光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法
【課題】小型化を図ったとしても、封止用の半田の拡がりによる短絡が防止され、信頼性が高い光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】光電変換モジュール(24)は、透光性を有するとともに実装面を有する基板(26)と、基板(26)の実装面に実装された光電変換素子(30)と、基板(26)に対し半田からなる半田層(74)を介して固定され、基板(26)と協働して光電変換素子(30)を収容する気密室(68)を形成するカバー部材(34)と、実装面と対向するカバー部材(34)の面における、半田層(74)によって基板(26)に固定されるべき領域の近傍に設けられ、半田が付着性を有する半田吸着膜(72)とを備える。
【解決手段】光電変換モジュール(24)は、透光性を有するとともに実装面を有する基板(26)と、基板(26)の実装面に実装された光電変換素子(30)と、基板(26)に対し半田からなる半田層(74)を介して固定され、基板(26)と協働して光電変換素子(30)を収容する気密室(68)を形成するカバー部材(34)と、実装面と対向するカバー部材(34)の面における、半田層(74)によって基板(26)に固定されるべき領域の近傍に設けられ、半田が付着性を有する半田吸着膜(72)とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばデータセンターにおけるサーバとスイッチ間の接続やデジタルＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器間の接続では、伝送媒体として、メタル線の外に、光ファイバーも用いられている。また、近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の情報処理機器においても、伝送媒体として光ファイバーを用いること（光インターコネクト）が検討されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
光ファイバーを用いる場合、電気信号を光信号に、或いは、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが必要になる。例えば、特許文献２が開示する光電変換モジュールは無機材料基板を備え、無機材料基板に光電変換素子が実装されている。そして、無機材料基板には、半田ボールを用いて、パッケージが気密を存して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１４５９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２４３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光電変換モジュールの小型化が進むと、基板に設けられる導体パターンにおける配線の長さや間隔が短くなるとともに、半田ボールと配線との距離も短くなる。このため、基板とパッケージとを接合する際に、封止用の半田ボールが変形して拡がると、半田が不所望の配線に付着し、短絡する虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、小型化を図ったとしても、封止用の半田の拡がりによる短絡が防止され、信頼性が高い光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、透光性を有するとともに実装面を有する基板と、前記基板の実装面に実装された光電変換素子と、前記基板に対し半田からなる半田層を介して固定され、前記基板と協働して前記光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材と、前記実装面と対向する前記カバー部材の面における、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に設けられ、前記半田が付着性を有する半田吸着膜とを備える光電変換モジュールが提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、透光性を有するとともに実装面を有する基板へと分割される第１ウエハ、及び、半田からなる半田層を介して前記基板に固定され、前記基板と協働して光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材へと分割される第２ウエハを準備する準備工程と、前記第１ウエハに、前記基板の各々に対応して前記光電変換素子を実装する実装工程と、前記第２ウエハにおける、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に、前記半田が付着性を有する半田吸着膜を形成する成膜工程と、前記第１ウエハに、前記半田層を介して前記第２ウエハを固定する接合工程と、前記固定工程の後に、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを前記基板及び前記カバー部材へと分割する分割工程と、を備える光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型化を図ったとしても、封止用の半田の拡がりによる短絡が防止され、信頼性が高い光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の光電変換モジュールを用いた光配線を備える携帯電話の概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】図１の携帯電話に用いられる第１マザー基板及び第２マザー基板ととともに、光配線を示す概略的な斜視図である。
【図３】第１実施形態の光電変換モジュールの外観を概略的に示す斜視図である。
【図４】第２マザー基板に取り付けられた状態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュールを切断し、半田層、光電変換素子及びＩＣチップを除いた状態にて、基板の実装面を概略的に示す平面図である。
【図６】図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュールを切断し、半田層を除いた状態にて、基板の実装面と対向するカバー部材の対向面を概略的に示す平面図である。
【図７】図３の光電変換モジュールにおける、半田吸着膜とグランド電極との接続構成を説明するための、基板とカバー部材との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。
【図８】図３の光電変換モジュールにおける、導体パターンの信号／電源線と信号／電源電極との接続構成を説明するための、基板とカバー部材との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。
【図９】図３の光電変換モジュールの製造方法における、保持溝及びミラーの形成工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１０】図３の光電変換モジュールの製造方法における、導体パターンの形成工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１１】図３の光電変換モジュールの製造方法における、絶縁層及び基板側ベース膜の成膜工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１２】図３の光電変換モジュールの製造方法における、光電変換素子及びＩＣチップの実装工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１３】図３の光電変換モジュールの製造方法における、カバー部材の凹みの形成工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１４】図３の光電変換モジュールの製造方法における、カバー側ベース膜及び半田吸着膜の成膜工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１５】図３の光電変換モジュールの製造方法における、スルーホールの穿孔工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１６】第２実施形態として、図３の光電変換モジュールの第２マザー基板への他の実装方法を説明するための概略的な断面図である。
【図１７】第３実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図１８】第４実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図１９】第５実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図２０】第６実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、携帯電話１０の外観を概略的に示す斜視図である。携帯電話１０は例えば折り畳み型であり、第１ケース１１と第２ケース１２がヒンジを介して連結されている。第１ケース１１には液晶パネル１４が設置され、第２ケース１２にはボタン１６が設置され、利用者は、液晶パネル１４に表示される画像から情報を得ることが出来る。
