(57)【要約】【課題】設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる光電子装置とその製造方法を提供する。【解決手段】キャピラリ部２の先端に設けられた加工ヘッド１であって、加工ヘッド１の先端部は、加工ヘッド１の対称軸ＡＸに対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面１ａおよび第２面１ｂを有し、クラッド３０ａとクラッド内に埋め込まれたコア３０ｂを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シート３０に対して、光導波路の端部となる位置に加工ヘッド１が打ち込まれたときに、光導波路の端部に第１面１ａおよび第２面１ｂの形状が転写されてミラー面ＭＲが形成される構成の加工ヘッドとする。【選択図】図１
2006171641.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、
前記加工ヘッドの先端部は、前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有し、
クラッドと前記クラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、前記光導波路の端部となる位置に前記加工ヘッドが打ち込まれたときに、前記光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状が転写されてミラー面が形成される
光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッド。
【請求項２】
前記加工ヘッドを加熱する加熱手段を備えている
請求項１に記載の光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッド。
【請求項３】
前記加工ヘッドが、セラミック、人工鉱物、金属、金属合金、超鋼金属あるいはこの合金から構成されている
請求項１に記載の光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッド。
【請求項４】
キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドを有する加工装置であって、
前記加工ヘッドの先端部は、前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有し、
クラッドと前記クラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、前記光導波路の端部となる位置に前記加工ヘッドが打ち込まれたときに、前記光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状が転写されてミラー面が形成される
光導波シートのミラー面形成用の加工装置。
【請求項５】
前記加工ヘッドを加熱する加熱手段を備えている
請求項４に記載の光導波シートのミラー面形成用の加工装置。
【請求項６】
前記加工ヘッドが、セラミック、人工鉱物、金属、金属合金、超鋼金属あるいはこの合金から構成されている
請求項４に記載の光導波シートのミラー面形成用の加工装置。
【請求項７】
クラッドと前記クラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、前記光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、
前記光導波シートから前記加工ヘッドをリリースし、前記光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写してミラー面を形成する工程と
を有する光導波シートのミラー面の形成方法。
【請求項８】
前記加工ヘッドをリリースする工程の後に、前記光導波シートに前記加工ヘッドが打ち込まれたことにより生じる加工残渣を除去する工程をさらに有する
請求項７に記載の光導波シートのミラー面の形成方法。
【請求項９】
前記光導波シートに前記加工ヘッドを打ち込む工程において、前記加工ヘッドを加熱しながら行う
請求項７に記載の光導波シートのミラー面の形成方法。
【請求項１０】
前記光導波シートが熱可塑性材料から構成されている
請求項７に記載の光導波シートのミラー面の形成方法。
【請求項１１】
前記光導波シートが熱硬化性材料から構成されている
請求項７に記載の光導波シートのミラー面の形成方法。
【請求項１２】
前記加工ヘッドが、セラミック、人工鉱物、金属、金属合金、超鋼金属あるいはこの合金から構成されている
請求項７に記載の光導波シートのミラー面の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッド、加工装置および光導波シートのミラー面の形成方法に関し、特に光信号を出射する発光部を含む半導体チップと、光信号を受光する受光部を含む半導体チップとを光学的に接続する光導波シートのミラー面の形成用の加工ヘッド、加工装置、およびミラー面の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体技術の進展は目覚しく、特にＣＰＵや高速ロジックのＬＳＩ世界ではクロック周波数が既にＧＨｚオーダーを超えるに至っている。
【０００３】
