JP2005338696A - 光部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 基板面に垂直方向の光路２０を有する受発光部７の光路２０を基板面に平行な光路２０に変換する凹面鏡８を有する構造体１を受発光素子の半導体基板２に接合して成る光部品１８を製造し、その光部品１８を実装基板２１上の光伝送路１９に光結合し実装する総体的製造コストを低減する光部品を提供する。
【解決手段】 光部品１８の基本構成を、受発光素子の半導体基板２の受発光部７を構造体１の樹脂型４で覆うことで保護する。樹脂型４の凹部９の斜面１４に形成した凹面鏡８で、受発光部７の光路２０を受発光素子の半導体基板２の表面に平行な光路２０に変換する光学系統を有する構造体１の配列を、凹部９に硬化性樹脂６を充填し、その硬化性樹脂６で、受発光素子の半導体基板２に一括して接着した後に、この配列を各受発光部７毎に個片に分割した光部品１８を製造し、その光部品１８を、光伝送路１９を実装した実装基板２１に設置する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、発光素子や受光素子が配列された半導体基板と、ミラーを有する構造体と、を接合した光部品、及びその製造方法に関する。

従来から、基板面に垂直方向に受発光部の光路を有する発光素子や受光素子の受発光部を備えた半導体基板と、その光路を構造体に形成された凹面鏡を用いて直角変換し、受発光素子の半導体基板の基板面に平行な光路を形成する光学系統を有する構造体とを位置合わせすることで光部品が形成されている。

これらの光部品においては、受発光素子の半導体基板の受発光部と光伝送路を光結合する位置合わせ精度は、光伝送路がシングルモード光導波路の場合は１μｍ以下の位置合わせ精度が必要とされている。

この位置合わせ精度を緩和するためには、半導体基板の受発光素子と光学系統を有する構造体とを組み合わせて成る光部品を製造し、その光部品と実装基板上の光伝送路の間を太い平行光で結合することが望ましい。これにより、光部品と光伝送路の位置合せは、平行光の太さの数分の１の位置合わせ誤差が許されるようになるからである。そのためには、受発光素子の半導体基板の受発光部からの広がり光を構造体の光学系統により平行光に変換して光部品から出射させるようにする必要がある。

一方、フォトダイオードの受発光部の光路はチップ面に垂直であり、面型発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）の受発光部の光路もチップ面に垂直である。そのため、受発光素子の半導体基板を実装基板に平行に実装するフリップチップ実装では、構造体の光学系統として受発光部の光路を実装基板に平行にする光路の方向変換と太い平行光の作成を同時に行う凹面鏡を用いることが望ましい。

従来は、受発光素子の半導体基板の受発光部と、実装基板の光伝送路を、構造体の凹面鏡を用いて光結合する構造として、以下の構造が知られていた。第１の従来例として、特開２００３ー１６７１６６号公報では、図８に示すように、１つの受発光部７のみを有する受発光素子の半導体基板２を、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチル樹脂）あるいはポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂の射出成型で凹面鏡８を形成した構造体１に位置を合わせて設置し、コアの径が２００μｍから約１ｍｍのＰＯＦ(プラスチック光ファイバ)あるいはＰＣＦ（ポリマークラッド光ファイバ）の光伝送路１９からの光を凹面鏡８で折り返して受発光素子の半導体基板２の受発光部７に集光していた。

第２の従来例（特開２００２―０８２２４４号公報）では、図９に示すように、実装基板２１の表面に、超音波熱圧着の金接合により凹面鏡８を形成した構造体１を設置し、その構造体１の上方に受発光素子の半導体基板２をフリップチップ実装し、その凹面鏡８で受発光素子の半導体基板２の受発光部７の光路２０を直角に折り返し、実装基板２１に平行な光路２０に変換し、実装基板に設置した光導波路である光伝送路１９に入射していた。

第３の従来例（特開２００１―２７４５２８号公報）では、図１０に示すように、ＧａＡｓ基板の上にＶＣＳＥＬなどの受発光素子の半導体基板２と、その上の光導波路層と、その光導波路層の斜面１４の光フィルタから成る構造体１を一括して形成し、それから、１つの受発光部７のみを有する受発光素子の半導体基板２と構造体１から成る個々の光部品１８を分割して形成し、各光部品１８を実装基板２１上に配置し、その後に実装基板２１上に光部品１８と光結合する光導波路の光伝送路１９を形成していた。

