JP2009008764A - Photoelectric transducer and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電気変換装置およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion device and a method for manufacturing the same.
従来、光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置がある(引用文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is an optoelectric conversion device including a substrate on which mounting electrodes for component mounting are formed around a waveguide that propagates an optical signal (see Reference 1).
ところで、基板に導波路を形成する工程は、図9(a)のように、基板60に導波路形成用溝61と実装用電極62とを形成し、図9(b)のように、導波路形成用溝61に液状クラッド用樹脂(エポキシ)63を塗布し、図9(c)(d)のように、金型64でコア用溝65のエンボス成型を行い、図9(e)のように離型して、その後は、具体的に図示しないが、コア用溝65にコア用樹脂を充填して導波路を形成するものである。
By the way, in the step of forming the waveguide on the substrate, the
このエンボス成型のような型転写方法では、熱硬化性あるいは熱可塑性のいずれの樹脂材であっても、プロセスの過程で型転写するために、一度は流動的な状態(液状)にする必要がある。 In the mold transfer method such as emboss molding, it is necessary to make a fluid state (liquid state) once in order to transfer the mold in the course of the process regardless of whether the resin material is thermosetting or thermoplastic. is there.
このために、液状のクラッド用樹脂63は、図9(d)のエンボス成型時に、図10のように、金型64の型圧力によって基板60の上に溢れ出し(二点鎖線a参照)、導波路形成用溝61の周辺に実装用電極62が有る場合、実装用電極62がクラッド用樹脂63で覆われると、部品実装時に接合不良が発生することから、溢れ出したクラッド用樹脂63を除去する必要がある。
しかしながら、クラッド用樹脂63は、特にエポキシ等に代表される熱硬化性の樹脂である場合、化学的にも機械的にも耐性が強いので、任意の部位のみを除去することは困難であるが、その対策として、図9(f)のように、エキシマレーザーLB等による樹脂除去を行っていたが、エキシマレーザーLB等の影響が実装用電極62にも及んで、実装用電極62の密着性が低下するという問題があった。
However, when the
本発明は、前記問題を解決するために成されたもので、実装用電極がクラッド用樹脂で覆われるのを抑制できるようにした光電気変換装置およびその製造方法を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a photoelectric conversion apparatus and a method for manufacturing the photoelectric conversion apparatus that can prevent a mounting electrode from being covered with a cladding resin.
前記課題を解決するために、本発明の光電気変換装置は、光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置であって、前記基板の導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングしたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the photoelectric conversion device of the present invention is a photoelectric conversion device including a substrate on which a mounting electrode for component mounting is formed around a waveguide that propagates an optical signal. The substrate is coated with a resin material that repels the liquid clad resin before curing around the waveguide forming groove of the substrate.
請求項2のように、前記樹脂材は、光硬化性樹脂であることが好ましい。
As in
請求項3のように、前記樹脂材は、実装部を開口して実装用電極上にコーティングしている構成とすることができる。 According to a third aspect of the present invention, the resin material may have a configuration in which a mounting portion is opened and coated on a mounting electrode.
請求項4のように、前記樹脂材は、実装用電極の間の基板上にコーティングしている構成とすることができる。 According to a fourth aspect of the present invention, the resin material may be coated on the substrate between the mounting electrodes.
本発明の光電気変換装置の製造方法は、光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置の製造方法であって、基板に導波路形成用溝を形成する工程の後に、導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングし、次に導波路形成用溝に液状クラッド用樹脂を塗布した後にコア用溝のエンボス成型を行い、このコア用溝にコア用樹脂を充填して導波路を形成することを特徴とするものである。 A method for manufacturing a photoelectric conversion device according to the present invention is a method for manufacturing a photoelectric conversion device including a substrate on which a mounting electrode for component mounting is formed around a waveguide that propagates an optical signal. After the step of forming the waveguide forming groove, a resin material that repels the liquid clad resin before curing is coated around the waveguide forming groove, and then the liquid forming resin is applied to the waveguide forming groove. After coating, the core groove is embossed, and the core groove is filled with a core resin to form a waveguide.
請求項6のように、前記樹脂材を実装用電極上にコーティングした後に、実装用電極の実装パターン部を開口する工程を設けた構成とすることができる。 According to a sixth aspect of the present invention, a step of opening a mounting pattern portion of the mounting electrode after coating the resin material on the mounting electrode can be provided.