【００１２】
図２は、第１ケース１１及び第２ケース１２内にそれぞれ配置された第１マザー基板１８及び第２マザー基板２０を示している。図示しないけれども、第１マザー基板１８には液晶パネル１４のドライブ回路を構成する電気部品が実装され、第２マザー基板２０には、ボタン１６と接続される入力回路、通信回路及び画像処理回路を構成する電気部品が実装されている。
【００１３】
第１マザー基板１８のドライブ回路と第２マザー基板２０の画像処理回路とは、光配線２２によって相互に接続されている。即ち、ドライブ回路は、画像処理回路から光配線２２を通じて画像データを受け取り、受け取った画像データに基づいて画像を液晶パネル１４に表示させる。
【００１４】
〔光電変換モジュール〕
光配線２２は、光ファイバー２３と、光ファイバー２３の両端に一体に設けられた第１実施形態の光電変換モジュール２４，２４とからなる。
図３は、光電変換モジュール２４の外観を概略的に示す斜視図である。光電変換モジュール２４は、透光性を有する基板２６を備える。基板２６は、例えば、樹脂、無機材料、又は、樹脂と無機材料の複合材料からなる。無機材料としては、ガラス、シリコン、及び、サファイアからなる群から選択される１種を用いることができる。
【００１５】
例えば、基板２６は、１ｃｈ（チャンネル）の場合、１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲の厚さと、７００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の縦の長さと、７００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の横の長さとを有する。
【００１６】
基板２６の一方の面（実装面）には、光電変換素子３０及びＩＣ（集積回路）チップ３２が例えばフリップチップ実装されている。
より詳しくは、第２マザー基板２０に接続される光電変換モジュール２４では、光電変換素子３０は、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子であり、ＩＣチップ３２は、光電変換素子３０を駆動するための駆動回路を構成している。
【００１７】
また、第１マザー基板１８に接続される光電変換モジュール２４では、光電変換素子３０は、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子であり、ＩＣチップ３２は、受光素子が出力した電気信号を増幅するための増幅回路を構成している。
なお、光電変換素子３０は、面発光型又は面受光型であり、出射部又は入射部が実装面と対向するように配置される。
【００１８】
また、基板２６の実装面には、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を覆うように、カバー部材３４が気密を存して固定されている。カバー部材３４は、例えば、樹脂、無機材料、又は、樹脂と無機材料の複合材料からなる。無機材料としては、例えば、ガラス、シリコン、及び、サファイアからなる群から選択される１種を用いることができる。
【００１９】
好ましくは、カバー部材３４の線膨張係数は、基板２６の線膨張係数と同じであり、そのために、カバー部材３４及び基板２６は同一の材料によって構成される。
例えば、カバー部材３４の厚さは４００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲にあり、基板２６の実装面と対向するカバー部材３４の面の広さは、基板２６の実装面に略等しい。
【００２０】
本実施形態では、好ましい態様として、基板２６及びカバー部材３４の側面に、基板２６及びカバー部材３４の厚さ方向にて端から端まで延びる一連の凹部が複数形成され、各凹部の表面の全域に導電性を有する膜状の導電部材（側面電極）が形成されている。導電部材には、グランド電極３６ｇと、信号又は電源用の電極（信号／電源電極）３６ｓとがある。
なお以下では、グランド電極３６ｇ及び信号／電源電極３６ｓをまとめて導電部材３６ともいう。
導電部材３６は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＮｉからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。好ましくは、導電部材３６は、Ｃｕめっき膜、Ｎｉめっき膜及びＡｕめっき膜がこの順で積層され、Ａｕめっき膜が最表層に位置する積層体である。
【００２１】
一方、基板２６の実装面とは反対側の面（背面）には、保持溝３８が設けられ、保持溝３８に光ファイバー２３の先端部が配置されている。そして、基板２６の背面には、保持溝３８を覆うように、板状の補強部材４０が固定されている。補強部材４０は、例えばガラスからなる。補強部材４０の厚さは、例えば、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲にある。
【００２２】
図４は、第２マザー基板２０に実装された状態の光電変換モジュール２４の概略的な断面図である。
保持溝３８は、基板２６に沿って、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２の配列方向（以下、単に配列方向Ｄという）に延びている。保持溝３８の断面形状は四角形状、則ち角張ったＵ字形状のＵ溝である。
【００２３】
本実施形態では、好ましい態様として、配列方向Ｄでみて、ＩＣチップ３２側に位置する保持溝３８の一端は、基板２６の側面にて開口し、保持溝３８の他端は壁面によって構成されている。光ファイバー２３の先端部は、保持溝３８内に接着剤で固定され、光ファイバー２３の先端面は、保持溝３８の他端の壁面に当接している。
【００２４】
また基板２６の背面にはＶ溝が形成され、Ｖ溝の壁面には、例えばＡｕ等の金属からなる蒸着膜が形成されている。蒸着膜はミラー４２を構成し、ミラー４２は、光電変換素子３０と光ファイバー２３の先端面とを、基板２６を通して光学的に結合する光学要素を構成している。
なお、保持溝３８及びＶ溝は、基板２６とは別の部材で形成することもできる。例えば、樹脂材料を基板２６の背面に塗布して樹脂層を形成し、この樹脂層に対して保持溝及びＶ溝を形成してもよい。
【００２５】
補強部材４０は接着剤からなる接着層４４を介して、基板２６の背面に固定されている。補強部材４０は保持溝３８を覆い、光ファイバー２３の先端部を基板２６とともに強固に保持する。補強部材４０の基板２６に接着される面の面積は、基板２６の背面の面積よりも小さい。そして、基板２６の背面の外縁近傍が一部露出するように、補強部材４０は、基板２６の背面に固定されている。
【００２６】
第２マザー基板２０は、例えばガラスエポキシ樹脂製のリジッドな基板本体４６と、銅等の導体からなる導体パターン４８とからなる。第２マザー基板２０の導体パターン４８は、例えば半田からなる接続部５０によって、光電変換モジュール２４の導電部材３６に接続されている。
【００２７】
基板２６の実装面には、光電変換素子３０とＩＣチップ３２とを電気的に接続し、ＩＣチップ３２と導電部材３６とを電気的に接続するための導体パターン５２が設けられている。導体パターン５２は、例えば銅等からなる導電性を有する薄膜をエッチングすることによって形成される。
【００２８】
光電変換素子３０及びＩＣチップ３２は、入出力端子として、それぞれ複数の電極パッド５４，５６を有し、電極パッド５４，５６は、例えばＡｕからなるバンプ５８，６０を介して、基板２６の導体パターン５２に接続される。そして、導体パターン５２は、基板２６の側面の凹部まで延びており、導電部材３６に接続されている。
【００２９】
また、基板２６の実装面上には、外縁に沿って絶縁層６２が設けられている。絶縁層６２は枠形状を有し、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を囲んでいる。絶縁層６２は、自身と交差する導体パターン５２の部分を覆っている。例えば、絶縁層６２は、０．５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の厚さと、１０μｍ以上４００μｍ以下の範囲の幅を有する。
絶縁層６７は非導電性物質からなり、例えば、酸化シリコンや酸化アルミニウム等の無機酸化物からなる。絶縁層６７は、物理蒸着や化学蒸着によって形成される。
【００３０】
絶縁層６２上には、基板側ベース膜６４が形成されている。基板側ベース膜６４は枠形状を有し、半田に対する親和性若しくは濡れ性を有する。換言すれば、半田は、基板側ベース膜６４に対し付着性を有する。基板側ベース膜６４は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。
【００３１】
