TW201137424A - Optical module and manufacturing method of the module - Google Patents

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TW201137424A
TW201137424A TW100100690A TW100100690A TW201137424A TW 201137424 A TW201137424 A TW 201137424A TW 100100690 A TW100100690 A TW 100100690A TW 100100690 A TW100100690 A TW 100100690A TW 201137424 A TW201137424 A TW 201137424A
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bump
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photovoltaic element
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TW100100690A
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Mitsuaki Tamura
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Sumitomo Electric Industries
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Description

201137424 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種光模組及其製造方法。 【先前技術】 近年來’隨著通訊網路之大容量化•高速化及超級電腦 之處理能力之提高，機器間之電性連接中之傳送速度之極 限令人擔憂。為解決該問題，一種光互連技術正備受矚 目。互連技術係於LSI(Large Scale Integration，大型積體 電路）等之仏號處理裝置間之連接、或信號處理裝置與路 由器等之外部介面之連接中使用光電性複合模組（簡稱光 模組），而欲提高機器間之傳送速度者。 光模組包含具有活性層之光電元件。於光電元件為發光 疋件之情形時，活性層根據電氣信號而發光並發出光信 號，光信號通過光模組中之透鏡等之光學部，而傳遞至於 光纖等之外部元件。另一方面，於光電元件為受光元件之 障形時，自光纖等所輸入之光信號通過光模組中之透鏡等 之光學部，利用活性層而將光信號轉換為電氣信號。 作為光模組，眾所周知有於光電元件之面中之與設有活 性層之面相反之側塗佈㈣劑，且光電元件固定於基板上 的構成。使用黏接劑之固定方法雖然簡便，但於黏接劑硬 化之期間與光學部相對之光電元件之相對位置偏移，從而 無法精度良好地形成光學路徑。 及曰本專利特開 即’於載置有透 又，曰本專利特開2004-3 1508號公報 2〇〇8·41770號公報中記載有如下光模組， 153122.doc 201137424 鏡等之光干。卩之透明基板上設置配線層，於該配線層上經 由金屬凸塊而覆晶安裝有光電元件。根據該安裝方法，光 電元件與透明基板可經由凸塊而精度良好地定位。然而， 凸塊為擔負電性連接與機械性連接之兩者之㈣，必須將 凸塊大小確保為某種程度以保證機械強度。