(57)【要約】  【課題】  ＶＣＳＥＬ／ＰＤが形成されている半導体チップと、光導波路との間の距離（高さ）を短くすること。  【解決手段】  光導波路と、半導体チップとを、１つ以上のはんだバンプを介して接合するにあたって、コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供し、コンフォーマルビアの中に又はその入口の周辺に、はんだバンプを挿入又は設置する。表面に金属パッドが形成されている半導体チップを提供して、半導体チップの金属パッドによってコンフォーマルビアをカバーする。光導波路と半導体チップとの両方をひっくり返して（上下反対にして）挿入されているか設置されているところのはんだバンプを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合する。コンフォーマルビアが金属パッドに覆われた部分を、接着剤（アンダーフィルを含む）で封止してもよい。（はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めになる。）【選択図】  図３
2014090066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路と、半導体チップとを、１つ以上のはんだバンプを介して接合する方法であって、
コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供するステップと、
コンフォーマルビアの中に又はその入口の周辺に、はんだバンプを挿入又は設置するステップと、
表面に金属パッドが形成されている半導体チップを提供するステップと、
半導体チップの金属パッドによってコンフォーマルビアをカバーするステップと、
光導波路と半導体チップとの両方をひっくり返す（上下反対にする）ステップと、
挿入されているか設置されているところのはんだバンプを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合するステップとを有する、
方法。
【請求項２】
光導波路と、半導体チップとを、１つ以上のはんだバンプを介して接合する方法であって、
表面に金属パッドが形成されている半導体チップを提供するステップと、
半導体チップの金属パッドの表面にフラックスを塗布するステップと、
塗布されたフラックスの上に、はんだバンプを設置するステップと、
コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供するステップと、
はんだバンプをコンフォーマルビアによってカバーするステップと、
設置されているところのはんだバンプを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合するステップとを有する、
方法。
【請求項３】
光導波路と、半導体チップとを、１つ以上のはんだバンプを介して接合する方法であって、
表面に金属パッドが形成されている半導体チップを提供するステップと、
半導体チップの金属パッドの表面に、はんだめっきを形成するステップと、
コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供するステップと、
はんだめっきをコンフォーマルビアによってカバーするステップと、
設置されているところのはんだめっきを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合するステップとを有する、
方法。
【請求項４】
はんだバンプを溶融させるステップの前に、
コンフォーマルビアが金属パッドに覆われた部分を、接着剤（アンダーフィルを含む）で封止する（はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めになる）ステップを有する、
請求項１〜３の何れかに記載の方法。
【請求項５】
はんだバンプが球であり、
コンフォーマルビアが円柱状である、
請求項１または２の何れかに記載の方法。
【請求項６】
はんだめっきが四角柱であり、
コンフォーマルビアが円柱状である、
請求項３に記載の方法。
【請求項７】
はんだめっきが正方形柱であり、
コンフォーマルビアが円柱状であり、
正方形柱の正方形の対角線が、円柱の直径に対して、同一かそれよりも短く設定されている、
請求項３に記載の方法。
【請求項８】
はんだバンプが球であり、
コンフォーマルビアが正方形柱状であり、
はんだバンプの直径が、コンフォーマルビアの正方形柱底面の一辺よりも大きく設定されている、
請求項１または２の何れかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光導波路と半導体チップとの実装に関するものであり、より具体的には、はんだ接合の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気による回路と、光による回路とが、互いに固定的に積層される関係になる積層体をコンピューター製品に組み込むことを目指して、研究開発が進められている。
【０００３】
電気による回路は、電気的な配線が形成された電子回路基板として形成されている。
【０００４】
光による回路は、コアとクラッドとが樹脂によって光導波路として形成されている光導波路基板として形成されている。
