JP2014238491A

JP2014238491A - 光電気混載モジュール

Info

Publication number: JP2014238491A
Application number: JP2013120846A
Authority: JP
Inventors: 直幸田中; Naoyuki Tanaka; 柴田　直樹; Naoki Shibata; 直樹柴田; 雄一辻田; Yuichi Tsujita; 将太郎増田; shotaro Masuda
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2014-12-18
Also published as: KR20160016790A; TW201447408A; CN105264413A; EP2990843A1; US20160116690A1; WO2014196251A1

Abstract

【課題】光導波路と光学素子との間を封止する封止樹脂中に気泡が存在しない光電気混載モジュールを提供する。
【解決手段】光導波路Ｗのオーバークラッド層３に直接、電気回路４が形成され、その電気回路４の所定部分（実装用パッド４ａ）に光学素子５が実装されている。オーバークラッド層３は、コア２を被覆する部分が凸状になっており、その凸状部分の上に、封止樹脂６を介して、光学素子５の中央部が位置決めされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路と、この光導波路に直接形成された電気回路と、この電気回路に実装された光学素子と、上記光導波路と上記光学素子との間を封止する封止樹脂とを備えた光電気混載モジュールに関するものである。

一般に、光電気混載モジュールは、基板の表面に電気回路を形成した電気回路ユニットと、アンダークラッド層，コア，オーバークラッド層をこの順に積層形成した光導波路とを個別に作製し、その光導波路のオーバークラッド層の表面に、接着剤により、上記電気回路ユニットの基板の裏面を貼り合わせ、上記光導波路のコアに形成された光反射面（光路変換面）に対応する上記電気回路ユニットの部分に光学素子を実装し、その光学素子と上記電気回路ユニットの基板との間を、上記光学素子を保護するための封止樹脂で封止したものとなっている。

また、製造を簡素化したものとして、図１０に横断面図で示すように、光導波路Ｗ１のオーバークラッド層１３の表面に、直接（上記基板なしの状態で）、電気回路４を形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものの封止樹脂６は、光学素子５とオーバークラッド層１３との間に設けられている。なお、図１０において、符号１１は、上記光導波路Ｗ１のアンダークラッド層であり、符号１２は、上記光導波路Ｗ１のコアである。

特開２００７−１５６０２６号公報

しかしながら、上記従来の光電気混載モジュールでは、封止樹脂６の中に気泡２０が存在することがあった。このように封止樹脂６の中に気泡２０が存在すると、その封止樹脂６の中を伝播する光が、その封止樹脂６と気泡２０との界面で、屈折したり乱反射したりして、適正に伝播されず、光伝播効率が低下する。

そこで、例えば上記特許文献１について（他の従来技術でも同様）、本発明者らが上記気泡２０が存在する原因を追究した結果、封止樹脂６が設けられる、オーバークラッド層１３と光学素子５との間の空隙が広いことに原因があることがわかった。すなわち、上記従来の光電気混載モジュールでは、光学素子５が実装される部分に対応する、オーバークラッド層１３の表面部分が、平坦になっており、その平坦面上に電気回路４が形成され、その電気回路４の実装用パッド４ａの部分に光学素子５が実装されている。そのため、オーバークラッド層１３の表面と光学素子５との間は、電気回路４の厚みと光学素子５の電極５ａの厚みとを合計した距離Ｌ１が保たれている。その距離Ｌ１は、通常、２５〜１５０μｍの範囲内である。

そして、上記封止樹脂６の形成は、その形成材料である液状の樹脂を、スポイト等の液体供給器を用いて、上記実装部分の周縁部から注入し、その液状の樹脂が、オーバークラッド層１３の表面と光学素子５との間の空隙に毛細管現象により充満した後、その液状の樹脂を加熱等により硬化させることによりなされる。ここで、オーバークラッド層１３の表面と光学素子５との間の空隙が広いことから、上記液状の樹脂は、オーバークラッド層１３の表面と光学素子５との間の空隙のうち、まず周縁部から充満し、最後に中央部に充満する。そのため、中央部に空気が残り、そのままの状態で、硬化されるため、上記空気が封止樹脂６の中の気泡２０となるのである。光学素子５は、一般に、その中央部に発光部または受光部が形成されているため、その発光部から発光された光または受光部で受光される光が、上記のように、封止樹脂６と気泡２０との界面で、屈折したり乱反射したりするのである。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、光導波路と光学素子との間を封止する封止樹脂中に気泡が存在しない光電気混載モジュールの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の光電気混載モジュールは、光導波路と、この光導波路に直接形成された電気回路と、この電気回路に実装された光学素子と、この光学素子と上記光導波路との間を封止する封止樹脂とを備えた光電気混載モジュールであって、上記光導波路が、アンダークラッド層と、このアンダークラッド層の表面に突設された線状の光路用のコアと、この突設されたコアの側面および頂面に沿いコアを被覆した状態で凸状になっているオーバークラッド層とを備え、上記光学素子が、上記コアの頂面に形成されたオーバークラッド層の部分の上に、所定の距離を保って位置決めされているという構成をとる。