因此，必須形 成比僅以電性連接為目的之凸塊更大之凸塊n由於 係經由透明基板而將光電元件與光學部光學連接，故光電 元件與光學部之間之距離僅為基板厚度與較大凸塊之大 /J、〇 【發明内容】 發明所欲解決之問題 本發明之目的在於提供一種能夠以可精度良好地決定光 電兀件與光學部之相對位置而可確立光學路徑之方式將光 電凡件安農於基板上，且可減小光電元件與光學部之間之 距離的光模組及其製造方法。 解決問題之技術手段 _為解決上述課題而提供—種光模組，其包括基板及光電 兀件’該光電兀件具有第一面及與第一面為相反側之第二 面’於第-面設置有活性層’且於第二面設置有第一凸塊 或第-焊墊，上述光電元件係經由第一凸塊或第一焊墊而 固定於基板上。 較佳為第-凸塊或第_焊墊係以金形成，且於基板上之 與第-凸塊或第-焊塾分別對應之位置上設置有金之第二 焊墊或第二凸塊。 153122.doc 201137424 又，本發明之光模組進而包括覆蓋光電元件而固定於基 板上之透明構件，透明構件於與光電元件之活性層對向之 位置上具備光學部，於與基板接觸之位置上設置有第三凸 塊或第三焊墊，&明構件經由第i凸塊或第三焊墊而固定 於基板上為佳。該情形時，第三凸塊或第三焊塾係以金形 成，亦可於基板上之與第三凸塊或第三焊墊分別對應之位 置上設置有金之第四焊墊或第四凸塊，第三凸塊或第三焊 塾係以悍料形成，另可包含於200t保持透明構件1〇分鐘 之後之、波長600〜1〇〇〇 nm之範圍内之透明構件之平均透 過率於厚度2 mm時為60%以上的熱塑性樹脂。 另外’進而包含^•基板上所設置之光電元件進行控制之 控制電路，且控制電路與光電元件係藉由線接合而電性連 接為佳。 作為本發明之其他態樣，提供一種光模組之製造方法， 其包含如下步驟：力包含設置有活性層之第一面及與上述 第一面為相反側之第二面之光電元件之第二面，形成第一 凸塊或第-焊墊；及經由第—凸塊或第―谭塾而將光電元 件固定於基板上。 本發明之光模組之製造方法亦可進而包含如下步驟：將 控制光電元件之控制電路設置於基板上；以及將控制電路 與光電元件藉由線接合而電性連接。χ，亦可進而包含將 具備光學部之透明構件以覆蓋光電元件之方式固定於基板 上之步驟’且於將光電元件固定於基板上之步驟中透明構 件與光電元件兩者之定位可使用基板上之對準標記，於將 153122.doc 201137424 透明構件固定於基板上之步驟中可使用對準標記，以光學 部位於與活性層對向之位置之方式而將透明構件配置於基 板上。 發明之效果 根據本發明之光模組，無須於光電元件之活性層與外部 之光信號之輸人輸出構件之間設置光電元件支持用之透明 構件以及凸塊。因此，可實現光電元件與光學部之間之距 離較小的光模組。進而，可將光電元件牢固地固定於基板 上。又，與使用黏接劑進行固定之情形相比可於極短之時 間内進行固疋’且固定過程中無需擔心光電元件之位置相 對於基板而偏移，故可位置精度較高地固定光電元件。 【實施方式】 以下，參照圖式對本發明之實施形態進行說明。圖式係 以說明為目的，而非想要限定發明範圍者。圖式中，為避 免重複說明，相同符號表示相同部分。圖式中之尺寸之比 率未必準確。 <全體構造> 圖1係本發明之實施形態之光模組丨之剖面圖，圖2係本 發明之實施形態之光模組丨之俯視圖。光模組丨包括：基板 2;兩個光電元件3,其固定於基板2上；控制電路4,其固 定於基板2上；一對導線5，其將光電元件3與控制電路4電 性連接；以及透明構件6，其覆蓋光電元件3、控制電路4 及導線5。 <光電元件> 153122.doc 201137424 各光電元件3具有設置於第一面3A上之活性層31、及同 樣設置於第一面3A上之一對電極32。於光電元件3為受光 元件之情形時’活性層3 1相當於受光部，根據受光之光信 號而將電氣信號自電極32傳遞至控制電路4。