実装体
【課題】低コスト性および高信頼性を維持しつつ、光デバイスの利用性を拡大しうる実装体を提供する。
【解決手段】実装体Ａは、母基板１の上方に、光デバイス１０をフリップチップ状態で搭載したものである。母基板１の上面には、第１，第１配線パッド５，６が設けられ、母基板１には開口１ａが形成されている。光デバイス１０の主面側には、ｐ電極１５，ｎ電極１６が設けられている。光デバイス１０と母基板１との間に、光透過性樹脂内に鎖状金属粒子３１を分散させたＡＣＦ３０が介在している。ＡＣＦ３０中の鎖状金属粒子３１により、ｐ型電極１５，ｎ型電極１６と、第１，第２配線パッド５，６とがそれぞれ電気的に接続されている。鎖状金属粒子を分散させたＡＣＦ３０は、チップボンディング機能、電気的接続機能に加え、光の通路としても機能する。
【解決手段】実装体Ａは、母基板１の上方に、光デバイス１０をフリップチップ状態で搭載したものである。母基板１の上面には、第１，第１配線パッド５，６が設けられ、母基板１には開口１ａが形成されている。光デバイス１０の主面側には、ｐ電極１５，ｎ電極１６が設けられている。光デバイス１０と母基板１との間に、光透過性樹脂内に鎖状金属粒子３１を分散させたＡＣＦ３０が介在している。ＡＣＦ３０中の鎖状金属粒子３１により、ｐ型電極１５，ｎ型電極１６と、第１，第２配線パッド５，６とがそれぞれ電気的に接続されている。鎖状金属粒子を分散させたＡＣＦ３０は、チップボンディング機能、電気的接続機能に加え、光の通路としても機能する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスを内蔵した光デバイスを実装した実装体に係り、特に信頼性向上対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの実装方法としては、銀ペーストやハンダなどのチップボンディングと、ワイヤボンディングによる電極接続とを別々に行う方法が一般的である。
図１２（ａ）は、一般的な実装方法として、ワイヤボンディングを用いる方法の手順を示している。図１２（ａ）に示す方法では、母基板１０１の上に、銀ペースト１０２を塗布し、この上に半導体チップ１１０をマウントする。この例では、半導体チップ１１０は、垂直方向共振型半導体レーザである。半導体チップ１１０には、ｎコンタクト領域１１２と、活性領域を含むメサ領域１１４と、ｐ型電極１１５と、ｎ型電極１１６とが設けられている。アニール後、母基板１０１上の電機（図示せず）と、ｐ型電極１１５，ｎ型電極１１６とを、ボンディングワイヤ１２１，１２２により、それぞれ接続する。
ただし、上記方法では、工程も多く、製造コストの低減には一定の限界がある。
【０００３】
そこで、低コスト化を図るものとして、チップボンディングと電極接続とを一度に行うフリップチップ実装法がある。 図１２（ｂ）は、ベアフリップチップ法の手順を示している。まず、図１２（ａ）に示す半導体チップ１１０と同様の半導体チップ１１０を準備する。そして、半導体チップ１１０のｐ型電極１１５，ｎ型電極１１６の上に、それぞれスタッドバンプ１２３，１２４を設ける。次に、半導体チップ１１０を反転し、いわゆるフリップチップ状態で、母基板１０１上に搭載する。そして、超音波圧着により、スタッドバンプ１２３，１２４を介して、各電極１１５，１１６と母基板１０１の電極とを接合する。この方法は、非特許文献１の図４に示すアンダーフィルを省略した構造に相当する。
このフリップチップ実装法は、ＩＣ等の電子デバイスを中心に広がっている。ただし、後述するように、ベアフリップチップ実装法では、信頼性に難点がある。
【０００４】
図１２（ｃ）は、アンダーフィルを用いたフリップチップ実装法の手順を示している（非特許文献１の図４参照）。まず、ベアフリップチップ法と同様の半導体チップ１１０のｐ型電極１１５，ｎ型電極１１６の上に、それぞれスタッドバンプ１２３，１２４を設ける。次に、母基板１０１の上にアンダーフィル樹脂１３０を塗布する。次に、半導体チップ１１０を反転し、いわゆるフリップチップ状態で、アンダーフィル樹脂１３０の上に搭載する。そして、超音波圧着により、スタッドバンプ１２３，１２４を介して、各電極１１５，１１６と母基板１０１の電極とを接合する。このとき、アンダーフィル樹脂１３０は、接続部分を含むチップー母基板間の空間を埋める。
アンダーフィルを介在させることにより、ベアフリップチップ法の難点が解消されており、最近では、この方法の採用が拡大されつつある。
【非特許文献１】民生機器向けフリップチップ接続技術開発（FIND Vol.20 No.2/No.3 002 p.6-10）
【特許文献１】特開２００３−３３１９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記フリップチップ実装技術を、そのまま光デバイスに適用しようとすると、種々不具合が生じる。
図１２（ｂ）に示すベアフリップチップの場合には、圧着の際の超音波によって、チップ内の活性領域に悪影響を与えるおそれがある。また、接合部がバンプ表面の圧着によってつぶれた部分のみなので、横方向の応力に抗するダイシェア強度が弱いという難点がある。これは、銀ペーストのように、チップ−母基板間の空間を埋める部材がないからである
また、重要な機能をもつ電極やチップ表面が実装時に基板側部材と接触して傷が生じたり、酸化による機能劣化などが生じるおそれがある。
【０００６】
図１２（ｃ）に示すアンダーフィルを用いた場合、スペースが樹脂で埋められるので、ダイシェア強度は保持しうる。また、アンダーフィル１３０が介在することで、基板側部材との接触による損傷も回避しうる。
しかしながら、圧着の際の超音波によって、チップ内の素子に悪影響を与えるおそれは、依然として残る。
また、フリップチップ状態の光デバイスの場合、通常、光の授受のために、母基板１０１に光路となる開口を設ける。すると、流動性が必要とされるアンダーフィル１３０が開口に流れ込んで、トラブルを生じさせるおそれがある。すなわち、開口に流れ込んだ樹脂が開口をふさぐことで、光の透過性を低下させるなど、種々不具合が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、従来のフリップチップ実装法と同等の低コスト性および高信頼性を維持しつつ、光デバイスの利用性を拡大しうる実装体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実装体は、一部に基体側導体を有する実装基体上に、一部にチップ側導体を有する光デバイスを搭載した実装体である。光デバイスは、実装基体に対向して、かつ、チップ側導体を前記基体側導体の上方に位置させて配置されている。
そして、光デバイスと実装基体との間には、チップ側導体と基体側導体とを電気的に接続するとともに、光デバイスに出入りする光の通路となる異方導電性膜が介在している。
異方導電性膜とは、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）と略称されるものである。異方導電性膜は、膜面方向（横方向）には導電性を有しておらず、膜面にほぼ垂直な方向（縦方向）に導電性を有している。一般には、異方導電性膜は、絶縁樹脂内に、導電性粒子を分散させたものである。
【０００９】
この構造により、光デバイスで生成された光を基体側の方向に出光したり、逆方向から光を光デバイスに入光させることが可能になる。従来、ＡＣＦは光とは無関係の電子デバイスや、配線板の接続に応用されている。しかし、導電性粒子（金属粒子）が存在するので、一般には透明性が悪いことから、ＡＣＦを用いて、光デバイスの光を通過させることは、考えられていなかった。
それに対し、本発明者たちは、異方導電性膜の中には光透過性のよいものがあることに着目し、異方導電性膜に、チップボンディングと電気的接続とに加えて、光の通路という新たな機能を与えることを想到した。つまり、実装の分野において、新たな利用法を切り開くものである。
光デバイスは、フリップチップ状態であってもよいし、フリップチップ状態でなくてもよい。本発明の実装体は、フリップチップ実装でなくても、フリップチップ実装法の利点であるチップボンディングと電気的接続とに加えて、光の授受という新たな機能を与えることができるからである。透明性のワイドバンドギャップ半導体を用いた光デバイスの場合、裏面側から光を出光することも可能である。
異方導電性膜は、アンダーフィルとは異なり、粘性を比較的高く調節することが容易である。よって、実装基体側に開口があっても、開口をふさがないようにすることも容易である。また、超音波を用いず、熱圧着や紫外線照射によって接続を行うので、実装時における光デバイスの損傷はほとんど生じない。
しかも、熱圧着や紫外線照射という簡単な接続法が採用できるので、製造コストを低減することができる。また、光デバイス−実装基体間のスペースが異方導電性膜によって埋められるので、ダイシェア強度も確保することができる。
