の合金を用いるのが好ましい。はんだ６と全く同じ材料を用いてもよい。また、はんだ７の接合後の厚さは放熱性の観点から、はんだ６と同様に、０．３ｍｍ以下とするのが好ましい。さらには０．１ｍｍ以下とするのがより好ましい。

以上のように構成された本実施の形態１に係る光モジュール１０１の効果について説明する。
ここでは、はんだ６およびはんだ７を溶融してはんだ接合するため、サーモモジュール４の底面からのホットプレートによる全体加熱を行うものとする。
金属ブロック３の主面のセラミック基板２がはんだ６によって接合される位置に、セラミック基板２より大きく、少なくとも幅の一部がセラミック基板２の幅と略等しい溝３１を設けることで、はんだ６とはんだ７に融点が同程度のはんだを用いても、はんだ接合時にセラミック基板２を溝３１の長さ方向へ、半導体レーザチップ１を溝３１の幅方向へスクラブ動作することができる。一方、少なくとも幅の一部がセラミック基板２の幅と略等しい、すなわち幅方向の余裕がセラミック基板２の組立公差以下であるので、半導体レーザチップ１を溝３１の幅方向へスクラブ動作時にはセラミック基板２は幅方向には固定されている。これによって、各工程でのはんだ接合時にスクラブ動作が可能となり、はんだ表面の酸化被膜を除去して、はんだを確実にお互いの部材に濡れ広がらせて確実にはんだ接合することができる。加えて、はんだ内の気泡も除去できるため、はんだボイドを低減することができる。したがって、信頼性が高く熱抵抗の小さい、高品質なはんだ接合部を得ることができる。

また、開口部５１は実施の形態１の溝３１と同様、図３Ａ〜図３Ｉで示したように、幅方向の少なくとも一部がセラミック基板２の幅と略等しくなるように形成されていればよい。開口部５１は貫通していなくても、溝形状であってもよい。開口部５１が金属プレート５を貫通している場合、熱抵抗の増加を防止することができだけでなく、金属ブロック３に対し開口部５１の壁面を容易に垂直に形成でき、セラミック基板２を金属ブロック３に接合する時、開口部５１の内壁面にセラミック基板２が接することでセラミック基板２が傾くことなく位置決めできる。
実施の形態１と同様に、セラミック基板２が開口部５１内で開口部５１の長さ方向にスクラブ動作されてはんだ６により接合され、その後、半導体レーザチップ１が開口部５１の幅方向にスクラブ動作されながらはんだ７により接合される。
このように、半導体レーザチップ１の接合時に、開口部５１の幅方向にスクラブ動作が行われても、セラミック基板２は開口部５１の幅で固定され、実施の形態１の金属ブロック３に溝３１を設けた場合と同様、はんだ接合工程が簡便となり、組み立て精度の高い、信頼性の高い光モジュールを提供できるという効果を得ることができる。
加えて、このように構成することで、製品の種類ごとに光軸の位置が異なっていても、金属プレート５を適宜取り換えることで全て同じ金属ブロック３を用いることができるため、より好ましい。

さらに、開口部５１の長さ方向を半導体レーザチップ１の光軸の方向と平行となるように設けることで、セラミック基板２の搭載位置精度を向上し、組立て時および動作時の半導体レーザチップ１の光軸の位置ずれを抑制することができる。
その結果、高品質なはんだ接合部を備えた信頼性の高い、安価な光モジュールを得ることができる。

Claims (9)

1. 金属ブロックの上に、絶縁基板、光半導体素子を順次はんだで接合する光モジュールの製造方法であって、
   前記金属ブロックに形成され、前記絶縁基板の外形より大きい溝であって、少なくとも幅の一部が前記絶縁基板の幅と略等しい溝に、第一のはんだを挟んで前記絶縁基板を配置し、
   前記絶縁基板を前記溝の長さ方向にスクラブ動作を行いはんだ接合し、
   前記絶縁基板に第二のはんだを挟んで前記光半導体素子を配置し、
   前記光半導体素子を上記溝の幅方向にスクラブ動作を行いはんだ接合する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 金属ブロックの上に、絶縁基板、光半導体素子を順次はんだで接合する光モジュールの製造方法であって、
   前記金属ブロックの上に、開口部が前記絶縁基板の外形より大きい開口部であって、少なくとも幅の一部が前記絶縁基板の幅と略等しい開口部を有する金属プレートを接合し、
   前記開口部に第一のはんだを挟んで前記絶縁基板を配置し、
   前記絶縁基板を前記開口部の長さ方向にスクラブ動作を行いはんだ接合し、
   前記絶縁基板に第二のはんだを挟んで前記光半導体素子を配置し、
   前記光半導体素子を上記開口部の幅方向にスクラブ動作を行いはんだ接合する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
3. 金属ブロックの上に、絶縁基板、光半導体素子を順次はんだで接合する光モジュールの製造方法であって、
   形状が前記絶縁基板の外形より大きく、少なくとも幅の一部が前記絶縁基板の幅と略等しい形状を有するダムが設けられた前記金属ブロックのダム内に、第一のはんだを挟んで前記絶縁基板を配置し、
   前記絶縁基板を前記ダムの長さ方向にスクラブ動作を行いはんだ接合し、
   前記絶縁基板に第二のはんだを挟んで前記光半導体素子を配置し、
   前記光半導体素子を上記ダムの幅方向にスクラブ動作を行いはんだ接合する、ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
4. 上記第一のはんだと上記第二のはんだとが共にＳｎを主成分とするはんだであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
5. 上記第一のはんだと上記第二のはんだとが同一材料であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
6. 前記光半導体素子を前記光半導体素子の光軸方向と直交する方向にスクラブ動作を行うことを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光モジュールの製造方法。
7. 金属ブロックと、
   前記金属ブロックに形成された溝部に第一のはんだを介して接合された絶縁基板と、
   前記絶縁基板に第二のはんだを介して接合された光半導体素子と、を備え、
   前記金属ブロックの溝部は、前記絶縁基板の外形より大きい溝であって、少なくとも幅の一部が前記絶縁基板の幅と略等しく、長さ方向は前記光半導体素子の光軸方向となるように形成された、ことを特徴とする光モジュール。
8. 金属ブロックと、
   前記金属ブロックに接合され、開口部を有する金属プレートと、
   前記開口部で第一のはんだを介して前記金属ブロックと接合された絶縁基板と、
   前記絶縁基板に第二のはんだを介して接合された光半導体素子と、を備え、
   前記金属プレートの開口部は、前記絶縁基板の外形より大きい開口部であって、少なくとも幅の一部が前記絶縁基板の幅と略等しく、長さ方向は前記光半導体素子の光軸方向となるように形成された、ことを特徴とする光モジュール。
9. ダムの形成された金属ブロックと、
   前記金属ブロックのダム内に、第一のはんだを介して接合された絶縁基板と、
   前記絶縁基板に第二のはんだを介して接合された光半導体素子と、を備え、
   前記ダムの形状は、前記絶縁基板の外形より大きな形状であって、少なくとも幅の一部が前記絶縁基板の幅と略等しく、長さ方向は前記光半導体素子の光軸方向となるように形成された、ことを特徴とする光モジュール。