JP2010177584A - 光モジュールの製造方法およびその方法により製造された光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤボンディング耐性を向上させ、歩留まりの向上と信頼性の向上とを図った光モジュールの製造方法およびその方法により製造された光モジュールを提供する。
【解決手段】光モジュール３０の製造方法は次の工程を備える。ドライバＩＣ３２のチップにバンプ３２ａを形成する工程（図４（ｂ））、高周波信号線３６の表面全体にマスクテープ９０を貼りマスクする工程（図４（ｄ））、ドライバＩＣの実装領域にＮＣＰ樹脂９３を供給する工程（図４（ｅ））、ボンダ９５を用いてモジュール基板３３上の複数の電極等とバンプ３２ａとを加熱により接合すると同時にＮＣＰ樹脂９３を硬化させる工程（図４（ｆ））、ポストキュアを行う工程（図４（ｈ））、マスクテープ９０を剥がす工程（図４（ｇ））、および複数の高周波信号線３６とＶＣＳＥＬアレイ３１とをワイヤ３７で接合する工程。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＩＣを基板上にフリップチップボンディングにより実装して光モジュールを製造する方法、特に、樹脂を基板へ先に供給した後に、バンプの接続と共に樹脂を硬化させる樹脂材料を用いて光モジュールを作製するのに好適な光モジュールの製造方法およびその方法により製造された光モジュールに関する。

従来、フリップチップボンディング（ＦＣＢ:Flip Chip Bonding）に関して、例えば、特許文献１に開示された技術が知られている。この従来技術では、半導体装置の電極に半田バンプを形成し、このバンプを基板上の電極にリフロー接合し、さらに半導体装置と基板との間の隙間に樹脂を流し込んで硬化させ、半導体装置を基板に実装する。
また、樹脂を基板へ先に供給した後に、バンプの接続と共に樹脂を硬化させて、半導体装置を基板にＦＣＢにより実装するのに用いる材料として、例えばＮＣＰ（Non-Conductive Paste）樹脂等の樹脂が知られている。ＮＣＰ樹脂等の樹脂は、高温での硬化性を高め、材料を基板へ先に供給し、その後、バンプの接続と同時に硬化が終了できる反応性を付与した液状封止材料である。

特開２００１−１４８４０４号公報

ところで、基板にＦＣＢにより実装されるＩＣと基板に実装される光素子アレイとを備え、ＩＣと光素子アレイの各光素子との間において信号が、基板上に形成された複数の伝送線路と、該伝送線路と各光素子とを接続する複数のワイヤとを介して伝送される光モジュールでは、複数の伝送線路を極力短く（例えば１０Ｇｂｐｓ伝送では５００μｍ以下、５Ｇｂｐｓ伝送では１ｍｍ以下に）するのが望ましい。

このように、光素子アレイとワイヤで接続される複数の伝送線路がＩＣの実装領域の近くにある光モジュールを製造するのに、工程の短縮化が図れる等の理由により、ＮＣＰ樹脂等の樹脂を用いてＩＣをＦＣＢにより実装する方法が考えられる。この方法では、ＮＣＰ樹脂等の樹脂を基板上に必要な量だけ塗布などにより供給するのが難しい。そのため、樹脂の供給量のばらつき等により、ボンディング時或いはその後に行うポストキュア時に樹脂の一部が流れて（広がって）伝送線路上にその樹脂が付着する虞がある。このように樹脂が伝送線路に付着すると、そのバラツキにより、伝達特性のチャネル間バラツキが増大する、必要な伝送特性が得られなくなる、製品間バラツキが増大する等の不具合が生じ、歩留まりが悪くなる。また、伝送線路と光素子アレイとをワイヤで接続するが、その接続部におけるワイヤボンディング強度（ワイヤプル強度）が低下し、光モジュールの信頼性が低下する。

