JP4668049B2 - 光配線モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光配線モジュールに関し、たとえば電気配線またはその一部を光配線に適用し得る技術に関する。

企業、家庭で取り扱う情報量が膨大になり、電気信号で配信できない量になりつつある。つまり電気で高速信号（高周波デジタル信号）の送受信をするためには、プリエンファシスおよびイコライジングの技術が必要であり、このための回路を付加しなければならない。この回路のため消費電力が増大し、シリコンチップの発熱が増え、冷却システムが膨大になる。光信号の応用は装置間の通信まで進んでおり、今後、バックプレーン、ボードなどシリコンチップにより近いところまで光を使うことが必要になり、種々テストされている。

ところで光信号をシリコンチップ付近まで到達させるには、光と電気との変換部分の接続が最も重要な技術（たとえば特許文献１参照）となる。特許文献１には、熱膨張し易い光導波路と、熱膨張し難い絶縁性基板との間に、下緩和層を配設し、かつ当該光導波路の表面部に上緩和層を配設する技術が開示されている。これによって、光導波路に付与される応力を緩和し、発光素子および受光素子の実装時およびその後の実装位置ずれを低減する旨記載されている。

特開２００５−７７６４４号公報（００３４段落、第３図、第６図、第７図）

特許文献１のものでは、上緩和層５２は、下緩和層５０の表面部５１上および光導波路Ｃ上に、ワニスをスピンコートすることで形成される。この上緩和層５２の厚みは、それぞれ表面部５１上で約２００μｍ、光導波路Ｃ上で約４０μｍに規定される。このように凹凸のある部分（表面部５１上および光導波路Ｃ上）にわたって上緩和層５２を形成しているので、前述のようにスピンコートしているものの上緩和層５２の表面部に凹凸が生じる。これによって次のような問題がある。

（１）発光素子６４などを支持する支持片６６が設けられているが、熱膨張に起因して前記凹凸のある上緩和層５２の表面部と発光素子６４とが接触するおそれがある。したがって発光素子６４が損傷するなどの問題がある。（２）各層にわたって熱膨張率の低い材料を選定することも考えられるが、特許文献１の発明の趣旨を逸脱する。（３）上緩和層５２には、光路を確保するための透孔５４が形成されているが、該透孔を深くし過ぎると、発光素子６４、反射ミラー面２４間の距離が不所望に長くなり、発光素子６４からの光が発散してしまう。それ故、発散した光を集光するマイクロレンズなどが必要となる。したがって光配線モジュールの構造が複雑化する。

本発明の目的は、製造を簡単化し、製造コストの低減を図ることができる光配線モジュールを提供することである。

本発明は、支持基板および該支持基板に固着される光導波路部材を含む光配線基板と、この光配線基板に電気的にかつ機械的に接続される光半導体素子とを有する光配線モジュールであって、
前記光導波路部材は、
クラッド層と、
該クラッド層の一表面部に積層されるコア層であって光路変換可能な光導波路の要部を成すコア層と、
前記光半導体素子に電気的にかつ機械的に接続される接続パッドとを有し、
前記接続パッドは、前記光半導体素子の電極に導電性接合材を介して接続されるとともに、前記コア層から前記クラッド層に向かう方向である前記光配線基板の厚み方向において、前記クラッド層の他表面部以下の位置に配設され、
前記導電性接合材に臨む接続パッドの表面部は、前記厚み方向に見て円形状に形成されるとともに、その円形状の半径方向内方に向かうに従ってコア層側に凹むように形成される凹部を有し、
前記導電性接合材の最大幅は、前記凹部の最大幅よりも大きいことを特徴とする光配線モジュールである。
また本発明は、光半導体素子に設けられる発光部または受光部と、クラッド層の他表面部とが非接触の状態に保持されていることを特徴とする。

また本発明は、光半導体素子と光配線基板との間には、発光部または受光部と、クラッド層の他表面部とを非接触の状態に保持しうるアンダーフィル樹脂から成る保持部材が設けられていることを特徴とする。

また本発明は、光半導体素子と光配線基板との間隙には、発光部および受光部を除き、非光透過性の樹脂から成る封止部材が設けられていることを特徴とする。

また本発明は、封止部材は、光半導体素子をその外周に沿って囲繞するものであることを特徴とする。
また本発明は、封止部材は着色されていることを特徴とする。

また本発明は、少なくとも光半導体素子の受発光部と前記要部との間には、透光性樹脂から成る部材が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、導電性接合材に臨む接続パッドの表面部は、光配線基板の厚み方向に見て円形状に形成されるとともに、その円形状の半径方向内方に向かうに従ってコア層側に凹む（これを凹所と称す）ように形成され、導電性接合材の最大幅は、凹部の最大幅よりも大きいので、次のような効果を奏する。導電性接合材の一部が、接続パッドの前記凹所に円滑にかつ遅滞なく嵌まり込み、接続パッドに対する導電性接合材の相対的な位置決め精度を簡単に高めることができる。その分、光配線モジュールの製造を簡単化でき、製造コストの低減を一層図ることができる。
また本発明によれば、光導波路部材は、クラッド層とコア層と接続パッドとを有する。この光導波路部材を含む光配線基板には光半導体素子が接続される。コア層は、クラッド層の一表面部に積層され、光導波路の要部を成すので、従来技術のように、順次積層され外方に露出する積層体の外表面部に光半導体素子を配設するものに比べて、クラッド層の前記他表面部の凹凸を抑制できる。しかも光半導体素子に設けられる発光部または受光部と、クラッド層の他表面部とが非接触の状態に保持されているので、次のような効果を奏する。
熱膨張などに起因して発光部または受光部（受発光部と称す）と、前記他表面部とが接触して、受発光部が損傷することを未然に防止することができる。したがって従来技術のように、熱膨張率差を考慮したうえで各積層体を積層させる必要がなくなる。発散した光を集光するマイクロレンズなどが不要となる。それ故、発光部に対しマイクロレンズの位置決め精度を高精度に保つ必要がなくなる。このように光配線モジュールの製造を簡単化でき、製造コストの低減を図ることができる。

