JP2014212166A - Optical waveguide device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号が伝搬する構造を有する光導波路デバイスに関するものである。 The present invention relates to an optical waveguide device having a structure in which an optical signal propagates.
近年、インターネットに代表される情報通信技術の発達や、情報処理装置の処理速度の飛躍的向上などに伴って、画像等の大容量データを送受信するニーズが高まりつつある。かかる大容量データを、情報通信設備を通じて自由にやり取りするためには10Gbps以上の情報伝達速度が望ましく、そのような高速通信環境を実現しうる技術として光通信技術に大きな期待が寄せられている。一方、機器内の配線基板間での接続、配線基板内の半導体チップ間での接続、半導体チップ内での接続など、比較的短い距離における信号伝達経路に関しても、高速で信号を伝送することが近年望まれている。このため、従来一般的であった金属ケーブルや金属配線から、光ファイバや光導波路等の光伝送媒体を用いた光伝送への移行が理想的であると考えられている。 In recent years, with the development of information communication technology represented by the Internet and the dramatic improvement in the processing speed of information processing apparatuses, there is an increasing need for transmitting and receiving large-capacity data such as images. An information transmission speed of 10 Gbps or higher is desirable to exchange such a large amount of data freely through an information communication facility, and great expectations are placed on optical communication technology as a technology that can realize such a high-speed communication environment. On the other hand, signals can be transmitted at high speeds even on signal transmission paths at relatively short distances, such as connections between wiring boards in equipment, connections between semiconductor chips in wiring boards, connections within semiconductor chips, etc. It has been desired in recent years. For this reason, it is considered that the transition from metal cables and metal wirings, which have been conventionally common, to optical transmission using an optical transmission medium such as an optical fiber or an optical waveguide is ideal.
しかも、最近では、大容量データをより高速で送受信するために、多チャネルかつ小型、低背高の光伝送媒体を用いて光伝送を行うことが求められている。このため、複数の光導波路を備える光導波路デバイスが各種提案されるに至っている(例えば特許文献1参照)。詳述すると、特許文献1には、狭ピッチでアレイ化された光素子を、光導波路上に形成された配線に対してフリップチップ接続する技術が提案されている。ところが、光素子から出射された光信号は、光導波路を下側から支持する配線基板に向かって進行するため、光信号を外部に取り出す構造が必要になり、複雑化、高コスト化してしまうという問題がある。従って、図9に示されるように、光導波路デバイス101は、光素子102を配線基板103に搭載してなり、光素子102から出射された光信号が配線基板103から離間する向きに進行して光導波路104に進入する構造であることが好ましい。
Moreover, recently, in order to transmit and receive large-capacity data at higher speed, it is required to perform optical transmission using a multi-channel, small, and low-profile optical transmission medium. For this reason, various optical waveguide devices including a plurality of optical waveguides have been proposed (see, for example, Patent Document 1). More specifically, Patent Document 1 proposes a technique of flip-chip connecting optical elements arrayed at a narrow pitch to wiring formed on an optical waveguide. However, since the optical signal emitted from the optical element travels toward the wiring substrate that supports the optical waveguide from the lower side, a structure for taking out the optical signal to the outside is required, which increases complexity and cost. There's a problem. Accordingly, as shown in FIG. 9, the
ところで、光導波路デバイス101においては、配線基板103上に基板側接続端子(図示略)が設けられ、光素子102に素子側端子(図示略)が設けられている。そして、基板側接続端子及び素子側端子は、高さが数十μm以上、さらに高い場合は100μm以上のボンディングワイヤ105を介して互いに接続されている。しかしながら、ボンディングワイヤ105は上方に突出する立体的なものであるため、光導波路104と光素子102とを光結合する際に、ボンディングワイヤ105のループが光導波路104に干渉するという問題がある(図9の領域A1参照)。この場合、光導波路104を光素子102に接近させることができないため、光の伝送ロスが大きくなってしまう。仮に、光導波路104を光素子102に対して無理に接近させると、ループが変形、断線したり、光導波路104が破損したりするおそれがある。また、ボールボンディングの場合は、光導波路がボール部に干渉するために、光導波路を光素子に接近できない場合がある。
By the way, in the
なお、光導波路104と光素子102との間にレンズ等の光学部品を介在させることにより、光の伝送ロスを小さくすることも考えられる。しかし、レンズや、レンズを位置決めしたり固定したりする構造が必要になるため、光導波路デバイス101の製造コストが上昇するという問題がある。また、素子主面106に素子側端子(表面電極)が配置された光素子102を用いる代わりに、素子裏面107に素子側端子(裏面電極)が配置された光素子を用い、裏面電極を基板側接続端子に直接接続することにより、ボンディングワイヤ105を省略して光導波路を光素子に接近させることも考えられる。しかし、光素子を薄型化する工程、及び、裏面電極を素子裏面107に形成する工程の少なくとも一方が必要になるため、光素子の製造コスト、ひいては、光導波路デバイスの製造コストが上昇するという問題がある。
It is also conceivable to reduce optical transmission loss by interposing an optical component such as a lens between the
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストを抑えつつ、光の伝送ロスを小さくすることができる光導波路デバイスを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an optical waveguide device capable of reducing light transmission loss while suppressing manufacturing cost.
上記課題を解決するための手段(手段1)としては、基板主面及び基板裏面を有する配線基板と、素子主面、素子裏面及び素子側面を有し、発光及び受光のうちの少なくとも一方の機能を有する光機能部と素子側端子とを前記素子主面に有し、前記素子裏面を前記基板主面に対向させた状態で、前記基板主面側に搭載される光素子と、前記素子主面上において前記光機能部と対向する位置に形成され、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有する光導波路とを備えた光導波路デバイスであって、前記素子主面上、前記素子側面上及び前記配線基板の最表面上に対して、前記素子側端子に接続される配線パターンが形成されていることを特徴とする光導波路デバイスがある。 Means (Means 1) for solving the above-described problems include a wiring board having a substrate main surface and a substrate back surface, an element main surface, an element back surface, and an element side surface, and at least one function of light emission and light reception. And an optical element mounted on the substrate main surface side with the element back surface facing the substrate main surface, and an optical element mounted on the substrate main surface side. An optical waveguide device, comprising: a core formed on a surface facing the optical functional unit and serving as an optical path through which an optical signal propagates; and an optical waveguide having a clad surrounding the core. There is an optical waveguide device characterized in that a wiring pattern connected to the element-side terminal is formed on the element side surface and on the outermost surface of the wiring substrate.
従って、手段1の光導波路デバイスによると、光素子の素子側端子に配線パターンが接続されている。この配線パターンは、光素子の素子主面上及び素子側面上に層状に形成されることで光素子の表面に接触し、配線基板の最表面上に層状に形成されることで配線基板の表面に接触するため、平面的なものである。従って、光導波路と光素子とを光結合する際に、配線パターンが光導波路に干渉することが防止される。その結果、光導波路を光素子に確実に接近させることができるため、光の伝送ロスを小さくすることができる。しかも、光の伝送ロスを小さくするために、光導波路と光素子との間にレンズ等の光学部品を介在させたり、素子側端子を素子裏面に配置したりしなくても済むため、光導波路デバイスの製造コストを抑えることができる。 Therefore, according to the optical waveguide device of means 1, the wiring pattern is connected to the element side terminal of the optical element. The wiring pattern is formed in layers on the element main surface and the element side surface of the optical element so as to come into contact with the surface of the optical element, and is formed in a layer on the outermost surface of the wiring board so that the surface of the wiring board is formed. It is flat because it touches. Therefore, when the optical waveguide and the optical element are optically coupled, the wiring pattern is prevented from interfering with the optical waveguide. As a result, the optical waveguide can be reliably brought close to the optical element, so that the light transmission loss can be reduced. In addition, in order to reduce the light transmission loss, it is not necessary to interpose an optical component such as a lens between the optical waveguide and the optical element or to arrange the element side terminal on the back surface of the element. Device manufacturing costs can be reduced.
ここで、光導波路デバイスが備える配線基板としては、例えば、樹脂配線基板、セラミック配線基板、ガラス配線基板、金属配線基板が使用可能であるが、樹脂配線基板を使用すればコスト面で有利になる。また、セラミック配線基板を使用すれば剛性面で有利になる。さらに、セラミック配線基板は樹脂配線基板に比較して熱伝導性が高いため、発生した熱が効率良く放散され、光素子の長寿命化に有効である。この場合、配線基板に光素子を搭載すれば、放熱性の悪化に起因する発光波長のズレが回避されるため、動作安定性や信頼性に優れた配線基板を実現することができる。 Here, as a wiring board provided in the optical waveguide device, for example, a resin wiring board, a ceramic wiring board, a glass wiring board, and a metal wiring board can be used. However, using a resin wiring board is advantageous in terms of cost. . Use of a ceramic wiring board is advantageous in terms of rigidity. Furthermore, since the ceramic wiring board has higher thermal conductivity than the resin wiring board, the generated heat is efficiently dissipated, which is effective for extending the life of the optical element. In this case, if the optical element is mounted on the wiring board, the shift of the emission wavelength due to the deterioration of the heat dissipation is avoided, so that a wiring board having excellent operational stability and reliability can be realized.