第４の従来例（特開２００３―０５７４６８号公報）では、図１１に示すように、１つの受発光部７のみを有する受発光素子の半導体基板２を実装基板２１上に設置し、受発光部７の光路２０を直角に変換する４５度の斜面１４に種々の曲面の鏡面を形成した構造体１を樹脂で形成することで鏡面付きの光部品１８を得、それをシート状の光伝送路１９に設置することで光結合して使用していた。受発光素子の半導体基板２は実装基板２１上に設置することで実装基板電極パッド２２を形成し、この実装基板電極パッド２２により光部品１８を他の実装基板２１に電気接続するようにしていた。

特開２００３―１６７１６６号公報 特開２００２―０８２２４４号公報 特開２００１―２７４５２８号公報 特開２００３―０５７４６８号公報

しかし、これらの従来技術には、以下の欠点があった。第１の従来例では、光伝送路１９にＰＯＦを用い、製造コストの低減のために受発光部７と構造体１の凹面鏡８と光伝送路１９の位置合わせ精度を緩くすることに対応してＰＯＦのコアの直径を２００μｍから１ｍｍ程度に太くすることが推奨されている。しかし、ＰＯＦのコア径を大きくしたため、ＰＯＦが光伝送可能なために最低限必要な限界である曲げ曲率半径が大きくなり、ＰＯＦの曲げが急な場合にはＰＯＦ内の光伝送が困難になる欠点があった。

第２の従来例では、受発光素子の半導体基板２と構造体１を実装基板２１に接合する際に、高い精度で位置合わせする必要があるため位置合わせコストが高価である欠点があった。また、実装基板２１へ高い温度で構造体１を接合する必要もあるため実装基板２１が高温度に耐えられる材料に限定される欠点があった。また、受発光素子の半導体基板２の受発光部７が構造体１と衝突することで受発光部７が損傷する危険があった。

第３の従来例では、光部品１８を高い位置合せ精度で実装基板２１の光伝送路１９に設置するために実装コストが高価になる欠点があった。

第４の従来例では、受発光素子の半導体基板２を実装基板２１と一体化し、構造体１の光学系統で変換するが、光部品１８から出射させる光路２０の光は平行光束ではないため、この出射光をシート状の光伝送路１９を伝達させると、伝送距離が長くなるにつれ光強度が弱くなる欠点があった。また、この光部品１８は、受発光素子の半導体基板２を実装基板２１上に設置し、その実装基板電極パッド２２により光部品１８の電極を形成したため、実装基板２１の寸法の大きさにより光部品１８が大きくなり光部品１８を設置するために大きな空間を必要とする欠点があった。

本願の課題は、以上の課題を解決するため、受発光素子の半導体基板の受発光部の配列に、樹脂型の配列を一括して位置合わせすることで、個々の受発光部と凹面鏡の位置合わせコストを低減した小型の光部品を提供することにある。

本願発明の光部品は、受発光素子が形成された受発光部を有する半導体基板と、該半導体基板側に向けた凹部を有する樹脂型と、前記半導体基板と前記樹脂型を接着した硬化性樹脂を有し、前記硬化性樹脂で接着された前記樹脂型の凹部には前記受発光部を向く斜面に金属膜により形成された凹面鏡を有し、前記凹面鏡が前記硬化性樹脂内の前記半導体基板面に垂直方向の前記受発光部の光路を、前記硬化性樹脂内の前記半導体基板面に平行な光路に変換し、前記半導体基板の素子電極パッドの上の前記硬化性樹脂及び前記樹脂型を貫通する穴により電気接続されたバンプ電極を有することを特徴とする。

本願発明の光部品においては、前記半導体基板が基板の表面に前記素子電極パッドを有し、 前記素子電極パッドに前記バンプ電極を設置し、前記バンプ電極間の樹脂型の高さが、前記受発光部の上で素子電極パッドの上より高さが高く形成された樹脂型を有する ことを特徴とする。

本願発明の光部品においては、前記半導体基板が基板の表面に前記素子電極パッドを有し、 前記素子電極パッド上に電気めっきにより電極パッドを形成し、前記バンプ電極を前記電極パッドの上に設置し、前記バンプ電極間の樹脂型の高さが、前記受発光部の上で素子電極パッドの上より高さが高く形成された樹脂型を有する ことを特徴とする。

本願発明の光部品においては、前記半導体基板が基板の表裏に前記素子電極パッドを有し、更に、前記受発光素子の半導体基板の側面に、第１の電極金属スペーサと、第２の電極金属スペーサと、前記半導体基板の裏面に、前記第１の電極金属スペーサと一体になった金属板を有し、 前記半導体基板の裏面の前記素子電極パッドの上の穴と熱硬化性樹脂型の表面に金属めっきすることで、前記半導体基板の表面の素子電極パッドから樹脂型の表面上から電極金属スペーサまで電気接続する金属パターンを有し、前記電極金属スペーサに前記バンプ電極を設置した ことを特徴とする。

