(57)【要約】【課題】Si基板上に破断応力の低いポリマーで光導波路を形成しながら、光導波路にクラックが発生してしまうのを防止できる電子部品実装基板を提案する。【解決手段】本発明の電子部品実装基板は、Si基板1の上方に、光導波路21を形成するためのポリマー層2と、Si基板1の線膨張係数とポリマー層2を形成するポリマーの線膨張係数の中間の線膨張係数を有する金属材料からなる緩衝層31とを設けている。緩衝層31は、Si基板1とポリマー層2との間に設けたり、ポリマー層2の上に設ける。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Si基板の上方に、光導波路を形成するためのポリマー層と、Si基板の線膨張係数とポリマー層を形成するポリマーの線膨張係数の中間の線膨張係数を有する金属材料からなる緩衝層とを設けていることを特徴とする電子部品実装基板。
【請求項２】
緩衝層をSi基板とポリマー層との間に設けていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装基板。
【請求項３】
緩衝層がAlまたはCuで形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子部品実装基板。
【請求項４】
ポリマー層上に、緩衝層を設けていることを特徴とする請求項１に記載の電子部品実装基板。
【請求項５】
緩衝層がAl、CuまたはAuで形成されていることを特徴とする請求項４に記載の電子部品実装基板。
【請求項６】
緩衝層が接地されていることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の電子部品実装基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
Si基板の上方にポリマー層により光導波路が形成されている電子部品実装基板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通信需要の増大に伴って、光通信も幹線系からメトロ系、アクセス系への展開が図られ、価格低下の要求も一段と強くなってきている。ところで、光通信用の光モジュールとしては、表面実装型光モジュールが知られている。この光モジュールに用いられる電子部品実装基板は、Si基板上に、石英ガラスからなる光導波路を形成するとともに、光ファイバー、フォトダイオード、コンデンサなどが実装されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に示す光モジュールは、さらに、光ファイバーの無調芯を可能とすることにより低コスト化を図っている。特許文献１に示す光モジュールでは、図４（Si基板のみ示す）に示すように、光ファイバーを無調芯とするために、Si基板101上に光ファイバーを設置するためのＶ溝102を形成するとともに、このＶ溝102の一端開放部に、Ｖ溝102と直交する壁面103を形成している。この壁面103におけるＶ溝102と対向する位置に光導波路104が形成されている。
【０００４】
そして、このＶ溝102の溝両面に当接させるように光ファイバーを設置するとともに、光ファイバーの先端部を前記壁面103の光導波路104に当接させることにより光ファイバーを所定の位置に位置決めするようになっている。
【０００５】
ところで、前記した光モジュールでは、光ファィバーの無調芯によりある程度の低コスト化が図れるが、光モジュール全体のさらなる価格低下が要求されている。そのために電子部品実装基板そのものの価格を低下させることが考えられる。
【０００６】
例えば、導波路材料として石英ガラスを用いていたものを、ポリイミド系などのポリマーを導波路材料に用いるようにした電子部品実装基板がある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に示す電子部品実装基板は、Si基板上にポリマー層を形成してこのポリマー層により光導波路を形成している。
【０００７】
ところで、Si基板上には、AuSn（実装温度380℃）を用いてレーザーダイオード(ＬＤ)やフォトダイオード(ＰＤ)の実装を行う必要がある。そのため、Si基板上にポリマー層を形成する場合には、ポリマーには耐熱性が要求される。
【０００８】
特に、Si基板の線膨張係数は3〜4×10-6/℃であり、ポリマーの線膨張係数がこれよりも大きいために（例えば線膨張係数80×10-6/℃）、線膨張係数差による熱応力によりポリマー層が破断してしまう虞がある。
【０００９】
ポリマー層が破断してしまうと、光導波路にクラックが生じる場合がある。このクラックが光導波路に発生した場合、光導波路で信号光が散乱されてしまい、光モジュールの著しい特性劣化が生じてしまう。
【００１０】
そのため、従来では、破断応力が大きいフッ素化ポリイミドなど重合度の高いポリマーを使用している。しかし、このように重合度の高いポリマーは価格が高く、高重合度のポリマーを用いて光導波路を形成していたのでは、電子部品実装基板全体の価格低減は十分でない。
