(57)【要約】【課題】  光デバイスが受ける熱的あるいは機械的ダメージが小さい光デバイスの実装方法を提供する。【解決手段】  光デバイス３の端子６と配線基板２の端子５との間隙を保った状態で、光デバイス３の端子６と配線基板２の端子５とをめっき処理により電気的に接続する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板上に光デバイスを接続実装する光デバイスの実装方法であって、
前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙を保った状態で、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子とをめっき処理により電気的に接続する工程を有することを特徴とする光デバイスの実装方法。
【請求項２】
無電解めっき処理により前記接続を行うことを特徴とする請求項１に記載の光デバイスの実装方法。
【請求項３】
めっき処理による前記接続の工程より前に、前記光デバイスと前記配線基板との間に、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙を保つためのスペーサ部材を配置する工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光デバイスの実装方法。
【請求項４】
めっき処理前における前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙は、５〜１０μｍであることを特徴とする請求項３に記載の光デバイスの実装方法。
【請求項５】
めっき処理による前記接続の工程より前に、前記光デバイスと前記配線基板との間に接合部材を配置し、前記配線基板に対して前記光デバイスを位置決めする工程を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の光デバイスの実装方法。
【請求項６】
前記接合部材は、アンダーフィルなどの光透過性樹脂であることを特徴とする請求項５に記載の光デバイスの実装方法。
【請求項７】
前記光デバイスは半導体レーザであり、
前記半導体レーザを前記配線基板上にフリップチップ実装することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の光デバイスの実装方法。
【請求項８】
配線基板上に光デバイスを接続実装してなる光モジュールであって、
前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子とが所定の間隙を保った状態でめっき接続されていることを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
前記光デバイスと前記配線基板との間には、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙を保つためのスペーサ部材が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の光モジュール。
【請求項１０】
前記光デバイスと前記配線基板との間には、前記配線基板に対して前記光デバイスを位置決めするための接合部材が配置されていることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の光モジュール。
【請求項１１】
前記接合部材は、アンダーフィルであることを特徴とする請求項１０に記載の光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板上に光デバイスを接続実装してなる光モジュールに関し、特に、配線基板上に光デバイスを接続実装する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、電気配線を形成した基板へのデバイスの実装方法として、電気配線基板上にデバイスをその導体バンプを介して搭載実装する、フリップチップ実装と言われる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、光デバイスの実装においても、例えば半導体レーザ等の光デバイスを、光動波路を有した基板にフリップチップ実装したものが知られている（例えば、特許文献２、３参照）。
このような光デバイスの実装技術では、その接合時において、光の結合や光路をとるため、アンダーフィルや光硬化性樹脂が使用されている。また、電気的動通をとるために、加熱加圧方式による金属結合や銀ペーストを利用した接合方式が用いられる。
【特許文献１】特開平７−１４８８０号公報
【特許文献２】特開２００２−９８８６３号公報
