(57)【要約】直接取り付け型光受信モジュール、および直接取り付け型光受信モジュールを試験するためのシステムおよび方法を提供する。光受信モジュールは、光検出器と、集積増幅回路を備えた集積回路と、少なくとも１つの集積コンデンサとを含むことが可能である。一実施例では、光検出器を集積回路に物理的に取り付けることが可能であり、光検出器の出力ポートを集積回路の入力ポートに電気的に結合することが可能である。別の実施例では、同調インダクタを含む再分配層を光検出器と集積回路との間に物理的に取り付けることが可能である。
2009505457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光用の光センサおよび光電流を提供するための出力ポートを含む光検出器と、
集積増幅回路および少なくとも１つの集積コンデンサを含む集積回路であって、該集積回路は、前記光電流を受けるための入力ポートを含む、集積回路と
を備えた、光受信モジュールであって、
該光検出器は該集積回路に物理的に取り付けられ、該光検出器の該出力ポートは該集積回路の該入力ポートに電気的に結合され、
該光検出器、集積増幅回路、および少なくとも１つの集積コンデンサが閉ループ回路を形成し、該閉ループ回路において、該光検出器の出力ポートと該集積回路の該入力ポートとの間の電気的接続部が、該閉ループ回路内の実質的に全てのインダクタンスを提供する、光受信モジュール。
【請求項２】
前記光検出器の前記出力ポートおよび前記集積回路の前記入力ポートは、フリップチップボンディング技術を用いて電気的に結合される、請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項３】
前記光検出器および前記集積回路は、前記光検出器の前記出力ポートと前記集積回路の前記入力ポートとの間に、少なくとも前記フリップチップボンディングによって物理的に取り付けられる、請求項２に記載の光受信モジュール。
【請求項４】
前記光検出器の前記出力ポートおよび前記集積回路の前記入力ポートは、ワイヤボンドを使用して電気的に結合される、請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項５】
前記光検出器および前記集積回路は、接着材料によって物理的に取り付けられる、請求項１に記載の光受信モジュール。
【請求項６】
受光用の光センサおよび光電流を提供するための出力ポートを含む光検出器と、
光電流を受けるための入力ポートを含む集積回路と、
同調インダクタを含む再分配層であって、該再分配層は、該光検出器と該集積回路との間に物理的に取り付けられ、該同調インダクタは該光検出器の前記出力ポートと該集積回路の該入力ポートとの間に直列に電気的に結合される再分配層と
を備える、光受信モジュール。
【請求項７】
前記集積回路は、集積増幅器と、前記入力ポートに結合された少なくとも１つの集積コンデンサとを含む、請求項６に記載の光受信モジュール。
【請求項８】
前記光検出器、集積増幅回路、同調インダクタ、および少なくとも１つの集積コンデンサは閉ループ回路を形成し、該閉ループ回路において、該同調インダクタが、該閉ループ回路内の実質的に全てのインダクタンスを提供する、請求項６に記載の光受信モジュール。
【請求項９】
光受信モジュールを製造する方法であって、
光電流を受けるための入力ポートを含む集積回路を提供するステップと、
該光受信モジュールに対する所望のインダクタンスを決定するステップと、
前記集積回路上に再分配層を製造するステップであって、該再分配層は、該光受信モジュールに対する該所望のインダクタンスを達成するように選択されたインダクタンス値を有する同調インダクタを含むステップと、
光検出器を該再分配層に取り付けるステップと
を含み、
該同調インダクタは、該光検出器の出力ポートと該集積回路の入力ポートとの間に直列に電気的に結合される、方法。
【請求項１０】
前記集積回路上に少なくとも１つの更なる再分配層を製造するステップであって、
各更なる再分配層が更なる同調インダクタを含み、該同調インダクタおよび更なる同調インダクタが、前記光検出器の前記出力ポートと該集積回路の前記入力ポートとの間に直列に結合されるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
光受信モジュールを試験する方法であって、
光検出器および集積回路が閉ループ回路を形成し、該閉ループ回路において、該光検出器の出力ポートと該集積回路の該入力ポートとの間の電気的接続部が、該閉ループ回路内の実質的に全てのインダクタンスを提供するように、該集積回路に該光検出器を物理的に取り付け、該集積回路の入力ポートに該光検出器の出力ポートを電気的に結合して該光受信モジュールを形成するステップと、
光源によって該光検出器に光を照射するステップと、
バイアス電圧を該集積回路に結合するステップと、
