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JP5271141B2 - 光電気混載モジュールの製造方法およびそれによって得られた光電気混載モジュール - Google Patents

光電気混載モジュールの製造方法およびそれによって得られた光電気混載モジュール Download PDF

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Description

本発明は、光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子と備えた光電気混載モジュールの製造方法およびそれによって得られた光電気混載モジュールに関するものである。
従来の光電気混載モジュールは、図10に示すように、アンダークラッド層51,コア52およびオーバークラッド層53をこの順に形成した光導波路部分W0 と、基板55上に電気回路57(光学素子11実装用パッド57aを含む)を形成した電気回路部分E0 とを個別に作製し、その光導波路部分W0 のオーバークラッド層53の表面に、接着剤(図示せず)により、上記電気回路部分E0 の基板55の裏面を貼り合わせた後、上記電気回路部分E0 における電気回路57の光学素子11実装用パッド57aに光学素子11を実装して製造される(例えば、特許文献1参照)。このように、光導波路部分W0 と電気回路部分E0 とを貼り合わせた後に、上記光学素子11実装用パッド57aを目印にして、その電気回路部分E0 に光学素子11を実装すると、光学素子11を光導波路部分W0 のコア52に対して適正な位置に位置決めし易くなる。したがって、光導波路部分W0 と電気回路部分E0 とを貼り合わせた後、光学素子11を実装することが一般的に行われている。
そして、上記光学素子11が実装された後、バーンイン〔通常の使用条件よりも酷しい条件(例えば高い温度,高い電圧)にさらす処理〕工程を経て、上記光学素子11の実装状態が検査される。この検査で、光学素子11の実装状態が適正であるもの(合格品)は、製品として出荷され、適正でないもの(不合格)は、廃棄される。
特開2004−302345号公報
しかしながら、上記光電気混載モジュールの製造が、上記従来技術のように、光導波路部分W0 と電気回路部分E0 とを貼り合わせた後に、その電気回路部分E0 に光学素子11を実装するようにして行われると、上記光学素子11の実装検査で不合格と判断された場合、光電気混載モジュール全体が廃棄されることになる。上記光導波路部分W0 の形成材料は、非常に高価であり、廃棄されると、大幅な損失になる。ところが、従来は、光学素子11の適正位置への実装を重視していたため、このような損失に目をつぶっていた。
本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、コスト損失を抑制することができる光電気混載モジュールの製造方法およびそれによって得られた光電気混載モジュールの提供をその目的とする。
上記の目的を達成するため、本発明は、光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載モジュールの製造方法であって、上記光導波路部分の作製を、アンダークラッド層の表面に,光路用の線状のコアを形成した後,型成形法により,上記コアを被覆するオーバークラッド層の形成と同時に,所定の適正位置に,電気回路部分位置決め用の突起を形成して行い、上記電気回路部分の作製を、基板上に,光学素子実装用パッドを含む電気回路を形成するとともに,上記電気回路部分位置決め用の突起に嵌合する貫通孔を形成して行い、上記電気回路部分の光学素子実装用パッドに光学素子を実装した後、その光学素子の実装状態を検査し、適正な実装が確認できたときに、上記電気回路部分位置決め用の突起に、上記電気回路部分の上記貫通孔を嵌合させ、光学素子が実装された電気回路部分と光導波路部分とを一体化して光電気混載モジュールにする光電気混載モジュールの製造方法を第1の要旨とする。
また、本発明は、光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載モジュールであって、上記光導波路部分が、アンダークラッド層と,このアンダークラッド層の表面に,光路用の線状のコアと,このコアを被覆する,型成形製のオーバークラッド層と,このオーバークラッド層上に,そのオーバークラッド層と同材料を用いて形成された,上記型成形製の電気回路部分位置決め用の突起とを備え、上記電気回路部分が、基板と,この基板上に形成された光学素子実装用パッドを含む電気回路と,上記電気回路部分位置決め用の突起に嵌合する貫通孔とを備え、上記光学素子が、上記光学素子実装用パッドに実装された状態での適正実装検査の合格品であり、光学素子の実装された電気回路部分と光導波路部分との一体化による光電気混載モジュール化が、上記光導波路部分における上記電気回路部分位置決め用の突起に、上記電気回路部分における上記貫通孔を嵌合してなされている、上記製造方法により得られた光電気混載モジュールを第2の要旨とする。
本発明の光電気混載モジュールの製造方法は、光導波路部分を作製する工程において、電気回路部分位置決め用の突起を適正位置に形成し、電気回路部分を作製する工程において、上記電気回路部分位置決め用の突起に嵌合する貫通孔を適正位置に形成する。そして、その電気回路部分に光学素子を実装した後、その光学素子の実装状態を検査し、その検査により光学素子の適正な実装が確認できた合格品だけを、上記貫通孔を利用して、光導波路部分の上記突起に嵌合し、光電気混載モジュールにする。このため、上記検査により不合格品と判断されたものが光導波路部分に組み付けられて光電気混載モジュール全体が不良品になる、ということを防止することができる。その結果、大幅なコストの低減を実現することができる。また、本発明の光電気混載モジュールの製造方法では、上記のように、光導波路部分の上記突起に電気回路部分の上記貫通孔を嵌合させることにより、光学素子が実装された電気回路部分と光導波路部分とを一体化して光電気混載モジュールにするため、その一体化の際の、上記光学素子と光導波路部分との間の相互の適正な位置決めを、容易に行うことができる。
