JP6361298B2 - 光導波路装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光導波路装置及びその製造方法に関する。

従来、電気信号を扱う配線基板の上に光信号を扱う光導波路が形成された光導波路装置がある。光導波路装置は光電気複合基板であり、電気信号の伝達速度の限界を補うために、高速部分を光信号で伝達することができる。

光導波路の端側には光路変換ミラーが配置されており、光素子が光導波路の光路変換ミラーに光結合されるように配線基板に実装される。また、光導波路装置では、光路変換ミラーの上方の光路にレンズ部品が搭載される場合がある。

特開２００５−１７６８４号公報 特開２００７−３８１７号公報 特開２０１０−１９０９９４号公報

後述する予備的事項の欄で説明するように、レンズ部品を光導波路の光路変換ミラーに位置合わせして搭載する際に、光導波路の表面に形成した凸部にレンズ部品をはめ込む方法では、十分な位置合わせ精度が得られない。

また、レンズ部品を光導波路の光路変換ミラーに画像認識で位置合わせしながら接着剤でレンズ部品を光導波路に接着する手法では、光路変換ミラーの領域に接着剤が塗布されないように、厳密なプロセス管理を行う必要がある。しかも、特注の専用のマウンタ装置が必要になり、コスト上昇を招く課題がある。

低コストで位置精度よくレンズ部品を搭載できる光導波路装置及びその製造方法を提供することを目的とする。

以下の開示の一観点によれば、配線基板と、前記配線基板の上に配置され、第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を備えた光導波路と、前記光導波路に形成された光路変換ミラーと、前記光導波路の外側領域の前記第２クラッド層及び前記第１クラッド層に形成されたホールと、前記光路変換ミラーに光結合されたレンズ部品とを有し、前記レンズ部品は、前記ホール内に接合材で固定されたバンプと、前記レンズ部品のバンプが形成された面側から突出し、先端が前記第２クラッド層に接触する突出部とを備え、前記レンズ部品のバンプの径は前記ホールの径よりも小さい光導波路装置が提供される。

また、その開示の他の観点によれば、配線基板の上に、第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を備え、かつ、前記コア層の外側領域の前記第２クラッド層及び前記第１クラッド層にホールが形成された光導波路を形成する工程と、前記光導波路に光路変換ミラーを形成する工程と、バンプと、前記バンプが形成された面側から突出する突出部とを備えたレンズ部品を用意し、前記レンズ部品が前記光路変換ミラーに光結合されるように、前記レンズ部品のバンプを前記ホール内に接合材で固定する工程とを有し、前記レンズ部品のバンプの径は前記ホールの径よりも小さく、前記レンズ部品は、前記突出部の先端が前記第２クラッド層に接触して配置される光導波路装置の製造方法が提供される。

以下の開示によれば、光導波路装置では、光路変換ミラーを備えた光導波路路の外側領域のクラッド層にホールが形成されている。そして、レンズ部品が光路変換ミラーに光結合された状態で、レンズ部品のバンプがホール内に接合材で固定されている。

一つの好適な態様では、レンズ部品の金属バンプがホール内の金属パッドにはんだによって固定される。これによって、一般的なチップマウンタ装置でレンズ部品の搭載が可能になるため、コスト削減を図ることができる。

また、光路変換ミラー上の領域に接着剤が塗布されるおそれがないため、プロセス管理が容易になり、生産効率を向上させることができる。

図１は予備的事項の光導波路装置を示す断面図（その１）である。 図２予備的事項の光導波路装置を示す断面図（その２）である。 図３（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図及び平面図（その１）である。 図４（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図及び平面図（その２）である。 図５は第１実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図及び平面図（その３）である。 図６（ａ）及び（ｂ）は第１実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図（その４）である。 図７は第１実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図（その５）である。 図８は第１実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図（その６）である。 図９は第１実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図及び平面図（その７）である。 図１０は第１実施形態の光導波路装置を示す断面図及び平面図である。 図１１は第２実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図及び平面図（その１）である。 図１２（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図（その２）である。 図１３（ａ）及び（ｂ）は第２実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図（その３）である。 図１４は第２実施形態の光導波路装置を示す断面図である。 図１５は第３実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図及び平面図（その１）である。 図１６は第３実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図（その２）である。 図１７は第３実施形態の光導波路装置の製造方法を示す断面図（その３）である。 図１８は第３実施形態の光導波路装置を示す断面図及び平面図である。 図１９は第３実施形態の変形例の光導波路装置を示す断面図である。

以下、実施の形態について、添付の図面を参照して説明する。

実施形態を説明する前に、基礎となる予備的事項について説明する。予備的事項に記載の光導波路装置は、本発明の光導波路装置の基礎となるものであり、公知技術ではない。

図１に示すように、予備的事項に係る光導波路装置では、配線基板１００の上に、コア層２２０がクラッド層２４０で囲まれた構造の光導波路２００が形成されている。光導波路２００の端側には光路変換ミラーＭが形成されている。

