JP2011070045A - 光基板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】光基板1は、表裏面に導電層3の電気配線がパターニングされた絶縁樹脂層からなる基板2を有する。基板2の表裏の電気配線を接続するビアホール6を形成した。導電層3の電極に受発光素子制御素子8を実装し、他の導電層3とワイヤーボンディング9によって接続し、トランスファーモールド樹脂の第二の封止樹脂19によって封止する。基板2に形成した溝部11内に受発光素子12を収容して接着剤13で固定し、ワイヤーボンディング9で導電層3と接続する。端面に光路変換ミラー16を備えた光導波路15を基板2に設置することで、受発光素子12の受発光面が光導波路15の光入出力面と光学的に接続される。受発光素子12と電気配線との接続部と光導波路15の光路変換ミラー16とを透明樹脂の第一の封止樹脂18によって封止する。
【選択図】図1
Description
そのため、処理信号の高速化や電気ノイズの低減を始めとして、高速通信の障害となる課題解決に向けた有望な技術として、光信号を利用することで高速の伝送速度で情報を送受信できる光配線を用いた技術が注目を集めている。特に、光配線を用いた大容量光インターコネクションを実現するために、光配線の高密度化や低損失接続が重要であり、高性能化とコスト低減に向けて様々な技術検討が行われている。
光電気モジュールとして、例えば特許文献1に記載された光回路部品では、端面に光を略90°偏向するミラーを設けた光配線を有する電子基板に、受発光素子を実装したサブマウント基板をセルフアライメント実装する方法が開示されている。しかし、特許文献1の方法では、受発光素子をサブマウント基板に実装する工程、受発光素子と光配線を光学的に接続するための樹脂層を配設する開口部を形成する工程等を、全て高精度で行うことは困難であり、製造歩留まりが低下し、低コスト化も困難である。
本発明によれば、受発光素子と光導波路は基板に段差を以て配設されているから、受発光素子に対して光導波路を光学的に接続する際、光導波路を基板の相対的な段差を有する部分の一方の面に設置することで段差の他方の面に設置された受発光素子の受発光面に光入出力部を光学的に対向させて精度良く接続を行え、設置が簡単でハンドリング性が高い。しかも、受発光素子と受発光素子制御素子とはそれぞれ第一の封止樹脂と第二の封止樹脂とで別個に封止されているから、受発光素子制御素子とその電気配線との接続部を例えば比較的高温で溶融するトランスファーモールド樹脂で封止し、受発光素子と光導波路の光路変換ミラーとを例えば比較的低温で溶融する光透過性の透明樹脂等で封止することで、光導波路を装着した光基板においても樹脂封止が可能である。しかも、光導波路は第一の封止樹脂によって直接封止されてもされなくても溶融樹脂の熱で損傷することはない。
光路変換ミラーに入射する光を確実に所要方向に反射できると共に、第一の封止樹脂は直接光導波路に接触することなく光路変換ミラーによって間接的に光導波路を受発光素子と一体に封止保護できる。或いは直接光導波路を封止できる。そして、光路変換ミラーに金属膜を形成することで光路変換ミラー部分の環境変化に対する信頼性を向上できる。
基板に設けた受発光素子の高さと同等な高さを有する凸部を段差として形成することで、凸部に光導波路を設置すると、光導波路の光入出力部を基板に設置した受発光素子の受発光面に簡単且つ容易に結合できる。
この場合、基板の表裏に設けた金属製の基材層に対して電気配線をパターニングする際、凸部が電気配線と同じ材質であることから、公知のフォトリソグラフィを中心としたパターニングとエッチングにより容易に形成することができ、光導波路の設置部分を平坦化することができて光導波路の実装精度及び実装の信頼性が向上する。
或いは、凸部がスペーサであってもよく、例えば所定の厚みを有する樹脂製や金属製等のスペーサを予め製作して基板に設置することで、凸部に設置する光導波路と受発光素子との間に必要な段差を形成できる。
溝部の深さを受発光素子の高さに対応する長さに設定することで、基板に設置した光導波路の光入出力部と受発光素子の受発光面とを光学的に接続できる。
