JP2003043309A

JP2003043309A - 光部品実装用基板及びその製造方法並びに光モジュール

Info

Publication number: JP2003043309A
Application number: JP2001228778A
Authority: JP
Inventors: Shirou Sakujima; 史朗作島
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】高速用途に適した光部品実装用基板とその製
造方法を提供し、さらに、これにより高機能化された光
モジュールをも提供すること。【解決手段】光半導体素子２２及び光半導体素子２２
に光結合させる光学素子２１を配設するためのサブ基板
１１と、サブ基板１１の下に配設されサブ基板１１より
も誘電率が小さく且つサブ基板１１より広いベース基板
１２とを備えるとともに、サブ基板１１に光半導体素子
２２に通電するための導体パターン１６がサブ基板１１
上及びベース基板１２上に連続して形成されていること
を特徴とする光部品実装用基板とし、この光部品実装用
基板上に。光半導体素子２２、光半導体素子２２に光結
合させる光学素子２１、及び電子部品２３等を配設した
光モジュールとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ファイバ
通信や光インターコネクションといった光伝送に用いら
れる光部品実装用基板及びその製造方法並びに光モジュ
ールに関する。

【０００２】

【従来技術とその課題】近年、光通信システムの大容量
化及び多機能化が求められており、それに従って、光モ
ジュールの小型化、集積化及び低コスト化が要望されて
いる。

【０００３】なかでも光モジュールの組立コストを削減
する目的で、同一基板上に光ファイバやレンズなどの光
学素子、及び光半導体素子などの光部品を実装する技
術、いわゆる光ハイブリッド実装技術が注目されてい
る。

【０００４】ＫＯＨ水溶液やＴＭＡＨ（水酸化テトラメ
チルアンモニウム）水溶液などを用いた異方性エッチン
グにより、シリコン基板にＶ溝が高精度に作製される。
そして、例えばミラー指数表記で（１１１）面及びそれ
と等価な面、もしくは（１１１）面と（１００）面等で
形成されたＶ溝に光学素子を配設することで、この同一
シリコン基板上の導体パターンに実装された光半導体素
子などとの光結合を容易にすることができる。

【０００５】近年、こうした光モジュールの高速化の要
求にともない、光モジュールにも集積化が求められてき
ており、一つのパッケージの中に光半導体素子の駆動回
路や複数の電子部品を内蔵させることが要求されてい
る。

【０００６】図４（ａ），（ｂ）はこの一例を略図にて
説明するものである。ここで、Ｓはサブアセンブリであ
り、シリコン基板４１上に、ボールレンズ４２、発光素
子４３、モニター用受光素子４４を搭載したセラミック
キャリア４５が、Ｖ溝４６やメタライズパターン４７、
段差面４８などを利用し搭載されて構成されている。

【０００７】このサブアセンブリＳは電気回路基板Ｃ上
に実装される。電気回路基板Ｃは、シリコンよりも高周
波特性に優れたアルミナなどのセラミック基板や石英基
板などの基板４９を用い、この上に電気配線５０を形成
し、図示していない駆動用素子および各種電子部品５
１、５２が搭載されている。

【０００８】また、サブアセンブリ基板Ｓと電子回路基
板Ｃとは、ボンディングワイヤー５３等を用いたボンデ
ィング手法を用い電気的な接続を取る構成としている。
そして、光学素子の実装基板として加工精度に優れたシ
リコン基板４１の利点と、高周波特性面で有利なセラミ
ック基板や石英基板などの基板４９の利点とを融合させ
る構成としている。

【０００９】しかしながら、サブアセンブリ基板Ｓと電
気回路基板Ｃとの電気的接続を取るためのボンディング
ワイヤー５３は、高速動作が要求される光モジュールで
は、電気的な損失を大きくする問題があり、取り除くこ
とが求められている。また、このように２種類の基板を
別々に作製することは、実装工程が煩雑になるなど問題
がある。

【００１０】そこで本発明では、上述の諸問題を解消し
高速用途に適した光部品実装用基板とその製造方法を提
供し、さらに、これにより高機能化された光モジュール
をも提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の光部品実装用基板は、光半導体素子及び該
光半導体素子に光結合させる光学素子を配設するための
サブ基板と、該サブ基板の下面に配設されサブ基板より
も誘電率が小さく且つサブ基板より広いベース基板とを
備えるとともに、前記光半導体素子へ通電するための導
体パターンが前記サブ基板から前記ベース基板へ連続し
て形成されていることを特徴とする。