カバー部材３４は、基板２６の実装面と対向する面（対向面）の中央に凹み６６を有する。好ましくは、凹み６６の壁面において、開口縁近傍の領域は実装面に対して傾斜している。具体的には、凹み６６の壁面は、曲面によって構成され、ボウル形状若しくはすり鉢形状有する。
凹み６６の壁面は、実装面と協働して、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を収容するための室（収容室）６８を規定する。凹み６６は、例えば、サンドブラストによって形成される。
【００３２】
凹み６６は、カバー部材３４の対向面にて開口しており、対向面は、凹み６６の開口の周りに、枠形状の接合領域を有する。カバー部材３４の接合領域上には、カバー側ベース膜７０が形成されている。カバー側ベース膜７０は枠形状を有し、半田に対する親和性若しくは濡れ性を有する。カバー側ベース膜７０は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。
【００３３】
また、凹み６６の壁面には、カバー側ベース膜７０の内縁に一体に連なる半田吸着膜７２が形成されている。好ましくは、半田吸着膜７２は、凹み６６の壁面全域に渡って形成されている。半田吸着膜７２は、半田に対する親和性若しくは濡れ性を有し、好ましくは導電性を有する。半田吸着膜７２は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。半田吸着膜７２は、例えば、カバー側ベース膜７０と同時に、物理蒸着又は化学蒸着によって形成することができる。
【００３４】
基板側ベース膜６４は、カバー側ベース膜７０と対向するように配置される。好ましくは、基板側ベース膜６４は、カバー側ベース膜７０よりも収容室６８の内側に向けて延びている。基板側ベース膜６４とカバー側ベース膜７０は、半田からなる半田層７４によって相互に気密に接続される。半田は、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金又はＳｎ−Ａｇ合金である。
【００３５】
従って、収容室６８は気密室であり、収容室６８には、乾燥ガスが充填され、好ましくは不活性ガスが充填されている。不活性ガスは、例えば、Ｈｅ等の希ガスや窒素ガスである。あるいは、収容室６８は真空状態若しくは減圧状態であってもよい。
【００３６】
図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュール２４を切断し、半田層７４、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を除いた状態にて、基板２６の実装面を概略的に示す平面図である。図５に示したように、基板側ベース膜６４の外縁は、絶縁層６２の外縁よりも内側に位置している。
【００３７】
なお、実装面に設けられた導体パターン５２には、グランド電極３６ｇに接続されたグランド線５２ｇと、信号／電源電極３６ｓに接続された信号／電源線５２ｓとがある。グランド線５２ｇ及び信号／電源線５２ｓは、いずれも絶縁層６２を跨ぐように延びている。
【００３８】
図６は、図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュール２４を切断し、半田層７４を除いた状態にて、基板２６の実装面と対向するカバー部材３４の対向面を概略的に示す平面図である。
【００３９】
カバー側ベース膜７０は、基板側ベース膜６４と対向する領域に設けられ、絶縁層６２の外縁よりも内側に位置している。なお、カバー部材３４は、カバー側ベース膜７０を囲むように、対向面の外縁から基板に向けて突出する、枠形状の突起部３４ａを有する。このため、カバー部材３４においては、突起部３４ａと凹み６６の間に存在する平坦な枠形状の領域に、カバー側ベース膜７０が設けられている。
【００４０】
本実施形態では、好ましい態様として、半田吸着膜７２が、凹み６６の壁面の全域に形成され、且つ、接地される。そのために、突起部３４ａは、グランド電極３６ｇ近傍には設けられていない。
図７は、グランド電極３６ｇとカバー側ベース膜７０との接続構成を説明するために、基板２６とカバー部材３４との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。図７に示したように、グランド電極３６ｇは、カバー側ベース膜７０、半田層７４、及び、基板側ベース膜６４の端に接続される。
【００４１】
図８は、信号／電源電極３６ｓと信号／電源線５２ｓとの接続構成を説明するために、基板２６とカバー部材３４との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。図８に示したように、信号／電源電極３６ｓは、絶縁層６２から延出した信号／電源線５２ｓの端部に接続されている。一方、信号／電源電極３６ｓと、カバー側ベース膜７０、半田層７４、及び、基板側ベース膜６４との間には、突起部３４ａ及び絶縁層６２が存在し、これらの間の直接的な接触が阻止されている。
【００４２】
以下、上述した光電変換モジュール２４の好ましい製造方法について説明する。
まず、図９に示したように、基板２６の材料として第１ウエハ７５を用意する。第１ウエハ７５は、最終的に、一点鎖線に沿って切断することによって、複数の基板２６へと分割される。
用意した第１ウエハ７５の一方の面に、分割後に得られる基板２６の各々に対応して、Ｖ溝及び保持溝３８を形成し、Ｖ溝に金属膜を蒸着してミラー４２を形成する。
なお、第１ウエハ７５の一方の面に、樹脂材料を塗布して樹脂層を形成し、この樹脂層に対し、露光及び現像のプロセスで保持溝３８を形成するととともに、ダイシング等によりＶ溝を形成してもよい。
【００４３】
それから、図１０に示したように、第１ウエハ７５の他方の面に、導体パターン５２を形成する。例えば、第１ウエハ７５の他方の面の全域に、金属膜をめっきしてから、金属膜をエッチングすることによって、導体パターン５２が形成される。
【００４４】
次に、図１１に示したように、第１ウエハ７５の他方の面に、絶縁層６２を形成し、更に、絶縁層６２の上に基板側ベース膜６４を形成する。絶縁層６２は、例えば、形成すべき領域以外をマスクにて覆ってから、物理蒸着又は化学蒸着を行うことによって形成することができる。
【００４５】
また、基板側ベース膜６２は、形成すべき領域以外をマスクにて覆ってから、無電解めっき若しくは電解めっきを行うことによって、又は、物理蒸着や化学蒸着を行うことによって形成することができる。
この後、図１２に示したように、第１ウエハ７５の他方の面に、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を例えばフリップチップ実装によって実装する（実装工程）。
【００４６】
この一方で、図１３に示すように、カバー部材３４の材料として、第２ウエハ７６を用意する。そして、第２ウエハ７６の一方の面に、例えばサンドブラストによって、突起部３４ａ及び凹み６６を形成する。
次に、図１４に示すように、第２ウエハ７６の一方の面に、カバー側ベース膜７０及び半田吸着膜７２を形成する（成膜工程）。カバー側ベース膜７０及び半田吸着膜７２は、例えば、形成すべき領域以外をマスクにて覆ってから、無電解めっき若しくは電解めっきを行うことによって、又は、物理蒸着や化学蒸着を行うことによって形成することができる。
【００４７】
それから、半田層７４となる半田を、カバー側ベース膜７０上に付与する。この際、付与される半田は線状であってもよいし、ボール状であってもよい。
この後、不活性ガス雰囲気下にて、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２が実装された第１ウエハ７５に、半田が付与された第２ウエハ７６を重ねて加熱し、第１ウエハ７５と第２ウエハ７６を半田によって接合する（接合工程）。この接合の際、半田が半田層７４を形成する。
【００４８】
次に、例えばドリル、サンドブラスト又はエッチング等によって、好ましくはドリルによって、図１５に示すように、第１ウエハ７５及び第２ウエハ７６を貫通するスルーホール７８を形成する（穿孔工程）。それから、スルーホール７８の壁面に、無電解めっき若しくは電解めっきを施し、めっき膜を形成する（めっき工程）。めっき膜は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの順に施され、金めっきがめっき膜の表層であるのが好ましい。
【００４９】
この後、ダイシング装置を用いて、１点鎖線にて示した切断線にて、相互に接合された第１ウエハ７５及び第２ウエハ７６を切断する（分割工程）。この切断の際、めっき膜が導電性部材３６へと分割される。かくして、分割工程が終了すると、複数の光電変換モジュール２４の半完成品が得られる。
最後に、得られた半完成品の保持溝３８に光ファイバー２３の先端部を配置してから、半完成品の基板３８に接着剤を用いて補強部材４０を接着し、光電変換モジュール２４が完成する。