請求項7のように、前記導波路を形成した後に、所定位置の前記樹脂材を剥離する工程を設けた構成とすることができる。 According to a seventh aspect of the present invention, after the waveguide is formed, a step of peeling the resin material at a predetermined position can be provided.
本発明の光電気変換装置およびその製造方法によれば、導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングすることで、液状クラッド用樹脂の塗布時やコア用溝のエンボス成型時に、余剰となった液状クラッド用樹脂が導波路形成用溝より基板上に溢れ出そうとしても、コーティング樹脂材が液状クラッド用樹脂の流動を阻止するので、実装用電極がクラッド用樹脂で覆われるのを抑制できるようになる。 According to the photoelectric conversion device and the manufacturing method thereof of the present invention, a resin material that repels the liquid clad resin before curing is coated around the waveguide forming groove so that the liquid clad resin is applied or the core is coated. When embossing the groove, the surplus liquid clad resin overflows from the waveguide forming groove onto the substrate, and the coating resin material prevents the liquid clad resin from flowing. It becomes possible to prevent the clad resin from being covered.
請求項2によれば、光硬化性樹脂を用いることで、熱硬化性樹脂と比べて、簡単なプロセスでコーティング樹脂材をパターニングできるようになる。 According to the second aspect, by using the photocurable resin, the coating resin material can be patterned by a simple process as compared with the thermosetting resin.
請求項3および請求項6によれば、実装部に樹脂材がコーティングされていないので、部品実装に支障が無いとともに、後工程での部品実装のリフロー時に、コーティング樹脂材は、半田等が実装用電極上を流れることを抑制するソルダレジストの役割を果たすようになる。
According to
請求項4によれば、コーティング樹脂材のコーティング幅や厚みを変えることで、実装用電極の間の誘電率制御が行えるので、高周波デバイスにおける特性を向上させることができる。 According to the fourth aspect, since the dielectric constant between the mounting electrodes can be controlled by changing the coating width and thickness of the coating resin material, the characteristics of the high-frequency device can be improved.
請求項7によれば、実装用電極がクラッド用樹脂で覆われていない箇所は、必要に応じて、エキシマレーザー等で基板からコーティング樹脂材を剥離することができ、この場合には、実装用電極にエキシマレーザー等の影響が及ばない。 According to the seventh aspect, the portion where the mounting electrode is not covered with the cladding resin can be peeled off from the substrate with an excimer laser or the like, if necessary. The electrode is not affected by excimer laser or the like.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図7および図8は、光電気変換装置1の基本構造であり、この光電気変換装置1は、発光側光電気変換部1Aと、受光側光電気変換部1Bと、これらの変換部1A,1Bを光学的に連結する外部の導波路9とを備えている。なお、図7において、図7の上下方向を上下方向、紙面と直交する方向を左右方向というとともに、発光側光電気変換部1Aに対しては図7の右側を前方、左側を後方といい、受光側光電気変換部1Bに対しては図7の左側を前方、右側を後方という。
7 and 8 show the basic structure of the
発光側光電気変換部1Aは、配線基板2と、この配線基板2の上面に所定の間隔を隔てて実装されるマウント基板3とを備えている。また、マウント基板3の下面3aには、電気信号を光信号に変換する発光素子4Aと、この発光素子4Aに電気信号を送信するためのIC回路50Aが形成されたIC基板5Aとが実装されている。そして、マウント基板3には、発光素子4Aと光学的に結合する導波路31が形成されている。
The light emission side
