(57)【要約】【課題】実装用電極がクラッド用樹脂で覆われるのを抑制できるようにした光電気変換装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】光信号を伝搬する導波路３１の周辺に、部品実装のための実装用電極３６を形成した基板３を備えた光電気変換装置１であって、前記基板３の導波路形成用溝３２の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂３１ｂ´を弾く樹脂材３５をコーティングした。これにより、コーティング樹脂材３５が液状クラッド用樹脂３１ｂ´の流動を阻止するので、実装用電極３６がクラッド用樹脂３１ｂ´で覆われるのを抑制できるようになる。【選択図】図１
2009008764.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置であって、
前記基板の導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングしたことを特徴とする光電気変換装置。
【請求項２】
前記樹脂材は、光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光電気変換装置。
【請求項３】
前記樹脂材は、実装部を開口して実装用電極上にコーティングしていることを特徴とする請求項１に記載の光電気変換装置。
【請求項４】
前記樹脂材は、実装用電極の間の基板上にコーティングしていることを特徴とする請求項１に記載の光電気変換装置。
【請求項５】
光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置の製造方法であって、
基板に導波路形成用溝を形成する工程の後に、導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングし、次に導波路形成用溝に液状クラッド用樹脂を塗布した後にコア用溝のエンボス成型を行い、このコア用溝にコア用樹脂を充填して導波路を形成することを特徴とする光電気変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂材を実装用電極上にコーティングした後に、実装用電極の実装パターン部を開口する工程を設けたことを特徴とする請求項５に記載の光電気変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記導波路を形成した後に、所定位置の前記樹脂材を剥離する工程を設けたことを特徴とする請求項５に記載の光電気変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電気変換装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置がある（引用文献１参照）。
【０００３】
ところで、基板に導波路を形成する工程は、図９（ａ）のように、基板６０に導波路形成用溝６１と実装用電極６２とを形成し、図９（ｂ）のように、導波路形成用溝６１に液状クラッド用樹脂（エポキシ）６３を塗布し、図９（ｃ）（ｄ）のように、金型６４でコア用溝６５のエンボス成型を行い、図９（ｅ）のように離型して、その後は、具体的に図示しないが、コア用溝６５にコア用樹脂を充填して導波路を形成するものである。
【０００４】
このエンボス成型のような型転写方法では、熱硬化性あるいは熱可塑性のいずれの樹脂材であっても、プロセスの過程で型転写するために、一度は流動的な状態（液状）にする必要がある。
【０００５】
このために、液状のクラッド用樹脂６３は、図９（ｄ）のエンボス成型時に、図１０のように、金型６４の型圧力によって基板６０の上に溢れ出し（二点鎖線ａ参照）、導波路形成用溝６１の周辺に実装用電極６２が有る場合、実装用電極６２がクラッド用樹脂６３で覆われると、部品実装時に接合不良が発生することから、溢れ出したクラッド用樹脂６３を除去する必要がある。
【特許文献１】特開平１０−１７０７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、クラッド用樹脂６３は、特にエポキシ等に代表される熱硬化性の樹脂である場合、化学的にも機械的にも耐性が強いので、任意の部位のみを除去することは困難であるが、その対策として、図９（ｆ）のように、エキシマレーザーＬＢ等による樹脂除去を行っていたが、エキシマレーザーＬＢ等の影響が実装用電極６２にも及んで、実装用電極６２の密着性が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記問題を解決するために成されたもので、実装用電極がクラッド用樹脂で覆われるのを抑制できるようにした光電気変換装置およびその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明の光電気変換装置は、光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置であって、前記基板の導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングしたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２のように、前記樹脂材は、光硬化性樹脂であることが好ましい。