【００５０】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、加熱によって半田が溶けて半田層７４を形成するとき、基板側ベース膜６４とカバー側ベース膜７０の間からはみ出した余分な半田が、半田吸着膜７２上に拡がり、基板２６の実装面上には拡がらない。このため、この光電変換モジュール２４では、小型化を図ったとしても、余分な半田による短絡が生じない。
【００５１】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、半田層７４と基板２６の実装面との間に絶縁層６２が設けられているので、導体パターン５２の形状が制限されることはない。つまり、実装面における配線の自由度が高く、実装面の端にも配線を形成することができる。
【００５２】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、凹み６６の壁面の開口近傍の領域が実装面に対して傾斜しているので、はみ出した半田が、半田吸着膜７２上へと拡がり易い。このため、余分な半田が基板２６の実装面上に拡がることが確実に防止される。
【００５３】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、半田吸着膜７２が凹み６６の全域を覆っており、一つの導電部材３６を通じて半田吸着膜７２を接地することによって、優れたシールド性が得られる。
【００５４】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、基板２６とカバー部材３４が同一の材料からなるので、線膨張係数が等しく、基板２６からのカバー部材３４の剥離が防止される。
【００５５】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、基板側ベース膜６４がカバー側ベース膜７０よりも内側に延びているので、半田層７４の幅、則ちシール幅が広くなり、良好な気密性が確実に得られる。
【００５６】
また、上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４の製造方法によれば、成膜工程、穿孔工程及びめっき工程等の主要な工程が、第１ウエハ７５及び第２ウエハ７６に対して行われるので、光電変換モジュール２４の大量生産が可能である。このため、光電変換モジュール２４は安価にて提供される。
【００５７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態について、図１６を参照して説明する。
第２実施形態は、光電変換モジュール２４の基板２６側が、第２マザー基板２０に固定されている点においてのみ第１実施形態と異なる。この場合、第２マザー基板２０には、補強部材４０を受け入れる凹み８０として、孔、切欠又はＵ溝等が設けられる。
第２実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の光電変換モジュール８２について、図１７を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、実装面の端において、導体パターン５２が導電部材３６に接続されていたが、光電変換モジュール８２のように、導体パターン５２が、他の経路にて導電部材３６に接続されていてもよい。具体的には、他の経路として、基板２６にスルーホールを設け、スルーホールに充填されたスルーホール導体８４と、基板２６の背面に設けられた他の導体パターン８６とを設けてもよい。このスルーホール、スルーホール導体８４及び導体パターン８６は、実装工程の前に形成される。
第３実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の光電変換モジュール８８について、図１８を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、光ファイバー２３の先端部が基板２６の背面の保持溝３８に固定されていたが、他の固定手段によって固定されていてもよい。
例えば、光電変換モジュール８８のように、光電変換素子３０の光軸と光ファイバー２３の光軸とが一致するように、基板２６の背面に対し垂直に光ファイバー２３の先端部を固定してもよい。
【００６０】
この場合、光ファイバー２３の先端部を固定するフェルール９０が、基板２６の背面に対し接着層４４によって固定される。そして、必要に応じて、光電変換素子３０と光ファイバー２３との間にはレンズ９２が設けられる。好ましくは、レンズ９２は、基板２６の背面に一体に形成される。レンズ９２の形成工程は、例えば、ミラー４２を形成する工程に代えて行うことができる。
第４実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の光電変換モジュール９４について、図１９を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、カバー部材３４の側面にも凹部が形成され、導電部材３６がカバー部材３４の凹部を覆っていたが、光電変換モジュール９４のように、カバー部材３４側の凹部を省略し、基板２６の側面の凹部の表面にのみ、導電部材３６を設けてもよい。
【００６２】
この場合、第１ウエハ６１と第２ウエハ６２の接合工程の前に、穿孔工程及びめっき工程が行われる。
第５実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態の光電変換モジュール９６について、図１９を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、基板２６の側面及びカバー部材３４の側面に凹部が形成され、導電部材３６が基板２６の凹部及びカバー部材３４の凹部を覆っていたが、光電変換モジュール９６のように、基板２６側の凹部を省略し、カバー部材３４の側面の凹部の表面にのみ、導電部材３６を設けてもよい。
【００６４】
この場合、第１ウエハ６１と第２ウエハ６２の接合工程の前に、穿孔工程及びめっき工程が行われる。
第６実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
本発明は、上述した第１乃至第６実施形態に限定されることはなく、第１乃至第６実施形態のうち２つ以上を適宜組み合わせた形態や、これらの形態に変更を加えた形態も含む。
最後に、本発明の光電変換モジュールを備える光配線は、携帯電話以外の情報処理機器、ネットワーク機器、デジタルＡＶ機器、及び、家電製品に適用可能である。より詳しくは、光電変換モジュールは、例えば、パーソナルコンピュータ、スイッチングハブ、及び、ＨＤＭＩケーブル等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 第２マザー基板
２２ 光配線
２３ 光ファイバー
２４ 光電変換モジュール
２６ 基板
３０ 光電変換素子
３２ ＩＣチップ
３４ カバー部材
３６ 導電部材
３８ 保持溝
４０ 補強部材
５２ 導体パターン
６２ 絶縁層
６８ 収容室（気密室）
７２ 半田吸着膜
７４ 半田層
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばデータセンターにおけるサーバとスイッチ間の接続やデジタルＡＶ（オーディオ・ビジュアル）機器間の接続では、伝送媒体として、メタル線の外に、光ファイバーも用いられている。また、近年、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の情報処理機器においても、伝送媒体として光ファイバーを用いること（光インターコネクト）が検討されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
光ファイバーを用いる場合、電気信号を光信号に、或いは、光信号を電気信号に変換する光電変換モジュールが必要になる。例えば、特許文献２が開示する光電変換モジュールは無機材料基板を備え、無機材料基板に光電変換素子が実装されている。そして、無機材料基板には、半田ボールを用いて、パッケージが気密を存して接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１４５９号公報
【特許文献２】特開２００７−３２４３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光電変換モジュールの小型化が進むと、基板に設けられる導体パターンにおける配線の長さや間隔が短くなるとともに、半田ボールと配線との距離も短くなる。このため、基板とパッケージとを接合する際に、封止用の半田ボールが変形して拡がると、半田が不所望の配線に付着し、短絡する虞がある。