以上のことから、本発明の実装体により、光デバイスの実装に際し、低コストと高信頼性とを維持しつつ、光デバイスの利用性を高めることができる。
【００１０】
異方導電性膜は、使用光に対して６０％以上の光透過率を有していることが好ましい。発明者たちの実験によると、６０％以上の光透過率を有していれば、異方導電性膜を光の通路として利用することが容易であることが判明している。
使用光は、一般に、可視光から近赤外線の範囲、つまり４００〜１６００ｎｍ程度である。
【００１１】
特に、異方導電性膜として、金属粒子を縦方向に連鎖させてなる鎖状金属粒子を、透光性樹脂に分散させたものが好ましい。これは、特許文献１に記載されるように、狭ピッチの電極接続に適したものであるが、金属粒子が縦方向に連鎖していることで、上下方向の光透過性も非常に高いことがわかった。
【００１２】
また、鎖状金属粒子を構成する金属粒子としては、Ｎｉ粒が好ましいことがわかっている。Ｎｉ粒を用いることで、鎖状金属粒子の製造が容易であり、耐酸化性も高いなど、機能的にも優れた鎖状金属粒子が得られる。
【００１３】
一般的には、光デバイスは、フリップチップ状態で配置されていることが好ましい。発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含むレーザダイオード（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）、太陽電池（ＳＣ）などは、活性領域のある主面側にｐ電極とｎ電極とを備えることが多い。よって、通常は、光デバイスの主面側から光の授受を行うことが多く、主面を実装基体側に向けたフリップチップ実装が適している。
【００１４】
実装基体における光デバイスの下方に位置する領域に、光導波部材との光伝達部が形成されていることにより、光の利用性がさらに拡大する。
【００１５】
上記光伝達部が、開口である場合には、開口に、光導波部材である光ファイバーの端部を挿入しておくことが好ましい。これにより、各種外部機器との間で、光の授受を行うことが容易となる。つまり、光インターコネクションとしての利用拡大が期待できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実装体によれば、低コスト性および高信頼性を維持しつつ、光デバイスの利用性を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る実装体Ａの構造を示す断面図である。
本実施の形態に係る実装体Ａは、実装基体である母基板１の上方に、光デバイス１０をフリップチップ状態で搭載したものである。母基板１の上面には、基板側導体である第１配線パッド５と、第２配線パッド６とが設けられている。また、母基板１には、光を通過させるための開口１ａが形成されている。
【００１８】
光デバイス１０の主面側には、活性領域やクラッド層を含む動作領域１１と、光ガイド領域１２と、光ガイド領域１２を両側から挟む酸化狭窄層１３と、ｐコンタクト領域１４とが設けられている。さらに、光デバイス１０の主面側に、チップ側導体である、各１対のｐ型電極１５とｎ型電極１６とが設けられている。なお、ｎ型電極１６の直下領域は、ｎコンタクト領域となっている。
【００１９】
ここで、本実施の形態の特徴は、光デバイス１０と母基板１との間に、ＡＣＦ（異方導電性膜）３０が介在している点である。本実施の形態では、ＡＣＦ３０は、光透過性樹脂内に鎖状金属粒子３１を分散させたものである。
そして、ＡＣＦ３０中の鎖状金属粒子３１により、ｐ型電極１５と第１配線パッド５とが電気的に接続され、ｎ型電極１６と第２配線パッド６とが電気的に接続されている。
【００２０】
ＡＣＦ３０の光透過性樹脂としては、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリイミド樹脂，ポリウレタン樹脂，シリコーン樹脂などが用いられる。エポキシ樹脂を用いる場合、加熱により硬化するタイプ、光照射によって硬化するタイプ、などがあるが、いずれを用いてもよい。
本実施の形態のＡＣＦ３０中の鎖状金属粒子３１は、ひも状に細長く、良導体の金属（Ｎｉ）によって構成されている。電流は、ひも状の鎖状金属粒子３１の長手方向に、スムースに流れる。このため、各電極１５，１６と各パッド５，６との導電性を高く維持することができる。ＡＣＦ３０の製造方法については、後に詳しく説明する。
鎖状金属粒子３０を構成する金属は、Ｎｉ（ニッケル）に限られず、Ｆｅ（鉄），Ｃｏ（コバルト），およびそれらの合金など、磁性を有するものが望ましい。ただし、Ａｕ（金），Ａｇ（銀），Ｃｕ（銅），Ｐｄ（パラジウム），Ｒｈ（ロジウム）などの貴金属などでもかまわない。
【００２１】
本実施の形態のＡＣＦ３０には、縦方向につらなる鎖状金属粒子３１が分散されているので、ＡＣＦ３０の光透過率が非常に高い点が特徴である。したがって、光デバイス１０で生成された光は、図中矢印で示すように、ＡＣＦ３０を通過して母基板１の開口１ａから出光する。また、開口１ａから入光した光は、ＡＣＦ３０を通過して光デバイス１０に到達する。つまり、ＡＣＦ３０は光の通路になっている。
このように、ＡＣＦ３０に、チップボンディング機能、電気的接続機能に加えて、光の通路として機能させている。
【００２２】
図３（ａ），（ｂ）は、本実施の形態に係る実装体Ａの組み立て手順を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、母基板１の上方に光デバイス１０をフリップチップ状態で配置し、その間にＡＣＦ３０を介在させる。このとき、ＡＣＦ３０として、固体のシート状のものを使用する。ただし、液状のＡＣＦ３０を塗布してもよい。
次に、光デバイス１０と母基板１との間に押圧力を印加しつつ、加熱するか、紫外線を照射するかにより、ＡＣＦ３０の樹脂を硬化させる。これにより、各電極１５，１６と各パッド５，６とが導通状態となる。光デバイス１０の基板が、サファイア，バルクＧａＮ等の紫外線を透過する材質である場合には、紫外線照射型を用いることができる。
以上の工程によって、図３（ｂ）に示す実装体Ａが得られる。実装体Ａについては、すでに説明した通りである。
【００２３】
本実施の形態によると、以下の効果を発揮することができる。
本実施の形態では、ＡＣＦ３０に、チップボンディング機能、電気的接続機能に加えて、光の通路として機能させている。このうち、チップボンディング機能と電気的接続機能とは、従来のフリップチップ実装法においても、満たされている。そこで、従来のフリップチップ実装法と、本実施の形態の実装法とを比較すると，以下の通りである。
以上のように、本実施の形態の実装工程は、非常に簡素なものである。したがって、従来のフリップチップ実装と同様に、製造コストを安価に抑えることができる。また、光デバイス１０−実装基体１間のスペースがＡＣＦ３０によって埋められるので、ダイシェア強度も確保することができる。また、超音波を用いず、熱圧着や紫外線照射によって接続を行うので、実装時における光デバイス１０の損傷はほとんど生じない。
以上の点は、従来のフリップチップ実装法で、アンダーフィルを用いる方法と同等である。つまり、ベアフリップチップ実装法に対する優位性を保持している。
【００２４】
一方、従来のフリップチップ実装法で、アンダーフィルを用いた場合には、金スタッドバンプを用い、超音波による接合を行うことで、デバイスに損傷を与えるおそれがある。それに対し、本実施の形態のＡＣＦ３０を用いた場合、圧力印加と、熱硬化処理または紫外線照射による硬化処理を行うだけでよい。つまり、超音波の印加は不要であるので、デバイスの損傷波ほとんど生じない。
【００２５】
また、従来のフリップチップ実装法におけるアンダーフィルを、光の通路として機能させようとすると、実装基体１の開口１ａをふさぐなどの不具合が生じる。
それに対し、ＡＣＦ３０は、固体シート状のものを用いることで、実装基体１に開口１ａがあっても、開口１ａをふさぐことはない。したがって、後述するごとく、開口１ａに光ファイバーを挿入して，外部機器との光の授受を行うことも容易である。よって、上記従来の不具合を解消することができる。
【００２６】
以上のことから、ＡＣＦ３０を利用した実装体Ａにより、光デバイス１０の実装に際し、低コストと高信頼性とを維持しつつ、光デバイス１０の利用性を高めることができる。
【００２７】
さらに、ＡＣＦ３０を用いることで、通常のフリップチップ実装に必要なバンプをなくすことも可能である（図１、図３参照）。よって、バンプをなくすことで、製造コストのさらなる低減も可能となる。
【００２８】
特に、本実施の形態では、ＡＣＦ３０として、鎖状金属粒子を分散させたものを用いている。この構成により、汎用されている金属粒子を樹脂中に分散させたものに比べ、光の透過率が飛躍的に向上する。よって、本実施の形態のＡＣＦ３０は，光の通路として特に高い機能を発揮することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、光デバイス１０として、垂直共振型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いたが、光デバイスはこれに限定されるものではない。光デバイスが、他の構造の半導体レーザ、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子であってもよい。
