光模块构造体的制作方法

本发明涉及将电信号变换成光信号来发送或接收光信号的光模块构造。

背景技术：

在现有技术中，如图6所示，在光模块50中设有：内部波导52，设置在形成于发光(发送)侧光模块50a和受光(接收)侧光模块50b各自的第1基板51的表面的槽内；光路变换用镜部53，形成于该槽的前端部。

此外，在发光侧光模块50a的第1基板51的表面，安装有经由镜部53向内部波导52的芯部发出光信号的发光元件(光元件)54a。此外，同样地，在受光侧光模块50b的第1基板51的表面，安装有经由镜部53接收来自内部波导52的芯部的光信号的受光元件(光元件)54b。

另外，与发光元件54a和受光元件54b各自的内部波导52的芯部以光学方式结合有外部波导(光纤)55。

在各个第1基板51的表面，以发光元件54a的发光面或受光元件54b的受光面作为安装面，夹着凸块倒装式安装有发光元件54a或受光元件54b。此外，各个第1基板51分别被设置在不同的第2基板(内插基板)56的表面。在各个第2基板56的表面，安装有形成了用于向发光元件54a发送电信号的ic电路的信号处理部(ic基板)57a、或、形成了用于接收来自受光元件54b的电信号的ic电路的信号处理部(ic基板)57b。发光元件54a与信号处理部57a通过环状的接合线58被电连接，受光元件54b与信号处理部57b通过环状的接合线58被电连接。此外，用于将信号处理部57a、57b电连接到其他电路装置的连接器59设置在各个模块50a、50b中，各个连接器59与信号处理部57a、57b通过环状的接合线60被电连接。

在这种光模块50中，作为用于实现10gbs以上的高速传输的方法，可考虑发送电信号的每一根布线的高速化、或、同时传输多个电信号的多通道化。

每一根布线的高速化的情况下，由于接合线58的阻抗分量引起的阻抗不匹配，不能忽略信号反射引起的延迟中高频信号的劣化。在此，阻抗分量与接合线58的长度成正比，因此为了实现每一根布线的高速化，需要使接合线58的长度变短。

此外，多通道化的情况下，由于并排配置多个布线，因此在各个布线间电信号相互干扰的串扰增加会成为问题。一般，串扰是因布线间的电容耦合引起的，作为用于降低的对策，可列举布线长度的缩短、布线间隔的增加、gnd电路(接地电路)中的屏蔽等。

但是，在接合线58中，无法实现gnd电路中的屏蔽，若增加布线间隔，则会产生光模块大型化的缺点。因此，考虑多通道化时，也需要使接合线58的长度变短。

作为现有技术中的其他光模块，图7示出了基于接合线连接的发光侧光模块构造体40a-1的剖视图(例如，参照专利文献1)。

在光模块构造体40a-1中，在第1基板1的表面形成有凹陷部1g，该凹陷部1g包括从发光元件12a的凸块12c的附近朝向斜下方倾斜的倾斜面1e和从该倾斜面1e的下端开始变成水平的水平面1f。

与发光元件12a的凸块12c连接的金属电路(利用铜或金的喷射进行了图案化的电路)12d沿着倾斜面1e和水平面1f形成，金属电路12d中的水平面1f上的端部变成了凸台12e。通过采用这种结构，能够在低的位置处形成水平面1f的凸台12e的高度位置，使其接近信号处理部4a的发光元件12a侧的凸台4c的高度位置。

此外，发光元件12a侧的凸台12e与信号处理部4a的发光元件12a侧的凸台4c通过环状的接合线26被电连接。

另外，信号处理部4a的连接器7侧的凸台4d与第2基板6的表面的连接器7的凸台7a通过环状的接合线27被电连接。

并且，连接器7的凸台7a经由第2基板6的贯通孔布线6a与配置在第2基板6的背面侧的连接器7电连接。

在图7中，通过利用形成于第1基板1的凹陷部1g来降低发光元件12a侧的凸台12e的高度位置，从而能够减小与信号处理部4a的发光元件12a侧的凸台4c之间的高低差h。其结果，能够缩短接合线26的长度，因此能够抑制高频信号的劣化，可实现高速传输。

