JP6810346B2 - 発光素子接合基板 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子接合基板に関する。

複数の配線層と、複数の絶縁層と、複数の配線層及び複数の絶縁層と交差する側面に露出部を有する状態で内蔵された、導電材料からなる電極部材と、を具備する配線板が知られている（特許文献１参照）。

また、絶縁層と内部回路層が積層された多層基板と、絶縁層に形成され、内部回路層を互いに電気的に連結するビアと、多層基板の一面に形成されるキャビティと、第１電子部品と、バンプパッドとを有する電子部品内蔵基板が知られている（特許文献２参照）。第１電子部品は、キャビティに挿入される。バンプパッドは、第１電子部品と対向するキャビティの表面に形成され、絶縁層及びビアがキャビティの側壁に露出して形成されている。

特開２０１２−１８６３０１号公報 特開２０１６−１３６６１５号公報

しかし、発光素子と光導波路は、別の部品であるため、光導波路に対して発光素子を精度よく設置することが困難である。

一つの側面では、本発明の目的は、光導波路が形成された基板に発光素子を精度よく接合することができる発光素子接合基板を提供することである。

発光素子接合基板は、基板の内部に形成された複数の光導波路と、前記基板にくり抜かれたくり抜き部と、前記くり抜き部に設置され、複数の発光部及び複数の接合部を含む発光素子と、前記複数の光導波路の上層に形成された複数の第１のビアと、前記複数の光導波路の下層に形成された複数の第２のビアと、を有し、前記複数の第１のビアと前記複数の第２のビアの合計数は、前記複数の光導波路の数と同じであり、前記複数の第１のビアの間隔と前記複数の第２のビアの間隔は、前記複数の光導波路の間隔より広く、前記発光素子の複数の発光部の光軸は、前記複数の光導波路の中心線に一致し、前記発光素子の複数の接合部は、前記複数の第１のビア及び前記複数の第２のビアに接合している。

また、発光素子接合基板は、基板の内部に形成された複数の光導波路と、前記基板の端部に設置され、複数の発光部及び複数の接合部を含む発光素子と、前記複数の光導波路の上層に形成された複数の第１のビアと、前記複数の光導波路の下層に形成された複数の第２のビアと、を有し、前記複数の第１のビアと前記複数の第２のビアの合計数は、前記複数の光導波路の数と同じであり、前記複数の第１のビアの間隔と前記複数の第２のビアの間隔は、前記複数の光導波路の間隔より広く、前記発光素子の複数の発光部の光軸は、前記複数の光導波路の中心線に一致し、前記発光素子の複数の接合部は、前記複数の第１のビア及び前記複数の第２のビアに接合している。

一つの側面では、光導波路が形成された基板に発光素子を精度よく接合することができる。

図１は、本実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図である。 図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図４は、第１の比較例によるＶＣＳＥＬ基板の構成例を示す断面図である。 図５は、第２の比較例によるＶＣＳＥＬ基板の構成例を示す断面図である。 図６は、本実施形態による発光素子接合基板の製造方法を示すフローチャートである。 図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図６の工程Ｓ６０３を示す図である。 図８（Ａ）〜（Ｃ）は、くり抜き部の位置ずれを説明するための図である。 図９（Ａ）〜（Ｄ）は、ビアの垂直方向断面図及び水平方向断面図である。 図１０は、くり抜き部の端面の位置の決定方法を説明するための図である。 図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、図６のステップＳ６０４の処理を説明するための積層基板の表面図及び断面図である。 図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、図６のステップＳ６０５の処理を説明するための積層基板の表面図及び断面図である。 図１３（Ａ）及び（Ｂ）は、図１２（Ａ）及び（Ｂ）の処理の後の処理を説明するための積層基板の表面図及び断面図である。 図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図及び断面図である。 図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、さらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図及び断面図である。 図１６は、さらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す断面図である。 図１７は、さらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す断面図である。 図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、３種類の発光素子接合基板の構成例を示す断面図である。 図１９（Ａ）及び（Ｂ）は、さらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図及び断面図である。

図１は、本実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。発光素子接合基板は、積層基板１００と、セラミックコンデンサ１０１と、発光素子１０４とを有する。セラミックコンデンサ１０１は、積層基板１００に対して表面実装される。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）１０２は、積層基板１００の表面に設けられる。

図３に示すように、光導波路３０５は、光導波路コア１０８と光導波路クラッド２０８を有し、積層基板１００の内部に形成される。積層基板１００は、積層基板１００にくり抜かれたくり抜き部１０３を有する。くり抜き部１０３は、積層基板１００の貫通孔である。発光素子１０４は、例えば垂直共振器面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Vertical Cavity Surface Emitting Laser）であり、接合部（端子）１０５及び発光部１０６を有し、くり抜き部１０３に設置される。発光素子１０４は、接合部１０５に入力される制御信号に応じて、発光部１０６が発光する。

ビア１０７は、導電部であり、光導波路３０５の上層かつ／又は下層に形成される。くり抜き部１０３における積層基板１００の端面では、ビア１０７及び光導波路コア１０８が露出している。発光素子１０４の発光部１０６の光軸は、光導波路３０５の光導波路コア１０８の中心線に一致する。発光素子１０４の接合部１０５は、図２のはんだ２１６を介して、ビア１０７に接合している。発光部１０６と光導波路コア１０８の光軸合わせを高精度で行うことができ、光の損失を低減することができる。複数の光導波路コア１０８は、それぞれ、発光素子１０４の複数の発光部１０６から光を入射して伝送する。