【特許文献３】特開２００２−２８９９５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来技術では、光デバイスの実装時において、電気的導通をとるために、加熱加圧方式による金属結合や銀ペーストを利用した接合方式が用いられるが、いずれも光デバイスが熱的ダメージを受けやすい。
さらに、光デバイスは脆弱であることが多く、例えばＡｕ−Ａｕなどによる加熱加圧接合においては、加圧に伴う機械的外力により光デバイスの破損が生じやすい。
また、Ａｇペーストを利用した接合方法では、封止材料を塗布するなどの接合強度の補強のための工程を必要とする。
また、接続端子にめっきによりバンプを形成し電気的導通をとる技術があるが、この技術では、めっきによるバンプ形成の後にハンダにより接続をとるものであり、ハンダに対する加熱に伴って光デバイスが熱的ダメージを受けるおそれがある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、光デバイスが受ける熱的あるいは機械的ダメージが小さい光デバイスの実装方法を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、端子接続の際に受ける光デバイスが受ける熱的あるいは機械的ダメージが小さく、安定した性能を有する光モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の目的を達成するために、本発明に係る光デバイスの実装方法は、配線基板上に光デバイスを接続実装する光デバイスの実装方法であって、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙を保った状態で、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子とをめっき処理により電気的に接続する工程を有することを特徴とする。
【０００６】
ここで、例えば、無電解めっき法により前記接続を行うとよい。
【０００７】
この光デバイスの実装方法によれば、光デバイスの端子と配線基板の端子との間隙を保った状態とすることにより、めっき処理による端子接続が可能となる。めっき処理による端子接続は、処理温度が低く、光デバイスが受ける熱的ダメージが小さい。また、端子接続の際の機械的外力は小さくてよく、光デバイスが受ける機械的ダメージも小さい。
【０００８】
上記の実装方法において、めっき処理による前記接続の工程より前に、前記光デバイスと前記配線基板との間に、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙を保つためのスペーサ部材を配置する工程を有するとよい。
スペーサ部材の配置により、光デバイスの端子と配線基板の端子との間隙を所望の状態に確実に保つことが可能となる。
【０００９】
また、めっき処理前における前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙は、５〜１０μｍであるのが好ましい。
端子間距離が５μｍ以上であることにより、めっき液の浸透が良好に行われ、端子間が良好にめっき接続される。また、端子間距離が１０μｍ以下であることにより、伝送距離が短くなり、光学特性の向上が図られる。
【００１０】
また、上記の実装方法において、めっき処理による前記接続の工程より前に、前記光デバイスと前記配線基板との間に接合部材を配置し、前記配線基板に対して前記光デバイスを位置決めする工程を有するとよい。
この場合、前記接合部材は、アンダーフィルなどの光透過性樹脂であってもよい。
これにより、光デバイスを所望の位置に正確に配置することが可能となる。
【００１１】
また、上記の実装方法は、例えば、前記光デバイスは半導体レーザであり、前記半導体レーザを前記配線基板上にフリップチップ実装する場合にも好ましく適用される。
ここで、光デバイスとしては、半導体レーザに限らず、フォトダイオードなどの他の光デバイスでもよい。
【００１２】
本発明の光モジュールは、配線基板上に光デバイスを接続実装してなる光モジュールであって、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子とが所定の間隙を保った状態でめっき接続されていることを特徴とする。
【００１３】
この光モジュールによれば、光デバイスの端子と配線基板の端子とが所定の間隙を保った状態でめっき接続されていることから、端子接続の際に受ける光デバイスが受ける熱的あるいは機械的ダメージが小さく、安定した性能を有する。
【００１４】
上記の光モジュールにおいて、前記光デバイスと前記配線基板との間には、前記光デバイスの端子と前記配線基板の端子との間隙を保つためのスペーサ部材が配置されているとよい。
