JPWO2018037551A1 - 内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法 - Google Patents

内視鏡用光モジュール、内視鏡、および内視鏡用光モジュールの製造方法 Download PDF

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Abstract

内視鏡用光モジュール１は、光ファイバ１０と、光素子２０と、第１の主面３０ＳＡに光ファイバ１０が挿入されている挿入孔Ｈ３０を有し第２の主面３０ＳＢに光素子２０が実装されている第１基板３０と、第３の主面４０ＳＡに光素子２０が収容されている凹部Ｈ４０がある第２基板４０と、第１基板３０の第２の主面３０ＳＢの環状のシールリング３３と、第２基板４０の第３の主面４０ＳＡの環状のガードリング４３とを接合している半田リング５０と、を具備し、第１基板３０および第２基板４０が、光軸直交方向の外寸が同じで、かつ、それぞれの側面が同じ平面内にある。

Description

本発明は、光ファイバと、光素子が実装されている第１基板と、前記光素子が収容されている凹部のある第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを接合している半田リングと、を具備する内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、および、光ファイバと、光素子が実装されている第１基板と、前記光素子が収容されている凹部のある第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを接合している半田リングと、を具備する内視鏡用光モジュールの製造方法に関する。
内視鏡は、細長い挿入部の先端部にＣＣＤ等の撮像素子を含む撮像装置を有する。近年、高画素数の撮像素子の内視鏡への使用が検討されている。高画素数の撮像素子を使用した撮像装置では、撮像素子から信号処理装置へ伝送する信号量が増加するため、電気信号によるメタル配線を介した電気信号伝送に替えて光信号による光ファイバを介した光信号伝送が好ましい。光信号伝送には、電気信号を光信号に変換するＥ／Ｏ光モジュール（電気−光変換器）と、光信号を電気信号に変換するＯ／Ｅ光モジュール（光−電気変換器）とが用いられる。
内視鏡の細径化のためには、光モジュールの小型化が重要である。また、光モジュールの信頼性向上のため、光素子は気密封止されていることが好ましい、なお、小型の光モジュールを効率的に生産するために、複数の光モジュールをウエハレベルで作製し、切断し個片化する方法が知られている。
日本国特開２００７−３２４３０３号公報には、ウエハレベル光モジュールの製造方法が開示されている。この光モジュールは、光素子が実装された透明な基板を、前記光素子が収容される凹部のあるパッケージと、環状の半田を介して接合することで製造される。
この製造方法では、光ファイバが固定されているブロック（フェルール）は個片化後に、配設される。このため、特に小型の内視鏡用光モジュールに適用しようとすると、生産性が高いとはいえなかった。また、環状の半田と光素子とは接続されていなかった。
特開２００７−３２４３０３号公報
本発明の実施形態は、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供することを目的とする。
実施形態の内視鏡用光モジュールは、光信号を伝送する光ファイバと、前記光信号を出力する発光部または前記光信号が入力する受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面に前記光ファイバが挿入されている挿入孔を有し、前記第２の主面に前記光素子が実装されている第１基板と、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面に前記光素子が収容されている凹部がある第２基板と、前記第１基板の前記第２の主面の環状のシールリングと、前記第２基板の前記第３の主面の環状のガードリングとを接合している半田リングと、を具備する。
別の実施形態の内視鏡用光モジュールは、光信号を伝送する光ファイバと、前記光信号を出力する発光部または前記光信号が入力する受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第２の主面に前記光素子が実装されている第１基板と、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面の凹部に前記光素子が収容されている第２基板と、前記第１基板と前記第２基板とを接合している半田リングと、を具備し、前記第１基板の前記第２の主面のシールリングと、前記第２基板の前記第３の主面のガードリングとが前記半田リングを介して接合され、前記凹部が密封されており、前記第１基板が、前記シールリングの内側に配設され、接合された前記光素子の前記外部端子と前記シールリングとを導通している接続電極を前記第２の主面に有し、前記第２基板が、前記第４の主面に下部電極を有し、さらに前記第３の主面の前記ガードリングと前記下部電極とを導通している貫通配線を有し、前記光素子の前記外部端子が、前記接続電極、前記シールリング、前記半田リング、前記ガードリングおよび前記貫通配線を介して、前記下部電極と導通している。