ただし、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含むレーザダイオード（ＬＤ）フォトダイオード（ＰＤ）、太陽電池（ＳＣ）などは、活性領域のある主面側にｐ電極とｎ電極とを備えることが多いので、本発明に特に適している。
【００３０】
−実施の形態の変形例−
図２は、実施の形態の変形例に係る実装体Ａの構造を示す断面図である。
図２において、図１と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付して、説明を省略する。本変形例において、光デバイス１０および実装基体１の構造は、実施の形態と同じであり、ＡＣＦ３０の構造のみが異なる。
本変形例においては、ＡＣＦ３０は、光透過性を有する樹脂内に、球状の金属粒子３２を分散させたものである。光デバイス１０と母基板１との間に押圧力を印加しつつ、加熱するか、紫外線を照射するかにより、ＡＣＦ３０の樹脂を硬化させる。すると、各電極１５，１６と各パッド５，６との間に存在する金属粒子３２同士がつながる。これにより、各電極１５，１６と各パッド５，６とが導通状態となる。
【００３１】
本変形例によっても、ＡＣＦ３０の光透過率が十分高ければ、実施の形態と同じ効果が得られる。ただし、横方向にも相当に寸法がある金属粒子３２は、光を遮断する割合が実施の形態における鎖状金属粒子３１よりも大きい。また、図２に示す金属粒子３２ａのように、電極−配線パッド間で押しつぶされた金属粒子３２ａは大きく横方向に広がる。したがって、本変形例のＡＣＦ３０の透過率は、実施の形態よりも低下する。
【００３２】
図４（ａ），（ｂ）は、鎖状金属粒子３１である鎖状Ｎｉ粒子の濃度と、ＡＣＦ３０の光透過率（可視領域）との関係を示す図、および光透過率の波長依存性を示す図である。発明者達の実験では、鎖状Ｎｉ濃度が数％程度でも電気的な接続の信頼性は確保できる。また、光透過率が６０％以上であれば、光デバイスや光デバイスの動作を確保できることがわかっている。
図４（ａ）に示されるように、本実施の形態の鎖状Ｎｉ粒子を含有したＡＣＦの場合、実線Ｌncに示すような粒子濃度−透過利率特性を示す。透過率が６０％の範囲に限定して、実線Ｌncをリニアな特性線に近似すると、破線Ｌniとなる。
図４（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子を分散させた透過率８０％のＡＣＦを熱硬化させた場合の非狩生透過率の波長依存性を評価したものである。同図からわかるとおり、可視光から近赤外光に亘って，広い波長範囲で十分な透過特性を示していることがわかる。
一方、現在市販されている金属粒子を含有したＡＣＦの場合、粒子濃度は不明だが、光透過率は、３０％を少し超える程度である（点線Ｌpa参照）。ただし、点線Ｌpaは、粒子濃度が増大しても、光透過率が一定であるという意味ではない。
したがって、粒子濃度が電気的接続を確保できる範囲で、光透過率が６０％以上となるように、金属粒子の材質，形状，分散性等を調整することで、上記変形例においても、実施の形態の基本的な効果を得ることはできる。
【実施例１】
【００３３】
実施例１として、光ファイバ接続用フェルール上の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）および受光用の光デバイスについて、特性を調べた。図５（ａ）〜（ｃ）は、順に、実施例１で用いた光デバイス，実装基板（実装基体），および受光用ＰＤの構造を示す平面図である。
図５（ａ）に示すように、光デバイスは、主面側に発光部とｐ電極，ｎ電極を有する垂直共振器型面発光レーザ（ＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬ）である。
図５（ｂ）に示すように、実装基板は、マルチモード光ファイバ(１２０μｍ径）を挿入する開口を有している。実装基板は、１２５μｍピッチで、幅が相等しいｐ電極，ｎ電極を備えている。
【００３４】
上記実装基板上に、鎖状Ｎｉ粒子分散型ＡＣＦ（透明エポキシ基材）を光デバイス全面が覆われるように貼り付けた（貼り付け領域は点線部より大）。ＡＣＦは、１５μｍ厚で赤外領域（８５０ｎｍ近傍）での透過率８０％となるように調整されている。次に、光デバイスをフリップチップ状態で、電極パターン同士が相対するように、実装基板上にマウントした。そして、１９０℃に加熱しながら、０．３Ｎの圧力を印加して３０秒保持したところ、光デバイスは強く基板に接着された。さらに、実装基板の下面側から光ファイバを差し込み、実装基板の電極パターンを通して、光デバイスに電流注入を行なった。
図６（ａ），（ｂ）は、実施例１におけるＩＬＶ測定および光出力−波長特性を示す図である。図６（ａ）に示すように、電流８ｍＡの通電時に、１ｍＷの光出力が光ファイバの出力端にて観測された。また、図６（ｂ）に示すように、光出力の最大ピークを示す波長は、８５０ｎｍ近傍である。
また、ダイシェア強度は１００ｇ以上を記録した。
【００３５】
また、比較例１として、汎用されているＡＣＦを用いたフリップチップ実装を行なった実装体を準備した。比較例１の基本的な構造は、図２に示す実装体Ａと同様である。比較例で用いたＡＣＦは、球状の微細金属粒子が分散して混入されたＡＣＦ（１５μｍ厚、透過率約３０％）である。
【００３６】
また、比較例２として、ベアフリップチップ実装による実装体を準備した。図７は、比較例２に係る実装体Ｘの断面図である。実装体Ｘは、実施の形態１と同様の光デバイス１０および母基板１を備えている。ただし、ＡＣＦは用いず、光デバイス１０側に、２０μｍ径の金スタッドバンプ３４を形成している。そして、２００℃に加熱した状態で、直接超音波により金スタッドバンプ３４と、第１，第２配線パッド５，６とを接合した。そして、開口１ａに光ファイバを差し込んで、通電試験を行なった。このように、開口に光ファイバーを挿入した構造は、フェルールと呼ばれている。
【００３７】
比較例１，２についての測定結果は、以下の通りである。
比較例１では、電流８ｍＡ通電時のファイバ端出力が０．１ｍＷ以下であり、必要な光出力が全く得られないことが判明した。
比較例２では、電流８ｍＡ通電時のファイバ端出力が１．２ｍＷであり、実施例１とほぼ同等であった。しかし、ダイシェア強度はわずか２０ｇしかなく、信頼性に乏しいことが分かった。
【００３８】
さらに、実施例１では、光デバイスとして、図５（ｃ）に示すような受光部，ｐ電極，ｎ電極のパターンを有するフォトダイオード（ＰＤ）を作成した。このＰＤも、鎖状Ｎｉ分散型ＡＣＦを用いて実装されている。ＡＣＦは、１５μｍ厚で赤外領域（８５０ｎｍ近傍）での透過率８０％となるように調整されている。
図８（ａ）は、実施例１のＶＣＳＥＬ実装体と、ＰＤ実装体とを，光ファイバーを介して接続した結合ユニットを概略的に示す図である。この光通信ユニットを動作させたところ、ＰＤから十分な強度の信号を得ることに成功した。この結合ユニットは、いわばワイボン完全フリーの信頼性の高い光インターコネクションユニットと言える。
このとき、光ファイバーは光導波部材として機能する。そして、母基板１の開口１ａは、光導波部材との光伝達部である。
【００３９】
図８（ｂ）は、実施例１の別例における光導波部材を設けた構造を示す図である。この構造では、母基板１の上面上に、光導波部材４０が設けられている。光導波部材４０は、たとえばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）樹脂からなる棒状の部材である。そして、光導波部材４０の先端には、ＶＣＳＥＬの発光を受ける光伝達部である斜面４１が形成されている。
このような構造によっても、光導波部材４０を介して、外部機器とＶＣＳＥＬ（光デバイス）との光通信を行うことができる。
【実施例２】
【００４０】
次に、プリント基板上に超低背デバイス（ＬＥＤ）を設けた実装体に係る実施例２について説明する。
図９（ａ）〜（ｃ２）は、順に、実施例２に係るＬＥＤおよび実装基板の平面図，ならびに実装体の断面図である。
図９（ａ）に示すように、本実施例のＬＥＤは、主面側にｐ電極およびｎ電極を有する青色発光ダイオード（ＧａＮ系ＬＥＤ）である。チップ寸法は、３００μｍ角、厚み６０μｍであって、透明サファイア基板上にエピタキシャル成長されたＧａＮ層を利用している。
図９（ｂ）に示すように、実装側基板は、ｐ電極およびｎ電極を有し、厚みは８０μｍの超薄型プリント基板である。
【００４１】
上記実装基板上に、鎖状Ｎｉ分散型ＡＣＦ（透明シリコーン基材）を用いてＬＥＤを実装した。ＡＣＦは、１０μｍ厚で、可視領域（４５０ｎｍ近傍）での透過率が８０％となるように調整されている。
