JP5078021B2 - 光導波路モジュール、光導波路モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
光複合基板は、電子回路(導体回路)と光導波路とを持つ複合構造としたものが多用されており、この光複合基板に実装した受光素子と発光素子とを光導波路を介して光接続して、受光素子側と発光素子側との信号伝送を行えるようにしたモジュール(以下、光導波路モジュールともいう)としたものが広く用いられている。
信号伝送の高速化、伝送量増大の点では、高周波の信号特性を確保するために、回路基板の電子回路と光素子とを電気的に接続するための配線を出来るだけ短くしたいという要求がある。しかしながら、上述のように、光複合基板に対する光素子の実装位置が光導波路を介して回路基板とは反対の側である構造では、前記配線を、光導波路を回避して設ける必要があり、光複合基板の構造が複雑化する、配線長が長くなる、回路基板の回路設計上の制約が大きくなる、といった問題が発生する。このため、配線長を短くでき、しかも、光複合基板の構造を単純化でき、実際に生産レベルで対応できる技術の開発が求められていた。
本発明は、前記光素子収納孔内面と前記光素子との間を埋める充填樹脂部を具備し、前記光素子の前記端面が、前記充填樹脂部から連続する透明樹脂層によって覆われていることが好ましい。
本発明は、前記回路基板の前記光導波路基板に臨む接合面に、前記光素子収納孔の前記接合面に開口する開口部を封止する透明の開口部封止部材が設けられていることが好ましい。
本発明は、前記回路基板の前記接合面に、電極パッドと、該電極パッドに実装された金属バンプとが設けられ、前記金属バンプは、前記光導波路基板に貫設されたバンプ収納孔を介して、前記光導波路基板から前記回路基板とは反対の側に突出されていることが好ましい。
本発明は、前記光導波路基板の前記ミラー部が、前記光導波路基板の前記回路基板とは反対の側から凹む凹部によって構成されていることが好ましい。
本発明は、前記光導波路モジュールを製造する方法であって、半導体基板に、該半導体基板の両面の一方又は両方に形成された配線部と、前記半導体基板に貫設された貫通配線と、前記半導体基板に貫設された貫通孔であり受光素子あるいは発光素子である光素子が組み込まれる光素子収納孔と、前記半導体基板の片面の前記配線部から前記光素子収納孔の片端の開口部内に張り出された突起状の端子部とが設けられた光素子収納孔付き基板の前記光素子収納孔に、前記光素子を組み込み、この光素子に設けられている電極パッドに予め実装しておいた金属バンプをリフローして、前記電極パッドを前記端子部に接続する光素子実装工程と、プレート状のクラッド部内に線状のコア部を有し、前記光素子収納孔付き基板の両面の内の前記端子部が張り出された配線部が形成されている面の側に被着した光導波路基板に、前記光素子実装工程の後に、前記光導波路基板の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路基板に対面する端面に設けられている受/発光部との間の光路形成用のミラー部を形成するミラー部形成工程とを具備する光導波路モジュールの製造方法を提供する。
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、前記電極パッドを前記端子部に接続した後に、前記光素子収納孔内面と前記光素子との間を埋める充填樹脂部を形成する充填樹脂部形成工程を行ってから、ミラー部形成工程を行うことが好ましい。
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、前記充填樹脂部形成工程において、前記光素子収納孔付き基板の、前記光素子収納孔の前記端子部が設けられている開口部を、開口部封止部材を用いて塞いだ状態で、前記光素子収納孔内に液状の樹脂材料を注入して前記充填樹脂部を形成することが好ましい。
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、前記充填樹脂部形成工程にて、前記充填樹脂部から連続して、前記光素子の前記端面を覆う透明樹脂層を形成することが好ましい。
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、前記充填樹脂部形成工程の完了後、前記開口部封止部材を前記光素子収納孔付き基板から除去した後に、光素子収納孔付き基板に前記光導波路基板を被着してから、前記ミラー部形成工程を行うことが好ましい。
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、透明の開口部封止部材を用い、前記充填樹脂部形成工程の完了後、前記開口部封止部材が付いたままの前記光素子収納孔付き基板に前記光導波路基板を被着してから、前記ミラー部形成工程を行うことが好ましい。
本発明の光導波路モジュールの製造方法は、前記光素子収納孔付き基板に被着した前記光導波路基板を前記開口部封止部材として用いて前記充填樹脂部形成工程を行うことが好ましい。