特に、上記電気回路部分位置決め用の突起が、上記コアの端部に対して適正位置に位置決めされ、その突起に嵌合する貫通孔が、光学素子実装用パッドに対して適正位置に位置決めされている場合には、上記光学素子実装用パッドに光学素子を実装した電気回路部分と、上記光導波路部分とを一体化することにより、上記コアの端部と光学素子とをより適正に位置決めすることができる。
さらに、上記電気回路部分の基板が、金属製であり、上記電気回路部分の作製工程が、その金属製基板の表面に,絶縁層を形成した後,その絶縁層の表面に,上記光学素子実装用パッドを含む電気回路を形成すると同時に,上記貫通孔形成予定部の周縁部分に貫通孔位置決め用の回路を形成する工程と、上記貫通孔位置決め用の回路を基準として上記貫通孔形成予定部の上記金属製基板部分をエッチングにより除去するとともに上記貫通孔形成予定部の絶縁層部分をエッチングにより除去して上記貫通孔を形成する工程と、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路および貫通孔位置決め用の回路の表面に実装用のめっき処理を施す工程と備えている場合には、上記貫通孔位置決め用の回路を利用して、上記電気回路部分位置決め用の突起に嵌合する貫通孔の形成位置を、より適正な位置に位置決めすることができる。しかも、上記基板が金属製であるため、貫通孔形成予定部の上記金属製基板部分をエッチングにより高精度に除去することができる。これらのことから、上記コアの端部と光学素子とをより一層適正に位置決めすることができる。さらに、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路および貫通孔位置決め用の回路の表面に対する上記実装用のめっき処理により、上記電気回路等の防錆効果を向上させることができる。
また、本発明の光電気混載モジュールは、光導波路部分における電気回路部分位置決め用の突起に、電気回路部分における貫通孔を嵌合させることにより、光学素子が実装された電気回路部分と光導波路部分とを一体化させたものであるため、上記光学素子と光導波路部分とが相互に適正に位置決めされた状態になっている。そして、電気回路部分の光学素子実装用パッドに実装された光学素子が適正実装検査の合格品であるため、本発明の光電気混載モジュールは、確実に光伝播することができる。
特に、上記電気回路部分位置決め用の突起が、上記コアの端部に対して適正位置に位置決めされ、その突起に嵌合する貫通孔が、光学素子実装用パッドに対して適正位置に位置決めされている場合には、上記コアの端部と光学素子とがより適正に位置決めされた状態となっている。このため、光伝播効率が向上したものとなっている。
さらに、上記電気回路部分の基板が、金属製であり、その金属製基板の表面に,絶縁層を介して,上記光学素子実装用パッドを含む電気回路と,貫通孔位置決め用の回路とが形成され、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路および貫通孔位置決め用の回路の表面に、実装用のめっき処理によるめっき層が形成されている場合には、上記電気回路部分位置決め用の突起に嵌合する貫通孔が、上記貫通孔位置決め用の回路を利用して、より適正な位置に位置決め形成されている。このため、上記コアの端部と光学素子とがより一層適正に位置決めされた状態となっており、光伝播効率がより向上したものとなっている。さらに、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路および貫通孔位置決め用の回路の表面に形成されためっき層により、上記電気回路等が錆びないようになっている。
(a)は、本発明の光電気混載モジュールの一実施の形態を模式的に示す平面図であり、(b)は、(a)のA−A断面図である。 上記図1(a)の光学素子が実装された電気回路部分のB−B断面の拡大図である。 (a)は、上記光電気混載モジュールの製造方法における光導波路部分のアンダークラッド層を形成する工程を模式的に示す説明図であり、(b)〜(c)は、コアを形成する工程を模式的に示す説明図である。 (a)〜(b)は、上記光導波路部分のオーバークラッド層を形成する工程を模式的に示す説明図であり、(c)は、上記コア端部の光反射面の形成工程を模式的に示す説明図である。 (a)〜(e)は、上記光電気混載モジュールの製造方法における電気回路部分の作製工程を拡大して模式的に示す説明図である。 (a)は、上記光電気混載モジュールの製造方法における光学素子の実装工程を拡大して模式的に示す説明図であり、(b)は、上記光学素子を樹脂封止する工程を拡大して模式的に示す説明図である。 上記電気回路部分を上記光導波路部分に組み付ける工程を模式的に示す説明図である。 (a)〜(d)は、上記電気回路部分の他の作製工程を模式的に示す説明図である。 本発明の光電気混載モジュールの他の実施の形態を模式的に示す断面図である。 従来の光電気混載モジュールの製造方法を模式的に示す説明図である。
つぎに、本発明の実施の形態を図面にもとづいて詳しく説明する。
図1(a)は、本発明の光電気混載モジュールの一実施の形態を模式的に示す平面図であり、図1(b)は、そのA−A断面図である。この光電気混載モジュールは、電気回路部分E1 位置決め用の突起4を有する光導波路部分W1 と、その突起4に嵌合する貫通孔8を有する電気回路部分E1 とを、個別に作製し、その電気回路部分E1 に光学素子11を実装した後、その光学素子11の実装状態を検査し、適正な実装が確認できた合格品だけを、上記貫通孔8を利用して、光導波路部分W1 の上記突起4に嵌合し一体化して構成されている。
より詳しく説明すると、上記光導波路部分W1 は、アンダークラッド層1と、このアンダークラッド層1の表面に、所定パターンの線状に形成された光路用のコア2と、このコア2を被覆した状態で上記アンダークラッド層1の表面に形成されたオーバークラッド層3と、上記コア2の一端部に対応する上記オーバークラッド層3上に、電気回路部分E1 位置決め用の4本の突起4とを備えている。これら突起4は、上記コア2の一端部に対して適正な位置に位置決めされている。さらに、この実施の形態では、各突起4は、円錐台状に形成されている。また、上記コア2の一端部およびそれに対応するアンダークラッド層1の部分には、図示のように逆V字状の切欠部40が形成されており、その逆V字状の切欠部40のコア2側の一側面は、上記コア2の軸方向に対して45°傾斜した傾斜面に形成され、その傾斜面に位置するコア2の端部が光反射面2aになっている。その光反射面2aは、上記光学素子11の下方に位置決め形成されている。さらに、この実施の形態では、上記突起4が形成されているオーバークラッド層3の一端部分3aは、電気回路部分E1 を組み付けるスペースを確保するため、厚みが薄く形成されており、オーバークラッド層3の他端部は、表面が外側に向かって反る略1/4円弧状のレンズ部3bに形成されている。
