(57)【要約】      （修正有）【課題】光モジュールにおいて、光素子に対するダメージを低減し、かつ、良好な接合強度を実現する光モジュールおよびその製造方法を提供する。【解決手段】光モジュールは、第１基板３と、電気信号を光信号に変換する、または、光信号を電気信号に変換する光素子１と、第１基板３と光素子１とを接続する金属電極２と、を有する。金属電極２は、光素子１に接合された台座部２２と、第１基板３に接合された突起部２１と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
電気信号を光信号に変換する、または、光信号を電気信号に変換する光素子と、
前記第１基板と前記光素子とを接続する金属電極と、を有し、
前記金属電極は、
前記光素子に接合された台座部と、
前記第１基板に接合された突起部と、を備える、
光モジュール。
【請求項２】
前記台座部は、大きさの異なる結晶粒を含み、
前記台座部の中心部分に配置される第１結晶粒は、前記台座部の外側部分に配置される第２結晶粒よりも小さい、
請求項１に記載の光モジュール。
【請求項３】
前記突起部は、前記台座部の外側部分に配置される第１結晶粒よりも小さい第２結晶粒のみを含む、
請求項１または２に記載の光モジュール。
【請求項４】
前記台座部の体積に対する前記突起部の体積の比率は、８０％以上１２０％以下である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項５】
前記第１結晶粒の平均粒径は、０．０１〜１μｍであり、
前記第２結晶粒の平均粒径は、１〜５μｍである、
請求項２または３に記載の光モジュール。
【請求項６】
前記第２結晶粒の体積に対する前記第１結晶粒の体積の比率は、１〜３倍である、
請求項２から５のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項７】
前記台座部に含まれる前記第１結晶粒および前記第２結晶粒は、前記台座部の中心軸を基準として対称に分布している、
請求項２から６のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項８】
前記第１基板は、前記光素子と、該光素子とは別の光素子とを光学的に接続する光導波路を備える、
請求項１から７のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項９】
前記第１基板と接合された第２基板と、
前記第２基板に設けられ、信号処理を行う信号処理基板と、をさらに有し、
前記信号処理基板は、前記第１基板および前記第２基板と電気的に接続されている、
請求項１から８のいずれか１項に記載の光モジュール。
【請求項１０】
金属ボールを光素子に押圧し、超音波を印加することにより、突起部および台座部を有する金属電極を形成するとともに、前記台座部と前記光素子とを接合する工程と、
前記突起部を基板に押圧し、超音波を印加することにより、前記突起部と前記基板とを接合する工程と、を含む、
光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気信号を光信号に変換して発光する光モジュール（発光側光モジュールともいう）や、受光した光信号を電気信号に変換する光モジュール（受光側光モジュールともいう）が知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ワイヤーボンディング接続による発光側光モジュールが開示されている。ここで、特許文献１の光モジュールの構成について、図７を用いて説明する。図７は、特許文献１の光モジュールの断面図である。
【０００４】
図７に示すように、第１基板４０の表面には、凹段部４５が形成されている。凹段部４５は、発光素子４１のバンプ４２の近傍から斜め下方向に傾斜する傾斜面４３と、この傾斜面４３の下端から水平となる水平面４４とからなる。
【０００５】
そして、発光素子４１のバンプ４２に接続されたメタル回路（銅や金スパッタによるパターニング回路）４６は、傾斜面４３および水平面４４に沿って形成されている。これにより、凹段部４５の水平面４４には、信号処理部４７の発光素子４１側のランド４８の方向に低くなった、発光素子４１側のランド４９が形成される。
【０００６】
