(57)【要約】【課題】電気的接続部の信頼性と高い光学的特性を併せ持ち、かつ、安価な直接光結合方式の光モジュールを得る。【解決手段】光ファイバ１５と、光半導体素子搭載面１２と、この光半導体素子搭載面１２に開口１３を有する光伝送路ガイド孔１４と、光半導体素子搭載面１２に形成された電気配線層１６とを有する光ファイバ保持部材１１と、一主面上に電極２０および受・発光領域１９を有し、これらを光伝送路保持部材１１に向けて光半導体素子搭載面１２に搭載された光半導体素子１８と、電極２０と電気配線層１６との電気的接続部２１の周囲を埋める第１の樹脂２２と、光ファイバ１５と光半導体素子１８間を埋める第２の樹脂２４とを具備し、第２の樹脂２４は、第１の樹脂２２によって開口１３が外部と連通するように設けられた空間を埋めるように形成されている光モジュールおよびその製造方法である。【選択図】図１
2008299062.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路と、
光半導体素子搭載面と、この光半導体素子搭載面に開口を有し、前記光伝送路の一端を前記光半導体素子搭載面へと案内する光伝送路ガイド孔と、前記光半導体素子搭載面に形成された電気配線層とを有する光伝送路保持部材と、
一主面上に電極および受光または発光領域を有し、これらの電極および受光または発光領域を光伝送路保持部材に向けて前記光半導体素子搭載面に搭載された光半導体素子と、
前記光半導体素子と光半導体素子搭載面間の前記電極と電気配線層との電気的接合部の周囲を、前記光半導体素子搭載面の前記開口が前記光半導体素子搭載面上で外部と連通する空間を残しながら埋める第１の樹脂と、
前記光伝送路と前記光半導体素子間、および前記光半導体素子と前記光半導体素子搭載面間の前記空間を埋める第２の樹脂と、
を具備することを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
前記第２の樹脂は、前記光半導体素子から発光される光または前記光半導体素子に受光される光に対し透過性を有する樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の光モジュール。
【請求項３】
前記第２の樹脂は、前記光伝送路と略等しい屈折率を有することを特徴とする請求項１または２記載の光モジュール。
【請求項４】
前記第１の樹脂は、複数の島を形成するように配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の光モジュール。
【請求項５】
光半導体素子搭載面と、この光半導体素子搭載面に開口を有し、光伝送路の一端を前記光半導体素子搭載面へと案内する光伝送路ガイド孔と、前記光半導体素子搭載面に形成された電気配線層とを有する光伝送路保持部材の前記光半導体素子搭載面に、少なくとも前記開口を除き、かつ、前記開口が前記光半導体素子搭載面上で外部と連通するように第１の樹脂を設ける工程と、
前記第１の樹脂が設けられた前記光半導体素子搭載面に電極および受光または発光領域を有する光半導体素子を、これらの電極および受光または発光領域を光伝送路保持部材に向けて搭載するとともに、前記電極を前記電気配線層に電気的に接続する工程と、
前記光伝送路ガイド孔に第２の樹脂を供給した後、光伝送路を挿入し、前記光伝送路保持部材および光伝送路と前記光半導体素子搭載面に搭載された前記光半導体素子間に前記第２の樹脂を充填する工程と、
を有することを特徴とする光モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
情報通信において、光を搬送波として強度変調や位相変調などによって信号を伝送することが広く行われている。このような光伝送のためには、発光素子や受光素子などの光半導体素子と光ファイバなどの光伝送路とを光学的に結合するための光結合装置が必要である。
【０００３】
近年、この種の装置においては、扱う光信号が高速化するにつれ、発光素子や受光素子などの電気的な寄生容量が無視できなくなり、素子の発光領域あるいは受光領域の寸法が小さくなる傾向にある。例えば、ＧａＡｓ系のｐｉｎ型フォトダイオードの受光領域の直径は、１０Ｇｂｐｓ以上の応答を得るために５０〜６０μｍ程度まで微小化してきている。かかる素子の発光領域あるいは受光領域の微小化は、光結合効率の低下を招き、耐雑音特性が劣化する、伝送距離が短くなるといった問題を生じる。また、光半導体素子と光ファイバとの相対位置のトレランスを大きく取るために光路中にレンズを挿入することが必要になる。しかしながら、レンズを挿入することによって、部品数が増えて部品間の位置合わせがますます困難となり、製造コストが上昇する。