【００１２】また特に、前記サブ基板の上面に設ける光
学素子配設用の溝と、前記サブ基板の外周部に設ける導
体パターン配設用の斜面とが、それぞれ異方性エッチン
グにより形成されていることを特徴とする。

【００１３】本発明の光モジュールは、上記いずれかの
光部品実装用基板において、前記サブ基板の上面に光半
導体素子及び該光半導体素子に光結合させる光学素子を
配設するとともに、前記ベース基板に前記光半導体素子
を駆動するための電子部品を前記導体パターンに接続さ
せた状態で配設したことを特徴とする。

【００１４】本発明の光部品実装用基板の製造方法は、
誘電率の異なる２枚の基板を接合させた状態で、誘電率
の大きい基板の一部を異方性エッチングにより除去し
て、誘電率の小さいベース基板上に、外周部に導体パタ
ーン配設用の斜面が形成され且つ上面に光学素子配設用
の溝が形成されたサブ基板を配置する工程と、前記ベー
ス基板から前記サブ基板の斜面を経て前記サブ基板の所
定箇所に至る領域に、前記光半導体素子に通電するため
の導体パターンを形成する工程と、を含むことを特徴と
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て模式的に図示した図面に基づき詳細に説明する。

【００１６】図１（ａ）に本発明に係る光部品実装用基
板の平面図を、（ｂ）に（ａ）のＡ−Ａ線端面図を示
す。

【００１７】本発明の光部品実装用基板は、半導体レー
ザーやフォトダイオード等の光半導体素子及びこれに光
結合させる光ファイバやレンズ等の光学素子を配設する
ためのサブ基板１１と、この下面に配設されサブ基板１
１よりも誘電率（誘電損失）が小さく、しかもサブ基板
１１より広いベース基板１２とを備える。そして、サブ
基板１１に光半導体素子に通電するための電気配線１６
や薄膜抵抗体１７などの導体パターンがサブ基板１１か
らベース基板１２へに連続して形成されている。

【００１８】特に、サブ基板１１の上面に設ける光学素
子配設用の溝１３と、サブ基板１１の外周部に設ける導
体パターン配設用の斜面１５とが、共に異方性エッチン
グにより高精度に形成されている。

【００１９】具体的には、ミラー指数表記で（１００）
の面方位をもつ異方性エッチングが可能な例えば単結晶
シリコン等から成るサブ基板１１が、これよりも高周波
特性に優れた（誘電率や誘電損失が小さい）材料（例え
ば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ
３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ））を用いベース基
板１２と接着されている。なお、この接着は接着材を用
いずに熱処理による直接的な接着（ダイレクトボンディ
ング）でもよいし、接着材を用いてもよい。

【００２０】また、サブ基板１１には光ファイバやレン
ズ等の光学素子を実装するために、アルカリ水溶液によ
る異方性エッチングで形成された（１１１）面に等価な
面（｛１１１｝面）とベース基板１２の表面とで囲まれ
た断面台形状のＶ溝１３が形成されており、その先端に
は光路を妨げない目的で形成されたＶ溝の一部を削りと
った段差１４が設けられている。

【００２１】また、サブ基板１１は、これに貼り合わさ
れているベース基板１２の表面が露出されるように、同
じく異方性エッチングによりサブ基板１１の一部が除去
されており、その境界においては、（１１１）面の結晶
方位をもつ斜面１５が形成されている。この基板表面に
は電極配線が形成されており、特にサブ基板１からベー
ス基板１２へ斜面１５を介して連続的に形成されてい
る。

【００２２】電極配線１６には、光半導体素子である発
光素子を実装した際の高速動作時における特性を安定化
させる目的で終端抵抗としての薄膜抵抗体１７が形成さ
れており、また光半導体素子を実装するためのはんだ層
１８も形成されている。ここで、電極配線１６には、下
層／上層で、Ｔｉ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｐ
ｄ／Ａｕ，Ｃｒ／Ａｕ，及びＣｒ／Ｎｉ／Ａｕのいずれ
かが使用可能であり、薄膜抵抗体１７はＮｉ−Ｃｒ合金
やＴａ２Ｎ等が使用可能であり、さらに、はんだ層１８
はＡｕ−Ｓｎはんだ、Ｐｄ−Ｓｎはんだが使用可能であ
る。

【００２３】かくして、サブ基板１１とこれより高周波
特性に優れたベース基板１２を貼り合わせ、かつワイヤ
ーボンディングを省略するために、サブ基板１１とベー
ス基板１２との境界に傾斜した斜面１５を有する構造に
することにより、光部品の実装精度が良好でかつ高周波
特性に優れた光部品実装用基板を提供することが可能と
なる。

