JP2004279439A - 光半導体モジュール及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】大量の一括加工を可能にすると共に、性能及び信頼性レベルを損なうことなく構成部材を簡素化でき、且つ光ファイバ等を保持するための光コネクタにパターン電極を加工する必要がなく、製造コストの低減をはかる。
【解決手段】光半導体モジュールの製造方法において、ダミー基板１０上に電気配線３を形成した後、配線３に光半導体素子４を電気的に接続し、この状態で光半導体素子４の発光部と基板１０との間に透明樹脂を充填し、更に光半導体素子４の全体を樹脂モールドし、次いで基板１０を除去し、基板１０を除去した面に光軸合わせ用の凸部５を形成する。
【選択図】 図８
【解決手段】光半導体モジュールの製造方法において、ダミー基板１０上に電気配線３を形成した後、配線３に光半導体素子４を電気的に接続し、この状態で光半導体素子４の発光部と基板１０との間に透明樹脂を充填し、更に光半導体素子４の全体を樹脂モールドし、次いで基板１０を除去し、基板１０を除去した面に光軸合わせ用の凸部５を形成する。
【選択図】 図８
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送等に用いる光半導体モジュール及びその製造方法に係わり、特に光入出力面に電気配線を設けた光半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上に伴い、大規模集積回路（ＬＳＩ）における動作速度は飛躍的に向上している。しかし、ＬＳＩの内部動作は高速化されてきているものの、それを実装するプリント基板レベルでの動作速度はＬＳＩの動作速度より低く抑えられ、そのプリント基板を装着したラックレベルでは更に動作速度が低く抑えられている。
【０００３】
これらは、動作周波数の上昇に伴う電気配線の伝送損失や雑音、更には電磁障害の増大に起因するものであり、信号品質を劣化させないために長い配線ほど動作周波数を下げる必要が出てくるためである。従って、電気配線装置においては能動素子であるＬＳＩの動作速度が向上しても、その実装において速度低下を余儀なくされるという問題があり、ＬＳＩの動作速度よりも実装技術がシステム動作速度を支配する傾向が近年益々強まってきている。
【０００４】
このような電気配線装置の問題を鑑み、ＬＳＩ間を光で接続する光配線装置が幾つか提案されている。光配線装置の特徴は、直流から１００ＧＨｚ以上の周波数領域で損失等の周波数依存性が殆ど無く、また配線路の電磁障害や接地電位変動雑音が無いため、数十Ｇｂｐｓの配線が容易に実現できることにある。このため、光配線装置ではプリント基板やラックレベルでも非常に高速の動作が期待でき、活発な研究開発が進められている。
【０００５】
しかしながら、光配線装置は光素子と光配線路の光接続、特に光軸整合に要する部材的，工程的コストが付随するため、一般に電気配線装置より高価であり、本格的普及のためにはそのコスト低減が大きな課題である。
【０００６】
光配線装置のコスト低減の一つの解決方法として、光配線のアレイ化がある。これは、光素子や光部品，光配線路等のアレイ化であり、部品製造，検査効率の向上や、組み立て，調整効率の向上等によりコスト低減化するものである。
【０００７】
例えば、光ファイバコネクタ等は数１０芯のアレイ化コネクタの場合に単芯の数１０倍の研磨時間や部材を要するものではなく、単芯と同等程度の研磨時間と部材となるのが一般的である。このため、芯線当りの所要コスト（研磨時間，所要部材等）が単芯コネクタの数分の１に減少することが多い。この端的な例として所謂ＭＴコネクタがあり、最大１２芯の光ファイバが一つの光コネクタ製造工程でコネクタ化可能である（例えば、非特許文献１参照）。また、同じＭＴコネクタの拡張品種として、６０芯もの光ファイバをコネクタ化することも可能になっている。
【０００８】
光配線コスト低減の他の方法として、光素子を表面入出力型光素子（例えば面発光半導体レーザなど）とし、光配線路と直接結合させる構造とすることで、使用部材を極小化する方法がある（例えば、特許文献１参照）。面発光半導体レーザは、端面発光半導体レーザに比して大幅な低消費電力動作が可能であり、大きな放熱部材が必ずしも必要ではない。また、受光素子も大きな発熱を伴わないため、放熱部材が必要ではない。従って、この方法は光コネクタに光素子を実装するような構成が可能となり、光配線路（光ファイバなど）の保持部材と光素子搭載部材を兼用又は一体化し、使用する部材を極小化した光半導体モジュールが実現できる。
【０００９】
【非特許文献１】
日本工業規格（ＪＩＳ） Ｃ５９８１
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３４７０７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光半導体モジュールにおいては、以下のような問題によりコストの低減に限界があった。
【００１２】
即ち、前述した光半導体モジュールでは、光ファイバ保持部材に光ファイバを装着し、その光ファイバ端部に光半導体素子を配置するが、このとき光ファイバ端面を光ファイバ保持部材の光素子搭載面に正確に合わせるため、光ファイバ及び保持部材を一体化した状態での研磨加工が必要であった。従って、従来の光半導体モジュールでは、光コネクタの端面にパターン電極を形成して光素子を実装するような構成となり、実装部材へのパターン電極加工を一度に多数行うことが非常に困難であった。このため、従来の光半導体モジュールでは大量生産によるコスト低減効果が薄く、モジュール構造部材として樹脂材料などの安価な部材を用いても、光コネクタにパターン電極を加工する費用がコスト低減の制限要因となっていた。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、大量の一括加工を可能にすると共に、性能及び信頼性レベルを損なうことなく構成部材を簡素化でき、且つ光ファイバ等を保持するための光コネクタにパターン電極を加工する必要がなく、製造コストの低減をはかり得る光半導体モジュール及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（構成）
本発明の骨子は、光半導体素子に信号及びバイアスを供給する電気配線の厚み相当の透明樹脂を表面入出力型光半導体素子の上に設け、その透明樹脂の表面に光コネクタを突き合わせて光結合を行わせる。このとき、光コネクタの位置合わせは、光半導体素子又は電気配線パターンに合わせて設けた凹凸を用い機械的に嵌合して実現する。
【００１５】
即ち本発明は、光半導体モジュールにおいて、少なくとも一部が透明樹脂で形成され、主平面の一部が該透明樹脂による光入出力面となるモジュール本体と、前記モジュール本体の主平面より内側に位置し、且つ一面が該主平面とほぼ同一面となるように形成された電気配線と、前記モジュール本体の主平面よりも内側に設けられ、前記電気配線に電気的に接続された表面入出力型の光半導体素子と、前記光半導体素子の発光部又は受光部の光軸に位置合わせして前記モジュール本体の主平面に設けられ、該主平面に対して外側に凸又は内側に凹となる位置決め部とを具備してなることを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１７】