別の実施形態の内視鏡は、内視鏡用光モジュールを具備し、前記内視鏡用光モジュールは、光信号を伝送する光ファイバと、前記光信号を出力する発光部または前記光信号が入力する受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面に前記光ファイバが挿入されている挿入孔を有し、前記第２の主面に前記光素子が実装されている第１基板と、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面に前記光素子が収容されている凹部がある第２基板と、前記第１基板の前記第２の主面の環状のシールリングと、前記第２基板の前記第３の主面の環状のガードリングとを接合している半田リングと、を具備する。
別の実施形態の内視鏡用光モジュールの製造方法は、光信号を出力する発光部または前記光信号が入力する受光部を有する光素子と、第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、環状のシールリングを前記第２の主面に有する第１基板を含む第１ウエハと、第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面に環状のガードリングと前記ガードリングで囲まれている凹部とを有する第２基板を含む第２ウエハと、を作製する準備工程と、前記第１基板の前記第２の主面に前記光素子を実装する光素子実装工程と、前記第２基板の前記凹部に、前記光素子が収容されるように、前記第１基板の前記シールリングと前記第２基板の前記ガードリングとを環状の半田リングを介して接合し、前記凹部が密封された積層ウエハを作製する積層工程と、前記積層ウエハを切断し、個片化する切断工程と、前記第１基板の前記第１の主面の挿入孔に、光ファイバを挿入するファイバ固定工程と、を具備する。
本発明の実施形態によれば、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュール、前記内視鏡用光モジュールを有する内視鏡、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供できる。
第１実施形態の光モジュールの斜視図である。 第１実施形態の光モジュールの図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 第１実施形態の光モジュールの第１基板の第２の主面の平面図である。 第１実施形態の光モジュールの分解図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法のフローチャートである。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第１実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための部分断面斜視図である。 第１実施形態の変形例の第２ウエハの部分断面斜視図である。 第１実施形態の変形例１の光モジュールの断面図である。 第２実施形態の光モジュールの断面図である。 第２実施形態の光モジュールの第１基板の第２の主面の平面図である。 第２実施形態の光モジュールの電気配線図である。 第２実施形態の変形例１の光モジュールの断面図である。 第２実施形態の変形例２の光モジュールの断面図である。 第２実施形態の変形例３の光モジュールの断面図である。 第３実施形態および第４実施形態の光モジュールの製造方法のフローチャートである。 第３実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第３実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第３実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第４実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第４実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第４実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第５実施形態の光モジュールの製造方法のフローチャートである。 第５実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第５実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第５実施形態の光モジュールの製造方法を説明するための断面図である。 第６実施形態の内視鏡の斜視図である。
＜第１実施形態＞
図１から図３を用いて、第１実施形態の内視鏡用光モジュール１（以下、「光モジュール１」という）について説明する。なお、以下の説明において、各実施形態に基づく図面は、模式的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、夫々の部分の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、一部の構成要素の図示、符号の付与は省略する場合がある。
光モジュール１は、内視鏡の撮像素子が出力する電気信号を光信号に変換し光信号を伝送する超小型のＥ／Ｏモジュール（電気−光変換器）である。
