JP2009212338A - Photoelectric conversion module and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光部又は受光部を具備する電子部品と、この電子部品が実装された光透過板とを有する光電変換モジュール、及び光電変換モジュールを製造する光電変換モジュール製造方法に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion module including an electronic component including a light emitting unit or a light receiving unit, and a light transmission plate on which the electronic component is mounted, and a photoelectric conversion module manufacturing method for manufacturing the photoelectric conversion module.
従来、この種の光電変換モジュール製造方法として、特許文献1に記載のVCSELモジュール製造方法が知られている。このVCSELモジュール製造方法においては、電子部品としての垂直共振器型面発光レーザー(以下「VCSEL」という)ベアチップを、透明基板に実装して、光電変換モジュールたるVCSELモジュールを得る。透明基板の一方の面には、配線パターンを形成している。更に、この配線パターンの電極パッドの表面上には、金錫合金からなる接合層を形成している。このような透明基板の接合層の上に、VCSELベアチップを載置して、接合層とVCSELベアチップの電極とを接触させる。この後、接合層を溶融させるためのレーザー光を、透明基板の配線パターン形成面とは反対側の面に向けて出射する。そして、出射したレーザー光に配線基板の透明基板を透過させ、透過後のレーザー光を配線パターンの電極パッドの裏面に当てることで、電極パッドの表面上の接合層を溶融させる。この溶融によって電極パッドとVCSELベアチップの電極とを接合することで、透明基板上にVCSELベアチップを実装する。このようなVCSELモジュール製造方法においては、VCSELベアチップを炉内で加熱することなく、接合層だけをレーザー光の照射によって加熱して溶融させることが可能である。VCSELベアチップに加えて、別の電子部品を具備するVCSELモジュールであっても、次のようにすることで、VCSELベアチップを加熱することなく透明基板上に実装することが可能である。即ち、まず、別の電子部品を載置した透明基板を炉内で加熱してはんだ溶融による電子部品と透明基板との接合を行う。次いで、VCSELベアチップを透明基板上に載置した後、前述のようなレーザー光の照射によって接合層だけを加熱するのである。このように、VCSELベアチップを透明基板に実装することで、炉内での加熱によるVCSELベアチップの劣化を回避することができる。 Conventionally, a VCSEL module manufacturing method described in Patent Document 1 is known as this type of photoelectric conversion module manufacturing method. In this VCSEL module manufacturing method, a vertical cavity surface emitting laser (hereinafter referred to as “VCSEL”) bare chip as an electronic component is mounted on a transparent substrate to obtain a VCSEL module as a photoelectric conversion module. A wiring pattern is formed on one surface of the transparent substrate. Further, a bonding layer made of a gold-tin alloy is formed on the surface of the electrode pad of this wiring pattern. A VCSEL bare chip is placed on the bonding layer of such a transparent substrate, and the bonding layer and the electrode of the VCSEL bare chip are brought into contact with each other. Thereafter, a laser beam for melting the bonding layer is emitted toward the surface of the transparent substrate opposite to the wiring pattern forming surface. Then, the emitted laser light is transmitted through the transparent substrate of the wiring board, and the laser beam after transmission is applied to the back surface of the electrode pad of the wiring pattern, thereby melting the bonding layer on the surface of the electrode pad. The VCSEL bare chip is mounted on the transparent substrate by bonding the electrode pad and the VCSEL bare chip electrode by this melting. In such a VCSEL module manufacturing method, it is possible to heat and melt only the bonding layer by laser light irradiation without heating the VCSEL bare chip in a furnace. Even in a VCSEL module including another electronic component in addition to the VCSEL bare chip, the VCSEL bare chip can be mounted on the transparent substrate without heating as follows. That is, first, a transparent substrate on which another electronic component is placed is heated in a furnace to join the electronic component and the transparent substrate by melting the solder. Next, after placing the VCSEL bare chip on the transparent substrate, only the bonding layer is heated by the laser light irradiation as described above. As described above, by mounting the VCSEL bare chip on the transparent substrate, it is possible to avoid the deterioration of the VCSEL bare chip due to heating in the furnace.
なお、光電変換モジュールとしては、発光部を具備するVCSELベアチップを搭載したものの他、受光部を具備するCCD(Charge Coupled Device)ベアチップやCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)ベアチップなどを搭載したものもある。これらの光電変換モジュールでは、CCDベアチップやCMOSベアチップの受光部に入射する前の光を自らに透過させるように、透明基板がCCDベアチップやCMOSベアチップの受光部に対向配設される。 In addition, as a photoelectric conversion module, there is a module equipped with a CCD (Charge Coupled Device) bare chip or a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) bare chip equipped with a light receiving unit, in addition to a module equipped with a VCSEL bare chip having a light emitting unit. In these photoelectric conversion modules, a transparent substrate is disposed to face the light receiving portion of the CCD bare chip or the CMOS bare chip so as to transmit the light before entering the light receiving portion of the CCD bare chip or the CMOS bare chip.
また、VCSELモジュール等の光電変換モジュールにおいては、上述の透明基板の表面上での光反射を抑えるために、透明基板の表面にSiO2膜やSiO膜などからなる多層構造の反射防止膜を形成するのが一般的である。 In addition, in a photoelectric conversion module such as a VCSEL module, in order to suppress light reflection on the surface of the transparent substrate, an antireflection film having a multilayer structure made of a SiO 2 film or a SiO film is formed on the surface of the transparent substrate. It is common to do.
また、近年の光電変換モジュールにおいては、複数の発光部から同時に光を発射するものや、複数の受光部で光を同時に受光するものが市場に出回るようになってきている。このような光電変換モジュールにおいては、モジュール小型化のために、透明基板上の配線パターンを微細ピッチで形成することが求められる。 In recent photoelectric conversion modules, modules that emit light simultaneously from a plurality of light emitting units and modules that simultaneously receive light from a plurality of light receiving units are on the market. In such a photoelectric conversion module, it is required to form wiring patterns on a transparent substrate at a fine pitch in order to reduce the size of the module.
本発明者らは、VCSELモジュール用の配線基板を次のようにして製造する実験を行ってみた。即ち、バリウム硼珪酸ガラスからなるガラス基板の両面にそれぞれ、約100[nm]のSiO膜と、約100[nm]のSiO2膜との積層構造からなる反射防止膜を形成して、ガラス基板と反射防止膜とを有する透明基板を作成した。ガラス基板の両面に反射防止膜を形成することで、ガラス基板の光入射側の面、光出射側の面におけるレーザー光の反射をそれぞれ抑えることができる。この透明基板の一方の面に配線パターン用のアルミ合金からなるアルミ層を形成した後、そのアルミ層をフォトリソグラフィー法などによって約30〜50[μm]という微細ピッチでパターン加工した。そして、パターン化されたアルミ層の表面上に、ニッケルメッキ層、金メッキ層を順次積層して3層構造の配線パターンを得た。すると、微細ピッチでパターン化されたアルミ層の一部が、ニッケルメッキ処理や金メッキ処理の際に、透明基板の表面上から剥がれ落ちてしまった。また、メッキ処理の際に剥がれ落ちなかった箇所においても、その後の工程で衝撃や圧力が加わることで、剥がれ落ちることがあった。 The inventors of the present invention performed an experiment for manufacturing a wiring board for a VCSEL module as follows. That is, on both sides of a glass substrate made of barium borosilicate glass, to form a SiO film of about 100 [nm], the anti-reflection film having a layered structure of the SiO 2 film of about 100 [nm], a glass substrate And a transparent substrate having an antireflection film was prepared. By forming antireflection films on both surfaces of the glass substrate, it is possible to suppress reflection of laser light on the light incident side surface and the light emission side surface of the glass substrate. After forming an aluminum layer made of an aluminum alloy for a wiring pattern on one surface of the transparent substrate, the aluminum layer was patterned at a fine pitch of about 30 to 50 [μm] by a photolithography method or the like. Then, a nickel plating layer and a gold plating layer were sequentially laminated on the surface of the patterned aluminum layer to obtain a three-layer wiring pattern. Then, a part of the aluminum layer patterned with a fine pitch peeled off from the surface of the transparent substrate during the nickel plating process or the gold plating process. In addition, even in a place where peeling did not occur during the plating process, there was a case where peeling occurred due to an impact or pressure applied in a subsequent process.
