(57)【要約】【課題】  半田のセルフアライメント作用の影響を抑制して光学素子と光導波路とを精密に相対位置決めされるようにする。【解決手段】  端子部５，９を半田付けして光学素子４を有する光電気素子体２を光導波路８を設けた光電気配線基板６に実装する。一方の端子部５に低融点半田ボール１３を形成するとともに他方の端子部９を被覆する光硬化型接着樹脂層１４を形成する。光硬化型接着樹脂層１４を介して光電気素子体２と光電気配線基板６とを実装して状態で、半田処理を行うことにより端子部５，９間に生じる半田のセルフアライメント作用による位置ズレを防止する。【選択図】  図１
2005064303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と端子部とが設けられるとともに少なくとも上記端子部の周辺部を光透過性部位として構成してなる光電気素子体と、上記光学素子及び上記端子部に対応して光導波路と端子部とが設けられるとともに適宜の電気配線が設けられた光電気配線基板とを備え、上記光電気素子体が上記光電気配線基板に対して、上記光学素子と上記光導波路とを対向させて光学的に結合するとともに相対する上記各端子部間を半田付けして電気的かつ機械的に結合して実装されてなり、
上記各電気機械的部位が、上記光電気素子体又は上記光電気配線基板の上記端子部上に形成された半田金属材と、上記光電気素子体又は上記光電気配線基板の上記端子部を被覆するようにして形成された光硬化型接着樹脂層とからなり、
上記光電気素子体が上記光電気配線基板に対して、上記光硬化型接着樹脂層に光照射処理を施して周辺部を接合した状態で加熱処理を施して相対する上記端子部が上記半田金属材により電気的かつ機械的に結合されることにより実装されることを特徴とする光電気複合基板装置。
【請求項２】
上記光導波路形成配線基板が、有機基板によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光電気複合基板装置。
【請求項３】
上記光硬化型接着樹脂層が、金属活性剤入りの光硬化型接着樹脂材によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の光電気複合基板装置。
【請求項４】
上記光電気素子体が、上記端子部を、ランドと、このランド上に導電性の耐熱金属材によって形成した金属ポストと、この金属ポスト上に形成され加熱処理が施されることにより溶融されて上記光導波路形成配線基板側の端子部と結合する半田金属材層とから構成することを特徴とする請求項１に記載の光電気複合基板装置。
【請求項５】
光学素子と端子部とが設けられるとともに少なくとも上記端子部の周辺部を光透過性部位として構成してなる光電気素子体と、上記光学素子及び上記端子部に対応して光導波路と端子部とが設けられるとともに適宜の電気配線が設けられた光電気配線基板とを備え、光電気素子体を上記光電気配線基板に対して、上記光学素子を上記光導波路と対向させるとともに相対する上記端子部間を電気的かつ機械的に結合して実装してなる光電気複合基板装置の製造方法において、
上記光電気素子体又は上記光電気配線基板の上記端子部上に半田金属材層を形成する工程と、
上記光電気素子体又は上記光電気配線基板に、上記端子部を被覆するようにして光硬化型接着樹脂層を形成する工程と、
上記光電気素子体を上記光電気配線基板に対して、上記光学素子と上記光導波路とが光結合されるように対向させるとともに相対する上記各端子部を対向させるようにして位置決めして重ね合わせる工程と、
上記光電気素子体側から光照射を行って上記光硬化型接着樹脂層を硬化させることによって上記各端子部の外周部位において接合して上記光電気素子体を上記光電気配線基板に実装する工程と、
上記光電気素子体を実装した上記光電気配線基板に対して加熱処理を施すことによって上記半田金属材層を溶融して上記各端子部間を半田付けする工程と
を有することを特徴とする光電気複合基板装置の製造方法。
【請求項６】
上記半田金属材層の形成工程が、ランド上に導電性の耐熱金属材からなる金属ポストを形成する工程と、この金属ポスト上に半田金属材層を形成する工程と、加熱処理を施すことにより上記半田金属材層を溶融して略半球形の半田バンプを形成する工程とからなることを特徴とする請求項５に記載の光電気複合基板装置の製造方法。
【請求項７】
上記半田金属材層の形成工程が、異なる半田金属材のめっき処理を施して少なくとも２層の半田金属材層を形成してなり、