【００１１】
そこで、価格の低い電子部品実装基板を作製するため、特許文献２に示すように、ポリイミドの樹脂分濃度と粘度を調整してクラックの発生を抑制するようにしている。しかしながら、この場合でも、完全にクラックの発生を防止することはできなかった。
【００１２】
このような課題に対応するため、光導波路を形成するための第1ポリマー層とSi基板との間に、第1ポリマー層のポリマーの線膨張係数より低い線膨張係数のポリマーで形成された第2ポリマー層を有する構造のポリマー光導波路が提案されている（例えば特許文献３参照。）。
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−９８１９２号公報（図１８）
【特許文献２】特開２００１−１１１７９号公報
【特許文献３】特開２００１−１０８８５４号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第2ポリマー層のポリマーは塑性変形しにくい材料であるために、緩衝効果をもたせるためには、第2ポリマー層には30μm程度の厚い層が必要となる。
【００１５】
そのため、第2ポリマー層を形成する場合において、光ファイバーの無調芯実装を可能とし、かつ、ＬＤの下面層に発光層を設けた実装を行う構造にするためには、Si基板のＬＤ搭載部に特別な加工をしなくてはならない。
【００１６】
また、第2ポリマー層を有するものにおいて、ＬＤとＰＤを実装する場合、ＬＤ駆動時に発生する電界が受信のＰＤに到達して、光モジュールの受信感度を低下させる虞もある。
【００１７】
そこで本発明は、Si基板上に破断応力の低いポリマーで光導波路を形成しながら、光導波路にクラックが発生してしまうのを防止できる電子部品実装基板を提案することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、Si基板の上方に、光導波路を形成するためのポリマー層と、Si基板の線膨張係数とポリマー層を形成するポリマーの線膨張係数の中間の線膨張係数を有する金属材料からなる緩衝層とを設けていることを特徴とする電子部品実装基板を提供する。
【００１９】
本発明の電子部品実装基板は、光モジュールに用いられ、Si基板上には、レーザーダイオード（ＬＤ）、フォトダイオード(ＰＤ)、光ファイバーなどが実装される。光ファイバーを実装する場合には、Si基板上には光ファイバーを実装するためのＶ溝を形成することが好ましい。
このＶ溝に光ファィバーを実装することにより、光ファイバーを無調芯でSi基板上に実装することができる。
【００２０】
さらに、光導波路となるポリマー層は、低重合度の合成樹脂で構成することが可能となる。低重合度の合成樹脂としては、例えば、重合度10,000〜30,000の低重合度のポリイミド系樹脂が好ましく、特に、低重合度のフッ素化ポリイミド樹脂が好適である。低重合度の合成樹脂を用いることにより、合成樹脂の価格を低減でき、電子部品実装基板全体としてのコストを低減することができる。
【００２１】
緩衝層は、Si基板の線膨張係数（3〜4×10-6/℃）とポリマー層を形成するポリマーの線膨張係数（例えば80×10-6/℃）の中間の線膨張係数を有し、塑性変形がしやすい金属材料で形成する。
【００２２】
緩衝層を、このような線膨張係数を有する金属材料から形成しているので低価格にでき、かつ、ＬＤまたはＰＤを実装する際にSi基板を加熱した時において、ポリマー層にかかる応力を緩衝層により緩和することができる。その結果、低価格でポリマー層にクラックが発生するのを防止することが可能となる。
【００２３】
また、緩衝層は、Si基板とポリマー層との間に形成することができる。この場合、Si基板を加熱した時において、ポリマー層にかかる応力をこの緩衝層により緩和することができる。
【００２４】
緩衝層をSi基板とポリマー層との間に形成する場合は、緩衝層は低価格で塑性変形しやすいAlまたはCuで形成することが好ましい。AlまたはCuは塑性変形しやすい金属であるので、ポリマー層の熱応力をより効果的に吸収することができる。
【００２５】
また、本発明の電子部品実装基板を光モジュールに用いる場合、電子部品実装基板にはＬＤまたはＰＤあるいは双方が実装されるが、緩衝層を設けてもポリマー層の厚みが厚くなることは無い。そのため、光導波路とＬＤの光軸の位置合わせを行うために、Si基板をエッチングして、ＬＤ搭載部以外を薄くし、ＬＤ搭載部の厚みを相対的に厚くする特別な加工をしなくてもよくなる。
【００２６】
また、緩衝層は、ポリマー層上に形成するようにしてもよい。この場合は、Si基板上にポリマー層を形成し、さらに、ポリマー層の上に緩衝層を形成する。ポリマー層の上に設ける緩衝層は、塑性変形のしやすいAl、CuまたはAuで形成することが好ましい。なお、Si基板上に緩衝層、ポリマー層、緩衝層の順に積層形成してもよい。