なお、反射防止膜が約200[nm]という超薄厚なものであったため、微細ピッチのアルミ層が反射防止膜から剥がれ落ちたのか、反射防止膜におけるアルミ層形成箇所が微細ピッチのアルミ層とともに剥がれ落ちたのか、の何れに該当するのかを特定することはできなかった。 In addition, since the antireflection film was an extremely thin film of about 200 [nm], the fine pitch aluminum layer was peeled off from the antireflection film, or the aluminum layer forming portion in the antireflection film was an aluminum layer with a fine pitch. It was not possible to specify which of the two cases fell off.
本発明者らは、次に、VCSELモジュール用の配線基板を次のようにして製造してみた。即ち、ガラス基板の両面にそれぞれ反射防止膜を形成するのであるが、まずは、一方の面だけに反射防止膜を形成した。そして、もう一方の面においては、ガラス基板の無垢の表面に対して、先の実験と同様にして微細ピッチにパターン化したアルミ層を形成した後、そのアルミ層の上にニッケルメッキ層と金メッキ層とを積層して3層構造の配線パターンを得た。次いで、そのもう一方の面の全面に対して、配線パターンの上側から反射防止膜を形成した。配線パターンが存在せずに基板の無垢の表面が露出している領域だけに反射防止膜を形成してもよいが、操作を簡略化するために配線パターンの上にも反射防止膜を形成した。すると、配線パターン形成時のメッキ処理工程や、その後の工程において、アルミ層がガラス基板の無垢の表面上から剥がれ落ちることはなかった。また、アルミ層として、アルミ合金の代わりに、純粋なアルミニウムだけからなるものを同様に形成してみたが、この場合にもアルミ層がガラス基板の無垢の表面から剥がれ落ちることはなかった。 Next, the inventors tried to manufacture a wiring board for a VCSEL module as follows. That is, the antireflection film is formed on both surfaces of the glass substrate. First, the antireflection film is formed only on one surface. On the other side, an aluminum layer patterned to a fine pitch is formed on the solid surface of the glass substrate in the same manner as in the previous experiment, and then a nickel plating layer and a gold plating are formed on the aluminum layer. A wiring pattern having a three-layer structure was obtained by laminating the layers. Next, an antireflection film was formed on the entire other surface from the upper side of the wiring pattern. An antireflection film may be formed only in the area where the solid surface of the substrate is exposed without the wiring pattern, but an antireflection film is also formed on the wiring pattern to simplify the operation. . Then, the aluminum layer was not peeled off from the solid surface of the glass substrate in the plating process at the time of forming the wiring pattern and the subsequent processes. Moreover, as an aluminum layer, instead of an aluminum alloy, an aluminum layer made of pure aluminum was formed in the same manner. In this case, however, the aluminum layer was not peeled off from the solid surface of the glass substrate.
以上の実験から、ガラス基板と、微細ピッチにパターン化されたアルミ層との間に介在している反射防止膜が、アルミ層を剥がれ易くしていることが明らかとなった。 From the above experiment, it was revealed that the antireflection film interposed between the glass substrate and the aluminum layer patterned in a fine pitch makes it easy to peel off the aluminum layer.
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、次のような配線基板を提供することである。即ち、ガラス基板等の光透過性を有する基板と配線パターンとの間に反射防止膜を介在させることによる配線パターンの剥がれ落ちを回避しつつ、反射防止膜によって光透過板表面上での光反射を抑えることができる光電変換モジュールである。また、かかる光電変換モジュールを製造する光電変換モジュール製造方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above background, and an object thereof is to provide the following wiring board. That is, light reflection on the surface of the light transmission plate is prevented by the antireflection film while preventing the wiring pattern from peeling off by interposing the antireflection film between the substrate having light transmittance such as a glass substrate and the wiring pattern. It is a photoelectric conversion module which can suppress. Moreover, it is providing the photoelectric conversion module manufacturing method which manufactures this photoelectric conversion module.
上記目的を達成するために、請求項1の発明は、電気信号を光に変換して発光する発光部、又は受光した光を電気信号に変換する受光部を有する電子部品と、光透過性を有する材料からなる基板、及び該基板の両面にそれぞれ形成された光透過性の材料からなる反射防止膜を具備し、且つ該発光部から出射された光を自らに透過させるか、あるいは該受光部に入射する前の光を自らに透過させるかするように、該電子部品に対向配設された光透過板と、該光透過板の一方の面における全領域のうち、該発光部又は受光部との非対向領域に形成された配線パターンとを備え、該電子部品が該発光部又は受光部に駆動電圧を供給するための駆動電極を該配線パターンとの対向位置に有するものであり、互いに対向している該配線パターンと該駆動電極とを導電性の接合材で接合した光電変換モジュールにおいて、上記光透過板の上記一方の面側にて、上記配線パターンを上記基板の無垢の表面に直接固着させて形成し、且つ、該一方の面側にて、該基板の配線パターン非形成領域のうち、少なくとも上記発光部又は受光部に対向する領域に上記反射防止膜を形成したことを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、請求項1の光電変換モジュールにおいて、上記基板として、バリウム硼珪酸ガラスからなるガラス基板を用い、且つ、上記配線パターンとして、上記基板の無垢の表面に直接固着せしめられる箇所がアルミニウム、又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなるものを形成したことを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項2の光電変換モジュールにおいて、上記配線パターンとして、上記基板の無垢の表面に直接固着せしめられるアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ層と、該アルミ層の表面に積層されたニッケルからなるニッケル層と、該ニッケル層の表面上に積層された金からなる金層とを具備する多層構造のものを形成したことを特徴とするものである。
また、請求項4の発明は、請求項3の光電変換モジュールにおいて、上記反射防止膜として、SiOからなるSiO膜と、これの表面に形成されたSiO2からなるSiO2膜とを有する2層構造のものを形成したことを特徴とするものである。
また、請求項5の発明は、電気信号を光に変換して発光する発光部、又は受光した光を電気信号に変換する受光部を有する電子部品と、光透過性を有する材料からなる基板、及び該基板の両面にそれぞれ形成された光透過性の材料からなる反射防止膜を具備し、且つ該発光部から出射された光を自らに透過させるか、あるいは該受光部に入射する前の光を自らに透過させるかするように、該電子部品に対向配設された光透過板と、該光透過板の一方の面における全領域のうち、該発光部又は受光部との非対向領域に形成された配線パターンとを備え、該電子部品が該発光部又は受光部に駆動電圧を供給するための駆動電極を該配線パターンとの対向位置に有するものであり、互いに対向している該配線パターンと該駆動電極とを導電性の接合材で接合した光電変換モジュールを製造する光電変換モジュール製造方法において、上記基板の両面のうち、配線パターンを形成しない側の面における無垢の基板表面に上記反射防止膜を形成する工程と、該基板の配線パターンを形成する側の面における無垢の基板表面に上記配線パターンを直接固着させて形成するパターン形成工程と、該基板における該配線パターンが形成された側の面にて、配線パターン非形成領域に存在する無垢の基板表面のうち、少なくとも、上記発光部又は受光部に対向する領域に上記反射防止膜を形成する工程とを実施して、上記光電変換モジュールとして、請求項1乃至4の何れかの光電変換モジュールを得ることを特徴とするものである。
また、請求項6の発明は、請求項5の光電変換モジュール製造方法において、上記基板として、バリウム硼珪酸ガラスからなるガラス基板を用い、上記パターン形成工程にて、該ガラス基板の無垢の表面上にスパッタ法によって形成したアルミニウム、又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなるアルミ層をパターン加工した後、パターン化された該アルミ層の表面上にニッケルメッキ処理によるニッケルメッキ層と金メッキ処理による金メッキ層とを順次積層して、多層構造の上記配線パターンを形成することで、請求項3の光電変換モジュールを製造することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is a light-emitting unit that emits light by converting an electrical signal into light, or an electronic component that has a light-receiving unit that converts received light into an electrical signal; A substrate made of a material having an antireflection film made of a light-transmitting material formed on both sides of the substrate and transmitting the light emitted from the light emitting part to itself, or the light receiving part A light transmitting plate disposed opposite to the electronic component so as to transmit light before entering the light, and a light emitting portion or a light receiving portion of the entire region on one surface of the light transmitting plate And a wiring pattern formed in a non-opposing region, and the electronic component has a driving electrode for supplying a driving voltage to the light emitting part or the light receiving part at a position facing the wiring pattern. Opposing wiring pattern and driving In the photoelectric conversion module in which the electrode is bonded with a conductive bonding material, the wiring pattern is directly fixed to the solid surface of the substrate on the one surface side of the light transmission plate, and the On one surface side, the antireflection film is formed in at least a region facing the light emitting portion or the light receiving portion in the wiring pattern non-forming region of the substrate.
