(57)【要約】【課題】実装時の熱の影響や使用環境による応力の対策を施すことで、基板から樹脂構造体を剥離しにくくして、歩留まり率を向上させることができる基板構造体および光モジュール用基板を提供する。【解決手段】基板１と、基板１上に設けられた樹脂構造体とを備えた基板構造体である。基板１に、樹脂構造体にかかる応力を緩和する応力緩和構造２６が形成されている。樹脂構造体は、導波路１６である。応力緩和構造２６は、導波路１６の少なくとも一方側に形成されている。応力緩和構造２６は、凹部または凸部である。応力緩和構造２６は、基板１の表面に形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板上に設けられた樹脂構造体とを備えた基板において、
前記基板に、前記樹脂構造体にかかる応力を緩和する応力緩和構造が形成されていることを特徴とする基板構造体。
【請求項２】
前記樹脂構造体は、導波路であることを特徴とする光モジュール用基板。
【請求項３】
前記応力緩和構造は、前記導波路の少なくとも一方側に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の光モジュール用基板。
【請求項４】
前記応力緩和構造は、凹部または凸部であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光モジュール用基板。
【請求項５】
前記応力緩和構造は、前記基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光モジュール用基板。
【請求項６】
前記応力緩和構造は、前記基板の裏面に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光モジュール用基板。
【請求項７】
前記応力緩和構造は、前記基板の表面と裏面の双方に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の光モジュール用基板。
【請求項８】
前記導波路は、前記基板の表面の導波路形成用溝内に形成されており、前記応力緩和構造は、前記導波路形成用溝と同形状であることを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の光モジュール用基板。
【請求項９】
前記基板は、単体半導体基板であり、前記応力緩和構造は、前記単体半導体基板の結晶方位面に沿うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の光モジュール用基板。
【請求項１０】
前記単体半導体基板は、シリコン基板であることを特徴とする請求項９に記載の光モジュール用基板。
【請求項１１】
前記応力緩和構造は、ウェットエッチングにより形成されることを特徴とする請求項１０に記載の光モジュール用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板構造体および光モジュール用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、図９（ａ）のように、光モジュールは、基板１の表面に形成された第１溝（導波路形成用溝）１ａ内に設けられた内部導波路（樹脂構造体）１６と、この第１溝１ａの先端面に形成された光路変換用のミラー部１５とを備えている。また、ミラー部１５を介して内部導波路１６のコア部１７に光信号を発光し、若しくはミラー部１５を介して内部導波路１６のコア部１７からの光信号を受光する光素子１２を備えている。
【０００３】
さらに、基板１の表面に形成された第２溝１ｂ内に設けられ、内部導波路１６のコア部１７と光学的に結合するファイバコア部２１を有する光ファイバ（外部導波路）２を備えている（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、光モジュールが動作している場合、ミラー部１５と合成樹脂製の内部導波路１６は、光吸収によって発熱することがある。特に光素子１２が発光素子であるときは、これに近いミラー部１５付近は、光が拡がる前であるので、光のパワー密度が高いために、発熱温度が高くなる傾向になる。
【０００５】
このような光モジュールにおいて、短距離や低速伝送であれば、光素子１２からの光のパワー密度が低いために、ミラー部１５やその近傍の内部導波路１６の発熱温度は、問題となるほど高くならない。しかし、長距離や高速伝送であれば、伝送信頼性を確保するために、より高い光出力が必要となり、その分、ミラー部１５やその近傍の内部導波路１６の発熱温度も高くなる。
【０００６】
そのため、ミラー部１５やその近傍の内部導波路１６の温度上昇に起因する応力のために、基板１からコア部１７が剥離する可能性がある。
【０００７】