光モジュール１は、光ファイバ１０と、光素子２０と、光ファイバ１０を保持するフェルール機能を有し光素子２０が実装されている第１基板３０と、光素子２０が収容されている凹部Ｈ２０のある第２基板４０と、第１基板３０と第２基板４０とを接合している半田リング５０と、を主要構成要素として具備する。
光信号を伝送する光ファイバ１０は、光信号を伝送する直径が例えば５０μｍのコアと、コアの外周を覆う直径が１２５μｍのクラッドとからなる。
光素子２０は、光信号を出力する発光部２１を有するＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting ＬＡＳＥＲ：垂直共振器面発光レーザ）である。平面視寸法が２５０μｍ×２５０μｍと超小型の光素子２０は、光出射面に、直径が１０μｍの発光部２１と、発光部２１と接続された直径が７０μｍの２つの外部端子２２Ａ、２２Ｂとを有する。外部端子２２Ａは、接地電位のＧＮＤ端子である。
なお、以下、同じ機能の複数の構成要素のそれぞれを言うときは、符号の末尾のアルファベット１文字を省略する。例えば、外部端子２２Ａ、２２Ｂのそれぞれを、外部端子２２という。
第１基板３０は、平面視寸法が１０００μｍ×１０００μｍで厚さが５００μｍである。第１基板３０は、第１の主面３０ＳＡと第１の主面３０ＳＡと対向する第２の主面３０ＳＢとを有する。第１基板３０は、第１の主面３０ＳＡに光ファイバ１０が挿入されている深さが４５０μｍの挿入孔Ｈ３０の開口を有するフェルールであると同時に、第２の主面３０ＳＢには光素子２０が実装されている接続電極３４を有する配線板である。
第１基板３０は、第２の主面３０ＳＢに、透明な酸化シリコン層３２を有するシリコン基体３１からなり、基体３１を貫通している挿入孔Ｈ３０の底面Ｈ３０ＳＡが、酸化シリコン層３２により構成されている。すなわち、挿入孔Ｈ３０は有底の凹部である。酸化シリコン層３２は、例えばシリコン基体３１への石英ガラス薄板等の接着もしくは陽極接合、シリコン基体３１の酸化処理、または、ＣＶＤ法により配設される。酸化シリコン層３２は、光信号の波長（８５０〜１６００ｎｍ）の光に対して透光性を有している。例えば、厚さ１０〜１００μｍの酸化シリコン層３２は、波長（８５０ｎｍ）の光を９５％以上透過する。
第１基板３０は、第２の主面３０ＳＢに、シールリング３３と、光素子２０の外部端子２２が接合されている接続電極３４と、を有する。額縁状で切れ目のない環状のシールリング３３は、半田と接合する導電性金属膜からなる。導電性金属からなる接続電極３４はシールリング３３に囲まれた領域に配設されている。
厚さが３００μｍの第２基板４０は、第３の主面４０ＳＡと第３の主面４０ＳＡと対向する第４の主面４０ＳＢとを有する。第２基板４０は、第３の主面４０ＳＡに、半田と接合する導電性金属膜からなるガードリング４３と、ガードリング４３で囲まれた領域に上部電極４４および凹部Ｈ４０と、を有する。シールリング３３と略同じ構成のガードリング４３は、シールリング３３と対向するように配設されており、半田リング５０を介して、シールリング３３と隙間無く接合されている。なお、図３等には図示しないが、シールリング３３、半田リング５０およびガードリング４３の周囲は封止樹脂５１により更に封止されている。
貫通配線４１は、第３の主面４０ＳＡと第４の主面４０ＳＢとを貫通し、第３の主面４０ＳＡの上部電極４４と第４の主面４０ＳＢの下部電極４２とを接続している。
凹部Ｈ４０には、光素子２０が収容されている。そして、上部電極４４が半田４５を介して接続電極３４と接合されているため、光素子２０の外部端子２２は、半田４５、接続電極３４、上部電極４４、および貫通配線４１を介して下部電極４２と接続されている。
下部電極４２から入力された駆動信号に応じて光素子２０は光軸Ｏに沿って光信号の光を発生し光信号は透明な酸化シリコン層３２を透過して光ファイバ１０に入射し、伝送される。
ＳｎＡｇ等の半田からなる厚さ２〜１５μｍの半田リング５０は、ガードリング４３とシールリング３３との間に配設されており、第１基板３０の第２の主面３０ＳＢと、第２基板４０の第１の主面４０ＳＡと、半田リング５０とで囲まれた空間は、密封されている。すなわち、凹部Ｈ４０の内部空間に収容された光素子２０は、半田リング５０により封止されている。
後述するように、光モジュール１は、ウエハレベルで作製され、切断により個片化されている。このため、第１基板３０および第２基板４０は、光軸直交方向の断面が同じ外形、同じ大きさで、かつ光軸Ｏが一致している。言い替えれば、第１基板３０および第２基板４０は、外寸が同じで、かつ、それぞれの４側面３０ＳＳ、４０ＳＳが同じ平面（光モジュール１の側面１０ＳＳ）内にある。
光モジュール１は、フェルール機能を有する第１基板３０もウエハレベルで製造されているため、生産性が高く小型である。そして光素子２０は、凹部Ｈ４０に密封されているため、信頼性が高い。
さらに、第１基板３０は基体３１がシリコンからなるため、後述するように、微細加工が容易である。特に挿入孔Ｈ３０を反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）により形成するときに、酸化シリコン層３２はエッチングストップ層となるため、挿入孔Ｈ３０の深さ制御が容易である。また、酸化シリコン層３２は絶縁層であるため、シールリング３３および接続電極３４等の導体層を直接、酸化シリコン層３２に配設できる。このため、内視鏡用光モジュール１は特に生産性が高い。