According to a second aspect of the present invention, in the photoelectric conversion module of the first aspect, a glass substrate made of barium borosilicate glass is used as the substrate, and the wiring pattern is directly fixed to a solid surface of the substrate. The portion to be formed is made of aluminum or an aluminum alloy mainly composed of aluminum.
According to a third aspect of the present invention, in the photoelectric conversion module according to the second aspect, the wiring pattern includes an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy that is directly fixed to a solid surface of the substrate, and a surface of the aluminum layer. A multilayer structure having a nickel layer made of nickel and a gold layer made of gold laminated on the surface of the nickel layer is formed.
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the photoelectric conversion module according to the third aspect, wherein the antireflection film includes a SiO film made of SiO and a SiO 2 film made of SiO 2 formed on the surface thereof. A structure is formed.
Further, the invention of claim 5 is a light emitting portion that emits light by converting an electric signal into light, or an electronic component that has a light receiving portion that converts received light into an electric signal, and a substrate made of a material having optical transparency, And an anti-reflection film made of a light-transmitting material formed on both surfaces of the substrate, respectively, and allows light emitted from the light emitting part to pass through itself or light before entering the light receiving part Of the light transmitting plate disposed opposite to the electronic component and the entire region on one surface of the light transmitting plate in a region not facing the light emitting portion or the light receiving portion. Wirings formed in such a manner that the electronic component has a driving electrode for supplying a driving voltage to the light emitting part or the light receiving part at a position facing the wiring pattern, and is opposed to each other. Conductive bonding of pattern and drive electrode In the photoelectric conversion module manufacturing method for manufacturing the photoelectric conversion module bonded in the step, the step of forming the antireflection film on the solid substrate surface on the surface on which the wiring pattern is not formed among the both surfaces of the substrate; A pattern forming step of directly bonding the wiring pattern to a solid substrate surface on the surface on which the wiring pattern is formed, and a wiring pattern non-forming region on the surface of the substrate on which the wiring pattern is formed 5. The photoelectric conversion module according to claim 1, wherein at least a step of forming the antireflection film in a region facing the light emitting portion or the light receiving portion of the solid substrate surface existing in The photoelectric conversion module is obtained.
The invention according to claim 6 is the method for manufacturing a photoelectric conversion module according to claim 5, wherein a glass substrate made of barium borosilicate glass is used as the substrate, and in the pattern forming step, the surface of the glass substrate is a solid surface. After patterning an aluminum layer formed of aluminum by sputtering or an aluminum alloy containing aluminum as a main component, a nickel plating layer by nickel plating and a gold plating by gold plating on the surface of the patterned aluminum layer The photoelectric conversion module according to claim 3 is manufactured by sequentially laminating layers and forming the wiring pattern having a multilayer structure.
これらの発明においては、光透過板の基板における無垢の表面に配線パターンを直線固着させているので、基板と配線パターンとの間に反射防止膜を介在させることによる配線パターンの剥がれ落ちを回避することができる。また、基板の配線パターン非形成領域のうち、電子部品の発光部又は受光部に対向する領域に形成した反射防止膜により、発光部から出射された光、あるいは受光部に入射する前の光、の光透過板表面上での反射を抑えることもできる。 In these inventions, since the wiring pattern is linearly fixed to the solid surface of the substrate of the light transmission plate, the peeling off of the wiring pattern due to the interposition of the antireflection film between the substrate and the wiring pattern is avoided. be able to. In addition, the light emitted from the light emitting part or the light before entering the light receiving part by the antireflection film formed in the region facing the light emitting part or the light receiving part of the electronic component in the wiring pattern non-forming area of the substrate, The reflection on the surface of the light transmission plate can also be suppressed.
特に、請求項2の発明においては、本発明者らが上述した実験で明らかにしたように、バリウム硼珪酸ガラスからなるガラス基板の無垢の表面に対して、その表面との固着箇所がアルミニウム又はアルミニウム合金からなる微細ピッチの配線パターンを良好に固着させることができる。 In particular, in the invention of claim 2, as clarified in the experiment described above by the present inventors, the fixing portion with the surface of the glass substrate made of barium borosilicate glass is aluminum or A fine pitch wiring pattern made of an aluminum alloy can be satisfactorily fixed.
また特に、請求項3の発明においては、アルミ層に対して良好な固着力を発揮することが困難な金層と、アルミ層との両方に対して良好な固着力を発揮することが可能なニッケル層をアルミ層と金層との間に介在させることで、アルミ層の上に金層を定着させることができる。更には、酸化し易いアルミ層及びニッケル層の上に酸化し難い金層を形成したことで、アルミ層及びニッケル層の酸化を抑えることもできる。 In particular, in the invention of claim 3, it is possible to exhibit a good adhesion force to both the gold layer and the aluminum layer which are difficult to exert a good adhesion force to the aluminum layer. By interposing the nickel layer between the aluminum layer and the gold layer, the gold layer can be fixed on the aluminum layer. Furthermore, the oxidation of the aluminum layer and the nickel layer can be suppressed by forming the gold layer that is difficult to oxidize on the aluminum layer and the nickel layer that are easily oxidized.
また特に、請求項4の発明においては、SiO膜とSiO2膜との2層構造からなる反射防止膜により、基板表面上での光反射を抑えることができる。 In particular, in the invention of claim 4, light reflection on the substrate surface can be suppressed by the antireflection film having a two-layer structure of the SiO film and the SiO 2 film.
また特に、請求項5の発明においては、配線基板における配線パターンの基板表面上からの部分的な剥離に起因する配線パターンの破損による発光素子と電源回路との導通不良の発生を抑えることができる。 In particular, in the invention of claim 5, it is possible to suppress the occurrence of poor conduction between the light emitting element and the power supply circuit due to damage to the wiring pattern caused by partial peeling of the wiring pattern from the substrate surface on the wiring board. .
また特に、請求項6の発明においては、ガラス基板の無垢の表面に対してスパッタ法によってアルミ層を形成することで、蒸着法によってアルミ層を形成する場合に比べて、ガラス基板に対するアルミ層の固着力を高めることができる。また、アルミ層に対して良好な固着力を発揮することが困難な金メッキ層と、アルミ層との両方に対して良好な固着力を発揮することが可能なニッケルメッキ層をアルミ層と金メッキ層との間に介在させることで、アルミ層の上に金メッキ層を定着させることができる。更には、酸化し易いアルミ層及びニッケルメッキ層の上に酸化し難い金メッキ層を形成したことで、アルミ層及びニッケルメッキ層の酸化を抑えることもできる。 In particular, in the invention of claim 6, the aluminum layer is formed on the solid surface of the glass substrate by a sputtering method, so that the aluminum layer on the glass substrate is formed as compared with the case of forming the aluminum layer by a vapor deposition method. The fixing force can be increased. In addition, a gold plating layer that is difficult to exhibit good adhesion to the aluminum layer and a nickel plating layer that can exhibit good adhesion to both the aluminum layer and the aluminum plating layer The gold plating layer can be fixed on the aluminum layer. Furthermore, the oxidation of the aluminum layer and the nickel plating layer can be suppressed by forming the gold plating layer that is difficult to oxidize on the aluminum layer and the nickel plating layer that are easily oxidized.