該光受信モジュールの動作特性を評価するように該受信モジュールの応答を決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記照射、結合、および決定するステップが実行されるときに、前記集積回路が半導体ウェーハの一部に残存する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記集積回路は、前記照射、結合、および決定するステップが実行される前に半導体ウェーハから切り取られる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記光検出器は、フリップチップボンディング技術を使用して、前記集積回路に物理的に取り付けられ、また電気的に結合される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記光検出器の前記出力ポートは、ボンドワイヤを使用して、前記集積回路の前記入力ポートに電気的に結合される、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００２年１０月２５日出願の米国特許出願第１０／２７９，７１９号の一部継続出願である。
【０００２】
本願明細書に記載された技術は、概して光受信器に関する。より具体的には、直接取り付け型光受信モジュール、および直接取り付け型光受信モジュールを試験するためのシステムおよび方法を提供する。
【背景技術】
【０００３】
光ファイバを伝播する高速（例、ＧＨｚ）光データ信号の受信に使用される光受信モジュールは、当業者には公知のものである。一般的に、これらの光受信モジュールでは、増幅回路に電気的に結合された光検出器があり、光ファイバからの光が光検出器に照射されると、光検出器はその光に応えて光電流を発生し、増幅回路がこの光電流を増幅する。光検出器の光学的品質は、一般的に、光検出器の材料構造によって少なくとも部分的に判断される。ある波長の範囲に対しては、光検出器の選択材料に費用がかかり、増幅回路と光検出器との製造に使用される半導体材料は、一般的に同じものではない。
【０００４】
一般的に、増幅回路、光検出器、および関連するデカップリングコンデンサは、別々に供給される。その後、光検出器、増幅回路、デカップリングコンデンサ、およびモジュール筐体が組み立てられ、光受信器を形成する。一般的に、筐体は、光ファイバへ容易に結合するようにデザインされる。これらのモジュールは高速光データを受信するために使用されるので、光検出器の増幅器への結合に使用されるボンドワイヤの長さは、増幅器への高速入力段の一体的な構成要素として作用する。したがって、モジュールは、正確な構成および製造によって、入力光信号に対して幾分敏感なものとなりうる。
【０００５】
製造において、検出器を増幅器に結合するワイヤは、受信モジュールの性能に重要な役割を果たしており、製品によって著しく変化することが分かっていることから、メーカーは、一般的に、組み立てられた受信モジュールに対する最適な光学的動作特性を絶えず達成することができない。
【０００６】
さらに、増幅回路の絶縁試験は、増幅回路に結合された検出器とともに試験されるまで、その最終的な性能を表さない。したがって、有意義な試験は、完成した受信モジュールレベルでしか行うことができない。
【０００７】
最終的に、モジュールまたはアセンブリ全体のいくつかのサブセットの性能も、電源デカップリングコンデンサの値、位置、および性能に依存する。これらのコンデンサがメーカーによってモジュールに集積されることで、製造可能なモジュールのデザインを困難にする一因となる。
【０００８】
したがって、販売前に不要な性能をもたらす影響を取り除くために、完全なシステムとしての受信モジュールの試験を容易にするような方法で、受信モジュールを製造することが必要である。チップレベルの集積は試験および製造に望ましいものであるが、最適なＴＩＡと光ダイオード技術とは根本的に異なるので、容易にモノリシック集積化することができない。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願明細書に記述された教示によれば、直接取り付け型光受信モジュール、および直接取り付け型光受信モジュールを試験するためのシステムおよび方法を提供する。
【００１０】
一実施例では、光受信モジュールは、光検出器および集積回路を含むことが可能である。前記光検出器は、受光用の光センサと、光電流を提供するための出力ポートとを含むことが可能である。前記集積回路は、集積増幅回路と少なくとも１つの集積コンデンサとを含むことが可能である。前記集積回路は、前記光電流を受けるための入力ポートを含むことが可能である。前記光検出器は、前記集積回路に物理的に取り付けることが可能であり、前記光検出器の前記出力ポートは、前記集積回路の前記入力ポートに電気的に結合することが可能である。前記光検出器、集積増幅回路、および少なくとも１つの集積コンデンサは、あらゆる不要なボンドワイヤが無く、ＡＣ信号のための容易な経路を可能にする閉ループ回路を提供することが可能である。
