JP2017223739A - 光モジュール及び光モジュール製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的に受発光部における光の遮断を防止すること。
【解決手段】光モジュールは、貫通孔が形成された基板１２２と、基板に対向する面の位置であって貫通孔に対応する位置に、受光又は発光する受発光部１２３ａを備える光素子部材１２３と、受発光部を覆って貫通孔へ挿入された状態にあって、透明材料で形成されるポスト３０１とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、光モジュール及び光モジュール製造方法に関する。

近年、情報の大容量化に伴い、例えば複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）を接続し、並列処理を実行させるシステムが普及している。これらのＣＰＵ間では高速に情報が転送されることが好ましいが、メタルケーブルで複数のＣＰＵを接続する場合には、十分な転送速度が得られないことがある。そこで、転送速度が速い光ケーブルによって複数のＣＰＵが接続されることがある。光ケーブルによって情報を転送するためには、電気信号の状態で処理される情報を光信号に変換したり、転送された光信号を電気信号に変換したりする光モジュールが使用される。

光モジュールには、例えば発光して光信号を送信する光素子部材や光信号を受信する光素子部材が搭載される。具体的には、光モジュールは、プリント基板に例えば垂直共振器面発光レーザ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER：ＶＣＳＥＬ）やフォトダイオード（Photo Diode：ＰＤ）などの光素子部材が搭載されて形成される。プリント基板に光素子部材が実装される際には、受発光面の裏側の面がプリント基板に対向するように光素子部材が配置され、ワイヤボンディング法によってプリント基板に接続されることがある。このような配置により、光素子部材の受発光面がプリント基板とは反対側の方向へ向くため、プリント基板によって光が遮断されることがなく、光信号が確実に送受信される。

ワイヤボンディング法では、光素子部材の周囲に延びるワイヤによって光素子部材がプリント基板に接続されるため、必要数のワイヤを設けるために光素子部材のサイズが大きくなるとともに、光素子部材の周囲にもワイヤが延びて実装面積が大きくなる。そこで、最近では、光素子部材の受発光面がプリント基板に対向するように配置され、バンプによって光素子部材を直接プリント基板に接続するフリップチップ実装が採用されることがある。フリップチップ実装が採用される場合には、光素子部材の受発光面がプリント基板に対向するため、プリント基板には貫通孔が形成され、光信号は、貫通孔を通過して送受信される。

特開２００１−３３６６６号公報 特開２００２−９８８６３号公報

光素子部材をプリント基板にフリップチップ実装する場合、光素子部材とプリント基板の接合状態を保護するために、光素子部材とプリント基板の間隙にアンダーフィル材が充填される。しかしながら、フリップチップ実装では、光素子部材の受発光部がプリント基板に対向するため、光素子部材とプリント基板の間隙に充填されるアンダーフィル材によって受発光部が覆われてしまうことがあるという問題がある。受発光部がアンダーフィル材によって覆われると、光がアンダーフィル材によって遮断されてしまい、光信号の正常な送受信が困難になる。

このため、アンダーフィル材を充填する際には、例えばアンダーフィル材を加温して粘度を増加させ、増粘されたアンダーフィル材を少量ずつ手作業で光素子部材の周囲に積み重ねるなどの非効率的な手法が用いられることがある。結果として、光モジュールの製造コストが増大してしまう。

開示の技術は、かかる点に鑑みてなされたものであって、効率的に受発光部における光の遮断を防止することができる光モジュール及び光モジュール製造方法を提供することを目的とする。

本願が開示する光モジュールは、１つの態様において、貫通孔が形成された基板と、前記基板に対向する面の位置であって前記貫通孔に対応する位置に、受光又は発光する受発光部を備える光素子部材と、前記受発光部を覆って前記貫通孔へ挿入された状態にあって、透明材料で形成されるポストとを有する。

本願が開示する光モジュール及び光モジュール製造方法の１つの態様によれば、効率的に受発光部における光の遮断を防止することができるという効果を奏する。

図１は、一実施の形態に係る光モジュールの構成を示す模式図である。 図２は、光電変換部の構成を示す断面模式図である。 図３は、光素子部材の周辺を拡大して示す図である。 図４は、光素子部材の周辺を示す平面図である。 図５は、光素子部材の製造方法を示す図である。 図６は、光素子部材の基板への固定方法を示す図である。