かかる樹脂配線基板の好適例を挙げると、例えば、EP樹脂(エポキシ樹脂)、PI樹脂(ポリイミド樹脂)、BT樹脂(ビスマレイド−トリアジン樹脂)、PPE樹脂(ポリフェニレンエーテル樹脂)等からなる配線基板がある。そのほか、これらの樹脂とガラス繊維(ガラス織布やガラス不織布)やポリアミド繊維等の有機繊維との複合材料からなる配線基板を使用してもよい。また、セラミック配線基板の好適例としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、窒化ホウ素、べリリア、ムライト、低温焼成ガラスセラミック、ガラスセラミック等からなる配線基板を挙げることができる。金属配線基板の好適例としては、例えば、銅からなる配線基板、銅合金からなる配線基板、銅以外の金属単体からなる配線基板、銅以外の合金からなる配線基板などを挙げることができる。 Examples of such resin wiring boards include wiring boards made of EP resin (epoxy resin), PI resin (polyimide resin), BT resin (bismaleide-triazine resin), PPE resin (polyphenylene ether resin), and the like. . In addition, a wiring board made of a composite material of these resins and organic fibers such as glass fibers (glass woven fabric or glass nonwoven fabric) or polyamide fibers may be used. Further, preferred examples of the ceramic wiring board include wiring boards made of alumina, aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, beryllia, mullite, low-temperature fired glass ceramic, glass ceramic, and the like. Preferable examples of the metal wiring board include a wiring board made of copper, a wiring board made of a copper alloy, a wiring board made of a single metal other than copper, and a wiring board made of an alloy other than copper.
また、配線基板の基板主面側には複数の基板側接続端子が配置される。この場合、配線パターンは、基板側接続端子と素子側端子とをつなぐものであってもよい。このようにした場合、配線パターンを直線的に延びるように形成することにより、基板側接続端子と素子側端子とをつなぐ電気経路を短くすることができる。ゆえに、基板側接続端子と素子側端子との間を流れる信号の伝送損失が小さくなるため、信号の品質劣化を防止することができる。また、配線基板は、複数の配線層と複数の絶縁層とを積層してなる多層配線基板であってもよい。さらに、これらの配線層の層間接続を図るために、基板内部にビア導体が形成されていてもよい。なお、基板側接続端子、配線層及びビア導体は、例えば、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)、タングステン(W)、モリブデン(Mo)などからなる導電性金属ペーストを印刷または充填することにより形成される。そして、これらの基板側接続端子、配線層及びビア導体には電気信号が流れるようになっている。なお、このような多層配線基板に加えて、例えば、配線層と絶縁層とを交互に積層してなるビルドアップ層をコア基板の片面または両面に有するビルドアップ多層配線基板を用いることも許容される。このようにすれば、配線基板の高密度化を図りやすくなる。 In addition, a plurality of board-side connection terminals are disposed on the board main surface side of the wiring board. In this case, the wiring pattern may connect the board side connection terminal and the element side terminal. In this case, by forming the wiring pattern so as to extend linearly, the electrical path connecting the substrate side connection terminal and the element side terminal can be shortened. Therefore, the transmission loss of the signal flowing between the board-side connection terminal and the element-side terminal is reduced, so that signal quality deterioration can be prevented. The wiring board may be a multilayer wiring board formed by laminating a plurality of wiring layers and a plurality of insulating layers. Furthermore, via conductors may be formed inside the substrate in order to achieve interlayer connection between these wiring layers. The substrate side connection terminal, the wiring layer, and the via conductor are, for example, conductive made of gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), platinum (Pt), tungsten (W), molybdenum (Mo), or the like. It is formed by printing or filling a metal paste. An electric signal flows through these board side connection terminals, wiring layers, and via conductors. In addition to such a multilayer wiring board, for example, it is allowed to use a build-up multilayer wiring board having a build-up layer formed by alternately laminating wiring layers and insulating layers on one side or both sides of the core board. The This makes it easy to increase the density of the wiring board.
さらに、配線基板としては、基板裏面上に形成した複数の端子パッドのみによって構成されるランドグリッドアレイ(LGA)タイプのものや、複数の端子パッドと該端子パッドの表面上に形成した複数のはんだバンプとによって構成されるボールグリッドアレイ(BGA)タイプのものや、複数の端子パッドと該端子パッドの表面上に接合した複数のピンとによって構成されるピングリッドアレイ(PGA)タイプのものなどが挙げられる。 Further, as a wiring board, a land grid array (LGA) type constituted only by a plurality of terminal pads formed on the back surface of the board, or a plurality of terminal pads and a plurality of solders formed on the surface of the terminal pads are used. Examples include a ball grid array (BGA) type constituted by bumps, and a pin grid array (PGA) type constituted by a plurality of terminal pads and a plurality of pins bonded on the surface of the terminal pads. It is done.
また、素子主面上、素子側面上及び配線基板の最表面上に対して、素子側端子に接続される配線パターンが形成されている。従って、配線基板の基板主面が最表面となる場合には、配線パターンは基板主面上に配置されるようになる。ここで、配線パターンを形成する方法としては、エッチング、めっき、金属ペーストの印刷焼成、金属箔の貼付、スパッタリング、蒸着、イオンプレーティングなどが挙げられる。なお、スパッタリングによって配線パターンを形成する場合には、素子側面に配線パターンを形成することが困難になる。また、蒸着やイオンプレーティングによって配線パターンを形成する場合には、肉薄の配線パターンしか形成できないため、信頼性が低下するおそれがある。また、蒸着やイオンプレーティングを行うための装置が必要であるため、高コスト化してしまうという問題がある。よって、配線パターンは、例えば、導電性材料を含むインクの吹き付けによって形成されることがよい。このようにした場合、配線パターンを任意の場所に、正確にかつ確実に形成することができる。また、配線パターンの厚さを十分に確保することができる。さらに、微細なパターンを有した高コストなマスクを準備したり、エッチング工程を行ったりしなくても、微細な配線パターンを形成できるため、製造コストを抑えることができる。なお、インクの吹き付けによって配線パターンを形成する方法としては、インクジェット装置を用いた印刷、インクの塗装などが挙げられる。また、導電性材料としては特に限定されないが、例えば、金、銀、銅、白金、タングステン、モリブデンなどから選択される1種または2種以上の金属を挙げることができる。 In addition, a wiring pattern connected to the element-side terminal is formed on the element main surface, the element side surface, and the outermost surface of the wiring substrate. Therefore, when the board main surface of the wiring board is the outermost surface, the wiring pattern is arranged on the board main surface. Here, examples of the method for forming the wiring pattern include etching, plating, printing and baking of a metal paste, sticking of a metal foil, sputtering, vapor deposition, ion plating, and the like. When forming a wiring pattern by sputtering, it is difficult to form a wiring pattern on the side surface of the element. In addition, when a wiring pattern is formed by vapor deposition or ion plating, only a thin wiring pattern can be formed, which may reduce reliability. Moreover, since an apparatus for performing vapor deposition and ion plating is required, there is a problem that the cost is increased. Therefore, the wiring pattern is preferably formed by spraying ink containing a conductive material, for example. In this case, the wiring pattern can be accurately and reliably formed at an arbitrary place. In addition, a sufficient thickness of the wiring pattern can be ensured. Furthermore, since a fine wiring pattern can be formed without preparing a high-cost mask having a fine pattern or performing an etching process, manufacturing cost can be reduced. In addition, as a method for forming a wiring pattern by spraying ink, printing using an ink jet apparatus, ink coating, and the like can be given. Moreover, it is although it does not specifically limit as a conductive material, For example, the 1 type, or 2 or more types of metal selected from gold | metal | money, silver, copper, platinum, tungsten, molybdenum etc. can be mentioned.
なお、配線基板の基板主面上にソルダーレジストが形成される場合には、最表面となるソルダーレジストの表面上に配線パターンを配置してもよい。このようにすれば、ソルダーレジストの形成後に光素子を搭載する場合であっても、配線パターンを容易に形成することができる。また、ソルダーレジストの表面上に配線パターンを形成する場合、配線パターンは、カップリング剤を介してソルダーレジストの表面上に配置されていてもよい。このようにすれば、ソルダーレジストに対する配線パターンの密着強度が向上するため、光導波路デバイスの信頼性を向上させることができる。さらに、ソルダーレジストの表面上に、インクの吹き付けによって配線パターンを形成する場合、ソルダーレジストの表面に撥液剤が塗布されており、撥液剤の塗布領域の間にある非塗布領域に配線パターンが形成されていてもよい。このようにすれば、撥液剤によりインクが広がることを防止できるため、配線パターンをより正確に形成することができる。しかも、インクが滲みにくくなり、配線パターンの厚さを確保しやすくなる。また、ソルダーレジストの表面上に配線パターンを形成する場合、最表層の配線層は、配線基板におけるグランド層であってもよい。このように構成すれば、絶縁層としてのソルダーレジスト、配線パターン及び最表層の配線層(即ちグランド層)によってマイクロストリップラインを形成できるため、光素子との間での特性インピーダンスの整合が可能になる。 In addition, when a solder resist is formed on the board | substrate main surface of a wiring board, you may arrange | position a wiring pattern on the surface of the soldering resist used as the outermost surface. In this way, the wiring pattern can be easily formed even when the optical element is mounted after the solder resist is formed. Moreover, when forming a wiring pattern on the surface of a soldering resist, the wiring pattern may be arrange | positioned on the surface of the soldering resist via the coupling agent. In this way, since the adhesion strength of the wiring pattern to the solder resist is improved, the reliability of the optical waveguide device can be improved. In addition, when a wiring pattern is formed on the surface of the solder resist by spraying ink, a liquid repellent is applied to the surface of the solder resist, and a wiring pattern is formed in a non-application area between the application areas of the liquid repellent. May be. In this way, since the ink can be prevented from spreading by the liquid repellent, the wiring pattern can be formed more accurately. In addition, it is difficult for the ink to bleed, and the thickness of the wiring pattern can be easily secured. When a wiring pattern is formed on the surface of the solder resist, the outermost wiring layer may be a ground layer in the wiring board. With this configuration, the microstrip line can be formed by the solder resist as the insulating layer, the wiring pattern, and the outermost wiring layer (that is, the ground layer), so that the characteristic impedance can be matched with the optical element. Become.
