(57)【要約】【課題】非常に単純な構成でしかも一括で大量生産が可能な光半導体モジュールおよびその製造方法およびインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージの提供する。【解決手段】光半導体モジュールは、光ファイバ１０、光ファイバ１０と光結合され且つ電極を有する光半導体素子１６、および光半導体素子１６の電極に電気的に接続された引出し電極１４を有する光電気結合体と、引出し電極１４と電気的に接続されたパターン電極２０と、引出し電極１４が電気的に接続されたパターン電極２０の面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣ８とを備えている。【選択図】図２
2006059882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の電極に電気的に接続された引出し電極を有する光電気結合体と、
前記引出し電極と電気的に接続された第１のパターン電極と、
該第１のパターン電極の前記引出し電極が電気的に接続された面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣと
を具備することを特徴とする光半導体モジュール。
【請求項２】
前記光素子駆動ＩＣは信号処理ＬＳＩと電気的に接続させる信号入出力端子を有し、前記信号入出力端子は前記第１のパターン電極と同一平面に形成された第２のパターン電極に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光半導体モジュール。
【請求項３】
光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の前記電極に電気的に接続された引出し電極とを有する光電気結合体と、前記引出し電極と電気的に接続されたパターン電極と、前記引出し電極が電気的に接続された前記パターン電極の面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣとを備える光半導体モジュールの製造工程であって、
ダミー基板上に前記パターン電極を形成する工程と、
前記パターン電極上に前記光素子駆動ＩＣを電気的に接続して搭載する工程と、
前記光素子駆動ＩＣの周囲を除いて基体フィルムを前記パターン電極上に設ける工程と、
前記光素子駆動ＩＣを樹脂で埋め込む工程と、
前記ダミー基板を除去する工程と
を具備することを特徴とする光半導体モジュールの製造方法。
【請求項４】
光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の前記電極に電気的に接続された引出し電極とを有する光電気結合体と、前記引出し電極と電気的に接続されたパターン電極と、前記引出し電極が電気的に接続された前記パターン電極の面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣとを備える光半導体モジュールの製造工程であって、
ダミー基板上に前記光素子駆動ＩＣを配置する工程と、
前記光素子駆動ＩＣの周囲を除いて基体フィルムを前記ダミー基板上に設ける工程と、
前記光素子駆動ＩＣを樹脂で埋め込む工程と、
前記ダミー基板を除去する工程と、
前記ダミー基板を除去した面に、前記パターン電極を有する配線基板を形成する工程と
を具備することを特徴とする光半導体モジュールの製造方法。
【請求項５】
信号処理ＬＳＩと、前記信号処理ＬＳＩが搭載され且つ実装ボード接続用電気端子を有するインターポーザと、高速信号を外部配線するための光伝送路を有するインターフェイスモジュールとを備えてなり、
前記インターポーザ及び前記インターフェイスモジュールが機械的接触により電気的に接続される電気接続端子を有し、前記インターフェイスモジュールが、光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の電極に電気的に接続された引出し電極を有する光電気結合体と、前記引出し電極と電気的に接続された第１のパターン電極と、前記引出し電極が電気的に接続された前記第１のパターン電極の面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣとを有することを特徴とするインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速ＬＳＩパッケージなどに適用する光半導体モジュールおよびその製造方法およびインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により、大規模集積回路（ＬＳＩ）の飛躍的な動作速度向上が図られてきている。しかしながら、ＬＳＩ内部動作が高速化されても、それを実装するプリント基板上の動作速度はＬＳＩの内部動作より低く抑えられている。これは動作周波数の上昇に伴う電気配線の伝送損失や雑音、電磁障害の増大に起因するものであり、信号品質を確保するため長い配線ほど動作周波数を低く抑える必然性によるものである。即ち、電気配線装置においてはＬＳＩ動作速度より実装技術がシステム速度を支配するという傾向が近年益々強まってきている。