以下、本願が開示する光モジュール及び光モジュール製造方法の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、一実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す模式図である。光モジュール１００は、例えば光ケーブルの端部のコネクタなどに配設される。図１に示す光モジュール１００は、例えばサーバなどの他の装置の基板２００が有するコネクタ２１０に差し込まれている。そして、光モジュール１００は、光導波路１１０、光電変換部１２０、ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）コネクタ１３０及びＦＰＣ１４０を有する。

光導波路１１０は、光信号を伝送する伝送路である。光導波路１１０は、コアとコアを囲むクラッドとから構成され、コアにおいて光信号を伝送する。光導波路１１０は、光電変換部１２０に接続されている。

光電変換部１２０は、光導波路１１０によって伝送される光信号と電気信号との間の光電変換を実行する。すなわち、光電変換部１２０は、電気信号を光信号に変換して光導波路１１０へ送信したり、光導波路１１０から受信した光信号を電気信号に変換したりする。光電変換部１２０の構成については、後に詳述する。

ＦＰＣコネクタ１３０は、光電変換部１２０を回路基板となるＦＰＣ１４０に接続する。すなわち、ＦＰＣコネクタ１３０は、ＦＰＣ１４０上の回路によって生成された電気信号を光電変換部１２０へ伝達したり、光電変換部１２０によって光信号から変換された電気信号をＦＰＣ１４０上の回路へ伝達したりする。

ＦＰＣ１４０は、可撓性のプリント基板であり、表面に配線パターンがプリントされたり、種々の回路が形成されたりする。ＦＰＣ１４０上の配線パターン及び回路では、電気信号が伝達される。

次いで、光電変換部１２０の構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、図１に示した光モジュール１００のＩ−Ｉ線における断面を示す模式図である。

図２に示すように、光電変換部１２０は、ＦＰＣコネクタ１３０を介してＦＰＣ１４０に接続している。また、光導波路１１０は、光電変換部１２０とＦＰＣ１４０の間隙に挿入され、光電変換部１２０に接続している。そして、光電変換部１２０との接続部分においては、光導波路１１０内にミラー１２１が設けられている。光電変換部１２０は、基板１２２に光素子部材１２３及び変換制御部材１２４を搭載して形成される。

ミラー１２１は、光導波路１１０によって伝送された光信号の進行方向を光素子部材１２３の方向へ変換する。また、ミラー１２１は、光素子部材１２３から照射される光信号の進行方向を光導波路１１０の延伸方向へ変換する。すなわち、ミラー１２１は、光素子部材１２３が光導波路１１０を介して光信号を送受信できるように、光信号の進行方向を変換する。

基板１２２は、例えば樹脂製のコア材の表面に、導体の配線パターンをプリント可能なプリント基板である。後述するように、基板１２２のミラー１２１及び光素子部材１２３に挟まれる部分には、光信号が通過する貫通孔が形成されている。

光素子部材１２３は、受発光部を備える光素子である。具体的には、光素子部材１２３は、例えばＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER）を備えて発光したり、例えばＰＤ（Photo Diode）を備えて受光したりする。光素子部材１２３は、基板１２２にフリップチップ実装されている。したがって、光素子部材１２３の受発光部は、基板１２２に対向しており、基板１２２に形成された貫通孔を介して光信号を送受信する。

このように光素子部材１２３が基板１２２にフリップチップ実装されているため、光素子部材１２３と基板１２２はアンダーフィル材によって接着されている。換言すれば、光素子部材１２３と基板１２２の間隙にはアンダーフィル材が充填されている。ただし、後述するように、本実施の形態においては、光素子部材１２３の受発光部が透明ポストによって保護されているため、受発光部がアンダーフィル材によって覆われることはない。結果として、光素子部材１２３の受発光部とミラー１２１との間において光が遮断されることがなく、光信号の進行が妨げられることがない。

変換制御部材１２４は、光素子部材１２３と電気的に接続され、光素子部材１２３を制御したり、光素子部材１２３からの出力信号を変換したりする。具体的には、変換制御部材１２４は、光素子部材１２３のＶＣＳＥＬを駆動するドライバを備えていたり、光素子部材１２３のＰＤから出力される電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプ（Trance-Impedance Amplifier:ＴＩＡ）を備えていたりする。変換制御部材１２４は、ＦＰＣコネクタ１３０を介してＦＰＣ１４０上の回路と電気信号を送受する。

次に、光素子部材１２３の周辺のＡの部分について、図３、４を参照しながら詳細に説明する。図３は、図２のＡの部分を拡大して示す図である。また、図４は、光素子部材１２３の周辺を図３に示すIIの方向から見た平面図である。