【００１０】
請求項３のように、前記樹脂材は、実装部を開口して実装用電極上にコーティングしている構成とすることができる。
【００１１】
請求項４のように、前記樹脂材は、実装用電極の間の基板上にコーティングしている構成とすることができる。
【００１２】
本発明の光電気変換装置の製造方法は、光信号を伝搬する導波路の周辺に、部品実装のための実装用電極を形成した基板を備えた光電気変換装置の製造方法であって、基板に導波路形成用溝を形成する工程の後に、導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングし、次に導波路形成用溝に液状クラッド用樹脂を塗布した後にコア用溝のエンボス成型を行い、このコア用溝にコア用樹脂を充填して導波路を形成することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６のように、前記樹脂材を実装用電極上にコーティングした後に、実装用電極の実装パターン部を開口する工程を設けた構成とすることができる。
【００１４】
請求項７のように、前記導波路を形成した後に、所定位置の前記樹脂材を剥離する工程を設けた構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光電気変換装置およびその製造方法によれば、導波路形成用溝の周辺に、硬化前の液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材をコーティングすることで、液状クラッド用樹脂の塗布時やコア用溝のエンボス成型時に、余剰となった液状クラッド用樹脂が導波路形成用溝より基板上に溢れ出そうとしても、コーティング樹脂材が液状クラッド用樹脂の流動を阻止するので、実装用電極がクラッド用樹脂で覆われるのを抑制できるようになる。
【００１６】
請求項２によれば、光硬化性樹脂を用いることで、熱硬化性樹脂と比べて、簡単なプロセスでコーティング樹脂材をパターニングできるようになる。
【００１７】
請求項３および請求項６によれば、実装部に樹脂材がコーティングされていないので、部品実装に支障が無いとともに、後工程での部品実装のリフロー時に、コーティング樹脂材は、半田等が実装用電極上を流れることを抑制するソルダレジストの役割を果たすようになる。
【００１８】
請求項４によれば、コーティング樹脂材のコーティング幅や厚みを変えることで、実装用電極の間の誘電率制御が行えるので、高周波デバイスにおける特性を向上させることができる。
【００１９】
請求項７によれば、実装用電極がクラッド用樹脂で覆われていない箇所は、必要に応じて、エキシマレーザー等で基板からコーティング樹脂材を剥離することができ、この場合には、実装用電極にエキシマレーザー等の影響が及ばない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図７および図８は、光電気変換装置１の基本構造であり、この光電気変換装置１は、発光側光電気変換部１Ａと、受光側光電気変換部１Ｂと、これらの変換部１Ａ，１Ｂを光学的に連結する外部の導波路９とを備えている。なお、図７において、図７の上下方向を上下方向、紙面と直交する方向を左右方向というとともに、発光側光電気変換部１Ａに対しては図７の右側を前方、左側を後方といい、受光側光電気変換部１Ｂに対しては図７の左側を前方、右側を後方という。
【００２２】
発光側光電気変換部１Ａは、配線基板２と、この配線基板２の上面に所定の間隔を隔てて実装されるマウント基板３とを備えている。また、マウント基板３の下面３ａには、電気信号を光信号に変換する発光素子４Ａと、この発光素子４Ａに電気信号を送信するためのＩＣ回路５０Ａが形成されたＩＣ基板５Ａとが実装されている。そして、マウント基板３には、発光素子４Ａと光学的に結合する導波路３１が形成されている。
【００２３】
