JP2003131081A - 半導体装置、光電融合基板それらの製造方法、およびこれを用いた電子機器 - Google Patents
半導体装置、光電融合基板それらの製造方法、およびこれを用いた電子機器Info
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- JP2003131081A JP2003131081A JP2001324901A JP2001324901A JP2003131081A JP 2003131081 A JP2003131081 A JP 2003131081A JP 2001324901 A JP2001324901 A JP 2001324901A JP 2001324901 A JP2001324901 A JP 2001324901A JP 2003131081 A JP2003131081 A JP 2003131081A
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- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光結合を容易に行うことのできる基板や半導
体装置、及び当該半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 電子回路素子に接続される光素子、及び
該光素子に接続される光導波体を有する半導体装置であ
って、該光素子と該光導波体とを接続するためのガイド
穴を有することを特徴とする半導体装置。
体装置、及び当該半導体装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 電子回路素子に接続される光素子、及び
該光素子に接続される光導波体を有する半導体装置であ
って、該光素子と該光導波体とを接続するためのガイド
穴を有することを特徴とする半導体装置。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的な接続手段
を有する基板、半導体装置、及び光導波路を有する半導
体装置に関するものである。
を有する基板、半導体装置、及び光導波路を有する半導
体装置に関するものである。
【0002】
【背景技術】近年、パーソナルコンピュータ、セルラー
電話やPDAに代表される携帯機器、デジタルAV(オ
ーディオビジュアル)機器などの性能の飛躍的な向上に
より、その相互接続が無線、有線を混合してあらゆる周
波数帯で実現してきている。そのため、電気基板からの
電磁放射ノイズ(ElectromagneticIn
terference:EMI)や外界からの電波混入
に対する耐性(Immunity)、不完全接続による
信号の乱れ(Signal integrity:S
I)などによるディジタル機器の誤動作に対する対策が
急務となってきている。
電話やPDAに代表される携帯機器、デジタルAV(オ
ーディオビジュアル)機器などの性能の飛躍的な向上に
より、その相互接続が無線、有線を混合してあらゆる周
波数帯で実現してきている。そのため、電気基板からの
電磁放射ノイズ(ElectromagneticIn
terference:EMI)や外界からの電波混入
に対する耐性(Immunity)、不完全接続による
信号の乱れ(Signal integrity:S
I)などによるディジタル機器の誤動作に対する対策が
急務となってきている。
【0003】このような電磁波問題については、製品出
荷前に電波法の規制値をクリアすることが不可欠でその
対策のための開発コストは年々増加してきている。ま
た、1GHzを越えるような高速信号配線が必要になっ
てきており、電気配線では回路基板での伝送損失や伝播
遅延などのために限界がある。電磁無誘導であるととも
に高速配線が可能な光接続はこれらのボトルネックを根
本から解消できるものとして期待されている。また、今
後家庭内にもFTTHなどで高速接続環境が整備される
ため、様々なグランド環境において高速電子機器を自由
に接続しても誤動作、ノイズ混入など防ぐ必要があり、
アイソレーションが簡単にできる光接続は有効な手段の
1つである。
荷前に電波法の規制値をクリアすることが不可欠でその
対策のための開発コストは年々増加してきている。ま
た、1GHzを越えるような高速信号配線が必要になっ
てきており、電気配線では回路基板での伝送損失や伝播
遅延などのために限界がある。電磁無誘導であるととも
に高速配線が可能な光接続はこれらのボトルネックを根
本から解消できるものとして期待されている。また、今
後家庭内にもFTTHなどで高速接続環境が整備される
ため、様々なグランド環境において高速電子機器を自由
に接続しても誤動作、ノイズ混入など防ぐ必要があり、
アイソレーションが簡単にできる光接続は有効な手段の
1つである。
【0004】そのための光配線手段として様々の方法が
提案されている。
提案されている。
【0005】例えば、図9に示すように電気回路基板上
に光導波路を形成して光素子を搭載し、導波路端部の4
5度ミラーによる入出射により高速信号を光で接続でき
るようにしている(特開2000‐199827号)。
同図において、111aは傾斜面、121は受光素子、
BPはバンプ、125はICチップ、111は光導波
路、155は上部クラッド、154はコア層、153は
下部クラッド層、101は光導波装置、135はICチ
ップ、131は受光素子、111bは傾斜面、102は
多層配線基板、103及び104は電気配線、106は
接着層である。この場合、電気回路基板は多層配線板1
02となっており、ガラスセラミック、アルミニウムナ
イトライド(AlN)、アルミナ(Al2O3)などの
無機材料からなるセラミック、FR−4などのガラスエ
ポキシ樹脂、ポリイミドフィルムなど各種材料で構成さ
れている。その上には接着層106を介して、ポリメチ
ルメタクリレート(PMMA)、エポキシ樹脂、ポリイ
ミドなどでコア154およびクラッド(153、15
5)を形成した光導波路111を貼り付けてある。
に光導波路を形成して光素子を搭載し、導波路端部の4
5度ミラーによる入出射により高速信号を光で接続でき
るようにしている(特開2000‐199827号)。
同図において、111aは傾斜面、121は受光素子、
BPはバンプ、125はICチップ、111は光導波
路、155は上部クラッド、154はコア層、153は
下部クラッド層、101は光導波装置、135はICチ
ップ、131は受光素子、111bは傾斜面、102は
多層配線基板、103及び104は電気配線、106は
接着層である。この場合、電気回路基板は多層配線板1
02となっており、ガラスセラミック、アルミニウムナ
イトライド(AlN)、アルミナ(Al2O3)などの
無機材料からなるセラミック、FR−4などのガラスエ
ポキシ樹脂、ポリイミドフィルムなど各種材料で構成さ
れている。その上には接着層106を介して、ポリメチ
ルメタクリレート(PMMA)、エポキシ樹脂、ポリイ
ミドなどでコア154およびクラッド(153、15
5)を形成した光導波路111を貼り付けてある。
【0006】光素子との入出力は、導波路端部に形成し
た45度ミラーで光を反射させて行っている。光素子や
ICチップなどはハンダバンプBPを用いて表面に実装
できるようになっている。ICの各ポートに対して1つ
の光導波路が対応するため、図9(b)のように複数の
矩形導波路111’が形成されている。なお、151は
透明基板、152は基板分離層、192は遮光膜、10
2は多層配線基板である。
た45度ミラーで光を反射させて行っている。光素子や
ICチップなどはハンダバンプBPを用いて表面に実装
できるようになっている。ICの各ポートに対して1つ
の光導波路が対応するため、図9(b)のように複数の
矩形導波路111’が形成されている。なお、151は
透明基板、152は基板分離層、192は遮光膜、10
2は多層配線基板である。
【0007】また、チップサイズパッケージ(CSP)
等の電気チップに光入出力部も設け、45度ミラーによ
り多層の光導波路およびマイクロレンズを用いて光接続
を行う図10のような装置が開示されている(特開20
01‐185752号)。同図において、314aはテ
