JP2006005129A - 光伝送モジュール、光伝送モジュールの製造方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 発光素子又は受光素子についての耐湿性を向上することができる光伝送モジュール、光伝送モジュールの製造方法および電子機器を提供する。
【解決手段】 面発光レーザ素子を有してなる半導体チップ２０と、半導体チップ２０が接合される基板１０とを有してなる光伝送モジュール１であって、半導体チップ２０と基板１０とは、間隙をもって接合されており、半導体チップ２０の発光面と基板１０の一方面である配線面とが向き合うように接合されており、基板１０は、面発光レーザ素子の発光部２１から出射された光が透過可能な材質及び構造を有しており、半導体チップ２０と基板１０との間隙には、前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂３１が配置されており、第１樹脂３１の露出面及び半導体チップ２０の露出面を覆うように配置された第２樹脂３２を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光伝送モジュール、光伝送モジュールの製造方法および電子機器に関するものである。

近年、データ伝送は益々高速化・大容量化が求められており、この要求に対応するために光伝送が注目されている。そして光伝送を可能にするための各種の光伝送モジュールが提案されている。従来の光伝送モジュールとしては、シリコン基板の上面に端面発光型の半導体レーザチップを接合して、光導波路をシリコン基板上に形成しているものがある。また、光導波路と半導体レーザチップの発光部との間を透明な第１の樹脂で光結合し、第１の樹脂、半導体レーザチップ及びその近傍の光導波路を、不透明な第２の樹脂で覆う光伝送モジュールが考え出されている。この第２の樹脂は、光結合空間をなす第１の樹脂への気泡の取り込みを防ぎ、光結合損失の増加を回避することを目的に設けられたものである（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２６０９６９号公報

ところで、光伝送モジュールの発光源とされる半導体レーザは、水分を吸収することで発光パワーが低減するなどの機能低下が起こることを本願の発明者が実験的に確認した。そして、上記特許文献１に記載の光伝送モジュールは、第２の樹脂が半導体レーザに湿気が侵入することを低減する機能があるとする見解もある。

しかしながら、上記特許文献１に記載の光伝送モジュールでは、端面発光型の半導体レーザを用いているので、半導体レーザの発光部が外気空間の近傍に配置され、半導体レーザの防湿を十分に図ることが困難である。すなわち、特許文献１に記載の光伝送モジュールでは、半導体レーザチップ自体は半導体レーザの発光部から湿気が侵入することについて何ら機能せず、第１の樹脂及び第２の樹脂のみで半導体レーザの防湿を図っている。したがって、半導体レーザの防湿を十分に図るためには、第２の樹脂の膜厚を過大にしなければならず、光伝送モジュールの大型化及び製造コストの増大を招くことになる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、発光素子又は受光素子についての耐湿性を向上することができる光伝送モジュール、光伝送モジュールの製造方法および電子機器を提供することを目的とする。
また、本発明は、コンパクトな構成としながら発光素子又は受光素子についての耐湿性を向上することができ、簡便に且つ低コストで製造することができる光伝送モジュール、光伝送モジュールの製造方法および電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光伝送モジュールは、面発光レーザ素子を有してなる半導体チップと、前記半導体チップが接合される基板とを有してなる光伝送モジュールであって、前記半導体チップと基板とは、間隙をもって接合されているとともに、該半導体チップの発光面と該基板の一方面である配線面とが向き合うように接合されており、前記基板は、前記面発光レーザ素子から出射された光が透過可能な材質及び構造を有しており、前記半導体チップと基板との間隙には、前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂が配置されており、前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように配置された第２樹脂を有することを特徴とする。
本発明によれば、面発光レーザ素子に湿気（水分）が侵入することを、その面発光レーザ素子が設けられている半導体チップ、基板、第１樹脂及び第２樹脂によって、効果的に回避することができる。すなわち、半導体チップのみを見たときに、面発光レーザ素子に湿気が１番侵入し易い部分は、発光部（光出射部）である。本発明の光伝送モジュールでは、発光部が半導体チップ全体と基板全体とで挟まれた位置にあるので、発光部から面発光レーザ素子内に湿気が侵入することを、半導体チップ全体及び基板全体で低減させることができる。さらに、第１樹脂及び第２樹脂は、半導体チップと基板との間隙を通って面発光レーザ素子内に湿気が侵入することを低減させることができる。さらに、第２樹脂は、半導体チップを通って面発光レーザ素子内に湿気が侵入することを低減させることができる。一方、上記特許文献１に記載の光伝送モジュールでは、半導体チップ自体は発光部から湿気が侵入することについて何ら機能していない。これらにより、本発明の光伝送モジュールは、従来の光伝送モジュールよりも発光素子についての耐湿性を向上させることができ、製品寿命を延ばすことができる。

