JP6066319B2

JP6066319B2 - 光電気混載モジュール

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Publication number: JP6066319B2
Application number: JP2013129655A
Authority: JP
Inventors: 直幸田中; 康人石丸; 柴田　直樹; 直樹柴田; 雄一辻田
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: CN105247397A; CN105247397B; JP2015004799A; TWI623786B; WO2014203635A1; TW201502629A; KR20160022816A; US9417384B2; EP2990844A1; US20160131834A1; KR102092437B1

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、絶縁層の表面に電気回路を形成したフレキシブル回路基板と、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、上記フレキシブル回路基板の絶縁層の裏面を貼り合わせ、上記電気回路の所定部分（実装用パッド）に光学素子を実装したものとなっている。この光電気混載モジュールは、フレキシブルであり、最近の電子機器等の小形化に対応して、小スペースで屈曲させた状態での使用や、ヒンジ部等の可動部での使用等に好適なものとなっている。

また、製造を簡素化したものとして、図５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（上記絶縁層なしの状態で）、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）。そして、光学素子５は、上記電気回路４の所定部分（実装用パッド４ａ）に実装されている。なお、図５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。

そして、上記光電気混載モジュールでは、それ自体の耐折性を良好にするために、アンダークラッド層１１およびオーバークラッド層１３の弾性率が低く設定されている。

特開２００７−１５６０２６号公報

しかしながら、上記従来の、オーバークラッド層１３の表面に実装用パッド４ａが形成さ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１３の弾性率が低く設定されていると、光学素子５を超音波実装等により実装する際の超音波振動や押圧荷重等により、オーバークラッド層１３が変形し易くなることから、そのオーバークラッド層１３の表面に形成されている実装用パッド４ａに、光学素子５を適正に実装し難くなり、実装不良になることがある。

そこで、光学素子５の実装性を向上させるために、オーバークラッド層１３の弾性率を高く設定すると、今度は、光電気混載モジュール自体の耐折性が悪化する。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、それ自体の耐折性に優れているとともに、光学素子の実装性にも優れている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実装用パッドを有する電気回路と、その実装用パッドに実装された光学素子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した線状の光路用のコアと、この光路用のコアの側面および頂面に沿いその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、上記光路用のコアの両側に、その光路用のコアに対して所定間隔で、上記アンダークラッド層の弾性率および上記オーバークラッド層の弾性率よりも高い弾性率を有する非光路用のダミーコアが設けられ、上記実装用パッドが、上記非光路用のダミーコアの頂面に形成され、その実装用パッドに実装された上記光学素子が、上記光路用の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位置決めされているという構成をとる。

すなわち、本発明の光電気混載モジュールは、実装用パッドを、従来のオーバークラッド層の表面ではなく、新たに構成した非光路用のダミーコアの頂面に形成している。その非光路用のダミーコアは、光路用のコアの両側に、その光路用のコアと距離をおいて設けられており、弾性率がオーバークラッド層の弾性率よりも高く設定されている。そのため、その非光路用のダミーコアは、実装用パッドに光学素子を実装する際の振動や押圧荷重等が加わっても、オーバークラッド層に比べ、変形し難くなっている。すなわち、本発明の光電気混載モジュールは、光学素子の実装性に優れ、光学素子の実装不良がないものとなっている。しかも、本発明の光電気混載モジュールは、上記のように、弾性率の高い非光路用のダミーコアを新たに構成し、その頂面に実装用パッドを形成することから、アンダークラッド層の弾性率およびオーバークラッド層の弾性率を従来の低い設定のままでよく、耐折性にも優れている。

本発明の光電気混載モジュールは、光路用のコアの両側に、その光路用のコアに対して所定間隔で、弾性率がアンダークラッド層およびオーバークラッド層よりも高い非光路用のダミーコアが設けられ、その頂面に実装用パッドが形成されている。そのため、その実装用パッドに光学素子を実装する際の振動や押圧荷重等に対して、上記非光路用のダミーコアを変形し難くすることができる。すなわち、本発明の光電気混載モジュールは、光学素子の実装性に優れ、光学素子の実装不良がないものとすることができる。しかも、本発明の光電気混載モジュールは、上記のように、弾性率の高い非光路用のダミーコアの頂面に実装用パッドを形成することから、アンダークラッド層の弾性率およびオーバークラッド層の弾性率を従来の低い設定のままとすることができ、耐折性にも優れている。

本発明の光電気混載モジュールの一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およびダミーコアの形成方法を模式的に示す説明図であり、（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。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一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のアンダークラッド層１の表面に、光路用のコア２に加え、その光路用のコア２の両側に距離をおいて、非光路用の（光路に用いられない）ダミーコア８が突設されており、そのダミーコア８の頂面に、実装用パッド４ａを有する電気回路４が形成されている。オーバークラッド層３は、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を被覆した状態で凸状に形成されている。そして、上記非光路用のダミーコア８の弾性率は、上記アンダークラッド層１の弾性率および上記オーバークラッド層３の弾性率よりも高く設定されている。上記実装用パッド４ａに実装された光学素子５は、上記凸状のオーバークラッド層３の上に位置決めされている。

このように、光路用のコア２の両側に、その光路用のコア２と距離をおいて、弾性率がアンダークラッド層１およびオーバークラッド層３よりも高い非光路用のダミーコア８を設け、その頂面に実装用パッド４ａを形成することが、本発明の大きな特徴の一つである。

