JP2014206572A - 光電変換サブマウント基板 - Google Patents

Abstract

【課題】アンダーフィルの余剰分がクラッド層の表面を伝って外部導波路の方に流れ出すのを未然に防ぐことができる光電変換サブマウント基板を提供する。【解決手段】基板１と内部導波路４と反射ミラー１１と光素子５とアンダーフィル６と外部導波路２０とを備えている。光素子５と外部導波路２０の端部との間で、少なくともクラッド層３の表面に、凸状の流出防止部２２Ａを設けている。この凸状の流出防止部２２Ａは、光素子５と内部導波路４との間の隙間から流れ出したアンダーフィル６の余剰分がクラッド層３の表面を伝って外部導波路２０の接着部に到達するのを防止するものである。【選択図】図１

Description

本発明は、光と電気の信号を相互に変換する光電変換サブマウント基板に関する。

近年、通信インフラの急速な広帯域化、コンピュータ等の情報処理能力の飛躍的な増大等に伴って、非常に高速な情報伝送路を有する情報処理回路へのニーズが高まっている。このような背景のもと、電気信号の伝送速度限界を突破する一つの手段として、光信号による伝送が考えられており、電気回路に光回路を混載することが種々検討されている。そして、光信号を電気信号に、またはその逆に変換するユニットとして光電変換サブマウント基板が知られている。

図６は、従来の光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の要部側面断面図である。この光電変換サブマウント基板は、基板１と、基板１の表面の溝１ｂ内に設けられたコア層２、およびコア層２を被覆して形成されたクラッド層３からなる内部導波路４を備えている。また、溝１ｂの内端部に設けられた光路変換用の反射ミラー１１と対向するように基板１の表面に実装され、反射ミラー１１を介して、内部導波路４のコア層２に光信号を発光し、若しくは内部導波路４のコア層２からの光信号を受光する光素子５を備えている。さらに、光素子５と内部導波路４との間の隙間に充填されたアンダーフィル６と、基板１の表面に端部が接着され、外部導波路７とフィルム８を有する外部導波路フィルム９を備えている（特許文献１参照）。なお、１０はメタルパターンにより形成される配線パッドである。

クラッド層３は、上端面が基板１の表面よりも高くなっており、クラッド層３と基板１との間に段差（例えば、１〜１５μｍ程度）が形成されている。

このような光電変換サブマウント基板にあっては、光素子５がアンダーフィル６によって基板１に固定され、丈夫で光電変換性能のよいものとすることができる。

ところが、光素子５と基板１との間の隙間に充填されるアンダーフィル６の余剰分が、毛細管現象によりクラッド層３の両脇の段差を伝って外部導波路フィルム９の方に流れ出す（矢印ａ参照）ことがある。このアンダーフィル６の余剰分がフィルム接着部に達すると、フィルム８を基板１に接着する場合、接着部を覆ったアンダーフィル６によってフィルム８が接着不良となり、外部導波路フィルム９の接続強度の不良が発生するという問題がある。

そこで、特許文献１では、光素子５と外部導波路フィルム９の端部との間の基板１の表面に流出防止部１２を形成している。

この流出防止部１２は、アンダーフィル６の余剰分が、毛細管現象によりクラッド層３の両脇の段差を伝って外部導波路フィルム９の方に流れ出すのを防ぐためのものである。

特開２０１１−３３６５９号公報

しかしながら、この流出防止部１２では、アンダーフィルの余剰分が内部導波路４の表面、つまりクラッド層３の表面を伝って外部導波路フィルム９の方に流れ出す（矢印ｂ参照）のを防ぐことができないという問題がある。なお、基板１に形成したＶ字状溝に円形断面の光ファイバー（外部導波路）の端部を嵌め込み、この端部を押さえる押さえ板と溝との間に接着剤を充填することで、基板１に光ファイバーの端部を接着固定するタイプでも同様の問題がある。