また、光素子を回路基板に組み込む構成により、回路基板の電子回路と光素子との間を電気的に接続するための配線長を短くすることができる。これにより、高周波の信号特性を確保することが容易となり、信号伝送の高速化、伝送量増大を図ることができる。
また、本発明によれば、回路基板の電子回路と光素子との間を電気的に接続するための配線を、光導波路を回避するようにして設ける必要性が無くなるため、光導波路モジュールの構造を単純化することができる。これにより、光導波路モジュールの製造効率の向上、低コスト化を実現できる。
図1は本実施形態の光導波路モジュール1の構造を示す正断面図、図2は図1の光導波路モジュール1に電子デバイス5(LSI)を実装した状態(デバイス付き光導波路モジュール1A)を示す正断面図、図3は図1、図2の光導波路モジュール1の仮想線で示した領域Aを拡大して示した拡大断面図であり、光導波路モジュール1の回路基板3に形成された光素子収納孔31及び該光素子収納孔31に組み込まれた光素子4付近の構造を示す図、図4は前記光素子収納孔31に光素子4を組み込む前の回路基板3、光素子4の電極パッド44に実装された金属バンプ45を示す図である。
なお、図1、図2、図3、図4において、説明の便宜上、上側を「上」、下側を「下」として説明する。但し、これは本発明の構成要素の相対関係を簡単に説明するために便宜的に規定したものであり、本発明を実施する場合の製造時や使用時の方向を限定するものではない。
図2は、前記光導波路モジュール1の前記回路基板3の前記光導波路基板2とは反対の側の面(以下、デバイス実装面3aとも言う)に電子デバイス5を実装した、デバイス付き光導波路モジュール1Aを示す。
なお、光素子収納孔31内に光素子4が組み込まれた回路基板3を、以下、光素子内蔵基板(図中、符号6)、と称して説明する場合がある。この光素子内蔵基板6は、光導波路基板2に重ね合わせるようにして被着されている。光導波路モジュール1は、いわば、光素子内蔵基板6と光導波路基板2とを一体化してなる複合形基板となっている。
この基材は、例えば、光導波路基板2の保護材、補強材等として機能させることができる。
光導波路基板2について説明する。
図5は光導波路基板2の構造を示す斜視図である。
図5に示すように、光導波路基板2は、プレート状のクラッド部21内に線状のコア部22を有する構造になっている。線状のコア部22の周囲はクラッド部21によって覆われている。
コア部22は直線状である必要はなく、クラッド部21内で湾曲していても良い。また、コア部22には分岐部が存在していても良く、これにより、コア部22を回路状に構成していても良い。
(a) 図6(a)に示すように、コア部形成用の樹脂層であるコア層231の両面に、クラッド層232(クラッド部21の一部を形成するための樹脂層)が設けられた3層構造の光導波路形成体23を作成し、この光導波路形成体23に活性エネルギー線を照射してコア部22を形成する(図6(b))。
活性エネルギー線の照射によって、コア層231の一部がコア部22となり、コア層231のコア部22以外の部分と、コア層231の両側のクラッド層232とが、クラッド部21を構成する。
この製造方法の場合は、断面四角形(長方形。但し正方形を含む)のコア部22が得られる。
コア部22の形成のための活性エネルギー線としては、可視光、紫外光、赤外光、レーザー光等の活性エネルギー光線や、電子線、X線等が挙げられる。電子線は、例えば50〜200KGy程度の照射量で照射することができる。
クラッド層を構成する材料としては、コア層を構成する材料よりも屈折率が低いものであれば特に限定されない。具体的には、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、ベンゾシクロブテン系樹脂、ノルボルネン系樹脂等の環状オレフィン系樹脂、といった樹脂材料が挙げられる。これらの中でも、ノルボルネン系樹脂の付加重合体を主材料とする樹脂組成物が特に好ましい。
コア層、クラッド層の形成材料としてノルボルネン系樹脂の付加重合体を主材料とする樹脂組成物を採用した場合は、透明性、絶縁性、柔軟性及び耐熱性が充分に得られる。また、他の樹脂を用いた場合との比較で、吸湿性を低くできる。また、ノルボルネン系樹脂の付加重合体を主材料とする樹脂組成物の場合、ノルボルネン系樹脂の付加重合体の側鎖の種類等によって、屈折率を調整することができる利点がある。
光導波路モジュール1としては、光導波路基板2の一方の面に回路基板3、他方の面に3層構造の光導波路形成体23をその個々の層を形成する樹脂材料を含むワニスの塗布によって順次形成する際に用いる基材が設けられた構成であっても良い。
この製造方法の場合は、コア部22の断面形状は自由となる。
前記光素子4と光導波路基板2とは、ミラー部24を介して光結合される。