【００１１】
別の実施例では、光受信モジュールは、光検出器と、集積回路と、再分配層とを含むことが可能である。前記光検出器は、受光用の光センサと、光電流を提供するための出力ポートとを含むことが可能である。前記集積回路は、前記光電流を受けるための入力ポートを含むことが可能である。前記再分配層は、同調インダクタを含むことが可能であり、前記光検出器と前記集積回路との間に物理的に取り付けることが可能である。前記同調インダクタは、前記光検出器の前記出力ポートと前記集積回路の前記入力ポートとの間に直列に電気的に結合することが可能である。
【００１２】
光受信モジュールを製造する方法は、光電流を受けるための入力ポートを含む集積回路を提供するステップと、前記光受信モジュールに対する所望のインダクタンスを決定するステップと、前記集積回路上に再分配層を製造するステップであって、前記再分配層は、前記光受信モジュールに対する前記所望のインダクタンスを達成するように選択されたインダクタンス値を有する同調インダクタを含むステップと、光検出器を前記再分配層に取り付けるステップとを含むことが可能である。前記同調インダクタは、前記光検出器の出力ポートと前記集積回路の入力ポートとの間に直列に電気的に結合することが可能である。
【００１３】
光受信モジュールを試験する方法は、光検出器および集積回路が、あらゆる不要なボンドワイヤインダクタンスが無く、ＡＣ信号のための容易な経路を可能にする閉ループ回路を提供するように、前記集積回路に前記光検出器を物理的に取り付け、前記集積回路の入力ポートに前記光検出器の出力ポートを電気的に結合して前記光受信モジュールを形成するステップと、光源によって前記光検出器に光を照射するステップと、バイアス電圧を前記集積回路に印加するステップと、前記光受信モジュールの動作特性を評価するように応答を決定するステップとを含むことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１ａおよび図１ｂに、従来技術の光受信モジュール１００を示す。筐体１００ａおよび１００ｂ（例えば、ＴＯ−４６パッケージヘッダから構成される）を使用して、ＰＩＮダイオードの形態で、集積トランスインピーダンス増幅回路（ｔｒａｎｓｉｍｐｅｄａｎｃｅ  ａｍｐｌｉｆｉｅｒ  ｃｉｒｃｕｉｔ：ＴｉＡ）１０１と、デカップリングコンデンサ１０３と、光検出器１０２とを含む、光受信器の構成要素を収容する。４本のヘッダーピン１０４ａ〜１０４ｄは、筐体を貫通し、それらのうちの少なくとも３つは筐体から電気的に絶縁される。ボンドワイヤ１０６は、光受信モジュール１００内で使用され、内部構成要素の入力ポートおよび出力ポートをヘッダーピン１０４ａ〜１０４ｄに、かつ互いに電気的に接続する。ＴｉＡ１０１上に配置される入力ポートは、そこにワイヤボンドされた集積光検出器１０２からの光電流を受けるためのものである。デカップリングコンデンサ１０３は、ＴｉＡ１０１へのバイアス電圧をデカップリングし、ＰＩＮダイオード１０２へのバイアス電圧をデカップリングする。
【００１５】
図１ｂに示されるように、従来技術の光受信モジュールは、筐体１００ａおよび１００ｂの蓋１００ａ内に形成された開口部に配置されたレンズ１０７を経て、光ファイバ１０５に光学的に結合される。レンズ１０７は、光受信モジュールに隣接した光ファイバ１０５の端部と光検出器１０２との間に配置される。レンズ１０７を使用して、光ファイバ１０５からの光を光検出器１０２上に収束させる。
【００１６】
一般的に、従来技術の光受信モジュールの構成要素１０１〜１０３は、ＴＯ−４６パッケージ内に配置され、検出器１０２は、光学的考察により、ＴｉＡ１０１およびコンデンサ１０３の結果的配置が、電気的性能に対して最適化されないことが必要である。従来技術で使用される一般的な構成要素の配置は、２つのヘッダーピン１０４ｃおよび１０４ｂと、ヘッダーピン１０４ｃおよび１０４ｄと、１０４ａおよび１０４ｂとの間の光検出器１０２の両側に配置されたデカップリングコンデンサ１０３の間に配置されたＴｉＡ１０１とともに、光検出器を筐体１００ｂの幾何学的中心に位置決めするステップを含む。これらの構成要素１０１〜１０３の配置、および構成要素間の接続部の形成に使用されるボンドワイヤの長さは、しばしば光受信器の性能の重要な因子となる。ボンドワイヤの厚さ、長さ、および光検出器１０２とＴｉＡ１０１との間の位置は、しばしば性能に著しく影響を及ぼす。これらのボンドワイヤ１０６が細すぎた場合、長すぎた場合、または不正確に配置された場合には、それらが光受信機能性能に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、光受信モジュールの最適な性能を確保するために、構成要素１０１〜１０３のタイプ、および内部接続部に使用されるボンドワイヤ１０６のタイプが重要となりうる。そのため、慎重なデザインおよび構成要素の選択を通じて、最適な性能が達成されうるが、試験前に光受信モジュール１００を完全に組み立てなければならず、コストのかかるものとなる。すなわち、あるアセンブリが試験で不合格になることは、そのアセンブリに費やした全てのコストが失われることを表す。