ープキャリア、314cは電気配線層、314dは補強
剤、314eはヒートスプレッダー、312aは面発光
素子アレイ、312bは面受光素子アレイ、311はL
SIチップ、313はハンダバンプ、316は透明樹
脂、310はTBGAパッケージ構造、315はハンダ
バンプ、320はプリント基板、321bは入力側多層
光導波路、319は電極パッド、317は光入出力面、
322は多層光導波路端部、312cは光入出力面、3
18aはマイクロレンズ、321aは電気配線層、33
1aは出射光、331bはコリメート光、323aはコ
ア、321aは出力側多層光導波路である。
等の電気チップに光入出力部も設け、45度ミラーによ
り多層の光導波路およびマイクロレンズを用いて光接続
を行う図10のような装置が開示されている(特開20
01‐185752号)。同図において、314aはテ
ープキャリア、314cは電気配線層、314dは補強
剤、314eはヒートスプレッダー、312aは面発光
素子アレイ、312bは面受光素子アレイ、311はL
SIチップ、313はハンダバンプ、316は透明樹
脂、310はTBGAパッケージ構造、315はハンダ
バンプ、320はプリント基板、321bは入力側多層
光導波路、319は電極パッド、317は光入出力面、
322は多層光導波路端部、312cは光入出力面、3
18aはマイクロレンズ、321aは電気配線層、33
1aは出射光、331bはコリメート光、323aはコ
ア、321aは出力側多層光導波路である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記方
法は、光結合のためのアライメントをするために、互い
に勘合する位置に電極パッド319を設けておき、ハン
ダボール315のリフローにおけるセルフアライメント
効果を利用している。そして、このはんだリフローを利
用するためには予め電極パッド319を精度良く作製し
ておく必要があり、また導波路と光素子とのギャップ制
御も難しい。
法は、光結合のためのアライメントをするために、互い
に勘合する位置に電極パッド319を設けておき、ハン
ダボール315のリフローにおけるセルフアライメント
効果を利用している。そして、このはんだリフローを利
用するためには予め電極パッド319を精度良く作製し
ておく必要があり、また導波路と光素子とのギャップ制
御も難しい。
【0009】そこで、本発明は光結合を容易に行うこと
のできる基板や半導体装置、及び当該半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
のできる基板や半導体装置、及び当該半導体装置の製造
方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明に係る基板や半導
体装置は、光導波体(例えば光ピン)をガイド穴を用い
て接続することを特徴とする。
体装置は、光導波体(例えば光ピン)をガイド穴を用い
て接続することを特徴とする。
【0011】また、本発明に係る半導体装置は、電子回
路素子に接続される光素子、及び該光素子に接続される
光導波体を有する半導体装置であって、該光素子と該光
導波体とを接続するためのガイド穴を有することを特徴
とする。
路素子に接続される光素子、及び該光素子に接続される
光導波体を有する半導体装置であって、該光素子と該光
導波体とを接続するためのガイド穴を有することを特徴
とする。
【0012】特に、前記ガイド穴を、光感光性あるいは
電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニン
グすることで選択的に硬化が可能な材料(例えば厚膜材
料)で形成してあることが望ましい。
電子ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニン
グすることで選択的に硬化が可能な材料(例えば厚膜材
料)で形成してあることが望ましい。
【0013】前記厚膜材料はポリマー化が可能な厚膜レ
ジストであったり、その厚さは5μmから1000μm
であるのがよい。
ジストであったり、その厚さは5μmから1000μm
であるのがよい。
【0014】また、前記厚膜材料あるいは厚膜レジスト
は、前記光導波体のサイズより小さく光のみが透過でき
る穴を形成した第1層と、該第1層上に形成され該光導
波体を固定するためのガイド穴を形成した第2層から成
り、第1層の厚さで前記光素子と該光導波体の端面の距
離を規定することができる。
は、前記光導波体のサイズより小さく光のみが透過でき
る穴を形成した第1層と、該第1層上に形成され該光導
波体を固定するためのガイド穴を形成した第2層から成
り、第1層の厚さで前記光素子と該光導波体の端面の距
離を規定することができる。
【0015】前記光導波体としては、例えばプラスティ
ック光ファイバである。
ック光ファイバである。
【0016】前記半導体装置は光伝送媒体とSi層が積
層されたものであって、Si層に形成された集積回路素
子の電気信号の一部またはすべてを、同一Si層に形成
された受発光素子および積層された光伝送媒体、光導波
体を用いて光信号で授受を行ってもよい。
層されたものであって、Si層に形成された集積回路素
子の電気信号の一部またはすべてを、同一Si層に形成
された受発光素子および積層された光伝送媒体、光導波
体を用いて光信号で授受を行ってもよい。
【0017】前記半導体装置は光伝送媒体と電気回路基
板が一体化された光電融合基板に実装するための電気チ
ップであって、該電気チップには電気接続のための端子
と光接続のための前記光導波体が備えられ、例えば先端
が斜めにカットされた光導波媒体を該光伝送媒体に垂直
に挿入して光結合するように実装されているものであ
る。
板が一体化された光電融合基板に実装するための電気チ
ップであって、該電気チップには電気接続のための端子
と光接続のための前記光導波体が備えられ、例えば先端
が斜めにカットされた光導波媒体を該光伝送媒体に垂直
に挿入して光結合するように実装されているものであ
る。
【0018】前記光伝送媒体を含む光電融合基板には、
該光導波体を挿入して実装するためのガイド穴が形成さ
れていてもよい。
該光導波体を挿入して実装するためのガイド穴が形成さ
れていてもよい。
【0019】光電融合基板には多層の光導波層が設けら
れており、結合するべき光導波層の位置に合わせて、前
記導波体(光ピン)の長さを変えてあることが望まし
い。
れており、結合するべき光導波層の位置に合わせて、前
記導波体(光ピン)の長さを変えてあることが望まし
い。
【0020】光電融合基板には電気チップを実装する面
とは反対側の面に光伝送媒体が一体化されており、該光
伝送媒体との光結合を行うために電気回路基板を貫く光
導波体が備えられていてもよい。
とは反対側の面に光伝送媒体が一体化されており、該光
伝送媒体との光結合を行うために電気回路基板を貫く光
導波体が備えられていてもよい。
【0021】前記半導体装置は光伝送媒体と電気回路基
板が一体化された光電融合基板に実装するための電気チ
ップであって、該電気チップには電気接続のための端子
と光接続のための前記第2の光導波体が備えられ、該光
伝送媒体に対して水平方向に出された該光導波体によっ
て光結合するように実装されていてもよい。
板が一体化された光電融合基板に実装するための電気チ
ップであって、該電気チップには電気接続のための端子
と光接続のための前記第2の光導波体が備えられ、該光
伝送媒体に対して水平方向に出された該光導波体によっ
て光結合するように実装されていてもよい。
【0022】前記光電融合基板の光伝送媒体は2次元ス
ラブ導波路であり、該光導波体の光結合によってビーム
状の光で信号の授受を行うことができる。
ラブ導波路であり、該光導波体の光結合によってビーム
状の光で信号の授受を行うことができる。
【0023】前記光電融合基板の光伝送媒体は2次元ス
ラブ導波路であり、該光導波体の先端を円錐コーン状と
することで、ブローキャスト的に該光伝送媒体の任意の
位置との間で光信号の授受を行うことができる。
ラブ導波路であり、該光導波体の先端を円錐コーン状と
することで、ブローキャスト的に該光伝送媒体の任意の