積層基板１００は、複数の光導波路コア１０８と、複数の光導波路コア１０８の上層に形成された複数の第１のビア１０７と、複数の光導波路コア１０８の下層に形成された複数の第２のビア１０７とを有する。図３に示すように、上層の複数の第１のビア１０７の間隔Ａ４と下層の複数の第２のビア１０７の間隔Ａ４は、複数の光導波路コア１０８の間隔Ａ３よりも広い。例えば、ビア１０７の間隔Ａ４は０．５０ｍｍであり、光導波路コア１０８の間隔Ａ３は０．２５ｍｍである。ビア１０７の数は、光導波路コア１０８の数と同じである。

ここで、光導波路コア１０８の上層のみ又は下層のみに、光導波路コア１０８と同じ数のビア１０７を設けてもよい。その場合、ビア１０７の間隔は、光導波路コア１０８の間隔Ａ３と同じく０．２５ｍｍにすることが好ましい。しかし、ビア１０７を形成するためのレーザービアホール（ＬＶＨ）は、０．２５ｍｍ間隔で形成することが困難である。そこで、図３のように、光導波路コア１０８の上層及び下層にビア１０７を分配し、上層及び下層のビア１０７の間隔Ａ４を光導波路コア１０８の間隔Ａ３の２倍にする。ここで、上層及び下層のビア１０７の間隔Ａ４は、光導波路コア１０８の間隔Ａ３の整数倍であることが好ましい。ビア１０７の間隔Ａ４が広くなるので、レーザービアホール（ＬＶＨ）の形成が容易になり、発光素子１０４の接合部１０５をビア１０７に接合することが可能になる。なお、レーザービアホールを形成した後に、レーザービアホール内にメッキにより銅を充填することにより、ビア１０７を形成する方法に限定されない。その他の方法により、ビアホール内に導電物を充填することにより、ビア１０７を形成してもよい。

図３に示すように、発光素子１０４は、幅Ａ１が約３ｍｍであり、高さＡ２が約０．３ｍｍである。ビア１０７に結合される配線層Ｌ５〜Ｌ８の円形パターンは、直径Ａ６が０．３５ｍｍであり、間隔Ａ５が０．１５ｍｍである。ビア１０７は、上部の直径Ａ８が０．１５ｍｍであり、高さＡ７が約０．１７ｍｍである。なお、ここに挙げた数値は一例である。

図２に示すように、積層基板１００は、貫通スルーホール２１７及び非貫通ビアホール（ＩＶＨ：Interstitial Via Hole）２１８，２１９を有する。また、図３に示すように、積層基板１００は、貫通スルーホール３０１及びＩＶＨ３０３，３０４を有する。表面実装技術（ＳＭＴ：Surface Mount Technology）部品３０２は、例えば発光素子１０４を制御するための発光素子ドライバであり、積層基板１００の表面に実装される。ＳＭＴ部品３０２は、ＩＶＨ３０３及び複数のビア１０７を介して、発光素子１０４の複数の接合部１０５に制御信号を出力し、発光素子１０４の複数の発光部１０６の発光を制御する。ＳＭＴ部品３０２と発光素子１０４との間の配線距離を短くすることが容易である。

積層基板１００は、第１の基板２２１と、第２の基板２２２と、第３の基板２２３とを有し、ここでは１２層の例を示す。第１の基板２２１は、保護層２０１と、導電層Ｌ１と、絶縁層２０２と、導電層Ｌ２と、絶縁層２０３と、導電層Ｌ３と、絶縁層２０４と、導電層Ｌ４と、絶縁層２０５と、導電層Ｌ５と、絶縁層２０６と、導電層Ｌ６との積層構造を有する。第２の基板２２２は、絶縁層２０７と、光導波路３０５と、絶縁層２０９との積層構造を有する。第３の基板２２３は、導電層Ｌ７と、絶縁層２１０と、導電層Ｌ８と、絶縁層２１１と、導電層Ｌ９と、絶縁層２１２と、導電層Ｌ１０と、絶縁層２１３と、導電層Ｌ１１と、絶縁層２１４と、導電層Ｌ１２と、保護層２１５の積層構造を有する。

導電層Ｌ５及びＬ６の間には、複数のビア１０７が形成される。導電層Ｌ７及びＬ８の間にも、複数のビア１０７が形成される。光導波路３０５は、複数の光導波路コア１０８が光導波路クラッド２０８に覆われている。例えば、保護層２０１及び２１５はレジストであり、導電層Ｌ１〜Ｌ１２及びビア１０７は銅であり、絶縁層２０２〜２０７及び２０９〜２１４はプリプレグ（強化プラスチック成形材料）である。

まず、第１の基板２２１と第２の基板２２２と第３の基板２２３がそれぞれ製造される。次に、第２の基板２２２を間に挟んで、第１の基板２２１及び第３の基板２２３を貼り合わせる。ここで、第１の基板２２１の絶縁層２０６及び第３の基板２２３の絶縁層２１０は、固まった状態のコア用プリプレグである。これに対し、第２の基板２２２の絶縁層２０７及び２０９は、柔らかい状態の貼り合わせ用プリプレグであり、ローフロー又はノンフローのはみ出し量が少ない貼り合わせ用プリプレグを用いることにより、Ｚ方向の位置精度を向上させ、厚さばらつきを低減できる。なお、３枚の基板２２１〜２２３を貼り合わせるのではなく、光導波路３０５を積層基板１００のコアとして、ビルドアップ基板として積層基板１００を製造してもよい。