【００１７】
従来技術の光受信モジュールは、一般的に、完全に組み立てられるまで試験されない。これは、光受信モジュールの製造コストに著しい影響を及ぼす。製造中に、複数のＴｉＡ１０１が半導体ウェーハ上に形成される。製造のばらつきにより、ＴｉＡおよび検出器の性能は、それらのウェーハにわたって変化し、場合によっては、個々のＴｉＡおよび検出器は、不要な性能の発生に結び付けられることになる。個々の構成要素しか試験されない（また、関連する配線（ボンドワイヤ）も無い）ので、デバイスが筐体（１００ａおよび１００ｂ）に完全に組み立てられるまで、製造されたＴｉＡ１０１およびそれにワイヤボンドされた光検出器１０２がどのように動作するのか分からない。したがって、配線のばらつきにより、最終的なパッケージングまで光受信器の動作特性が分からないために、かなりの製造コストを負担する場合がある。
【００１８】
図２ａには、一実施例として、それらの接続側の２つの金属化パッド２０２ａおよび２０２ｂに隣接した受光用感光領域２０２ｃを有する（図２ｄ）、ＰＩＮダイオードの形態の集積光検出器２０２を含む、光検出モジュール２００を示す。ＴＯ−４６パッケージのような、図２ｂに示される筐体２００ａおよび２００ｂを使用して、集積コンデンサ２０３および集積光検出器２０２を備えた集積回路２０１の形態で、光受信器の構成要素を収容する。４つのヘッダーピン２０４ａ〜２０４ｄは筐体を貫通し、それらのうちの少なくとも３つは筐体から電気的に絶縁される。ボンドワイヤ２０６は、光受信モジュール２００内で使用されて、ヘッダーピン２０４ａ〜２０４ｄを、集積回路のバイアス電圧を受けるための入力ポートおよび出力信号を提供するための出力ポートに電気的に接続する。
【００１９】
集積光検出器２０２は、直接取り付け手法を使用して集積回路２０１に載置される。図２ａ〜２ｅに示される実施例では、集積光検出器２０２は、「フリップチップ（ｆｌｉｐ−ｃｈｉｐ）」または「バンピング（ｂｕｍｐｉｎｇ）」技術を使用して、以下に記述するように集積回路２０１に直接取り付けられる。他の実施例では、集積光検出器２０２は、図８ａ〜８ｃを参照して以下に記述する実施例のような他の技術を使用して、集積回路２０１に直接取り付けられ得る。「フリップチップ」および「バンピング」という用語は、当業者に公知のものであり、それらの意味は、本明細書および添付の特許請求の範囲に対して以下で明確化される。集積光検出器２０２の接続側（図２ｄ）には、陽極および陰極として機能する２つの金属化パッド２０２ａおよび２０２ｂがある。集積回路２０１の上面（図２ｃ）にも、集積光検出器の金属化パッド２０２ａおよび２０２ｂのものと類似した間隔を有する入力ポートおよび出力ポートの形態で、２つの金属化パッド２０１ａおよび２０１ｂがある。
【００２０】
集積回路上の金属化パッドは、最初に金メッキされる。次いで、集積光検出器２０２が、集積光検出器の金属化パッド２０２ａおよび２０２ｂに隣接した集積回路（図２ｃ）の上面に配置される。それらのパッドの間には接続部が製造され、フリップチップ、バンピング、または他の形態の直接取り付け技術を使用して、集積光検出器２０２を集積回路２０１上に固定する。例えば、図２ｅの実施例では、はんだ２０７を使用して、集積光検出器２０２を集積回路２０１に直接取り付ける。
【００２１】
集積光検出器２０２が、フリップチップまたはバンピング技術を使用して集積回路２０１に取り付けられる場合、ボンドワイヤを使用した集積回路２０１の集積光検出器２０２への接続を排除することが可能である。さらに、集積光検出器２０２を集積回路２０１に直接取り付けることで、集積光検出器２０２は、集積回路２０１の近傍に確実に配置される。集積光検出器２０２を集積回路２０１に直接取り付けることで、チップ上の全体的な送電線の長さが減じられ、集積光検出器２０２から集積回路２０１まで伝播する光電流の群遅延が改善され、さらに、再現性の高い製造性を向上させる。図２ａ〜２ｅに示される実施例では、フリップチップ接続を行うために、受光用感光領域２０２ｃを有する集積光検出器２０２の接続側が、集積回路基板に面しているので、集積光検出器２０２は、後部から光が照射される（図２ｅ）。
【００２２】