位置との間で光信号の授受を行うことができる。
【0024】上記光伝送媒体を複数積層させるか、横方
向に複数並べるかあるいはそれらを混合させる方法で、
複数のCPUやメモリなどの電気チップ間の多ビット配
線を、前記光電融合基板を用いた高速光シリアルバス伝
送により実現した電子機器を構成してもよい。
向に複数並べるかあるいはそれらを混合させる方法で、
複数のCPUやメモリなどの電気チップ間の多ビット配
線を、前記光電融合基板を用いた高速光シリアルバス伝
送により実現した電子機器を構成してもよい。
【0025】本発明に係る半導体装置の製造方法は、S
i集積回路素子、受発光素子および光結合のための光導
波体を集積させた半導体装置の製造方法であって、該受
発光素子は基板面に対して垂直に発光、もしくは受光す
る面型素子であり、該面型素子表面に光感光性あるいは
電子ビーム硬化性を持つ厚膜材料を塗布する工程と、ホ
トリソグラフィでガイド穴をパターニングする工程と、
該ガイド穴に該光導波体を挿入して接着する工程を少な
くとも含むことを特徴とする。
i集積回路素子、受発光素子および光結合のための光導
波体を集積させた半導体装置の製造方法であって、該受
発光素子は基板面に対して垂直に発光、もしくは受光す
る面型素子であり、該面型素子表面に光感光性あるいは
電子ビーム硬化性を持つ厚膜材料を塗布する工程と、ホ
トリソグラフィでガイド穴をパターニングする工程と、
該ガイド穴に該光導波体を挿入して接着する工程を少な
くとも含むことを特徴とする。
【0026】本発明に係る光電融合基板の製造方法製造
方法は、ガイド穴に相当する領域の電気回路基板表面に
金属膜を形成する工程と、その表面に光伝送媒体を形成
する工程と、レーザ照射により該光伝送媒体に穴加工す
る工程を含み、該レーザ加工において該金属膜は加工さ
れないレーザ強度に調整して該光伝送媒体にガイド穴を
形成することを特徴とする。
方法は、ガイド穴に相当する領域の電気回路基板表面に
金属膜を形成する工程と、その表面に光伝送媒体を形成
する工程と、レーザ照射により該光伝送媒体に穴加工す
る工程を含み、該レーザ加工において該金属膜は加工さ
れないレーザ強度に調整して該光伝送媒体にガイド穴を
形成することを特徴とする。
【0027】また、本発明に係る基板は、少なくとも第
1の光導波路部を有する第1の部材と第2の光導波路部
を有する第2の部材とが積層された基板であって、該第
1の光導波路部、及び該第2の光導波路部に光接続を行
うための第1及び第2のガイド穴を有し、且つ該第1及
び第2のガイド穴の深さ同一であることを特徴とする。
1の光導波路部を有する第1の部材と第2の光導波路部
を有する第2の部材とが積層された基板であって、該第
1の光導波路部、及び該第2の光導波路部に光接続を行
うための第1及び第2のガイド穴を有し、且つ該第1及
び第2のガイド穴の深さ同一であることを特徴とする。
【0028】上記基板に設けられた前記第1及び第2の
ガイド穴に、互いに長さの異なる第1及び第2の光導波
部材を実装して、該第1の光導波部材と前記第1の光導
波路部を接続し、該第1の光導波部材と前記第2の光導
波路部を接続することができる。
ガイド穴に、互いに長さの異なる第1及び第2の光導波
部材を実装して、該第1の光導波部材と前記第1の光導
波路部を接続し、該第1の光導波部材と前記第2の光導
波路部を接続することができる。
【0029】本発明に係る半導体装置は、第1の光素
子、該第1の光素子に接続される第1の光導波手段、第
2の光素子、該第2の光素子に接続される第2の光導波
手段を有する半導体装置であって、該第1の光導波手段
と第2の光導波手段の長さが異なることを特徴とする。
前記第1の光素子と前記第1の光導波手段、及び前記第
2の光素子と前記第2の光導波手段はそれぞれガイド穴
を用いて接続することができる。
子、該第1の光素子に接続される第1の光導波手段、第
2の光素子、該第2の光素子に接続される第2の光導波
手段を有する半導体装置であって、該第1の光導波手段
と第2の光導波手段の長さが異なることを特徴とする。
前記第1の光素子と前記第1の光導波手段、及び前記第
2の光素子と前記第2の光導波手段はそれぞれガイド穴
を用いて接続することができる。
【0030】
【発明の実施の形態】本発明について具体的に図面を用
いて説明する。
いて説明する。
【0031】(実施形態1)図2(a)に示すように、
光導波路を有する基板21には、あらかじめガイド穴2
4が設けられている。そして、電気チップ28には光接
続用の光ピン26が突出している。光ガイド穴24に光
ピン26を差し込むことにより容易に電気チップ28と
基板21との光接続を行うことができる。
光導波路を有する基板21には、あらかじめガイド穴2
4が設けられている。そして、電気チップ28には光接
続用の光ピン26が突出している。光ガイド穴24に光
ピン26を差し込むことにより容易に電気チップ28と
基板21との光接続を行うことができる。
【0032】なお、図2において、27は電気接続の為
のリード、20は電気回路基板、22は電気配線用のビ
ア、23は配線、リード度接続の為の25電極である
が、これらは必要に応じて設けられていればよい。
のリード、20は電気回路基板、22は電気配線用のビ
ア、23は配線、リード度接続の為の25電極である
が、これらは必要に応じて設けられていればよい。
【0033】また、光ピン26は、傾斜端面を有してい
るように記載しているが、光導波路を有する基板21に
光接続できれば特に限定されるものではなく、また、ピ
ン形状に限ることなく光導波部材として機能するもので
あればよい。
るように記載しているが、光導波路を有する基板21に
光接続できれば特に限定されるものではなく、また、ピ
ン形状に限ることなく光導波部材として機能するもので
あればよい。
【0034】また、基板21には、線状の導波路が設け
られていたり、2次元的に面内方向に拡がる導波路層を
有していても良い。基板21における光導波路は詳細に
は図示していないが、例えばコア層を上下のクラッド層
で挟まれた領域が、線状、あるいはシート状に形成され
る。
られていたり、2次元的に面内方向に拡がる導波路層を
有していても良い。基板21における光導波路は詳細に
は図示していないが、例えばコア層を上下のクラッド層
で挟まれた領域が、線状、あるいはシート状に形成され
る。
【0035】更にまた、光導波路部は多層構造であって
もよい。その例を図5(a)に示す。同図において、5
0は多層構造を有する光導波路部である。導波路部は、
線状の導波路であっても、シート状の導波路(面内方向
に光が伝播する)であってもよい。多層構造の導波路部
を有する場合には、各光ピン毎に各層の導波路に接続で
きるように、光ピン53の長さを導波路部の深さに対応
させて各々異ならせることも好ましいものである。各ガ
イド穴58の深さは、接続される光ピンの個々の長さに
対応させることもできるが、一番長い光ピンの長さに合
わせて、ガイド穴58の深さを揃えておけば穴を空ける
プロセスを簡略化できる。
もよい。その例を図5(a)に示す。同図において、5
0は多層構造を有する光導波路部である。導波路部は、
線状の導波路であっても、シート状の導波路(面内方向
に光が伝播する)であってもよい。多層構造の導波路部
を有する場合には、各光ピン毎に各層の導波路に接続で
きるように、光ピン53の長さを導波路部の深さに対応
させて各々異ならせることも好ましいものである。各ガ
イド穴58の深さは、接続される光ピンの個々の長さに
対応させることもできるが、一番長い光ピンの長さに合
わせて、ガイド穴58の深さを揃えておけば穴を空ける
プロセスを簡略化できる。
【0036】また、電気チップ28から突出する光ピン
の長さ自体は揃えておき、当該光ピンの所望の領域に、
光路変換部(例えば45度の傾斜屈折率分布を持つ構
造)を備えていてもよい。
の長さ自体は揃えておき、当該光ピンの所望の領域に、
光路変換部(例えば45度の傾斜屈折率分布を持つ構
造)を備えていてもよい。
【0037】(実施形態2)実施形態1においては、光
導波路を有する基板と電気チップとの接続を容易にする
為に光ピン及びガイド穴を利用する形態について説明し
たが、本実施形態においては、電気チップと光ピンとを