また、発光素子４１側のランド４９と、信号処理部４７の発光素子４１側のランド４８とは、ループ状のワイヤーボンディング５０で電気的に接続されている。
【０００７】
さらに、信号処理部４７のコネクタ５１側のランド５２と、第２基板５３の表面のコネクタ５１のランド５４とは、ループ状のワイヤーボンディング５５で電気的に接続されている。
【０００８】
そして、コネクタ５１のランド５４は、第２基板５３の貫通穴配線５６を介してコネクタ５１に電気的に接続されている。
【０００９】
図７に示した光モジュールでは、第１基板４０に形成した凹段部４５により発光素子４１側のランド４９を低くしている。これにより、信号処理部４７の発光素子４１側のランド４８との高低差５７が少なくなる。その結果、ワイヤーボンディング５０の長さを短くできるので、高周波信号の劣化を抑えることができ、高速伝送が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開第５６５４３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、例えば８Ｋ映像またはデータセンターの分野において、上述したような光モジュールを用いて大容量のデータを高速で伝送するための技術開発が進んでいる。
【００１２】
上記高速のデータ伝送では例えば５０Ｇｂｓ以上が必要とされているが、その速度でデータの伝送を行った場合、光を電気に変換する役割を担っている光素子の内部層の構成が変化する。具体的には、ノイズなどの問題から非常に脆い層（以下、脆弱層という）の厚みが増加し、光素子を構成する層が脆弱化する。
【００１３】
また、データ伝送の高速化および高周波化に伴い、光素子では、伝送特性を向上させるために、ヒ化ガリウム（ＧａＡＳ）の基材が使用されることが多くなっている。しかし、その基材は、シリコンのような基材と接合されると、光モジュールの動作時に熱の影響で発生する応力に耐えることができず、機械的強度を保持できないという課題がある。
【００１４】
さらには、上述した光モジュールを用いて１０Ｇｂｓ以上のデータ伝送を行う場合、上述した光素子の脆弱層の厚みが増すことになる。よって、従来一般的に用いられている金属間を強固に接合できる超音波接合工法などでは光素子にダメージを与えてしまい、良好な接合を実現することが困難である。
【００１５】
本開示の一態様の目的は、光素子に対するダメージを低減し、かつ、良好な接合強度を実現できる光モジュールおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本開示の一態様に係る光モジュールは、第１基板と、電気信号を光信号に変換する、または、光信号を電気信号に変換する光素子と、前記第１基板と前記光素子とを接続する金属電極と、を有し、前記金属電極は、前記光素子に接合された台座部と、前記第１基板に接合された突起部と、を備える。
【００１７】
本開示の一態様に係る光モジュールの製造方法は、金属ボールを光素子に押圧し、超音波を印加することにより、突起部および台座部を有する金属電極を形成するとともに、前記台座部と前記光素子とを接合する工程と、前記突起部を基板に押圧し、超音波を印加することにより、前記突起部と前記基板とを接合する工程と、を含む。
【発明の効果】
【００１８】
本開示によれば、光モジュールにおいて、光素子に対するダメージを低減し、かつ、良好な接合強度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本開示の実施の形態に係る光モジュールの構成を示す断面図
【図２】本開示の実施の形態に係る光素子、金属電極、および第１基板の拡大断面図
【図３】従来構造に係る光素子、金属電極、および第１基板の拡大断面図
【図４Ａ】従来構造に係る光素子を実装する前のスタッドバンプ工法時を示す断面図
【図４Ｂ】従来構造に係る超音波接合による光素子の実装時を示す断面図
【図４Ｃ】従来構造に係る超音波接合時における金属電極の変形および応力の集中部を示す図
【図５Ａ】従来構造に係る金属電極を形成したときの金属電極内の結晶粒を模式的に示す断面図
【図５Ｂ】従来構造に係る光素子のフリップチップ実装時の金属電極内の結晶粒を模式的に示す断面図である。
【図６Ａ】本開示の実施の形態に係る金属電極を形成したときの金属電極内の結晶粒を模式的に示す断面図