以下、本発明を適用した光電変換モジュールとしてのVCSELモジュールや、VCSELモジュール製造方法の一実施形態について説明する。
図1は実施形態に係るVCSELモジュールの一例を示す断面図である。このVCSELモジュール1は、電気信号に基づいて光を発する発光部有する電子部品としてのVCSELベアチップ10と、VCSELベアチップ10の光出射部側に接合された配線基板とを備えている。
Hereinafter, an embodiment of a VCSEL module as a photoelectric conversion module to which the present invention is applied and a VCSEL module manufacturing method will be described.
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a VCSEL module according to the embodiment. The VCSEL module 1 includes a VCSEL
上記VCSELベアチップ10は、図示しない40個の発光部からそれぞれ所定の波長のレーザー光を出射するものである。なお、本実施形態では、発光素子として、化合物半導体が積層された構造で波長780nmのレーザー光を出力するVCSELベアチップ10を有するVCSELモジュール1について説明するが、発光素子はVCSELベアチップ10に限定されることなく、他の発光素子を有する光電変換モジュールにも本発明の適用が可能である。
The VCSEL
上記配線基板は、VCSELベアチップ10から出射されるレーザー光を透過させることが可能なガラス基板20と、これの両面にそれぞれ形成されたレーザー光を透過させることが可能な反射防止膜21とを具備する光透過板を具備している。また、ガラス基板20の一方の面上に形成された配線パターン30も有している。なお、配線パターン30は、ガラス基板20の表面方向に延在する配線部と、この配線部の長手方向端部や途中に設けられた電極パッドとを有しているが、同図においては、配線部や電極パッドの区別なく、配線パターン30を示している。また、配線パターン30の電極パッドとしては、VCSELベアチップ10の図示しない駆動電極に接合される素子接合用電極パッド、VCSELモジュールの配線基板とは異なる別の配線基板である後述のメイン配線基板に接合される基板間接合用電極パッド、後述するはんだ供給用電極パッドなどが設けられている。
The wiring board includes a
VCSELベアチップ10の表面方向の外縁部付近には、上述した40個の発光部にそれぞれ個別に繋がる40個の図示しない駆動電極が設けられている。これらの駆動電極と、配線基板の配線パターン30に形成された図示しない40個の素子接合用電極とが、熱溶融性導電性材料であるはんだからなる接合層40を介して接合されている。また、VCSELベアチップ10の外縁部と配線基板の表面との間には、VCESL素子10の外縁部を取り囲むようにして樹脂50が固定されている。この樹脂50により、VCSELベアチップ10と配線基板との隙間が外部から密閉されて密閉空間70となっている。この密閉空間70には、VCSELベアチップ10を劣化させないように、乾燥窒素ガス等の乾燥気体が封止されている。また、ガラス基板20上の配線パターン30における長手方向の端部付近に形成された図示しない40個の基板間接合用電極パッドの表面上には、それぞれ、はんだからなる接合層60が形成されている。
In the vicinity of the outer edge of the VCSEL
ガラス基板20としては、バリウム硼珪酸ガラスであるD263からなるものを用いている。バリウム硼珪酸ガラスである7059やANなどからなるものを用いてもよい。
The
上述の反射防止膜21としては、厚さ100[nm]程度のSiO層と、これの表面に形成された厚さ100[nm]程度のSiO2層とを有する2層構造のものを採用している。かかる反射防止膜21については、ガラス基板20の両面にそれぞれ形成するが、両面のうち、配線パターン形成面については、ガラス基板20の無垢の表面上に配線パターン30を形成した後、ガラス基板20の配線パターン非形成領域における無垢の表面に反射防止膜21を形成する。
As the above-described
配線パターン30としては、アルミニウム又はアルミニウム合金が使用されたアルミ層だけからなる一層構造のものの他、アルミ層の上に金属材料からなる層を一層あるいは多層にわたって形成したものを適用することができる。アルミニウム合金としては、主成分であるアルミニウムとシリコンと銅とを含有するアルミシリコンカッパーを例示することができる。先に説明した実験において使用したアルミニウム合金は、このアルミシリコンカッパーである。
As the
配線パターン30の素子接合用電極パッドの上に形成された接合層40や、基板間接合用電極パッドの上に形成された接合層60は、後述する接合工程の際に接合層を溶融させるために用いるレーザー光(例えば波長1064nmのYAGレーザー光)を受けて溶融する熱溶融性導電性材料からなる。かかる熱溶融性導電性材料としては、はんだ、はんだと同等以下の電気抵抗を有する金属材料、結晶構造が面心立方格子構造以外の金属材料などを例示することができる。より詳しい例としては、はんだ、モリブデン、亜鉛、コバルト、タングステン、スズ、カドニウム等が挙げられる。また、はんだとしては、比較的溶融温度が低いSn−Ag−Cu系はんだや、Sn−Bi系はんだ等を例示することができる。
The
密閉空間70を形成するための樹脂50としては、例えばエポキシ樹脂を使用することができる。より具体的には、ナガセケムテックス株式会社製の黒色一液製エポキシ樹脂(製品番号:XNR5163NF, XNR5163)を塗布し、硬化条件(例えば100°C/1時間+150°C/1時間)で硬化させて使用する。
As the
図2はVCSELベアチップ10の一構成例を示す平面図である。このVCSELベアチップ10は、一辺の長さが例えば1[mm]程度の板状の素子であり、その中央部に40個の発光部15からなる光出射部11を備え、その光出射部11の各発光部15からそれぞれ板面方向に素子内配線13が延びている。そして、これら複数の素子内配線13それぞれの端部に、上述した駆動電極12が設けられている。VCSELベアチップ10の図示しない裏面側には、それぞれの発光部15に繋がる共通の図示しないアース電極が設けられている。このアース電極がアースに接続された状態で、それぞれの駆動電極12に対して駆動電圧が個別に印加されることで、それぞれの発光部15からレーザー光が個別に発射する。
FIG. 2 is a plan view showing a configuration example of the VCSEL
図3はVCSELモジュール1の配線基板の一構成例を示す平面図である。同図において、符号31、32、33で示される部材は、何れも上述した配線パターン30の一部を構成する電極パッドあるいは配線部である。また、符号20aで示した領域は、ガラス基板20の表面上に図示しないVCSELが実装された際に、ガラス基板20がそのVCSELと対向する領域である素子対向領域を示している。図示のように、ガラス基板20の面方向における外縁部はVCSELよりも面方向の外側に位置するように、ガラス基板20がVCSELよりも大きな平面積になっている。ガラス基板20における素子対向領域20a内における面方向の外縁部には、40個の素子接合用電極パッド31が形成されている。ガラス基板20上にVCSELベアチップ10を実装したVCSELモジュールを示す図4からわかるように、それら40個の素子接合用電極パッド31の直下にそれぞれ、VCSELベアチップ10の40個の駆動電極12を個別に位置させた状態で、VCSELベアチップ10がガラス基板20に実装される。ガラス基板20等からなる配線基板における40個の素子接合用電極パッド31からはそれぞれ、配線部33がガラス基板20の面方向の外縁部に向けて延びており、それぞれの配線部33の端部には基板間接合用電極パッド32が形成されている。
FIG. 3 is a plan view showing a configuration example of the wiring board of the VCSEL module 1. In the figure, members indicated by
図5は、電子回路基板であるVCSELモジュール1を、これとは別のメイン基板90に実装した電子回路基板を示す断面図である。メイン基板90の図示しない領域には、VCSELモジュール1に実装されたVCSELベアチップ10の図示しない40個の発光部をそれぞれ個別に駆動するための図示しないドライバICが実装されている。また、メイン基板90には、VCSELモジュール1のVCSELベアチップ10を受け入れるための開口90aが形成されている。そして、VCSELモジュール1は、そのVCSELベアチップ10をメイン基板90の開口90a内に挿入しつつ、自らの外縁部をメイン基板90における開口90aの周囲箇所に引っ掛けるような姿勢で、メイン基板90に実装されている。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an electronic circuit board in which the VCSEL module 1 which is an electronic circuit board is mounted on a