図２ｂには、光受信モジュール２００は、受けた光を集積光検出器２０２上に収束させるためのレンズ２０８を受けるための筐体の蓋２００ａの開口部が示される。集積回路２０１は、トランスインピーダンス増幅回路の形態で、集積デカップリングコンデンサ２０３と、集積増幅回路とを含むことが可能である。したがって、フリップチップ技術により、集積回路２０１および集積光検出器２０２は、筐体２００ｂの幾何学的中心の周囲に第一の配向で配向することが可能である（図２ａ）。集積光検出器２０２および集積回路２０１を、第一の配向で筐体（２００ａおよび２００ｂ）の幾何学的中心に配向することによって、集積回路２０１を含む筐体内の空間が広がるため、ダイの物理的なサイズをより大きくすることができ、その結果、更なる回路機能をその中に提供するか、または筐体のサイズを減じることができる。示された集積回路は略矩形状であるので、第一の配向では、集積回路は、その４つのコーナー部が４つのヘッダーピンの近傍にある。入力および出力ポートのボンディングパッドは、略矩形状の集積回路の４つのコーナー部上に提供され、それらによって、それぞれのヘッダーピン（２０４ａ〜２０４ｄ）への電気的接続部の作成に使用すべきボンドワイヤを短くすることができる。
【００２３】
図３ａは、集積回路２０１およびそれに直接取り付けられた集積光検出器２０２の第二の配向を有する光受信モジュール３００を示す図である。本実施例では、集積回路２０１に使用される実質的に矩形状のダイは、ヘッダーピンと最も近い隣接したヘッダーピンとの間に形成される線に平行ではない半導体基板の両側に配向される。この第二の配向によって、集積回路の物理的なサイズを第一の配向に対するものよりも大きくすることができる。したがって、更なる機能、例えばオンチップＤＣ−ＤＣコンバータ２２３（図３ｂ）を集積回路に追加するために、ダイ上のより多くの領域を利用することが可能である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２２３は、アバランシェ光ダイオード（ＡＰＤ）２２２の形態で、集積光検出器とともに使用するためのものであるので、更なる入力ポート２２２ａは、集積回路２２１上に提供される更なる出力ポートから増幅バイアス電圧を受けるためのＡＰＤ上に提供される。
【００２４】
集積回路および直接取り付けられた集積光検出器の第一および第二の配向はどちらも、光受信モジュール１００上への他の構成要素の必要性を排除する、完全な「レシーバオンチップ」ソリューションを提供する。加えて、集積光検出器および集積回路の垂直積層は、空間効率を最大化し、従来技術が達成可能であったダイのサイズよりも大きなものとすることができる。より大きなダイを使用することで、各ウェーハ上に製造できるデバイスの数は減少するが、達成される利益は追加コストを上回る。
【００２５】
集積光検出器は、一般的に、動作の所望の波長帯域に基づいた最適な技術を使用して製造される。一般的に、光通信用途の場合、集積光検出器はＩｎＰまたはＧａＡｓを使用して製造され、集積回路はＳｉを使用して製造される。この場合、シリコン検出器は、一般的に、光通信で使用される光波長の受信には使用できないので、直接取り付けが有利となりうる。
【００２６】
図４ａには、複数の集積回路４０１をその中に配置した半導体ウェーハ４００が示される。集積回路４０１は、ウェーハ４００上に配向され得、ウェーハ４００上に一度に製造可能なデバイスの数を最大化することが可能である。各集積回路４０１は、集積光検出器２０２と接触するための接触パッド４１１および４１０を有する。集積検出器２０２は、ウェーハをダイシング加工する前に各集積回路４０１上に直接取り付けられ、チップ４０２上に光受信器を形成するので、好都合な試験シナリオを可能とする。これでウェーハ４２０（図４ｂ）は、チップ４０２上に複数の光受信器を含む。図５の試験装置の実施例のような試験装置５００を使用することで、チップ４０２上の各々の光受信器が試験され、その動作特性が判断される。
【００２７】
図５に示される試験装置５００は、レーザーソース５０１および複数のプローブ５０２ａ〜５０２ｎを有する。試験用途のために、ウェーハ４２０は試験装置内に配置され、チップ４０２上の各光受信器が個々に試験されて、例えば図６に示される方法ステップを使用してその動作特性が判断される。したがって、試験中に、レーザーの形態の光源が、チップ４０２上の各光受信器の各集積光検出器部分に合わせられる。プローブ５０２ａ〜５０２ｎは、集積回路上の入力および出力ポートと接触して、それぞれバイアス電圧を提供し、そこからの出力信号を読み取る。試験中、光源５０１は、集積受像体２０２に正確に合わせなければならない。ウェーハ４２０上での試験によって、デバイスが実際の受像体として光通信システム内で使用されているかのように、実際の高速光信号を使用して、チップ４０２上の各光受信器を個々に試験することができる。これによって、ウェーハ４２０のダイシング加工の前に、ダイシング加工された光受信器を筐体内にパッケージングする前に、チップ４０２上の各光受信器の高速性能を特徴付けることができる。加えて、集積検出器の応答性の試験、または感度および過負荷のような試験であっても、試験装置５００を使用して試験を実行することが可能である。モジュールの組み立て前に試験することによって、ウェーハレベルでの収率を判断することができ、その後のモジュールアセンブリの損失を大幅に減じることが可能である。チップ４０２上の複数の光受信器の一部が所定の基準を満たしていなければ、それらはモジュールのカスタマに販売されず、また組み立ても行われない。