本発明の光電気混載モジュールは、オーバークラッド層が、アンダークラッド層の表面に突設されたコアの側面および頂面に沿いコアを被覆した状態で凸状になっている。そして、光学素子が、上記コアの頂面に形成されたオーバークラッド層の部分の上に、所定の距離を保って位置決めされている。そのため、そのコアの頂面に形成されたオーバークラッド層の部分と光学素子との間の空隙が狭くなっている。この状態で、封止樹脂の形成材料である液状の樹脂を、光学素子の実装部分の周縁部から注入すると、その液状の樹脂は、毛細管現象により、上記実装部分の周縁部に充満しながら、コア上の上記狭い空隙にも充満する。すなわち、上記狭い空隙を形成することにより、その狭い空隙への充満が最後にならないようにできるため、その狭い空隙に充満された液状の樹脂には、空気が入り込まず、気泡が存在しない。その結果、封止樹脂中において、無用な光の屈折や乱反射がなく、そのため、光伝播を適正化することができ、光伝播効率をあげることができる。

本発明の光電気混載モジュールの第１の実施の形態を模式的に示し、（ａ）はその斜視図であり、（ｂ）はその縦断面図であり、（ｃ）はその横断面図である。（ａ）は、上記光電気混載モジュールの光導波路のアンダークラッド層の形成方法を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、上記光導波路のコアの形成方法を模式的に示す説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、上記光導波路のオーバークラッド層の形成方法を模式的に示す説明図である。（ａ）は、上記光電気混載モジュールの電気回路の形成方法を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、上記光電気混載モジュールのカバーレイの形成方法を模式的に示す説明図である。（ａ）は、上記コアに光反射面を形成する方法を模式的に示す説明図であり、（ｂ）は、上記光電気混載モジュールの光学素子の実装方法を模式的に示す説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、上記光導波路と上記光学素子との間の封止樹脂の形成方法を模式的に示す説明図である。本発明の光電気混載モジュールの第２の実施の形態を模式的に示す横断面図である。本発明の光電気混載モジュールの第３の実施の形態を模式的に示す横断面図である。（ａ）は、上記オーバークラッド層の変形例を模式的に示す横断面図であり、（ｂ）は、その形成方法を模式的に示す説明図である。従来の光電気混載モジュールを模式的に示す横断面図である。

つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。

図１（ａ）は、本発明の光電気混載モジュールの第１の実施の形態の一端部（要部）を模式的に示す斜視図であり、図１（ｂ）は、その縦断面図であり、図１（ｃ）は、その横断面図である。この実施の形態の光電気混載モジュールは、光導波路Ｗのオーバークラッド層３に直接、電気回路４が形成され、その電気回路４の所定部分（実装用パッド４ａ）に光学素子５が実装されている。上記オーバークラッド層３は、コア２を被覆する部分が凸状になっており、その凸状部分の上に、封止樹脂６を介して、上記光学素子５の中央部が位置決めされている。

より詳しく説明すると、上記光導波路Ｗは、アンダークラッド層１が、平坦な表面を有した状態で形成され、光路用のコア２が、上記アンダークラッド層１の表面に突設した状態で、四角形の断面を有する線状に形成され、オーバークラッド層３が、コア形成部分を除くアンダークラッド層１の表面ならびに突設されたコア２の側面および頂面に沿って、アンダークラッド層１およびコア２を被覆した状態で形成されている。すなわち、上記オーバークラッド層３は、アンダークラッド層１を被覆する部分が平坦に形成され、コア２を被覆する部分が、先に述べたように、凸状になっている。また、上記光学素子５の中央部の下方のコア２の部分は、コア２の軸に対して４５°傾斜した光反射面２ａに形成され、その光反射面２ａでの光の反射により光路を変換し、コア２と光学素子５との間の光伝播を可能にしている。

