JP5563618B2 - Optical modulator and mounting method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、光変調器及びその実装方法に関する。 The present invention relates to an optical modulator and a mounting method thereof.
図1は、従来のPLC−LN光変調器を示す。図1に示される従来のPLC−LN光変調器100においては、LN光変調素子103が素子面を上向きにしてパッケージ101の配線基板102に固定されて、PLC104、105が素子面を上向きにしてLN光変調素子103に接続されている。PLC−LN光変調器100は、ワイヤによって高周波電気配線を施し、光ファイバ106及び107をそれぞれPLC104及び105に接続することによって作成される。
FIG. 1 shows a conventional PLC-LN optical modulator. In the conventional PLC-LN
しかしながら、従来のPLC−LN光変調器100においては、ワイヤによって施す高周波電気配線の本数が多く、作製に時間とコストがかかり、さらに平面上で高周波電気配線を引き回すため、スペースが必要であり、素子の小型化が困難であった。
However, in the conventional PLC-LN
また、従来のPLC−LN光変調器100では、LN光変調素子103とPLC104、105との接続部分に接着剤を使用しており、接着剤の熱による劣化を防ぐため、素子固定時やワイヤ接続工程時に加える温度に制限がある。
Further, in the conventional PLC-LN
LN光変調器では、素子面を下向き(フェイスダウン)にしたフリップチップ実装が提案されている(特許文献1を参照)。図2は、フリップチップ実装を用いた従来のPLC−LN光変調器を示す。図2に示される従来のPLC−LN光変調器200においては、パッケージ201の多層基板202上に電極の役割を果たすバンプ208が設けられている。従来のPLC−LN光変調器200は、LN光変調素子203が素子面を下向きにしてバンプ208に固定されてフリップチップ実装され、PLC204、205が素子面を下向きにしてLN光変調素子203に接続されている。
For the LN optical modulator, flip chip mounting with the element surface facing downward (face down) has been proposed (see Patent Document 1). FIG. 2 shows a conventional PLC-LN optical modulator using flip chip mounting. In the conventional PLC-LN
PLC−LN光変調器200は、多層基板202を用いた3次元配線によってパッケージ201内での配線を施すことにより、電極接続を一括して行なうことができ、配線スペースを削減することができるため、素子の小型化及び高密度実装、並びに時間及びコストの削減が可能となる。
The PLC-LN
上記のようなLN光変調器だけでなく、Si−ICやInP系半導体などでも同様に、素子面を配線基板面に重ねあわせることによってワイヤボンディングを不要としたフリップチップ実装が用いられている。Si−ICやInP系及びLN光変調器は可視光を透過しないため、赤外線カメラで観察して配線基板との位置合わせを行うことにより素子を実装する。 In addition to the above-described LN optical modulator, flip-chip mounting that eliminates wire bonding by superimposing the element surface on the wiring substrate surface is also used for Si-IC and InP semiconductors. Since Si-IC, InP system, and LN optical modulator do not transmit visible light, an element is mounted by observing with an infrared camera and aligning with a wiring board.
しかしながら、図2に示される従来のPLC−LN光変調器200でも、フリップチップ実装時に加えられる熱や固定のためのフィラー硬化時の熱により、LN光変調素子203とPLC204及び205との接続部分に用いられる接着剤が劣化するという問題があった。例えば、金−スズハンダ実装では約300℃、金バンプの熱超音波実装では約150℃、フィラー硬化温度では約150℃の熱が加えられる。
However, even in the conventional PLC-LN
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱によって接着剤が劣化することがないPLC−窒化物系半導体光変調器及びその作成方法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 a PLC-nitride-based semiconductor optical modulator in which the adhesive is not deteriorated by heat and a method for producing the same. .
本発明の請求項1に記載の光変調器の作製方法は、可視光域で透明な透明基板上光変調素子を、素子面を下向きにして配線基板上に設けられたバンプに固定してフリップチップ実装するステップと、当該フリップチップ実装後に、PLCを、素子面を上向きにして前記透明基板上光変調素子に接着するステップとを備えることを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an optical modulator, in which a light modulation element on a transparent substrate transparent in the visible light region is fixed to a bump provided on a wiring board with the element surface facing downward. A chip mounting step; and a step of bonding the PLC to the light modulation element on the transparent substrate with the element surface facing upward after the flip chip mounting.
本発明の請求項2に記載の光変調器の作製方法は、請求項1に記載の光変調器の作製方法であって、前記透明基板上光変調素子は、GaN系材料で構成されることを特徴とする。 The method for manufacturing an optical modulator according to claim 2 of the present invention is the method for manufacturing the optical modulator according to claim 1, wherein the light modulator on the transparent substrate is made of a GaN-based material. It is characterized by.
本発明の請求項3に記載の光変調器の作製方法は、請求項1又は2に記載の光変調器の作製方法であって、前記透明基板上光変調素子の透明基板において前記透明基板上光変調素子の素子面と反対側の面は、可視光が透過できるミラー面で構成されることを特徴とする。 The method for producing an optical modulator according to claim 3 of the present invention is the method for producing an optical modulator according to claim 1 or 2, wherein the optical modulator on the transparent substrate is formed on the transparent substrate. The surface of the light modulation element opposite to the element surface is constituted by a mirror surface that can transmit visible light .