なお、光素子が、フィレット形状をなすフィレット部を有するダイボンディング部を介して基板主面側に搭載されている場合、配線パターンは、素子主面上、素子側面上、フィレット部の表面上及び配線基板の最表面上に形成されていてもよい。このようにすれば、素子側面上に形成された配線パターンと配線基板の最表面上に形成された配線パターンとが、フィレット部の表面上に形成された配線パターンを介してなだらかに接続されるため、配線パターンが断線しにくくなる。また、配線パターンには通常分散剤などの樹脂成分が含まれ、フィレット部は、通常、樹脂成分に無機フィラーが充填された材料が使用される。即ち、配線パターン及びフィレット部はともに樹脂成分を含むため、配線パターンとフィレット部とのなじみが良く、配線パターンがフィレット部の表面上に対して確実に密着する。以上のことから、配線パターンが十分な強度で形成されるため、信頼性が向上する。さらに、ダイボンディング部の一部(フィレット部)をフィレット形状にすることにより、光素子を十分な強度で基板主面側に搭載することができるため、信頼性が向上する。 When the optical element is mounted on the substrate main surface side through a die bonding portion having a fillet portion having a fillet shape, the wiring pattern is on the element main surface, on the element side surface, on the surface of the fillet portion, and It may be formed on the outermost surface of the wiring board. In this way, the wiring pattern formed on the element side surface and the wiring pattern formed on the outermost surface of the wiring board are gently connected via the wiring pattern formed on the surface of the fillet portion. Therefore, the wiring pattern is difficult to be disconnected. Further, the wiring pattern usually includes a resin component such as a dispersant, and the fillet portion is usually made of a material in which the resin component is filled with an inorganic filler. That is, since both the wiring pattern and the fillet portion contain a resin component, the wiring pattern and the fillet portion are well-matched, and the wiring pattern is securely adhered to the surface of the fillet portion. From the above, since the wiring pattern is formed with sufficient strength, the reliability is improved. Furthermore, since a part of the die bonding part (fillet part) is formed into a fillet shape, the optical element can be mounted on the substrate main surface side with sufficient strength, so that reliability is improved.
ここで、光素子は、光導波路デバイスが備える配線基板に対して1つまたは2つ以上搭載される。その搭載方法としては、例えば、通常のダイボンディングを採用することができる。また、光素子を大別すると、発光の機能を有する光機能部(発光部)を素子主面内に有するもの(即ち発光素子)と、受光の機能を有する光機能部(受光部)を素子主面内に有するもの(即ち受光素子)と、発光及び受光の両方の機能を有する光機能部(受発光部)を素子主面内に有するもの(即ち受発光素子)とがある。発光素子の具体例としては、例えば、発光ダイオード(Light Emitting Diode;LED)、半導体レーザーダイオード(Laser Diode ;LD)、面発光レーザー(Vertical Cavity Surface Emitting Laser;VCSEL)等を挙げることができる。これらの発光素子は、入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を所定部位に向けて発光部から出射する機能を有している。一方、受光素子の具体例としては、例えば、pinフォトダイオード(pin Photo Diode ;pin PD)、アバランシェフォトダイオード(Avalanche Photo Diode ;APD)等を挙げることができる。これらの受光素子は、光信号を受光部にて入射し、その入射した光信号を電気信号に変換して出力する機能を有している。また、このような光素子は、動作回路によって動作される。具体的に言うと、発光素子用の動作回路は、例えばドライバICと呼ばれ、受光素子用の動作回路は、例えばアンプまたはトランスインピーダンスアンプ(transimpedance amplifier;TIA)と呼ばれている。光素子及び動作回路は、例えば、配線基板に形成された配線層を介して電気的に接続されている。なお、光素子に使用する好適な材料としては、例えば、Si、Ge、InGaAs、GaAsP、AlGaAs、InPなどを挙げることができる。 Here, one or two or more optical elements are mounted on a wiring board included in the optical waveguide device. As the mounting method, for example, normal die bonding can be adopted. In addition, when the optical elements are roughly classified, an optical functional part (light emitting part) having a light emitting function (light emitting part) in the main surface of the element (that is, a light emitting element) and an optical functional part having a light receiving function (light receiving part) are provided. There are one having a main surface (that is, a light receiving element) and one having an optical function portion (light emitting / receiving portion) having both functions of light emission and light reception (that is, a light emitting / receiving element). Specific examples of the light emitting element include a light emitting diode (LED), a semiconductor laser diode (LD), a surface emitting laser (VCSEL), and the like. These light emitting elements have a function of converting an inputted electric signal into an optical signal and then emitting the optical signal from a light emitting portion toward a predetermined portion. On the other hand, specific examples of the light receiving element include a pin photo diode (pin PD), an avalanche photo diode (APD), and the like. These light receiving elements have a function of causing an optical signal to be incident on the light receiving unit, converting the incident optical signal into an electric signal, and outputting the electric signal. Such an optical element is operated by an operation circuit. Specifically, the operation circuit for the light emitting element is called, for example, a driver IC, and the operation circuit for the light receiving element is called, for example, an amplifier or a transimpedance amplifier (TIA). The optical element and the operation circuit are electrically connected through, for example, a wiring layer formed on the wiring board. Examples of suitable materials used for the optical element include Si, Ge, InGaAs, GaAsP, AlGaAs, and InP.
また、光素子は、複数の光機能部を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる光機能部群と、複数の素子側端子を配置してなる素子側端子群とを素子主面内に有しており、隣接する素子側端子同士のピッチは、通常125μmであるが、最小値が40μm以下に設定されていてもよい。このようにすれば、素子側端子に接続される配線パターンの数を多くして、装置全体を高密度化することができる。また、素子側端子同士のピッチの最小値を40μm以下に設定することにより、光素子、ひいては光導波路デバイスを小型化することができる。なお、隣接する素子側端子同士のピッチが仮に125μmよりも大きくなると、素子側端子に接続される配線パターンの数を多くすることが困難になる。また、素子側端子の数を多くした場合に、光素子、ひいては光導波路デバイスが大型化しやすくなる。さらに、光素子を搭載する際に角度ズレが生じると、端部にある光機能部の位置精度が大きく低下するため、高い実装精度が必要になってしまう。 The optical element includes an optical functional unit group in which a plurality of optical functional units are arranged on a straight line at an equal pitch, and an element side terminal group in which a plurality of element side terminals are arranged in the element main surface. The pitch between adjacent element-side terminals is normally 125 μm, but the minimum value may be set to 40 μm or less. In this way, it is possible to increase the number of wiring patterns connected to the element side terminals and increase the density of the entire apparatus. Further, by setting the minimum value of the pitch between the element side terminals to 40 μm or less, it is possible to reduce the size of the optical element and consequently the optical waveguide device. If the pitch between adjacent element-side terminals is larger than 125 μm, it is difficult to increase the number of wiring patterns connected to the element-side terminals. In addition, when the number of element-side terminals is increased, the size of the optical element, and hence the optical waveguide device, is easily increased. Furthermore, if an angle shift occurs when mounting the optical element, the positional accuracy of the optical functional unit at the end portion is greatly reduced, and thus high mounting accuracy is required.