【０００４】
そこで、光半導体素子の発光領域あるいは受光領域と光伝送路とをレンズを用いずに直接結合させる、いわゆる直接光結合（バットジョイント）方式を用いた光結合装置が開発されている。
【０００５】
このような装置として、光ファイバを保持する光伝送路保持部材の一主面上に電気配線層を形成するとともに、その主面上に光半導体素子を、その発光領域あるいは受光領域を光ファイバと対向させてフリップチップ実装した光モジュールが知られている（例えば、特許文献1参照。）。
【０００６】
しかしながら、上記光モジュールにおいては、光半導体素子と電気配線層との電気的接続部を保護するためのいわゆるアンダーフィル樹脂と、光半導体素子と光ファイバ間を埋める樹脂が同一の樹脂で構成されるため、樹脂材料として、アンダーフィル樹脂に要求される特性と光学的特性とを併せ持つものを使用しなければならず、材料の選択や製造条件の自由度が小さく、ひいてはコスト高になる、という問題があった。
【特許文献１】特開２００１−１５９７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、光半導体素子と光ファイバ等の光伝送路を直接光結合させる直接光結合方式の光モジュールであって、電気的接続部の信頼性と高い光学的特性を併せ持ち、かつ、従来に比べ安価な光モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る光モジュールは、光伝送路と、光半導体素子搭載面と、この光半導体素子搭載面に開口を有し、前記光伝送路の一端を前記光半導体素子搭載面へと案内する光伝送路ガイド孔と、前記光半導体素子搭載面に形成された電気配線層とを有する光伝送路保持部材と、一主面上に電極および受光または発光領域を有し、これらの電極および受光または発光領域を光伝送路保持部材に向けて前記光半導体素子搭載面に搭載された光半導体素子と、前記光半導体素子と光半導体素子搭載面間の前記電極と電気配線層との電気的接合部の周囲を、前記光半導体素子搭載面の前記開口が前記光半導体素子搭載面上で外部と連通する空間を残しながら埋める第１の樹脂と、前記光伝送路と前記光半導体素子間、および前記光半導体素子と前記光半導体素子搭載面間の前記空間を埋める第２の樹脂と、を具備することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る光モジュールの製造方法は、光半導体素子搭載面と、この光半導体素子搭載面に開口を有し、光伝送路の一端を前記光半導体素子搭載面へと案内する光伝送路ガイド孔と、前記光半導体素子搭載面に形成された電気配線層とを有する光伝送路保持部材の前記光半導体素子搭載面に、少なくとも前記開口を除き、かつ、前記開口が前記光半導体素子搭載面上で外部と連通するように第１の樹脂を設ける工程と、前記第１の樹脂が設けられた前記光半導体素子搭載面に電極および受光または発光領域を有する光半導体素子を、これらの電極および受光または発光領域を光伝送路保持部材に向けて搭載するとともに、前記電極を前記電気配線層に電気的に接続する工程と、前記光伝送路ガイド孔に第２の樹脂を供給した後、光伝送路を挿入し、前記光伝送路保持部材および光伝送路と前記光半導体素子搭載面に搭載された前記光半導体素子間に前記第２の樹脂を充填する工程と、を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様に係る光モジュールおよび光モジュールの製造方法によれば、電気的接続部の信頼性と高い光学的特性を併せ持ち、かつ、安価な直接光結合方式の光モジュールを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下では本発明の実施の形態を図面に基いて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光モジュール１０を示す斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態の光モジュール１０は、光ファイバ１５と、この光ファイバ１５を保持する光ファイバ保持部材１１と、この光ファイバ保持部材１１に搭載される光半導体素子１８とを備える。
【００１４】
