JP2015222291A - Baseplate structure and baseplate for optical module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板構造体および光モジュール用基板に関する。 The present invention relates to a substrate structure and an optical module substrate.
従来、図9(a)のように、光モジュールは、基板1の表面に形成された第1溝(導波路形成用溝)1a内に設けられた内部導波路(樹脂構造体)16と、この第1溝1aの先端面に形成された光路変換用のミラー部15とを備えている。また、ミラー部15を介して内部導波路16のコア部17に光信号を発光し、若しくはミラー部15を介して内部導波路16のコア部17からの光信号を受光する光素子12を備えている。
Conventionally, as shown in FIG. 9A, the optical module includes an internal waveguide (resin structure) 16 provided in a first groove (waveguide forming groove) 1a formed on the surface of the
さらに、基板1の表面に形成された第2溝1b内に設けられ、内部導波路16のコア部17と光学的に結合するファイバコア部21を有する光ファイバ(外部導波路)2を備えている(特許文献1参照)。
Furthermore, an optical fiber (external waveguide) 2 having a
ところで、光モジュールが動作している場合、ミラー部15と合成樹脂製の内部導波路16は、光吸収によって発熱することがある。特に光素子12が発光素子であるときは、これに近いミラー部15付近は、光が拡がる前であるので、光のパワー密度が高いために、発熱温度が高くなる傾向になる。
By the way, when the optical module is operating, the
このような光モジュールにおいて、短距離や低速伝送であれば、光素子12からの光のパワー密度が低いために、ミラー部15やその近傍の内部導波路16の発熱温度は、問題となるほど高くならない。しかし、長距離や高速伝送であれば、伝送信頼性を確保するために、より高い光出力が必要となり、その分、ミラー部15やその近傍の内部導波路16の発熱温度も高くなる。
In such an optical module, if the transmission distance is short or low, the power density of the light from the
そのため、ミラー部15やその近傍の内部導波路16の温度上昇に起因する応力のために、基板1からコア部17が剥離する可能性がある。
Therefore, there is a possibility that the
そこで、図9(b)のように、コア部17の前端17aをミラー部15から後退させることで温度上昇を抑制して、剥離が発生しにくいように工夫したものが提案されている。
Therefore, as shown in FIG. 9B, a device has been proposed in which the
ところで、実装時の熱の影響や使用環境による応力のために、内部導波路16が基板1から剥離しやすくなるため、モジュールの歩留まり率が低下するという問題があった。
However, the
本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、実装時の熱の影響や使用環境による応力の対策を施すことで、基板から樹脂構造体を剥離しにくくして、歩留まり率を向上させることができる基板構造体および光モジュール用基板を提供することを目的とするものである。 The present invention was made to solve the above-mentioned problems, and by taking measures against the influence of heat during mounting and stress due to the use environment, it is difficult to peel off the resin structure from the substrate, and the yield rate is improved. It is an object of the present invention to provide a substrate structure and an optical module substrate that can be made to operate.
前記課題を解決するために、本発明は、基板と、前記基板上に設けられた樹脂構造体とを備えた基板構造体において、前記基板に、前記樹脂構造体にかかる応力を緩和する応力緩和構造が形成されていることを特徴とする基板構造体である。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a substrate structure including a substrate and a resin structure provided on the substrate, and stress relaxation that relieves stress applied to the resin structure on the substrate. A substrate structure in which a structure is formed.
本発明によれば、基板に、応力を緩和する応力緩和構造を形成したものである。これにより、実装時の熱の影響や使用環境によって樹脂構造体にかかる応力が緩和(減少)され、基板から樹脂構造体が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。 According to the present invention, a stress relaxation structure for relaxing stress is formed on a substrate. Thereby, the stress applied to the resin structure is relaxed (decreased) due to the influence of heat at the time of mounting and the use environment, and the resin structure becomes difficult to peel off from the substrate, so that the yield rate is improved.
前記樹脂構造体は、導波路である構成とすることができる。 The resin structure may be a waveguide.
この構成によれば、光モジュールの導波路にかかる応力が緩和(減少)され、基板から導波路が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。 According to this configuration, the stress applied to the waveguide of the optical module is relaxed (decreased), the waveguide is less likely to be peeled off from the substrate, and the yield rate is improved.
前記応力緩和構造は、前記導波路の少なくとも一方側に形成されている構成とすることができる。 The stress relaxation structure may be formed on at least one side of the waveguide.