そして、光導波路２００の光路変換ミラーＭに対応するする位置に光を集光及び平行化させるためのレンズ部品３００が搭載される。

光導波路２００の各光路変換ミラーＭとレンズ部品３００の各レンズ３２０とを位置合わせして配置する方法としては、光導波路２００に位置合わせ用として形成した凸部２００ａの内側にレンズ部品３００をはめ込む方法がある。

しかし、この方法では、光導波路２００の各光路変換ミラーＭとレンズ部品３００の各レンズ３２０との位置合わせの精度が悪く、両者を設計スペックである±２μｍ以下の位置精度で位置合わせを行うことは困難である。

図１の方法で位置精度が悪い理由は、レンズ部品３００の製造誤差、光導波路２００に形成する凸部２００ａの製造誤差、及び光導波路２００の光路変換ミラーＭの製造誤差の全てが影響するためである。

他の方法としては、図２に示すように、マウンタ装置の吸着ヘッド４００にレンズ部品３００を吸着させ、光導波路２００及びレンズ部品３００に形成されたアライメントマーク（不図示）を画像認識することにより、両者の位置合わせを行う。

そして、位置合わせ時にディスペンサ５００から光導波路２００の上に接着剤６００を塗布し、吸着ヘッド４００に吸着されたレンズ部品３００を接着剤６００で光導波路に仮固定する。

さらに、吸着ヘッド４００を取り外した後に、レンズ部品３００の外周部に接着剤を塗布して本固定する。

図２の方法を採用することにより、図１の方法の課題は解決できるが、以下の別の課題が残される。

図２の方法では、位置合わせ時に光導波路２００の上に接着剤６００を塗布する際には、光導波路２００の光路変換ミラーＭを含む上面が開放されている。このため、光路変換ミラーＭの上に接着剤６００が塗布されないように厳密なプロセス管理を行う必要がある。光導波路２００の光路変換ミラーＭ上の領域は光路となるため、空洞にしておく必要があるからである。

このため、ディスペンサ５００からの接着剤６００の塗布量をコントロールするなどの工夫が必要になり、プロセス制御が煩雑になる。あるいは、光導波路２００に接着剤６００をせき止めるためのダム層を形成する必要がある。

しかも、光導波路２００とレンズ部品３００とを位置合わせしながら、接着剤６００を適度に塗布するプロセスを遂行するためには、特注の専用のマウンタ装置が必要になり、コスト上昇を招く課題がある。

以下に説明する実施形態の光導波路装置は、前述した不具合を解消することができる。

（第１の実施の形態）
図３〜図９は第１実施形態の光導波路装置を示す図、図１０は第１実施形態の光導波路装置を示す図である。以下、光導波路装置の製造方法を説明しながら、光導波路装置の構造を説明する。

第１実施形態の光導波路装置の製造方法では、図３（ａ）に示すように、まず、電気信号を扱う配線基板１０を用意する。配線基板１０の上面には、後述するレンズ部品が固定される金属パッドＭＰが形成されている。

図３（ａ）では、電気信号を扱う配線層は省略されて描かれており、金属パッドＭＰは配線層と同一層から形成される。金属パッドＭＰ及び配線層は銅などの配線用の金属材料から形成される。金属パッドＭＰは配線層と電気的に接続されていない。

配線基板１０の一例としては、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁層から形成されたコア基板に貫通導体が形成され、コア基板の両面側に形成された配線層が貫通導体を介して相互接続されている。

さらには、コア基板の両面側に絶縁層と配線層が交互に積層された多層配線が構築されていてもよい。あるいは、コア基板を有さないコアレスタイプの配線基板を使用してもよい。

次に、配線基板１０の上に光導波路を形成する方法について説明する。図３（ｂ）に示すように、まず、配線基板１０の上に、第１クラッド層を得るための感光性樹脂層（不図示）を形成し、フォトリソグラフィに基づいて露光／現像を行う。

その後に、感光性樹脂層を１００℃〜１４０℃程度の加熱処理によって硬化させることにより、所望の領域に第１クラッド層２２を形成する。第１クラッド層２２は、配線基板１０の金属パッドＭＰの上に第１開口部Ｈ１を備えて形成される。

第１クラッド層２２の厚みは１０μｍ〜５０μｍ、例えば３５μｍに設定される。第１クラッド層２２をパターン化せずに全面に形成する場合は、非感光性樹脂を使用してもよい。

感光性樹脂層としては、ＵＶ硬化型エポキシ樹脂などが好適に使用される。感光性樹脂層の形成方法としては、半硬化状態（Ｂ−ステージ）の感光性樹脂シートを貼付してもよいし、あるいは、液状の感光性樹脂を塗布してもよい。

続いて、図３（ｃ）に示すように、第１クラッド層２２の上にコア層を得るための感光性樹脂層（不図示）を形成する。さらに、フォトリソグラフィに基づいて露光／現像を行った後に、感光性樹脂層を１００℃〜１４０℃程度の加熱処理によって硬化させることより、第１クラッド層２２の上にコア層２４を形成する。

図３（ｃ）の断面図は、図３（ｃ）の平面図のＩ−Ｉに沿った断面に相当する。また、図３（ｃ）の平面図は各要素が透視的に描かれており、後の平面図においても同じである。

図３（ｃ）の平面図の例では、複数のコア層２４が配置された光導波路形成領域の外側領域に４つの金属パッドＭＰが配置されている。そして、第１クラッド層２２の上に、複数のコア層２４が横方向に延在する帯パターンとして並んで形成されている。複数のコア層２４は金属パッドＭＰの間の領域にまで延在している。