ＬＥＤをフリップチップ状態にして、電極同士を相対向させ、ＡＣＦを挟んで、実装基板上にマウントした。１９０℃に加熱しながら、０．５Ｎの圧力を印加して、３０秒保持したところ、ＬＥＤは強く基板に接着された。
さらに、ポッティング法により、シリコーン樹脂をＬＥＤ全面に流し込んで、樹脂封止を行い、１６０８サイズに実装基板ごと切断した。
図９（ｃ２）は、完成した実装体の断面で図である。図９（ｃ１）は、比較例の実装体の断面図である。この比較例では、ワイヤボンディングを用い、アンダーフィルによるチップボンディングを行っている。図９（ｃ１）と図９（ｃ２）とは、寸法を比較するために同じスケールで示している。
【００４２】
図９（ｃ２）に示す実施例２に係る実装体により、ワイヤボンディングを用いた実装法に比べて、大幅に寸法を低減することができる。
なお、透明サファイア基板を用いているので、図９（ｃ２）中の矢印に示すように、ＬＥＤの両面から出光する光を効率よく利用することができる。つまり、母基板にミラー膜を設けて、ＬＥＤから主面側に出光される光を上方に反射させ、ＬＥＤから裏面側に出光される光はそのまま裏面から出光させることができる。
【００４３】
本実施例の実装体に対して、実装基板の電極パターンを通してＬＥＤに電流注入を行ったところ、電流５ｍＡの通電時に、２ｍＷの全光光出力を積分球にて観測した。
本実施例に係る実装体の厚みは、わずか０．１６ｍｍである。これまでのシリコーン接着剤とワイヤボンディングを用いて実装した低背型ＬＥＤ実装体の最小厚み記録であった０．２ｍｍを大きく更新した。
また、本実施例のＬＥＤは、透明サファイヤ基板側からの光取り出しも併せると、電流５ｍＡで１．２ｍＷの光出力が得られた。これは、従来の低背型ＬＥＤの光出力記録を更新するものである。
【００４４】
（ＡＣＦの製造工程）
次に、上記実施の形態における，鎖状金属粒子を分散させたＡＣＦの製造工程について説明する。図１０は、ＡＣＦ製造工程を示す斜視図である。
まず、基材フィルム上に、Ｎｉ粒子を分散させた樹脂液を塗布する。そして、基材フィルムおよび樹脂液を、乾燥炉中で、磁石を上下に配置したＮｉ粒子配向器の間を通す。これにより、磁化したＮｉ粒子同士が上下にひも状につながって、鎖状Ｎｉ粒子（鎖状金属粒子）が形成される。
乾燥炉中で樹脂液が乾燥することで、樹脂が固化され、鎖状Ｎｉ粒子の形状および位置が樹脂内で固定される。これにより、ＡＣＦが形成される。
その後、膜厚検査、配向検査を経て、ＡＣＦは上下面からラミネートされて、樹脂シート状のＡＣＦが完成される。
【００４５】
図１０の下部には、Ｎｉ粒子が配向する前と配向後のＳＥＭ写真が表示されている。配向前は、細かいＮｉ粒子が密に分散している。配向後は、Ｎｉ粒子同士が集合して鎖状Ｎｉ粒子の固まりとなり、かつ、鎖状Ｎｉ粒子同士の間隔が拡大している。
つまり、配向前は、Ｎｉ粒子が密に分散していることで、樹脂膜の光透過率は高くない。このことから、従来のＡＣＦを光の通路として機能させるという発想そのものが生じなかったものと思われる。
それに対し、配向後は、鎖状Ｎｉ粒子同士の間隔が拡大することで、樹脂膜の光透過率が著しく向上することがわかる。本発明者達は、この点に着目したのである。
【００４６】
図１１（ａ），（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子を分散させたＡＣＦの電極間接続を行う前後における構造を示すＳＥＭ写真図，および３Ｄ−ＦＩＢ図である。図１１（ｂ）に示すように、上電極と下電極との間に、鎖状Ｎｉ粒子が介在し、両者が電気的に接続されていることがわかる。
【００４７】
以上のように、鎖状金属粒子を分散させたＡＣＦの製造工程は、簡素なものであり、格別高価な装置も不要である。よって、従来の球状の金属粒子を分散させたＡＣＦに比べても、それほど製造コストが高くなるわけではない。よって、ワイヤボンディングを行う工程に比べ、低コストを維持することができる。
【００４８】
（その他の実施の形態）
上記実施の形態および各実施例では、光デバイスをフリップチップ実装している。しかし、本発明の実装体は、必ずしもフリップチップ実装したものには限定されない。バルクＧａＮを用いた面発光レーザー等では、基板の主面側にｐ電極が、裏面側にｎ電極が設けられる。また、活性領域から上下に出光されるレーザ光を利用する場合には、必ずしもフリップチップ実装しなくてもよい。かかる場合においても、ＡＣＦが光の通路となっていることで、光デバイスの利用性が拡大し、ワイヤボンディング数も片側だけで済むので低減することができる。さらに、スルーホールを利用して、上面電極を裏面側に引き出すことも可能である。その場合でも、透明基板を用いた光デバイスであれば、ＡＣＦを光の通路として機能させることができる。
よって、低コストと高信頼性とを維持しつつ、光デバイスの利用性を拡大する，という本発明の基本的な効果を発揮することができる。
【００４９】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の実装体は、レーザダイオード、フォトダイオード、太陽電池などの光デバイスの実装に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る実装体の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の変形例に係る実装体の構造を示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、実施の形態に係る実装体の組み立て手順を示す断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子の濃度−光透過率（可視領域）との関係を示す図、および光透過率の波長依存性を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、順に、実施例１で用いた光デバイス，実装基板（実装基体），および受光用ＰＤの構造を示す平面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、実施例１におけるＩＬＶ測定および光出力−波長特性を示す図である。
【図７】実施例１の比較例２に係る実装体の断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、順に、実施例１およびその別例に係る光導波部材を備えた実装体の例を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ２）は、順に、実施例２に係るＬＥＤおよび実装基板の平面図，ならびに実装体の断面図である。
【図１０】ＡＣＦ製造工程を、Ｎｉ粒子の配向表示写真とと共に示す斜視図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子を分散させたＡＣＦの電極間接続を行う前後における構造を示す顕微鏡写真図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、順に、ワイヤボンディングを用いた実装法、米フリップチップ実装法，およびアンダーフィルを用いたフリップチップ実装法の手順を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 母基板（実装基体）
１ａ 開口（光伝達部）
５ 第１配線パッド
６ 第２配線パッド
１０ 光デバイス
１１ 動作領域
１２ 光ガイド領域
１３ 酸化狭窄層
１４ ｐコンタクト領域
１５ ｐ型電極
１６ ｎ型電極
３０ ＡＣＦ（異方導電性膜）
３１ 鎖状金属粒子
３２ 金属粒子
３４ 金スタッドバンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光デバイスを内蔵した光デバイスを実装した実装体に係り、特に信頼性向上対策に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの実装方法としては、銀ペーストやハンダなどのチップボンディングと、ワイヤボンディングによる電極接続とを別々に行う方法が一般的である。
図１２（ａ）は、一般的な実装方法として、ワイヤボンディングを用いる方法の手順を示している。図１２（ａ）に示す方法では、母基板１０１の上に、銀ペースト１０２を塗布し、この上に半導体チップ１１０をマウントする。この例では、半導体チップ１１０は、垂直方向共振型半導体レーザである。半導体チップ１１０には、ｎコンタクト領域１１２と、活性領域を含むメサ領域１１４と、ｐ型電極１１５と、ｎ型電極１１６とが設けられている。アニール後、母基板１０１上の電機（図示せず）と、ｐ型電極１１５，ｎ型電極１１６とを、ボンディングワイヤ１２１，１２２により、それぞれ接続する。
ただし、上記方法では、工程も多く、製造コストの低減には一定の限界がある。
【０００３】