【図６Ｂ】本開示の実施の形態に係る金属電極を第１基板に押し付ける前の状態における結晶粒を模式的に示す断面図
【図６Ｃ】本開示の実施の形態に係る金属電極を第１基板に押し付け、超音波を印加しているときの結晶粒を模式的に示す断面図
【図７】特許文献１の光モジュールの構成を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する構成要素については同一の符号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００２１】
＜全体構造＞
本実施の形態に係る光モジュール１００の構成について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る光モジュール１００の構成を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、光モジュール１００は、光素子１、金属電極２、第１基板３、封止樹脂４、接合材５、第２基板６、信号処理基板７、金ワイヤー８、９、光ファイバー１０、光導波路３２、金属パターン電極７１、７２等を有する。
【００２３】
光素子１は、第１基板３に実装されている。光素子１は、電気信号を光信号に変換する、または、光信号を電気信号に変換する。光素子１は、第１基板３に形成された光導波路３２と、その光導波路３２に接続された光ファイバー１０とを介して、図示しない他の光モジュールと光学的に結合している。
【００２４】
光モジュール１００は、受光側として用いられてもよいし、発光側として用いられてもよい。受光側と発光側のどちらであってもモジュールの構成は同一であるため、以下では、光モジュール１００が受光側である場合を例に挙げて説明する。
【００２５】
光素子１および第１基板３は、実装時に熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、十分な剛性が必要とされる。そのため、光素子１と第１基板３とは、金属電極２により金属接合されている。また、光素子１と第１基板３との間に封止樹脂４を設けることにより、光素子１および第１基板３は、光モジュール１００の動作時の応力の変化に対して強い構造となっている。
【００２６】
第１基板３は、接合材５により第２基板６に接合されている。また、第２基板６には、信号処理を高速で行う信号処理基板７が実装されている。
【００２７】
信号処理基板７には、金属パターン電極７１、７２が設けられている。金属パターン電極７１は、金ワイヤー８を介して第１基板３と電気的に接続している。金属パターン電極７２は、金ワイヤー９を介して第２基板６と電気的に接続している。
【００２８】
また、光伝送の場合、発光側の光素子から受光側の光素子までの光結合効率が必要であるため、各光素子を高精度に実装するとともに、動作中の各光素子の位置の変動を極力抑制する必要がある。そこで、本実施の形態では、第１基板３として、実装時のパターン精度やプロセス中の基材の熱膨張の少ないシリコン（Ｓｉ）基板を用いる。
【００２９】
しかしながら、近年、光変換の高速化に伴い、光素子を構成する材料は、例えばガリヒ素（ＧａＡＳ）といった脆弱な材料を用いることが多くなっている。この材料は、シリコンに比べて、２倍ほどの熱膨張率を示すため、光素子と基板との接合を強固にする必要が出てきている。
【００３０】
そのため、光素子を基板に実装する場合、上述した事情を考慮した接合工法の確立が不可欠になっている。
【００３１】
ここで、図２を用いて、図１に示した光素子１、金属電極２、および第１基板３の詳細について説明する。図２は、図１に示した光素子１、金属電極２、および第１基板３の拡大断面図である。
【００３２】
図２に示すように、光素子１は、基板部１１、電極部１２、レンズ１５を有する。
【００３３】
電極部１２およびレンズ１５は、基板部１１の下部に設けられている。
【００３４】
レンズ１５は、光を受光する。なお、光モジュール１００が発光側である場合、レンズ１５は、光を発光する。
【００３５】
電極部１２は、層構造を有する。具体的には、図２に示すように、電極部１２は、層の接合を強固にする密着層１２１、絶縁層１２２、および金属電極層１２３を有する。
【００３６】
絶縁層１２２が設けられていることにより、光素子１は、効率的に光信号を電気信号に変換することが可能となる。
【００３７】