【专利文献1】jp专利第5654317号公报

但是，近几年，利用该光模块，推进了用于高速传输8k影像或数据中心这样的超大容量数据的系统的开发。在这种系统中，需要50gbs以上的高速传输，作为这种超大容量数据的传输方式，可使用4级脉冲振幅调制(pam4)的方式。

图8是基于现有技术中的4级脉冲振幅调制(pam4)方式的发光侧光模块构造体的俯视图。pam是pulseamplitudemodulation的缩略语。现有技术中的2级脉冲振幅调制(pam2)将由0和1构成的位串直接作为两个电压电平的脉冲信号进行调制并传输。相对于此，pam4是将由0和1构成的位串作为00、01、10、11的四个电压电平的脉冲信号进行调制并传输的方式，可传输现有技术的两倍的数据。

在适用于这种pam4方式的光模块中，需要新的为了将2值调制为4值而组合了驱动电路、接收电路的通信lsi801，伴随着构成光模块的芯片数的增加，光模块被大型化。

另外，伴随高速化、高频化，存在因连接si衬底基板802与ic基板803的接合线804、或、连接通信lsi801与ic基板803的接合线805等的布线导致传输损耗增大的问题。

技术实现要素：

因此，本发明解决现有技术中的问题，提供一种通过缩短连接构成光模块的芯片间的路径能够抑制高频信号的劣化以提高传输速度并能够实现小型化的光模块构造体。

为了达到上述目的，本发明的一方式的光模块构造体包括：主基板；内插基板，经由第1突起电极与所述主基板电连接；第1通信lsi，经由第2突起电极与所述内插基板电连接；ic元件，经由所述内插基板的侧面连接端子和第3突起电极，与所述内插基板电连接；si衬底基板，经由第4突起电极和侧面连接端子，与所述ic元件电连接；光元件，经由第5突起电极与所述si衬底基板电连接；和光纤，经由形成在所述si衬底基板上的光波导以光学方式被连接。

【发明效果】

根据本发明的光模块构造体，能够提供如下的光模块构造体，即，能够缩短连接构成光模块的芯片间的路径，从而能够抑制高频信号的劣化来提高传输速度，并能够实现小型化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的受光侧光模块构造体的结构的剖视图。