なお、第１実施形態の光モジュール１は、光素子２０が光信号を出力する発光部２１を有する発光素子である。これに対して、光モジュールの光素子が、光信号が入力する受光部を有する、例えば、フォトダイオード等の受光素子であっても、光モジュール１等と同様の効果を有することは言うまでも無い。
＜製造方法＞
次に、図４に示すフローチャートに沿って、光モジュール１の製造方法を説明する。なお、本実施形態の製造方法では、第１基板３０を含む第１ウエハ３０Ｗと、複数の第２基板４０を含む第２ウエハ４０Ｗとは、接合後に切断される。
＜ステップＳ１０：準備工程＞
複数の光素子２０と、複数の第１基板３０を含む第１ウエハ３０Ｗと、複数の第２基板４０を含む第２ウエハ４０Ｗと、が作製される。すなわち、第１ウエハ３０Ｗは後述する切断工程で、複数の第１基板３０に個片化される。第２ウエハ４０Ｗは後述する切断工程で、複数の第２基板４０に個片化される。複数の第１基板３０および複数の第２基板４０は、それぞれ第１ウエハ３０Ｗ、第２ウエハ４０Ｗにおいて同じようにマトリックス状に配置されている。
図５Ａに示す様に、第１ウエハ３０Ｗは、シリコンからなる基体ウエハ３１Ｗの第２の主面３０ＳＢに酸化シリコン層３２Ｗが配設されている。第１ウエハ３０Ｗの第２の主面３０ＳＢには、シールリング３３、およびシールリング３３で囲まれた領域に、金からなる接続電極３４が配設される。そして、第１ウエハ３０Ｗの第１の主面３０ＳＡに例えば、酸化シリコン層、窒化シリコン層、またはＣｒ等の金属層からなる、挿入孔Ｈ３０を形成するための開口のあるエッチングマスク３９が配設される。
図５Ｂに示す様に、第１ウエハ３０Ｗには、挿入される光ファイバ１０の外径と、内径が略同一の円柱状の挿入孔Ｈ３０が、ＲＩＥ法により形成される。このとき、酸化シリコン層３２Ｗはエッチングストップ層となる。このため、基体ウエハ３１Ｗの厚さと同じ深さの挿入孔Ｈ３０が容易に形成される。挿入孔Ｈ３０は、ＲＩＥ等のドライエッチングではなく、ウエットエッチングで形成してもよい。挿入孔Ｈ３０は、円柱状のほか、その内面で光ファイバ１０を保持できれば、角柱状であってもよい。また挿入孔Ｈ３０は、開口の径が底面Ｈ３０ＳＡの径より大きいテーパー形状であってもよい。
なお、エッチングマスク３９は、挿入孔Ｈ３０形成後に除去されず、光モジュール１の第１基板３０の第１の主面３０ＳＡに配設されていてもよい。
一方、図示しないが、第２ウエハ４０Ｗおよび光出射面から光信号を出力する光素子２０が作製される。第２ウエハ４０Ｗは、貫通配線４１を有し、さらに、第３の主面４０ＳＡにガードリング４３と、貫通配線４１の上部電極４４と、凹部Ｈ４０と、を有する（図５Ｄ参照）。第２ウエハ４０Ｗは、ポリイミド等の樹脂、セラミック、ガラスエポキシ、ガラス、またはシリコン等からなる。貫通配線４１は、貫通孔をエッチング等により形成した後に、貫通孔の内部に導体を配設することで作製される。
＜ステップＳ１１：光素子実装工程＞
図５Ｃに示す様に、第１ウエハ３０Ｗの接続電極３４に光素子２０の外部端子２２が接合される。例えば、外部端子２２に配設された高さ１５μｍのＡｕバンプ２３が、Ａｕからなる接続電極３４と超音波接合される。または、接続電極に３μｍ程度のＡｕＳｎ半田めっきを形成し、半田リングの溶融温度よりも高い温度、例えば３４０℃で熱圧着することで光素子２０は接合される。なお、シールリング３３および接続電極３４は、挿入孔Ｈ３０を形成後に配設されていてもよい。
＜ステップＳ１２：積層工程＞
図５Ｄに示す様に、第１ウエハ３０Ｗと第２ウエハ４０Ｗとが、複数の半田リング５０を介して接合され積層ウエハ１Ｗが作製される。
半田リング５０は、半田ペーストの印刷、ディスペンス、パターンめっき、または半田ボールにより配設されるが、第１ウエハ３０Ｗのシールリング３３または第２ウエハ４０Ｗのガードリング４３のいずれか１方の上にだけに配設されていてもよいし、両方に配設されていてもよい。なお、光素子２０を、ＡｕＳｎ半田を介して接続電極３４と熱圧着接合する場合は、熱圧着時に半田リング５０が溶融しないように、半田リング５０は第２ウエハ４０Ｗのガードリング４３に配設されることが好ましい。
また、半田リング５０の配設と同時に、接続電極３４と上部電極４４とを接合する半田４５も配設される。
第２ウエハ４０Ｗの複数の凹部Ｈ４０のそれぞれに、第１ウエハ３０Ｗに実装された複数の光素子２０がそれぞれ収容されるように、第１ウエハ３０Ｗと第２ウエハ４０Ｗとが位置決めされ、圧着された状態で、半田溶融温度超に、加熱されることで、両者は接合される。
第１ウエハ３０Ｗと第２ウエハ４０Ｗとが接合されると、半田リング５０で囲まれた空間は密封される。接合処理が減圧状態で行われると凹部Ｈ４０の中は大気圧以下となり、窒素等の不活性気体中で行われると凹部Ｈ４０の中は不活性気体が充填される。
なお、凹部Ｈ４０の深さは、第１ウエハ３０Ｗに実装されている光素子２０の光出射面と対向する裏面が、凹部Ｈ４０の底面と当接するように設計されていることが、第１ウエハ３０Ｗと第２ウエハ４０Ｗとの間隔を一定に制御することが容易であるため好ましい。
積層ウエハ１Ｗの複数の半田リング５０の周囲に、例えば、シリコーン樹脂からなる封止樹脂５１が注入され硬化処理される。なお、封止樹脂５１は、切断工程後に注入されてもよいし、光モジュール１の側面１０ＳＳにまで、はみ出していてもよいし、側面１０ＳＳを覆っていてもよい。