金属電極２は、スタッドバンプにより光素子１側に形成される。図２に示すように、金属電極２は、突起部２１および台座部２２を有する。突起部２１は、第１基板３の電極部３１と接合し、台座部２２は、電極部１２の金属電極層１２３と接合する。
【００３８】
金属電極２が形成された光素子１を第１基板３に接合する際、突起部２１が塑性変形することで良好な接合が可能となる。この接合の際、突起部２１は、押し潰されるが、完全には無くならない。よって、金属電極２では、台座部２２および突起部２１による２段形状が維持される。
【００３９】
この金属電極２では、台座部２２と突起部２１との境界を観察することができ、台座部２２のみで構成された光モジュールに比べて、突起部２１に超音波振動を印加し易くなる。よって、強固な接合力を維持することが可能となる。
【００４０】
また、光素子１と第１基板３との接合後に突起部２１が残るため、金属電極２の高さを確保することが可能となる。また、金の特性としてじん性を活かす構造を実現することができる。また、接合後の応力を緩和する構造を実現することができ、熱応力や熱の昇降が起こる環境化での変化に耐えることができる。
【００４１】
＜従来の光素子の実装構造＞
図２に示した本実施の形態の光素子１の実装構造（以下、本実施の形態の構造という）と、図３に示す従来の光素子の実装構造（以下、従来構造という）とを比較することにより、本実施の形態の構造の有効性について説明する。図３は、従来構造における光素子１、金属電極部２、および第１基板３の拡大断面図である。
【００４２】
図３に示す従来構造は、例えば、以下の工程により実現される。
【００４３】
まず、第１基板３の電極部３１上に、金（Ａｕ）の金属バンプである金属電極２を形成する。
【００４４】
次に、金属電極２に光素子１を当接させ、レンズ１５が第１基板３と接触しない高さまで金属電極２を押し潰し、金属電極２と光素子１とを接合させる。このときに用いられる接合方法としては、本実施の形態と同様に、例えば、金属間接合によって強固な接合強度を得ることが可能な、フリップチップの超音波接合が挙げられる。
【００４５】
以上の工程により、図３に示す従来構造が実現される。この従来構造では、高速伝送に耐えられるように金属配線長（配線経路の長さといってもよい）を極力短くすることが可能となり、特性を飛躍的に向上させることができる。
【００４６】
しかしながら、図３に示す従来構造では、金属電極２を塑性変形させることにより接合を行う一方で、変形代（変形量といってもよい）を大きくする。よって、金属電極２が潰れてしまい、光素子１がダメージを受け、残留応力が肥大化してしまうという問題がある。
【００４７】
＜従来構造の課題＞
図４Ａ〜図４Ｃを用いて、上述した従来構造における課題について、超音波接合のメカニズムなどを含め、さらに詳細に説明する。
【００４８】
図４Ａは、光素子１の実装前に行われるスタッドバンプ工法時を示す断面図である。
【００４９】
図４Ａに示す金属電極２は、キャピラリ１１０の穴に通された金線（図示略。以下同様）の先端部に対してのみ高電圧を印加することで金属の球体（以下、金属ボールという）を形成し、その金属ボールを第１基板３の電極部３１に押し付けることにより、形成される。
【００５０】
このようにして形成された金属電極２は、インナーチャンファー１１１の形状に応じてキャピラリ１１０内に形成された突起部２１ａと、上述した金属ボールが潰されて形成された台座部２２ａとを有する特徴的な形状となる。
【００５１】
図４Ｂは、超音波接合による光素子１の実装時を示す断面図である。
【００５２】
図４Ｂに示すように、光素子１は、第１基板３に形成された金属電極２上に配置される。このとき、光素子１は、電極部１２と突起部２１ａとが接合されるように高精度に位置決めされ、金属電極２に実装される。
【００５３】
光素子１は、金属電極２と接触した状態で超音波振動（図中の矢印ＵＳは振動の方向を示す）および荷重（図中の矢印Ｐは荷重の方向を示す）を印加されることにより、金属電極２と接合する。この超音波接合では、台座部２２ａは変形しないが、突起部２１ａは、弾性領域を超えて大きく変形し、塑性変形を起こす。これにより、金属の流動が起こると同時に、金属の拡散が進行し、電極部１２と突起部２１ａとの界面においてエネルギーが集中し、光素子１と金属電極２との接合が実現される。
【００５４】