本発明の請求項4に記載の光変調器は、バンプを有する配線基板と、素子面を下向きにして前記配線基板の前記バンプに固定されてフリップチップ実装された、可視光域で透明な透明基板上光変調素子と、前記透明基板上光変調素子のフリップチップ実装後に、素子面を上向きにして透明基板上光変調素子に接着されたPLCとを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an optical modulator comprising: a transparent wiring board having a bump; and a transparent transparent substrate in a visible light region, wherein the transparent substrate is mounted on the bump of the wiring board with an element surface facing downward and flip-chip mounted. A light modulation element on a substrate and a PLC bonded to the light modulation element on the transparent substrate with the element surface facing upward after flip-chip mounting of the light modulation element on the transparent substrate.
本発明の請求項5に記載の光変調器は、請求項4に記載の光変調器であって、前記透明基板上光変調素子は、GaN系材料で構成されることを特徴とする。 An optical modulator according to a fifth aspect of the present invention is the optical modulator according to the fourth aspect, wherein the optical modulator on the transparent substrate is made of a GaN-based material.
本発明の請求項6に記載の光変調器は、請求項4又は5に記載の光変調器であって、前記透明基板上光変調素子の透明基板において前記透明基板上光変調素子の素子面と反対側の面は、可視光が透過できるミラー面で構成されることを特徴とする。 An optical modulator according to a sixth aspect of the present invention is the optical modulator according to the fourth or fifth aspect, wherein the element surface of the light modulation element on the transparent substrate is a transparent substrate of the light modulation element on the transparent substrate. The surface on the opposite side is constituted by a mirror surface that can transmit visible light .
本発明に係る光変調器及びその作製方法によると、透明基板上光変調素子をフリップチップ実装後に透明基板上光変調素子にPLCを接続することが可能になる。従って、透明基板上光変調素子とPLCとの接続部分に用いられる接着剤がフリップチップ実装時に加えられる熱又はアンダーフィル硬化時の熱によって劣化することを回避することが可能になる。 According to the light modulator and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to connect the PLC to the light modulation element on the transparent substrate after the light modulation element on the transparent substrate is flip-chip mounted. Therefore, it is possible to avoid deterioration of the adhesive used in the connection portion between the light modulation element on the transparent substrate and the PLC due to heat applied during flip chip mounting or heat during underfill curing.
さらに、透明基板上光変調素子をGaN系材料で構成した場合、フリップチップ実装の際に、アライメントパターンを形成することなく、顕微鏡を用いて観察することにより電極パターンと配線基板との位置合わせが可能となる。従って、電極パターンと配線基板との位置合わせが容易であり、アライメント時間を短縮し、工程を簡略化することが可能となる。 Furthermore, when the light modulation element on the transparent substrate is made of a GaN-based material, the alignment between the electrode pattern and the wiring substrate can be performed by observing with a microscope without forming an alignment pattern during flip chip mounting. It becomes possible. Therefore, the alignment between the electrode pattern and the wiring board is easy, the alignment time can be shortened, and the process can be simplified.
図3は、本発明に係るフリップチップ実装を用いたPLC−窒化物系半導体光変調器300を示す。図3には、透明基板上窒化物系半導体素子303が素子面を下向き(フェイスダウン)にしてパッケージ301内の配線基板302上に設けられたバンプ308に固定されてフリップチップ実装され、PLC304、305が素子面を上向き(フェイスアップ)にして窒化物系半導体素子303に接続されたPLC−窒化物系半導体光変調器300が示されている。
FIG. 3 shows a PLC-nitride semiconductor
透明基板上窒化物系半導体素子303は、LN光変調素子に必要な不透明の導電膜が不要であり、例えばサファイア基板又はGaN基板のような透明基板を使用しており、透明基板の裏面、すなわち素子面に対して反対側の面はミラー面で構成され、プロセス時に装置のセンサーからの光を反射するために裏面に施す反射膜(メタルなど)が除去されている。これにより、基板の裏面を可視光が透過できる状態となる。そのため、これらの透明基板を使用した窒化物系半導体素子は可視光域で透明であり、フリップチップ実装した素子裏面から導波路位置及び電極パターンを確認することができる。
The nitride-based