上記電気回路４は、上記オーバークラッド層３の凸状部分の両側の平坦部分の表面に形成されている。また、上記光学素子５は、それの電極５ａの下端面を、上記電気回路４の所定部分（実装用パッド４ａ）の頂面に当接させた状態で実装されている。そして、上記オーバークラッド層３の凸状部分の頂面と上記光学素子５の中央部との間の距離Ｌは、０．１〜２０μｍの範囲内に設定されている。また、その間の上記封止樹脂６の中に気泡は存在していない。また、上記電気回路４のうち、光学素子５を実装する部分（実装用パッド４ａ）を除く部分は、カバーレイ７で被覆されている。

上記光電気混載モジュールは、例えば、つぎのようにして製造することができる。

まず、アンダークラッド層１を形成する際に用いる平板状の基台１０〔図２（ａ）参照〕を準備する。この基台１０の形成材料としては、例えば、ステンレス等の金属，ガラス，石英，シリコン，樹脂等があげられる。

ついで、図２（ａ）に斜視図で示すように、上記基台１０の表面に、アンダークラッド層１を平坦状に形成する。このアンダークラッド層１の形成材料としては、例えば、感光性樹脂，熱硬化性樹脂等があげられ、その形成材料に応じた製法により、アンダークラッド層１を形成することができる。アンダークラッド層１の厚みは、例えば、１〜５０μｍの範囲内に設定される。

つぎに、図２（ｂ）に斜視図で示すように、上記アンダークラッド層１の表面に、コア２を突出した状態で線状に形成する。このコア２は、例えば、感光性樹脂を形成材料として、フォトリソグラフィ法により形成される。コア２の寸法は、例えば、高さも幅も５〜１００μｍの範囲内に設定される。

そして、図３（ａ）〜（ｃ）に横断面図で示すようにして、上記アンダークラッド層１の表面ならびに上記コア２の側面および頂面に沿って、オーバークラッド層３〔図３（ｃ）参照〕を形成する。すなわち、まず、オーバークラッド層形成用の感光性樹脂として、溶剤の含有率が従来のもの（溶剤の含有率０〜２０重量％）よりも高いもの（溶剤の含有率２５〜９５重量％）を準備する。ついで、図３（ａ）に示すにように、上記アンダークラッド層１の表面およびコア２の表面に、上記コア２の高さを少し超える程度に、上記感光性樹脂を塗布し感光性樹脂層３ａを形成する。その後、乾燥工程〔図３（ｂ）参照〕，露光工程，ＰＥＢ工程〔図３（ｃ）参照〕，現像工程，キュア工程をこの順番に経て、図３（ｃ）に示す、上記コア２を被覆する部分が凸状に形成され、それ以外の部分が平坦状に形成されたオーバークラッド層３を得る。ここで、特に上記乾燥工程およびＰＥＢ工程では、上記感光性樹脂層３ａに含有される溶剤が蒸散するため、上記感光性樹脂層３ａが薄くなる。その薄くなる割合は、上記感光性樹脂層３ａの部分によらず一定であり、アンダークラッド層１の表面の感光性樹脂層３ａの部分は、元の厚みが厚いため、薄くなる量が多くなり、コア２の表面の感光性樹脂層３ａの部分は、元の厚みが薄いため、薄くなる量が少なくなる。そのため、上記のように、オーバークラッド層３が凸状部分を有するように形成されるのである。このオーバークラッド層３の厚み（膜厚）は、例えば、１〜５０μｍの範囲内に設定される。このようにして、基台１０の表面に、光導波路Ｗが作製される。

つぎに、図４（ａ）に斜視図で示すように、上記光導波路Ｗのオーバークラッド層の凸状部分の両側の平坦部分の表面に、電気回路４を、例えばセミアディティブ法により形成する。

ついで、図４（ｂ）に斜視図で示すように、光学素子５〔図５（ｂ）参照〕を実装する部分（実装用パッド４ａ）を除く電気回路４の部分に、感光性絶縁樹脂を塗布し、フォトリソグラフィ法により、カバーレイ７を形成する。

つぎに、図５（ａ）に縦断面図で示すように、アンダークラッド層１の裏面から基台１０〔図４（ｂ）参照〕を剥離した後、切削刃またはレーザ加工等により、アンダークラッド層１の裏面側からコア２の所定部分を切削し、コア２の軸に対して４５°傾斜した光反射面２ａを形成する。

そして、図５（ｂ）に斜視図で示すように、上記電気回路４の所定部分（実装用パッド４ａ）の頂面に、光学素子５の電極５ａの下端面を当接させ、その光学素子５を実装する。この実装状態では、上記オーバークラッド層３の凸状部分の上に、所定の距離Ｌを保って、光学素子５の中央部が位置決めされている〔図１（ｃ）参照〕。その距離Ｌは、先に述べたように、０．１〜２０μｍの範囲内である。