そこで、低コスト化を図るものとして、チップボンディングと電極接続とを一度に行うフリップチップ実装法がある。 図１２（ｂ）は、ベアフリップチップ法の手順を示している。まず、図１２（ａ）に示す半導体チップ１１０と同様の半導体チップ１１０を準備する。そして、半導体チップ１１０のｐ型電極１１５，ｎ型電極１１６の上に、それぞれスタッドバンプ１２３，１２４を設ける。次に、半導体チップ１１０を反転し、いわゆるフリップチップ状態で、母基板１０１上に搭載する。そして、超音波圧着により、スタッドバンプ１２３，１２４を介して、各電極１１５，１１６と母基板１０１の電極とを接合する。この方法は、非特許文献１の図４に示すアンダーフィルを省略した構造に相当する。
このフリップチップ実装法は、ＩＣ等の電子デバイスを中心に広がっている。ただし、後述するように、ベアフリップチップ実装法では、信頼性に難点がある。
【０００４】
図１２（ｃ）は、アンダーフィルを用いたフリップチップ実装法の手順を示している（非特許文献１の図４参照）。まず、ベアフリップチップ法と同様の半導体チップ１１０のｐ型電極１１５，ｎ型電極１１６の上に、それぞれスタッドバンプ１２３，１２４を設ける。次に、母基板１０１の上にアンダーフィル樹脂１３０を塗布する。次に、半導体チップ１１０を反転し、いわゆるフリップチップ状態で、アンダーフィル樹脂１３０の上に搭載する。そして、超音波圧着により、スタッドバンプ１２３，１２４を介して、各電極１１５，１１６と母基板１０１の電極とを接合する。このとき、アンダーフィル樹脂１３０は、接続部分を含むチップー母基板間の空間を埋める。
アンダーフィルを介在させることにより、ベアフリップチップ法の難点が解消されており、最近では、この方法の採用が拡大されつつある。
【非特許文献１】民生機器向けフリップチップ接続技術開発（FIND Vol.20 No.2/No.3 002 p.6-10）
【特許文献１】特開２００３−３３１９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記フリップチップ実装技術を、そのまま光デバイスに適用しようとすると、種々不具合が生じる。
図１２（ｂ）に示すベアフリップチップの場合には、圧着の際の超音波によって、チップ内の活性領域に悪影響を与えるおそれがある。また、接合部がバンプ表面の圧着によってつぶれた部分のみなので、横方向の応力に抗するダイシェア強度が弱いという難点がある。これは、銀ペーストのように、チップ−母基板間の空間を埋める部材がないからである
また、重要な機能をもつ電極やチップ表面が実装時に基板側部材と接触して傷が生じたり、酸化による機能劣化などが生じるおそれがある。
【０００６】
図１２（ｃ）に示すアンダーフィルを用いた場合、スペースが樹脂で埋められるので、ダイシェア強度は保持しうる。また、アンダーフィル１３０が介在することで、基板側部材との接触による損傷も回避しうる。
しかしながら、圧着の際の超音波によって、チップ内の素子に悪影響を与えるおそれは、依然として残る。
また、フリップチップ状態の光デバイスの場合、通常、光の授受のために、母基板１０１に光路となる開口を設ける。すると、流動性が必要とされるアンダーフィル１３０が開口に流れ込んで、トラブルを生じさせるおそれがある。すなわち、開口に流れ込んだ樹脂が開口をふさぐことで、光の透過性を低下させるなど、種々不具合が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、従来のフリップチップ実装法と同等の低コスト性および高信頼性を維持しつつ、光デバイスの利用性を拡大しうる実装体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実装体は、一部に基体側導体を有する実装基体上に、一部にチップ側導体を有する光デバイスを搭載した実装体である。光デバイスは、実装基体に対向して、かつ、チップ側導体を前記基体側導体の上方に位置させて配置されている。
そして、光デバイスと実装基体との間には、チップ側導体と基体側導体とを電気的に接続するとともに、光デバイスに出入りする光の通路となる異方導電性膜が介在している。
異方導電性膜とは、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Film）と略称されるものである。異方導電性膜は、膜面方向（横方向）には導電性を有しておらず、膜面にほぼ垂直な方向（縦方向）に導電性を有している。一般には、異方導電性膜は、絶縁樹脂内に、導電性粒子を分散させたものである。
【０００９】
この構造により、光デバイスで生成された光を基体側の方向に出光したり、逆方向から光を光デバイスに入光させることが可能になる。従来、ＡＣＦは光とは無関係の電子デバイスや、配線板の接続に応用されている。しかし、導電性粒子（金属粒子）が存在するので、一般には透明性が悪いことから、ＡＣＦを用いて、光デバイスの光を通過させることは、考えられていなかった。
それに対し、本発明者たちは、異方導電性膜の中には光透過性のよいものがあることに着目し、異方導電性膜に、チップボンディングと電気的接続とに加えて、光の通路という新たな機能を与えることを想到した。つまり、実装の分野において、新たな利用法を切り開くものである。
光デバイスは、フリップチップ状態であってもよいし、フリップチップ状態でなくてもよい。本発明の実装体は、フリップチップ実装でなくても、フリップチップ実装法の利点であるチップボンディングと電気的接続とに加えて、光の授受という新たな機能を与えることができるからである。透明性のワイドバンドギャップ半導体を用いた光デバイスの場合、裏面側から光を出光することも可能である。
異方導電性膜は、アンダーフィルとは異なり、粘性を比較的高く調節することが容易である。よって、実装基体側に開口があっても、開口をふさがないようにすることも容易である。また、超音波を用いず、熱圧着や紫外線照射によって接続を行うので、実装時における光デバイスの損傷はほとんど生じない。
しかも、熱圧着や紫外線照射という簡単な接続法が採用できるので、製造コストを低減することができる。また、光デバイス−実装基体間のスペースが異方導電性膜によって埋められるので、ダイシェア強度も確保することができる。
以上のことから、本発明の実装体により、光デバイスの実装に際し、低コストと高信頼性とを維持しつつ、光デバイスの利用性を高めることができる。
【００１０】
異方導電性膜は、使用光に対して６０％以上の光透過率を有していることが好ましい。発明者たちの実験によると、６０％以上の光透過率を有していれば、異方導電性膜を光の通路として利用することが容易であることが判明している。
使用光は、一般に、可視光から近赤外線の範囲、つまり４００〜１６００ｎｍ程度である。
【００１１】
特に、異方導電性膜として、金属粒子を縦方向に連鎖させてなる鎖状金属粒子を、透光性樹脂に分散させたものが好ましい。これは、特許文献１に記載されるように、狭ピッチの電極接続に適したものであるが、金属粒子が縦方向に連鎖していることで、上下方向の光透過性も非常に高いことがわかった。
【００１２】
また、鎖状金属粒子を構成する金属粒子としては、Ｎｉ粒が好ましいことがわかっている。Ｎｉ粒を用いることで、鎖状金属粒子の製造が容易であり、耐酸化性も高いなど、機能的にも優れた鎖状金属粒子が得られる。
【００１３】
一般的には、光デバイスは、フリップチップ状態で配置されていることが好ましい。発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含むレーザダイオード（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）、太陽電池（ＳＣ）などは、活性領域のある主面側にｐ電極とｎ電極とを備えることが多い。よって、通常は、光デバイスの主面側から光の授受を行うことが多く、主面を実装基体側に向けたフリップチップ実装が適している。
【００１４】
実装基体における光デバイスの下方に位置する領域に、光導波部材との光伝達部が形成されていることにより、光の利用性がさらに拡大する。
【００１５】
上記光伝達部が、開口である場合には、開口に、光導波部材である光ファイバーの端部を挿入しておくことが好ましい。これにより、各種外部機器との間で、光の授受を行うことが容易となる。つまり、光インターコネクションとしての利用拡大が期待できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の実装体によれば、低コスト性および高信頼性を維持しつつ、光デバイスの利用性を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態）
図１は、実施の形態に係る実装体Ａの構造を示す断面図である。
本実施の形態に係る実装体Ａは、実装基体である母基板１の上方に、光デバイス１０をフリップチップ状態で搭載したものである。母基板１の上面には、基板側導体である第１配線パッド５と、第２配線パッド６とが設けられている。また、母基板１には、光を通過させるための開口１ａが形成されている。