【００２８】
図４ｃは、ウェーハ４２０の試験を行い、チップ４０２上の複数の光受信器を、所定の基準に関してそれらの性能に基づいてウェーハ４２０上にグループ化したものを示す図である。例えば、性能の範囲内で第一の動作特性を有するチップ４０２上の光受信器を領域４５０内にグループ化し、性能の範囲内で第二の動作特性を有するチップ４０２上の光受信器を領域４５１内に位置させ、別の異なる性能の範囲内で第三の動作特性を有するものが領域４５２内に位置させる。市販アプリケーションの場合、これによって、チップ４０２上のこれらの光受信器のメーカーは、既知の所定の動作特性を有するグループに光受信器を「捨てる」ことができるので、好都合に、ウェーハ４２０をダイシング加工する前に収率および品質を判断することができる。何らかの理由で、チップ４０２上のこれらの光受信器を製造するために使用したプロセスが適切でなかった場合、ウェーハは、ダイシング加工および組み立てという費用のかかるプロセスの前に廃棄されるので、コストの増加が避けられる。さらに、部分的なウェーハ試験により、全収率の早期指摘が提供され、更なる試験が必要かどうかを判断することができる。したがって、収率損失が、モジュールへ集積する段階ではなく、ウェーハの段階で確認され、メーカーの資金および試験時間を好都合に節約する。光受信モジュールにパッケージ化されると、動作特性が分かっているので、構成要素が適切に廃棄される。したがって、エンドユーザに対しては、ビン（ｂｉｎ）内のデバイスによって異なるデバイス仕様を通じて、重要な受信器のデザインパラメータが確保されるので、試験済みの光受信モジュールの使用がさらに容易になる。これは、モジュールメーカーに販売された光受信器の光学的性能を保証し、従来技術の方法でメーカーに販売された個々の構成要素を超える価格プレミアムが見込まれる。
【００２９】
さらに、価格は一般的にデバイスの動作特性に基づいて確立されるので、最も好都合な動作特性を有する構成要素に対する利益率を高めることができる。
【００３０】
図７ａおよび７ｂは、図１ａおよび１ｂに示される従来技術の光受信モジュール１００の実施例の動作と、図２ａ〜２ｅおよび図８ａ〜８ｃに示される光受信モジュール２００および８００の実施例とを比較した回路図である。図７ａは、図１ａおよび１ｂに示される従来技術の光受信モジュール１００の実施例の動作を示す図であり、図７ｂは、図２ａ〜２ｅおよび図８ａ〜８ｃに示される光受信モジュール２００および８００の実施例の動作を示す図である。
【００３１】
最初に図７ａを参照すると、ＴｉＡ１０１と、光検出器１０２と、デカップリングコンデンサ１０３との間のワイヤ接続によって、回路図に示されるように、ＡＣ経路内のインダクタンス７０２〜７０５が得られる。これらのインダクタンス７０２〜７０５の値は、回路の構成要素１０１〜１０３の接続に使用されたボンドワイヤの長さおよび厚さに依存する。これらのインダクタンス７０２〜７０５の値が大きい場合、特に１０Ｇｂ／ｓにおいて、ＲＦ性能が損なわれ、安定性が著しく低下する。
【００３２】
図７ｂに示されるように、ＴｉＡ２０１および８０１に光検出器２０２および８０２を直接取り付け、ＴｉＡ２０１および８０１と同じ集積回路上にデカップリングコンデンサ２０３および８０３を含めることによって、ＡＣ経路内にインダクタンスの無い閉ループ回路が得られる。示された実施例では、ＴｉＡ２０１および８０１と、光検出器２０２および８０２との間の電気的接続部によって、ＡＣ経路内にはインダクタンス７１０だけが残存するが、これは入力段の同調に必要である。
【００３３】
図７ｂに示されるインダクタＬ１およびＬ２は、光受信モジュールへのボンドワイヤ接続（例、図２ａに示されるワイヤボンド２０６）であり、回路の動作には重要ではない。実際に、閉ループ回路外部の長いボンドワイヤによって生じた大きなインダクタンスＬ１およびＬ２は、実際には、ＡＣ電流をオンチップに保持することを助力して性能を向上させることが可能である。
【００３４】
超高ゲインＴｉＡが市場では一般的になっている。同時に、受信器パッケージは、電気的設計の品質をより下げて製造して製造コストを節約する。図７ｂに示される閉ループ回路デザインは、図２ａおよび８ａに示される光受信モジュールの実施例を使用して、高ゲインＴｉＡが、比較的品質の劣る受信器パッケージにおける安定性の確保を助力する。例えば、受信器パッケージが、入力と出力の分離が不十分な状態で使用される場合、出力信号の一部が入力にリークすることがあり、高ゲインと相まってＴｉＡを振動させる場合がある。図７ｂに示される閉ループ回路は、インダクタをＡＣ経路の外に保持することによって、この現象を実質的に縮小する。
【００３５】