発光素子４Ａとしては、上面から上方に発光する平面視で３００μｍ□の大きさのＶＣＳＥＬ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｃａｖｉｔｙ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｌａｓｅｒ）が採用されている。ＩＣ基板５Ａは、ＶＣＳＥＬを駆動させるドライバＩＣであり、発光素子４Ａの近傍に配置されている。そして、発光素子４ＡおよびＩＣ基板５Ａは、金バンプ１１（図８参照）でマウント基板３の下面３ａに形成された図略の配線パターン（発光素子４Ａは、後述する実装用電極３６）に接続されている。なお、発光素子４Ａとしては、ＬＥＤ等も採用可能であるが、ＬＥＤ等は指向性がなく、導波路３１に光結合する割合が小さいので、光の効率に余裕があることが条件となり、その場合には低価格という点で有利である。
【００２４】
マウント基板３は、平面視で前後方向に延びる長方形状をなしており、半田バンプ１０で配線基板２の上面に形成された図略の配線パターンに接続されている。このマウント基板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、発光素子から受光素子までの光伝送効率が必要になるので、光素子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、マウント基板３としては、シリコン基板が採用されている。また、マウント基板３は、発光素子４Ａと線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、シリコン以外には、ＶＣＳＥＬ材料と同系統のＧａＡｓ等の化合物半導体で構成されていてもよい。
【００２５】
また、マウント基板３には、発光素子４Ａの真上となる位置に、光路を９０°屈曲させるための４５°ミラー３３が形成されている。
【００２６】
導波路３１は、４５°ミラー３３から前方に延在していて、マウント基板３の前端面と略面一となる端面を有している。この導波路３１は、図８に示すように、断面略正方形状のコア３１ａと、コア３１ａを周囲から覆うクラッド３１ｂとからなっており、マウント基板３に形成された導波路形成用溝３２内に配設されている。
【００２７】
コア３１ａおよびクラッド３１ｂのサイズは、発光素子４Ａから導波路３１までの距離、発光素子４Ａの発散角度および後述する受光素子４Ｂのサイズから光効率を優先して決定される。
【００２８】
例えば、５〜１０Ｇｂｐｓ以上の高速伝送に使用される一般的なＶＣＳＥＬや受光素子４ＢであるＰＤ（フォトダイオード）では、ＶＣＳＥＬの発光径が５〜１０μｍ、発散角度が２０°程度であり、ＰＤの受光径が６０μｍ程度であるので、コア３１ａのサイズを４０μｍ□、クラッド３１ｂの厚みを２〜１０μｍとする。
【００２９】
マウント基板３の前端部には、下面３ａに導波路３１を挟んで離間する左右一対の樹脂構造部６が設けられているとともに、アダプタ７Ａが取り付けられている。そして、アダプタ７Ａに、外部の導波路９の端部に設けられた光コネクタ８Ａが着脱可能に装着されることによって、外部の導波路９がマウント基板３の導波路３１に光学的に結合されるようになっている。
【００３０】
外部の導波路９は、所定幅を有したフレキシブルなフィルム状のものであり、具体的に図示しないが、下クラッドの上にコアが載置され、このコアが上クラッドで覆われた構成となっている。
【００３１】
そして、光コネクタ８Ａがアダプタ７Ａに装着されると、マウント基板３の導波路３１のコア３１ａの位置と外部導波路９のコアの位置とが合致するようになる。
【００３２】
受光側光電気変換部１Ｂの基本的な構成は、発光側光電気変換部１Ａと同様であるため、詳細な説明は省略する。なお、発光側光電気変換部１Ａと異なる点としては、マウント基板３の下面３ａに、光信号を電気信号に変換する受光素子４Ｂと、この受光素子４Ｂから電気信号を受信するためのＩＣ回路５０Ｂが形成されたＩＣ基板５Ｂとが実装されている点である。受光素子４Ｂとしては、ＰＤが採用されており、ＩＣ基板５Ｂは、電流・電圧の変換を行うＴＩＡ（Ｔｒａｎｓ−ｉｍｐｅｄａｎｃｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）素子である。また、マウント基板３には、アンプ素子が実装されることもある。
【００３３】
次に、本発明の光電気変換装置１の製造方法を図５に基づいて説明する。なお、光電気変換装置１は、発光側光電気変換部１Ａと受光側光電気変換部１Ｂとを別々に製造することが可能であり、それらの製造方法は同じであるため、代表して発光側光電気変換部１Ａの製造方法を説明する。なお、図５では、作図の都合により、マウント基板３の下面３ａを上向きに表示している。
【００３４】
初めに、図１を参照しながら、マウント基板３に導波路３１と４５°ミラー（４５°の傾斜面）３３とを形成する方法を簡単に説明する。なお、通常は、シリコンウエハ（シリコン基板）を用いて、複数個のマウント基板３を同時に形成し、最終的にシリコンウエハを切断してマウント基板３を個片化するものであるが、以下では、マウント基板３として説明する。