そこで、図９（ｂ）のように、コア部１７の前端１７ａをミラー部１５から後退させることで温度上昇を抑制して、剥離が発生しにくいように工夫したものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−３５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、実装時の熱の影響や使用環境による応力のために、内部導波路１６が基板１から剥離しやすくなるため、モジュールの歩留まり率が低下するという問題があった。
【００１０】
本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、実装時の熱の影響や使用環境による応力の対策を施すことで、基板から樹脂構造体を剥離しにくくして、歩留まり率を向上させることができる基板構造体および光モジュール用基板を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は、基板と、前記基板上に設けられた樹脂構造体とを備えた基板構造体において、前記基板に、前記樹脂構造体にかかる応力を緩和する応力緩和構造が形成されていることを特徴とする基板構造体である。
【００１２】
本発明によれば、基板に、応力を緩和する応力緩和構造を形成したものである。これにより、実装時の熱の影響や使用環境によって樹脂構造体にかかる応力が緩和（減少）され、基板から樹脂構造体が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。
【００１３】
前記樹脂構造体は、導波路である構成とすることができる。
【００１４】
この構成によれば、光モジュールの導波路にかかる応力が緩和（減少）され、基板から導波路が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。
【００１５】
前記応力緩和構造は、前記導波路の少なくとも一方側に形成されている構成とすることができる。
【００１６】
この構成によれば、応力緩和構造を導波路の少なくとも一方側に形成するので、簡易に導波路の応力が緩和されるようになる。
【００１７】
前記応力緩和構造は、凹部または凸部である構成とすることができる。
【００１８】
この構成によれば、応力緩和構造が凹部または凸部であるので、簡易に導波路の応力が緩和されるようになる。
【００１９】
前記応力緩和構造は、前記基板の表面に形成されている構成とすることができる。
【００２０】
この構成によれば、応力緩和構造を基板の表面に形成することで、導波路と同時に形成できるので、応力緩和構造の形成工程が簡略化できるようになる。
【００２１】
前記応力緩和構造は、前記基板の裏面に形成されている構成とすることができる。
【００２２】
この構成によれば、応力緩和構造を基板の裏面に形成することで、基板の表面の配線用パターン等を避ける必要が無くなるから、応力緩和構造を形成するための基板の幅方向のスペースが減少する。これにより、基板を小型化できてコスト安になる。
【００２３】
前記応力緩和構造は、前記基板の表面と裏面の双方に形成されている構成とすることができる。
【００２４】
この構成によれば、応力緩和構造を基板の表面と裏面の双方に形成することで、応力がより緩和され、基板から導波路がより剥離しにくくなって、歩留まり率がより向上するようになる。
【００２５】
前記導波路は、前記基板の表面の導波路形成用溝内に形成されており、前記応力緩和構造は、前記導波路形成用溝と同形状である構成とすることができる。
【００２６】
この構成によれば、応力緩和構造を導波路形成用溝と同形状、つまりダミー溝の形状となるから、このダミー溝を導波路形成用溝と同じ工程で形成できるので、応力緩和構造の形成工程が簡略化できるようになる。
【００２７】
前記基板は、単体半導体基板であり、前記応力緩和構造は、前記単体半導体基板の結晶方位面に沿う構成とすることができる。
【００２８】
この構成によれば、応力緩和構造は、単体半導体基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造を容易に形成できるようになる。
【００２９】
前記単体半導体基板は、シリコン基板である構成とすることができる。
【００３０】
この構成によれば、応力緩和構造は、シリコン基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造を容易に形成できるようになる。
【００３１】
前記応力緩和構造は、ウェットエッチングにより形成される構成とすることができる。
【００３２】
この構成によれば、応力緩和構造をウェットエッチングにより容易に形成できるようになる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、実装時の熱の影響や使用環境による応力の対策を施すことで、基板から樹脂構造体を剥離しにくくして、歩留まり率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る光モジュールの概略側面図である。