超音波接合時時の金属電極２の応力の変化について、図４Ｃを用いて以下に説明する。図４Ｃは、シミュレーションによって求められた、超音波接合時における金属電極２の変形および応力の集中部を示す図である。
【００５５】
図４Ｃにおいて、線が密集している集中部Ｂは、変形および応力がともに大きい箇所を表している。この集中部Ｂは、図４Ａ、図４Ｂに示した突起部２１ａに発生する。また、図４Ｃに示す部分Ａは、図４Ａ、図４Ｂに示した台座部２２ａに発生する。部分Ａは、変形および応力がともに小さい部分である。
【００５６】
上述した集中部Ｂとその近辺が脆弱であると、金属電極２が応力に耐えられない。よって、光素子１は、剛性が弱い部分からダメージを受け、破壊される。このメカニズムは、金属電極２内の結晶粒をみても説明できる。
【００５７】
＜従来構造の金属電極内の結晶粒＞
図５Ａを用いて、従来構造における金属電極２内の結晶粒の分布について説明する。
【００５８】
図５Ａは、金属電極２を形成したときの金属電極２内の結晶粒を模式的に示す断面図である。
【００５９】
図５Ａにおいて、金属電極２内の複数の円は、結晶粒を示している。図５Ａに示す大小２種類の円のうち、小さい方の円は、比較的小さい（例えば、１μｍ未満の）結晶粒を示しており、大きい方の円は、比較的大きい（例えば、１μｍ以上の）結晶粒を示している。以下、前者の結晶粒を「小さい結晶粒」（第１結晶粒の一例）といい、後者の結晶粒を「大きい結晶粒」（第２結晶粒の一例）という。なお、これらの事項は、後述する図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃにも同様に当てはまるものとする。
【００６０】
金属電極２の突起部２１ａの形状は、上述したとおり、図４Ａに示したキャピラリ１１０のインナーチャンファー１１１の形状に依存する。
【００６１】
また、上述したとおり、金属ボールは、キャピラリ１１０（図４Ａ参照）の穴に通された金線の先端部に対して高電圧を印加することにより形成される。このとき、金属ボール内には、再結晶により、大きい結晶粒が形成される。
【００６２】
図５Ａは、金属ボールの上部がキャピラリ１１０のインナーチャンファー１１１内に入り込むように金属ボールを電極部３１に押圧し、超音波を印加することで形成された金属電極２内の結晶粒の分布を示している。
【００６３】
図５Ａの金属電極２が形成される際、応力が集中する部分では、結晶粒が小さく（細かく）なる。そのため、図５Ａに示すように、台座部２２ａの下方（電極部３１との界面付近）に含まれる結晶粒は、台座部２２ａにおける下方以外に含まれる結晶粒に比べて、１／１０〜１／２程度のサイズまで微細化する。また、図５Ａに示すように、突起部２１ａの上方に含まれる結晶粒は、突起部２１ａにおける上方以外に含まれる結晶粒に比べて、１／１０〜１／２程度のサイズまで微細化する。
【００６４】
次に、図５Ｂを用いて、従来構造における光素子１のフリップチップ実装時の金属電極２内の結晶粒の変化について説明する。
【００６５】
図５Ｂは、光素子１を金属電極２に押し付け、超音波を印加しているときの結晶粒を模式的に示す断面図である。
【００６６】
フリップチップ接合では、微細化した結晶粒は、流動性を有し、変形する。そのため、台座部２２ａでは、結晶粒が変形せずに残る。
【００６７】
また、台座部２２ａ内の結晶粒は、大きいまま、固く変形しにくい。そのため、光素子１側に応力が集中しやすくなり、部分Ｃでは、結晶粒が変形する。
【００６８】
また、それと同時に、光素子１側は超音波により振動しているため、部分Ｃにおいて結晶粒が微細化しながらエネルギーを吸収してしまう。そのため、部分Ｅには、比較的固く大きな結晶粒が残ってしまう。
【００６９】
また、部分Ｄにおいては、金属電極２を第１基板３に形成した際に結晶粒が小さくなるが、部分Ｅの結晶粒の大きさは変化しない。そのため、フリップチップ実装時の超音波振動では、部分Ｄの結晶粒は大きく変化しない。
【００７０】
以上のことから、部分Ｃにはフリップチップ接合時の応力が集中してしまい、光素子１の電極部１２に大きなダメージを与えてしまう。
【００７１】
＜本実施の形態の構造の金属電極内の結晶粒＞
図６Ａを用いて、本実施の形態の構造における金属電極２内の結晶粒の分布について説明する。
【００７２】
図６Ａは、金属電極２を形成したときの金属電極２内の結晶粒を模式的に示す断面図である。