（１） モジュール本体の主平面上に光コネクタが装着されてなること。
【００１８】
（２） モジュール本体の主平面よりも内側に、光半導体素子に電気接続された半導体集積回路を更に有してなること。
【００１９】
（３） 電気配線の主平面とほぼ同一面となる面の一部に、主平面より外側に突出した電気接続用の電極突起を更に有してなること。
【００２０】
（４） モジュール本体は、全体が透明樹脂で形成されていること。
【００２１】
（５） モジュール本体は、電気配線及び光半導体素子が設置される部分が透明樹脂で形成され、他の部分は不透明樹脂で形成されていること。
【００２２】
また本発明は、光半導体モジュールの製造方法において、基板上に電気配線を形成する工程と、前記電気配線に光半導体素子を電気的に接続すると共に、少なくとも該光半導体素子の発光部又は受光部と前記基板との間に透明樹脂を充填する工程と、前記基板を除去する工程と、前記基板を除去した面に光軸合わせ用の凸部又は凹部を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００２４】
（１） 光半導体素子の発光部又は受光部と基板との間に透明樹脂を充填する工程として、光半導体素子の発光部領域若しくは受光部領域、又は基板上の光半導体素子の発光部若しくは受光部が配置される予定位置に予め透明樹脂を塗布しておくこと。
【００２５】
（２） 光半導体素子の発光部又は受光部と基板の間に透明樹脂を充填した状態で、光半導体素子を覆うように樹脂モールドを行うこと。
【００２６】
（３） 基板を除去した面に光軸合わせ用の凸部を形成する工程を、金属パターンのメッキにより行うこと。
【００２７】
（４） 基板を除去した面に光軸合わせ用の凹部を形成する工程を、予め基板上に形成したメッキパターンの選択除去により行うこと。
【００２８】
（５） 光軸合わせ用の凸部を金属パターンのメッキにより形成する際に、電気配線の主平面とほぼ同一面となる面の一部に、主平面よりも外側に突出した電気接続用の電極突起を形成すること。
【００２９】
（作用）
本発明によれば、光ファイバなどが保持されるコネクタ側ではなく、モジュール本体側に電気配線及び光半導体素子を設けているので、コネクタ側に電気配線を設ける必要がなくなる。このため、実装部材へのパターン電極加工を一度に多数行うことができ、製造コストの低減をはかることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。
【００３２】
図中の１はモールド樹脂、２は光入出力面（主平面）、３は電気配線、４は光半導体素子、５は光軸合わせ用の凸部、６は光半導体素子４と電気配線３の接続材である。モールド樹脂１は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用い、特に透明性が付与されたものを用いる。光入出力面２は、少なくとも光半導体素子４の配置された位置で電気配線３の一面とほぼ同一平面となるよう形成する。電気配線３は、光半導体モジュール内部配線及び外部接続端子であり、Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒといった金属或いはその複合積層材により、例えば２μｍ厚さでパターン形成する。光半導体モジュールの外部に対する接続は、電気配線端部にワイヤボンディングやバンプ接続等を行えばよい。
【００３３】
光半導体素子４は、表面入出力型素子（面発光半導体レーザ，面型受光素子等）を用い、電気配線３に金属圧着，半田接続などの手法により接続搭載する。接続材６は、金属圧着の場合はＡｕバンプ等を例えば５μｍ厚に設け、半田接続の場合はＡｕＳｎ半田等を例えば３μｍ厚に設ければよい。凸部５は光半導体素子４の光軸に位置合わせして設けるが、例えば１００μｍの厚膜フォトレジストによる反転パターンを設け、メッキによりＮｉを８０μｍ程度の厚さでパターン形成すれば良い。
【００３４】
なお、モジュール本体の光入出力面とは、光半導体素子として発光素子を用いる場合は光出力面となり、受光素子を用いる場合は光入力面となるものである。また、表面入出力型素子とは、面発光半導体レーザのような表面出力型素子と、面型受光素子のような表面入力型素子とを総称したものである。
【００３５】
図２は、図１の光半導体モジュールを上面（ａ）、正面（ｂ）、側面（ｃ）から見た図であり、電気配線３がモールド樹脂１の光入出力面２より内側に埋め込まれている様子を表している。
【００３６】
このように構成することで、光半導体素子４と光入出力面２とを非常に近接させることができ、光入出力面２に光ファイバや光導波路を有した光コネクタフェルールをつき合わせることで、光コネクタ端面に光半導体素子を直接搭載したものと同等の近接配置構成をとることができる。しかも、光コネクタを接続する際、光入出力面２が樹脂材料のため微視的には弾性物質となっており、光ファイバ等の端面に残存する多少の凹凸や面の傾きを吸収して密着する効果によって、端面加工精度の低い光コネクタ等を用いても高効率な光結合を行うことが可能になる。これは、光入出力面２の表面に屈折率整合剤や接着剤を塗布することで、より効果的になる。
【００３７】
また、本実施形態では、光半導体素子４に位置合せされた凸部５が設けられており、凸部５を光入出力面２の面内位置ガイドとし、光入出力面２を突き当て面として光コネクタフェルールを装着することで光半導体素子との位置合わせを簡単に行うことができる。光コネクタフェルールの具体例については後述する。
【００３８】
このように、図１の実施形態では紙やすり研磨等による簡易光コネクタなどを用いて光半導体モジュールが構築でき、精密研磨のような高コスト工程を排除した低コストの光半導体モジュールが実現可能になる。
【００３９】
なお、光入出力面２を構成する樹脂材料は、光半導体素子から見れば光コネクタ等の接触時押圧を樹脂弾性により分散して局所集中しにくくするため、素子の保護効果を持っているが、光半導体素子の機械的保護という観点からは、電気配線３を数１０μｍ厚に設ければ、より効果的に保護することができる。但し、この場合、光半導体素子と光配線路との距離が長くなり、適用する光ファイバや光導波路と光半導体素子の組み合わせによっては光結合効率が低下することもあり、設計上その考慮は必要である。
【００４０】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４１】
本実施形態は、図１に示した光半導体モジュールの外部電気接続端子部分を改良したものである。即ち、面内位置ガイドとしての凸部５を形成する際に、電気配線終端部に電極ポスト７を同時に形成したものである。電極ポスト７は、前述したＮｉのメッキのままでなく、その表面に例えば１μｍのＡｕを更にメッキしても良い。
【００４２】
図４に、図３の光半導体モジュールの上面（ａ）、正面（ｂ）、側面（ｃ）から見た図を示す。第１の実施形態の場合、光半導体モジュール外部の電気接続が光入出力面２の法線方向に対する接続であったが、本実施形態では電極ポスト７を介して光入出力面２の面内方向（法線直交方向）へも電気的な接続が容易に可能になる。また、電極ポスト７は、光半導体モジュールを電気コネクタ形態に構成する際の電気コネクタ接点として用いることも可能である。
【００４３】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４４】