本発明は前記問題を解消するためにされたもので、アンダーフィルの余剰分がクラッド層の表面を伝って外部導波路の方に流れ出すのを未然に防ぐことができる光電変換サブマウント基板を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、基板と、前記基板の表面の溝内に設けられたコア層、および前記コア層を被覆して形成されたクラッド層からなる内部導波路と、前記溝の端部に設けられた光路変換用の反射ミラーとを備えている。また、前記反射ミラーと対向するように前記基板の表面に実装され、前記反射ミラーを介して、前記内部導波路のコア層に光信号を発光し、若しくは内部導波路のコア層からの光信号を受光する光素子を備えている。さらに、前記光素子と前記内部導波路との間の隙間に充填されたアンダーフィルと、前記基板に端部が接着された外部導波路とを備えている。そして、前記光素子と前記外部導波路の端部との間で、少なくとも前記クラッド層の表面に、前記隙間から流れ出したアンダーフィルの余剰分が前記クラッド層の表面を伝って前記外部導波路の接着部に到達するのを防止する凸状の流出防止部が設けられている。

本発明によれば、光素子と外部導波路の端部との間で、少なくともクラッド層の表面に凸状の流出防止部を設けたものである。したがって、光素子と内部導波路との間の隙間から流れ出したアンダーフィルの余剰分が凸状の流出防止部で堰き止められ、クラッド層の表面を伝って、外部導波路の接着部に到達するのを未然に防止することができる。これにより、外部導波路の接着強度の不良を防止することができ、外部導波路が剥離することなく、信頼性の高い光電変換サブマウント基板となる。

前記凸状の流出防止部は、前記クラッド層から略同じ高さで前記基板の表面に跨って延在している構成とすることができる。

この構成であれば、アンダーフィルの余剰分が毛細管現象によりクラッド層との段差を伝って外部導波路の方に流れ出したとしても、基板の表面に跨って延在している凸状の流出防止部で堰き止められる。したがって、クラッド層との段差を伝って、外部導波路の接着部に到達するのを未然に防止することができる。

前記凸状の流出防止部は、前記基板の表面で前記光素子の周囲を包囲する形状である構成とすることができる。

この構成であれば、光素子を凸状の流出防止部で囲い込む構造とすることで、凸状の流出防止部を迂回する可能性があるアンダーフィルの流出を防止することができる。

前記凸状の流出防止部は、前記基板の表面で前記光素子の周囲を多重で包囲する形状である構成とすることができる。

この構成であれば、光素子を凸状の流出防止部で多重に囲い込む構造とすることで、アンダーフィルが内側の凸状の流出防止部を乗り越えたとしても、外側の凸状の流出防止部で流出を防止できるので、流出防止の効果がより向上するようになる。

前記凸状の流出防止部は、前記クラッド層と同じ材料である構成とすることができる。

この構成であれば、クラッド層と同時に凸状の流出防止部を形成できるから、凸状の流出防止部を形成する工程が増加しなくなる。また、クラッド層と凸状の流出防止部とは、線膨張係数が同じとなるためにクラックや剥離が発生しにくく、材料同士の密着性もよくなって、信頼性が向上するようになる。

前記凸状の流出防止部は、前記クラッド層と異なる材料である構成とすることができる。

この構成であれば、凸状の流出防止部の材料選択性が増えるために、撥水性や親水性の材料を使い分ければ、アンダーフィルの流出経路の制御が行いやすくなる。

前記凸状の流出防止部の高さは、少なくとも前記アンダーフィルの流出高さよりも高く設定されている構成とすることができる。

この構成であれば、凸状の流出防止部の高さをアンダーフィルの流出高さよりも高く設定することで、より流出防止の効果が向上するようになる。

本発明によれば、アンダーフィルの余剰分がクラッド層の表面を伝って外部導波路の方に流れ出すのを未然に防ぐことができる。

本発明の第１および第２実施形態の流出防止部を備えた光電変換サブマウント基板の全体斜視図である。 図１の光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。 （ａ）は本発明の第３実施形態の流出防止部を備えた光電変換サブマウント基板の全体斜視図、（ｂ）は本発明の第４実施形態の流出防止部を備えた光電変換サブマウント基板の全体斜視図である。 本発明の第２実施形態の流出防止部に適用した第５実施形態の流出防止部を備えた光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面断面図である。 変形例の流出防止部を備えた光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面断面図である。 従来の光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の側面断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成・作用の箇所は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。

図１は本発明の光電変換サブマウント基板の全体斜視図、図２は図１の光電変換サブマウント基板であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面断面図である。

