CN100401119C - 光配线基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明，是提供一种能容易地对发光元件或光检测元件与光学波导管间进行定位的光配线基板。光配线基板(1)具有基板(10)。在基板(10)上形成有多个凹部(12)，在上述凹部(12)之间形成有光学波导管(13)。在凹部(12)上配置有受发光部件(30)，该受发光部件(30)搭载在基部部件(20)的插入部(22)上。在插入部(22)上设置有形成为倾斜面的反射面(26、27)，通过反射面(26、27)使光学波导管(13)与受发光部件(30)的光检测部(34)或发光部(37)之间的光路一致。

Description

光配线基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光配线基板及光配线基板的制造方法。

背景技术

近年来，随着个人计算机存储装置大容量化等因素，对高速进行信号处理的要求不断提高，在此情况下，出现一种以光进行信号通信的光配线基板。作为该光配线基板，例如有在专利文献1中记载的光电子集成电路装置。该光电子集成电路装置具有，形成有电路、发光元件、及光检测元件的光电子集成电路基板，和形成有光学波导管(optical waveguide)的光配线基板。在光配线基板上形成有与发光元件或光检测元件对应的倾斜面，光学波导管的端部位于该倾斜面。而且，在倾斜面上形成有反射膜，该反射膜反射光电子集成电路基板的光耦合用光。

专利文献1：日本特开平5-67770号公报

发明内容

然而，在上述专利文献1所公开的光电子集成电路装置中，在光配线基板的倾斜面间的凸部，配置有光电子集成电路。因此，为了使由发光元件所射出的光在反射面反射并导入光学波导管，或者使从光学波导管所射出的光在反射面反射并导入光检测元件，有必要相对于光配线基板以高精度对光电子集成电路进行定位。然而，上述专利文献1并未提到用于以高精度进行定位的方法，而存在定位非常麻烦的问题。

因此，本发明的课题在于提供一种可容易地进行对发光元件或光检测元件与光学波导管间的定位的光配线基板。

解决上述问题的本发明的光配线基板，具有：基板、光学波导管、多个基部部件、光元件、贯通电极及反射面；该基板，形成有多个凹部；该光学波导管，形成在基板上，并配置在多个凹部彼此之间；该基部部件，具有，形成有倾斜面并插入凹部的插入部，和对插入凹部的插入部进行支撑的支撑部；该光元件，安装于基部部件的插入部，并配置在基板凹部的内侧；该贯通电极，贯穿基部部件中的安装有光元件的面、和该面相反侧的面；该反射面，形成在插入部中的倾斜面上，并反射通过光学波导管与光元件间光路的光；将倾斜面的倾斜角度调整成使光学波导管与光元件间的光路一致的角度，并通过将基部部件中的插入部插入凹部，来将反射面与光学波导管定位。

在本发明光配线基板中，通过将安装有光元件的基部部件的插入部插入形成在基板上的凹部，使形成于插入部的反射面与形成于基板的光学波导管定位。因此，可正确且容易地进行光学波导管与安装于基部部件的反射面的定位，光学波导管及光检测元件能正确而容易地进行与发光元件等光元件的定位。