前記ミラー部24は、具体的には、前記光導波路基板2に前記回路基板3とは反対の側から凹むように形成された凹部によって構成されている。このミラー部24は、光導波路基板2のコア部22の途中に介在するように形成される。
次に、光素子内蔵基板6について説明する。
既述の通り、光素子内蔵基板6は、回路基板3に形成された光素子収納孔31内に光素子4を組み込んで実装したものである。
この光素子収納孔31は、回路基板3の複数箇所に形成されている。
発光素子41は、例えば、VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)等の半導体レーザである。受光素子42は、例えばPD(フォトダイオード)である。
また、各光素子4は、発光部411又は受光部421を光導波路基板2に対面配置させて、光素子収納孔31に組み込まれている。光素子内蔵基板6において、各光素子4の受/発光部401(発光部411又は受光部421)は、光導波路基板2のミラー部24に対応する位置に設けられ、ミラー部24を介して、光導波路基板2の光路H1と光結合される。
この光導波路モジュール1には、光導波路基板2(詳細には光導波路基板2の光路H1)を介して互いに光接続された発光素子41と受光素子42の対が存在する。
図7は、光素子4の受/発光部設置面43を示す。
図7に示すように、光素子4の受/発光部設置面43には、受/発光部401(発光部411又は受光部421)と、電極パッド44とが設けられている。受/発光部401は、受/発光部設置面43の中央部に設けられている。電極パッド44は、受/発光部設置面43において、受/発光部401の周囲の複数箇所に設けられている。
発光素子41においては、電極パッド44は、発光素子41への駆動用電気信号の入力端子として機能する。発光素子42においては、電極パッド44は、受光素子42から受光信号(電気信号)を出力するための出力端子として機能する。
また、受/発光部設置面43に設けられる受/発光部401の数は、ひとつだけの場合に限定されず、複数であっても良い(一例として図14(a)〜(c)を参照)。
図7、図8等に示すように、光素子4は、具体的には、角形(外観直方体状)のチップ形電子デバイスである。光素子収納孔31は、角穴状(図8において、具体的には、平面視正方形の貫通孔)である。光素子4は、受/発光部設置面43が、回路基板3の光素子収納孔31の軸心31aに対して垂直となるようにして光素子収納孔31内に組み込まれている。
また、符号35は、貫通配線33の回路基板3のデバイス実装面3a側の端部と電子デバイス5の電極パッド(図示略)とをボンディングして電気的に接続したボンディング金金属部である。ボンディング金属部35は、導電性のボンディング用金属材料によって形成されている。このボンディングによって、貫通配線33が電子デバイス5の電子回路と電気的に接続されている。このため、回路基板3の前記端子部34を介して配線部32と電気的に接続された光素子4は、前記配線部32、貫通配線33を介して、電子デバイス5と電気的に接続される。
但し、光素子4の電極パッド44と回路基板3の前記端子部34とのボンディングを実現するための手法としては、これに限定されず、例えば、端子部34上に設置しておいた金属バンプのリフローによって実現することも可能である。
ボンディング用金属材料としては、半田以外に、例えば、Au(金)、InAu合金、その他の低融点合金も採用可能である。ボンディング用金属材料は、全体が導電性の金属(合金を含む)からなるもの、あるいは、金属(合金を含む。導電性を有する)を主成分とするものを指す。後者は、例えばフラックス等の添加物を微量に含有したものである。
電極パッド44と端子部34とのボンディング用の金属バンプを構成するボンディング用金属材料としては、電極パッド44と端子部34とのろう接を実現できるものが好ましい。
なお、図1の金属バンプ62、63(後述)についても、電極パッド44と端子部34とのボンディング用の金属バンプと同様のボンディング用金属材料からなるものを採用できる。
図4において、符号7は、回路基板3の接合面3bに被着して、回路基板3の接合面3bにおける前記光素子収納孔31の開口部を塞ぐ、開口部封止部材である。この開口部封止部材7は、シート状又はプレート状に形成されており、充填樹脂部37、透明樹脂層38を形成するための液状の樹脂材料8を光素子収納孔31に注入する(図12参照)際に、回路基板3の接合面3bにおける前記光素子収納孔31の開口部を塞いで、該開口部からの樹脂材料8の漏出を防止するものである。
光素子収納孔31の断面寸法と、光素子4の電極パッド44のコンタクト面44aとの関係については、後に詳述する。
この充填樹脂部37は、光素子収納孔31内における光素子4の位置ずれ防止に有効に寄与する。
また、この透明樹脂層38は、光素子4の受/発光部401と光導波路基板2との間に空気層が介在することを防止(あるいは、ミラー部24と光素子4(詳細には発光部411又は受光部421)との間の光路H2における空気中伝播部分を減少)して、損失低下に有効に寄与するものである。
