(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドが予め形成された基板と、
この基板上に形成され、端面に傾斜ミラーを備えた光導波路と、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記基板側パッドと面型光素子側パッドとがハンダバンプによって接続された面型光素子と、
この面型光素子の突起状の前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置された、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサとを有し、
前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュール。
【請求項２】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドが予め形成された基板と、
この基板上に形成された光導波路と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に形成された傾斜ミラーと、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記基板側パッドと面型光素子側パッドとがハンダバンプによって接続された面型光素子と、
この面型光素子の突起状の前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置された、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサとを有し、
前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュール。
【請求項３】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とが予め形成された基板と、
この基板上に形成され、端面に傾斜ミラーを備えた光導波路と、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記第１の基板側電極パッドと面型光素子側電極パッドとがフリップチップ接続された面型光素子と、
前記基板上に実装され、前記第２の基板側電極パッドと電極とが接続された半導体装置と、
前記面型光素子の突起状の前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置された、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサとを有し、
前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュール。
【請求項４】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とが予め形成された基板と、
この基板上に形成された光導波路と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に形成された傾斜ミラーと、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記第１の基板側電極パッドと面型光素子側電極パッドとがフリップチップ接続された面型光素子と、
前記基板上に実装され、前記第２の基板側電極パッドと電極とが接続された半導体装置と、
前記面型光素子の突起状の前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置された、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサとを有し、
前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュール。
【請求項５】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドが予め形成された基板と、
この基板上に形成され、端面に傾斜ミラーを備えた光導波路と、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に当接して実装され、前記基板側パッドと面型光素子側パッドとがハンダバンプによって接続された面型光素子とを有し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項６】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドが予め形成された基板と、
この基板上に形成された光導波路と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に形成された傾斜ミラーと、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に当接して実装され、前記基板側パッドと面型光素子側パッドとがハンダバンプによって接続された面型光素子とを有し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項７】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とが予め形成された基板と、
この基板上に形成され、端面に傾斜ミラーを備えた光導波路と、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に当接して実装され、前記第１の基板側電極パッドと面型光素子側電極パッドとがフリップチップ接続された面型光素子と、
前記基板上に実装され、前記第２の基板側電極パッドと電極とが接続された半導体装置とを有し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項８】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とが予め形成された基板と、
この基板上に形成された光導波路と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に形成された傾斜ミラーと、
前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に当接して実装され、前記第１の基板側電極パッドと面型光素子側電極パッドとがフリップチップ接続された面型光素子と、
前記基板上に実装され、前記第２の基板側電極パッドと電極とが接続された半導体装置とを有し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を有することを特徴とする光モジュール。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記面型光素子は、複数の前記発光部若しくは受光部を備え、
前記光導波路は、複数の前記発光部若しくは受光部に応じて前記基板上に複数形成され、
前記面型光素子を複数の前記光導波路で支持することを特徴とする光モジュール。
【請求項１０】
請求項９記載の光モジュールにおいて、
前記光導波路は、前記基板上の複数の方向に形成されることを特徴とする光モジュール。
【請求項１１】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記面型光素子の端面を係止するストッパを前記光導波路上面に有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１２】
請求項１、３、５又は７のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記傾斜ミラーは、前記光導波路の端面に形成された傾斜面からなることを特徴とする光モジュール。
【請求項１３】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記光導波路は、コア層が露出した光導波路であることを特徴とする光モジュール。
【請求項１４】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光モジュールにおいて、
前記基板は、前記光導波路を収容する窪みを有することを特徴とする光モジュール。
