JPH09243870A - 光モジュール製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１００℃以下の熱処理により成形可能な光モジ
ュールを得る。 【解決手段】ベース基板に搭載した発光素子，受光素
子，光導波路，光ファイバの複数の光学部品の光軸を合
わせる工程と、光学部品の間の光路を光透過性樹脂でプ
リコートして形成する工程と、光路の上にエポキシ当量
１８０〜５００ｇ／eqのビスフェノール型エポキシ樹脂
と、ノボラック型エポキシ樹脂，下記化８または化９で
示されるエポキシ樹脂の中から選ばれたエポキシ当量１
６０〜２５０ｇ／eqのエポキシ樹脂と、無機質充填材
と、光酸発生剤とを必須成分とする光硬化性樹脂で光路
の上を覆う工程と、光硬光性樹脂に光を照射し、加熱す
る工程とを含む。 【化８】 【化９】

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規な光硬化性封止
樹脂組成物を用いた光モジュールの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の光通信技術の進展にともない、家
庭までの光ファイバ網の構築が進められようとしてい
る。光モジュールの封止は半導体レーザや受光素子の保
護のため、金属封止やセラミック封止が用いられてき
た。しかし、これらの封止法は高価であり、より低価格
の樹脂封止が望まれている。半導体の封止ではすでに樹
脂封止が用いられており、その工程では約１７０℃に加
熱された金型に樹脂を投入して素子を封止する低圧トラ
ンスファモールド方式が用いられる（特開平5−54865号
公報）。しかし、この封止技術を光モジュールに適用す
ると加熱による光ファイバ被覆の劣化，光学素子固定の
歪などの問題がおこる。このため、なるべく低い温度で
封止することが望ましい。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は光照射
を併用して低い温度で封止できる光モジュールの製造方
法を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、下記の技術的手段が用いられている。
その第１の手段は、ベース基板に搭載した発光素子，受
光素子，光導波路，光ファイバの複数の光学部品の光軸
を合わせる工程と、光学部品の間の光路を光透過性樹脂
でプリコートして形成する工程と、光路の上に(ａ)エポ
キシ当量１８０〜５００ｇ／eqのビスフェノール型エポ
キシ樹脂と、（ｂ）ノボラック型エポキシ樹脂、一般式
化３または化４で示されるエポキシ樹脂

【０００５】

【化３】

【０００６】

【化４】

【０００７】の中から選ばれたエポキシ当量１６０〜２
５０ｇ／eqのエポキシ樹脂と、（ｃ）無機質充填材と、
（ｄ）光酸発生剤とを必須成分とする光硬化性樹脂で前
記光路の上を覆う工程と、光硬化性樹脂に光を照射し、
加熱する工程とを含む光モジュールの製造方法である。

【０００８】第２の手段は、（ａ）が５〜３０重量部，
（ｂ）が５〜４０重量部，（ｃ）が５０〜９５重量部，
（ｄ）が１〜３０重量部である光硬化性樹脂を用いる光
モジュールの製造方法である。

【０００９】第３の手段は、（ｃ）がIIａ属，IIIa属，
IVａ属の水酸化物，酸化物，炭酸塩から選ばれる少なく
とも１種の無機化学物である光硬化性樹脂を用いる光モ
ジュールの製造方法である。

【００１０】第４の手段は、（ｃ）が炭酸カルシウム，
水酸化マグネシウム，水酸化アルミニウム，酸化ケイ素
から選ばれる少なくとも１種の無機化合物である光硬化
性樹脂を用いる光モジュールの製造方法である。

【００１１】第５の手段は、（ｄ）が波長が３００ｎｍ
以上の光で酸を発生する酸発生剤であることを特徴とす
る光モジュールの製造方法である。酸触媒により架橋す
る前記エポキシ樹脂は３００ｎｍ以下の波長に吸収を有
するので、露光により発生する酸の濃度が膜厚方向で著
しく減少しないために３００ｎｍ以上の光により酸が発
生する化合物の必要性がある。

【００１２】半導体の樹脂封止では１７０℃付近の熱硬
化反応を利用している。これにより低温で硬化できる樹
脂の検討をおこなったところ、光照射により酸を発生す
る酸発生剤とエポキシ樹脂とからなる系が１００℃以下
の温度で十分硬化することを見い出した。本発明におけ
る硬化温度は光素子，はんだ，接着剤等の劣化による結
合損失が抑制できる温度ならばよい。特に、１００℃以
下の硬化温度では光ファイバの被覆の劣化や熱歪による
結合損失を著しく低減できる。