また本発明によれば、光半導体素子と光配線基板との間に設けられるアンダーフィル樹脂から成る保持部材によって、発光部または受光部と、クラッド層の他表面部とを非接触の状態に保持することができる。このアンダーフィル樹脂から成る保持部材によって、受発光部と前記他表面部とを確実に非接触の状態に保持することができる。

また本発明によれば、光半導体素子と光配線基板との間隙には、発光部および受光部を除き、非光透過性の樹脂から成る封止部材が設けられているので、クロストークの発生を簡単に抑制することが可能となる。たとえば複数のミラー片および回折格子を用いてクロストークの発生を抑制する先行技術に比べて、光配線モジュールの製造を簡単化でき、製造コストの低減を図ることができる。

また本発明によれば、封止部材は、光半導体素子をその外周に沿って囲繞するものであるから、クロストークの発生をより一層抑制することが可能となる。封止部材を光半導体素子の外周に沿って囲繞するだけで、クロストークを抑制する条件を満たすので、その費用対効果が高まる。

また本発明によれば、封止部材は着色されていることで、クロストークを効果的に抑制することができる。

また本発明によれば、光半導体素子の受発光部と前記要部との間には、透光性樹脂から成る部材が設けられているので、次のような効果を奏する。透光性樹脂から成る部材で、受発光部、要部間の光路を確保したうえで、光半導体素子、クラッド層の他表面部間に樹脂などを充填し、非接触の状態に容易に保持することが可能となる。しかも熱膨張などに起因して受発光部が損傷することを確実に防止することができる。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る光配線モジュール１の要部の断面図である。図２は、光配線モジュール１のうちの一部（反射手段）を部分的に変更した変更形態に係る光配線モジュール１Ａの要部の断面図である。図３は第１の実施形態に係る光導波路部材２のうち転写部材２６除去後の断面図、図４は光導波路部材２のうち転写部材２６除去前の断面図である。図５は、第１の実施形態に係る光配線基板２Ａの断面図である。図６は、第１の実施形態に係る光配線モジュール１の断面図である。第１の実施形態に係る光配線モジュール１（第１モジュール１と称す）は、その光半導体素子３から発せられる光を一方から他方に導波し、前記光半導体素子３とは異なる他の光半導体素子３に伝送する機能を有する。以下の説明は、第１モジュール１、光配線基板２Ａおよび光導波路部材２の製造方法の説明をも含む。

第１モジュール１は、第１光配線基板２Ａと光半導体素子３とを有する。光半導体素子３は、第１光配線基板２Ａに、導電性接合材であるバンプ２４を介して電気的にかつ機械的に接続されている。また光半導体素子３は、第１光配線基板２Ａに電気的接続に供されない複数のダミーバンプ２５を介して支持されている。第１光配線基板２Ａは、支持基板５および該支持基板５に固着される光導波路部材２を含む。支持基板５の一表面部５Ａには光導波路部材２が固着支持される。支持基板５の他表面部が、図示外の配線層を介してたとえばプリント基板などに実装される。支持基板５は、絶縁性を有する、たとえば合成樹脂、アルミナ系セラミックおよびガラスセラミックの少なくともいずれか一つから直方体状に形成される。ただし直方体状に必ずしも限定されるものではない。

光導波路部材２は、第１，第２のクラッド膜６，８と、複数のコアパターン７と、複数の電極挿通部９と、複数の貫通電極１０とを有し、この光導波路部材２の厚みがｈ１（ｈ１はたとえば５０μｍ以上１００μｍ以下）に形成されている。ただし図４に示すように、構成要件として、クラッド膜６，８などを積層していくための転写部材２６を含むものを光導波路部材２という場合もある。支持基板５の一表面部５ａに第２のクラッド膜８が固着されている。第２のクラッド膜８の一表面部に、光路変換可能な光導波路４０の要部を成す複数のコアパターン７が固着されているとともに、第１，第２のクラッド膜６，８および転写部材２６で囲繞される複数の電極挿通部９が形成されている。

これらコアパターン７および電極挿通部９は、同一工程において同一材料から成る。該同一材料は透光性材料であり、たとえばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリシラノール樹脂、ポリシラン、およびガラス（石英を含む）の少なくともいずれか一つによって実現される。第１および第２のクラッド膜６，８は、コアパターン７および電極挿通部９とは異なる透光性材料から成り、たとえばエポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリシラノール樹脂、ポリシラン、およびガラス（石英を含む）の少なくともいずれか一つによって実現される。

各コアパターン７は第１のクラッド膜６と第２のクラッド膜８との間に介在されている。各コアパターン７は、光を進行させるべき方向（図１においてＸ１方向と表記する）に沿ってたとえば長尺に形成され、複数のコアパターン７は、前記Ｘ１方向および基板厚み方向（図１においてＺ１方向と表記する）に直交するＹ１方向に沿って狭ピッチで適当間隔おきに形成されている。各電極挿通部９に、Ｚ１方向に沿う貫通電極１０が設けられ、よって各電極挿通部９は貫通電極１０をＺ１軸線まわりに囲繞する環状壁部を成すように形成されている。ここでＸ１およびＹ１方向を含む仮想平面をＸＹ平面と称す。

各コアパターン７のＸ１方向一端部には、光導波路４０の要部であり光を反射する反射手段としての反射膜１４が形成されている。本第１の実施形態では、各コアパターン７のＸ１方向一端部に反射膜１４が形成されているが、必ずしもＸ１方向一端部だけに限定されるものではない。つまり反射膜１４は各コアパターン７のＸ１方向の一部（たとえばＸ１方向中間部）に形成されていれば足りる。反射膜１４は、光半導体素子３に設けられる発光部３Ａから発せられる光を反射する機能、光半導体素子３に設けられる受光部に光を導くべく光を反射する機能を有する。発光部３Ａおよび受光部を受発光部と称す。反射膜１４は、該反射膜１４の前駆体である傾斜部１３に、たとえばアルミニウムなどの反射材が蒸着されて形成される。前記傾斜部１３は、第１のクラッド膜６の一表面部６ａに対する傾斜角度がα（αは４１度以上４９度以下）に規定される。