本願発明の光部品においては、前記バンプ電極が前記電極金属スペーサの上面に設置されたことを特徴とする。

本願発明の光部品においては、前記バンプ電極が前記電極金属スペーサの下面に設置された ことを特徴とする。

本願発明の光部品の製造方法は、母型を転写することで、受発光素子が形成された半導体基板の受発光部を向き上部を覆う斜面と、前記斜面に形成した凹面鏡の型と、前記凹面鏡から前記半導体基板面に平行な光路を通す凹部を有する樹脂型の配列を形成する工程と、前記樹脂型の、前記凹面鏡の型の部分に金属膜を形成する工程と、前記凹部に前記硬化性樹脂を充填し、前記半導体基板の上に配列されている前記受発光部に、前記樹脂型の前記凹面鏡の型の配列を一括して位置合わせし設置し、前記半導体基板に前記樹脂型を接着する工程と、 前記半導体基板の素子電極パッド上の樹脂型に穴をあける工程と、を有することを特徴とする。

本願発明の光部品の製造方法においては、前記素子電極パッドにバンプ電極を設置する工程を有することを特徴とする。

本願発明の光部品の製造方法においては、前記素子電極パッドと前記穴および前記樹脂型の表面に金属めっきすることで電極パッドを形成する工程と、 前記電極パッドにバンプ電極を設置する工程とを有することを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば以下に述べる効果を有する。 本発明の光部品１８は、受発光部７側の面は、その上を硬化性樹脂６と樹脂型４から成る構造体１で全面が覆われているため、受発光部７が異物による損傷、あるいは、塵埃の付着から保護される効果がある。

また、液状の硬化性樹脂６を金属膜１３に接着させた後に硬化させることで、金属膜１３と硬化性樹脂６が強固に接合されるため、硬化性樹脂６と樹脂型４の間の金属膜１３が形成する凹面鏡８の寿命が長い効果がある。また、受発光部７を配列して集積して形成した受発光素子の半導体基板２と、それに対応して配列された樹脂型４を一括して結合した後に、その配列を個々の光部品１８に分割し製造するので、個々の受発光素子の半導体基板２の受発光部７と樹脂型４の凹面鏡８の位置合わせコストを低減した光部品１８を製造できる効果がある。更に、受発光素子の半導体基板２の受発光部７の光路２０を凹面鏡８で直角に折り曲げ受発光素子の半導体基板２の基板面に平行な太い光路２０に変換する光学系統を有する光部品１８を実装基板２１の光伝送路１９に位置を合わせるため、光部品１８と光伝送路１９の位置合わせ許容公差が緩く、光部品１８の実装基板２１への実装コストが低減される効果がある。

以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。

図１から図４に、本発明の第１の実施例における構造体１の配列と、受発光素子が配列された半導体基板２とを接合させた光部品１８の製造手順を示す。図５に、光部品１８と、光伝送路１９とを実装基板２１に搭載した構成を示す。

本実施例では、ＳｉやＧｅなどの半導体や、ＩｎＰやＧａＡｓなどの化合物半導体、あるいは有機ＥＬ素子などの受発光素子の半導体基板２を用いる。本実施例では、受発光素子の半導体基板２の素子電極パッド３の一辺の寸法は概ね５０μｍから１００μｍの大きさで形成する。

半導体基板２には受発光素子と素子電極パッドが配列されており、その配列のピッチは約０．２５ｍｍから０．５ｍｍである。受発光部７当たりの受発光素子の半導体基板２の寸法は、縦横が約０．２５ｍｍから０．５ｍｍであり、厚さが０．０５ｍｍから０．５ｍｍである。この基板の厚さは基板の縦横の寸法の１０分の１以上の厚さにする。これにより、この受発光素子の半導体基板２へ構造体１を接合する際に接着材の熱膨張率の違いによる基板の反りを生じない効果がある。

（ステップ１）
図１（ａ）に本実施例で用いる保持基板５上に形成された樹脂型４の正面断面図を示し、図１（ａ）のＡ−Ａ‘に沿った樹脂型４の側面断面図を図１（ｂ）に示す。この樹脂型４は、受発光素子の半導体基板２と同じ熱膨張率を持つ保持基板５上に、金型、ガラス型、あるいは樹脂型などの母型の形状を、ポリイミド樹脂や液晶ポリマーなどの融点が３００℃以上の熱可塑性樹脂、あるいは熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂などの樹脂に配列状に転写して形成する。