コア層２４の幅は５μｍ〜５０μｍ、例えば２５μｍに設定され、コア層２４の厚みは５μｍ〜５０μｍ、例えば２５μｍに設定さる。

次いで、図４（ａ）に示すように、前述した第１クラッド層２２の形成方法と同様な方法により、第１クラッド層２２の上に、コア層２４を被覆する第２クラッド層２６をパターン化して形成する。第２クラッド層２６の厚みは５μｍ〜３０μｍ、例えば１０μｍに設定される。

このとき、第１クラッド層２２の第１開口部Ｈ１の上に第２クラッド層２６の第２開口部Ｈ２が連通して配置され、第１開口部Ｈ１及び第２開口部Ｈ２からホールＨが形成される。複数のコア層２４の外側領域の第２クラッド層２６及び第１クラッド層にホールＨが形成され、ホールＨは配線基板１０の金属パッドＭＰの上に配置される。

これにより、第１クラッド層２２、コア層２４及び第２クラッド層２６を備えた光導波路２０が配線基板１０の上に配置される。コア層２４の屈折率は、第１クラッド層２２及び第２クラッド層２６の屈折率よりも高くなるように設定される。

このようにして、配線基板１０の光導波路形成領域に複数の光導波路２０が並んで配置され、光導波路形成領域の外側に第１クラッド層２２及び第２クラッド層２６が延在して配置される。

なお、ホールＨをフォトリソグラフィによって形成したが、第１クラッド層２２及び第２クラッド層２６を非感光性樹脂から形成し、レーザ加工によってホールＨを形成してもよい。

次いで、図４（ｂ）に示すように、コア層２４の端側の光導波路２０の光路変換部になる部分を切削装置の回転ブレード（不図示）により厚み方向に分断するように切削して加工する。これにより、光導波路２０の一端側に傾斜面Ｓを備えた溝部２０ａが形成される。

図４（ｂ）では、光導波路２０の一端側のみが描かれており、実際には、光導波路２０の他端側にも傾斜面Ｓを備えた溝部２０ａが形成される。

溝部２０ａの傾斜面Ｓは、コア層２４の延在方向（光伝播方向）と所定の角度（好ましくは４５°）で交差して傾斜するように形成される。

続いて、図４（ｃ）に示すように、マスク蒸着などにより溝部２０ａの傾斜面Ｓに光反射性の金属層を部分的に形成して光路変換ミラーＭを得る。光反射性の金属としては、金又はアルミニウムなどがある。

図４（ｃ）の断面図は、図４（ｃ）の平面図のＩＩ−ＩＩに沿った断面に相当する。図４（ｃ）の平面図を加えて参照すると、複数のコア層２４の端側の各光導波路２０に光路変換ミラーＭがそれぞれ形成される。これにより、配線基板１０の上に光導波路２０が形成された光導波路付基板２が得られる。

次に、図４（ｃ）の光導波路付基板２に搭載されるレンズ部品の製造方法について説明する。図５に示すように、まず、ガラスから形成されるレンズ本体３０ａを用意する。図４の断面図は、平面図のＡ−Ａに沿った断面に相当する。レンズ本体３０ａの上面側には複数の凸状のレンズＬが並んで配置されている。

図５のレンズ本体３０ａの複数のレンズＬは、前述した図４（ｃ）の光導波路付基板２の各光路変換ミラーＭに対応するように配列されている。また、四角状のレンズ本体３０ａの横方向の一端部に、下側に突出する突出部Ｐが形成されている。さらに、レンズ本体３０ａの他端部の両側に下側に突出する２つの突出部Ｐが分離されて形成されている。レンズ部品を光導波路付基板２に搭載する際に、突出部Ｐの高さによってレンズ部品の高さ位置が調整される。

レンズ本体３０ａは射出成形によって形成される、射出成形では、溶融させたガラスを金型内に注入し、冷却して固化させることにより、成形物が一体的に形成される。

次いで、図６（ａ）に示すように、レンズ本体３０ａの裏面にマスク蒸着によって金（Ａｕ）層３２ａを形成する。さらに、無電解めっきにより、金層３２の上に銅（Ｃｕ）層３２ｂを形成する。金層３２ａ及び銅層３２ｂにより金属台座３２が形成される。

続いて、図６（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング法により、金属台座３２の上に金（Ａｕ）バンプ３４を形成する。

金バンプ３４の直径は前述した図４（ｃ）の光導波路付基板２のホールＨの直径よりも小さく設定される。例えば、金バンプ３４の基端の直径は８０μｍ程度であり、先端の直径は４０μｍ〜５０μｍである。この例の場合、図４（ｃ）の光導波路付基板２のホールＨの底部の直径は１２０μｍ程度に設定される。

以上により、ガラス製のレンズ部品３０が得られる。レンズ部品３０の金バンプ３４は、前述した図４（ｃ）の光導波路付基板２の金属パッドＭＰに対応するように配列されている。