バンプ２４に接続する貫通電極１０の第１接続パッド１０Ａの表面部１０Ａ（ｓ）は、クラッド層としての第１のクラッド膜６の他表面部６ｂであって光半導体素子３に臨む他表面部６ｂ、および光半導体素子３に臨む電極挿通部９のＺ方向表面部９ａと同一平面、つまりＸＹ平面上に配設される。光半導体素子３に臨む他表面部６ｂ以外の第１のクラッド膜６の他表面部６ｂも、第１接続パッド１０Ａの表面部１０Ａ（ｓ）と同一平面、つまりＸＹ平面上に配設される。つまり本第１の実施形態では、転写部材２６に対し、順次、第１のクラッド膜６、コアパターン７および第２のクラッド膜８を積層する構造になっている。以後、第１のクラッド膜６を第１クラッド層６、コアパターン７をコア層７、第２のクラッド膜８を第２クラッド層８という場合がある。Ｚ１方向に凹凸があるコアパターン７の反射膜１４、電極挿通部９を介在させたうえで、第２のクラッド膜８を積層するので、該第２のクラッド膜８の表面部には凹凸が生じ易いものの、積層の基端となる第１のクラッド膜６の他表面部６ｂは、第２のクラッド膜８の表面部に比べて平面度が高く保持される。

光半導体素子３は、たとえば面発光型半導体レーザ（Vertical Cavity Surface-
Emitting Laser：略称ＶＣＳＥＬ）によって実現される。光半導体素子３は、１つの電極挿通部９に形成される２つの貫通電極１０にバンプ２４を介して電気的に接続されて、第１クラッド層６の他表面部６ｂである光導波路部材２のＺ１方向他表面部に実装されている。バンプ２４は、たとえば金（Ａｕ）から成る。光半導体素子３は、素子実装面部にＺ１方向一方に向かってレーザ光を発し、発せられるレーザ光が傾斜部１３に形成される反射膜１４に照射されるように実装されている。さらに光半導体素子３には、複数のダミーバンプ２５が設けられている。各ダミーバンプ２５は、たとえばＡｕから成り、互いにＹ１方向に離反し、各バンプ２４に対してＸ１方向にそれぞれ間隔をあけて配設されている。光半導体素子３は、２つのバンプ２４および複数のダミーバンプ２５を介して、素子実装面部に実装されている。

本実施の形態では、ＶＣＳＥＬを光半導体素子３として用いているけれども、必ずしもＶＣＳＥＬに限定されない。たとえば端面発光型レーザダイオードでもよく、レーザ光を照射可能なものであればよい。また光半導体素子として、受光素子４２を光配線基板２Ａに配設してもよい。受光素子４２を配設することによって、受光素子４２で光導波路４０を導波する光を受光し、電気信号に変換することによって、２つの装置間の信号の伝送が可能になる。

このようにして構成される第１モジュール１は、中央演算処理装置（Central
Processing Unit：略称ＣＰＵ）などのＩＣ回路から電気配線、貫通電極１０およびバンプ２４を介して伝送される電気信号に基づいて、レーザ光をＺ１方向一方に向かって発する。レーザ光は、第１クラッド層６を透過して傾斜部１３に至る。傾斜部１３は、Ｘ１方向一方に向かうにつれてＺ１方向一方に向かってたとえば４５度に傾斜し、この傾斜部１３に反射膜１４が形成されている。これによってレーザ光は、Ｘ１方向一方に向かって反射され、Ｘ１方向一方に導波される。このようにして光配線モジュール１は、ＩＣ回路から伝送される電気信号に基づいて、発せられるレーザ光を光信号として用い、前記電気信号を光信号に変換し、伝送することができる。

光半導体素子の受発光部と、第１のクラッド膜の他表面部とが非接触状態に保持される構造について説明する。

図１、２に示すように、光半導体素子３と第１光配線基板２Ａとの間には、受発光部を除き保持部材６０が設けられている。この保持部材６０は、アンダーフィル樹脂から成り、受発光部と、第１のクラッド膜６の他表面部６ｂとを非接触の状態に保持するように充填されている。ただし保持部材６０には、受発光部、反射膜１４間で送受する光がアンダーフィル樹脂に干渉しないように、円筒孔状(ただし円筒形でなくてもよい)でＺ１方向に貫通する保持部材用透孔６１が形成されている。該透孔６１を成す透孔部には透明な樹脂材料を注入する。この樹脂材料はエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂など透光性の樹脂であれば、いずれも使用可能である。また、この樹脂は固体であっても液体であっても良く、またゴム状であっても良い。この樹脂は、光半導体素子３の受発光部あるいは対応する基板表面（つまり他表面部６ｂ）の位置（図１において符号６１ａと表記する）、あるいはその両方に塗布する。その後、光半導体素子３を実装する。透光性樹脂以外の部分は通常のアンダーフィル剤を塗布してもよい。

図６に示すように、アンダーフィル樹脂から成る保持部材６０の代替手段として、封止部材６２を適用することも可能である。封止部材６２は、着色された非光透過性の樹脂から成る。この封止部材６２は、光半導体素子３と第１光配線基板２Ａとの間隙のみならず、光半導体素子３をその外周に沿って囲繞するものである。該封止部材６２にも、受発光部、反射膜１４間で送受する光が非光透過性の樹脂に干渉しないように、円筒孔状でＺ１方向に貫通する封止部材用透孔６３が形成されている。

本第１の実施形態では、反射膜１４の前駆体である傾斜部１３は、ＸＹ平面に対して傾斜する平坦状に形成されるが、この平坦状に限定されるものではない。たとえば図２に示すように、発光部３Ａから発せられる光を反射する進行方向とは逆方向でかつ発光部３Ａから発せられる光の出射方向に突出する凸曲面形状に傾斜部１３Ａを形成してもよい。この場合には、傾斜部を平坦状に形成するものに比べて集光特性を高めることができる。したがって、発光部３Ａに対する反射膜１４Ａの位置決め精度を、従来技術のものより高めることなく光路変換を実現できる。それ故、第１光配線基板の製造を簡単化でき、製造コストの低減を図ることができる。