【０００３】
このような電気配線装置の問題を鑑み、ＬＳＩを光で接続する光配線装置が幾つか提案されている。光配線は、直流から１００ＧＨｚ以上の周波数で損失の周波数依存性が殆ど無く、配線路の電磁障害や接地電位変動雑音も無いため、数１０Ｇｂｐｓの配線が容易に実現できる。この種のＬＳＩ間光配線として、例えば非特許文献１などが知られており、信号処理ＬＳＩを搭載したインターポーザに高速信号を外部配線するためのインターフェイスモジュールを直接搭載した構造が提案されている。
【非特許文献１】Takashi Yoshikawa , Optical-interconnection as an IP macro of a CMOS Library, IEEE HOT9 Interconnects. Symposium on High Performance Interconnects, 2001, P.P.31-5
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来のインターフェイス付ＬＳＩパッケージおよび光半導体モジュールは、構成が複雑で部品点数も多いため、コスト、生産性、信頼性の点で問題が多かった。
【０００５】
本発明は、上記のような従来技術の問題を考慮して成されたものであり、非常に単純な構成でしかも一括で大量生産が可能な光半導体モジュールおよびその製造方法およびインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一の態様によれば、光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の電極に電気的に接続された引出し電極を有する光電気結合体と、前記引出し電極と電気的に接続された第１のパターン電極と、該第１のパターン電極の前記引出し電極が電気的に接続された面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣとを具備することを特徴とする光半導体モジュールが提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の前記電極に電気的に接続された引出し電極とを有する光電気結合体と、前記引出し電極と電気的に接続されたパターン電極と、前記引出し電極が電気的に接続された前記パターン電極の面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣとを備える光半導体モジュールの製造工程であって、ダミー基板上に前記パターン電極を形成する工程と、前記パターン電極上に前記光素子駆動ＩＣを電気的に接続して搭載する工程と、前記光素子駆動ＩＣの周囲を除いて基体フィルムを前記パターン電極上に設ける工程と、前記光素子駆動ＩＣを樹脂で埋め込む工程と、前記ダミー基板を除去する工程とを具備することを特徴とする光半導体モジュールの製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の前記電極に電気的に接続された引出し電極とを有する光電気結合体と、前記引出し電極と電気的に接続されたパターン電極と、前記引出し電極が電気的に接続された前記パターン電極の面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣとを備える光半導体モジュールの製造工程であって、ダミー基板上に前記光素子駆動ＩＣを配置する工程と、前記光素子駆動ＩＣの周囲を除いて基体フィルムを前記ダミー基板上に設ける工程と、前記光素子駆動ＩＣを樹脂で埋め込む工程と、前記ダミー基板を除去する工程と、前記ダミー基板を除去した面に、前記パターン電極を有する配線基板を形成する工程とを具備することを特徴とする光半導体モジュールの製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、信号処理ＬＳＩと、前記信号処理ＬＳＩが搭載され且つ実装ボード接続用電気端子を有するインターポーザと、高速信号を外部配線するための光伝送路を有するインターフェイスモジュールとを備えてなり、前記インターポーザ及び前記インターフェイスモジュールが機械的接触により電気的に接続される電気接続端子を有し、前記インターフェイスモジュールが、光伝送路、該光伝送路と光結合され且つ電極を有する光半導体素子、および前記光半導体素子の電極に電気的に接続された引出し電極を有する光電気結合体と、前記引出し電極と電気的に接続された第１のパターン電極と、前記引出し電極が電気的に接続された前記第１のパターン電極の面と反対側の面に電気的に接続された光素子駆動ＩＣとを有することを特徴とするインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージが提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一の態様の光半導体モジュールおよび他の態様のインターフェイス付ＬＳＩパッケージによれば、単純な構造で部品点数も少なくでき、また、大量に一括生産可能なため、低コストで製造することができるとともに信頼性が高い。また、光半導体素子と光素子駆動ＩＣとを短距離で接続でき、高速動作性能も優れている。従って、本発明は情報通信機器等の高度化に大きく貢献することができる。