また、特に近年においては、４０００ｘ２０００ピクセルのような超高解像度画像データの取り扱いや、これを高速フレームレートで画像をキャプチャーするカメラや再生するディスプレイなどの開発が活発化し、これらの画像データを加工せずに種々の装置間で引き回す必要性も生じてきている。
【０００４】
例えば上記４０００ｘ２０００ピクセル、２４０フレームで１０ビットｘ３色の場合のデータレートは５７．６Ｇｂｐｓで、非常に大きなデータレートとなってしまう。
【０００５】
ＧＨｚを超える信号の配線には、ＬＳＩの内部、外部、或いはシステム間を問わず、従来問題とならなかった数多くの課題があり、これらを解決する事が近々のシステムの性能向上面、或いは半導体の更なる集積化、高速化において非常に重要な要素となっている。
それらの課題とは、信号の歪み（Signal Integrity）、電気的配線の周波数限界、配線のロス、配線の遅延、配線からの輻射、信号のＳｋｅｗ、配線駆動に関わる消費電力の増大などである。
【０００６】
これらの課題を克服するために、ＡｌやＣｕといった金属を用いた電気配線の変わりに光を配線に用いようとする試みがある。
【０００７】
これらの試みのうち、例えば、ボード内、あるいはボード間の接続を光導波路を用いて光で信号伝達を行う手法が研究されている。
【０００８】
特に、近年ＬＳＩチップ中あるいは異なるＬＳＩに供給するクロックのＳｋｅｗ（タイミング差）が問題とされ、ボード上や、ＬＳＩ上の配線においても完全等長配線を用い、Ｈバーと称せられるＨの字のような形状を有する光配線にクロックを分配して配線Ｓｋｅｗを抑える試みも数多くなされている。
【０００９】
上記のような光導波路を用いた光配線構造においては、通常、光信号から電気信号へ、あるいは電気信号から光信号への変換が必要であるが、多くの場合、アセンブリプロセスの簡便性や配線のしやすさ、又製造コストの観点から、発光素子としてはＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）、受光素子としてはＰＩＮ−ＰＤなどの面型デバイスを用いて、これらのデバイスの光入出力面が水平な向きとなるようにして、ＬＳＩ上やボード上などに実装することが多い。
【００１０】
上記のような光配線を有する構成においては、発光素子や受光素子と光導波路との効率的な光結合が不可欠であり、多くのケースでは、光導波路の端部を光導波方向に対して４５°の角度を有するミラー面に加工し、このミラー面において光の伝播方向を９０°屈曲させる構成としている。
【００１１】
上記の４５°ミラー面の形成方法としては、例えば、半導体チップなどをカットするダイサーのブレード（刃）を９０°に研磨して用いる方法が広く行われている。
まず、図８（ａ）および図８（ａ）の側面からの図面に相当する図８（ｂ）に示すように、ダミー基板１５０上に剥離層１５１を形成した後、この上層に、第１の屈折率のクラッド１３０ａと、クラッド１３０ａの内部において光導波方向に延伸するパターンを有し、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有するコア１３０ｂからなる光導波シート１３０を形成する。
次に、上記の構成の光導波賂の端面となる部分において、上記のように刃先が９０°に研磨されたダイサーを用いて、コアとこれを被覆するクラッドを完全に、あるいは上面からコアの深さまで、カットする。
【００１２】
上記のダイサーによるカットの結果、図８（ｃ）に示すように、クラッド１３０ａとコア１３０ｂからなる光導波シート１３０にＶ次溝Ｖが形成される。このＶ字溝Ｖの壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００１３】
上記の方法によれば、比較的反射率の高い良好な４５°ミラー面が得られるものの、長手方向の精度がダイサーの位置あわせ精度で決まってしまい、あまり精度が良くない。また、ミラー面となる光導波路端部が一列に並んだ複数の光導波路の加工には適しているが、光導波路端部が千鳥状に配置して構成された複数の光導波路のミラー面の加工には対応できないという欠点があった。
【００１４】
また、上記の４５°ミラー面を形成する別の方法として、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチング法を用いる方法が知られている。
まず、図９（ａ）に示すように、上記と同様にして、コア１３０ｂとこれを被覆するクラッド１３０ａからなる光導波シート１３０を形成する。さらに光導波シート１３０の上層に、光導波賂の端面となる部分を開口するパターンのレジスト膜Ｒをパターン形成する。
【００１５】
次に、図９（ｂ）に示すように、ダミー基板１５０を４５°傾けた状態で、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの垂直加工が可能なドライエッチングを施す。エッチングガスは、基板面に対して所定の角度β（４５°）で入射する。
【００１６】
上記のようにエッチングした結果、図９（ｃ）に示すように、クラッド１３０ａとコア１３０ｂからなる光導波シート１３０に、コア３０ｂの光導波方向に対して傾きを有する内壁面を有する開口部Ｐが形成される。開口部Ｐの内壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００１７】