以上説明した光導波路部材によれば、コアパターン７は、第１のクラッド膜６の一表面部６ａに積層され、光導波路４０の要部を成す。特に、配設されるべき光半導体素子３に臨む第１のクラッド膜６の他表面部６ｂであって、コアパターン７などが順次積層される一表面部６ａの裏面側の他表面部６ｂが、第１接続パッド１０Ａの表面部１０Ａ（ｓ）と同一平面となるように配設されるので、次のような効果を奏する。

従来技術のように、順次積層され外方に露出する積層体の外表面部に光半導体素子を配設するものに比べて、第１のクラッド膜６の前記他表面部６ｂの凹凸を抑制して平面度を高めることができる。この第１のクラッド膜６の他表面部６ｂと、第１接続パッド１０との表面部１０Ａ（ｓ）とが同一平面に配設されることで、これら他表面部６ｂおよび表面部１０Ａ（ｓ）に支持されるべき光半導体素子３が不所望に傾くことを未然に防止することが可能となる。したがって光半導体素子３の発光部３Ａから発せられる光が、光導波路４０の要部である反射膜１４の所期位置からずれてしまうことを簡単に防止できる。このように光導波路部材２の製造を簡単化でき、製造コストの低減を図ることが可能となる。該光導波路部材２と支持基板５とを含む第１光配線基板２Ａの製造も簡単化でき、その製造コストの低減を図ることが可能となる。

コアパターン７の一部には、光を反射する反射膜１４が形成され、この反射膜１４によって光路変換可能な光導波路４０の要部を実現することができる。反射膜１４は、該反射膜１４の前駆体である傾斜部１３に反射材が蒸着されて形成され、傾斜部１３は、第１のクラッド膜６の一表面部６ａに対する傾斜角度が４１度以上４９度以下に規定されるので、光導波路部材２を薄肉化しつつ光をＸ１方向に直線状に伝播することが可能となる。このように第１光配線基板２Ａの薄肉化を図ることができる。第１光配線基板２Ａを多層化する際に、Ｚ１方向寸法を低減することができ、該第１光配線基板２Ａを搭載する装置への汎用性を高めることが可能となる。

少なくとも光半導体素子３の受発光部と反射膜１４との間には、透光性樹脂から成る部材が設けられているので、次のような効果を奏する。該透光性樹脂から成る部材で、受発光部、反射膜１４間の光路を確保したうえで、光半導体素子３、第１のクラッド膜６間に樹脂を充填し、非接触の状態に容易に保持することが可能となる。しかも熱膨張などに起因して受発光部が損傷することを確実に防止することができる。

光半導体素子３に設けられる発光部３Ａまたは受光部と、第１のクラッド膜６の他表面部６ｂとが非接触の状態に保持されているので（この場合には、他表面部６ｂが、第１接続パッド１０Ａの表面部１０Ａ（ｓ）と同一平面となることを必ずしも要するものではない。）、次のような効果を奏する。熱膨張などに起因して受発光部と、前記第１のクラッド膜６の他表面部６ｂとが接触して、受発光部が損傷することを未然に防止することができる。したがって従来技術のように、熱膨張率差を考慮したうえで各積層体を積層させる必要がなくなる。発散した光を集光するマイクロレンズなどが不要となる。それ故、発光部３Ａに対しマイクロレンズの位置決め精度を高精度に保つ必要がなくなる。このように光配線モジュール１の製造を簡単化でき、製造コストの低減を図ることができる。

光半導体素子３と第１光配線基板２Ａとの間隙には、発光部３Ａおよび受光部を除き、非光透過性の樹脂から成る封止部材６２が設けられているので、クロストークの発生を簡単に抑制することが可能となる。たとえば複数のミラー片および回折格子を用いてクロストークの発生を抑制する先行技術に比べて、光配線モジュールの製造を簡単化でき、製造コストの低減を図ることができる。封止部材６２は、光半導体素子３をその外周に沿って囲繞するものであるから、クロストークの発生をより一層抑制することが可能となる。封止部材６２を光半導体素子３の外周に沿って囲繞し、かつ前記間隙に充填するだけでクロストークを抑制する条件を満たすので、その費用対効果が高まる。また封止部材６２は着色されていることで、クロストークを効果的に抑制することができる。

図７は、本発明の第２の実施形態に係る光導波路部材の図であり、図７（ａ）は要部の断面部、図７（ｂ）は第２接続パッドと導電性接合材との関係を表す拡大断面図、図７（ｃ）は第２接続パッド１０Ｂの表面部１０Ｂ（ｓ）の平面図（図７（ｂ）のＡ−Ａ線端面図）である。第２接続パッド１０Ｂは、光半導体素子３の電極にバンプ２４を介して接続され、該バンプ２４に臨む第２接続パッド１０Ｂの表面部１０Ｂ（ｓ）は、Ｚ１方向に見て円形状に形成されるとともに、その円形状の中心に向かうに従ってコアパターン７側に凹む（これを凹所と称す）ように形成される。その他第１の実施形態と同様の構成となっている。

第２の実施形態に係る光導波路部材によれば、バンプ２４の一部が、第２接続パッド１０Ｂの前記凹所に円滑にかつ遅滞なく嵌まり込み、第２接続パッド１０Ｂに対するバンプ２４の相対的な位置決め精度を簡単に高めることができる。その分、光配線モジュールの製造を簡単化でき、製造コストの低減を一層図ることができる。その他第１の実施形態の同様の効果を奏する。

以上説明した第２の実施形態に係る光導波路部材によれば、光半導体素子３の実装の位置精度を向上させることができる。従来の配線基板であれは、実装用パッドは基板上に盛り上がって配置されていた。光半導体素子は一般に±2-3μｍ望ましくは±１μｍの精度で実装する必要がある。このため、従来の盛り上がった実装パッドであれば、セルフアライメント効果が不十分であった。