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、平坦状に形成され、光路用のコア２および非光路用のダミーコア８が、上記アンダークラッド層１の表面に突出した状態で、四角形の断面を有するよう形成され、オーバークラッド層３が、突設された光路用のコア２の側面および頂面に沿ってコア２を被覆した状態で凸状に形成されている。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、先に述べたように、上記非光路用のダミーコア８の頂面に形成されている。そして、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の一部分である実装用パッド４ａの頂面に当接させた状態で実装されている。また、上記電気回路４のうち、上記実装用パッド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、光路用のコア２および非光路用のダミーコア８を突出した状態で形成する。これらコア２およびダミーコア８は、例えば、同じ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同時に形成される。このとき、形成されるコア２およびダミーコア８の弾性率が、上記アンダークラッド層１の弾性率およびつぎの工程で形成されるオーバークラッド層３の弾性率よりも高くなるような、上記コア２およびダミーコア８の形成材料（感光性樹脂）が用いられる。そして、コア２およびダミーコア８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２（ｃ）に斜視図で示すように、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を形成する。このオーバークラッド層３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。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３（ａ）に斜視図で示すように、上記光導波路Ｗのダミーコア８の頂面に、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３（ｂ）に斜視図で示すように、光学素子５〔図４（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。このカバーレイ７は、図示のように、上記電気回路４の部分のみを被覆するように形成してもよいが、上記オーバークラッド層３の部分も被覆するように形成してもよい。

つぎに、図４（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３（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４（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を超音波実装等により実装する。このとき、実装用パッド４ａが形成されている上記ダミーコア８の弾性率が高く設定されていることから、光学素子５を実装する際の振動や押圧荷重等に対して、上記ダミーコア８が変形し難くなっている。そのため、光学素子５の実装性に優れ、光学素子５の実装不良が発生しない。そして、上記オーバークラッド層３の凸状部分の上に、所定の距離を保って、光学素子５の中央部が位置決めされる〔図１（ｃ）参照〕。このようにして、光電気混載モジュールが得られる。

なお、この実施の形態では、光路用のコア２およびダミーコア８を、同じ形成材料を用いて同時に形成したが、異なる形成材料を用い、別工程で形成してもよい。そのとき、光路用のコア２の弾性率は、アンダークラッド層１の弾性率およびオーバークラッド層３の弾性率以下でもよい。

また、この実施の形態では、オーバークラッド層３を形成した後に電気回路４を形成したが、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。

さらに、この実施の形態では、光導波路Ｗと光学素子５との間の空隙を、封止樹脂で封止してもよい。

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。

上記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。その際、光導波路のアンダークラッド層の弾性率およびオーバークラッド層の弾性率を、０．３Ｐａ、光路用のコアの弾性率および非光路用のダミーコアの弾性率を、１．５Ｐａとした。なお、この弾性率は、弾性率測定機（マツザワ社製、ＭＭＴ−Ｘ７）を用いて測定することができる。また、光学素子（京セミ社製、フォトダイオードＫＰＤＧ００６ＨＡ１）の実装は、超音波実装機フリップチップボンダー（パナソニックファクトリーソリューションズ社製、ＦＣＢ３）を用いて行った。その実装条件は、素子温度１５０℃、光電気混載基板（光学素子を実装していない光電気混載モジュール）の温度５０℃、押圧荷重１．０Ｎ、超音波出力３．０Ｗ、実装時間０．５秒とした。

〔従来例〕
オーバークラッド層の表面を平坦に形成し、そのオーバークラッド層の表面に電気回路を形成した光電気混載モジュールを作製した（図５参照）。それ以外の部分は、上記実施例と同様とした。

〔耐折性の評価〕
上記実施例および従来例の光電気混載モジュールを、ＩＰＣ（Interconnectig and Packaging Electronic Circuits）耐屈曲試験にかけ、屈曲部分が破断するまでの回数を測定した。このとき、測定条件を、ストローク幅２０ｍｍ，速度２０ｍｍ／秒，曲げ半径１ｍｍに設定した。その結果、上記破断までの回数は、実施例では８５２０回、従来例では８５９４回であった。この結果から、実施例も従来例も、耐折性に優れていることがわかる。

〔光学素子の実装性の評価〕
上記実施例および従来例の光電気混載モジュールについて、光学素子のシェア強度を測定した。このとき、測定条件を、電気回路の頂面からの高さ１００μｍ，速度１００ｍｍ／秒に設定した。その結果、光学素子のシェア強度は、実施例では１．０２Ｎであったのに対し、従来例では０．４４Ｎであった。この結果から、実施例は、従来例と比較して、光学素子の実装性に優れていることがわかる。

本発明の光電気混載モジュールは、それ自体の耐折性に優れるとともに、光学素子の実装性にも優れたものとする場合に利用可能である。

Ｗ光導波路
１アンダークラッド層
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
８ダミーコア

Claims

光導波路と、この光導波路に直接形成された実装用パッドを有する電気回路と、その実装用パッドに実装された光学素子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した線状の光路用のコアと、この光路用のコアの側面および頂面に沿いその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、上記光路用のコアの両側に、その光路用のコアに対して所定間隔で、上記アンダークラッド層の弾性率および上記オーバークラッド層の弾性率よりも高い弾性率を有する非光路用のダミーコアが設けられ、上記実装用パッドが、上記非光路用のダミーコアの頂面に形成され、その実装用パッドに実装された上記光学素子が、上記光路用の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。