接続する形態について説明する。
導波路を有する基板と電気チップとの接続を容易にする
為に光ピン及びガイド穴を利用する形態について説明し
たが、本実施形態においては、電気チップと光ピンとを
接続する形態について説明する。
【0038】図1に示すように電気チップ8のパッケー
ジ上面となるマウントに各半導体チップを実装して面型
光素子5上にガイド穴11を形成し光ピン(例えば、リ
ボンファイバ)を挿入して固定する。固定に際しては、
接着剤などを適宜用いることができる。同図において、
1は光ピン(コア層をクラッド層が包む構造)、2はガ
イド穴形成部材、3は、面型光素子、4は電極、5は活
性領域、6は配線、7は集積回路素子、8はマウントで
ある。ガイド穴形成部材2は、SU‐8などのホトリソ
グラフィにより直接ガイド穴構造体を作り込むことが出
来るレジストを用いることができる。図1(b)は、光
ピンをガイド穴11に実装した場合の断面構造の模式図
である。
ジ上面となるマウントに各半導体チップを実装して面型
光素子5上にガイド穴11を形成し光ピン(例えば、リ
ボンファイバ)を挿入して固定する。固定に際しては、
接着剤などを適宜用いることができる。同図において、
1は光ピン(コア層をクラッド層が包む構造)、2はガ
イド穴形成部材、3は、面型光素子、4は電極、5は活
性領域、6は配線、7は集積回路素子、8はマウントで
ある。ガイド穴形成部材2は、SU‐8などのホトリソ
グラフィにより直接ガイド穴構造体を作り込むことが出
来るレジストを用いることができる。図1(b)は、光
ピンをガイド穴11に実装した場合の断面構造の模式図
である。
【0039】Si集積回路素子を有する基板と面型光素
子を含む電気チップ8をハイブリッドに実装する場合に
は、光ピン1の先端を45度にカットしておけば光導波
路に対して垂直にこの光ピンを挿入することで光電融合
基板への光実装が可能となる。なお、光ピン1の先端の
形状は光接続の仕方に応じてその形状を変えてよい。
子を含む電気チップ8をハイブリッドに実装する場合に
は、光ピン1の先端を45度にカットしておけば光導波
路に対して垂直にこの光ピンを挿入することで光電融合
基板への光実装が可能となる。なお、光ピン1の先端の
形状は光接続の仕方に応じてその形状を変えてよい。
【0040】図3のようにこの光ピンの表面に金属膜3
5を成膜すれば、反射率向上と、スルホール接続の両方
が達成できる。
5を成膜すれば、反射率向上と、スルホール接続の両方
が達成できる。
【0041】また、図4のようにファイバ先端をV字構
造にカットすれば光導波路の両方向に、円錐コーン状に
すればブロードキャスト的に光伝送が可能である。図5
のように光導波路50を積層する場合には、光ピン53
の長さを変えておけばよく、本発明のように電気チップ
側にガイド穴を開けて挿入する方法では、容易にアライ
メントできる。また、図6のように電気チップ68に対
して水平方向に光ピンを付けて光電融合基板に実装する
こともできる。
造にカットすれば光導波路の両方向に、円錐コーン状に
すればブロードキャスト的に光伝送が可能である。図5
のように光導波路50を積層する場合には、光ピン53
の長さを変えておけばよく、本発明のように電気チップ
側にガイド穴を開けて挿入する方法では、容易にアライ
メントできる。また、図6のように電気チップ68に対
して水平方向に光ピンを付けて光電融合基板に実装する
こともできる。
【0042】このように、電気チップに接続用のガイド
穴を設け、当該部分に光ピンを実装することで高機能な
電気ボードや、3次元スタック化したICチップ内部の
光配線を低コストで達成することができる。
穴を設け、当該部分に光ピンを実装することで高機能な
電気ボードや、3次元スタック化したICチップ内部の
光配線を低コストで達成することができる。
【0043】なお、光ピンは光ファイバ以外にも、光導
波路アレイを一体形成した光導波路フィルムや、2次元
スラブ導波路、単一組成でできたロット(棒)やフィル
ム等でもよい。
波路アレイを一体形成した光導波路フィルムや、2次元
スラブ導波路、単一組成でできたロット(棒)やフィル
ム等でもよい。
【0044】また、面型光素子として、発光側には面発
光レーザやLED、受光側にはフォトダイオードが好適
に用いられ、Si集積回路素子と同一基板上にモノリシ
ックに集積化させてもよい。
光レーザやLED、受光側にはフォトダイオードが好適
に用いられ、Si集積回路素子と同一基板上にモノリシ
ックに集積化させてもよい。
【0045】
【実施例】(実施例1)図1は本発明による光ピン付電
気チップの光結合部を示したものである。図1(a)は
ファイバを実装する前の斜視図、図1(b)はファイバ
実装後の断面図である。
気チップの光結合部を示したものである。図1(a)は
ファイバを実装する前の斜視図、図1(b)はファイバ
実装後の断面図である。
【0046】図1において、セラミックなどのサブマウ
ント8上にSi集積回路素子7および光素子3が実装さ
れ、集積回路素子の入出力の一部を光で行うために、ワ
イヤボンド6で光素子の電極4と接続されている。
ント8上にSi集積回路素子7および光素子3が実装さ
れ、集積回路素子の入出力の一部を光で行うために、ワ
イヤボンド6で光素子の電極4と接続されている。
【0047】光素子としては、発光部は面型のLEDま
たは面発光レーザを用い、受光部は面型のホトダイオー
ドなどを用いている。その面型の光素子の上には、外形
が光ファイバ1と同じで、中心のコア領域が光素子の活
性領域5と一致するようなガイド穴11をパターンニン
グしたガイド穴形成部材としてのポリマー2を形成して
いる。
たは面発光レーザを用い、受光部は面型のホトダイオー
ドなどを用いている。その面型の光素子の上には、外形
が光ファイバ1と同じで、中心のコア領域が光素子の活
性領域5と一致するようなガイド穴11をパターンニン
グしたガイド穴形成部材としてのポリマー2を形成して
いる。
【0048】このポリマーとしては、通常のホトリソグ
ラフィでパターンニングできる厚膜用のレジストである
MicroChem社製のSU‐8を用いた。SU‐8
はエポキシ系樹脂で構成されたネガレジストであり、容
易に100μm以上の厚さの強固な構造体を作ることが
できる。この穴に端面を45度カットした光ファイバを
挿入して接着剤で固定することで、容易に高効率な光結
合が得られる。電気チップの実装された表面には保護の
ためのモールド材29を形成している。
ラフィでパターンニングできる厚膜用のレジストである
MicroChem社製のSU‐8を用いた。SU‐8
はエポキシ系樹脂で構成されたネガレジストであり、容
易に100μm以上の厚さの強固な構造体を作ることが
できる。この穴に端面を45度カットした光ファイバを
挿入して接着剤で固定することで、容易に高効率な光結
合が得られる。電気チップの実装された表面には保護の
ためのモールド材29を形成している。
【0049】このようにホトリソグラフィで形成できる
ガイド穴11を用いることで簡単に光ピン付の電気チッ
プを提供することができる。ここでは、面型光素子のピ
ッチを250μm、光ピンとして外形が125μmの被
覆ないプラスティック光ファイバ(POF)を用いた
が、これに限定されるものではない。POFは容易に加
熱加工できるので、45度ミラー9はファイバ実装後に
一括してホットプレートなどに押し付けて加工すること
もできる。また、光ピンとしては光ファイバ以外にも、
光導波体であれば何でも良く、形状も四角柱などでもよ
い。また、屈折率差をつけたコア10は必ずしも必要で
はなく、均一材料で空気との屈折率差などによる導波効
果を用いてもよい。図1では光ピンが1本ずつ実装され
ているが、リボンファイバなど複数のファイバが束にな
っているものや、シート状ですべての導波路が1体化さ
れた光導波路フィルムでもよい。
ガイド穴11を用いることで簡単に光ピン付の電気チッ
プを提供することができる。ここでは、面型光素子のピ
ッチを250μm、光ピンとして外形が125μmの被
覆ないプラスティック光ファイバ(POF)を用いた
が、これに限定されるものではない。POFは容易に加
熱加工できるので、45度ミラー9はファイバ実装後に