発光素子4Aとしては、上面から上方に発光する平面視で300μm□の大きさのVCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)が採用されている。IC基板5Aは、VCSELを駆動させるドライバICであり、発光素子4Aの近傍に配置されている。そして、発光素子4AおよびIC基板5Aは、金バンプ11(図8参照)でマウント基板3の下面3aに形成された図略の配線パターン(発光素子4Aは、後述する実装用電極36)に接続されている。なお、発光素子4Aとしては、LED等も採用可能であるが、LED等は指向性がなく、導波路31に光結合する割合が小さいので、光の効率に余裕があることが条件となり、その場合には低価格という点で有利である。
As the
マウント基板3は、平面視で前後方向に延びる長方形状をなしており、半田バンプ10で配線基板2の上面に形成された図略の配線パターンに接続されている。このマウント基板3は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子から受光素子までの光伝送効率が必要になるので、光素子を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、マウント基板3としては、シリコン基板が採用されている。また、マウント基板3は、発光素子4Aと線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、シリコン以外には、VCSEL材料と同系統のGaAs等の化合物半導体で構成されていてもよい。
The
また、マウント基板3には、発光素子4Aの真上となる位置に、光路を90°屈曲させるための45°ミラー33が形成されている。
The
導波路31は、45°ミラー33から前方に延在していて、マウント基板3の前端面と略面一となる端面を有している。この導波路31は、図8に示すように、断面略正方形状のコア31aと、コア31aを周囲から覆うクラッド31bとからなっており、マウント基板3に形成された導波路形成用溝32内に配設されている。
The
コア31aおよびクラッド31bのサイズは、発光素子4Aから導波路31までの距離、発光素子4Aの発散角度および後述する受光素子4Bのサイズから光効率を優先して決定される。
The sizes of the
例えば、5〜10Gbps以上の高速伝送に使用される一般的なVCSELや受光素子4BであるPD(フォトダイオード)では、VCSELの発光径が5〜10μm、発散角度が20°程度であり、PDの受光径が60μm程度であるので、コア31aのサイズを40μm□、クラッド31bの厚みを2〜10μmとする。
For example, in a general VCSEL used for high-speed transmission of 5 to 10 Gbps or more and a PD (photodiode) which is a
マウント基板3の前端部には、下面3aに導波路31を挟んで離間する左右一対の樹脂構造部6が設けられているとともに、アダプタ7Aが取り付けられている。そして、アダプタ7Aに、外部の導波路9の端部に設けられた光コネクタ8Aが着脱可能に装着されることによって、外部の導波路9がマウント基板3の導波路31に光学的に結合されるようになっている。
At the front end of the
外部の導波路9は、所定幅を有したフレキシブルなフィルム状のものであり、具体的に図示しないが、下クラッドの上にコアが載置され、このコアが上クラッドで覆われた構成となっている。 The external waveguide 9 is a flexible film having a predetermined width, and although not specifically illustrated, the core is placed on the lower cladding, and the core is covered with the upper cladding. It has become.
そして、光コネクタ8Aがアダプタ7Aに装着されると、マウント基板3の導波路31のコア31aの位置と外部導波路9のコアの位置とが合致するようになる。
When the
受光側光電気変換部1Bの基本的な構成は、発光側光電気変換部1Aと同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、発光側光電気変換部1Aと異なる点としては、マウント基板3の下面3aに、光信号を電気信号に変換する受光素子4Bと、この受光素子4Bから電気信号を受信するためのIC回路50Bが形成されたIC基板5Bとが実装されている点である。受光素子4Bとしては、PDが採用されており、IC基板5Bは、電流・電圧の変換を行うTIA(Trans−impedance Amplifier)素子である。また、マウント基板3には、アンプ素子が実装されることもある。
Since the basic configuration of the light-receiving side
次に、本発明の光電気変換装置1の製造方法を図5に基づいて説明する。なお、光電気変換装置1は、発光側光電気変換部1Aと受光側光電気変換部1Bとを別々に製造することが可能であり、それらの製造方法は同じであるため、代表して発光側光電気変換部1Aの製造方法を説明する。なお、図5では、作図の都合により、マウント基板3の下面3aを上向きに表示している。
Next, the manufacturing method of the
初めに、図1を参照しながら、マウント基板3に導波路31と45°ミラー(45°の傾斜面)33とを形成する方法を簡単に説明する。なお、通常は、シリコンウエハ(シリコン基板)を用いて、複数個のマウント基板3を同時に形成し、最終的にシリコンウエハを切断してマウント基板3を個片化するものであるが、以下では、マウント基板3として説明する。
First, a method of forming the
先ず、図5(a)の工程のように、マウント基板3に、導波路形成用溝32および45°ミラー33を形成する。これらは、シリコン結晶のエッチング速度の違いを利用した異方性エッチングにより形成する。
First, as shown in FIG. 5A, the
次に、マウント基板3上に発光素子4Aを実装するための実装用電極36を形成する。
この電極36は、マウント基板3上に金を蒸着することによりパターンニングを行う。このとき、45°ミラー33にも金(反射率が高い)を同時に蒸着する。なお、使用する波長にもよるが、45°ミラー33に金を蒸着しないことも可能である。