在此，配置在光学波导管一端侧凹部的光元件可为发光元件，而配置在光学波导管另一端侧凹部的光元件可为光检测元件。

如上所述，在光学波导管的一端侧设置发光元件，在另一端侧设置光检测元件，由此可容易地进行光信号的输入输出。

另外，还可在一处凹部，设置作为光元件的发光元件和光检测元件。

通过在一处凹部设置发光元件和光检测元件，可与设置在任意其它凹部的发光元件和光检测元件的任何一者进行通讯处理。

另外，还可以是，使光元件利用配线基板，搭载在基部部件上。

如此，通过使光元件利用光元件用配线基板，搭载在基部部件上，可由设置在配线基板上的配线连接例如，设置在1处凹部的多个光元件。

而且，还可以是，使光元件直接搭载于基部部件。

通过将光元件直接搭载于基部部件，可有效活用凹部内的空间。

另外，基部部件还可以是硅基板。

作为基部部件，可适当使用硅基板。

而且，倾斜面可利用各向异性蚀刻来形成。

以硅基板为基部部件，并利用各向异性蚀刻来形成倾斜面，由此，可精度良好地形成倾斜面。

另外，从俯视凹部的方向所见的插入部和凹部的形状也可为多边形。

通过使从俯视凹部的方向所见的插入部和凹部的形状呈多边形，可形成许多反射面。因此，可使基板中的凹部配置的变化增加。

另一方面，解决上述课题的本发明的光配线基板的制造方法，包括：在基板上形成光学波导管的工序；在基板中的该波导管上形成多个凹部的工序；制造具有插入部和支撑部的多个基部部件的工序，且该插入部，形成有将倾斜角度调整为使光学波导管与光元件间的光路一致的角度的倾斜面，并插入凹部，该支撑部，被支撑于基板的表面，对插入凹部的插入部进行支撑；在倾斜面上形成反射面的工序；设置贯通电极的工序，且该贯通电极贯穿基部部件中的安装有光元件的面和该面相反侧的面；将配置在基板凹部光元件安装于基部部件的插入部的工序；将基部部件的插入部插入凹部，并对反射面和光学波导管进行定位的工序。

在本发明的光配线基板的制造方法中，通过将安装有光元件的基部部件的插入部插入形成在基板上的凹部，来对形成在插入部上的反射面与形成在基板上的光学波导管进行定位。因此，可正确且容易地进行光学波导管与安装在基部部件上的反射面的定位，光学波导管和光检测元件，可正确且容易地进行与发光元件等光元件的定位。

在此，基部部件可以是，形成具有连续多个基部部件的基部部件母材后，通过对基部部件母材进行切割而成。

通过形成如上所述基部部件，可容易地制造多个基部部件。

另外，可利用各向异性蚀刻来形成基部部件的倾斜面。

利用各向异性蚀刻来形成基部部件的倾斜面，可形成使倾斜角度的精度很高的倾斜面。

利用本发明，可提供一种容易进行发光元件或光检测元件与光学波导管的定位的光配线基板。

附图说明

图1是本发明实施方式的光配线基板的主要部分概略立体图。

图2是本发明实施方式的光配线基板的主要部分概略侧视剖面图。

图3是本发明实施方式的光配线基板的整体俯视图。

图4是本发明实施方式的光配线基板的整体透视图。

图5是显示基部部件的图，(a)为后视图，(b)为侧视图。

图6是显示基部部件的图，(a)为俯视图，(b)为主视图。

图7的(a)是受发光部的平面图，图7的(b)是将受发光部安装于基部部件的状态下的后视图。

图8的(a)是LSI的平面图。图8的(b)是将LSI安装于基部部件的状态下的平面图。

图9是显示制造基部部件的工序的工序图。

图10是显示基板的制造工序的工序图。

图11是显示基板与基部部件组装工序的工序图。

图12是另一实施方式的光配线基板的主要部分概略侧视剖面图。

符号说明

1     光配线基板

10    基板

11、23金属化图案

12    凹部

13    光学波导管

20    基部部件

21    支撑部

22    插入部

23C   图案配线

24    第1倾斜面

25    第2倾斜面

26    发送光反射面

27    接收光反射面

28    光电二极管连接用贯通电极

29    激光连接用贯通电极

30    受发光部件

31    第1光电二极管阵列

32    第2光电二极管阵列

33   激光二极管阵列

34   光检测部

37   发光部

40   LSI

50   基部部件母材

51   凸部

52   凹部

53   贯通电极

54   配线图案

55   反射面

56   分割线

57   基板母材

W    连接线

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。另外，各实施方式中，对具有相同功能的部分添加相同符号，省略重复说明。

图1是本发明实施方式的光配线基板的主要部分概略立体图，图2是该主要部分的概略侧视剖面图，图3是光配线基板整体的俯视图，图4是光配线基板整体的透视图。

如图1、图2所示，本实施方式的光配线基板1，具有：基板10、基部部件20、受发光部件30、和大规模集成电路(Large Scale Integratedcircuit：以下称为“LSI”)40。

