JP2014146648A - 光学素子実装基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光入出部6を有する光透過性の基板1と、光入出部6を経て基板1と光接続可能な受発光部5を有する光学素子2と、を備えた光学素子実装基板10。基板1の実装面1aに、光入出部6を囲み、かつ光学素子2に重なる範囲内にパッシベーション開口部11を有するパッシベーション層4が形成されている。光学素子2とパッシベーション層4との隙間8には、液状硬化型のアンダーフィル材が充てんされ硬化したアンダーフィル層7が形成されている。アンダーフィル層7には、パッシベーション層4の開口部11と平面視位置が一致し、かつ受発光部5を囲むアンダーフィル開口部12が形成されている。パッシベーション開口部11とアンダーフィル開口部12とは、基板1と光学素子2との間に、空気層9を形成している。
【選択図】図1
Description
図8(a)は、光学素子実装基板の一例を示す図である。この光学素子実装基板40は、基板41と、基板41に実装された光学素子42とを備えている。基板41の実装面41aには、パッシベーション層44が形成されている。
光学素子42は、基板41の実装面41a側に、フリップチップボンディング等により実装される。光学素子42の受発光部45は、相手側の光学素子等(図示略)に光接続される位置に配置される。
光学素子42と基板41との隙間48には、接合強度の確保、異物侵入防止、応力緩和などを目的として、アンダーフィル層47が形成されている。アンダーフィル層47は、未硬化のアンダーフィル材を、毛細管現象を利用して隙間48に充てんさせ、硬化させることにより形成される。
光学素子42と基板41との間を伝送される光の光路L1は、アンダーフィル層47を通る。
光学素子52と基板51との隙間58に形成されたアンダーフィル層57は、光学素子52と基板51との光接続位置を含む中央領域に形成された中央アンダーフィル層57aと、周辺領域に形成された周辺アンダーフィル層57bとからなる。中央アンダーフィル層57aには、光透過性が高い非フィラー含有樹脂が用いられ、周辺アンダーフィル層57bには熱膨張係数の調整により熱応力の緩和が容易なフィラー含有樹脂が用いられる。
基板51の裏面側には、ミラー53aを有する光導波路層53が形成されている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アンダーフィル層に形成されたボイド(空隙)による光学特性の低下を防止できる光学素子実装基板およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、実装面の一部領域として1または複数の光入出部を有する光透過性の基板と、前記光入出部を経て前記基板側と光接続可能な1または複数の受発光部を有する光学素子と、を備え、前記実装面に、平面視において前記光入出部を囲み、かつ前記光学素子に重なる範囲内にパッシベーション開口部を有するパッシベーション層が形成され、前記光学素子とパッシベーション層との隙間には、液状硬化型のアンダーフィル材が充てんされ硬化したアンダーフィル層が形成され、前記アンダーフィル層には、前記パッシベーション層のパッシベーション開口部と平面視位置が一致し、かつ前記受発光部を囲むアンダーフィル開口部が形成され、前記パッシベーション開口部と前記アンダーフィル開口部とは、前記基板と前記光学素子との間に、空気層を形成している光学素子実装基板を提供する。
前記アンダーフィル材は、フィラーを含む樹脂からなることが好ましい。
前記パッシベーション開口部は複数形成され、それぞれが前記複数の光入出部を1つずつ囲んで形成されていることが好ましい。
本発明の光学素子実装基板は、前記実装面に導電層が形成され、前記光学素子は、半田を介して前記導電層に電気的に接続されていることが好ましい。
図1に示すように、この光学素子実装基板10は、基板1と、基板1に実装された光学素子2とを備えている。光学素子2の下面2a(対向面)には、受発光部5と、電極13とが設けられている。
光学素子2は、受発光部5が、基板1の光入出部6に対面する位置に設置される。光学素子2は、下面2aが実装面1aにほぼ平行となる姿勢で設置することができる。
図示例では、受発光部5と光入出部6とを接続する光路L1の方向は、下面2aおよび実装面1aに対してほぼ垂直である。この光路L1の方向は、下面2aおよび実装面1aに対して0°を越え、90°未満である角度で傾斜していてもよい。
基板1が光透過性を有するため、光学素子2は、基板1を透過する光を介して相手側の光学素子(図示略)と光接続できる。相手側の光学素子は、例えばVCSEL等の発光素子や、PD等の受光素子などを有する。
受発光部5が発光素子である場合には、受発光部5からの光は、通常、照射範囲を拡大しつつ基板1に照射される。この場合、平面視における光入出部6の面積は、受発光部5の面積より大きくなる。