Next, a mounting
The
そして、図5(b)の工程のように、導波路形成用溝32の周辺のマウント基板3上に、図1の第1実施形態では、導波路形成用溝32の上辺に沿って、実装用電極36を覆わないように、硬化前の液状クラッド用樹脂31b´を弾く樹脂材(以下、コーティング樹脂材と称することがある。)35をコーティングして(いわゆる撥水コート)、熱硬化または光硬化で硬化させる。その後、導波路形成用溝32に液状クラッド用樹脂(エポキシ…下クラッド樹脂)31b´を塗布する。
Then, as in the step of FIG. 5B, mounting is performed on the
次いで、図5(c)(d)の工程のように、金型39でコア用溝37のエンボス成型を行い(例えば120℃、30分)、図5(e)のように離型して、その後は、具体的に図示しないが、コア用溝37にコア用樹脂を充填してコア31aを形成し、最後にコア31aの上に上クラッド樹脂を塗布して、クラッド31bを形成することで、導波路31が形成されるようになる。
Next, as shown in FIGS. 5C and 5D, the
なお、図5(e)の離型工程の後、つまり、導波路31を形成した後に、実装用電極36がクラッド用樹脂31b´で覆われていない箇所では、必要に応じて、エキシマレーザー等でマウント基板3からコーティング樹脂材35を剥離することができ、この場合には、実装用電極36にエキシマレーザー等の影響が及ばない。
In addition, after the mold release step shown in FIG. 5E, that is, after the
マウント基板3に発光素子4Aを実装する時は、発光素子4Aに、スタッドバンプボンディングにより金バンプ11を形成し、マウント基板3と発光素子4Aを200℃に加熱して、発光素子4Aをマウント基板3の実装用電極36に超音波接合等で実装する。なお、IC基板5Aは、発光素子4Aと同時にマウント基板3に実装される。
When the
図1の第1実施形態は、前述したように、マウント基板3の導波路形成用溝32の上辺に沿って、実装用電極36を覆わないように、硬化前の液状クラッド用樹脂31b´を弾く樹脂材35をコーティングしたものである。
In the first embodiment of FIG. 1, as described above, the liquid clad
第1実施形態によれば、導波路形成用溝32の上辺に沿って、硬化前の液状クラッド用樹脂31b´を弾く樹脂材35をコーティングすることで、液状クラッド用樹脂31b´の塗布時やコア用溝37のエンボス成型時に、余剰となった液状クラッド用樹脂31b´が導波路形成用溝32よりマウント基板3上に溢れ出そうとしても、コーティング材である樹脂材35が液状クラッド用樹脂31b´の流動を阻止するので、実装用電極36が液状から硬化した後のクラッド用樹脂31b´で覆われるのを抑制できるようになる。
According to the first embodiment, by coating the
したがって、実装用電極36がクラッド用樹脂31b´で覆われないから、発光素子4A(部品)の実装時に接合不良が発生しなくなる。
Therefore, since the mounting
図2は、第2実施形態であり、第1実施形態と相違するのは、マウント基板3の導波路形成用溝32の周辺に位置する実装用電極36のみを覆うように、硬化前の液状クラッド用樹脂31b´を弾く樹脂材35をコーティングしたものである。
FIG. 2 shows the second embodiment, which is different from the first embodiment in a liquid before curing so as to cover only the mounting
この場合、コーティング樹脂材35は、図2(b)のように、実装用電極36の実装部35aを開口して実装用電極36上にコーティングする。具体的には、図5(b)の工程において、実装用電極36の上に樹脂材35をコーティングした後に、実装用電極36の実装部35aを開口する(つまり、コーティング樹脂材35を除去する)工程を追加する。
In this case, the
第2実施形態によれば、コーティング樹脂材35は、実装部35aを開口して実装用電極36上にコーティングしているから、液状クラッド用樹脂31b´の塗布時やコア用溝のエンボス成型時に、余剰となった液状クラッド用樹脂31b´が導波路形成用溝32よりマウント基板3上に溢れ出しても〔図2(a)の二点鎖線a参照〕、コーティング材である樹脂材35が液状クラッド用樹脂31b´の流動を阻止するので、実装用電極36が液状から硬化した後のクラッド用樹脂31b´で覆われるのを抑制できるようになる。
According to the second embodiment, since the
また、実装部35aに樹脂材35がコーティングされていないので、発光素子4Aの実装に支障が無いとともに、後工程での発光素子4Aの実装のリフロー時に、コーティング樹脂材35は、半田等が実装用電極36上を流れることを抑制するソルダレジストの役割を果たすようになる。
In addition, since the mounting
図3は、第2実施形態の変形例であり、第2実施形態のように、実装用電極36のみを覆うように樹脂材35をコーティングするのでは無く、導波路形成用溝32の上辺、実装用電極36、およびその周辺のマウント基板3を覆うように、略四角形状で樹脂材35をコーティングしたものである。この場合も、実装用電極36の実装部35aを開口する。
FIG. 3 shows a modification of the second embodiment. Instead of coating the
図4は、第3実施形態であり、第1実施形態と相違するのは、硬化前の液状クラッド用樹脂31b´を弾く樹脂材35を実装用電極36の間のマウント基板3上にコーティングしたものである。
FIG. 4 shows the third embodiment, which is different from the first embodiment in that a