本発明によれば、受発光素子に対して光導波路を光学的に接続する際、光導波路を受発光素子と段差を以て基板に配設することで、光導波路を基板の相対的な段差部分の一方の面に設置すると段差の他方の面に設置された受発光素子の受発光面に光入出力部を光学的に対向させて接合を行える。そして、受発光素子と受発光素子制御素子とはそれぞれ第一の封止樹脂と第二の封止樹脂とで別個に封止され、その際、受発光素子制御素子と電気配線との接続部を例えば比較的高温で溶融するトランスファーモールド樹脂等で封止すると共に、受発光素子と電気配線との接続部と光導波路の光路変換ミラーとを例えば比較的低温で溶融する光透過性の透明樹脂等で封止することで、光導波路を装着した光基板においても樹脂封止が可能である。しかも、光導波路は光路変換ミラーによって第一の封止樹脂によって直接封止されないか、或いは封止されても端面が樹脂封止されないから液状に溶融した状態の樹脂の熱で損傷することはない。
なお、本発明では、受発光素子制御素子と電気配線との接続部を第二の封止樹脂により封止する工程を、光導波路の光入出力部が受発光素子の受発光面と光学的に接続される工程よりも先に処理してもよいし、後に処理してもよい。
基板にスペーサまたは電気配線と同一材質の基材を凸部として設けることで、凸部に設けた光導波路と基板に設けた受発光素子との間に段差を形成できるから、光入出力部と受発光面とを容易に接続できる。
受発光素子を基板の溝部に設けることで、基板に設けた光導波路の光入出力部を受発光素子の受発光面と一致させて光学的に接続できる。
図1に示す第一実施形態による光基板1において、シート状の絶縁樹脂層からなる基板2の対向する表面2aと裏面2bには銅等の金属箔からなる電気配線としての導電層3、4が例えばパターニングによって形成されている。基板2にはその厚み方向に延びて表裏面2a、2bに貫通するビアホール用穴5が複数形成され、この穴5には例えば銅等のめっき処理によってビアホール6が設けられている。ビアホール6によって表裏面2a、2bの電気配線3,4が導通状態にある。
そして、ビアホール6の一方の端部、例えば表面2aに露出する導電層3からなる電極には受発光素子制御素子8が例えばフリップチップ実装等によって実装されている。受発光素子制御素子8は図示しない端子が例えばワイヤーボンディング9によって別のビアホール6に電気的に接続されている。受発光素子制御素子8からワイヤーボンディングを介してビアホール6の導電層3の電極(電気配線)に接続した構成を接続部という。
受発光素子12の受発光面12aに設けた図示しない端子と基板2の表面2aに設けたパターニングされた導電層3で形成された電気配線との接続には、ワイヤーボンディングや半田接続などを用いることができ、本実施形態ではワイヤーボンディング9が設けられている。これら受発光素子12からワイヤーボンディング9を介して接続される導電層3(電気配線)までの構成を接続部という。なお、受発光素子12は受発光素子制御素子8によって制御される。
基板2の表面2aには光信号を高速伝送して受発光素子12との間で光信号の入出力を行う光導波路15が設置されている。図2に示すように、光導波路15の端面15aは例えば略45°の傾斜面に形成され、その端面15aには光路変換ミラー16が接合されている。光路変換ミラー16の端面15aと反対側の面には金属膜17が蒸着等によって被着されている。光導波路15において、端面15aに45°の角度で対向する光入出力部として光入出力面15bが設けられ、光入出力面15bは受発光素子12の受発光面12aに一致して光学的にアライメントされて接続されるようになっている。受発光素子12と光導波路15との界面に光学接着剤を充填している。
ここで、光導波路15として、例えば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を用いることができる。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。
また、受発光素子12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ことができる。具体的には、端面発光型LD、面発光型LD、面受光型PDなどを使用することができる。
第一の封止樹脂18として、例えば液状の透明樹脂をポッティングによって充填することができる。透明樹脂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、界面の屈折率差を無くすため、光導波路と同等の屈折率を持った光学樹脂を用いることが望ましい。