次に、電子デバイス5について説明する。
図2において、電子デバイス5は、回路基板3のデバイス実装面3aの複数箇所に実装されている。
図示例の電子デバイス5は、電子回路が形成されている基板51を複数枚積層してチップ形に形成されている。この電子デバイス5は、基板51の電子回路52(導体回路)同士を電気的に接続してなる集積回路を具備する。図2中、符号53はビア配線である。以下、この電子デバイス5をLSIとも言う。
但し、回路基板3のデバイス実装面3aに実装する電子デバイスとしては、LSIに限定されず、例えば、パッケージ化されたICチップ、LSIチップ等であっても良い。
なお、回路基板3に実装するLSI5としては、発光素子41の駆動制御回路、及び、受光素子42の出力信号用アンプの内、一方の機能のみを具備する構成であっても良い。
図1,図2において、符号61は電子デバイス用貫通配線である。
この電子デバイス用貫通配線61は、回路基板3にその厚み方向(図1、図2の上下方向)に貫設されており、回路基板3のデバイス実装面3aに実装された電子デバイス5と、光導波路モジュール1の光導波路基板2の前記回路基板3とは反対の側に設けられた電子機器9(例えば、回路基板、半導体パッケージ等)とを電気的に接続するための接続配線として利用できる。
光導波路基板2には、接合面3b側の金属バンプ63を収納するためのバンプ収納孔25が貫設されており、接合面3b側の金属バンプ63は、前記バンプ収納孔25に収納されるとともに、このバンプ収納孔25から、前記光導波路基板2の前記回路基板3とは反対の側に突出されている。
したがって、この光導波路モジュール1では、図2に示すように、金属バンプ62によって電子デバイス用貫通配線61と接続した電子デバイス5と、金属バンプ63によって電子デバイス用貫通配線61と接続した電子機器9とを、電子デバイス用貫通配線61を介して電気的に接続できる。金属バンプ63は電子デバイス5に対する電気信号の入出力端子として用いることができる。
導体金属としては、例えば、金、アルミニウム等も採用可能である。
また、回路基板3には、配線を形成する導体金属が半導体基板39中に拡散(金属が移行)することを防止する目的で拡散防止膜を設けることができる。拡散防止膜は、配線を形成する導体金属と半導体基板39との間に介在させる。拡散防止膜用の金属としては、Ta、TiN、SiNなどが挙げられる。
また、本発明によれば、回路基板の電子回路と光素子との間を電気的に接続するための配線の短縮、単純化によって、光導波路を回避するようにして設ける必要性が無くなるため、光導波路モジュール全体の構造を単純化することができる。これにより、光導波路モジュールの製造効率の向上、低コスト化も実現できる。
次に、上述の光導波路モジュール1の製造方法の一例について説明する。
ここでは、図4に示すように、光素子4として、電極パッド44に金属バンプ45が実装されているものを用いる場合を説明する。
また、この回路基板3は、デバイス実装面3aに、電子デバイス5の電極パッドと回路基板3の貫通配線33とを電気的に接続するための金属バンプ351が実装されている。
図4等において、符号39aは、半導体基板39の表面に形成された酸化膜(シリコン酸化膜)であり、貫通配線33、配線部32といった、回路基板3に形成された配線と半導体基板39との間の電気絶縁性を確保する。
但し、回路基板3の接合面3b側の金属バンプ63については、回路基板3に被着状態に設けた光導波路基板2にバンプ収納孔25を形成した後に、回路基板3に実装しても良い。
レーザー加工では、ステンシルマスクの使用等によって、所望の大きさのバンプ収納孔25を容易に加工できる。反応性イオンエッチング、感光性を有する光導波路基板2の露光、現像では、フィルム状のマスクや、レジスト樹脂の使用等によって、所望の大きさのバンプ収納孔25を容易に加工できる。
まず、前記回路基板3の前記光素子収納孔31に、前記光素子4を組み込み、この光素子4の電極パッド44に予め実装しておいた金属バンプ45をリフローして、前記電極パッド44を前記回路基板3の端子部34にボンディングする(光素子実装工程)。リフローした金属バンプ45の冷却固化によって、光素子4の電極パッド44と回路基板3の端子部34とがボンディングされる。
光素子4を回路基板3の光素子収納孔31内に収納した段階(金属バンプ45のリフロー前)では、光素子4に、光素子収納孔31内での可動範囲が確保される。
前記光素子収納孔31の断面寸法は、前記光素子4の断面寸法に、光素子4の電極パッド44のコンタクト面44aの4辺の内の一辺の長さの5〜195%を加えた寸法になっている。
また、複数の端子部34のコンタクト面34aの形状、面積は、必ずしも互いに一致している必要は無く、若干のばらつきがあっても構わない。