上記の方法では、通常、レジストの材料と導波路の材料のエッチング選択比を大きく取ることが難しく、また、エッチング中のマスクの後退などに起因して、高い加工精度を得るのが難しい。さらに、４５°に傾けた状態でのエッチング処理では、対象とする基板が大きくなると、限られたエッチングチャンバ中では、加工角度あるいはエッチングレートにおいて均一性を得るのが非常に困難となるという問題もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
解決しようとする問題点は、上記のような方法では、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが困難であり、少量多品種の生産に対応することが困難であるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の課題を解決するため、本発明の光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッドは、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部は、前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有し、クラッドと前記クラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、前記光導波路の端部となる位置に前記加工ヘッドが打ち込まれたときに、前記光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状が転写されてミラー面が形成される。
【００２０】
上記の本発明の加工ヘッドは、キャピラリ部の先端に設けられており、加工ヘッドの先端部は、加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する。この加工ヘッドが、クラッドとクラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置に打ち込まれると、光導波路の端部に第１面および第２面の形状が転写されてミラー面が形成される。
【００２１】
また、上記の課題を解決するため、本発明の光導波シートのミラー面形成用の加工装置は、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドを有する加工装置であって、前記加工ヘッドの先端部は、前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有し、クラッドと前記クラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、前記光導波路の端部となる位置に前記加工ヘッドが打ち込まれたときに、前記光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状が転写されてミラー面が形成される。
【００２２】
上記の本発明の加工装置は、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドを有し、前記加工ヘッドの先端部は、加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する。この加工ヘッドが、クラッドとクラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置に打ち込まれたときに、光導波路の端部に第１面および第２面の形状が転写されてミラー面が形成される。
【００２３】
また、上記の課題を解決するため、上記の本発明の光導波シートのミラー面の形成方法は、クラッドと前記クラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、前記光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、前記加工ヘッドの先端部が前記加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する前記加工ヘッドを打ち込む工程と、前記光導波シートから前記加工ヘッドをリリースし、前記光導波路の端部に前記第１面および前記第２面の形状を転写してミラー面を形成する工程とを有する。
【００２４】
上記の本発明の光導波シートのミラー面の形成方法は、まず、クラッドとクラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置に、キャピラリ部の先端に設けられた加工ヘッドであって、加工ヘッドの先端部が加工ヘッドの対称軸に対して４５°の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面および第２面を有する加工ヘッドを打ち込む。
次に、光導波シートから前記加工ヘッドをリリースする。これにより、光導波路の端部に第１面および第２面の形状を転写し、ミラー面を形成する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッドを用いて加工すると、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００２６】
本発明の光導波シートのミラー面形成用の加工装置を用いて加工すると、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に容易に対応することができる。
