(57)【要約】【課題】小型化や低コスト化が可能で信頼性の高い光半導体モジュールを提供する。【解決手段】実施形態によれば、第１面及び第１面と反対側の第２面を持ち、第２面側に光素子２０が設けられ、第１面側から光入力及び出力可能な光デバイス１と、光デバイス１と離間して設けられた電気端子１６と、光デバイス１及び電気端子１６を保持する樹脂１５と、樹脂１５内に設けられ、光デバイス１と電気端子１６を電気的に接続する接続部１７とを有し、光デバイス１及び電気端子１６は、樹脂１５の同一面側に埋め込まれ、光デバイス１は第２面が樹脂１５に覆われていることを特徴としている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面及び第１面と反対側の第２面を持ち、第２面側に光素子が設けられ、第１面側から光入力及び出力可能な光デバイスと、
前記光デバイスと離間して設けられた電気端子と、
前記光デバイス及び前記電気端子を保持する樹脂と、
前記樹脂内に設けられ、前記光デバイスと前記電気端子を電気的に接続する接続部とを有し、
前記光デバイス及び前記電気端子は、前記樹脂の同一面側に埋め込まれ、前記光デバイスは第２面が前記樹脂に覆われていることを特徴とする光半導体モジュール。
【請求項２】
前記光デバイスは半導体基板を有し、前記半導体基板は前記光デバイスの第２面側の面及び第１面側の面を持ち、前記第２面側の面に直接設けられた光素子と、前記光素子に位置合わせされ、前記第１面側の面から厚さ方向の途中まで空けられたビアとを具備していることを特徴とする請求項１に記載の光半導体モジュール。
【請求項３】
さらに、前記ビア内に固定された光ファイバを具備していることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載の光半導体モジュール。
【請求項４】
前記光デバイスの第１面、前記電気端子の表面及び、前記樹脂の表面が実質的な同一平面を有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光半導体モジュール。
【請求項５】
前記接続部はワイヤであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光半導体モジュール。
【請求項６】
前記電気端子はリードフレームの一部又は配線層であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光半導体モジュール。
【請求項７】
前記電気端子はコネクタ端子を兼ねていることを特徴とする請求項乃至１乃至６のいずれか一項に記載の光半導体モジュール。
【請求項８】
第３面及び第３面と反対側の第４面を持つ光素子駆動用デバイスを有し、
前記接続部は前記樹脂内に設けられ、前記光デバイス、前記光素子駆動用デバイス、及び前記電気端子を電気的に接続し、
前記光素子駆動用デバイスは、前記樹脂の前記同一面側に埋め込まれ、前記光素子駆動用デバイスは第４面が前記樹脂に覆われていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光半導体モジュール。
【請求項９】
前記光素子駆動用デバイスの第３面に向かい合うように、さらに放熱プレートが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の光半導体モジュール。
【請求項１０】
前記光デバイスの第１面、前記電気端子の表面、前記樹脂の表面、及び前記放熱用プレートの表面が、実質的な同一平面を有している請求項９に記載の光半導体モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
光ファイバと光素子（発光素子または受光素子）を光結合させる光デバイスや、光通信や光配線などの光伝送技術について検討が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許３８３１３５０号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０３９４５号公報
【特許文献３】特許３８８４１５５号公報
【特許文献４】特許３７２３１７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、小型化や低コスト化が可能で信頼性の高い光半導体モジュールを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、光半導体モジュールは、第２面側に光素子が設けられ、前記第２面と反対側の第１面側から光入力及び出力可能な光デバイスと、前記光デバイスと離間して設けられた電気端子と、前記光デバイス及び前記電気端子を保持する樹脂と、前記樹脂内に設けられ、前記光デバイスと前記電気端子を電気的に接続する接続部とを有し、前記光デバイス及び前記電気端子は、前記樹脂の同一面側に埋め込まれ、前記光デバイスは第２面が前記樹脂に覆われていることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態の光半導体モジュールの模式断面図である。
【図２】第１の実施形態の光半導体モジュール製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図３】第１の実施形態の光半導体モジュール製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図４】第１の実施形態の第１の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。
【図５】第１の実施形態の第２の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。
【図６】第１の実施形態の第２の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図７】第１の実施形態の第３の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図８】第１の実施形態の第４の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。
【図９】第１の実施形態の第４の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図１０】第１の実施形態の第５の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。
【図１１】第１の実施形態の第５の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図１２】第２の実施形態の光半導体モジュールの模式断面図である。
【図１３】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（１）の模式断面図である。
【図１４】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（２）の模式断面図である。
【図１５】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（３）の模式断面図である。
【図１６】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（４）の模式断面図である。
【図１７】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（５）の模式断面図である。
【図１８】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（６）の模式断面図である。
【図１９】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（７）の模式断面図である。
【図２０】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（８）の模式断面図である。
【図２１】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（９）の模式断面図である。
【図２２】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（１０）の模式断面図である。
【図２３】第３の実施形態の光半導体モジュールの構成例（１１）の模式断面図である。
【図２４】第３の実施形態の光半導体モジュールの他の構成例の模式断面図である。
【図２５】第３の実施形態の光半導体モジュールの他の構成例の模式断面図である。
【図２６】第３の実施形態の光半導体モジュールの他の構成例の模式断面図である。
【図２７】第３の実施形態の光半導体モジュールのブラインドビアの開口部の構成例の模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。各図面は全て模式的なものである。例えば、図面を見やすくするために、いくつかの図面においては、構成要素を省略して、または、構成要素の個数を減らして描いている。また、図面間において、各構成要素の個数及び寸法比は必ずしも整合していない。