これら半田金属材層の各半田金属材が上記加熱処理を施すことにより溶融して半田合金バンプを形成することを特徴とする請求項５に記載の光電気複合基板装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子と端子部とが設けられた光電気素子体と、光学素子及び端子部に対応して光導波路と端子部とが設けられるとともに適宜の電気配線が設けられた光電気配線基板とを備え、光学素子と光導波路とを光学的に接続するとともに相対する端子部間を電気的かつ機械的に結合するようにして光電気素子体を光電気配線基板に実装してなる光電気複合基板装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パーソナルコンピュータ、デジタル電話機、ビデオ機器、オーディオ機器等の各種デジタル電子機器には、各種のＩＣ（Integrated Circuit）素子やＬＳＩ（Large Scale Integration）素子、メモリ素子等の多数個の集積回路素子が備えられている。集積回路素子は、配線パターンの微細化、ＩＣパッケージの小型化や集積規模の飛躍的向上、多ピン化或いはＣＳＰ（chip size package）実装法等の実装方法の改善によって小型軽量化や薄型化が図られるとともに、高機能化や多機能化、動作速度の大幅な向上による高速処理化等が図られている。
【０００３】
集積回路素子等の信号伝送構造は、一般にボード内に搭載された集積回路素子間等のように比較的短い距離の場合も、電気配線を伝送される電気信号によって行われている。信号伝送においては、今後情報信号の高速伝送化や信号パターンの高密度化等によってさらなる性能の向上が図られているが、電気配線による対応ではその限界がある。すなわち、電気配線による信号伝送は、配線パターン内において発生するＣＲ（Capacitance-Resistance）時定数による信号伝送の遅延、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference）ノイズやＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility）或いは各配線パターン間のクロストーク等の問題に対する対応が必要となる。
【０００４】
信号伝送構造においては、上述した電気配線による電気信号の伝送方式の問題を解決するために、光学信号配線や光インターコネクション等によって構成される光学配線技術を用いた光学信号伝送構造の採用が注目されている。光学信号伝送構造は、機器間や機器に搭載されたボード間或いはボード内の各集積回路素子間において、情報信号等を高速で伝送することを可能とする。光学信号伝送構造は、特に集積回路素子間のように短距離の信号伝送を行う場合に集積回路素子を実装した基板上に光導波路を形成することによって、この光導波路を伝送路として光学信号を高速かつ大容量を以って伝送し、情報信号等の伝送システムを好適に構築することを可能とする。
【０００５】
各種の電子機器等においては、上述した光学信号伝送を行う場合に、電気配線と光学配線とを混載した光電気複合基板装置が備えられる。光電気複合基板装置は、例えばシリコン基板やガラス基板のように平坦な主面を有する基板を用いて、この基板の主面上に精密かつ微細化された電気配線パターンを形成するとともに光導波路を形成する。光導波路には、光導波路の形成材料として例えばリソグラフィック技術によってパターン形成が低温プロセスで可能な導光性を有する樹脂材が好適に用いられる。
【０００６】
光電気複合基板装置は、例えば複数個の端子部が形成されるとともに発光素子や受光素子等の光学素子を搭載した光電気素子体が、配線パターンや複数個の端子部が形成されるとともに光導波路を形成した光電気配線基板に実装されてなる。光電気複合基板装置は、光電気素子体と光電気配線基板とが、光学素子と光導波路の端部とを光学的に結合されるように位置決めした状態で、相対する各端子部間を半田付けして電気的かつ機械的に結合されてなる。
【０００７】
ところで、一般的な電気配線基板装置においては、例えば角形チップ部品を基板の主面上に実装する場合に、主面上にソルダペーストをパターン印刷した後に自動実装機等によって搭載部品を位置決めした状態で仮実装し、これにリフロー半田付け付け処理を施して搭載部品を端子部に結合するようにしている。基板装置においては、半田金属が溶融する際のセルフアライメント作用を利用して、半田印刷や搭載部品と端子部間の位置ズレが矯正されるようにして精度の高い結合が行われるようにする。なお、かかる半田のセルフアライメント作用は、一般に±５０μｍの位置ズレを矯正することが可能であり、基板に対して実装部品を高精度に位置決めして実装する効率的な方法として広く採用されている。
【０００８】
なお、リフロー半田付け技術については、例えば非特許文献１に開示されている。
【０００９】