樹脂型４は受発光素子の半導体基板２と同じ熱膨張率を持つ保持基板５上に形成したため、樹脂型４を受発光素子の半導体基板２と結合し加熱あるいは冷却する熱処理による熱膨張の差が無く受発光素子の半導体基板２との相対的位置のずれが生じないため高精度の位置合わせが可能な効果があり、また、両者を貼り合わせた中間製造物が熱処理により反りを生じない効果がある。

保持基板５に接合した樹脂型４は冷却し固化させた後に母型から離型する。離型の際に樹脂型４に生じる静電気は、イオン風を吹き付けることで除去する。このように、樹脂型４は受発光素子の半導体基板２とは分離して形成するので、離型の際に生じる静電気が受発光素子の半導体基板２に影響を与えることが無い効果がある。

樹脂型４の形状は、硬化性樹脂６の形状を形成する凹部９を有する型を一次元あるいは二次元に配列し形成する。樹脂型４の凹部９は、受発光素子の半導体基板２の受発光部７を向き、その上を覆う斜面１４を、受発光素子の半導体基板２の表面に対し４５度の傾きで形成し、その斜面１４に凹面鏡８の型を形成し、また、その凹面鏡８から基板面に平行な光路２０が通過する硬化性樹脂６の形状の型を成す凹部９である。凹部９は、深さが０．０５ｍｍから０．３ｍｍ程度に形成した型の配列を形成する。

基板面に平行な光路２０の位置は図５（ｂ）に示す。樹脂型４の凹面鏡８の部分は、母型の形状を転写し形成することができるが、それ以外に以下のようにして形成することもできる。それは、先ず、凹面鏡８の部分の型を有しない母型を用いて熱硬化性樹脂で樹脂型４を製造する。次に、樹脂型４の斜面１４に、凸部を有する圧子を加熱し押し当てることで斜面１４に凹面鏡８の形を転写する。圧子の形状を転写することで、平滑度の良い凹面鏡８の面を形成できる利点がある。

また、硬化性樹脂６の上の樹脂型４の上面の高さを高くし、光部品のバンプ電極１０を設置すべき部分の樹脂型４の上面を低くするように、樹脂型４の上面の型となる保持基板５の表面に凸部１１を形成しておく。更に、保持基板５の表面にはシリコーン樹脂あるいはフッ素樹脂などの離型剤を塗布しておき、保持基板５から樹脂型４の離型性を良くしておく。

（ステップ２）
保持基板５上に配列された樹脂型４を図２（ａ）に示すように、真空蒸着により、金あるいはアルミニウムなどの金属膜１３を０．１μｍの厚さで、入出射面１２の位置を除く樹脂型４の凹部９の、特に、斜面１４に形成した凹面鏡８の位置に金属膜１３を形成する。この金属膜１３が凹面鏡８の鏡面になる。

（ステップ３）
次に、図２（ｂ）に示すように、樹脂型４の凹部９と受発光素子の半導体基板２の間の空間に硬化収縮率が小さい光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂などの透明な硬化性樹脂６を充填し硬化させる。先に樹脂型４に形成された金属膜１３には硬化性樹脂６が液状で接触し樹脂型４以上に大きな接触面積を持つため、金属膜１３は、樹脂型４以上に強固に硬化性樹脂６に接合されるため、光路２０が通過する硬化性樹脂６と金属膜１３の境界面にクラックを生じにくく、凹面鏡８の寿命が長い効果がある。

次に、その硬化性樹脂６と樹脂型４が一体となった構造体１の、受発光素子の半導体基板２との接合面に硬化性樹脂６の膜を塗布して半硬化させる。次に、厚さが約０．２ｍｍの受発光素子の半導体基板２に、樹脂型４の配列を、受発光素子の半導体基板２の受発光部７と樹脂型４の凹面鏡８とを一括して精密に位置合わせして重ね合わせる。このように配列された状態で多数の受発光部７と樹脂型4とを重ね合わせることで低コストに位置合わせができる利点がある。

次に、そして、構造体１を受発光素子の半導体基板２に加熱加圧し半硬化の硬化性樹脂６を液化させて接着する。半硬化した硬化性樹脂６を受発光素子の半導体基板２に加圧し密着させてから加熱し液化させることで、硬化性樹脂６と受発光素子の半導体基板２の間に混入する気泡を除去出来る効果がある。

（ステップ４）
次に、図２（ｃ）に示すように、樹脂型４から保持基板５を外す。以上により、受発光素子の半導体基板２に、硬化性樹脂６と樹脂型４から成る構造体１が接着された。図３に受発光部７と構造体１が接着された状態を示す。図３（ｆ）に平面図を示す。 平面図における線（Ａ−Ａ‘）における側面断面図を図３（ｄ）に、平面図における線（Ｂ−Ｂ‘）における正面断面図を図３（ｅ）に示す。