スペーサ部材により、光デバイスの端子と配線基板の端子との間隙が所望の状態に確実に保たれる。また、接合部を囲むようにスペーサ部材を配置することで、アンダーフィル剤の接合部への侵入を防ぐことが好ましい。
【００１５】
また、上記の光モジュールにおいて、前記光デバイスと前記配線基板との間には、前記配線基板に対して前記光デバイスを位置決めするための接合部材が配置されているのが好ましい。
この場合、前記接合部材は、アンダーフィルであってもよい。
これにより、光デバイスが所望の位置に正確に配置される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１（Ａ），（Ｂ）は、本発明の光モジュールの実施の形態の一例を示す図であって、図１（Ａ）は光モジュールの側面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【００１７】
図１（Ａ）において、符号１は光モジュールであり、この光モジュール１は、半導体素子（図示せず）とこれに接続する電気回路（図示せず）とを形成するとともに、光導波路等の光伝送部（図示せず）を形成した配線基板２と、この配線基板２上にフリップチップ実装された半導体レーザ３とを備えて構成されたものである。
【００１８】
配線基板２には、図１（Ａ）に示すように、上記電気回路に電気的に接続するための端子としてのパッド５が複数形成されている。これらパッド５は、後述するように、半導体レーザ３の端子（パッド６）に対応して形成されたものである。なお、配線基板２のパッド５が形成された箇所の間に、上記半導体レーザ３からの光を伝送するための光伝送部（図示せず）が形成されていてもよい。
【００１９】
半導体レーザ３は、例えば中心にレーザ光を放出する元となる活性層を有し、その上下に屈折率の異なる材料を交互に積み重ねた多層膜反射鏡を有してなるもので、一方の面の中心部にレーザ光を出射する出光部７を形成したものである。半導体レーザ３は、出光部７が配線基板２に対向するように、配線基板２上に搭載されている（フェイスダウン搭載）。
【００２０】
配線基板２と半導体レーザ３との間には、出光部７を保護するアンダーフィル９が配置されている。アンダーフィル９は、本例では熱硬化性の樹脂からなるが、本発明はこれに限定されない。ただし、アンダーフィル９としては、半導体レーザ３の光路を形成する材料となることから、特に光透過性が十分良好であるのはもちろん、その屈折率についても、配線基板２の光伝送部における光入射部の屈折率とほぼ同一の屈折率であるものが好適に用いられる。このようなものを用いれば、アンダーフィル９と光伝送部における光入射部との屈折率差に起因する光の伝送損失が、最小限に抑えられる。なお、本例では、アンダーフィル９は、配線基板２に対して半導体レーザ３を位置決めするための接合部材としての機能を有する。
【００２１】
また、半導体レーザ３には、出光部７を形成した側の面に端子としてのパッド６が複数形成されている。これらパッド６は、本例では図１（Ｂ）に示すように上記出光部７を囲んで４隅に１個ずつ合計４個が配されている。したがって、上記の配線基板２に形成されたパッド５も、半導体レーザ３のパッド６の位置に対応して４個が形成されており、配線基板２のパッド５と半導体レーザ３のパッド６とが互いに対向して配置されている。
【００２２】
配線基板２のパッド５と半導体レーザ３のパッド６とは、所定の間隔を保った状態でめっき接続されている。両パッド５，６の間隙（パッド間距離）は、本例では５〜１０μｍに設定されており、めっき処理により両パッド５，６上に形成されるめっきバンプ１０が互いに結合することにより、配線基板２のパッド５と半導体レーザ３のパッド６とが電気的に接続されている。なお、配線基板２に対する半導体レーザ３の接合強度はアンダーフィル９、並びに両パッド５，６間のめっきバンプ１０の金属接合部分によって確保されている。接合強度を高めるために、配線基板２と半導体レーザ３との間に樹脂などの封止材を配置してもよい。また、配線基板２と半導体レーザ３との間が１０μｍ以下と非常に狭く設定されていることから、アンダーフィル９内などにおける伝送距離が短く、光の結合強度の向上が図られる。
【００２３】
次に、このような構成の光モジュール１の製造方法に基づき、本発明の光モジュールの製造方法の一例について説明する。
【００２４】
図２（Ａ）に示すように、パッド５を形成した配線基板２を用意するとともに、パッド６を形成した半導体レーザ３を用意する。そして、配線基板２及び半導体レーザ３の各パッドの形成面に、アンダーフィル９の形成材料を配置する。配線基板２には不図示の電気信号配線が所望の回路となるように設けられている。配線基板２の基体は例えばガラスやガラスエポキシ等からなる。電気信号配線は、例えば銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、あるいは金（Ａｕ）等からなる。パッド５，６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、あるいはニッケル（Ｎｉ）によって構成され、例えばめっき法により配線基板２及び半導体レーザ３上に形成される。配線基板２及び半導体レーザ３の各パッドが形成される面において、パッドが設けられている以外の領域に絶縁性材料からなるパシベーション膜を設けてもよい。