【０００５】
これら電気による回路と光による回路との間では、発光素子と受光素子とが電気的に制御されるため、電気と光とが連携した動作をする。
【０００６】
図１は、電気による回路と光による回路とが連携する従来の構成を示す図である。
【０００７】
半導体チップ（Ｃｈｉｐ）には、典型的な発光素子として、例えば、ＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting LASER（垂直共振器面発光レーザ））が形成される。
半導体チップには、典型的な受光素子として、例えば、ＰＤ（Photodiode）が形成される。
【０００８】
ＶＣＳＥＬは、基板面に対して垂直方向に光を共振させ、面と垂直方向に光を出射させるものである。
【０００９】
その構造から、製造工程では基板を劈開せずとも共振器の形成やレーザ特性の検査が可能であり、大量生産に向いており、他の半導体レーザーに比べて比較的安価に製造が可能、２次元アレーにできる点などの特徴を持つ。
【００１０】
加えて、閾値電流が小さいためシステムの消費電力が小さい、低電流でも高速変調が可能、温度変化に対する特性変化の幅が少なく、温度制御装置が簡易化できるなど、その利点は多い。
【００１１】
ＰＤは、受光素子として、光検出器として働く半導体であり、デバイスの検出部に光を取り込むための窓などの接続部が存在している。
【００１２】
これら  ＶＣＳＥＬ／ＰＤ  が、導波路を貫通するビアを通じて電気的に連絡されて制御される。
【００１３】
光導波路に沿って導かれる光のビームは、ＶＣＳＥＬ／ＰＤの面に向かって、金蒸着面等を利用したミラー等を利用して方向が変えられる。
【００１４】
理想的には、傾斜が４５度のミラーによって、９０度の方向変換が望ましいとされるが、構造を形成するための各要素の機械的精度や、各要素の配置等の関係もあって、９０度±αとしての角度誤差が生じてしまうことがある。
【００１５】
図１に従った構成に従うと、ＶＣＳＥＬ／ＰＤが形成されている半導体チップと、光導波路との間の距離が長ければ長いほど、ビームが広がり、光の接続損失が大きくなってしまう。
【００１６】
また、９０度±αにおける、±αという誤差についても、半導体チップと光導波路との間の距離が長ければ長いほど、誤差が拡大して現れてしまうことになる。
【００１７】
このことで、特にＰＤへの光を取り込むための窓（入射されるべき箇所）にうまく位置合わせできずに、ずれてしまうようなことになると、受光（採光）の効率に影響を与えてしまう。
【００１８】
このため、ＶＣＳＥＬ／ＰＤが形成されている半導体チップと、光導波路との間の距離（高さ）を短くすることが望まれる。
【００１９】
一方で（ｂ）のように、はんだがどのように流動して固化した状態に落ち着くかといった不確定要素が影響して高さ調節は容易でない。流動したはんだが他の部分にまで及んでしまうと、電気的な誤動作を誘発するなど、好ましくない。
【００２０】
特許文献１は、突起状電極が設けられた半導体チップにおいて、突起状電極を貫通孔に対して塑性流動を伴う変形によって圧接注入する技術が開示されている。
【００２１】
しかし、塑性流動を伴う変形に従う限りは、距離（高さ）の制御を精度よく進めようとすることには限界がある。
【００２２】
特許文献２は、コンフォーマルビアにチップのバンプを接続することが開示されている。
【００２３】
しかし、コンフォーマルビアの中にバンプを挿入することについては記載がない。
【００２４】
特許文献３には、光チップ（ＶＣＳＥＬ／ＰＤ）と貫通孔構造とが記載されているものの、関連技術として参考程度の記載がみられるにすぎない。
【００２５】
特許文献４には、半導体チップとビア配線についての記載があり、コンフォーマルビアやフィルドビアについての言及があるものの、関連技術として参考程度の記載がみられるにすぎない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開２００６−２８６６７７号公報
【特許文献２】日本国特許４２６７６６０号公報（特開２００８−１４１１３６号公報  としても公開されている。）
【特許文献３】特開２００４−５４００３号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ２００９／０５４４１４号公報（国際出願番号は、ＰＣＴ／ＪＰ２００８／０６９１４９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
本発明の目的は、ＶＣＳＥＬ／ＰＤが形成されている半導体チップと、光導波路との間の距離（高さ）を短くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
光導波路と、半導体チップとを、１つ以上のはんだバンプを介して接合するにあたって、コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供し、コンフォーマルビアの中に又はその入口の周辺に、はんだバンプを挿入又は設置する。表面に金属パッドが形成されている半導体チップを提供して、半導体チップの金属パッドによってコンフォーマルビアをカバーする。光導波路と半導体チップとの両方をひっくり返して（上下反対にして）挿入されているか設置されているところのはんだバンプを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合する。