【００１８】
光デバイス１０の主面側には、活性領域やクラッド層を含む動作領域１１と、光ガイド領域１２と、光ガイド領域１２を両側から挟む酸化狭窄層１３と、ｐコンタクト領域１４とが設けられている。さらに、光デバイス１０の主面側に、チップ側導体である、各１対のｐ型電極１５とｎ型電極１６とが設けられている。なお、ｎ型電極１６の直下領域は、ｎコンタクト領域となっている。
【００１９】
ここで、本実施の形態の特徴は、光デバイス１０と母基板１との間に、ＡＣＦ（異方導電性膜）３０が介在している点である。本実施の形態では、ＡＣＦ３０は、光透過性樹脂内に鎖状金属粒子３１を分散させたものである。
そして、ＡＣＦ３０中の鎖状金属粒子３１により、ｐ型電極１５と第１配線パッド５とが電気的に接続され、ｎ型電極１６と第２配線パッド６とが電気的に接続されている。
【００２０】
ＡＣＦ３０の光透過性樹脂としては、エポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリイミド樹脂，ポリウレタン樹脂，シリコーン樹脂などが用いられる。エポキシ樹脂を用いる場合、加熱により硬化するタイプ、光照射によって硬化するタイプ、などがあるが、いずれを用いてもよい。
本実施の形態のＡＣＦ３０中の鎖状金属粒子３１は、ひも状に細長く、良導体の金属（Ｎｉ）によって構成されている。電流は、ひも状の鎖状金属粒子３１の長手方向に、スムースに流れる。このため、各電極１５，１６と各パッド５，６との導電性を高く維持することができる。ＡＣＦ３０の製造方法については、後に詳しく説明する。
鎖状金属粒子３０を構成する金属は、Ｎｉ（ニッケル）に限られず、Ｆｅ（鉄），Ｃｏ（コバルト），およびそれらの合金など、磁性を有するものが望ましい。ただし、Ａｕ（金），Ａｇ（銀），Ｃｕ（銅），Ｐｄ（パラジウム），Ｒｈ（ロジウム）などの貴金属などでもかまわない。
【００２１】
本実施の形態のＡＣＦ３０には、縦方向につらなる鎖状金属粒子３１が分散されているので、ＡＣＦ３０の光透過率が非常に高い点が特徴である。したがって、光デバイス１０で生成された光は、図中矢印で示すように、ＡＣＦ３０を通過して母基板１の開口１ａから出光する。また、開口１ａから入光した光は、ＡＣＦ３０を通過して光デバイス１０に到達する。つまり、ＡＣＦ３０は光の通路になっている。
このように、ＡＣＦ３０に、チップボンディング機能、電気的接続機能に加えて、光の通路として機能させている。
【００２２】
図３（ａ），（ｂ）は、本実施の形態に係る実装体Ａの組み立て手順を示す断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、母基板１の上方に光デバイス１０をフリップチップ状態で配置し、その間にＡＣＦ３０を介在させる。このとき、ＡＣＦ３０として、固体のシート状のものを使用する。ただし、液状のＡＣＦ３０を塗布してもよい。
次に、光デバイス１０と母基板１との間に押圧力を印加しつつ、加熱するか、紫外線を照射するかにより、ＡＣＦ３０の樹脂を硬化させる。これにより、各電極１５，１６と各パッド５，６とが導通状態となる。光デバイス１０の基板が、サファイア，バルクＧａＮ等の紫外線を透過する材質である場合には、紫外線照射型を用いることができる。
以上の工程によって、図３（ｂ）に示す実装体Ａが得られる。実装体Ａについては、すでに説明した通りである。
【００２３】
本実施の形態によると、以下の効果を発揮することができる。
本実施の形態では、ＡＣＦ３０に、チップボンディング機能、電気的接続機能に加えて、光の通路として機能させている。このうち、チップボンディング機能と電気的接続機能とは、従来のフリップチップ実装法においても、満たされている。そこで、従来のフリップチップ実装法と、本実施の形態の実装法とを比較すると，以下の通りである。
以上のように、本実施の形態の実装工程は、非常に簡素なものである。したがって、従来のフリップチップ実装と同様に、製造コストを安価に抑えることができる。また、光デバイス１０−実装基体１間のスペースがＡＣＦ３０によって埋められるので、ダイシェア強度も確保することができる。また、超音波を用いず、熱圧着や紫外線照射によって接続を行うので、実装時における光デバイス１０の損傷はほとんど生じない。
以上の点は、従来のフリップチップ実装法で、アンダーフィルを用いる方法と同等である。つまり、ベアフリップチップ実装法に対する優位性を保持している。
【００２４】
一方、従来のフリップチップ実装法で、アンダーフィルを用いた場合には、金スタッドバンプを用い、超音波による接合を行うことで、デバイスに損傷を与えるおそれがある。それに対し、本実施の形態のＡＣＦ３０を用いた場合、圧力印加と、熱硬化処理または紫外線照射による硬化処理を行うだけでよい。つまり、超音波の印加は不要であるので、デバイスの損傷波ほとんど生じない。
【００２５】
また、従来のフリップチップ実装法におけるアンダーフィルを、光の通路として機能させようとすると、実装基体１の開口１ａをふさぐなどの不具合が生じる。
それに対し、ＡＣＦ３０は、固体シート状のものを用いることで、実装基体１に開口１ａがあっても、開口１ａをふさぐことはない。したがって、後述するごとく、開口１ａに光ファイバーを挿入して，外部機器との光の授受を行うことも容易である。よって、上記従来の不具合を解消することができる。
【００２６】
以上のことから、ＡＣＦ３０を利用した実装体Ａにより、光デバイス１０の実装に際し、低コストと高信頼性とを維持しつつ、光デバイス１０の利用性を高めることができる。
【００２７】
さらに、ＡＣＦ３０を用いることで、通常のフリップチップ実装に必要なバンプをなくすことも可能である（図１、図３参照）。よって、バンプをなくすことで、製造コストのさらなる低減も可能となる。
【００２８】
特に、本実施の形態では、ＡＣＦ３０として、鎖状金属粒子を分散させたものを用いている。この構成により、汎用されている金属粒子を樹脂中に分散させたものに比べ、光の透過率が飛躍的に向上する。よって、本実施の形態のＡＣＦ３０は，光の通路として特に高い機能を発揮することができる。
【００２９】
なお、本実施の形態では、光デバイス１０として、垂直共振型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いたが、光デバイスはこれに限定されるものではない。光デバイスが、他の構造の半導体レーザ、フォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子であってもよい。
ただし、発光ダイオード（ＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を含むレーザダイオード（ＬＤ）フォトダイオード（ＰＤ）、太陽電池（ＳＣ）などは、活性領域のある主面側にｐ電極とｎ電極とを備えることが多いので、本発明に特に適している。
【００３０】
−実施の形態の変形例−
図２は、実施の形態の変形例に係る実装体Ａの構造を示す断面図である。
図２において、図１と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付して、説明を省略する。本変形例において、光デバイス１０および実装基体１の構造は、実施の形態と同じであり、ＡＣＦ３０の構造のみが異なる。
本変形例においては、ＡＣＦ３０は、光透過性を有する樹脂内に、球状の金属粒子３２を分散させたものである。光デバイス１０と母基板１との間に押圧力を印加しつつ、加熱するか、紫外線を照射するかにより、ＡＣＦ３０の樹脂を硬化させる。すると、各電極１５，１６と各パッド５，６との間に存在する金属粒子３２同士がつながる。これにより、各電極１５，１６と各パッド５，６とが導通状態となる。
【００３１】
本変形例によっても、ＡＣＦ３０の光透過率が十分高ければ、実施の形態と同じ効果が得られる。ただし、横方向にも相当に寸法がある金属粒子３２は、光を遮断する割合が実施の形態における鎖状金属粒子３１よりも大きい。また、図２に示す金属粒子３２ａのように、電極−配線パッド間で押しつぶされた金属粒子３２ａは大きく横方向に広がる。したがって、本変形例のＡＣＦ３０の透過率は、実施の形態よりも低下する。
【００３２】
図４（ａ），（ｂ）は、鎖状金属粒子３１である鎖状Ｎｉ粒子の濃度と、ＡＣＦ３０の光透過率（可視領域）との関係を示す図、および光透過率の波長依存性を示す図である。発明者達の実験では、鎖状Ｎｉ濃度が数％程度でも電気的な接続の信頼性は確保できる。また、光透過率が６０％以上であれば、光デバイスや光デバイスの動作を確保できることがわかっている。
図４（ａ）に示されるように、本実施の形態の鎖状Ｎｉ粒子を含有したＡＣＦの場合、実線Ｌncに示すような粒子濃度−透過利率特性を示す。透過率が６０％の範囲に限定して、実線Ｌncをリニアな特性線に近似すると、破線Ｌniとなる。
