(57)【要約】【課題】  光導波路配線基板に対して位置合せの容易なマルチチップモジュールおよびその実装方法の提供。【解決手段】  光信号を送受信する光素子を備え、光導波路が形成された光導波路配線基板に装着されるマルチチップモジュールであって、前記光素子と光学的に接続され、実装時において、前記光導波路と交差するように前記光導波路配線基板に形成された挿入孔に挿入される光路変換部材が、前記マルチチップモジュールにおける前記光導波路基板に接続される側に突設され、前記光路変換部材は、前記光導波路基板に設けられた挿入孔に挿入されることにより、前記光素子と光導波路との間の光路を形成することを特徴とするマルチチップモジュール、およびその実装方法。【選択図】        図１
2006235031.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を送受信する光素子を備えるとともに、光導波路が形成された光導波路配線基板に実装されるマルチチップモジュールであって、
前記光素子と光学的に接続されてなるとともに、実装時において、前記光導波路と交差するように前記光導波路配線基板に形成された挿入孔に挿入される光路変換部材が、前記マルチチップモジュールにおける前記光導波路配線基板に接続される側に突設されてなり、
前記光路変換部材は、前記光導波路基板に設けられた挿入孔に挿入されることにより、前記光素子からの光を前記光導波路に導き、または前記光導波路を伝達してきた光を前記光素子に導く光路を形成することを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項２】
前記光路変換部材は、光反射性材料からなるブロック状部材の少なくとも１つの面に、前記光素子からの光を導く導光溝とその一端に形成された反射鏡とからなる光路を形成した光路変換ブロックである請求項１に記載のマルチチップモジュール。
【請求項３】
前記光路変換ブロックは、前記導光溝と反射鏡とからなる光路が少なくとも２以上の面に形成されてなる請求項２に記載のマルチチップモジュール。
【請求項４】
光信号を送受信する光素子を備えるとともに、光導波路が形成された光導波路配線基板に装着される光マルチチップモジュールであって、
前記光マルチチップモジュールにおいて実装時に前記光導波路基板に接続される側の面には、実装時において、前記光導波路と交差するように前記光導波路配線基板に形成された挿入孔に挿入される挿入ブロックが形成され、
前記挿入ブロックの側面には、実装時において前記挿入孔における光導波路の端面に相対するように光素子が装着されてなることを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項５】
複数のチップが積層されてなるマルチチップモジュールであって、
前記チップの間には放熱板が挟設され、
前記放熱板は前記マルチチップモジュールの外側に突出してなる
ことを特徴とするマルチチップモジュール。
【請求項６】
光信号を送受信する光素子を備えるマルチチップモジュールを、光導波路が形成された光導波路配線基板に実装するマルチチップモジュール実装方法であって、
前記光導波路と交差するように前記光導波路配線基板に挿入孔を穿設し、
光路を所定の方向に屈曲させる光路変換部材の一端を、前記マルチチップモジュールの光素子に接続して他端を前記光導波路配線基板の挿入孔に挿入し、前記光素子からの光を前記光導波路に導き、または前記光導波路を伝達してきた光を前記光素子に導く光路を形成することを特徴とするマルチチップモジュール実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マルチチップモジュールおよびその実装方法に係り、特に光導波路配線基板に対して位置合せの容易なマルチチップモジュール、および前記マルチチップモジュールを用いた実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロコンピュータなどの電子装置において、ボード間やチップ内において電気配線に代えて光配線を行なうことにより、動作速度や集積度を向上させることが検討されている。また、従来の電気通信システムに代えて高速、大容量で通信を行なうことのできる光インターコネクションが使用されるようになってきている。
【０００３】
このような光配線システムとしては、光素子を搭載した光マルチチップモジュール（光ＭＣＭ）を、光導波路を表面または内部に形成した光導波路基板に実装したものが提案されてきた（特許文献１〜６）。
【０００４】
また、光ＭＣＭを含むＭＣＭ（マルチチップモジュール）は、一般的に発熱量が大きいので、最適化された性能を発揮するためには効率よく冷却する必要がある。また長時間使用すると熱的ダメージが蓄積され、長寿命化が困難であるという問題もあった。