【００１３】（ａ）成分のビスフェノール型エポキシ樹
脂は、基板との接着性と、耐クラック性の向上にある。
特に、ガラス転移温度以上での伸率（線膨張係数）の急
激な増加を抑制する作用を有し、エポキシ当量が２５０
〜５００ｇ／eqのエポキシ樹脂である。これにより架橋
点距離が短くなり硬化物のガラス転移温度が高くなる。
エポキシ樹脂としては、ビスフェノールＡ，ＦまたはＳ
型エポキシ樹脂、あるいはそれらのハロゲン化物があ
る。

【００１４】（ｂ）成分のエポキシ樹脂は、硬化物の架
橋密度を増加させガラス転移温度を高くするものであ
り、好ましくはエポキシ当量が１６０〜２５０ｇ／eqの
エポキシ樹脂である。エポキシ樹脂では、フェノールノ
ボラック型，クレゾールノボラック型、あるいはそれら
のハロゲン化物、一般式化５

【００１５】

【化５】

【００１６】一般式

【００１７】

【化６】

【００１８】で示されるエポキシ樹脂がある。

【００１９】また、これらの樹脂成形では通常の成形温
度で成形した場合ガラス転移温度が高くなるため熱収縮
量が減少し、歪量を大幅に低下させることができる。

【００２０】その他本発明の封止樹脂組成物で用いられ
るエポキシ樹脂は、ガラス転移温度を成形温度以上に高
めることができて、かつ一分子中にエポキシ基を複数有
しているものを添加してもよい。このようなエポキシ樹
脂としては、エポキシ樹脂の他、分子中にビフェニル骨
格やジシクロペンタジェン骨格を有する二官能以上のエ
ポキシ樹脂，脂環式エポキシ樹脂、また以上のエポキシ
樹脂を臭素化したエポキシ樹脂などがあげられる。

【００２１】（ｃ）成分の無機充填剤は、充填剤はエポ
キシ成形材料の熱膨張係数を小さくする目的で、また、
強度を高めるために用いられ、タルク，クレー，シリ
カ，炭酸カルシウム，水酸化アルミニウム，水酸化マグ
ネシウム，ガラス繊維，セラミック繊維等の無機充填剤
全般を用いることができる。

【００２２】（ｄ）成分の光酸発生剤は露光時にエポキ
シ樹脂のカチオン重合触媒である酸を発生するものであ
る。酸発生剤はトリアリールスルホニウム塩やジアリー
ルヨードニウム塩に代表されるオニウム塩，ハロゲン化
物，アルキルスルホン酸エステル，アリールスルホン酸
エステル，イミノスルホン酸エステル，ニトロベンジル
スルホン酸エステル，α−ヒドロキシメチルベンゾイン
スルホン酸エステル，Ｎ−ヒドロキシイミドスルホン酸
エステル，α−スルホニルオキシケトン，ジスルホニル
ジアゾメタン，ジスルホンなどがある。上記酸発生剤に
は波長３００ｎｍ以上の光では酸発生効率の低いものも
あるが、増感剤を用いることにより本発明に用いること
ができる。そのような増感剤の例はミヒラーケトン，ジ
ヒドロキシベンゼン，トリヒドロキシベンゼン，ヒドロ
キシアセトフェノン，ビスフェノールＡ，ジヒドロキシ
ジフェニルメタン，ジヒドロキシジフェニルスルホン，
ジヒドロキシジフェニルスルヒド，没食子酸エステル、
９，１０−ジメトキシアントラセン、９，１０−ジエト
キシアントラセン，ベンゾフェノチアジン，メトキシフ
ェノチアジン，トリフルオロメチルフェノチアジンなど
がある。

【００２３】本発明で、フェノール性水酸基を有する硬
化剤が含まれていてもよい。一分子中にフェノール性水
酸基を複数有するものであればいかなるものであっても
よい。このような硬化剤としてビスフェノールＡ，Ｆま
たはＳ，フェノールノボラック，クレゾールノボラッ
ク、または分子中にビスフェニル骨格をもつビスフェノ
ール、一般式化７に示す。