一括してホットプレートなどに押し付けて加工すること
もできる。また、光ピンとしては光ファイバ以外にも、
光導波体であれば何でも良く、形状も四角柱などでもよ
い。また、屈折率差をつけたコア10は必ずしも必要で
はなく、均一材料で空気との屈折率差などによる導波効
果を用いてもよい。図1では光ピンが1本ずつ実装され
ているが、リボンファイバなど複数のファイバが束にな
っているものや、シート状ですべての導波路が1体化さ
れた光導波路フィルムでもよい。
【0050】図2は、上述の電気チップの光電融合基板
への実装例である。電気チップ28には光ピン26以外
に、電気接続のためのリード27を設けてあるが、これ
らのピン数は必要に応じて変わるものであり、図2で限
定されるものではない。光電融合基板32は、電気回路
基板20、光導波層21からなり、電気回路基板が多層
基板である場合には、配線23とビア22が埋め込まれ
ている。一方、光導波層には光ピン差込用のガイド穴2
4および、リード接続のための電極25が形成されてお
り、光ピンを差し込んでハンダや銀ペースト等でリード
を電極に固定することで簡単に実装できる。光導波層の
材料は主にポリマーが用いられ、PMMA、ポリカーボ
ネート、Z型ポリカーボネート(PCZ)、ARTON
SU−8,ポリイミド,CYTOPなどが適している。
への実装例である。電気チップ28には光ピン26以外
に、電気接続のためのリード27を設けてあるが、これ
らのピン数は必要に応じて変わるものであり、図2で限
定されるものではない。光電融合基板32は、電気回路
基板20、光導波層21からなり、電気回路基板が多層
基板である場合には、配線23とビア22が埋め込まれ
ている。一方、光導波層には光ピン差込用のガイド穴2
4および、リード接続のための電極25が形成されてお
り、光ピンを差し込んでハンダや銀ペースト等でリード
を電極に固定することで簡単に実装できる。光導波層の
材料は主にポリマーが用いられ、PMMA、ポリカーボ
ネート、Z型ポリカーボネート(PCZ)、ARTON
SU−8,ポリイミド,CYTOPなどが適している。
【0051】実装後の断面図を示したものが図2(b)
である。電気チップの面発光素子の活性領域5から発生
した光信号は光ピンの45度ミラーを介して31の経路
で示すように光導波路21に結合される。ここでは光導
波層21を2次元スラブ導波路としてあり、各光ピンか
ら入射した光の進行方向の終端に各チャネル毎に、他の
電気チップの受光器が対応することを想定している。光
接続が直線状で曲げ等がない場合には、特に光導波路を
作製しなくても、スラブ導波路によって多チャンネル接
続が可能である。もちろん、図示していないが、各チャ
ネル毎に導波路を作製して、確実に光を閉じ込めて伝送
することも可能であり、この場合には曲げなどの複雑な
配線形状に対応できるとともに、チャネル間クロストー
ク低減、チャネル間隔低減が可能となる。
である。電気チップの面発光素子の活性領域5から発生
した光信号は光ピンの45度ミラーを介して31の経路
で示すように光導波路21に結合される。ここでは光導
波層21を2次元スラブ導波路としてあり、各光ピンか
ら入射した光の進行方向の終端に各チャネル毎に、他の
電気チップの受光器が対応することを想定している。光
接続が直線状で曲げ等がない場合には、特に光導波路を
作製しなくても、スラブ導波路によって多チャンネル接
続が可能である。もちろん、図示していないが、各チャ
ネル毎に導波路を作製して、確実に光を閉じ込めて伝送
することも可能であり、この場合には曲げなどの複雑な
配線形状に対応できるとともに、チャネル間クロストー
ク低減、チャネル間隔低減が可能となる。
【0052】なお、図2(b)における30は、電気回
路基板上の光ピンの挿入される部分に形成した銅などの
金属膜である。光導波路における光ピン用の装着穴24
を形成するときに、KrFエキシマレーザ照射による加
工を用いたが、この金属膜は加工のストップ層として機
能させることができる。これは、ポリマ加工用の照射エ
ネルギが金属よりも小さいため、選択加工が可能だから
である。
路基板上の光ピンの挿入される部分に形成した銅などの
金属膜である。光導波路における光ピン用の装着穴24
を形成するときに、KrFエキシマレーザ照射による加
工を用いたが、この金属膜は加工のストップ層として機
能させることができる。これは、ポリマ加工用の照射エ
ネルギが金属よりも小さいため、選択加工が可能だから
である。
【0053】なお、この光導波層における光ピン用の装
着穴24は、電気チップに形成したガイド穴と同じよう
にホトリソグラムで作製してもよい。この場合、SU−
8などを光導波層として用いることができる。
着穴24は、電気チップに形成したガイド穴と同じよう
にホトリソグラムで作製してもよい。この場合、SU−
8などを光導波層として用いることができる。
【0054】このように本発明による光ピン結合方法
で、光電融合基板用の低コストな光ピン付電気チップを
提供することができる。
で、光電融合基板用の低コストな光ピン付電気チップを
提供することができる。
【0055】(実施例2)本発明による第2実施例は、
図3のように光ピンとなる光ファイバなどの導波体にA
l、Cu、Auなどの導電性の高い金属膜35を形成し
たものである。この金属膜は光の出射側には形成しない
ようにしておく。
図3のように光ピンとなる光ファイバなどの導波体にA
l、Cu、Auなどの導電性の高い金属膜35を形成し
たものである。この金属膜は光の出射側には形成しない
ようにしておく。
【0056】この金属膜により、45度ミラー部36に
おいて反射率を向上させて光導波路への結合効率を向上
させるとともに、電気チップ8側と電気回路基板28の
電気配線を行うビア接続を同時に達成することができ
る。かかる場合には図2の25および27で行うような
光導波路表面での電気コンタクトを省略することも可能
であり、ガイド穴底部の電極37とファイバ被覆金属膜
35とのクリームハンダなどによる接続を用いて、電気
チップの電気実装および固定を行うことができる。
おいて反射率を向上させて光導波路への結合効率を向上
させるとともに、電気チップ8側と電気回路基板28の
電気配線を行うビア接続を同時に達成することができ
る。かかる場合には図2の25および27で行うような
光導波路表面での電気コンタクトを省略することも可能
であり、ガイド穴底部の電極37とファイバ被覆金属膜
35とのクリームハンダなどによる接続を用いて、電気
チップの電気実装および固定を行うことができる。
【0057】したがって、導波路表面での加熱処理がな
くなるので、特にガラス転移温度の低い導波路材料を用
いる場合には有効になるとともに、光導波路を貫くビア
配線を別途作製する必要がなくなるので低コスト化につ
ながる。なお、図中29は、電気チップの素子を保護す
るためのモールド材である。
くなるので、特にガラス転移温度の低い導波路材料を用
いる場合には有効になるとともに、光導波路を貫くビア
配線を別途作製する必要がなくなるので低コスト化につ
ながる。なお、図中29は、電気チップの素子を保護す
るためのモールド材である。
【0058】(実施例3)本発明による第3の実施例
は、光ピンなどの光導波手段に、図4のようにV字の端
面加工面40を形成することで、面型光素子との光結合
を2方向におこなうことができるものである。
は、光ピンなどの光導波手段に、図4のようにV字の端
面加工面40を形成することで、面型光素子との光結合
を2方向におこなうことができるものである。
【0059】ここで、光ファイバのガイド穴2と面型素
子3との間には、2μm厚のポリイミド層41を形成し
た。これは、ファイバ外形よりは小さく、光素子の活性
領域5よりは大きい窓が形成されており、光結合を遮る
ことなく、ファイバ挿入のときのストッパにすることが
できる。この層はもちろん、本発明の光導波路実装のた
めのガイド穴を用いるものにはすべて適用できる。
子3との間には、2μm厚のポリイミド層41を形成し
た。これは、ファイバ外形よりは小さく、光素子の活性
領域5よりは大きい窓が形成されており、光結合を遮る
ことなく、ファイバ挿入のときのストッパにすることが