【００２４】図２（ａ）に本発明に係る光モジュールの
平面図を、（ｂ）に（ａ）のＡ−Ａ線端面図を示す。

【００２５】本発明の光モジュールは、前述した光部品
実装用基板において、サブ基板１１上に光半導体素子及
びこれに光結合させる光学素子を配設し、ベース基板１
２に光半導体素子を駆動するための電子部品を導体パタ
ーンに接続させた状態で配設したことを特徴とする。具
体的には、図１に示したサブ基板１１のＶ溝１３には光
学素子であるボールレンズ２１が、はんだ層１８の上に
は光半導体素子である発光素子２２がそれぞれ搭載され
ることで、光結合が高精度に実現されている。また、ベ
ース基板１２にはコンデンサー２３やコイル２４などの
電子部品が搭載されており、光半導体素子２２を駆動す
るための電気回路が形成されている。また、発光素子２
２のモニター用の受光素子２５が実装された例えばアル
ミナから成るセラミックキャリア２６が基板１２上に搭
載されている。

【００２６】かくして、このような光モジュールの構成
によれば、ワイヤーボンディングでの電気的な損失がな
く、高周波特性に優れた光モジュールの提供を可能とす
る。

【００２７】次に、図３に基づいて本発明に係る光部品
実装用基板の作製方法の具体例について説明する。

【００２８】本発明では、誘電率の異なる２枚の基板３
１，３２を接合させた状態で誘電率の大きい基板３１の
一部を異方性エッチングにより除去して、誘電率の小さ
いベース基板３２上に、外周部に斜面３４が形成され内
部に溝３３が形成されたサブ基板３１を配置する工程
と、ベース基板３２からサブ基板３１の斜面３４を経て
サブ基板３１の所定箇所に至る領域に、光半導体素子に
通電するための導体パターン３７，３５，３６等を形成
する工程と、を含む。

【００２９】具体的には、まず、図（ａ１），（ａ２）
に示すように、サブ基板であり放熱性に優れた単結晶の
シリコン基板３１（厚み０．１〜１．０ｍｍ）とベース
基板でありシリコン基板との貼り合わせを好適に実現で
き（シリコン基板３１とのダイレクトボンディングの際
の高温に耐え）、異方性エッチングの耐性に優れた石英
基板３２（厚み０．３〜１．０ｍｍ）をウエハーレベル
で貼り合わせる。

【００３０】そして、図（ｂ１），（ｂ２）に示すよう
に、シリコン基板３１の表面をＫＯＨ水溶液などのアル
カリ水溶液を用いた異方性エッチングにより、シリコン
基板３１をエッチング加工することにより、Ｖ溝３３と
斜面３４が形成される。

【００３１】このとき貼り合わせたシリコン基板３１の
厚みをあらかじめ設定しておくことにより、Ｖ溝３３の
深さをシリコン基板３１の厚みと等しくすることができ
る。石英のＫＯＨのエッチングレートはシリコンに比べ
かなり小さいため、このような構成とすることで、シリ
コン基板３１のエッチングは石英基板３２の表面でエッ
チングを停止させることができ、Ｖ溝３３の深さをこの
シリコン基板３１の厚みと同じに設計できる。この場
合、Ｖ溝３３の形成においては幅方向のみを管理するだ
けで良くなるため、幅方向／深さ方向ともに設計値通り
の高精度なＶ溝３３の形成が可能となるという利点があ
る。

【００３２】このように、幅／深さともに精度のよいＶ
溝３３を提供することは、光学素子のアセンブリ時の工
程管理において極めて有利である。また、この高さは同
時に石英基板３２に搭載されるセラミックキャリアに搭
載されたモニター用の受光素子の高さ精度をも規定す
る。従来のシリコンのエッチングで形成した段差のバラ
ツキや平坦性に比べ、基板厚みのバラツキおよび石英基
板の平坦性を利用できるため、キャリア搭載の精度をよ
り高めることも可能となる利点も持たせることが可能と
なる。

【００３３】次に、図（ｃ１），（ｃ２）に示すよう
に、シリコン基板３１と石英基板３２の表面に薄膜抵抗
体３５（抵抗値５〜５０Ω）やはんだ膜３６（厚み２．
０〜１０μｍ）、電極配線３７（厚み０．３〜２．０μ
ｍ）を含む導体パターンを一括で形成し、図（ｄ１），
（ｄ２）に示すように、光路確保用の段差３８をシリコ
ン基板３１の一辺をダイシングソーなどで形成し、同じ
くダイシングソーでチップに分断することで本発明の光
部品実装用基板が完成する。