回路基板3の前記光素子収納孔31の断面寸法が、前記光素子4における前記光素子収納孔31の軸心31a(中心軸線)に垂直の断面寸法に対して、前記電極パッド44のコンタクト面44aの寸法の5〜195%だけ大きくした寸法であれば、光素子収納孔31内に収納した光素子4の全ての電極パッド44のコンタクト面44aが、それぞれ、端子部34のコンタクト面34aに重なった部分を有する、という関係を実現できる。
この点、光素子収納孔31に対する端子部34の位置は、光素子4の全ての電極パッド44のコンタクト面44aの中央部が端子部34のコンタクト面34aの中央部上に重なったとき(コンタクト面44a、34a同士が重なり合った面積が最大のとき。以下、このときの状態を、完全アライメント状態、とも言う)に、光素子4の外周(光素子収納孔31の軸心31aに直交する断面の外周)の全周にわたって、光素子収納孔31内面との間にギャップが確保されるように設定することが好ましい。本実施形態では、端子部34について、この位置設定を行った構成を例示する。
但し、本発明は、これに限定されるものでは無く、端子部34の位置設定の適宜変更も可能である。
図11(a)に示すように、回路基板3の複数の光素子収納孔31にそれぞれ収納した光素子4の位置にはばらつきが許容される。そして、金属バンプ35のリフローによって、図11(b)に示すように、複数の光素子4を、光素子4の複数の電極パッド44のコンタクト面44aと端子部34のコンタクト面34aとの重なりを充分に大きく確保できるように、端子部34に対して位置合わせすることを、一括して、短時間に行うことができる。
光素子実装工程が完了したら、前記光素子収納孔31内面と前記光素子4との間を埋める充填樹脂部37を形成する充填樹脂部形成工程を行う。
この充填樹脂部形成工程は、回路基板3(光素子収納孔付き基板)の接合面3bにおける前記光素子収納孔31の開口部を、開口部封止部材(図12(a)、(b)の符号7の開口部封止部材,図13の光導波路基板2)を用いて塞いだ状態で、前記光素子収納孔31内に液状の樹脂材料8を注入(デバイス実装面3a側から光素子収納孔31に注入)して前記充填樹脂部37を形成する。このとき、回路基板3に実装済みの光素子4の受/発光部設置面43と開口部封止部材との間にギャップを確保することで、充填樹脂部37とともに、該充填樹脂部37から連続して、前記光素子4の前記受/発光部設置面43を覆う透明樹脂層38も形成する。この場合、充填樹脂部37と透明樹脂層38とは、同じ樹脂材料8によって形成される。
なお、回路基板3に実装済みの光素子4の受/発光部設置面43と開口部封止部材との間のギャップは、端子部34が、シート状又はプレート状の開口部封止部材が撓んで光素子収納孔31内に入り込むことを規制することにより確保できる。
充填樹脂部形成工程が完了すると、既述の光素子内蔵基板6が得られる。
この場合、光素子収納孔31内に注入した樹脂材料8の硬化によって、充填樹脂部37及び透明樹脂層38を簡単に形成することができる。
まず、図12(a)、(b)を参照して、充填樹脂部形成工程を説明する。
図12(a)、(b)の場合、シート状又はプレート状の開口部封止部材7を回路基板3の接合面3bに被着して、回路基板3(光素子収納孔付き基板)の接合面3bにおける前記光素子収納孔31の開口部を塞いだ状態で、光素子収納孔31内に液状の樹脂材料8を注入した後、この樹脂材料8を硬化させて、充填樹脂部37及び透明樹脂層38を形成する(充填樹脂部形成工程)。
開口部封止部材7としては紫外線透過性のものを採用することが好ましく、これにより、光素子収納孔31内に注入した樹脂材料8を紫外線の照射によって硬化させる作業を、短時間で効率良く行うことができる。
開口部封止部材7としては、例えば、合成樹脂製の透明シート又は透明プレート、ガラス板等を採用することができる。合成樹脂製の透明シート又は透明プレートの形成材料としては、例えば、ポリイミド、ポリノルボルネン(PNB)、ベンゾシクロブテン(BCB)等を採用できる。
透明樹脂層38は、光素子4の受/発光部401を保護するための保護層、特に、光素子内蔵基板6を光導波路基板2と貼り合わせる前まで、光素子4の受/発光部401を、衝突物の衝突、埃の付着による汚染等から保護するための保護層として機能する。
また、回路基板3から開口部封止部材7を除去した後、例えば、回路基板3の接合面3b側での透明樹脂層38の平坦化処理等を行うことも可能である。
図13の場合は、既述の通り、回路基板3の接合面3bに光導波路基板2を被着し、この光導波路基板2自体を開口部封止部材として用いて、充填樹脂部形成工程を行う。
この場合、光素子収納孔31内に注入した樹脂材料8を紫外線の照射によって硬化させることに鑑みて、光導波路基板2として、該光導波路基板2の断面方向への紫外線の透過が可能なものを採用し、回路基板3とは反対の側から光素子収納孔31内の樹脂材料8への紫外線照射を行う。
なお、充填樹脂部形成工程1で使用する開口部封止部材7については、回路基板3の接合面3bにおける光素子収納孔31の開口部を封止して、光素子収納孔31に注入した液状の樹脂材料8の漏出を防止する点では、必ずしも透明のものに限定されず、不透明のものも採用可能である。