図８ａ〜８ｃは、集積光検出器８０２を有する光受信モジュール８００の別の実施例を示す図である。この実施例８００は、取り付けられた光検出器８０２が、フリップチップ接続の代わりに短いワイヤボンド８２０および８２２を使用して電気的に接続されることを除いて、図２ａ〜２ｅに示される実施例に類似するものである。短いワイヤボンド８２０および８２２は、光検出器８０２上の金属化パッド８１２および８１４を、集積回路８０１上の金属化パッド８１６および８１８に電気的に接続する。加えて、構成要素８０１および８０２の電気的な接続にワイヤボンドが使用されるので、光検出器８０２上の感光領域８１０および金属化パッド８１２および８１４は、集積回路２０１に面する光検出器８０２の表面上ではなく、モジュールの上面に位置決めされる。したがって、図８ｂに示されるように、光は、レンズ８０８を通って収束されて、光検出器８０２の外側接面上の光センサ８１０に照射される（すなわち、本実施例の光検出器は後部から光が照射されない）。その結果、短波長（ＳＷ）または長波長（ＬＷ）のいずれかの光ダイオードを、本実施例８００の光検出器８０２に使用することが可能である。例えば、図８ａの受信モジュール８００に使用される光検出器８０２は、ＬＷ光（例、１３１０ｎｍ／１５５０ｎｍ）で動作するように構成されたＩｎＰダイオードとするか、またはＳＷ光（例、８５０ｎｍ）での動作するように構成されたＧａＡｓダイオードとすることが可能である。
【００３６】
図８ｃは、光検出器８０２と集積回路８０１との間の直接取り付けを示す断面図である。また、光検出器８０２上の金属化パッド８１４と集積回路８１０上の金属化パッド８１６との間の短いワイヤボンド接続８２０も示す。光検出器８０２は、例えば、接着剤層８２０を使用するか、または２つの材料を物理的に結合する他の手段によって、集積回路８０１に物理的に取り付けることが可能である。図８ｃの実施例では、ボンドワイヤ取り付け部が、実際には小さなものでありインダクタ７１０の繰り返し可能な部分であるので、その残りの部分がオンチップで製造されるという図７に示される回路の利点が提供されることに留意されたい。
【００３７】
図９は、集積光検出器９０２と、同調インダクタ９１０および９１２を備えた２つの再分配層９０６および９０８とを有する、光受信モジュール９００の一実施例の分解図である。光受信モジュール９００は、集積回路９０４と、２つの再分配層９０６および９０８と、光検出器９０２とを含む。集積回路９０４は上述のように、ＴｉＡと１つ以上のデカップリングコンデンサとを含むことが可能である。再分配層９０６および９０８は、既知の手法を使用して集積回路９０４上に製造され、光検出器９０２は、再分配層の上のモジュール９００に取り付けられる。同調インダクタ９１０および９１２は、例えば薄膜材料を使用するか、または他の何らかの好適な誘導材料を使用して、再分配層９０６および９０８上に製造することが可能である。示された実施例９００では、光検出器９０２はフリップチップボンディング技術を使用して取り付けられ、光検出器９０２の下面の金属化パッド９１４、９１６、および９１８を、最上位の再分配層９０６内の金属充填バイアに取り付ける。なお、別の実施例では、光検出器９０２は、図８ａ〜８ｃに示される光受信モジュール８００と同様に、再分配層を９０６に物理的に取り付けて、短いワイヤボンドを使用して電気的に接続することが可能である。加えて、図には２つの再分配層９０６および９０８が示されているが、あらゆる数の再分配層を含めることが可能である。一般的に、１〜５つの再分配層が使用されるが、５つを超える再分配層を使用することも可能である。
【００３８】
示された実施例９００では、光検出器９０２上の中央の金属化パッド９１６は、再分配層９０６の上の同調インダクタ９１２の一端に結合される。同調インダクタ９１２の他端は、底部再分配層９０８上の同調インダクタ９１０に結合され、集積回路上の金属化パッド９０５に結合される。このように、光検出器９０２上のパッド９１６から、２つの同調インダクタ９１２および９１０を介して、集積回路上のパッド９０５までの直列接続が行われる。加えて、集積回路９０４の出力ピンは、ユーザーがアクセスするために、金属充填バイアを介して上部再分配層９０６に接続され、光検出器９０２上の接地パッド９１４および９１６は、金属充填バイアを介して集積回路９０４上の接地パッドに接続される。
【００３９】
図７ｂに示される閉ループ回路および図９を相互参照すると、本実施例の同調インダクタ９１０および９１２は、集積回路９０４と光検出器９０２との間の接続経路におけるインダクタンス７１０の制御に使用される。あらゆる所与のＴｉＡの同調に所望されるインダクタンス７１０の量は、光受信モジュール９００の製造に使用された材料のバッチごとに異なる場合がある。ＩＣ製造プロセスが完了され、ＴｉＡのバッチが製造されるたびに、わずかに異なるインダクタンス７１０が望まれる場合がある。再分配層９０６および９０８内のインダクタ９１０および９１２の値を変化させることによって、ＴＩＡの各ウェーハを特に同調させて最適な性能を達成することができる。