图2是表示本发明的实施方式1中的受光侧光模块构造体的结构的俯视图。

图3的(a)～(g)是表示本发明的实施方式1中的受光侧光模块构造体的形成工序的剖视图。

图4是表示本发明的实施方式2中的受光侧光模块构造体的结构的剖视图。

图5的(a)～(f)是表示在本发明的实施方式2的受光侧光模块构造体中再次布线的形成工序的剖视图。

图6是表示现有技术中的光模块构造体的结构的剖视图。

图7是表示基于现有技术中的接合线连接的发光侧光模块构造体的结构的剖视图。

图8是表示基于现有技术中的4级脉冲振幅调制方式的发光侧光模块构造体的结构的俯视图。

【符号説明】

1基板

1e倾斜面

1f水平面

4a信号处理部

4c凸台

4d凸台

6基板

6a贯通孔布线

7连接器

7a凸台

12a发光元件

12c凸块

12e凸台

26接合线

27接合线

50光模块

50a发光侧光模块

50b受光侧光模块

51基板

52内部波导

53镜部

54a发光元件

54b受光元件

56基板

57a信号处理部

58接合线

59连接器

60接合线

101内插基板

102连接端子

103通孔

104侧面连接端子

105通信lsi

105a通信lsi

105b通信lsi

106连接端子

107第2突起电极

108主基板

109空腔

110连接端子

111第1突起电极

112si衬底基板

113连接端子

114侧面连接端子

115第5突起电极

116光波导

117v槽

118受光元件

119连接端子

120密封材料

121厚度调整用散热薄板

122ic元件

123连接端子

124a第3突起电极

124b第4突起电极

125密封材料

126光纤

127连接端子间距

401内插基板

403通孔

404侧面连接端子

412si衬底基板

413连接端子

414侧面连接端子

422ic元件

423端子

424第3突起电极

428倾斜部

429连接端子

430再次布线层

801通信lsi

802si衬底基板

803基板

804接合线

805接合线

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。另外，对于相同的要素赋予相同的符号，并且有时省略说明。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1中的作为光模块构造体的受光侧光模块的剖视图，图2是本发明的实施方式1中的受光侧光模块的俯视图。

<构造>

本发明的实施方式1中的受光侧光模块具有内插基板101、两个通信lsi105a、105b和si衬底基板112的层叠结构。采用如下结构，即，该层叠结构被配置在主基板108上，并且在层叠结构中的图示的上表面配置了受光元件118，在层叠结构中的图示的侧面配置了ic元件122。

如图1所示，在内插基板101的一个主面(图1中的上表面)配置有通信lsi105a，在另一主面(图1中的下表面)配置有通信lsi105b。

在内插基板101的两个主面形成有连接端子102，在通信lsi105a、105b各自的主面(内插基板101侧的面)形成有连接端子106。内插基板101的上表面的连接端子102与通信lsi105a的连接端子106经由第2突起电极107被电连接。此外，内插基板101的下表面的连接端子102与通信lsi105b的连接端子106经由第2突起电极107被电连接。

在主基板108的一个主面(图1中的上表面)形成有作为凹状部分的空腔109，在该空腔109中配置有通信lsi105b。即，在主基板108的空腔109的底面上配置有通信lsi105b的另一主面(图1中的下表面)。

在主基板108的上表面的空腔109的外侧形成有连接端子110。内插基板101的下表面的一部分连接端子102与主基板108的连接端子110对置，经由第1突起电极111被电连接。

在si衬底基板112的一个主面(图1中的上表面)配置有受光元件118。在si衬底基板112的上表面形成有连接端子113，在受光元件118的下表面形成有连接端子119。si衬底基板112的连接端子113与受光元件118的连接端子119经由第5突起电极115被电连接。利用密封材料120密封si衬底基板与受光元件118的连接部分。

在通信lsi105a的另一主面(图1中的上表面)与si衬底基板112的另一主面(图1中的下表面)之间，配置有厚度调整用散热薄板121，经由厚度调整用散热薄板121被接合到通信lsi105a与si衬底基板112。

在内插基板101与si衬底基板112的侧面一侧(图1中的左侧面一侧)配置有ic元件122。在本实施方式1中，作为ic元件122，例如可采用tia元件。tia元件是跨导放大器(transimpedanceamplifier)(以下，简称为tia)，是用于光通信系统的接收系统中的ic元件。在ic元件122的主面(图1中的右侧的面)形成有多个连接端子123。

在内插基板101的侧面(图1中的左侧面)形成有侧面连接端子104。在此，内插基板101的侧面是指内插基板101中连接相互对置的主面(图1中的上表面和下表面)的端部的面。内插基板101的侧面连接端子104和ic元件122的一个连接端子123相互对置，经由第3突起电极124a被电连接。

在si衬底基板112的侧面(图1中的左侧面)形成有侧面连接端子114。在此，si衬底基板112的侧面是指si衬底基板112中连接互相对置的主面(图1中的上表面和下表面)的端部的面。si衬底基板112的侧面连接端子114和ic元件122的另一连接端子123互相对置，经由第4突起电极124b被电连接。

利用密封材料125密封主基板108与内插基板101的连接部分、内插基板101与通信lsi105a、105b的连接部分、ic元件122与内插基板101及si衬底基板112的连接部分。

