JP2010078815A

JP2010078815A - 光基板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2010078815A
Application number: JP2008246058A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kumai; 晃一熊井; Akiko Nakada; 明子中田; Yuko Nagato; 優子永戸; Taketo Tsukamoto; 健人塚本
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2008-09-25
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】低コストかつ接続特性のよい光基板とその製造方法を得る。
【解決手段】前記絶縁樹脂層中に設けられ、受発光面を前記絶縁樹脂層の裏面に向けて設置させた受発光素子と、前記絶縁樹脂層の少なくとも裏面上に設けられた光導波路と、前記絶縁樹脂層表面の一部もしくは全体を覆うモールド樹脂を有する光基板で、前記絶縁樹脂層を前記受発光素子厚より薄くし、前記光導波路の光入出力面が、少なくとも一部で前記受発光素子の受発光面と接触接続し、前記受発光素子と前記電気配線を、前記絶縁樹脂層の裏面で接続し、前記絶縁樹脂層の裏面と前記光導波路の光入出力面と前記受発光素子の受発光面を同一平面上に形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気配線および光配線を有する光基板およびその製造方法に関する。

光信号は、発光素子や光配線から出力されると拡散される。このため、光信号の接続部品はできるだけ近い間隔で接続する必要がある。また、光接続はその接続位置がずれると光信号が漏洩損失するため、正確に位置をあわせて接続する必要がある。また、光信号を伝播する光導波路は基板平面内に水平方向に設けられるため、受発光素子の受発光面に光信号を入出力するためには、光信号路を概略９０°変換する必要がある。

従来これらの部品を簡便に実装するために、特許文献１の図１１では、受発光素子の受発光面と光導波路を対向させ、受発光素子の裏面に形成した電極を用いて受発光素子を実装する手法が報告されている。しかしこの手法では受発光素子に裏面電極を設ける必要があり、素子コストが上昇する問題がある。

また、非特許文献１では、光導波路を橋桁を用いて固定実装し、光導波路と受発光素子の高さを合わせる手法が報告されている。しかしこの手法では、光導波路の実装信頼性が低下する問題、および光導波路の先端部の位置がずれて光接続効率が低下する問題がある。

また、特許文献１の図８ではシリコン基板をエッチング加工し、エッチング部に受発光素子を埋め込み、その上に光導波路を実装する手法が報告されている。しかしこの手法ではエッチング加工したシリコン基板が高価となる問題がある。

以下に公知文献を記す。
特開２００６−２６７５０１号公報 M.Usui,N.Matsuura et al.,10th LEOS '97,51(1997)

本発明はかかる従来技術の欠点に鑑みてなされたもので、受発光素子と光導波路および光信号路変換部品が接続する構造を、安価かつ簡便なプロセスで提供する。さらに接続部の実装信頼性を向上させる。これにより低コストかつ接続特性のよい光基板とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明において上記の課題を達成するために、受発光素子を絶縁樹脂層内に埋め込み、さらに受発光素子の受発光面を裏面側に設置する。これにより受発光素子の光入出力部が絶縁樹脂層の裏面に表出する事を特徴とする。さらに受発光素子と電気配線を絶縁樹脂層裏面で接続する事で、受発光素子上の電極設置位置の自由度が向上する。また絶縁樹脂層厚を受発光素子厚より薄くする事で、絶縁樹脂層表面に受発光素子を突出させる。これにより受発光素子を治具により保持したまま実装することが容易となり、製造歩留まりを向上させる。また絶縁樹脂層をフォトリソグラフィーによりパターニングすることで、受発光素子の埋め込み部を簡易かつ正確に位置合わせすることを特徴とする。これにより受発光素子の電気接続実装が簡便になり、実装信頼性が向上する。

受発光素子の受発光面および光導波路の設置面を絶縁樹脂層裏面とすることで、絶縁樹
脂層表面をモールド樹脂でモールドした後に光導導波路を設置することができる。これにより、モールド工程までをフレーム単位で大量生産し、チップ単位に分割した後に光導波路を実装することができる。

厚さ方向の基準を出すため、製造プロセスは支持基材上で行う事が望ましい。支持基材上で製造する事で、絶縁樹脂中に受発光素子を内蔵する際に、受発光素子と絶縁樹脂の下面合わせが容易となる。