作為受光元 件3可例示光電二極體。另一方面，於光電元件3為發光元 件之情形時’活性層3 1相當於發光部，活性層3丨根據自控 制電路4傳遞至電極32之電氣信號而朝向外部發光。作為 發光元件可例示 VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting LASER(垂直共振腔面射型雷射）卜雖然由於光電元件為發 光元件或受光元件而存在此種差異’但兩者僅係光信號與 電氣彳5破之輸入輸出關係彼此相反，兩者之基本構成共 通0 於光電元件3之與設置有活性層3 ][之第一面3 a為相反側 之面即第二面3B上，設置有金屬凸塊3a(第一凸塊）。於基 板2之固定有光電元件3之位置、且與金屬凸塊33對應之位 置處設置有金屬焊墊2a(第二焊墊）（亦可於光學元件3側設 置金屬焊墊（第一焊墊），於基板側設置金屬凸塊（第二凸 塊））。該等金屬凸塊3a與金屬焊墊2a相互對向，且藉由超 音波式女裝法或熱壓接法等而將金屬凸塊3a與金屬焊塾2a 相互固著，其結果為，光電元件3相對於基板2而固定。作 為金屬凸塊3a與金屬焊墊2a之材質，較好的是金或焊料。 特別係若藉由金構成金屬凸塊3&與金屬焊墊2a並利用超音 波式女裝法而將光電元件3固定於基板2上，則可於短時間 内將光電元件3精度良好地配置於基板2上。 153122.doc 201137424 再者’可將單一之光電元件3設置於基板2上，亦可將複 數個光電元件設置於基板2上。又，亦可提供一種將發光 元件與受光元件之各者設置於同一基板2上作為光電元件 3 ’且光信號與電氣信號可相互轉換之光模組1。 <控制電路> 控制電路4係藉由凸塊•焊墊、或黏接材而固定於基板2 上。控制電路4係經由一端連接於控制電路4且另一端連接 於光電元件3之一對電極32的一對導線5，而與光電元件3 電性連接。控制電路4經由導線5，於光電元件3為發光元 件之情形時根據來自外部之信號輸入而控制光電元件3之 發光於光電元件為受光元件之情形時接收來自光電元件 3之電氣信號。作為控制電路4之例，可列舉IC(Integrated
Circuit ’積體電路）或使光電二極體之信號放大之跨阻抗 放大器。 將光電元件3與控制電路4之間連接之導線5係藉由焊接 而配線。如下所述，將控制電路4配置於基板2時係處於尚 未配置透明構件6之狀態，故基板2之上部空間開放。因 此光電元件3與控制電路4之間之打線接合之配線作業簡 便。 如此，由於光電元件3與控制電路4係設置於同一基板2 上’故可利用單一模組而提供光電元件3與控制電路4。 又，可將光電元件3與控制電路4藉由打線接合而簡單地連 接0 <透明構件> 153122.doc 201137424 透明構件6係以覆蓋光電元件3與控制電路4之方式而配 置於基板2上，且具備第一透鏡61、反射面62、及第二透 鏡63。第一透鏡61設置於與光電元件3之活性層31對向之 位置處，反射面62配置成於將活性層31與第一透鏡61連接 之直線L1上與直線li成45度之角度，且第二透鏡63係設置 於通過反射面62且與直線L1正交之直線以上。透明構件6 中，第一透鏡61、反射面62、及第二透鏡63係一併利用透 明樹脂藉由射出成形而一體形成。 藉由第一透鏡61、反射面62、及第二透鏡63而構成光學 路徑LI、L2。由於光學路徑L1、L2係將光電元件3之活性 層31與外部連接者，故第一透鏡61、反射面62、及第二透 鏡63要求較高之位置精度。其原因在於：若位置發生偏移 則與未圖示之入射出射光纖之結合損失變大，最壞之情形 時無法進行光信號之傳遞。 於光電元件3為發光元件之情形時，活性層3 1發光，所 發出之光入射至第一透鏡61，由反射面62反射後方向改變 9〇度’併入射至第二透鏡63而出射至光模組1之外部。