【請求項１５】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成し、この光導波路の端面に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で、前記面型光素子の面型光素子側パッドと前記基板側パッドとをハンダバンプによって接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子を前記光導波路上に実装する際、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサを、前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置し、前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項１６】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成する工程と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で、前記面型光素子の面型光素子側パッドと前記基板側パッドとをハンダバンプによって接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子を前記光導波路上に実装する際、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサを、前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置し、前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項１７】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成し、この光導波路の端面に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で、前記面型光素子側電極パッドと前記第１の基板側電極パッドとをフリップチップ接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程と、
前記半導体装置の電極と前記第２の基板側電極パッドとを接続することにより、前記半導体装置を前記基板上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子を前記光導波路上に実装する際、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサを、前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置し、前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項１８】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成する工程と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で、前記面型光素子側電極パッドと前記第１の基板側電極パッドとをフリップチップ接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程と、
前記半導体装置の電極と前記第２の基板側電極パッドとを接続することにより、前記半導体装置を前記基板上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子を前記光導波路上に実装する際、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサを、前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置し、前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項１９】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成し、この光導波路の端面に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子の面型光素子側パッドと前記基板側パッドとをハンダバンプによって接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を設けることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２０】
発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成する工程と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子の面型光素子側パッドと前記基板側パッドとをハンダバンプによって接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を設けることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２１】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成し、この光導波路の端面に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子側電極パッドと前記第１の基板側電極パッドとをフリップチップ接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程と、
前記半導体装置の電極と前記第２の基板側電極パッドとを接続することにより、前記半導体装置を前記基板上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を設けることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２２】
発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とを基板上に形成する工程と、
前記基板上に光導波路を形成する工程と、
前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に傾斜ミラーを形成する工程と、
前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子側電極パッドと前記第１の基板側電極パッドとをフリップチップ接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程と、
前記半導体装置の電極と前記第２の基板側電極パッドとを接続することにより、前記半導体装置を前記基板上に実装する工程とを実行し、
突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を設けることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２３】
請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
前記基板側パッド又は第１の基板側電極パッド上に前記光導波路の上面よりも高いハンダバンプを形成し、このハンダバンプを溶融させて前記面型光素子側パッド又は面型光素子側電極パッドと融着させ、前記面型光素子を前記光導波路に当接するまで降下させ、前記ハンダバンプを冷却硬化させることにより、前記面型光素子側パッド又は面型光素子側電極パッドと前記基板側パッド又は第１の基板側電極パッドとを接続することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２４】
請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
複数の前記発光部若しくは受光部を備えた面型光素子に応じて、前記光導波路を前記基板上に複数形成し、前記面型光素子を複数の前記光導波路で支持することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の光モジュールの実装方法において、
前記光導波路を前記基板上の複数の方向に形成することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２６】
請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