本実施形態は、図３に示した第２の実施形態の変形である。即ち、光軸合わせ用の凸部５に代わって凹部５´、電極ポスト７に代わって埋め込み電極７´をそれぞれ設けたものである。
【００４５】
本実施形態の光半導体モジュールは、予め５´，７´の部分にメッキによる金属パターンを形成しておき、最終的に５´の部分のメッキ金属を選択除去することで作製できる。また、７´の埋め込み電極は光半導体モジュール側面に７´が露出するようモールド樹脂１を成型するか、一旦成型したモールド樹脂を切削や研削することによって露出させればよい。
【００４６】
このように、光軸合わせ用の部材は凸部に限らず凹部でも構わなく、電極ポスト７は埋め込み電極でも構わない。
【００４７】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４８】
本実施形態は、前述した光コネクタフェルールを装着し、光ファイバを接続したものであり、前記図３で示した第２の実施形態の光半導体モジュールに光コネクタを追加する形態で示してある。
【００４９】
図６において、８は光コネクタフェルール、８ａは位置決め用ガイド孔、８ｂは光ファイバ挿入孔、９は光ファイバ、９´は光ファイバコアである。光コネクタフェルール８は、例えば従来技術で記したＭＴコネクタのフェルール作製法と同様に、ガラスフィラー添加したエポキシ樹脂を金型モールド成型して作製すればよく、ガイド孔８ａが凸部５に嵌合するよう形成する。光ファイバ挿入孔８ｂは、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）Ｃ５９８１に示されたような公差とすれば良く、その光ファイバ挿入口をテーパー形状として光ファイバ挿入作業を容易化することも可能である。光ファイバ９は単芯のものでも多芯のリボンファイバでもよく、単芯の場合は光ファイバを順次挿入し、リボンファイバの場合は同時挿入して接着剤固定し、フェルール先端を研磨して光入出力面に接し、そのまま光コネクタフェルール自体を光入出力面に接着剤固定する。
【００５０】
図７に、図６の実施形態の光コネクタフェルールを固定した後の上面透視図（ａ）、Ａ−Ａ´断面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ´断面図（ｃ）を示す。
【００５１】
光ファイバ９を固定する接着剤（図示せず）としては透明接着剤を用いるが、アクリル系，エポキシ系等の紫外線硬化型接着剤を用いると光コネクタを押圧したまま非常に短時間で固定でき、接着剤硬化中に光コネクタがずれる問題を回避できる。また、紫外線照射は光ファイバを通して行ってもよく、この場合、紫外線硬化樹脂の光造形効果による光ファイバコアの選択延長形成が可能である。その後、クラッド部材として別の接着剤を選択形成した延長コアの周囲に注入、硬化する等して、光入出力面とのギャップを埋める延長光導波路を形成することも可能である。
【００５２】
このように、本実施形態の光半導体モジュールにおいては、光半導体素子４と光ファイバ９との間が透明樹脂と透明接着剤で充填されており、しかもその距離を非常に短く構成できるため、透明樹脂及び接着剤の屈折率を光ファイバ（又は光導波路）コア相当又はその近傍に設定することで、光配線路端面の精密研磨加工を行わずとも良好な光結合を行うことが可能となる。なお、光コネクタフェルールの固定機構を別途設け、コネクタフェルール取り外し可能な光コネクタ型の光半導体モジュールとすることも可能である。
【００５３】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係わる光半導体モジュールの製造工程を示す断面図であり、複数個の光半導体モジュールが同時に作製可能なことを示すため、２つ分の光半導体モジュールで示したものである。ここでは、ダミー基板１０の材料としてＳｉを用いる例で示していくが、これは、ガラス基板，金属基板，樹脂基板，セラミック基板等の材料でも実施可能なものである。
【００５４】
まず、図８（ａ）に示すように、ダミー基板としてのＳｉ基板１０の上に光半導体素子４の電気配線３をフォトリソグラフィなどの手法により形成する。Ｓｉ基板１０の表面には、予め熱酸化によるＳｉＯ２ 膜（例えば膜厚１μｍ）又はプラズマ化学気相堆積法によるＳｉ３ Ｎ４ 膜（例えば膜厚０．５μｍ）等の酸化膜や窒化膜を表面保護膜（図示せず）として設けておく。電気配線３は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（下地Ｔｉ、例えば厚さ５００／５０／１００ｎｍ）、Ａｕ／Ｃｒ（下地Ｃｒ、例えば厚さ５００／１００ｎｍ）といった金属をフォトリソグラフィと蒸着，メッキ等の手法によりパターン形成する。また、電気配線３は、Ｃｕ等の金属箔のシートを貼り付けパターンエッチングするなどの手法で形成しても構わず、後述するようなダミー金属や埋め込み電気端子を形成する場合、メッキにより形成しても構わない。
【００５５】
次いで、図８（ｂ）に示すように、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ）、ＰＩＮ−ＰＤ（ＰＩＮ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅｓ）などの表面入出力型の光半導体素子４（単素子又はアレイ素子）を電気配線３の上に搭載する。このとき、光半導体素子４は光入出力面をＳｉ基板１０側に向けて搭載し、電気配線３と光半導体素子４はＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属やＳｎＡｇＣｕ，ＳｎＺｎ，ＡｕＳｎ，ＡｕＧｅなどの半田による接続バンプ６を用い、超音波印加，加熱，半田溶融などの手法により電気接続を行わせる。
【００５６】
次いで、図８（ｃ）に示すように、光半導体素子を含包するモールド樹脂１を設ける。モールド樹脂１としては、エポキシ系樹脂，アクリル系樹脂，ポリイミド系樹脂，シリコーン系樹脂等を用いればよく、この場合、光半導体素子の光入出力面を構成する材料であるため、透明な樹脂を用いる。また、モールド樹脂１の形成方法としては、ディスペンサ塗布，スプレーコート，スピンコート，溶液ディップ，インジェクションモールドなど種々の手法を用いることができる。
【００５７】
次いで、図８（ｄ）に示すように、モールド樹脂１の硬化処理（例えば高温キュア）を行い、Ｓｉ基板（ダミー基板）１０の除去を行う。これには、Ｓｉ基板１０を研磨又はエッチングする方法のほか、Ｓｉ基板１０に予めポーラスＳｉ層を設けておき、水流吹き付けによって剥離する方法もある。最終的に、Ｓｉを除去した面には、予め設けておいた酸化膜や窒化膜による保護膜（図示せず）が露出しているが、これは除去してもそのまま流用してもかまわない。
【００５８】
次いで、図８（ｅ）に示すように、Ｓｉを除去した面に嵌合用の凸部５を設ける。これには、例えばフォトリソグラフィによるレジストパターンを設け、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ等の金属や種々の複合金属をメッキして行う。例えば、前述のＭＴコネクタに嵌合させる場合、直径０．７ｍｍの円形で高さ１ｍｍのＮｉを形成する。また、複数の光半導体モジュールに対し一括位置合わせ可能という利点を用い、メタルマスクなどを位置合わせして金属ペースト等を印刷する方法や嵌合球体等を配列していく方法もある。