光導波路コア１０８とビア１０７との間のＸ方向の位置精度は、ピンラミネーション法により±数十μｍの高精度の位置合わせが可能である。また、第２の基板２２２の絶縁層２０７及び２０９は、厚さばらつきが小さい貼り合わせ用プリプレグを用いることにより、光導波路コア１０８とビア１０７との間のＺ方向の位置精度を向上させることができる。また、くり抜き部１０３において、光導波路コア１０８の端面を研磨等により鏡面化し、光導波路コア１０８の端面での光の損失を低減することができる。くり抜き部１０３における積層基板１００の端面には、保護のためのソルダレジストを形成する必要がない。

発光素子１０４をビア１０７に接合した際に、発光素子１０４が傾かないように、くり抜き部１０３の端面の凸部を小さくする必要がある。そのため、積層基板１００をドリル（ルーター）によりくり抜き部１０３を形成する際に、ドリルの加工速度を調整することにより、くり抜き部１０３の端面のバリを抑制する。

くり抜き部１０３の端面が曲面になると、複数のビア１０７と発光素子１０４の複数の接合部１０５との間のすべてをはんだ２１６により接合できない場合がある。そのため、くり抜き部１０３の端面が水平面になるように、ドリルでくり抜き部１０３を形成する必要がある。

光導波路コア１０８とはんだ２１６との間の距離が近いと、はんだ２１６のフラックス飛散又ははんだ２１６のガス放出により、光導波路コア１０８の表面に異物が付着する場合がある。そのため、フラックスを含まないはんだ２１６又はガス放出がないはんだ２１６を使用したり、金バンプ圧接等により発光素子１０４の接合部１０５をビア１０７に接合することが好ましい。これにより、光導波路コア１０８の表面をクリーンにすることができる。なお、はんだ２１６の代わりに導電性接着剤（エポキシ系銀ペースト）により、発光素子１０４の接合部１０５をビア１０７に接合してもよい。

貼り合わせ部の絶縁層２０６，２０７，２０９，２１０は、Ｚ方向の熱膨張が大きいため、はんだ２１６に強い応力がかかる。そのため、貼り合わせ部の絶縁層２０６，２０７，２０９，２１０は、低熱膨張率の材料を使用することが好ましい。

図４は、第１の比較例によるＶＣＳＥＬ基板の構成例を示す断面図である。このＶＣＳＥＬ基板は、ＶＣＳＥＬ４０１と、ミラー４０２と、光導波路４０３と、フォトダイオード４０５とを有する。以下、このＶＣＳＥＬ基板の課題を説明する。ＶＣＳＥＬ４０１からミラー４０２までの距離が長く、ＶＣＳＥＬ４０１が発光する光４０８が拡散してしまう。また、ＶＣＳＥＬ４０１とミラー４０２との間のビア４０６の位置精度は、高精度が要求される。ミラー４０２及び４０４の４５°精度の斜面の形成が困難である。ミラー４０２及び４０４の鏡面化が困難であり、ミラー４０２及び４０４の反射時の損失が発生してしまう。基板が削られてミラー４０２及び４０４が形成されるので、その基板の部分に配線を設けることができない。ミラー４０４からフォトダイオード４０５までの距離が長く、ミラー４０４により反射する光４０９が拡散してしまう。また、フォトダイオード４０５とミラー４０４との間のビア４０７の位置精度は、高精度が要求される。

図１〜図３の本実施形態の発光素子接合基板は、ミラーを用いないので、ミラー４０２及び４０４による上記の課題を解決することができる。また、図１〜図３の本実施形態の発光素子接合基板では、発光素子１０４から光導波路コア１０８までの距離が短いので、光の拡散を低減することができる。

図５は、第２の比較例によるＶＣＳＥＬ基板の構成例を示す断面図である。このＶＣＳＥＬ基板は、Ｌリード５０１と、ＶＣＳＥＬ５０２と、光導波路５０３と、フォトダイオード５０４と、Ｌリード５０５とを有する。以下、このＶＣＳＥＬ基板の課題を説明する。Ｌリード５０１及び５０５は、長いため、基板への取り付けが困難である。Ｌリード５０１及び５０５は、４５°精度の形状の形成が困難であり、ＶＣＳＥＬ５０２及びフォトダイオード５０４を支持する直線精度の実現が困難である。Ｌリード５０１及び５０５を用いるため、ＶＣＳＥＬ５０２と光導波路５０３の光軸合わせが困難であり、フォトダイオード５０４と光導波路５０３の光軸合わせが困難である。ＶＣＳＥＬ５０２と光導波路５０３との間の距離５０６にずれが発生し易い。フォトダイオード５０４と光導波路５０３との間の距離５０７にずれが発生し易い。

図１〜図３の本実施形態の発光素子接合基板は、Ｌリードを用いず、発光素子１０４の接合部１０５とビア１０７とを接合するので、Ｌリード５０１及び５０５による上記の課題を解決することができる。

図６は、本実施形態による発光素子接合基板の製造方法を示すフローチャートである。まず、工程Ｓ６０１では、図１〜図３に示すように、第１の基板２２１と、第２の基板２２２と、第３の基板２２３とを製造する。この際、第１の基板２２１かつ／又は第３の基板２２３の円柱状のビアホールの中にビア１０７を形成し、第２の基板２２２の内部に光導波路３０５を形成する。

次に、工程Ｓ６０２では、光導波路３０５が内部に形成された第２の基板２２２を間に挟むように第１の基板２２１及び第３の基板２２３を貼り合わせることにより、積層基板１００を形成する。

次に、工程Ｓ６０３では、第１の基板２２１、第２の基板２２２及び第３の基板２２３を貼り合わせた積層基板１００にくり抜き部１０３を形成することにより、第１の基板２２１かつ／又は第３の基板２２３のビア１０７と第２の基板２２２の光導波路３０５（光導波路コア１０８）を露出させる。この工程Ｓ６０３の詳細は、後に図７（Ａ）、（Ｂ）〜図１０を参照しながら説明する。