光電変換サブマウント基板は、基板１と、基板１の表面の浅いＶ字状溝１ｂ内に設けられたコア層２、およびコア層２を被覆して形成されたクラッド層３からなる内部導波路４と、溝１ｂの内端部に設けられた光路変換用の反射ミラー１１とを備えている。

また、反射ミラー１１と対向するように基板１の表面に実装され、反射ミラー１１を介して、内部導波路４のコア層２に光信号を発光し、若しくは内部導波路４のコア層２からの光信号を受光する光素子５を備えている。

さらに、光素子５と内部導波路４との間の隙間に充填されたアンダーフィル６と、基板１の表面に形成された配線パッド１０と、基板１の表面の深い略Ｖ字状溝１ａに接着固定された光ファイバー（外部導波路）２０とを備えている。この光ファイバー２０は、円形断面であり、基板１の溝１ａに端部を嵌め込み、この端部を押さえる押さえ板（不図示）と溝１ａとの間に接着剤を充填する。これにより、基板１に光ファイバー２０の端部が接着固定されるようになる。

基板１は、例えばシリコン（Ｓｉ）基板であり、基板１の表面には、内部導波路４を設けるための溝１ｂと、光ファイバー２０の端部を嵌め込むための溝１ａとが形成されている。なお、基板１の表面と裏面には、薄い酸化膜（ＳｉＯ_２）１ｃがそれぞれ形成されており、基板１の表面や裏面と言うときは、酸化膜１ｃの表面や裏面の意味であると理解されたい。

内部導波路４は、光信号を伝送するためのものであり、コア層２およびクラッド層３により構成される。コア層２およびクラッド層３としては、例えば、屈折率の高い樹脂組成物をコア層２の材料とし、屈折率の低い樹脂組成物をクラッド層３の材料とすることができる。具体的には、コア層２およびクラッド層３の材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フッ素化樹脂、ポリイミド等を挙げることができる。例えばエポキシ樹脂を用いる場合には、コア層２の材料として高屈折率のビスフェノール型エポキシ化合物の配合割合を高めたものを用い、クラッド層３の材料として低屈折率の脂環式エポキシ化合物の配合割合を高めたものを用いることができる。

コア層２は、基板１の溝１ｂの内部に、光ファイバー２０のコアと同芯となるように直線状に形成されている。コア層２の表面は、基板１の表面とほぼ同じ高さに設定されている。クラッド層３は、溝１ｂ内のコア層２の周囲を取り囲んで封止してあり、その上端面（表面）は基板１の表面よりも高さｔ１〔図２（ｂ）参照〕で突出し、この突出部分の両端３ａ〔図２（ａ）参照〕は、基板１の両側方にフランジ状に延在されている。

光素子５と光学的に結合する側のコア層２の内端部側の溝１ｂには、光を反射させるために、４５°ミラーの反射ミラー１１が設けられている。コア層２の外端部には、光ファイバー２０のコアが光学的に結合されている。

光素子５は、光信号と電気信号とを相互に変換する素子である。この光素子５は、反射ミラー１１の上方で、コア層２と光学的に結合するように、クラッド層３と僅かの隙間を開けた状態で、基板１の表面に実装されている。この光素子５は、基板１の表面に設けられた金属製の配線パッド１０に、Ａｕバンプ５ａを介して電気的に接続されている。

光素子５と内部導波路４のクラッド層３との間の隙間には、異物の浸入を防ぐためにアンダーフィル６が充填されている。

アンダーフィル６の材料としては、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーンゴム、シリコーンゲル等を用いることができる。

ここで、未硬化状態のアンダーフィル６を、光素子５と内部導波路４のクラッド層３との間の隙間に充填する際に、この隙間からアンダーフィル６の余剰分が内部導波路４のクラッド層３の表面に流れ出すことがある〔図６の矢印ｂ参照〕。

この流れ出したアンダーフィル６の余剰分がクラッド層３の表面を伝って光ファイバー２０の方に流れ出し、光ファイバー２０の接着部に達する。その後、光ファイバー２０を基板１に接着した場合、接着部を覆ったアンダーフィル６によって光ファイバー２０が接着不良となり、光ファイバー２０の接続強度の不良が発生するという問題がある。