【００５９】
なお、Ｓｉを除去した面に嵌合用の凹部５´を設ける場合、図８（ａ）の段階で凹部に相当する形状の金属をメッキなどで設けておき、図８（ｄ）の段階後にメッキした金属をＳｉ除去した面側から選択除去すればよい。ここで、凹部に相当する形状は必ずしも金属で形成する必要はなく、図８（ｄ）の段階後に選択的に除去できる材料であればよい。また、Ｓｉを除去した面に嵌合用の凸部５を設ける別の方法として、予めＳｉ基板１０にエッチングによる凹部を設けておき、モールド樹脂により凸部５を形成する方法も可能である。
【００６０】
以上の工程では、１つの光半導体モジュールではなく、ダミー基板１０の上に配列可能な限りの多数の光半導体モジュールを一括加工することができ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの作製と同様の大量生産が可能である。この後、図８（ｆ）に示すように、それぞれの光半導体モジュールを例えばダイシングにより切断分離し、前記図６で示したようにして光コネクタフェルールを取り付ける。
【００６１】
ここで、図８の実施形態では、光半導体素子とダミー基板１０との間に充填する透明樹脂と光半導体モジュールの基体となるモールド樹脂１が兼用されており、図８（ｃ）の段階で一気に成型されているが、これは以下に記すように２段階に分けて行い、図９に示すように構成することも可能である。
【００６２】
即ち、図８（ｂ）の段階でディスペンサにより液体状態の透明樹脂を光半導体素子４の側部に供給し、液体の毛細管現象を利用して光半導体素子下部への透明樹脂注入を先に行う方法である。この後、透明樹脂の硬化処理を行い、全体の樹脂モールドを行う。この結果、図９に示すような構成となり、透明樹脂１１が光入出力窓を形成するため、モールド樹脂１は不透明樹脂で構わなくなる。従って、この場合のモールド樹脂１は、透明性を気にせずに機械的強度や封止性能、熱特性等を考慮した最適樹脂が選択できるようになる。
【００６３】
また、図８（ａ）の段階でダミー基板１０の光半導体素子４の搭載予定位置に予め透明樹脂１１をディスペンス又はフォトリソグラフィによりパターンニングしておく、又は図８（ｂ）の段階の前に光半導体素子４の光入出力部に予め透明樹脂１１をディスペンス又はフォトリソグラフィによりパターンニングしておくことにより、図８の工程を用いて図９の構成を実現することも可能である。
【００６４】
（第６の実施形態）
次に、本実施形態の光半導体モジュールを組み込んだ実装構成例を図１０に示す。図１０において、１から７は図６に示した第４の実施形態の光半導体モジュールであり、１２は実装基板（セラミック基板，樹脂基板等）、１３は実装基板１２の電気配線、１４は電気接続のための半田、１５はＬＳＩを接続するための半田バンプ、１６は光素子駆動ＩＣ（半導体レーザドライバや光受信増幅回路など）である。このような構成とすることで、ボンディングワイヤ接続を用いない構成、即ちワイヤインダクタンスによる高速性劣化のない高速実装構成が容易に実現できる。
【００６５】
また、図１１に示すように、光素子駆動ＩＣを光半導体モジュール内部に取り込んだ構成とすることも可能である。この場合、光素子駆動ＩＣ１６は光半導体素子４に比してかなり大きな電力を消費することが多く、これによる発熱を外部に放散するためのヒートスプレッダ１７を設けることが望ましい。ヒートスプレッダ１７は、例えばＣｕにＮｉメッキを５μｍ施したものを用い、光半導体素子４及び光素子駆動ＩＣ１６を電気配線３の上に搭載する際に熱伝導性接着剤で光素子駆動ＩＣ１６上に装着しておき、その放熱面にダミー板（図示せず）を当てがって樹脂モールドを行えば作製できる。その後、図６の実施形態で示したように光コネクタフェルール８を固定すればよい。
【００６６】
図１１の構成では、電気配線３の長さが実質的に光半導体素子４と光素子駆動ＩＣ１６の搭載マージン分のみとなり、図１０よりも短い配線で構成することができる。また、電気配線３は、接地電極面から大きく浮き上がったような構造となり、寄生容量が非常に小さい特徴をもっている。従って、光半導体素子４と光素子駆動ＩＣ１６との間の低インダクタンス、低寄生容量の高速電気配線が実現しており、高速光半導体モジュールとしても大きな利点を有している。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、嵌合のための凸部（凹部）は円柱形に限られるものではなく、四角柱などの多角柱であってもよい。また、円錐形のようなテーパー形状が含まれていてもよい。さらに、接続バンプ６などの材料や接続方法は、上記してきた実施形態以外の材料や方法であっても構わない。
【００６８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、低コストの光半導体モジュールが実現可能となり、光配線技術の汎用的普及を促進し、それによる各種情報通信機器の大幅な性能向上を促進するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図２】図１の光半導体モジュール各部構成を示す上面図と正面図と側面図。
【図３】第２の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図４】図３の光半導体モジュール各部構成を示す上面図と正面図と側面図。
【図５】第３の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図６】第４の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図７】図６の光コネクタフェルールを固定した後の上面透視図、Ａ−Ａ´断面図、Ｂ−Ｂ´断面図。
【図８】第５の実施形態に係わる光半導体モジュールの製造工程を示す断面図。
【図９】第５の実施形態の変形例を示す断面図。
【図１０】第６の実施形態に係わる光半導体モジュールの構成を示す断面図。
【図１１】第６の実施形態に係わる光半導体モジュールの変形例の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…モールド樹脂 ２…光入出力平面
３…電気配線 ４…光半導体素子
５…嵌合突起（凸部） ５´…嵌合受容部（凹部）
６…接続バンプ ７…電極ポスト
７´…埋め込み電極 ８…光コネクタフェルール
９…光ファイバ １０…ダミー基板
１１…透明樹脂 １２…実装基板
１３…電気配線 １４…半田
１５…半田バンプ １６…光素子駆動ＩＣ
１７…ヒートスプレッダ
【発明の属する技術分野】
本発明は、光伝送等に用いる光半導体モジュール及びその製造方法に係わり、特に光入出力面に電気配線を設けた光半導体モジュール及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上に伴い、大規模集積回路（ＬＳＩ）における動作速度は飛躍的に向上している。しかし、ＬＳＩの内部動作は高速化されてきているものの、それを実装するプリント基板レベルでの動作速度はＬＳＩの動作速度より低く抑えられ、そのプリント基板を装着したラックレベルでは更に動作速度が低く抑えられている。
【０００３】