在si衬底基板112设有光波导116，经由光波导116以光学方式连接受光元件118与光纤126。

<尺寸>

构成本实施方式1的光模块的各个部件的形状、尺寸没有被限定，例如，可形成为以下的尺寸结构。

主基板108：10mm×10mm×厚度1.0mm

内插基板101：6mm×6mm×厚度0.4mm

通信lsi105a，105b：5mm×5mm×厚度0.4mm

si衬底基板112：3mm×3mm×厚度0.4mm

ic元件122：2mm×2mm×厚度0.25mm

受光元件118：1mm×1mm×厚度0.15mm

此时，ic元件122的连接端子间距127、即ic元件122中与内插基板101连接的连接端子123和ic元件122中与si衬底基板112连接的连接端子123之间的间隔尺寸是1.5mm。

此外，连接内插基板101和通信lsi105a的第2突起电极107的接合高度是50μm。

在这种尺寸结构中，将配置在通信lsi105a与si衬底基板112之间的厚度调整用散热薄板121的厚度设为0.65mm，从而还能够将内插基板101的侧面连接端子104与si衬底基板112的侧面连接端子114的间隔尺寸调整为1.5mm。由此，ic元件122的两个连接端子123间的距离等于内插基板的侧面连接端子104与si衬底基板112的侧面连接端子114之间的距离。因此，能够在内插基板101和si衬底基板112的侧面配置ic元件122。厚度调整用散热薄板121具有调整连接端子123间的距离以及侧面连接端子104与114之间的距离的作为厚度调整用薄板的作用，其厚度根据上述的应调整的距离来设定。

由此，在本实施方式1的光模块中，能够提供如下的光模块构造体，即，能够缩短连接构成光模块的元件间的路径，能够抑制高频信号的劣化来提高传输速度，并能够实现小型化。

以下更详细说明本实施方式1的构成光模块的各构成部件。

<连接端子>

连接端子102、106、113、119、123由导电性材料形成。作为这种导电性材料，例如可使用铝，或者可使用如铜那样导电率比铝高的金属，对铜实施镀镍/金处理来设成很难氧化的状态。连接端子110由导电性材料形成。作为这种导电性材料，例如可使用铜等，还可以进一步对铜等实施镀镍/金处理来设成很难氧化的状态。侧面连接端子104、114由导电性材料形成。作为这种导电性材料，例如可使用铜等，还可以对铜等实施镀镍/金处理来设成很难氧化的状态。

<突起电极>

第2突起电极107、第1突起电极111、第5突起电极115、第3突起电极124a和第4突起电极124b由导电性材料形成。作为这种导电性材料，例如可使用焊料等，也可以使用铜或金这样的金属。

<内插基板>

内插基板101例如通过陶瓷基板等形成，但是也可以使用si基板、层叠基板、芳族聚酰胺环氧基板等。

<主基板>

主基板108例如由玻璃环氧基板等形成，但是也可以使用层叠基板、芳族聚酰胺环氧基板、陶瓷基板等。在光模块被配置在其他结构部件上的情况下，也可以是其他结构部件具备主基板的功能的情况。

<空腔>

空腔109的尺寸例如是6mm×6mm×厚度0.4mm，通信lsi105b收纳在空腔109内，通过设置成相同的厚度，第2突起电极107与第1突起电极111的接合高度都变成50μm，能够以最短路径连接内插基板101和主基板108。另外，并不限于在空腔109内收纳通信lsi105b的厚度全部的情况，也可以是在空腔109内收纳通信lsi105b的厚度的一部分的情况。

<厚度调整用散热薄板>

厚度调整用散热薄板121如上述那样具有调整si衬底基板112与通信lsil05a之间的距离的厚度调整用的作用和使从si衬底基板112和通信lsi105a等传递的热散热的作用。厚度调整用散热薄板121例如也可以由薄膜等形成，也可以使用膏体、硅酮等。也可以在厚度调整用散热薄板121中使用比其他层叠体、通信lsi105a、105b、内插基板101、主基板108和si衬底基板112更柔软的材料。如上所述，通过使用柔软的材料，能够通过厚度调整用散热薄板121缓和在各个连接部分产生的应力，能够提高连接的可靠性。