できる。この層はもちろん、本発明の光導波路実装のた
めのガイド穴を用いるものにはすべて適用できる。
【0060】一方、光素子からの光信号を2次元スラブ
状に形成した光導波路21の全方向に、ブロードキャス
ト的に送信したい場合もありえる。この場合は、断面図
は図4の40と同じだが、円錐コーン状にファイバ端面
を加工すれば、360度方向に光路を変換することがで
きる。
状に形成した光導波路21の全方向に、ブロードキャス
ト的に送信したい場合もありえる。この場合は、断面図
は図4の40と同じだが、円錐コーン状にファイバ端面
を加工すれば、360度方向に光路を変換することがで
きる。
【0061】(実施例4)第4の実施例では、多層の光
導波層50や電気回路基板を挟んで裏面にも光導波層5
2を構成して、さらなる多ビットの伝送に対応する構成
を示すものである。
導波層50や電気回路基板を挟んで裏面にも光導波層5
2を構成して、さらなる多ビットの伝送に対応する構成
を示すものである。
【0062】各層に対応して光結合を行うための光ピン
53は長さを変えてあり、図5(b)の断面図に示すよ
うな4層の光導波路と光結合ができるようになってい
る。また、基板の裏面側の光導波層52に対しては、予
め電気回路基板51側にスルーホールの如く光結合用の
45度ミラー付光ファイバ54を埋め込んでおく。電気
チップ28を実装するときに実施例1で示した図1
(a)のような面型光素子上のガイド穴に挿入できるよ
うに、図5(a)のようにファイバ54に対して突出部
が形成されている。
53は長さを変えてあり、図5(b)の断面図に示すよ
うな4層の光導波路と光結合ができるようになってい
る。また、基板の裏面側の光導波層52に対しては、予
め電気回路基板51側にスルーホールの如く光結合用の
45度ミラー付光ファイバ54を埋め込んでおく。電気
チップ28を実装するときに実施例1で示した図1
(a)のような面型光素子上のガイド穴に挿入できるよ
うに、図5(a)のようにファイバ54に対して突出部
が形成されている。
【0063】このような多層光導波層にすることによ
り、多重化度が向上するのでより高速な光配線が可能に
なる。
り、多重化度が向上するのでより高速な光配線が可能に
なる。
【0064】(実施例5)本実施例では、電気回路基板
に対して光の入出力を垂直方向に行うのではなく図6の
ように水平方向の光ファイバ62で行うものである。そ
の詳細図を図6(b)の断面図に示す。面型光素子84
は小型のサブマウント84に実装され、これをさらに電
気チップのベースとなるマウント68に接着している。
ここで、面型光素子の電気配線はベースのマウント表面
に形成した配線80により内側に引き出され、Si集積
回路素子とはワイヤボンディング87により接続され
る。光導波路61との光結合を行うための光ファイバ6
2は実施例1と同様に、光素子表面に形成したガイド穴
83に挿入して実装している。なお、光ファイバ端部は
光導波路との多重反射を防ぎ、レンズ効果ももたせるた
めに凸状に加工してある。これもPOFの特徴である
が、加熱した型を押し付けることで容易にこのような端
面処理が行える。
に対して光の入出力を垂直方向に行うのではなく図6の
ように水平方向の光ファイバ62で行うものである。そ
の詳細図を図6(b)の断面図に示す。面型光素子84
は小型のサブマウント84に実装され、これをさらに電
気チップのベースとなるマウント68に接着している。
ここで、面型光素子の電気配線はベースのマウント表面
に形成した配線80により内側に引き出され、Si集積
回路素子とはワイヤボンディング87により接続され
る。光導波路61との光結合を行うための光ファイバ6
2は実施例1と同様に、光素子表面に形成したガイド穴
83に挿入して実装している。なお、光ファイバ端部は
光導波路との多重反射を防ぎ、レンズ効果ももたせるた
めに凸状に加工してある。これもPOFの特徴である
が、加熱した型を押し付けることで容易にこのような端
面処理が行える。
【0065】このように水平方向に光結合を行うため、
図6(a)のように電気チップ68を実装する部分には
光導波層61は形成していない。したがって、リード6
3の電気接続は、電気回路基板上の電極64と直接行う
ことができる。このとき、はんだによるリフロー実装を
行えば、セルアライメントで位置調整を行うことができ
る。
図6(a)のように電気チップ68を実装する部分には
光導波層61は形成していない。したがって、リード6
3の電気接続は、電気回路基板上の電極64と直接行う
ことができる。このとき、はんだによるリフロー実装を
行えば、セルアライメントで位置調整を行うことができ
る。
【0066】このような構造にすることにより、光導波
層にガイド穴を加工する工程や電気のビア配線の工程を
省略することができる。もちろん、実施例4までの垂直
入出射と本実施例の水平入出射を混在することもでき
る。
層にガイド穴を加工する工程や電気のビア配線の工程を
省略することができる。もちろん、実施例4までの垂直
入出射と本実施例の水平入出射を混在することもでき
る。
【0067】(実施例6)本発明による第6の実施例
は、図7に示すようにいままでの実施例による光配線を
用いて、高速シリアルバスで構成したボードを提供する
ものである。いままでの実施例で示した図はボードの一
部領域を示したもので、実際には光導波層234は全体
の電気回路基板230の一部の領域であっても良い。デ
ュアルCPU(231)構成で、CPU間およびCPU
とメモリ232とのアクセスを本発明による光導波装置
を用いて構成している。光配線は、図5のように縦方向
に4層をスタックすると同時に、図7に示すように電気
基板230の面内方向にも4つ並列に並べて、4×4で
16bitの構成になっている。メモリとのアクセスは
8bitずつとなっている。CPUの64bit出力を
16bitにパラレル−シリアル変換して1bitあた
り10Gbpsの光伝送を行うことで、64bitパラ
レルに換算して1bitあたり2.5GHz動作、1チ
ャンネル全体で160Gbps(20Gバイト/se
c)のシリアルバス接続が可能である。このような高速
接続にもかかわらず、EMIノイズの発生は抑えられ、
距離の離れた複数のCPU間や周辺機器間を直接ネット
ワーク接続するようなマルチCPUシステムを構築する
ことができる。パス幅を16bitとしたがこの限りで
はない。
は、図7に示すようにいままでの実施例による光配線を
用いて、高速シリアルバスで構成したボードを提供する
ものである。いままでの実施例で示した図はボードの一
部領域を示したもので、実際には光導波層234は全体
の電気回路基板230の一部の領域であっても良い。デ
ュアルCPU(231)構成で、CPU間およびCPU
とメモリ232とのアクセスを本発明による光導波装置
を用いて構成している。光配線は、図5のように縦方向
に4層をスタックすると同時に、図7に示すように電気
基板230の面内方向にも4つ並列に並べて、4×4で
16bitの構成になっている。メモリとのアクセスは
8bitずつとなっている。CPUの64bit出力を
16bitにパラレル−シリアル変換して1bitあた
り10Gbpsの光伝送を行うことで、64bitパラ
レルに換算して1bitあたり2.5GHz動作、1チ
ャンネル全体で160Gbps(20Gバイト/se
c)のシリアルバス接続が可能である。このような高速
接続にもかかわらず、EMIノイズの発生は抑えられ、
距離の離れた複数のCPU間や周辺機器間を直接ネット
ワーク接続するようなマルチCPUシステムを構築する
ことができる。パス幅を16bitとしたがこの限りで
はない。
【0068】(実施例7)本発明による第7の実施例
は、これをSi集積回路チ素子内部の配線に適用するも
のである。図8は3次元スタック化されたSi集積回路
ベアチップの断面図を示したものである。70はSi集
積回路(不図示)が表面に形成され、上下配線のための
ビア配線72も形成されたSi層である。これは、CM
P(化学機械研磨)技術により20μm程度まで薄くし
ている。Si表面上には高速光配線のための発光素子7
3および受光素子74がモノリシックに集積化されてい
る。光素子は、Si基板上にモノリシック化するため