【非特許文献１】日本溶接協会  マイクロソルダリング技術認定・検定委員会編「標準マイクロソルダリング技術」日刊工業新聞社第１９２頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、光電気複合基板装置においては、光学素子と光導波路との間において光学信号が効率的かつ高精度に授受されるようにするために、これら光学素子と光導波路とが高精度に位置決めされて対向されるように構成されなければならない。光電気複合基板装置においては、このために自動実装機等により光電気素子体を光電気配線基板に対して例えば５μｍ乃至１０μｍ程度の位置合わせ精度を以って組み合わせた後に、リフロー半田付け処理が施されて相対する端子部間の電気的かつ機械的結合を行っていた。
【００１１】
光電気複合基板装置においては、５μｍ乃至１０μｍ程度の位置精度によって組み合わされる光学素子と光導波路からなる光学配線構造と、±５０μｍの位置精度によって結合される電気配線構造とが混載されて構成される。光電気複合基板装置においては、光電気素子体と光電気配線基板とが上述した光学配線構造に要求される精度を以って組み合わせるようにするが、これらを高精度に位置決めして組み合わせてもリフロー半田付け処理を施すことによって端子部間において上述した半田のセルフアライメント作用が奏されることで光学配線部における寸法精度が保持し得なくなってしまうといった問題が生じてしまう。
【００１２】
また、光電気複合基板装置においては、光電気配線基板にシリコン基板に代えて有機基板を用いることによって、ビア等の層間接続構造を採用して多層化を図ったり基板コストを低減するといった対応が図られる。しかしながら、光電気複合基板装置においては、リフロー半田付け処理等の加熱処理が施されることによって有機基板に反りが発生し、光学素子と光導波路とにより大きな位置ズレが生じてしまうといった問題があった。
【００１３】
したがって、本発明は、相対する端子部間を電気的かつ機械的に接続する半田のセルフアライメント作用の影響を抑制して光学素子と光導波路とが精密に相対位置決めされるようにする光電気複合基板装置及びその製造方法を提供することを目的に提案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成する本発明にかかる光電気複合基板装置は、光学素子と端子部とが設けられるとともに少なくとも端子部の周辺部を光透過性部位として構成してなる光電気素子体と、光学素子及び端子部に対応して光導波路と端子部とが設けられるとともに適宜の電気配線が設けられた光電気配線基板とを備える。光電気複合基板装置は、光電気素子体が光電気配線基板に対して、光学素子と光導波路とを対向させて光学的に結合するとともに相対する各端子部間を半田付けして電気的かつ機械的に結合して実装してなる。光電気複合基板装置は、電気機械的結合部位が、光電気素子体又は光電気配線基板の端子部上に形成された半田金属材と、光電気素子体又は光電気配線基板の端子部を被覆するようにして形成された光硬化型接着樹脂層とから構成される。光電気複合基板装置は、光電気素子体が光電気配線基板に対して、光硬化型接着樹脂層に光照射処理を施して周辺部を接合した状態で加熱処理を施して相対する端子部が半田金属材により電気的かつ機械的に結合されることにより実装される。
【００１５】
以上のように構成された本発明にかかる光電気複合基板装置によれば、光学素子と光導波路とを所定の位置精度で対向するようにして組み合わされた光電気素子体と光電気配線基板とが、光硬化型接着樹脂層に光照射処理を施すことによって組合せ精度を保持されて接合される。光電気複合基板装置によれば、光硬化型接着樹脂層を介して光電気素子体を実装した光電気配線に対してリフロー半田付け処理を施して加熱処理を施すことによって半田金属材が溶融して相対する端子部間の電気的かつ機械的結合が行われる。光電気複合基板装置によれば、光電気素子体が光電気配線基板に対して光硬化型接着樹脂層を介して接合されていることから、リフロー半田付け処理時において端子部間における半田のセルフアライメント作用の発生が抑制される。光電気複合基板装置によれば、半田によって相対する端子部間が強固に結合されることによって、光電気素子体が光電気配線基板に対して強固に固定されるとともに光学素子と光導波路との間における電気信号の授受も確実に行われるようになる。
【００１６】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる光電気複合基板装置の製造方法は、光学素子と端子部とが設けられるとともに少なくとも端子部の周辺部を光透過性部位として構成してなる光電気素子体と、光学素子及び端子部に対応して光導波路と端子部とが設けられるとともに適宜の電気配線が設けられた光電気配線基板とを備え、光電気素子体を光電気配線基板に対して、光学素子を光導波路と対向させるとともに相対する端子部間を電気的かつ機械的に結合して実装する。光電気複合基板装置の製造方法は、光電気素子体又は光電気配線基板の端子部上に半田金属材層を形成する工程と、光電気素子体又は光電気配線基板に端子部を被覆するようにして光硬化型接着樹脂層を形成する工程と、光電気素子体を光電気配線基板に対して光学素子と光導波路とが光結合されるように対向させるとともに相対する各端子部を対向させるようにして位置決めして重ね合わせる工程と、光電気素子体側から光照射を行って光硬化型接着樹脂層を硬化させることによって各端子部の外周部位において接合し光電気素子体を光電気配線基板に実装する工程と、光電気素子体を実装した光電気配線基板に対して加熱処理を施すことによって半田金属材層を溶融して各端子部間を半田付けする工程とを有してなる。