なお、図６（ｂ）では、一箇所の金バンプ３４のみが描かれており、実際には複数の金バンプ３４（例えば４個）が配列される。他のレンズ部品の断面図においても同じである。

次に、前述した図４（ｃ）の光導波路付基板２に図６（ｂ）のレンズ部品３０を搭載する方法について説明する。

図７に示すように、まず、光導波路付基板２のホールＨにはんだ１２を塗布する。はんだ１２はスクリーン印刷、又はディスペンサなどによって塗布される。第１実施形態では、接合材として金属接合材を使用し、はんだ１２が金属接合材の一例である。あるいは、光導波路付基板２のホールＨにはんだボールを搭載してもよい。

金属接合材として、はんだ以外に、銀などの金属粒子を樹脂に分散させた導電性ペーストなどを使用することができる。

第１実施形態では、耐熱性の高いガラス製のレンズ部品３０を使用するため、融点が比較的高いはんだを使用することができる。

高融点のはんだとしては、例えば、錫（Ｓｎ）／銀（Ａｇ）／銅（Ｃｕ）系の鉛（Ｐｂ）フリーはんだが使用され、その融点は２７０℃程度である。

高融点のはんだ１２を使用することにより、後工程で光素子や半導体チップを実装する際に、はんだ１２よりも低い融点のはんだを使用することにより、はんだ１２が再溶融することが防止される。

さらに、同じく図７に示すように、半導体チップをフリップチップ接続する際に使用される一般的なチップマウンタ装置４０を用意する。チップマウンタ装置４０は、真空吸着によってワークを吸着させる吸着ヘッド４２と、吸着ヘッド４２を加熱するヒータ４４とを備える。

吸着ヘッド４２には、上下方向及び水平方向に吸着ヘッド４２を移動させるための移動手段（不図示）が接続されている。

そして、チップマウンタ装置４０の吸着ヘッド４２に図６（ｂ）のレンズ部品３０を吸着させる。レンズ部品３０は金バンプ３４が下側になって吸着ヘッド４２に吸着される。さらに、ヒータ４４をＯＮにし、吸着ヘッド４２を３００℃〜３５０℃の温度に設定してレンズ部品３０を加熱する。

また、チップマウンタ装置４０はＣＣＤカメラ４６を備えている。ＣＣＤカメラ４６によって、レンズ部品３０及び光導波路付基板２に形成された各アライメントマークを画像認識することに基づいて、レンズ部品３０と光導波路付基板２とを位置合わせすることができる。

このとき、レンズ部品３０の凸状のレンズＬをアライメントマークとして使用することができる。また、光導波路付基板２では、コア層２４のパターンをアライメントマークとして使用することできる。あるいは、レンズ部品３０及び光導波路付基板２に、アライメントマークを特別に追加で形成してもよい。

このように、チップマウンタ装置４０は、高精度な位置合わせ機構を備えており、レンズ部品３０のレンズＬと光導波路付基板２の光路変換ミラーＭとの位置合わせを高精度に行なうことができる。

続いて、図８に示すように、吸着ヘッド４２によって加熱されたレンズ部品３０の金バンプ３４を光導波路付基板２のホールＨ内のはんだ１２に挿入し、はんだ１２をリフロー加熱する。はんだ１２のリフロー加熱は、光導波路付基板２が載置されたステージ（不図示）側から行ってもよい。

このとき、光導波路付基板２のホールＨの直径は、レンズ部品３０の金バンプ３４の直径より大きく設定されている。このため、レンズ部品３０の金バンプ３４を光導波路付基板２のホールＨ内のリフローしたはんだ１２に挿入した状態で、ホールＨ内で水平方向に精密な位置合わせを行うことができる。

これにより、レンズ部品３０が光導波路付基板２に高精度で位置合わせされた状態で、レンズ部品３０の金バンプ３４がはんだ１２によって配線基板１０の金属パッドＭＰに接合される。

このように、第１実施形態では、半導体チップをフリップチップ接続する際に使用される一般的なはんだ１２の塗布技術、及び一般的なチップマウンタ装置４０を使用することにより、高精度な位置合わせと接合を行うことができる。

これにより、予備的事項と違って、光導波路の光路変換ミラー上の領域に接着剤が塗布されるおそれがないため、プロセス管理が容易になり、生産効を向上させることができる。また、一般的なチップマウンタ装置を使用できるため、特注の装置を購入する場合よりもコスト削減を図ることができる。

その後に、図９に示すように、図８のレンズ部品３０からチップマウンタ装置４０の吸着ヘッド４２を取り外す。図９の断面図は、図９の平面図のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面に相当する。

図９の平面図に示すように、レンズ部品３０の各レンズＬが光導波路付基板２の各光路変換ミラーＭの上に位置合わせされた状態で、光導波路付基板２の上にレンズ部品３０が搭載される。

第１実施形態では、半導体チップをフリップチップ接続する際に使用される一般的なチップマウンタ装置４０により、レンズ部品３０を光導波路付基板２に高精度で位置合わせして搭載することができる。