次に、工程Ｓ６０４では、第２の基板２２２の光導波路コア１０８の位置をカメラ１１０１（図１１（Ａ）及び（Ｂ））により検出し、検出された光導波路コア１０８の位置を記録する。この工程Ｓ６０４の詳細は、後に図１１（Ａ）及び（Ｂ）を参照しながら説明する。

次に、工程Ｓ６０５では、第２の基板２２２の光導波路コア１０８の中心線に発光素子１０４の発光部１０６の光軸が一致するように、第１の基板２２１かつ／又は第３の基板２２３のビア１０７に発光素子１０４の接合部１０５を接合する。これにより、発光素子１０４は、積層基板１００に実装される。この工程Ｓ６０５の詳細は、後に図１２（Ａ）、（Ｂ）及び図１３（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。

図７（Ａ）及び（Ｂ）は、図６の工程Ｓ６０３を示す図である。図７（Ａ）に示すように、工程Ｓ６０３では、積層基板１００のくり抜き部１０３の輪郭に沿って、小さいドリル（ルーター）７０２を１周移動させることにより、くり抜き部１０３を形成する。また、図７（Ｂ）に示すように、積層基板１００に対して大きいドリル７０３を１方向に移動させることにより、くり抜き部１０３を形成してもよい。以上のようにして、積層基板１００の一部をくり抜くことにより、くり抜き部１０３を形成する。くり抜き部１０３の端面では、円柱状のビア７０１がドリル７０２又は７０３により削られ、半円柱状のビア１０７が形成される。くり抜き部１０３の端面では、ビア１０７及び光導波路コア１０８が露出する。ドリル７０２又は７０３の回転速度を調整したり、位置認識マークを設けることにより、くり抜き部１０３の位置精度を向上させることができる。

図８（Ａ）は、くり抜き部１０３の位置ずれを説明するための図である。直径８０１は、くり抜き部１０３の形成前のビア１０７の上部の直径であり、例えば０．１５ｍｍである。直径８０２は、くり抜き部１０３の形成前のビア１０７の底部の直径であり、例えば０．１０ｍｍである。

まず、くり抜き部１０３の位置ずれがない場合を説明する。端面８０３のくり抜き部１０３を形成した場合、図３のように、ビア１０７は、上部の長さが直径８０１（０．１５ｍｍ）と同じになり、底部の長さが直径８０２（０．１０ｍｍ）と同じになる。この場合、端面８０３で露出したビア１０７の面積は、最大になり、好ましい。

次に、くり抜き部１０３の位置ずれが小さい場合を説明する。端面８０４は、端面８０３に対して位置が３０μｍずれている。端面８０４のくり抜き部１０３を形成した場合、ビア１０７の上部の長さ８１１は、約１３８μｍであり、直径８０１（０．１５ｍｍ）より短くなる。ビア１０７の底部の長さ８１２は、約８０μｍであり、直径８０２（０．１０ｍｍ）より短くなる。この場合、端面８０４で露出したビア１０７の面積は、狭くなり、好ましくない。

次に、くり抜き部１０３の位置ずれが大きい場合を説明する。端面８０５は、端面８０３に対して位置が５０μｍずれている。端面８０５のくり抜き部１０３を形成した場合、ビア１０７の上部の長さ８１３は、約１１２μｍであり、直径８０１（０．１５ｍｍ）より短くなる。ビア１０７の底部の長さは、０μｍである。この場合、図８（Ｂ）に示すように、端面８０４で露出したビア１０７の底部は、導電層Ｌ８から離れてしまい、ビア１０７の面積は、狭くなり、好ましくない。これは、ビア１０７の底部の直径８０２がビア１０７の上部の直径８０１により短いことが原因である。

そこで、図８（Ｃ）に示すように、太鼓形状のレーザービアホールを形成し、その後、太鼓形状のビア１０７を配線層Ｌ７及びＬ８間に形成することが好ましい。この場合、くり抜き部１０３の位置がずれても、ビア１０７の断面積の低減を抑制することができる。

図９（Ａ）は、レーザーによる真円ビアホールの中にビア１０７を形成し、位置ずれがない端面９０３のくり抜き部１０３を形成する場合の垂直方向断面図及び水平方向断面図である。導電層Ｌ７及びＬ８間のビア１０７は、上部９０１の長さが最大になり、底部９０２の長さが最大になる。この場合、ビア１０７の断面積が最大になる。

図９（Ｂ）は、レーザーによる長円ビアホールの中にビア１０７を形成し、位置ずれがない端面９０３のくり抜き部１０３を形成する場合の垂直方向断面図及び水平方向断面図である。導電層Ｌ７及びＬ８間のビア１０７は、上部９０１の長さが最大になり、底部９０２の長さが最大になる。この場合、ビア１０７の断面積が最大になる。

図９（Ｃ）は、図９（Ａ）に対応し、レーザーによる真円ビアホールの中にビア１０７を形成し、位置ずれがある端面９０４のくり抜き部１０３を形成する場合の垂直方向断面図及び水平方向断面図である。導電層Ｌ７及びＬ８間のビア１０７は、上部の長さ９１１が短くなり、底部の長さが０になる。この場合、ビア１０７の断面積が狭くなってしまう。すなわち、真円形状のビア１０７の場合、図９（Ａ）のように、位置ずれがない端面９０３の場合にはビア１０７の断面積が大きいが、図９（Ｃ）のように、位置ずれがある端面９０４の場合にはビア１０７の断面積が小さくなってしまう。