【００２９】
コンフォーマルビアが金属パッドに覆われた部分を、接着剤（アンダーフィルを含む）で封止してもよい。（はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めになる。）
【発明の効果】
【００３０】
半導体チップと、光導波路との間の距離（高さ）を短くする等、コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）の中空の条件を利用して、効果的な制御が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、電気による回路と光による回路とが連携する従来の構成を示す図である。
【図２】図２は、電気による回路と光による回路とが連携する構成において、本発明が適用されることの技術的意義を示す図である。
【図３】図３は、光導波路と半導体チップとをはんだバンプを介して接合する、本発明である第１の実施例の方法を説明する図である。
【図４】図４は、光導波路と半導体チップとをはんだバンプを介して接合する、本発明である第２の実施例の方法を説明する図である。
【図５】図５は、光導波路と半導体チップとをはんだバンプを介して接合する、本発明である第３の実施例の方法を説明する図である。
【図６】図６は、本発明を適用するにあたっての、球状はんだバンプの直径の大きさと、正方形柱状コンフォーマルビアの正方形底面との関係とを示す図である。
【図７】図７は、図６のような場合に、球状はんだバンプの直径の大きさと、円柱状コンフォーマルビアの円の直径の大きさとの関係について、本発明が適用できる限界を理論的に計算する手法を示す図である。
【図８】図８は、はんだバンプをコンフォーマルビアの入口全体でなく一部に接触するように設置した場合にも、本発明が適用することができることを説明する図である。
【図９】図９は、本発明を適用した前と後とで、光の接続損失を評価した実験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図２は、電気による回路と光による回路とが連携する構成において、本発明が適用されることの技術的意義を示す図である。
【００３３】
本発明では、コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路において、そのスルーホールまたは内部に空間を有する空洞を有効に活用する。
【００３４】
具体的には、はんだバンプ（または、はんだめっき）の溶融によって変形されたはんだを、スルーホールまたは内部に空間を有する空洞に効果的に滞在させようとするものである。
【００３５】
図３は、光導波路と半導体チップとをはんだバンプを介して接合する、本発明である第１の実施例の方法を説明する図である。
【００３６】
この方法では、まず、コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供する。
【００３７】
コンフォーマルビアは、この断面の奥行き方向に連続しているわけではないことに注意されたい。光導波路を分断してもよい箇所において、柱状に（孔として）形成されていればよい。
【００３８】
（ａ）のように、コンフォーマルビアの中に、はんだバンプを挿入する。
【００３９】
この場合、コンフォーマルビアの入口の周辺に、はんだバンプを設置してもよい。この例は、図８において後述することにする。
【００４０】
次に、表面に金属パッドが形成されている半導体チップ（Ｃｈｉｐ）を提供する。
【００４１】
（ｂ）のように、半導体チップの金属パッドによってコンフォーマルビアをカバーする。
【００４２】
この段階で、コンフォーマルビアが金属パッドに覆われた部分を、接着剤（アンダーフィルを含む）で封止してもよい。
【００４３】
このような封止をしておけば、後のプロセスにおいて、はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めを形成しておくことができる点で有効である。
【００４４】
（ｃ）のように、光導波路と半導体チップとの両方をひっくり返す（上下反対にする）。
【００４５】
最後に（ｄ）のように、挿入されている（か設置されているところの）はんだバンプを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合する。
【００４６】
接着剤（アンダーフィルを含む）で封止をしておけば、このプロセスにおいて、はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めを形成しておくことができる。
【００４７】
溶融したはんだが、半導体チップ上の導体などに及んでしまうと、誤動作を引き起こすこともあるため、それを阻止しておくためにも効果的である。
【００４８】
図４は、光導波路と半導体チップとをはんだバンプを介して接合する、本発明である第２の実施例の方法を説明する図である。
【００４９】
この方法では、まず、表面に金属パッドが形成されている半導体チップを提供する。
【００５０】