この構成によれば、応力緩和構造を導波路の少なくとも一方側に形成するので、簡易に導波路の応力が緩和されるようになる。 According to this configuration, since the stress relaxation structure is formed on at least one side of the waveguide, the stress of the waveguide can be easily relaxed.
前記応力緩和構造は、凹部または凸部である構成とすることができる。 The stress relaxation structure may be a concave portion or a convex portion.
この構成によれば、応力緩和構造が凹部または凸部であるので、簡易に導波路の応力が緩和されるようになる。 According to this configuration, since the stress relaxation structure is a concave portion or a convex portion, the stress of the waveguide is easily relaxed.
前記応力緩和構造は、前記基板の表面に形成されている構成とすることができる。 The stress relaxation structure may be formed on the surface of the substrate.
この構成によれば、応力緩和構造を基板の表面に形成することで、導波路と同時に形成できるので、応力緩和構造の形成工程が簡略化できるようになる。 According to this configuration, since the stress relaxation structure is formed on the surface of the substrate, the stress relaxation structure can be formed simultaneously with the waveguide, so that the process of forming the stress relaxation structure can be simplified.
前記応力緩和構造は、前記基板の裏面に形成されている構成とすることができる。 The stress relaxation structure may be formed on the back surface of the substrate.
この構成によれば、応力緩和構造を基板の裏面に形成することで、基板の表面の配線用パターン等を避ける必要が無くなるから、応力緩和構造を形成するための基板の幅方向のスペースが減少する。これにより、基板を小型化できてコスト安になる。 According to this configuration, since the stress relaxation structure is formed on the back surface of the substrate, it is not necessary to avoid wiring patterns on the surface of the substrate, so that the space in the width direction of the substrate for forming the stress relaxation structure is reduced. To do. Thereby, a board | substrate can be reduced in size and it becomes low-cost.
前記応力緩和構造は、前記基板の表面と裏面の双方に形成されている構成とすることができる。 The stress relaxation structure may be formed on both the front surface and the back surface of the substrate.
この構成によれば、応力緩和構造を基板の表面と裏面の双方に形成することで、応力がより緩和され、基板から導波路がより剥離しにくくなって、歩留まり率がより向上するようになる。 According to this configuration, by forming the stress relaxation structure on both the front surface and the back surface of the substrate, the stress is further relaxed, the waveguide is more difficult to peel from the substrate, and the yield rate is further improved. .
前記導波路は、前記基板の表面の導波路形成用溝内に形成されており、前記応力緩和構造は、前記導波路形成用溝と同形状である構成とすることができる。 The waveguide may be formed in a waveguide forming groove on the surface of the substrate, and the stress relaxation structure may have the same shape as the waveguide forming groove.
この構成によれば、応力緩和構造を導波路形成用溝と同形状、つまりダミー溝の形状となるから、このダミー溝を導波路形成用溝と同じ工程で形成できるので、応力緩和構造の形成工程が簡略化できるようになる。 According to this configuration, since the stress relaxation structure has the same shape as the waveguide forming groove, that is, the shape of a dummy groove, the dummy groove can be formed in the same process as the waveguide forming groove, so that the stress relaxation structure is formed. The process can be simplified.
前記基板は、単体半導体基板であり、前記応力緩和構造は、前記単体半導体基板の結晶方位面に沿う構成とすることができる。 The substrate may be a single semiconductor substrate, and the stress relaxation structure may be configured along a crystal orientation plane of the single semiconductor substrate.
この構成によれば、応力緩和構造は、単体半導体基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造を容易に形成できるようになる。 According to this configuration, since the stress relaxation structure is along the crystal orientation plane of the single semiconductor substrate, the stress relaxation structure can be easily formed.
前記単体半導体基板は、シリコン基板である構成とすることができる。 The single semiconductor substrate may be a silicon substrate.
この構成によれば、応力緩和構造は、シリコン基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造を容易に形成できるようになる。 According to this configuration, since the stress relaxation structure is along the crystal orientation plane of the silicon substrate, the stress relaxation structure can be easily formed.
前記応力緩和構造は、ウェットエッチングにより形成される構成とすることができる。 The stress relaxation structure may be formed by wet etching.
この構成によれば、応力緩和構造をウェットエッチングにより容易に形成できるようになる。 According to this configuration, the stress relaxation structure can be easily formed by wet etching.