図１において、１１は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂により略直方体状に形成され、その直方体の一主面を光半導体素子搭載面１２とする光ファイバ保持部材を示している。この光ファイバ保持部材１１は、例えば、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の熱可塑性樹脂の射出成形により形成されてもよく、その形状も直方体状に限らず、立方体や板状等であってもよい。また、上記樹脂には、通常、シリカ等の充填材が配合されるが、その種類や平均粒径、配合量比等は、所望特性に応じて適宜選択可能である。
【００１５】
この光ファイバ保持部材１１には、光伝送路ガイド孔として、光半導体素子搭載面１２に一方の開口１３を有する貫通孔１４が複数（図面の例では、４個）、各開口１３が光半導体素子搭載面１２の幅方向に所定の間隔をおいて並列するように設けられている。すなわち、これらの貫通孔１４は、各貫通孔１４の他方の開口（図示なし）から挿入した光ファイバ１５の一端を光半導体素子搭載面１２の所定の位置に案内するものである。したがって、貫通孔１４は、その断面形状などは特に限定されるものではないが、光ファイバ１５の位置決めができる程度の大きさおよび形状に形成されていることが好ましい。貫通孔１４は、光ファイバ１５を、光半導体素子搭載面１２に続く光ファイバ保持部材１１の上側側面および下側側面に対し略平行に案内するものであることが好ましい。また、各貫通孔１４の光ファイバ１５挿入側端部には、挿入側開口に向けて徐々に拡径するテーパ部が設けられていてもよく、これにより光ファイバ１５の貫通孔１４への挿入が容易となる。
【００１６】
光ファイバ保持部材１１の光半導体素子搭載面１２には、電極パッドを含む電気配線層１６が設けられている。電気配線層１６は光半導体素子搭載面１２に続く光ファイバ保持部材１１の上側側面および下側側面にまで延出する直角折り曲げ配線となっている。電気配線層１６が上側側面および下側側面にまで延出しているのは、光半導体素子１８を後述するドライブＩＣなどの外部装置へ接続（ワイヤボンディング、フリップチップ等）するためである。電気配線層１６は、スパッタリングや無電解めっきなどによって形成することができる。また、リードフレームを埋め込んでその断面を側面に露出させることによって形成することもできる。この場合、三次元のプロセスは不要であるため、形成が容易であるという利点を有する。
【００１７】
光半導体素子１８は、このように構成される光ファイバ保持部材１１の光半導体素子搭載面１２にフリップチップ実装される。光半導体素子１８は、発光素子であっても受光素子であってもよい。具体的には、面発光素子（面発光レーザ等）やフォトダイオード等が例示される。光半導体素子１８は、光ファイバ保持部材１１の光半導体素子搭載面１２に対向する面に、発光領域または受光領域１９と、電極２０とを備えており、発光領域または受光領域１９と光ファイバ保持部材１１の各開口１３が対向するように搭載され、電極２０と電気配線層１６とが、バンプ（例えば、スタッドＡｕバンプ、半田バンプ等）を介して電気的に接続される。電極２０と電気配線層１６との接続には、超音波フリップチップ法等を用いることができる。図１において、２１は、光半導体素子１８の電極２０と電気配線層１６との電気的接続部を示している。
【００１８】
そして、光半導体素子１８と光ファイバ保持部材１１の光半導体素子搭載面１２との間には、光半導体素子１８の電極２０と電気配線層１６との電気的接続部２１の周囲を埋めるように第１の樹脂２２が形成され、また、光ファイバ１５と光半導体素子１８間を埋めるように第２の樹脂２４が形成されている。より具体的には、第１の樹脂２２は、並列する開口１３の上方に位置する電気的接続部２１の周囲を帯状に埋める第１の島２２ａと、並列する開口１３の下方に位置する電気的接続部２１の周囲を帯状に埋める第２の島２２ｂからなる。また、第２の樹脂２４は、それらの第１の島２２ａおよび第２の島２２ｂの間の間隙を埋めるように形成されている。
【００１９】
第１の樹脂２２は、光半導体素子１８の電極２０と、光ファイバ保持部材１１に形成された電気配線層１６との電気的接続部２１を保護、補強するもので、例えば、アンダーフィル機能、つまり応力緩和性能に優れたエポキシ樹脂等が使用される。また、第２の樹脂２４には、光半導体素子１８から発光される光または光半導体素子１８に受光される光に対し透過性を有する樹脂、例えば、シリコーン樹脂等が使用される。この第２の樹脂２４は、光ファイバ１５のコアと略等しい屈折率（絶対的屈折率）を有することが好ましい。光ファイバ１５のコアと略等しく、例えば、光ファイバ１５のコアに対する屈折率差が±５％以内の屈折率を有することにより、光ファイバ１５のコアと第２の樹脂２４との界面での反射戻り光を抑制することができる。