本発明は、このような従来の背景に鑑みて為されたもので、ワイヤボンディング耐性を向上させ、歩留まりの向上と信頼性の向上とを図った光モジュールの製造方法およびその方法により製造された光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明の第１の態様は、基板にフリップチップ実装されるＩＣと前記基板に実装される光素子アレイとを備え、前記ＩＣと前記光素子アレイの各光素子との間において信号が、前記基板上に形成された複数の伝送線路と、該伝送線路と前記各光素子とを接続する複数のワイヤとを介して伝送される光モジュールの製造方法において、前記ＩＣのチップにバンプを形成する第１の工程と、少なくとも前記複数の伝送線路をマスク手段でマスクする第２の工程と、前記基板における前記ＩＣが実装される領域に樹脂を供給する第３の工程と、ボンダを用いて前記基板上の電極と前記ＩＣのバンプとを加熱により接合すると同時に前記樹脂を硬化させる第４の工程と、前記基板上の電極と前記バンプの接合部を再加熱してポストキュアを行う第５の工程と、前記第５の工程の前或いは後に前記マスク手段を除去する第６の工程と、前記複数の伝送線路と前記光素子アレイとをワイヤにより接続する工程と、を備えることを特徴とする。

ここで、樹脂は、材料を先に基板に供給した後に、バンプの接続とともに樹脂を硬化させる工程をとるもので、高温での硬化性が高く、基板上の電極とバンプとの接続と同時に硬化が終了する反応性が付与された液状封止材料である。このような液状封止材料として、例えばＮＣＰ（Non-Conductive Paste）樹脂、ＡＣＰ（Anisotropic Conductive Paste：異方性導電ペースト）樹脂等の樹脂がある。

この構成によれば、第３の工程で基板に樹脂を供給する前に、少なくとも複数の伝送線をマスク手段でマスクして保護している。このため、樹脂の供給量のばらつき等により、第４の工程でのボンディング時或いはその後に行うポストキュア時に、樹脂の一部が流れてＩＣ実装領域の外に広がる場合でも、その樹脂が送線路上に付着するのをマスク手段で防ぐことができる。これにより、樹脂が伝送線路に付着して必要な伝送特性が得られなくなる等の不具合が発生するのを防止でき、歩留まりが向上する。また、伝送線路と光素子アレイとをワイヤで接続するが、その接続部におけるワイヤボンディング強度（ワイヤプル強度）が向上し、光モジュールの信頼性が向上する。

本発明の他の態様は、前記第２の工程において、前記マスク手段として前記第４の工程での加熱に耐え得る耐熱性を少なくとも有するマスクテープを用い、該マスクテープを少なくとも前記複数の伝送線路上に貼ることを特徴とする。
この構成によれば、樹脂が送線路上に付着するのをマスクテープで防ぐことができる。

本発明の他の態様は、前記マスクテープは、糊部にシロキサンフリーのアクリル系粘着剤を使用したテープであることを特徴とする。

この構成によれば、マスクテープはその糊部にシロキサンフリーのアクリル系粘着剤を使用したテープであるため、低分子シロキサンの発生がなく、低分子シロキサンにより生成される絶縁物が光素子アレイとワイヤで接続される複数の伝送線路に付着することによる接点不良等の不具合が発生するのを防ぐことができる。

本発明の第２の態様は、ボンディング用の電極の列と前記電極の列と接続されるべきＩＣとが近接して配置され、かつ、前記ＩＣが基板上に接着用の樹脂によって固定されるモジュールにおいて、前記ＩＣの固定時の樹脂の染み出しの端部が前記電極の列にほぼ平行となっていることを特徴とする。

この構成によれば、マスクテープを除去した状態において、樹脂の複数の伝送線路と対向する側の境界線が、マスクテープの側面により直線の境界線となっている。このため、各伝送線路に対してワイヤボンディング装置を位置決めして各伝送線路と各光素子とをワイヤボンディングする際に、各伝送線路と各光素子とに対してその装置を正確に位置決めすることができる。これにより、各伝送線路と各光素子とを同じ線路長のワイヤで接続することができ、チャネル間バラツキがなく、伝送特性の良い光モジュールを実現することができる。