【０００８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る光半導モジュール及びその製造方法について説明する。図１は、第１の実施形態の光半導体モジュールの模式断面図である。図１に示すように、第１面１Ａ及び第１面の反対側の第２面１Ｂを有する光デバイス１が設けられている。光デバイス１は、半導体基板、例えばシリコン基板１０に、単一または複数の光素子（発光素子または受光素子または回折格子等）２０を有している。第１面１Ａ側から光の入出力が可能となっており、第２面１Ｂ側に光素子２０が形成されている。
【０００９】
本実施形態では、例えば、第１面側にブラインドビア（またはファイバソケット）１０Ｖが設けられている。ブラインドビア１０Ｖは、光素子２０の光の通る場所（例えば、光素子が発光素子または受光素子の場合は発光部または受光部）に位置合わせされて形成されている。このようにして、第１面側からブラインドビア１０Ｖを介して光の入出力が可能となる。ここで、光素子２０とは、発光素子や受光素子など電気信号を光信号に変換する素子または光信号を電気信号に変換する素子に限定されず、光の進行方向を変える素子または光を反射する素子を含む。なお、光デバイス１のブラインドビア１０Ｖの断面図では、ブラインドビアが２つの場合を説明するが、ブラインドビア１０Ｖは単一または３つ以上であっても構わない。
【００１０】
図１に示すように、シリコン基板１０には、ブラインドビア１０Ｖが空けられている。このブラインドビア１０Ｖは、シリコン基板１０の厚さ方向の途中まで空けられたものであり、シリコン基板１０を貫通していない。すなわち、シリコン基板１０が、光入出力側となる第１面１０Ａと、この第１面の反対側で光素子が設けられる側となる第２面１０Ｂを有するものとすると、ブラインドビア１０Ｖはシリコン基板１０の第１面１０Ａ側から厚さ方向の途中まで空けられ、第２面１０Ｂまでは達していない。ブラインドビア１０Ｖの底面と第２面１０Ｂとの距離は、例えば２０μｍ〜４０μｍである。
【００１１】
シリコン基板１０の第２面１０Ｂには、光素子（発光素子または受光素子）２０が形成されており、ブラインドビア１０Ｖは、光素子２０の発光部または受光部に位置合わせされて形成される。すなわち、ブラインドビア１０Ｖは、光素子２０と後述する光ファイバ１１が光結合可能となるように、光ファイバ１１の光軸上に光素子２０の発光部または受光部が位置するように配置される。
【００１２】
光デバイス１のブランドビア１０Ｖ内に光ファイバ１１が挿入され、光ファイバ１１はシリコン基板１０に透明樹脂１２等により固定されている。光ファイバ１１には、光ファイバ１１を覆う被覆部１３が設けられている。
【００１３】
光素子２０には、半導体基板が透明となる波長で動作する材料および構造を用いる。例えば、半導体基板がシリコン基板１０の場合、発光素子の発光波長が例えば１．３μｍより長い波長とし、例えばＩｎＰ基板に格子整合するＧａＩｎＡｓＰ系やＡｌＩｎＧａＡｓ系材料を用いて発光素子を構成する。受光素子は、発光素子の発光波長が受光可能な材料で構成し、例えばＩｎＰ基板に格子整合するＩｎＧａＡｓを光吸収層として構成する。
【００１４】
光素子２０は、例えば特許文献４で示された方法により製造することが可能であり、シリコン基板１０の平坦性が保たれている状態で形成することが望ましく、ブラインドビア１０Ｖより先に形成されていることが望ましい。但し、光素子２０はブラインドビア１０Ｖより後に形成されても構わず、光素子２０の発光部または受光部が光ファイバ１１に光結合されるように位置合わせされれば、いずれでも構わない。
【００１５】
光素子２０は、化合物半導体（例えば、III−Ｖ族半導体）材料からなり、化合物半導体材料がシリコン基板（半導体基板）１０とは別の化合物半導体基板上で結晶成長された結晶成長層を含み、この化合物半導体材料がシリコン基板１０の第２面１０Ｂに貼り合されて光素子能動部を形成してもよい。
【００１６】
光素子２０は、シリコン基板１０の第２面１０Ｂ上に直接設けられていてもよい。ここで、直接設けられたとは、バンプなどで実装されることなく、例えば、シリコン基板１０の第２面１０Ｂに別の化合物半導体材料が貼り合されるなどして直接設けられた場合、あるいはシリコン基板１０の第２面に結晶成長により（一体化して）設けられた場合を含む。
【００１７】
更に、光素子２０がシリコン基板１０の第２面１０Ｂ上に直接設けられる形態として、シリコン基板１０に光素子２０の機能構成の一部が設けられていることでもよい。例えば、光素子２０が面発光型半導体レーザであり、レーザ共振器を構成する反射鏡対が発光層を挟んで上下に設けられる場合に、その一方の反射鏡がシリコン基板１０の表面または内部に埋め込み形成されており、シリコン基板１０の第２面に発光層および反対側の反射鏡を含む別の化合物半導体材料が貼り合されて一体化されたような場合が含まれてよい。
【００１８】
また、光素子２０として設けられた発光部または受光部が光ファイバ１１の光軸上に直接配置されるのではなく、シリコン基板１０の第２面１０Ｂ上における光ファイバ１１の光軸延長上に光素子として例えば回折格子等の光結合構造を配置し、シリコン基板１０の第２面１０Ｂ上で別の位置に配置された発光素子の発光部または受光素子の受光部まで光導波路等で光を導く構成としてもよい。
【００１９】
なお、ブラインドビア１０Ｖの内壁は、第１面１０Ａに対して垂直に形成された垂直形状となっていてもよいが、図１に示すように、第１面１０Ａからブラインドビアの深さ方向に向かって徐々に孔径が小さくなるテーパ形状になっていてもよく、さらに、垂直形状とテーパ形状の複合形状となっていてもよい。
【００２０】
また、光素子２０が設けられたシリコン基板１０の第２面１０Ｂ上には、例えば、樹脂などを含む絶縁層１４が設けられている。絶縁層１４には、発光素子または受光素子の電極に電気的に接続される配線電極（以下、単に電極と記す）が設けられている。
【００２１】
図１に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。  光素子２０から出射された光は、光素子２０とブラインドビア１０Ｖの底面との間のシリコン基板を透過し、光ファイバ１１の端部に入射する。光ファイバ１１の端部に入射した光は、光ファイバ１１を伝播し、光ファイバ１１の他の端部に配置された受光素子（不図示）に入射する。
【００２２】
また、光ファイバ１１から出射された光は、ブラインドビア１０Ｖの底面と光素子２０との間のシリコン基板１０を透過し、光素子２０に入射する。光素子２０に入射した光は、光素子２０により光電変換され、電気信号となる。
【００２３】
なお、本実施形態では、半導体基板としてシリコンを用いたが、シリコン以外の半導体基板を用いてもよい。光デバイス１は前記した構造に限定されず、第１面１Ａ側から光の入出力が可能となっており、第２面１Ｂ側に光素子が形成されていればよい。このように構成することによって、光素子２０が光ファイバ１１に光結合するとともに、光デバイス１自体が光ファイバ１１を保持可能な光半導体モジュールを実現することができる。
【００２４】
図１に示すように、樹脂１５は、第１面１５Ａ及び第１面の反対側の第２面１５Ｂを有しており、光デバイス１は、樹脂１５の第１面１５Ａ側に埋め込まれている。光デバイス１は、少なくとも光デバイス１の第１面１Ａが樹脂１５から露出するように、樹脂１５の上に設けられている。樹脂１５の第１面１５Ａに第１面１５Ａの一部として第１の凹部１５Ｃ１が設けられ、光デバイス１は、第１の凹部１５Ｃ１内に光デバイスの第１面１Ａが露出するように設けられている。光デバイス１は、例えば、第２面１Ｂ及び側面が樹脂１５に覆われるように設けられている。
【００２５】
光デバイス１の第１面１Ａ及び樹脂１５の第１面１５Ａは、隣接して設けられ、実質的な同一平面となっている。ここで、実質的な同一平面とは、表面電極などの微小な凹凸や製造プロセスで発生するずれなどは考慮せず、例えば２０ｕｍ以内、好ましくは５ｕｍ以内の微小な段差や凹凸がある場合を含む。製造プロセスで発生するずれとは、例えば、光デバイスを後述の粘着テープ上に配列する際にテープの粘着層の厚みおよび弾性により、光デバイスが粘着層へ押し込まれることによって生じる、光デバイス１の埋め込み高さのずれである。
【００２６】
樹脂１５は、例えば、シリカフィラーを含有させて熱膨張率を半導体材料に合わせたエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などとし、樹脂弾性率を調整してウェハ反りを抑制可能なウェハレベルパッケージ用の樹脂を用いることが好ましい。
【００２７】
また、電気端子として用いられる電極リード１６は、樹脂１５の第１面１５Ａ側に埋め込まれている。電極リード１６は、少なくとも表面の一部が樹脂１５から露出するように、樹脂１５の上に設けられている。図１に示すように、樹脂１５の第１面１５Ａに、第１面１５Ａの一部として第２の凹部１５Ｃ２が設けられ、第２の凹部１５Ｃ２内に電極リード１６の上面及び側面が露出するように設けられている。電極リード１６は、例えば、底面及び側面の一部が樹脂１５に覆われるように設けられている。ここで、電極リード１６の上面及び樹脂１５の第１面１５Ａは光デバイスと同様に実質的な同一平面となっている。