ミラー部形成工程では、光導波路基板2の回路基板3(光素子内蔵基板6)とは反対の側から光導波路基板2(および透明樹脂層38)を介して透視できる光素子4の受/発光部401に位置を合わせて、光導波路基板2を加工して、図2、図3等に例示するように、光導波路基板2に、その回路基板3とは反対の側からV字形の凹部であるミラー部24を形成する。ミラー部24の形成は、例えば、光導波路基板2のレーザー加工、機械加工等によって行う。
これにより、本発明に係る光導波路モジュールが得られる。
また、光素子内蔵基板6に電子デバイス5が実装されている光導波路モジュール1、つまりデバイス付き光導波路モジュール1Aの製造のためには、充填樹脂部形成工程の完了後、ミラー部形成工程の前、又は、ミラー部形成工程の後に、光素子内蔵基板6(回路基板3)に電子デバイス5を実装するデバイス実装工程を行う。
ミラー部形成工程の作業性確保の点では、デバイス実装工程は、ミラー部形成工程の後に行うことが好ましい。
本発明に係るデバイス付き光導波路モジュール1A、光素子内蔵基板6に適用される光素子4としては、既述のように、受/発光部設置面43に受/発光部401が複数設けられているものも採用可能である。
但し、金属バンプのリフローによる、光素子4の回路基板3に対するセルフアライメントを出来るだけ有効に機能させる点で、例えば図14(a)〜(c)に示すように、受/発光部設置面43において、受/発光部401を介して両側に電極パッド44が設けられている構成のものを採用することが好ましい。
図14(a)〜(c)の光素子4に、区別のため、符号4A、4B、4Cを付す。
図14(a)、(c)に示す光素子4A、4Cは、長方形の受/発光部設置面43の幅方向中央部(長方形の受/発光部設置面43の短辺に沿った方向の中央部)に、複数の受/発光部401が、長方形の受/発光部設置面43の長手方向に沿って一列に配列設置され、この複数の受/発光部401が配列されてなる受/発光部設置列401Lを介して両側の複数箇所に、それぞれ、電極パッド44が設置された構成になっている。
この場合、光素子収納孔31内に光素子を収納して、各電極パッド44に実装しておいた金属バンプを端子部34のコンタクト面34aに当接させたときには、図14(a)、(c)に示す光素子4A、4Cに比べて光素子の姿勢安定性が劣るが、ボンディング用金属材料(金属バンプ)のリフローによる光素子4の回路基板3に対するセルフアライメントは問題なく実現できる。
また、断面長方形の光素子収納孔31は、その断面長辺寸法を、光素子4の光素子収納孔31の軸心31a(中心軸線)に垂直の断面(断面形状は矩形。図示例では正方形)の対角線寸法よりも小さくする。
現在、市販されている、受/発光部401を複数持つタイプの光素子4は、長方形の受/発光部設置面43の長手方向における受/発光部401の設置間隔が250μmであることが一般的である。これに対応するには、光導波路基板2にて、光素子4の複数の受/発光部401に対応して並列に形成されるコア部22の配列間隔も250μmとする。
光導波路基板2に並列に形成されるコア部22の配列間隔は、光素子4における長方形の受/発光部設置面43の長手方向における受/発光部401の設置間隔と揃えるが、受/発光部401の設置間隔は250μmに限定されない。250μm以外(例えば、125μm)の場合は、これに応じて、コア部22の配列間隔も、受/発光部401の設置間隔と揃える。
次に、本発明の別態様を説明する。
ここでは、図15に示す光導波路モジュール10、及び、その製造方法を説明する。
図15に示す光導波路モジュール10は、図2に示す光導波路モジュール1の回路基板3と光導波路基板2との間に、シート状の透明部材(開口部封止部材7)が介挿された構造になっている。
開口部封止部材7は、回路基板3の接合面3bに被着されており、光導波路基板2は開口部封止部材7に貼り合わせて固定されている。
回路基板3の光素子4の受/発光部401と、この受/発光部401に対応させて光導波路基板2に形成されているミラー部24との間の光路H2は開口部封止部材7を貫通する。
充填樹脂部形成工程よりも前の工程は、既述の実施形態と同様に、光素子実装工程を行う。また、ミラー部形成工程以降の工程も、既述の実施形態と同様に行うことができる。
本発明に係る光導波路モジュールの製造方法としては、既述のように、光素子収納孔31を形成済みの回路基板3に光素子を組み込んでから、回路基板3に光導波路基板2を一体に設ける構成に限定されず、図16(a)、(b)、(c)に示すように、光素子収納孔31を有していない配線付き基板300に光導波路基板2を設けてから、配線付き基板300に光素子収納孔31を形成して回路基板3を得る工程(光素子収納孔形成工程)を行い、この回路基板3の光素子収納孔31に光素子を組み込んで実装する光素子実装工程を行った後、充填樹脂部形成工程、ミラー部形成工程をこの順で行っても良い。