これにより、レンズ部品３０の各レンズＬと光導波路２０の各光路変換ミラーＭとの位置精度を±２μｍ以下、最高スペックでは±１μｍ以下に設定することができるため、高性能な光導波路装置を構築することができる。

その後に、図１０に示すように、レンズ部品３０と光導波路２０とを固定樹脂部５０によって固定する。固定樹脂部５０としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。エポキシ樹脂を使用する場合は、１４０℃程度の加熱処理によって硬化させる。

固定樹脂部５０はディスペンサなどによってレンズ部品３０の外周部に形成される。固定樹脂部５０はレンズ部品５０が搭載された後にその外周部に塗布されるため、レンズ部品３０の下側の光路変換ミラーＭの領域に樹脂が流れ込むおそれはない。

図１０の断面図は、図１０の平面図のＩＶ−ＩＶに沿った断面に固定樹脂部５０を合成した図である。図１０の平面図の例では、固定樹脂部５０を四角状のレンズ部品３０の一辺の両端部に形成しているが、レンズ部品３０の外周部の任意の場所に形成することができる。

これにより、レンズ部品３０は、その金バンプ３４がはんだ１２によって配線基板１０の金属パッドＭＰに接合されると共に、固定樹脂部５０によって光導波路２０に接着される。このようにして、レンズ部品３０は光導波路付基板２に強固に固定される。以上により、第１実施形態の光導波路装置１が得られる。

図１０に示すように、第１実施形態の光導波路装置１では、配線基板１０の上に光導波路２０が配置されている。光導波路２０は、下から順に、第１クラッド層２２、コア層２４及び第１クラッド層２６を備えて構築される。

複数のコア層２４の端側の各光導波路２０の光路変換部に、傾斜面Ｓを備えた溝部２０ａがそれぞれ形成されている。各溝部２０ａは第２クラッド層２６及びコア層２４を分断して形成されている。さらに、各溝部２０ａの傾斜面Ｓに光反射性の金属層が形成されて光路変換ミラーＭが構築されている。

また、光導波路２０の外側領域の第２クラッド層２６及び第１クラッド層２２にホールＨが形成されている。配線基板１０は上面側に金属パッドＭＰを備えており、ホールＨの底に金属パッドＭＰが配置されている。

さらに、光導波路２０の上にレンズ部品３０が搭載されている。レンズ部品３０はレンズ本体３０ａと、その下面に形成された金属台座３２と、金属台座３２の下に形成された金バンプ３４とを備えている。

このようにして、レンズ部品３０は下面から下側に突出する金バンプ３４を備えている。金属バンプとして、金バンプ３４を例示するが、銅バンプなど各種の金属バンプを使用することができる。

レンズ部品３０は、その上面に複数の凸状のレンズＬを備えている。また、レンズ部品３０は、レンズ本体３０ａの端部の下面から下側に突出する突出部Ｐを備えている。

そして、レンズ部品３０の金バンプ３４がホールＨに挿入され、はんだ１２によって配線基板１０の金属パッドＭＰに接合されている。レンズ部品３０の金バンプ３４の直径はホールＨの直径よりも小さく設定されている。

また、レンズ部品３０の突出部Ｐが第２クラッド層２６の上面に当接して、レンズ部品３０の高さ位置が決定されている。さらに、レンズ部品３０は固定樹脂部５０によって光導波路２０に接着されている。

図１０の例では、レンズ部品３０の金バンプ３４と配線基板１０の金属パッドＭＰとの間にはんだ１２が介在しているが、金バンプ３４と金属パッドＭＰとが接触していてもよい。

図１０の平面図を加えて参照すると、レンズ部品３０の各レンズＬが光導波路２０の各光路変換ミラーＭに位置合わせされて配置されている。

第１実施形態の光導波路装置１では、下面に金バンプ３４を備えたレンズ部品３０を使用している。そして、レンズ部品３０の金バンプ３４を光導波路付基板２のホールＨ内の金属パッドＭＰにはんだ１２に接合して固定している。

このようにすることにより、半導体チップをフリップチップ接続する際に使用される一般的なはんだの塗布技術、及び一般的なチップマウンタ装置を使用することにより、高精度な位置合わせと接合を行うことができる。

また、予備的事項と違って、光導波路２０の光路変換ミラーＭ上の領域に接着剤が塗布されるおそれがないため、プロセス管理が容易になる。さらに、一般的なチップマウンタ装置を使用できるため、コスト削減を図ることができる。

また、レンズ部品３０は、はんだ１２によって配線基板１０の金属パッドＭＰに接合されると共に、固定樹脂部５０によって光導波路２０に強固に接着されている。

本実施形態の光導波路装置１では、光導波路２０の反対側の端部にも同様な光路変換ミラー（不図示）が形成され、その光路変換ミラーに光結合されるように光素子が光導波路２０の上に実装される。光素子は発光素子又は受光素子である。

そして、レンズ部品３０には、光信号を入出力するための光コネクタ（不図示）がはめ込まれる。レンズ部品３０によって光が集光及び平行化されることで、光利用効率を向上させることができ、光伝送の安定化を図ることができる。