図４（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子を分散させた透過率８０％のＡＣＦを熱硬化させた場合の非狩生透過率の波長依存性を評価したものである。同図からわかるとおり、可視光から近赤外光に亘って，広い波長範囲で十分な透過特性を示していることがわかる。
一方、現在市販されている金属粒子を含有したＡＣＦの場合、粒子濃度は不明だが、光透過率は、３０％を少し超える程度である（点線Ｌpa参照）。ただし、点線Ｌpaは、粒子濃度が増大しても、光透過率が一定であるという意味ではない。
したがって、粒子濃度が電気的接続を確保できる範囲で、光透過率が６０％以上となるように、金属粒子の材質，形状，分散性等を調整することで、上記変形例においても、実施の形態の基本的な効果を得ることはできる。
【実施例１】
【００３３】
実施例１として、光ファイバ接続用フェルール上の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）および受光用の光デバイスについて、特性を調べた。図５（ａ）〜（ｃ）は、順に、実施例１で用いた光デバイス，実装基板（実装基体），および受光用ＰＤの構造を示す平面図である。
図５（ａ）に示すように、光デバイスは、主面側に発光部とｐ電極，ｎ電極を有する垂直共振器型面発光レーザ（ＧａＡｓ系ＶＣＳＥＬ）である。
図５（ｂ）に示すように、実装基板は、マルチモード光ファイバ(１２０μｍ径）を挿入する開口を有している。実装基板は、１２５μｍピッチで、幅が相等しいｐ電極，ｎ電極を備えている。
【００３４】
上記実装基板上に、鎖状Ｎｉ粒子分散型ＡＣＦ（透明エポキシ基材）を光デバイス全面が覆われるように貼り付けた（貼り付け領域は点線部より大）。ＡＣＦは、１５μｍ厚で赤外領域（８５０ｎｍ近傍）での透過率８０％となるように調整されている。次に、光デバイスをフリップチップ状態で、電極パターン同士が相対するように、実装基板上にマウントした。そして、１９０℃に加熱しながら、０．３Ｎの圧力を印加して３０秒保持したところ、光デバイスは強く基板に接着された。さらに、実装基板の下面側から光ファイバを差し込み、実装基板の電極パターンを通して、光デバイスに電流注入を行なった。
図６（ａ），（ｂ）は、実施例１におけるＩＬＶ測定および光出力−波長特性を示す図である。図６（ａ）に示すように、電流８ｍＡの通電時に、１ｍＷの光出力が光ファイバの出力端にて観測された。また、図６（ｂ）に示すように、光出力の最大ピークを示す波長は、８５０ｎｍ近傍である。
また、ダイシェア強度は１００ｇ以上を記録した。
【００３５】
また、比較例１として、汎用されているＡＣＦを用いたフリップチップ実装を行なった実装体を準備した。比較例１の基本的な構造は、図２に示す実装体Ａと同様である。比較例で用いたＡＣＦは、球状の微細金属粒子が分散して混入されたＡＣＦ（１５μｍ厚、透過率約３０％）である。
【００３６】
また、比較例２として、ベアフリップチップ実装による実装体を準備した。図７は、比較例２に係る実装体Ｘの断面図である。実装体Ｘは、実施の形態１と同様の光デバイス１０および母基板１を備えている。ただし、ＡＣＦは用いず、光デバイス１０側に、２０μｍ径の金スタッドバンプ３４を形成している。そして、２００℃に加熱した状態で、直接超音波により金スタッドバンプ３４と、第１，第２配線パッド５，６とを接合した。そして、開口１ａに光ファイバを差し込んで、通電試験を行なった。このように、開口に光ファイバーを挿入した構造は、フェルールと呼ばれている。
【００３７】
比較例１，２についての測定結果は、以下の通りである。
比較例１では、電流８ｍＡ通電時のファイバ端出力が０．１ｍＷ以下であり、必要な光出力が全く得られないことが判明した。
比較例２では、電流８ｍＡ通電時のファイバ端出力が１．２ｍＷであり、実施例１とほぼ同等であった。しかし、ダイシェア強度はわずか２０ｇしかなく、信頼性に乏しいことが分かった。
【００３８】
さらに、実施例１では、光デバイスとして、図５（ｃ）に示すような受光部，ｐ電極，ｎ電極のパターンを有するフォトダイオード（ＰＤ）を作成した。このＰＤも、鎖状Ｎｉ分散型ＡＣＦを用いて実装されている。ＡＣＦは、１５μｍ厚で赤外領域（８５０ｎｍ近傍）での透過率８０％となるように調整されている。
図８（ａ）は、実施例１のＶＣＳＥＬ実装体と、ＰＤ実装体とを，光ファイバーを介して接続した結合ユニットを概略的に示す図である。この光通信ユニットを動作させたところ、ＰＤから十分な強度の信号を得ることに成功した。この結合ユニットは、いわばワイボン完全フリーの信頼性の高い光インターコネクションユニットと言える。
このとき、光ファイバーは光導波部材として機能する。そして、母基板１の開口１ａは、光導波部材との光伝達部である。
【００３９】
図８（ｂ）は、実施例１の別例における光導波部材を設けた構造を示す図である。この構造では、母基板１の上面上に、光導波部材４０が設けられている。光導波部材４０は、たとえばＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）樹脂からなる棒状の部材である。そして、光導波部材４０の先端には、ＶＣＳＥＬの発光を受ける光伝達部である斜面４１が形成されている。
このような構造によっても、光導波部材４０を介して、外部機器とＶＣＳＥＬ（光デバイス）との光通信を行うことができる。
【実施例２】
【００４０】
次に、プリント基板上に超低背デバイス（ＬＥＤ）を設けた実装体に係る実施例２について説明する。
図９（ａ）〜（ｃ２）は、順に、実施例２に係るＬＥＤおよび実装基板の平面図，ならびに実装体の断面図である。
図９（ａ）に示すように、本実施例のＬＥＤは、主面側にｐ電極およびｎ電極を有する青色発光ダイオード（ＧａＮ系ＬＥＤ）である。チップ寸法は、３００μｍ角、厚み６０μｍであって、透明サファイア基板上にエピタキシャル成長されたＧａＮ層を利用している。
図９（ｂ）に示すように、実装側基板は、ｐ電極およびｎ電極を有し、厚みは８０μｍの超薄型プリント基板である。
【００４１】
上記実装基板上に、鎖状Ｎｉ分散型ＡＣＦ（透明シリコーン基材）を用いてＬＥＤを実装した。ＡＣＦは、１０μｍ厚で、可視領域（４５０ｎｍ近傍）での透過率が８０％となるように調整されている。
ＬＥＤをフリップチップ状態にして、電極同士を相対向させ、ＡＣＦを挟んで、実装基板上にマウントした。１９０℃に加熱しながら、０．５Ｎの圧力を印加して、３０秒保持したところ、ＬＥＤは強く基板に接着された。
さらに、ポッティング法により、シリコーン樹脂をＬＥＤ全面に流し込んで、樹脂封止を行い、１６０８サイズに実装基板ごと切断した。
図９（ｃ２）は、完成した実装体の断面で図である。図９（ｃ１）は、比較例の実装体の断面図である。この比較例では、ワイヤボンディングを用い、アンダーフィルによるチップボンディングを行っている。図９（ｃ１）と図９（ｃ２）とは、寸法を比較するために同じスケールで示している。
【００４２】
図９（ｃ２）に示す実施例２に係る実装体により、ワイヤボンディングを用いた実装法に比べて、大幅に寸法を低減することができる。
なお、透明サファイア基板を用いているので、図９（ｃ２）中の矢印に示すように、ＬＥＤの両面から出光する光を効率よく利用することができる。つまり、母基板にミラー膜を設けて、ＬＥＤから主面側に出光される光を上方に反射させ、ＬＥＤから裏面側に出光される光はそのまま裏面から出光させることができる。
【００４３】
本実施例の実装体に対して、実装基板の電極パターンを通してＬＥＤに電流注入を行ったところ、電流５ｍＡの通電時に、２ｍＷの全光光出力を積分球にて観測した。
本実施例に係る実装体の厚みは、わずか０．１６ｍｍである。これまでのシリコーン接着剤とワイヤボンディングを用いて実装した低背型ＬＥＤ実装体の最小厚み記録であった０．２ｍｍを大きく更新した。
また、本実施例のＬＥＤは、透明サファイヤ基板側からの光取り出しも併せると、電流５ｍＡで１．２ｍＷの光出力が得られた。これは、従来の低背型ＬＥＤの光出力記録を更新するものである。
【００４４】
（ＡＣＦの製造工程）
次に、上記実施の形態における，鎖状金属粒子を分散させたＡＣＦの製造工程について説明する。図１０は、ＡＣＦ製造工程を示す斜視図である。
まず、基材フィルム上に、Ｎｉ粒子を分散させた樹脂液を塗布する。そして、基材フィルムおよび樹脂液を、乾燥炉中で、磁石を上下に配置したＮｉ粒子配向器の間を通す。これにより、磁化したＮｉ粒子同士が上下にひも状につながって、鎖状Ｎｉ粒子（鎖状金属粒子）が形成される。
乾燥炉中で樹脂液が乾燥することで、樹脂が固化され、鎖状Ｎｉ粒子の形状および位置が樹脂内で固定される。これにより、ＡＣＦが形成される。
その後、膜厚検査、配向検査を経て、ＡＣＦは上下面からラミネートされて、樹脂シート状のＡＣＦが完成される。
【００４５】
図１０の下部には、Ｎｉ粒子が配向する前と配向後のＳＥＭ写真が表示されている。配向前は、細かいＮｉ粒子が密に分散している。配向後は、Ｎｉ粒子同士が集合して鎖状Ｎｉ粒子の固まりとなり、かつ、鎖状Ｎｉ粒子同士の間隔が拡大している。