【００２８】
なお、第２の凹部は複数の突出形状の間にくぼみ形状が設けられるトレンチ形状ではなく、突出形状に隣接してくぼみ形状が設けられている段差構造となっている。このような場合でも凹部と呼ぶ。
【００２９】
電極リード１６は、リードフレームの一部分であり、個片化する際、リードフレームから切り離された金属片である。リードフレームは、例えば、一定の配列ピッチを有したフレームとなっている。電極リード１６を構成するリードフレームは、例えば１枚の銅板（例えば１５０ｕｍ厚）にフォトリソグラフィーとエッチングを施して作成し、複数モジュール分の電気端子を支持フレームで１体化しているため、全モジュール分の電気端子を一度に扱うことができる。リードフレームの材料は、例えば、無酸素銅、銅合金（ＣｕＡｇ、ＣｕＺｎ、ＣｕＳｎＰ、ＣｕＦｅＰなど）、鉄合金（ＦｅＮｉなど）などを用いることができる。リードフレームの表面は腐食や酸化を防止するために、メッキ処理（Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｕ／Ｎｉなど）を施してもよい。メッキ処理によって形成されるメッキ層は、予めリードフレームの全面に形成してもよいし、樹脂や電気端子を形成した後に露出した部分にのみ選択的に形成してもよい。
【００３０】
光デバイス１の絶縁層１４に設けられた電極は、接続部として設けられた、例えばボンディングワイヤなどのワイヤ１７を介して、電極リード１６に接続されている。ワイヤは、例えば、金、アルミ、銅、銀などの材料を用いることができる。ここで、ワイヤとは比較的細く、屈曲しやすい配線であり、ボンディングなどによって、例えば曲線状の形状を有して下層の層とは非接触に、高さの異なる電極同士を電気的に接続させることができる。
【００３１】
前記したように、樹脂１５は、離間して設けられた光デバイス１及び電極リード１６を保持している。また、光デバイス１及び電極リード１６は樹脂１５の同一面側に埋め込まれている。さらに、光デバイス１の電極と電極リード１６を電気的に接続する接続部が樹脂内に設けられている。
【００３２】
このようにして、光デバイス及び電気端子の一部を樹脂で覆うことにより、光半導体モジュールを構成する。光デバイス及び電気端子の一部は、樹脂によって、連続的に覆われており、一体的に形成されている。本実施形態では、単一の樹脂によって、連続的に覆われている。
【００３３】
次に、図２（ａ）乃至図２（ｅ）は、第１の実施形態の光半導体モジュール製造方法の一工程を示す模式断面図である。図２（ａ）乃至図２（ｅ）を参照して、第１の実施形態の製造方法について説明する。
【００３４】
図２（ａ）に示すように、光デバイス１となるシリコン基板１０には、ブラインドビア１０Ｖが空けられている。このブラインドビア１０Ｖは、シリコン基板１０の厚さ方向の途中まで空けられたものであり、シリコン基板１０を貫通していない。
【００３５】
シリコン基板１０の第２面１０Ｂには、光素子（発光素子または受光素子）２０が形成されており、ブラインドビア１０Ｖは、光素子２０の発光部または受光部に位置合わせされて形成される。すなわち、ブラインドビア１０Ｖは、光素子２０と後に配置される光ファイバ１１が光結合可能となるように、光ファイバ１１の光軸上に光素子２０の発光部または受光部が位置するように配置される。
【００３６】
また、光素子２０が設けられたシリコン基板１０の第２面１０Ｂ上には、例えば、樹脂などを含む絶縁層１４が設けられている。絶縁層１４には、発光素子または受光素子の電極に電気的に接続される配線電極（以下、単に電極と記す）が設けられている。光デバイス１は第１面１Ａ側から光の入出力が可能となっており、光デバイス１の第２面１Ｂ側に光素子２０が形成されている。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、光デバイス１は、片面粘着テープでチップ保持やテープ伸延性に優れるダイシングテープＤＴ上に、光デバイス１の第１面１ＡがダイシングテープＤＴに向かい合うように置かれる。続いて、光デバイス１は、ダイシングテープＤＴ上で個片化される。ダイシングテープは、テープを伸長させることによって、容易に個片化された光デバイスの取り扱うことができるように伸長性が優れている。
【００３８】
図２（ｃ）に示すように、電極リード１６となるリードフレーム１６Ｆ及び個片化された光デバイス１が、片面粘着テープであり、搭載物へのワイヤボンディング性や樹脂モールド時の耐熱性に優れたＱＦＮ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｎｏｎ-ｌｅａｄｅｄ  Ｐａｃｋａｇｅ）テープＱＴ上に置かれる。リードフレーム１６Ｆは、複数モジュール分、設けられており、リードフレーム１６Ｆに位置合わせして光素子２０が所定位置に配置される。すなわち、ＱＦＮテープＱＴ上には光デバイス１が繰り返し配置されており、一度に複数の光半導体モジュールを作製することができる。
【００３９】
ＱＦＮテープは、通常のテープと比較して、例えば、ワイヤボンディング性や、樹脂封止時の樹脂漏れ防止性などを改善したテープである。光デバイス１の第２面１Ｂ側に設けられた電極とリードフレーム１６Ｆを接続するようにワイヤ１７がボンディングされる。この時、ＱＦＮテープＱＴ上にリードフレーム１６Ｆ及び光デバイス１が配置される。よって、ＱＦＮテープＱＴと向かい合う、リードフレーム１６Ｆの表面と光デバイス１の表面が粘着層への僅かな減り込み程度の範囲で揃い、実質的な同一平面をなす。図２（ｃ）の工程では、ブラインドビア１０ＶがＱＦＮテープＱＴと向かい合うように配置されているため、加熱工程などによるブラインドビア１０Ｖ内部残留気体の膨張圧力を低減するため、減圧状態で行うあるいは、ブラインドビアにつながるようにＱＦＮテープＱＴに一部開口を設けて行うことが好ましい。
【００４０】
図２（ｄ）に示すように、光デバイス１及びリードフレーム１６Ｆ上に樹脂１５を形成する。樹脂１５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などである。
【００４１】
図２（ｅ）に示すように、ＱＦＮテープＱＴ貼り付け側が上になるようにダイシングテープＤＴ上に置き、個片化する。個片化する前にＱＦＮテープＱＴをはがしてもかまわない。続いて、光デバイス１のブラインドビア１０Ｖ内に図示しない光ファイバ１１が挿入される。光ファイバ１１は、ブラインドビア１０Ｖに挿入された状態でシリコン基板１０に透明樹脂１２等により固定される。これにより、光ファイバ１１はシリコン基板１０の第２面１０Ｂの光素子２０に光結合される。
【００４２】
なお、図２（ｄ）の代わりに、図３（ａ）に示すように、リードフレーム１６Ｆが露出するように樹脂１５をパターン形成してもよく、その後、図３（ｂ）に示すように、個片化してもかまわない。このようにすることで、樹脂１５とリードフレーム１６Ｆの複合材料の切削ではなく、ほぼリードフレームのみの切削または切断として工程条件の安定化を図ることができ、また、テープを張り替えることなく、そのままダイシングや切断を行うことも可能となる。
【００４３】
ところで、幹線系光通信、大型情報機器間光配線など、大型機器の光伝送用光半導体モジュールは性能重視するため適用部材や検査コストなどの制限が比較的緩く、光半導体素子材料費に対し数千倍の最終価格となることも珍しくない。一方、民生機器で高精細映像などを帯域圧縮して電気伝送するより非圧縮で光配線する方がエネルギー効率や性能で優るケースがあり、また、産業用機器のボード内配線において電気配線より光配線を用いる方が妥当なケースが増えている。しかしながら、このような機器の光配線適用ではそのコスト低減が必須であり、材料費がコスト支配要因となるような限界的コスト削減が求められている。
【００４４】
本実施の形態によれば、小型化及び低コスト化が可能で、信頼性の高い光半導体モジュールを提供できる。
【００４５】
すなわち、光デバイス及び電極リードは樹脂の同一面側に埋め込まれており、光半導体素子を実装基板や配線基板を用いずにパッケージ化することができるため、材料コストを低減でき、更にはパッケージの薄型化と小型化が可能となる。また、光入出力側などの外部からの光デバイスへの応力を、樹脂や樹脂内に設けられた接続部によって、緩和することができるため、劣化しにくく、信頼性の高い半導体モジュールを実現できる。また、光素子が設けられた側と反対側から光入出力可能な光デバイスを、外部に接続可能な電気端子と一体に樹脂封止して形成し、光入出力側と電気端子とを同一面側に設けている。したがって、電気接続面と光入出力面が同じ面方向であるため、光導波路内蔵プリント基板などボード内光配線への光電気複合実装が容易となり、光半導体モジュールの利便性を向上するとともにパッケージを小型化することができる。また、電気端子として、リードフレームをそのまま用いることにより、低コストで製造することができる。また、接続部として樹脂内に設けられたワイヤを用いることにより、光デバイスの電極が設けられた面と電気端子が設けられた面が離れている場合でも容易に接続することができ、比較的柔軟性のあるワイヤによって、外部から生じる応力をより緩和することができる。また、光デバイスの第１面、電極リードの上面及び樹脂の第１面が実質的な同一平面となっている。したがって、破損しにくく、取扱いが容易なパッケージを実現できる。