本第２の実施形態では、光導波路上に同一平面（つまり第１のクラッド膜６の他表面部６ｂであって光半導体素子３に臨む他表面部６ｂと同一平面かあるいはやや凹んで第２接続パッド１０Ｂが配置されていることで、セルフアライメントの効果が増大し、効果的なセルフアライメントが行われるのである。

従来の配線基板では盛り上がったパッドの周囲にソルダーレジストを塗布して周囲の樹脂から見かけ上パッドを凹ませることも行われていた。しかしながら、ソルダーレジストを塗布すると、パッド周囲にソルダーレジストが盛りあがり、光半導体素子の高さ方向における実装位置のばらつきを大きくする問題がある。光半導体素子では、実装の高さがばらつくと光導波路の変換部との距離がばらつき損失のばらつきが大きくなることから、実装の高さ位置精度は一般に±５μｍ望ましくは±2-3μｍにする必要がある。ソルダーレジストを塗布した場合には、この様な高さの位置精度を得ることは困難である。

図８は、第１モジュール１の製造方法の各工程のフローチャートを示す図である。図９は、各工程で製造される部材を示す斜視断面図である。図９Ａは、転写部材２６を示す斜視断面図であり、図９Ｂは、転写部材２６に第１クラッド層６が積層されている状態を示す斜視断面図であり、図９Ｃは、コア層前駆体２７が第１クラッド層６に積層されている状態を示す斜視断面図であり、図９Ｄは、第１クラッド層６にコア層７および電極挿通部９が積層されている状態を示す斜視断面図であり、図９Ｅは、第１クラッド層６およびコア層７に第２クラッド層８が積層されている状態を示す斜視断面図であり、図９Ｆは、貫通電極１０が形成された状態を示す斜視断面図であり、図９Ｇは、光導波路部材２を支持基板５に転写した状態を示す斜視断面図であり、図９Ｈは、第１モジュール１を示す斜視断面図である。以下では、このようにして構成される第１モジュール１の製造方法について図８に示すフローチャートに沿って説明する。光配線モジュール製造処理が開始すると、ステップｓ１へ移行する。

第１クラッド形成工程であるステップｓ１は、第１クラッド層６を図９Ａに示す転写部材２６に形成する工程である。転写部材２６は、矩形状、かつ扁平状に形成され、導電性材料である銅から成る。転写部材２６は、厚み方向一表面部が平坦状に形成されている。転写部材２６は、本実施の形態では、その厚みが２１μｍの銅箔膜である。具体的には、１８μｍと３μｍの２層から成るピーラブル銅箔であり、各層に分離可能に形成されている。３μｍの層によって厚み方向一表面部が形成されている。ただし転写部材２６は、銅から成るものに限定されず、第１クラッド層６およびその前駆体を積層可能なものであればよい。以下では、転写部材２６の厚み方向をＺ２方向（図９Ａ〜図９Ｆにおいて、上下方向）とし、その長手方向をＸ２方向（図９Ａ〜図９Ｆにおいて左右方向）とし、Ｚ２方向とＸ２方向とに垂直な方向をＹ２方向（図９Ａ〜図９Ｆにおいて奥行き方向）と称する。

まず、転写部材２６に第１クラッド層６の前駆体である第１クラッド層前駆体を積層する。第１クラッド層前駆体は、溶剤に第１クラッド層６を構成する透光性材料を溶かし、スピンコーター、バーコーター、ドクターブレード、ダイコーターまたはディップコーターなどを用いて、転写部材２６の厚み方向一表面部に塗布し、乾燥させる。これによって第１クラッド層前駆体が転写部材２６にＺ２方向一方（図９Ａ〜図９Ｆにおいて上方）に積層される。

塗布後の加工方法は使用する導波路材料にあわせて様々な方法が使用できる。感光性を有する樹脂材料の場合は、転写部材２６に積層される第１クラッド層前駆体をフォトリソグラフィ技術を用いてエッチングし、第１クラッド層６を形成する。具体的には、第１クラッド層前駆体にフォトマスクを載せ露光する。露光された部分は樹脂が硬化するので、硬化しない部分残余部の硬化しない部分を現像液で溶解（エッチング）除去する。これを現像工程という。現像工程により、第１クラッド層前駆体の一部を、転写部材２６に至るまでＺ２方向他方（図９Ａ〜図９Ｆにおいて下方）に向かってエッチングして、Ｙ２方向に伸びる溝部３４を形成し、転写部材２６の一部を露出させる。これによって第１クラッド層６が形成される。第１クラッド層６が形成されると、ステップｓ２へ移行する。

コア層形成工程であるステップｓ２では、第１クラッド層６に複数のコア層前駆体２７および複数の電極挿通部前駆体２８を形成する工程である。まずコア層７を構成すると透光性材料から成る層状体２９をステップｓ１で形成された転写部材２６および第１クラッド層６に積層する。層状体２９は、溶剤にコア層７を構成する透光性材料を溶かし、スピンコーター、バーコーター、ドクターブレード、ダイコーターまたはディップコーターなどを用いて、転写部材２６および第１クラッド層６に塗布し、乾燥させる。これによって層状体２９が転写部材２６および第１クラッド層６に積層される。

次に層状体２９が感光性を有する樹脂材料から成る場合、積層される層状体２９を、第１クラッド層６と同様にフォトリソグラフィ技術を用いてエッチングして、複数のコア層前駆体２７および複数の電極挿通部前駆体２８を形成する。コア層前駆体２７は、コア層７の前駆体であり、電極挿通部前駆体２８は、電極挿通部９の前駆体である。各電極挿通部前駆体２８は、大略的にＹ２方向に延びる直方体に形成され、そのＺ２方向一端部がＸ２方向に収縮し、溝部３４に嵌まり込んでいる。各電極挿通部前駆体２８は、互いにＹ２方向に間隔をあけて配設されている。各コア層前駆体２７は、Ｘ２方向に延びる直方体に形成されている。各コア層前駆体２７は、互いにＹ２方向に間隔をあけ、また各電極挿通部前駆体２８に対してＸ２方向一方（図９Ａ〜図９Ｆにおいて右方）に間隔をあけて配設されている。各電極挿通部前駆体２８および各コア層前駆体２７は、そのＸ２方向に垂直な仮想平面で切断して見た断面が正方形状に形成されている。