さらに、光素子は、光機能部群と素子側端子群とを、前記素子主面内において交互に複数列ずつ有していてもよい。このようにした場合、基板側接続端子と素子側端子とをボンディングワイヤを介して互いに接続すると、ボンディングワイヤに干渉するために光導波路を接近させることができないという上記課題に加え、奥側の列にある素子側端子に接続されたボンディングワイヤのループが、手前側の列にある光機能部の上方を通過することにより、光機能部がループの影になってしまい、光結合効率を低下させるおそれがある。一方、本発明では、素子主面上に層状に形成される配線パターンを用いて基板側接続端子と素子側端子との接続を行うことができるため、光導波路の接近が可能になるとともに、影の発生による光結合効率の低下を確実に防ぐことができる。 Furthermore, the optical element may have a plurality of rows of optical functional unit groups and element-side terminal groups alternately in the element main surface. In this case, if the substrate side connection terminal and the element side terminal are connected to each other via the bonding wire, the optical waveguide cannot be brought close to the bonding wire in order to interfere with the bonding wire. The bonding wire loop connected to the element-side terminal in the upper part passes over the optical function part in the front row, so that the optical function part becomes a shadow of the loop, and the optical coupling efficiency is lowered. There is a fear. On the other hand, in the present invention, the substrate-side connection terminal and the element-side terminal can be connected using a wiring pattern formed in a layered manner on the element main surface. It is possible to reliably prevent a decrease in optical coupling efficiency due to the occurrence of.
また、光導波路デバイスは光導波路を備えている。なお、光導波路デバイスは、1本の光導波路のみを備えていてもよく、2本以上の光導波路を備えていてもよい。光導波路は、光信号が伝搬する光路となるコア及びコアを取り囲むクラッドを有する部材を指し、例えば、ポリマー材料等からなる有機系の光導波路や、石英ガラスや化合物半導体等からなる無機系の光導波路等がある。ポリマー材料としては、感光性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを選択することができ、具体的には、フッ素化ポリイミド等のポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、UV硬化性エポキシ樹脂、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、重水素化PMMA、重水素フッ素化PMMA等のアクリル樹脂、ポリオレフィン系樹脂などが好適である。コアを形成する材料及びクラッドを形成する材料はいずれも透光性を有することが好ましい。なお、コアはチャネルごとに分かれている必要があるが、クラッドは一体化されていてもよい。 The optical waveguide device includes an optical waveguide. Note that the optical waveguide device may include only one optical waveguide or may include two or more optical waveguides. An optical waveguide refers to a member having a core that serves as an optical path through which an optical signal propagates and a clad surrounding the core. For example, an organic optical waveguide made of a polymer material or the like, an inorganic optical light made of quartz glass, a compound semiconductor, or the like. There are waveguides. As the polymer material, photosensitive resin, thermosetting resin, thermoplastic resin, and the like can be selected. Specifically, polyimide resin such as fluorinated polyimide, epoxy resin, UV curable epoxy resin, PMMA (polyethylene) Acrylic resins such as methyl methacrylate), deuterated PMMA, and deuterated fluorinated PMMA, polyolefin resins, and the like are suitable. Both the material forming the core and the material forming the clad preferably have translucency. The core needs to be separated for each channel, but the clad may be integrated.
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1,図2に示されるように、光導波路デバイス10は、基板主面21及び基板主面21の反対側に位置する基板裏面22を有する配線基板20を備えている。本実施形態の配線基板20は、ガラスエポキシからなる略矩形板状のコア基板11を有するとともに、コア主面12(図2では上面)上に主面側ビルドアップ層14を有し、コア裏面13(図2では下面)上に裏面側ビルドアップ層15を有するビルドアップ多層配線基板である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図2に示されるように、コア基板11における複数箇所には、コア主面12及びコア裏面13を貫通するスルーホール導体16が形成されている。これらのスルーホール導体16は、コア基板11のコア主面12側とコア裏面13側とを接続導通している。なお、スルーホール導体16の内部は、例えばエポキシ樹脂などの閉塞体17で埋められている。そして、スルーホール導体16における開口部には銅めっき層からなる蓋状導体18が形成され、その結果スルーホール導体16が塞がれている。
As shown in FIG. 2, through-
裏面側ビルドアップ層15は、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)からなる2層の樹脂絶縁層61(絶縁層)と、銅からなる2層の配線層62とを交互に積層した構造を有している。また、各樹脂絶縁層61における複数箇所には、配線層62に接続されるビア導体63がそれぞれ銅めっきによって形成されている。また、第2層の樹脂絶縁層61の下面上における複数箇所には、配線層62に電気的に接続される端子パッド64がアレイ状に配置されている。さらに、第2層の樹脂絶縁層61の下面は、ソルダーレジスト65によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト65の所定箇所には、端子パッド64を露出させる開口部66が形成されている。端子パッド64の表面上には、複数のピン67がはんだ付けによって接合されている。
The back-
図2に示されるように、主面側ビルドアップ層14は、上述した裏面側ビルドアップ層15とほぼ同じ構造を有している。即ち、主面側ビルドアップ層14は、熱硬化性樹脂(エポキシ樹脂)からなる2層の樹脂絶縁層71(絶縁層)と、銅からなる2層の配線層62とを交互に積層した構造を有している。また、各樹脂絶縁層71における複数箇所には、配線層62に接続されるビア導体72がそれぞれ銅めっきによって形成されている。
As shown in FIG. 2, the main surface
図1,図2に示されるように、配線基板20の基板主面21上(具体的には、第2層の樹脂絶縁層71の表面上)には、複数の基板側接続端子73が形成されている。各基板側接続端子73は、最表層の配線層62に電気的に接続されるとともに、基板主面21において基板外周部となる領域に配置され、それぞれ平面視円形状をなしている。なお、本実施形態では、最表層の配線層62の一部が、配線基板20におけるグランド層を構成するようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of substrate-
図2に示されるように、配線基板20の基板主面21上(第2層の樹脂絶縁層71の表面上)は、ソルダーレジスト75によってほぼ全体的に覆われている。ソルダーレジスト75の所定箇所には、基板側接続端子73を露出させる開口部76が形成されている。そして、各開口部76内には、基板側接続端子73に接続されるビア導体77がそれぞれ、例えば銅めっきや導電性材料を含むインクの吹き付けによって形成されている。各ビア導体77は、円柱状をなし、その直径は10μm〜50μm程度に設定されている。なお、ビア導体77に接続される基板側接続端子73は、他の導体に接続されないようになっている。
As shown in FIG. 2, the substrate
なお、光導波路デバイス10には、半導体集積回路素子であるICチップ(CPU)が接合されている。MPUとしての機能を有するICチップは、1つのチップ主面、1つのチップ裏面、及び、4つのチップ側面を有し、縦10.0mm×横10.0mm×厚さ0.7mmの略矩形板状をなしている。ICチップは、図示しない回路素子をチップ主面内に有している。また、ICチップの周囲には、発光素子用の動作回路や、受光素子用の動作回路が配置されている。なお、ICチップや動作回路は、配線基板20の最表面50となるソルダーレジスト75の表面上、または、ソルダーレジストの開口部にチップ裏面を接触させた状態で、ダイボンディング剤などの接着剤により搭載されている。ICチップと動作回路との電気的な接続は、本実施形態の配線パターン51の形成方法と同じ方法で、ソルダーレジスト75の表面上やダイボンディング剤の表面上に配線することによって行ってもよい。光導波路30に干渉しない領域であれば、配線基板20の基板主面21上に形成した配線やワイヤボンディングなどの従来の手法により接続してもよい。
Note that an IC chip (CPU), which is a semiconductor integrated circuit element, is bonded to the
図1,図2に示されるように、光導波路デバイス10は、光素子(面発光素子)の一種であるVCSEL40を備えている。このVCSEL40は、1つの素子主面41(図2では上面)、1つの素子裏面42(図2では下面)、及び、4つの素子側面43を有し、縦3.5mm×横1.5mm×厚さ0.5mmの略矩形平板状をなしている。VCSEL40は、発光の機能を有する5個の発光部44(光機能部)を素子主面41に有している。また、VCSEL40は、素子裏面42を基板主面21に対向させた状態(具体的には、素子裏面42をソルダーレジスト75の表面上に接触させた状態)で、基板主面21側(具体的には、ソルダーレジスト75の表面上)に搭載されている。そして、各発光部44は、光導波路30の導波路裏面32に対して直交する方向(図2では上方向)に、所定波長のレーザー光(光信号)を出射するようになっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、図1に示されるように、VCSEL40は、5個の発光部44を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる1列の発光部群46(光機能部群)を素子主面41内に有している。なお、発光部群46を構成する発光部44のピッチL1は、通常250μm程度に設定されている。また、VCSEL40は、10個の素子側端子45を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる1列の素子側端子群47を素子主面41内に有している。各素子側端子45は、平面視円形状をなし、その直径は40〜70μm程度に設定されている。そして、隣接する素子側端子45同士のピッチL2は、通常125μmに設定されている。また、本実施形態では、2つの素子側端子45が、配線パターン48を介して1つの発光部44に接続されるようになっている。