【００４６】
また、ブラインドビアを設けた光デバイスを用いたことにより、光ファイバをホールドするホルダーが別途に必要なく、光ファイバと光素子との位置合わせを高精度で行うことができ、光ファイバと光素子間の光結合を簡素で小型化が可能な構成で実現することができる。
【００４７】
例えば、光ファイバが挿入されるブラインドビアはシリコン基板を貫通していないため、ブラインドビアの裏面（第２面）に光素子を形成することが可能である。これにより、シリコン基板は、光ファイバを固定すると共に、光素子を光ファイバの光軸上に固定する機能を有する。さらに、シリコン基板の第２面上に化合物半導体から構成された光素子を形成すること、あるいはシリコン基板の第２面に光素子を直接形成することにより、ウェハ状態にて多量に一括製造可能となり、品質管理も容易となるため、低コスト化が可能である。
【００４８】
（第１の変形例）
図４は、第１の実施形態の第１の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。図４に示すように、電気端子を他の電子デバイスと接続可能なコネクタ端子１８として用いることもできる。
【００４９】
第１の変形例によれば、本実施形態の効果の他、モジュールの一部がコネクタ端子（例えば、コネクタプラグ）１８として機能するため、外付け電気コネクタを簡略化できる。つまり、電気コネクタ機能を集積することにより、部材数を減らすことができ、より低コスト化が実現できる。さらに、モジュール実装に必要な電気コネクタ付けが不要となり、実装基板の電気コネクタ（例えばコネクタジャック）にモジュール端子を差し込むだけで実装完了できる。すなわち、モジュール部材、実装部材ともに削減可能となり、光伝送コストのさらなる低コスト化に寄与できる。また、電気コネクタの挿抜やケーブルの張力などによるコネクタ端子への応力が生じても、樹脂や樹脂内に設けられた接続部によって応力を緩和することができるため、光素子が劣化しにくく、信頼性の高い光半導体モジュールを実現できる。
【００５０】
（第２の変形例）
図５は、第１の実施形態の第２の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。光デバイス１及び電極リード１６は樹脂１５の同一面側に埋め込まれている。光デバイス１の第１面１Ａに部材１９が設けられている。部材１９はリードフレームの一部からなるフレーム材１９Ａ、及びフレーム材１９Ａと光デバイス１の間に設けられ、フレーム材１９Ａと光デバイス１を接続するダイペーストあるいはダイフィルムからなる接着材１９Ｂを有している。電極リード１６及びフレーム材１９Ａの上面と樹脂１５の第１面１５Ａは、実質的な同一平面となっている。
【００５１】
図６（ａ）乃至図６（ｃ）は、第１の実施形態の第２の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【００５２】
図２（ｂ）に続いて、図６（ａ）に示すように、電極リード１６となるリードフレーム１６ＦがＱＦＮテープＱＴ上に置かれる。リードフレーム１６Ｆは、複数モジュール分、設けられており、リードフレーム１６Ｆに位置合わせして光素子２０が所定位置に配置される。すなわち、ＱＦＮテープＱＴ上には光デバイス１が繰り返し配置されており、一度に複数の光半導体モジュールを作製することができる。ここで、リードフレーム１６Ｆのうち、個片化された光デバイス１が配置される場所のリードフレーム１９Ａ（以下フレーム材と記す）上にはダイペーストあるいはダイフィルムなどの接着材１９Ｂが設けられる。光デバイス１の第２面１Ｂ側に設けられた電極とリードフレーム１６Ｆを接続するようにワイヤ１７がボンディングされる。この時、ＱＦＮテープＱＴ上にリードフレーム１６Ｆ及びリードフレームの一部からなるフレーム材１９Ａが配置されているため、ＱＦＮテープＱＴと向かい合う、リードフレーム１６Ｆの表面とフレーム材１９Ａの表面が揃い、実質的な同一平面をなす。図６（ａ）の工程では、ブラインドビア１０ＶがＱＦＮテープＱＴと向かい合うように配置されているため、加熱工程時の内部圧力を低減するように減圧状態で接着する、あるいは、ブラインドビア１０ＶにつながるようにＱＦＮテープＱＴに一部開口を設けて行うことが好ましい。
【００５３】
図６（ｂ）に示すように、光デバイス１及びリードフレーム１６Ｆ上に樹脂１５を形成する。樹脂１５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などである。
【００５４】
図６（ｃ）に示すように、ＱＦＮテープＱＴ貼り付け側が上になるようにダイシングテープＤＴ上に置き、個片化する。個片化する前にＱＦＮテープＱＴをはがしてもかまわない。続いて、光デバイス１のブラインドビア１０Ｖ内に図示しない光ファイバ１１が挿入される。光ファイバ１１は、ブラインドビア１０Ｖに挿入された状態でシリコン基板１０に透明樹脂１２等により固定される。これにより、光ファイバ１１はシリコン基板１０の第２面１０Ｂの光素子２０に光結合される。
【００５５】
第２の変形例によれば、光デバイスはリードフレームの一部であるフレーム材上に配置されるため、光デバイスの電極から電気端子へ接続するワイヤを形成する際に、比較的硬い下地上でボンディングすることができる。したがって、ボンディングの確実性を向上させ、信頼性の高い接続部を設けることができる。また、フレーム材、電極リードの上面及び樹脂の第１面が実質的な同一平面となっている。したがって、破損しにくく、取扱いが容易なパッケージを実現できる。
【００５６】
（第３の変形例）
図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、第１の実施形態の第３の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【００５７】
図２（ｂ）に続いて、図７（ａ）に示すように、補強のためのリードフレーム３０上に、両面粘着テープであり樹脂モールド時の耐熱性に優れたモールドテープＭＴが設けられ、モールドテープＭＴ上に、電極リード１６となるリードフレーム１６Ｆ及び個片化された光デバイス１が置かれている。リードフレーム１６Ｆは、複数モジュール分、設けられており、リードフレーム１６Ｆに位置合わせして光素子２０が所定位置に配置される。すなわち、モールドテープＭＴ上には光デバイス１が繰り返し配置されており、一度に複数の光半導体モジュールを作製することができる。光デバイス１の第２面１Ｂ側に設けられた電極とリードフレーム１６Ｆを接続するようにワイヤ１７がボンディングされる。
【００５８】
この時、モールドテープＭＴ上にリードフレーム１６Ｆ及び光デバイス１が配置される。よって、モールドテープＭＴと向かい合う、リードフレーム１６Ｆの表面と光デバイス１の表面が揃い、実質的な同一平面をなす。図７（ａ）では、ブラインドビア１０ＶがモールドテープＭＴと向かい合うように配置されているため、加熱工程時の内部圧力を低減するように減圧状態で接着することが好ましい。なお、本変形例では、図７（ａ）において、リードフレーム３０上にモールドテープが置かれているが、モールドテープではなく、粘着層のみである基材レスの両面テープを用いてもかまわない。
【００５９】
図７（ｂ）に示すように、光デバイス１及びリードフレーム１６Ｆ上に樹脂１５を形成する。樹脂１５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などである。
【００６０】
図７（ｃ）に示すように、リードフレーム３０及びモールドテープＭＴ貼り付け側が上になるようにダイシングテープ上に置き、リードフレーム３０を除去した後、個片化する。個片化する前にモールドテープＭＴをはがしてもかまわない。続いて、光デバイス１のブラインドビア１０Ｖ内に図示しない光ファイバ１１が挿入される。光ファイバ１１は、ブラインドビア１０Ｖに挿入された状態でシリコン基板１０に透明樹脂１２等により固定される。これにより、光ファイバ１１はシリコン基板１０の第２面１０Ｂの光素子２０に光結合される。
【００６１】
第３の変形例によれば、光デバイスはリードフレーム上に配置されるため、光デバイスの電極から電気端子へ接続するワイヤを形成する際に、比較的硬い下地上でボンディングすることができる。したがって、ボンディングの確実性を向上させ、信頼性の高い接続部を設けることができる。また、光デバイスの第１面、電極リードの上面及び樹脂の第１面が実質的な同一平面となっている。したがって、破損しにくく、取扱いが容易なパッケージを実現できる。
【００６２】
本変形例では、光デバイスはリードフレーム３０上に配置されたが、シリコン基板などの半導体基板上にモールドテープを介して配置されても同様の効果を有する。さらに、半導体基板上に光デバイスを配置すると、光デバイス及びリードフレーム上に樹脂を形成する工程において、半導体基板と光デバイスの熱膨張係数差を小さくすることができる。したがって、樹脂が変形することによって光デバイスへ応力がかかるなどの悪影響を抑制し、光デバイスへの応力緩和を実現することができる。
【００６３】
（第４の変形例）