於 第一透鏡63之延長線上配置有光纖’經由光纖而將光信號 傳遞至外部機器。相反，於光電元件3為受光元件之情形 時，藉由外部機器之光纖等而使光入射至第二透鏡63,由 反射面62反射後方向改變90度，併入射至第一透鏡61，從 而使光入射至活性層3 1。 第一透鏡61、第二透鏡63係平凸透鏡，配置成其焦點與 反射面62 —致便可。根據此種構成，例如當光電元件3為 153122.doc -10- 201137424 VCSEL時，經活性層31面發光之擴散光藉由第一透鏡61而 聚光，由反射面62反射後，利用第二透鏡63而於光路差較 少之狀態下成為平行光，故可有效地將光傳遞至外部。 又，於光進入光纖之情形時，構成為由第二透鏡63再次聚 光，且光於焦點處進入光纖芯，藉此可有效地傳遞光。再 者’上述例中係構成為可使用反射面62而使光於與光電元 件3之第一面3A平行之方向入射或出射，但於垂直於光電 元件3之第一面3A而配置光纖之情形時，亦可不設置反射 面62。 透明構件6中，於接觸於基板2之區域設置有金屬凸塊 6b(第三凸塊）。於基板2之與透明構件6接觸之位置、且與 金屬凸塊6b對應之位置處設置有金屬焊塾2b(第四焊塾）（亦 可於透明構件6側設置金屬焊墊（第三焊墊），於基板側設置 金屬凸塊（第四凸塊））。相互對向之金屬凸塊6b與金屬焊墊 2b藉由超音波式安裝法或熱壓接法等而固著，藉此可牢固 且咼位置精度地將透明構件6固定於基板2。作為金屬凸塊 6b與金屬焊墊2b之材質，較好的是金或焊料。 再者’金屬凸塊6b較好的是形成於與包含第一透鏡61、 反射面62、及第二透鏡63之光學部不同之區域。藉此，藉 由超音波式安裝法或熱壓接法等而將透明構件6固著於基 板2時所產生之熱不會傳遞至光學部而帶來變形等之不良 影響。 <製造方法> 圖3至圖6係對本發明之光模組之製造方法之實施形態進 153122.doc 201137424 行說明的圖’圖3係自與活性層3 1為相反側之面（第二面 3B)觀察光電元件3之平面圖，圖4係基板2之俯視圖，圖5 係將光電元件3固定於基板2上之狀態之平面圖，圖6係將 控制電路4配置於基板2上之狀態之平面圖。 首先，如圖3、圖4所示，於基板2上形成金屬焊墊23(第 二焊墊）、金屬焊墊2b(第四焊墊），於光電元件3之上形成 金屬凸塊3a(第一凸塊）。於形成金屬焊墊23、金屬焊墊2b 時，以基板2上所設置之對準標記2C作為基準位置，規定 金屬焊墊2a、金屬焊墊几之位置。再者，設置金屬凸塊 3a、金屬凸塊6b與金屬焊墊2a、金屬焊墊“之位置如圖3 或圖4所示，既可設置於4角，亦可以根據光電元件3或透 明構件6之大小而僅形成於丨處，或於相對向之2邊延伸、 進而於4邊延伸之方式而形成。亦可於基板2側形成金屬凸 塊（第二凸塊、第四凸塊），於光電元件側3設置金屬焊墊 (第一焊墊）。 其次，如圖5所示使用基板2上之對準標記2c作為基準位 置，將光電元件3配置於基板2上，將金屬凸塊“與金屬焊 墊2a連接，而將光電元件3固定於基板2上。接下來，如圖 6所^示將控制電路4固定於基板2上，控制電路4並非構成要 求高度之位置精度之光學路徑，因此控制電路4之向基板2 之固定可為利用凸塊之固定 固定。本實施形態中係利用 電路4固定於基板2上之後， 將控制基板4與光電元件3之 、利用黏接劑之固定等任一種 黏接劑而加以固定。於將控制 藉由打線接合，使用導線5而 電極32電性連接。 153122.doc 201137424 其次，如圖2所示以對準標記以作為基準位置而將形成 有金屬凸塊6b(第三凸塊）之透明構件6配置於基板2上。