上記電気回路部分E1 は、図2にその断面〔図1(a)のB−B断面〕を拡大して示すように、四角形のステンレス製基板5と、このステンレス製基板5の下面に形成された絶縁層6と、この絶縁層6の下面に形成された光学素子11実装用パッド7aを含む電気回路7と、上記電気回路部分E1 位置決め用の突起4に嵌合する4個〔図1(a)参照〕の貫通孔8とを備えている。これら貫通孔8は、上記四角形の四隅部〔図1(a)参照〕に形成されている。また、この実施の形態では、上記絶縁層6の下面の上記貫通孔8周縁部分に、貫通孔8位置決め用の回路9が形成されている。この貫通孔8位置決め用の回路9は、上記貫通孔8を位置決め形成する際の目印に利用される。さらに、上記光学素子11実装用パッド7aを除く電気回路7および貫通孔8位置決め用の回路9の表面には、実装用のめっき処理によるめっき層10が形成されている。
上記光学素子11は、この実施の形態では、ワイヤーボンディングタイプの素子が用いられている。このため、上記光学素子11の実装は、その光学素子11の上面の電極(カソード)を、銀ペーストの硬化層(図示せず)を介して、上記光学素子11実装用パッド7aの下面に電気的に接続し、上記光学素子11の下面の電極(アノード)を、ボンディングワイヤ12により、上記電気回路7の2ndボンド用パッドに電気的に接続して行われている。さらに、上記実装状態では、上記光学素子11およびその周辺部は、透明樹脂13によりポッティング封止されている。なお、上記光学素子11の発光部または受光部は、その光学素子11の下面に形成されている。
そして、上記本発明の光電気混載モジュールは、図1(a),(b)に示すように、上記光導波路部分W1 における電気回路部分E1 位置決め用の突起4に、上記電気回路部分E1 における貫通孔8を嵌合したものとなっており、それにより、光学素子11が実装された電気回路部分E1 と光導波路部分W1 とが一体化している。上記光電気混載モジュールにおける光学素子11は、前記実装検査で合格したものである。なお、この実施の形態では、上記光学素子11は、その下面側(発光部または受光部が形成されている側)を光導波路部分W1 のコア2側〔図1(b)では下方〕に向けて配置されている。
上記光電気混載モジュールでは、光Lは、つぎのように伝播するようになっている。すなわち、例えば、上記光学素子11が発光素子である場合は、その光学素子11の発光部から下方に発光された光Lは、オーバークラッド層3を通り抜けた後、コア2の一端部に入射する。ついで、その光Lは、上記コア2の一端部の光反射面2aで反射して、コア2内を軸方向に進む。そして、その光Lは、コア2の他端面から出射し、その後、オーバークラッド層3の他端部のレンズ部3bのレンズ面から、そのレンズ部3bの屈折作用により、光Lの発散が抑制された状態で出射する。
一方、上記光学素子11が受光素子である場合は、図示しないが、光は、上記とは逆の方向に進む。すなわち、光は、オーバークラッド層3の他端部のレンズ部3bのレンズ面から入射し、そのレンズ部3bの屈折作用により、絞って集束された状態で、上記コア2の他端面からコア2内に入射する。ついで、その光は、コア2内を軸方向に進み、コア2の一端部の光反射面2aで上方に反射し、オーバークラッド層3を通り抜けて出射された後、上記光学素子11の受光部で受光される。
そして、上記本発明の光電気混載モジュールは、つぎのように、タッチパネルにおける指等の触れ位置の検知手段として用いることができる。すなわち、上記光学素子11を発光素子としたもの(光出射側)を、タッチパネルの四角形のディスプレイの画面周縁部の一側部に、複数並設し、上記光学素子11を受光素子としたもの(光入射側)を、上記ディスプレイの画面周縁部の他側部に、複数並設する。このとき、上記光電気混載モジュールのレンズ面が上記ディスプレイの画面の周縁に沿った状態で並設し、光出射側からの出射光を光入射側で入射できるようにする。これにより、光出射側からの複数の出射光が、ディスプレイの画面上において、その画面と平行に格子状に走るようにすることができる。このため、指でディスプレイの画面に触れると、その指が出射光の一部を遮断し、その遮断された部分を、光入射側で感知することにより、上記指が触れた部分の位置を検知することができる。
上記本発明の光電気混載モジュールは、下記の(1)〜(4)の工程を経て製造される。なお、その製造工程を示す図3(a)〜図7のうち、図5(a)〜(e)および図6(a),(b)は、図1(a)のB−B断面に相当する部分の断面を拡大した図であり、それ以外の図は、図1(a)のA−A断面に相当する部分の断面図である。
(1)上記光導波路部分W1 を作製する工程〔図3(a)〜(c),図4(a)〜(c)参照〕。
(2)上記電気回路部分E1 を作製する工程〔図5(a)〜(e)参照〕。
(3)上記電気回路部分E1 に光学素子11を実装した後、その光学素子11の実装状態を検査する工程〔図6(a),(b)参照〕。
(4)上記検査で適正な実装が確認できた合格品だけを、上記光導波路部分W1 に組み付ける工程(図7参照)。
上記(1)の光導波路部分W1 の作製工程について説明する。まず、アンダークラッド層1を形成する際に用いる平板状の基台20〔図3(a)参照〕を準備する。この基台20の形成材料としては、例えば、ガラス,石英,シリコン,樹脂,金属等があげられる。また、基台20の厚みは、例えば、20μm〜5mmの範囲内に設定される。