図８は、第１の実施形態の第４の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。光デバイス１及び電極リード３２は樹脂１５の同一面側に埋め込まれている。電極リード３２の上面と樹脂１５の第１面１５Ａは、実質的な同一平面となっている。
【００６４】
図９（ａ）乃至図９（ｄ）は、第１の実施形態の第４の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【００６５】
図２（ａ）に続いて、図９（ａ）に示すように、光デバイス１は、ダイシングテープＤＴ上に、ダイペーストあるいはダイフィルムなどの接着材３１上に設けられる。光デバイス１の第１面１Ａが接着材３１に向かい合うように置かれる。続いて、光デバイス１は、ダイシングテープＤＴ上で接着材３１とともに個片化される。図９（ａ）の工程では、ブラインドビア１０ＶがダイシングテープＤＴと向かい合うように配置されているため、加熱工程時の内部圧力を低減するように減圧状態で接着することが好ましい。
【００６６】
図９（ｂ）に示すように、光デバイス１を配置する部分及びその周辺の領域に凹部３２Ａが設けられたリードフレーム３２Ｆを用意する。リードフレーム３２Ｆの凹部３２Ａは、リードフレームの厚さが薄くなっており、ハーフエッチングを行って形成してもよい。あるいは、リードフレーム３２Ｆの一部をプレス加工し、凹ませることでも実施可能である。この場合、ハーフエッチングのためのフォトリソグラフィー及び追加エッチングが不要となる。光デバイス１はリードフレーム３２Ｆの凹部３２Ａに置かれる。光デバイス１の第２面１Ｂ側に設けられた電極とリードフレーム３２Ｆを接続するようにワイヤ１７がボンディングされる。
【００６７】
図９（ｃ）に示すように、光デバイス１及びリードフレーム３２Ｆ上に樹脂１５を形成する。樹脂１５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などである。
【００６８】
図９（ｄ）に示すように、リードフレーム３２Ｆ側が上になるようにダイシングテープＤＴ上に置き、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）を行って樹脂１５の上面が露出するまでリードフレーム３２Ｆを研磨して、平坦化する。このようにして、光デバイス１及び電極リード３２は樹脂１５の同一面側に埋め込まれている状態になる。電極リード３２の上面と樹脂１５の第１面１５Ａは研磨することにより表面が揃い、連続的な面となっており、同一平面をなす。その後、光デバイス１の第１面１Ａに設けられた接着材３１を除去し、個片化する。続いて、光デバイス１のブラインドビア１０Ｖ内に図示しない光ファイバ１１が挿入される。光ファイバ１１は、ブラインドビア１０Ｖに挿入された状態でシリコン基板１０に透明樹脂１２等により固定される。これにより、光ファイバ１１はシリコン基板１０の第２面１０Ｂの光素子２０に光結合される。
【００６９】
第４の変形例によれば、光デバイスは凹部が設けられたリードフレーム上に配置されるため、光デバイスの電極から電気端子へ接続するワイヤを形成する際に、比較的硬い下地上でボンディングすることができる。したがって、ボンディングの確実性を向上させ、信頼性の高い接続部を設けることができる。また、電極リードの上面及び樹脂の第１面が実質的な同一平面となっている。したがって、破損しにくく、取扱いが容易なパッケージを実現できる。
【００７０】
（第５の変形例）
図１０は、第１の実施形態の第５の変形例の光半導体モジュールを示す模式断面図である。光デバイス１及び配線層３３は樹脂１５の同一面側に埋め込まれている。電気端子として設けられた配線層３３の上面と樹脂１５の第１面１５Ａは、実質的な同一平面となっている。
【００７１】
図１１（ａ）乃至図１１（ｄ）は、第１の実施形態の第５の変形例の光半導体モジュールの製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【００７２】
図２（ａ）に続いて、図１１（ａ）に示すように、光デバイス１は、ダイシングテープＤＴ上であって、ダイペーストあるいはダイフィルムなどの接着材３１上に設けられる。光デバイス１の第１面１Ａが接着材３１に向かい合うように置かれる。続いて、光デバイス１は、ダイシングテープＤＴ上で接着材３１とともに個片化される。図１１（ａ）の工程では、ブラインドビア１０ＶがダイシングテープＤＴと向かい合うように配置されているため、加熱工程時の内部圧力を低減するように減圧状態で接着することが好ましい。
【００７３】
図１１（ｂ）に示すように、シリコン基板などの基板４０上に配線層３３を形成し、光デバイス１を配置する。光デバイス１の第２面１Ｂ側に設けられた電極と配線層３３を接続するようにワイヤ１７がボンディングされる。
【００７４】
ここで、シリコン基板（現状最大１２インチ）ではなく、プリント基板用の有機基板（例えば４００ｍｍ角）を用いても良く、液晶ディスプレイを作成する大型ガラス基板（例えば１ｍ×１．２ｍ）を用いることも可能である。これにより、一度に作成できるモジュールの数を増加させ、加工コストと材料コストの低減化が可能となる。この場合、樹脂１５を基板材料や基板サイズに合せた熱膨張係数に調整する。
【００７５】
図１１（ｃ）に示すように、光デバイス１及び配線層３３上に樹脂１５を形成する。樹脂１５は、例えば、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などである。
【００７６】
図１１（ｄ）に示すように、基板４０側が上になるようにダイシングテープＤＴ上に置き、基板４０を例えばエッチングなどにより除去して、樹脂１５の上面を露出させる。このようにして、光デバイス１及び電極リード３２は樹脂１５の同一面側に埋め込まれている状態になる。配線層３３の上面と樹脂１５の第１面１５Ａは表面が揃い、実質的な同一平面をなす。その後、光デバイス１の第１面１Ａに設けられた接着材３１を除去し、個片化する。続いて、光デバイス１のブラインドビア１０Ｖ内に図示しない光ファイバ１１が挿入される。光ファイバ１１は、ブラインドビア１０Ｖに挿入された状態でシリコン基板１０に透明樹脂１２等により固定される。これにより、光ファイバ１１はシリコン基板１０の第２面１０Ｂの光素子２０に光結合される。
【００７７】
第５の変形例によれば、光デバイスは半導体基板などの基板上に配置されるため、光デバイスの電極から電気端子へ接続するワイヤを形成する際に、比較的硬い下地上でボンディングすることができる。したがって、ボンディングの確実性を向上させ、信頼性の高い接続部を設けることができる。また、金属配線の上面及び樹脂の第１面が実質的な同一平面となっている。したがって、破損しにくく、取扱いが容易なパッケージを実現できる。
【００７８】
また、リードフレームを用いずに、金属配線をそのまま電気端子として設けている。したがって、薄膜化した電気端子を設けることができるとともに、製造工程を簡略化し、部材数を低減することができる。
【００７９】
さらに、半導体基板上に光デバイスを配置すると、光デバイス及び金属配線上に樹脂を形成する工程において、半導体基板と光デバイスの熱膨張係数差を小さくできる。したがって、樹脂が変形することによって光デバイスへ応力がかかるなどの悪影響を抑制し、光デバイスへの応力緩和を実現することができる。
【００８０】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る光半導モジュールについて説明する。なお、基本的な構成は第１の実施形態と同様であるため、第１の実施形態で説明した事項の説明は省略する。
【００８１】
図１２は、第２の実施形態の光半導体モジュールの模式断面図である。本実施形態は、第１の実施形態に対して、光素子駆動用デバイス７０となる集積回路（ＩＣ）をさらに設けている点で異なる。光デバイス１と電気端子として用いられるコネクタ端子７１の間に光素子駆動用デバイス７０が設けられている。コネクタ端子７１は他の電子デバイスと接続可能な端子として用いることができる。
【００８２】
図１２に示すように、樹脂１５は、第１面１５Ａ及び第１面の反対側の第２面１５Ｂを有しており、コネクタ端子７１は樹脂１５の第１面１５Ａ側に埋め込まれている。コネクタ端子７１は、少なくとも表面の一部が樹脂１５から露出するように、樹脂１５の上に設けられている。樹脂１５の第１面１５Ａに、第１面１５Ａの一部として第１の凹部１５Ｃ１が設けられ、第１の凹部１５Ｃ１内にコネクタ端子７１の上面及び側面が露出するように設けられている。コネクタ端子７１は、例えば、底面及び側面が樹脂１５に覆われるように設けられている。
【００８３】
コネクタ端子７１の上面及び樹脂１５の第１面１５Ａは、実質的な同一平面となっている。ここで、実質的な同一平面とは、表面電極などの微小な凹凸や製造プロセスで発生するずれなどは考慮せず、例えば２０ｕｍ以内、好ましくは５ｕｍ以内の微小な段差や凹凸がある場合を含む。製造プロセスで発生するずれとは、例えば、光デバイスを後述の粘着テープ上に配列する際にテープの粘着層の厚みおよび弾性により、光デバイスが粘着層へ押し込まれることによって生じる、光デバイス１の埋め込み高さのずれである。
【００８４】