このとき、光コネクタが湾曲してレンズ部品３０に応力がかかるとしても、レンズ部品３０は固定樹脂部５０によって光導波路２０に強固に固定されているため、レンズ部品３０がずれたり、外れたりするおそれがない。

あるいは、レンズ部品３０の上に、光路変換ミラーＭに光結合される光素子を実装してもよい。

（第２の実施の形態）
図１１〜図１３は第２実施形態の光導波路装置の製造方法を示す図、図１４は第２実施形態の光導波路装置を示す図である。

第２実施形態が第１実施形態と異なる点は、レンズ部品を樹脂から形成することにある。第２実施形態では、第１実施形態と同一工程及び同一要素については同一符号を付してその詳しい説明を省略する。

第２実施形態の光導波路装置の製造方法では、図１１に示すように、まず、樹脂から形成されるレンズ本体６０ａを用意する。図１１の断面図は、平面図のＢ−Ｂに沿った断面に相当する。

第１実施形態と同様に、レンズ本体６０ａの上面側には複数の凸状のレンズＬが並んで配置され、端部の下面に突出部Ｐが形成されている。

また、レンズ本体部６０ａの下面に凹部６０ｘが形成されており、その凹部６０ｘの底にアルミニウム（Ａｌ）層６２ａが形成されている。

アルミニウム層６２ａを備えたレンズ本体６０ａは射出成形によって形成される。金型内にアルミニウム板片を配置した状態で溶融させた樹脂を金型内に注入し、冷却して固化させることにより、アルミニウム層６２ａ付のレンズ本体６０ａが得られる。

次いで、図１２（ａ）に示すように、レンズ本体６０ａの裏面のアルミニウム層６２ａの上に、無電解めっきにより銅層６２ｂを形成する。アルミニウム層６２ａ及び銅層６２ｂにより金属台座６２が形成される。

続いて、図１２（ｂ）に示すように、ワイヤボンディング法により、金属台座６２の上に金バンプ６４を形成する。以上により、樹脂製のレンズ部品６０が得られる。

次いで、図１３に示すように、第１実施形態の図７及び図８の工程と同様に、図１２（ｂ）のレンズ部品６０をチップマウンタ装置４０の吸着ヘッド４２に吸着させ、位置合わせを行う。樹脂から形成されるレンズ部品６０は、第１実施形態のガラス製のレンズ部品３０よりも耐熱温度が低い特性を有する。

このため、第２実施形態では、吸着ヘッド４２の加熱温度が第１実施形態よりも低く設定される。例えば、耐熱温度が２００℃よりも高いエポキシ樹脂からレンズ部品６０が形成される場合は、ヒータ４４によって吸着ヘッド４２を１４０℃〜２００℃の温度に設定して、レンズ部品６０を加熱する。

これに伴って、第２実施形態では、低融点のはんだ１２ａを使用する。低融点のはんだ１２ａの融点は１４０℃〜２００℃である。低融点のはんだとしては、例えば、錫（Ｓｎ）／ビスマス（Ｂｉ）系の鉛（Ｐｂ）フリーはんだなどがある。

融点が１４０℃〜２００℃であれば、鉛（Ｐｂ）含有のはんだを使用してもよい。そのような低融点のはんだ１２ａを光導波路付基板２のホールＨに塗布する。

このようにして、吸着ヘッド４２に吸着されたレンズ部品６０の金バンプ６４を、光導波路付基板２のホールＨ内のはんだ１２ａに挿入する。そして、加熱されたレンズ部品６０によってはんだ１２ａをリフローさせながらレンズ部品６０と光導波路２０との精密な位置合わせを行う。

以上のように、樹脂製のレンズ部品６０を使用する場合は、低融点のはんだ１２ａを使用することにより、レンズ部品６０の耐熱性が確保され、レンズ部品６０の変形が防止される。

その後に、図１４に示すように、レンズ部品６０からチップマウンタ装置４０の吸着ヘッド４２を取り外す。さらに、第１実施形態の図１０の工程と同様に、レンズ部品６を固定樹脂部５０によって光導波路２０に接着する。これにより、第２実施形態の光導波路装置１ａが得られる。

第２実施形態の光導波路装置１ａでは、樹脂製のレンズ部品６０を使用し、レンズ部品６０の金バンプ６４が低融点のはんだ１２ａによって配線基板１０の金属パッドＭＰに接合される。それ以外の要素は、第１実施形態の光導波路装置１と実質的に同じである。

第２実施形態の光導波路装置１ａは第１実施形態の光導波路装置１と同様な効果を奏する。

第２実施形態では、融点が１４０℃〜２００℃の低融点のはんだ１２ａを使用している。後の工程で、光素子や半導体チップをリフローはんだ付けで実装する際に、２００℃を超える温度で実装を行う場合がある。

そのような場合は、レンズ部品６０の金バンプ６４が接合された低融点のはんだ１２ａが再溶融する。しかし、レンズ部品６０は固定樹脂部５０で光導波路２０に強固に接着されているため、レンズ部品６０の位置がずれることはなく、不具合は発生しない。