これらは、動作周波数の上昇に伴う電気配線の伝送損失や雑音、更には電磁障害の増大に起因するものであり、信号品質を劣化させないために長い配線ほど動作周波数を下げる必要が出てくるためである。従って、電気配線装置においては能動素子であるＬＳＩの動作速度が向上しても、その実装において速度低下を余儀なくされるという問題があり、ＬＳＩの動作速度よりも実装技術がシステム動作速度を支配する傾向が近年益々強まってきている。
【０００４】
このような電気配線装置の問題を鑑み、ＬＳＩ間を光で接続する光配線装置が幾つか提案されている。光配線装置の特徴は、直流から１００ＧＨｚ以上の周波数領域で損失等の周波数依存性が殆ど無く、また配線路の電磁障害や接地電位変動雑音が無いため、数十Ｇｂｐｓの配線が容易に実現できることにある。このため、光配線装置ではプリント基板やラックレベルでも非常に高速の動作が期待でき、活発な研究開発が進められている。
【０００５】
しかしながら、光配線装置は光素子と光配線路の光接続、特に光軸整合に要する部材的，工程的コストが付随するため、一般に電気配線装置より高価であり、本格的普及のためにはそのコスト低減が大きな課題である。
【０００６】
光配線装置のコスト低減の一つの解決方法として、光配線のアレイ化がある。これは、光素子や光部品，光配線路等のアレイ化であり、部品製造，検査効率の向上や、組み立て，調整効率の向上等によりコスト低減化するものである。
【０００７】
例えば、光ファイバコネクタ等は数１０芯のアレイ化コネクタの場合に単芯の数１０倍の研磨時間や部材を要するものではなく、単芯と同等程度の研磨時間と部材となるのが一般的である。このため、芯線当りの所要コスト（研磨時間，所要部材等）が単芯コネクタの数分の１に減少することが多い。この端的な例として所謂ＭＴコネクタがあり、最大１２芯の光ファイバが一つの光コネクタ製造工程でコネクタ化可能である（例えば、非特許文献１参照）。また、同じＭＴコネクタの拡張品種として、６０芯もの光ファイバをコネクタ化することも可能になっている。
【０００８】
光配線コスト低減の他の方法として、光素子を表面入出力型光素子（例えば面発光半導体レーザなど）とし、光配線路と直接結合させる構造とすることで、使用部材を極小化する方法がある（例えば、特許文献１参照）。面発光半導体レーザは、端面発光半導体レーザに比して大幅な低消費電力動作が可能であり、大きな放熱部材が必ずしも必要ではない。また、受光素子も大きな発熱を伴わないため、放熱部材が必要ではない。従って、この方法は光コネクタに光素子を実装するような構成が可能となり、光配線路（光ファイバなど）の保持部材と光素子搭載部材を兼用又は一体化し、使用する部材を極小化した光半導体モジュールが実現できる。
【０００９】
【非特許文献１】
日本工業規格（ＪＩＳ） Ｃ５９８１
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−３４７０７２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような光半導体モジュールにおいては、以下のような問題によりコストの低減に限界があった。
【００１２】
即ち、前述した光半導体モジュールでは、光ファイバ保持部材に光ファイバを装着し、その光ファイバ端部に光半導体素子を配置するが、このとき光ファイバ端面を光ファイバ保持部材の光素子搭載面に正確に合わせるため、光ファイバ及び保持部材を一体化した状態での研磨加工が必要であった。従って、従来の光半導体モジュールでは、光コネクタの端面にパターン電極を形成して光素子を実装するような構成となり、実装部材へのパターン電極加工を一度に多数行うことが非常に困難であった。このため、従来の光半導体モジュールでは大量生産によるコスト低減効果が薄く、モジュール構造部材として樹脂材料などの安価な部材を用いても、光コネクタにパターン電極を加工する費用がコスト低減の制限要因となっていた。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、大量の一括加工を可能にすると共に、性能及び信頼性レベルを損なうことなく構成部材を簡素化でき、且つ光ファイバ等を保持するための光コネクタにパターン電極を加工する必要がなく、製造コストの低減をはかり得る光半導体モジュール及びその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
（構成）
本発明の骨子は、光半導体素子に信号及びバイアスを供給する電気配線の厚み相当の透明樹脂を表面入出力型光半導体素子の上に設け、その透明樹脂の表面に光コネクタを突き合わせて光結合を行わせる。このとき、光コネクタの位置合わせは、光半導体素子又は電気配線パターンに合わせて設けた凹凸を用い機械的に嵌合して実現する。
【００１５】
即ち本発明は、光半導体モジュールにおいて、少なくとも一部が透明樹脂で形成され、主平面の一部が該透明樹脂による光入出力面となるモジュール本体と、前記モジュール本体の主平面より内側に位置し、且つ一面が該主平面とほぼ同一面となるように形成された電気配線と、前記モジュール本体の主平面よりも内側に設けられ、前記電気配線に電気的に接続された表面入出力型の光半導体素子と、前記光半導体素子の発光部又は受光部の光軸に位置合わせして前記モジュール本体の主平面に設けられ、該主平面に対して外側に凸又は内側に凹となる位置決め部とを具備してなることを特徴とする。
【００１６】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００１７】
（１） モジュール本体の主平面上に光コネクタが装着されてなること。
【００１８】
（２） モジュール本体の主平面よりも内側に、光半導体素子に電気接続された半導体集積回路を更に有してなること。
【００１９】
（３） 電気配線の主平面とほぼ同一面となる面の一部に、主平面より外側に突出した電気接続用の電極突起を更に有してなること。
【００２０】
（４） モジュール本体は、全体が透明樹脂で形成されていること。
【００２１】
（５） モジュール本体は、電気配線及び光半導体素子が設置される部分が透明樹脂で形成され、他の部分は不透明樹脂で形成されていること。
【００２２】
また本発明は、光半導体モジュールの製造方法において、基板上に電気配線を形成する工程と、前記電気配線に光半導体素子を電気的に接続すると共に、少なくとも該光半導体素子の発光部又は受光部と前記基板との間に透明樹脂を充填する工程と、前記基板を除去する工程と、前記基板を除去した面に光軸合わせ用の凸部又は凹部を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
【００２４】
（１） 光半導体素子の発光部又は受光部と基板との間に透明樹脂を充填する工程として、光半導体素子の発光部領域若しくは受光部領域、又は基板上の光半導体素子の発光部若しくは受光部が配置される予定位置に予め透明樹脂を塗布しておくこと。
【００２５】
（２） 光半導体素子の発光部又は受光部と基板の間に透明樹脂を充填した状態で、光半導体素子を覆うように樹脂モールドを行うこと。
【００２６】
（３） 基板を除去した面に光軸合わせ用の凸部を形成する工程を、金属パターンのメッキにより行うこと。
【００２７】
（４） 基板を除去した面に光軸合わせ用の凹部を形成する工程を、予め基板上に形成したメッキパターンの選択除去により行うこと。
【００２８】
（５） 光軸合わせ用の凸部を金属パターンのメッキにより形成する際に、電気配線の主平面とほぼ同一面となる面の一部に、主平面よりも外側に突出した電気接続用の電極突起を形成すること。