受発光素子12を例えばディスペンサーによって光透過性の透明樹脂を用いてポッティング封止することで、光導波路15の端面12aも光路変換ミラー16を介して樹脂封止が可能となる。
また、受発光素子制御素子8とワイヤーボンディング9によって電気的に接続されたビアホール6の電極までを第二の封止樹脂19によって封止している。第二の封止樹脂19としてトランスファーモールド樹脂を用いることができる。
ここで、第一の封止樹脂18は、第二の封止樹脂19よりも溶融温度が低い材質であることが好ましい。これによって、第一の封止樹脂18の充填時に光導波路15を溶融樹脂の熱で損傷することなく保護できる。この場合、第一の封止樹脂18は端面15aを除く光導波路15を被覆してもよい。
まず図3(a)に示すように、表裏面2a,2bに導電性の金属箔3a、3aを付着させた絶縁樹脂層からなる基板2を用いる。基板2の絶縁樹脂層には任意の有機材料および無機材料を使用することができる。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、金属箔3aには金属から成るものであれば何でも構わないが、コストおよび導電性から一般的に銅が好ましく、電解銅箔、圧延銅箔等の平滑性の良い銅箔がより好ましい。
そして、過マンガン酸カリウムと水酸化ナトリウム混合液等の液中に基板2を浸漬させ、ビアホール用穴5内の有機絶縁材料の残渣をデスミア処理により除去する。
ビアホール用穴5内にビアホール6を形成するためのめっき工程は、基板2の樹脂面に電解めっきのシード層を形成する無電解銅めっきまたはダイレクトプレーティングを行う工程と、シード層を給電パターンとしてめっきを行う電解めっき工程とがある。
そして、金属箔3aのパターンで形成された導電層3からなる実装用パット上に、受発光素子制御素子8を実装する。受発光素子制御素子8の実装はダイボンディング、ワイヤーボンディング、フリップチップ実装などを用いることができる。
また、受発光素子制御素子8を実装した後、ワイヤーボンディング9によって別のビアホール6の電極をなす導電層3と接続する(図4(f)参照)。ワイヤーボンディング9による接続部周辺を含めて受発光素子制御素子8をトランスファーモールド樹脂により封止することで第二の封止樹脂19を形成する(図4(g)参照)。
次に、光導波路15を基板2の表面2aに設置し、端面15aに光路変換ミラー16を固定した光入出部の光入出面15bを受発光素子12の受発光面12aにアライメントして光路を一致させて接合する(図5(k)参照)。受発光素子12と光導波路15との界面には透明な光学接着剤を充填する。
光導波路15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を用いた。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ことができる。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。
また、受発光素子12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。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。
透明樹脂は一般に用いられている高分子材料を用いるものとし、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、これに限定されない。また、界面の屈折率差を無くすため、透明樹脂は光導波路15と同等の屈折率を持った液状の光学樹脂を用いる。
また、基板2上の任意の部分をモールド樹脂によりモールドすることで、基板2および実装部品の環境信頼性を高めることができる。
また、受発光素子12の受発光面12a及び光導波路15の端面15aの接合部と受発光面12a及び導電部3のワイヤーボンディング9による接続部とを第一の封止樹脂18によってモールド封止し、また受発光素子制御素子8とビアホール6における電極の導電層3とのワイヤーボンディング9による接続部を第二の封止樹脂19によって別個にモールド封止したから、光導波路15の部分の第一の封止樹脂18を第二の封止樹脂19より溶融温度に低い樹脂、例えば透明樹脂を用いることができて、光導波路15が熱で損傷することを防止できると共に受発光素子12と光導波路15の接続部を確実に封止保護できる。