に、SiGe、Si微粒子、β−FeSi2など直接結
晶成長できる材料を用いている。特にβ−FeSi2
は、バンドギャップ電圧が低く(約0.8V)、発光効
率や吸収係数が高いので適している。
は、これをSi集積回路チ素子内部の配線に適用するも
のである。図8は3次元スタック化されたSi集積回路
ベアチップの断面図を示したものである。70はSi集
積回路(不図示)が表面に形成され、上下配線のための
ビア配線72も形成されたSi層である。これは、CM
P(化学機械研磨)技術により20μm程度まで薄くし
ている。Si表面上には高速光配線のための発光素子7
3および受光素子74がモノリシックに集積化されてい
る。光素子は、Si基板上にモノリシック化するため
に、SiGe、Si微粒子、β−FeSi2など直接結
晶成長できる材料を用いている。特にβ−FeSi2
は、バンドギャップ電圧が低く(約0.8V)、発光効
率や吸収係数が高いので適している。
【0069】このような光素子には実施例1のようにガ
イド穴を形成して光導波体75〜79を挿入し、Si層
と交互に積層した任意の光導波層71と光結合できるよ
うになっている。光結合の方法等は今までの実施例で述
べてきた方法と同じであり、ある特定方向、ブロードキ
ャストを光導波体の先端構造を変えることで選択でき
る。
イド穴を形成して光導波体75〜79を挿入し、Si層
と交互に積層した任意の光導波層71と光結合できるよ
うになっている。光結合の方法等は今までの実施例で述
べてきた方法と同じであり、ある特定方向、ブロードキ
ャストを光導波体の先端構造を変えることで選択でき
る。
【0070】本実施例では、光導波層としてポリマーを
用いたが、無機材料、あるいは空洞にして自由空間光伝
送にしてもよい。
用いたが、無機材料、あるいは空洞にして自由空間光伝
送にしてもよい。
【0071】今後さらに高速化するLSIにおいては、
内部配線においても金属配線による遅延や寄生容量など
が問題になるため、光配線を混在させた3次元スタック
化で高密度化することが不可欠となる。このような3次
元チップは、次世代のコンピュータ用のCPUや、携帯
機器のCPUとして用いることで、飛躍的な性能向上、
小型化が可能となる。
内部配線においても金属配線による遅延や寄生容量など
が問題になるため、光配線を混在させた3次元スタック
化で高密度化することが不可欠となる。このような3次
元チップは、次世代のコンピュータ用のCPUや、携帯
機器のCPUとして用いることで、飛躍的な性能向上、
小型化が可能となる。
【0072】
【発明の効果】本発明においては、高速伝送、電磁ノイ
ズ対策等に用いられる光配線において、光導波部材と該
部材を実装する為のガイド穴をあらかじめ設けておくこ
とにより、光接続を容易に行うことができる。
ズ対策等に用いられる光配線において、光導波部材と該
部材を実装する為のガイド穴をあらかじめ設けておくこ
とにより、光接続を容易に行うことができる。
【0073】また、高速マルチCPUシステムを構築す
る上で、超高速でボード設計の自由度が増すバス配線を
本発明による半導体装置で実現することができる。
る上で、超高速でボード設計の自由度が増すバス配線を
本発明による半導体装置で実現することができる。
【0074】超高速で動作する小型の3次元ICを光電
融合接続で実現することができ、次世代の小型のコンピ
ュータ、携帯機器を高機能化することができる。
融合接続で実現することができ、次世代の小型のコンピ
ュータ、携帯機器を高機能化することができる。
【図1】本発明に係る電気チップの光ピンの接続方法を
説明する図である。
説明する図である。
【図2】本発明に係る電気チップの実装方法を説明する
図である。
図である。
【図3】本発明に係る電気チップの光ピンの例を示す図
である。
である。
【図4】本発明に係る電気チップの光ピンの例を示す図
である。
である。
【図5】本発明に係る多層光導波層を持つ光電融合基板
に対応した電気チップを説明する図である。
に対応した電気チップを説明する図である。
【図6】本発明に係る水平方向に光結合を行う電気チッ
プを説明する図である。
プを説明する図である。
【図7】本発明に係る電気チップを実装した光電融合基
板の例である。
板の例である。
【図8】本発明に係る光ピンの接続方法を用いた3次元
電気チップの断面図である。
電気チップの断面図である。
【図9】従来例を説明する為の図である。
【図10】従来例を説明する為の図である。
1 光ファイバ
2、83 ポリマ
3、84 面型光素子
4 電極
5、85 活性領域
6、86 ワイヤボンディング
7、81 集積回路素子
8 マウント
9、36 45度ミラー
10 コア
11 ガイド穴
20、28、51、60 電気回路基板
21、50、52、61、71、234 光導波層
22、56、67、72 ビア配線
23、55、66、80 配線
24、58 基板ガイド穴
25、37、57、64 基板上電極
26、53、54、62、404 光ピン
27、59、63 リード
28、68 電気チップ
29、82 モールド
30 金属膜
31、42 光路
32、230 光電融合基板
37 被覆金属膜
40、556,557 マイクロミラー
41 スペーサ
69 凸部
70 Si層
73 発光素子
74 受光素子
75,76,77,78、79 光導波体
231 CPU
232 メモリ
233 電気素子
101 光導波装置
102 多層配線基板
103 電気配線
104 絶縁体
106 接着層
111、111’ 光導波路
111a、111b 傾斜面
121 受光素子
131 発光素子
125,135 ICチップ
151 透明基板
152 基板分離層
192 遮光膜
310 TBGAパッケージ構造
312a 面発光レーザアレイ
312b 面受光素子アレイ
312c、317 光入出力面
313、315 はんだバンプ
314a テープキャリア
314c 電気配線層
314d 補強材
314e ヒートスプレッダー
316 透明樹脂
318a、318b マイクロレンズ
319 電極パッド
320 プリント基板
321a 出力側多層光導波路
321b 入力側多層光導波路
322 多層光導波路端部
331a 面発光素子からの出射光
331b コリメート光
331c 収束光
400 光電子プリント基板
401 光導波路
402 スルーホール
403 光電子デバイス
502、546、323a コア
503 基板
544、545 クラッド
311,548 Si−LSI
550 面発光レーザ
551 フォトディテクタ
554 パッケージ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
H01L 31/12 H01S 5/183
H01S 5/022 G02B 6/12 B
5/183 H01L 23/12 F
Fターム(参考) 2H037 BA04 BA13 BA24 CA07 CA10
CA37 DA04 DA06 DA11
2H047 KA02 KB09 MA05 MA07 QA02
QA05 TA11
5F073 AB17 AB28 BA09 EA29 FA15
FA27
5F089 AA06 AB08 AC07 AC17 CA11
CA12 CA20
Claims (29)
- 【請求項1】 電子回路素子に接続される光素子、及び
該光素子に接続される光導波体を有する半導体装置であ
って、該光素子と該光導波体とを接続するためのガイド
穴を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 前記ガイド穴を、光感光性あるいは電子
ビーム硬化性を持ちホトリソグラフィでパターニングす
ることで選択的に硬化が可能な材料で形成してあること
を特徴とする請求項1記載の半導体装置。 - 【請求項3】 前記厚膜材料はポリマー化が可能な厚膜
レジストである請求項2記載の半導体装置。 - 【請求項4】 前記厚膜材料あるいは厚膜レジストの厚
さは5μmから1000μmである請求項1または2記
載の半導体装置。 - 【請求項5】 前記厚膜材料あるいは厚膜レジストは、
前記光導波体のサイズより小さく光のみが透過できる穴
を形成した第1層と、該第1層上に形成され該光導波体