本発明によれば、実装時の熱の影響や使用環境による応力の対策を施すことで、基板から樹脂構造体を剥離しにくくして、歩留まり率を向上させることができる。 According to the present invention, by taking measures against the influence of heat at the time of mounting and the stress due to the use environment, it is difficult to peel the resin structure from the substrate, and the yield rate can be improved.
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成・作用の箇所は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that portions having the same configuration and operation as those of the background art are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図1は本発明に係る光モジュールの概略側面図である。図1において、光モジュールは、発光側の第1基板(マウント基板)1と、受光側の第1基板(マウント基板)3と、この第1基板1,3を光学的に結合する光ファイバ2とを備えている。
FIG. 1 is a schematic side view of an optical module according to the present invention. In FIG. 1, an optical module includes a first substrate (mount substrate) 1 on a light emitting side, a first substrate (mount substrate) 3 on a light receiving side, and an
第1基板1,3は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子12aから受光素子12bまでの光結合効率が必要になるので、光素子(発光素子12aと受光素子12b)12を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、第1基板1,3として、本実施形態では単体半導体基板が採用されている。単体半導体基板、特にシリコン基板であれば、シリコンの結晶方位を利用して表面に高精度のエッチング溝加工が可能〔この溝を利用して高精度なミラー部15(後述)、溝内に内部導波路16(後述)を形成する。〕となる。また、シリコン基板は、平坦性も良好である。
The
第1基板は1,3が単体半導体基板であれば、後述する応力緩和構造26は、単体半導体基板の結晶方位面に沿う構成とすることができる。このように、応力緩和構造26は、単体半導体基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造26を容易に形成できるようになる。
If the
また、単体半導体基板がリコン基板であれば、応力緩和構造26は、シリコン基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造を容易に形成できるようになる。さらに、応力緩和構造26をウェットエッチングにより容易に形成できるようになる。
If the single semiconductor substrate is a recon substrate, the
第1基板1,3は、それよりもサイズが大きい第2基板(インタポーザ基板)6の表面(上面)にそれぞれ設置されている。各第2基板6の裏面(下面)には、他の回路装置に電気的に接続するためのコネクタ7がそれぞれ取付けられている。
The
第1基板1の表面(上面)には、電気信号を光信号に変換する発光素子12aが発光面を下向きとしてバンプ12c〔図9(b)参照〕でフリップチップ実装されている。また、第2基板6の表面には、この発光素子12aに電気信号を送信するためのIC回路が形成されたIC基板(信号処理部)4aが実装されている。
On the surface (upper surface) of the
発光素子12aとして、本実施形態では、半導体レーザである面発光レーザ〔VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser)〕が採用されている。この発光素子12aはLED等でもよい。
In the present embodiment, a surface emitting laser (VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)) that is a semiconductor laser is employed as the
IC基板4aは、前記VCSELを駆動させるドライバICであり、発光素子12aの近傍に配設されている。そして、発光素子12aおよびIC基板4aは、第1基板1の表面に形成された配線用パターン(銅や金スパッタによるパターニング回路)10〔図2(a)参照〕に接続されている。
The
第1基板1の表面には、図2(b)に示すような略V字形の第1溝(導波路形成用溝)1aと、第1溝1aよりも深い略V字形の第2溝1bが前後方向に連なって形成されている。
On the surface of the
第1溝1aの先端面には、発光素子12aの真下となる位置に、光路を90度屈曲させるための光路変換用のミラー部15が形成されている。
On the front end surface of the
第1基板1の第1溝1a内には、第1基板1の発光素子12aと光学的に結合する内部導波路(樹脂構造体)16が設けられている。