【００２４】

【化７】

【００２５】トリスヒドロキシフェニルメタン型多官能
フェノール硬化剤，ナフタレン骨格を有するもの、ジシ
クロペンタジェン骨格を有するもの、また以上の樹脂の
重合体、または数種類の混合物が使用される。これらは
樹脂の反応性，流動性などの成形と硬化物の吸湿率，力
学物性等の諸物性に応じて使用される。

【００２６】本発明に用いられる封止樹脂組成物で硬化
反応を促進させるための硬化促進剤が添加されてもよ
い。本発明で用いられる硬化促進剤はエポキシ樹脂の硬
化反応を促進するものなら特に限定されるものではな
い。通常は、エポキシ樹脂組成物の保存安定性や成形
性，硬化後の電気特性などが良好なトリフェニルフォス
フィン，トリフェニルフォスフォニウム−トリフェニル
ボレート，テトラフォニルフォスフォニウム−テトラフ
ェニルボレート、およびこれらの誘導体の分子中に燐を
含有するもの、また、トリエチレンジアミン，ジアミノ
ジフェニルメタン、１，８−ジアザビシクロ（５，４，
０）−ウンデセン，イミダゾールおよびその誘導体など
のアミン系のもの、トリフロオロボロン−アミン錯体，
スルホニウム塩があり、一種類、あるいは二種類以上を
エポキシ樹脂に添加され用いられてもよい。添加量はエ
ポキシ樹脂組成物の成形性や硬化物の物性にあわせて任
意に決めることができる。ガラス転移温度を高める目的
ではアミン系、特にイミダゾール系の硬化促進剤が好適
である。

【００２７】本発明に用いられる封止樹脂組成物には上
記の素材の他必要に応じ、充填剤，離形剤，着色剤，カ
ップリング剤，可撓化剤，難燃剤等を添加している。充
填剤はエポキシ成形材料の熱膨張係数を小さくする目的
で、また、強度を高めるために用いられ、タルク，クレ
ー，シリカ，炭酸カルシウム，水酸化アルミニウム，水
酸化マグネシウム，ガラス繊維，セラミック繊維等の無
機質充填剤全般を用いることができる。

【００２８】充填剤の配合量は５０重量％〜９５重量％
が適当で、５０重量％未満では熱膨張係数の低減，強度
の向上に対して十分な効果が得られない。また、９５重
量％を超えて配合すると、充填剤の最密充填密度をエポ
キシ樹脂マトリックスの配合量を下回るため成形材料の
調製が困難となり、また調製後の粘度が非常に高くな
り、成形性が低下する。熱収縮率を調製するためには７
０ないし９０重量％が適当である。

【００２９】離型剤は成形金型からの離型を容易にする
もので、カルナバワックス，モンタン系ワックス，ポリ
オレフィン系ワックスを単独で用いるか、これらを併用
して用いる。添加量は、全量の０.０１〜５重量％が好
ましい。すなわち、０.０１％未満では離型性に効果が
なく、また、５％をこえると発光素子，受光素子，光導
波路との接着性が低下するからである。着色剤はカーボ
ンブラックを用いることが望ましい。硬化物の強靭化，
低弾性率化のため配合される、可撓化剤はエポキシ樹脂
と非相溶のアミノ基またはエポキシ基，カルボキシル基
末端のブタジェン・アクリロニトリル系共重合体、ま
た、末端または側鎖アミノ基，水酸基，エポキシ基，カ
ルボキシル基変形シリコーン樹脂系可撓化剤などが用い
られる。

【００３０】上記材料を配合，混合，混練，粉砕しさら
に必要に応じ造粒しエポキシ樹脂成形材料を得る。混練
は一般的には、熱ロールや押し出し機などによって行
う。粘度調整のため溶媒を加えてもよい。本発明の光モ
ジュールは、このように得られたエポキシ樹脂組成物を
もちいてキャリア基板上の光素子および半導体チップを
光照射後もしくは光照射しながら封止することにより得
られる。その製造方法は、低圧トランスファ成形が、通
常用いられるが、場合によっては、圧縮成形，注型等の
方法によっても可能である。

【００３１】本発明における光路をプリコートする光透
過性樹脂は用いる光通信に用いる波長により異なるが、
その波長で透過性があり、封止温度以上の耐熱性のある
材料ならばいかなるものでもよい。ポリイミド，フッ素
化ポリイミド，ポリメチルメタクリレート，ポリウレタ
ン，エポキシ樹脂、などがある。また、光硬化する樹脂
を用いてもよい。