＜ステップＳ１３：切断工程＞
図６に示す様に、第１ウエハ３０Ｗと第２ウエハ４０Ｗとが接合された積層ウエハ１Ｗが、切断線ＣＬに沿って切断され、個片化される。切断には、ブレードを有するダイシング装置、または、高出力のレーザ加工機等を用いる。
＜ステップＳ１４：ファイバ固定工程＞
第１基板３０の第１の主面３０ＳＡの挿入孔Ｈ３０に光ファイバ１０が挿入固定されると、図１および図２Ａに示した内視鏡用光モジュール１が完成する。光ファイバ１０は、例えば、第１基板３０の第１の主面３０ＳＡと接着剤（不図示）で固定される。光ファイバ１０の先端と挿入孔Ｈ３０の底面Ｈ３０ＳＡとの間に透明樹脂が充填されていてもよい。
なお、封止樹脂５１は必須構成要素ではなく、半田リング５０が側面１０ＳＳに露出していてもよい。
すなわち、図７に示す第２ウエハ４０Ｗ等が積層された積層ウエハでは、切断工程によりガードリング膜４３Ｗが切断線ＣＬに沿って切断されると、環状のガードリングとなる。第２ウエハ４０Ｗと同様に、第１ウエハ３０Ｗでも、シールリング膜が切断され環状のシールリングとなる、また、ガードリング膜４３Ｗ、シールリング膜と同じ形状の半田膜が切断され環状の半田リングとなる。このため、ガードリング、半田リングおよびシールリングの切断面が、光モジュール１の側面１０ＳＳに露出する。
本実施形態によれば、信頼性が高く小型で生産性の高い内視鏡用光モジュールの製造方法を提供できる。
＜第１実施形態の変形例＞
第１実施形態の変形例の内視鏡用光モジュール１Ａは、光モジュール１と類似し同じ効果を有しているので、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図８に示す変形例１の光モジュール１Ａは、第１基板３０Ａが透明材料、例えば、ガラスまたはポリカーボネート等の光学樹脂からなる。挿入孔Ｈ３０Ａは、第１基板３０Ａに形成された凹部である。
なお、第１基板３０Ａは、光信号の光の波長に対して実質的に透明材料から構成されていればよい。例えば、光信号の波長が可視光域の場合には、第１基板３０Ａは、ガラスまたはポリカーボネート樹脂等からなる。光信号の光が赤外光の場合には、第１基板３０Ａは、例えば、可視光を透過しないが赤外光を透過するシリコンで構成されていてもよい。
光モジュール１Ａは、所望の深さの挿入孔Ｈ３０Ａを形成するために、例えばエッチング時間を正確に管理する必要があるが、第１基板３０Ａは、光モジュール１の第１基板３０よりも作製が容易である。
＜第２実施形態＞
第２実施形態の内視鏡用光モジュール１Ｂは、光モジュール１と類似し同じ効果を有しているので、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
図９Ａに示す光モジュール１Ｂでは、光素子２０の接地電位の外部端子２２Ａと接合されている接続電極３４Ａがシールリング３３まで延設されている。例えば、接続電極３４Ｂとシールリング３３とは、同時に同じ材料で一体物として配設される。そして、第２基板４０Ｂの貫通配線４１Ｂがガードリング４３（半田リング５０）と接続される。
すなわち、図１０に示す様に、光素子２０の外部端子２２Ａが、バンプ２３、接続電極３４Ａ、シールリング３３、半田リング５０、ガードリング４３および貫通配線４１Ａを介して、下部電極４２Ａと導通している。下部電極４２Ａには接地電位線が接続されている。
一方、光素子２０の外部端子２２Ｂは、バンプ２３、接続電極３４Ｂ、半田５０Ｂ、および貫通配線４１Ｂを介して、下部電極４２Ｂと導通している。下部電極４２Ｂには駆動信号線が接続されている。
光モジュール１Ｂの製造方法においては、積層工程において、外部端子２２Ａが、下部電極４２Ａと導通する。
光モジュール１Ｂは、光モジュール１よりも構成が簡単である。また、接続電極３４Ａと接続される半田リング５０は、電気的接続と封止とを兼ねている。そして、図２Ｂに示した光モジュール１と異なり光モジュール１Ｂは、接続電極３４と半田リング５０との間のスペースが不要である。このため、図９Ｂに示す様に、光モジュール１Ｂは、光モジュール１よりも小型である。また、シールリング３３、半田リング５０およびガードリング４３が接地電位あり、かつ、光素子２０の外部端子２２Ａが短い経路で接地電位線と接続されているため、外部ノイズの影響を受けにくい。
＜第２実施形態の変形例＞
第２実施形態の変形例の内視鏡用光モジュール１Ｃ〜１Ｅは、光モジュール１、１Ｂと類似し同じ効果を有しているので、同じ機能の構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
＜第２実施形態の変形例１＞
図１１に示す内視鏡用光モジュール１Ｃは、光素子２０Ｃが、複数の発光部２１Ａ、２１Ｂを有するアレイ型光素子であり、複数の光ファイバ１０Ａ、１０Ｂを具備する。第１基板３０Ｃの基体３１Ｃには、複数の挿入孔Ｈ３０Ａ、H３０Bがある。
例えば、第１の外部端子２２Ａが半田リング５０と接続された接地電位線で、第２の外部端子２２Ｂに印加された駆動信号Ａにより発光部２１Ａが発光する。図示しない第３の外部端子に印加された駆動信号Ｂにより発光部２１Ｂが発光する。
なお、光素子が、発光部および受光部、または、複数の受光部を有していてもよい。すなわち、光素子が、発光部および受光部、複数の発光部、または複数の受光部を有するアレイ型光素子でもよい。また、発光部および受光部の総数は３以上でもよいし、４以上の外部端子を有していてもよい。