メイン基板90において、開口90aの周囲箇所には、図示しない40個のモジュール接合用電極パッドが形成されている。一方、VCSELモジュール1は、上述したように、配線パターン30の一部であり、且つVCSELモジュール1の配線基板の外縁部に形成された40個の基板間接合用電極パッドを有している。そして、それら40個の基板間接合用電極パッドが、それぞれ接合層60を介して、メイン基板90の開口90aの周囲にある40個のモジュール接合用電極パッドに接合されている。メイン基板90において、40個のモジュール接合用電極パッドは、それぞれ上述したドライバICの出力端子にそれぞれ個別に接続されている。これにより、ドライバICの40個の出力端子からそれぞれ個別に出力される駆動電圧が、メイン基板90のモジュール接合用電極バッドと、VCSELモジュール1の配線パターン30とを介して、VCSELベアチップ10の40個の発光部(15)にそれぞれ個別に印加される。なお、VCSELベアチップ10の裏面にはアース電極14が形成されており、これは導電性接着剤93を介して、メイン基板90のグランド電極91に接続されている。
In the
本実施形態に係るVCSELモジュール製造方法においては、ガラス基板20、反射防止膜21、配線パターン30、接合層40及び接合層60を具備する配線基板を製造する配線基板製造工程と、これによって得られた配線基板にVCSELベアチップ10を実装する実装工程とを実施する。また、配線基板製造工程においては、ガラス基板20の配線パターン非形成面に反射防止膜21を形成する第1反射防止膜形成工程と、第1洗浄工程と、パターン形成工程と、接合層形成工程と、第2洗浄工程と、ガラス基板20の配線パターン形成面における配線パターン非形成領域の無垢の表面上に反射防止膜21を形成する第2反射防止膜形成工程とを実施する。
In the VCSEL module manufacturing method according to the present embodiment, a wiring board manufacturing process for manufacturing a wiring board including the
第1反射防止膜形成工程では、図6に示すように、ガラス基板20における配線パターン非形成面の全面に反射防止膜21を形成する。具体的には、まず、ガラス基板20の無垢の表面にSiOからなるSiO層を蒸着によって100[nm]の厚みで形成した後、そのSiO層の上にSiO2からなるSiO2層を蒸着によって100[nm]の厚みで形成する。これにより、配線パターン非形成面の全面に、厚さ200[nm]の反射防止膜21を形成する。
In the first antireflection film forming step, as shown in FIG. 6, an
ガラス基板20の表面が汚れていると、そこに膜を安定して固着させることが困難になる。そこで、第1洗浄工程では、ガラス基板20の配線パターン形成面を洗浄することで、基板に対する膜の固着性を高める。洗浄法としては、高圧エアーの吹き付けることによる洗浄法、洗浄液で汚れを洗い流した後に基板洗浄面を乾燥させる方法、炭酸ガスの吹き付けによる洗浄法などを例示することができる。このような第1洗浄工程により、ガラス基板20の配線パターン形成面に付着している微細な異物を除去することで、ガラス基板20の無垢の表面と、アルミ層30aとの間に微細な異物を介在させることによるアルミ層30aの固着力の低下を回避することができる。
If the surface of the
パターン形成工程では、図7に示すように、配線パターン30として、ガラス基板20の無垢の表面に固着し、且つ同表面から所定の厚みをもって突出するものを、ガラス基板20の配線パターン形成面における面方向の外縁部に形成する。この配線パターン30は、ガラス基板20の無垢の表面に固着したアルミニウムからなるアルミ層と、これの表面に積層されたニッケルメッキ層と、これの表面に積層された金メッキ層との3層構造からなる。かかる3層構造の配線パターン30を形成するための具体的な工程は次の通りである。即ち、まず、ガラス基板20の配線パターン形成面の全面に、アルミ層をスパッタ法によって形成した後、フォトリソグラフィー法を採用したエッチング処理により、そのアルミ層を微細ピッチにパターン加工する。次いで、パターン化されたアルミ層の表面や側面にニッケルメッキ層と金メッキ層とを順次積層する。スパッタ法によるアルミ層の形成条件は次の通りである。
(1)スパッタリング装置:
・メーカ名 :神港精機株式会社
・型 式 :SRV4311
・性 能 :3源マグネトロンスパッタ源(500W以上)、
基板冷却加熱回転機構(300°C常用以上)
(2)諸条件
・真空度:3.7×10−5Pa
・ターゲット:純アルミ
・スパッタ条件(表1参照)
・成膜厚み:経験からのアルミ成膜条件が0.66μm/hであり、90分の成膜処理で0.99μm≒1μmのアルミ層を形成する。
In the pattern forming step, as shown in FIG. 7, a
(1) Sputtering apparatus:
-Manufacturer name: Shinko Seiki Co., Ltd.-Model: SRV4311
・ Performance: 3 source magnetron sputtering source (500W or more),
Substrate cooling heating rotation mechanism (300 ° C normal use or more)
(2) Various conditions ・ Vacuum degree: 3.7 × 10 −5 Pa
・ Target: Pure aluminum ・ Sputtering conditions (see Table 1)
Film formation thickness: The aluminum film formation condition based on experience is 0.66 μm / h, and an aluminum layer of 0.99 μm≈1 μm is formed after 90 minutes of film formation.
アルミ層は、はんだと接合し難い性質であるため、接合不良を引き起こすおそれがある。そこで、図8に示すように、アルミ層30aの上に所定の厚さのニッケルメッキ層30b(例えば、厚さ:3μm)を形成し、更にその上に金メッキ層30c(例えば、厚さ:450nm)を形成する。この金メッキ層30cは、溶融はんだと良好に接合することができる。金メッキ層30cと、アルミニウムからなるアルミ層30aとの間に、両者に良好に固着することができるニッケルメッキ層30bを介在させることで、剥がれ難い金メッキ層30cをアルミ層30a上に形成することができる。
Since the aluminum layer has a property that it is difficult to join with the solder, there is a risk of causing joint failure. Therefore, as shown in FIG. 8, a nickel plating layer 30b (for example, thickness: 3 μm) having a predetermined thickness is formed on the
なお、図6や図7では、配線パターン30の縦断面をガラス基板20の断面とともに示しているのに対して、図8では、配線パターン30の横断面をガラス基板20の断面とともに示している。
6 and 7, the vertical cross section of the
ニッケルメッキ層30bについては、次の(1)〜(8)の工程で形成することができる。これらの工程において亜鉛置換を2回行うのは、亜鉛の被膜を均一にして密着性を高めるためである。
(1)脱脂:メッキ対象の表面に付着した加工油や汚れなどを除去する。
(2)エッチング:表面を薄く溶かし自然酸化被膜などを除去する。
(3)デスマット:エッチングで表面に生じた不純物を除去する。
(4)第一亜鉛置換:アルミの表面に薄い亜鉛被膜を生成する。
(5)置換層剥離:亜鉛被膜を除去する。
(6)第二亜鉛置換:再度、アルミの表面に薄い亜鉛被膜を生成する。
(7)無電解Niメッキ:次亜リン酸による還元反応でニッケルをメッキする。
(8)乾燥:水分を除去する。
The nickel plating layer 30b can be formed by the following steps (1) to (8). The reason for performing zinc substitution twice in these steps is to make the coating of zinc uniform and to improve the adhesion.