【０００６】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、小型化を図ったとしても、封止用の半田の拡がりによる短絡が防止され、信頼性が高い光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、透光性を有するとともに実装面を有する基板と、前記基板の実装面に実装された光電変換素子と、前記基板に対し半田からなる半田層を介して固定され、前記基板と協働して前記光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材と、前記実装面と対向する前記カバー部材の面における、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に設けられ、前記半田が付着性を有する半田吸着膜とを備える光電変換モジュールが提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、透光性を有するとともに実装面を有する基板へと分割される第１ウエハ、及び、半田からなる半田層を介して前記基板に固定され、前記基板と協働して光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材へと分割される第２ウエハを準備する準備工程と、前記第１ウエハに、前記基板の各々に対応して前記光電変換素子を実装する実装工程と、前記第２ウエハにおける、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に、前記半田が付着性を有する半田吸着膜を形成する成膜工程と、前記第１ウエハに、前記半田層を介して前記第２ウエハを固定する接合工程と、前記固定工程の後に、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを前記基板及び前記カバー部材へと分割する分割工程と、を備える光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、小型化を図ったとしても、封止用の半田の拡がりによる短絡が防止され、信頼性が高い光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態の光電変換モジュールを用いた光配線を備える携帯電話の概略的な構成を示す斜視図である。
【図２】図１の携帯電話に用いられる第１マザー基板及び第２マザー基板ととともに、光配線を示す概略的な斜視図である。
【図３】第１実施形態の光電変換モジュールの外観を概略的に示す斜視図である。
【図４】第２マザー基板に取り付けられた状態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図５】図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュールを切断し、半田層、光電変換素子及びＩＣチップを除いた状態にて、基板の実装面を概略的に示す平面図である。
【図６】図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュールを切断し、半田層を除いた状態にて、基板の実装面と対向するカバー部材の対向面を概略的に示す平面図である。
【図７】図３の光電変換モジュールにおける、半田吸着膜とグランド電極との接続構成を説明するための、基板とカバー部材との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。
【図８】図３の光電変換モジュールにおける、導体パターンの信号／電源線と信号／電源電極との接続構成を説明するための、基板とカバー部材との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。
【図９】図３の光電変換モジュールの製造方法における、保持溝及びミラーの形成工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１０】図３の光電変換モジュールの製造方法における、導体パターンの形成工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１１】図３の光電変換モジュールの製造方法における、絶縁層及び基板側ベース膜の成膜工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１２】図３の光電変換モジュールの製造方法における、光電変換素子及びＩＣチップの実装工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１３】図３の光電変換モジュールの製造方法における、カバー部材の凹みの形成工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１４】図３の光電変換モジュールの製造方法における、カバー側ベース膜及び半田吸着膜の成膜工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１５】図３の光電変換モジュールの製造方法における、スルーホールの穿孔工程を説明するための概略的な平面図である。
【図１６】第２実施形態として、図３の光電変換モジュールの第２マザー基板への他の実装方法を説明するための概略的な断面図である。
【図１７】第３実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図１８】第４実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図１９】第５実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【図２０】第６実施形態の光電変換モジュールの概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
〔第１実施形態〕
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、携帯電話１０の外観を概略的に示す斜視図である。携帯電話１０は例えば折り畳み型であり、第１ケース１１と第２ケース１２がヒンジを介して連結されている。第１ケース１１には液晶パネル１４が設置され、第２ケース１２にはボタン１６が設置され、利用者は、液晶パネル１４に表示される画像から情報を得ることが出来る。
【００１２】
図２は、第１ケース１１及び第２ケース１２内にそれぞれ配置された第１マザー基板１８及び第２マザー基板２０を示している。図示しないけれども、第１マザー基板１８には液晶パネル１４のドライブ回路を構成する電気部品が実装され、第２マザー基板２０には、ボタン１６と接続される入力回路、通信回路及び画像処理回路を構成する電気部品が実装されている。
【００１３】
第１マザー基板１８のドライブ回路と第２マザー基板２０の画像処理回路とは、光配線２２によって相互に接続されている。即ち、ドライブ回路は、画像処理回路から光配線２２を通じて画像データを受け取り、受け取った画像データに基づいて画像を液晶パネル１４に表示させる。
【００１４】
〔光電変換モジュール〕
光配線２２は、光ファイバー２３と、光ファイバー２３の両端に一体に設けられた第１実施形態の光電変換モジュール２４，２４とからなる。
図３は、光電変換モジュール２４の外観を概略的に示す斜視図である。光電変換モジュール２４は、透光性を有する基板２６を備える。基板２６は、例えば、樹脂、無機材料、又は、樹脂と無機材料の複合材料からなる。無機材料としては、ガラス、シリコン、及び、サファイアからなる群から選択される１種を用いることができる。
【００１５】
例えば、基板２６は、１ｃｈ（チャンネル）の場合、１００μｍ以上５００μｍ以下の範囲の厚さと、７００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の縦の長さと、７００μｍ以上５０００μｍ以下の範囲の横の長さとを有する。
【００１６】
基板２６の一方の面（実装面）には、光電変換素子３０及びＩＣ（集積回路）チップ３２が例えばフリップチップ実装されている。
より詳しくは、第２マザー基板２０に接続される光電変換モジュール２４では、光電変換素子３０は、ＬＤ（レーザダイオード）等の発光素子であり、ＩＣチップ３２は、光電変換素子３０を駆動するための駆動回路を構成している。
【００１７】
また、第１マザー基板１８に接続される光電変換モジュール２４では、光電変換素子３０は、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子であり、ＩＣチップ３２は、受光素子が出力した電気信号を増幅するための増幅回路を構成している。
なお、光電変換素子３０は、面発光型又は面受光型であり、出射部又は入射部が実装面と対向するように配置される。
【００１８】
また、基板２６の実装面には、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を覆うように、カバー部材３４が気密を存して固定されている。カバー部材３４は、例えば、樹脂、無機材料、又は、樹脂と無機材料の複合材料からなる。無機材料としては、例えば、ガラス、シリコン、及び、サファイアからなる群から選択される１種を用いることができる。
【００１９】
好ましくは、カバー部材３４の線膨張係数は、基板２６の線膨張係数と同じであり、そのために、カバー部材３４及び基板２６は同一の材料によって構成される。
例えば、カバー部材３４の厚さは４００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲にあり、基板２６の実装面と対向するカバー部材３４の面の広さは、基板２６の実装面に略等しい。