支持基材表面に紫外線硬化／離型する粘着層をもうけ、製造プロセス終了後に紫外線照射により支持基材を剥離することもできる。

モールド工程前に、絶縁樹脂層表面上に突出した受発光素子周辺を、接着剤などにより固定する事ができる。これにより受発光素子の実装信頼性が向上する。

受発光素子と光導波路の間には空気の間隙ができる場合、ここに透明樹脂を充填することもできる。これにより受発光素子と光導波路間の屈折率不整合を改善し、光接続特性を向上し、環境信頼性を改善する。

絶縁樹脂層に感光性絶縁樹脂を用いる事で、紫外線照射によるフォトリソグラフィーで、絶縁樹脂をパターニングすることができる。これにより受発光素子埋め込み部を高精度に造形することが可能となり、外形突き当て位置合わせにより受発光素子を実装することができる。

光導波路の光入出力部に光路変換ミラーを形成し、受発光素子と接続した光路変換ミラー周辺を封止樹脂により封止することができる。この場合、光路変換みらーに金属膜などを形成することが望ましい。これにより、光入出力部の環境信頼性を向上させることができる。

受発光素子受発光面と絶縁樹脂層裏面の高さを合わせ、その上に光導波路を実装することで、光導波路の実装面を平坦とする事ができる。これによりこれにより光導波路の精密位置合わせ設置が容易となり、光接続効率を向上させることができる。

本発明は、次のような効果がある。第一に、受発光素子の受発光面と、光導波路の光入出力部を同一面に設置し、該同一面を絶縁樹脂層の裏面とする事で、光導波路がモールド樹脂に埋没することなく、さらに光導波路の設置面を平坦とすることが可能になる。これにより、光導波路を実装する場所を平坦とすることができ、光導波路の実装精度および実装信頼性が向上する効果がある。またモールド工程後に光導波路を設置することが可能となり、モールド工程までをフレーム単位で量産し、ピース分割した後光導波路を設置することで、製造歩留まりが向上する効果がある。

第二に、絶縁樹脂層中に受発光素子を固定することで、受発光素子と電気配線の接続が容易となる。受発光素子全体が基板に固定されているため、ワイヤボンディング等の高温加熱条件下でも素子が移動することが無く、ワイヤバンプ形成も容易となる。これにより実装歩留まりが向上し製造コストを低減する効果がある。

第三に、受発光素子の受発光面と電気接続用パット面を、共に基板下面に設置することで、汎用受発光素子をそのまま使用することが可能となる。受発光面を下面、電気接続用パット面を上面とした受発光素子は価格が高く製造コストが上昇する問題を、汎用受発光素子を使用することで解決し、製造コストを低減する効果がある。

本発明の光基板１００において、その断面図を図１に示す。本発明の光基板１００は、まず銅箔付き絶縁樹脂フィルムの銅箔２０をパターニングし、電気配線や実装用パットにパターニングされた銅箔２１を形成し、また、絶縁樹脂層１０をパターンニングし、ビアホール用穴２２や素子設置用空孔２４を形成し、次に、ビアホール用穴２２に銅めっきすることでビアホール２３を形成する。次にパターニングされた絶縁樹脂層１１を支持基材３０上にラミネートする。必要に応じて、Ni,Auメッキやソルダーレジスト印刷も行う。また、受発光素子制御素子４０を実装することもできる。次に、パターニングされた絶縁樹脂層１１に設けた素子設置用空孔２４に受発光素子６０を埋め込み接着剤９０でパターニングされた絶縁樹脂層１１に固定して設置する。この際、受発光素子６０の受発光面を、支持基材３０につき当てて設置し、パターニングされた絶縁樹脂層１１の裏面と高さを合わせて設置する。次に、パターニングされた絶縁樹脂層１１表面をモールド樹脂７０によりモールドする。次に支持基材３０を剥離する。次に受発光素子６０とパターニングされた絶縁樹脂層１１裏面の電気配線を電気的に接続する。必要に応じて、接続部周辺を封止樹脂により封止する。次に、光導波路フィルムで形成した光導波路５０の光入出力部と受発光素子６０の受発光部が接続するように、光導波路５０を絶縁樹脂裏面に設置する。光導波路５０としては、光導波路フィルムに限定されず、細線光ファイバーアレイを光導波路５０に用いることもできる。そして、必要に応じて、受発光素子６０と光導波路５０との界面に光学接着剤を充填する。最後に光入出力部を透明樹脂８０により封止して、光基板１００を製造する。

絶縁樹脂層１０には、任意の有機材料および無機材料を使用する事ができる。具体的には、アクリル材料、シリコーン材料、シリコンウェハ、金属材料、硝子材料、プリプレグ、積層板材料などが使用できるが、これに限定されるものではない。