樹脂１５は、例えば、シリカフィラーを含有させて熱膨張率を半導体材料に合わせたエポキシ樹脂やシリコーン樹脂などとし、樹脂弾性率を調整してウェハ反りを抑制可能なウェハレベルパッケージ用の樹脂を用いることが好ましい。
【００８５】
コネクタ端子７１は、リードフレームの一部分であり、個片化する際にリードフレームから切り離された金属片である。リードフレームは、例えば、一定の配列ピッチを有したフレームとなっている。リードフレーム７１は、例えば１枚の銅板（例えば１５０ｕｍ厚）にフォトリソグラフィーとエッチングを施して作成し、複数モジュール分の電気端子を支持フレームで１体化しているため、全モジュール分の電気端子を一度に扱うことができる。リードフレームの材料は、例えば、無酸素銅、銅合金（ＣｕＡｇ、ＣｕＺｎ、ＣｕＳｎＰ、ＣｕＦｅＰなど）、鉄合金（ＦｅＮｉなど）などを用いることができる。リードフレームの表面は腐食や酸化を防止するために、メッキ処理（Ｓｎ、Ｎｉ、Ａｕ／Ｎｉなど）を施してもよい。メッキ処理によって形成されるメッキ層は、予めリードフレーム７１の全面に形成してもよいし、樹脂や電気端子を形成した後に露出した部分にのみ選択的に形成してもよい。
【００８６】
また、光素子駆動用デバイスの放熱用の放熱プレート７２として、光素子駆動用デバイス７０が設けられる部分にリードフレームの一部が設けられている。
【００８７】
図１２に示すように、光素子駆動用デバイス７０は樹脂１５の第１面１５Ａ側に埋め込まれている。光素子駆動用デバイス７０の上面に、放熱プレート７２が設けられている。放熱プレート７２としてのリードフレームの一部は、少なくとも表面の一部が樹脂１５から露出するように、樹脂１５の上に設けられている。樹脂１５の第１面１５Ａに、第１面１５Ａの一部として第２の凹部１５Ｃ２が設けられ、第２の凹部１５Ｃ２内に光素子駆動用デバイス７０が設けられている。光素子駆動用デバイス７０は、第１面７０Ａ及び第１面の反対側の第２面７０Ｂを有しており、光素子駆動用デバイス７０の第１面７０Ａが放熱プレート７２と向かい合うように設けられている。光素子駆動用デバイス７０の第１面７０Ａは、樹脂１５の第１面１５Ａと隣接して設けられている。放熱プレート７２は、その上面が樹脂１５から露出するように設けられている。放熱プレート７２は、例えば、底面及び側面が樹脂１５及び光素子駆動デバイス７０に覆われるように設けられている。ここで、放熱プレート７２の上面及び樹脂１５の第１面１５Ａは、隣接して設けられ、実質的な同一平面となっている。
【００８８】
光デバイス１の絶縁層１４に設けられた電極（不図示）は、第１の接続部として樹脂内に設けられた、例えばボンディングワイヤなどの第１のワイヤ１７Ａを介して、光素子駆動用デバイス７０の第２面７０Ｂ側に設けられた電極（不図示）に接続されている。ワイヤは、例えば、金、アルミ、銅、銀などの材料を用いることができる。さらに、光素子駆動用デバイス７０の第２面７０Ｂ側に設けられた他の電極（不図示）は、第２の接続部として樹脂内に設けられた、例えばボンディングワイヤなどの第２のワイヤ１７Ｂを介して、電気端子として設けられるコネクタ端子７１に接続されている。ここで、ワイヤとは比較的細く、屈曲しやすい配線であり、ボンディングなどによって、例えば曲線状の形状を有して下層の層とは非接触に、高さの異なる電極同士を電気的に接続させることができる。
【００８９】
前記したように、樹脂１５は、離間して設けられた光デバイス１、光素子駆動用デバイス７０及びコネクタ端子７１を保持している。また、光デバイス１、光素子駆動用デバイス７０及びコネクタ端子７１は樹脂１５の同一面側に埋め込まれている。また、光デバイス１の電極と光素子駆動用デバイス７０の電極を電気的に接続する第１の接続部、及び、光素子駆動用デバイス７０の他の電極とコネクタ端子７１が電気的に接続する第２の接続部を樹脂１５内に設けられている。
【００９０】
このようにして、光デバイス１、光素子駆動用デバイス７０、及び電気端子の一部を樹脂１５で覆うことにより、光半導体モジュールを構成する。光デバイス１、光素子駆動用デバイス７０、及び電気端子の一部は、樹脂１５によって、連続的に覆われており、一体的に形成されている。本実施の形態では単一の樹脂１５によって、連続的に覆われている。
【００９１】
本実施の形態によれば、小型化及び低コスト化が可能で、信頼性の高い光半導体モジュールを提供できる。
【００９２】
すなわち、光デバイス、光素子駆動用デバイス、および電気端子は樹脂の同一面側に埋め込まれており、光半導体素子や光素子駆動用デバイスを実装基板や配線基板を用いずにパッケージ化することができるため、小型化することができる。また、光入出力側などの外部からの光デバイスへの応力を、樹脂や樹脂内に設けられた接続部によって、緩和することができるため、劣化しにくく、信頼性の高い半導体モジュールを実現できる。また、光素子が設けられた側と反対側から光入出力可能な光デバイスを、外部に接続可能な電気端子と一体に樹脂封止して形成し、光入出力側と電気端子とを同一面側に設けている。したがって、電気接続面と光入出力面が同じ面方向であるため、光導波路を内蔵したプリント基板などへの光電気複合実装が容易となり、光半導体モジュールの利便性を向上するとともにパッケージを小型化することができる。また、電気端子（コネクタ端子）として、リードフレームをそのまま用いることにより、低コストで製造することができる。また、接続部として樹脂内に設けられたワイヤを用いることにより、光デバイスの電極が設けられた面と電気端子が設けられた面が離れている場合でも容易に接続することができ、比較的柔軟性のあるワイヤによって、外部から生じる応力をより緩和することができる。また、電気端子をコネクタ端子として用いることにより、モジュールの一部がコネクタ端子（例えば、コネクタプラグ）として機能するため、外付け電気コネクタを簡略化できる。つまり、電気コネクタ機能を集積することにより、部材数を減らすことができ、より低コスト化が実現できる。さらに、モジュール実装に必要な電気コネクタ付けが不要となり、実装基板の電気コネクタ（例えばコネクタジャック）にモジュール端子を差し込むだけで実装完了できる。すなわち、モジュール部材、実装部材ともに削減可能となり、光伝送コストのさらなる低コスト化に寄与できる。また、電気コネクタの挿抜やケーブルの張力などによるコネクタ端子への応力が生じても、樹脂や接続部によって応力を緩和することができるため、光素子が劣化しにくく、信頼性の高い光半導体モジュールを実現できる。
【００９３】
さらに、光素子駆動用デバイスを、光デバイス及び外部に接続可能な電気端子と一体に樹脂封止して形成することができ、より集積化することができるため、光半導体モジュールの利便性をさらに向上するとともにパッケージを小型化することができる。また、発熱量の大きな光素子駆動用デバイスに接するように放熱プレートを設けることにより、熱抵抗をより低減し、光デバイスへの悪影響等を抑制することができる。また、電気端子（コネクタ端子）だけでなく、光素子駆動用デバイスの放熱プレートとして、リードフレームをそのまま用いることにより、低コストで製造することができる。
【００９４】
（第３の実施形態）
光デバイス１は前記した実施形態に記載された構造に限定されず、第１面１Ａから光の入出力が可能となっており、第２面１Ｂ側に光素子が形成されていればよい。
【００９５】
本実施の形態では、ブラインドビアを用いた光デバイスの構成例及びブラインドビアの開口部の構成例を記載する。その他の構成は、第１及び第２の実施形態に記載された構成を用いることができる。
【００９６】
（光半導体モジュールの構成例（１））
図１３は、図１に示した光素子２０を発光素子２０Ａおよび受光素子２０Ｂのペアとし、光送信部と光受信部を１つのモジュールに集積した光半導体モジュールの例である。発光素子２０Ａとしては、例えば面発光型半導体レーザが適用できる。受光素子２０Ｂとしては、例えばｐｉｎ型フォトダイオードやＭＳＭ（金属／半導体／金属）型フォトダイオード等が適用できる。また以降、２つの光ファイバを１１_１，１１_２と記すが、光ファイバ１１と記した場合、光ファイバ１１_１，１１_２の各々をさすものとする。
【００９７】
図１３に示すように、シリコン基板１０の第２面１０Ｂには、発光素子２０Ａまたは受光素子２０Ｂがそれぞれ設けられている。発光素子２０Ａは、光ファイバ１１_１の光軸上に配置され、発光素子２０Ｂは、光ファイバ１１_２の光軸上に配置されている。さらに、発光素子２０Ａ、受光素子２０Ｂ、及び第２面上には、絶縁層１４が設けられている。
【００９８】
（光半導体モジュールの構成例（２））
以降では、前述の図１３に示した構成と異なる部分を主に説明する。この構成例（２）は、発光素子２０Ａまたは受光素子２０Ｂが光ファイバ１１の光軸上に直接配置されない構成とした例を示す。
【００９９】
図１４は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（２）におけるブラインドビアの断面図である。図示するように、シリコン基板１０の第２面１０Ｂ上に光導波路８１が配置され、光導波路８１上には、光ファイバ１１の光軸上に光素子として回折格子（あるいは反射鏡）８２_１，８２_２がそれぞれ配置されている。さらに、光ファイバ１１_１，１１_２の光軸上から外れた光導波路８１上に、発光素子２０Ａまたは受光素子２０Ｂがそれぞれ配置されている。