本発明によれば、ワイヤボンディング耐性を向上させ、歩留まりの向上と信頼性の向上とを図った光モジュールを実現することができる。

光モジュールが使用される並列光伝送装置の概略構成を示す分解斜視図。 図１に示す光モジュールの一部を示す図で、ドライバＩＣがモジュール基板に実装された状態を示す斜視図。 ドライバＩＣおよびＶＣＳＥＬアレイがモジュール基板に実装された状態を示す斜視図。 （ａ）〜（ｇ）は本発明の一実施形態に係る光モジュールの製造方法を説明するための工程図。 図２に示す光モジュールのモジュール基板を示す平面図で、ＩＣの実装領域およびマスクテープによるマスク領域を示す説明図。 マスクテープを剥がし、ＶＣＳＥＬアレイと複数の高周波信号線とをワイヤで接続する前の状態を示す平面図で、光モジュールの一部を示す平面図。 マスクをしないで作製した光モジュールの一部を示す図で、ＶＣＳＥＬアレイと複数の高周波信号線とをワイヤで接続する前の状態を示す平面図。 ワイヤボンディング接続を用いたＩＣの接続状態の平面図。

本発明の実施の形態に係る光モジュールの製造方法を説明する前に、光モジュール用いた並列光伝送装置の概略構成を図１乃至図３に基づいて説明する。
並列光伝送装置１は、図１に示すように、電気基板１０と、電気プラガブルソケット２０と、光モジュール３０と、押さえ板４０と、光コネクタ５０と、光学部品６０とを備えている。この並列光伝送装置１は、一例として、電気信号を光信号に変換し、その光信号を複数のチャネル、例えば１２チャネル（１２ｃｈ）で１２本の光ファイバを介して並列伝送（10Gbps/1ch×12ch伝送）する送信用の並列光伝送装置である。

そのため、この並列光伝送装置１の光モジュール３０は、図２および図３に示すように、複数（本例では１２個）の面発光型半導体レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）からなるＶＣＳＥＬアレイ（光素子アレイ）３１と、ＶＣＳＥＬアレイ３１の各ＶＣＳＥＬを駆動するドライバＩＣ（電子素子）３２と、ＶＣＳＥＬアレイ３１およびドライバＩＣ３２が実装されたモジュール基板３３と、を備えている。モジュール基板３３上には、ノイズ除去用のコンデンサ３５が実装されている。

ＶＣＳＥＬアレイ３１は、図２および図３に示すように、モジュール基板３３に形成された後述する孔９１内に配置されている。ドライバＩＣ３２は、モジュール基板３３上に、フリップチップボンディング（ＦＣＢ:Flip Chip Bonding）により実装されている。モジュール基板３３には、ＶＣＳＥＬアレイ３１とドライバＩＣ３２を電気的に接続する伝送線路で、２本の信号線を１組とする複数組（本例では１２組、２４本）の高周波信号線３６が形成されている。これらの高周波信号線（伝送線路）３６とＶＣＳＥＬアレイ３１の各ＶＣＳＥＬとがワイヤ３７で電気的に接続されている（図３参照）。このように、ＶＣＳＥＬアレイ３１とドライバＩＣ３２は、複数組（１２ｃｈ）の高周波信号線３６およびワイヤ３７により電気的に接続されており、各組（ｃｈ）の高周波信号線３６およびワイヤ３７を介してドライバＩＣ３２からＶＣＳＥＬアレイ３１の各ＶＣＳＥＬへ駆動信号（差動信号）が供給されるようになっている。

電気基板１０の表面および裏面には、複数の電気端子と、各電気端子と接続された配線パターン（図示省略）とが形成されている。配線パターンには、外部からドライバＩＣ３２へ差動信号を供給するための信号線で、２本の信号線を１組とする複数組（１２組）の高周波信号線と、ドライバＩＣ３２を制御するための複数の制御信号線と、複数のモニタ信号線とが形成されている。また、複数の電気端子として、１２組の高周波信号線にそれぞれ接続された端子で、２つの端子を１組とする１２組（１２ｃｈ）の信号入出力端子、複数の制御信号線に接続された複数の端子、および複数のモニタ信号線に接続された複数の端子が形成されている。