ウェハ上に樹脂をスピン塗布し、フィルム状となった前記樹脂を硬化後に前記ウェハより剥離することにより、前記スペーサを作製することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２７】
請求項１９乃至２２のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
ウエットエッチング若しくはドライエッチングによって前記光導波路上面の逃げ部を形成することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２８】
請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
前記面型光素子の端面を係止するストッパを前記光導波路上面に形成することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項２９】
請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
前記面型光素子の前記光導波路上への実装をフリップチップボンダによって行い、この実装時に前記面型光素子より大きいコレットによって前記面型光素子を前記基板面に対して常に平行となるように把持することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項３０】
請求項１５、１７、１９又は２１のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
前記光導波路の端面に傾斜面を形成することにより前記傾斜ミラーを形成することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項３１】
請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
前記光導波路は、コア層が露出した光導波路であることを特徴とする光モジュールの実装方法。
【請求項３２】
請求項１５乃至２２のいずれか１項に記載の光モジュールの実装方法において、
前記基板に設けた窪みに前記光導波路を収容することを特徴とする光モジュールの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面型光素子と平面光導波路と半導体装置とを実装する光モジュール及び光モジュールの実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
情報処理機器内における信号伝送路の高速化のためにはＣＰＵやメモリモジュール等のＬＳＩ間を光信号によって接続する、チップ間光接続が有効である。チップ間光接続では光導波路を備えた回路基板にＬＳＩを実装し、一方のＬＳＩの入出力信号をＶＣＳＥＬを用いて光信号に変換して光導波路を伝播させ、その先でＰＤを用いて光信号を電気信号に戻してもう一方のＬＳＩに接続する構造が有利である。このような構造では、垂直共振器型面発光レーザ（Vertical cavity surface-emitting Laser、以下、ＶＣＳＥＬとする）、フォトダイオード（Photo diode 、以下、ＰＤとする）等の面型光素子と光導波路とを光路を直角に変換しての光結合構造が課題である。
【０００３】
従来、ＶＣＳＥＬまたはＰＤと光導波路とを直角に光結合させる構造としては、特開２０００−３３２３０１号公報や特開２００１−１８５７５２号公報に開示されているような、ＬＳＩチップ上に面発光素子アレイをバンプによって直接実装し、さらにそのＬＳＩチップを別のバンプによって光電気回路基板上に実装する構造が提案されている。面発光素子からの出射光は光導波路端に設けられた４５度ミラーによって反射され、光導波路に結合する。
【０００４】
図９（ａ）は特開２０００−３３２３０１号公報に開示された光モジュールの構造を示す斜視図、図９（ｂ）は図９（ａ）におけるＩ−ＩＩ断面の一部を拡大した図である。面型発光素子アレイまたは面型受光素子アレイ等の面型光素子アレイ７２は、面型光素子発光部７２ｃあるいは受光部７２ｄの反対側に、面型光素子正電極７２ａと負電極７２ｂとを有しており、ＬＳＩチップ７１の周辺部に形成した面型光素子用電極パッド７１ａへ直接、はんだバンプ７３により接続されている。
【０００５】
ＬＳＩチップ７１の中央部にはメタルポスト７１ｂが形成されており、モールド樹脂７４により覆われている。メタルポスト７１ｂのＬＳＩチップ７１側の電極７１ｃの反対側には、はんだバンプ７５が形成されている。プリント基板７７上には、搭載する半導体装置の光学的信号の入出力位置に対応して、あらかじめ光導波路７６が形成されている。光導波路７６の端部７６ｃは、面型光素子アレイ７２の入出力光に対して４５度の角度をなすように加工され、ＴＩＲ（Total Internal Reflection ）ミラーまたは４５度端面に金属膜等を付着させた反射ミラーとして上方に位置した面発光素子アレイ７２の入出力光を光導波路７６のコア層７６ａへ９０度の光路変換をしてから光結合させる役割を有している。
【０００６】
面型光素子アレイ７２を搭載したＬＳＩチップ７１は、面型光素子７２を搭載した面をプリント基板７７側に向けて、はんだバンプ７５がプリント基板７７上の電極パッド７７ａと対向するように位置合わせされ、はんだリフロー工程により表面実装される。この際、面型光素子７２と光導波路７６とも所定の位置に位置合わせされるため、はんだバンプ７５を介した電気的な接続のみでなく、光学的な接続も行われる。
【０００７】
図１０（ａ）は特開２００１−１８５７５２号公報に開示された光モジュールの断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のａ部を拡大した図である。面発光素子アレイ８２ａと面受光素子アレイ８２ｂは、それぞれの光入出力面８２ｃがプリント基板９０側を向くように、ＬＳＩチップ８１上に、はんだバンプ８３によって固定され、はんだバンプ８３を介してＬＳＩチップ８１の半導体集積回路と電気的に接続される。
【０００８】
ＬＳＩチップ８１は、電気配線層８４ｃが形成されたテープキャリア８４ａに電気的及び構造的に接続されている。テープキャリア８４ａ上の電気配線端部には、はんだバンプ８５が形成されており、プリント基板９０上の電極パッド８９と表面実装技術によって接続される。ＬＳＩチップ８１と面発光素子アレイ８２ａと面受光素子アレイ８２ｂは、透明樹脂８６にて封止され、透明樹脂８６の表面上には、各素子位置に対応してマイクロレンズ８８ａが二次元アレイ状に形成されている。
【０００９】
プリント基板９０上には、多層光導波路が設けられている。入力側多層光導波路９１ｂの端部は入力信号光を面受光素子アレイ８２ｂの方向に向けて方向変換する反射面を有し、出力側多層光導波路９１ａの端部は面発光素子アレイ８２ａが発する出力信号光を出力側多層光導波路９１ａの導波方向に向けて方向変換する反射面を有する。面発光素子アレイ８２ａから出射したビーム１０１ａは、マイクロレンズ８８ａによってコリーメート光１０１ｂとなり、マイクロレンズ８８ｂによって収束光１０１ｃとなってコア９３ａに入射する。入力側多層光導波路９１ｂを伝搬してきた入力信号光は、多層光導波路端部９２において、おおよそ９０度方向変換され、出力信号光とは逆の光路をたどって面受光素子アレイ８２ｂに入射する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の光モジュールでは、光素子と光導波路との間のギャップを高精度に制御することが難しいという問題点があった。光素子と光導波路との間のギャップを高精度に制御できない場合、このギャップが光出力や受光感度などの特性に大きく影響するときに問題が生じる。
【００１１】
光素子と光導波路との間のギャップが光出力や受光感度などの特性に大きく影響するのは、例えば面発光素子の出射角度が大きく、光素子と光導波路との距離を遠ざけると急速に光結合効率が低下する場合や、ＰＩＮフォトダイオードで高速応答性を重視したものように受光面が小さいものを用いる場合、あるいは光導波路と光素子との間にレンズを介する場合などである。
【００１２】
このような場合には、光素子のチップ厚さ、光素子をＬＳＩチップに接合するバンプの高さ、ＬＳＩチップの実装高さをかさ上げするモールド樹脂の厚さ、そしてＬＳＩチップを光電気回路基板に実装するバンプの高さの４つを少なくとも１０μｍ以下程度の精度で制御する必要が生じうる。これらを合計した高さは、場合によっては２００μｍを超えるものとなる可能性があり、１０μｍ以下程度の精度で制御するのは困難である。