【００２９】
（作用）
本発明によれば、光ファイバなどが保持されるコネクタ側ではなく、モジュール本体側に電気配線及び光半導体素子を設けているので、コネクタ側に電気配線を設ける必要がなくなる。このため、実装部材へのパターン電極加工を一度に多数行うことができ、製造コストの低減をはかることが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。
【００３２】
図中の１はモールド樹脂、２は光入出力面（主平面）、３は電気配線、４は光半導体素子、５は光軸合わせ用の凸部、６は光半導体素子４と電気配線３の接続材である。モールド樹脂１は、例えばアクリル樹脂やエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂を用い、特に透明性が付与されたものを用いる。光入出力面２は、少なくとも光半導体素子４の配置された位置で電気配線３の一面とほぼ同一平面となるよう形成する。電気配線３は、光半導体モジュール内部配線及び外部接続端子であり、Ａｕ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｃｒといった金属或いはその複合積層材により、例えば２μｍ厚さでパターン形成する。光半導体モジュールの外部に対する接続は、電気配線端部にワイヤボンディングやバンプ接続等を行えばよい。
【００３３】
光半導体素子４は、表面入出力型素子（面発光半導体レーザ，面型受光素子等）を用い、電気配線３に金属圧着，半田接続などの手法により接続搭載する。接続材６は、金属圧着の場合はＡｕバンプ等を例えば５μｍ厚に設け、半田接続の場合はＡｕＳｎ半田等を例えば３μｍ厚に設ければよい。凸部５は光半導体素子４の光軸に位置合わせして設けるが、例えば１００μｍの厚膜フォトレジストによる反転パターンを設け、メッキによりＮｉを８０μｍ程度の厚さでパターン形成すれば良い。
【００３４】
なお、モジュール本体の光入出力面とは、光半導体素子として発光素子を用いる場合は光出力面となり、受光素子を用いる場合は光入力面となるものである。また、表面入出力型素子とは、面発光半導体レーザのような表面出力型素子と、面型受光素子のような表面入力型素子とを総称したものである。
【００３５】
図２は、図１の光半導体モジュールを上面（ａ）、正面（ｂ）、側面（ｃ）から見た図であり、電気配線３がモールド樹脂１の光入出力面２より内側に埋め込まれている様子を表している。
【００３６】
このように構成することで、光半導体素子４と光入出力面２とを非常に近接させることができ、光入出力面２に光ファイバや光導波路を有した光コネクタフェルールをつき合わせることで、光コネクタ端面に光半導体素子を直接搭載したものと同等の近接配置構成をとることができる。しかも、光コネクタを接続する際、光入出力面２が樹脂材料のため微視的には弾性物質となっており、光ファイバ等の端面に残存する多少の凹凸や面の傾きを吸収して密着する効果によって、端面加工精度の低い光コネクタ等を用いても高効率な光結合を行うことが可能になる。これは、光入出力面２の表面に屈折率整合剤や接着剤を塗布することで、より効果的になる。
【００３７】
また、本実施形態では、光半導体素子４に位置合せされた凸部５が設けられており、凸部５を光入出力面２の面内位置ガイドとし、光入出力面２を突き当て面として光コネクタフェルールを装着することで光半導体素子との位置合わせを簡単に行うことができる。光コネクタフェルールの具体例については後述する。
【００３８】
このように、図１の実施形態では紙やすり研磨等による簡易光コネクタなどを用いて光半導体モジュールが構築でき、精密研磨のような高コスト工程を排除した低コストの光半導体モジュールが実現可能になる。
【００３９】
なお、光入出力面２を構成する樹脂材料は、光半導体素子から見れば光コネクタ等の接触時押圧を樹脂弾性により分散して局所集中しにくくするため、素子の保護効果を持っているが、光半導体素子の機械的保護という観点からは、電気配線３を数１０μｍ厚に設ければ、より効果的に保護することができる。但し、この場合、光半導体素子と光配線路との距離が長くなり、適用する光ファイバや光導波路と光半導体素子の組み合わせによっては光結合効率が低下することもあり、設計上その考慮は必要である。
【００４０】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４１】
本実施形態は、図１に示した光半導体モジュールの外部電気接続端子部分を改良したものである。即ち、面内位置ガイドとしての凸部５を形成する際に、電気配線終端部に電極ポスト７を同時に形成したものである。電極ポスト７は、前述したＮｉのメッキのままでなく、その表面に例えば１μｍのＡｕを更にメッキしても良い。
【００４２】
図４に、図３の光半導体モジュールの上面（ａ）、正面（ｂ）、側面（ｃ）から見た図を示す。第１の実施形態の場合、光半導体モジュール外部の電気接続が光入出力面２の法線方向に対する接続であったが、本実施形態では電極ポスト７を介して光入出力面２の面内方向（法線直交方向）へも電気的な接続が容易に可能になる。また、電極ポスト７は、光半導体モジュールを電気コネクタ形態に構成する際の電気コネクタ接点として用いることも可能である。
【００４３】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４４】
本実施形態は、図３に示した第２の実施形態の変形である。即ち、光軸合わせ用の凸部５に代わって凹部５´、電極ポスト７に代わって埋め込み電極７´をそれぞれ設けたものである。
【００４５】
本実施形態の光半導体モジュールは、予め５´，７´の部分にメッキによる金属パターンを形成しておき、最終的に５´の部分のメッキ金属を選択除去することで作製できる。また、７´の埋め込み電極は光半導体モジュール側面に７´が露出するようモールド樹脂１を成型するか、一旦成型したモールド樹脂を切削や研削することによって露出させればよい。
【００４６】
このように、光軸合わせ用の部材は凸部に限らず凹部でも構わなく、電極ポスト７は埋め込み電極でも構わない。
【００４７】
（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す外観斜視図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【００４８】
本実施形態は、前述した光コネクタフェルールを装着し、光ファイバを接続したものであり、前記図３で示した第２の実施形態の光半導体モジュールに光コネクタを追加する形態で示してある。
【００４９】
図６において、８は光コネクタフェルール、８ａは位置決め用ガイド孔、８ｂは光ファイバ挿入孔、９は光ファイバ、９´は光ファイバコアである。光コネクタフェルール８は、例えば従来技術で記したＭＴコネクタのフェルール作製法と同様に、ガラスフィラー添加したエポキシ樹脂を金型モールド成型して作製すればよく、ガイド孔８ａが凸部５に嵌合するよう形成する。光ファイバ挿入孔８ｂは、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）Ｃ５９８１に示されたような公差とすれば良く、その光ファイバ挿入口をテーパー形状として光ファイバ挿入作業を容易化することも可能である。光ファイバ９は単芯のものでも多芯のリボンファイバでもよく、単芯の場合は光ファイバを順次挿入し、リボンファイバの場合は同時挿入して接着剤固定し、フェルール先端を研磨して光入出力面に接し、そのまま光コネクタフェルール自体を光入出力面に接着剤固定する。
