JP2013228596A

JP2013228596A - 光変調器及びその実装方法

Info

Publication number: JP2013228596A
Application number: JP2012101161A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Tsuzuki; 健都築; Shinji Mino; 真司美野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-11-07
Anticipated expiration: 2032-04-26
Also published as: JP5563618B2

Abstract

【課題】本発明は、熱によって接着剤が劣化することがない光変調器及びその作成方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る方法は、透明基板上光変調素子を、素子面を下向きにして配線基板上に設けられたバンプに固定してフリップチップ実装するステップと、当該フリップチップ実装後に、ＰＬＣを、素子面を上向きにして前記透明基板上光変調素子に接着するステップとを備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、光変調器及びその実装方法に関する。

図１は、従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器を示す。図１に示される従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器１００においては、ＬＮ光変調素子１０３が素子面を上向きにしてパッケージ１０１の配線基板１０２に固定されて、ＰＬＣ１０４、１０５が素子面を上向きにしてＬＮ光変調素子１０３に接続されている。ＰＬＣ−ＬＮ光変調器１００は、ワイヤによって高周波電気配線を施し、光ファイバ１０６及び１０７をそれぞれＰＬＣ１０４及び１０５に接続することによって作成される。

しかしながら、従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器１００においては、ワイヤによって施す高周波電気配線の本数が多く、作製に時間とコストがかかり、さらに平面上で高周波電気配線を引き回すため、スペースが必要であり、素子の小型化が困難であった。

また、従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器１００では、ＬＮ光変調素子１０３とＰＬＣ１０４、１０５との接続部分に接着剤を使用しており、接着剤の熱による劣化を防ぐため、素子固定時やワイヤ接続工程時に加える温度に制限がある。

ＬＮ光変調器では、素子面を下向き（フェイスダウン）にしたフリップチップ実装が提案されている（特許文献１を参照）。図２は、フリップチップ実装を用いた従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器を示す。図２に示される従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器２００においては、パッケージ２０１の多層基板２０２上に電極の役割を果たすバンプ２０８が設けられている。従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器２００は、ＬＮ光変調素子２０３が素子面を下向きにしてバンプ２０８に固定されてフリップチップ実装され、ＰＬＣ２０４、２０５が素子面を下向きにしてＬＮ光変調素子２０３に接続されている。

ＰＬＣ−ＬＮ光変調器２００は、多層基板２０２を用いた３次元配線によってパッケージ２０１内での配線を施すことにより、電極接続を一括して行なうことができ、配線スペースを削減することができるため、素子の小型化及び高密度実装、並びに時間及びコストの削減が可能となる。

上記のようなＬＮ光変調器だけでなく、Ｓｉ−ＩＣやＩｎＰ系半導体などでも同様に、素子面を配線基板面に重ねあわせることによってワイヤボンディングを不要としたフリップチップ実装が用いられている。Ｓｉ−ＩＣやＩｎＰ系及びＬＮ光変調器は可視光を透過しないため、赤外線カメラで観察して配線基板との位置合わせを行うことにより素子を実装する。

特開２００６−２８４８３８号公報

しかしながら、図２に示される従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器２００でも、フリップチップ実装時に加えられる熱や固定のためのフィラー硬化時の熱により、ＬＮ光変調素子２０３とＰＬＣ２０４及び２０５との接続部分に用いられる接着剤が劣化するという問題があった。例えば、金−スズハンダ実装では約３００℃、金バンプの熱超音波実装では約１５０℃、フィラー硬化温度では約１５０℃の熱が加えられる。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱によって接着剤が劣化することがないＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器及びその作成方法を提供することにある。

本発明の請求項１に記載の光変調器の作製方法は、透明基板上光変調素子を、素子面を下向きにして配線基板上に設けられたバンプに固定してフリップチップ実装するステップと、当該フリップチップ実装後に、ＰＬＣを、素子面を上向きにして前記透明基板上光変調素子に接着するステップとを備えることを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の光変調器の作製方法は、請求項１に記載の光変調器の作製方法であって、前記透明基板上光変調素子は、ＧａＮ系材料で構成されることを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の光変調器の作製方法は、請求項１又は２に記載の光変調器の作製方法であって、前記透明基板上光変調素子の透明基板において前記透明基板上光変調素子の素子面と反対側の面は、ミラー面で構成されることを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の光変調器は、バンプを有する配線基板と、素子面を下向きにして前記配線基板の前記バンプに固定されてフリップチップ実装された透明基板上光変調素子と、前記透明基板上光変調素子のフリップチップ実装後に、素子面を上向きにして透明基板上光変調素子に接着されたＰＬＣとを備えることを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の光変調器は、請求項４に記載の光変調器であって、前記透明基板上光変調素子は、ＧａＮ系材料で構成されることを特徴とする。