上記目的を達成するために、本発明の光伝送モジュールは、受光素子を有してなる半導体チップと、前記半導体チップが接合される基板とを有してなる光伝送モジュールであって、前記半導体チップと基板とは、間隙をもって接合されているとともに、該半導体チップの受光面と該基板の一方面である配線面とが向き合うように接合されており、前記基板は、受光素子によって電気信号に変換される光が透過可能な材質及び構造を有しており、前記半導体チップと基板との間隙には、前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂が配置されており、前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように配置された第２樹脂を有することを特徴とする。
本発明によれば、受光素子に湿気が侵入することを、その受光素子が設けられている半導体チップ、基板、第１樹脂及び第２樹脂によって、効果的に回避することができる。すなわち、半導体チップのみを見たときに、受光素子に湿気が１番侵入し易い部分は、受光部（光入射領域）である。本発明の光伝送モジュールでは、受光部が半導体チップ全体と基板全体とで挟まれた位置にあるので、受光部から面発光レーザ素子内に湿気が侵入することを、半導体チップ全体及び基板全体で低減させることができる。さらに、第１樹脂及び第２樹脂は、半導体チップと基板との間隙を通って受光素子内に湿気が侵入することを低減させることができる。さらに、第２樹脂は、半導体チップを通って受光素子内に湿気が侵入することを低減させることができる。一方、上記特許文献１に記載の光伝送モジュールでは、半導体チップ自体は発光部（受光部に相当）から湿気が侵入することについて何ら機能していない。これらにより、本発明の光伝送モジュールは、従来の光伝送モジュールよりも受光素子についての耐湿性を向上させることができ、製品寿命を延ばすことができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第２樹脂の吸水率が前記第１樹脂の吸水率よりも小さいことが好ましい。
本発明によれば、例えば、防湿効果の大小にかかわらず透明度の高い樹脂を第１樹脂に適用して、光結合効率の高い光伝送モジュールを構成することができる。さらに、透明度の有無にかかわらず防湿効果の高い樹脂を第２樹脂に適用して、発光素子及び受光素子についての耐湿性を、さらに向上させることができる。そこで、本発明は、光結合効率が高く、従来よりも製品寿命の長い光伝送モジュールを提供することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第１樹脂が第２樹脂と同一の材料からなることが好ましい。
本発明によれば、従来の面発光レーザを備えた光伝送モジュールと比べて、第２樹脂の防湿効果の分だけ、発光素子についての防湿性を高めることができる。すなわち、従来の面発光レーザを備えた光伝送モジュールでは、本発明における第２樹脂に相当する構成要素がなかった。そこで、本発明は、面発光レーザを用いることでコンパクト化及び高性能化することができ、耐湿性が高くて製品寿命の長い光伝送モジュールを提供することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第１樹脂の屈折率が前記基板の屈折率とほぼ同一であることが好ましい。
本発明によれば、例えば面発光レーザ素子から出射された光は第１樹脂に入射し、その後、第１樹脂を透過してから基板に入射し、その後、基板を透過して、本光伝送モジュールに接続された外部装置（光ファイバなど）に入射する。ここで、第１樹脂と基板の屈折率が同一であるので、その第１樹脂と基板との境界面でかかる光が反射することを回避することができる。また、上記外部装置側から基板及び第１樹脂を透過して受光素子に入射する光が上記境界面で反射することも回避することができる。しがたって、本発明の光伝送モジュールは、耐湿性を高めながら、光結合効率をより高めることができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第２樹脂が遮光性を有する（前記光の伝播路について外乱光の侵入を防ぐ機能を有する）ことが好ましい。
本発明によれば、第１樹脂などの光導波路（光伝播路）に外乱光が侵入することを、第２樹脂によって回避することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第１樹脂が熱硬化性の樹脂であることが好ましい。
本発明によれば、液状体の第１樹脂を半導体チップと基板との間隙に充填し、その後、かかる第１樹脂について加熱することで簡便に硬化させて、本発明に係る光伝送モジュールを製造することができる。一方、第１樹脂を紫外線硬化型とした場合は、第１樹脂の大部分が半導体チップ又は基板の影となり、その大部分に紫外線を照射することが困難となり、硬化させることが困難となる。そこで、本発明は、耐湿性の高い光伝送モジュールを低コストで提供することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第２樹脂が熱硬化性の樹脂又は紫外線硬化性の樹脂であることが好ましい。
本発明によれば、第２樹脂の大部分が露出しているので、その第２樹脂が紫外線硬化性であっても熱硬化性であっても簡便に硬化させることができる。そこで、本発明は、耐湿性の高い光伝送モジュールを低コストで提供することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第１樹脂が酸無水物硬化型のエポキシ樹脂からなることが好ましい。
本発明によれば、光透過性及び粘度の調整がし易く、且つ比較的安価な酸無水物硬化型のエポキシ樹脂を用いて、第１樹脂を簡便に構成することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記第２樹脂がアミン系のエポキシ樹脂からなることが好ましい。
本発明によれば、防湿効果の高い第２樹脂を構成することができる。したがって、第１樹脂として防湿効果の低い酸無水物硬化型のエポキシ樹脂を用いた場合でも、耐湿性の高い光伝送モジュールを提供することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記半導体チップが前記基板にフリップチップ実装されており、前記面発光レーザ素子の光出射部は、前記半導体チップの発光面におけるほぼ中央に配置されており、前記面発光レーザ素子から出射された光が前記発光面及び前記基板の配線面に対してほぼ垂直に交差するように、構成されていることが好ましい。
本発明によれば、半導体チップと基板間に間隙を持たせながら、その基板と半導体チップとを機械的及び電気的に簡便に接合することができる。さらに、光出射部が半導体チップの発光面におけるほぼ中央に配置されているので、半導体チップ、基板、第１樹脂及び第２樹脂のもつ防湿機能をより有効に発揮させることができる。さらに、面発光レーザ素子から出射された光が発光面及び基板の配線面に対してほぼ垂直に交差するので、その交差面での反射を回避でき、光結合効率を向上させることができる。そこで本発明は、耐湿性が高く、且つ光結合効率の高い光伝送モジュールを低コストで提供することができる。