【００２０】
本実施形態では、好ましい態様として、基板２６及びカバー部材３４の側面に、基板２６及びカバー部材３４の厚さ方向にて端から端まで延びる一連の凹部が複数形成され、各凹部の表面の全域に導電性を有する膜状の導電部材（側面電極）が形成されている。導電部材には、グランド電極３６ｇと、信号又は電源用の電極（信号／電源電極）３６ｓとがある。
なお以下では、グランド電極３６ｇ及び信号／電源電極３６ｓをまとめて導電部材３６ともいう。
導電部材３６は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＮｉからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。好ましくは、導電部材３６は、Ｃｕめっき膜、Ｎｉめっき膜及びＡｕめっき膜がこの順で積層され、Ａｕめっき膜が最表層に位置する積層体である。
【００２１】
一方、基板２６の実装面とは反対側の面（背面）には、保持溝３８が設けられ、保持溝３８に光ファイバー２３の先端部が配置されている。そして、基板２６の背面には、保持溝３８を覆うように、板状の補強部材４０が固定されている。補強部材４０は、例えばガラスからなる。補強部材４０の厚さは、例えば、１００μｍ以上１０００μｍ以下の範囲にある。
【００２２】
図４は、第２マザー基板２０に実装された状態の光電変換モジュール２４の概略的な断面図である。
保持溝３８は、基板２６に沿って、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２の配列方向（以下、単に配列方向Ｄという）に延びている。保持溝３８の断面形状は四角形状、則ち角張ったＵ字形状のＵ溝である。
【００２３】
本実施形態では、好ましい態様として、配列方向Ｄでみて、ＩＣチップ３２側に位置する保持溝３８の一端は、基板２６の側面にて開口し、保持溝３８の他端は壁面によって構成されている。光ファイバー２３の先端部は、保持溝３８内に接着剤で固定され、光ファイバー２３の先端面は、保持溝３８の他端の壁面に当接している。
【００２４】
また基板２６の背面にはＶ溝が形成され、Ｖ溝の壁面には、例えばＡｕ等の金属からなる蒸着膜が形成されている。蒸着膜はミラー４２を構成し、ミラー４２は、光電変換素子３０と光ファイバー２３の先端面とを、基板２６を通して光学的に結合する光学要素を構成している。
なお、保持溝３８及びＶ溝は、基板２６とは別の部材で形成することもできる。例えば、樹脂材料を基板２６の背面に塗布して樹脂層を形成し、この樹脂層に対して保持溝及びＶ溝を形成してもよい。
【００２５】
補強部材４０は接着剤からなる接着層４４を介して、基板２６の背面に固定されている。補強部材４０は保持溝３８を覆い、光ファイバー２３の先端部を基板２６とともに強固に保持する。補強部材４０の基板２６に接着される面の面積は、基板２６の背面の面積よりも小さい。そして、基板２６の背面の外縁近傍が一部露出するように、補強部材４０は、基板２６の背面に固定されている。
【００２６】
第２マザー基板２０は、例えばガラスエポキシ樹脂製のリジッドな基板本体４６と、銅等の導体からなる導体パターン４８とからなる。第２マザー基板２０の導体パターン４８は、例えば半田からなる接続部５０によって、光電変換モジュール２４の導電部材３６に接続されている。
【００２７】
基板２６の実装面には、光電変換素子３０とＩＣチップ３２とを電気的に接続し、ＩＣチップ３２と導電部材３６とを電気的に接続するための導体パターン５２が設けられている。導体パターン５２は、例えば銅等からなる導電性を有する薄膜をエッチングすることによって形成される。
【００２８】
光電変換素子３０及びＩＣチップ３２は、入出力端子として、それぞれ複数の電極パッド５４，５６を有し、電極パッド５４，５６は、例えばＡｕからなるバンプ５８，６０を介して、基板２６の導体パターン５２に接続される。そして、導体パターン５２は、基板２６の側面の凹部まで延びており、導電部材３６に接続されている。
【００２９】
また、基板２６の実装面上には、外縁に沿って絶縁層６２が設けられている。絶縁層６２は枠形状を有し、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を囲んでいる。絶縁層６２は、自身と交差する導体パターン５２の部分を覆っている。例えば、絶縁層６２は、０．５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の厚さと、１０μｍ以上４００μｍ以下の範囲の幅を有する。
絶縁層６７は非導電性物質からなり、例えば、酸化シリコンや酸化アルミニウム等の無機酸化物からなる。絶縁層６７は、物理蒸着や化学蒸着によって形成される。
【００３０】
絶縁層６２上には、基板側ベース膜６４が形成されている。基板側ベース膜６４は枠形状を有し、半田に対する親和性若しくは濡れ性を有する。換言すれば、半田は、基板側ベース膜６４に対し付着性を有する。基板側ベース膜６４は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。
【００３１】
カバー部材３４は、基板２６の実装面と対向する面（対向面）の中央に凹み６６を有する。好ましくは、凹み６６の壁面において、開口縁近傍の領域は実装面に対して傾斜している。具体的には、凹み６６の壁面は、曲面によって構成され、ボウル形状若しくはすり鉢形状有する。
凹み６６の壁面は、実装面と協働して、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を収容するための室（収容室）６８を規定する。凹み６６は、例えば、サンドブラストによって形成される。
【００３２】
凹み６６は、カバー部材３４の対向面にて開口しており、対向面は、凹み６６の開口の周りに、枠形状の接合領域を有する。カバー部材３４の接合領域上には、カバー側ベース膜７０が形成されている。カバー側ベース膜７０は枠形状を有し、半田に対する親和性若しくは濡れ性を有する。カバー側ベース膜７０は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。
【００３３】
また、凹み６６の壁面には、カバー側ベース膜７０の内縁に一体に連なる半田吸着膜７２が形成されている。好ましくは、半田吸着膜７２は、凹み６６の壁面全域に渡って形成されている。半田吸着膜７２は、半田に対する親和性若しくは濡れ性を有し、好ましくは導電性を有する。半田吸着膜７２は、例えば、Ａｕ、Ｃｕ及びＣｒからなる群から選択される単一の金属若しくは合金の膜、又は、これらの膜の積層体からなる。半田吸着膜７２は、例えば、カバー側ベース膜７０と同時に、物理蒸着又は化学蒸着によって形成することができる。
【００３４】
基板側ベース膜６４は、カバー側ベース膜７０と対向するように配置される。好ましくは、基板側ベース膜６４は、カバー側ベース膜７０よりも収容室６８の内側に向けて延びている。基板側ベース膜６４とカバー側ベース膜７０は、半田からなる半田層７４によって相互に気密に接続される。半田は、例えば、Ａｕ−Ｓｎ合金又はＳｎ−Ａｇ合金である。
【００３５】
従って、収容室６８は気密室であり、収容室６８には、乾燥ガスが充填され、好ましくは不活性ガスが充填されている。不活性ガスは、例えば、Ｈｅ等の希ガスや窒素ガスである。あるいは、収容室６８は真空状態若しくは減圧状態であってもよい。
【００３６】
図５は、図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュール２４を切断し、半田層７４、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を除いた状態にて、基板２６の実装面を概略的に示す平面図である。図５に示したように、基板側ベース膜６４の外縁は、絶縁層６２の外縁よりも内側に位置している。
【００３７】
なお、実装面に設けられた導体パターン５２には、グランド電極３６ｇに接続されたグランド線５２ｇと、信号／電源電極３６ｓに接続された信号／電源線５２ｓとがある。グランド線５２ｇ及び信号／電源線５２ｓは、いずれも絶縁層６２を跨ぐように延びている。
【００３８】
図６は、図４中のＶ−Ｖ線に沿って光電変換モジュール２４を切断し、半田層７４を除いた状態にて、基板２６の実装面と対向するカバー部材３４の対向面を概略的に示す平面図である。
【００３９】
カバー側ベース膜７０は、基板側ベース膜６４と対向する領域に設けられ、絶縁層６２の外縁よりも内側に位置している。なお、カバー部材３４は、カバー側ベース膜７０を囲むように、対向面の外縁から基板に向けて突出する、枠形状の突起部３４ａを有する。このため、カバー部材３４においては、突起部３４ａと凹み６６の間に存在する平坦な枠形状の領域に、カバー側ベース膜７０が設けられている。
【００４０】
本実施形態では、好ましい態様として、半田吸着膜７２が、凹み６６の壁面の全域に形成され、且つ、接地される。そのために、突起部３４ａは、グランド電極３６ｇ近傍には設けられていない。