(1) Degreasing: Removes processing oil and dirt adhering to the surface to be plated.
(2) Etching: The surface is dissolved thinly to remove a natural oxide film or the like.
(3) Desmut: removing impurities generated on the surface by etching.
(4) First zinc substitution: a thin zinc coating is formed on the surface of aluminum.
(5) Substitution layer peeling: Zinc coating is removed.
(6) Second zinc substitution: Again, a thin zinc coating is formed on the aluminum surface.
(7) Electroless Ni plating: Nickel is plated by a reduction reaction with hypophosphorous acid.
(8) Drying: removing moisture.
便宜上、図3や図4では図示を省略していたが、配線パターン30としては、素子接合用電極パッド31、基板間接合用電極パッド32、及び両パッドを結ぶ配線部33の他に、はんだ供給用電極パッド34を具備するものを形成する。図9、図10、図11、図12はそれぞれ、配線パターン30におけるはんだ供給用電極パッド34の第1例、第2例、第3例、第4例と、素子接合用電極パッド31とを示す平面図である。何れの例においても、はんだ供給用電極パッド34が素子接合用電極パッド31よりも大きな面積になっている。図9に第1例では、素子接合用電極パッド31から外側の基板接合用電極パッド32に向かって互いに平行に且つ直線的に延びるように、はんだ供給用電極パッド34が形成されている。素子接合用電極パッド31に供給用電極パッド34が直接接続されていることで、複数の配線パターン30がコンパクトにまとめられている。また、図10に示した第2例や、図11に示した第3例では、正方形あるいは円形のはんだ供給用電極パッド34が配線部を介して素子接合用電極パッド31に接続されている。図12に示した第4例では、素子接合用電極パッド31から、図示しない基板間接合用電極パッドに向かってくさび状に延びるはんだ供給用電極パッド34が形成されている。はんだ供給用電極パッド34は素子接合用電極パッド31に直接接続されている。はんだ供給用電極パッド34が基板間接合用電極パッド側から素子接合用電極パッド31側に向けて先細になっていることで、小面積の複数の素子接合用電極パッド31に対して、大面積のはんだ供給用電極パッド34をそれぞれ独立させた状態で接続することができている。これらの例に示した配線パターン30はそれぞれ、複数の配線パターン30におけるはんだ供給用電極パッド34と素子接合用電極パッド31との距離が互いにほぼ等しくなるように構成されている。そして、素子接合用電極パッド31とこれに直接接続されたはんだ供給用電極パッド34とからなる複数の組合せ、あるいは、両電極パッド及び両電パッド間を結ぶ配線部からなる複数の組合せにおいて、互いの平面の面積がそれぞれ同じになっている。
Although not shown in FIGS. 3 and 4 for convenience, the
なお、はんだ供給用電極パッド34は、検査パッドを兼ねることができる。例えば、上記VCSELベアチップ10の電極と配線パターン30とを接合した後、VCSELモジュール1をメイン基板90に実装する前に、検査装置の検査プローブの先端を配線パターン30のはんだ供給用電極パッド34に接触させることにより、VCSELベアチップ10と配線パターン30との導通状態を検査することができる。また、VCSELモジュール1をメイン基板1に実装した後に、検査装置の検査プローブの先端を配線パターン30のはんだ供給用電極パッド34に接触させることにより、上述のドライバICと配線パターン30との導通状態を検査することもできる。
The solder
パターン形成工程を実施した後には、接合層形成工程を実施する。この接合層形成工程では、少なくとも、印刷工程と溶融工程と固化工程とを実施する。そして、印刷工程では、周知の印刷マスクを用いた印刷法により、配線パターン30の複数のはんだ供給用電極パッド34の表面上や、複数の基板間接合用電極パッド(32)の表面上にそれぞれクリームはんだを印刷する。また、溶融工程では、クリームはんだ印刷済みのガラス基板20をリフロー炉内で加熱して、クリームはんだ中のはんだを溶融させる。このとき、はんだ供給用電極パッド34の表面上で溶融した溶融はんだは、はんだ供給用電極パッド34からこれに直接された素子接合用電極パッド31の表面上に伝わりながら濡れ広がる。あるいは、はんだ供給用電極パッド34からこれに直接された配線部を介して素子接合用電極パッド31の表面上に伝わりながら濡れ広がる。そして、やがて、素子接合用電極バッド31の表面上だけでなく、素子接合用電極パッド31において、ガラス基板20の基板面から立ち上がっているパッド側面にも濡れ広がる。また、基板間接合用電極パッド(32)の表面上で溶融した溶融はんだは、基板間接合用電極パッドの表面上だけでなく、基板間接合用電極パッドにおける、ガラス基板20の基板面から立ち上がっているパッド側面にも濡れ広がる。このようにして溶融はんだを濡れ広がらせた後、ガラス基板20をリフロー炉から取り出して冷却することで溶融はんだを固化させる固化工程を実施すると、図13に示すように、配線パターン30の素子接合用電極パッド31における表面方向の外縁よりも外側に突出する接合層40を得ることができる。また、図14に示すように、基板間接合用電極パッド32における表面方向の外縁よりも外側に突出する接合層60を得ることもできる。
After performing the pattern forming process, the bonding layer forming process is performed. In this bonding layer forming step, at least a printing step, a melting step, and a solidifying step are performed. In the printing process, the cream is applied to the surface of the plurality of solder
図3や図4に示したように、配線パターン30の複数の素子接合用電極パッド31は、それぞれ、VCSELベアチップ10における複数の小面積の駆動電極12にそれぞれ個別に対向させる必要があるという制約から、駆動電極12と同様に非常に小面積なものになっている。このような小面積の素子接合用電極パッド31に対して、接合層40の形成に必要な厚みのクリームはんだを印刷しようとすると、個々の素子接合用電極パッド31にそれぞれ対応するように印刷マスクに設けられた小径孔からクリームはんだを良好に抜け出させることができなくなる。そして、印刷不良を引き起こしてしまう。そこで、本実施形態においては、素子接合用電極パッド31の近傍に、それよりも大きな面積のはんだ供給用電極パッド34を形成し、その上に印刷したクリームはんだ中のはんだを溶融させて素子接合用電極パッド31上まで濡れ広がらせるようにしている。素子接合用電極パッド31よりも大面積のはんだ供給用電極パッド34であれば、それに対応する印刷マスクの孔も比較的大径になるため、印刷の際に、クリームはんだを孔内から良好に抜け出させることができる。
As shown in FIGS. 3 and 4, the plurality of element
一方、配線パターン30の基板間接合用電極パッド32は、もともと比較的大きな面積で形成されているため、それに対応して印刷マスクに設けられる径も比較的大径になる。よって、個々の基板間接合用電極パッド32に対しては、印刷マスクの孔から良好に抜け出させたクリームはんだにより、接合層60の形成に必要な厚みのクリームはんだ層を形成することができる。
On the other hand, since the inter-substrate
このような接合層形成工程を実施したら、次に、第2洗浄工程を実施する。この洗浄工程では、フラックスを溶解することが可能なイソプロピルアルコール、エタノールなどの有機溶媒にて、配線基板の配線パターン形成面を洗浄する。この洗浄により、接合層40や接合層60の表面に残留したフラックスを除去することで、残留フラックスによるVCSELベアチップ10やメイン基板90の電極劣化の発生を回避することができる。
If such a bonding layer forming step is performed, then a second cleaning step is performed. In this cleaning step, the wiring pattern forming surface of the wiring substrate is cleaned with an organic solvent such as isopropyl alcohol or ethanol that can dissolve the flux. By this cleaning, the flux remaining on the surfaces of the
第2洗浄工程を実施したら、次に、第2反射防止膜形成工程を実施する。この第2反射防止膜形成工程では、蒸着により、ガラス基板20の配線パターン形成面の全面に反射防止膜21を形成する。その形成方法の詳細は、第1反射防止膜形成工程と同様である。かかる第2反射防止膜形成工程により、図15に示すように、ガラス基板20の配線パターン形成面の配線パターン非形成領域に存在する無垢の基板表面だけでなく、配線パターン30や接合層40、60の上にも反射防止膜21が形成されるが、無垢の基板表面以外の領域については反射防止膜21を形成してもしなくてもよい。
If a 2nd washing | cleaning process is implemented, a 2nd antireflection film formation process will be implemented next. In the second antireflection film forming step, the
以上のような、第1反射防止膜形成工程、第1洗浄工程、パターン形成工程、接合層形成工程(印刷工程、溶融工程、固化工程)、第2洗浄工程、及び第2反射膜形成工程を具備する配線基板製造工程によって配線基板を製造する。そして、得られた配線基板にVCSELベアチップ10を実装する実装工程を実施して、VCSELモジュール1を得る。この実装工程では、図16に示すように、配線パターン形成面を重力方向下方に向けた配線基板における配線パターン30の素子接合用電極パッド上の接合層40と、VCSELベアチップ10の図示しない駆動電極とを接触させるように、配線基板をVCSELベアチップ10の上に載置する。そして、配線基板の上側から配線基板の配線パターン非形成面に向けてレーザー光Lpを照射し、配線基板のガラス基板20や反射防止膜21を透過した後のレーザー光Lpを配線パターン30の素子接合用電極パッドの裏面に当てる。このとき、レーザー光Lpは、素子接合用電極パッドの裏面だけでなく、図13に示した接合層40における、素子接合用電極パッド31の外縁よりも外側に突出している突出箇所40aに直接当てることができる。これにより、接合層40を良好に溶融させることができる。
The first antireflection film forming process, the first cleaning process, the pattern forming process, the bonding layer forming process (printing process, melting process, solidifying process), the second cleaning process, and the second reflecting film forming process as described above. A wiring board is manufactured by the wiring board manufacturing process provided. Then, a VCSEL module 1 is obtained by performing a mounting process for mounting the VCSEL