【０１００】
回折格子８２_１は、発光素子２０Ａから出射された光を回折して、光ファイバ１１_１へ曲げる。回折格子８２_２は、光ファイバ１１_２から出射された光を回折して、受光素子へ曲げる。光導波路８１は、発光素子２０Ａから出射された光を回折格子８２_１に伝送する。また、光導波路８１は、回折格子８２_２によって回折された光を受光素子２０Ｂに伝送する。さらに、発光素子２０Ａ、受光素子２０Ｂ、及び光導波路８１上には絶縁層１４が設けられている。
【０１０１】
図１４に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。
【０１０２】
発光素子２０Ａから出射された光は、光導波路８１を介して回折格子８２_１に入射する。回折格子８２_１に入射した光は、回折格子８２_１により回折されて、第２面１０Ｂとブラインドビア１０Ｖの底面間のシリコン基板を透過し、光ファイバ１１_１の端部に入射する。光ファイバ１１_１の端部に入射した光は、光ファイバ１１_１を伝播し、光ファイバ１１_１の他の端部に配置された受光素子（不図示）に入射する。
【０１０３】
また、光ファイバ１１_２から出射された光は、ブラインドビア１０Ｖの底面と光導波路８１間のシリコン基板を透過し、回折格子８２_２に入射する。回折格子８２_２に入射した光は、回折格子８２_２により回折されて、光導波路８１を介して受光素子２０Ｂに入射する。受光素子２０Ｂに入射した光は、受光素子２０Ｂにより光電変換され、電気信号となる。
【０１０４】
（光半導体モジュールの構成例（３））
この構成例（３）は、図１３に示した構成において、発光素子２０Ａと回折格子８２_１との間に光変調器を配置した例である。
【０１０５】
図１５は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（３）におけるブラインドビアの断面図である。図示するように、発光素子２０Ａと回折格子（あるいは反射鏡）８２_１との間に光変調器８３が配置されている。光変調器８３は、発光素子２０Ａから出射された光の波長を変調し、変調した光を光導波路８１に出射する。
【０１０６】
図１５に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。
【０１０７】
発光素子２０Ａから出射された光は、光導波路８１を通り、光変調器８３に入射する。光変調器８３に入射された光は、光変調器８３によりその波長が変調され、光導波路８１を介して回折格子８２_１に入射する。回折格子８２_１に入射した光は、回折格子８２_１により回折されて、シリコン基板を透過し、光ファイバ１１_１の端部に入射する。
【０１０８】
（光半導体モジュールの構成例（４））
この構成例（４）は、図１３に示した構成において、光ファイバの端部とブラインドビアの底面との間に、ボールレンズを配置した例である。
【０１０９】
図１６は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（４）におけるブラインドビアの断面図である。図示するように、光ファイバ１１_１，１１_２の端部とブラインドビア１０Ｖの底面との間に、ボールレンズ８４がそれぞれ配置されている。ボールレンズ８４とブラインドビア１０Ｖの底面間の空間には、樹脂１２が充填されていてもよいし、空気が存在していてもよい。ボールレンズ８４は、例えばシリコンあるいは高屈折率ガラス等で構成される。
【０１１０】
図１６に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。
【０１１１】
発光素子２０Ａから出射された光は、第２面１０Ｂとブラインドビア１０Ｖの底面間のシリコン基板を透過し、さらにボールレンズ８４を通り、光ファイバ１１_１の端部に入射する。
【０１１２】
また、光ファイバ１１_２から出射された光は、ボールレンズ８４を通り、ブラインドビア１０Ｖの底面と第２面１０Ｂ間のシリコン基板を透過し、受光素子２０Ｂに入射する。
【０１１３】
（光半導体モジュールの構成例（５））
この構成例（５）は、図１３に示した構成において、光ファイバの端部とブラインドビアの底面との間に、同軸レンズを配置した例である。
【０１１４】
図１７は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（５）におけるブラインドビアの断面図である。図示するように、光ファイバ１１_１，１１_２の端部とブラインドビア１０Ｖの底面との間に、同軸レンズ（例えば、同軸屈折率変調ロッドレンズ等）３１が配置されている。同軸レンズ３１は、例えばシリコンあるいはガラス等で構成できる。
【０１１５】
図１７に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。
【０１１６】
発光素子２０Ａから出射された光は、第２面１０Ｂとブラインドビア１０Ｖの底面間のシリコン基板を透過し、さらに同軸レンズ３１を通り、光ファイバ１１_１の端部に入射する。
【０１１７】
また、光ファイバ１１_２から出射された光は、同軸レンズ３１を通り、ブラインドビア１０Ｖの底面と第２面１０Ｂ間のシリコン基板を透過し、受光素子２０Ｂに入射する。
【０１１８】
（光半導体モジュールの構成例（６））
この構成例（６）は、図１３に示した構成において、ブラインドビア１０Ｖの底面に回折光学素子（回折レンズ、フレネルレンズ等）を形成配置した例である。
【０１１９】
図１８は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（６）におけるブラインドビアの断面図である。図示するように、ブラインドビア１０Ｖの底面に回折格子８２_１，８２_２がそれぞれ配置されている。さらに、光ファイバ１１_１，１１_２の端部とブラインドビア１０Ｖの底面との間には、レンズの働きを持つ空気が存在している。
【０１２０】
図１８に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。
【０１２１】
発光素子２０Ａから出射された光は、第２面１０Ｂとブラインドビア１０Ｖの底面間のシリコン基板を透過し、回折格子８２_１により回折されて、光ファイバ１１_１の端部に入射する。
【０１２２】
また、光ファイバ１１_２から出射された光は、回折格子８２_２により回折されて、ブラインドビア１０Ｖの底面と第２面１０Ｂ間のシリコン基板を透過し、受光素子２０Ｂに入射する。
【０１２３】
（光半導体モジュールの構成例（７））
この構成例（７）は、図１３に示した構成において、ブラインドビア１０Ｖの底面が凸面形状を有する例である。
【０１２４】
図１９は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（７）におけるブラインドビアの断面図である。図示するように、ブラインドビア１１の底面は凸面形状１０Ｅを有している。
【０１２５】
図１９に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。
【０１２６】
発光素子２０Ａから出射された光は、第２面１０Ｂとブラインドビア１０Ｖの底面間のシリコン基板を透過し、さらに底面の凸面形状１０Ｅを通り、光ファイバ１１_１の端部に入射する。
【０１２７】
また、光ファイバ１１_２から出射された光は、ブラインドビア１０Ｖ底面の凸面形状１０Ｅを通り、ブラインドビア１０Ｖの底面と第２面１０Ｂ間のシリコン基板を透過し、受光素子２０Ｂに入射する。
【０１２８】
（光半導体モジュールの構成例（８））
この構成例（８）は、図１３に示した構成において、ブラインドビア１０Ｖの底面がピン形状を有する例である。
【０１２９】
図２０は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（８）におけるブラインドビアの断面図である。図示するように、ブラインドビア１０Ｖの底面がピン形状、例えば円錐形状１０Ｆを有している。
【０１３０】
図２０に示した構成を有する光半導体モジュールは以下のような動作を行う。
【０１３１】
発光素子２０Ａから出射された光は、第２面１０Ｂとブラインドビア１０Ｖの底面間のシリコン基板を透過し、さらに底面の円錐形状１０Ｆを通り、光ファイバ１１_１の端部に入射する。
【０１３２】
また、光ファイバ１１_２から出射された光は、ブラインドビア１０Ｖ底面の円錐形状１０Ｆを通り、ブラインドビア１０Ｖの底面と第２面１０Ｂ間のシリコン基板を透過し、受光素子２０Ｂに入射する。
【０１３３】
（光半導体モジュールの構成例（９））
この構成例（９）は、図１３に示した構成において、隣接するブラインドビア１０Ｖ間に溝を有する例である。
【０１３４】
図２１（ａ）、（ｂ）は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（９）におけるブラインドビアの断面図である。
【０１３５】
図２１（ａ）に示すように、ブラインドビア１０Ｖ間、言い換えると、光ファイバ１１_１，１１_２間には、シリコン基板１０の第２面１０Ｂ側から空けられた溝１０Ｇが形成されている。すなわち、シリコン基板１０は、光ファイバ１１_１，１１_２間の第２面１０Ｂに溝１０Ｇを有している。
【０１３６】