また絶縁樹脂層１０を高精度にパターニングするため、感光性絶縁樹脂を用いる事ができる。具体的には、感光性ポリイミド樹脂、感光性アクリル樹脂、感光性エポキシ樹脂、またこれらを重合させた感光性エポキシアクリレート樹脂などを用いる事ができる。

絶縁樹脂層１０の厚さは、受発光素子６０の厚さより薄くする。受発光素子６０が絶縁樹脂上に突出した形状で実装されるため、受発光素子６０を治具等により保持したまま実装する事が可能となる。

支持基材３０には、一般に用いられている高分子材料を用いることができる。具体的には、カーボネート材料、エポキシ材料、アクリル材料、イミド材料、ウレタン材料、シリコーン材料、無機フィラー混入有機材料などが使用できるが、これに限定されるものではない。また、支持基材３０上に紫外線剥離型の粘着層を設けることもできる。

必要に応じて、銅箔２０のパターンで形成された実装用パット上に、受発光素子制御素子４０を実装することができる。受発光素子制御素子４０の実装は、ダイボンディング、ワイヤボンディング４１、フリップチップ実装などの方法を取る事ができる。

光導波路５０としては、光導波路フィルムに一般的な光配線を形成した光導波路５０を用いる事ができる。光導波路フィルムのフィルム材質として、カーボネート系、エポキシ系、アクリル系、イミド系、ウレタン系、ノルボルネン系などの高分子材料および石英などの無機材料を用いる事ができる。形成した光配線の伝送モードとして、シングルモード、マルチモード、シングルマルチ混合配線などの構成をとることができる。

受発光素子６０には、単チャンネルもしくは複数チャンネルの光素子を用いる事ができ
る。具体的には、端面発光型LD、面発光型LD、面受光型PDなどを使用する事ができる。受発光素子６０とパターニングされた銅箔２１で形成された電気配線の接続には、ワイヤボンディング６１や半田接続などの方法を取る事ができる。

必要に応じて受発光素子６０の受発光面と光導波路フィルム５０の光入出力面の間に透明樹脂８０を充填する事ができる。透明樹脂８０には一般に用いられている高分子材料を用いる事ができる。具体的には、カーボネート材料、エポキシ材料、アクリル材料、イミド材料、ウレタン材料、シリコーン材料、無機フィラー混入有機材料などが使用できるが、これに限定されるものではない。また、界面の屈折率差を無くすため、光導波路５０と同等の屈折率を持った光学樹脂を用いる事が望ましい。

基板上の任意の部分をモールド樹脂７０によりモールドすることで、基板および実装部品の環境信頼性を高める事ができる。

以下に本発明を実施例をもって説明するが、本発明がそれらに限定解釈されるものではない。また、以下の記載では、光基板１００の光導波路５０を１層の光導波路フィルムとして説明するが、必ずしも１層である必要はない。また、以下の記載では光導波路５０をマルチモードとして説明するが、必ずしもマルチモードである必要はない。

＜実施例１＞
（工程ａ）
まず東レ製両面銅箔ポリイミド基材（銅箔１２μｍ厚、ポリイミド100μｍ厚）の銅箔２０上にエッチングレジストパターン２５を形成し、銅箔２０をエッチングすることで、パターニングされた銅箔２１を得た（図２（ａ））。
（工程ｂ）
次に炭酸ガスレーザーにて絶縁樹脂１０を加工することで、素子設置用空孔２４とビアホール用穴２２をパターニングした絶縁樹脂層１１を得た（図２（ｂ））。
（工程ｃ）
次に、ビアホール用穴２２に銅めっきすることでビアホール２３を形成し、次に、絶縁樹脂層１１を支持基材３０（ＰＥＴ：東洋インキ製）にラミネートした（図２（ｃ））。（工程ｄ）
次に、銅箔２１上に受発光素子制御素子４０（VCSELドライバーチップ350μｍ厚：HELIX AG製）を実装し、ワイヤボンディング４１により電気接続を行った（図３（ｄ））。
（工程ｅ）
次に、パターニングされた絶縁樹脂層１１の素子設置用空孔２４内に、支持基材３０の面に突き当てて受発光素子６０（4ch VCSEL 150μｍ厚：ULM製）を実装し、受発光素子６０を接着剤９０により固定した（図３（ｅ））。設置位置合わせは、絶縁樹脂層１１の外形を利用した突き当て位置合わせを行った。