光モジュール３０は、電気基板１０上に位置決めされてネジで固定される電気プラガブルソケット２０のモジュール収容凹部２１（図１参照）内に装着される。光モジュール３０をモジュール収容凹部２１内に装着し、モジュールカバー３４の上から押さえた板４０を電気プラガブルソケット２０にねじで固定すると、光モジュール３０の各電気端子と電気基板１０の各電気端子とが、電気プラガブルソケット２０の複数の接続端子部２２を介して電気的に接続されるようになっている。複数の接続端子部２２は、所定の押圧力を受けるとコイル状のバネ部（図示省略）が収縮して上部コンタクトピンと下部コンタクトピンとが電気的に接続されるように構成されたバネ状の端子である。

光コネクタ５０は、図１に示すように、複数本（本例では１２本）の光ファイバが一列に配置されたテープファイバ５１と、複数本の光ファイバを保持したコネクタ部（フェルール）５２と、ＶＣＳＥＬアレイ３１の各ＶＣＳＥＬからそれぞれ垂直な方向に出射される光（光信号）を９０度曲げた後複数本の光ファイバの各端面に光結合させる光学部品６０とを有する。コネクタ部５２は、多心用のフェルール型コネクタ（ＭＴコネクタ）である。テープファイバ５１は、別の光コネクタ５３に接続され、光モジュール３０との間で光信号を並列に伝送する。

マスクテープ９０としては、好適にはシロキサンフリーのマスクテープが利用される。筆者らは、ポリイミド系粘着材を用いたポリイミドテープや、アクリル系粘着材を用いたポリイミドテープなど複数のテープをマスクテープの候補として、それぞれのテープを用いた場合のＩＣワイヤボンディングの強度検証の実験を繰り返し、その結果として、シロキサンフリーのポリイミドテープを使った際に容易に十分なボンディング強度を得られることを発見した。

（製造方法の一実施形態）
次に、図１乃至図３で説明した光モジュール３０の製造方法の一実施形態を、図４乃至図６に基づいて説明する。
図５は、図２に示す光モジュールのモジュール基板を示す平面図で、ＩＣの実装領域およびマスクテープによるマスク領域を示している。

図５に示すように、モジュール基板３３上には、上述した複数組（本例では１２組、２４本）の高周波信号線３６の他に、ドライバＩＣ３２と電気的に接続されるＶＤＤ端子７１、７２と、ドライバＩＣ３２と電気的に接続されるＧＶＤ端子８０と、グランドパターン８１とが形成されている。各高周波信号線３６は、ドライバＩＣ３２をＦＣＢにより実装（ＦＣＢ実装）した際に、ドライバＩＣ３２側に設けられた複数の信号入出力端子とそれぞれ電気的に接続される。

また、モジュール基板３３上には、ドライバＩＣ３２に差動信号を供給するための複数組（１２ｃｈ）の高周波信号線３８の最上層の線路３８ａと、ドライバＩＣ３２に制御信号を供給するための複数の制御信号線３９の最上層の線路３９ａとが形成されている。各高周波信号線３８の最上層の線路３８ａは、ドライバＩＣ３２をＦＣＢ実装した際に、ドライバＩＣ３２側に設けられた複数の信号入出力端子とそれぞれ電気的に接続される。同様に、各制御信号線３９の最上層の線路３９ａも、ドライバＩＣ３２側に設けられた複数の制御信号入力端子とそれぞれ電気的に接続される。

上述した光モジュール３０の製造方法は、以下の工程を備える。
（第１の工程） 図４（ａ）に示すドライバＩＣ３２のチップ（ＩＣチップ）に、多数のバンプ３２ａを形成する（図４（ｂ）参照）。
この後、チップ３２ａを引っくり返す（図４（ｃ）参照）。