【００２７】
本発明の光導波シートのミラー面の形成方法により、クロックなどの光信号を伝達する光導波シートを形成するのに、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応して製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下に、本発明に係る光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッド、加工装置および光導波シートのミラー面の形成方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２９】
第１実施形態
図１（ａ）は、本実施形態に係る光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッドを備えた加工装置の加工ヘッド部分の模式的斜視図である。
加工ヘッド１が略円筒形のキャピラリ２の先端に形成されており、キャピラリ２の加工ヘッド１と反対側の端部がキャピラリ保持部３によって保持されている。
【００３０】
図１（ｂ）は本実施形態に係る加工ヘッドの一側面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）と直行する側からの側面図である。
加工ヘッド１の先端部は、加工ヘッド１の対称軸ＡＸに対して所定の角度α（４５°）の角度で交差し、かつ互いに直行する第１面１ａおよび第２面１ｂを有する。
上記の加工ヘッドは、クラッドとクラッド内に埋め込まれたコアを有する光導波路がシート状に成形されてなる光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置に打ち込まれると、光導波路の端部に第１面１ａおよび第２面１ｂの形状が転写されてミラー面が形成されるような形状となっている。
【００３１】
上記の本実施形態の加工ヘッドは、好ましくは加工ヘッドを加熱する加熱手段を備えている。
光導波シートの加工において、例えば光導波シートが熱可塑性材料から構成される場合には熱を印加することで光導波シートを軟化させ、加工しやすくすることができる。あるいは、例えば光導波シートが熱硬化性材料から構成される場合には、加工した形状を保持するように熱を印加して硬化させることができる。いずれの場合でも、加熱温度は光導波シート材料の熱分解温度以下とする。
【００３２】
また、上記の加工ヘッド１は、好ましくは、アルミナ、アルミナイトライド、シリコンカーバイド、ボロンナイトライドなどのセラミック、サファイヤ、ルビー、ダイヤモンドなどの人工鉱物、ステンレス、タングステン、チタンなどの金属や金属合金、タングステン、チタン、アルミニウム、シリコン、タンタルなどの炭化物、窒化物、炭窒化物などのいわゆる超鋼合金、およびこれらの超鋼合金にコバルト、ニッケル、クロム、モリブデンなどの添加物を加えたもの、などから構成されている。
【００３３】
第１面１ａおよび第２面１ｂの対称軸ＡＸに投影した長さＬは、この加工ヘッド１により加工される光導波シートの加工すべき厚さ以上に設定され、少なくともコアの下面までの厚さ以上であり、例えば光導波シート全体の厚さとする。
また、第１面１ａおよび第２面１ｂの幅Ｗは、この加工ヘッド１により加工される光導波シートにおけるコアの幅以上に設定される。
【００３４】
上記の加工ヘッドを用いて光導波シートのミラー面を形成する方法について説明する。
まず、加工される光導波シートとして、図２（ａ）に示すように、シリコンあるいはガラスなどのダミー基板５０上に剥離層５１を形成した後、この上層に光導波シート３０を形成する。即ち、剥離層５１上にクラッド材料を塗布し、キュア処理を行った後、コア材料を塗布し、パターン露光および現像処理により所定のパターンに加工し、さらに再びクラッド材料を塗布し、平坦化してシート状に加工する。
上記のようにして、第１の屈折率のクラッド３０ａと、クラッド３０ａに被覆されて、例えばストライプ状に光導波方向に延伸するパターンを有し、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有するコア３０ｂを有し、シート状に成形された光導波シート３０を形成する。
剥離層５１は、熱可塑性の樹脂、光導波シートを構成する樹脂材料と密着性の悪いチタン／銅積層体、特定の酸に溶解する酸化シリコン膜などを用いることができる。
【００３５】
光導波シートは、用いる光の波長に対して透明であり、例えば、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、またはこれらのフッ化物などの有機系材料から構成されている。
また、上記のコアとしては、例えばマルチモードの伝播を仮定すると、コア３０ｂの厚み、幅はおよそ５〜５０μｍ、クラッド３０ａの厚みとしてはコア３０ｂの１／４〜１／２くらいが適当である。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、上記の構成の光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置と加工ヘッドとを位置合わせして、所定の力を印加して上記の構成の加工ヘッド１を打ち込む。このとき、少なくとも加工ヘッド１の先端がコア３０ｂの下面に到達するように、例えば光導波シートの下層の剥離層５１に達する程度にまで、加工ヘッドを打ち込む。