フリップチップ実装した素子裏面から導波路位置が確認可能であるため、透明基板上窒化物系半導体素子303をフリップチップ実装後にPLC304、305を透明基板上窒化物系半導体素子303に接続することが容易になる。従って、本発明のPLC−窒化物系半導体光変調器300によると、透明基板上窒化物系半導体素子303とPLC304、305との接続部分に用いられる接着剤がフリップチップ実装時に加えられる熱又はアンダーフィル硬化時の熱によって劣化することを回避することが可能になる。
Since the waveguide position can be confirmed from the rear surface of the flip chip mounted device, it is easy to connect the
さらに、図1、2に示される従来のPLC−LN光変調器100、200においては、素子表面に形成される導電膜が不透明であることから実装の際に電極パターンが観察できないため、導電膜を除去してアライメントパターンを形成して赤外線カメラを用いて配線基板との位置合わせをする必要があったが、本発明に係るPLC−窒化物系半導体光変調器300においては、フリップチップ実装した素子裏面から電極パターンが確認可能であるため、フリップチップ実装の際に、アライメントパターンを形成することなく、顕微鏡を用いて観察することにより電極パターンと配線基板302との位置合わせが可能となる。従って、本発明のPLC−窒化物系半導体光変調器300によると、電極パターンと配線基板302との位置合わせが容易であり、アライメント時間を短縮し、工程を簡略化することが可能となる。
Further, in the conventional PLC-LN
[実施例]
以下、本発明のPLC−窒化物系半導体光変調器300の実施例について説明する。本発明の実施例に係るPLC−窒化物系半導体光変調器300においては、透明基板上窒化物系半導体素子303として基板裏面がミラー面で構成されるGaN基板上GaN変調器を用い、PLC304、305の基板としてSi基板を用いた。
[Example]
Examples of the PLC-nitride semiconductor
PLC−窒化物系半導体光変調器300を作製する際は、素子面を下向き(フェイスダウン)にして透明基板上窒化物系半導体素子303をバンプ308にフリップチップ実装した後に、素子面を上向き(フェイスアップ)にしてPLC304、305をアライメントして透明基板上窒化物系半導体素子303に接着固定する。
When the PLC-nitride semiconductor
透明基板上窒化物系半導体素子303は可視光域で透明であるため導波路位置が観測可能であり、Siを基板としたPLC304、305は光を透過しないが、フェイスアップ実装の場合は顕微鏡により上面からPLC304、305の光導波路を確認可能であるため、透明基板上窒化物系半導体素子303とPLC304、305との接着接続は、顕微鏡を用いて互いの導波路位置同士を観察して電極パターンと配線基板302と位置合わせをすることにより行われる。
Since the nitride-based
図4は、本発明のPLC−窒化物系半導体光変調器300をパッケージ301の蓋を搭載する前に、パッケージ301上面から見た形状を示す。図4に示されるように、PLC−窒化物系半導体光変調器300の上面から透明基板を介した状態で、透明基板上窒化物系半導体素子303の電極パターン401を確認することができる。また、PLC304、305の光導波路402は、素子面が上向きになっているため、同様にPLC−窒化物系半導体光変調器300の上面から確認することができる。
FIG. 4 shows a shape of the PLC-nitride semiconductor
本発明の実施例においては、透明基板上窒化物系半導体素子303を構成する半導体材料としてGaNを使用したが、それに限定されること無く、例えばAlN、AlGaN、InN、BN、InGaN、又はInAlNなど、公知の窒化物系半導体材料を用いることができ、さらに、LN光変調素子は裏面から光導波路の確認することが可能であるため、導電膜を除去した箇所にアライメントパターンを形成して配線基板との位置合わせを行えば、LN光変調素子を用いることも可能である。また、透明基板上窒化物系半導体素子303の透明基板としてGaN基板を使用したが、例えばサファイア基板を使用することもできる。また、本発明においては、透明基板上窒化物系半導体素子303をパッケージ301にフリップチップ実装しているが、サブマウントにフリップチップ実装してもよい。
In the embodiment of the present invention, GaN is used as a semiconductor material constituting the nitride-based
100、200 PLC−LN光変調器
101、201、301 パッケージ
102、202、302 配線基板
103、203 LN光変調素子
104、105、204、205、304、305 PLC
106、107、206、207、306、307 光ファイバ
208、308 バンプ
300 窒化物系半導体光変調器
303 透明基板上窒化物系半導体素子
401 電極パターン
402 光導波路
100, 200 PLC-LN
106, 107, 206, 207, 306, 307
Claims (6)
当該フリップチップ実装後に、PLCを、素子面を上向きにして前記透明基板上光変調素子に接着するステップと
を備えることを特徴とする光変調器の作製方法。 Fixing the light modulation element on the transparent substrate transparent in the visible light region to the bump provided on the wiring board with the element surface facing downward, and flip-chip mounting;
Bonding the PLC to the light modulation element on the transparent substrate with the element surface facing upward after the flip chip mounting.
素子面を下向きにして前記配線基板の前記バンプに固定されてフリップチップ実装された、可視光域で透明な透明基板上光変調素子と、
前記透明基板上光変調素子のフリップチップ実装後に、素子面を上向きにして透明基板上光変調素子に接着されたPLCと
を備えることを特徴とする光変調器。 A wiring board having bumps;
A light modulation element on a transparent substrate that is transparent in the visible light range and is flip-chip mounted fixed to the bump of the wiring board with the element surface facing downward;
An optical modulator comprising: a PLC bonded to the light modulation element on the transparent substrate with the element surface facing upward after flip chip mounting of the light modulation element on the transparent substrate.
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