具体的には、層状体２９を、第１クラッド層６に至るまでＺ２方向他方に向かってエッチングして、Ｘ２方向に伸びる複数の第１溝部３０、および溝部３４からＸ２方向一方に離反する位置においてＹ２方向に延びる第２溝部３１を形成する。さらに溝部３４よりＸ２方向他方（図９Ａ〜図９Ｆにおいて左方）に離反する位置よりＸ２方向一方側の部分をエッチングして除去する。これによって複数のコア層前駆体２７および複数の電極挿通部前駆体２８が、図９Ｃの仮想線で示すように、転写部材２６および第１クラッド層６に形成される。このようにコア層前駆体２７が形成されると、ステップｓ３へ移行する。

コア層形成工程であるステップｓ３では、コア層前駆体２７を機械加工してコア層７を形成する工程である。まずコア層前駆体２７のＸ２方向一端部を工具３２で押圧することによって、傾斜部１３を形成する。工具３２は、図９Ｄの仮想線に示すように、その一端部にＸ２方向一方に向かうにつれて、Ｚ２方向一方に向かって傾斜している部分を有し、たとえば砥石またはダイヤモンド等の硬質材料からなる工具である。この部分を各コア層前駆体２７のＸ２方向一端部に押圧することによって、Ｘ２方向一方に向かうにつれてＺ２方向一方に向かって傾斜する傾斜部１３が形成される（図９Ｄ参照）。この傾斜部１３は、第１クラッド層６の転写部材２６に望む表面部に対して傾斜角が４５度に形成される。このようにして傾斜部１３を形成することによって、コア層７が形成され、ステップｓ４へ移行する。

反射膜形成工程であるステップｓ４では、傾斜部１３に反射膜１４を形成する工程である。物理蒸着（Physical Vapor Deposition：略称ＰＶＤ）法を用いて、ステップｓ３で形成された傾斜部１３にアルミなどの反射材を蒸着し、傾斜部１３に反射膜１４を形成する。反射膜１３が形成されると、ステップｓ５へ移行する。

電極挿通部形成工程であるステップｓ５では、各電極挿通部９を形成する工程である。各電極挿通部前駆体２８に、Ｚ２方向に貫通する２つの挿通孔部１６を形成する。このとき、２つの挿通孔部１６は、Ｚ２方向に平行な軸線周りに形成され、互いにＹ２方向に離反するように形成されている。このように各電極挿通部前駆体２８に２つの挿通孔部１６を形成することによって、電極挿通部９が形成され、ステップｓ６へ移行する。

本実施の形態では、電極挿通部形成工程と電極挿通部形成工程とが異なっているけれども、コア層前駆体形成工程において、なお、電極挿通孔部１６をコア層形成時にフォトリソグラフィを用いて形成する事が望ましい。これによって、挿通孔部１６がコア層７に対して高い位置精度で形成できる。

第２クラッド層形成工程であるステップｓ６では、第１クラッド層６およびコア層７に第２クラッド層８を積層する工程である。まずステップｓ６までに形成された第１クラッド層６、コア層７および電極挿通部９に第２クラッド層前駆体を形成する。第２クラッド層前駆体は、第２クラッド層８の前駆体であり、溶剤に第２クラッド層８を構成する透光性材料を溶かし、スピンコーター、バーコーター、ドクターブレード、ダイコーターまたはディップコーターなどを用いて、第１クラッド層６、コア層７および電極挿通部９に塗布し、乾燥させる。これによって第２クラッド層前駆体が転写部材２６および第１クラッド層６にＺ２方向一方に積層される。このとき貫通電極１０は、マスクされている。

次に第２クラッド層前駆体のＺ２方向他方に向く表面部を平坦になるように研磨して、第２クラッド層８を形成する。研磨方法としては、たとえばアルミナ、炭化ケイ素またはダイヤモンドなどの砥粒を含む砥石を用いて研磨する方法、前記砥粒を表面部に付着させ、ブラシによって研磨する方法、またはバフを用いて研磨する方法が用いられる。またダイヤモンドから成る切削具を用いて削り取る方法によって、第２クラッド層前駆体の前記表面部を平坦状に形成してもよい。このようにして第２クラッド層８を形成すると、ステップｓ７へ移行する。

貫通孔部形成工程であるステップｓ７では、連通孔部１７を第２クラッド層８に形成し、貫通孔部１８を形成する工程である。ステップｓ６で平坦に研磨された第２クラッド層８の一表面部２２に複数の連通孔部１７を形成する。各連通孔部１７は、第２クラッド層８を貫通し、図９Ｅに示すように、互いにＹ２方向に間隔をあけ、かつ各挿通孔部１６にそれぞれ連通するように形成される。さらに詳細に説明すると、１つの連通孔部１７に対して１つの挿通孔部１６が連通するように形成される。このように連通孔部１７を形成することによって、貫通孔部１８が形成され、ステップｓ８へ移行Ｇする。

貫通電極形成工程であるステップｓ８では、貫通孔部１８内に貫通電極１０を形成する工程である。貫通電極１０は、銅から成り、貫通孔部１８に銅を充填することによって、貫通孔部１８に形成される。このようにして貫通電極１０を形成することによって、転写部材２６に光導波路部材２を形成することができる。これによって転写部材２６を含む光導波路部材２が形成され、ステップｓ９へ移行する。

転写工程であるステップｓ９では、支持基板５に転写部材２６に形成された光導波路部材２を転写する工程である。具体的には、第２クラッド層８の一表面部２２が支持基板５の厚み方向一表面部２３（５ａ）に対向するように、光導波路部材２を支持基板５に配設する。光導波路部材２と支持基板５との間に、接着剤などを介在させて、光導波路部材２と支持基板５とを固着させる。このとき貫通電極１０と支持基板５に配設される電気配線とが電気的に接続されるように配設する。これによって支持基板５の厚み方向と光導波路部材２のＺ２方向が一致する。このようにして光導波路部材２が支持基板５に転写され、転写部材２６が含まれる光配線基板前駆体３３が形成され、ステップｓ１０へ移行する。