充填樹脂部形成工程以降の工程は、既述の実施形態と同様に行うことができる。
また、ミラー部形成工程の後に、デバイス実装工程を行っても良いことは言うまでも無い。
但し、この配線付き基板300において、端子部34は、配線付き基板300の片面(配線部32が形成されている側の面。以下、接合面300b)に形成された配線パターンの一部として、配線付き基板300の内層の半導体基板39に沿って延在している。
配線付き基板300の接合面300bに光導波路基板2を設けるには、プレート状に作成済みの光導波路基板2を被着(例えば、適宜、接着剤を用いて貼り合わせる)する。また、この他、配線付き基板300へのワニスの塗布によって光導波路形成体を形成し、この光導波路形成体への活性エネルギー線の照射によってコア部22の形成することで、後者の場合は、配線付き基板300自体を基材として該配線付き基板300に一体に光導波路基板2を形成する、といった手法も可能である。
この光素子収納孔形成工程により、回路基板3が得られる。また、光素子収納孔31が形成されることで、端子部34が、前記配線部32から前記接合面300bにおける前記光素子収納孔31の開口部に張り出された突起状となる。
ミラー部形成工程の完了で、図3に示す構造の光導波路モジュールを得ることができる。
得られた光導波路モジュールについては、回路基板3(光素子内蔵基板6)の接合面300bとは反対側の面を、LSI等の電子デバイスの実装用のデバイス実装面300aとして用いることができる。
(a)本発明は、充填樹脂部37、透明樹脂層38を具備していない構成の光導波路モジュール、充填樹脂部37、透明樹脂層38の内、充填樹脂部のみを具備した構成の光導波路モジュールを含む。また、光導波路モジュールの製造方法については、充填樹脂部形成工程を具備していない構成も含む。
(b)本発明に係る光導波路モジュールの製造方法は、回路基板3の接合面3bに光導波路基板2を被着状態に設けた後、この光導波路基板2にミラー部を形成する(ミラー部形成工程)構成に限定されず、ミラー部を形成済みの光導波路基板2を回路基板3に貼り合わせることも含む。
(c)充填樹脂部37、透明樹脂層38の形成樹脂としては、紫外線硬化性樹脂に限定されない。例えば、熱硬化性のエポキシ等の熱硬化性樹脂を採用し、充填樹脂部形成工程にて、光素子収納孔内に注入された液状の樹脂材料の加熱硬化によって、充填樹脂部、透明樹脂部を形成することも可能である。
(d)本発明に係る光素子内蔵基板としては、回路基板の光素子収納孔内に光素子が組み込まれたものであれば良く、必ずしも、充填樹脂部、透明樹脂層を具備したものに限定されない。
(e)図1、図2に例示したように、上述の実施形態では、1枚の回路基板(光素子内蔵基板)と1枚の光導波路基板とを積層状態にして一体化した構成の光導波路モジュールを例示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、1枚のシート状の光導波路基板の複数箇所に光素子内蔵基板を固定(重ね合わせて一体化)した構成も採用可能である。
(f)回路基板としては、半導体基板に光素子収納孔を形成したものに限定されない。例えば、電気絶縁性の絶縁樹脂板に光素子収納孔、配線部、端子部、貫通配線を設けたもの等も採用可能である。
Claims (12)
- プレート状のクラッド部内に線状のコア部を有する光導波路基板と、この光導波路基板に被着された回路基板とを具備し、
前記回路基板には、受光素子又は発光素子である光素子が、該回路基板に貫設された光素子収納孔に収納して組み込まれ、前記光素子は、前記光導波路基板に対面する端面に受/発光部を有し、
前記光導波路基板は、前記光素子の前記受/発光部に対応する位置に、該光導波路基板の前記光導波路と前記光素子の前記受/発光部との間の光路形成用のミラー部を有し、
前記回路基板は、前記光導波路基板に臨む接合面に形成された配線部と、該回路基板に貫設され前記配線部に電気導通可能に接続された貫通配線と、前記配線部から前記接合面における前記光素子収納孔の開口部に張り出された突起状の端子部とを具備し、
前記光素子の前記端面に設けられている電極パッドが前記端子部にボンディングされ電気導通可能に接続され、
前記光素子の前記電極パッドと前記端子部とが導電性のボンディング用金属材料によってボンディングされており、
前記光素子収納孔の断面寸法が、前記光素子における前記光素子収納孔の軸心に垂直の断面寸法を、前記電極パッドのコンタクト面の寸法の5〜195%だけ大きくした寸法になっており、
前記光素子収納孔および前記光素子の前記断面の形状は矩形であり、
前記光素子収納孔の対向する内面間の距離が、前記光素子の断面の対角線寸法よりも小さく、