【００３５】
先ず、図５（ａ）の工程のように、マウント基板３に、導波路形成用溝３２および４５°ミラー３３を形成する。これらは、シリコン結晶のエッチング速度の違いを利用した異方性エッチングにより形成する。
【００３６】
次に、マウント基板３上に発光素子４Ａを実装するための実装用電極３６を形成する。
この電極３６は、マウント基板３上に金を蒸着することによりパターンニングを行う。このとき、４５°ミラー３３にも金（反射率が高い）を同時に蒸着する。なお、使用する波長にもよるが、４５°ミラー３３に金を蒸着しないことも可能である。
【００３７】
そして、図５（ｂ）の工程のように、導波路形成用溝３２の周辺のマウント基板３上に、図１の第１実施形態では、導波路形成用溝３２の上辺に沿って、実装用電極３６を覆わないように、硬化前の液状クラッド用樹脂３１ｂ´を弾く樹脂材（以下、コーティング樹脂材と称することがある。）３５をコーティングして（いわゆる撥水コート）、熱硬化または光硬化で硬化させる。その後、導波路形成用溝３２に液状クラッド用樹脂（エポキシ…下クラッド樹脂）３１ｂ´を塗布する。
【００３８】
次いで、図５（ｃ）（ｄ）の工程のように、金型３９でコア用溝３７のエンボス成型を行い（例えば１２０℃、３０分）、図５（ｅ）のように離型して、その後は、具体的に図示しないが、コア用溝３７にコア用樹脂を充填してコア３１ａを形成し、最後にコア３１ａの上に上クラッド樹脂を塗布して、クラッド３１ｂを形成することで、導波路３１が形成されるようになる。
【００３９】
なお、図５（ｅ）の離型工程の後、つまり、導波路３１を形成した後に、実装用電極３６がクラッド用樹脂３１ｂ´で覆われていない箇所では、必要に応じて、エキシマレーザー等でマウント基板３からコーティング樹脂材３５を剥離することができ、この場合には、実装用電極３６にエキシマレーザー等の影響が及ばない。
【００４０】
マウント基板３に発光素子４Ａを実装する時は、発光素子４Ａに、スタッドバンプボンディングにより金バンプ１１を形成し、マウント基板３と発光素子４Ａを２００℃に加熱して、発光素子４Ａをマウント基板３の実装用電極３６に超音波接合等で実装する。なお、ＩＣ基板５Ａは、発光素子４Ａと同時にマウント基板３に実装される。
【００４１】
図１の第１実施形態は、前述したように、マウント基板３の導波路形成用溝３２の上辺に沿って、実装用電極３６を覆わないように、硬化前の液状クラッド用樹脂３１ｂ´を弾く樹脂材３５をコーティングしたものである。
【００４２】
第１実施形態によれば、導波路形成用溝３２の上辺に沿って、硬化前の液状クラッド用樹脂３１ｂ´を弾く樹脂材３５をコーティングすることで、液状クラッド用樹脂３１ｂ´の塗布時やコア用溝３７のエンボス成型時に、余剰となった液状クラッド用樹脂３１ｂ´が導波路形成用溝３２よりマウント基板３上に溢れ出そうとしても、コーティング材である樹脂材３５が液状クラッド用樹脂３１ｂ´の流動を阻止するので、実装用電極３６が液状から硬化した後のクラッド用樹脂３１ｂ´で覆われるのを抑制できるようになる。
【００４３】
したがって、実装用電極３６がクラッド用樹脂３１ｂ´で覆われないから、発光素子４Ａ（部品）の実装時に接合不良が発生しなくなる。
【００４４】
図２は、第２実施形態であり、第１実施形態と相違するのは、マウント基板３の導波路形成用溝３２の周辺に位置する実装用電極３６のみを覆うように、硬化前の液状クラッド用樹脂３１ｂ´を弾く樹脂材３５をコーティングしたものである。
【００４５】
この場合、コーティング樹脂材３５は、図２（ｂ）のように、実装用電極３６の実装部３５ａを開口して実装用電極３６上にコーティングする。具体的には、図５（ｂ）の工程において、実装用電極３６の上に樹脂材３５をコーティングした後に、実装用電極３６の実装部３５ａを開口する（つまり、コーティング樹脂材３５を除去する）工程を追加する。
【００４６】
第２実施形態によれば、コーティング樹脂材３５は、実装部３５ａを開口して実装用電極３６上にコーティングしているから、液状クラッド用樹脂３１ｂ´の塗布時やコア用溝のエンボス成型時に、余剰となった液状クラッド用樹脂３１ｂ´が導波路形成用溝３２よりマウント基板３上に溢れ出しても〔図２（ａ）の二点鎖線ａ参照〕、コーティング材である樹脂材３５が液状クラッド用樹脂３１ｂ´の流動を阻止するので、実装用電極３６が液状から硬化した後のクラッド用樹脂３１ｂ´で覆われるのを抑制できるようになる。
【００４７】
また、実装部３５ａに樹脂材３５がコーティングされていないので、発光素子４Ａの実装に支障が無いとともに、後工程での発光素子４Ａの実装のリフロー時に、コーティング樹脂材３５は、半田等が実装用電極３６上を流れることを抑制するソルダレジストの役割を果たすようになる。
【００４８】