＜第２実施形態の変形例２＞
図１２に示す内視鏡用光モジュール１Ｄは、光素子２０Ａ、２０Ｂ、および光ファイバ１０Ａ、１０Ｂを具備する。第１基板３０Ｄの基体３１Ｄには、挿入孔Ｈ３０Ｄ１、Ｈ３０Ｄ２があり、第２基板４０Ｄには凹部Ｈ４０Ｄ１、Ｈ４０Ｄ２がある。
凹部Ｈ４０Ｄ１に収容された光素子２０Ａの光信号は、挿入孔Ｈ３０Ｄ１に挿入された光ファイバ１０Ａに入射する。凹部Ｈ４０Ｄ２に収容された光素子２０Ｂの光信号は、挿入孔Ｈ３０Ｄ２に挿入された光ファイバ１０Ｂに入射する。光素子２０Ａ、２０Ｂの接地電位の外部端子２２Ａ１、２２Ａ２は、それぞれの接続電極３４Ａ１、３４Ａ２を介して半田リング５０Ｄと接続されている。
光素子２０Ａ、２０Ｂは、１つの半田リング５０Ｄにより封止されている。すなわち、凹部Ｈ４０Ｄ１、Ｈ４０Ｄ２は、半田リング５０Ｄで囲まれた領域に配設されている。
なお、光素子２０Ａ、２０Ｂが、半田リングで囲まれた領域に配設されている１つの凹部に収容されていてもよい。
また、光モジュールが、１つの半田リングにより封止されている、発光素子および受光素子、または、複数の受光素子を有していてもよい。
すなわち、光モジュールは、複数の光ファイバおよび複数の光素子を具備し、複数の光素子が１つの半田リングにより封止されていてもよい。また、発光素子および受光素子の総数は３以上でもよい。
＜第２実施形態の変形例３＞
図１３に示すように、内視鏡用光モジュール１Ｅは、光ファイバ１０が挿入されている挿入孔３０Ｈを有するフェルール３１Ｅを、更に具備し、フェルール３１Ｅが、透明な第１基板３２Ｅの第１の主面３０ＳＡに接着層３８を介して配設されている。
すなわち、フェルール３１Ｅの側面には、光ファイバ１０Ｅが主面３０ＳＡに平行に挿入されている挿入孔Ｈ３０Ｅ１が形成されている。光ファイバ１０Ｅは先端が、傾斜角約４５度の反射面となっている。また、フェルール３１Ｅには主面３０ＳＡに挿入孔Ｈ３０Ｅ１と挿通する孔Ｈ３０Ｅ２が形成されており、孔Ｈ３０Ｅ２には光ファイバ１０Ｅを固定している樹脂３７が充填されている。
光モジュール１Ｅは、複数のフェルールを含むフェルールウエハが、第１ウエハおよび第２ウエハとともに積層された積層ウエハの切断により作製されている。このため、フェルール３１Ｅ、第１基板３２Ｅ、および第２基板４０が、光軸直交方向の外寸が同じで、かつ、それぞれの側面が同じ平面内にある。
光モジュール１Ｅは、光モジュール１と同じように、小型で生産性がよい。また、光モジュール１Eは、表面実装する基板に対して、光ファイバ１０Ｅを平行に配置できるので、設計の自由度が広い。
なお、光モジュール１においても、光モジュール１Ｅのように、先端が反射面となっている光ファイバが側面に開口のある挿入孔に挿入されていてもよい。また、第１基板３０に替えてフェルールが、透明な第１基板３２Ｅに接着層を介して配設されていてもよい。
上記実施例および変形例では、例えば、図６に示したように、第１ウエハ３０Ｗと第２ウエハ４０Ｗとが接合された積層ウエハ１Ｗを切断する工法で製造されていた。
しかし、第１基板または第２基板の一方がウエハ状態で、他方がウエハを個片化したチップ状態で接合する（チップtoウエハ）工法でもよい。また、ウエハを切断し個片化したチップ状態の第１基板および第２基板を接合する（チップtoチップ）工法でもよい。
＜第３実施形態および第４実施形態＞（チップtoウエハ）工法
図１４に第３実施形態の光モジュール１Ｆおよび第４実施形態の光モジュール１Ｇの製造方法のフローチャートを示す。
図１５Ａまたは図１６Ａに示す様に、積層工程Ａ１２Ａの前に、切断工程Ｓ１１Ａが行われ、第１ウエハ３０Ｗ、または第２ウエハ４０Ｗが、ダイシングブレード６０により第１基板３０または第２基板４０に個片化される
接合工程Ｓ１２Ａでは、図１５Ｂに示す様に、ウエハ状態の第１基板（第１ウエハ３０Ｗ）に対して個片化したチップ状態の第２基板４０が半田接合される。または、図１６Ｂに示す様に、ウエハ状態の第２基板（第２１ウエハ４０Ｗ）に対して個片化したチップ状態の第１基板３０が半田接合される。
なお、図１５Ｂに例示したように、サポート治具７５に複数の第２基板４０を配置してから第１ウエハ３０Ｗに当接させ、加熱処理（例えば、リフロー処理）を行うことで、複数の第２基板４０を同時に第１ウエハ３０Ｗに接合することができる。同様に、複数の第１基板３０を同時に第２ウエハ４０Ｗに接合することができる。
そして、接合ウエハ切断工程（Ｓ１３Ａ）において、図１５Ｃに示す様に、複数の第２基板４０が接合された第１ウエハ３０Ｗ（接合ウエハ１ＷＦ）がダイシングブレード６０Ａを用いて個片化される。または、図１６Ｃに示す様に、複数の第１基板３０が接合された第２ウエハ４０Ｗ（接合ウエハ１ＷＧ）がダイシングブレード６０Ａを用いて個片化される。
そして、図示しないが、ファイバ固定工程Ｓ１４を経て、光モジュール１Ｆまたは光モジュール１Ｇが完成する。
なお、第１ウエハ３０Ｗのダイシングラインに重ならないように個片化された第２基板４０を接合することで、切断する対象が第１ウエハ３０Ｗとなり、切断する厚みが薄くなるため、切断時間短縮および歩留まり向上につながる。
＜第５実施形態＞チップtoチップ工法
図１７に第５実施形態の光モジュール１Ｈの製造方法のフローチャートを示す。