基板(光学波导管基板)10，例如为硅基板，在基板10的表面，如图3所示，形成有低速·控制信号/电源用的金属化图案11。在基板10的表面形成有多个凹部12。凹部12的数量在本实施方式中为3个，各凹部12位于金属化图案11的元件侧端部附近。在凹部12内，分别容纳有基部部件20的一部分(插入部22)和受发光部件30。该凹部12由例如活性离子蚀刻(RIE：Reactive Ion Etching)形成。

另外，图4利用与基板10的主表面平行的平面，以透视的方式显示从该主表面对通过光学波导管13的位置进行切割的基板截面。在基板10的内部，如图4的透视图所示，对具有配线功能的多个光学波导管13进行配置以使凹部12之间彼此连接。光学波导管13由例如聚酰亚胺(polyimide)形成。凹部12，从俯视凹部12的方向观察呈四方形，在与四方形的各边相对应的面上，分别连接有光学波导管13。

基部部件20，例如为硅基板，具有支撑部21和插入部22。如图5、图6所示，支撑部21，从俯视凹部12的方向所见的面是大于凹部12的四方形，且呈板状，在支撑部21的下面侧设置有插入部22。而且，下面侧是指凹部12侧。另外，在支撑部21的上面形成有金属化图案23。金属化图案23，具有IC接合垫(bonding pad)23A和引线接合垫(wire bonding pad)23B，而且，具有将两者做电气连接的图案配线23C。引线接合垫23B，利用图2所示连接线W，与形成在基板10上的金属化图案11电气连接。

另一方面，插入部22，呈四角锥台形状，四角锥台以小于支撑部21的表面四方形的四方形为底面，插入部22的外周面则构成第1倾斜面24和第2倾斜面25。基部部件20中的插入部22，由各向异性蚀刻形成。因此，以良好精度形成倾斜面24、25的倾斜角度。对于基部部件20的制造工序将在后面进行说明。

另外，构成与支撑部21边界的插入部22的上面的面积，与形成于基板10的凹部12的开口端的面积相比，稍大或大致相同，插入部22下面的面积，与凹部12开口端的面积相比，较小。如上所述，从俯视凹部12的方向所见的插入部22和凹部12的形状，形成多边形，在本实施方式中形成四方形。

在第1倾斜面24的表面上覆盖有发送光反射部件，形成发送光反射面26，在第2倾斜面25的表面上覆盖有接收光反射部件，形成接收光反射面27。第1倾斜面24，如图5(b)所示，相对支撑部21和插入部22的界面，成45度的倾斜角度θ1，第2倾斜面25，如图6(b)所示，相对支撑部21与插入部22的界面，成35.3度的倾斜角度θ2。反射面26、27均由例如铝蒸镀膜形成。

而且，如图2、图6所示，在支撑部21和插入部22上设置有，从支撑部21的上面贯通到与该面相对的插入部22的下面之间的，光电二极管连接用贯通电极28和激光连接用贯通电极29。光电二极管连接用贯通电极28，配置在插入部22俯视呈方形的侧部，激光连接用贯通电极29配置在其中央部。

如图7(a)所示，受发光部件30具有，作为2个光检测元件的光电二极管阵列31、32，和作为发光元件的激光二极管阵列33。该光电二极管阵列31、32和激光二极管阵列33分别直接安装于基部部件20。激光二极管阵列33中的激光二极管使用垂直腔面发光型半导体激光(VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser)。

在第1光电二极管阵列31中，设置有多个光检测部(光感应部)34，在本实施方式中为5个，各光检测部34分别与阳极电极35电气连接。在平面视图状态下，各光检测部34配置在基部部件20的、插入部22的接收光反射面27的正下方。在第1光电二极管阵列31中，设置有3个阴极电极36。

第2光电二极管阵列32具有与第1光电二极管阵列31相同的构成，具有5个光检测部34，和与该光检测部34电气连接的阳极电极35，以及阴极电极36。

在激光二极管阵列33中，设置有多个发光部37，本实施方式中为10个，各发光部37连接于阳极电极38。在平面视图状态下，各发光部37配置在基部部件20的、插入部22的发送光反射面26的正下方。而且，在激光二极管阵列33中设置有8个阴极电极39。