【００１３】
バンプ高さの誤差の影響を排し、基板上に設けた台座を基準面とし、この台座に光素子を荷重をかけて当接させる構造は特許第２８２３０４４号に開示されている。図１１（ａ）は特許第２８２３０４４号に開示された光モジュールの光素子を搭載する前の斜視図、図１１（ｂ）は光素子を搭載する前の断面図、図１１（ｃ）は光素子を搭載した後の斜視図、図１１（ｄ）は光素子を搭載した後の断面図である。この光モジュールでは、基板１１１上に第１の下部クラッド層１１２を成膜した後、エッチングストップ用のマスクとなる薄膜を形成し、この薄膜の光素子搭載部分を除去する。薄膜が除去された部分と薄膜が残った部分をそれぞれ１１６ａ，１１６ｂとする。
【００１４】
この後、第２の下部クラッド層１１３、コア層１１５を順次形成して、コア層１１５を導波路形状にパターン化しエッチングを行った後、上部クラッド層１１４を成膜する。そして、光素子１１７を搭載する部分の光導波路形成層のエッチングを行う。光素子搭載部分の薄膜が除去された部分すなわち１１６ａは、エッチングが基板１１１の表面まで進行し、基板表面が露出した時点でエッチングが停止する。また、光素子搭載部分の薄膜が残った部分すなわち１１６ｂは、薄膜が露出した時点でエッチングが停止する。
【００１５】
この露出した薄膜が残った部分１１６ｂが台座となり、この台座の上に光素子１１７を搭載する。高さ方向の位置決めは１１６ｂにより行われるため、半田バンプ１１９の高さには全く関係なく高精度な位置合わせが保たれる。このように特許第２８２３０４４号の光モジュールによれば、高精度な位置合わせが可能であるが、この例では、基準面となる台座を光導波路の厚さとは独立に制御する必要があるため、より簡素な方法が求められる。
【００１６】
本発明の目的は、以上に示した課題を解決し、面型光素子と平面光導波路との光結合構造において、面型光素子と光導波路とのギャップを簡素な構造でなおかつ高精度に制御できる光モジュール及び光モジュールの実装方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の光モジュールは、発光部（１５）若しくは受光部と面型光素子側パッド（１４）とが同じ側の面に設けられた面型光素子（５，５ａ）を実装するための基板側パッド（１３）が予め形成された基板（１）と、この基板上に形成され、端面に傾斜ミラー（４）を備えた光導波路（３，３ａ）と、前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記基板側パッドと面型光素子側パッドとがハンダバンプによって接続された面型光素子とを有するものである。
また、本発明の光モジュールは、発光部（１５）若しくは受光部と面型光素子側パッド（１４）とが同じ側の面に設けられた面型光素子（５，５ａ）を実装するための基板側パッド（１３）が予め形成された基板（１）と、この基板上に形成された光導波路（３ｂ，３ｃ）と、前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に形成された傾斜ミラー（１１）と、前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記基板側パッドと面型光素子側パッドとがハンダバンプによって接続された面型光素子とを有するものである。
また、本発明の光モジュールは、発光部（１５）若しくは受光部と面型光素子側電極パッド（１４）とが同じ側の面に設けられた面型光素子（５，５ａ）を実装するための第１の基板側電極パッド（１３）と、半導体装置（８）を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とが予め形成された基板（１）と、この基板上に形成され、端面に傾斜ミラー（４）を備えた光導波路（３，３ａ）と、前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記第１の基板側電極パッドと面型光素子側電極パッドとがフリップチップ接続された面型光素子と、前記基板上に実装され、前記第２の基板側電極パッドと電極とが接続された半導体装置とを有するものである。本発明では、面型光素子と光導波路とのギャップが問題になる場合のバンプ高さ制御の困難さを解消するために、コア光軸に対して４５度の角度となる傾斜ミラーを端面に形成した光導波路の上面を基準面とし、面型光素子の発光部若しくは受光部が形成された下面を光導波路の上面に当接させて実装し、面型光素子を光導波路上面でなく基板とフリップチップ接続することにより、ハンダバンプによって基板と面型光素子とを電気的に接続する。
また、本発明の光モジュールは、発光部（１５）若しくは受光部と面型光素子側電極パッド（１４）とが同じ側の面に設けられた面型光素子（５，５ａ）を実装するための第１の基板側電極パッド（１３）と、半導体装置（８）を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とが予め形成された基板（１）と、この基板上に形成された光導波路（３ｂ，３ｃ）と、前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に形成された傾斜ミラー（１１）と、前記発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせされた上で前記光導波路の上面に実装され、前記第１の基板側電極パッドと面型光素子側電極パッドとがフリップチップ接続された面型光素子と、前記基板上に実装され、前記第２の基板側電極パッドと電極とが接続された半導体装置とを有するものである。
そして、本発明の光モジュールは、前記面型光素子の突起状の前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置された、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサ（６）を有し、前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させるようにしたものである。あるいは、本発明の光モジュールは、突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部（１０）を有するものである。このように、スペーサを用いることにより、あるいは光導波路上面の発光部若しくは受光部に対応する位置に逃げ部を設けることにより、面型光素子の発光部若しくは受光部と光導波路上面との間に隙間を作ることができる。
【００１８】
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記面型光素子（５ａ）は、複数の前記発光部若しくは受光部を備え、前記光導波路は、複数の前記発光部若しくは受光部に応じて前記基板上に複数形成され、前記面型光素子を複数の前記光導波路で支持するものである。
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記光導波路は、前記基板上の複数の方向に形成されるものである。
【００１９】
また、本発明の光モジュールの１構成例は、前記面型光素子の端面を係止するストッパ（１２）を前記光導波路上面に有するものである。このように、水平方向においても面型光素子のパッシブアラインを達成するために、光導波路上面にストッパを設ける。
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記傾斜ミラーは、前記光導波路の端面に形成された傾斜面からなるものである。
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記光導波路は、コア層（７−２）が露出した光導波路である。コア層が露出した光導波路を用いることにより、面型光素子と光導波路コアとの間の間隙が小さくなる。
また、本発明の光モジュールの１構成例において、前記基板（１ａ）は、前記光導波路を収容する窪み（１６）を有するものである。
【００２０】