ついで、図3(a)に示すように、上記基台20の表面の所定領域に、感光性エポキシ樹脂等の、アンダークラッド層1形成用の感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布した後、必要に応じて、それを加熱処理(50〜120℃×10〜30分間程度)して乾燥させ、アンダークラッド層1形成用の感光性樹脂層1Aを形成する。そして、その感光性樹脂層1Aを、紫外線等の照射線により露光することにより、アンダークラッド層1に形成する。アンダークラッド層1の厚みは、通常、1〜50μmの範囲内に設定される。
つぎに、図3(b)に示すように、上記アンダークラッド層1の表面に、上記アンダークラッド層1形成用の感光性樹脂層1Aの形成方法と同様にして、コア2形成用の感光性樹脂層2Aを形成する。そして、コア2のパターンに対応する開口パターンが形成されているフォトマスクを介して、上記感光性樹脂層2Aを照射線により露光する。つぎに、加熱処理を行った後、現像液を用いて現像を行うことにより、図3(c)に示すように、上記感光性樹脂層2Aにおける未露光部分を溶解させて除去し、残存した感光性樹脂層2Aをコア2のパターンに形成する。コア2の厚み(高さ)は、通常、5〜60μmの範囲内に設定される。コア2の幅は、通常、5〜60μmの範囲内に設定される。
なお、上記コア2の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層1と同様の感光性樹脂があげられ、上記アンダークラッド層1および下記オーバークラッド層3〔図4(b)参照〕の形成材料よりも屈折率が大きい材料が用いられる。この屈折率の調整は、例えば、上記アンダークラッド層1,コア2,オーバークラッド層3の各形成材料の種類の選択や組成比率を調整して行うことができる。
つぎに、オーバークラッド層3〔図4(b)参照〕と、電気回路部分E1 位置決め用の突起4〔図4(b)参照〕とを同時に型成形する際に用いる成形型30〔図4(a)参照〕を準備する。この成形型30の下面には、上記オーバークラッド層3の形状に対応する型面を有する凹部31が形成されている。この凹部31は、電気回路部分E1 〔図1(b)参照〕組付用の部分31aと、レンズ部3b〔図4(b)参照〕形成用の部分31bとを有している。そして、上記凹部31の電気回路部分E1 組付用の部分31aには、上記電気回路部分E1 位置決め用の突起4の形状に対応する窪み32が形成されている。また、上記成形型30の上面には、その使用の際にコア2の一端面〔図4(a)では右端面〕に位置合わせして成形型30を適正に位置決めするためのアライメントマーク(図示せず)が形成されており、このアライメントマークを基準とする所定の適正な位置に、上記凹部31および窪み32が形成されている。
すなわち、上記アライメントマークを基準にして上記成形型30をセットし、その状態で成形すると、コア2の一端面を基準として所定の適正な位置に、オーバークラッド層3と、電気回路部分E1 位置決め用の突起4とを同時に型成形することができるようになっている。また、上記成形型30のセットは、その成形型30の下面をアンダークラッド層1の表面に密着させることにより行われ、それにより、上記凹部31および窪み32の型面とアンダークラッド層1の表面とコア2の表面で囲まれる空間が成形空間33になるようになっている。さらに、上記成形型30には、オーバークラッド層3および電気回路部分E1 位置決め用の突起4形成用の感光性樹脂を上記成形空間33に注入するための注入孔(図示せず)が、上記凹部31および窪み32に連通した状態で形成されている。また、上記成形型30としては、その成形型30を通して、上記成形空間33に満たされたオーバークラッド層3形成用の感光性樹脂を、紫外線等の照射線により露光する必要があるため、照射線を透過する材料からなるもの(例えば石英製のもの)が用いられる。
ついで、図4(a)に示すように、上記成形型30のアライメントマークを上記コア2の一端面に位置合わせし成形型30全体を適正に位置決めした状態で、その成形型30の下面をアンダークラッド層1の表面に密着させる。そして、上記凹部31および窪み32の型面とアンダークラッド層1の表面とコア2の表面で囲まれた成形空間33に、オーバークラッド層3および電気回路部分E1 位置決め用の突起4形成用の感光性樹脂を、上記成形型30に形成された注入孔から注入し、上記成形空間33を上記感光性樹脂で満たす。つぎに、上記成形型30を通して紫外線等の照射線を露光した後に加熱処理を行う。これにより、上記感光性樹脂が硬化し、オーバークラッド層3と、電気回路部分E1 位置決め用の突起4とが同時に形成される。ついで、脱型し、図4(b)に示すように、オーバークラッド層3と、電気回路部分E1 位置決め用の突起4とを得る。この電気回路部分E1 位置決め用の突起4は、先に述べたように、上記成形型30を用いコア2の一端面を基準として形成したため、コア2の一端面に対して所定の適正な位置に位置決めされている。また、上記オーバークラッド層3のレンズ部3bも、適正な位置に位置決めされている。
上記オーバークラッド層3の厚み(アンダークラッド層1の表面からの厚み)は、コア2の一端側(図では右側)の薄い部分がコア2の厚みを上回り150μm以下の範囲内、コア2の他端側(図では左側)の厚い部分がコア2の厚みを上回り1200μm以下の範囲内に設定される。また、上記電気回路部分E1 位置決め用の突起4は、円錐台状に形成され、高さが500〜1200μmの範囲内、底面の直径が800〜3000μmの範囲内、頂面の直径が500〜2000μmの範囲内に設定される。上記のように、上記電気回路部分E1 位置決め用の突起4を円錐台状に形成すると、後の工程で、その突起4に電気回路部分E1 における貫通孔8を嵌合させる際に、上記突起4の外径,上記貫通孔8の内径が設計値から少し外れていたとしても、上記突起4と貫通孔8とは、同軸的に嵌合し、その軸に直角な平面方向の、光導波路部分W1 と電気回路部分E1 との位置ずれが防止される。
なお、上記オーバークラッド層3の形成材料としては、例えば、上記アンダークラッド層1と同様の感光性樹脂があげられる。その粘度は、上記成形空間33への注入を可能にするため、好適には、100〜2000mPa・sの範囲内に設定される。
ついで、アンダークラッド層1の裏面から基台20を剥離した後、刃先角度90°のV字型刃先のダイシングブレード等を用いて、アンダークラッド層1の裏面側から、コア2の一端部を切削し、図4(c)に示すように、コア2の一端部に対応する部分に、逆V字状の切欠部40を形成する。これにより、その逆V字のコア2部分が、45°傾斜した光反射面2aに形成される。この光反射面2aは、後の工程で実装される光学素子11の下方に形成される。これにより、上記(1)の光導波路部分W1 の作製工程が完了する。