此 時，由於透明構件6整體透明，故可隔著透明構件6而目測 對準標記2c，因此可精度良好地配置透明構件6 ^ 根據如上所述之步驟，由於可直接確認透明構件6與光 ' 電元件3之位置關係，故亦可不一面對光電元件3通電而確 認光學路徑LI、L2是否確立，一面配置透明構件6。即， 業已將基板2上之對準標記2c作為共通之基準位置而決定 光電元件3與透明構件6之位置，故若將透明構件6相對於 基板2而配置於特定之位置，則可精度良好地配置光電元 件3之活性層31與透明構件6之第一透鏡61、反射面“、及 第二透鏡63，從而可確實地確立光學路徑U、L2。根據此 種方法，與一面使光電元件3之活性層31發光一面確認光 學路徑是否確立，並一面配置透明構件6之方法相比，可 簡單且精度良好地決定光電元件3與透明構件6與之相對位 置。 又，於金屬凸塊6b包含金（Au)，金屬焊墊孔亦包含金 (Au)之情形時，可藉由超音波式安裝法而將透明構件6固 定於基板2上。根據超音波式安裝法’可不直接加熱透明 構件6或基板2而將透明構件6與基板2接合，故可避免透明 構件6因熱而產生損傷。透明構件6使用樹脂，樹脂有時會 因熱導致變形或光透過率下降，故若藉由金而形成金屬凸 塊6b與金屬焊墊2b並使用超音波式安裝法’則透明構件6 不會被直接加熱，故而較佳。根據該形態，可將透明構件 153122.doc •13· 201137424 6於短時間内精度良好地配置於基板2。又，亦無於固著過 程中透明構件6相對於基板2而偏移之虞。 另一方面，於金屬凸塊6b或金屬焊墊沘之至少一者包含 焊料之情形時，可藉由熱壓接法而將透明構件6固定於基 板2上。根據熱壓接法，由於金屬凸塊讣或金屬焊墊几之 材料使用焊料代替金，故而可將成本抑制得較低。該情形 時，如上述般存在因焊接步驟之加熱而導致透明構件6之 透過率下降之虞，故透明構件6較好的是使用即便加熱至 焊料之融點以上亦不變形、且可維持透過率之樹脂。 作為此種樹脂，較好的是TERAUNK(註冊商標：住友電 工超效能高分子股份有限公司製造)(參照日本專利特開 2008 88303號公報）。該樹脂係選自由透明聚醯胺、環狀聚 烯煙、氟樹脂、㈣旨、丙稀、聚石炭酸醋以及離子聚合物樹 脂組成之群中之丨種或2種以上之交聯性之熱塑性樹脂。該 樹脂即便於26(TCm槽中放£1分鐘亦不變形，即便變 形亦可維持其形狀。進而，該樹脂即便於較共晶焊料之融 點（183t)更高之溫度200t保持1〇分鐘，厚心_之波長 卿〜膽⑽之範圍之平均透過率亦為60%以上。因此， 該樹脂即便於焊接步驟中叙透過率亦不會下降，即便金 屬凸塊6b與金屬焊塾2b之至少—者使用焊料，亦不會使光 模組之性能極端劣化’故而較佳。藉由金或焊料之哪一者 而形成金屬凸塊6b、金屬焊㈣，可結合目標光模組之規 格而加以選擇。 可結合 關於金屬凸塊3a、金屬焊墊以亦與上述同樣地 153I22.doc 201137424 目標光模組之規格而w + 金或焊料形成。若光電元件3係容 易受熱之影響之元件，則若金屬凸塊3a與金屬焊塾2a使用 '則可實現精度較尚之光模組，若光電元件3係難以受熱 之如響之凡件，則金屬凸塊3a與金屬焊墊2a之至少一者使 用焊料，可以低成本提供光模組。 <變形例> 第-實施形態中，構成為於平面狀之基板2上配置透明 冓牛之托架，但亦可如圖7所示，構成為使透明構件8 為平板狀，且於與基板2之間配置框體7。該情形時，框體 7上所設置之第四焊墊7b與透明構件8上所設置之第三凸塊 連接’透明構件6經由框體7而固定於基板2。自於框體7不 #求透明’故無需為透明之樹脂。又，可使用黏接劑等而 將框體7固定於基板2上，亦可將框體7與基板2—體地形 成。 根據此種變形例之光模組，可使藉由射出成形而形成之 透明構件6之形狀簡單’使得透明構件6之絲時之良率提 局。 