（第３の実施の形態）
図１５〜図１７は第３実施形態の光導波路装置の製造方法を示す図、図１８は第３実施形態の光導波路装置を示す図である。

第３実施形態では、前述した第１、第２実施形態のレンズ部品の金属台座及び金バンプに相当するバンプ部分をレンズ本体と同一材料で一体的に形成する。また、接合材として樹脂接着剤を使用する。

図１５に示すように、第３実施形態で使用されるレンズ部品７０は、レンズ本体部７０ａとバンプ７０ｂが射出成形によってガラスから一体的に形成される。図１５の断面図は、図１５の平面図のＣ−Ｃに沿った断面に相当する。

図１５のレンズ部品７０の外形に対応する金型内に、溶融させたガラスを注入し、冷却して固化させることにより、レンズ本体部７０ａとそれに繋がるバンプ７０ｂが同一材料から一体的に形成される。それ以外の要素は第１実施形態のレンズ部品３０と同じである。

あるいは、ガラス部材を切削する手法を採用し、ガラス部材を削りだししてレンズ部を形成する際に、レンズ本体部７０ａと同時にバンプ７０ｂを一体的に形成してもよい。

さらに、図１６に示すように、光導波路付基板２ａを用意する。第３実施形態で使用される光導波路付基板２ａでは、ホールＨの底に配線基板１０の絶縁層が露出している。配線基板１０の絶縁層は絶縁樹脂から形成され、コア基板であってもよいし、多層配線の層間絶縁層であってもよい。

続いて、光導波路付基板２ａのホールＨに樹脂接着剤１４を塗布する。樹脂接着剤１４としては、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂が使用される。第３実施形態では、接合材として樹脂接着剤１４が使用される。

樹脂接着剤１４は、光導波路付基板２ａのホールＨ内に少量でコントロールして塗布できるため、予備的事項と違って、樹脂接着剤１４が光導波路２０の光路変換ミラーＭ上の領域に塗布されるおそれはない。

次いで、前述した第１実施形態の図７と同様に、図１５のレンズ部品７０をチップマウンタ装置４０の吸着ヘッド４２で吸着させ、レンズ部品７０を加熱する。

続いて、第１実施形態の図７の工程と同様に、ＣＣＤカメラ４６でアライメントマークを画像認識することに基づいて、レンズ部品７０と光導波路付基板２ａの光路変換ミラーＭとを位置合わせする。

さらに、図１７に示すように、レンズ部品７０のバンプ７０ｂを光導波路付基板２ａのホールＨ内の樹脂接着剤１４に挿入し、精密な位置合わせを行いながら樹脂接着剤１４を加熱して硬化させる。なお、樹脂接着剤１４の加熱による硬化は、光導波路付基板２ａが載置されたステージ（不図示）側から行ってもよい。

このように、第３実施形態では、レンズ部品７０のバンプ７０ｂを樹脂接着剤１４で光導波路付基板２ａのホールＨ内に接着するため、ホールＨの底には樹脂接着剤１４と接着力が強い絶縁層が配置される。

しかし、必要に応じて、第１実施形態と同様にホールＨの底に金属パッドを配置し、レンズ部品７０のバンプ７０ｂを樹脂接着剤１４で金属パッドに接着してもよい。

次いで、図１８に示すように、レンズ部品７０からチップマウンタ４０の吸着ヘッド４２を取り外す。その後に、第１実施形態の図１０の工程と同様に、レンズ部品７０と光導波路２０とを固定樹脂部５０によって接着する。

これにより、第３実施形態の光導波路装置１ｂが得られる。図１８の断面図は、図１８の平面図のＶ−Ｖに沿った断面に固定樹脂部５０を合成した図である。

図１９に示すように、ガラスから一体的に形成されるレンズ部品７０の代わりに、射出成形によってレンズ本体７１ａ及びバンプ７１ｂが樹脂から一体的に形成されるレンズ部品７１を使用してもよい。

この場合は、図１９のレンズ部品７１の外形に対応する金型内に、溶融させた樹脂を注入し、冷却して固化させることにより、レンズ本体７１ａとそれに繋がるバンプ７１ｂが同一材料から一体的に形成される。それ以外の要素は第１実施形態のレンズ部品３０と同じである。

あるいは、樹脂部材を切削する手法を採用し、樹脂部材を削りだししてレンズ部を形成する際に、レンズ本体部７１ａと同時にバンプ７１ｂを一体的に形成してもよい。

そして、図１８と同様に、レンズ部品７１を光導波路２０の光路変換ミラーＭに位置合わせしながら、レンズ部品７１のバンプ７１ｂを光導波路付基板２ａのホールＨ内に樹脂接着剤１４によって接着する。

その後に、図１８と同様に、レンズ部品７１と光導波路２０とを固定樹脂部５０によって固定する。これによって、第３実施形態の変形例の光導波路装置１ｃが得られる。

第３実施形態の光導波路装置１ｂ，１ｃは、第１実施形態の光導波路装置１と同様な効果を奏する。

第３実施形態では、レンズ部品７０，７１は、バンプ７０ｂ，７１ｂがレンズ本体７０ａ，７０ｂと同一材料から一体的に形成される。このため、レンズ本体に金属台座及び金バンプを形成する必要がないので、製造工程が簡易となり、低コスト化を図ることができる。