【００２５】
アンダーフィル９は、例えばマイクロディスペンサ（例えばノズル径２０μｍ）等により配線基板２あるいは半導体レーザ３上に塗布・配置される。このとき、後述する接合時の広がりを考慮して、各パッドに付着しないようにアンダーフィル９を配置する。例えば、４個のパッドで囲まれる領域の中央位置にアンダーフィル９の形成材料を少量滴下する。なお、本例では、配線基板２及び半導体レーザ３のそれぞれにアンダーフィル９の形成材料を配置するが、いずれか一方だけの配置としてもよい。本例では、アンダーフィル９の形成材料は、熱硬化性樹脂の溶液であり、配線基板２上に半導体レーザ３を接合するための接合部材としての機能を有する。
【００２６】
図２（Ｂ）に示すように、配線基板２上に半導体レーザ３を配置し、アンダーフィル９を熱硬化させる。このときの加熱温度は、１００〜１５０℃程度である。半導体レーザ３の配置は、半導体レーザ３のパッド６と配線基板２のパッド５との間隙（パッド間距離）が５〜１０μｍとなるように行う。フリップチップボンダーなどのアライメントを取れる装置を用いることで、配線基板２に対して半導体レーザ３を所望の位置や高さに正確に配置することができる。また、アンダーフィル９が熱硬化することで、配線基板２に対して半導体レーザ３が位置決めされた状態が保持され、接合強度が確保される。
【００２７】
図２（Ｃ）に示すように、半導体レーザ３のパッド６と配線基板２のパッド５との間隙を保った状態で、それらパッド５，６をめっき処理により電気的に接続する。本例では、無電解めっき法を用いる。以下にその一例について説明する。
【００２８】
まず、パッドの表面の濡れ性向上、及び残さを除去するために処理液に浸漬する。一例として、フッ酸が０．０１％〜０．１％、及び硫酸が０．０１％〜０．１％含有した水溶液中に１分〜５分間含浸する。あるいは０．１％〜１０％の水酸化ナトリウム等のアルカリベースの水溶液に１分〜１０分浸漬してもよい。
【００２９】
次に、水酸化ナトリウムベースでｐＨが９〜１３のアルカリ性水溶液を２０℃〜６０℃に加温した中に１秒〜５分間浸漬し、表面の酸化膜を除去する。あるいは５％〜３０％硝酸をベースとしたｐＨ１〜３の酸性水溶液を２０℃〜６０℃に加温した中に１秒〜５分間浸漬してもよい。
次に、ＺｎＯを含有したｐＨ１１〜１３のジンケート液中に１秒〜２分間浸漬し、パッド表面をＺｎに置換する。その後、５％〜３０％の硝酸水溶液に１秒〜６０秒浸漬し、Ｚｎを剥離する。そして、再度ジンケート浴中に１秒〜２分浸漬し、緻密なＺｎ粒子をパット表面に析出させる。その後、無電解Ｎｉメッキ浴に浸漬し、Ｎｉメッキを形成する。メッキ高さは２μｍ〜１０μｍ程度析出させる。メッキ浴は次亜リン酸を還元剤とした浴であり、ｐＨ４〜５、浴温８５℃〜９５℃である。
【００３０】
このような工程においては、次亜リン酸浴を行うので、リン（Ｐ）が共析する。最後に置換Ａｕメッキ浴中に浸漬し、Ｎｉ表面をＡｕにする。Ａｕは０．０５μｍ〜０．３μｍ程度に形成する。Ａｕ浴はシアンフリータイプを用い、ｐＨ６〜８、浴温５０℃〜８０℃で、１分〜３０分間の浸漬を行う。なお、各化学処理の間には、水洗処理を行う。水洗槽はオーバーフロー構造あるいはＱＤＲ機構を有しており、最下面からＮ２バブリングを行う。バブリング方法は、テフロン（登録商標）製のチューブ等に穴を開け、Ｎ２を出す方法や、焼結体等を通じてＮ２を出す。以上の工程により、短時間で十分効果のあるリンスを行うことができる。
【００３１】
この一連の無電解めっき処理により、半導体レーザ３パッド５及び配線基板２のパッド６のそれぞれの上にＮｉ−Ａｕバンプ（めっきバンプ１０）が形成されるとともに、その成長過程でそれらが互いに結合し、両パッド５，６が電気的に接続される。このとき、半導体レーザ３のパッド６と配線基板２のパッド５との間隙（パッド間距離）が５μｍ以上であることにより、めっき液の浸透が良好に行われ、両パッド５，６が良好に接続される。また、両パッド５，６間のめっきバンプ１０が互いに結合（金属接合）することで、配線基板２と半導体レーザ３との接合強度が向上する。
【００３２】