【０００５】
そこで、半導体集積回路パッケージと放熱板とを積み重ねる方法（特許文献７）、熱伝導シート、金属放熱板、およびスルーホールを設けて冷却する方法（特許文献８）、基板内にヒートシンクを設け、ＭＣＭを前記ヒートシンクに接触させて冷却する方法（特許文献９）、およびチップの間に配設した板状部材により冷却する方法（特許文献１０）などが提案された。
【特許文献１】特開平７−１８３５７０号公報
【特許文献２】特開２０００−０４７０４４号公報
【特許文献３】特開２００２−０９８８６３号公報
【特許文献４】特開２００２−３６５４５７号公報
【特許文献５】特開２０００−０３９５３１号公報
【特許文献６】特開２００１−０３６１９７号公報
【特許文献７】特開平８−１３０２９２号公報
【特許文献８】特開平１０−３２１７７５号公報
【特許文献９】特開２００２−２７０７４３号公報
【特許文献１０】特開２００２−３４３９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のシステムにおいては、光導波路基板に形成された光導波路の両端に反射鏡を設け、光ＭＣＭに設けられた光素子からの光を前記反射鏡で反射させて光導波路に誘導している。したがって、光ＭＣＭを光導波路基板に実装するときに、位置合せを高精度に行う必要があったので、システムが高価になるとともに、生産性が低下するという問題があった。
【０００７】
また、光導波路基板に光導波路だけでなく反射鏡も作りこむプロセスは複雑であり、光導波路基板の面積が大きくなると、充分な精度が得られなくなるという問題もあった。
【０００８】
更に、ＭＣＭの冷却方法として特許文献７〜１０で提案された方法は、複雑に過ぎたり、高密度化されたＭＣＭを、最適化された性能が発揮されるように冷却するには不充分であったりする問題がある。
【０００９】
本発明は、上記問題を解決すべく成されたもので、光導波路配線基板に対して位置合せの容易なマルチチップモジュール、および前記マルチチップモジュールを用いた実装方法の提供を目的とする。
【００１０】
また、上記目的に加え、チップが高密度で実装されているにも係らず、過熱の問題がないマルチチップモジュールの提供も目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載の発明は、光信号を送受信する光素子を備えるとともに、光導波路が形成された光導波路配線基板に装着されるマルチチップモジュールであって、前記光素子と光学的に接続されてなるとともに、実装時において、前記光導波路と交差するように前記光導波路配線基板に形成された挿入孔に挿入される光路変換部材が、前記マルチチップモジュールにおける前記光導波路基板に接続される側に突設されてなり、前記光路変換部材は、前記光導波路基板に設けられた挿入孔に挿入されることにより、前記光素子からの光を前記光導波路に導き、または前記光導波路を伝達してきた光を前記光素子に導く光路を形成することを特徴とするマルチチップモジュールに関する。
【００１２】
前記ＭＣＭ（マルチチップモジュール）においては、光導波路配線基板に実装するときに、光導波路配線基板に形成された挿入孔に光路変換部材を挿入することにより、前記マルチチップモジュールにおける光素子と光導波路配線基板に形成された光導波路とを接続する光路が自動的に形成される。
【００１３】
したがって、前記ＭＣＭにおいては、実装時の位置合せが極めて容易になるので、自動実装にも容易に対応できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のマルチチップモジュールにおいて、前記光路変換部材が、光反射性材料からなるブロック状部材の少なくとも１つの面に、前記光素子からの光を導く導光溝とその一端に形成された反射鏡とからなる光路を形成した光路変換ブロックであるものに関する。
【００１５】
前記ＭＣＭを光導波路配線基板に装着すると、前記ＭＣＭの有する光素子から出射された光は、前記光路変換ブロックにおける導光溝に導入され、前記導光溝の壁面で反射されつつ、前記光導波路配線基板における光導波路に導入される。
【００１６】
前記光路変換ブロックは、光ファイバー等と比較して容易にしかも安価に作製できるという特長がある。
【００１７】
前記光路変換ブロックにおいては、導光溝は、Ｖ字溝で光路変換部が４５度であることが好ましい。光路変換部が４５度のＶ字溝であれば、光素子と光導波路との間で効率的に光の授受を行なうことができる。
【００１８】
また、前記光路変換ブロックの材料としてはシリコンが好ましい。材料がシリコンであれば、従来から用いられているＩＣやＬＳＩの製造設備や製造プロセスを容易に転用することができる。
【００１９】