また、本発明の光伝送モジュールは、前記半導体チップが前記基板にフリップチップ実装されており、前記受光素子の受光部は、前記半導体チップの受光面におけるほぼ中央に配置されており、前記受光部に入射する光が前記受光面及び前記基板の配線面に対してほぼ垂直に交差するように、構成されていることが好ましい。
本発明によれば、半導体チップと基板間に間隙を持たせながら、その基板と半導体チップとを機械的及び電気的に簡便に接合することができる。さらに、受光部が半導体チップの受光面におけるほぼ中央に配置されているので、半導体チップ、基板、第１樹脂及び第２樹脂のもつ防湿機能をより有効に発揮させることができる。さらに、受光部に入射する光が発光面及び基板の配線面に対してほぼ垂直に交差するので、その交差面での反射を回避でき、光結合効率を向上させることができる。そこで本発明は、耐湿性が高く、且つ光結合効率の高い光伝送モジュールを低コストで提供することができる。

上記目的を達成するために、本発明の光伝送モジュールの製造方法は、面発光レーザ素子を有してなる半導体チップと、前記面発光レーザ素子から出射された光が透過可能な材質及び構造を持つ基板とを有してなる光伝送モジュールの製造方法であって、前記半導体チップの発光面と前記基板の一方面である配線面とが向き合うように、且つ該発光面と配線面との間に間隙があるように、該半導体チップを該基板上に実装し、前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂を、液状体として前記間隙に充填し、前記充填された第１樹脂を硬化させた後に、該第１樹脂よりも吸水率の小さい第２樹脂を、液状体として前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように塗布しその後硬化させることを特徴とする。
本発明によって製造された光伝送モジュールによれば、面発光レーザ素子に湿気が侵入することを、その面発光レーザ素子が設けられている半導体チップ、基板、第１樹脂及び第２樹脂によって、効果的に回避することができる。さらに、本発明によれば、防湿効果の大小にかかわらず透明度の高い第１樹脂を用いて光導波路を形成でき、光結合効率の高い光伝送モジュールを製造することができる。さらに、本発明によれば、透明度の有無にかかわらず防湿効果の高い第２樹脂を用いて、耐湿性の高い光伝送モジュールを製造することができる。これらにより、本発明によれば、光結合効率が高く、且つ、従来の光伝送モジュールよりも発光素子についての耐湿性が高く製品寿命の長い光伝送モジュールを簡便に製造することができる。