図９（Ｄ）は、図９（Ｂ）に対応し、レーザーによる長円ビアホールの中にビア１０７を形成し、位置ずれがある端面９０４のくり抜き部１０３を形成する場合の垂直方向断面図及び水平方向断面図である。導電層Ｌ７及びＬ８間のビア１０７は、上部９０１の長さが最大になり、底部９０２の長さが最大になる。この場合、ビア１０７の断面積が最大になる。まず、レーザーにより長円ビアホールを形成し、その後、その長円ビアホールの中に銅をめっき付けすることによりビア１０７を形成する。長円形状のビア１０７の場合、図９（Ｂ）のように位置ずれがない端面９０３の場合にも、図９（Ｄ）のように位置ずれがある端面９０４の場合にも、ビア１０７の断面積が変わらずに大きい。ビア１０７の断面積が大きければ、ビア１０７と発光素子１０４の接合部１０５との接合が良好になる。

図１０は、くり抜き部１０３の端面の位置の決定方法を説明するための図である。導電層Ｌ５及びＬ６間に複数のビア１０７が形成され、導電層Ｌ７及びＬ８間に複数のビア１０７が形成される。複数のビア１０７の中には、位置ずれがないビア１０７、左にずれているビア１０７、右にずれているビア１０７が存在し得る。くり抜き部１０３の端面において、すべてのビア１０７の断面積が可能な限り大きくなるように、くり抜き部１０３の端面の位置を決定する必要がある。まず、積層基板１００の内層の複数のビア１０７の位置をＸ線により計測する。次に、複数のビア１０７の位置を基に、最小二乗法により、最適なくり抜き部１０３の端面の位置を決定する。なお、最小二乗法の代わりに、中央値又は平均値を基に、最適なくり抜き部１０３の端面の位置を決定してもよい。

積層基板１００のくり抜き部１０３を形成した後、光導波路コア１０８の入射損失を低減するために、くり抜き部１０３における光導波路コア１０８の端面を鏡面化する。くり抜き部１０３の端面の平坦度は、積層基板１００の表面の平坦度と同レベルである必要がある。くり抜き部１０３の形成後に、くり抜き部１０３の端面にバリが生じる可能性がある。くり抜き部１０３の端面のバリは、発光素子１０４に接触する可能性があるので、除去する必要がある。そのためには、くり抜き部１０３の凹部よりも、くり抜き部１０３の凸部を除去する必要性が大きい。光導波路コア１０８の端面のみを鏡面化してもよいし、くり抜き部１０３の端面全体を鏡面化してもよい。

鏡面化には、下記の３個の方法のいずれかを用いることができる。第１の方法では、例えばバフ研磨用の研磨紙が付いたドリルビットでドリル加工することにより、くり抜き部１０３の端面を鏡面化する。第２の方法では、バフ研磨用の研磨紙が付いたブラシで上下左右に擦ることにより、くり抜き部１０３の端面を鏡面化する。第３の方法では、くり抜き部１０３の中が狭いため、くり抜き部１０３の端面に斜めからレーザーを照射し、レーザー仕上げにより、くり抜き部１０３の端面を鏡面化する。

図１１（Ａ）は図６のステップＳ６０４の処理を説明するための積層基板１００の表面図であり、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）の積層基板１００の断面図である。まず、積層基板１００を立てた状態で治具にホールドする。次に、ロボットアーム１１０２で保持したカメラ１１０１をくり抜き部１０３に挿入し、カメラ１１０１を移動させる。カメラ１１０１は、くり抜き部１０３の端面の複数の光導波路コア１０８を１個ずつ撮影する。コンピュータは、カメラ１１０１により撮影された複数の光導波路コア１０８を画像認識し、複数の光導波路コア１０８の位置を検出し、複数の光導波路コア１０８の位置を記録する。

図１２（Ａ）は図６のステップＳ６０５の処理を説明するための積層基板１００の表面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の積層基板１００の断面図である。まず、発光素子１０４の複数の接合部１０５にはんだ２１６を転写する。なお、くの字形のノズルにより、複数のビア１０７にはんだ２１６を塗布したり、はんだ２１６の代わりにＮＣＦ（Non Conductive Film）を複数のビア１０７に載せてもよい。次に、ロボットアーム（メカチャック）１２０１で保持した発光素子１０４をくり抜き部１０３に挿入し、上記の検出された複数の光導波路コア１０８の位置に発光素子１０４を移動させる。次に、複数の光導波路コア１０８と発光素子１０４の複数の発光部１０６の光軸が一致し、複数のビア１０７と発光素子１０４の複数の接合部１０５の位置が一致するように、発光素子１０４をくり抜き部１０３の端面に着地させる。

図１３（Ａ）は図１２（Ａ）及び（Ｂ）の処理の後の処理を説明するための積層基板１００の表面図であり、図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）の積層基板１００の断面図である。発光素子１０４は、表面張力によりずれないように、図１２（Ｂ）のロボットアーム１２０１で保持された状態で加熱される。発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、はんだ２１６を介して、複数のビア１０７に接合される。加熱方法としては、ロボットアーム１２０１を介して発光素子１０４に熱を加えたり、光ビーム又は赤外線等を接合部に照射することにより局所的に加熱する。また、はんだ２１６の代わりに金バンプを用いて、ロボットアーム１２１０を介して超音波を伝達し、圧接により、金バンプを介して接合部１０５とビア１０７を接合してもよい。