（ａ）のように、半導体チップの金属パッドの表面にフラックスを塗布する。
【００５１】
次に、（ｂ）のように、塗布されたフラックスの上に、はんだバンプを設置する。
【００５２】
フラックスの粘性を、設置されたはんだバンプが転がらないで固定された状態に維持できる程度の粘り気の強さに設定しておくことができる。
【００５３】
次に、（ｃ）のように、コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供して、はんだバンプをコンフォーマルビアによってカバーする。
【００５４】
この段階で、コンフォーマルビアが金属パッドを覆っている部分を、接着剤（アンダーフィルを含む）で封止してもよい。
【００５５】
このような封止をしておけば、後のプロセスにおいて、はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めを形成しておくことができる点で有効である。
【００５６】
最後に（ｄ）のように、設置されているところのはんだバンプを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合する。
【００５７】
接着剤（アンダーフィルを含む）で封止をしておけば、このプロセスにおいて、はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めを形成しておくことができる。
【００５８】
図５は、光導波路と半導体チップとをはんだバンプを介して接合する、本発明である第３の実施例の方法を説明する図である。
【００５９】
この方法では、まず、表面に金属パッドが形成されている半導体チップを提供する。
【００６０】
（ａ）のように、半導体チップの金属パッドの表面に、はんだめっきを形成する。
【００６１】
（ｂ）のように、（ａ）と並行して、コンフォーマルビア（スルーホールまたは内部に空間を有する空洞）がある光導波路を提供する。
【００６２】
（ｃ）のように、はんだめっきをコンフォーマルビアによってカバーする。
【００６３】
（ｃ）では、金属パッドによってコンフォーマルビアをカバーするように描いているが、これらの位置関係が上下反対になっていてもよい。
【００６４】
断面図と平面図とで示す通りに、はんだめっきが四角柱であり、コンフォーマルビアが円柱状であってもよい。
【００６５】
また、正方形柱の正方形の対角線が、円柱の直径に対して、同一かそれよりも短く設定されるようにしてもよい。
【００６６】
「同一」となる寸法をもって嵌め合いを調整することで、半導体チップと光導波路との基板を形成している平面的な２次元方向での位置決め（位置合わせ）を簡単にすることができる。
【００６７】
この段階で、コンフォーマルビアが金属パッドを覆っている部分を、接着剤（アンダーフィルを含む）で封止してもよい。
【００６８】
このような封止をしておけば、後のプロセスにおいて、はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めを形成しておくことができる点で有効である。
【００６９】
最後に（ｄ）のように、設置されているところのはんだめっきを溶融させて、コンフォーマルビアと金属パッドとを接合する。
【００７０】
接着剤（アンダーフィルを含む）で封止をしておけば、このプロセスにおいて、はんだが溶融して漏れ出さないように堰き止めを形成しておくことができる。
【００７１】
図６は、本発明を適用するにあたっての、球状はんだバンプの直径の大きさと、正方形柱状コンフォーマルビアの正方形柱底面との関係とを示す図である。
【００７２】
この図で示しているように、はんだバンプが球であり、コンフォーマルビアが正方形柱状である場合であってもよい。
【００７３】
この図が示すように、はんだバンプの直径が、コンフォーマルビアの正方形柱底面の一辺よりも大きく設定されている場合がある。このような場合であっても、本発明を適用できる。
【００７４】
その理由は、図２でも紹介したように、はんだバンプ（または、はんだめっき）の溶融によって変形されたはんだが、スルーホールまたは内部に空間を有する空洞に効果的に滞在することができるからである。
【００７５】
図７は、図６のような場合に、球状はんだバンプの直径の大きさと、円柱状コンフォーマルビアの円の直径の大きさとの関係について、本発明が適用できる限界を理論的に計算する手法を示す図である。
【００７６】
はんだバンプ（または、はんだめっき）の溶融によって変形されたはんだが、スルーホールまたは内部に空間を有する空洞に滞在することができるような関係にあるようにすればよいことが分かる。
【００７７】
図８は、はんだバンプをコンフォーマルビアの入口全体でなく一部に接触するように設置した場合であっても、本発明が適用することができることを説明する図である。
【００７８】
図９は、本発明を適用した前と後とで、光の接続損失を評価した実験結果を示す図である。
【００７９】
規格に従った１２チャネルの光導波路について、１２チャネルの全てについて光の接続損失が低下していることが確認できている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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