【００７３】
本実施の形態では、従来と同様にスタッドバンプ工法を用いる。ただし、図６Ａに示すキャピラリ１１０内のインナーチャンファー１１１の体積は、図５Ａに示すインナーチャンファー１１１の体積よりも大きいとする。
【００７４】
本実施の形態では、キャピラリ１１０を用いて金属ボールを光素子１の電極部１２に押圧することにより、突起部２１および台座部２２を有する金属電極２が光素子１側に形成される。そして、キャピラリ１１０の穴に通された金線が引き千切られた際、図６Ａに示すように、突起部２１の上方部分には、小さい結晶粒が配置され、突起部２１の下方部分には、大きい結晶粒が配置される。
【００７５】
また、台座部２２には、金属ボールの形成時の再結晶化により、従来構造と同様に、大きい結晶粒が配置される。
【００７６】
キャピラリ１１０によって押圧された際、金属電極２の部分Ｆでは、超音波接合時の応力が集中する。その部分Ｆでは、図６Ａに示すように、結晶粒の一部が小さくなる。そして、金属電極２（台座部２２）と光素子１（電極部１２）とが接合される。
【００７７】
このとき、金属電極２は、台座部２２の体積に対する突起部２１の体積の比率が８０％以上１２０％以下となるように形成されることが好ましい。
【００７８】
従来構造では、第１基板３への接合強度（接合力といってもよい）を向上させるため、台座部２２の体積に対する突起部２１の体積の比率を８０％以下に抑えることで、部分Ｆに発生する局所応力を最大化する必要があった。また、従来構造では、接合時の突起部２１ａの変形を大きくすることで、光素子１との接合強度を向上させていたが、接合強度は向上するものの、信頼性評価では、接合時に電極部１２がダメージを受け、剥がれなどが発生してしまっていた。
【００７９】
そのため、本実施の形態では、接合時に光素子１の電極部１２に極力応力がかからない構造とすることが不可欠であった。
【００８０】
一方で、台座部２２の体積に対する突起部２１の体積の比率が８０％より小さい場合、実装ズレが大きくなり、光素子１の実装精度を悪化させてしまい、特性面において、光伝送効率が大幅に下がってしまう。また、台座部２２の厚みを２０μｍ以上確保できなくなり、応力を緩和することが困難になってしまう。
【００８１】
また、台座部２２の体積に対する突起部２１の体積の比率が１２０％以上である場合では、金属電極２の形成時に不着が起こりやすくなり、金属電極２を光素子１に接合する接合強度の確保が非常に難しくなる。
【００８２】
次に、図６Ｂ、図６Ｃを用いて、本実施の形態の構造における光素子１のフリップチップ実装時の金属電極２内の結晶粒の変化について説明する。
【００８３】
図６Ｂは、光素子１に接合された金属電極２を第１基板３に押し付ける前の状態における結晶粒を模式的に示す断面図である。図６Ｃは、光素子１に接合された金属電極２を第１基板３に押し付け、超音波を印加しているときの結晶粒を模式的に示す断面図である。
【００８４】
図６Ｂに示すように、光素子１に接合された金属電極２の突起部２１を、第１基板３の電極部３１に対向させる。そして、図６Ｃに示すように、突起部２１を電極部３１に接触させて押圧しながら、超音波印加を行う。これにより、第１基板３と金属電極２の間に、応力が集中する集中部Ｈが発生する。この集中部Ｈを起点に、金属電極２と第１基板３との接合が行われる。
【００８５】
このとき、第１基板３側では、図６Ｂに示した突起部２１内の大きい結晶粒が、超音波振動により細かく分解されながら、自由に移動する。
【００８６】
これにより、図６Ｃに示した台座部２２内の小さい結晶粒は、図５Ｂに示した従来構造における台座部２２ａ内の小さい結晶粒よりも多くなる。よって、図６Ｃに示した本実施の形態の構造では、図５Ｂに示した従来構造よりも優れた応力分散の効果を得ることができる。したがって、本実施の形態の構造では、接合力と、デバイスの信頼性における機械強度とを十分に確保できる。
【００８７】
また、図６Ｃに示すように、突起部２１内には、小さい結晶粒のみが配置される。
【００８８】
また、本実施の形態では、金属電極２を第１基板３へ接合する際に、図６Ｃに示した部分Ｇには応力が集中せず、図６Ｃに示した部分Ｈに超音波振動のエネルギーが集中する。そのため、光素子１の電極部１２にダメージを与えることなく、金属電極２と第１基板３との接合が可能となる。
【００８９】