特に、光導波路15の端面15aに形成した光路変換ミラー16周辺を、受発光素子12の受発光面12aと共に第一の封止樹脂によって封止することで、耐熱性の低い光導波路15を含めて樹脂封止ができる。この場合、光路変換ミラー16に金属膜17などを形成することで確実に光導波路15とその端面15aを保護して樹脂封止すると共に環境変化に対応できる。
図6により第二実施形態による光基板21について説明する。
本第二実施形態による光基板21は上述した第一実施形態による光基板1と光導波路15の接続部において相違し、他の構成において一致する。本第二実施形態による光基板21においては、基板2に溝部11は設けられておらず、表面2aに金属箔2aを用いるか、或いは電解めっきで銅箔2aと同じ材質からなる所定厚みの金属層(基材)を形成する。そして、凸部22の部分にマスクをして他の領域をエッチングすることで光導波路15を設置するための凸部22を所定の厚さで形成する。凸部22の高さは受発光素子12の高さと同程度に設定しておく。
凸部22に隣接して、基板2の表面2aには受発光素子12が設置され、受発光素子12の下面と基板2の表面2aとの間に接着剤13を塗布することで受発光素子12は基板2上に固定されている。受発光素子12の受発光面12aの端子と導電層3とは例えばワイヤーボンディング9により電気的に接続されている。
この状態で、受発光素子12の受発光面12a及び導電層3とのワイヤーボンディング9による接続部と光導波路15の端面12aに固定した光路変換ミラー16との領域を、上述した液状の透明樹脂による第一の封止樹脂18によって封止する。第一の封止樹脂18はモールド樹脂によってポッティング形成され、その高さは凸部22に設置した光導波路15と同一高さにしてもよい。
従って、本第二実施形態による光基板21においても第一実施形態による光基板1と同様な効果を得られる。
そして、作製したスペーサを接着剤で基板2上に接着する。
(実施例1)
実施例1として、まず基材2として、両面に銅箔3a付きのポリイミド基材(銅箔12μm厚、ポリイミド100μm厚、図3(a)参照)を絶縁樹脂層とした東レ製のものを用いる。そして、表裏面2a,2b間を、波長355nmの紫外線レーザ(YAG第三高調波)によって加工することで、複数のビアホール用穴5を形成した(図3(b)参照)。加工されたビアホール用穴5の内径は60μmであった。
次に、ビアホール用穴5に銅めっき処理を施して、ビアホール6を形成した(図3(c)参照)。基板2の表裏面2a,2bに配線パターン形成するために、配線形成用のドライフィルムレジストをラミネーターにより加熱しつつ加圧して張り合わせ、レジスト層を形成した。さらに、所定のパターンを形成したフォトマスクを用いて超高圧水銀ランプを光源とした平行光にて露光し、1%炭酸ナトリウム水溶液にて現像を行い、所望のエッチングレジストパターンを得た(図3(d)参照)。
次に、パターニングされた銅箔3aからなる導電層3の電極の上に受発光素子制御素子8として「VCSELドライバーチップ」350μm厚(HELIX AG製)を実装し、ワイヤーボンディング9により導電層3と電気接続を行った(図4(f)参照)。
次に、受発光素子制御素子8とワイヤーボンディング9を含めた周辺を第二封止樹脂19としてトランスファーモールド樹脂で被覆した(図4(g)参照)。
次に、ワイヤーボンディング9により受発光素子12とパターニングされた銅箔の導電層3とを接続した(図5(j)参照)。
そして、絶縁樹脂層の基板2に光導波路15として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(図5(k)参照)、エポキシ系屈折率整合光学接着剤(NTT−AT製)を使用して基板2の表面2aに固定した。
この光基板1の光学特性を評価した結果、各チャンネルで0.8〜1.1mWの安定した光出力を確認した。
次に、実施例2として第二実施形態による光基板21の製造方法を説明する。本実施例2において、基板2に受発光素子制御素子8と周辺部をトランスファーモールド封止によって第二の封止樹脂19を形成する工程まで、実施例1と同一の手法で光基板21を作製するため、省略する。