【００１７】
以上の工程を有する本発明にかかる光電気複合基板装置の製造方法によれば、光電気素子体と光電気配線基板とを、光学素子と光導波路とが所定の位置精度で対向するようにして組み合わせた状態で光硬化型接着樹脂層に光照射処理を施すことにより組合せ精度を保持して接合する。光電気複合基板装置の製造方法によれば、光硬化型接着樹脂層を介して接合された光電気素子体と光電気配線とに対してリフロー半田付け処理等を施して加熱処理を施すことによって、半田金属材が溶融して相対する端子部間の電気的かつ機械的結合を行う。光電気複合基板装置の製造方法によれば、光電気素子体と光電気配線基板とが光硬化型接着樹脂層を介して接合された状態で半田付けが行われることから、端子部間における半田のセルフアライメント作用の発生が抑制される。
【発明の効果】
【００１８】
以上詳細に説明したように本発明によれば、光学配線に要求される位置合わせ精度を以って組み合わされた光電気素子体と光電気配線基板とを光硬化型接着樹脂層を介して接合した状態で半田付け処理によって相対する各端子部間を電気的かつ機械的に結合することから、半田のセルフアライメント作用に基づく光電気素子体と光電気配線基板との位置ヅレの発生が抑制されるようになる。したがって、本発明によれば、光電気素子体側の光学素子と光電気配線基板側の光導波路とが高精度に位置決めされて対向することで光学信号が効率的かつ高精度に授受されるようになり、光学信号による情報等の高速かつ大容量の伝送が可能となる。本発明によれば、例えば光電気配線基板に比較的廉価で一般的な配線基板に用いられる銅貼り有機基板を用いた場合であっても、光学素子と光導波路とにおける高精度の位置決めが状態が保持されることで、コスト低減或いは多層化の対応等が図られるようになる。本発明によれば、光電気素子体が光電気配線基板に対して、各端子部間を半田付けすることによって確実に保持されるようになるとともに、電気信号の授受も確実に行われるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態として示す光電気複合基板装置１について、図面を参照して詳細に説明する。光電気複合基板装置１は、図１に示すように、外装体３内に光学素子４が封装されるとともに、外装体３の主面３ａ上に複数の端子部５が形成された光電気素子体２が、基板７の主面７ａ上に光導波路８と複数の端子部９が形成されるとともに図示しない適宜の配線パターンが形成された光電気配線基板６に実装されてなる。光電気複合基板装置１は、光電気素子体２と光電気配線基板６との間において、光学素子４と光導波路８との間で光学信号の授受が行われるとともに相対する端子部５，９との間で電気信号の授受が行われる。
【００２０】
光電気素子体２は、光学素子４が、例えば半導体レーザや発光ダイオード等の発光素子或いはフォトディテクタ等の受光素子からなる。光電気素子体２は、後述するように光電気配線基板６に実装された状態において、電気信号を光学信号に変換して出射する発光素子からなる光学素子４から光学信号を出力し、光電気配線基板６側に設けた光導波路８に入射させる。また、光電気素子体２は、受光素子からなる光学素子４が、光電気配線基板６側の光導波路８から出射される光学信号を受光して電気信号に変換する。なお、光学素子４については、以下発光素子として説明する。
【００２１】
光電気素子体２は、外装体３が、例えば光透過性を有するエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂或いはポリオレフィン系樹脂が用いられて成形される。光電気素子体２は、キャビティ内に光学素子４を設置して上述した樹脂材を充填することにより、光学素子４がその出射面４ａを主面３ａと略面一を構成するようにして外装体３内に封装されてなる。光電気素子体２は、詳細を省略するが光学素子４の入出力端子が外装体３内を導かれて主面３ａに形成した端子部５と接続される。
【００２２】