図１４（Ａ）は他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図であり、図１４（Ｂ）は図１４（Ａ）の発光素子接合基板の断面図である。以下、図１４（Ａ）及び（Ｂ）が図１〜図３と異なる点を説明する。発光素子接合基板は、積層基板１００と、発光素子１０４と、中継基板（インターポーザ）１４０２とを有する。くり抜き部１０３は、第１の端面１４０４と、第２の端面１４０５とを有する。第２の端面１４０５は、第１の端面１４０４に対向している。第１の端面１４０４には、図１〜図３と同様に、光導波路コア１０８が設けられる。ビア１０７は、第１の端面１４０４ではなく、第２の端面１４０５に設けられる。中継基板１４０２は、複数の配線１４０３を有する。発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、複数のワイヤ１４０１を介して、中継基板１４０２の複数の配線１４０３に接続される。第２の端面１４０５の複数のビア１０７は、それぞれ、はんだ１４０６を介して、中継基板１４０２の複数の配線１４０３に接合される。これにより、発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、第２の端面１４０５の複数のビア１０７に電気的に接続される。第１の端面１４０４の複数の光導波路コア１０８の中心線は、それぞれ、発光素子１０４の複数の発光部１０６の光軸に一致する。

第２の端面１４０５において、複数のビア１０７は、それぞれ、はんだ１４０６を介して、中継基板１４０２の複数の配線１４０３に接合される。そのため、はんだ１４０６から出る異物は、第１の端面１４０４の光導波路コア１０８に到達し難い。したがって、光導波路コア１０８に対する異物付着を防止し、光導波路コア１０８をクリーンにし、光損失を低減することができる。なお、発光素子１０４の光の軌道が傾くのを防止するため、発光素子１０４と第１の端面１４０４との間の距離が短いことが好ましい。

図１５（Ａ）はさらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図であり、図１５（Ｂ）は図１５（Ａ）の発光素子接合基板の断面図である。以下、図１５（Ａ）及び（Ｂ）が図１〜図３と異なる点を説明する。発光素子接合基板は、積層基板１００と、発光素子１０４と、中継基板（インターポーザ）１５０１とを有する。くり抜き部１０３は、第１の端面１５０４と、第３の端面１５０５，１５０６とを有する。第３の端面１５０５及び１５０６は、第１の端面１５０４の両方の外側に段差を設けた面である。第１の端面１５０４は深く削られた面であり、第３の端面１５０５及び１５０６は浅く削られた面である。第１の端面１５０４には、図１〜図３と同様に、光導波路コア１０８が設けられる。ビア１０７は、第１の端面１５０４ではなく、第３の端面１５０５及び１５０６に設けられる。中継基板１５０１は、複数の配線１５０２を有する。発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、複数のワイヤ１４０１を介して、中継基板１５０１の複数の配線１５０２に接続される。第３の端面１５０５及び１５０６の複数のビア１０７は、それぞれ、はんだ１５０３を介して、中継基板１５０１の複数の配線１５０２に接合される。これにより、発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、第３の端面１５０５及び１５０６の複数のビア１０７に電気的に接続される。第１の端面１５０４の複数の光導波路コア１０８の中心線は、それぞれ、発光素子１０４の複数の発光部１０６の光軸に一致する。第３の端面１５０５及び１５０６は、第１の端面１５０４に対して段差を持たせることにより、発光素子１０４の発光部１０６及びワイヤ１４０１が第１の端面１５０４に接触することを防止できる。

図１５（Ａ）及び（Ｂ）では、複数のビア１０７は、複数の光導波路コア１０８に対して、積層基板１００の断面の水平方向に重ならない領域に設けられる。これに対し、図１〜図３では、複数のビア１０７は、複数の光導波路コア１０８に対して、積層基板１００の断面の水平方向に重なる領域に設けられる。

図１６は、さらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す断面図である。以下、図１６が図１〜図３と異なる点を説明する。複数のビア１０７の位置は、発光素子１０４の複数の接合部１０５の位置に合うように決定される。発光素子１０４は、発光部１０６と接合部１０５との間のＺ方向の距離が長い場合には、それに対応し、光導波路コア１０８とビア１０７との間のＺ方向の距離を長くする必要がある。その場合、導電層Ｌ２及びＬ３間に複数のビア１０７が形成され、導電層Ｌ１０及びＬ１１間に複数のビア１０７が形成される。ビア１０７のＺ方向の位置を合わせるため、絶縁層２０３〜２０７及び２０９〜２１３、積層基板１００のプレス圧力、残銅率、層構成等を調整することができる。

図１７は、さらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す断面図である。以下、図１７が図１〜図３と異なる点を説明する。上述のように、複数のビア１０７は、それぞれ、はんだ２１６を介して、発光素子１０４の複数の接合部１０５に接合される。この接合の強度が足りない場合には、接合面積を大きくするため、ビア１０７の断面積を大きくする必要がある。例えば、直径が０．１５ｍｍより長いレーザービアホールを形成し、直径が長いビア１０７を形成することにより、ビア１０７の断面積を大きくすることができる。

上層のビア１０７ａ及び１０７ｂは、スタックビアである。ビア１０７ａは、導電層Ｌ４及びＬ５間に形成される。ビア１０７ｂは、導電層Ｌ５及びＬ６間に形成される。上層のスタックビア１０７ａ及び１０７ｂは、ビア１０７に対応し、はんだ２１６を介して、発光素子１０４の接合部１０５に接合される。スタックビア１０７ａ及び１０７ｂは、ビア１０７に対して断面積が約２倍になる。

同様に、下層のビア１０７ｃ及び１０７ｄは、スタックビアである。ビア１０７ｃは、導電層Ｌ７及びＬ８間に形成される。ビア１０７ｄは、導電層Ｌ８及びＬ９間に形成される。下層のスタックビア１０７ｃ及び１０７ｄは、ビア１０７に対応し、はんだ２１６を介して、発光素子１０４の接合部１０５に接合される。スタックビア１０７ｃ及び１０７ｄは、ビア１０７に対して断面積が約２倍になる。