また、本発明の光モジュールの実装方法は、発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドを基板上に形成する工程と、前記基板上に光導波路を形成し、この光導波路の端面に傾斜ミラーを形成する工程と、前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子の面型光素子側パッドと前記基板側パッドとをハンダバンプによって接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程とを実行するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法は、発光部若しくは受光部と面型光素子側パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための基板側パッドを基板上に形成する工程と、前記基板上に光導波路を形成する工程と、前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に傾斜ミラーを形成する工程と、前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子の面型光素子側パッドと前記基板側パッドとをハンダバンプによって接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程とを実行するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法は、発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とを基板上に形成する工程と、前記基板上に光導波路を形成し、この光導波路の端面に傾斜ミラーを形成する工程と、前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子側電極パッドと前記第１の基板側電極パッドとをフリップチップ接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程と、前記半導体装置の電極と前記第２の基板側電極パッドとを接続することにより、前記半導体装置を前記基板上に実装する工程とを実行するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法は、発光部若しくは受光部と面型光素子側電極パッドとが同じ側の面に設けられた面型光素子を実装するための第１の基板側電極パッドと、半導体装置を実装するための第２の基板側電極パッドと、前記第１、第２の基板側電極パッドを電気的に接続する電気配線とを基板上に形成する工程と、前記基板上に光導波路を形成する工程と、前記基板上において実装後の前記面型光素子の光路と前記光導波路の光路とが交差する位置に傾斜ミラーを形成する工程と、前記面型光素子の発光部若しくは受光部と前記光導波路とが前記傾斜ミラーを介して光学的に結合するよう位置合わせした上で前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面とを当接させ、前記面型光素子側電極パッドと前記第１の基板側電極パッドとをフリップチップ接続することにより、前記面型光素子を前記光導波路上に実装する工程と、前記半導体装置の電極と前記第２の基板側電極パッドとを接続することにより、前記半導体装置を前記基板上に実装する工程とを実行するようにしたものである。
そして、本発明の光モジュールの実装方法は、突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子を前記光導波路上に実装する際、前記発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサを、前記発光部若しくは受光部を避けるようにして前記面型光素子の下面と前記光導波路の上面との間に配置し、前記面型光素子の下面を前記スペーサの上面に当接させるようにしたものである。あるいは、本発明の光モジュールの実装方法は、突起状の発光部若しくは受光部を有する前記面型光素子に対し、前記光導波路上面の前記発光部若しくは受光部に対応する位置に、前記発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を設けるようにしたものである。
【００２１】
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、前記基板側パッド又は第１の基板側電極パッド上に前記光導波路の上面よりも高いハンダバンプを形成し、このハンダバンプを溶融させて前記面型光素子側パッド又は面型光素子側電極パッドと融着させ、前記面型光素子を前記光導波路に当接するまで降下させ、前記ハンダバンプを冷却硬化させることにより、前記面型光素子側パッド又は面型光素子側電極パッドと前記基板側パッド又は第１の基板側電極パッドとを接続するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、複数の前記発光部若しくは受光部を備えた面型光素子に応じて、前記光導波路を前記基板上に複数形成し、前記面型光素子を複数の前記光導波路で支持するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、前記光導波路を前記基板上の複数の方向に形成するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、ウェハ上に樹脂をスピン塗布し、フィルム状となった前記樹脂を硬化後に前記ウェハより剥離することにより、前記スペーサを作製するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、ウエットエッチング若しくはドライエッチングによって前記光導波路上面の逃げ部を形成するようにしたものである。
【００２２】
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、前記面型光素子の端面を係止するストッパを前記光導波路上面に形成するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、前記面型光素子の前記光導波路上への実装をフリップチップボンダによって行い、この実装時に前記面型光素子より大きいコレットによって前記面型光素子を前記基板面に対して常に平行となるように把持するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、前記光導波路の端面に傾斜面を形成することにより前記傾斜ミラーを形成するようにしたものである。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例において、前記光導波路は、コア層が露出した光導波路である。
また、本発明の光モジュールの実装方法の１構成例は、前記基板に設けた窪みに前記光導波路を収容するようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の目的、特徴および利点を明確にすべく、添付した図面を参照しながら、本発明の実施の形態を以下に詳述する。図１は本発明の第１の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図である。本実施の形態は、発光するレーザ光の波長が６５０ｎｍ、８５０ｎｍ、１３００ｎｍ、１５５０ｎｍ等の垂直共振器型面発光レーザ（Vertical cavity surface-emitting Laser、以下、ＶＣＳＥＬとする）を光導波路基板上に実装する例である。
【００２４】
材質が有機樹脂、セラミック、ガラスあるいはシリコン等からなる基板１上に光導波路３を形成し、また面型光素子であるＶＣＳＥＬ５を実装するための第１の基板側電極パッド１３と、半導体装置であるＬＳＩ８を実装するための第２の基板側電極パッド（不図示）と、パッド１３，１４間を電気的に接続する電気配線（不図示）とを基板１上に金属パターンで形成する。
【００２５】
光導波路３は、図１に示すように、下側の第１のクラッド層７−１の上に光導波路コア７−２の層を形成し、光導波路コア７−２を上側の第２のクラッド層７−３で被覆する構造である。光導波路３は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シロキサンポリマーなどの有機樹脂、あるいはガラス等から構成される。この光導波路３の一端を４５度斜め端とし、４５度傾斜ミラー４として機能させる。
【００２６】
４５度傾斜ミラー４の形成方法としては、別途作製した、４５度端面加工されたフィルム状光導波路を貼り付ける方法や、基板１上に垂直端面の光導波路３を積層形成した後に基板１を４５度傾斜させてＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等により光導波路３の端面を４５度の角度になるようにエッチングする方法がある。４５度傾斜ミラー４の反射率を向上させるため、ミラー４にはアルミニウム、金、銀、銅あるいはチタンなどの金属を蒸着することが望ましい。