その後、図６（ａ）に横断面図で示すように、封止樹脂６の形成材料である液状の樹脂６ａを、スポイト等の液体供給器を用いて、上記実装部分の周縁部から注入する。すると、上記オーバークラッド層３の凸状部分の表面と上記光学素子５の中央部との間の空隙が狭いことがら、図６（ｂ）に横断面図で示すように、上記液状の樹脂６ａは、毛細管現象により、上記空隙の周辺部に充満しながら、上記狭い空隙にも充満する。そして、図６（ｃ）に横断面図で示すように、オーバークラッド層３の表面と上記光学素子５との間が全体的に上記液状の樹脂６ａで充満した後、その液状の樹脂６ａを、加熱等により硬化させる。このようにして、光電気混載モジュールが得られる。

上記光電気混載モジュールの製法において、封止樹脂６の形成材料である液状の樹脂６ａは、上記オーバークラッド層３の凸状部分の表面と上記光学素子５の中央部との間の空隙に、上記のように毛細管現象により周辺部とともに充満するため、その液状の樹脂６ａを硬化させてなる封止樹脂６の中には、気泡が存在しない。その結果、得られた上記光電気混載モジュールでは、封止樹脂６の中において、無用な光の屈折や乱反射がなく、そのため、光伝播を適正化することができ、光伝播効率をあげることができる。

図７は、本発明の光電気混載モジュールの第２の実施の形態を模式的に示す横断面図である。この実施の形態の光電気混載モジュールは、図１（ａ）〜（ｃ）に示す上記第１の実施の形態において、光路用のコア２の両側に、距離を保って、光路に用いられないダミーコア８が形成されており、そのダミーコア８の頂面に、電気回路４が形成されている。また、オーバークラッド層３は、上記ダミーコア８の表面およびアンダークラッド層１の表面に形成されておらず、上記光路用のコア２の側面および頂面に沿ってそのコア２を被覆した状態で形成されており、その光路用のコア２を被覆する部分が凸状になっている。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。そして、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏する。

上記ダミーコア８は、光路用のコア２を形成する際に、その光路用のコア２と同じ形成材料を用いて、フォトリソグラフィ法等により形成される。上記ダミーコア８の寸法は、上記光路用のコア２と同じでもよいし、異なっていてもよいが、オーバークラッド層３の凸状部分の表面と光学素子５の中央部との間の空隙を狭くし、封止樹脂６の中に気泡ができ難くする観点から、高さは低い方が好ましい。また、光路用のコア２の頂面に形成するオーバークラッド層３の部分を厚く形成することにより、上記空隙が狭くなるようにしてもよい。

なお、この第２の実施の形態では、光路用のコア２およびダミーコア８を形成した後、オーバークラッド層３の形成に先立って、電気回路４を形成してもよい。さらに、オーバークラッド層３の形成に先立って、カバーレイ７を形成してもよい。その場合、カバーレイ７に代えて、オーバークラッド層３で、実装用パッド４ａを除く電気回路４の部分を被覆してもよい。すなわち、オーバークラッド層３を形成する際に、上記電気回路４の部分を、上記光路用のコア２と共に被覆するようにしてもよい。

図８は、本発明の光電気混載モジュールの第３の実施の形態を模式的に示す横断面図である。この実施の形態の光電気混載モジュールは、図１（ａ）〜（ｃ）に示す上記第１の実施の形態において、光路用のコア２の両側のアンダークラッド層１の表面に、電気回路４が形成されている。そのため、オーバークラッド層３は、アンダークラッド層１の表面に形成されておらず、上記光路用のコア２の側面および頂面に沿ってそのコア２を被覆した状態で形成されており、その光路用のコア２を被覆する部分が凸状になっている。それ以外の部分は、上記第１の実施の形態と同様であり、同様の部分には同じ符号を付している。そして、上記第１の実施の形態と同様の作用・効果を奏し、特に、オーバークラッド層３の凸状部分の表面と光学素子５の中央部との間の空隙をさらに狭くし、封止樹脂６の中に気泡がさらにでき難くすることができる。

なお、この第３の実施の形態では、アンダークラッド層１を形成した後、コア２の形成に先立って、電気回路４を形成してもよい。さらに、コア２の形成に先立って、カバーレイ７を形成してもよい。その場合、カバーレイ７に代えて、コア２もしくはオーバークラッド層３またはそれら両方で、実装用パッド４ａを除く電気回路４の部分を被覆してもよい。すなわち、コア２を形成する際に、上記電気回路４の部分を被覆するようにしてもよいし、また、オーバークラッド層３を形成する際に、上記電気回路４の部分を被覆するコア２の部分を被覆するようにしてもよい。