另外，在即使不使用厚度调整用散热薄板121也能够使ic元件122的两个连接端子123间的距离等于内插基板的侧面连接端子104与si衬底基板112的侧面连接端子114之间的距离的情况下，也可以不使用厚度调整用散热薄板121。

<通信lsi>

以在内插基板101的两个面配置有两个通信lsi105a、105b的构造为例进行了说明，但是并不限于这种构造。代替这种构造，例如也可以在内插基板101的一个主面配置两个通信lsi105a、105b。此外，光模块可以具备一个通信lsi105，也可以具备三个以上通信lsi105。在只具备一个通信lsi105的情况下，也可以在内插基板101的一个主面(图1中的上表面)配置通信lsi105。另外，通信lsi是通信用ic元件的一例。

<受光元件>

在本实施方式1的受光侧光模块中，作为对经过了光纤126和光波导116的光信号进行光-电变换的光电二极管，例示了使用受光元件118的情况。例如，在光模块构造体为发光侧光模块的情况下，代替受光元件118使用发光元件。作为发光元件，也可以使用vcsel(ビクセル)元件或led元件。在此，vcsel元件是verticalcavitysurfaceemittinglaser(垂直谐振器面发光激光器)的缩写，是一种使光相对于基板面在垂直方向上谐振并在与面垂直的方向上射出的半导体激光器的一种。受光元件118和发光元件是光元件的一例，光模块构造体只要具备光元件即可。

<ic元件>

在本实施方式1的受光侧光模块中，作为对由受光元件118进行光-电变换后的电信号进行阻抗变换、放大并输出的跨导放大器，例示了使用ic元件122的情况。在光模块构造体为发光侧光模块的情况下，ic元件也可以是用于驱动发光元件的驱动元件。

<si衬底基板>

通过使用si衬底基板112，利用si的晶体取向能够在表面进行高精度的蚀刻槽加工，平坦性也变得良好。

<光波导、光纤>

配置了与ic元件122以光学方式结合的光波导116以及与光波导116以光学方式结合的光纤126，但是不需要一定设置光波导116。

<制法>

图3表示制作这种受光侧光模块的制造工序的一例。

首先，如图3的(a)所示，在内插基板101的各个主面形成连接端子102，并且形成贯通地连接两个主面间的通孔103，进一步在侧面形成侧面连接端子104。

接着，如图3的(b)所示，在内插基板101的两个主面重叠两个通信lsi105a、105b，经由第2突起电极107电连接内插基板101的连接端子102和通信lsi105a、105b的连接端子106。然后，在形成于主基板108的空腔109内配置通信lsi105b，并且经由第1突起电极电连接内插基板101的连接端子102和主基板108的连接端子110。

通过调整空腔109的深度，从而能够调整内插基板101的连接端子102与主基板108的连接端子110的间隙，能够经由第1突起电极111实现最短路径的连接。

另一方面，如图3的(c)所示，在si衬底基板112的主面形成连接端子113，在侧面形成侧面连接端子114，在连接端子113上形成第5突起电极115。另外，在si衬底基板112形成光波导116和v槽117。

接着，如图3的(d)所示，在si衬底基板112上配置受光元件118，经由第5突起电极115电连接si衬底基板112的连接端子113和受光元件118的连接端子119，利用密封材料120密封并固定连接部分。

接着，如图3的(e)所示，隔着厚度调整用散热薄板121在通信lsi105a上配置并接合si衬底基板112。

此时，通过调整厚度调整用散热薄板121的厚度，能够将内插基板101的侧面连接端子104与si衬底基板112的侧面连接端子114之间的距离调整为预定的距离。

接着，如图3的(f)所示，在内插基板101和si衬底基板112的侧面一侧配置ic元件122。经由第3突起电极124a电连接内插基板101的侧面连接端子104和ic元件122的连接端子123，经由第4突起电极124b电连接si衬底基板112的侧面连接端子114和ic元件122的连接端子123。