上記目的を達成するために、本発明の光伝送モジュールの製造方法は、受光素子を有してなる半導体チップと、前記受光素子によって電気信号に変換される光が透過可能な材質及び構造を持つ基板とを有してなる光伝送モジュールの製造方法であって、前記半導体チップの受光面と前記基板の一方面である配線面とが向き合うように、且つ該受光面と配線面との間に間隙があるように、該半導体チップを該基板上に実装し、前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂を、液状体として前記間隙に充填し、前記充填された第１樹脂を硬化させた後に、該第１樹脂よりも吸水率の小さい第２樹脂を、液状体として前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように塗布しその後硬化させることを特徴とする。
本発明によって製造された光伝送モジュールによれば、受光素子に湿気が侵入することを、その受光素子が設けられている半導体チップ、基板、第１樹脂及び第２樹脂によって、効果的に回避することができる。さらに、本発明によれば、防湿効果の大小にかかわらず透明度の高い第１樹脂を用いて光導波路を形成でき、光結合効率の高い光伝送モジュールを製造することができる。さらに、本発明によれば、透明度の有無にかかわらず防湿効果の高い第２樹脂を用いて、耐湿性の高い光伝送モジュールを製造することができる。これらにより、本発明によれば、光結合効率が高く、且つ、従来の光伝送モジュールよりも受光素子についての耐湿性が高く製品寿命の長い光伝送モジュールを簡便に製造することができる。

上記目的を達成するために、本発明の電子機器は、前記光伝送モジュール、又は、前記光伝送モジュールの製造方法を用いて製造された光伝送モジュールを有してなることを特徴とする。
本発明によれば、極めて高速にデータを伝送でき、コンパクト化でき、耐湿性が高くて信頼性が高く、製品寿命の長い電子機器を低コストで提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る光伝送モジュール及びその製造方法について、図面を参照して説明する。

（構造例）
図１は、本発明の実施形態に係る光伝送モジュールの一例を示す断面図である。本実施形態に係る光伝送モジュール１は、基板１０と、基板１０上にフリップチップ実装された半導体チップ２０とを有して構成されている。基板１０は、透明な材料からなり、例えばガラス、フレキシブルテープ、ガラスエポキシ、セラミックス又は半導体などからなる。そして、基板１０の一方面（上面）は、電気配線１１が形成された配線面となっている。
また、基板１０の配線面には、半導体チップ２０に形成されている面発光レーザ素子についての駆動回路など各種電子回路が形成されている。電気配線１１は、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）又は金（Ａｕ）などの電気導電率及び熱伝導性のよい材料からなることが好ましい。また、電気配線１１の端部の表面には、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）などからなるメッキ１２が被覆されている。

半導体チップ２０は、面発光レーザ素子を有している。そして、半導体チップ２０の一方面（下面）である発光面には、その面発光レーザ素子の発光部（光出射部）２１が配置されている。さらに半導体チップ２０の発光面には、バンプ２２が複数設けられている。バンプ２２の構成材料は、金（Ａｕ）、Ｎｉ／Ａｕ、無鉛ハンダなど導電性が良好なものであれば何でもよい。バンプ２２は、半導体チップ２０の配線と電気的に接続されている。また、バンプ２２は、半導体チップ２０の発光面における基板１０のメッキ１２の位置に対応する位置に設けられている。そこで、バンプ２２によって半導体チップ２０が基板１０上に機械的に接続されているとともに、バンプ２２によって半導体チップ２０の回路（面発光レーザ）と基板１０の電気配線１１とが電気的に接続されている。

そして、図１に示すように、半導体チップ２０と基板１０とは、微小な間隙をもって接合されているとともに、半導体チップ２０の発光面（下面）と基板の配線面（上面）とが向き合うように接合されている。また、基板１０は、発光部２１から出射された光が透過可能な材質及び構造となっている。すなわち、基板１０における半導体チップ２０の発光部２１に対向する部位には、電気配線１１及び電子素子などが配置されていない。

半導体チップ２０と基板１０との間隙には、発光部２１から出射された光が透過可能な樹脂である第１樹脂３１が充填されている。これらにより、発光部２１から出射された光は、第１樹脂３１及び基板１０を透過して、本光伝送モジュール１の外部に出射することとなる。第１樹脂３１の屈折率は、基板１０の屈折率とほぼ同一であることが好ましい。このようにすると、発光部２１から出射された光が第１樹脂３１と基板１０との境界面で反射することを殆ど無くすことができ、光結合効率を高めることができる。