【００４０】
通常の環境下では、いずれのバッチもわずかに異なり、その結果、最適な性能に対して異なるインダクタンス値が必要になるので、受信器メーカーは、ＴＩＡのバッチごとに７１０のインダクタンスを変化させなければならないものと理解されたい。なお、本願明細書に記述された実施例では、あらゆるＴＩＡのウェーハの『所要の』インダクタンスを測定することができ、次いで、好適な再分配層を所要のインダクタンス値で、ウェーハ上に被着させることができる。
【００４１】
本明細書は、実施例を使用して最適なモードを含む本発明を開示し、当業者が本発明を製作および使用できるようにするものである。本発明の特許性のある範囲は、当業者に見出される他の実施例を含めることが可能である。例えば、代替となる一実施例では、本願明細書に記述された試験方法は、ウェーハ上で複数の受信器を試験するのではなく、単一の光受信モジュールを試験するために使用することが可能である。すなわち、光受信モジュールは、試験前にウェーハからダイシング加工することが可能であり、本試験方法を個々のモジュールに対して実行することが可能である。別の実施例では、集積回路は、光検出器が取り付けられる前にウェーハからダイシング加工することが可能であり、次いで、最終的な光受信モジュールを試験することが可能である。このように、光検出器を集積回路に取り付ける最終的な組み立てプロセスは、集積回路メーカーではなく、単一の集積回路を購入するカスタマによって行うことが可能であり、そのカスタマは、単一の組み立てられたモジュールに対して試験を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１ａ】図１ａは、従来技術の光受信モジュールを示す図である。
【図１ｂ】図１ｂは、従来技術の光受信モジュールを示す図である。
【図２ａ】図２ａは、集積光検出器を有する光受信モジュールの一実施例を示す図である。
【図２ｂ】図２ｂは、集積光検出器を有する光受信モジュールの一実施例を示す図である。
【図２ｃ】図２ｃは、フリップチップされた光検出器を受信するためのボンディングパッドを有する集積回路を示す図である。
【図２ｄ】図２ｄは、２つの金属化パッドに隣接する受光用感光領域を有する集積光検出器を示す図である。
【図２ｅ】図２ｅは、集積光検出器の後部照明を示す図である。
【図３ａ】図３ａは、集積回路および集積回路上に取り付けられた集積光検出器の配向の第二の実施例を示す図である。
【図３ｂ】図３ｂは、オンチップＤＣ−ＤＣコンバータおよび集積アバランシェ光ダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ  ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ：ＡＰＤ）を示す図である。
【図４ａ】図４ａは、複数の集積回路がその中に配置された半導体ウェーハを示す図である。
【図４ｂ】図４ｂは、試験前のチップ上の複数の集積光受信器を示す図である。
【図４ｃ】図４ｃは、チップ上の複数の光受信器の試験後のウェーハを示す図である。
【図５】図５は、チップ上の複数の光受信器を試験するための試験装置を示す図である。
【図６】図６は、チップ上の複数の光受信器を試験するための方法の一実施例を示す図である。
【図７ａ】記載無し
【図７ｂ】記載無し
【図８ａ】記載無し
【図８ｂ】記載無し
【図８ｃ】記載無し
【図９】記載無し
【図１ａ】
2009505457.tif 000003
【図１ｂ】
2009505457.tif 000004
【図２ａ】
2009505457.tif 000005
【図２ｂ】
2009505457.tif 000006
【図２ｃ】
2009505457.tif 000007
【図２ｄ】
2009505457.tif 000008
【図２ｅ】
2009505457.tif 000009
【図３ａ】
2009505457.tif 000010
【図３ｂ】
2009505457.tif 000011
【図４ａ】
2009505457.tif 000012
【図４ｂ】
2009505457.tif 000013
【図４ｃ】
2009505457.tif 000014
【図５】
2009505457.tif 000015
【図６】
2009505457.tif 000016
【図７ａ】
2009505457.tif 000017
【図７ｂ】
2009505457.tif 000018
【図８ａ】
2009505457.tif 000019
【図８ｂ】
2009505457.tif 000020
【図８ｃ】
2009505457.tif 000021
【図９】
2009505457.tif 000022
【国際調査報告】
2009505457.tif 000023
2009505457.tif 000024
2009505457.tif 000025