【００２７】
ポリマー層の上に緩衝層を形成することにより、ＬＤまたはＰＤを実装する際にSi基板が加熱されても、応力が緩衝層を介してポリマー層に伝わることから、ポリマー層にかかる応力を緩和することができる。その結果、ポリマー層にクラックが発生するのをより効果的に防止することができる。さらに、ポリマー層の表面に亀裂が発生しかかっても、亀裂が進行するのをポリマー層を覆う緩衝層で防ぐことができ、ポリマー層にクラックが発生するのを防止することができる。
【００２８】
また、ポリマー層の上に緩衝層を形成する場合には、緩衝層をＰＤなどの搭載のためのメタライズとして使用することができ、しかも、この緩衝層で発生した電位をグランドに落とす構成、即ち、緩衝層が接地されるようにすることができる。
【００２９】
光モジュールとしてSi基板にＬＤとＰＤを実装する場合、緩衝層の電位をグランドに落とすことにより、ＬＤ駆動時に発生する電界が緩衝層で遮蔽され、この電界が受信ＰＤに到達して光モジュールの受信感度が低下してしまうのを防止することが可能となる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（第１実施形態）
図1に本発明の第1実施形態の電子部品実装基板を示す。第1実施形態は、Si基板1とポリマー層2との間に緩衝層31を設けた電子部品実装基板である。
【００３１】
Si基板1の上面に、ドライもしくはウエットエッチング工程を用いてＶ溝11の加工を行う。Si基板1上に、酸化膜（SiO2）を形成する。
次に、Si基板1の酸化膜上でポリマー層2を形成する部分に、蒸着法にてCr（0.05μm）およびTi（0.1μm）の金属の蒸着を行う。この金属の蒸着膜4は、Si基板1と緩衝層31との密着性を上げるために行う。
【００３２】
なお、Si基板1と緩衝層31との間に形成する蒸着膜4に用いる金属は、Si基板1の線膨張係数（3〜4×10-6/℃）と緩衝層31に用いる金属の線膨張係数との中間とすることが好ましい。本実施形態では、Si基板の線膨張係数（3〜4×10-6/℃）に対して、Crの線膨張係数は8.2×10-6/℃であり、Tiの線膨張係数は8.5×10-6/℃である。
【００３３】
そしてCrおよびTiの蒸着膜4の上に、CuもしくはAlの緩衝層31を形成する。緩衝層31も蒸着法により、例えば1〜3μmの厚さに形成する。Cuの線膨張係数は、16.6×10-6/℃であり、Alの線膨張係数は、23.03×10-6/℃である。
【００３４】
次に緩衝層31の上にポリマー層2を形成する。ポリマー層2は、クラッド部分とコア部分から構成され、コア部分が光導波路21となる。クラッド部分を形成するためスピンコートにより例えば重合度が20,000程度のクラッド用フッ素化ポリイミド樹脂(線膨張係数は、80×10-6/℃)を緩衝層31上に塗布する。なお、従来の高重合度のフッ素化ポリイミドの重合度は40,000〜50,000である。
【００３５】
そして、光露光の方法（感光性の樹脂を塗布して露光を行い、その後エッチングを行う。）を用いてコア部分を形成するためのエッチングを行う。コア形成部分に重合度が20,000（従来は40,000〜50,000）程度のコア用フッ素化ポリイミド樹脂を塗布して成形加工を行い、光導波路21となるコア部分を形成する。
さらに、すでに形成されているクラッド部分とコア部分の上に、重合度20,000（従来は40,000〜50,000）程度のクラッド用フッ素化ポリイミド樹脂を塗布する。
【００３６】
そして、ポリマー層2を含むSi基板1上におけるＬＤ8およびＰＤ9搭載部分にCr（0.05μm）/Ti（0.1μm）/Au（1.0μm）を蒸着してメタライズ5を形成する。また、Si基板1とポリマー層2における光導波路21の両端部およびフィルター6を挿入する部分に、切断用溝12とフィルター用溝13をダイシングによって形成する。
【００３７】
そして、各メタライズ5にＬＤ8およびＰＤ9が搭載され、フィルター用溝13にフィルター6が嵌めこまれる。また、Ｖ溝11に、光ファイバー7が設置され、光ファイバー7の一端部は、ポリマー層2に形成される光導波路21の端部に対向させられる。以上により、本発明の電子部品実装基板が作成される。
【００３８】
第1実施形態では、Si基板1とポリマー層2との間に緩衝層31を形成しているので、ポリマー層2に用いる合成樹脂の価格および緩衝層31に用いる金属材料の価格を低廉化して電子部品実装基板全体としてのコストを低減できる。しかも、ＬＤ8またはＰＤ9を実装する際にSi基板1上のメタライズ5が加熱された場合でも、ポリマー層2にかかる熱応力を緩衝層31で緩和することができる。その結果、ポリマー層2にクラックが発生するのを防止することが可能となる。
【００３９】
（第２実施形態）