つぎに、上記(2)の電気回路部分E1 の作製工程について説明する。まず、四角形のステンレス製基板5〔図5(a)参照〕を準備する。このステンレス製基板5の大きさは、例えば、縦の長さ×横の長さが10〜40mm×20〜40mmの範囲内、厚みが0.04〜0.2mmの範囲内に設定される。
ついで、図5(a)に示すように、上記ステンレス製基板5の表面全体に、感光性ポリイミド樹脂等の、絶縁層6形成用の感光性樹脂が溶媒に溶解しているワニスを塗布した後、必要に応じて、それを加熱処理して乾燥させ、絶縁層6形成用の感光性樹脂層6Aを形成する。そして、その感光性樹脂層6Aを、紫外線等の照射線により露光することにより、絶縁層6に形成する。絶縁層6の厚みは、通常、5〜15μmの範囲内に設定される。
つぎに、図5(b)に示すように、セミアディティブ法により、上記絶縁層6の表面に、光学素子11実装用パッド7aを含む電気回路7と、貫通孔8〔図5(d)参照〕位置決め用の回路9とを、同時に形成する。これにより、上記貫通孔8位置決め用の回路9は、上記光学素子11実装用パッド7aに対して適正に位置決めされた状態で形成される。なお、この実施の形態では、上記電気回路7は、上記四角形の中央部に形成し、上記貫通孔8位置決め用の回路9は、貫通孔8形成予定部(上記四角形の四隅部)の周縁部分に形成している。
なお、上記セミアディティブ法による上記電気回路7および貫通孔8位置決め用の回路9の形成は、例えば、つぎのようにして行われる。すなわち、まず、上記絶縁層6の表面に、スパッタリングまたは無電解めっき等により金属層(厚み600〜2600Å程度)を形成する。この金属層は、後の電解めっきを行う際のシード層(電解めっき層形成の素地となる層)となる。ついで、上記ステンレス製基板5,絶縁層6およびシード層からなる積層体の両面に、ドライフィルムレジストを貼着した後、上記シード層が形成されている側のドライフィルムレジストに、フォトリソグラフィ法により上記電気回路7および貫通孔8位置決め用の回路9のパターンの溝部を同時に形成し、その溝部の底に上記シード層の表面部分を露呈させる。つぎに、電解めっきにより、上記溝部の底に露呈した上記シード層の表面部分に、電解めっき層(厚み5〜20μm程度)を積層形成する。そして、上記ドライフィルムレジストを水酸化ナトリウム水溶液等により剥離する。その後、上記電解めっき層が形成されていないシード層部分をソフトエッチングにより除去し、残存した電解めっき層とその下のシード層とからなる積層部分を電気回路7および貫通孔8位置決め用の回路9に形成する。
そして、それを露光機にセットし、表面側(電気回路7側)と裏面側(ステンレス製基板5側)とをカメラで撮影し、その画像を基に、上記貫通孔8位置決め用の回路9を目印として、上記ステンレス製基板5における貫通孔8形成予定部の位置を適正に位置決めする。ついで、その貫通孔8形成予定部を除く部分を、ドライフィルムレジストで覆う。つぎに、図5(c)に示すように、露呈している上記貫通孔8形成予定部のステンレス製基板5部分を、塩化第2鉄水溶液を用いてエッチングすることにより除去する。これにより、同図に示すように、その除去部分5aから上記絶縁層6の部分が露呈する。
つぎに、図5(d)に示すように、上記露呈した絶縁層6の部分を、ケミカルエッチング液を用いてエッチングすることにより除去する。これにより、上記貫通孔8形成予定部に貫通孔8を形成する。この貫通孔8は、上記セミアディティブ法により、光学素子11実装用パッド7aと同時に形成した貫通孔8位置決め用の回路9を基準に形成されているため、上記貫通孔8は、上記光学素子11実装用パッド7aに対して所定の適正な位置に、自動的に位置決め形成される。
そして、上記光学素子11実装用パッド7aをレジストで被覆し、実装用の電解めっき処理を施す。これにより、図5(e)に示すように、上記光学素子11実装用パッド7aを除く電気回路7および貫通孔8位置決め用の回路9の表面に、めっき層10が形成される。このめっき層10の成分としては、金,ニッケル等があげられる。また、そのめっき層10の厚みは、通常、0.2〜0.5μmの範囲内に設定される。その後、上記光学素子11実装用パッド7aを被覆しているレジストを、アルカリ液で洗い流すことにより除去する。これにより、上記(2)の電気回路部分E1 の作製工程が完了する。
つぎに、前記(3)の光学素子11の実装,検査工程について説明する。まず、上記電気回路部分E1 の光学素子11実装用パッド7aの表面に、銀ペースト(図示せず)を塗布する。その後、図6(a)に示すように、高精度ダイボンダ(実装装置)を用いて、上記銀ペースト上に、上記光学素子11を実装する。このとき、光学素子11の下面の電極(カソード)を上記銀ペーストに接触させる。その後、キュア処理し、上記銀ペーストを硬化させる。ついで、ワイヤボンダ(接続装置)を用いて、上記光学素子11の上面の電極(アノード)と、上記電気回路7の2ndボンド用パッドとを、ボンディングワイヤ12により電気的に接続する。その後、図6(b)に示すように、上記光学素子11およびその周辺部を、透明樹脂13によりポッティング封止する。これにより、光学素子11の実装工程が完了する。この光学素子11が実装された電気回路部分E1 においては、先に述べたように、図5(d)の工程で形成された貫通孔8が、上記光学素子11実装用パッド7aに対して所定の適正な位置に位置決めされているため、その光学素子11実装用パッド7aに実装した光学素子11と上記貫通孔8とは、所定の適正な位置関係になっている。
そして、上記光学素子11が実装された電気回路部分E1 に対して、バーンイン〔通常の使用条件よりも酷しい条件(例えば高い温度,高い電圧)にさらす処理〕を行った後、上記光学素子11の実装状態を検査する。この検査では、上記光学素子11が発光素子である場合、電気回路部分E1 の電気回路7に電流を流し、発光素子から光が発光されるか否かを確認する。発光が確認できるものは、合格品と判断でき、発光が確認できないものは、不合格品と判断される。一方、上記光学素子11が受光素子である場合、その受光素子に光を当て、その受光素子から電気信号が電気回路7に送られるか否かを確認する。この電気信号が確認できるものは、合格品と判断でき、上記電気信号が確認できないものは、不合格品と判断される。これにより、上記(3)の光学素子11の検査工程が完了する。