如图7(b)所示，该等光电二极管阵列31、32和激光二极管阵列33，倒装片接合(flip chip bonding)并直接搭载在基部部件20的插入部22上。如上所述，光电二极管阵列31、32的阳极电极35和阴极电极36与基部部件20中的光电二极管连接用贯通电极28电气连接。另外，激光二极管阵列33的阳极电极38和阴极电极39分别连接于基部部件20中的激光连接用贯通电极29。

如上所述，在受发光部件30中，在其周围配置有光检测部34和发光部37，在中央部配置有电极35、36、38、39。如上，可在光检测部34与接收光反射面27之间，以及发光部37与发送光反射面26之间形成光路。另外，其倾斜角度θ1、θ2调整为，使光学波导管13与设于受发光部件30的光检测部34的光路，以及光学波导管13与发光部37的光路一致的角度。

如图8(a)所示，LSI 40具有设置在表面侧的光电二极管连接用垫41和激光连接用垫42。另外，在LSI 40的表面侧沿周围设置有低速·控制信号/电源端子用的接合垫43。另外，设置有未图示的处理回路。

如图8(b)所示，LSI 40倒装片接合并安装于基部部件20中的支撑部21的上面。LSI 40的光电二极管连接用垫41与基部部件20中的光电二极管连接用贯通电极28电气连接。另外，激光连接用垫42连接于基部部件20的激光连接用贯通电极29(参照图2)。

通过设置这些贯通电极28、29，可利用非常短的距离，且在不必拖曳配线的条件下，对LSI 40与光电二极管阵列31、32、激光二极管阵列33进行连接。作为基部部件20使用硅基板，故能容易地设置贯通电极28、29。

在光配线基板1中，向基板10的凹部12中插入基部部件20的插入部22和安装在插入部22上的受发光部件30，受发光部件30配置于凹部12的内侧。另外，通过向凹部12中插入基部部件20的插入部22，可容易地对形成于插入部22的反射面26、27和光学波导管13进行定位。

另外，使安装于基部部件20的插入部22上的光电二极管阵列31、32和激光二极管阵列33，相对基部部件20精度良好地进行定位。因此，使从光学波导管13向凹部12射出的光，由接收光反射面27反射，并精度良好地射入至光电二极管阵列31、32的光检测部34。另外，使从激光二极管阵列33的发光部37射出的光，由发送光反射面26反射，并精度良好地射入至光学波导管13(参照图2)。

下面，对本实施方式的光配线基板的制造方法进行说明。首先，对基部部件20的制造方法进行说明。图9是显示制造基部部件的工序图。

首先，准备与通常所使用的相比较厚的板状硅基板，从硅基板的表面进行各向异性蚀刻，制造图9(a)所示基部部件母材50。在基部部件母材50上，交替形成多个凸部51和凹部52。在该基部部件母材50的凸部51形成贯穿其表面和背面的贯通电极53。另外，在背面侧形成规定的配线图案54。

然后，对基部部件母材50凸部51中的除倾斜面以外的面，即，凸部51的顶面和凹部52的上面进行掩膜，并实施铝蒸镀。如图9(b)所示，利用该铝蒸镀，在凸部51中的倾斜面上形成反射面55。

接着，如图9(c)所示，在多个凸部51中的各顶面，利用倒装片接合，安装受发光部件30。受发光部件30如图7所示进行安装，在此，对其描述进行简化。安装受发光部件30后，在邻接的凸部51之间的中央设定分割线56。

设定分割线56后，利用切割刀(dicing blade)沿该分割线56对基部部件母材50进行切断。如上，通过切断基部部件母材50，来制造安装有受发光部件30的基部部件20。

在如上制造的基部部件20中，基部部件母材50的凸部51成为基部部件20的插入部22，基部部件母材50的凹部成为基部部件20的支撑部21。另外，在反射面55中，位于光检测部34(图7)上方的面成为接收光反射面27，位于发光部37上方的面成为发送光反射面26。