そこで、光素子５と光ファイバー２０の端部との間で、少なくともクラッド層３の表面に、アンダーフィル６の余剰分がクラッド層３の表面を伝って光ファイバー２０の接着部に到達するのを防止する凸状の流出防止部２２Ａ〜２２Ｅを設けている。この凸状の流出防止部２２Ａ〜２２Ｅは、光素子５から離間した位置に設けることが好ましい。

第１実施形態の流出防止部２２Ａは、クラッド層３の表面、つまり、両端３ａを含むクラッド層３の表面にのみ、クラッド層３の表面よりも高さｔ２〔図２（ｂ）参照〕で突出する凸部２２ａ〔図１のクロスハッチング部分を参照〕を形成したものである。

凸部２２ａは、永久レジストのパターニングで形成することができる。凸部２２ａの高さは、１〜４０μｍであることが好ましい。高さｔ２が１μｍ未満であると、アンダーフィル６の流出を防止できなくなるおそれがある。高さｔ２が２０μｍあれば十分な防止効果があり、その高さを超えれば嵩高くなるおそれがある。

第１実施形態では、光素子５と光ファイバー２０の端部との間で、少なくともクラッド層３の表面にのみ流出防止部２２Ａである凸部２２ａを設けたものである。したがって、光素子５と内部導波路４との間の隙間から流れ出したアンダーフィル６の余剰分が凸状の流出防止部２２Ａで堰き止められ、クラッド層３の表面を伝って、光ファイバー２０の接着部に到達するのを未然に防止することができる。これにより、光ファイバー２０の接着強度の不良を防止することができ、光ファイバー２０が剥離することなく、信頼性の高い光電変換サブマウント基板となる。

第２実施形態の流出防止部２２Ｂは、第１実施形態の流出防止部２２Ａの凸部２２ａに加え、凸部２２ａの両端から略同じ高さｔ１＋ｔ２で、基板１の表面に跨って、基板１の幅方向に略直線状で延在する凸部２２ｂをさらに形成したものである。

第２実施形態では、アンダーフィル６の余剰分が毛細管現象によりクラッド層３との段差を伝って光ファイバー２０の方に流れ出したとしても、基板１の表面に跨って延在している流出防止部２２Ｂの凸部２２ｂで堰き止められる。したがって、第１実施形態の作用効果に加えて、クラッド層３との段差を伝って、光ファイバー２０の接着部に到達するのを未然に防止することができる。

第３実施形態の流出防止部２２Ｃは、図３（ａ）のように、第２実施形態の流出防止部２２Ｂの凸部２２ｂに加え、基板１の表面に、凸部２２ｂの両端から光素子５の両側を通って基板１の長さ方向に略直線状で延在させる。そして、その延在した両端から基板１の幅方向に略直線状で延在させた凸部２２ｃをさらに形成したものである。

すなわち、流出防止部２２Ｃは、１重の凸部２２ａ，２２ｂ，２２ｃで光素子５の周囲を四角枠状に包囲する形状である。なお、必ずしも四角枠状である必要はない。

第３実施形態では、光素子５を流出防止部２２Ｃで囲い込む構造とすることで、第２実施形態の流出防止部２２Ｂでは凸部２２ｂを迂回する可能性があるアンダーフィル６の流出を防止することができる。

第４実施形態の流出防止部２２Ｄは、図３（ｂ）のように、第３実施形態の流出防止部２２Ｃに加え、その内側の周囲を、さらに四角枠状に包囲する形状としたものである。

すなわち、内側の流出防止部２２Ｄは、外側の流出防止部２２Ｃと相俟って、内外位置で光素子５の周囲を四角枠状に２重で包囲する形状である。なお、必ずしも四角枠状である必要はない。また、３重以上で包囲する形状であってもよい。

第４実施形態では、光素子５を流出防止部２２Ｃ，２２Ｄで多重に囲い込む構造とすることで、アンダーフィル６が内側の流出防止部２２Ｄを乗り越えたとしても、外側の流出防止部２２Ｃで流出を防止できるので、流出防止の効果がより向上するようになる。