As shown in FIG. 1, the
図1,図2に示されるように、光導波路デバイス10は、VCSEL40を駆動するための半導体集積回路素子であるドライバIC80を備えている。このドライバIC80は、1つの素子主面81(図2では上面)、1つの素子裏面82(図2では下面)、及び、4つの素子側面83を有し、縦3.5mm×横2.5mmの略矩形平板状をなしている。ドライバIC80は、VCSEL40用の電流源となる機能部84を素子主面81内に有している。なお、ドライバIC80は、素子裏面82をソルダーレジスト75の表面上に接触させた状態で、ソルダーレジスト75の表面上に搭載されている。また、ドライバIC80は、10個の素子側端子85を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる素子側端子群86と、10個の素子側端子87を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる素子側端子群88とを素子主面81内に有している。各素子側端子85,87は、平面視矩形状をなし、それらの直径は40〜70μm程度に設定されている。そして、各素子側端子群86,88において、隣接する素子側端子85,87同士のピッチL2は、通常125μmに設定されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
さらに、ソルダーレジスト75の表面上においてICチップとドライバIC80との間に位置する領域には、複数(本実施形態では10本)の配線パターン51が形成されている。各配線パターン51は、幅5〜70μm×厚さ4μmの層状(薄膜状)をなし、直線的にかつ互いに平行に延びるように形成されている。また、各配線パターン51は、ICチップのチップ主面上及びチップ側面上にも形成されるとともに、ドライバIC80の素子主面81上及び素子側面83上にも形成されている。そして、各配線パターン51は、ICチップのチップ側素子とドライバIC80の素子側端子85とを電気的につなぐようになっている。なお、本実施形態の配線パターン51は、インクジェット装置(図示略)を用いて導電性材料を含むインク(本実施形態では銅ペースト)を吹き付けることにより形成されたものである。また、各配線パターン51は、図示しないカップリング剤(本実施形態ではシランカップリング剤)を介して、ソルダーレジスト75の表面上、ICチップのチップ主面上及びチップ側面上、ドライバIC80の素子主面81上及び素子側面83上に配置されている。さらに、ソルダーレジスト75の表面には撥液剤(図示略)が塗布されており、撥液剤の塗布領域の間にある非塗布領域には配線パターン51が形成されている。なお、本実施形態の配線パターン51は銅ペーストの吹き付けによって形成されているが、ペーストの種類によっては、吹き付けによって配線パターンを形成した後、加熱処理、プラズマ照射処理及び極低酸素化処理の少なくとも1つの処理を行うことにより、導体(配線パターン)の抵抗率を下げるようにしてもよい。また、銅ペーストの代わりに銀ペーストを用いてもよい。銅ペーストは酸化しやすいため、銀ペーストの方が低い抵抗率を得ることができる場合が多いが、銀ペーストはイオンマイグレーションしやすいという懸念と材料費が高価という問題がある。
Furthermore, a plurality (10 in this embodiment) of
図1,図2に示されるように、ソルダーレジスト75の表面上においてドライバIC80とVCSEL40との間に位置する領域には、複数(本実施形態では10本)の配線パターン52が形成されている。各配線パターン52は、幅50μm×厚さ4μmに設定されており、直線的にかつ互いに平行に延びるように形成されている。また、各配線パターン52は、ドライバIC80の素子主面81上及び素子側面83上にも形成されるとともに、VCSEL40の素子主面41上及び素子側面43上にも形成されている。さらに、各配線パターン52は、配線基板20の最表面50となるソルダーレジスト75の表面上において2つに切断されている。そして、各配線パターン52は、ドライバIC80の素子側端子87、及び、VCSEL40の素子側端子45に電気的に接続されている。また、各配線パターン52は、基板側接続端子73(及びビア導体77)と素子側端子45,87とを電気的につなぐようになっている。つまり、各配線パターン52は、基板側接続端子73及びビア導体77を介して、素子側端子45と素子側端子87とを電気的につなぐようになっている。なお、本実施形態の配線パターン52やビア導体77は、インクジェット装置を用いて上記のインクを吹き付けることにより形成されたものである。また、各配線パターン52は、上記のカップリング剤を介して、ソルダーレジスト75の表面上、ドライバIC80の素子主面81上及び素子側面83上、VCSEL40の素子主面41上及び素子側面43上に配置されている。さらに、ソルダーレジスト75の表面には上記の撥液剤が塗布されており、撥液剤の塗布領域の間にある非塗布領域には配線パターン52が形成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of (in this embodiment, ten)
図1,図2に示されるように、光導波路デバイス10は、導波路主面31及び導波路主面31の反対側に位置する導波路裏面32を有する光導波路30を備えている。光導波路30は、VCSEL40の素子主面41上において、4個の発光部44と対向する位置に形成されている。そして、導波路裏面32と素子主面41との間は、10μm以下(本実施形態では0μm)だけ離間している。また、光導波路30は、厚さ50μmの4本のコア33と、厚さ25μmの下部クラッド34と、厚さ25μmの上部クラッド35とによって構成され、全体の厚さが100μmになっている。各コア33は、幅が50μmであって、直線的にかつ平行に延びるように形成されている。各コア33は、実質的に光信号が伝搬する光路となる部分であって、下部クラッド34及び上部クラッド35により取り囲まれている。本実施形態の場合、コア33とクラッド34,35とでは、屈折率が異なる透明なポリマー材料が使用されている。具体的に言うと、コア33を形成する材料は、クラッド34,35を形成する材料よりも2%程度(具体的には、通常0.2%〜4.0%程度、最大10%程度)屈折率が高くなっている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
図1,図2に示されるように、光導波路30における両端部には、光路内を伝搬する光信号の進路を変換する光路変換部36が形成されている。さらに、光路変換部36は、導波路裏面32に対して45°の角度で傾斜する反射面37を有している。その結果、光を90°の角度で反射する光路変換用ミラーが構成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, optical
なお、光導波路30を介して連結される光導波路デバイス(図示略)は、光素子(面受光素子)の一種であるフォトダイオード(図示略)を備えている。本実施形態のフォトダイオードは、VCSEL40とほぼ同様の構成を有している。即ち、このフォトダイオードは、1つの素子主面、1つの素子裏面、及び、4つの素子側面を有し、縦3.5mm×横1.5mm×厚さ0.5mmの略矩形平板状をなしている。フォトダイオードは、受光の機能を有する5個の受光部(光機能部)を素子主面に有している。即ち、発光部44及び受光部は互いに同数ずつ存在している。また、フォトダイオードは、素子裏面を配線基板の基板主面に対向させた状態(具体的には、素子裏面をソルダーレジストの表面上に接触させた状態)で、基板主面側(具体的には、ソルダーレジストの表面上)に搭載されている。そして、各受光部は、導波路裏面32に対して直交する方向(図2では下方向)に向かうレーザー光(光信号)を受けやすい構成となっている。
The optical waveguide device (not shown) connected via the
また、フォトダイオードは、5個の受光部を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる1列の受光部群(光機能部群)を素子主面内に有している。なお、受光部群を構成する受光部のピッチは、通常250μm程度に設定されている。また、フォトダイオードは、10個の素子側端子を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる1列の素子側端子群を素子主面内に有している。各素子側端子は、平面視円形状をなし、その直径は40〜70μm程度に設定されている。そして、隣接する素子側端子同士のピッチは、通常125μmに設定されている。また、本実施形態では、2つの素子側端子が、配線パターンを介して1つの受光部に接続されるようになっている。 Further, the photodiode has, in the element main surface, one row of light receiving portion groups (optical functional portion group) in which five light receiving portions are arranged on a straight line and at equal pitches. The pitch of the light receiving parts constituting the light receiving part group is normally set to about 250 μm. In addition, the photodiode has a group of element-side terminals formed by arranging ten element-side terminals on a straight line at an equal pitch in the element main surface. Each element-side terminal has a circular shape in plan view, and its diameter is set to about 40 to 70 μm. The pitch between adjacent element side terminals is normally set to 125 μm. In the present embodiment, the two element-side terminals are connected to one light receiving portion via a wiring pattern.
さらに、光導波路デバイスは、フォトダイオードを駆動するための半導体集積回路素子であるレシーバICを備えている。このレシーバICは、1つの素子主面、1つの素子裏面、及び、4つの素子側面を有し、縦3.5mm×横2.5mmの略矩形平板状をなしている。レシーバICは、フォトダイオード用のアンプとなる機能部を素子主面内に有している。なお、レシーバICは、素子裏面をソルダーレジストの表面上に接触させた状態で、ソルダーレジストの表面上に搭載されている。また、レシーバICは、10個の素子側端子を一直線上にかつ等ピッチに配置してなる素子側端子群を素子主面内に有している。各素子側端子は、平面視矩形状をなし、その直径は40〜70μm程度に設定されている。そして、素子側端子群において、隣接する素子側端子同士のピッチは、通常125μmに設定されている。 Further, the optical waveguide device includes a receiver IC that is a semiconductor integrated circuit element for driving the photodiode. This receiver IC has one element main surface, one element back surface, and four element side surfaces, and has a substantially rectangular flat plate shape of 3.5 mm long × 2.5 mm wide. The receiver IC has a functional unit that serves as an amplifier for the photodiode in the element main surface. The receiver IC is mounted on the surface of the solder resist in a state where the element back surface is in contact with the surface of the solder resist. The receiver IC has an element side terminal group in which 10 element side terminals are arranged in a straight line at an equal pitch in the element main surface. Each element-side terminal has a rectangular shape in plan view, and its diameter is set to about 40 to 70 μm. In the element-side terminal group, the pitch between adjacent element-side terminals is normally set to 125 μm.