つぎに、前記(4)の組み付け工程について説明する。まず、上記(3)の検査工程で合格品と判断されたものを、図7に示すように、上記光学素子11の実装側を光導波路部分W1 のコア2側(図7では下方)に向けた状態で位置決めする。そして、上記光導波路部分W1 における電気回路部分E1 位置決め用の突起4に、上記電気回路部分E1 における貫通孔8を嵌合させ、上記光導波路部分W1 と電気回路部分E1 とを一体化する。この場合、さらに、上記突起4と貫通孔8との嵌合部を接着剤で固定してもよい。このようにして、目的とする光電気混載モジュール〔図1(a),(b)参照〕が完成する。
ここで、先に述べたように、上記光導波路部分W1 では、コア2の一端面と電気回路部分E1 位置決め用の突起4とが適正な位置関係にある。また、上記光学素子11が実装された電気回路部分E1 では、光学素子11と上記突起4に嵌合する貫通孔8とが適正な位置関係にある。その結果、上記突起4に上記貫通孔8を嵌合してなる上記光電気混載モジュールでは、コア2の一端面と光学素子11とが、自動的に適正な位置関係になるため、適正な光伝播が可能になっている。
そして、このような光電気混載モジュールの製造方法では、光電気混載モジュールの完成に先立って、電気回路部分E1 に実装された光学素子11の実装状態を検査することができるため、上記検査により不合格品と判断されたものが光導波路部分W1 に組み付けられて光電気混載モジュール全体(完成品)が不良品になる、ということが防止される。
なお、上記実施の形態では、電気回路部分E1 の作製において、貫通孔8形成予定部の周縁部分に貫通孔8位置決め用の回路9を形成したが、この回路9を形成することなく、電気回路部分E2 〔図8(d)参照〕を作製してもよい。この電気回路部分E2 の作製方法は、まず、図8(a)に示すように、上記ステンレス製基板5の表面のうち、貫通孔8〔図8(c)参照〕形成予定部を除く部分に、フォトリソグラフィ法により絶縁層6を形成する。ついで、図8(b)に示すように、上記実施の形態と同様にして、セミアディティブ法により、上記絶縁層6の表面に、光学素子11実装用パッド7aを含む電気回路7を形成する。ついで、上記ステンレス製基板5,絶縁層6および電気回路7からなる積層体の両面に、ドライフィルムレジストを貼着した後、片面側のドライフィルムレジストに、上記光学素子11実装用パッド7aを基準として、フォトリソグラフィ法により上記貫通孔8形成予定部のパターンの孔部を形成し、その孔部の底に上記ステンレス製基板5の表面部分を露呈させる。つぎに、図8(c)に示すように、上記孔部の底に露呈した上記ステンレス製基板5部分を、塩化第2鉄水溶液を用いてエッチングすることにより除去する。これにより、上記貫通孔8形成予定部に貫通孔8を形成する。その後、図8(d)に示すように、上記実施の形態と同様にして、実装用の電解めっき処理を施し、上記光学素子11実装用パッド7aを除く電気回路7の表面に、めっき層10を形成する。このようにして、上記電気回路部分E2 を作製してもよい。この場合、製造工程の短縮化が可能になる。
また、上記実施の形態では、図1(a),(b)に示すように、オーバークラッド層3の他端部(図では左端部)をレンズ部3bに形成したが、図9に示すように、コア2およびオーバークラッド層3の他端部を一端部と同様に形成して光導波路部分W2 を作製し、その他端部にも、上記実施の形態と同様にして、光学素子11を実装した電気回路部分E1 ,E2 を組み付けて構成してもよい。この場合は、一端側の光学素子11を発光素子、他端側の光学素子11を受光素子とし、発光素子の光をコア2を介して受光素子で受光できるようにする。
さらに、上記実施の形態では、オーバークラッド層3および電気回路部分E1 ,E2 位置決め用の突起4を型成形する際に、成形型30をセットしてから、成形空間33に感光性樹脂を注入したが、上記成形型30を用いたプレス成形により行ってもよい。すなわち、コア2を被覆するように、オーバークラッド層3形成領域と電気回路部分E1 ,E2 位置決め用の突起4形成領域とをもつ感光性樹脂層を形成し、その感光性樹脂層に対して上記成形型30をプレスし、その状態で、上記成形型30を通して紫外線等の照射線を露光,加熱処理を行ってもよい。
また、上記実施の形態では、電気回路部分E1 ,E2 の作製工程において、光学素子11実装用パッド7aを除く電気回路7の表面,貫通孔8位置決め用の回路9の表面に、めっき層10を形成したが、このめっき層10は、必要に応じて形成され、不要な場合は、形成しなくてもよい。
さらに、上記実施の形態では、電気回路部分E1 ,E2 の作製にステンレス製基板5を用いたが、他の金属材料または樹脂材料等からなる基板5を用いてもよい。その基板5が絶縁性を有するものである場合は、絶縁層6を形成することなく、上記基板5に直接、電気回路7を形成してもよい。上記絶縁層6は、上記金属製基板5のような通電性を有する基板5と電気回路7との短絡を防止するためのものである。
また、上記実施の形態では、光学素子11として、ワイヤーボンディングタイプの素子を用いたが、フリップチップタイプの素子を用いてもよい。
つぎに、実施例について説明する。但し、本発明は、実施例に限定されるわけではない。
〔アンダークラッド層,オーバークラッド層および電気回路部分位置決め用の突起の形成材料〕
ビスフェノキシエタノールフルオレングリシジルエーテル(成分A)35重量部、脂環式エポキシ樹脂である3’,4’−エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート(ダイセル化学工業社製、セロキサイド2021P)(成分B)40重量部、(3’,4’−エポキシシクロヘキサン)メチル−3’,4’−エポキシシクロヘキシル−カルボキシレート(ダイセル化学工業社製、セロキサイド2081)(成分C)25重量部、4,4’−ビス〔ジ(β−ヒドロキシエトキシ)フェニルスルフィニオ〕フェニルスルフィド−ビス−ヘキサフルオロアンチモネートの50重量%プロピオンカーボネート溶液(成分D)2重量部とを混合することにより、アンダークラッド層およびオーバークラッド層ならびに電気回路部分位置決め用の突起の形成材料を調製した。