さらに、光伝送モジュール１では、第１樹脂３１の露出面（側面）及び半導体チップ２０の露出面（側面及び上面）を覆うように、第２樹脂３２が配置されている。第２樹脂３２は、第１樹脂３１よりも吸水率の小さい樹脂からなることが好ましい。但し、第２樹脂３２と第１樹脂３１とが同じ種類の樹脂からなるものとしてもよい。第１樹脂３１及び第２樹脂３２は、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系など各種の樹脂を適用することができる。また、第２樹脂３２は、第１樹脂３１とは異なり、光透過性がなくてもよく、外乱光が第１樹脂３１に侵入することを防ぐ遮光性が高いものとしてもよい。

具体例としては、第１樹脂３１として酸無水物硬化型のエポキシ樹脂を用いる。第２樹脂３２の具体例としては、アミン系のエポキシ樹脂、又は、アミン系若しくはメルカブト系の防錆剤が添加されたエポキシ樹脂を用いる。

これらにより、本実施形態の光伝送モジュール１によれば、半導体チップ２０の面発光レーザ素子に湿気が侵入することを、半導体チップ２０、基板１０、第１樹脂３１及び第２樹脂３２によって、効果的に回避することができる。また、本実施形態の光伝送モジュール１では、発光部２１が、半導体チップ２０の発光面におけるほぼ中央に配置されている。これにより、光伝送モジュール１の外部から発光部２１までの湿気侵入経路を効果的に長くすることができ、防湿効果をより高めることができる。さらに、本実施形態の光伝送モジュール１では、発光部２１から出射された光が基板１０の配線面に対してほぼ垂直に交差するように、構成されている。これにより、発光部２１が出射された光が基板１０の配線面で反射することを回避でき、光結合効率を向上させることができる。そこで、本実施形態の光伝送モジュール１は、耐湿性が高く、且つ光結合効率の高い光伝送モジュールを低コストで提供することができる。

本実施形態の光伝送モジュール１は、第２樹脂３２の吸水率が第１樹脂３１の吸水率よりも小さいこととすることにより、防湿効果の大小にかかわらず透明度の高い樹脂を第１樹脂３１に適用して、光結合効率の高い光伝送モジュールを構成でき、透明度の有無にかかわらず防湿効果の高い樹脂を第２樹脂３２に適用して、面発光レーザ素子についての耐湿性をさらに向上させることができる。そこで、本実施形態は、光結合効率が高く、従来よりも製品寿命の長い光伝送モジュール１を提供することができる。ここで、第２樹脂３２を第１樹脂３１と同一種類の樹脂で構成した場合でも、第２樹脂３２の分だけ、光伝送モジュール１の外部から発光部２１までの湿気侵入経路を長くすることができ、防湿効果を従来の面発光レーザ内蔵の光伝送モジュールよりも高めることができる。

また、本実施形態では、第１樹脂３１として酸無水物硬化型のエポキシ樹脂を用いることにより、第１樹脂３１を形成するための液状体の樹脂の粘度を容易に調整することができる。そこで、基板１０と半導体チップ２０との間隙が例えば２０μｍから３０μｍの微小なものであっても、その間隙の隅々に良好に且つ簡便に第１樹脂３１を充填することができ、製造コストなどを低減することができる。また、本実施形態によれば、第２樹脂３２として耐湿性の高いアミン系のエポキシ樹脂を用いることにより、より耐湿性の高い光伝送モジュール１を提供することができる。

上記実施形態の光伝送モジュール１では半導体チップ２０が面発光レーザ素子を有することとしているが、半導体チップ２０は面発光レーザ素子の代わりに受光素子を有することとしてもよい。この場合、図１における発光部２１が受光部となる。ここで、受光素子としては、例えば、フォトダイオード、フォトトランジスタ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などが挙げられる。また、本実施形態の光伝送モジュール１の半導体チップ２０は、半導体チップ２０が面発光レーザ素子と共に受光素子を有することとしてもよい。この場合、基板１０は、面発光レーザ素子から出射された光及び受光素子に入射する光が透過可能な材質及び構造を有していることが必要となる。

（製造方法）
図２及び図３は、本発明の実施形態に係る光伝送モジュールの製造方法を示す断面図である。まず、基板１０の配線面上に各種の電子素子及び複数の電気配線１１を形成する。また、電気配線１１の端部の表面にメッキ１２を施す。次いで、図２に示すように、面発光レーザ素子及びバンプ２２が形成された半導体チップ２０を基板１０上にフリップチップ実装する。このフリップチップ実装では、基板１０の配線面と半導体チップ２０の発光面とが互いに向き合うように、且つ、その発光面と配線面との間に間隙が形成されるように実装する。そして、基板１０のメッキ１２と半導体チップ２０のバンプ２２とが接合するように、フリップチップ実装する。