（第２の工程） 少なくとも複数の高周波信号線（伝送線路）３６の表面全体にマスク手段としてのシロキサンフリーのマスクテープ９０を貼り、その表面全体をマスクテープ９０でマスクする（図４（ｄ）参照）。

このとき、マスクテープ９０は、例えば、図５の破線で示すように、複数の高周波信号線（伝送線路）３６のワイヤボンディングする箇所に貼る。マスクテープの貼り方はこれに限られず、樹脂のしみだしにより覆われる可能性のある電極（信号線）を覆うように貼ればよい。

（第３の工程） モジュール基板３３におけるドライバＩＣが実装される領域３２Ａ（図５参照）にＮＣＰ樹脂９３等の樹脂を供給する（図４（ｅ）参照）。
図５のおいて太い一点鎖線で示す領域９４は、ＮＣＰ樹脂９３を塗布する領域を示している。

（第４の工程） ボンダ９５を用いてモジュール基板３３上の複数の電極や複数の信号線とドライバＩＣの複数のバンプ３２ａとを加熱により接合すると同時にＮＣＰ樹脂９３を硬化させる（図４（ｆ）参照）。
このときの加熱温度を例えば２００℃とし、加熱時間を例えば４秒とする。

（第５の工程） モジュール基板３３上の各電極や各信号線と各バンプ３２ａとの接合部を再加熱してポストキュアを行う（図４（ｈ）参照）。
このときの加熱温度を例えば１６５℃とし、加熱時間を例えば６０分とする。

（第６の工程） 上記第５の工程の前或いは後にマスクテープ９０を剥がして除去する（図４（ｇ）参照）。

（第７の工程） マスクテープ９０を剥がした後に、複数の高周波信号線３６の表面全体を、プラズマクリーニングにより洗浄する。

（第８の工程） ＶＣＳＥＬアレイ３１を孔９１内に実装する（図３参照）。
（第９の工程） 複数の高周波信号線３６とＶＣＳＥＬアレイ３１の各ＶＣＳＥＬとをワイヤ３７で接合する（図３参照）。
以上の工程により、図３に示すような光モジュール３０が作製される。

一実施形態に係る製造方法によれば、以下の作用効果を奏する。
・第３の工程でモジュール基板３３にＮＣＰ樹脂９３を供給する前に、少なくとも複数の高周波信号線３６をマスクテープ９０でマスクして保護している。このため、ＮＣＰ樹脂９３の供給量のばらつき等により、第４の工程でのボンディング時或いはその後に行うポストキュア時に、ＮＣＰ樹脂９３の一部が流れてＩＣ実装領域の外に広がる場合でも、そのＮＣＰ樹脂９３が複数の高周波信号線３６上に付着するのをマスクテープ９０で防ぐことができる。これにより、ＮＣＰ樹脂９３が複数の高周波信号線３６に付着して必要な伝送特性が得られなくなる等の不具合が発生するのを防止でき、歩留まりが向上する。

・シロキサンフリーのマスクテープを使用することで容易に正常な電極（信号線）表面を得られ、ワイヤボンディング特性が改善される。
・複数の高周波信号線３６とＶＣＳＥＬアレイ３１とをワイヤ３７で接続するが、その接続部におけるワイヤボンディング強度（ワイヤプル強度）が向上し、光モジュールの信頼性が向上する。

上記一実施形態に係る製造方法により製造された光モジュール３０では、図６に示すように、上記第６の工程でマスクテープ９０を除去した状態において、ＮＣＰ樹脂９３の、複数の高周波信号線３６と対向する側の境界線９３ａが、マスクテープ９０の一側面により直線の境界線となっている。伝送路上の樹脂を一直線上にできるので伝送路特性を一定にでき、チャネル間のバラツキをなくすことができる。また、これにより、各高周波信号線３６と各ＶＣＳＥＬアレイとを同じ線路長のワイヤ３７で接続することができ、伝送特性の良い光モジュール３０を実現することができる。