第3実施形態によれば、コーティング樹脂材35のコーティング幅Wや厚みを変えることで、実装用電極36の間の誘電率制御が行えるので、高周波デバイスにおける特性を向上させることができる。
According to the third embodiment, since the dielectric constant between the mounting
前述した液状クラッド用樹脂31b´を弾く樹脂材35、つまりコーティング樹脂材35は、熱硬化性樹脂としては、アモルファス(3M社製 商品名 テフロン(登録商標)AF)、フッ素系コート材(旭ガラス社製 商品名 サイトップ)、シリコン系コート材(松下電工製 商品名 フレッセラDA100)等がある。
As the thermosetting resin, the
また、光硬化性樹脂としては、フッ素系コート材等がある。 Examples of the photocurable resin include a fluorine-based coating material.
熱硬化性樹脂は、リフトオフ法による製造方法に用いられ、図6(a)のように、マウント基板3に実装用電極36を形成した後、図6(b)のように、レジスト45を塗布し、図6(c)のように、レジストパターニング(露光・現像)によって実装用電極36の部分のレジストを除去し、図6(d)のように、実装用電極36の部分にコーティング樹脂材35をコーティングし、図6(e)のように、コーティングした実装用電極36の部分のコーティング樹脂材35を残して、その周辺のレジストを剥離することで、実装用電極36を覆うように樹脂材35をコーティングすることができる。
The thermosetting resin is used in a manufacturing method by a lift-off method, and after forming a mounting
また、光硬化性樹脂は、UVパターニング法による製造方法に用いられ、図6(f)のように、マウント基板3に実装用電極36を形成した後、図6(g)のように、コーティング樹脂材35をコーティングし、図6(h)のように、パターニング(露光・現像)によってコーティング樹脂材35を除去することで、実装用電極36を覆うように樹脂材35をコーティングすることができる。
The photo-curable resin is used in a manufacturing method by UV patterning, and after forming the mounting
したがって、コーティング樹脂材35として、光硬化性樹脂を用いることで、熱硬化性樹脂と比べて、簡単なプロセスでコーティング樹脂材35をパターニングできるようになる。
Therefore, by using a photo-curing resin as the
1 光電気変換装置
3 マウント基板(基板)
31 導波路
31a コア
31b クラッド
31b´ 硬化前の液状クラッド用樹脂
32 導波路形成用溝
33 45°ミラー
35 液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材(コーティング樹脂材)
35a 実装部
36 実装用電極
37 コア用溝
39 金型
4A 発光素子(光素子)
1
31
Claims (7)
前記基板の導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングしたことを特徴とする光電気変換装置。 A photoelectric conversion device comprising a substrate on which a mounting electrode for component mounting is formed around a waveguide that propagates an optical signal,
A photoelectric conversion device, wherein a resin material that repels a liquid clad resin before curing is coated around a waveguide forming groove of the substrate.
基板に導波路形成用溝を形成する工程の後に、導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングし、次に導波路形成用溝に液状クラッド用樹脂を塗布した後にコア用溝のエンボス成型を行い、このコア用溝にコア用樹脂を充填して導波路を形成することを特徴とする光電気変換装置の製造方法。 A method of manufacturing a photoelectric conversion device comprising a substrate on which a mounting electrode for component mounting is formed around a waveguide that propagates an optical signal,
After the step of forming the waveguide forming groove on the substrate, the periphery of the waveguide forming groove is coated with a resin material that repels the liquid clad resin before curing, and then the waveguide forming groove is liquid clad resin. A method for manufacturing an optoelectric conversion device, comprising: embossing a core groove after coating and filling a core resin into the core groove to form a waveguide.
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