上記フリップチップ実装においては、例えば従来からあるフリップチップボンダーを用いることができる。すなわち、フリップチップボンダー内の吸着ヘッドに半導体チップ２０を光素子を吸着させ、マークインデックス法にて基板１０及び半導体チップ２０の両方に設けたアライメントマークをカメラにて認識しながら位置合わせして、半導体チップ２０を基板１０にマウント（接合）する。ここで、半導体チップ２０のバンプ２２と基板１０のメッキ１２との接合形態は、加熱加圧、マウント後リフロー、異方性導電膜、導電性接着剤など各種の形態を適用することができる。

その後、図３に示すように、半導体チップ２０と基板１０との間に形成されているバンプ２２の厚さ分の隙間に、第１樹脂３１（液状体）を充填する。この充填は、例えばディスペンサにて行う。その後、キュア炉、ホットプレート又はクリーンオーブンなどを用いて加熱処理することなどで第１樹脂３１を硬化させる。この場合の第１樹脂３１は、熱硬化性の樹脂であることが前提となる。第１樹脂３１を例えば紫外線硬化型の樹脂として、基板１０を透過した紫外線などで第１樹脂を硬化させることとしてもよい。ただし、基板１０に設けた電気配線１１などが上記紫外線照射の影となるので、第１樹脂３１は加熱処理で硬化させることが好ましい。この硬化した第１樹脂は、半導体チップ２０の発光部２１から出射される光に対して透明なものであればよく、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系など何でもよい。

その後、図１に示すように、第１樹脂３１よりも吸水率の小さい第２樹脂３２（液状体）を、第１樹脂３１の露出面及び半導体チップ２０の露出面を覆うように塗布し、次いでその第２樹脂３２を硬化させる。ここで、第２樹脂３２の塗布は、ディスペンサで行ってもよく、液滴吐出装置のインクジェットノズルから第２樹脂３２を液滴として吐出する液滴吐出方式などで行ってもよい。第２樹脂３２の硬化処理は、加熱処理であっても紫外線照射処理であってもどちらでもよい。これは、第２樹脂３２は、第１樹脂３１とは異なり、露出面積が大きいからである。これらにより、上記構造の本実施形態に係る光伝送モジュール１が完成する。

これらにより、本実施形態の製造方法によれば、半導体チップ２０の面発光レーザ素子に湿気が侵入することを効果的に回避でき、耐湿性の高い光伝送モジュール１を低コストで簡便に製造することができる。また、本実施形態の製造方法においては、半導体チップ２０は面発光レーザ素子の代わりに受光素子を有することとしてもよい。この場合においても、上記製造方法をそのまま適用することができる。

（従来の半導体装置との比較）
図４は、本発明の実施形態に係る光伝送モジュール１について信頼性試験を行った結果を示す図である。図４では、光伝送モジュール１の面発光レーザの駆動電流Ｉ（Ａ）を横軸にとり、その面発光レーザの光出力Ｐ（Ｗ）を縦軸に取っている。なお、光出力Ｐ（Ｗ）は、光伝送モジュール１の基板１０から外部に出射された光を受光素子で電力に変換したものである。

そして、図４における曲線Ｋ１は、光伝送モジュール１に対して温度及び湿度についての負荷を与えていない状態、すなわち製造したての状態におけるの発光特性（データ）を示している。曲線Ｋ２は、光伝送モジュール１を温度８５℃、湿度８５％の雰囲気に３００時間入れたときの発光特性を示している。曲線Ｋ３は、光伝送モジュール１を温度８５℃、湿度８５％の雰囲気に１０００時間入れたときの発光特性を示している。このように本実施形態の光伝送モジュール１は、時間の経過とともに発光特性が徐々に低下していくが、一般的な使用状態においては十分な信頼性及び寿命を有している。

図５は、従来の光伝送モジュールについて信頼性試験を行った結果を示す図である。なお、図４と図５とは、横軸及び縦軸についての単位長さ当たりの値は同一であることとする。ここで、従来の光伝送モジュールとして、例えば図１の光伝送モジュール１における第２樹脂３２がない状態、すなわち図３に示す状態のものを用いる。図５における曲線Ｋ１１は、従来の光伝送モジュールに対して温度及び湿度についての負荷を与えていない状態、すなわち製造したての状態におけるの発光特性を示している。曲線Ｋ１２は、従来の光伝送モジュールを温度８５℃、湿度８５％の雰囲気に３００時間入れたときの発光特性を示している。曲線Ｋ１３は、従来の光伝送モジュールを温度８５℃、湿度８５％の雰囲気に１０００時間入れたときの発光特性を示している。