【図２】第１実施形態の応力緩和構造を形成した基板であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図３】第２実施形態の応力緩和構造を形成した基板であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】第３実施形態の応力緩和構造を形成した基板であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図５】変形例１の基板であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図６】変形例２の基板であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【図７】ミラー部付近の内部導波路であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図８】ミラー部付近の内部導波路の別例であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。
【図９】背景技術の光モジュールの内部導波路であり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）はコア部の前端を後退させた側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、背景技術と同一構成・作用の箇所は、同一番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３６】
図１は本発明に係る光モジュールの概略側面図である。図１において、光モジュールは、発光側の第１基板（マウント基板）１と、受光側の第１基板（マウント基板）３と、この第１基板１，３を光学的に結合する光ファイバ２とを備えている。
【００３７】
第１基板１，３は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子１２ａから受光素子１２ｂまでの光結合効率が必要になるので、光素子（発光素子１２ａと受光素子１２ｂ）１２を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、第１基板１，３として、本実施形態では単体半導体基板が採用されている。単体半導体基板、特にシリコン基板であれば、シリコンの結晶方位を利用して表面に高精度のエッチング溝加工が可能〔この溝を利用して高精度なミラー部１５（後述）、溝内に内部導波路１６（後述）を形成する。〕となる。また、シリコン基板は、平坦性も良好である。
【００３８】
第１基板は１，３が単体半導体基板であれば、後述する応力緩和構造２６は、単体半導体基板の結晶方位面に沿う構成とすることができる。このように、応力緩和構造２６は、単体半導体基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造２６を容易に形成できるようになる。
【００３９】
また、単体半導体基板がリコン基板であれば、応力緩和構造２６は、シリコン基板の結晶方位面に沿うから、応力緩和構造を容易に形成できるようになる。さらに、応力緩和構造２６をウェットエッチングにより容易に形成できるようになる。
【００４０】
第１基板１，３は、それよりもサイズが大きい第２基板（インタポーザ基板）６の表面（上面）にそれぞれ設置されている。各第２基板６の裏面（下面）には、他の回路装置に電気的に接続するためのコネクタ７がそれぞれ取付けられている。
【００４１】
第１基板１の表面（上面）には、電気信号を光信号に変換する発光素子１２ａが発光面を下向きとしてバンプ１２ｃ〔図９（ｂ）参照〕でフリップチップ実装されている。また、第２基板６の表面には、この発光素子１２ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）４ａが実装されている。
【００４２】
発光素子１２ａとして、本実施形態では、半導体レーザである面発光レーザ〔ＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）〕が採用されている。この発光素子１２ａはＬＥＤ等でもよい。
【００４３】
ＩＣ基板４ａは、前記ＶＣＳＥＬを駆動させるドライバＩＣであり、発光素子１２ａの近傍に配設されている。そして、発光素子１２ａおよびＩＣ基板４ａは、第１基板１の表面に形成された配線用パターン（銅や金スパッタによるパターニング回路）１０〔図２（ａ）参照〕に接続されている。
【００４４】
第１基板１の表面には、図２（ｂ）に示すような略Ｖ字形の第１溝（導波路形成用溝）１ａと、第１溝１ａよりも深い略Ｖ字形の第２溝１ｂが前後方向に連なって形成されている。
【００４５】
第１溝１ａの先端面には、発光素子１２ａの真下となる位置に、光路を９０度屈曲させるための光路変換用のミラー部１５が形成されている。