下面，对基板10的制造工序进行说明。图10是显示制造基板的工序图。

首先，准备由与通常所使用的相比较厚的板状硅基板构成的基板母材，如图10(a)所示，在基板母材57的表面形成光学波导管13。光学波导管13由例如聚酰亚胺制造。光学波导管13以图4所示形状进行制造，在此阶段，在形成有凹部12的位置上，也事先形成光学波导管13。

形成光学波导管13后，如图10(b)所示，在基板母材57的表面的光学波导管上形成规定的金属化图案11。该金属化图案11形成如图3所示形状。在基板母材57上形成金属化图案11后，如图10(c)所示，利用活性离子蚀刻，对光学波导管13和基板母材57同时进行蚀刻，并形成多个凹部12。因此，形成凹部12，以使其与波导管13连接，并在多个凹部12之间形成光学波导管13。由此制造基板10。

其次，对基板10和基部部件20的组装进行说明。图11显示基板与基部部件组装工序的工序图。

如图11(a)所示，分别向基板10上的多个凹部12，插入基部部件20上的插入部22和搭载于插入部22上的受发光部件30(图中表示为31)。当直接插入基部部件20的插入部22和受发光部件30(图中表示为31)时，如图11(b)所示，使基部部件20的支撑部21与基板10的表面接触。此时，基部部件20中的支撑部21与插入部22的边界与基板10的凹部12的角部接触。

在此，基部部件20中的插入部22，利用各向异性蚀刻以高精度形成。因此，通过使基部部件20的支撑部21与插入部22的边界与凹部12的角部接触，使基部部件20相对基板10以高精度定位。其结果是，可使设置在基板10上的光学波导管13与设置在基部部件20上插入部22的反射面26、27以高精度定位，并可使光学波导管13与光检测部34、以及光学波导管13与发光部37以高精度定位。

在此，当使构成与支撑部21的边界的插入部22的上面大于凹部12开口部时，插入部22不能完全插入凹部12，支撑部件21处于从基板10稍浮起的状态。即使在此情况下，由于反射面26、27是以规定角度形成，故仍可使光学波导管13与光检测部34、以及光学波导管13与发光部37以高精度定位。

因此，使从发光部37射出的光，由发送光反射面26反射，以高精度导入光学波导管13。另外，使从光学波导管13射出的光，由接收光反射面27反射，以高精度射入光检测部34。

如上所述，在基板10上插入基部部件20中的插入部22和受发光部件30(图中符号为31)后，如图11(c)所示，在基部部件20中的支撑部21的上面，倒装片接合有LSI 40。与此同时，以连接线W对设置在基部部件20上的金属化图案23和设置在基板10上的金属化图案11进行连接。由此可制造光配线基板1。

以上，对本发明优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式。例如，在上述实施方式中，是在基部部件的插入部上直接搭载受发光部件，但也可通过光元件用配线基板搭载光元件。图12是显示该形式的实例。如图12所示，在配线基板60的端部分别安装有光检测元件(光元件)61和发光元件(光元件)62。在配线基板60上，形成未图示的配线图案。通过使配线基板60倒装片接合于基部部件20的插入部22的下面，并通过配线基板60搭载光检测元件61和发光元件62。由此，可形成上述形式的光配线基板。

另外，在上述实施方式中，在各个凹部12中设置有发光元件和光检测元件，但还可形成为，仅设置有发光元件或光检测元件的形式。而且，还可在上述实施方式的光电二极管阵列中设置简单的放大器，或在激光二极管阵列中，内置简单的驱动器。通过设置上述放大器、驱动器，可使LSI形成简单的结构。而且，在基板10中的光学波导管13中，除配线功能以外，还可嵌入波长分离功能或分路功能等，作为光学波导管的功能。