このとき、場合によっては加工ヘッド１で加工された部分から加工残渣（バリ）３０ｃが押し出されて発生する。
【００３７】
次に、図２（ｃ）に示すように、光導波シート３０から加工ヘッド１をリリースし、光導波路の端部に加工ヘッド１の第１面１ａおよび第２面１ｂの形状を転写して、Ｖ字溝３０ｖを形成する。Ｖ字溝３０ｖの壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００３８】
次に、例えば研磨シート上にフェースダウンで光導波シート表面のラッピング処理を行って、図２（ｄ）に示すように加工残渣３０ｃを除去する。また、使用した加工ヘッド上にも残渣が生じることがあるので、必要に応じてダミー加工基板を用いてスクラブすることで残渣を除去する。
以上で、加工ヘッドを用いて光導波シートのミラー面を形成することができる。
【００３９】
上記の光導波路の端部となる位置に加工ヘッドを打ち込む工程においては、例えば、光導波シートを不図示の下部ヒータで所定の温度に保持し、また、不図示の加熱手段により加工ヘッドを所定の温度に加熱しながら行う。
光導波シートの加工において、例えば光導波シートが熱可塑性材料から構成される場合には、熱を印加することで光導波シートを軟化させ、加工しやすくすることができる。あるいは、例えば光導波シートが熱硬化性材料から構成される場合には、加工した形状を保持するように熱を印加して硬化させることができる。いずれの場合でも、加工ヘッドの加熱温度は光導波シート材料の熱分解温度以下とする。
【００４０】
上記の加工ヘッドを用いた加工装置は、ボンディングワイヤ装置を転用して得ることができ、即ち、ボンディングワイヤ装置のヘッドを本実施形態の加工ヘッドに変更して得ることができる。
この加工装置を用いて光導波シートにミラー面を形成する場合、加工ヘッドによる加工ポイントの座標を予め設定および入力しておくことで、光導波路上の場所や、向きに拘わらず、任意の場所に高速でミラー面を形成することができる。この時の加工速度は、ワイヤボンディングのボンディング速度に略等しく、１秒間につき５〜１０ポイント程度の加工が可能である。
【００４１】
上記のように加工された光導波シート３０は、剥離層５１との界面において剥離されて、例えば実装基板上に実装され、光導波路の端部に相当するＶ字溝３０ｖの壁面であるミラー面に発光素子や受光素子の光入出部が重なるように配置されて用いられる。
【００４２】
本実施形態の光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッドとこれを備えた加工装置、並びに光導波シートのミラー面の形成方法により、特殊なマスクの使用やリソグラフ工程が不要で、簡便に、精度良く、かつ製造コストを抑制して光導波シートのミラー面を形成することができ、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００４３】
第２実施形態
図３は本実施形態に係るマルチチップモジュールである光電子装置の模式断面図である。
実装基板１０の一方の面に光導波シート３０が不図示の接着層により貼り合わされ、さらに光導波シート３０を介して、発光素子を組み込んだ半導体装置２０ａと受光素子を組み込んだ半導体装置２０ｂとが実装基板１０に実装されている。また実装基板１０の他方の面に、他の実装基板に実装するためのバンプ４０が形成されている。
【００４４】
実装基板１０は、例えば４層のパターン加工された配線層（１１，１３，１５，１７）と、それらの間に設けられて積層された樹脂絶縁層（１２，１４，１６）と、配線層（１１，１３，１５，１７）間を垂直に接続する垂直配線（１８，１９）などから構成されている。
図面上は４層の配線層と３層の樹脂絶縁層を有する構成であるが、これ以外の構成であっても良い。
【００４５】
光導波シート３０は、第１の屈折率のクラッド３０ａと、クラッド３０ａの内部において、例えばストライプ状に光導波方向に延伸するパターンを有し、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有するコア３０ｂを有し、シート状に成形されたもので、光導波路の端部となる位置にＶ字溝３０ｖが形成されており、Ｖ字溝３０ｖの壁面が光導波路のミラー面となっている。
【００４６】
発光素子を組み込んだ半導体装置２０ａは、所定の電子回路が形成された半導体チップ２１ａに、ＶＣＳＥＬなどの発光素子２２ａが搭載され、樹脂層２３ａで封止されている。樹脂層２３ａを貫通して半導体チップ２１ａのパッドに接続するポスト２４ａに、バンプ２５ａが形成されており、このバンプ２５ａを介して、光導波シート３０上に発光素子２２ａの発光部の位置が光導波シート３０のＶ字溝３０ｖのミラー面に重なるようにして実装基板１０に実装されている。
【００４７】
受光素子を組み込んだ半導体装置２０ｂは、所定の電子回路が形成された半導体チップ２１ｂに、ＰＩＮ―ＰＤなどの受光素子２２ｂが搭載され、樹脂層２３ｂで封止されている。樹脂層２３ｂを貫通して半導体チップ２１ｂのパッドに接続するポスト２４ｂに、バンプ２５ｂが形成されており、このバンプ２５ｂを介して、光導波シート３０上に受光素子２２ｂの受光部の位置が光導波シート３０のミラー面に重なるようにして実装基板１０に実装されている。
【００４８】