【００２７】
基板側電極パッド１３は、直径７０μｍの円形、八角形あるいは矩形で形成され、基板側電極パッド１３の間隔は１０５μｍに設定される。ＶＣＳＥＬ５の電極パッド１４は、基板側電極パッド１３の寸法と同等に形成することが望ましい。基板１に形成する基板側電極パッド１３については、パッド面より大きい金属パターンをその周辺部を絶縁樹脂で被覆し、その絶縁樹脂で被覆されない開口部をパッドとして用いてもよい。また、このときの絶縁樹脂は光導波路の第１のクラッド層７−１あるいは光導波路コア７−２により形成しても良い。
【００２８】
次に、基板１上の第１の基板側電極パッド１３にスズ鉛合金はんだ、銀スズはんだ、金スズはんだあるいは銀スズはんだ等からなるハンダバンプ２−１を光導波路３の高さ以上の高さに形成する。また、第２の基板側電極パッド（不図示）に同様の材料のハンダバンプ２−２を形成する。
【００２９】
ＶＣＳＥＬ５には電極パッド１４と発光部１５とが同じ側の面に設けられている。ＶＣＳＥＬ５の電極パッド１４と発光部１５とを下に向け、光導波路３の上面を基準面として光導波路３の上面にＶＣＳＥＬ５を当接させて実装する。本実施形態では、発光部１５が突起状になっているＶＣＳＥＬ５を実装する場合を例示している。したがって、ＶＣＳＥＬ５の発光部１５を実装時に破損させないため、発光部１５の高さより厚いスペーサ６をＶＣＳＥＬ５と光導波路３との間に配置する。スペーサ６の厚さは、発光部１５の高さが例えば１０μｍの場合、１５〜２０μｍ程度である。
【００３０】
スペーサ６の材料については、面型光素子の実装時の処理温度に対する耐熱性の高いポリイミド等が好適である。スペーサ６を作製する場合、ポリイミド等をウェハ上にスピン塗布した後硬化させ、剥離して、フィルム状とすることで高精度な厚さの物が得られる。そして、作製したスペーサ６を接着剤で光導波路３上に接着する。
【００３１】
次に、ＶＣＳＥＬ５を実装するためにハンダバンプ２−１を溶融させ、ＶＣＳＥＬ５の電極パッド１４をハンダバンプ２−１に当接させることで、溶融されたハンダバンプ２−１が表面張力で電極パッド１４に融着する。そして、ＶＣＳＥＬ５をスペーサ６に当接するまで降下させ、その後にハンダバンプ２−１を冷却硬化させることで、ＶＣＳＥＬ５の下面をスペーサ６の上面に当接させ、かつハンダバンプ２−１の高さがスペーサ６の上面の高さと同じ高さに合うように実装する。
【００３２】
ＶＣＳＥＬ５の発光部１５から出射したレーザ光は、光導波路３上面より入射し、４５度傾斜ミラー４で反射して、光導波路コア７−２に入射し、光コネクタ９へ伝送される。こうして、４５度傾斜ミラー４で略９０度の光路変換が行われることにより、ＶＣＳＥＬ５と光導波路３とが光学的に結合される。
【００３３】
前述のとおり、ＶＣＳＥＬ５と基板１との電気的な接続はハンダバンプ２−１によるフリップチップ接続によって行われる。同様に、ＬＳＩ８は、ハンダバンプ２−２を溶融させ、ＬＳＩ８の電極パッド（不図示）をハンダバンプ２−２に当接させることで、基板１上に実装される。
【００３４】
光導波路３の材料はポリマー系、石英系などいずれも熱伝導性が低く、光導波路３上面にＶＣＳＥＬ５やＬＳＩ８を実装すると放熱性が損なわれる。また、本実施の形態のように、ＶＣＳＥＬ５だけを光導波路３上に実装し、ＬＳＩ８や他の電子部品を基板１上に実装すると、ＶＣＳＥＬ５とＬＳＩ８との間の電気配線に段差が生じ、配線パターン形成プロセスが困難になると共に、伝送周波数特性も損なわれる。
【００３５】
このような問題は、ハンダバンプ２−１，２−２によって解決することができる。すなわち、ＶＣＳＥＬ５やＬＳＩ８をハンダバンプ２−１，２−２を用いて基板１と直接フリップチップ接続することにより、ハンダバンプ２−１，２−２を介して放熱することができると共に、ＶＣＳＥＬ５とＬＳＩ８とを基板１の段差のない電気配線（不図示）で良好に接続できる。
【００３６】
本実施の形態では、埋め込み型光導波路３の第２のクラッド層７−３の上にスペーサ６を設ける構造を例示したが、光導波路３として上部の第２のクラッド層７−３を持たない光導波路コア７−２が露出したリッジ型導波路を採用してもよい。光導波路コア７−２を露出させた上にスペーサ６を設置し、その上に面型光素子を実装することにより、面型光素子と光導波路コア７−２との間の間隙が小さくなるので、面型光素子からの光束の発散を少なくすることができる。
【００３７】
以上のように、本実施の形態では、面型光素子だけを光導波路３上に実装し、面型光素子及び半導体装置と基板１とをフリップチップ接続して、面型光素子と半導体装置間を基板１上の電気配線で接続するようにしたことにより、面型光素子と光導波路との光学的結合及び面型光素子と半導体装置との電気的接続を簡素な構造で実現することができ、かつ面型光素子と光導波路とのギャップを高精度に制御することができる。
【００３８】
［第２の実施の形態］
図２は本発明の第２の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。第１の実施の形態では、ＶＣＳＥＬ５の発光部１５の突起を保護するためにスペーサ６を介してＶＣＳＥＬ５を光導波路３上に実装したが、図２に示すように、光導波路３ａ上面の発光部１５に対応する位置に、発光部１５の高さより深い切り欠き若しくは窪みからなる逃げ部１０を形成してもよい。
【００３９】
逃げ部１０は、フォトリソグラフィおよびアルカリ薬液によるウエットエッチングや、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチングによって形成することができる。本実施の形態では、ＶＣＳＥＬ５を実装する際に、溶融させたハンダバンプ２−１にＶＣＳＥＬ５の電極パッド１４を当接させて、ＶＣＳＥＬ５の下面が光導波路３ａの上面に当接するまでＶＣＳＥＬ５を降下させ、その後にハンダバンプ２−１を冷却硬化させることにより、ＶＣＳＥＬ５の下面を光導波路３ａの上面に当接させ、かつハンダバンプ２−１の高さが光導波路３ａの上面の高さと同じ高さに合うように実装する。
【００４０】
スペーサ６を用いる第１の実施の形態ではスペーサ６を光導波路３上に接着する接着剤の種類やＶＣＳＥＬ実装時の処理温度に対するスペーサ６の耐熱性などに留意する必要があるが、本実施の形態ではその必要がないという利点がある。
【００４１】
［第３の実施の形態］
図３は本発明の第３の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。第１の実施の形態では、端面を傾斜ミラーとした光導波路３を用いたが、図３に示すように光導波路３ｂの端面を垂直端面とし、光路の垂直変換のために４５度の鏡面を持つ傾斜ミラー１１を基板１上に設置するようにしてもよい。この場合は、実装後のＶＣＳＥＬ５の光路と光導波路３ｂの光路とが交差する予定の位置に傾斜ミラー１１を形成する。傾斜ミラー１１は、例えば図４（ａ）に示すようにシリコン基板１００に異方性エッチングによって形成したＶ字型の溝に金属１０１を蒸着し、このような構造を図４（ｂ）のように逆さまにして基板１に金属１０１を圧着させることで形成することができる（図４（ｃ））。こうして、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
［第４の実施の形態］
図５は本発明の第４の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。第３の実施の形態では、光導波路３ｂの端面を垂直端面としたが、傾斜ミラー１１を基板１上に設ける場合、図５に示すように光導波路３ｃの端面を斜面としてもよい。この斜面は、基板１の垂直方向に対して例えば７度あるいは８度程度傾いている。
【００４３】
光導波路３ｃの端面の形成方法としては、別途作製した傾斜端面を有するフィルム状光導波路を光導波路３ｃの端面に貼り付ける方法や、基板１に垂直端面の光導波路３ｃを積層形成した後に基板１を傾斜させてＲＩＥ等により光導波路３ｃの端面をエッチングする方法がある。本実施の形態では、光導波路３ｃの端面での近端反射の影響を抑えることができる。なお、第３、第４の実施の形態に第２の実施の形態を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００４４】
［第５の実施の形態］