パッシベーション層4は、樹脂等からなる絶縁膜である。パッシベーション層4には、例えば感光性ポリイミド系樹脂、感光性PBO樹脂等の感光性樹脂が使用できる。パッシベーション層4の厚さは、例えば1〜50μmである。
開口部11の平面視形状は、円形、矩形など任意の形状としてよい。図示例の開口部11は平面視円形である。
パッシベーション層4は、導電層3が半田14を介して光学素子2の電極13に接続される位置にも開口部15を有する。
アンダーフィル層7は、シリカなどからなるフィラーを含有することが好ましい。フィラー(例えば球状シリカ)の含有量は、例えば50〜70質量%としてよい。フィラーの使用によって、アンダーフィル層7の熱膨張係数を調整できるため、熱応力の緩和が容易となる。また、フィラーの使用によって、アンダーフィル層7の吸湿性を調整することもできる。
後述のように、基板1と光学素子2とを接続する光路L1はアンダーフィル層7を通らないため、フィラーの使用によりアンダーフィル層7の光透過性が低くなっても、光学特性に影響は及ばない。このため、フィラーの選択の自由度が高められる。
開口部12は、平面視において受発光部5を囲み、かつ光学素子2の下面2a(対向面)に重なる範囲(領域A1)内に形成されている。
開口部12は、後述するアンダーフィル層7の形成工程において、隙間8に流れ込んだアンダーフィル材7aが、パッシベーション層4の開口部11の周縁11aに沿って回り込んで空気が閉じ込められることにより形成される。
空気層9は、平面視において受発光部5と光入出部6を含む範囲に形成されるため、受発光部5と光入出部6との間の光路L1は、空気層9内を通る。
送信側の光学素子実装基板10Aは、基板1Aと、これに実装された光学素子2Aとを備えている。光学素子2Aの受発光部5は発光素子である。受信側の光学素子実装基板10Bは、基板1Bと、これに実装された光学素子2Bとを備えている。光学素子2Bの受発光部5は受光素子である。光学素子2A、2Bは、図1に示す構造によりそれぞれ基板1A、1Bに実装される。
基板1A、1Bの裏面側には、それぞれ光コネクタ16A、16Bが設置され、光コネクタ16A、16Bは光ファイバ17を介して互いに接続されている。
(パッシベーション層の形成)
図3に示すように、基板1の実装面1aに、銅などからなる導電層3(配線層)を形成し、次いで、感光性樹脂等からなるシート材を実装面1aに重ね合せることなどによって、パッシベーション層4を形成する。パッシベーション層4には、開口部11、15を形成する。開口部11、15は、例えば感光性樹脂からなるパッシベーション層4をフォトリソグラフィ技術によりパターニングすることによって形成することができる。
パッシベーション層4を形成するには、前記シート材を実装面1aに重ね合せる手法に代えて、フォトリグラフィー法を用いる手法も可能である。具体的には、導電層3を形成した基板1の実装面1aに、スピンコートにより樹脂(例えば感光性樹脂)を均一に塗布した後、前処理としてのプリベイク、露光、樹脂の安定化のための露光後ベーク、現像、キュア等の工程により、所望のパッシベーション層4を形成することができる。
図4に示すように、基板1の実装面1a側に光学素子2を置き、予め基板1または光学素子2に形成された半田バンプ(図示略)を加熱、溶融させることによって、光学素子2の電極13と基板1の導電層3とを半田14を介して接合する。
図1に示すように、ディスペンサ等を用いて、未硬化のアンダーフィル材7aを光学素子2近傍の実装面1aに塗布し、毛細管現象を利用して、隙間8(光学素子2の下面2aとパッシベーション層4の上面4aとの隙間)に流入させる。
未硬化のアンダーフィル材7aは、例えば0.5〜50Pa・Sの低粘性の液体であることが望ましい。
このため、アンダーフィル材7aは周縁11aに沿って回り込んで開口部11を包囲し、開口部11内に空気を閉じ込める。閉じ込められた空気の圧力によって、開口部11内へのアンダーフィル材7a流入はいっそう起こりにくくなる。
これによって、受発光部5を囲む開口部12が形成される。
パッシベーション層4の開口部11とアンダーフィル層7の開口部12とは、基板1と光学素子2との間に空気層9を形成する。
アンダーフィル材7aを、例えば150〜160℃に加熱することなどによって硬化させることによりアンダーフィル層7とする。これによって、図1および図2に示す光学素子実装基板10を得る。
従って、アンダーフィル層7内のボイド(空隙)により光学特性に悪影響が及ぶのを回避できる。
これに対し、例えば図9の光学素子実装基板40では、その構造上、半田接合に先だって中央アンダーフィル層47aが形成されるため、中央アンダーフィル層47aの耐熱性を考慮して低融点の半田を使用する必要がある。
この光学素子実装基板20は、基板21と、基板21の実装面21a側に実装された光学素子22とを備えている。
図示例の光入出部6は、基板21の長手方向(図6(a)の左右方向)に並んで、この方向に互いに間隔をおいて配列している。