【００３２】光硬化封止材を用いることにより、硬化温
度を１００℃以下に低減することができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】

（実施例１）エポキシ当量１８９ｇ／eqのオルソクレゾ
ールノボラック型エポキシ樹脂を１０重量部、エポキシ
当量４７５ｇ／eqのビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を
１０重量部、ジフェニルヨードニウムトリフレート１重
量部および硬化促進剤としてトリフェニルフォスフィン
を０.１５ 重量部、難燃助剤として三酸化アンチモンを
０.４重量部、カップリング剤としてエポキシラン０.１
５重量部、離型剤としてモンタン酸エステルを０.１ 重
量部、充填剤として平均粒径２８μｍの溶融シリカをそ
れぞれ３／７の割合で混合したものを８５重量部を混合
し、光硬化性エポキシ樹脂組成材料を作製した。素材の
混練は二軸の熱ロール（６５〜８５℃）を用い、１０分
間行った。図１に示すように、光学部品を搭載した基板
上に半導体レーザ，フォトダイオード，光導波路，光フ
ァイバを光学的損失が最小になるように光軸を合せて固
定し、光学部品の間の光路に２，２−ビス（３，４−ジ
カルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン二無水物
と２，２−ビス（トリフルオロメチル）−４，４′−ジ
アミノジフェニルから得られるポリイミド溶液をポッテ
ィング法により塗布乾燥した。この光路形成した基板を
ポリメチルペンテン樹脂で形成した型に固定し、光硬化
性エポキシ樹脂を型に移し、超高圧水銀灯の光を３Ｊ／
cm² 照射し、次いで８０℃，２０分間加熱して成形し
た。その結果、各素子、光ファイバやその被覆に損傷は
生ぜず、バコール強度６０の樹脂封止光モジュールを得
た。

【００３４】（実施例２）超高圧水銀灯の光を３Ｊ／cm
² 照射しながら１００℃，２０分間加熱する以外は実施
例１と同様の検討を行った。その結果、各素子，光ファ
イバやその被覆に損傷を与えることなく、バコール強度
７０の樹脂封止光モジュールを得た。

【００３５】（実施例３）実施例１のジフェニルヨード
ニウムトリフレートのかわりにビス（４−tertブチルフ
ェニル）ヨードニウムトリフレートを用い実施例１と同
様の検討を行った。その結果、各素子，光ファイバやそ
の被覆に損傷を与えることなく、バコール強度６０の樹
脂封止光モジュールを得た。

【００３６】（実施例４）実施例１のジフェニルヨード
ニウムトリフレートのかわりに２−（３，４，５−トリ
メトキシスチリル）−４，６−ビス（トリクロロメチ
ル）−１，３，５−トリアジンを用い実施例１と同様の
検討を行った。その結果、各素子，光ファイバやその被
覆に損傷を与えることなく、バコール強度６０の樹脂封
止光モジュールを得た。

【００３７】（実施例５）実施例１のジフェニルヨード
ニウムトリフレームのかわりに２−（４−メトキシナフ
チル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−１，３，
５−トリアジンを用い実施例１と同様の検討を行った。
その結果、各素子，光ファイバやその被覆に損傷を与え
ることなく、バコール強度６０の封脂封止光モジュール
を得た。

【００３８】（実施例６）実施例１のジフェニルヨード
ニウムトリフレートのかわりに２−ナフトイルメチルテ
トラメチレンスルホニウムトリフレートを用い実施例１
と同様の検討を行った。その結果、各素子，光ファイバ
やその被覆に損傷を与えることなく、バコール強度６０
の樹脂封止光モジュールを得た。

【００３９】（実施例７）実施例１のジフェニルヨード
ニウムトリフレームのかわりにＮ−トリフルオロメチル
スルホニルオキシナフタルイミドを用い実施例１と同様
に検討を行った。その結果、各素子，光ファイバやその
被覆に損傷を与えることなく、バコール強度６０の樹脂
封止光モジュールを得た。

【００４０】（実施例８）実施例１のエポキシ当量１８
９ｇ／eqのオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
１０重量部のかわりに同エポキシ樹脂２０重量部を用
い、実施例１と同様の検討を行った。その結果、各素
子，光ファイバやその被覆に損傷を与えることなく、バ
コール強度６５の樹脂封止光モジュールを得た。