（工程ｆ）
次に、絶縁樹脂層１１上をモールド樹脂７０で被覆した（図４（ｆ））。
（工程ｇ）
次に、支持基材３０を剥離した（図４（ｇ））。
（工程ｈ）
次に、ワイヤボンディング６１により受発光素子６０と銅箔２１を接続した（図４（ｈ））。
（工程ｉ）
次に、絶縁樹脂層１１の裏面および受発光素子６０下面に光導波路５０（マルチモードエポキシ系光導波路フィルム：NTT-AT製）を設置した（図５（ｉ））。設置固定にはエポ
キシ系屈折率整合光学接着剤（NTT-AT製）を使用した。
（工程ｊ）
次に、光導波路５０と受発光素子６０の接続部分を、エポキシ系屈折率整合光学接着剤（NTT-AT製）による透明樹脂８０で被覆し、光基板１００を製造した（図５（ｊ））。
この光基板１００の光学特性評価の結果、各チャンネルで0.9〜1.1mWの安定した光出力を確認した。

＜実施例２＞
まず感光性絶縁材料として、ビスフェノールＡ型エポキシアクリレート（リポキシＶＲ−９０：昭和高分子）５２重量部と無水フタル酸１５重量部をプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶媒中で１１０℃３０分攪拌してアルカリ現像型感光性絶縁樹脂ワニス原料を調製した。更に、前記アルカリ現像型感光性絶縁樹脂ワニス原料を５０重量部、脂環式エポキシ類化合物（ＥＨＰＥ３１５０：ダイセル化学）１７重量部、光硬化型エポキシ樹脂（サイクロマーＭ１００：ダイセル化学）３０重量部、光開始剤（LucirinTPO：ＢＡＳＦ）３重量部に、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶剤を加えて連続式横型サンドミルにて約３時間分散し、アルカリ現像型感光性絶縁樹脂ワニスを調製した。

（工程ａ）
次に前記アルカリ現像型感光性絶縁樹脂ワニスをスリットコーターにて塗布し、７０℃２０分乾燥して、約３５０μm厚の半硬化状態の感光性絶縁樹脂層１０を形成した（図６（ａ））。
（工程ｂ）
次に感光性絶縁樹脂層１０にフォトマスクを密着させ、超高圧水銀灯により５００ｍＪ／ｃｍ²で露光、紫外線硬化させた。その後約５％有機アミン系アルカリ水溶液にて現像、水洗し、９０℃オーブンで十分乾燥させることで、素子設置用空孔２４とビアホール用穴２２をパターニングした絶縁樹脂層１１を得た（図６（ｂ））。
（工程ｃ）
次に、ビアホール用穴２２に銅めっきを充填してビアホール２３を形成するとともに絶縁樹脂層１１の表裏面に銅箔２０を銅めっきで形成した（図６（ｃ））。
（工程ｄ）
次に、銅箔２０上にエッチングレジストパターンを形成し、銅箔２０をエッチングすることで、パターニングされた銅箔２１を得た（図６（ｄ））。
（工程ｅ）
次に、絶縁樹脂層１１を支持基材３０（ＰＥＴ：東洋インキ製）にラミネートした（図６（ｅ））。

（工程ｆ）
次に、銅箔２１上に受発光素子制御素子４０（VCSELドライバーチップ350μｍ厚：HELIX AG製）を実装し、ワイヤボンディング４１により電気接続を行った（図７（ｆ））。
（工程ｇ）
次に、パターニングされた絶縁樹脂層１１の素子設置用空孔２４内に、支持基材３０の面に突き当てて受発光素子６０（4ch VCSEL 150μｍ厚：ULM製）を実装し、受発光素子６０を接着剤９０により固定した（図７（ｇ））。設置位置合わせは、絶縁樹脂層１１の外形を利用した突き当て位置合わせを行った。
（工程ｈ）
次に、絶縁樹脂層１１上をモールド樹脂７０で被覆した（図８（ｈ））。
（工程ｉ）
次に、支持基材３０を剥離した（図８（ｉ））。
（工程ｊ）
次に、ワイヤボンディング６１により受発光素子６０と銅箔２１を接続した（図８（ｊ））。

（工程ｋ）
次に、絶縁樹脂層１１の裏面および受発光素子６０下面に光導波路５０（マルチモードエポキシ系光導波路フィルム：NTT-AT製）を設置した（図９（ｋ））。設置固定にはエポキシ系屈折率整合光学接着剤（NTT-AT製）を使用した。
（工程ｌ）
次に、光導波路５０と受発光素子６０の接続部分を、エポキシ系屈折率整合光学接着剤（NTT-AT製）による透明樹脂８０で被覆し、光基板１００を製造した（図９（ｌ））。
この光基板１００の光学特性評価の結果、各チャンネルで0.9〜1.1mWの安定した光出力を確認した。