図３は、第２実施形態の変形例であり、第２実施形態のように、実装用電極３６のみを覆うように樹脂材３５をコーティングするのでは無く、導波路形成用溝３２の上辺、実装用電極３６、およびその周辺のマウント基板３を覆うように、略四角形状で樹脂材３５をコーティングしたものである。この場合も、実装用電極３６の実装部３５ａを開口する。
【００４９】
図４は、第３実施形態であり、第１実施形態と相違するのは、硬化前の液状クラッド用樹脂３１ｂ´を弾く樹脂材３５を実装用電極３６の間のマウント基板３上にコーティングしたものである。
【００５０】
第３実施形態によれば、コーティング樹脂材３５のコーティング幅Ｗや厚みを変えることで、実装用電極３６の間の誘電率制御が行えるので、高周波デバイスにおける特性を向上させることができる。
【００５１】
前述した液状クラッド用樹脂３１ｂ´を弾く樹脂材３５、つまりコーティング樹脂材３５は、熱硬化性樹脂としては、アモルファス（３Ｍ社製  商品名  テフロン（登録商標）ＡＦ）、フッ素系コート材（旭ガラス社製  商品名  サイトップ）、シリコン系コート材（松下電工製  商品名  フレッセラＤＡ１００）等がある。
【００５２】
また、光硬化性樹脂としては、フッ素系コート材等がある。
【００５３】
熱硬化性樹脂は、リフトオフ法による製造方法に用いられ、図６（ａ）のように、マウント基板３に実装用電極３６を形成した後、図６（ｂ）のように、レジスト４５を塗布し、図６（ｃ）のように、レジストパターニング（露光・現像）によって実装用電極３６の部分のレジストを除去し、図６（ｄ）のように、実装用電極３６の部分にコーティング樹脂材３５をコーティングし、図６（ｅ）のように、コーティングした実装用電極３６の部分のコーティング樹脂材３５を残して、その周辺のレジストを剥離することで、実装用電極３６を覆うように樹脂材３５をコーティングすることができる。
【００５４】
また、光硬化性樹脂は、ＵＶパターニング法による製造方法に用いられ、図６（ｆ）のように、マウント基板３に実装用電極３６を形成した後、図６（ｇ）のように、コーティング樹脂材３５をコーティングし、図６（ｈ）のように、パターニング（露光・現像）によってコーティング樹脂材３５を除去することで、実装用電極３６を覆うように樹脂材３５をコーティングすることができる。
【００５５】
したがって、コーティング樹脂材３５として、光硬化性樹脂を用いることで、熱硬化性樹脂と比べて、簡単なプロセスでコーティング樹脂材３５をパターニングできるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図２】第２実施形態に係る光電気変換装置であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【図３】第２実施形態の変形例の平面図である。
【図４】第３実施形態に係る光電気変換装置の平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態に係る光電気変換装置の基板に導波路を形成する工程図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）はリフトオフ法を示す工程図、（ｆ）〜（ｈ）はＵＶパターニング法を示す工程図である。
【図７】本発明に係る光電気変換装置の基本構造の側面図である。
【図８】（ａ）はマウント基板の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｆ）は、従来の基板に導波路を形成する工程図である。
【図１０】基板の上に液状クラッド用樹脂が溢れ出した状態の平面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１      光電気変換装置
３      マウント基板（基板）
３１    導波路
３１ａ  コア
３１ｂ  クラッド
３１ｂ´  硬化前の液状クラッド用樹脂
３２    導波路形成用溝
３３    ４５°ミラー
３５    液状クラッド用樹脂を弾く樹脂材（コーティング樹脂材）
３５ａ  実装部
３６    実装用電極
３７    コア用溝
３９    金型
４Ａ    発光素子（光素子）
【図１】
2009008764.tif 000003
【図２】
2009008764.tif 000004
【図３】
2009008764.tif 000005
【図４】
2009008764.tif 000006
【図５】
2009008764.tif 000007
【図６】
2009008764.tif 000008
【図７】
2009008764.tif 000009
【図８】
2009008764.tif 000010
【図９】
2009008764.tif 000011
【図１０】
2009008764.tif 000012