An internal waveguide (resin structure) 16 that is optically coupled to the
内部導波路16は、図2を参照すれば、光が伝播する屈折率の高いコア部17と、それよりも屈折率の低いクラッド部18とから構成されている。コア部17の左右の両面は、クラッド部18で覆われている。コア部17の上部は、第1基板1の表面と略同じ高さであり、クラッド部18の上部は、第1基板1の表面よりも僅かに盛り上げられている。クラッド部18の上部は、第1溝1aの両側で基板1の表面に密着されている。
Referring to FIG. 2, the
図1に戻って、内部導波路16が設けられた第1基板1の表面の所定位置には、発光素子12aが実装され、この発光素子12aと第1基板1の表面との間には、アンダーフィルが充填されている。
Returning to FIG. 1, a
一方、受光側の第1基板3の基本的な構成は、発光側の第1基板1と同様に構成されている。ただし、受光側の第1基板3の表面(上面)に、光信号を電気信号に変換する受光素子12bが受光面を下向きとしてフリップチップ実装されている。また、第2基板6の表面に、この受光素子12bに電気信号を送信するためのIC回路が形成されたIC基板(信号処理部)4bが実装されている点で、発光側の第1基板1と異なる。この受光素子12bとしては、PD(Photo Diode)が採用されており、IC基板4bは、電流・電圧の変換を行うTIA(Trans−impedance Amplifier)などの素子である。
On the other hand, the basic configuration of the
発光側の第1基板1と受光側の第1基板3およびIC基板4a,4bは、第2基板6の表面に取付けたシールドケース8でそれぞれシールドされていて、光ファイバ2は、シールドケース8の貫通孔8aを貫通させている。
The
光ファイバ2は、発光側の第1基板1の内部導波路16のコア部17と、受光側の第1基板3の内部導波路16のコア部17とを光学的に結合可能なファイバコア部21を内部に有している。そして、このファイバコア部21の外周を包囲するファイバクラッド部22と、このファイバクラッド部22の外周を被覆する被覆部23とで構成されるコードタイプである。このファイバコア部21とファイバクラッド部22と被覆部23は円形状である。
The
光ファイバ2は、シールドケース8の貫通孔8aを貫通して第1基板1の第2溝1bの手前付近で被覆部23が剥がされて、ファイバクラッド部22が露出されている。
The
そして、第1基板1の第2溝1bに光ファイバ2のファイバクラッド部22を設置して、第1溝1aとの境部分の立ち上がり傾斜部でファイバクラッド部22の位置決めをする。このときに、第1基板1の内部導波路16のコア部17と光ファイバ2のファイバコア部21の光軸が一致した位置決め状態で光学的に結合されるようになる。
And the fiber clad
第1基板1の表面の位置において、光ファイバ2のファイバクラッド部22の上部には押えブロック24が配置され、この押えブロック24と第2溝1bとの間の空間には、接着剤が充填されている。
At the position of the surface of the
このように、光ファイバ2のファイバクラッド部22の先端側は、押えブロック24で第2溝1bに押え付けられた状態で、押えブロック24とともに第1基板1に接着剤で接着固定されるようになる。
As described above, the front end side of the fiber clad
図2は、第1実施形態の応力緩和構造26を形成した基板1であり、(a)は平面図、(b)は(a)のI−I線断面図である。
2A and 2B show the
基板1の第1溝1aの断面形状は略V字形である。コア部17の前端17aは、図7のように、ミラー部15の位置に設定されている。また、クラッド部18の前端18aは、ミラー部15の上端15cよりも基板1の表面に延在する位置に設定しているが、必ずしもこの位置である必要はない。これらのことは、第1溝1aの断面形状を略台形とした場合でも同様である。
The cross-sectional shape of the
基板1の表面には、実装時の熱の影響や使用環境による応力を緩和する応力緩和構造26が形成されている。
On the surface of the
この応力緩和構造26は、第1溝1aに沿った両側に形成された凹部であり、具体的には、第1溝1aと同形状としている。また、図2のように、第2溝1bが形成されている場合には、第2溝1bとも同形状としている。
The
このような応力緩和構造26は、第1溝1aと第2溝1bと同形状、つまりダミー溝の形状となる。
Such a
応力緩和構造26は、必ずしも内部導波路16の第1溝1aや第2溝1bに沿った両側に形成された凹部である必要は無い。すなわち、内部導波路16の第1溝1aや第2溝1bに沿っていなくてもよい。また、内部導波路16の第1溝1aや第2溝1bの両側ではなく、少なくとも内部導波路16の第1溝1aや第2溝1bの一方側に形成されていてもよい。
The
内部導波路16は、必ずしも第1溝1aの内部に形成されたものである必要は無い。すなわち、図5(a)(b)に示すように、基板1の表面(上面)にコア部17とクラッド部18とが形成されたものであってもよい。
The
応力緩和構造26は、必ずしも凹部である必要は無い。すなわち、図6(a)(b)に示すように、基板1の表面から突出する凸部であってもよい。
The
要するに、基板1に形成されて、第1溝1aに内部導波路16を形成する時の応力を緩和できる構造であれば、どのような形状であってもよい。
In short, any shape may be used as long as the structure is formed on the