光電気素子体２は、各端子部５が、後述する工程を経て外装体３の主面３ａ上に形成されて光学素子４の入出力端子とそれぞれ接続されるランド１０と、このランド１０上に導電性の耐熱金属材によって形成した金属ポスト１１と、この金属ポスト１１上に形成された低融点半田金属材層１２とからなる多層構造によって構成される。光電気素子体２は、金属ポスト１１が、後述するリフロー半田付け処理等の加熱工程を施される際に溶融或いは溶解されない金属材、例えば銅やニッケルによって形成される。
【００２３】
金属ポスト１１は、例えば外装体３の主面３ａ上にめっきレジストのパターニングを行った状態で金属めっき処理を施すことによって所定の形状と膜厚を以って金属層が形成されてなる。なお、金属ポスト１１は、耐熱特性を有する導電金属層であればよく、一種類の金属ばかりでなく銅とニッケルとの２層構造で構成してもよい。
【００２４】
光電気素子体２は、半田金属材層１２が、リフロー半田付け処理の熱影響が光電気素子体２や光電気配線基板６に対して最小限となるように、１５０℃程度の比較的低温度で溶融する特性を有する半田金属材によって形成されている。半田金属材層１２は、具体的には金属ポスト１１に対してスズめっき処理とインジウムめっき処理とを施して形成したスズ層１２ａとインジウム層１２ｂとの２層構造によって構成されてなる。
【００２５】
半田金属材層１２は、光電気素子体２に後述するように予備リフロー加熱処理を施すことによって、スズ層１２ａとインジウム層１２ｂとが溶融して合金化する。半田金属材層１２は、スズ層１２ａとインジウム層１２ｂの層厚を設定することによって、融点が１１７℃のＳｎ４８重量％−Ｉｎ５２重量％のＳｎ−Ｉｎ合金を構成することが可能である。半田金属材層１２は、Ｓｎ−Ｉｎ合金であれば、周知のＳｎ−Ｉｎ共晶合金を用いて一回のめっきによって形成することも可能である。なお、半田金属材層１２は、かかるＳｎ−Ｉｎ合金に限定されず、上述した温度条件を保持するような適宜の低融点金属材、例えばＳｎＢｉ、ＳｎＢｉＡｇ等の半田合金であってもよい。
【００２６】
半田金属材層１２は、光電気素子体２に後述する予備リフロー加熱処理を施すことにより溶融して、表面張力によって金属ポスト１１上において略半球形を呈する半田ボール１３を構成する。半田金属材層１２は、所定の大きさの半田ボール１３が形成されるようにするために、スズ層１２ａとインジウム層１２ｂの層厚が制御される。
【００２７】
光電気複合基板装置１は、上述した光電気素子体２を光電気配線基板６に実装するが、例えば光電気素子体２が光学素子４を実装するとともに端子部５或いは配線パターンを形成した光電気配線基板によって構成するようにしてもよい。かかる光電気配線基板も、全体を導光性を有する基板を用いるようにするが、例えば端子部５の形成部位を部分的に導光性樹脂材によって形成するようにしてもよい。
【００２８】
以上のように構成された光電気素子体２は、半田ボール１３が形成された外装体３の主面３ａを実装面として、自動実装機等によって基板７の主面７ａ上に重ね合わされて光電気配線基板６に組み合わされる。光電気素子体２は、光電気配線基板６に対して、発光素子４の出射面４ａを後述する光導波路８の受光端部８ａと対向させるとともに各端子部５を相対する各端子部９と対向させて精密に位置決めして組み合わされる。
【００２９】
光電気配線基板６は、基板７が、例えばシリコンやセラミック等の無機系基板材やガラスエポキシ系基板材等のリジット基板或いはポリイミド等のフレキシブル基材によって形成される。基板７は、例えばシリコン基板やガラス基板を用いた場合に比較的精度の高い平坦面に形成することが可能であり、主面上に精度の高い配線パターンや光導波路が形成される。基板７は、比較的廉価であるとともにスルーホール等を形成することも可能な有機基板も用いられるが、かかる有機基板を用いた場合に、例えば主面上に形成した配線層や絶縁層に研磨処理を施して平坦化を施すようにしてもよい。
【００３０】
光電気配線基板６は、基板７の主面７ａ上に適宜の配線パターンが形成され、後述するように光電気素子体２を組み合わせた状態において光学素子４や各端子部５と対向する光導波路８や端子部９が形成される。光電気配線基板６は、図示しないが基板７を貫通して複数のビアが適宜形成されるとともに他方の主面７ｂにランドが形成される。光電気配線基板６は、光電気素子体２を実装した状態において主面７ｂを実装面として図示しないマザー基板等に実装される。
【００３１】
光導波路８は、詳細を省略するが、例えば基板７の主面７ａ上に導光性樹脂材により第１のクラッド層を形成する工程と、この第１のクラッド層に対して適宜のパターニング処理を施すことによって凹溝を形成する工程と、この凹溝内にクラッド材と光屈折率を異にする導光性樹脂材を充填してコアを形成する工程と、このコアを第２のクラッド層によって封装する工程等を経て形成される。なお、光導波路８は、かかる工程ばかりでなく、従来一般的に実施されている種々の方法によって形成するようにしてもよいことは勿論である。
【００３２】