また、第1実施形態において、Si基板1に各メタライズ5を形成する前に、図2に示すように、ポリマー層2の一部をエッチングしてワイヤボンドができるようにするためのパッド14を設けるようにしてもよい。このパッド14にモジュールのグランドワイヤを接続することにより、金属材料から形成される緩衝層31をグランド電位にすることができる。
【００４０】
（第３実施形態）
図3に示す第3実施形態は、Si基板1上にポリマー層2を形成し、このポリマー層2の上に緩衝層32を設けた電子部品実装基板である。
Si基板1の上面に、ドライもしくはウエットエッチング工程を用いてＶ溝11の加工を行う。Si基板1上に、酸化膜（SiO2）を形成する。
【００４１】
次にSi基板1の上にポリマー層2を形成する。ポリマー層2は、クラッド部分とコア部分から構成され、コア部分が光導波路21となる。クラッド部分を形成するためスピンコートにより例えば重合度が20,000程度のクラッド用フッ素化ポリイミド樹脂(線膨張係数は、80×10-6/℃)をSi基板1の上に塗布する。なお、従来の高重合度のフッ素化ポリイミドの重合度は40,000〜50,000である。
【００４２】
そして、光露光の方法（感光性の樹脂を塗布して露光を行い、その後エッチングを行う。）を用いてコア部分を形成するためのエッチングを行う。コア形成部分に重合度が20,000（従来は40,000〜50,000）程度のコア用フッ素化ポリイミド樹脂を塗布して成形加工を行い、光導波路21となるコア部分を形成する。
【００４３】
さらに、すでに形成されているクラッド部分とコア部分の上に、重合度20,000（従来は40,000〜50,000）程度のクラッド用フッ素化ポリイミド樹脂を塗布する。
ポリマー層2の上面全面に、蒸着法にてAl（1.0μm）またはAu（1.0μm）を蒸着して緩衝層32を形成する。
なお、緩衝層32を蒸着により形成する前にポリマー層2の上面全面にCr（0.05μm）およびTi（0.1μm）の金属の蒸着を行っておくようにしてもよい。
【００４４】
また、Si基板1上におけるＬＤ8搭載部分にCr（0.05μm）/Ti（0.1μm）/Au（1.0μm）を蒸着してメタライズ5を形成する。
そして、Si基板1とポリマー層2におけるポリマー層2の光導波路21の両端部およびフィルター6を挿入する部分に、切断用溝12とフィルター用溝13をダイシングによって形成する。
【００４５】
そして、メタライズ5にＬＤ8が、緩衝層32上にＰＤ9が搭載され、フィルター用溝13にフィルター6が嵌めこまれる。第３実施形態では、緩衝層32をＰＤ9のメタライズとして使用することができる。
また、Ｖ溝11に、光ファイバー7が設置され、光ファイバー7の一端部は、ポリマー層2に形成される光導波路21の端部に対向させられる。以上により、本発明の電子部品実装基板が作成される。
【００４６】
第3実施形態においは、ポリマー層2の上に緩衝層32を形成しているので、電子部品実装基板全体としてのコストを低減できながら、ポリマー層2にかかる熱応力を緩衝層32でより効果的に緩和することができる。その結果、ポリマー層2にクラックが発生するのを防止することが可能となる。
【００４７】
また、第3実施形態においては、緩衝層32の一部にワイヤボンドができるようにするためのパッドを設けておくことができる。ここにモジュールのグランドワイヤを接続することにより、緩衝層32をグランド電位にすることができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は、Si基板とポリマー層の間、または、ポリマー層の上に、両者の線膨張係数の間の線膨張係数を持ち、かつ、塑性変形しやすい金属材料で構成される緩衝層を設けている。
【００４９】
そのため、ポリマー層に破断応力が低く、低価格な合成樹脂を用いても、ポリマー層にかかる熱応力を緩衝層で緩和してポリマー層にクラックが発生するのを防止することができる。
【００５０】
その結果、電子部品実装基板全体としてのコストを低減できながら、光導波路にクラックが発生するのを防止することができ、本発明を光モジュールの電子部品実装基板に用いる場合には受信感度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における電子部品実装基板の第１実施形態の斜視図。
【図２】本発明における電子部品実装基板の第２実施形態の斜視図。
【図３】本発明における電子部品実装基板の第３実施形態の斜視図。
【図４】従来の電子部品実装基板の斜視図。
【符号の説明】
1  Si基板
11  Ｖ溝
12 切断用溝
13 フィルター用溝
14 パッド
2 ポリマー層
21 光導波路
31,32  緩衝層
4 蒸着膜
5 メタライズ
6 フィルター
7 光ファイバー
8 レーザーダイオード（ＬＤ）
9 フォトダイオード（ＰＤ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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