本発明の請求項６に記載の光変調器は、請求項４又は５に記載の光変調器であって、前記透明基板上光変調素子の透明基板において前記透明基板上光変調素子の素子面と反対側の面は、ミラー面で構成されることを特徴とする。

本発明に係る光変調器及びその作製方法によると、透明基板上光変調素子をフリップチップ実装後に透明基板上光変調素子にＰＬＣを接続することが可能になる。従って、透明基板上光変調素子とＰＬＣとの接続部分に用いられる接着剤がフリップチップ実装時に加えられる熱又はアンダーフィル硬化時の熱によって劣化することを回避することが可能になる。

さらに、透明基板上光変調素子をＧａＮ系材料で構成した場合、フリップチップ実装の際に、アライメントパターンを形成することなく、顕微鏡を用いて観察することにより電極パターンと配線基板との位置合わせが可能となる。従って、電極パターンと配線基板との位置合わせが容易であり、アライメント時間を短縮し、工程を簡略化することが可能となる。

従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器の構成を示す図である。フリップチップ実装を用いた従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器を示す図である。本発明に係るフリップチップ実装を用いたＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器を示す図である。本発明に係るＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器をパッケージ３０１の蓋を搭載する前に、パッケージ３０１上面から見た形状を示す図である。

図３は、本発明に係るフリップチップ実装を用いたＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００を示す。図３には、透明基板上窒化物系半導体素子３０３が素子面を下向き（フェイスダウン）にしてパッケージ３０１内の配線基板３０２上に設けられたバンプ３０８に固定されてフリップチップ実装され、ＰＬＣ３０４、３０５が素子面を上向き（フェイスアップ）にして窒化物系半導体素子３０３に接続されたＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００が示されている。

透明基板上窒化物系半導体素子３０３は、ＬＮ光変調素子に必要な不透明の導電膜が不要であり、例えばサファイア基板又はＧａＮ基板のような透明基板を使用しており、透明基板の裏面、すなわち素子面に対して反対側の面はミラー面で構成され、プロセス時に装置のセンサーからの光を反射するために裏面に施す反射膜（メタルなど）が除去されている。これにより、基板の裏面を可視光が透過できる状態となる。そのため、これらの透明基板を使用した窒化物系半導体素子は可視光域で透明であり、フリップチップ実装した素子裏面から導波路位置及び電極パターンを確認することができる。

フリップチップ実装した素子裏面から導波路位置が確認可能であるため、透明基板上窒化物系半導体素子３０３をフリップチップ実装後にＰＬＣ３０４、３０５を透明基板上窒化物系半導体素子３０３に接続することが容易になる。従って、本発明のＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００によると、透明基板上窒化物系半導体素子３０３とＰＬＣ３０４、３０５との接続部分に用いられる接着剤がフリップチップ実装時に加えられる熱又はアンダーフィル硬化時の熱によって劣化することを回避することが可能になる。

さらに、図１、２に示される従来のＰＬＣ−ＬＮ光変調器１００、２００においては、素子表面に形成される導電膜が不透明であることから実装の際に電極パターンが観察できないため、導電膜を除去してアライメントパターンを形成して赤外線カメラを用いて配線基板との位置合わせをする必要があったが、本発明に係るＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００においては、フリップチップ実装した素子裏面から電極パターンが確認可能であるため、フリップチップ実装の際に、アライメントパターンを形成することなく、顕微鏡を用いて観察することにより電極パターンと配線基板３０２との位置合わせが可能となる。従って、本発明のＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００によると、電極パターンと配線基板３０２との位置合わせが容易であり、アライメント時間を短縮し、工程を簡略化することが可能となる。