発光素子２２ａの発光部から出射した光は、光導波シートに設けられた光導波路の一方の端部であるＶ字溝３０ｖのミラー面により反射して進路を９０°屈曲させ、光導波路内を進行する。光導波路の他方の端部であるＶ字溝３０ｖに到達すると、この壁面であるミラー面において再び進路を９０°屈曲させて光導波シートの面外方向に出射し、受光素子２２ｂの受光部に入射する構成となっている。
このようにして、発光素子を有する半導体装置と受光素子を有する半導体装置が光配線により接続された構成となっている。
【００４９】
光導波シート３０は、用いる光の波長に対して透明であり、例えば、ポリイミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリノルボルネン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂など、またはこれらのフッ化物などの有機系材料を用いることができる。
【００５０】
半導体装置（２０ａ，２０ｂ）は、光導波シート３０をまたぐようにして、各バンプ（２５ａ，２５ｂ）により実装基板１０上に実装されている。あるいは、光を導波しない領域にのみ形成された光導波シート３０を貫通するパッド用開口部において、各バンプ（２５ａ，２５ｂ）で接続する構成としてもよい。
【００５１】
例えば、発光素子２２ａ出射する光がクロック信号である場合、受光素子２２ｂの近傍における半導体チップ２１ｂ上にアンプが設けられ、受光素子２２ｂに入射される光のクロック信号を電気のクロック信号に復調する。
【００５２】
上記のように光配線でクロック信号を授受する場合において、特にクロック信号である光を光導波シート内で複数に分割して、複数のクロック信号を複数の受光素子で受光するような構成とすることもでき、この場合には発光素子の発光部の位置から各受光素子の受光部の位置までの光を導波する距離が、複数のいずれの経路においても等しい距離となっていることが好ましい。
このように、クロック供給を行う光配線について完全等長配線とすることで、クロック信号を複数の受光部に分配するときのスキューをほぼ抑制することができる。
【００５３】
次に、本実施形態に係る光電子装置の製造方法について説明する。
光導波シートの形成方法としては、まず、図４（ａ）に示すように、シリコンあるいはガラスなどからなるダミー基板５０の表面に、例えば、電子ビーム蒸着法あるいはスパッタリング法などにより、チタン層と銅層の積層体を形成し、剥離層５１とする。あるいは、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法あるいはスパッタリング法により、酸化シリコン層を形成し、剥離層５１とすることもできる。この場合には、ダミー基板５０はシリコンなどを用いる。
【００５４】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａとする。
【００５５】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えば感光性ポリイミドなどの第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する感光性樹脂層を形成し、パターニング用マスクを用いて露光を行い、さらに現像およびキュア処理を行って、コア３０ｂを形成する。
例えば、マルチモードの伝播を仮定すると、コア３０ｂの厚み、幅はおよそ５〜５０μｍ、クラッド３０ａの厚みとしてはコア３０ｂの１／４〜１／２くらいが適当である。
【００５６】
次に、図５（ａ）に示すように、上記と同様に、例えばスピンコートや印刷法によりポリイミド樹脂などの第１の屈折率の樹脂層を形成し、必要に応じて加熱リフローを行い、キュア処理を行って硬化させ、第１クラッド３０ａを形成する。
このようにして、コア３０ｂの外周をクラッド３０ａが被覆してシート状に成形された光導波シート３０を形成する。
図５（ｂ）は図５（ａ）の状態においてコアの延伸方向に平行な断面を示し、これは図５（ａ）とは直交する方向の断面であり、以降の工程はこの方向の断面に沿って行う。
【００５７】
次に、図５（ｃ）に示すように、第１実施形態に記載の加工ヘッド１を用い、光導波シートに対して、光導波路の端部となる位置と加工ヘッドとを位置合わせして、所定の力を印加して加工ヘッド１を打ち込む。このとき、少なくとも加工ヘッド１の先端がコア３０ｂの下面に到達するように、例えば光導波シートの下層の剥離層５１に達する程度にまで、加工ヘッドを打ち込む。
光導波シート３０から加工ヘッド１をリリースすると、光導波路の端部に加工ヘッド１の第１面１ａおよび第２面１ｂの形状を転写して、Ｖ字溝３０ｖを形成する。Ｖ字溝３０ｖの壁面がミラー面ＭＲとなる。
【００５８】
上記のＶ字溝３０ｖを形成する工程において、加工ヘッド１で加工された部分から加工残渣（バリ）３０ｃが押し出されて発生するので、必要に応じて、例えば研磨シート上にフェースダウンで光導波シート表面のラッピング処理を行い、加工残渣３０ｃを除去する。
【００５９】
次に、図６（ａ）に示すように、別工程で予め形成された実装基板１０の一方の面に不図示の接着層により光導波シート３０を貼り合わせる。
【００６０】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えば剥離層５１としてチタン層と銅層の積層体を用いている場合、塩酸などの酸に浸漬して剥離層５１と光導波シート３０のクラッド３０ａの界面において剥離する。
あるいは、剥離層５１として酸化シリコン層を用いている場合には、フッ酸あるいはバッファードフッ酸などの酸に浸漬して剥離層４１を溶解して、光導波シート３０を剥離する。