硬化性樹脂６の高さは、樹脂型４の深さの０．０５ｍｍから０．３ｍｍ程度の高さで形成し、硬化性樹脂６の幅は、その高さと同等程度の０．０５ｍｍから０．３ｍｍ程度に形成する。図３（ｅ）に示すように、樹脂型４の上面は、受発光部７の上では高さが高く、素子電極パッド３の上では高さが低く形成され、その境界に段差部１５が形成される。

また、硬化性樹脂６と樹脂型４の間に形成された金属膜１３の反射鏡が光導波路を形成する。この光導波路により、受発光部７が受光素子の場合に、入出射面１２から光部品１８に入射する光伝送路１９の光束が漏れなく受発光部７近くまで導かれ、その光束が凹面鏡８で受発光部７まで集光するため光伝送路１９と光部品１８の光結合効率が向上する効果がある。

（ステップ５）
次に、図４（ｇ）に示すように、素子電極パッド３上の硬化性樹脂６及び樹脂型４に、炭酸ガスレーザあるいは紫外線レーザなどによるレーザアブレーション加工により、１０μｍから１００μｍの直径の微小な穴１６をあける。炭酸ガスレーザで穴１６を形成した場合は、素子電極パッド３の表面に薄い樹脂膜が残るが、それは紫外線レーザを照射することで分解し除去する。

ここで、素子電極パッド３上の樹脂型４の上面の高さを低くすることで、レーザアブレーション加工のエネルギー消費を少なくする効果があり、また、硬化性樹脂６および樹脂型４にあける穴１６のアスペクト比が小さくなるため、穴１６の金属めっきが容易になる効果がある。

素子電極パッド３の上の樹脂型４の穴１６を、レーザアブレーション加工により樹脂型４の形成より後にあけることにより、樹脂型４に穴１６の型を形成しておく場合に比べ樹脂型４の形状が単純になり、斜面１４及び凹面鏡８の部分の樹脂型４の強度が強く、形状の精度が良く製造できる効果がある。また、樹脂型４にレーザアブレーション加工により穴１６をあけることにより、樹脂型４のみならず硬化性樹脂６も一括して除去され、穴１６を形成する加工時間が短く製造コストを低減できる効果がある。ここで、レーザアブレーション加工以外の方法としては、穴１６の位置以外をレジストで被覆し、樹脂型４及び硬化性樹脂６を溶剤に溶解して穴１６をあけることもできる。

（ステップ６）
次に、図４（ｈ）に示すように、素子電極パッド３の上の穴１６及び樹脂型４の表面に塩化パラジウムの塩酸水溶液を塗布しパラジウム触媒を樹脂の穴１６と表面に形成する。その後に、硫酸銅０．０６モル／リットル、ＥＤＴＡ０．１２モル／リットル、ＨＣＨＯ０．３モル／リットル、ＮａＯＨ０．３５モル／リットルに添加剤を適量加えた無電解銅めっきをｐＨ１２．４で７２℃のめっき温度で、０．１μｍから数μｍの銅のめっき下地金属膜を形成する。

次に、樹脂型４の上面にめっきレジストのパターンを形成し、このめっき下地金属膜を電極として、硫酸銅浴、ホウフッ化銅浴、ピロリン酸銅浴等の電解銅めっき浴により、電流密度を１０アンペア／６．４５ｃｍ２で４２分から１２７分めっきし、素子電極パッド３と、その上の穴１６、及び、樹脂型４の上面に銅を厚さ１０μｍから３０μｍほどの銅めっき層を形成し、樹脂型４の上面に銅めっき層による直径が５０μｍから１００μｍの電極パッド１７を形成し、素子電極パッド３に電気接続する。この電極パッド１７は、ニッケルめっき、あるいは金めっきなど他の金属めっきで形成しても良い。

（ステップ７）
次に、図４（ｉ）に示すように、電極パッド１７に、金錫ハンダバンプやハンダボールなどのバンプ電極１０を設置することで光部品１８の配列を製造する。ここで、バンプ電極１０を設置する以前に、素子電極パッド３の周囲にハンダレジスト膜を印刷しておいても良い。

（ステップ８）
以上により配列状に一括して製造した光部品１８の配列を、個々のチップサイズの光部品１８に分割して製造する。ここで、光部品１８として、複数の受発光部７を有する光部品１８を製造することもできる。

本実施例の製造方法は、受発光部７が配列で形成された受発光素子の半導体基板２に硬化性樹脂６の配列を一括して接合する。多くの受発光素子の半導体基板２の受発光部７と凹面鏡８の位置を一括して位置合せするため、個片のチップサイズの光部品１８の製造コストを低減できる効果がある。