図７は、グランド電極３６ｇとカバー側ベース膜７０との接続構成を説明するために、基板２６とカバー部材３４との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。図７に示したように、グランド電極３６ｇは、カバー側ベース膜７０、半田層７４、及び、基板側ベース膜６４の端に接続される。
【００４１】
図８は、信号／電源電極３６ｓと信号／電源線５２ｓとの接続構成を説明するために、基板２６とカバー部材３４との接合領域を拡大して概略的に示す断面図である。図８に示したように、信号／電源電極３６ｓは、絶縁層６２から延出した信号／電源線５２ｓの端部に接続されている。一方、信号／電源電極３６ｓと、カバー側ベース膜７０、半田層７４、及び、基板側ベース膜６４との間には、突起部３４ａ及び絶縁層６２が存在し、これらの間の直接的な接触が阻止されている。
【００４２】
以下、上述した光電変換モジュール２４の好ましい製造方法について説明する。
まず、図９に示したように、基板２６の材料として第１ウエハ７５を用意する。第１ウエハ７５は、最終的に、一点鎖線に沿って切断することによって、複数の基板２６へと分割される。
用意した第１ウエハ７５の一方の面に、分割後に得られる基板２６の各々に対応して、Ｖ溝及び保持溝３８を形成し、Ｖ溝に金属膜を蒸着してミラー４２を形成する。
なお、第１ウエハ７５の一方の面に、樹脂材料を塗布して樹脂層を形成し、この樹脂層に対し、露光及び現像のプロセスで保持溝３８を形成するととともに、ダイシング等によりＶ溝を形成してもよい。
【００４３】
それから、図１０に示したように、第１ウエハ７５の他方の面に、導体パターン５２を形成する。例えば、第１ウエハ７５の他方の面の全域に、金属膜をめっきしてから、金属膜をエッチングすることによって、導体パターン５２が形成される。
【００４４】
次に、図１１に示したように、第１ウエハ７５の他方の面に、絶縁層６２を形成し、更に、絶縁層６２の上に基板側ベース膜６４を形成する。絶縁層６２は、例えば、形成すべき領域以外をマスクにて覆ってから、物理蒸着又は化学蒸着を行うことによって形成することができる。
【００４５】
また、基板側ベース膜６２は、形成すべき領域以外をマスクにて覆ってから、無電解めっき若しくは電解めっきを行うことによって、又は、物理蒸着や化学蒸着を行うことによって形成することができる。
この後、図１２に示したように、第１ウエハ７５の他方の面に、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２を例えばフリップチップ実装によって実装する（実装工程）。
【００４６】
この一方で、図１３に示すように、カバー部材３４の材料として、第２ウエハ７６を用意する。そして、第２ウエハ７６の一方の面に、例えばサンドブラストによって、突起部３４ａ及び凹み６６を形成する。
次に、図１４に示すように、第２ウエハ７６の一方の面に、カバー側ベース膜７０及び半田吸着膜７２を形成する（成膜工程）。カバー側ベース膜７０及び半田吸着膜７２は、例えば、形成すべき領域以外をマスクにて覆ってから、無電解めっき若しくは電解めっきを行うことによって、又は、物理蒸着や化学蒸着を行うことによって形成することができる。
【００４７】
それから、半田層７４となる半田を、カバー側ベース膜７０上に付与する。この際、付与される半田は線状であってもよいし、ボール状であってもよい。
この後、不活性ガス雰囲気下にて、光電変換素子３０及びＩＣチップ３２が実装された第１ウエハ７５に、半田が付与された第２ウエハ７６を重ねて加熱し、第１ウエハ７５と第２ウエハ７６を半田によって接合する（接合工程）。この接合の際、半田が半田層７４を形成する。
【００４８】
次に、例えばドリル、サンドブラスト又はエッチング等によって、好ましくはドリルによって、図１５に示すように、第１ウエハ７５及び第２ウエハ７６を貫通するスルーホール７８を形成する（穿孔工程）。それから、スルーホール７８の壁面に、無電解めっき若しくは電解めっきを施し、めっき膜を形成する（めっき工程）。めっき膜は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕの順に施され、金めっきがめっき膜の表層であるのが好ましい。
【００４９】
この後、ダイシング装置を用いて、１点鎖線にて示した切断線にて、相互に接合された第１ウエハ７５及び第２ウエハ７６を切断する（分割工程）。この切断の際、めっき膜が導電性部材３６へと分割される。かくして、分割工程が終了すると、複数の光電変換モジュール２４の半完成品が得られる。
最後に、得られた半完成品の保持溝３８に光ファイバー２３の先端部を配置してから、半完成品の基板３８に接着剤を用いて補強部材４０を接着し、光電変換モジュール２４が完成する。
【００５０】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、加熱によって半田が溶けて半田層７４を形成するとき、基板側ベース膜６４とカバー側ベース膜７０の間からはみ出した余分な半田が、半田吸着膜７２上に拡がり、基板２６の実装面上には拡がらない。このため、この光電変換モジュール２４では、小型化を図ったとしても、余分な半田による短絡が生じない。
【００５１】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、半田層７４と基板２６の実装面との間に絶縁層６２が設けられているので、導体パターン５２の形状が制限されることはない。つまり、実装面における配線の自由度が高く、実装面の端にも配線を形成することができる。
【００５２】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、凹み６６の壁面の開口近傍の領域が実装面に対して傾斜しているので、はみ出した半田が、半田吸着膜７２上へと拡がり易い。このため、余分な半田が基板２６の実装面上に拡がることが確実に防止される。
【００５３】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、半田吸着膜７２が凹み６６の全域を覆っており、一つの導電部材３６を通じて半田吸着膜７２を接地することによって、優れたシールド性が得られる。
【００５４】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、基板２６とカバー部材３４が同一の材料からなるので、線膨張係数が等しく、基板２６からのカバー部材３４の剥離が防止される。
【００５５】
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、基板側ベース膜６４がカバー側ベース膜７０よりも内側に延びているので、半田層７４の幅、則ちシール幅が広くなり、良好な気密性が確実に得られる。
【００５６】
また、上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４の製造方法によれば、成膜工程、穿孔工程及びめっき工程等の主要な工程が、第１ウエハ７５及び第２ウエハ７６に対して行われるので、光電変換モジュール２４の大量生産が可能である。このため、光電変換モジュール２４は安価にて提供される。
【００５７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態について、図１６を参照して説明する。
第２実施形態は、光電変換モジュール２４の基板２６側が、第２マザー基板２０に固定されている点においてのみ第１実施形態と異なる。この場合、第２マザー基板２０には、補強部材４０を受け入れる凹み８０として、孔、切欠又はＵ溝等が設けられる。
第２実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態の光電変換モジュール８２について、図１７を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、実装面の端において、導体パターン５２が導電部材３６に接続されていたが、光電変換モジュール８２のように、導体パターン５２が、他の経路にて導電部材３６に接続されていてもよい。具体的には、他の経路として、基板２６にスルーホールを設け、スルーホールに充填されたスルーホール導体８４と、基板２６の背面に設けられた他の導体パターン８６とを設けてもよい。このスルーホール、スルーホール導体８４及び導体パターン８６は、実装工程の前に形成される。
第３実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態の光電変換モジュール８８について、図１８を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、光ファイバー２３の先端部が基板２６の背面の保持溝３８に固定されていたが、他の固定手段によって固定されていてもよい。
例えば、光電変換モジュール８８のように、光電変換素子３０の光軸と光ファイバー２３の光軸とが一致するように、基板２６の背面に対し垂直に光ファイバー２３の先端部を固定してもよい。
【００６０】
この場合、光ファイバー２３の先端部を固定するフェルール９０が、基板２６の背面に対し接着層４４によって固定される。そして、必要に応じて、光電変換素子３０と光ファイバー２３との間にはレンズ９２が設けられる。好ましくは、レンズ９２は、基板２６の背面に一体に形成される。レンズ９２の形成工程は、例えば、ミラー４２を形成する工程に代えて行うことができる。