以上，如上述说明，上述光配线基板1具有光学波导管基板10、基部部件20、光元件基板30、和贯通电极28(29)；该光学波导管基板10具有多个凹部12和对上述凹部12之间进行连接的光学波导管13；该基部部件20塞住各凹部12的开口，并具有向凹部底面突出的插入部22；该光元件基板30具有安装在基部部件20凹部侧的顶面的光元件；该贯通电极28(29)使基部部件20在厚度方向贯穿，并与光元件基板30电气连接；插入部22的侧面具有反射膜26(27)；光元件基板30与光学波导管13通过反射膜26(27)进行光学耦合。在该光配线基板1中，当基部部件的插入部插入凹部时，容易地对反射面和光学波导管进行定位。

产业上实用性

本发明可利用于光配线基板及光配线基板的制造方法。

Claims (11)

1.一种光配线基板，其特征在于，具有：

基板，形成有多个凹部；

光学波导管，形成在所述基板上，并配置在所述多个凹部之间；

多个基部部件，具有，形成有倾斜面并插入所述凹部的插入部，和支撑插入所述凹部的所述插入部的支撑部，构成所述插入部和所述支撑部的边界的所述插入部的上面部的面积，与在所述基板上形成的所述凹部的开口端的面积大致相同，或大于所述凹部的开口端的面积；

光元件，为光检测元件以及发光元件的至少一者，安装在所述基部部件的所述插入部上，并配置在所述基板的凹部内侧；

贯通电极，贯穿所述基部部件中的安装有所述光元件的面和与该面相对侧的面，与所述光元件电相连；

反射面，设置在所述插入部中的所述倾斜面上，反射通过所述光学波导管和所述光元件间的光路的光；其中，

通过将所述基部部件中的所述插入部插入所述凹部，使所述反射面和所述光学波导管定位；

所述反射面的倾斜角度调整为，使所述光学波导管与所述光元件之间的光路一致的角度。

2.如权利要求1所述光配线基板，其特征在于：

配置在所述光学波导管一端侧的凹部中的光元件为发光元件；

配置在所述光学波导管另一端侧的凹部中的光元件为光检测元件。

3.如权利要求1所述光配线基板，其特征在于：在一处凹部中，作为所述光元件设置有发光元件和光检测元件。

4.如权利要求1所述光配线基板，其特征在于：所述光元件，通过配线基板搭载于所述基部部件的插入部。

5.如权利要求1所述光配线基板，其特征在于：所述光元件直接搭载于所述基部部件的插入部。

6.如权利要求1所述光配线基板，其特征在于：所述基部部件为硅基板。

7.如权利要求1所述光配线基板，其特征在于：所述倾斜面，由各向异性蚀刻形成。

8.如权利要求1所述光配线基板，其特征在于：从俯视所述凹部的方向所见的所述插入部和所述凹部的形状，呈多边形。

9.一种光配线基板的制造方法，其特征在于，包括如下工序：

在基板上形成光学波导管的工序；

在所述基板上的所述波导管上，形成多个凹部的工序；

制造具有插入部和支撑部的多个基部部件的工序，其中，所述插入部，形成有倾斜面，且该插入部被插入所述凹部，该倾斜面的倾斜角度调整为使所述光学波导管与光检测元件以及发光元件的至少一者的光元件间的光路一致的角度；所述支撑部，被支撑于所述基板的表面，并支撑插入所述凹部的所述插入部；构成所述插入部和所述支撑部的边界的所述插入部的上面部的面积，与在所述基板上形成的所述凹部的开口端的面积大致相同，或大于所述凹部的开口端的面积；

在所述倾斜面上形成反射面的工序，所述反射面，反射通过所述光学波导管和所述光元件间的光路的光；

设置贯通电极的工序，所述贯通电极，贯穿所述基部部件中的安装有所述光元件的面和与该面相对侧的面，与所述光元件电相连；

将配置在所述基板的凹部中的所述光元件，安装到所述基部部件的所述插入部上的工序；以及，

将所述基部部件上的插入部插入所述凹部，使所述反射面和所述光学波导管定位的工序。

10.如权利要求9所述光配线基板的制造方法，其特征在于：在形成多个基部部件相连续的基部部件母材后，通过切割所述基部部件母材制造所述基部部件。

11.如权利要求9所述光配线基板的制造方法，其特征在于：所述基部部件上的所述倾斜面，由各向异性蚀刻形成。

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