また、図２１（ｂ）に示すように、ブラインドビア１０Ｖ間、言い換えると、光ファイバ１１_１，１１_２間には、シリコン基板１０の第１面１０Ａ側から空けられた溝１０Ｈが形成されている。すなわち、シリコン基板１０は、光ファイバ１１_１，１１_２間の第１面１０Ａに溝１０Ｈを有している。
【０１３７】
これら溝１０Ｇ，１０Ｈは、各々の光ファイバの端部やブラインドビアの底面で発生する散乱光を遮る働きをもつ。
【０１３８】
これらの例でも、図１３に示した構成と同様に、光ファイバ１１_１と発光素子２０Ａ間、および光ファイバ１１_１と受光素子２０Ｂ間で光を送受信することができ、さらに、各々の光ファイバの端部やブラインドビアの底面で発生する散乱光を低減することができる。
【０１３９】
（光半導体モジュールの構成例（１０））
この構成例（１０）は、図１３に示した構成において、光ファイバを固定した透明樹脂上に、さらに光を吸収する樹脂を形成した例である。
【０１４０】
図２２は、図１に示した光半導体モジュールの構成例（１０）におけるブラインドビアの断面図である。
【０１４１】
図２２に示すように、光ファイバ１１_１，１１_２が固定されたブラインドビア１０Ｖの周囲の第１面１０Ａ上のみに光吸収樹脂８６を配置する。
【０１４２】
これら光吸収樹脂８６は、発光素子２０Ａの発光波長に対して不透明であり、各々のブラインドビアの底面等で発生する散乱光をその表面または側面で吸収する。これにより、他のブラインドビア内の光ファイバまたは光素子へのクロストーク（迷光等）を抑制する。すなわち、ブラインドビアの底面等で発生する散乱光をカットする。
【０１４３】
（光半導体モジュールの構成例（１１））
図２３は、変形例の光半導体モジュールにおけるブラインドビアの断面図である。この変形例では、ブラインドビア１０Ｖ内に樹脂レンズ８７を配置する。さらに、ブラインドビア１０Ｖの上方に、光ファイバ１１が固定されたレンズ成形部品（またはホルダー）８８を配置する。レンズ成形部品８８はレンズ８９を有しており、レンズ８９は樹脂レンズ８７（及び発光素子２０Ａまたは受光素子２０Ｂ）の光軸上に配置されている。さらに、発光素子２０Ａ及び受光素子２０Ｂは、シリコン基板１０の第２面上で樹脂レンズ８７の光軸上にそれぞれ配置されている。発光素子２０Ａまたは受光素子２０Ｂと光ファイバ１
１との間の光の送受信は、樹脂レンズ８７とレンズ成形部品のレンズ８９を介して行われる。
【０１４４】
さらに以下に、光半導体モジュールの他の様々な構成例を説明する。
【０１４５】
図２４，図２５及び図２６は、図１に示した光半導体モジュールにおけるブラインドビアの断面図である。
【０１４６】
図２４に示すように、光ファイバ１１_１，１１_２の先端が球状に加工されている。すなわち、ブラインドビア１０Ｖ内に挿入された光ファイバ１１_１，１１_２の先端は球面形状を有している。これにより、光ファイバと発光素子２０Ａまたは受光素子２０Ｂ間の光結合を向上でき、例えば発光素子２０Ａから光を受けた場合の発光素子への反射戻り光を低減することができる。
【０１４７】
また、図２５に示すように、光ファイバ１１_１，１１_２の先端が斜めに加工されている。すなわち、ブラインドビア１０Ｖに挿入された光ファイバ１１_１，１１_２の先端は、第１面１０Ａあるいは第２面１０Ｂに対して斜めな形状を有している。これにより、発光素子２０Ａから光を受けた場合の発光素子への反射戻り光を抑制することができる。例えば、発光素子２０Ａが半導体レーザの場合に問題となる、反射戻り光による外部誘起雑音を抑制できる。
【０１４８】
また、図２６に示すように、光ファイバ１１_１，１１_２の先端が第１面１０Ａ（あるいは第２面１０Ｂ）に対して平行な面を有し、ブラインドビア１０Ｖが第１面１０Ａに対して傾斜している。すなわち、ブラインドビア１０Ｖの深さ方向（光ファイバ１１_１，１１_２の挿入方向）が第１面１０Ａに対して垂直ではなく、斜めになっている。ここで、斜めとは、第１面１０Ａ（あるいは第２面１０Ｂ）と、ブラインドビア１０Ｖの深さ方向（または光ファイバ）とがなす角が９０度より小さい角度を有することをいう。
【０１４９】
これにより、発光素子２０Ａから光を受けた場合の発光素子への反射戻り光を抑制でき、例えば、発光素子２０Ａが半導体レーザの場合に問題となる、反射戻り光による外部誘起雑音を抑制できる。なお、光ファイバの先端は平行な面であることに限定されず、球状加工、斜め加工等、垂直以外に加工されていてもよい。
【０１５０】
（ブラインドビアの開口部の構成例）
また、図２７（ａ）〜（ｄ）は、ブラインドビア１０Ｖの上面から見た開口形状を示す図である。
【０１５１】
ブラインドビア１０Ｖの開口形状は、光ファイバ１１の円形断面に必ずしも合わせる必要はなく、光ファイバ１１の側面に接しない領域を有する形状、例えば、図２７（ａ）〜（ｄ）にそれぞれ示す正方形、菱形、楕円、三角形等の形状でもよい。
【０１５２】
このように、ブラインドビア１０Ｖの開口形状を、光ファイバ１１の側面に接しない領域を有する形状にすれば、光ファイバ１１の挿入時の余剰な透明樹脂１２や泡を抜くための隙間が形成されるため、光ファイバの挿入及び組立が容易になる。
【０１５３】
本実施形態によれば、光ファイバと光素子間の光結合を簡略化でき、小型化および低コスト化が可能な光デバイスを用いることができるため、第１乃至第３の実施形態と組み合わせることによって、小型化および低コスト化が可能な光半導体モジュールを提供できる。
【０１５４】
光デバイスとして、ブラインドビアを用いた光デバイスを用いたことにより、光ファイバをホールドするホルダーが別途に必要なく、光ファイバと光素子との位置合わせを高精度で行うことができ、光ファイバと光素子間の光結合を簡素で小型化が可能な構成で実現することができる。
【０１５５】
また、半導体基板は、光ファイバを固定すると共に、光素子を光ファイバの光軸上に固定する機能を有する。さらに、シリコン基板の第２面上に化合物半導体から構成された光素子を形成すること、あるいは半導体基板の第２面に光素子を直接形成することにより、ウェハにて多量に製造可能となり、品質管理も容易となるため、より低コスト化が可能である。
【０１５６】
光半導体モジュールは、光通信、光配線などの光伝送技術、光ディスク用ピックアップなどの光記録技術、更には、光情報処理技術や光計測技術などの分野で用いられている。本発明の実施形態としては、発光素子や受光素子などの光半導体素子そのものをパッケージ化したもの、または、これに更に光素子駆動用デバイスを含むものや、光素子駆動用デバイスと光半導体素子を一体化した集積素子からなるものなどを含む。また、光の伝達媒体として、空間、光ファイバ、光導波路などが適用分野に応じて適宜選定される。
【０１５７】
また、本発明の実施形態においては、光ファイバ伝送用光半導体モジュールを例に説明したが、本発明はその主旨を逸脱することなく、前記したような他の用途や種類への適用も可能であり、これらの実施形態に限定されるものではない。
【０１５８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５９】
１…光デバイス、１Ａ…光デバイスの第１面、１Ｂ…光デバイスの第２面、１０…シリコン基板、１０Ａ…シリコン基板の第１面、１０Ｂ…シリコン基板の第２面、１０Ｅ…凸面形状、１０Ｆ…円錐形上、１０Ｇ…溝、１０Ｈ…溝、１０Ｖ…ブラインドビア、１１…光ファイバ、１１_１…光ファイバ、１１_２…光ファイバ、…透明樹脂、１３…被覆部、１４…絶縁層、１５…樹脂、１５Ａ…樹脂の第１面、１５Ｂ…樹脂の第２面、１５Ｃ…樹脂の凹部、１６…電極リード（電気端子）、１６Ｆ…リードフレーム、１７…ワイヤ、１７Ａ…第１のワイヤ、１７Ｂ…第２のワイヤ、１８…コネクタ端子（電気端子）、１９…部材、１９Ａ…フレーム材、１９Ｂ…接着材、２０…光素子、２０Ａ…発光素子、２０Ｂ…受光素子、３０…リードフレーム、３１…接着材、３２…電極リード、３２Ｆ…リードフレーム、３２Ａ…リードフレームの凹部、３３…配線層、４０…基板、７０…光素子駆動用デバイス、７０Ａ…光素子駆動用デバイスの第１面、７０Ｂ…光素子駆動用デバイスの第２面、７１…コネクタ端子（電気端子）、７１Ｆ…リードフレーム、７２…放熱プレート（リードフレーム）、８１…光導波路、８２_１…回折格子、８２_１…回折格子、８３…光変調器、８４…ボールレンズ、８５…同軸レンズ、８６…光吸収樹脂、８７…樹脂レンズ、８８…レンズ成形部品、８９…レンズ、ＱＴ…ＱＦＮテープ、ＤＴ…ダイシングテープ、ＭＴ…モールドテープ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018078148.tif 000018
【図１７】
2018078148.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2018078148.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2018078148.tif 000027
【図２６】
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【図２７】
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