產業上之可利用性 本發明可用於LSI等之信號處理裝置間之連接、或信號 處理裝置與路由器等之外部介面之連接。 【圖式簡單說明】 圖1係本發明之光模組之實施形態·之剖面圖。 圖2係本發明之光模組之實施形態之俯視圖。 圖3係自與活性層為相反側之面（第二面）觀察光電元件 153122.doc •15- 201137424 之平面圖。 圖4係基板之俯視圖。 圖5係將光電元件固定於基板上之狀態之平面圖 圖6係將控制電路配置於基板上之狀態之平面圖 圖7係本發明之光模組之變形例之剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 光模組 2 基板 2a 金屬焊墊 2b 金屬焊墊（第四焊墊） 2c 對準標記 3 光電元件 3a 金屬凸塊（第一凸塊） 3A 第一面 3B 第二面 4 控制電路 5 導線 6 ' 8 透明構件 6b 金屬凸塊（第三凸塊） 7 框體 7b 第四焊塾 31 活性層 32 電極 61 第一透鏡 153122.doc -16- 201137424 62 63 LI、L2 反射面 第二透鏡 光學路徑 153122.doc -17-

Claims (1)

  1. 201137424 七、申請專利範園： 1. 一種光模組，其包括： 基板；及 光電元件，其具有第一面及與上述第一面為相反側之 - 第二面，於上述第一面設置有活性層，且於上述第二面 .設置有第一凸塊或第一焊塾； 上述光電元件係經由上述第一凸塊或第—焊墊而固定 於上述基板上。 2. 如請求項1之光模組，其中上述第一凸塊或第一焊墊係 以金形成，且於上述基板之與上述第一凸塊或第一焊墊 分別對應之位置上設置有金之第二焊墊或第二凸塊。 3. 如請求項1或2之光模組，其中進而包括覆蓋上述光電元 件而固定於上述基板上之透明構件； 上述透明構件於與上述光電元件之活性層對向之位置 上具備光學部，於與上述基板接觸之位置上設有第三凸 塊或第三焊墊，且上述透明構件係經由上述第三凸塊或 第三焊墊而固定於上述基板上。 4·如請求項3之光模組，其中上述第三凸塊或第三焊墊係 以金形成，且於上述基板之與上述第三凸塊或第三焊墊 分別對應之位置上設置有金之第四焊墊或第四凸塊。 5.如請求項3之光模組，其中上述第三凸塊或第三焊墊係 以焊料形成’且上述透明構件係包含以2〇(TC保持了 1〇 分鐘時的厚度為2 mm之波長600〜1〇〇〇 nm之範圍之平均 透過率為60%以上的熱塑性樹脂。 153122.doc 201137424 6.如請求項!至5中任一項之光模組，其中進而包括控制電 路，其係控制上述基板上所設置之上述光電元件； 上述控制電路與上述光電元件係藉由線接合而電性連 接。 7. 種光模組之製造方法，其包含如下步驟： 於包含設置有活性層之第一面及與上述第一面為相反 側之第二面之光電元件之第二面，形成第一凸塊或第一 焊墊；及 經由上述第一凸塊或第一焊墊而將上述光電元件固定 於上述基板上。 8.如請求項7之光模組之製造方法，其中進而包含如下步 驟： 將控制上述光電元件之控制電路設置於上述基板上；及 將上述控制電路與上述光電元件藉由線接合而電性連 接。 9·如請求項7或8之光模組之製造方法，其中進而包含將具 備光學部之透明構件以覆蓋上述光電元件之方式固定於 上述基板上之步驟； 且於將上述光電元件固定於上述基板上之步驟中，兩 者之定位係使用上述基板上之對準標記，於將透明構件 固定於上述基板上之步驟中，係使用上述對準標記，以 上述光學部位於與上述活性層對向之位置之方式而將上 述透明構件配置於上述基板上。 153122.doc
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