【００２０】
次に、上記光モジュール１０の製造方法を図面を用いて説明する。
【００２１】
図２は、図１の光モジュールの製造方法を説明するための斜視図である。
【００２２】
まず、図２（ａ）に示すように、光半導体素子搭載面１２に電極パッドを含む電気配線層１６が形成された光ファイバ保持部材１１を用意し、その光半導体素子搭載面１２上に第１の島２２ａと、第２の島２２ｂからなる第１の樹脂２２を形成する。第１の樹脂２２は、ペースト状の樹脂材料、つまり、粘度が高く流れ難い樹脂材料を使用する場合には、ディスペンサ等で塗布することによって、また、シート状の樹脂材料を使用する場合は、所定形状に打ち抜いた樹脂シートを貼り付けることによって、形成する。
【００２３】
次に、図２（ｂ）に示すように、光半導体素子１８を、その受光（または発光）領域１９の中心と光ファイバ保持部材１１の開口１３の中心とを位置合わせして、光半導体素子１８の電極２０と光ファイバ保持部材１１の電気配線層１６とを、例えばバンプにより第１の樹脂２２を突き破って接合する。なお、これとは逆に、光半導体素子１８の電極２０と光ファイバ保持部材１１の電気配線層１６が電気的に接続するように光半導体素子１８を光半導体素子搭載面１２に搭載した後、これらの電気的接続部であるバンプ等の周囲における光半導体素子１８と光ファイバ保持部材１１間の間隙に第１の樹脂２２をその供給量を調整しながら注入することで、第１の樹脂２２の第１および第２の島２２ａ、２２ｂを形成してもよい。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、光ファイバ保持部材１１の貫通孔１４に第２の樹脂２４の材料となる樹脂２６を供給する。樹脂２６の供給にあたっては、同図に示すように、光ファイバ保持部材１１の本体に予め設けておいた樹脂注入口２８より注入してもよく、貫通孔１４の光ファイバ挿入側開口より注入してもよい。所望の量を容易に注入できるなどの観点からは、樹脂注入口２８からの注入が好ましい。そして、この注入した樹脂２６が硬化する前に、貫通孔１４に光ファイバ挿入側開口より光ファイバ１５を挿入し、その先端が光半導体素子搭載面１２の開口１３に達するまで押し込む。光ファイバ１５を押し込むことによって、注入しておいた樹脂２６の一部が開口１３から押し出され、光ファイバ１５および光ファイバ保持部材１１と光半導体素子１８間の間隙に充填され、第２の樹脂２４が形成される。
【００２５】
この工程では、帯状の第１の島２２ａと帯状の第２の島２２ｂの間の間隙が、空気抜き用の孔の役目を果たすことになるため、樹脂２６は開口１３から円滑に押し出され、充填すべき光ファイバ保持部材１１と光半導体素子１８間の間隙に十分に充填されるとともに、気泡のない光学的特性に優れた第２の樹脂２４が形成される。すなわち、第２の樹脂２４によって埋められるべき空間が、第１の樹脂２２などによって実質的に封止された状態にあると、空気の逃げ路がなく、樹脂の充填が困難になるばかりか、樹脂内に気泡が残留することになる。これに対し、本実施形態では第２の樹脂２４によって埋められるべき空間が外部と連通しているため、空気は外部に押し出され、樹脂の充填が円滑に行われるとともに、気泡のない樹脂層が形成される。なお、光ファイバ１５は、貫通孔１４内に残った樹脂の硬化によって、貫通孔１４内に保持される。
【００２６】
第１の実施の形態の光モジュールにおいては、光半導体素子１８と光ファイバ保持部材１１の電気配線層１６との電気的接続部２１を保護する樹脂と、光ファイバ１５と光半導体素子１８の受光（または発光）領域１９とを埋める樹脂とを、異なる樹脂で形成することができるため、前者にはアンダーフィル樹脂に要求される特性に優れた樹脂を、後者には、光学的特性に優れた樹脂を使用することができる。この結果、従来のように、アンダーフィル樹脂に要求される特性と優れた光学的特性を併せ持つ高価格の樹脂の使用が不要となり、コストの低減が可能となる。
【００２７】
また、この光モジュールにおいては、電気配線層１６が光半導体素子搭載面１２に続く側面に引き出した構造となっているため、第１の樹脂２２あるいは第２の樹脂２４が軟化溶融して流れ出し、光半導体素子搭載面１２上の電気配線層１６を覆うことがあっても、そのボンディング性が阻害されることはない。