第４実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態の光電変換モジュール９４について、図１９を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、カバー部材３４の側面にも凹部が形成され、導電部材３６がカバー部材３４の凹部を覆っていたが、光電変換モジュール９４のように、カバー部材３４側の凹部を省略し、基板２６の側面の凹部の表面にのみ、導電部材３６を設けてもよい。
【００６２】
この場合、第１ウエハ６１と第２ウエハ６２の接合工程の前に、穿孔工程及びめっき工程が行われる。
第５実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６３】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態の光電変換モジュール９６について、図１９を参照して説明する。
上述した第１実施形態の光電変換モジュール２４では、好ましい態様として、基板２６の側面及びカバー部材３４の側面に凹部が形成され、導電部材３６が基板２６の凹部及びカバー部材３４の凹部を覆っていたが、光電変換モジュール９６のように、基板２６側の凹部を省略し、カバー部材３４の側面の凹部の表面にのみ、導電部材３６を設けてもよい。
【００６４】
この場合、第１ウエハ６１と第２ウエハ６２の接合工程の前に、穿孔工程及びめっき工程が行われる。
第６実施形態の場合、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６５】
本発明は、上述した第１乃至第６実施形態に限定されることはなく、第１乃至第６実施形態のうち２つ以上を適宜組み合わせた形態や、これらの形態に変更を加えた形態も含む。
最後に、本発明の光電変換モジュールを備える光配線は、携帯電話以外の情報処理機器、ネットワーク機器、デジタルＡＶ機器、及び、家電製品に適用可能である。より詳しくは、光電変換モジュールは、例えば、パーソナルコンピュータ、スイッチングハブ、及び、ＨＤＭＩケーブル等にも適用可能である。
【符号の説明】
【００６６】
２０ 第２マザー基板
２２ 光配線
２３ 光ファイバー
２４ 光電変換モジュール
２６ 基板
３０ 光電変換素子
３２ ＩＣチップ
３４ カバー部材
３６ 導電部材
３８ 保持溝
４０ 補強部材
５２ 導体パターン
６２ 絶縁層
６８ 収容室（気密室）
７２ 半田吸着膜
７４ 半田層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性を有するとともに実装面を有する基板と、
前記基板の実装面に実装された光電変換素子と、
前記基板に対し半田からなる半田層を介して固定され、前記基板と協働して前記光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材と、
前記実装面と対向する前記カバー部材の面における、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に設けられ、前記半田が付着性を有する半田吸着膜と
を備える光電変換モジュール。
【請求項２】
前記カバー部材は、前記実装面と対向する面に前記気密室を形成する凹みを有し、
前記凹みの壁面の開口近傍の領域は前記実装面に対して傾斜し、
前記半田吸着膜は、少なくとも、前記凹みの壁面の開口近傍の領域に設けられている、
請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記実装面に形成された導電性を有する導体パターンと、
前記導体パターンと前記半田層との間に設けられた、絶縁性を有する絶縁層と
を更に備える請求項１又は２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記半田吸着膜は、前記凹みの壁面の全域を覆っている
請求項２に記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記半田吸着膜は、導電性を有し且つ接地されている
請求項４に記載の光電変換モジュール。
【請求項６】
前記基板及び前記カバー部材は同じ材料からなる、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の光電変換モジュール。
【請求項７】
前記基板及び前記カバー部材は、シリコン、ガラス及びサファイアからなる群のうちから選択された一種からなる、
請求項１乃至６の何れか一項に記載の光電変換モジュール。
【請求項８】
透光性を有するとともに実装面を有する基板へと分割される第１ウエハ、及び、半田からなる半田層を介して前記基板に固定され、前記基板と協働して光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材へと分割される第２ウエハを準備する準備工程と、
前記第１ウエハに、前記基板の各々に対応して前記光電変換素子を実装する実装工程と、
前記第２ウエハにおける、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に、前記半田が付着性を有する半田吸着膜を形成する成膜工程と、
前記第１ウエハに、前記半田層を介して前記第２ウエハを固定する接合工程と、
前記固定工程の後に、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを前記基板及び前記カバー部材へと分割する分割工程と、
を備える光電変換モジュールの製造方法。
【請求項１】
透光性を有するとともに実装面を有する基板と、
前記基板の実装面に実装された光電変換素子と、
前記基板に対し半田からなる半田層を介して固定され、前記基板と協働して前記光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材と、
前記実装面と対向する前記カバー部材の面における、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に設けられ、前記半田が付着性を有する半田吸着膜と
を備える光電変換モジュール。
【請求項２】
前記カバー部材は、前記実装面と対向する面に前記気密室を形成する凹みを有し、
前記凹みの壁面の開口近傍の領域は前記実装面に対して傾斜し、
前記半田吸着膜は、少なくとも、前記凹みの壁面の開口近傍の領域に設けられている、
請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記実装面に形成された導電性を有する導体パターンと、
前記導体パターンと前記半田層との間に設けられた、絶縁性を有する絶縁層と
を更に備える請求項１又は２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記半田吸着膜は、前記凹みの壁面の全域を覆っている
請求項２に記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記半田吸着膜は、導電性を有し且つ接地されている
請求項４に記載の光電変換モジュール。
【請求項６】
前記基板及び前記カバー部材は同じ材料からなる、
請求項１乃至５の何れか一項に記載の光電変換モジュール。
【請求項７】
前記基板及び前記カバー部材は、シリコン、ガラス及びサファイアからなる群のうちから選択された一種からなる、
請求項１乃至６の何れか一項に記載の光電変換モジュール。
【請求項８】
透光性を有するとともに実装面を有する基板へと分割される第１ウエハ、及び、半田からなる半田層を介して前記基板に固定され、前記基板と協働して光電変換素子を収容する気密室を形成するカバー部材へと分割される第２ウエハを準備する準備工程と、
前記第１ウエハに、前記基板の各々に対応して前記光電変換素子を実装する実装工程と、
前記第２ウエハにおける、前記半田層によって前記基板に固定されるべき領域の近傍に、前記半田が付着性を有する半田吸着膜を形成する成膜工程と、
前記第１ウエハに、前記半田層を介して前記第２ウエハを固定する接合工程と、
前記固定工程の後に、前記第１ウエハ及び前記第２ウエハを前記基板及び前記カバー部材へと分割する分割工程と、
を備える光電変換モジュールの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１２−１６０５２６（Ｐ２０１２−１６０５２６Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８１４０（Ｐ２０１１−１８１４０）
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月３１日（２０１１．１．３１）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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