転写部材除去工程であるステップｓ１０では、ステップｓ９で形成された光配線基板前駆体３３に含まれる転写部材２６をエッチングによって除去する工程である。転写部材２６をエッチングによって除去すると、平坦状に形成される第１クラッド層６のＺ１方向一表面部６ｂ、すなわち光導波路部材２の素子実装面部６ｂが露出する。素子実装面部６ｂを露出させると、ステップｓ１１へ移行する。

発光素子実装工程であるステップｓ１１では、素子実装面部６ｂに複数の発光素子３を実装する工程である。具体的には、各貫通電極１０にバンプ２４を形成し、このバンプ２４に対してＸ２方向一方に間隔をそれぞれあけて各ダミーバンプ２５を形成する。２つのバンプ２４および２つのダミーバンプ２５に発光素子３を載置し、半田付けすることによって、発光素子３が素子実装面部６ｂに実装される。このようにして半田付けをして実装すると、貫通電極１０にバンプ２４が半田付けされているので、バンプ２４のセルフアライメント作用により、高精度で発光素子３が位置決めされて実装される。このようにして発光素子３を実装すると、光配線モジュール１が形成され、光配線モジュール製造処理が終了する。

以下では、このような製造方法が奏する効果について、説明する。本実施の形態の製造方法によれば、Ｚ２方向一方に向かって傾斜し、かつ露出する傾斜部１３を有するコア層を第１クラッド層６に形成するので、従来の技術のものよりコア層７を容易に形成でき、またコア層７に第２クラッド層８を積層するだけで、第２クラッド層８によって傾斜部１３を被覆することができる。このように第２クラッド層８を積層するだけで、傾斜部１３を第２クラッド層８によって被覆でき、光導波路部材２を容易に形成することができる。このようにして形成される光導波路部材２は、転写部材２６に形成されている。転写部材２６に形成されている光導波路部材２を支持基板５に転写することによって、傾斜部１３が第２クラッド層８で被覆されている光導波路部材２を支持基板５の一表面部２３に容易に配設することができる。

このような製造方法が奏する効果について、説明する。本実施の形態の製造方法によれば、Ｚ２方向一方に向かって傾斜し、かつ露出する傾斜部１３を有するコア層を第１クラッド層６に形成するので、従来の技術のものよりコア層７を容易に形成でき、またコア層７に第２クラッド層８を積層するだけで、第２クラッド層８によって満遍なく傾斜部１３を被覆することができる。このように第２クラッド層８を積層するだけで、傾斜部１３を第２クラッド層８によって被覆でき、光導波路転写部材４３を容易に形成することができる。このようにして形成される光導波路転写部材４３は、光導波路部材２が転写部材２６に形成されている。したがって光導波路転写部材４３によって、光導波路部材２を支持基板５に容易に転写することができ、傾斜部１３が第２クラッド層８で被覆されている光導波路部材２を支持基板５の一表面部２３に容易に配設することができる。

本発明の製造方法によれば、Ｚ１方向一方（Ｚ２方向一方）に向かって傾斜し、かつ露出する傾斜部１３を有するコア層７を第１クラッド層６に形成するので、従来の技術のものよりコア層７を容易に形成でき、またコア層７に第２クラッド層８を積層するだけで、第２クラッド層８によって傾斜部１３を被覆することができる。このように第２クラッド層８を積層するだけで、傾斜部１３を第２クラッド層８によって被覆でき、光導波路部材２を容易に形成することができる。このようにして形成される光導波路部材２は、転写部材２６に形成されている。第２クラッド層８を支持基板５の一表面部２３に対向させて光導波路部材２を支持基板５に転写し、転写部材２６の少なくとも一部を除去する。このように傾斜部１３が第２クラッド層８によって被覆されている光配線基板２Ａを、容易に形成することができる。

本発明の製造方法によれば、コア層積層工程で、傾斜部１３がＺ１方向一方（Ｚ２方向一方）に露出しているので、従来に技術のものに比べて、反射膜１４を傾斜部１３に容易に形成できる。このように反射膜１４を傾斜部１３に形成することによって、反射膜１４を傾斜部１３に形成していない場合に比べて、光を反射する割合が大きくなり、光の減衰を抑制できる。

本発明の製造方法によれば、転写部材２６の一表面部が平坦状に形成される、その一表面部に第１クラッド層６が積層されているので、第１クラッド層６のうち転写部材２６が除去された部分、すなわち一表面部６ｂが平坦状に形成される。このように平坦状に形成されるので、前記部分に素子、たとえば発光素子３または受光素子４２を載置する際、位置決めが容易である。このように容易に位置決めできるので、従来の技術のものより高精度で位置決めでき、歩留りを向上させることができる。

本発明の製造方法によれば、第１クラッド層６の一表面部６ｂに対する傾斜角が４１度以上４９度以下になるように傾斜部１３が形成される。このような傾斜角に形成することによって、前記一表面部６ｂに発光素子が配設されると、発せされる光が傾斜部１３で反射し、前記表面部６ｂに沿って光導波路４０を導波する。また前記表面部６ｂに受光素子４２を配設すると、光導波路４０を前記表面部６ｂに沿って導波する光が傾斜部で反射し、受光素子４２に入射する。前記傾斜角に傾斜部を形成することによって、発せられた光を導波することができ、または導波する光を受光することができる。

本発明の製造方法によれば、傾斜部１３は、コア層前駆体２７を機械加工することによって、形成される。これによって傾斜部１３を容易に形成することができる。

本発明の製造方法によれば、傾斜部１３に対して間隔をあけて、貫通孔部１８が形成され、この貫通孔部１８内に導電性材料からなる貫通電極１０が形成される。これによって光導波路部材２に電極を形成することができ、支持基板５が電気配線を有する場合、この電気配線と電気的に接続することができる。また傾斜部１３に対して間隔をあけて貫通電極１０が形成されているので、発光素子３または受光素子４２を配設する際、貫通電極１０を位置決めマーカとして用いることができる光配線基板２Ａを形成することができる。