上層のビア１０７ｅは、スキップビアである。スキップビア１０７ｅは、導電層Ｌ５をスキップし、導電層Ｌ４及びＬ６間に形成される。スキップビア１０７ｅは、ビア１０７に対応し、はんだ２１６を介して、発光素子１０４の接合部１０５に接合される。スキップビア１０７ｅは、ビア１０７に対して断面積が約２倍になる。

同様に、下層のビア１０７ｆは、スキップビアである。スキップビア１０７ｆは、導電層Ｌ８をスキップし、導電層Ｌ７及びＬ９間に形成される。スキップビア１０７ｆは、ビア１０７に対応し、はんだ２１６を介して、発光素子１０４の接合部１０５に接合される。スキップビア１０７ｆは、ビア１０７に対して断面積が約２倍になる。

図１８（Ａ）〜（Ｃ）は、３種類の発光素子接合基板の構成例を示す断面図である。図１８（Ａ）は、図２に対応し、くり抜き部１０３は、積層基板１００の貫通孔である。発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、はんだ２１６を介して、複数のビア１０７に接合される。発光素子１０４の複数の発光部１０６の光軸は、それぞれ、複数の光導波路コア１０８の光軸に一致する。この積層基板１００は、上層のビア１０７と下層のビア１０７との間の距離を長くすることができる利点がある。また、発光素子１０４の幅が積層基板１００の厚さより小さければ、発光素子１０４が積層基板１００から飛び出ない利点がある。また、熱印加は、導電層Ｌ１及びＬｎの両側から可能である。

図１８（Ｂ）では、くり抜き部１０３は、積層基板１００の有底孔である。２層（２段）のビア１０７は、共に、光導波路コア１０８より上の層に形成される。同様に、発光素子１０４は、２段の接合部１０５が共に発光部１０６より右側に設けられる。発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、はんだ２１６を介して、複数のビア１０７に接合される。発光素子１０４の複数の発光部１０６の光軸は、それぞれ、複数の光導波路コア１０８の光軸に一致する。くり抜き部１０３が貫通孔ではないので、積層基板１００の導電層Ｌｎ側の領域に配線を形成することができる。また、積層基板１００の導電層Ｌｎ側の表面を筐体等に接触させることができる。

図１８（Ｃ）では、くり抜き部１０３は、積層基板１００の有底孔である。図１８（Ｂ）の２層の複数のビア１０７の代わりに、図１８（Ｃ）では２層の複数の導電部Ｌ３及びＬ４を設ける。複数の導電部Ｌ３及びＬ４は、厚銅の配線層のパターンである。２層（２段）の導電部Ｌ３及びＬ４は、共に、光導波路コア１０８より上の層に形成される。同様に、発光素子１０４は、２段の接合部１０５が共に発光部１０６より右側に設けられる。発光素子１０４の複数の接合部１０５は、それぞれ、はんだ２１６を介して、複数の導電部Ｌ３及びＬ４に接合される。発光素子１０４の複数の発光部１０６の光軸は、それぞれ、複数の光導波路コア１０８の光軸に一致する。導電部Ｌ３及びＬ４は、ビアではなく、導電層のパターンであるので、くり抜き部１０３の端面の位置がすれても、導電部Ｌ３及びＬ４の断面積が変わらない利点がある。

図１９（Ａ）及び（Ｂ）は、さらに他の実施形態による発光素子接合基板の構成例を示す表面図及び断面図である。図１〜図３の発光素子接合基板では、積層基板１００のくり抜き部１０３に発光素子１０４を設置した。これに対し、図１９（Ａ）及び（Ｂ）の発光素子接合基板では、積層基板１００の端部に発光素子１０４を設置する。以下、図１９（Ａ）及び（Ｂ）の発光素子接合基板が図１〜図３の発光素子接合基板と異なる点を説明する。

光導波路３０５は、光導波路コア１０８と光導波路クラッド２０８を有し、積層基板１００の内部に形成される。発光素子１０４は、接合部１０５及び発光部１０６を有し、積層基板１００の端部に設置される。発光素子１０４は、接合部１０５に入力される制御信号に応じて、発光部１０６が発光する。

ビア１０７は、導電部であり、図３と同様に、光導波路３０５の上層かつ／又は下層に形成される。積層基板１００の端部では、ビア１０７及び光導波路コア１０８が露出している。発光素子１０４の発光部１０６の光軸は、光導波路３０５の光導波路コア１０８の中心線に一致する。発光素子１０４の接合部１０５は、はんだ２１６を介して、ビア１０７に接合している。複数の光導波路コア１０８は、それぞれ、発光素子１０４の複数の発光部１０６から光を入射して伝送する。発光部１０６と光導波路コア１０８の光軸合わせを高精度で行うことができ、光の損失を低減することができる。