【００１１】
本発明の他の態様の光半導体モジュールの製造方法によれば、単純な構造で部品点数も少なくでき、また、大量に一括生産可能なため、低コストで信頼性の高い光半導体モジュールを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】
【００１２】
本発明の骨子は、光半導体素子を光ファイバに光結合するとともに光半導体素子の電極を引出した光電気結合体と光素子駆動ＩＣを向かい合わせに電気的に接続して構造の単純化を図ることである。
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明していく。以下では、光ファイバが光半導体モジュールまたはインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージに固定された所謂ピグテール形式について説明を行っていくが、これは所謂光コネクタ形式の光半導体モジュールまたはインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージにも適用可能なことは述べるまでも無いことである。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態を表すインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージの概略構成図である。図１の１はインターフェイス付ＬＳＩパッケージであり、２は信号処理ＬＳＩ、３はインターポーザ基板、４は半田ボール（実装ボード接続用電気端子）、５は電気接続端子、６はインターフェイスモジュール、７は配線、８は光素子駆動ＩＣ、９は光電変換部、１０は光ファイバ（光伝送路）、１１はヒートシンク、１２は冷却ファンである。
【００１５】
インターポーザ３は、実装ボード（図示せず）に電気的に接続するための半田ボール４、および電気接続端子５を備えている。インターフェイスモジュール６は、電気接続端子５と機械的に接触することにより電気接続端子５と電気的に接続される電気接続端子（図示せず）、配線７、光素子駆動ＩＣ８、光電変換部９、および光ファイバ１０から構成されている。なお、本実施の形態では、光伝送路として光ファイバ１０を使用しているが、光伝送路として光導波路等を使用してもよい。
【００１６】
信号処理ＬＳＩ２からの高速信号は、半田ボール４を通じて実装ボードに供給されるのではなく、電気接続端子５及び配線７を通じて光素子駆動ＩＣ８に供給される。そして、光電変換部９により光信号となり、光ファイバ１０に与えられる。なお、高速信号以外の信号は、半田ボール４を通じて実装ボードに供給される。
【００１７】
このパッケージは、信号処理ＬＳＩ２が搭載されたインターポーザ基板３上に、インターフェイスモジュール６を後から搭載できる。更に、その上にヒートシンク１１、冷却ファン１２が搭載されて、信号処理ＬＳＩ２の放熱が可能となる。
【００１８】
このように構成されたインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージ１は、既存の生産ラインで作製された実装ボードに、既存の実装装置（リフロー装置など）を用いてＬＳＩ実装を行うのと全く同様の手順及び条件によって、ボード実装することができる。即ち、先に信号処理ＬＳＩ２を搭載したインターポーザ基板３を他の電子部品とともに既存方法を用いてボードに実装し、その後にインターフェイスモジュール６を上から被せて固定（例えばネジ止めや接着剤固定）すれば図１の構造が実装ボード上に構成できる。このとき、インターポーザ基板３をボード実装する工程までは、既存量産ラインを一切変更することなく生産可能であり、光配線ボードを構築するために特有の作業はインターフェイスモジュール６を搭載する作業だけとなる。しかも、インターフェイスモジュール６を上から被せて固定する工程は、特別な高精度位置合わせ（例えば±１０μｍ）を必要とするものではなく、一般的な電気コネクタの精度があれば十分であり、それほど実装工程のコストを増加させるものではない。即ち、既存の安価な実装ボード（例えばガラスエポキシ基板など）と既存の実装方法を用い、一般的にボード電気配線で実現困難な高速配線（例えば１つの配線あたり２０Ｇｂｐｓ）を有する高速ボードが実現可能となる。
【００１９】
図１の配線７、光素子駆動ＩＣ８、光電変換部９の部分は概略の接続関係のみを示している。この部分の詳細構成を、図２を用いて説明する。
【００２０】