前記光素子は、前記光素子収納孔内で、前記光素子収納孔の断面寸法と光素子の断面寸法との差によって設定・規制されつつ回転移動可能であり、かつ前記光素子収納孔の軸心を中心とする軸回り方向の前記光素子の回転移動の全範囲で、前記光素子の全ての電極パッドのコンタクト面が、それぞれ前記端子部のコンタクト面に平面視において重なった部分を有することを特徴とする光導波路モジュール。 - 前記光素子収納孔内面と前記光素子との間を埋める充填樹脂部を具備し、前記光素子の前記端面が、前記充填樹脂部から連続する透明樹脂層によって覆われていることを特徴とする請求項1に記載の光導波路モジュール。
- 前記回路基板の前記光導波路基板に臨む接合面に、前記光素子収納孔の前記接合面に開口する開口部を封止する透明の開口部封止部材が設けられていることを特徴とする請求項2記載の光導波路モジュール。
- 前記回路基板の前記接合面に、電極パッドと、該電極パッドに実装された金属バンプとが設けられ、前記金属バンプは、前記光導波路基板に貫設されたバンプ収納孔を介して、前記光導波路基板から前記回路基板とは反対の側に突出されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光導波路モジュール。
- 前記光導波路基板の前記ミラー部が、前記光導波路基板の前記回路基板とは反対の側から凹む凹部によって構成されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光導波路モジュール。
- 請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の光導波路モジュールを製造する方法であって、
半導体基板に、該半導体基板の両面の一方又は両方に形成された配線部と、前記半導体基板に貫設された貫通配線と、前記半導体基板に貫設された貫通孔であり受光素子あるいは発光素子である光素子が組み込まれる光素子収納孔と、前記半導体基板の片面の前記配線部から前記光素子収納孔の片端の開口部内に張り出された突起状の端子部とが設けられた光素子収納孔付き基板の前記光素子収納孔に、前記光素子を組み込み、この光素子に設けられている電極パッドに予め実装しておいた金属バンプをリフローして、前記電極パッドを前記端子部に接続する光素子実装工程と、
プレート状のクラッド部内に線状のコア部を有し、前記光素子収納孔付き基板の両面の内の前記端子部が張り出された配線部が形成されている面の側に被着した光導波路基板に、前記光素子実装工程の後に、前記光導波路基板の前記光導波路と前記光素子の前記光導波路基板に対面する端面に設けられている受/発光部との間の光路形成用のミラー部を形成するミラー部形成工程
とを具備することを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。 - 請求項6記載の光導波路モジュールの製造方法において、
前記電極パッドを前記端子部に接続した後に、前記光素子収納孔内面と前記光素子との間を埋める充填樹脂部を形成する充填樹脂部形成工程を行ってから、ミラー部形成工程を行うことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。 - 請求項7記載の光導波路モジュールの製造方法において、
前記充填樹脂部形成工程において、前記光素子収納孔付き基板の、前記光素子収納孔の前記端子部が設けられている開口部を、開口部封止部材を用いて塞いだ状態で、前記光素子収納孔内に液状の樹脂材料を注入して前記充填樹脂部を形成することを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。 - 請求項8記載の光導波路モジュールの製造方法において、
前記充填樹脂部形成工程にて、前記充填樹脂部から連続して、前記光素子の前記端面を覆う透明樹脂層を形成することを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。 - 請求項8又は9記載の光導波路モジュールの製造方法において、
前記充填樹脂部形成工程の完了後、前記開口部封止部材を前記光素子収納孔付き基板から除去した後に、光素子収納孔付き基板に前記光導波路基板を被着してから、前記ミラー部形成工程を行うことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。 - 請求項8〜10のいずれかに記載の光導波路モジュールの製造方法において、
透明の開口部封止部材を用い、前記充填樹脂部形成工程の完了後、前記開口部封止部材が付いたままの前記光素子収納孔付き基板に前記光導波路基板を被着してから、前記ミラー部形成工程を行うことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。 - 請求項8〜10のいずれかに記載の光導波路モジュールの製造方法において、
前記光素子収納孔付き基板に被着した前記光導波路基板を前記開口部封止部材として用いて前記充填樹脂部形成工程を行うことを特徴とする光導波路モジュールの製造方法。
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