を固定するためのガイド穴を形成した第2層から成り、
第1層の厚さで前記光素子と該光導波体の端面の距離を
規定している請求項1から4記載の半導体装置。 - 【請求項6】 前記光素子は、垂直共振器型の面発光レ
ーザであることを特徴とする請求項1乃至5記載の半導
体装置。 - 【請求項7】 前記光素子は、前記電子回路素子として
のSi集積回路素子と同一基板上に形成されたβ−Fe
Si2を少なくとも含むことを特徴とする請求項1乃至
6記載の半導体装置。 - 【請求項8】 前記光導波体表面には電気接続のための
配線が形成されていることを特徴とする請求項1乃至7
記載の半導体装置。 - 【請求項9】 前記光導波体の前記光素子とは反対側の
先端は斜めにカットされて光路変換して光伝送媒体に光
結合が可能となっている請求項1乃至8記載の半導体装
置。 - 【請求項10】 請求項9記載の光導波体先端にはさら
に金属膜による反射ミラーが形成されていることを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項11】 前記光導波体の光素子とは反対側の先
端は凸形状に加工されて光伝送媒体に光結合が可能とな
っている請求項1乃至8記載の半導体装置。 - 【請求項12】 前記光導波体はプラスティック光ファ
イバであることを特徴とする請求項1乃至11記載の半
導体装置。 - 【請求項13】 前記半導体装置は光伝送媒体とSi層
が積層されたものであって、Si層に形成された集積回
路素子の電気信号の一部またはすべてを、同一Si層に
形成された光素子および積層された光伝送媒体、光導波
体を用いて光信号で授受を行うことを特徴とする請求項
1乃至12記載の半導体装置。 - 【請求項14】 請求項1から13記載の半導体装置は
光伝送媒体と電気回路基板が一体化された光電融合基板
に実装するための電気チップであって、該電気チップに
は電気接続のための端子と光接続のための前記光導波体
が備えられ、請求項9,10記載の先端が斜めにカット
された光導波媒体を該光伝送媒体に垂直に挿入して光結
合するように実装されていることを特徴とする光電融合
基板。 - 【請求項15】 請求項14記載の光電融合基板には、
該光導波体を挿入して実装するためのガイド穴が形成さ
れていることを特徴とする光電融合基板。 - 【請求項16】 請求項14記載の光電融合基板には多
層の光導波層が設けられており、結合するべき光導波層
の位置に合わせて、前記導波体の長さを変えてあること
を特徴とする請求項14、15記載の光電融合基板。 - 【請求項17】 請求項14の光電融合基板には電気チ
ップを実装する面とは反対側の面に光伝送媒体が一体化
されており、該光伝送媒体との光結合を行うために電気
回路基板を貫く光導波体が備えられていることを特徴と
する光電融合基板。 - 【請求項18】 請求項1から13記載の半導体装置は
光伝送媒体と電気回路基板が一体化された光電融合基板
に実装するための電気チップであって、該電気チップに
は電気接続のための端子と光接続のための前記光導波体
が備えられ、該光伝送媒体に対して水平方向に出された
該光導波体によって光結合するように実装されているこ
とを特徴とする光電融合基板。 - 【請求項19】 請求項14記載の光電融合基板の光伝
送媒体は2次元スラブ導波路であり、該第2の光導波体
の光結合によってビーム状の光で信号の授受を行うこと
を特徴とする光電融合基板。 - 【請求項20】 請求項14記載の光電融合基板の光伝
送媒体は2次元スラブ導波路であり、該光導波体の先端
を円錐コーン状とすることで、ブローキャスト的に該光
伝送媒体の任意の位置との間で光信号の授受を行うこと
を特徴とする光電融合基板。 - 【請求項21】 上記光伝送媒体を複数積層させるか、
横方向に複数並べるかあるいはそれらを混合させる方法
で、複数のCPUやメモリなどの電気チップ間の多ビッ
ト配線を請求項14から20の光電融合基板を用いて高
速光シリアルバス伝送により構成したことを特徴とする
電子機器。 - 【請求項22】 Si集積回路素子、受発光素子および
光結合のための光導波体を集積させた半導体装置の製造
方法であって、該受発光素子は基板面に対して垂直に発
光、もしくは受光する面型素子であり、該面型素子表面
に光感光性あるいは電子ビーム硬化性を持つ厚膜材料を
塗布する工程と、ホトリソグラフィでガイド穴をパター
ニングする工程と、該ガイド穴に該光導波体を挿入して
接着する工程を少なくとも含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。 - 【請求項23】 請求項15記載の光電融合基板のガイ
ド穴の製造方法であって、ガイド穴に相当する領域の電
気回路基板表面に金属膜を形成する工程と、その表面に
光伝送媒体を形成する工程と、レーザ照射により該光伝
送媒体に穴加工する工程を含み、該レーザ加工において
該金属膜は加工されないレーザ強度に調整して該光伝送
媒体にガイド穴を形成することを特徴とする光電融合基
板の製造方法。 - 【請求項24】 少なくとも第1の光導波路部を有する
第1の部材と第2の光導波路部を有する第2の部材とが
積層された基板であって、該第1の光導波路部、及び該
第2の光導波路部に光接続を行うための第1及び第2の
ガイド穴を有し、且つ該第1及び第2のガイド穴の深さ
が同一であることを特徴とする基板。 - 【請求項25】 請求項24に記載の基板に設けられた
前記第1及び第2のガイド穴に、互いに長さの異なる第
1及び第2の光導波部材を実装して、該第1の光導波部
材と前記第1の光導波路部を接続し、該第1の光導波部
材と前記第2の光導波路部を接続することを特徴とする
基板の実装方法。 - 【請求項26】 前記光導波手段は光ピンにより構成さ
れる請求項25記載の基板の実装方法。 - 【請求項27】 第1の光素子、該第1の光素子に接続
される第1の光導波手段、第2の光素子、該第2の光素
子に接続される第2の光導波手段を有する半導体装置で
あって、該第1の光導波手段と第2の光導波手段の長さ
が異なることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項28】 前記第1の光素子と前記第1の光導波
手段、及び前記第2の光素子と前記第2の光導波手段は
それぞれガイド穴を用いて接続されている請求項27記
載の半導体装置。 - 【請求項29】 請求項14記載の光伝送媒体は、光感
光性あるいは電子ビーム硬化性を持つ材料で形成され、
前記電気チップとの光接続のためのガイド穴を有する光
電融合基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2001324901A JP2003131081A (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 半導体装置、光電融合基板それらの製造方法、およびこれを用いた電子機器 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001324901A JP2003131081A (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 半導体装置、光電融合基板それらの製造方法、およびこれを用いた電子機器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003131081A true JP2003131081A (ja) | 2003-05-08 |
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ID=19141554
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---|---|---|---|
JP2001324901A Pending JP2003131081A (ja) | 2001-10-23 | 2001-10-23 | 半導体装置、光電融合基板それらの製造方法、およびこれを用いた電子機器 |
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