図２は、第１の実施の形態の光半導体モジュールの実施形態を示す断面図であり、図１のインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージ１の光電変換部近傍の詳細構造に相当する。図２において、１３は光電気結合部材、１４は引出し電極、１５は接続電極、１６は光半導体素子（半導体レーザ、受光素子など）、１７〜１９はバンプ電極、２０，２１はパターン電極、２２は基体フィルム、２３は埋め込み樹脂（エポキシ樹脂など）、２４は放熱体（ヒートシンク接触金属体）、２５はモールド樹脂である。なお、光ファイバ１０、光電気結合部材１３、引出し電極１４、接続電極１５、および光半導体素子１６をひとまとめにして光電気結合体と呼ぶことにする。
【００２１】
光ファイバ１０は光電気結合部材１３を貫通している。光電気結合部材１３には、例えば微粒子シリカを８０％前後添加した樹脂（エポキシ樹脂、ＰＰＳ、ＬＣＰなど）の成形品にメタルマスクとスパッタを用いて配線電極を形成したものが用いられる。
【００２２】
引出し電極１４は、光電気結合部材１３の上面及び側面に形成されている。光半導体素子１６は光電気結合部材１３の側方に設けられており、光ファイバ１０と光結合されている。また、光半導体素子１６は電極（図示せず）を有しており、この電極は接続電極１５を介して引出し電極１４に電気的に接続されている。
【００２３】
パターン電極２０（第１のパターン電極）およびパターン電極２１（第２のパターン電極）は、光電気結合部材１３の上方に配置されており、パターン電極２０と引出し電極１４とはバンプ電極１７（第１のバンプ電極）を介して電気的に接続されている。
【００２４】
パターン電極２０，２１は、同一平面に形成されている。また、パターン電極２０，２１は、光素子駆動ＩＣ８の電気的な接続を行うバンプ電極群により形成される平面上に形成されている。なお、バンプ電極群は、バンプ電極１８，１９等から構成されている。
【００２５】
光素子駆動ＩＣ８は、引出し電極１４が電気的に接続されたパターン電極２０の面と反対側の面にバンプ電極１８（第２のバンプ電極）を介して電気的に接続されている。また、光素子駆動ＩＣは、信号処理ＬＳＩ２と電気的に接続させる信号入出力端子（図示せず）を備えており、この信号入出力端子はパターン電極２１と電気的に接続されている。パターン電極２０，２１は、例えばＡｕ薄膜またはＮｉ／Ｃｕ多層膜等の薄膜金属から構成されている。バンプ電極１７〜１９には、例えばＡｕスタッドバンプが用いられる。
【００２６】
光素子駆動ＩＣ８は、基体フィルム２２の開口部内に配置されている。また、基体フィルム２２の開口部内には、光素子駆動ＩＣ８を埋め込むように埋め込み樹脂２３が充填されている。放熱体２４は、基体フィルム２２の開口部を塞ぐように基体フィルム２２の上面に取り付けられている。放熱体２４は、一般的ヒートシンク部材と同じ金属、例えば、Ａｌ、Ｃｕなどから構成することが可能である。モールド樹脂２５は、光電気結合体を覆っている。
【００２７】
このような構成、即ち、光素子駆動ＩＣ８と引出し電極１４とがパターン電極２０を介してバンプ接続されるような構成により、光素子駆動ＩＣ８から光半導体素子１６までの接続構成が単純化され、低コストで信頼性の高い光半導体モジュールが得られる。なお、光素子駆動ＩＣ８と引出し電極１４とがパターン電極２０を介してバンプ接続されるような構成はあまり一般的ではないが、これは第２の実施形態で説明する製造方法により、簡単に大量生産が可能となる。
【００２８】
（第２の実施形態）
図３は、第１の実施形態で示した光半導体モジュールの製造過程を示す概略の構成断面図であり、２６はダミー基板（例えばポリイミド基板）、他は第１の実施形態と同様である。まず、ダミー基板２６に通常のフォトリゾグラフィーを用いて、パターン電極２０，２１を形成する（図３（ａ））。パターン電極２０，２１は、例えばＴｉ（１００ｎｍ）、Ｐｔ（５０ｎｍ）、Ａｕ（５００ｎｍ）を順次積層した多層膜から構成することが可能である。
【００２９】
次に、この上に光素子駆動ＩＣ８をバンプ電極１８，１９によりパターン電極２０，２１にフリップチップ接続する（図３（ｂ））。バンプ電極１８，１９は例えばＡｕのスタッド電極を用いる。次に、光素子駆動ＩＣ８の周囲を除いてパターン電極２０，２１上に基体フィルム２２を設ける（図３（ｃ））。このとき、光素子駆動ＩＣ８の周囲がダミー基板２６と基体フィルム２２の間に隙間があまり無いようパターン電極２０，２１のパターンを配置すると、後の工程での埋め込み樹脂の無駄（流れ出し）が少なくなる。
【００３０】
次に、埋め込み樹脂２３を光素子駆動ＩＣ８の周りに設けて光素子駆動ＩＣ８の埋め込みを行う。このとき、基体フィルム２２の開口部を放熱体２４で塞ぎ、基体フィルム２２の補強板および光素子駆動ＩＣ８の放熱接続とすることができる（図３（ｄ））。最後に、ダミー基板２６の除去を行い、露出したパターン電極２０，２１の表面をイオンミリングなどで処理することで、Ａｕ面を露出させることができる。
【００３１】