【００５０】
図７に、図６の実施形態の光コネクタフェルールを固定した後の上面透視図（ａ）、Ａ−Ａ´断面図（ｂ）、Ｂ−Ｂ´断面図（ｃ）を示す。
【００５１】
光ファイバ９を固定する接着剤（図示せず）としては透明接着剤を用いるが、アクリル系，エポキシ系等の紫外線硬化型接着剤を用いると光コネクタを押圧したまま非常に短時間で固定でき、接着剤硬化中に光コネクタがずれる問題を回避できる。また、紫外線照射は光ファイバを通して行ってもよく、この場合、紫外線硬化樹脂の光造形効果による光ファイバコアの選択延長形成が可能である。その後、クラッド部材として別の接着剤を選択形成した延長コアの周囲に注入、硬化する等して、光入出力面とのギャップを埋める延長光導波路を形成することも可能である。
【００５２】
このように、本実施形態の光半導体モジュールにおいては、光半導体素子４と光ファイバ９との間が透明樹脂と透明接着剤で充填されており、しかもその距離を非常に短く構成できるため、透明樹脂及び接着剤の屈折率を光ファイバ（又は光導波路）コア相当又はその近傍に設定することで、光配線路端面の精密研磨加工を行わずとも良好な光結合を行うことが可能となる。なお、光コネクタフェルールの固定機構を別途設け、コネクタフェルール取り外し可能な光コネクタ型の光半導体モジュールとすることも可能である。
【００５３】
（第５の実施形態）
図８は、本発明の第５の実施形態に係わる光半導体モジュールの製造工程を示す断面図であり、複数個の光半導体モジュールが同時に作製可能なことを示すため、２つ分の光半導体モジュールで示したものである。ここでは、ダミー基板１０の材料としてＳｉを用いる例で示していくが、これは、ガラス基板，金属基板，樹脂基板，セラミック基板等の材料でも実施可能なものである。
【００５４】
まず、図８（ａ）に示すように、ダミー基板としてのＳｉ基板１０の上に光半導体素子４の電気配線３をフォトリソグラフィなどの手法により形成する。Ｓｉ基板１０の表面には、予め熱酸化によるＳｉＯ２ 膜（例えば膜厚１μｍ）又はプラズマ化学気相堆積法によるＳｉ３ Ｎ４ 膜（例えば膜厚０．５μｍ）等の酸化膜や窒化膜を表面保護膜（図示せず）として設けておく。電気配線３は、例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ（下地Ｔｉ、例えば厚さ５００／５０／１００ｎｍ）、Ａｕ／Ｃｒ（下地Ｃｒ、例えば厚さ５００／１００ｎｍ）といった金属をフォトリソグラフィと蒸着，メッキ等の手法によりパターン形成する。また、電気配線３は、Ｃｕ等の金属箔のシートを貼り付けパターンエッチングするなどの手法で形成しても構わず、後述するようなダミー金属や埋め込み電気端子を形成する場合、メッキにより形成しても構わない。
【００５５】
次いで、図８（ｂ）に示すように、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅｓ）、ＰＩＮ−ＰＤ（ＰＩＮ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅｓ）などの表面入出力型の光半導体素子４（単素子又はアレイ素子）を電気配線３の上に搭載する。このとき、光半導体素子４は光入出力面をＳｉ基板１０側に向けて搭載し、電気配線３と光半導体素子４はＡｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属やＳｎＡｇＣｕ，ＳｎＺｎ，ＡｕＳｎ，ＡｕＧｅなどの半田による接続バンプ６を用い、超音波印加，加熱，半田溶融などの手法により電気接続を行わせる。
【００５６】
次いで、図８（ｃ）に示すように、光半導体素子を含包するモールド樹脂１を設ける。モールド樹脂１としては、エポキシ系樹脂，アクリル系樹脂，ポリイミド系樹脂，シリコーン系樹脂等を用いればよく、この場合、光半導体素子の光入出力面を構成する材料であるため、透明な樹脂を用いる。また、モールド樹脂１の形成方法としては、ディスペンサ塗布，スプレーコート，スピンコート，溶液ディップ，インジェクションモールドなど種々の手法を用いることができる。
【００５７】
次いで、図８（ｄ）に示すように、モールド樹脂１の硬化処理（例えば高温キュア）を行い、Ｓｉ基板（ダミー基板）１０の除去を行う。これには、Ｓｉ基板１０を研磨又はエッチングする方法のほか、Ｓｉ基板１０に予めポーラスＳｉ層を設けておき、水流吹き付けによって剥離する方法もある。最終的に、Ｓｉを除去した面には、予め設けておいた酸化膜や窒化膜による保護膜（図示せず）が露出しているが、これは除去してもそのまま流用してもかまわない。
【００５８】
次いで、図８（ｅ）に示すように、Ｓｉを除去した面に嵌合用の凸部５を設ける。これには、例えばフォトリソグラフィによるレジストパターンを設け、Ｎｉ，Ｃｕ，Ａｕ等の金属や種々の複合金属をメッキして行う。例えば、前述のＭＴコネクタに嵌合させる場合、直径０．７ｍｍの円形で高さ１ｍｍのＮｉを形成する。また、複数の光半導体モジュールに対し一括位置合わせ可能という利点を用い、メタルマスクなどを位置合わせして金属ペースト等を印刷する方法や嵌合球体等を配列していく方法もある。
【００５９】
なお、Ｓｉを除去した面に嵌合用の凹部５´を設ける場合、図８（ａ）の段階で凹部に相当する形状の金属をメッキなどで設けておき、図８（ｄ）の段階後にメッキした金属をＳｉ除去した面側から選択除去すればよい。ここで、凹部に相当する形状は必ずしも金属で形成する必要はなく、図８（ｄ）の段階後に選択的に除去できる材料であればよい。また、Ｓｉを除去した面に嵌合用の凸部５を設ける別の方法として、予めＳｉ基板１０にエッチングによる凹部を設けておき、モールド樹脂により凸部５を形成する方法も可能である。
【００６０】
以上の工程では、１つの光半導体モジュールではなく、ダミー基板１０の上に配列可能な限りの多数の光半導体モジュールを一括加工することができ、ＬＳＩ等の半導体デバイスの作製と同様の大量生産が可能である。この後、図８（ｆ）に示すように、それぞれの光半導体モジュールを例えばダイシングにより切断分離し、前記図６で示したようにして光コネクタフェルールを取り付ける。
【００６１】
ここで、図８の実施形態では、光半導体素子とダミー基板１０との間に充填する透明樹脂と光半導体モジュールの基体となるモールド樹脂１が兼用されており、図８（ｃ）の段階で一気に成型されているが、これは以下に記すように２段階に分けて行い、図９に示すように構成することも可能である。
【００６２】
即ち、図８（ｂ）の段階でディスペンサにより液体状態の透明樹脂を光半導体素子４の側部に供給し、液体の毛細管現象を利用して光半導体素子下部への透明樹脂注入を先に行う方法である。この後、透明樹脂の硬化処理を行い、全体の樹脂モールドを行う。この結果、図９に示すような構成となり、透明樹脂１１が光入出力窓を形成するため、モールド樹脂１は不透明樹脂で構わなくなる。従って、この場合のモールド樹脂１は、透明性を気にせずに機械的強度や封止性能、熱特性等を考慮した最適樹脂が選択できるようになる。
【００６３】