光電気配線基板６は、配線パターンや各端子部９が、例えば基板７の主面７ａ上に所定の厚みを有する絶縁層を形成する工程と、この絶縁層に適宜のパターニング処理を施すことによって凹溝を形成する工程と、銅めっき処理を施して凹溝内に充填された銅層により配線パターンを形成する工程等を経て形成される。光電気配線基板６は、各端子部９の対応部位に例えば金めっき処理を施して電極形成が行われる。なお、光電気配線基板６は、かかる工程ばかりでなく、銅貼り基板を用いてこれにパターニング処理を施して所定の配線パターンや各端子部５を形成する等の従来一般的に実施されている種々の方法によって形成するようにしてもよいことは勿論である。
【００３３】
ところで、光電気複合基板装置１は、光電気素子体２が光電気配線基板６に対して、後述するようにリフロー半田付け処理が施されて半田ボール１３を溶融して相対する端子部５，９を半田付けして電気的かつ機械的に結合する。光電気複合基板装置１は、光電気素子体２と光電気配線基板６とが、これらの半田付け部位において予め光硬化型接着樹脂層１４を介して接合される。光電気複合基板装置１においては、精密に位置決めして組み合わされた光電気素子体２と光電気配線基板６とが光硬化型接着樹脂層１４によって接合されていることにより、相対する端子部５，９を半田付けする際に発生する半田のセルフアライメント作用が抑制される。
【００３４】
光電気複合基板装置１は、光電気素子体２と光電気配線基板６とを半田のセルフアライメント作用が生じる半田付け部位において光硬化型接着樹脂層１４によって接合することでその抑制がより確実に奏されるようになる。また、光電気複合基板装置１は、半田付け部位と接合部位とを同一箇所とすることによって、光電気素子体２と光電気配線基板６とがそれぞれの実装領域をより有効に活用されるように構成される。
【００３５】
光電気配線基板６は、基板７の主面７ａに各端子部９を露出させるようにマスキングを行った状態で紫外線硬化型樹脂を塗布することによって、各端子部９を被覆するようにして光硬化型接着樹脂層１４が形成される。光硬化型接着樹脂層１４は、光電気素子体２を光電気配線基板６に組み合わせた状態において上述した金属ポスト１１まで充分に濡れ上がるように、光電気素子体２側の端子部５の高さ、すなわち金属ポスト１１の厚みと半田ボール１３の外径に応じてその厚みが設定されて形成される。
【００３６】
光硬化型接着樹脂層１４は、後述するようにリフロー半田付け処理に先行して外装体３を導光性樹脂剤によって形成した光電気素子体２側から紫外線を照射する処理が施されることによって硬化し、各端子部５，９の周辺部位において光電気配線基板６に対して光電気素子体２を接合する。光硬化型接着樹脂層１４は、端子部５や半田ボール１３によって中心部分をマスキングされた状態で紫外線の照射が行われることで、中心部分が半硬化状態のままで外周部分が硬化して光電気素子体２と光電気配線基板６とを接合する。光硬化型接着樹脂層１４は、一般的に用いられる紫外線硬化型樹脂が用いられて形成されるが、各端子部５，９の半田付け部位と同一箇所で光電気素子体２と光電気配線基板６とを接合することから、例えば特開平１３−２７０９０８号公報に開示された半田接合用レジストが好適に用いられる。
【００３７】
すなわち、この先願に開示された半田接合用レジストは、少なくとも１個のアクリロイル基又はメタクリロイル基を有するフェノールノボラックと、その硬化剤として作用する樹脂と、光重合開始剤とを必須成分とする。半田接合用レジストは、半田ボール搭載用ランドを有する回路パターンに塗布され、半田ボールをマスクとして紫外線を照射することにより露光部の流動性が低下し、半田リフローによって半田ボールをランドに接合させた後に加熱により半田ボール接合部を樹脂補強する形態で硬化する特性を有する。半田接合用レジストは、回路パターンのレジストとしても機能する。光硬化型接着樹脂層１４は、一種の金属活性剤入りの光硬化型接着樹脂材である上述した半田接合用レジストが用いられることにより、光電気素子体２と光電気配線基板６とを接合するとともに、相対する各端子部５，９のレジストとして機能してこれらが良好に半田付けされるようにする。
【００３８】
なお、光電気複合基板装置１においては、光電気素子体２の外装体３を導光性樹脂で形成して紫外線の照射を行うようにしたが、例えば光電気配線基板６が導光性基板によって形成された基板７を用いて紫外線の照射を行うようにしてもよい。光電気複合基板装置１は、この場合に少なくとも光硬化型接着樹脂層１４の形成領域に対応した部位を導光部として形成してもよい。また、光電気複合基板装置１は、光電気素子体２側に光硬化型接着樹脂層１４を形成するとともに、光電気配線基板６側に半田ボール１３を形成するようにしてもよい。
【００３９】