そして、ソルダーレジストの表面上においてレシーバICとフォトダイオードとの間に位置する領域には、複数(本実施形態では10本)の配線パターンが形成されている。また、各配線パターンは、レシーバICの素子主面上及び素子側面上に形成されるとともに、フォトダイオードの素子主面上及び素子側面上に形成されている。そして、各配線パターンは、レシーバICの素子側端子、または、フォトダイオードの素子側端子に電気的に接続されている。なお、本実施形態の配線パターンは、インクジェット装置を用いて上記のインクを吹き付けることにより形成されたものである。 A plurality (10 in this embodiment) of wiring patterns are formed in a region located between the receiver IC and the photodiode on the surface of the solder resist. Each wiring pattern is formed on the element main surface and the element side surface of the receiver IC, and is formed on the element main surface and the element side surface of the photodiode. Each wiring pattern is electrically connected to the element side terminal of the receiver IC or the element side terminal of the photodiode. In addition, the wiring pattern of this embodiment is formed by spraying said ink using an inkjet apparatus.
このように構成された光導波路デバイス10の一般的な動作について簡単に述べておく。
A general operation of the
VCSEL40及びフォトダイオードは、配線基板20や配線に接続された回路デバイス(図示略)を介して動作する。ドライバIC80からVCSEL40に電気信号が出力されると、VCSEL40は入力した電気信号を光信号に変換した後、その光信号を光路変換部36の反射面37に向けて、発光部44からレーザー光として出射する。発光部44から出射したレーザー光は、光導波路30の導波路裏面32側から入射して反射面37に到達する。反射面37に到達したレーザー光は、そこで進行方向を90°変更し、コア33の一端に入射する。コア33内を伝搬して他端に到達したレーザー光は、そこに設けられている光路変換部の反射面により反射され、再び進行方向を90°変更する。このため、レーザー光は光導波路30の導波路裏面32側から出射し、フォトダイオードの受光部に入射する。すると、フォトダイオードは光信号を電気信号に変換してレシーバICに出力する。レシーバICは、それを増幅して基板に出力するようになっている。
The
次に、光導波路デバイス10の製造方法を図面に基づいて説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、基板準備工程を行い、配線基板20を従来周知の方法により作製し、あらかじめ準備しておく。配線基板20は以下のように作製される。まず、縦50mm×横50mm×厚さ0.8mmの基材の両面に銅箔が貼付された銅張積層板(図示略)を準備する。そして、YAGレーザーまたは炭酸ガスレーザーを用いてレーザー孔あけ加工を行い、銅張積層板を貫通する貫通孔を所定位置にあらかじめ形成しておく。次に、従来公知の手法に従って無電解銅めっき及び電解銅めっきを行うことでスルーホール導体16を形成した後、そのスルーホール導体16内に閉塞体17を充填する。さらに、銅めっきを行った後、銅張積層板の両面の銅箔のエッチングを行うことにより、蓋状導体18をパターニングする。具体的には、無電解銅めっきの後、露光及び現像を行って所定パターンのめっきレジストを形成する。この状態で無電解銅めっき層を共通電極として電解銅めっきを施した後、まずレジストを溶解除去して、さらに不要な無電解銅めっき層をエッチングで除去する。その結果、コア基板11を得る。
First, a substrate preparation step is performed, and the
次に、コア基板11のコア主面12及びコア裏面13に感光性エポキシ樹脂を被着し、露光及び現像を行うことにより、ビア導体72が形成されるべき位置に盲孔を有する第1層の樹脂絶縁層61,71を形成する。なお、コア主面12及びコア裏面13にエポキシ樹脂を被着した後でレーザー照射を行うことにより、盲孔を有する第1層の樹脂絶縁層61,71を形成するようにしてもよい。さらに、従来公知の手法(例えばセミアディティブ法)に従って電解銅めっきを行い、盲孔の内部にビア導体72を形成するとともに、樹脂絶縁層61,71上に配線層62を形成する。
Next, a photosensitive epoxy resin is applied to the core
次に、第1層の樹脂絶縁層61,71上に感光性エポキシ樹脂を被着し、露光及び現像を行うことにより、ビア導体72が形成されるべき位置に盲孔を有する第2層の樹脂絶縁層61,71を形成する。なお、第1層の樹脂絶縁層61,71上にエポキシ樹脂を被着した後でレーザー照射を行うことにより、盲孔を有する第2層の樹脂絶縁層61,71を形成するようにしてもよい。次に、従来公知の手法に従って電解銅めっきを行い、盲孔の内部にビア導体72を形成する。さらに、第2層の樹脂絶縁層61上に端子パッド64を形成するとともに、第2層の樹脂絶縁層71上に複数の基板側接続端子73を形成する。この時点で、基板主面21側に基板側接続端子73が配置された配線基板20が完成する。
Next, a photosensitive epoxy resin is deposited on the first resin insulation layers 61 and 71, and exposure and development are performed, whereby the second layer having blind holes at positions where the via
基板準備工程後、ソルダーレジスト形成工程を行い、基板主面21上(第2層の樹脂絶縁層71上)にソルダーレジスト75を形成する。また、基板裏面22上(第2層の樹脂絶縁層61上)にソルダーレジスト65を形成する。次に、所定のマスクを配置した状態で露光及び現像を行い、ソルダーレジスト65,75に開口部66,76をパターニングする。その後、従来公知の手法に従って無電解金めっきを行う。さらに、開口部66内に露出する端子パッド64上に、はんだ付けによってピン67を取り付ける。なお、開口部76内のビア導体77は、配線パターン52を形成するのと同じ方法で形成可能である。
After the substrate preparation step, a solder resist forming step is performed to form a solder resist 75 on the substrate main surface 21 (on the second resin insulating layer 71). Also, a solder resist 65 is formed on the substrate back surface 22 (on the second resin insulating layer 61). Next, exposure and development are performed with a predetermined mask placed, and
また、光導波路準備工程を行い、光導波路30を従来周知の手法により作製し、あらかじめ準備しておく。なお、光導波路準備工程は、上部クラッド形成工程、コア形成工程及び下部クラッド形成工程を含んでいる。
Further, an optical waveguide preparation step is performed, and the
上部クラッド形成工程では、光導波路30における上部クラッド35を形成する。一例を挙げると、まず、エポキシ系化合物[脂環式エポキシ系化合物(ダイセル化学工業株式会社製 EHPE3150)が99.5質量%、重合開始剤(旭電化工業株式会社製 光酸発生剤SP172)が0.5質量%]を含む硬化性組成物と、溶剤(メチルエチルケトン)とを混合し、溶解させて固形分78%の混合溶液を調製する。その後、得られた混合溶液を、支持体(厚さ38μmのPETフィルム)上にキャスティング法により塗布する。次に、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行う。その結果、溶剤が除去され、クラッド形成用の未硬化フィルムが得られる。その後、未硬化フィルムを金属箔などの所定の基体にラミネートすることにより、未硬化フィルムを転写する。具体的には、40℃〜50℃に加熱した状態で、基体及び未硬化フィルムの積層方向に0.5MPaの圧力を付与する。さらに、PETフィルムを剥離した後、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行う。その結果、溶剤が除去され、未硬化状態の上部クラッド35が得られる。なお、上記の方法に代えて、クラッド形成用液状物を、スピンコートなどの周知の方法によって塗布し、乾燥するといった方法により、未硬化状態の上部クラッド35を形成することも可能である。その後、未硬化状態の上部クラッド35に対して、紫外線ランプを用いた露光(露光量2000mJ/cm2、約7分)と、ポストベイク(120℃、30分)と、本硬化(150℃、1時間)とを行うことにより、完全に硬化した上部クラッド35が得られる。
In the upper clad forming step, the upper clad 35 in the
続くコア形成工程では、光導波路30におけるコア33を形成する。一例を挙げると、まず、エポキシ系化合物[芳香族エポキシ系化合物(ジャパンエポキシレジン株式会社製 エピコート1001)が44.5質量%、脂環式エポキシ系化合物(ダイセル化学工業株式会社製 EHPE3150)が55.0質量%、重合開始剤(旭電化工業株式会社製 光酸発生剤SP172)が0.5質量%]を含む硬化性組成物を準備する。次に、この硬化性組成物と溶剤(メチルエチルケトン)とを混合し、溶解させて固形分78%の混合溶液を調製する。その後、得られた混合溶液を、支持体(例えば厚さ38μmのPETフィルム)上にキャスティング法により塗布する。次に、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行う。その結果、溶剤が除去され、コア形成用の未硬化フィルムが得られる。そして、得られた未硬化フィルムを上部クラッド35上にラミネートし積層する。具体的には、40℃〜50℃に加熱した状態で、上部クラッド35及び未硬化フィルムの積層方向に0.5MPaの圧力を付与する。さらに、PETフィルムを剥離した後、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行うことにより、未硬化状態のコア33が形成される。その後、未硬化状態のコア33に対して、所定パターンが形成されたフォトマスクを配置し、この状態で紫外線ランプを用いた露光(露光量500mJ/cm2、約2分)と、ポストベイク(120℃、30分)とを行う。その結果、露光された部分が仮硬化状態になる。次に、2−メトキシエタノールを用いた現像(30秒)を行って未硬化の樹脂を除去し、イソプロピルアルコール(IPA)を用いて未硬化の樹脂の残渣を洗浄、除去することにより、仮硬化状態のコア33をパターニングする。その後、本硬化(150℃、1時間)を行うことにより、完全に硬化したコア33が得られる。なお、露光及び現像を行うことによってコア33を形成する代わりに、材料に応じて別の方法を用いてコア33を形成してもよく、例えばフォトブリーチングを行うことによってコア33を形成してもよい。