図６は本発明の第５の実施の形態となる光モジュールの構造を示す斜視図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、ＶＣＳＥＬ５の水平方向の位置決めを行うストッパ１２を光導波路３上に設けたものである。
【００４５】
ストッパ１２の材料としては、ＶＣＳＥＬ５の実装時の処理温度に対する耐熱性が高く、形成が容易なポリイミド等が好適である。ストッパ１２を形成する場合、光導波路３の上面にポリイミド等をスピン塗布して硬化させた後、フォトリソグラフィおよびアルカリ薬液によるウエットエッチングや、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等のドライエッチングによってパターニング成形することができる。
【００４６】
ストッパ１２にＶＣＳＥＬ５の端面を係止させることで、ＶＣＳＥＬ５の水平方向を位置決めする。こうして、本実施の形態では、ＶＣＳＥＬ５の垂直方向の位置決めを光導波路３で行い、ＶＣＳＥＬ５の水平方向の位置決めをストッパ１２で行うことが可能であり、従来のように光導波路３にマーカを設ける必要がなくなる。なお、本実施の形態には、第１〜第４の実施の形態を適宜組み合わせることができる。
【００４７】
［第６の実施の形態］
図７は本発明の第６の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。第１〜第５の実施の形態では、複数の発光部１５が１列（図１〜図３、図５の奥行き方向）に配置された１列多チャネルのＶＣＳＥＬ５あるいは発光部１５が１つだけの単チャネルのＶＣＳＥＬ５を例に挙げて説明したが、本実施の形態は、複数の発光部１５が２列に配置された２列多チャネルの２次元ＶＣＳＥＬ５ａを基板１に実装する。
【００４８】
発光部１５の列が左右に１つずつあるため、光導波路３及びスペーサ６もＶＣＳＥＬ５ａの左右に対応する位置に発光部１５の数に応じて複数設け、第１の実施の形態と同様にしてＶＣＳＥＬ５ａを実装し、左右の発光部１５を対応する光導波路３と光学的に結合する。こうして、本実施の形態では、ＶＣＳＥＬ５ａの両端を左右の光導波路３で支えるため、第１の実施の形態よりも安定的にＶＣＳＥＬ５ａを搭載することができる。なお、本実施の形態には、第１〜第５の実施の形態を適宜組み合わせることができる。
【００４９】
［第７の実施の形態］
図８は本発明の第７の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。第１〜第６の実施の形態では、光導波路の厚さが厚い場合、例えば１５０μｍを超えるような場合で、かつハンダバンプ２−１のピッチが１２５μｍ程度と狭い場合、ハンダバンプ２−１が大型化するために隣接するバンプ２同士がブリッジ（短絡）してしまうことが懸念される。
【００５０】
そこで、本実施の形態では、基板側電極パッド１３を形成する基板１ａの上面よりも高さの低い窪み１６を設け、この窪み１６の中に光導波路３を形成する。ＶＣＳＥＬ５の搭載の仕方は第１の実施の形態と同様である。基板１ａに窪み１６を形成する場合、基板材料がシリコンであれば水酸化カリウム溶液によるウエットエッチングで形成可能であり、セラミック基板であれば積層するシートの形状を工夫することで形成可能である。
【００５１】
こうして、本実施の形態では、基板側電極パッド１３を形成する基板１ａの上面よりも低い位置に光導波路３を形成するので、ハンダバンプ２−１の高さを低くすることができ、バンプ２同士のブリッジを避けることができる。なお、本実施の形態には、第１〜第６の実施の形態を適宜組み合わせることができる。
【００５２】
以上説明した第１〜第７の実施の形態では、面型光素子の１例として、面発光素子であるＶＣＳＥＬの実装を例に挙げて説明したが、フォトダイオード（Photo diode 、以下、ＰＤとする）等の面受光素子の実装に本発明を適用してもよい。
【００５３】
［第８の実施の形態］
以下、本発明のより具体的な実施の形態について説明する。第１〜第７の実施の形態において、面型光素子の搭載はフリップチップマウンタによって行うことが望ましい。搭載方法としては、まず面型光素子をコレットによって吸着して基板１，１ａに対して平行に保持し、面内方向のアライメントを行う。アライメントは通常フリップチップボンダに設けられている上向きおよび下向きカメラにより、基板面の基板側電極パッド１３と面型光素子側電極パッド１４との２重像を見てこれらの電極パッド１３，１４が合致するように位置調整することで行うが、より高精度な位置ずれ±１μｍ以下の実装を求められる場合は、基板１，１ａと面型光素子に赤外光を透過させ、透過光を見て位置調整することで行う。
【００５４】
次に、基板１，１ａおよびコレットを加熱してハンダバンプ２−１を溶融させつつ、面型光素子に荷重をかけて面型光素子の下面を光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃ（又はスペーサ６）の上面に当接させる。最後に、基板１，１ａおよびコレットを冷却し、ハンダバンプ２−１を固化させて搭載を完了する。なお、コレットの穴径は直径０．１ｍｍ程度のものが必要である。
【００５５】
ここで、コレットのサイズは、実装する面型光素子よりも大きくなければならない。その理由は、面型光素子よりも小さなサイズのコレットを用いて面型光素子を光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃ上面に押圧した場合、面型光素子が傾いてしまう恐れがあるからである。このコレットは、基板面に対して常に平行となるように面型光素子を吸着する。
【００５６】
光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃの厚さは、シングルモードの場合で３０μｍ、マルチモードで１００μｍ程度が一般的である。その内訳は、シングルモードの場合、第１のクラッド層７−１が１５μｍ、光導波路コア７−２が５μｍ、第２のクラッド層７−３が１０μｍ程度で、マルチモードの場合、第１のクラッド層７−１が３０μｍ、光導波路コア７−２が４０μｍ、第２のクラッド層７−３が３０μｍ程度である。
【００５７】
４５度傾斜ミラー４及び傾斜ミラー１１の角度は４５度が理想的であるが、ＶＣＳＥＬ５の代わりにＰＤを実装する場合は４５度でなくても用を成す。すなわち、面受光タイプのＰＤを基板１に実装する場合は、光導波路３，３ａの端面あるいは基板状に例えば４１度あるいは４９度のミラーを形成してもよい。これにより、光導波路３，３ａから出射してミラーで反射した光は、基板１の垂直方向から８度傾き、ＰＤの水平な受光面に対して傾いて入射するため、ＰＤでの反射光が入射光と同じ光路を逆に辿って光導波路３，３ａを逆行することを防ぐことができる。
【００５８】
第１〜第６の実施の形態では、バンプ溶融接続を確実に行うため、面型光素子を実装する前のハンダバンプ２−１の高さを光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃの厚さよりも高くする（スペーサ６を使用しない場合）。また、スペーサ６を使用する場合、面型光素子を実装する前のハンダバンプ２−１の高さを、光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃとスペーサ６の合計の厚さよりも高くする。例えば、マルチモード光導波路を形成した基板については、その光導波路の厚さ１００μｍ以上の直径の１５０μｍあるいは１１０μｍのハンダバンプ２−１を形成する。
【００５９】
ハンダバンプ２−１，２−２の材料は、信頼性の面で実績があるＡｕ−Ｓｎが好適であるが、基板１，１ａの材料や光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃの材料が耐熱性の低いものである場合はＡｇ−Ｓｎ系等のより低融点の材料を用いる必要がある。この他のハンダバンプ２−１としては、基板側電極パッド１３の上に８０μの厚さの銅、金、あるいはニッケル等の金属めっきを形成し、その上に３０μｍ程度の金スズ、あるいは銀スズめっきを形成することで光導波路３の厚さにスペーサ６の厚さを加えた高さに形成したハンダバンプ２−１を用いても良い。こうする場合は、ハンダバンプ２−１を形成する基板側電極パッド１３は３０μｍ程度の直径にし、基板側電極パッド１３の間隙も４０μｍ程度に小さくすることができる。
【００６０】