図５（ａ）に、光部品１８を実装基板２１に設置する構造の正面断面図を示し、図５（ｂ）にその側面断面図を示し、図５（ｃ）にその平面図を示す。

この光部品１８の基本構造は、受発光素子の半導体基板２の受発光部７の上と、光路２０を形成すべき受発光素子の半導体基板２の表面に硬化性樹脂６を設置し、更に、受発光素子の半導体基板２の表面と硬化性樹脂６の上面とを樹脂型４で覆う構造を有する。

樹脂型４と硬化性樹脂６の界面に金属膜１３を形成し、受発光面５を向く位置に、受発光素子の半導体基板２の表面に対し４５度の傾きを有する斜面１４を形成し、その斜面１４に金属膜１３による凹面鏡８を形成する。この凹面鏡８が、硬化性樹脂６内の基板面に垂直方向の受発光素子の半導体基板２の受発光部７の光路２０を、基板面に平行な光路２０に変換し硬化性樹脂６を通過させる光学系統を形成する。光路２０は、硬化性樹脂６内のみを通過し樹脂型４内は通さないため、樹脂型４の材料はこの光に対して透明な材質も使え、材料選択の自由度が高い効果がある。

また、受発光素子の半導体基板２の表面の２つの素子電極パッド３の上の樹脂型４に穴１６を有し、この素子電極パッド３と穴１６と樹脂型４の表面に金属めっきすることで、樹脂型４の上面に、素子電極パッド３に電気接続した電極パッド１７を形成した。そして、その電極パッド１７の上にバンプ電極１０を形成した構造を有する。

受発光素子の半導体基板２の裏面の平坦面をチップボンダのボンディングキャピラリあるいは部品マウンターの部品吸着具などのチップ保持具で保持し、バンプ電極１０を実装基板２１の実装基板電極パッド２２にハンダ付けし設置する。ここで、バンプ電極１０が、段差部１５により隣のバンプ電極１０と絶縁しているため、バンプ電極１０を溶融し実装基板２１の実装基板電極パッド２２に溶接する際に隣のバンプ電極１０同士が接触し短絡する不具合を生じ無い効果がある。

この光部品１８は、受発光部７側の面が、その上を硬化性樹脂６と樹脂型４から成る構造体１で全面が覆われているため、受発光部７が異物による損傷、あるいは、塵埃の付着から保護される効果がある。

本実施例は、受発光部７が発光素子の場合は、凹面鏡８を形成する斜面１４を受発光素子の半導体基板２の表面から約４５度傾けることで、受発光部７から受発光素子の半導体基板２面に垂直に出射し硬化性樹脂６を通る光束の光路２０を凹面鏡８で反射して折り返し、硬化性樹脂６内で受発光素子の半導体基板２の表面に平行な光路２０を得る光学系統を有する。

ここで、受発光部７が受光素子の場合は、凹面鏡８を形成する斜面１４を、受発光素子の半導体基板２の表面に対して３０度から６０度の傾きに形成することで、受発光素子の半導体基板２の表面に平行な光路２０を凹面鏡８が受発光素子の半導体基板２の表面に垂直な方向からプラスマイナス３０度傾けた光路２０に変換し受発光部７に集光する。特に、垂直な方向から傾けて受発光部７に光路を入射することは、受発光部７からの表面反射が光路２０を逆戻りすることによる光ノイズの生成を避けられる効果がある。

本実施例の光部品１８は、受発光素子の半導体基板２の受発光部７の光路２０を凹面鏡８で数十μｍから百μｍ程度の比較的太い平行光束の光路２０に変換し光結合する光学系統を有するため、直径が１２５μｍでコア径が１０μｍから６０μｍのガラス光ファイバ、直径が０．５ｍｍから１ｍｍでコア径が１００μｍ程度のＰＯＦ、あるいはコア経が５０μｍ程度のマルチモード光導波路などの光伝送路１９に小さな結合損失で光接続することができる効果がある。

また、太い平行光束の光路２０に変換したため、光伝送路１９と光部品１８の位置合わせ精度が数十μｍ程度の位置ずれが許容され、光部品１８の実装基板２１への設置が容易になり受発光素子の半導体基板２の光伝送路１９への位置合わせコストを低減できる効果がある。

また、凹面鏡８の焦点距離を更に短かくすることで、受発光部７の光束を凹面鏡８で再び集光する光束に変換する光学系統を形成することで、シングルモード光ファイバの約十μｍの直径のコア、あるいは高Δ光ファイバの数μｍの直径のコア、あるいはフォトニッククリスタルが形成する光導波路の１μｍ以下のコアなどの小径の光伝送路１９のコアと光結合することもできる。