本発明の製造方法によれば、転写部材２６の第１クラッド層６に臨む表面部が導電性材料から成るので、貫通電極１０が転写部材２６に固着される。これによって光導波路部材２を支持基板５に転写する際、貫通電極１０が転写部材２６から離脱しにくくなる。

本発明の製造方法によれば、貫通電極１０と転写部材２６の前記表面部とが同一の導電性材料から成るので、貫通電極１０が転写部材２６により固着しやすく、光導波路部材２を支持基板５に転写する際、貫通電極１０が転写部材２６から離脱することを防止できる。

本発明の製造方法によれば、Ｚ１方向一方に向かって傾斜し、かつ露出する傾斜部１３を有するコア層７を第１クラッド層６に形成するので、従来の技術のものよりコア層７を容易に形成でき、またコア層７に第２クラッド層８を積層するだけで、第２クラッド層８によって傾斜部１３を被覆することができる。このように第２クラッド層８を積層するだけで、傾斜部１３を第２クラッド層８によって被覆でき、光導波路部材２を容易に形成することができる。このようにして形成される光導波路部材２は、転写部材２６に形成されている。第２クラッド層８を支持基板５の一表面部２２に対向させて光導波路部材２を支持基板５に転写し、転写部材２６を除去する。さらに光導波路部材２に発光素子３および受光素子４２のうち少なくともいずれか一方の素子を配設する。このようにコア層７の傾斜部１３が第２クラッド層８によって被覆され、発光素子３および受光素子４２のうち少なくともいずれか一方の素子が配設されている光配線モジュール１を容易に形成することができる。

本実施の形態の製造方法によれば、層状体２９をエッチングすることによって、コア層７および電極挿通部９が形成が形成される。したがって電極挿通部９を形成するとき、コア層７に対する電極挿通部９の位置決めが容易であり、かつ高い精度で位置決めできる。発光素子３および受光素子４２は、電極挿通部９に配設される貫通電極１０にバンプ２４を介して実装されるので、コア層７に対する位置決めが容易であり、かつ高い精度で位置決めできる。換言すると、傾斜部１３に対する位置決めが容易であり、かつ高い精度で位置決めできる。これによって歩留まりを向上させることができる。

さらに貫通電極１０が電極挿通部９に形成され、発光素子３および受光素子４２が前記貫通電極に半田付けされているので、貫通電極１０とバンプ２４とのセルフアライメント作用によって、貫通電極１０に対して高い精度で位置決めできる。つまり発光素子３および受光素子４２を傾斜部１３に対して、高い精度で位置決めできる。

本発明の第１の実施形態に係る光配線モジュールの要部の断面図である。 光配線モジュールのうちの一部（反射手段）を部分的に変更した変更形態に係る光配線モジュールの要部の断面図である。 第１の実施形態に係る光導波路部材のうち転写部材除去後の断面図である。 光導波路部材のうち転写部材除去前の断面図である。 第１の実施形態に係る光配線基板の断面図である。 第１の実施形態に係る光配線モジュールの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る光導波路部材の図であり、図７（ａ）は要部の断面部、図７（ｂ）は第２接続パッドと導電性接合材との関係を表す拡大断面図、図７（ｃ）は第２接続パッドの表面部の平面図（図７（ｂ）のＡ−Ａ線端面図）である。 第１モジュール１の製造方法の各工程のフローチャートを示す図である。 転写部材２６を示す斜視断面図である。 転写部材２６に第１クラッド層６が積層されている状態を示す斜視断面図である。 コア層前駆体２７が第１クラッド層６に積層されている状態を示す斜視断面図である。 第１クラッド層６にコア層７および電極挿通部９が積層されている状態を示す斜視断面図である。 第１クラッド層６およびコア層７に第２クラッド層８が積層されている状態を示す斜視断面図である。 貫通電極１０が形成された状態を示す斜視断面図である。 光導波路部材２を支持基板５に転写した状態を示す斜視断面図である。 第１モジュール１を示す斜視断面図である。

符号の説明

１ 第１モジュール
２ 光導波路部材
２Ａ 第１光配線基板
３ 光半導体素子
５ 支持基板
６ 第１のクラッド膜
７ コアパターン
１４ 反射膜
６０ 保持部材
６２ 封止部材

Claims (7)

1. 支持基板および該支持基板に固着される光導波路部材を含む光配線基板と、この光配線基板に電気的にかつ機械的に接続される光半導体素子とを有する光配線モジュールであって、
   前記光導波路部材は、
   クラッド層と、
   該クラッド層の一表面部に積層されるコア層であって光路変換可能な光導波路の要部を成すコア層と、
   前記光半導体素子に電気的にかつ機械的に接続される接続パッドとを有し、
   前記接続パッドは、前記光半導体素子の電極に導電性接合材を介して接続されるとともに、前記コア層から前記クラッド層に向かう方向である前記光配線基板の厚み方向において、前記クラッド層の他表面部以下の位置に配設され、
   前記導電性接合材に臨む接続パッドの表面部は、前記厚み方向に見て円形状に形成されるとともに、その円形状の半径方向内方に向かうに従ってコア層側に凹むように形成される凹部を有し、
   前記導電性接合材の最大幅は、前記凹部の最大幅よりも大きいことを特徴とする光配線モジュール。
2. 光半導体素子に設けられる発光部または受光部と、クラッド層の他表面部とが非接触の状態に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の光配線モジュール。
3. 光半導体素子と光配線基板との間には、発光部または受光部と、クラッド層の他表面部とを非接触の状態に保持しうるアンダーフィル樹脂から成る保持部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光配線モジュール。
4. 光半導体素子と光配線基板との間隙には、発光部および受光部を除き、非光透過性の樹脂から成る封止部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光配線モジュール。
5. 封止部材は、光半導体素子をその外周に沿って囲繞するものであることを特徴とする請求項４記載の光配線モジュール。
6. 封止部材は着色されていることを特徴とする請求項４または５記載の光配線モジュール。
7. 少なくとも光半導体素子の受発光部と前記要部との間には、透光性樹脂から成る部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光配線モジュール。

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