また、ハンダバンプ２−１は、この他に以下のように形成しても良い。すなわち、パッド面より大きい金属パターンの周辺部を光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃの第１のクラッド層７−１及び光導波路コア７−２の有機樹脂で被覆し、この有機樹脂で被覆されない開口部を基板側電極パッド１３のパッド面とし、この基板側電極パッド１３の上に光導波路コア７−２の上面まで金属めっきを形成し、その後に基板側電極パッド１３の位置にパッド面の寸法以上の開口を形成した第２のクラッド層７−３を形成する。
【００６１】
そして、基板側電極パッド１３上に形成した金属めっきの上に金スズあるいは銀スズのハンダバンプ２−１を第２のクラッド層７−３の上面よりも高い位置まで形成する。このような方法により、光導波路３，３ａ，３ｂ，３ｃの形成位置に合わせた位置に基板側電極パッド１３を形成でき、しかも加熱溶融する金スズあるいは銀スズのハンダバンプ２−１の容積を小さくできるので、基板側電極パッド１３の間隙を小さく高密度に形成できる効果がある。
【００６２】
基板１，１ａの材料については、シリコン、セラミック、ガラスエポキシ等が考えられるが、本発明を実施するにあたっては特に基板材料の選択を制限する要素はない。
【００６３】
なお、本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変更され得ることは明らかである。例えば、上記の実施の形態では、ハンダバンプ２−１が電気的な接続の役割も担っているが、面型光素子の実装と放熱のみを目的としてハンダバンプを用いてもよい。この場合、基板側電極パッド１３は基板側パッドに、面型光素子側電極パッド１４は面型光素子側パッドになることは言うまでもない。また、面型光素子の１例として、ＶＣＳＥＬやＰＤを例に挙げて説明したが、これに限るものではなく、発光ダイオード（ＬＤ）にも本発明を適用することができる。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、面型光素子を光導波路の上面に実装することにより、面型光素子と光導波路との光学的結合を簡素な構造で実現することができ、かつ面型光素子と光導波路とのギャップを零にすることができる。また、面型光素子と基板とをハンダバンプによって接続するので、面型光素子の発熱をハンダバンプを通じて効率的に基板に逃がすことができる。さらに、ハンダバンプを予め基板側に形成しておくことにより、実装時に面型光素子に加わる熱を最小限にとどめてハンダバンプを溶融できるので、熱ストレスによる面型光素子の劣化を少なくすることができる。
【００６５】
また、面型光素子だけを光導波路上に実装し、面型光素子及び半導体装置と基板とをフリップチップ接続して、面型光素子と半導体装置間を基板上の電気配線で接続するようにしたことにより、面型光素子と光導波路との光学的結合及び面型光素子と半導体装置との電気的接続を簡素な構造で実現することができ、かつ面型光素子と光導波路とのギャップを零にすることができる。また、面型光素子と基板とをフリップチップ接続するので、面型光素子の発熱をハンダバンプを通じて効率的に基板に逃がすことができる。さらに、面型光素子及び半導体装置と基板とをフリップチップ接続することにより、面型光素子と半導体装置との配線接続を段差なく基板平面上で行うことができ、プロセスが容易で高速伝送においても有利である効果がある。さらに、ハンダバンプを予め基板側に形成しておくことにより、実装時に面型光素子に加わる熱を最小限にとどめてハンダバンプを溶融できるので、熱ストレスによる面型光素子の劣化を少なくすることができる。
【００６６】
また、基板上において実装後の面型光素子の光路と光導波路の光路とが交差する位置に傾斜ミラーを形成することにより、光導波路の端面に傾斜ミラーを形成した場合と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
また、基板側パッド又は第１の基板側電極パッド上に光導波路の上面よりも高いハンダバンプを形成し、このハンダバンプを溶融させて面型光素子側パッド又は面型光素子側電極パッドと融着させ、面型光素子を光導波路に当接するまで降下させ、ハンダバンプを冷却硬化させることにより、面型光素子側パッド又は面型光素子側電極パッドと基板側パッド又は第１の基板側電極パッドとの接続を確実に行うことができる。また、ハンダバンプを溶融させ、面型光素子を降下させながら実装することにより、面型光素子を光導波路上面に当接させ実装することができる。
【００６８】
また、面型光素子を複数の光導波路で支持することにより、面型光素子を安定して搭載することができる。
【００６９】
また、発光部若しくは受光部の高さより厚いスペーサを、発光部若しくは受光部を避けるようにして面型光素子の下面と光導波路の上面との間に配置することにより、面型光素子の発光部若しくは受光部が突起状である場合、発光部若しくは受光部の実装時の破損を防ぐことができる。
【００７０】
また、光導波路上面の発光部若しくは受光部に対応する位置に、発光部若しくは受光部の高さより深い逃げ部を設けることにより、面型光素子の発光部若しくは受光部が突起状である場合、スペーサを用いることなく、発光部若しくは受光部の実装時の破損を防ぐことができる。スペーサを使用しないことにより、スペーサを光導波路上に接着する接着剤の種類や面型光素子実装時の処理温度に対するスペーサの耐熱性などに留意する必要がなくなる。
【００７１】
また、面型光素子の端面を係止するストッパを光導波路上面に設けることにより、面型光素子の垂直方向の位置決めを光導波路で行い、面型光素子の水平方向の位置決めをストッパで機械的に行うことができ、従来のように光導波路にマーカを設ける必要がなくなる。
【００７２】
また、面型光素子の実装時に面型光素子より大きいコレットによって面型光素子を基板面に対して常に平行となるように把持することにより、面型光素子を光導波路上面に水平に実装することができる。
【００７３】
また、光導波路の端面に形成した傾斜面を傾斜ミラーとすることにより、傾斜ミラーを容易に形成することができる。
【００７４】
また、コア層が露出した光導波路を用いることにより、面型光素子とコア層との間の間隙を小さくすることができ、面型光素子からの光束の発散を少なくすることができる。
【００７５】
また、光導波路を収容する窪みを基板に設けることにより、第１の電極パッドを形成する基板の上面よりも低い位置に光導波路を形成することができるので、ハンダバンプの高さを低くすることができ、ハンダバンプ同士のブリッジを避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図である。
【図２】  本発明の第２の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図である。
【図３】  本発明の第３の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図である。
【図４】  本発明の第３の実施の形態における傾斜ミラーの形成方法を示す図である。
【図５】  本発明の第４の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図である。
【図６】  本発明の第５の実施の形態となる光モジュールの構造を示す斜視図である。
【図７】  本発明の第６の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図である。
【図８】  本発明の第７の実施の形態となる光モジュールの構造を示す断面図である。
【図９】  従来の光モジュールの構造を示す斜視図及び断面図である。
【図１０】  従来の他の光モジュールの構造を示す断面図である。
【図１１】  従来の他の光モジュールの光素子を搭載する前及び光素子を搭載した後の斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
１、１ａ…基板、２−１、２−２…ハンダバンプ、３、３ａ、３ｂ、３ｃ…光導波路、４…４５度傾斜ミラー、５、５ａ…ＶＣＳＥＬ、６…スペーサ、７−１…第１のクラッド層、７−２…光導波路コア、７−３…第２のクラッド層、８…ＬＳＩ、９…光コネクタ、１０…逃げ部、１１…傾斜ミラー、１２…ストッパ、１３…基板側電極パッド、１４…面型光素子側電極パッド、１５…発光部、１６…基板窪み。
【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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