図６に、本発明の第２の実施例の光素子の製造手順を示す。本実施例は、第１の実施例のステップ１からステップ４までの手順は、同じ製造手順で製造する。本実施例が第１の実施例と異なる点は、第１には、図６（ａ）に示すように、受発光素子の半導体基板２の素子電極パッド３の直径あるいは一辺の寸法を１００μｍから２５０μｍ程度にまで大きくした点である。

本実施例では、第１の実施例と同様に、第１の実施例のステップ４までは同じ製造方法で製造する。次に、図６（ｂ）に示すように、素子電極パッド３上の樹脂型４に、レーザアブレーションで１００μｍから２５０μｍの直径の穴１６をあける。 次に、図６（ｃ）に示すように、その素子電極パッド３の上に直接に、金錫ハンダやハンダボールなどの、バンプ電極１０を設置する。

ここで、バンプ電極１０を設置する以前に、素子電極パッド３の周囲にハンダレジスト膜を印刷しておいても良い。こうして光部品１８の配列を一括して製造する。次に、この配列を、個々のチップサイズの光部品１８に分割する。

本実施例は、第１の実施例のステップ６の金属めっき工程を行わない点が第１の実施例と異なり、金属めっきが無いため光部品１８の製造コストを低減できる効果がある。

図７（ａ）に、本発明の第３の実施例で用いる受発光素子の半導体基板２の個片の平面図を示す。本実施例が先の実施例と異なる点は、受発光素子の半導体基板２が基板の表裏に素子電極パッド３を有する点である。

本実施例は、第１の実施例と同様に、第１の実施例のステップ５までは同じ製造方法で製造し、 受発光部７が配列された受発光素子の半導体基板２に樹脂型４および硬化性樹脂６の配列を一括して位置合せし接合する。また、素子電極パッド３の上の樹脂型４に、レーザアブレーション加工で１０μｍから１００μｍの直径の微小な穴１６をあける。

次の製造手順を、図７（ｂ）に平面図と、図７（ｃ）の正面図で示す。すなわち、電極金属スペーサ２３と一体になった金属板２４を保持板２５に設置し、受発光素子の半導体基板２の裏面をその金属板２４に導電性接着剤あるいは銀ペーストなどの導電材料で接合し電気接続する。これにより、素子電極パッド３から電極金属スペーサ２３の表面まで電気接続する。

次に、もう１つの電極金属スペーサ２３を受発光素子の半導体基板２の反対の端面位置に接着材で接着する。次に、第１の実施例のステップ６と同様にして、穴１６と熱硬化性樹脂型４の表面に金属めっきすることで、受発光素子の半導体基板２の表面の素子電極パッド３から樹脂型４の表面上から電極金属スペーサ２３まで電気接続する金属パターン２６を形成する。

次に、図７（ｄ）に平面図を示すように、電極金属スペーサ２３の上にバンプ電極１０を設置する。ここで、バンプ電極１０を設置する以前に、素子電極パッド３の周囲にハンダレジスト膜を印刷しておいても良い。こうして光部品１８の配列を一括して製造する。 次に、この光部品１８の配列を分割し、また、保持板２５を外し、個片のチップサイズの光部品１８を得る。

本実施例は、電極金属スペーサ２３の上にバンプ電極１０を設置するようにしたため、最大で基板サイズ程度の直径までのバンプ電極１０を設置でき、第１の実施例に比べ、より大きな直径のバンプ電極１０を設置できる効果がある。

また、電極金属スペーサ２３の底面にバンプ電極１０を設置することもできる。電極金属スペーサ２３の底面にバンプ電極１０を形成することは、従来は商用化されていなかったが、電極金属スペーサ２３の底面にバンプ電極１０を設置する低コストな製造方法で、受発光素子の半導体基板２の裏面に全ての電極を形成した面発光レーザが得られる効果がある。

本実施例は、低コストに製造できる受発光素子の半導体基板２として、素子電極パッド３が受発光素子の半導体基板２の表面と底面に分けて形成した受発光素子の半導体基板２を用いる。本実施例では、電極金属スペーサ２３と一体になった金属板２４により、受発光素子の半導体基板２の裏面側の素子電極パッド３に金属板２４を電気接続し、金属板２４を電極金属スペーサ２３の表面まで電気接続した。本実施例では、実装基板２１を用いないチップサイズで、低コストに受発光素子の半導体基板２の両電極をチップの表面側あるいは裏面側に揃えて設置したチップサイズの光部品１８を製造できる効果がある。