切断工程Ｓ１１Ｂでは、図１８Ａに示す様に、第１ウエハ３０Ｗが第１基板３０に個片化され、さらに図１８Ｂに示す様に第２ウエハ４０Ｗが第２基板４０に個片化される。そして、積層工程では、第１基板３０と第２基板４０とが接合される。
そして、図示しないが、ファイバ固定工程Ｓ１４を経て、光モジュール１Ｈが完成する。
上記のように、チップtoウエハ工法、またはチップtoチップ工法の場合は、個片化した後の第１基板３０と第２基板４０のそれぞれの外形がそろっていなくてもよく、いずれかの外形および面積が、他方よりも大きくても小さくても良い。
＜第６実形態施＞
次に、第６実施形態の内視鏡９について説明する。内視鏡９は、挿入部９Ｂの先端部９Ａに光モジュール１（１Ａ〜１Ｅ）を有する。
すなわち、図１９に示すように、内視鏡９は、高画素数の撮像素子を有する撮像部が先端部９Ａに配設された挿入部９Ｂと、挿入部９Ｂの基端側に配設された操作部９Ｃと、操作部９Ｃから延出するユニバーサルコード９Ｄと、を具備する。
撮像部が出力した電気信号は、光素子が面発光レーザである光モジュール１（１Ａ〜１Ｅ）により光信号に変換され、光ファイバ１０を介して操作部９Ｃに配設された光素子がＰＤである光モジュール１Ｘにより再び電気信号に変換され、メタル配線を介して伝送される。すなわち、細径の挿入部９Ｂ内においては光ファイバ１０を介して信号が伝送される。
すでに説明したように、光モジュール１（１Ａ〜１Ｈ）は、光結合効率が高く、小型で生産性が高い。また、光素子２０が樹脂よりも吸湿性の低い半田リング５０よって密封されているため、高温高湿度試験およびオートクレーブ試験に対する耐性がよく、信頼性が高い。このため、内視鏡９は、光伝送の効率および信頼性が高く、小型で生産性が高い。
なお、光モジュール１Ｘは、比較的、配置スペースが広い操作部９Ｃに配設されているが、本発明の光モジュール１等と同じ構成であることが好ましい。また、内視鏡９は軟性鏡であるが、硬性鏡でもよい。また、操作部９Ｃに配設された光モジュール１（１Ａ〜１Ｅ）により、撮像部への制御信号が光信号に変換され、先端部９Ａに配設された光モジュール１Ｘにより光信号が電気信号に変換されてもよい。
本発明は、上述した各実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、組み合わせ、および応用が可能である。
１、１Ａ〜１Ｈ・・・内視鏡用光モジュール
１Ｗ・・・積層ウエハ
９・・・内視鏡
１０・・・光ファイバ
２０・・・光素子
２２・・・外部端子
２３・・・バンプ
３０・・・第１基板
３０Ｗ・・・第１ウエハ
３１・・・基体
３２・・・酸化シリコン層
３３・・・シールリング
３４・・・接続電極
４０・・・第２基板
４０Ｗ・・・第２ウエハ
４１・・・貫通配線
４３・・・ガードリング
５０・・・半田リング
Ｈ３０・・・挿入孔
Ｈ４０・・・凹部
Ｏ・・・光軸

Claims (15)

  1. 光信号を伝送する光ファイバと、
    前記光信号を出力する発光部または前記光信号が入力する受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、
    第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第１の主面に前記光ファイバが挿入されている挿入孔を有し、前記第２の主面に前記光素子が実装されている第１基板と、
    第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面に前記光素子が収容されている凹部がある第２基板と、
    前記第１基板の前記第２の主面の環状のシールリングと、前記第２基板の前記第３の主面の環状のガードリングとを接合している半田リングと、を具備することを特徴とする内視鏡用光モジュール。
  2. 前記第１基板および前記第２基板が、光軸直交方向の外寸が同じで、かつ、それぞれの側面が同じ平面内にあることを特徴とする請求項１に記載の内視鏡用光モジュール。
  3. 前記第１基板が、前記光信号の光の波長に対して実質的に透明な材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内視鏡用光モジュール。
  4. 前記第１基板が、前記第２の主面に、前記光信号の波長の光に対して透光性を有している酸化シリコン層を有するシリコンからなり、
    前記挿入孔の底面が、前記酸化シリコン層により構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  5. 前記第１基板が、前記シールリングの内側に配設され、接合された前記光素子の前記外部端子と前記シールリングとを導通している接続電極を前記第２の主面に有し、
    前記第２基板が、前記第４の主面に下部電極を有し、さらに前記第３の主面の前記ガードリングと前記下部電極とを導通している貫通配線を有し、
    前記光素子の前記外部端子が、前記接続電極、前記シールリング、前記半田リング、前記ガードリングおよび前記貫通配線を介して、前記下部電極と導通していることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  6. 前記光素子が、前記発光部および前記受光部、複数の発光部、または複数の受光部を有するアレイ型光素子であり、複数の光ファイバを具備することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  7. 複数の光ファイバおよび複数の光素子を具備し、前記複数の光素子が１つの前記半田リングにより封止されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュール。