本実施の形態によれば、半導体レーザ３のパッド６と配線基板２のパッド５との間隙を保った状態で、半導体レーザ３のパッド６と配線基板２のパッド５とをめっき処理により電気的に接続することから、処理温度が低く（１００℃程度以下）、半導体レーザ３が受ける熱的ダメージが小さい。また、アンダーフィル９を熱硬化させる加熱温度は１００〜１５０℃であり、ハンダにより接続をとる処理に比べて低温である。また、アンダーフィル９を介して配線基板２上に半導体レーザ３を配置する際に半導体レーザ３に機械的外力が作用するものの、その力は例えばＡｕ−Ａｕなどによる加熱加圧接合に比べて極めて小さいものであり、半導体レーザ３が受ける機械的ダメージは小さい。
【００３３】
また、本実施の形態では、めっき処理による接続工程より前に、半導体レーザ３と配線基板２との間にアンダーフィル９を配置し、配線基板２に対して半導体レーザ３を位置決めする。めっき処理による電気的接続とアンダーフィル９による機械的接続とが分かれていることから、半導体レーザ３を所望の位置により正確に配置することが可能となる。
【００３４】
図３（Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施の形態に係る光モジュールの変形例を説明する図であって、図３（Ａ）は光モジュールの側面図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。
【００３５】
図３（Ａ），（Ｂ）において、半導体レーザ３と配線基板２との間に、半導体レーザ３のパッド６と配線基板２のパッド５との間隙を保つためのスペーサ部材１５が配設されている。スペーサ部材１５は、例えば樹脂やガラス材からなり、ビーズ状やファイバー状に形成され、パッド間距離に基づいてその外径が定められている。その他の構成は、図１に示す光モジュールと同じ内容が該当する。スペーサ部材１５は、めっき処理による電気的接続の工程より前に、半導体レーザ３と配線基板２との間に配置する。例えば、配線基板２上にアンダーフィル９の形成材料とスペーサ部材１５とを配置した後に、配線基板２上に半導体レーザ３を搭載する。スペーサ部材１５の配置位置は、パッド５やアンダーフィル９の形成材料に重ならない位置である。アンダーフィル９にスペーサ部材を混入してもよいが、光学的影響を考慮する必要がある。スペーサ部材１５の配置により、半導体レーザ３のパッド６と配線基板２のパッド５との間隙を所望の状態により確実に保つことが可能となる。
【００３６】
図４及び図５は、スペーサ部材１５の配置の他の例を示している。
図４において、接合部としてのパッド５，６を囲むようにスペーサ部材１５が配設されている。本例では、４箇所のパッド５，６の配設位置のそれぞれに各パッド５，６を囲むようにスペーサ部材１５が配置されている。また、それらのスペーサ部材１５を壁として出光部７を保護するアンダーフィル９が配置されている。本例では、パッド５，６を囲むようにスペーサ部材１５が配置されていることから、アンダーフィル９の接合部（パッド５，６）への侵入が防止される。すなわち、先にアンダーフィル９の配置を行い、その後に配線基板上に半導体レーザ３を搭載する際にも、スペーサ部材１５が壁となって接合部（パッド５，６）へのアンダーフィル９の侵入が防止される。
【００３７】
図５において、出光部７を保護するアンダーフィル９を囲むようにスペーサ部材１５が配設されている。すなわち、出光部７を囲うようにスペーサ部材１５が周状に配設され、そのスペーサ部材１５の囲む内側の領域にアンダーフィル９が配置されている。本例では、アンダーフィル９を囲むようにスペーサ部材１５が配置されていることから、アンダーフィル９の接合部（パッド５，６）への侵入が防止される。
【００３８】
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の光モジュールの実施の形態の一例を示す図であって、（Ａ）は光モジュールの側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線矢視図。
【図２】本発明に係る光デバイスの実装方法を説明する図。
【図３】本発明の光モジュールの実施の形態の他の例を示す図であって、（Ａ）は光モジュールの側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ線矢視図。
【図４】スペーサ部材の配置の他の例を示す図。
【図５】スペーサ部材の配置の他の例を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１…光モジュール、２…配線基板、３…半導体レーザ（光デバイス）、５，６…パッド、７…出光部、９…アンダーフィル（接合部材）、１０…めっきバンプ、１５…スペーサ部材。
【図１】
2005311109.tif 000003
【図２】
2005311109.tif 000004
【図３】
2005311109.tif 000005
【図４】
2005311109.tif 000006
【図５】
2005311109.tif 000007