これらの一連の工程は、テープキャリアを用いて連続的に行うことができ、大量生産にも向いている。この後、第１の実施形態で示した光電気結合体をダミー基板２６を除去した面のパターン電極２０，２１に搭載することで図１の構成が実現する。
【００３２】
（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態を示す構成断面図であり、電気接続のためのパターン電極を別途作成した配線基板（例えばフレキシブル配線基板）とした実施例である。図４において、２７はフレキシブル配線基板（以下ＦＰＣと記す）であり、他は第１および第２の実施形態と同様である。
【００３３】
ＦＰＣ２７は、光素子駆動ＩＣ８に設けられた電極パッド群（図示せず）により形成される平面上に設けられている。ＦＰＣ２７内にはパターン電極２０，２１が形成されており、パターン電極２０，２１と光素子駆動ＩＣ８の電極パッド群とは、それぞれ電気的に接続されている。なお、本実施形態では、パターン電極２０，２１と光素子駆動ＩＣ８の電極パッド群とが直接接続されているが、パターン電極２０，２１と光素子駆動ＩＣの電極パッド群との間にバンプ電極を介在させてもよい。
【００３４】
この実施形態の特徴は、パターン電極２０，２１が別途ＦＰＣ２７として作成できるため、高周波配線用にインピーダンス制御配線を用いることが容易な点である。また、パターン電極２０，２１がひとつの構造体として作成されているため、強度や信頼性の点で優れる利点がある。また、ＦＰＣ２７の接続ポイントにＡｕバンプを予め作りつけておけるため、組立工程が高速化しやすいという利点もある。この実施形態で説明した光半導体モジュールの製造方法を第４の実施形態で示す。
【００３５】
（第４の実施形態）
図５は、第３の実施形態で示した光半導体モジュールの製造過程を示す概略の構成断面図であり、２８はダミー基板（例えばポリイミド基板）、他は第１の実施形態と同様である。この実施形態では、パターン電極を別途作成するため平坦な基板（フィルム）だけで殆どの工程を進められる利点がある。
【００３６】
図５（ａ）は、ダミー基板２８の所定位置に接着フィルム（図示せず）等を介して光素子駆動ＩＣ８をフリップチップ配置する工程、図５（ｂ）は基体フィルム２２をダミー基板２８に接着フィルム（図示せず）等を介して張り合わせる工程、図５（ｃ）はエポキシ樹脂などの埋め込み樹脂２３を充填し、同時に放熱体２４を張り合わせる工程、図５（ｄ）はダミー基板２７を除去する工程、図５（ｅ）はＦＰＣ２７を光素子駆動ＩＣ８のパターンに合わせて貼り付ける工程である。図５（ｅ）のＦＰＣ貼り付け工程の後には、接続パッド部をインナーリードボンディングと同様にして光素子駆動ＩＣ８の電極パッドに一括接続することができる。この後、第３の実施形態で示した光電気結合体をＦＰＣ２７のパッド部に搭載することで、図４の構成が実現する。
【００３７】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施例は、光素子駆動ＩＣ８の支持体に基体フィルム２２を用いているが、これは電磁シールドや放熱、接地電位安定性などを考えてコバールなどの金属基体を用いても構わない。また、ＦＰＣ２７は単層構造の例で示しているが、これについても多層構造のＦＰＣを用いても構わないものである。また、実施例に示された材料、形状、配置などはあくまで一例であり、更に、各実施例を組み合わせて実施することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】第１の実施形態におけるインターフェイスモジュール付ＬＳＩパッケージを示す概略構成図である。
【図２】第１の実施形態における光半導体モジュールを示す断面図である。
【図３】第２の実施形態における光半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態における光半導体モジュールを示す断面図である。
【図５】第４の実施形態における光半導体モジュールの製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…インターフェイス付ＬＳＩパッケージ、２…信号ＬＳＩ、３…インターポーザ基板、４…半田ボール、５…電極接続端子、６…インターフェイスモジュール、７…配線、８…光素子駆動ＩＣ、９…光電変換部、１０…光ファイバ、１１…ヒートシンク、１２…冷却ファン、１３…光電気結合部材、１４…引出し電極、１５…接続電極、１６…光半導体素子、１７〜１９…バンプ電極、２０，２１…パターン電極、２２…基体フィルム、２３…埋め込み樹脂、２４…放熱体、２５…モールド樹脂、２６，２８…ダミー基板、２７…フレキシブル配線基板。
【図１】
2006059882.tif 000003
【図２】
2006059882.tif 000004
【図３】
2006059882.tif 000005
【図４】
2006059882.tif 000006
【図５】
2006059882.tif 000007