以上本願発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

本発明の第１の実施例で用いる樹脂型の断面を示す図である。 本発明の第１の実施例の光部品の製造手順（ａ〜ｃ）を示す図である。 本発明の第１の実施例の光部品の製造手順（ｄ〜ｆ）を示す図である。 本発明の第１の実施例の光部品の製造手順（ｇ〜ｉ）を示す図である。 本発明の第１の実施例の光部品を実装基板へ設置した構造を示す図である。 本発明の第２の実施例の光部品の製造手順を示す図である。 本発明の第３の実施例の光部品の製造手順を示す図である。 第１の従来例の断面図である。 第２の従来例の断面図である。 第３の従来例の断面図である。 第４の従来例の断面図である。

符号の説明

１ 構造体
２ 受発光素子の半導体基板
３ 素子電極パッド
４ 樹脂型
５ 保持基板
６ 硬化性樹脂
７ 受発光部
８ 凹面鏡
９ 凹部
１０ バンプ電極
１１ 凸部
１２ 入出射面
１３ 金属膜
１４ 斜面
１５ 段差部
１６ 穴
１７ 電極パッド
１８ 光部品
１９ 光伝送路
２０ 光路
２１ 実装基板
２２ 実装基板電極パッド
２３ 電極金属スペーサ
２４ 金属板
２５ 保持板
２６ 金属パターン

Claims (9)

1. 受発光素子が形成された受発光部を有する半導体基板と、該半導体基板側に向けた凹部を有する樹脂型と、前記半導体基板と前記樹脂型を接着した硬化性樹脂を有し、前記硬化性樹脂で接着された前記樹脂型の凹部には前記受発光部を向く斜面に金属膜により形成された凹面鏡を有し、前記凹面鏡が前記硬化性樹脂内の前記半導体基板面に垂直方向の前記受発光部の光路を、前記硬化性樹脂内の前記半導体基板面に平行な光路に変換し、前記半導体基板の素子電極パッドの上の前記硬化性樹脂及び前記樹脂型を貫通する穴により電気接続されたバンプ電極を有することを特徴とする光部品。
2. 前記半導体基板が基板の表面に前記素子電極パッドを有し、 前記素子電極パッドに前記バンプ電極を設置し、前記バンプ電極間の樹脂型の高さが、前記受発光部の上で素子電極パッドの上より高さが高く形成された樹脂型を有することを特徴とする請求項１に記載の光部品。
3. 前記半導体基板が基板の表面に前記素子電極パッドを有し、 前記素子電極パッド上に電気めっきにより電極パッドを形成し、前記バンプ電極を前記電極パッドの上に設置し、前記バンプ電極間の樹脂型の高さが、前記受発光部の上で素子電極パッドの上より高さが高く形成された樹脂型を有する ことを特徴とする請求項１に記載の光部品。
4. 前記半導体基板が基板の表裏に前記素子電極パッドを有し、更に、前記受発光素子の半導体基板の側面に、第１の電極金属スペーサと、第２の電極金属スペーサと、前記半導体基板の裏面に、前記第１の電極金属スペーサと一体になった金属板を有し、前記半導体基板の裏面の前記素子電極パッドの上の穴と熱硬化性樹脂型の表面に金属めっきすることで、前記半導体基板の表面の素子電極パッドから樹脂型の表面上から電極金属スペーサまで電気接続する金属パターンを有し、前記電極金属スペーサに前記バンプ電極を設置したことを特徴とする請求項１に記載の光部品。
5. 前記バンプ電極が前記電極金属スペーサの上面に設置されたことを特徴とする請求項４に記載の光部品。
6. 前記バンプ電極が前記電極金属スペーサの下面に設置されたことを特徴とする請求項４に記載の光部品。
7. 母型を転写することで、受発光素子が形成された半導体基板の受発光部を向き上部を覆う斜面と、前記斜面に形成した凹面鏡の型と、前記凹面鏡から前記半導体基板面に平行な光路を通す凹部を有する樹脂型の配列を形成する工程と、前記樹脂型の、前記凹面鏡の型の部分に金属膜を形成する工程と、前記凹部に前記硬化性樹脂を充填し、前記半導体基板の上に配列されている前記受発光部に、前記樹脂型の前記凹面鏡の型の配列を一括して位置合わせし設置し、前記半導体基板に前記樹脂型を接着する工程と、前記半導体基板の素子電極パッド上の樹脂型に穴をあける工程と、を有することを特徴とする光部品の製造方法。
8. 前記素子電極パッドにバンプ電極を設置する工程を有することを特徴とする請求項７に記載の光部品の製造方法。
9. 前記素子電極パッドと前記穴および前記樹脂型の表面に金属めっきすることで電極パッドを形成する工程と、 前記電極パッドにバンプ電極を設置する工程とを有することを特徴とする請求項７に記載の光部品の製造方法。

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