結果的には、小さい結晶粒の平均粒径が０．０１〜１μｍであり、大きい結晶粒の平均粒径が１〜５μｍである金属電極２が形成されることが望ましい。
【００９０】
また、大きい結晶粒の体積に対する小さい結晶粒の体積の比率は、例えば１〜３倍であることが好ましい。その体積比率では、良好な接合状態を得ることが可能となる。
【００９１】
なお、大きい結晶粒の体積に対する小さい結晶粒の体積の比率が１より小さい場合、接合性を保つことができない。一方で、大きい結晶粒の体積に対する小さい結晶粒の体積の比率が３倍より大きい場合、金属電極２を形成するときに不着が多くなり、量産性に適さない金属電極２となってしまう。
【００９２】
また、本実施の形態では、台座部２２には加圧中心軸（例えば、図６Ｃに示す金属電極２の中心軸Ｉ）を中心として均一に力がかかり、台座部２２は水平方向（図６Ｃにおける左右方向）へ広がる。このとき、台座部２２内の大きい結晶粒は、加圧中心軸よりも外側に追いやられる。また、台座部２２内の大きい結晶粒は、突起部２１内の小さい結晶粒の移動により細かくされる。よって、図６Ｃに示したように、台座部２２の中心部分に小さい結晶粒が配置される。これにより、本実施の形態の構造では、伸びに対し強くなり、接合後の残留応力を大きく緩和することができる。
【００９３】
最終的には、図６Ｃに示したように、小さい結晶粒が加圧中心軸の近辺に集中し、大きい結晶粒が外側に位置した分布となる。また、この分布は、加圧中心軸に対して対称性を持ったものとなる。よって、加圧中心軸付近において比較的物性が柔らかく、柔軟な構造を確立することが可能になる。
【００９４】
したがって、本実施の形態の構造は、接合後の残留応力が緩和されるため、無理な強制力による構造ではない。
【００９５】
また、本実施の形態の構造は、環境下の熱変動に対して、金属電極２自体のじん性を確保できる。そのため、本実施の形態の構造は、長期信頼性を確保することができる。
【００９６】
以上説明したように、本実施の形態の光モジュール１００は、第１基板３と、電気信号を光信号に変換する、または、光信号を電気信号に変換する光素子１と、第１基板３と光素子１とを接続する金属電極２と、を有し、金属電極２は、光素子１に接合された台座部２２と、第１基板３に接合された突起部２１と、を備えることを特徴とする。
【００９７】
この特徴により、本実施の形態では、光素子の高速化によって脆弱化している層に応力が集中せず、超音波振動を用いた強固な金属接合を実現できる。その結果、光素子の電極部において最も脆い層が破壊されることがなくなり、光モジュールにおいて高速化を実現できる。
【００９８】
また、高速処理に伴う電気信号処理による熱影響に対しても、上述したように金属接合を可能とすることから非常に高い接合強度を得ることができ、長期信頼性を確保するという点においても、非常に優れた高速光変換モジュールを提供できる。よって、例えば５Ｇなどの情報の高速処理化などに大きく寄与することができる。
【００９９】
すなわち、本実施の形態では、光素子に対するダメージを低減し、かつ、良好な接合強度を実現できる光モジュールおよびその製造方法を提供することができる。
【０１００】
なお、本開示は、上記実施の形態の説明に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本開示の光モジュールは、電極直下の層構造が脆い電子部品の実装方法および構造にも適用でき、様々な電子部品に適用することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１  光素子
２  金属電極
３  第１基板
４  封止樹脂
５  接合材
６  第２基板
７  信号処理基板
８、９  金ワイヤー
１０  光ファイバー
１１  基板部
１２  電極部
１５  レンズ
２１、２１ａ  突起部
２２、２２ａ  台座部
３１  電極部
３２  光導波路
７１、７２  金属パターン電極
１００  光モジュール
１１０  キャピラリ
１１１  インナーチャンファー
１２１  密着層
１２２  絶縁層
１２３  金属電極層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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