以下に、基本的に凸部22をパターニングにより作製する場合の工程を説明する。
次に、凸部22を形成すべき面をフィルムマスク24で覆い(図7(m))、フィルムマスク24部分を除く銅箔3aの厚さ部分を薄層にするために化学研磨を行った(図7(n)参照)。銅箔3aの厚さはフィルムマスク部分が180μmであり、他の部分は厚さ180μmから15μmに減少した。化学研磨液は硫酸過水系の化学研磨液を使用した。
その後、同様にエッチングレジストパターンを形成し(図7(n)参照)、導電層3からなる回路パターン即ち電気配線を形成すると共に、フィルムマスク24を除去した。これによって基板2の表面2aに凸部22を形成した(図7(o)、(p)参照)。
次に、基板2の表面2aにおいて、凸部22に隣接する位置に受発光素子12を実装し、接着剤13によって底面を接着固定した。そして、ワイヤーボンディング9によって受発光素子12とパターニングされた銅箔からなる電気配線の導電層3とを接続した(図8(s)参照)。
この光基板21の光学特性を評価した結果、各チャンネルで0.8〜1.1mWの安定した光出力を確認した。
2 絶縁樹脂層の基板
2a 表面
3 導電層
5 ビアホール用穴
6 ビアホール
8 受発光素子制御素子
9 ワイヤーボンディング
11 溝部
12 受発光素子
13 接着剤
15 光導波路
16 光路変換ミラー
17 金属膜
18 第一の封止樹脂
19 第二の封止樹脂
22 凸部
24 フィルムマスク
Claims (9)
- 表裏に電気配線がパターニングされた絶縁樹脂層からなる基板と、
該基板の表裏の電気配線を接続するビアホールと、
前記基板に設けられた受発光素子と、
前記電気配線に実装された受発光素子制御素子と、
前記基板に設置されていて端面に光路変換ミラーを備えた光導波路とを有する光基板であって、
前記受発光素子と光導波路とは段差を以て前記基板に配設されていて前記光路変換ミラーを介して光学的に接続するように接合され、
前記受発光素子と電気配線との接続部と前記光導波路の光路変換ミラーとが第一の封止樹脂によって覆れていると共に、前記受発光素子制御素子と電気配線との接続部が第二の封止樹脂によって覆われていることを特徴とする光基板。 - 前記光路変換ミラーの光入出力部と反対側の面に金属膜が設けられている請求項1に記載された光基板。
- 前記基板に凸部を設けると共に該凸部に前記光導波路が設置され、
前記基板に設けられた前記受発光素子と光導波路の光入出力部とが接合されている請求項1または2に記載された光基板。 - 前記凸部が前記基板の表裏に設けられた電気配線と同じ材質である請求項3に記載された光基板。
- 前記凸部がスペーサである請求項3に記載された光基板。
- 前記基板に溝部が形成され、該溝部に前記受発光素子が設置され、
前記基板に設置された前記光導波路の光入出力部と前記受発光素子とが接合されている請求項1または2に記載された光基板。 - 絶縁樹脂層の表裏に電気配線がパターニングされてなる基板の前記電気配線をビアホールによって接続し、前記電気配線を接続させた受発光素子と前記電気配線に実装された受発光素子制御素子とを前記基板に設け、前記受発光素子制御素子と電気配線との接続部を第二の封止樹脂により封止してなる光基板の製造方法であって、
端面に光路変換ミラーを備えた光導波路を、その光入出力部が前記受発光素子の受発光面と接合されるように前記受発光面に対して段差を設けて前記基板に設置する工程と、
前記受発光素子と電気配線との前記光導波路の端面に設けた前記光路変換ミラーと共に第一の封止樹脂により封止する工程と
を備えたことを特徴とする光基板の製造方法。 - 前記基板にスペーサまたは前記電気配線と同じ材質の基材からなる凸部を設けて、該凸部に光導波路を設置することで、前記基板に設けた受発光素子の受発光面と光導波路の光入出力部を一致させて光学的に接続するようにした請求項7に記載された光基板の製造方法。
- 前記基板に溝部を形成して該溝部内に前記受発光素子を設置し、
前記基板に光導波路を設置して、前記受発光素子の受発光面と光導波路の光入出力部を一致させて光学的に接続するようにした請求項7に記載された光基板の製造方法。
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