〔コアの形成材料〕
上記成分A:70重量部、1,3,3−トリス{4−〔2−(3−オキセタニル)〕ブトキシフェニル}ブタン:30重量部、上記成分D:1重量部を乳酸エチルに溶解することにより、コアの形成材料を調製した。
〔光導波路部分の作製〕
まず、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム(厚み188μm)の表面に、上記アンダークラッド層の形成材料をアプリケーターにより塗布した後、2000mJ/cm2 の紫外線(波長365nm)照射による露光を行うことにより、アンダークラッド層(厚み25μm)を形成した〔図3(a)参照〕。
ついで、上記アンダークラッド層の表面に、上記コアの形成材料をアプリケーターにより塗布した後、100℃×15分間の乾燥処理を行い、感光性樹脂層を形成した〔図3(b)参照〕。つぎに、その上方に、コアのパターンと同形状の開口パターンが形成された合成石英系のクロムマスク(フォトマスク)を配置した。そして、その上方から、プロキシミティ露光法にて4000mJ/cm2 の紫外線(波長365nm)照射による露光を行った後、80℃×15分間の加熱処理を行った。つぎに、γ−ブチロラクトン水溶液を用いて現像することにより、未露光部分を溶解除去した後、120℃×30分間の加熱処理を行うことにより、コア(厚み50μm、幅50μm)を形成した〔図3(c)参照〕。
つぎに、オーバークラッド層と、電気回路部分位置決め用の突起とを同時に型成形する石英製の成形型を、コアの一端面を基準として所定の適正位置にセットした〔図4(a)参照〕。そして、上記オーバークラッド層および電気回路部分位置決め用の突起の形成材料を、成形空間に注入した後、その成形型を通して2000mJ/cm2 の紫外線照射による露光を行った。つづいて、120℃×15分間の加熱処理を行った後、脱型し、オーバークラッド層と、電気回路部分位置決め用の4本の突起とを得た〔図4(b)参照〕。上記オーバークラッド層は、一端側が薄く形成され、他端側が厚く形成されており、薄い部分の厚み(アンダークラッド層の表面からの厚み)は、接触式膜厚計で測定すると、90μm、厚い部分の厚みは1000μmであった。また、上記突起は、円錐台状に形成され、その高さは、電子顕微鏡を用いて測定すると、800μm、底面の直径は2000μm、頂面の直径は1000μmであった。
ついで、アンダークラッド層の裏面から上記PETフィルムを剥離した後、刃先角度90°のV字型刃先のダイシングブレードを用いて、アンダークラッド層の裏面側から、コアの一端部を切削し、コアの一端部を45°傾斜した光反射面に形成した。その光反射面は、後の工程で実装される発光素子の発部の下方に形成した〔図4(c)参照〕。このようにして、光導波路部分を作製した。
〔電気回路部分の作製〕
ステンレス製基板〔25mm×30mm×35μm(厚み)〕の表面全体に、感光性ポリイミド樹脂からなる絶縁層(厚み10μm)を形成した〔図5(a)参照〕。ついで、セミアディティブ法により、上記絶縁層の表面に、銅/ニッケル/クロム合金からなるシード層と、電解銅めっき層(厚み10μm)とが積層形成された光学素子実装用パッドを含む電気回路と、貫通孔位置決め用の回路とを形成した〔図5(b)参照〕。
そして、露光機を用いて、上記貫通孔位置決め用の回路を基準として貫通孔形成予定部のステンレス製基板部分を位置決めした。ついで、その貫通孔形成予定部を除く部分を、ドライフィルムレジストで覆った後、露呈している上記貫通孔形成予定部のステンレス製基板部分を、塩化第2鉄水溶液を用いてエッチングすることにより除去した〔図5(c)参照〕。そして、その除去部分から露呈する上記絶縁層部分を、ポリイミドケミカルエッチング液を用いてエッチングすることにより除去し、貫通孔を形成した〔図5(d)参照〕。
その後、上記光学素子実装用パッドをレジストで被覆し、実装用の電解めっき処理を施し、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路および貫通孔位置決め用の回路の表面に、金からなるめっき層とニッケルからなるめっき層の2層からなるめっき層(厚み0.5μm)を形成した〔図5(e)参照〕。このようにして、電気回路部分を作製した。
〔発光素子の実装〕
上記光学素子実装用パッドの表面に、銀ペーストを塗布した後、高精度ダイボンダ(実装装置)を用いて、上記銀ペースト上に、ワイヤーボンディングタイプの発光素子(Optwell社製、SM85−1N001)を実装した。このとき、発光素子の裏面の電極(カソード)を上記銀ペーストに接触させた。その後、キュア処理し、上記銀ペーストを硬化させた。ついで、ワイヤボンダ(接続装置)を用いて、上記発光素子の表面の電極(アノード)と、上記電気回路の2ndボンド用パッドとを、ボンディングワイヤにより電気的に接続した〔図6(a)参照〕。その後、上記光学素子およびその周辺部を、透明樹脂(日東電工社製、NT−8038)によりポッティング封止した〔図6(b)参照〕。このようにして、上記電気回路部分に発光素子を実装した。
〔発光素子の実装検査〕
上記光学素子が実装された電気回路部分に対して、バーンインを行った後、定電流発生源を用いて、上記電気回路部分の電気回路に電流を流し、発光素子から光が発光されるか否かを確認した。発光が確認できたものは、合格品と判断し、発光が確認できなかったものは、不合格品と判断した。
〔光電気混載モジュールの製造〕
上記検査で合格品と判断されたものを、光導波路部分の一端部に組み付けた。すなわち、上記光導波路部分における電気回路部分位置決め用の突起に、上記電気回路部分における貫通孔を嵌合させた。その後、その嵌合部を接着剤で固定した。このようにして、光電気混載モジュールを製造した〔図1(a),(b)参照〕。
上記実施例1において、電気回路部分をつぎのようにして作製した。それ以外は、上記実施例1と同様にして、光電気混載モジュールを製造した。
〔電気回路部分の作製〕