最后，如图3的(g)所示，通过密封材料125密封并固定各个连接部分。在si衬底基板112的v槽117配置光纤126，完成接收侧光模块。

<效果>

根据本实施方式1的光模块，能够缩短连接构成光模块的受光元件118、si衬底基板112、ic元件122、内插基板101、通信lsi105a、105b、主基板108之间的路径。由此，能够抑制高频信号的劣化来提高传输速度。此外，能够提供一种通过调整厚度调整用散热薄板121的厚度来缓和接合部分的应力使得可靠性变高的小型光模块构造体。

(实施方式2)

作为本发明的实施方式2的光模块构造体，图4表示受光侧光模块的剖视图。在本发明的实施方式2的光模块中，以下，以与实施方式1的光模块的不同点为中心进行说明，对实质上相同的部分省略其说明。

形成于内插基板401的侧面连接端子404经由第3突起电极424被电连接到形成于ic元件422的连接端子429。

形成薄的内插基板401，使得内插基板401的厚度与相对于第3突起电极424的外径(例如，图4中的上下方向上的长度尺寸)相同或在其以下。

由此，贯通内插基板401的主面间的通孔403的纵横比(图4中的宽度/高度之比)变大，能够降低通孔403的电阻值。因此，能够抑制光模块中的高频信号的劣化。

另外，连接si衬底基板412的形成在主面(图4中的上表面)的连接端子413和形成在侧面(图4中的左侧面)的侧面连接端子414的布线的至少一部分形成相对于主面和侧面倾斜的倾斜部428。通过设置这种倾斜部428，与不设置倾斜部428的情况相比，si衬底基板412上的布线长度变短，能够抑制传输损耗。

在此，倾斜是指形成了连接端子413的面(主面)相对于形成了侧面连接端子414的面(侧面)倾斜。

在本实施方式2的光模块中，将设置于ic元件422自身的各个端子再次布线，形成了ic元件422的连接端子(再次布线连接端子)429，使得与内插基板401的侧面连接端子404和si衬底基板412的侧面连接端子414的间隔相同。

<再次布线>

图5的(a)～图5的(f)表示ic元件422的再次布线的形成工序。

图5的(a)～图5的(c)是ic元件422的剖视图，图5的(d)～图5的(f)是ic元件422的俯视图。

首先，如图5的(a)、图5的(d)所示，在ic元件422配置有多个端子423。

接着，如图5的(b)、图5的(e)所示，形成再次布线层430，调整成ic元件422的连接端子的间隔变成预定的间隔，在ic元件422的外侧配置多个连接端子(再次布线连接端子)429。

最后，如图5的(c)、图5的(f)所示，通过在连接端子429上形成第3突起电极424，从而完成再次布线。

另外，再次布线是指在ic元件422的外侧存在与外表面平行地配置的连接端子429的情况。

<效果>

根据本实施方式2的光模块，能够缩短连接构成光模块的元件间的路径，能够抑制高频信号的劣化来提高传输速度。此外，即使ic元件是通用部件，也能够通过再次布线调整连接端子的间隔尺寸，从而能够实现与侧面连接端子的连接，能够提供小型的光模块构造。

另外，能够通过适当组合上述各实施方式中的任意的实施方式，起到各实施方式所具备的效果。

本发明参照附图关联优选实施方式进行了充分地记载，对于熟悉该技术的人员而言当然可进行各种变形或修正。这种变形或修正只要不超出附加的权利要求书记载的本发明的范围，则应当理解为包含在本发明的范围内。

【工业可利用性】

本发明的光模块构造体能够适用于使用光通信的大多设备中。能够在数字影像设备、广播用设备等大多对数据进行通信的设备中加以利用。