本発明の光基板の説明図（断面図）である。本発明の実施例１の光基板の製造方法の説明図である。本発明の実施例１の光基板の製造方法の説明図である。本発明の実施例１の光基板の製造方法の説明図である。本発明の実施例１の光基板の製造方法の説明図である。本発明の実施例２の光基板の製造方法の説明図である。本発明の実施例２の光基板の製造方法の説明図である。本発明の実施例２の光基板の製造方法の説明図である。本発明の実施例２の光基板の製造方法の説明図である。

符号の説明

１０・・・絶縁樹脂層
１１・・・パターニングされた絶縁樹脂層
２０・・・銅箔
２１・・・パターニングされた銅箔
２２・・・ビアホール用穴
２３・・・ビアホール
２４・・・素子設置用空孔
３０・・・支持基材
４０・・・受発光素子制御素子
４１、６１・・・ワイヤボンディング
５０・・・光導波路
６０・・・受発光素子
７０・・・モールド樹脂
８０・・・透明樹脂
９０・・・接着剤
１００・・・光基板

Claims

少なくとも表裏に電気配線がパターニングされた絶縁樹脂層と、前記絶縁樹脂層表裏の電気配線を接続するビアホールと、前記絶縁樹脂層中に設けられ、受発光面を前記絶縁樹脂層の裏面に向けて設置させた受発光素子と、前記絶縁樹脂層の少なくとも裏面上に設けられた光導波路と、前記絶縁樹脂層表面の一部もしくは全体を覆うモールド樹脂を有する光基板であって、前記絶縁樹脂層が前記受発光素子厚より薄く、前記光導波路の光入出力面が、少なくとも一部で前記受発光素子の受発光面と接触接続しており、前記受発光素子と前記電気配線が、前記絶縁樹脂層の裏面で接続されており、前記絶縁樹脂層の裏面と前記光導波路の光入出力面と前記受発光素子の受発光面が同一平面上に形成されていることを特徴とする光基板。
前記絶縁樹脂層が感光性絶縁樹脂で形成されていて、フォトリソグラフィーにより前記受発光素子設置部を形成除去することを特徴とする、請求項１記載の光基板。
絶縁樹脂層表面に突出した受発光素子周辺を接着剤により固定した事を特徴とする、
請求項１または請求項２に記載の光基板。
絶縁樹脂層裏面電気配線と受発光素子の電機接続部を封止樹脂により封止した事を特徴とする、請求項１乃至３の何れか一項記載の光基板。
光導波路の光入出力部に光路変換ミラーを形成し、該光路変換ミラー表面に金属膜を設け、受発光素子と接続した光路変換ミラー周辺を封止樹脂により封止した事を特徴とする、請求項１乃至４の何れか一項記載の光基板。
絶縁樹脂層と該絶縁樹脂層の少なくとも表裏面に形成された金属膜とで構成された絶縁樹脂基板について、前記金属膜をパターニングする電気配線形成工程と、前記絶縁樹脂層をパターニングする絶縁樹脂基板形成工程と、前記絶縁樹脂層にビアホールを形成するめっき工程と、支持基材上に、パターニングされた前記絶縁樹脂層の裏面を貼り合せる絶縁樹脂基板設置工程と、前記電気配線上に受発光素子制御素子を実装する受発光素子制御素子実装工程と、前記絶縁樹脂層に受発光素子を、前記絶縁樹脂層のパターニングされた空孔に、受発光面を裏面側に向けて埋め込む形で設置する受発光素子設置工程と、前記絶縁樹脂層上面の一部もしくは全体をモールド樹脂で覆うモールド工程と、前記支持基材を取り外す支持基材除去工程と、前記絶縁樹脂層裏面の電気配線と前記受発光素子を電気的に接続する受発光素子実装工程と、前記絶縁樹脂の裏面および前記受発光素子上に光導波路を、光導波路の光入出力部と受発光素子の光入出力部が接続する形で配置する光導波路設置工程を備える事を特徴とする光基板の製造方法。
請求項１乃至５の何れか一項記載の光基板を備える事を特徴とする光部品。
請求項１乃至５の何れか一項記載の光基板を備える事を特徴とする電子機器。