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…光導波路装置、２，２ａ…光導波路付基板、１０…配線基板、１２，１２ａ…はんだ、１４…樹脂接着剤、２０…光導波路、２０ａ…溝部、２２…第１クラッド層、２４…コア層、２６…第２クラッド層、３０，６０，７０，７１…レンズ部品、３０ａ，６０ａ，７０ａ，７１ａ…レンズ本体、３２，６２…金属台座、３２ａ…金層、３２ｂ，６２ｂ…銅層、３４，６４…金バンプ、４０…チップマウンタ装置、４２…吸着ヘッド、４４…ヒータ、４６…ＣＣＤカメラ、５０…固定樹脂部、６０ｘ…凹部、６２ａ…アルミニウム層、７０ｂ，７１ｂ…バンプ、ＭＰ…金属パッド、Ｈ…ホール、Ｈ１…第１開口部、Ｈ２…第２開口部、Ｌ…レンズ、Ｍ…光路変換ミラー、Ｐ…突出部、Ｓ…傾斜面。

Claims (11)

1. 配線基板と、
   前記配線基板の上に配置され、第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を備えた光導波路と、
   前記光導波路に形成された光路変換ミラーと、
   前記光導波路の外側領域の前記第２クラッド層及び前記第１クラッド層に形成されたホールと、
   前記光路変換ミラーに光結合されたレンズ部品と
   を有し、
   前記レンズ部品は、
   前記ホール内に接合材で固定されたバンプと、
   前記レンズ部品のバンプが形成された面側から突出し、先端が前記第２クラッド層に接触する突出部と
   を備え、
   前記レンズ部品のバンプの径は前記ホールの径よりも小さいことを特徴する光導波路装置。
2. 前記配線基板は前記ホールの底に金属パッドを備え、前記レンズ部品のバンプは金属バンプであり、前記接合材は金属接合材であり、
   前記レンズ部品の金属バンプが前記金属接合材によって前記ホールの底の前記金属パッドに接合されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
3. 前記金属接合材は、はんだであることを特徴とする請求項２に記載の光導波路装置。
4. 前記配線基板は、前記金属パッドと同一層から形成された配線層を備え、前記金属パッドは前記配線層と電気的に接続されていないことを特徴とする請求項２又は３に記載の光導波路装置。
5. 前記配線基板は前記ホールの底に露出する絶縁層を備え、前記レンズ部品のバンプは本体と同一材料から形成され、前記接合材は樹脂接着剤であり、
   前記レンズ部品のバンプが前記樹脂接着剤によって前記ホールの底の前記絶縁層に接着されていることを特徴とする請求項１に記載の光導波路装置。
6. 前記レンズ部品の外周部に形成され、前記レンズ部品と前記光導波路とを固定する固定樹脂部を有し、
   前記固定樹脂部は、前記レンズ部品の外周部の下面及び側面に接しており、かつ、前記光路変換ミラーと前記レンズ部品との間の領域は空洞になっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光導波路装置。
7. 前記レンズ部品は、ガラス又は樹脂から形成されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光導波路装置。
8. 配線基板の上に、第１クラッド層、コア層及び第２クラッド層を備え、かつ、前記コア層の外側領域の前記第２クラッド層及び前記第１クラッド層にホールが形成された光導波路を形成する工程と、
   前記光導波路に光路変換ミラーを形成する工程と、
   バンプと、前記バンプが形成された面側から突出する突出部とを備えたレンズ部品を用意し、前記レンズ部品が前記光路変換ミラーに光結合されるように、前記レンズ部品のバンプを前記ホール内に接合材で固定する工程と
   を有し、
   前記レンズ部品のバンプの径は前記ホールの径よりも小さく、
   前記レンズ部品は、前記突出部の先端が前記第２クラッド層に接触して配置されることを特徴する光導波路装置の製造方法。
9. 前記光導波路を形成する工程において、
   前記配線基板は前記ホールの底に配置された金属パッドを備え、
   前記レンズ部品のバンプを固定する工程において、
   前記レンズ部品のバンプは金属バンプであり、前記接合材は金属接合材であり、
   前記レンズ部品の金属バンプを前記金属接合材によって前記ホールの底の前記金属パッドに接合すること特徴とする請求項８に記載の光導波路装置の製造方法。
10. 前記光導波路を形成する工程において、
    前記配線基板は前記ホールの底に露出する絶縁層を備え、
    前記レンズ部品のバンプを固定する工程において、
    前記レンズ部品のバンプは本体と同一材料から形成され、前記接合材は樹脂接着剤であり、
    前記レンズ部品のバンプを前記樹脂接着剤によって前記ホールの底の前記絶縁層に接着することを特徴とする請求項８に記載の光導波路装置の製造方法。
11. 前記レンズ部品のバンプを固定する工程の後に、
    前記レンズ部品の外周部に、前記レンズ部品と前記光導波路とを固定する固定樹脂部を形成する工程を有し、
    前記固定樹脂部は、前記光路変換ミラーと前記レンズ部品との間の領域が空洞になるように、前記レンズ部品の外周部の下面及び側面に接して形成されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか一項に記載の光導波路装置の製造方法。

Images