図４は第５実施形態の流出防止部２２Ｅである。第２実施形態の流出防止部２２Ｂ〔図１参照〕の凸部２２ａ，２２ｂの高さｔ１＋ｔ２と比較して、凸部２２ａ，２２ｂの高さを、少なくともアンダーフィル６の流出高さよりも高い高さｔ１＋ｔ３（ｔ３＞ｔ２）に設定している。

第５実施形態では、流出防止部２２Ｅの高さｔ３をアンダーフィル６の流出高さよりも高く設定することで、より流出防止の効果が向上するようになる。なお、第２実施形態以外の実施形態でも同様に適用することができる。

前記各実施形態において図５に例示したように、凸部２２ａの光素子５側のクラッド層３の一部または全部を除去することで、コア露出凹部（流出防止部）２２ｄを設けるようにしてもよい。

この構成であれば、コア露出凹部２２ｄが液溜まりとなるから、光素子５と内部導波路４との間の隙間から流れ出したアンダーフィル６の余剰分がコア露出凹部２２ｄで溜められるようになる。したがって、アンダーフィル６の流出防止の効果がより向上するようになる。

前記各実施形態において、流出防止部２２Ａ〜２２Ｅは、クラッド層３と同じ材料とすることができる。

この構成であれば、クラッド層３と同時に流出防止部２２Ａ〜２２Ｅを形成できるから、流出防止部２２Ａ〜２２Ｅを形成する工程が増加しなくなる。また、クラッド層３と流出防止部２２Ａ〜２２Ｅとは、線膨張係数が同じとなるためにクラックや剥離が発生しにくく、材料同士の密着性もよくなって、信頼性が向上するようになる。

前記各実施形態において、流出防止部２２Ａ〜２２Ｅは、クラッド層３と異なる材料とすることができる。

この構成であれば、流出防止部２２Ａ〜２２Ｅの材料選択性が増えるために、撥水性や親水性の材料を使い分ければ、アンダーフィル６の流出経路の制御が行いやすくなる。

前記各実施形態において、外部導波路として、光ファイバー２０を用いたが、図６の背景技術と同様に、外部導波路フィルム９を用いた場合であっても、アンダーフィル６の余剰分が外部導波路フィルム９の接着部に到達するのを未然に防止することができる。

１ 基板
１ａ 溝
２ コア層
３ クラッド層
４ 内部導波路
５ 光素子
６ アンダーフィル
９ 外部導波路フィルム（外部導波路）
１１ 反射ミラー
２０ 光ファイバー（外部導波路）
２２Ａ〜２２Ｅ 流出防止部
２２ａ〜２２ｃ 凸部
ｔ１〜ｔ３ 高さ

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板の表面の溝内に設けられたコア層、および前記コア層を被覆して形成されたクラッド層からなる内部導波路と、
   前記溝の端部に設けられた光路変換用の反射ミラーと、
   前記反射ミラーと対向するように前記基板の表面に実装され、前記反射ミラーを介して、前記内部導波路のコア層に光信号を発光し、若しくは内部導波路のコア層からの光信号を受光する光素子と、
   前記光素子と前記内部導波路との間の隙間に充填されたアンダーフィルと、
   前記基板に端部が接着された外部導波路とを備え、
   前記光素子と前記外部導波路の端部との間で、少なくとも前記クラッド層の表面に、前記隙間から流れ出したアンダーフィルの余剰分が前記クラッド層の表面を伝って前記外部導波路の接着部に到達するのを防止する凸状の流出防止部を設けたことを特徴とする光電変換サブマウント基板。
2. 前記凸状の流出防止部は、前記クラッド層から略同じ高さで前記基板の表面に跨って延在していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換サブマウント基板。
3. 前記凸状の流出防止部は、前記基板の表面で前記光素子の周囲を包囲する形状であることを特徴とする請求項２に記載の光電変換サブマウント基板。
4. 前記凸状の流出防止部は、前記基板の表面で前記光素子の周囲を多重で包囲する形状であることを特徴とする請求項２に記載の光電変換サブマウント基板。
5. 前記凸状の流出防止部は、前記クラッド層と同じ材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換サブマウント基板。
6. 前記凸状の流出防止部は、前記クラッド層と異なる材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光電変換サブマウント基板。
7. 前記凸状の流出防止部の高さは、少なくとも前記アンダーフィルの流出高さよりも高く設定されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光電変換サブマウント基板。

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