図３に示すように、光素子部材１２３は、受発光部１２３ａを有し、基板１２２にフリップチップ実装される。すなわち、受発光部１２３ａが受光又は発光する受発光面が基板１２２に対向し、光素子部材１２３は、バンプ３０２によって基板１２２の表面の配線パターン１２２ａと電気的に接続される。そして、基板１２２の受発光部１２３ａ及びミラー１２１に挟まれる部分には、貫通孔が形成されている。受発光部１２３ａとミラー１２１の間を進行する光信号は、基板１２２に形成された貫通孔を通過する。

光素子部材１２３の受発光部１２３ａは、透明ポスト３０１によって覆われており、透明ポスト３０１は、基板１２２に形成された貫通孔に挿入されている。透明ポスト３０１は、透明で光の減衰量が小さい樹脂を成形したものであり、例えば紫外線を照射することによって硬化する紫外線硬化樹脂などから形成される。透明ポスト３０１は、光素子部材１２３の受発光部１２３ａ全体を覆って、受発光部１２３ａとミラー１２１の間に位置しており、光信号の通路となる。

光素子部材１２３と基板１２２の間隙には、アンダーフィル材３０３が充填され、光素子部材１２３と基板１２２が接着されている。ここで、透明ポスト３０１によって光素子部材１２３の受発光部１２３ａが覆われているため、アンダーフィル材３０３が受発光部１２３ａを覆うことはない。このため、受発光部１２３ａにおいて、アンダーフィル材３０３が光を遮断することはない。すなわち、受発光部１２３ａによって受光又は発光される光は、透明ポスト３０１の内部を通過するため、受発光部１２３ａとミラー１２１の間で光信号の進行が妨げられることがない。

具体的には、光導波路１１０によって伝送された光信号は、ミラー１２１において反射し、透明ポスト３０１へ入射する。そして、透明ポスト３０１の内部を進行する光信号が受発光部１２３ａによって受光される。また、受発光部１２３ａから発光する光信号は、透明ポスト３０１の内部を進行し、透明ポスト３０１の先端からミラー１２１へ向かって出射する。そして、光信号はミラー１２１において反射し、光導波路１１０によって伝送される。

このように、受発光部１２３ａが透明ポスト３０１によって覆われることにより、透明で光の減衰量が小さい透明ポスト３０１が光信号の通路となり、アンダーフィル材３０３による光の遮断を防止することができる。

なお、図４に示すように、光素子部材１２３は、複数の受発光部１２３ａを備えていても良く、各々の受発光部１２３ａは、ＶＣＳＥＬを備える発光部であったり、ＰＤを備える受光部であったりしても良い。受発光部１２３ａによる発光及び受光は、配線パターン１２２ａを介して光素子部材１２３に接続される変換制御部材１２４によって制御される。

これらの受発光部１２３ａは、いずれも透明ポスト３０１によって保護される。このとき、複数の受発光部１２３ａに対して、それぞれ個別の透明ポスト３０１が設けられても良く、まとめて１つの透明ポスト３０１が設けられても良い。

次いで、光素子部材１２３の製造方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、光素子部材１２３を製造する際の工程（Ａ）〜（Ｆ）を示す図である。

まず、半導体の基材となるウエハ上に、複数の光素子部材１２３に対応する受発光部１２３ａや端子１２３ｂなどが形成される（工程（Ａ））。そして、受発光部１２３ａ及び端子１２３ｂなどの層にフォトレジストが塗布され、レジスト４０１が形成される（工程（Ｂ））。レジスト４０１が形成されると、受発光部１２３ａに対応する位置４０２が現像され、受発光部１２３ａの部分のレジスト４０１が除去される（工程（Ｃ））。

この状態で、レジスト４０１が除去された位置４０２に、例えば紫外線硬化樹脂などの透明な樹脂が注入され、必要に応じて紫外線などの光が照射される。これにより、受発光部１２３ａに対応する部分に透明ポスト３０１が形成される（工程（Ｄ））。なお、透明ポスト３０１は、必ずしも紫外線硬化樹脂で形成されていなくても良く、透明かつ光の減衰量が所定基準よりも小さい材料であれば、例えば熱硬化樹脂などで形成されても良い。

透明ポスト３０１が形成されると、周囲のレジスト４０１が剥離される（工程（Ｅ））。これにより、それぞれの受発光部１２３ａが透明ポスト３０１によって保護された複数の光素子部材１２３が生成される。そして、これらの複数の光素子部材１２３が例えばダイヤモンドブレードによって個片化されて、光素子部材１２３が完成する（工程（Ｆ））。