【００４６】
第１基板１の第１溝１ａ内には、第１基板１の発光素子１２ａと光学的に結合する内部導波路（樹脂構造体）１６が設けられている。
【００４７】
内部導波路１６は、図２を参照すれば、光が伝播する屈折率の高いコア部１７と、それよりも屈折率の低いクラッド部１８とから構成されている。コア部１７の左右の両面は、クラッド部１８で覆われている。コア部１７の上部は、第１基板１の表面と略同じ高さであり、クラッド部１８の上部は、第１基板１の表面よりも僅かに盛り上げられている。クラッド部１８の上部は、第１溝１ａの両側で基板１の表面に密着されている。
【００４８】
図１に戻って、内部導波路１６が設けられた第１基板１の表面の所定位置には、発光素子１２ａが実装され、この発光素子１２ａと第１基板１の表面との間には、アンダーフィルが充填されている。
【００４９】
一方、受光側の第１基板３の基本的な構成は、発光側の第１基板１と同様に構成されている。ただし、受光側の第１基板３の表面（上面）に、光信号を電気信号に変換する受光素子１２ｂが受光面を下向きとしてフリップチップ実装されている。また、第２基板６の表面に、この受光素子１２ｂに電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（信号処理部）４ｂが実装されている点で、発光側の第１基板１と異なる。この受光素子１２ｂとしては、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）が採用されており、ＩＣ基板４ｂは、電流・電圧の変換を行うＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）などの素子である。
【００５０】
発光側の第１基板１と受光側の第１基板３およびＩＣ基板４ａ，４ｂは、第２基板６の表面に取付けたシールドケース８でそれぞれシールドされていて、光ファイバ２は、シールドケース８の貫通孔８ａを貫通させている。
【００５１】
光ファイバ２は、発光側の第１基板１の内部導波路１６のコア部１７と、受光側の第１基板３の内部導波路１６のコア部１７とを光学的に結合可能なファイバコア部２１を内部に有している。そして、このファイバコア部２１の外周を包囲するファイバクラッド部２２と、このファイバクラッド部２２の外周を被覆する被覆部２３とで構成されるコードタイプである。このファイバコア部２１とファイバクラッド部２２と被覆部２３は円形状である。
【００５２】
光ファイバ２は、シールドケース８の貫通孔８ａを貫通して第１基板１の第２溝１ｂの手前付近で被覆部２３が剥がされて、ファイバクラッド部２２が露出されている。
【００５３】
そして、第１基板１の第２溝１ｂに光ファイバ２のファイバクラッド部２２を設置して、第１溝１ａとの境部分の立ち上がり傾斜部でファイバクラッド部２２の位置決めをする。このときに、第１基板１の内部導波路１６のコア部１７と光ファイバ２のファイバコア部２１の光軸が一致した位置決め状態で光学的に結合されるようになる。
【００５４】
第１基板１の表面の位置において、光ファイバ２のファイバクラッド部２２の上部には押えブロック２４が配置され、この押えブロック２４と第２溝１ｂとの間の空間には、接着剤が充填されている。
【００５５】
このように、光ファイバ２のファイバクラッド部２２の先端側は、押えブロック２４で第２溝１ｂに押え付けられた状態で、押えブロック２４とともに第１基板１に接着剤で接着固定されるようになる。
【００５６】
図２は、第１実施形態の応力緩和構造２６を形成した基板１であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。
【００５７】
基板１の第１溝１ａの断面形状は略Ｖ字形である。コア部１７の前端１７ａは、図７のように、ミラー部１５の位置に設定されている。また、クラッド部１８の前端１８ａは、ミラー部１５の上端１５ｃよりも基板１の表面に延在する位置に設定しているが、必ずしもこの位置である必要はない。これらのことは、第１溝１ａの断面形状を略台形とした場合でも同様である。
【００５８】
基板１の表面には、実装時の熱の影響や使用環境による応力を緩和する応力緩和構造２６が形成されている。
【００５９】
この応力緩和構造２６は、第１溝１ａに沿った両側に形成された凹部であり、具体的には、第１溝１ａと同形状としている。また、図２のように、第２溝１ｂが形成されている場合には、第２溝１ｂとも同形状としている。
【００６０】
このような応力緩和構造２６は、第１溝１ａと第２溝１ｂと同形状、つまりダミー溝の形状となる。
【００６１】
応力緩和構造２６は、必ずしも内部導波路１６の第１溝１ａや第２溝１ｂに沿った両側に形成された凹部である必要は無い。すなわち、内部導波路１６の第１溝１ａや第２溝１ｂに沿っていなくてもよい。また、内部導波路１６の第１溝１ａや第２溝１ｂの両側ではなく、少なくとも内部導波路１６の第１溝１ａや第２溝１ｂの一方側に形成されていてもよい。