【００２８】
なお、以上説明した実施の形態では、例えば図１に示すように、第１の樹脂２２は、並列する開口１３の上方に位置する電気的接続部２１の周囲を埋める第１の島２２ａと、並列する開口１３の下方に位置する電気的接合部２１の周囲を埋める第２の島２２ｂにより構成されているが、各開口１３が光半導体素子搭載面１２上で外部と連通する空間を残すように第１の樹脂２２が配置される構造であればよく、特に図１に示すものに限定されるものではない。
【００２９】
図３は、その一例を示したもので、各開口１３を挟んだ両側に位置する電気的接続部２１と、各開口１３上方の電気的接続部２１の周囲が、第１の樹脂２２によりそれぞれ独立して埋められている。この場合、第１の樹脂２２が第１の島２２ａと第２の島２２ｂの２つの島からなる図１に示した例に比べ、樹脂材料の塗布または貼り付けにより高い精度が要求されるものの、各開口１３ごとに空気抜き用の経路が形成されることになるため、第２の樹脂２４における気泡の制御がより容易となる。
【００３０】
（第２の実施の形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールを示す斜視図である。この光モジュールは、図１に示す光モジュール１０を基板上に外部装置とともに実装し、樹脂封止したものである。
【００３１】
図４において、３０は、基板を示し、この基板３０の一主面には、配線層３１が形成されている。また、図示を省略したが、基板３０は、配線層３１と電気的に接続された外部端子を備えている。
【００３２】
この基板３０の一主面上には、図１に示す光モジュール１０とともに、この光モジュール１０を駆動するための回路を内蔵する半導体チップ（ドライブＩＣ）３２が搭載されている。半導体チップ（ドライブＩＣ）３２は、例えば、信号を増幅する半導体チップ（アンプＩＣ）などであってもよい。半導体チップ３２は、基板３０の配線層３１とボンディングワイヤ３３により電気的に接続され、また、光モジュール１０の電気配線層１６とボンディングワイヤ３４により電気的に接続されている。光モジュール１０の光半導体素子１８は、電気配線層１６に電気的に接続されているので、電気配線層１６を介して、光半導体素子１８と半導体チップ３２は電気的に接続される。なお、光モジュール１０も、基板３０の配線層３１と電気的に接続されていてもよい。図中、３５は、半導体チップ３２に設けられた電極を示しており、また、３６は、半導体チップ３２、光モジュール１０、配線層３１、これらの電気的接続部を封止するモールド樹脂を示している。なお、図面では、内部構造を示すためにモールド樹脂３６を線のみで表示している。モールド樹脂３６には、例えば、エポキシ系熱硬化性樹脂やビフェニル系熱硬化性樹脂等が使用される。
【００３３】
このように構成される光モジュールにおいても、図１に示す光モジュール１０を用いたことにより、従来に比べ、コストの低減が可能となる。
【００３４】
また、本実施形態においても、内蔵する光モジュール１０は、例えば図３で説明したような構造を有するものであってもよい。
【００３５】
なお、本発明は、以上説明した実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置などは、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光モジュールを示す斜視図である。
【図２】図１に示す光モジュールの製造方法を説明する斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の変形例を説明する図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る光モジュールを、その一部を透視して示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…光モジュール、１１…光ファイバ保持部材、１２…光半導体素子搭載面、１３…開口、１４…貫通孔、１５…光ファイバ、１６…電気配線層、１８…光半導体素子、１９…発光領域または受光領域、２０…電極、２１…電気的接続部、２２…第１の樹脂、２２ａ…第１の島、２２ｂ…第２の島、２４…第２の樹脂、２８…樹脂注入口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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