このようにして製造された光素子部材１２３は、基板１２２にフリップチップ実装される。基板１２２には、図６（Ａ）に示すように、配線パターン１２２ａが形成されているとともに、光素子部材１２３の受発光部１２３ａに対応する位置に貫通孔１２２ｂが形成されている。さらに、光素子部材１２３をフリップチップ実装するために、配線パターン１２２ａ上に金属のバンプ３０２が形成されている。バンプ３０２は、光素子部材１２３の端子１２３ｂに対応する位置に形成される。

そして、図６（Ｂ）に示すように、基板１２２に光素子部材１２３が実装される。このとき、透明ポスト３０１が基板１２２の貫通孔１２２ｂに挿入され、端子１２３ｂがバンプ３０２に当接するように位置合わせされる。適切な位置に光素子部材１２３が実装されると、図６（Ｃ）に示すように、基板１２２と光素子部材１２３の間隙にアンダーフィル材３０３が充填される。ここで、受発光部１２３ａが透明ポスト３０１によって保護されているため、アンダーフィル材３０３が受発光部１２３ａを覆ってしまうことはない。したがって、アンダーフィル材３０３を充填する際には、加温によってアンダーフィル材３０３を増粘したり、手作業によってアンダーフィル材３０３を少量ずつ積み重ねたりする必要はない。このため、アンダーフィル材３０３の充填が機械作業によって容易に行われるため、光素子部材１２３の基板１２２への固定が効率的に実行される。

以上のように、本実施の形態によれば、光素子部材の受発光部を覆う透明ポストを形成し、受発光部側の受発光面と基板とが対向するように光素子部材を基板にフリップチップ実装し、光素子部材と基板の間隙にアンダーフィル材を充填する。このため、光素子部材の受発光部が透明ポストによって保護され、例えば機械作業でアンダーフィル材を充填しても受発光部が覆われることがない。換言すれば、効率的に受発光部における光の遮断を防止することができる。

なお、上記一実施の形態において説明した、光素子部材の受発光部を透明ポストで覆い、受発光面と基板とを対向させる構成は、光ケーブルに配設される光モジュール以外にも種々の光モジュールに適用することが可能である。具体的には、例えば光送信器や光受信器などにおいて光素子部材を基板にフリップチップ実装する場合などにも上記一実施の形態の構成を適用することが可能である。

１１０ 光導波路
１２０ 光電変換部
１２１ ミラー
１２２ 基板
１２２ａ 配線パターン
１２２ｂ 貫通孔
１２３ 光素子部材
１２３ａ 受発光部
１２３ｂ 端子
１２４ 変換制御部材
１３０ ＦＰＣコネクタ
１４０ ＦＰＣ
２００ 基板
２１０ コネクタ
３０１ 透明ポスト
３０２ バンプ
３０３ アンダーフィル材

Claims (6)

1. 貫通孔が形成された基板と、
   前記基板に対向する面の位置であって前記貫通孔に対応する位置に、受光又は発光する受発光部を備える光素子部材と、
   前記受発光部を覆って前記貫通孔へ挿入された状態にあって、透明材料で形成されるポストと
   を有することを特徴とする光モジュール。
2. 前記ポストは、
   透明かつ光の減衰量が基準値よりも小さい第１の樹脂を材料として形成されることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
3. 前記光素子部材は、
   前記基板との間隙に充填される第２の樹脂によって前記基板に接着されることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
4. 前記受発光部と前記貫通孔を介して対向する位置に設けられ、前記受発光部によって受光又発光される光信号を反射して進行方向を変更するミラーと、
   前記ミラーによって反射される光信号を伝送する光導波路と
   をさらに有することを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
5. 半導体の基材に受光又は発光する受発光部を形成し、
   前記受発光部が形成された面にレジストを形成し、
   前記受発光部に対応する位置を現像して、前記受発光部の部分のレジストを除去し、
   レジストが除去された位置に透明な樹脂を注入し、
   注入された透明な樹脂の周囲のレジストを剥離する
   工程を有することを特徴とする光モジュール製造方法。
6. 貫通孔が形成された基板にバンプを形成し、
   前記透明な樹脂の周囲のレジストを剥離して得られた光素子部材を、前記バンプを介して前記基板に接続し、
   前記光素子部材と前記基板の間隙に前記透明な樹脂とは異なる樹脂を充填する
   工程をさらに有することを特徴とする請求項５記載の光モジュール製造方法。

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