そして、上記第１〜第３の実施の形態では、オーバークラッド層３の凸状部分の頂面を平坦状に形成したが〔図３（ｃ）参照〕、図９（ａ）に横断面図で示すように、その頂面をドーム状のレンズ曲面３ｂに形成してもよい。上記頂面がレンズ曲面３ｂであると、光学素子５の発光部から発光された光を、上記レンズ曲面３ｂの作用により集光した状態で、コア２に伝播することができ、または、コア２から出射された光を、上記レンズ曲面３ｂの作用により集光した状態で、光学素子５の受光部で受光することができる。

上記レンズ曲面３ｂの形成は、図９（ｂ）に横断面図で示すように、オーバークラッド層３を形成するための感光性樹脂層３ａを形成する際に、感光性樹脂の塗布量を多くし、感光性樹脂層３ａの厚みを、上記各実施の形態〔図３（ａ）参照〕よりも厚くすることによりなされる。すなわち、上記感光性樹脂層３ａを厚く形成すると、その後の乾燥工程等の工程〔図３（ｂ）〜（ｃ）参照〕で上記感光性樹脂層３ａの厚みが薄くなる際に、薄くなる量がより多くなり、その影響で、凸状部分の頂面がドーム状（レンズ曲面３ｂ）に形成されるのである。

つぎに、実施例について従来例と併せて説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。

〔実施例１〕
上記第１の実施の形態と同様にして、光電気混載モジュールを作製した〔図１（ａ）〜（ｃ）参照〕。その際、オーバークラッド層の形成材料として、溶剤の含有率が８０重量％の感光性樹脂を用いた。また、封止樹脂の形成材料として、エポキシ樹脂と酸無水物系硬化剤とを重量比で１００：１１０に混合したものを用いた。そして、得られた光電気混載モジュールにおいて、オーバークラッド層の凸状部分の表面と光学素子の中央部との間の距離は１５μｍであった。

〔実施例２〕
上記第２の実施の形態と同様にして、光電気混載モジュールを作製した（図７参照）。その際、オーバークラッド層の形成材料および封止樹脂の形成材料は、上記実施例１と同様のものを用いた。そして、得られた光電気混載モジュールにおいて、オーバークラッド層の凸状部分の表面と光学素子の中央部との間の距離は１０μｍであった。

〔実施例３〕
上記第３の実施の形態と同様にして、光電気混載モジュールを作製した（図８参照）。その際、オーバークラッド層の形成材料および封止樹脂の形成材料は、上記実施例１と同様のものを用いた。そして、得られた光電気混載モジュールにおいて、オーバークラッド層の凸状部分の表面と光学素子の中央部との間の距離は５μｍであった。

〔従来例〕
オーバークラッド層の表面が平坦な光電気混載モジュールを作製した（図１０参照）。その際、オーバークラッド層の形成材料として、溶剤の含有率が２０重量％の感光性樹脂を用いた。封止樹脂の形成材料は、上記実施例１と同様のものを用いた。そして、得られた光電気混載モジュールにおいて、オーバークラッド層の表面と光学素子の中央部との間の距離は４０μｍであった。

〔封止樹脂中の気泡の有無〕
上記実施例１〜３および従来例について、封止樹脂中の気泡の有無を顕微鏡で確認した。その結果、実施例１〜３では、封止樹脂中に気泡は存在しなかったが、従来例では、封止樹脂中に気泡は存在した。

本発明の光電気混載モジュールは、光導波路と光学素子との間を封止する封止樹脂中に気泡が存在しないようにして、光導波路と光学素子との間の光伝播効率をあげる場合に利用可能である。

Ｗ光導波路
２コア
３オーバークラッド層
４電気回路
４ａ実装用パッド
５光学素子
６封止樹脂

Claims

光導波路と、この光導波路に直接形成された電気回路と、この電気回路に実装された光学素子と、この光学素子と上記光導波路との間を封止する封止樹脂とを備えた光電気混載モジュールであって、上記光導波路が、アンダークラッド層と、このアンダークラッド層の表面に突設された線状の光路用のコアと、この突設されたコアの側面および頂面に沿いコアを被覆した状態で凸状になっているオーバークラッド層とを備え、上記光学素子が、上記コアの頂面に形成されたオーバークラッド層の部分の上に、所定の距離を保って位置決めされていることを特徴とする光電気混載モジュール。