なお、上述の実装工程では、レーザー光Lpとして、ビームスポット径を約400[μm]に調整したものをガラス基板20に向けて照射している。素子接合用電極パッド31としては、約15[μm]の幅のものを形成しており、1回のレーザー光Lpの照射で、約13個の素子接合用電極パッド31におけるそれぞれの表面上の接合層40に対して1本のレーザー光Lpを当てて、それぞれの接合層40を同時に溶融させている。この溶融に伴って接合層40の表面形状が変化すると、ガラス基板20の配線パターン形成面の反射防止膜21における全領域のうち、溶融した接合層40の表面上の領域が粉々に崩れて溶融はんだ内に取り込まれる。よって、レーザー照射後においては、図1に示したように、接合層40とVCSEL1との間に反射防止膜21が存在しなくなる。反射防止膜21は200[nm]という超薄厚なものであり、溶融はんだに比べてその量が微量であるため、溶融はんだ内に取り込まれても差し障りない。
In the mounting process described above, the laser beam Lp having a beam spot diameter adjusted to about 400 [μm] is irradiated toward the
ガラス基板20の配線パターン形成面の全域に反射防止膜21を形成した例について説明したが、配線パターン形成面の全域のうち、VCSEL1の40個の発光部に対向する領域にだけ、反射防止膜21を形成してもよい。図3に示したように、この領域はガラス基板20の面方向の中央に存在しているため、4隅の外縁部をマスキングするだけで、かかる反射防止膜21の形成が可能である。
The example in which the
接合層形成工程として、電極パッドの表面上に濡れ広がらせた溶融はんだを電極パッドの側面まで広がらせることで、電極パッド上においてその表面方向の外縁よりも外側に突出させた接合層を形成する例について説明したが、他の方法によって同様の接合層を形成することも可能である。例えば、接合層形成工程として、熱溶融性導電性材料をメッキ処理によって電極パッド上に固着させる工程を実施することによっても、同様の接合層を形成することが可能である。但し、この場合、まず、電極パッドを有し且つ基板面から突出する配線パターンをガラス基板20の表面上に形成した後、その配線パターンにメッキ処理を施す必要がある。このようにすれば、配線パターンの電極パッドの表面だけでなく、基板面から立ち上がっている側面にも熱溶融性導電性材料を固着させて、電極パッドの外縁よりも外側に突出する接合層を形成することができる。メッキ処理を用いたとしても、配線パターン用の金属層の上に、接合層用の金属層をメッキ処理によって形成した後、両方の金属層をエッチングによってパターン加工する方法では、接合層の平面形状を電極パッドと全く同じにしてしまうため、接合層を電極パッドの外縁よりも外側に突出させることはできない。
As the bonding layer forming step, the molten solder wetted and spread on the surface of the electrode pad is spread to the side surface of the electrode pad, thereby forming a bonding layer protruding outward from the outer edge in the surface direction on the electrode pad. Although an example has been described, it is possible to form a similar bonding layer by other methods. For example, the same bonding layer can be formed by performing a step of fixing a heat-meltable conductive material on the electrode pad by plating as the bonding layer forming step. However, in this case, first, after a wiring pattern having electrode pads and protruding from the substrate surface is formed on the surface of the
上述の接合層40や接合層60を形成したら次に、窒素ガスの存在するドラフト内において、図1に示したように、VCSELベアチップ10の外縁と、配線基板との間に樹脂50を固着させて、密閉空間70内に窒素ガスを封止して、VCSELモジュール1を得る。
After the
以上のようにしてVCSELモジュール1を製造したら、次に、それとメイン基板90とを接合する基板接合工程を実施して、両基板を有する電子回路基板を得る。このとき、図17に示すように、VCSELモジュール1のVCSELベアチップ10をメイン基板90の開口90a内に挿入しつつ、VCSELモジュール1の外縁部をメイン基板90の開口90aの周囲に引っ掛けるようにして、VCSELモジュール1をメイン基板90上に載置する。そして、VCSELモジュール1の配線パターン30上の接合層60と、メイン基板90の図示しないモジュール接合用電極パッドとを、反射防止膜21を介して接触させた状態で、VCSELモジュール1の配線基板における配線パターン非形成面に向けてレーザー光Lpを照射する。その後、VCSELモジュール1のガラス基板20や反射防止膜21を透過した後のレーザー光Lpを配線パターン30の基板間接合用電極パッド(32)の裏面に当てる。このとき、レーザー光Lpは、基板間接合用電極パッドの裏面だけでなく、図14に示した接合層60における、基板間接合用電極パッド33の外縁よりも外側に突出している突出箇所60aに直接当てることができる。これにより、接合層60を良好に溶融させることができる。このとき、反射防止膜21の全域のうち、接合層60の表面上に位置する領域は、はんだとともに溶融して合金を形成する。
After the VCSEL module 1 is manufactured as described above, a substrate bonding step for bonding the VCSEL module 1 to the
VCSELモジュール1とメイン基板90とをレーザー照射によって接合したら、図5に示したように、VCSELベアチップ10の裏面に形成されたアース電極14と、メイン基板90のグランド電極91とを導電性接着剤93によって接続する。
When the VCSEL module 1 and the
1:VCSELモジュール
10:VCSEL(発光素子)
20:ガラス基板(基板)
21:反射防止膜
30:配線パターン
31:素子接合用電極パッド
32:基板間接合用電極パッド
34:配線部
35:はんだ供給用電極パッド
40:接合層
60:接合層
1: VCSEL module 10: VCSEL (light emitting element)
20: Glass substrate (substrate)
21: Antireflection film 30: Wiring pattern 31: Electrode pad for element bonding 32: Electrode pad for bonding between substrates 34: Wiring part 35: Electrode pad for supplying solder 40: Bonding layer 60: Bonding layer
Claims (6)
光透過性を有する材料からなる基板、及び該基板の両面にそれぞれ形成された光透過性の材料からなる反射防止膜を具備し、且つ該発光部から出射された光を自らに透過させるか、あるいは該受光部に入射する前の光を自らに透過させるかするように、該電子部品に対向配設された光透過板と、
該光透過板の一方の面における全領域のうち、該発光部又は受光部との非対向領域に形成された配線パターンとを備え、
該電子部品が該発光部又は受光部に駆動電圧を供給するための駆動電極を該配線パターンとの対向位置に有するものであり、
互いに対向している該配線パターンと該駆動電極とを導電性の接合材で接合した光電変換モジュールにおいて、
上記光透過板の上記一方の面側にて、上記配線パターンを上記基板の無垢の表面に直接固着させて形成し、且つ、該一方の面側にて、該基板の配線パターン非形成領域のうち、少なくとも上記発光部又は受光部に対向する領域に上記反射防止膜を形成したことを特徴とする光電変換モジュール。 An electronic component having a light emitting unit that converts an electrical signal into light to emit light, or a light receiving unit that converts received light into an electrical signal;
A substrate made of a light-transmitting material, and an antireflection film made of a light-transmitting material formed on both surfaces of the substrate, respectively, and allowing the light emitted from the light-emitting portion to pass through itself, Alternatively, a light transmission plate disposed opposite to the electronic component so as to transmit the light before entering the light receiving section to itself,
A wiring pattern formed in a non-opposing region with the light emitting portion or the light receiving portion in the entire region on one surface of the light transmission plate;
The electronic component has a driving electrode for supplying a driving voltage to the light emitting unit or the light receiving unit at a position facing the wiring pattern;
In the photoelectric conversion module in which the wiring pattern and the driving electrode facing each other are bonded with a conductive bonding material,
The wiring pattern is formed by directly adhering to the solid surface of the substrate on the one surface side of the light transmission plate, and the wiring pattern non-forming region of the substrate is formed on the one surface side. Of these, the antireflection film is formed at least in a region facing the light emitting portion or the light receiving portion.