上記ステンレス製基板の表面のうち、貫通孔形成予定部を除く部分に、フォトリソグラフィ法により絶縁層(厚み10μm)を形成した〔図8(a)参照〕。ついで、上記実施例1と同様にして、上記絶縁層の表面に、銅/ニッケル/クロム合金からなるシード層と、電解銅めっき層(厚み10μm)とが積層形成された光学素子実装用パッドを含む電気回路を形成した〔図8(b)参照〕。
ついで、上記ステンレス製基板,絶縁層および電気回路からなる積層体の両面に、ドライフィルムレジストを貼着した後、片面側のドライフィルムレジストに、フォトリソグラフィ法により上記貫通孔形成予定部のパターンの孔部を形成し、その孔部の底に上記ステンレス製基板の表面部分を露呈させた。つぎに、上記孔部の底に露呈した上記ステンレス製基板部分を、塩化第2鉄水溶液を用いてエッチングすることにより除去し、上記貫通孔形成予定部に貫通孔を形成した〔図8(c)参照〕。その後、上記実施例1と同様にして、実装用の電解めっき処理を施し、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路の表面に、金からなるめっき層とニッケルからなるめっき層の2層からなるめっき層(厚み0.5μm)を形成した〔図8(d)参照〕。このようにして、電気回路部分を作製した。
〔光伝播試験〕
上記実施例1,2の光電気混載モジュールの発光素子に電流を流し、発光素子から光を出射させた。そして、光電気混載モジュールの他端部から光が出射されることを確認した。
この結果から、上記製造方法により得られた光電気混載モジュールは、適正に光伝播することがわかる。また、上記製造方法では、光電気混載モジュールの完成に先立って、電気回路部分に実装された光学素子の実装状態を検査することにより、その検査により不合格品と判断されたものが光導波路部分に組み付けられて光電気混載モジュール全体(完成品)が不良品になる、ということが防止された。
本発明の光電気混載モジュールは、タッチパネルにおける指等の触れ位置の検知手段、または音声や画像等のデジタル信号を高速で伝送,処理する情報通信機器,信号処理装置等に用いることができる。
1 光導波路部分
1 電気回路部分
4 突起
8 貫通孔
11 光学素子

Claims (8)

  1. 光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載モジュールの製造方法であって、上記光導波路部分の作製を、アンダークラッド層の表面に,光路用の線状のコアを形成した後,型成形法により,上記コアを被覆するオーバークラッド層の形成と同時に,所定の適正位置に,電気回路部分位置決め用の突起を形成して行い、上記電気回路部分の作製を、基板上に,光学素子実装用パッドを含む電気回路を形成するとともに,上記電気回路部分位置決め用の突起に嵌合する貫通孔を形成して行い、上記電気回路部分の光学素子実装用パッドに光学素子を実装した後、その光学素子の実装状態を検査し、適正な実装が確認できたときに、上記電気回路部分位置決め用の突起に、上記電気回路部分の上記貫通孔を嵌合させ、光学素子が実装された電気回路部分と光導波路部分とを一体化して光電気混載モジュールにすることを特徴とする光電気混載モジュールの製造方法。
  2. 上記電気回路部分位置決め用の突起が、上記コアの端部に対して適正位置に位置決めされ、その突起に嵌合する貫通孔が、光学素子実装用パッドに対して適正位置に位置決めされている請求項1記載の光電気混載モジュールの製造方法。
  3. 上記電気回路部分の基板が、金属製であり、上記電気回路部分の作製工程が、その金属製基板の表面に,絶縁層を形成した後,その絶縁層の表面に,上記光学素子実装用パッドを含む電気回路を形成すると同時に,上記貫通孔形成予定部の周縁部分に貫通孔位置決め用の回路を形成する工程と、上記貫通孔位置決め用の回路を基準として上記貫通孔形成予定部の上記金属製基板部分をエッチングにより除去するとともに上記貫通孔形成予定部の絶縁層部分をエッチングにより除去して上記貫通孔を形成する工程と、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路および貫通孔位置決め用の回路の表面に実装用のめっき処理を施す工程と備えている請求項1または2記載の光電気混載モジュールの製造方法。
  4. 光導波路部分と、電気回路部分と、この電気回路部分に実装された光学素子とを備えた光電気混載モジュールであって、上記光導波路部分が、アンダークラッド層と,このアンダークラッド層の表面に,光路用の線状のコアと,このコアを被覆する,型成形製のオーバークラッド層と,このオーバークラッド層上に,そのオーバークラッド層と同材料を用いて形成された,上記型成形製の電気回路部分位置決め用の突起とを備え、上記電気回路部分が、基板と,この基板上に形成された光学素子実装用パッドを含む電気回路と,上記電気回路部分位置決め用の突起に嵌合する貫通孔とを備え、上記光学素子が、上記光学素子実装用パッドに実装された状態での適正実装検査の合格品であり、光学素子の実装された電気回路部分と光導波路部分との一体化による光電気混載モジュール化が、上記光導波路部分における上記電気回路部分位置決め用の突起に、上記電気回路部分における上記貫通孔を嵌合してなされていることを特徴とする、請求項1の製造方法により得られた光電気混載モジュール。
  5. 上記電気回路部分位置決め用の突起が、上記コアの端部に対して適正位置に位置決めされ、その突起に嵌合する貫通孔が、光学素子実装用パッドに対して適正位置に位置決めされている請求項4記載の光電気混載モジュール。
  6. 上記電気回路部分の基板が、金属製であり、その金属製基板の表面に,絶縁層を介して,上記光学素子実装用パッドを含む電気回路と,貫通孔位置決め用の回路とが形成され、上記光学素子実装用パッドを除く電気回路および貫通孔位置決め用の回路の表面に、実装用のめっき処理によるめっき層が形成されている請求項4または5記載の光電気混載モジュール。
  7. 上記電気回路部分位置決め用の突起が、円錐台状に形成されている請求項4〜6のいずれか一項に記載の光電気混載モジュール。
  8. 上記電気回路部分位置決め用の突起が形成されているオーバークラッド層の部分が、他のオーバークラッド層の部分よりも、厚みが薄く形成されている請求項4〜7のいずれか一項に記載の光電気混載モジュール。
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