光学素子22の下面22a(対向面)には、複数(図示例では4つ)の受発光部5が設けられている。
図示例の受発光部5は、光学素子22の長手方向(図6(a)の左右方向)に並んで、この方向に間隔をあけて配列している。
開口部31は、平面視において光学素子22の下面22a(対向面)に重なる範囲(領域A21)内に形成されている。
これら複数の開口部31は、互いに独立して形成されている。図示例の開口部31は、光学素子22の長手方向に並んで、この方向に間隔をあけて配列している。
例えば、図6(a)において、4つの光入出部6のうち、光学素子22の長手方向の一端側の光入出部6aおよびこれに隣接する光入出部6bとを一括して囲む第1の開口部31と、他端側の光入出部6dおよびこれに隣接する光入出部6cとを一括して囲む第2の開口部31とを形成してもよい。
また、光入出部6a〜6cを一括して囲む第1の開口部31と、光入出部6dのみを囲む第2の開口部31を形成してもよい。
アンダーフィル層27には、複数の開口部31と平面視位置が一致し、かつ受発光部5を囲む複数の開口部32(アンダーフィル開口部)が形成されている。図示例では、開口部31と同様に、4つの開口部32が形成されている。
空気層29は、平面視において受発光部5と光入出部6を含む範囲に形成されるため、受発光部5と光入出部6との間の光路L1は、空気層29内を通る。
空気層29が互いに独立して形成されているため、これら空気層29が一体化している場合に比べ、アンダーフィル層27の面積を大きく確保し、光学素子22の基板21に対する接合強度を高めることができる。
図7(a)および図7(b)に示すように、基板21の実装面21aにパッシベーション層24を形成する。パッシベーション層24には、開口部31を形成する。次いで、基板21と光学素子22とを半田を介して接合する。
アンダーフィル材27aが開口部31を包囲し、開口部31内に空気を閉じ込めることによって、開口部32が形成される。アンダーフィル材27aは、開口部31を除いて、光学素子22の下面22aに重なる略矩形の領域A21の全域に浸透する。
アンダーフィル材27aを加熱などによって硬化させることによりアンダーフィル層27とし、光学素子実装基板20を得る。
従って、アンダーフィル層27内のボイド(空隙)により光学特性に悪影響が及ぶのを回避できる。
Claims (5)
- 実装面の一部領域として1または複数の光入出部を有する光透過性の基板と、前記光入出部を経て前記基板側と光接続可能な1または複数の受発光部を有する光学素子と、を備え、
前記実装面に、平面視において前記光入出部を囲み、かつ前記光学素子に重なる範囲内にパッシベーション開口部を有するパッシベーション層が形成され、
前記光学素子とパッシベーション層との隙間には、液状硬化型のアンダーフィル材が充てんされ硬化したアンダーフィル層が形成され、
前記アンダーフィル層には、前記パッシベーション層のパッシベーション開口部と平面視位置が一致し、かつ前記受発光部を囲むアンダーフィル開口部が形成され、
前記パッシベーション開口部と前記アンダーフィル開口部とは、前記基板と前記光学素子との間に、空気層を形成していることを特徴とする光学素子実装基板。 - 前記アンダーフィル材は、フィラーを含む樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の光学素子実装基板。
- 前記パッシベーション開口部は複数形成され、それぞれが前記複数の光入出部を1つずつ囲んで形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の光学素子実装基板。
- 前記実装面に、導電層が形成され、
前記光学素子は、半田を介して前記導電層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の光学素子実装基板。 - 実装面の一部領域として1または複数の光入出部を有する光透過性の基板と、前記光入出部を経て前記基板側と光接続可能な1または複数の受発光部を有する光学素子と、を備えた光学素子実装基板を製造する方法であって、
前記実装面に、平面視において前記光入出部を囲み、かつ前記光学素子に重なる範囲内にパッシベーション開口部を有するパッシベーション層を形成し、
前記実装面に、前記受発光部と前記光入出部とが光接続できるように前記光学素子を設置し、
前記光学素子とパッシベーション層との隙間に、液状硬化型のアンダーフィル材を充てんして硬化させることによって、前記パッシベーション開口部と平面視位置が一致し、かつ前記受発光部を囲むアンダーフィル開口部が形成されたアンダーフィル層を形成し、
これによって、前記パッシベーション開口部と前記アンダーフィル開口部とが、前記基板と前記光学素子との間に、空気層を形成している光学素子実装基板を得ることを特徴とする光学素子実装基板の製造方法。
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