上記基板として、バリウム硼珪酸ガラスからなるガラス基板を用い、且つ、上記配線パターンとして、上記基板の無垢の表面に直接固着せしめられる箇所がアルミニウム、又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなるものを形成したことを特徴とする光電変換モジュール。 The photoelectric conversion module according to claim 1,
A glass substrate made of barium borosilicate glass is used as the substrate, and the wiring pattern is made of aluminum or an aluminum alloy containing aluminum as a main component at a location that is directly fixed to a solid surface of the substrate. A photoelectric conversion module characterized by being formed.
上記配線パターンとして、上記基板の無垢の表面に直接固着せしめられるアルミニウム又はアルミニウム合金からなるアルミ層と、該アルミ層の表面に積層されたニッケルからなるニッケル層と、該ニッケル層の表面上に積層された金からなる金層とを具備する多層構造のものを形成したことを特徴とする光電変換モジュール。 The photoelectric conversion module according to claim 2,
As the wiring pattern, an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy that is directly fixed to the solid surface of the substrate, a nickel layer made of nickel laminated on the surface of the aluminum layer, and laminated on the surface of the nickel layer A photoelectric conversion module comprising a multi-layer structure including a gold layer made of gold.
上記反射防止膜として、SiOからなるSiO膜と、これの表面に形成されたSiO2からなるSiO2膜とを有する2層構造のものを形成したことを特徴とする光電変換モジュール。 The photoelectric conversion module according to claim 3.
As the antireflection film, a photoelectric conversion module, characterized in that the formation of the a two-layer structure having a SiO film made of SiO, and SiO 2 film made of SiO 2 formed on this surface.
光透過性を有する材料からなる基板、及び該基板の両面にそれぞれ形成された光透過性の材料からなる反射防止膜を具備し、且つ該発光部から出射された光を自らに透過させるか、あるいは該受光部に入射する前の光を自らに透過させるかするように、該電子部品に対向配設された光透過板と、
該光透過板の一方の面における全領域のうち、該発光部又は受光部との非対向領域に形成された配線パターンとを備え、
該電子部品が該発光部又は受光部に駆動電圧を供給するための駆動電極を該配線パターンとの対向位置に有するものであり、
互いに対向している該配線パターンと該駆動電極とを導電性の接合材で接合した光電変換モジュールを製造する光電変換モジュール製造方法において、
上記基板の両面のうち、配線パターンを形成しない側の面における無垢の基板表面に上記反射防止膜を形成する工程と、該基板の配線パターンを形成する側の面における無垢の基板表面に上記配線パターンを直接固着させて形成するパターン形成工程と、該基板における該配線パターンが形成された側の面にて、配線パターン非形成領域に存在する無垢の基板表面のうち、少なくとも、上記発光部又は受光部に対向する領域に上記反射防止膜を形成する工程とを実施して、上記光電変換モジュールとして、請求項1乃至4の何れかの光電変換モジュールを得ることを特徴とする光電変換モジュール製造方法。 An electronic component having a light emitting unit that converts an electrical signal into light to emit light, or a light receiving unit that converts received light into an electrical signal;
A substrate made of a light-transmitting material, and an antireflection film made of a light-transmitting material formed on both surfaces of the substrate, respectively, and allowing the light emitted from the light-emitting portion to pass through itself, Alternatively, a light transmission plate disposed opposite to the electronic component so as to transmit the light before entering the light receiving section to itself,
A wiring pattern formed in a non-opposing region with the light emitting portion or the light receiving portion in the entire region on one surface of the light transmission plate;
The electronic component has a driving electrode for supplying a driving voltage to the light emitting unit or the light receiving unit at a position facing the wiring pattern;
In a photoelectric conversion module manufacturing method for manufacturing a photoelectric conversion module in which the wiring patterns facing each other and the drive electrodes are bonded with a conductive bonding material,
The step of forming the antireflection film on the solid substrate surface on the surface of the substrate on which the wiring pattern is not formed, and the wiring on the surface of the solid substrate on the surface of the substrate on which the wiring pattern is formed At least the light emitting portion or the pattern forming step in which the pattern is directly fixed and a solid substrate surface existing in the wiring pattern non-formation region on the surface of the substrate on which the wiring pattern is formed. The process of forming the said antireflection film in the area | region facing a light-receiving part is implemented, The photoelectric conversion module in any one of Claims 1 thru | or 4 is obtained as said photoelectric conversion module, The photoelectric conversion module manufacture characterized by the above-mentioned Method.
上記基板として、バリウム硼珪酸ガラスからなるガラス基板を用い、
上記パターン形成工程にて、該ガラス基板の無垢の表面上にスパッタ法によって形成したアルミニウム、又はアルミニウムを主成分とするアルミニウム合金からなるアルミ層をパターン加工した後、パターン化された該アルミ層の表面上にニッケルメッキ処理によるニッケルメッキ層と金メッキ処理による金メッキ層とを順次積層して、多層構造の上記配線パターンを形成することで、請求項3の光電変換モジュールを製造することを特徴とする光電変換モジュール製造方法。 In the photoelectric conversion module manufacturing method of claim 5,
As the substrate, a glass substrate made of barium borosilicate glass is used,
In the pattern forming step, after patterning an aluminum layer made of aluminum or an aluminum alloy mainly composed of aluminum formed on the solid surface of the glass substrate by a sputtering method, the patterned aluminum layer The photoelectric conversion module according to claim 3 is manufactured by sequentially laminating a nickel plating layer by nickel plating and a gold plating layer by gold plating on the surface to form the wiring pattern having a multilayer structure. Photoelectric conversion module manufacturing method.
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