【００６１】
次に、図６（ｃ）に示すように、発光素子２２ａの発光部と入射側の光導波シート３０のＶ字溝３０ｖのミラー面とが重なるように、光導波シート３０を介して、別工程で予め形成された半導体装置２０ａをバンプ接続で実装基板１０に実装する。また、受光素子２２ｂの発光部と出射側の光導波シート３０のＶ字溝３０ｖのミラー面とが重なるように、光導波シート３０を介して、別工程で予め形成された半導体装置２０ｂをバンプ接続で実装基板１０に実装する。
【００６２】
半導体装置（２０ａ，２０ｂ）を実装するには、光導波シート３０をまたぐようにして、各バンプ（２５ａ，２５ｂ）により実装基板１０に実装してもよく、あるいは、光を導波しない領域にのみ形成された光導波シート３０を貫通するパッド用開口部を設けて、この開口部において各バンプ（２５ａ，２５ｂ）で接続する構成としてもよい。
上記の開口部をもうける場合、例えば実装基板１０に予めランドを形成しておき、光導波シートを貼り合わせた後、ＣＯ2レーザやエキシマレーザなどのレーザ光を照射することで開口することができる。このとき、ランドはレーザ光のストッパとなる。
【００６３】
次に、必要に応じて、実装基板１０の他方の面に、他の実装基板に実装するためのバンプ４０を形成する。
以上で、図３に示す構成の光電子装置（マルチチップモジュール）が形成できる。
【００６４】
本実施形態で用いる光導波シートのミラー面の形成方法では、特殊なマスクの使用やリソグラフ工程が不要で、簡便に、精度良く、かつ製造コストを抑制して光導波シートのミラー面を形成することができ、設計変更に対応できるような設計の自由度を保つことが容易に可能であり、少量多品種の生産に対応することができる。
【００６５】
第３実施形態
図７（ａ）は本実施形態に係るマルチチップモジュールである光電子装置の模式断面図であり、図７（ｂ）は平面図である。
半導体チップＩＣ上に光導波シートＰＳが不図示の接着層により貼り合わされ、さらに光導波シートＰＳを介して、ＶＣＳＥＬを組み込んだレーザダイオードチップＬＤＣと、ＰＩＮ−ＰＤを組み込んだフォトダイオードチップＰＤＣがマウントされている。これらのレーザダイオードチップＬＤＣとフォトダイオードチップＰＤＣが樹脂層ＲＳで封止されており、樹脂層ＲＳを貫通して半導体チップＩＣのパッドに接続して形成されたポストＰＴに外部接続用のバンプＢＰが形成されている。
【００６６】
レーザダイオードチップＬＤＣには、２列のＶＣＳＥＬのアレイ（ＬＤＡａ、ＬＤＡｂ）が並べて設けられており、それぞれにレーザダイオードドライバＬＤＤが設けられている構成である。
上記の２列のＶＣＳＥＬのアレイ（ＬＤＡａ、ＬＤＡｂ）は、それぞれ例えば１００μｍピッチで１６個のレーザダイオードが並べられたアレイとなっており、２列のアレイはアレイの延伸方向に５０μｍずれて平行には並べられているので、実質的に５０μｍピッチで３２個のレーザダイオードが並べられた千鳥配置のアレイとなっている。
【００６７】
一方、フォトダイオードチップＰＤＣには、２列のＰＩＮ−ＰＤのアレイ（ＰＤＡａ、ＰＤＡｂ）が並べて設けられており、それぞれにトランスインピダンスアンプＴＩＡが設けられている構成である。
上記の２列のＰＩＮ−ＰＤのアレイ（ＰＤＡａ、ＰＤＡｂ）もまた、それぞれ例えば１００μｍピッチで１６個のフォトダイオードが並べられたアレイとなっており、２列のアレイはアレイの延伸方向に５０μｍずれて平行には並べられているので、実質的に５０μｍピッチで３２個のフォトダイオードが並べられた千鳥配置のアレイとなっている。
【００６８】
光導波シートＰＳは、第１の屈折率のクラッド３０ａと、クラッド３０ａの内部において、ＶＣＳＥＬのアレイ（ＬＤＡａ、ＬＤＡｂ）の千鳥配置された３２個のＶＣＳＥＬの光出射部と、ＰＩＮ−ＰＤのアレイ（ＰＤＡａ，ＰＤＡｂ）の千鳥配置された３２個のＰＩＮ−ＰＤの光入射部とをそれぞれ接続するように延伸するパターンを有し、第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有するコア３０ｂを有し、シート状に成形されたもので、上記の光出射部と光入射部となる位置に、第１および第２実施形態の光導波シートと同様のＶ字溝が形成されており、Ｖ字溝の壁面が光導波路のミラー面となっている。
【００６９】
レーザダイオードアレイの各ＶＣＳＥＬから出射した光は、ＶＣＳＥＬに重なる位置において光導波シートに設けられたＶ字溝のミラー面により反射して進路を９０°屈曲させ、光導波路内を進行し、ＰＩＮ−ＰＤに重なる位置において光導波シートに設けられたＶ字溝のミラー面により進路を再び進路を９０°屈曲させて光導波シートの面外方向に出射し、フォトダイオードアレイの各ＰＩＮ−ＰＤに入射する構成となっている。
【００７０】
上記の一対のＬＳＩ（ＬＤＣ、ＰＤＣ）上には、上記ＶＣＳＥＬなどの発光素子とレーザドライバ、ＰＩＮ−ＰＤなどの受光素子とトランスインピダンスアンプが集積化されている。
これらのＩＣを形成するには、駆動能力のある程度大きな、即ち、ゲート幅の大きなトランジスタが必要であり、一方でアナログ回路としてインダクタなど比較的大きなサイズのパッシブ素子をＬＳＩ上に形成することが必要であり、回路ブロックの形成幅は、最低でも１００μｍ程度は必要である。
【００７１】
また、通常この様なＬＳＩ間の高速信号のバス本数は１０００本〜数１０００本におよび、これらを形成する際には一度でアレイ状に形成されることが望ましいため、各チャンネルのピッチをできるだけ小さくすることが望まれている。