つまり、配向前は、Ｎｉ粒子が密に分散していることで、樹脂膜の光透過率は高くない。このことから、従来のＡＣＦを光の通路として機能させるという発想そのものが生じなかったものと思われる。
それに対し、配向後は、鎖状Ｎｉ粒子同士の間隔が拡大することで、樹脂膜の光透過率が著しく向上することがわかる。本発明者達は、この点に着目したのである。
【００４６】
図１１（ａ），（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子を分散させたＡＣＦの電極間接続を行う前後における構造を示すＳＥＭ写真図，および３Ｄ−ＦＩＢ図である。図１１（ｂ）に示すように、上電極と下電極との間に、鎖状Ｎｉ粒子が介在し、両者が電気的に接続されていることがわかる。
【００４７】
以上のように、鎖状金属粒子を分散させたＡＣＦの製造工程は、簡素なものであり、格別高価な装置も不要である。よって、従来の球状の金属粒子を分散させたＡＣＦに比べても、それほど製造コストが高くなるわけではない。よって、ワイヤボンディングを行う工程に比べ、低コストを維持することができる。
【００４８】
（その他の実施の形態）
上記実施の形態および各実施例では、光デバイスをフリップチップ実装している。しかし、本発明の実装体は、必ずしもフリップチップ実装したものには限定されない。バルクＧａＮを用いた面発光レーザー等では、基板の主面側にｐ電極が、裏面側にｎ電極が設けられる。また、活性領域から上下に出光されるレーザ光を利用する場合には、必ずしもフリップチップ実装しなくてもよい。かかる場合においても、ＡＣＦが光の通路となっていることで、光デバイスの利用性が拡大し、ワイヤボンディング数も片側だけで済むので低減することができる。さらに、スルーホールを利用して、上面電極を裏面側に引き出すことも可能である。その場合でも、透明基板を用いた光デバイスであれば、ＡＣＦを光の通路として機能させることができる。
よって、低コストと高信頼性とを維持しつつ、光デバイスの利用性を拡大する，という本発明の基本的な効果を発揮することができる。
【００４９】
上記開示された本発明の実施の形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の実装体は、レーザダイオード、フォトダイオード、太陽電池などの光デバイスの実装に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態に係る実装体の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の変形例に係る実装体の構造を示す断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、実施の形態に係る実装体の組み立て手順を示す断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子の濃度−光透過率（可視領域）との関係を示す図、および光透過率の波長依存性を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、順に、実施例１で用いた光デバイス，実装基板（実装基体），および受光用ＰＤの構造を示す平面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、実施例１におけるＩＬＶ測定および光出力−波長特性を示す図である。
【図７】実施例１の比較例２に係る実装体の断面図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）は、順に、実施例１およびその別例に係る光導波部材を備えた実装体の例を示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｃ２）は、順に、実施例２に係るＬＥＤおよび実装基板の平面図，ならびに実装体の断面図である。
【図１０】ＡＣＦ製造工程を、Ｎｉ粒子の配向表示写真とと共に示す斜視図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、鎖状Ｎｉ粒子を分散させたＡＣＦの電極間接続を行う前後における構造を示す顕微鏡写真図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、順に、ワイヤボンディングを用いた実装法、米フリップチップ実装法，およびアンダーフィルを用いたフリップチップ実装法の手順を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 母基板（実装基体）
１ａ 開口（光伝達部）
５ 第１配線パッド
６ 第２配線パッド
１０ 光デバイス
１１ 動作領域
１２ 光ガイド領域
１３ 酸化狭窄層
１４ ｐコンタクト領域
１５ ｐ型電極
１６ ｎ型電極
３０ ＡＣＦ（異方導電性膜）
３１ 鎖状金属粒子
３２ 金属粒子
３４ 金スタッドバンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部に基体側導体を有する実装基体上に、一部にチップ側導体を有する光デバイスを搭載した実装体であって、
前記光デバイスは、前記実装基体に対向して、かつ、前記チップ側導体を前記基体側導体の上方に位置させて配置されており、
前記光デバイスと実装基体との間には、前記チップ側導体と前記基体側導体とを電気的に接続するとともに、前記光デバイスに出入りする光の通路となる異方導電性膜が介在している、実装体。
【請求項２】
請求項１記載の実装体において、
前記異方導電性膜は、使用光に対して６０％以上の光透過率を有している、実装体。
【請求項３】
請求項２記載の実装体において、
前記異方導電性膜は、金属粒子を縦方向に連鎖させてなる鎖状金属粒子を、透光性樹脂に分散させたものである、実装体。
【請求項４】
請求項３記載の実装体において、
前記鎖状金属粒子の金属粒子は、Ｎｉ粒である、実装体。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の実装体において、
前記光デバイスは、フリップチップ状態で配置されている、実装体。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の実装体において、
前記実装基体における前記光デバイスの下方に位置する領域には、光導波部材との光伝達部が設けられている、実装体。
【請求項７】
請求項６記載の実装体において、
前記光伝達部は、開口であり、
前記開口に、前記光導波部材である光ファイバーの端部が挿入されている、実装体。
【請求項１】
一部に基体側導体を有する実装基体上に、一部にチップ側導体を有する光デバイスを搭載した実装体であって、
前記光デバイスは、前記実装基体に対向して、かつ、前記チップ側導体を前記基体側導体の上方に位置させて配置されており、
前記光デバイスと実装基体との間には、前記チップ側導体と前記基体側導体とを電気的に接続するとともに、前記光デバイスに出入りする光の通路となる異方導電性膜が介在している、実装体。
【請求項２】
請求項１記載の実装体において、
前記異方導電性膜は、使用光に対して６０％以上の光透過率を有している、実装体。
【請求項３】
請求項２記載の実装体において、
前記異方導電性膜は、金属粒子を縦方向に連鎖させてなる鎖状金属粒子を、透光性樹脂に分散させたものである、実装体。
【請求項４】
請求項３記載の実装体において、
前記鎖状金属粒子の金属粒子は、Ｎｉ粒である、実装体。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の実装体において、
前記光デバイスは、フリップチップ状態で配置されている、実装体。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の実装体において、
前記実装基体における前記光デバイスの下方に位置する領域には、光導波部材との光伝達部が設けられている、実装体。
【請求項７】
請求項６記載の実装体において、
前記光伝達部は、開口であり、
前記開口に、前記光導波部材である光ファイバーの端部が挿入されている、実装体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１２】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１３５５１３（Ｐ２０１０−１３５５１３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０９０４３（Ｐ２００８−３０９０４３）
【出願日】平成２０年１２月３日（２００８．１２．３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月３日（２００８．１２．３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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