  8. 光信号を伝送する光ファイバと、
    前記光信号を出力する発光部または前記光信号が入力する受光部と、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子と、を有する光素子と、
    第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、前記第２の主面に前記光素子が実装されている第１基板と、
    第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面の凹部に前記光素子が収容されている第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板とを接合している半田リングと、を具備し、
    前記第１基板の前記第２の主面のシールリングと、前記第２基板の前記第３の主面のガードリングとが前記半田リングを介して接合され、前記凹部が密封されており、
    前記第１基板が、前記シールリングの内側に配設され、接合された前記光素子の前記外部端子と前記シールリングとを導通している接続電極を前記第２の主面に有し、
    前記第２基板が、前記第４の主面に下部電極を有し、さらに前記第３の主面の前記ガードリングと前記下部電極とを導通している貫通配線を有し、
    前記光素子の前記外部端子が、前記接続電極、前記シールリング、前記半田リング、前記ガードリングおよび前記貫通配線を介して、前記下部電極と導通していることを特徴とする内視鏡用光モジュール。
  9. 前記光ファイバが挿入されている挿入孔を有するフェルールを、更に具備し、
    前記フェルールが、前記第１基板の前記第１の主面に配設されており、
    前記フェルール、前記第１基板、および前記第２基板が、光軸直交方向の外寸が同じで、かつ、それぞれの側面が同じ平面内にあることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡用光モジュール。
  10. 前記第１基板が前記第２の主面に酸化シリコン層を有するシリコンからなり、前記第１の主面に前記光ファイバが挿入されている挿入孔を有し、
    前記挿入孔の底面が、前記酸化シリコン層により構成されており、
    前記第１基板、および前記第２基板が、光軸直交方向の外寸が同じで、かつ、それぞれの側面が同じ平面内にあることを特徴とする請求項８に記載の内視鏡用光モジュール。
  11. 請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の前記内視鏡用光モジュールを有することを特徴とする内視鏡。
  12. 光信号を出力する発光部または前記光信号が入力する受光部を有する光素子と、
    第１の主面と前記第１の主面と対向する第２の主面とを有し、環状のシールリングを前記第２の主面に有する第１基板を含む第１ウエハと、
    第３の主面と前記第３の主面と対向する第４の主面とを有し、前記第３の主面に環状のガードリングと前記ガードリングで囲まれている凹部とを有する第２基板を含む第２ウエハと、を作製する準備工程と、
    前記第１基板の前記第２の主面に前記光素子を実装する光素子実装工程と、
    前記第２基板の前記凹部に、前記光素子が収容されるように、前記第１基板の前記シールリングと前記第２基板の前記ガードリングとを環状の半田リングを介して接合し、前記凹部が密封された積層ウエハを作製する積層工程と、
    前記積層ウエハを切断し、個片化する切断工程と、
    前記第１基板の前記第１の主面の挿入孔に、光ファイバを挿入するファイバ固定工程と、を具備することを特徴とする内視鏡用光モジュールの製造方法。
  13. 前記第１ウエハが、前記光信号の光に対して実質的に透明な材料からなることを特徴とする請求項１２に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
  14. 前記第１ウエハが、前記第２の主面に酸化シリコン層を有するシリコンからなり、
    前記挿入孔の底面が、前記酸化シリコン層により構成されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
  15. 前記光素子が、前記発光部または前記受光部と接続された外部端子を有し、
    前記第１ウエハが、前記シールリングの内側に配設され前記シールリングと導通している接続電極を前記第２の主面に有し、
    前記第２ウエハが、前記第４の主面に下部電極を有し、さらに前記ガードリングと前記下部電極とを導通している貫通配線を有し、
    前記光素子実装工程において、前記第１基板の前記接続電極に前記光素子の前記外部端子が接合され、
    前記積層工程において、前記外部端子が、前記接続電極、前記シールリング、前記半田リング、前記ガードリングおよび前記貫通配線を介して、前記下部電極と導通することを特徴とする請求項１２から請求項１４のいずれか１項に記載の内視鏡用光モジュールの製造方法。
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