In the subsequent core forming step, the core 33 in the
下部クラッド形成工程では、光導波路30における下部クラッド34を形成する。ここでは、上部クラッド形成工程で用いたものと同じ未硬化フィルム(下部クラッド形成用の未硬化フィルム)を用意する。そして、得られた未硬化フィルムをコア33上及び上部クラッド35上に積層し、40℃〜50℃に加熱した状態で、上部クラッド35、コア33及び未硬化フィルムの積層方向に0.5MPaの圧力を付与する。その後、PETフィルムを剥離した後、70℃に加熱した状態で30分間乾燥を行うことにより、未硬化状態の下部クラッド34が形成される。次に、未硬化状態の下部クラッド34に対して、紫外線ランプを用いた露光(露光量2000mJ/cm2、約7分)と、ポストベイク(120℃、30分)と、本硬化(150℃、1時間)とを行うことにより、完全に硬化した下部クラッド34が得られ、光導波路30が完成する。
In the lower cladding formation step, the
次に、ICチップのチップ裏面を基板主面21側に対向させた状態(具体的には、チップ裏面をソルダーレジスト75の表面上に接触させた状態)で、基板主面21上にICチップを搭載する。また、ドライバIC80の素子裏面82を基板主面21側に対向させた状態(具体的には、素子裏面82をソルダーレジスト75の表面上に接触させた状態)で、基板主面21上にドライバIC80を搭載する。なお、レシーバICは、ドライバIC80と同様の工程を経て、基板主面21上に実装される。
Next, the IC chip is placed on the substrate
続く光素子搭載工程では、通常のダイボンディングにより、素子裏面42を配線基板20の基板主面21に対向させた状態で、基板主面21側にVCSEL40を搭載する。なお、フォトダイオードは、VCSEL40と同様の工程を経て、基板主面21側に搭載される。
In the subsequent optical element mounting step, the
光素子搭載工程後の配線パターン形成工程では、ドライバIC80の素子側端子87、または、VCSEL40の素子側端子45に接続される配線パターン52を、導電性材料を含むインク(銅ペースト)の吹き付けによって形成する。また、配線パターン形成工程では、ICチップのチップ側素子とドライバIC80の素子側端子85とをつなぐ配線パターン51を、インクの吹き付けによって配線パターン52とともに形成する。
In the wiring pattern formation process after the optical element mounting process, the
詳述すると、まず、ICチップのチップ主面の上方に、図示しないインクジェット装置(本実施形態では、静電式のインクジェット装置)のノズルを配置する。そして、ノズルからインクを吐出させ、チップ主面上に配線パターン51を形成する。次に、ノズルからインクを吐出させながら、インクジェット装置(及びノズル)をICチップからドライバIC80に向けて直線的に移動させる。その結果、ICチップのチップ側面上→ソルダーレジスト75の表面上→ドライバIC80の素子側面83上→ドライバIC80の素子主面81上(素子側端子85上)の順番で配線パターン51が形成される。
More specifically, first, a nozzle of an ink jet device (not shown) (an electrostatic ink jet device in the present embodiment) is disposed above the chip main surface of the IC chip. Then, ink is ejected from the nozzles to form
その後、ノズルからのインクの吐出を停止させ、インクジェット装置のノズルを素子側端子87の上方に移動させる。そして、ノズルからインクを再び吐出させ、素子主面81上(素子側端子87上)に配線パターン52を形成する。次に、ノズルからインクを吐出させながら、インクジェット装置(及びノズル)をドライバIC80からVCSEL40に向けて直線的に移動させる。その結果、ドライバIC80の素子側面83上→ソルダーレジスト75の表面上(及び、ドライバIC80側のビア導体77におけるソルダーレジスト75の表面側端面上)の順番で配線パターン52の一部が形成される。この時点で、ノズルからのインクの吐出を再び停止させ、インクジェット装置のノズルをVCSEL40側に移動させる。次に、ノズルからインクを再び吐出させ、インクジェット装置(及びノズル)をVCSEL40に向けて直線的に移動させる。その結果、ソルダーレジスト75の表面上(及び、VCSEL40側のビア導体77におけるソルダーレジスト75の表面側端面上)→VCSEL40の素子側面43上→VCSEL40の素子主面41上(素子側端子45上)の順番で配線パターン52の残りの部分が形成される。
Thereafter, the ejection of ink from the nozzles is stopped, and the nozzles of the ink jet apparatus are moved above the
続く光結合工程では、光導波路30の反射面37を光機能部(発光部44、受光部)と光結合できるように配置し、図示しないガイドピンなどの位置決め機構で固定する。この時点で、光導波路デバイス10が完成する。
In the subsequent optical coupling step, the reflecting
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態の光導波路デバイス10によれば、VCSEL40の素子側端子45に配線パターン52が接続されている。この配線パターン52は、素子主面41上及び素子側面43上に層状に形成されることでVCSEL40の表面に密着し、最表面50上に層状に形成されることで配線基板20の表面に密着するため、平面的なものである。従って、光導波路30とVCSEL40とを光結合する際に、配線パターン52が光導波路30に干渉することが防止される。その結果、光導波路30をVCSEL40に確実に接近(さらには接触)させることができるため、光の伝送ロスを小さくすることができる。しかも、光の伝送ロスを小さくするために、光導波路30とVCSEL40との間にレンズ等の光学部品を介在させたり、素子側端子45を発光部44とは別の面(例えば素子裏面42に移動したりしなくても済むため、部品点数や工数の増加を防止することができ、光導波路デバイス10の製造コストを抑えることができる。
(1) According to the
(2)ところで、ボンディングワイヤ105(図9参照)を用いる従来技術では、ボンディングワイヤ105の一次側端(即ち、光素子102の素子側端子との接続部分)に、外径50μm程度のボール部(ボールボンディングの場合)や長さ50μm程度のウェッジ部(ウェッジボンディングの場合)を形成する必要がある。これに伴い、素子側端子の直径も50μm程度にする必要があるため、隣接する素子側端子同士のピッチの最小値は125μm程度となっていた。 (2) By the way, in the prior art using the bonding wire 105 (see FIG. 9), a ball portion having an outer diameter of about 50 μm is formed at the primary side end of the bonding wire 105 (that is, the connection portion with the element side terminal of the optical element 102). It is necessary to form a wedge part (in the case of ball bonding) or a wedge part (in the case of wedge bonding) having a length of about 50 μm. As a result, the diameter of the element-side terminal needs to be about 50 μm, so the minimum value of the pitch between the adjacent element-side terminals is about 125 μm.
一方、本実施形態では、VCSEL40の素子側端子45に、ボンディングワイヤ105ではなく、配線パターン52が接続されている。本実施形態の配線パターン52の幅としては5μmが実現可能であるため、素子側端子45の直径を5μm程度にすることができ、隣接する素子側端子同士のピッチを10μm程度まで大幅に小型化することができる。その結果、素子側端子45を小型化でき、ひいては、VCSEL40の小型化が可能になる。これに伴い、同じ領域に多くのチャネルを配置できるようになるため、伝送容量を大きくすることができる。
On the other hand, in this embodiment, not the
しかも、インクジェット装置によって形成された配線パターン52は、ボンディングワイヤ105よりも寄生インダクタが小さくなるため、インピーダンスの不整合による信号反射を抑制することができる。よって、高速信号伝送に有効で、かつノイズを抑制できる電気経路を得ることができる。また、本実施形態では、ボンディングワイヤ105によるワイヤボンディングを行わないため、VCSEL40にワイヤボンディング時の超音波振動や衝撃が加わることはない。よって、ワイヤボンディングに起因するVCSEL40の故障を回避することができる。さらに、配線パターン52は、ボンディングワイヤ105に一般的に用いられている金や銀ではなく、金や銀よりも安価な銅によって形成されているため、低コスト化を図ることができる。
In addition, the
(3)また、配線パターン51,52をピエゾ式のインクジェット装置を用いて形成することが考えられるが、配線パターン51,52の一部にインクが溜まる部分(いわゆるバルジ)や薄い部分が生じるおそれがある。一方、本実施形態では、静電式のインクジェット装置を用いて配線パターン51,52を形成しているため、上記の問題を解消することができる。しかも、直線性に優れた配線パターン51,52を形成することができる。
(3) Although it is conceivable to form the
(4)本実施形態では、ICチップのチップ側素子とドライバIC80の素子側端子85とをつなぐ配線パターン51が、直線的に延びるように形成されているため、チップ側端子と素子側端子85との間をつなぐ電気経路が短くなる。ゆえに、チップ側素子と素子側端子85との間を流れる信号の伝送損失が小さくなるため、信号の品質劣化を防止することができる。
(4) In this embodiment, since the
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。 In addition, you may change this embodiment as follows.