これに対して、複数の高周波信号線３６の表面全体をマスクテープ９０でマスクしなかった場合には、図７に示すように、上記ＮＣＰ樹脂９３の、複数の高周波信号線３６と対向する側の境界線１００が不規則に蛇行し、高周波信号線３６の表面に付着したりする。この場合、高周波信号線３６に対してワイヤボンディング装置を位置決めして各高周波信号線３６と各ＶＣＳＥＬアレイとをワイヤボンディングする際に、境界線１００が不規則に蛇行したＮＣＰ樹脂９３が障害となり、各高周波信号線３６と各ＶＣＳＥＬアレイとに対してその装置を正確に位置決めすることができない。これにより、各高周波信号線３６と各ＶＣＳＥＬアレイとを同じ線路長のワイヤ３７で接続することができず、伝送特性が低下してしまう。

なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記一実施形態では、マスク手段としてマスクテープ９０を用いたが、マスクテープ９０に代えて、複数の高周波信号線３６の表面全体にソルダーレジストのような液体状の樹脂にて印刷して形成し、これをマスク手段とする製造方法にも本発明は適用可能である。

・上記実施形態では、電気信号を光信号に変換する機能を有する送信用の光モジュールについて説明したが、光信号を電気信号に変換する機能を有する受信用の光モジュールにも本発明は適用可能である。この構成では、複数の光素子として複数のフォトダイオードを有するフォトダイオードアレイを用い、電子素子としてドライバＩＣ３３に代えて、各フォトダイオードの出力電流を電圧に変換して増幅するTIA（Transimpedance Amplifier）機能を備えた増幅用ＩＣを用いる。

・ワイヤボンディング接続のＩＣに本発明を適用した例を図８に示した。この場合、電極列６０に配列方向にほぼ平行に樹脂の端部１００が規定されている。これによって電極上のボンディング部も点線５０のように一列に設定することが可能となり、電気的な環境を均一にすることができる。

３０：光モジュール
３５：コンデンサ
３１：ＶＣＳＥＬアレイ（光素子アレイ）
３２：ドライバＩＣ（電子素子）
３３：モジュール基板、
５０：接点のライン
６０：電極（信号線）
７１、７２：電源端子（ＶＤＤ端子）
８０：グランド端子（ＧＶＤ端子）
８１：グランドパターン
９１：孔
９３：樹脂
１００：樹脂の染み出しの端部

Claims (4)

1. 基板にフリップチップ実装されるＩＣと前記基板に実装される光素子アレイとを備え、前記ＩＣと前記光素子アレイの各光素子との間において信号が、前記基板上に形成された複数の伝送線路と、該伝送線路と前記各光素子とを接続する複数のワイヤとを介して伝送される光モジュールの製造方法において、
   前記ＩＣのチップにバンプを形成する第１の工程と、
   少なくとも前記複数の伝送線路をマスク手段でマスクする第２の工程と、
   前記基板における前記ＩＣが実装される領域に樹脂を供給する第３の工程と、
   ボンダを用いて前記基板上の電極と前記ＩＣのバンプとを加熱により接合すると同時に前記樹脂を硬化させる第４の工程と、
   前記基板上の電極と前記バンプの接合部を再加熱してポストキュアを行う第５の工程と、
   前記第５の工程の前或いは後に前記マスク手段を除去する第６の工程と、を備えることを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 前記第２の工程において、前記マスク手段として前記第４の工程での加熱に耐え得る耐熱性を少なくとも有するマスクテープを用い、該マスクテープを少なくとも前記複数の伝送線路上に貼ることを特徴とする請求項１に記載の光モジュールの製造方法。
3. 前記マスクテープは、糊部にシロキサンフリーのアクリル系粘着剤を使用したテープであることを特徴とする請求項２に記載の光モジュールの製造方法。
4. ボンディング用の電極の列と前記電極の列と接続されるべきＩＣとが近接して配置され、かつ、前記ＩＣが基板上に接着用の樹脂によって固定されるモジュールにおいて、前記ＩＣの固定時の樹脂の染み出しの端部が前記電極の列にほぼ平行となっていることを特徴とする光モジュール。

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