光電気複合基板装置１は、例えば光電気配線基板６がＬＳＩ等を実装したマザー基板に対して実装され、情報信号や制御信号等の電気信号が配線パターンを介して伝送される。光電気複合基板装置１は、光電気素子体２の光学素子４に入力された電気信号が光学信号に変換されてその出射面４ａから出力される。光電気複合基板装置１は、光学信号が、光電気素子体２の出射面４ａと対向された受光端部８ａから光導波路８内に導光されて伝送される。
【００４０】
光電気複合基板装置１は、上述したように光学素子４と光導波路８とが高精度に位置決めされて対向することから、これらの間で光学信号が効率的かつ高精度に授受されるようになる。光電気複合基板装置１は、光学信号による情報等の高速かつ大容量の伝送を可能とする。
【００４１】
以上のように構成された光電気複合基板装置１の製造工程について、以下図２乃至図１４を参照して詳細に説明する。光電気複合基板装置１の製造工程は、上述した光電気素子体２の製作工程と、光電気配線基板６の製作工程と、光電気素子体２を光電気配線基板６に実装する工程とを有する。光電気素子体２の製作工程は、図２に示すように光学素子４がその出射面４ａを主面３ａに露出させて導光性樹脂材からなる外装体３に封装し、この外装体３の主面３ａ上に複数のランド１０を適宜パターン形成する。
【００４２】
光電気素子体２の製作工程は、各ランド１０をベースとして金属ポスト１１と半田金属層１２とを積層して端子部５を形成する。光電気素子体２の製作工程は、スピンコート法等の均一な膜厚を形成する塗布方法によって、図３に示すように外装体３の主面３ａ上に所定の厚みを有するめっきレジスト層１５を形成する。光電気素子体２の製作工程は、このめっきレジスト層１５に対してエッチング処理等を施して、各ランド１０をそれぞれ外方に臨ませる開口部１６をパターン形成する。
【００４３】
光電気素子体２の製作工程は、例えば銅めっき処理を施すことによって開口部１６を介して外方に臨ませられたランド１０上に銅を析出させ、図４に示すように所定の厚みを有する銅めっき層からなる金属ポスト１１を形成する。光電気素子体２の製作工程は、スズめっき処理を施すことによって開口部１６を介して外方に臨ませられた金属ポスト１１上にスズを析出させ、図５に示すように所定の厚みを有するスズ層１２ａを形成する。光電気素子体２の製作工程は、インジウムめっき処理を施すことによって開口部１６を介して外方に臨ませられた金属ポスト１１上にインジウムを析出させ、図６に示すように所定の厚みを有するインジウム層１２ｂを形成する。
【００４４】
光電気素子体２の製作工程は、めっきレジスト層１５を除去することによって、図７に示すようにランド１０上に金属ポスト１１と、スズ層１２ａとインジウム層１２ｂとからなる半田金属層１２とが積層されてなる端子部５が形成される。光電気素子体２の製作工程は、時間や供給電流値を制御しながら各めっき処理を施すことによって、上述したように所定の厚みを有する金属ポスト１１、スズ層１２ａ及びインジウム層１２ｂがそれぞれ形成される。
【００４５】
光電気素子体２の製作工程は、図８に示すように端子部５に半田フラックス１７を塗布した後に、窒素雰囲気中でリフロー加熱処理が施される。光電気素子体２の製作工程は、リフロー加熱処理がスズ層１２ａとインジウム層１２ｂとが金属ポスト１１上に保持されるとともに溶融する程度の温度、時間に制御されて行われる。光電気素子体２の製作工程は、これによって半田金属層１２を構成するスズ層１２ａとインジウム層１２ｂとが溶融してスズ−インジウム合金層を形成するとともに、図９に示すように表面張力によって略半球形を呈する半田ボール１３を構成する。光電気素子体２の製作工程は、所定の冷却時間を経て洗浄処理を施すことによって、各端子部５の金属ポスト１１上に低融点特性を有する半田ボール１３が形成された光電気素子体２が製作される。
【００４６】
光電気配線基板６の製作工程は、基板７の主面７ａ上に、光電気素子体２の発光素子４と対向する光導波路８と、各端子部５とそれぞれ対向する端子部９を有する配線パターンとを形成する。光電気配線基板６の製作工程は、詳細を省略するが例えば基板７の主面７ａ上に液状の光導波路材料を例えばスピンコート法等によって塗布して下部クラッド層を形成する工程と、この下部クラッド層上に所定のマスキング処理を施して屈折率が大きな光導波路材料によりコア層を形成する工程と、端部を主面を７ａに露出させるようにしてコア層を封装する上部クラッド層を形成する工程等を経て光導波路８を形成する。
【００４７】
光電気配線基板６の製作工程は、上部クラッド層上に適宜の配線パターンと複数の端子部９を形成して図１０に示した光電気配線基板６を製作する。光電気配線基板６の製作工程は、例えばスクリーン印刷法、スポットディスペンス法、フィルムラミネート法等により上述した光硬化型接着樹脂を端子部９を被覆するようにして塗布することにより、図１１に示すように光硬化型接着樹脂層１４を形成する。