［実施例］
以下、本発明のＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００の実施例について説明する。本発明の実施例に係るＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００においては、透明基板上窒化物系半導体素子３０３として基板裏面がミラー面で構成されるＧａＮ基板上ＧａＮ変調器を用い、ＰＬＣ３０４、３０５の基板としてＳｉ基板を用いた。

ＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００を作製する際は、素子面を下向き（フェイスダウン）にして透明基板上窒化物系半導体素子３０３をバンプ３０８にフリップチップ実装した後に、素子面を上向き（フェイスアップ）にしてＰＬＣ３０４、３０５をアライメントして透明基板上窒化物系半導体素子３０３に接着固定する。

透明基板上窒化物系半導体素子３０３は可視光域で透明であるため導波路位置が観測可能であり、Ｓｉを基板としたＰＬＣ３０４、３０５は光を透過しないが、フェイスアップ実装の場合は顕微鏡により上面からＰＬＣ３０４、３０５の光導波路を確認可能であるため、透明基板上窒化物系半導体素子３０３とＰＬＣ３０４、３０５との接着接続は、顕微鏡を用いて互いの導波路位置同士を観察して電極パターンと配線基板３０２と位置合わせをすることにより行われる。

図４は、本発明のＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００をパッケージ３０１の蓋を搭載する前に、パッケージ３０１上面から見た形状を示す。図４に示されるように、ＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００の上面から透明基板を介した状態で、透明基板上窒化物系半導体素子３０３の電極パターン４０１を確認することができる。また、ＰＬＣ３０４、３０５の光導波路４０２は、素子面が上向きになっているため、同様にＰＬＣ−窒化物系半導体光変調器３００の上面から確認することができる。

本発明の実施例においては、透明基板上窒化物系半導体素子３０３を構成する半導体材料としてＧａＮを使用したが、それに限定されること無く、例えばＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＩｎＧａＮ、又はＩｎＡｌＮなど、公知の窒化物系半導体材料を用いることができ、さらに、ＬＮ光変調素子は裏面から光導波路の確認することが可能であるため、導電膜を除去した箇所にアライメントパターンを形成して配線基板との位置合わせを行えば、ＬＮ光変調素子を用いることも可能である。また、透明基板上窒化物系半導体素子３０３の透明基板としてＧａＮ基板を使用したが、例えばサファイア基板を使用することもできる。また、本発明においては、透明基板上窒化物系半導体素子３０３をパッケージ３０１にフリップチップ実装しているが、サブマウントにフリップチップ実装してもよい。

１００、２００ＰＬＣ−ＬＮ光変調器
１０１、２０１、３０１パッケージ
１０２、２０２、３０２配線基板
１０３、２０３ＬＮ光変調素子
１０４、１０５、２０４、２０５、３０４、３０５ＰＬＣ
１０６、１０７、２０６、２０７、３０６、３０７光ファイバ
２０８、３０８バンプ
３００窒化物系半導体光変調器
３０３透明基板上窒化物系半導体素子
４０１電極パターン
４０２光導波路

Claims

透明基板上光変調素子を、素子面を下向きにして配線基板上に設けられたバンプに固定してフリップチップ実装するステップと、
当該フリップチップ実装後に、ＰＬＣを、素子面を上向きにして前記透明基板上光変調素子に接着するステップと
を備えることを特徴とする光変調器の作製方法。
前記透明基板上光変調素子は、ＧａＮ系材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の光変調器の作製方法。
前記透明基板上光変調素子の透明基板において前記透明基板上光変調素子の素子面と反対側の面は、ミラー面で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の光変調器の作製方法。
バンプを有する配線基板と、
素子面を下向きにして前記配線基板の前記バンプに固定されてフリップチップ実装された透明基板上光変調素子と、
前記透明基板上光変調素子のフリップチップ実装後に、素子面を上向きにして透明基板上光変調素子に接着されたＰＬＣと
を備えることを特徴とする光変調器。
前記透明基板上光変調素子は、ＧａＮ系材料で構成されることを特徴とする請求項４に記載の光変調器。
前記透明基板上光変調素子の透明基板において前記透明基板上光変調素子の素子面と反対側の面は、ミラー面で構成されることを特徴とする請求項４又は５に記載の光変調器。