【００７２】
そこで、本実施形態では、発光素子と受光素子をそれぞれ千鳥アレイ状に配置することで、光Ｉ／Ｏ回路を１００μｍピッチで、光導波路を５０μｍピッチで形成することが可能になる。
【００７３】
従来の方法では、千鳥アレイ状に配置された発光素子と受光素子に対応するように、光導波路にミラー面を形成することが困難であったが、第１実施形態および第２実施形態に示すような光導波シートのミラー面の加工ヘッドを用いて形成することで、容易に千鳥配置のミラー面を形成することができる。
【００７４】
本実施形態により、簡便かつローコストな光導波路への４５°のミラー面の形成が、リソグラフ工程なしで形成可能になり、特に少量多品種の生産においては、短期間に、多様なパターンに対応した光導波路シートの作成が可能になる。
また、特にシステム上の要請からくる高密度な光導波路の形成においては、千鳥状にミラーを形成したい場合や、お互いに２次元面内で９０°異なる向きへ導波方向を変えることが自由にできるようになり、設計の自由度が大幅に向上する。
【００７５】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光導波シートで伝達する光の発光源としては、ＶＣＳＥＬなどのレーザダイオードの他、発光ダイオードなどを用いることができる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の光導波シートのミラー面の形成方法は、コンピュータ機器の特に、ゲーム用コンピュータ、ネットワークサーバ、ホームサーバ、ロボットの頭脳など、大容量かつ高速信号処置が求められるＭＰＵもしくは画像処理プロセッサ、高速キャッシュメモリなど超高速信号処理ＬＳＩなどを構成するための、光配線を形成するための光導波シートのミラー面の形成方法に適用できる。
【００７７】
また、本発明の光導波シートのミラー面の形成装置は、上記のような光導波シートを形成する方法に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る光導波シートのミラー面形成用の加工ヘッドを備えた加工装置の加工ヘッド部分の模式的斜視図であり、図１（ｂ）はこの加工ヘッドの一側面図であり、図１（ｃ）は図１（ｂ）と直行する側からの側面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１実施形態に係る光導波シートのミラー面の形成方法の工程を示す断面図である。
【図３】図３は本発明の第２実施形態に係るマルチチップモジュールである光電子装置の模式断面図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２実施形態に係るマルチチップモジュールの製造方法の工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２実施形態に係るマルチチップモジュールの製造方法の工程を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２実施形態に係るマルチチップモジュールの製造方法の工程を示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は本発明の第３実施形態に係るマルチチップモジュールの模式断面図であり、図７（ｂ）は平面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は第１従来例に係る光導波シートのミラー面の形成方法を示す模式図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は第２従来例に係る光導波シートのミラー面の形成方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…加工ヘッド、１ａ…第１面、１ｂ…第２面、２…キャピラリ、３…キャピラリ保持部、１０…実装基板、１１，１３，１５，１７…配線層、１２，１４，１６…樹脂絶縁層、１８，１９…垂直配線、２０ａ，２０ｂ…半導体装置、２１ａ，２１ｂ…半導体チップ、２２ａ…発光素子、２２ｂ…受光素子、２３ａ，２３ｂ…樹脂層、２４ａ，２４ｂ…ポスト、２５ａ，２５ｂ…バンプ、３０…光導波シート、３０ａ…クラッド、３０ｂ…コア、３０ｃ…加工残渣、３０ｖ…Ｖ字溝、４０…バンプ、５０…ダミー基板、５１…剥離層、ＡＸ…対称軸、ＭＲ…ミラー面、ＩＣ…半導体チップ、ＬＤＣ…レーザダイオードチップ、ＰＤＣ…フォトダイオードチップ、ＬＤＡａ，ＬＤＡｂ…レーザダイオードアレイ、ＰＤＡａ，ＰＤＡｂ…フォトダイオードアレイ、ＬＤＤ…レーザダイオードドライバ、ＴＩＡ…トランスインピダンスアンプ、ＰＳ…光導波シート、ＲＳ…樹脂層、ＰＴ…ポスト、ＢＰ…バンプ
【図１】
2006171641.tif 000003
【図２】
2006171641.tif 000004
【図３】
2006171641.tif 000005
【図４】
2006171641.tif 000006
【図５】
2006171641.tif 000007
【図６】
2006171641.tif 000008
【図７】
2006171641.tif 000009
【図８】
2006171641.tif 000010
【図９】
2006171641.tif 000011