・上記実施形態の光導波路デバイス10は、配線基板20と、配線基板20の基板主面21上に搭載されるVCSEL40と、VCSEL40の素子主面41上において発光部44と対向する位置に形成される光導波路30とを備えた構造を有していた。しかし、光導波路デバイス10は他の構造を有していてもよい。
The
例えば、図3の光導波路デバイス110に示されるように、VCSEL111を、フィレット形状をなすフィレット部112を有するダイボンディング部113を介して配線基板114の基板主面115側に搭載し、配線パターン116を、素子主面117上、素子側面118上、フィレット部112の表面119上及び配線基板114の最表面120上に形成してもよい。このようにすれば、ダイボンディング部113の一部(フィレット部112)をフィレット形状にすることにより、VCSEL111を十分な強度で基板主面115側に搭載することができるため、信頼性が向上する。なお、図4の光導波路デバイス210に示されるように、配線基板211の最表面212において開口する凹部213を設け、凹部213内にVCSEL214を収容し、凹部213とVCSEL214との隙間をダイボンディング部215の一部で埋めるようにしてもよい。このようにすれば、ダイボンディング部215を設けたとしても、VCSEL214を低い位置に搭載できるため、光導波路デバイス210の薄型化を図ることができる。また、図5の光導波路デバイス310に示されるように、光導波路311を上方からVCSEL312に接続するようにしてもよい。
For example, as shown in the
・ところで、ソルダーレジスト75は、一般的に樹脂絶縁層71に比べて強度が低い。そこで、図6の光導波路デバイス410に示されるように、ソルダーレジスト411に基板主面412(樹脂絶縁層413の表面)を露出させるための凹部414を設け、凹部414内にVCSEL415を収容するようにしてもよい。このようにすれば、VCSEL415がソルダーレジスト411よりも強度が高い樹脂絶縁層413によって直接支持されるため、信頼性が向上する。
By the way, the solder resist 75 is generally lower in strength than the
・上記実施形態では、配線基板20の基板主面21上にソルダーレジスト75が形成され、最表面50となるソルダーレジスト75の表面上に配線パターン51,52が形成されていた。しかし、ソルダーレジスト75を省略して、最表面となる基板主面21上に配線パターン51,52を形成するようにしてもよい。
In the above embodiment, the solder resist 75 is formed on the substrate
・上記実施形態では、配線パターン52と基板側接続端子73とがビア導体77を介して接続されていた。しかし、基板側接続端子73をソルダーレジスト75の表面上に形成するなどして、配線パターン52と基板側接続端子73とを直接接続するようにしてもよい。
In the above embodiment, the
・上記実施形態のVCSEL40(光素子)は、発光部群46(光機能部群)と素子側端子群47とを素子主面41内において1列ずつ有していた。しかし、光機能部群及び素子側端子群は、素子主面内において交互に複数列ずつ有していてもよい。例えば、図7に示されるように、VCSEL540は、発光部群546と素子側端子群547とを、素子主面541内において交互に2列ずつ有していてもよい。
The VCSEL 40 (optical element) of the above embodiment has the light emitting unit group 46 (optical functional unit group) and the element
・上記実施形態の配線パターン52は、基板側接続端子73とVCSEL40の素子側端子45との間や、基板側接続端子73とドライバIC80の素子側端子87との間を電気的につなぐようになっていた。そして、配線パターン52は、基板側接続端子73及びビア導体77を介して、素子側端子45と素子側端子87とを電気的につなぐようになっていた。しかし、図8に示される光導波路デバイス610のように、配線パターン611と基板側接続端子612とを接続せずに、ドライバIC613の素子側端子614とVCSEL615(光素子)の素子側端子616とを、配線パターン611によって直接接続するようにしてもよい。このようにすれば、素子側端子614,616間をつなぐ電気経路が短くなる。ゆえに、素子側端子614,616間を流れる信号の伝送損失が小さくなるため、信号の品質劣化を防止することができる。
The
次に、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1)上記手段1に記載の光導波路デバイスを製造する方法であって、前記配線基板を準備する基板準備工程と、前記光導波路を準備する光導波路準備工程と、前記素子主面を前記光導波路に接触させ、かつ、前記素子裏面を前記基板主面に対向させた状態で、前記基板主面側に前記光素子を搭載する光素子搭載工程と、前記光素子搭載工程後、前記素子主面上、前記素子側面上及び前記配線基板の最表面上に対して、前記素子側端子に接続される配線パターンを導電性材料を含むインクの吹き付けによって形成する配線パターン形成工程とを含むことを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。 (1) A method for manufacturing an optical waveguide device according to the above means 1, wherein a substrate preparation step for preparing the wiring substrate, an optical waveguide preparation step for preparing the optical waveguide, and the element main surface through the optical waveguide An optical element mounting step of mounting the optical element on the substrate main surface side in a state where the optical element is in contact with the waveguide and the back surface of the element faces the main surface of the substrate; A wiring pattern forming step of forming a wiring pattern connected to the element-side terminal on the surface, the element side surface, and the outermost surface of the wiring substrate by spraying ink containing a conductive material. A method for manufacturing an optical waveguide device.
(2)技術的樹思想(1)において、前記基板準備工程後かつ前記光素子搭載工程前に、前記基板主面上にソルダーレジストを形成するソルダーレジスト形成工程を行い、前記配線パターン形成工程では、前記最表面となる前記ソルダーレジストの表面上に前記配線パターンを形成することを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。 (2) In the technical tree idea (1), after the substrate preparation step and before the optical element mounting step, a solder resist forming step for forming a solder resist on the substrate main surface is performed, and in the wiring pattern forming step, The method of manufacturing an optical waveguide device, wherein the wiring pattern is formed on a surface of the solder resist which is the outermost surface.
(3)技術的思想(1)または(2)において、前記配線パターンはインクジェット装置を用いて形成され、前記インクジェット装置は、静電式のインクジェット装置であることを特徴とする光導波路デバイスの製造方法。 (3) In the technical idea (1) or (2), the wiring pattern is formed using an ink jet apparatus, and the ink jet apparatus is an electrostatic ink jet apparatus. Method.
10,110,210,310,410,610…光導波路デバイス
20,114,211…配線基板
21,115,412…基板主面
22…基板裏面
30,311…光導波路
33…コア
34…クラッドとしての下部クラッド
35…クラッドとしての上部クラッド
40,111,214,311,415,540,615…光素子としてのVCSEL
41,117,541…素子主面
42…素子裏面
43,118…素子側面
44…光機能部としての発光部
45,616…素子側端子
46,546…光機能部群としての発光部群
47,547…素子側端子群
50,120,212…配線基板の最表面
52,116,611…配線パターン
61,71,413…絶縁層としての樹脂絶縁層
62…配線層
73…基板側接続端子
75,411…ソルダーレジスト
112…フィレット部
113,215…ダイボンディング部
119…フィレット部の表面
L2…隣接する素子側端子同士のピッチ
10, 110, 210, 310, 410, 610 ...
41, 117, 541 ... element
Claims (10)
素子主面、素子裏面及び素子側面を有し、発光及び受光のうちの少なくとも一方の機能を有する光機能部と素子側端子とを前記素子主面に有し、前記素子裏面を前記基板主面に対向させた状態で、前記基板主面側に搭載される光素子と、
前記素子主面上において前記光機能部と対向する位置に形成され、光信号が伝搬する光路となるコア及び前記コアを取り囲むクラッドを有する光導波路と
を備えた光導波路デバイスであって、
前記素子主面上、前記素子側面上及び前記配線基板の最表面上に対して、前記素子側端子に接続される配線パターンが形成されている
ことを特徴とする光導波路デバイス。 A wiring board having a substrate main surface and a substrate back surface;
The device main surface has an element main surface, an element back surface, and an element side surface, and has an optical function part having at least one function of light emission and light reception and an element side terminal on the element main surface, and the element back surface is the substrate main surface. With the optical element mounted on the substrate main surface side,
An optical waveguide device comprising an optical waveguide formed on a position facing the optical functional unit on the element main surface and having a core serving as an optical path through which an optical signal propagates and a clad surrounding the core,
An optical waveguide device, wherein a wiring pattern connected to the element-side terminal is formed on the element main surface, the element side surface, and the outermost surface of the wiring substrate.
隣接する前記素子側端子同士のピッチの最小値は40μm以下に設定されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の光導波路デバイス。 The optical element includes an optical functional unit group in which a plurality of optical functional units are arranged on a straight line at an equal pitch, and an element side terminal group in which a plurality of the element side terminals are arranged. Have in
The optical waveguide device according to any one of claims 1 to 5, wherein a minimum value of a pitch between adjacent element-side terminals is set to 40 µm or less.
前記配線パターンは、前記素子主面上、前記素子側面上、前記フィレット部の表面上及び前記配線基板の最表面上に形成されている
ことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光導波路デバイス。 The optical element is mounted on the substrate main surface side through a die bonding portion having a fillet portion having a fillet shape,
8. The wiring pattern according to claim 1, wherein the wiring pattern is formed on the element main surface, the element side surface, the surface of the fillet portion, and the outermost surface of the wiring substrate. An optical waveguide device according to 1.
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