【００４１】（実施例９）実施例１のエポキシ当量１８
９ｇ／eqのオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂
のかわりにエポキシ当量１６３ｇ／eqのナフタレン骨格
のエポキシ樹脂を用い実施例１と同様の検討を行った。
その結果、各素子，光ファイバやその被覆に損傷を与え
ることなく、バコール強度７０の樹脂封止光モジュール
を得た。

【００４２】（実施例１０）実施例１のエポキシ当量１
８９ｇ／eqのオルソクレゾールノボラック型エポキシ樹
脂のかわりにエポキシ当量１７６ｇ／eqのトリス（ヒド
ロキシフェニル）メタン型エポキシ樹脂を用い実施例１
と同様の検討を行った。その結果、実施例１と同様各素
子，光ファイバやその被覆に損傷を与えることなく、バ
コール強度６５の樹脂封止光モジュールを得た。

【００４３】（実施例１１）実施例１の溶融シリカ８５
重量部のかわりに炭酸カルシウム５０重量部を用い実施
例１と同様の検討を行った。その結果、各素子，光ファ
イバやその被覆に損傷を与えることなく、バコール強度
６０の樹脂封止光モジュールを得た。

【００４４】（実施例１２）実施例１の組成にテトラヒ
ドロフラン２０重量部を添加し、実施例１と同様の検討
を行った。その結果、各素子，光ファイバやその被覆に
損傷を与えることなく、バコール強度６５の樹脂封止光
モジュールを得た。

【００４５】（比較例１）ジフェニルヨードニウムトリ
フレート添加しないこと以外は実施例１と同様の組成で
検討を行った。その結果、硬化が不十分であった。

【００４６】（比較例２）ジフェニルヨードニウムトリ
フレートのかわりにトリス（メタンスルホニルオキシ）
ベンゼンを添加する以外は実施例１と同様の組成で検討
を行った。トリス（メタンスルホニルオキシ）ベンゼン
は３００ｎｍ以上の光吸収強度がない酸発生剤であるの
で硬化が不十分であった。

【００４７】

【発明の効果】本発明のエポキシ樹脂組成物を用いるこ
とにより、１００℃以下で封止することができ、光モジ
ュール内の光素子，光ファイバの損傷を大幅に低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における光モジュールの断面図。

【符号の説明】

１…光ファイバ、２…ファイバブロック、３…光硬化性
封止材料、４…透明性プレコート材、５…レーザダイオ
ード、６…導波路基板、７…ベース基板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 江口 州志 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベース基板に搭載した発光素子，受光素
   子，光導波路，光ファイバの複数の光学部品の光軸を合
   わせる工程と、前記光学部品の間の光路を光透過性樹脂
   でプリコートして形成する工程と、前記光路の上にエポ
   キシ当量１８０〜５００ｇ／eqのビスフェノール型エポ
   キシ樹脂と、ノボラック型エポキシ樹脂、一般式化１ま
   たは化２で示されるエポキシ樹脂 【化１】 【化２】 の中から選ばれたエポキシ当量１６０〜２５０ｇ／eqの
   エポキシ樹脂と、無機質充填材と、光酸発生剤とを必須
   成分とする光硬化性樹脂で前記光路の上を覆う工程と、
   前記光硬化性樹脂に光を照射し、加熱する工程とを含む
   ことを特徴とする光モジュールの製造方法。
2. 【請求項２】前記ビスフェノール型エポキシ樹脂が５〜
   ３０重量部，前記ノボラック型エポキシ樹脂が５〜４０
   重量部，前記無機質充填材が５０〜９５重量部，前記光
   酸発生剤が１〜３０重量部である請求項１に記載の光モ
   ジュールの製造方法。
3. 【請求項３】前記無機質充填材がIIａ属，IIIa属，IVａ
   属の水酸化物，酸化物，炭酸塩から選ばれる少なくとも
   １種の無機化学物である請求項１に記載の光モジュール
   の製造方法。
4. 【請求項４】前記無機質充填材が炭酸カルシウム，水酸
   化マグネシウム，水酸化アルミニウム，酸化ケイ素から
   選ばれる少なくとも１種の無機化合物である請求項１に
   記載の光モジュールの製造方法。
5. 【請求項５】前記光酸発生材が波長が３００ｎｍ以上の
   光で酸を発生する請求項１に記載の光モジュールの製造
   方法。