このように、従来の光伝送モジュールは、時間の経過とともに発光特性が低下する率が本実施形態の光伝送モジュール１と比較して、大きい。したがって、本実施形態の光伝送モジュール１は、従来の光伝送モジュールよりも発光素子についての耐湿性を向上させることができ、製品寿命を延ばすことができる。

（電子機器システム）
図６は、本発明の実施形態に係る光伝送モジュール１を利用した電子機器システムの一例を示す斜視図である。ここで、光伝送モジュール１における基板１０の下面に光ファイバの一端が接合される。光伝送モジュール１は、上記のように面発光レーザ素子を備えたものでもよく、受光素子を備えたものでもよい。すなわち、光ファイバの一端に面発光レーザ素子を備えた光伝送モジュール１を設け、その光ファイバの他端に受光素子を備えた光伝送モジュール１を設ける。これにより光信号を送受信できる光伝送装置６０が構成される。

光伝達装置６０は、各電子機器７０を相互に接続する。光伝達装置６０は、ケーブル６１にそのケーブル６１の両端にプラグ６２が設けられている。ケーブル６１は１つ又は複数の光ファイバを有する。一端のプラグ６２には、上記実施形態で説明した面発光レーザ素子を備えた光伝送モジュール１を内蔵している。他端のプラグ６２には、受光素子を備えた光伝送モジュール１を内蔵している。

そして、光伝送モジュール１を有したプラグ６２が接続された電子機器７０から出力された電気信号は、光伝送モジュール１の面発光レーザ素子によって光信号に変換される。この光信号は光ファイバ（ケーブル６１）を介して他方の電子機器７０に接続されたプラグ６２に備えられた光伝送モジュール１の受光素子に入力される。受光素子は、その入力された光信号を電気信号に変換する。受光素子によって変換された電気信号は、他方の電子機器７０に入力される。

このように、光伝達装置６０によれば、一方の電子機器７０から他方の電子機器７０へ光信号によって情報伝達を行うことができる。ここで、他方の電子機器７０から一方の電子機器７０へ光信号によって情報伝達を行うことができる光伝達装置６０を併せて接続すれば、両電子機器７０との間において双方向の光信号による情報伝達ができる。

なお、電子機器７０として、コンピュータ、記憶装置、液晶表示モニタ、ＣＲＴ、プラズマディスプレイ、デジタルテレビ、小売店のレジ（ＰＯＳ（Pointof Sale Scanning）用）、ビデオ、チューナ、ゲーム装置、プリンタ、その他情報通信機器等が上げられる。

（電子機器）
次に上記実施形態の光伝送モジュールを構成要素とする電子機器について説明する。
図７（ａ）は、携帯電話の一例を示した斜視図である。図７（ａ）において、符号６００は上記実施形態の光伝送モジュール１を有してなる携帯電話本体を示し、符号６０１は表示部を示している。図７（ｂ）は、ワープロ、パソコンなどの携帯型情報処理装置の一例を示した斜視図である。図７（ｂ）において、符号７００は情報処理装置、符号７０１はキーボードなどの入力部、符号７０２は表示部、符号７０３は上記実施形態の光伝送モジュール１を有してなる情報処理装置本体を示している。図７（ｃ）は、腕時計型電子機器の一例を示した斜視図である。図７（ｃ）において、符号８００は上記実施形態の光伝送モジュール１を有してなる時計本体を示し、符号８０１は表示部を示している。

図６に示す電子機器システム及び図７に示す電子機器は、上記実施形態の光伝送モジュール１を備えているので、極めて高速にデータを伝送でき、コンパクト化でき、耐湿性が高くて信頼性が高く、製品寿命の長いものとすることができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、光伝送モジュールにおける発光素子又は受光素子について防湿性を高める構成及び方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばシリコン基板におけるＬＳＩ素子の封止に本発明を適用することができる。この場合は、図１における基板１０上にフリップチップ実装される半導体チップ２０はシリコン基板からなり、その半導体チップ２０には上記面発光レーザ素子の代わりにＬＳＩ素子が設けられている構成となる。このようにすると、ＬＳＩについての耐湿性を向上させることができ、コンパクト化及び高速化を図りながら信頼性の高い情報処理装置などを構成することができる。

例えば、本実施形態の電子機器としては、図７に示すものに限られることなく、種々の電子機器に本発明を適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に本発明を適用することができる。