上記の複数の実施形態によれば、光導波路コア１０８が形成された積層基板１００に発光素子１０４を精度よく接合することができる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）
基板の内部に形成された光導波路と、
前記基板にくり抜かれたくり抜き部と、
前記くり抜き部に設置された発光素子と、
前記光導波路の上層かつ／又は下層に形成された導電部と、を有し、
前記発光素子の光軸は、前記光導波路の中心線に一致し、
前記発光素子の接合部は、前記導電部に接合していることを特徴とする発光素子接合基板。
（付記２）
前記導電部は、ビアであることを特徴とする付記１に記載の発光素子接合基板。
（付記３）
前記基板は、複数の前記光導波路を有し、
前記ビアは、
前記複数の光導波路の上層に形成された複数の第１のビアと、
前記複数の光導波路の下層に形成された複数の第２のビアとを有し、
前記複数の第１のビアの間隔と前記複数の第２のビアの間隔は、前記複数の光導波路の間隔の整数倍であることを特徴とする付記２に記載の発光素子接合基板。
（付記４）
前記基板は、複数の前記光導波路と、複数の前記導電部とを有し、
前記複数の導電部は、前記複数の光導波路に対して、前記基板の断面の水平方向に重なる領域に設けられることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子接合基板。
（付記５）
前記基板は、複数の前記光導波路と、複数の前記導電部とを有し、
前記複数の導電部は、前記複数の光導波路に対して、前記基板の断面の水平方向に重ならない領域に設けられることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子接合基板。
（付記６）
前記くり抜き部の第１の端面の前記光導波路の中心線は、前記発光素子の光軸に一致し、
前記くり抜き部の第２の端面の前記導電部は、前記発光素子の接合部に接合し、
前記くり抜き部の第２の端面は、前記くり抜き部の第１の端面に対向していることを特徴とする付記１乃至３のいずれか１項に記載の発光素子接合基板。
（付記７）
前記くり抜き部は、貫通孔又は有底孔であることを特徴とする付記１乃至６のいずれか１項に記載の発光素子接合基板。
（付記８）
前記ビアは、スキップビア又はスタックビアであることを特徴とする付記２又は３に記載の発光素子接合基板。
（付記９）
基板の内部に形成された光導波路と、
前記基板の端部に設置された発光素子と、
前記光導波路の上層かつ／又は下層に形成された導電部と、を有し、
前記発光素子の光軸は、前記光導波路の中心線に一致し、
前記発光素子の接合部は、前記導電部に接合していることを特徴とする発光素子接合基板。
（付記１０）
光導波路が内部に形成された第２の基板を間に挟むように第１の基板及び第３の基板を貼り合わせる工程と、
前記貼り合わせられた前記第１の基板、前記第２の基板及び前記第３の基板にくり抜き部を形成することにより、前記第１の基板かつ／又は前記第３の基板の導電部と前記第２の基板の前記光導波路を露出させる工程と、
前記第２の基板の前記光導波路の中心線に発光素子の光軸が一致するように、前記第１の基板かつ／又は前記第３の基板の前記導電部に前記発光素子の接合部を接合する工程と
を有することを特徴とする発光素子接合基板の製造方法。
（付記１１）
さらに、前記第２の基板の前記光導波路を露出させる工程の後、かつ前記発光素子の接合部を接合する工程の前に、前記第２の基板の前記光導波路の位置をカメラにより検出する工程を有することを特徴とする付記１０に記載の発光素子接合基板の製造方法。
（付記１２）
さらに、前記貼り合わせる工程の前に、前記第１の基板かつ／又は前記第３の基板の導電部として長円ビアホールの中にビアを形成する工程を有することを特徴とする付記１０又は１１に記載の発光素子接合基板の製造方法。

１００ 積層基板
１０１ セラミックコンデンサ
１０２ ＢＧＡ
１０３ くり抜き部
１０４ 発光素子
１０５ 接合部
１０６ 発光部
１０７ ビア
１０８ 光導波路コア

Claims (5)

1. 基板の内部に形成された複数の光導波路と、
   前記基板にくり抜かれたくり抜き部と、
   前記くり抜き部に設置され、複数の発光部及び複数の接合部を含む発光素子と、
   前記複数の光導波路の上層に形成された複数の第１のビアと、
   前記複数の光導波路の下層に形成された複数の第２のビアと、を有し、
   前記複数の第１のビアと前記複数の第２のビアの合計数は、前記複数の光導波路の数と同じであり、
   前記複数の第１のビアの間隔と前記複数の第２のビアの間隔は、前記複数の光導波路の間隔より広く、
   前記発光素子の複数の発光部の光軸は、前記複数の光導波路の中心線に一致し、
   前記発光素子の複数の接合部は、前記複数の第１のビア及び前記複数の第２のビアに接合していることを特徴とする発光素子接合基板。
2. 前記複数の第１のビアと前記複数の第２のビアは、前記複数の光導波路に対して、前記基板の断面の水平方向に重なる領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光素子接合基板。
3. 前記複数の第１のビアと前記複数の第２のビアは、前記複数の光導波路に対して、前記基板の断面の水平方向に重ならない領域に設けられることを特徴とする請求項１に記載の発光素子接合基板。
4. 前記くり抜き部の第１の端面の前記複数の光導波路の中心線は、前記発光素子の複数の発光部の光軸に一致し、
   前記くり抜き部の第２の端面の前記複数の第１のビアと前記複数の第２のビアは、前記発光素子の複数の接合部に接合し、
   前記くり抜き部の第２の端面は、前記くり抜き部の第１の端面に対向していることを特徴とする請求項１に記載の発光素子接合基板。
5. 基板の内部に形成された複数の光導波路と、
   前記基板の端部に設置され、複数の発光部及び複数の接合部を含む発光素子と、
   前記複数の光導波路の上層に形成された複数の第１のビアと、
   前記複数の光導波路の下層に形成された複数の第２のビアと、を有し、
   前記複数の第１のビアと前記複数の第２のビアの合計数は、前記複数の光導波路の数と同じであり、
   前記複数の第１のビアの間隔と前記複数の第２のビアの間隔は、前記複数の光導波路の間隔より広く、
   前記発光素子の複数の発光部の光軸は、前記複数の光導波路の中心線に一致し、
   前記発光素子の複数の接合部は、前記複数の第１のビア及び前記複数の第２のビアに接合していることを特徴とする発光素子接合基板。

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