また、図８（ａ）の段階でダミー基板１０の光半導体素子４の搭載予定位置に予め透明樹脂１１をディスペンス又はフォトリソグラフィによりパターンニングしておく、又は図８（ｂ）の段階の前に光半導体素子４の光入出力部に予め透明樹脂１１をディスペンス又はフォトリソグラフィによりパターンニングしておくことにより、図８の工程を用いて図９の構成を実現することも可能である。
【００６４】
（第６の実施形態）
次に、本実施形態の光半導体モジュールを組み込んだ実装構成例を図１０に示す。図１０において、１から７は図６に示した第４の実施形態の光半導体モジュールであり、１２は実装基板（セラミック基板，樹脂基板等）、１３は実装基板１２の電気配線、１４は電気接続のための半田、１５はＬＳＩを接続するための半田バンプ、１６は光素子駆動ＩＣ（半導体レーザドライバや光受信増幅回路など）である。このような構成とすることで、ボンディングワイヤ接続を用いない構成、即ちワイヤインダクタンスによる高速性劣化のない高速実装構成が容易に実現できる。
【００６５】
また、図１１に示すように、光素子駆動ＩＣを光半導体モジュール内部に取り込んだ構成とすることも可能である。この場合、光素子駆動ＩＣ１６は光半導体素子４に比してかなり大きな電力を消費することが多く、これによる発熱を外部に放散するためのヒートスプレッダ１７を設けることが望ましい。ヒートスプレッダ１７は、例えばＣｕにＮｉメッキを５μｍ施したものを用い、光半導体素子４及び光素子駆動ＩＣ１６を電気配線３の上に搭載する際に熱伝導性接着剤で光素子駆動ＩＣ１６上に装着しておき、その放熱面にダミー板（図示せず）を当てがって樹脂モールドを行えば作製できる。その後、図６の実施形態で示したように光コネクタフェルール８を固定すればよい。
【００６６】
図１１の構成では、電気配線３の長さが実質的に光半導体素子４と光素子駆動ＩＣ１６の搭載マージン分のみとなり、図１０よりも短い配線で構成することができる。また、電気配線３は、接地電極面から大きく浮き上がったような構造となり、寄生容量が非常に小さい特徴をもっている。従って、光半導体素子４と光素子駆動ＩＣ１６との間の低インダクタンス、低寄生容量の高速電気配線が実現しており、高速光半導体モジュールとしても大きな利点を有している。
【００６７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、嵌合のための凸部（凹部）は円柱形に限られるものではなく、四角柱などの多角柱であってもよい。また、円錐形のようなテーパー形状が含まれていてもよい。さらに、接続バンプ６などの材料や接続方法は、上記してきた実施形態以外の材料や方法であっても構わない。
【００６８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００６９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、低コストの光半導体モジュールが実現可能となり、光配線技術の汎用的普及を促進し、それによる各種情報通信機器の大幅な性能向上を促進するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図２】図１の光半導体モジュール各部構成を示す上面図と正面図と側面図。
【図３】第２の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図４】図３の光半導体モジュール各部構成を示す上面図と正面図と側面図。
【図５】第３の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図６】第４の実施形態に係わる光半導体モジュールを示す概観斜視図。
【図７】図６の光コネクタフェルールを固定した後の上面透視図、Ａ−Ａ´断面図、Ｂ−Ｂ´断面図。
【図８】第５の実施形態に係わる光半導体モジュールの製造工程を示す断面図。
【図９】第５の実施形態の変形例を示す断面図。
【図１０】第６の実施形態に係わる光半導体モジュールの構成を示す断面図。
【図１１】第６の実施形態に係わる光半導体モジュールの変形例の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１…モールド樹脂 ２…光入出力平面
３…電気配線 ４…光半導体素子
５…嵌合突起（凸部） ５´…嵌合受容部（凹部）
６…接続バンプ ７…電極ポスト
７´…埋め込み電極 ８…光コネクタフェルール
９…光ファイバ １０…ダミー基板
１１…透明樹脂 １２…実装基板
１３…電気配線 １４…半田
１５…半田バンプ １６…光素子駆動ＩＣ
１７…ヒートスプレッダ
Claims (9)
- 少なくとも一部が透明樹脂で形成され、主平面の一部が該透明樹脂による光入出力面となるモジュール本体と、
前記モジュール本体の主平面より内側に位置し、且つ一面が該主平面とほぼ同一面となるように形成された電気配線と、
前記モジュール本体の主平面よりも内側に設けられ、前記電気配線に電気的に接続された表面入出力型の光半導体素子と、
前記光半導体素子の発光部又は受光部の光軸に位置合わせして前記モジュール本体の主平面に設けられ、該主平面に対して外側に凸又は内側に凹となる位置決め部と、
を具備してなることを特徴とする光半導体モジュール。 - 前記モジュール本体の主平面上に光コネクタが装着されてなることを特徴とする請求項１記載の光半導体モジュール。
- 前記モジュール本体の主平面よりも内側に、前記光半導体素子に電気接続された半導体集積回路を更に有してなることを特徴とする請求項１又は２記載の光半導体モジュール。
- 前記電気配線の前記主平面とほぼ同一面となる面の一部に、前記主平面よりも外側に突出した電気接続用の電極突起を更に有してなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光半導体モジュール。
- 基板上に電気配線を形成する工程と、
前記電気配線に光半導体素子を電気的に接続すると共に、少なくとも該光半導体素子の発光部又は受光部と前記基板との間に透明樹脂を充填する工程と、
前記基板を除去する工程と、
前記基板を除去した面に光軸合わせ用の凸部又は凹部を形成する工程と、
を含むことを特徴とする光半導体モジュールの製造方法。 - 前記光半導体素子の発光部又は受光部と前記基板との間に透明樹脂を充填する工程として、前記光半導体素子の発光部領域若しくは受光部領域、又は前記基板上の前記光半導体素子の発光部若しくは受光部が配置される予定位置に、予め透明樹脂を塗布しておくことを特徴とする請求項５記載の光半導体モジュールの製造方法。
- 前記光半導体素子の発光部又は受光部と前記基板との間に透明樹脂を充填した状態で、前記光半導体素子を覆うように樹脂モールドを行うことを特徴とする請求項５又は６記載の光半導体モジュールの製造方法。
- 前記基板を除去した面に光軸合わせ用の凸部を形成する工程を、金属パターンのメッキにより行うことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の光半導体モジュールの製造方法。
- 前記基板を除去した面に光軸合わせ用の凹部を形成する工程を、予め前記基板上に形成したメッキパターンの選択除去により行うことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の光半導体モジュールの製造方法。
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