本発明の実施形態に係る光伝送モジュールの一例を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る光伝送モジュールの製造方法を示す断面図である。 本発明の実施形態に係る光伝送モジュールの製造方法を示す断面図である。 同上の光伝送モジュールの信頼性試験についての結果を示す図である。 従来の光伝送モジュールの信頼性試験についての結果を示す図である。 本発明の実施形態に係る電子機器システムを示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る電子機器を示す斜視図である。

符号の説明

１…光伝送モジュール、１０…基板、１１…電気配線、１２…メッキ、２０…半導体チップ、２１…発光部、２２…バンプ、３１…第１樹脂、３２…第２樹脂

Claims (15)

1. 面発光レーザ素子を有してなる半導体チップと、
   前記半導体チップが接合される基板とを有してなる光伝送モジュールであって、
   前記半導体チップと基板とは、間隙をもって接合されているとともに、該半導体チップの発光面と該基板の一方面である配線面とが向き合うように接合されており、
   前記基板は、前記面発光レーザ素子から出射された光が透過可能な材質及び構造を有しており、
   前記半導体チップと基板との間隙には、前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂が配置されており、
   前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように配置された第２樹脂を有することを特徴とする光伝送モジュール。
2. 受光素子を有してなる半導体チップと、
   前記半導体チップが接合される基板とを有してなる光伝送モジュールであって、
   前記半導体チップと基板とは、間隙をもって接合されているとともに、該半導体チップの受光面と該基板の一方面である配線面とが向き合うように接合されており、
   前記基板は、受光素子によって電気信号に変換される光が透過可能な材質及び構造を有しており、
   前記半導体チップと基板との間隙には、前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂が配置されており、
   前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように配置された第２樹脂を有することを特徴とする光伝送モジュール。
3. 前記第２樹脂の吸水率は、前記第１樹脂の吸水率よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載の光伝送モジュール。
4. 前記第１樹脂は、第２樹脂と同一の材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光伝送モジュール。
5. 前記第１樹脂の屈折率は、前記基板の屈折率とほぼ同一であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
6. 前記第２樹脂は、遮光性を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
7. 前記第１樹脂は、熱硬化性の樹脂であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
8. 前記第２樹脂は、熱硬化性の樹脂又は紫外線硬化性の樹脂であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
9. 前記第１樹脂は、酸無水物硬化型のエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
10. 前記第２樹脂は、アミン系のエポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
11. 前記半導体チップは、前記基板にフリップチップ実装されており、
    前記面発光レーザ素子の光出射部は、前記半導体チップの発光面におけるほぼ中央に配置されており、
    前記面発光レーザ素子から出射された光が前記発光面及び前記基板の配線面に対してほぼ垂直に交差するように、構成されていることを特徴とする請求項１，３，４，５，６，７，８，９，１０のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
12. 前記半導体チップは、前記基板にフリップチップ実装されており、
    前記受光素子の受光部は、前記半導体チップの受光面におけるほぼ中央に配置されており、
    前記受光部に入射する光が前記受光面及び前記基板の配線面に対してほぼ垂直に交差するように、構成されていることを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の光伝送モジュール。
13. 面発光レーザ素子を有してなる半導体チップと、前記面発光レーザ素子から出射された光が透過可能な材質及び構造を持つ基板とを有してなる光伝送モジュールの製造方法であって、
    前記半導体チップの発光面と前記基板の一方面である配線面とが向き合うように、且つ該発光面と配線面との間に間隙があるように、該半導体チップを該基板上に実装し、
    前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂を、液状体として前記間隙に充填し、
    前記充填された第１樹脂を硬化させた後に、該第１樹脂よりも吸水率の小さい第２樹脂を、液状体として前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように塗布しその後硬化させることを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
14. 受光素子を有してなる半導体チップと、前記受光素子によって電気信号に変換される光が透過可能な材質及び構造を持つ基板とを有してなる光伝送モジュールの製造方法であって、
    前記半導体チップの受光面と前記基板の一方面である配線面とが向き合うように、且つ該受光面と配線面との間に間隙があるように、該半導体チップを該基板上に実装し、
    前記光が透過可能な樹脂である第１樹脂を、液状体として前記間隙に充填し、
    前記充填された第１樹脂を硬化させた後に、該第１樹脂よりも吸水率の小さい第２樹脂を、液状体として前記第１樹脂の露出面及び前記半導体チップの露出面を覆うように塗布しその後硬化させることを特徴とする光伝送モジュールの製造方法。
15. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の光伝送モジュール、又は、請求項１３若しくは１４に記載の光伝送モジュールの製造方法を用いて製造された光伝送モジュールを、有してなることを特徴とする電子機器。
    
    

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