【００３４】このような作製工程をとることによりシリ
コン基板３１上の石英基板３２に段差が存在するものの
同時プロセスで形成することが可能となり、かつウエハ
単位にて多数個同時に１度のプロセスで一括作製するこ
とができ、工程が削減できるという利点を有する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光部品実
装用基板によれば、光半導体素子及び該光半導体素子に
光結合させる光学素子を配設するためのサブ基板と、該
サブ基板の下に配設されサブ基板よりも誘電率が小さく
且つサブ基板より広いベース基板とを備えるとともに、
前記サブ基板に前記光半導体素子へ通電するための導体
パターンが前記サブ基板上及び前記ベース基板上に連続
して形成されているので、サブ基板の利点と高周波特性
を満足しつつ、ワイヤーボンディングによる接続を極力
排除することにより、高周波特性に優れた光部品実装用
基板、及び電気的な損失の小さい優れた光モジュールを
提供することが可能となる。

【００３６】さらに、本発明の光部品実装用基板の製造
方法は、誘電率の異なる２枚の基板を接合させた状態で
誘電率の大きい基板の一部を異方性エッチングにより除
去して、誘電率の小さいベース基板上に、外周部に斜面
が形成され内部に溝が形成されたサブ基板を配置する工
程と、前記ベース基板から前記サブ基板の斜面を経て前
記サブ基板の所定箇所に至る領域に、前記光半導体素子
に通電するための導体パターンを形成する工程と、を含
むので、ウエハレベルで光部品実装用基板を一括して作
製することが可能となり、かつ高精度なＶ溝や段差等を
有する複雑な光部品実装用基板を迅速かつ高精度に提供
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明に係る光部品実装用基板の実施
形態を模式的に説明するための平面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線端面図である。

【図２】（ａ）は本発明に係る光モジュールの実施形態
を模式的に説明するための平面図であり、（ｂ）は
（ａ）のＡ−Ａ線端面図である。

【図３】本発明に係る光部品実装用基板の作製方法の実
施形態を模式的に説明するための図であり、（ａ１）〜
（ｄ１）は平面図、（ａ２）〜（ｄ２）は（ａ１）〜
（ｄ１）のＡ−Ａ線端面図である。

【図４】（ａ）は従来の光モジュールの実施形態を模式
的に説明するための平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ線端面図である。

【符号の説明】

１１、３１：サブ基板１２、３２：ベース基板１３、３３：Ｖ溝１４、３８：光路確保用段差１５、３４：斜面１６、３７：電気配線１７、３５：薄膜抵抗１８、３６：はんだ膜２１：ボールレンズ２２：発光素子２３、２４：電子部品２５：モニター用受光素子２６：セラミックキャリア

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光半導体素子及び該光半導体素子に光結
合させる光学素子を配設するためのサブ基板と、該サブ
基板の下面に配設されサブ基板よりも誘電率が小さく且
つサブ基板より広いベース基板とを備えるとともに、前
記光半導体素子へ通電するための導体パターンが前記サ
ブ基板から前記ベース基板へ連続して形成されているこ
とを特徴とする光部品実装用基板。
【請求項２】前記サブ基板の上面に設ける光学素子配
設用の溝と、前記サブ基板の外周部に設ける導体パター
ン配設用の斜面とが、それぞれ異方性エッチングにより
形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光部
品実装用基板。
【請求項３】請求項１または２に記載の光部品実装用
基板において、前記サブ基板の上面に光半導体素子及び
該光半導体素子に光結合させる光学素子を配設するとと
もに、前記ベース基板に前記光半導体素子を駆動するた
めの電子部品を前記導体パターンに接続させた状態で配
設したことを特徴とする光モジュール。
【請求項４】請求項２に記載の光部品実装用基板の製
造方法であって、誘電率の異なる２枚の基板を接合させ
た状態で、誘電率の大きい基板の一部を異方性エッチン
グにより除去して、誘電率の小さいベース基板上に、外
周部に導体パターン配設用の斜面が形成され且つ上面に
光学素子配設用の溝が形成されたサブ基板を配置する工
程と、前記ベース基板から前記サブ基板の斜面を経て前
記サブ基板の所定箇所に至る領域に、前記光半導体素子
に通電するための導体パターンを形成する工程と、を含
むことを特徴とする光部品実装用基板の製造方法。