第1実施形態の構成であれば、基板1に、実装時の熱の影響や使用環境による応力を緩和する応力緩和構造26を形成したものである。これにより、実装時の熱の影響や使用環境による応力が緩和(減少)され、基板1から内部導波路16が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。
If it is the structure of 1st Embodiment, the
そして、応力緩和構造26を第1溝1aや第2溝1bに沿った両側に形成すれば、内部導波路16の第1溝1aや第2溝1bの全体で応力が緩和されるようになる。
If the
また、応力緩和構造26を基板1の表面に形成することで、内部導波路16の第1溝1aや第2溝1bと同時に形成できるので、応力緩和構造26の形成工程が簡略化できるようになる。
Further, since the
さらに、応力緩和構造26を第1溝1aや第2溝1bと同形状、つまりダミー溝の形状となるから、このダミー溝を第1溝1aや第2溝1bと同じ工程で形成できるので、応力緩和構造26の形成工程が簡略化できるようになる。
Furthermore, since the
図3は、第2実施形態の応力緩和構造26を形成した基板1であり、(a)は平面図、(b)は(a)のI−I線断面図である。第1実施形態と相違するのは、基板1の表面ではなく、裏面に応力緩和構造26形成した点である。
3A and 3B show the
第2実施形態の構成であれば、第1実施形態と同様の作用効果の他に、応力緩和構造26を基板1の裏面に形成することで、基板1の表面の配線用パターン10等を避ける必要が無くなるから、応力緩和構造26を形成するための基板1の幅方向のスペースが減少する。これにより、基板1を小型化できてコスト安になる。
If it is the structure of 2nd Embodiment, in addition to the effect similar to 1st Embodiment, the
図4は、第3実施形態の応力緩和構造26を形成した基板1であり、(a)は平面図、(b)は(a)のI−I線断面図である。第1実施形態と相違するのは、基板1の表面と裏面の双方に応力緩和構造26形成した点である。
4A and 4B show the
第3実施形態の構成であれば、応力緩和構造26を基板1の表面と裏面の双方に形成することで、応力がより緩和され、基板1からコア部17がより剥離しにくくなって、歩留まり率がより向上するようになる。
With the configuration of the third embodiment, by forming the
前記各実施形態は、図7のように、コア部17の前端17aは、ミラー部15の位置に設定し、クラッド部18の前端18aは、ミラー部15の上端15cよりも基板1の表面に延在する位置に設定したものである。
In each of the embodiments, as shown in FIG. 7, the
これに対して、図8のように、コア部17の前端17aは、ミラー部15から後退された位置に設定し、クラッド部18の前端18aは、第1溝1aの略V字形の溝部分の前端1dの位置に設定することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 8, the
この構成によれば、コア部17の前端17aをミラー部15から後退させることで、コア部17の温度上昇が抑制されるので、基板1からコア部17が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。なお、コア部17の前端17aをミラー部15から後退させ、クラッド部18の前端18aをコア部17の前端17aから後退させている。このことから、基板1に対するコア部17の密着力が低下するが、基板1に応力緩和構造26が形成されていることから、この点で、基板1からコア部17が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。
According to this configuration, the
前記各実施形態は、光モジュール用基板1であったが、光モジュール用基板1のみに限られるものではない。すなわち、基板上に樹脂構造体を形成する基板構造体であれば、他の用途の基板であっても、本発明が適用できることは言うまでもない。
Although each said embodiment was the board |
1 第1基板(基板)
1a 第1溝(導波路形成用溝)
1b 第2溝
12a 発光素子
12b 受光素子
15 ミラー部
16 内部導波路(樹脂構造体)
17 コア部
17a 前端
18 クラッド部
26 応力緩和構造
1 First substrate (substrate)
1a 1st groove (groove for waveguide formation)
17
Claims (11)
前記基板に、前記樹脂構造体にかかる応力を緩和する応力緩和構造が形成されていることを特徴とする基板構造体。 In a substrate comprising a substrate and a resin structure provided on the substrate,
A substrate structure having a stress relaxation structure for relaxing stress applied to the resin structure on the substrate.
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WO2024070531A1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | 株式会社村田製作所 | Capacitor element |
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