【００６２】
内部導波路１６は、必ずしも第１溝１ａの内部に形成されたものである必要は無い。すなわち、図５（ａ）（ｂ）に示すように、基板１の表面（上面）にコア部１７とクラッド部１８とが形成されたものであってもよい。
【００６３】
応力緩和構造２６は、必ずしも凹部である必要は無い。すなわち、図６（ａ）（ｂ）に示すように、基板１の表面から突出する凸部であってもよい。
【００６４】
要するに、基板１に形成されて、第１溝１ａに内部導波路１６を形成する時の応力を緩和できる構造であれば、どのような形状であってもよい。
【００６５】
第１実施形態の構成であれば、基板１に、実装時の熱の影響や使用環境による応力を緩和する応力緩和構造２６を形成したものである。これにより、実装時の熱の影響や使用環境による応力が緩和（減少）され、基板１から内部導波路１６が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。
【００６６】
そして、応力緩和構造２６を第１溝１ａや第２溝１ｂに沿った両側に形成すれば、内部導波路１６の第１溝１ａや第２溝１ｂの全体で応力が緩和されるようになる。
【００６７】
また、応力緩和構造２６を基板１の表面に形成することで、内部導波路１６の第１溝１ａや第２溝１ｂと同時に形成できるので、応力緩和構造２６の形成工程が簡略化できるようになる。
【００６８】
さらに、応力緩和構造２６を第１溝１ａや第２溝１ｂと同形状、つまりダミー溝の形状となるから、このダミー溝を第１溝１ａや第２溝１ｂと同じ工程で形成できるので、応力緩和構造２６の形成工程が簡略化できるようになる。
【００６９】
図３は、第２実施形態の応力緩和構造２６を形成した基板１であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。第１実施形態と相違するのは、基板１の表面ではなく、裏面に応力緩和構造２６形成した点である。
【００７０】
第２実施形態の構成であれば、第１実施形態と同様の作用効果の他に、応力緩和構造２６を基板１の裏面に形成することで、基板１の表面の配線用パターン１０等を避ける必要が無くなるから、応力緩和構造２６を形成するための基板１の幅方向のスペースが減少する。これにより、基板１を小型化できてコスト安になる。
【００７１】
図４は、第３実施形態の応力緩和構造２６を形成した基板１であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。第１実施形態と相違するのは、基板１の表面と裏面の双方に応力緩和構造２６形成した点である。
【００７２】
第３実施形態の構成であれば、応力緩和構造２６を基板１の表面と裏面の双方に形成することで、応力がより緩和され、基板１からコア部１７がより剥離しにくくなって、歩留まり率がより向上するようになる。
【００７３】
前記各実施形態は、図７のように、コア部１７の前端１７ａは、ミラー部１５の位置に設定し、クラッド部１８の前端１８ａは、ミラー部１５の上端１５ｃよりも基板１の表面に延在する位置に設定したものである。
【００７４】
これに対して、図８のように、コア部１７の前端１７ａは、ミラー部１５から後退された位置に設定し、クラッド部１８の前端１８ａは、第１溝１ａの略Ｖ字形の溝部分の前端１ｄの位置に設定することができる。
【００７５】
この構成によれば、コア部１７の前端１７ａをミラー部１５から後退させることで、コア部１７の温度上昇が抑制されるので、基板１からコア部１７が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。なお、コア部１７の前端１７ａをミラー部１５から後退させ、クラッド部１８の前端１８ａをコア部１７の前端１７ａから後退させている。このことから、基板１に対するコア部１７の密着力が低下するが、基板１に応力緩和構造２６が形成されていることから、この点で、基板１からコア部１７が剥離しにくくなって、歩留まり率が向上するようになる。
【００７６】
前記各実施形態は、光モジュール用基板１であったが、光モジュール用基板１のみに限られるものではない。すなわち、基板上に樹脂構造体を形成する基板構造体であれば、他の用途の基板であっても、本発明が適用できることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００７７】
１      第１基板（基板）
１ａ    第１溝（導波路形成用溝）
１ｂ    第２溝
１２ａ  発光素子
１２ｂ  受光素子
１５    ミラー部
１６    内部導波路（樹脂構造体）
１７    コア部
１７ａ  前端
１８    クラッド部
２６    応力緩和構造
【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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