【００４８】
光電気複合基板装置１の製造工程は、光電気配線基板６に対して光電気素子体２を位置決めして組み合わすことにより、図１２に示すように光導波路８の受光端部８ａと光学素子４の出射面４ａとを対向させるとともに端子部９と端子部５とを対向させる。光電気複合基板装置１の製造工程は、光電気配線基板６に対して光電気素子体２を圧接させることにより、各半田ボール１３が光硬化型接着樹脂層１４を押しのけて頂点部を相対する端子部９に接触させる。光電気複合基板装置１の製造工程は、この状態において所定量に調整された光硬化型接着樹脂層１４が光電気素子体２側の端子部５まで濡れ上がった状態を呈するようにする。
【００４９】
光電気複合基板装置１の製造工程は、図１３に示すように光電気素子体２側から紫外線の照射が行われることによって光硬化型接着樹脂層１４を硬化させる。光電気複合基板装置１の製造工程は、端子部５によって中心部がマスキングされることから、光硬化型接着樹脂層１４がその外周部位を硬化される。光電気複合基板装置１の製造工程は、光硬化型接着樹脂層１４を介して光電気配線基板６に対して光電気素子体２が、上述した光導波路８の受光端部８ａと光学素子４の出射面４ａとが対向されるとともに端子部９と端子部５とが対向された状態を保持して接合固定される。
【００５０】
光電気複合基板装置１の製造工程は、光電気素子体２と光電気配線基板６の積層体がリフロー炉内に供給されてリフロー半田付け処理が施される。光電気複合基板装置１の製造工程は、光硬化型接着樹脂層１４の内層の未硬化部位において半田ボール１３が溶融し、図１４に示すように相対する端子部５と端子部９とを半田付けすることによって光電気素子体２と光電気配線基板６とを電気的かつ機械的に結合する。
【００５１】
光電気複合基板装置１の製造工程は、半田ボール１３が溶融する際に端子部５と端子部９との間において半田のセルフアライメント作用が生じて光電気素子体２或いは光電気配線基板６を移動させようとする。光電気複合基板装置１の製造工程は、上述したように光電気素子体２と光電気配線基板６とが、光硬化型接着樹脂層１４によって接合されていることから、これら光電気素子体２と光電気配線基板６とに位置ズレが生じることは無く、光学素子４の出射面４ａと光導波路８の受光端部８ａとの対向状態を精密に保持する。
【００５２】
光電気複合基板装置１の製造工程は、上述したように半田ボール１３を低融点の半田金属材によって形成したことから、リフロー半田付け処理を比較的低温度で行うことが可能であり、光電気素子体２の外装体３や光電気配線基板６の基板７における熱ストレスの影響を小さくする。したがって、光電気複合基板装置１の製造工程は、基板７に加熱により反り等が発生しやすい有機基板等を用いても、光学素子４と光導波路８との位置決め状態が精密に保持されるようになる。
【００５３】
光電気複合基板装置１の製造工程は、必要に応じてさらに加熱処理を施すことにより、光硬化型接着樹脂層１４の未硬化部分を硬化させて光電気素子体２と光電気配線基板６とを強固に固定する。なお、光電気複合基板装置１の製造工程は、光電気複合基板装置１をモジュールとしてマザー基板等に実装する工程が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態として示す光電気複合基板装置の要部縦断面図である。
【図２】光電気素子体の要部縦断面図である。
【図３】光電気素子体へのめっきレジスト層形成工程の説明図である。
【図４】金属ポストの形成工程の説明図である。
【図５】スズ層の形成工程の説明図である。
【図６】インジウム層の形成工程の説明図である。
【図７】めっきレジスト層の除去工程の説明図である。
【図８】フラックス塗布工程の説明図である。
【図９】半田ボールの形成工程の説明図である。
【図１０】光電気配線基板の要部縦断面図である。
【図１１】光硬化型接着樹脂層の形成工程の説明図である。
【図１２】光電気素子体と光電気配線基板の組合せ工程の説明図である。
【図１３】紫外線照射工程の説明図である。
【図１４】リフロー半田付け処理工程の説明図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  光電気複合基板装置、２  光電気素子体、３  外装体、４  光学素子、５  端子部、６  光電気配線基板、７  基板、８  光導波路、９  端子部、１０  ランド、１１  金属ポスト、１２  半田金属層、１３  半田ボール、１４  光硬化型接着樹脂層、１５  めっきレジスト層、１６  開口部
【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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