更に、前記光路変換ブロックの導光溝にポリシランなどの光導波路材料を充填すれば、前記導波溝から外部に漏洩する光を少なくできるから好ましい、更に、前記光導波路材料の層にコア層、および前記コア層を包囲するとともに屈折率の異なるクラッド層を形成すれば、前記導波溝から外部に漏洩する光を殆ど皆無にできる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のマルチチップモジュールにおいて、前記光路変換ブロックに、前記導光溝と反射鏡とからなる光路が少なくとも２以上の面に形成されてなるマルチチップモジュールに関する。
【００２１】
前記マルチチップモジュールによれば、一度に複数の光信号を送出したり、一の方向からの光信号を受信しつつ、他の方向に光信号を送出したり、一度に複数の方向からの光信号を受信したりすることが可能になる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、光信号を送受信する光素子を備えるとともに、光導波路が形成された光導波路配線基板に装着される光マルチチップモジュールであって、前記光マルチチップモジュールにおいて実装時に前記光導波路基板に接続される側の面には、実装時において、前記光導波路と交差するように前記光導波路配線基板に形成された挿入孔に挿入される挿入ブロックが形成され、前記挿入ブロックの側面には、実装時において前記挿入孔における光導波路の端面に相対するように光素子が装着されてなることを特徴とするマルチチップモジュールに関する。
【００２３】
請求項１に記載のＭＣＭと同様に、前記ＭＣＭにおいても、光導波路配線基板に実装するときに、光導波路配線基板に形成された挿入孔に光路変換部材を挿入することにより、前記マルチチップモジュールにおける光素子と光導波路配線基板に形成された光導波路とが自動的に接続されるから、実装時の位置合せが極めて容易である。
【００２４】
また、ＭＣＭの光素子と光導波路基板の光導波路との間においては、光路変換部材を介さずに直接に光を授受するから、更に効率的に光の授受を行なえる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、複数のチップが積層されてなるマルチチップモジュールであって、前記チップの間には放熱板が挟設され、前記放熱板は前記マルチチップモジュールの外側に突出してなることを特徴とするマルチチップモジュールに関する。
【００２６】
前記ＭＣＭにおいては、チップで発生した熱は、放熱板に伝達され、放熱板における両端部から外界に発散されるから、効率的に除去される。
【００２７】
また、チップの集積度が特に高く、ＭＣＭの発熱量が大きな場合においても、放熱板におけるＭＣＭの外側に突出した部分を適宜の方法で冷却すれば、ＭＣＭからの発熱は効果的に除去できる。
【００２８】
前記ＭＣＭにおいては、前記チップと前記放熱板の中央部とをパッケージに封入し、前記放熱板の両端を前記パッケージから突出させれば、チップが外部環境から保護される上に、各チップで生じた熱がパッケージ内に篭ることがないから好ましい。
【００２９】
また、前記放熱板の両端を、前記ＭＣＭにおける基板に実装される側の面とは反対側の面に向って屈曲し、所謂フィン状に形成すれば、少ない実装面積において放熱板の面積をより大きくすることができるから、ＭＣＭの発熱をより効果的に除去でき、高密度実装用のＭＣＭとして好適である。
【００３０】
更に、前記放熱板の先端はヒートシンクに接続すれは、放熱板だけでは間に合わないほどにＭＣＭの発熱が大きな場合においてもＭＣＭを安定に作動させるのに充分な程度まで冷却できる。
【００３１】
加えて、、前記マルチチップモジュールを基板に実装したときに、前記ＭＣＭを構成するチップが前記放熱板を介して前記基板における電気配線に接続されるようにすれば、放熱板も単なる放熱部材としてだけでなく、配線部材としても機能する。したがって、ＭＣＭにおける電気配線を大幅に簡略化できるから好ましい。
【００３２】
前記放熱板は、１枚の板状の部材であってもよいが、複数枚のストリップ状部材を用い、前記ストリップ状部材を、隣接する２層のチップの間に、一定間隔で配設するか、または井桁状に配設すれば、ＭＣＭ内の熱は、短時間で放熱板の両端まで伝達され、高い冷却効率が得られるから好ましい。特にストリップ状の放熱板を井桁嬢に配設すれば、放熱効率が高い。
【００３３】
請求項６に記載の発明は、光信号を送受信する光素子を備えるマルチチップモジュールを、光導波路が形成された光導波路配線基板に実装するマルチチップモジュール実装方法であって、前記光導波路と交差するように前記光導波路配線基板に挿入孔を穿設し、光路を所定の方向に屈曲させる光路変換部材の一端を、前記マルチチップモジュールの光素子に接続して他端を前記光導波路配線基板の挿入孔に挿入し、前記光素子からの光を前記光導波路に導き、または前記光導波路を伝達してきた光を前記光素子に導く光路を形成することを特徴とするマルチチップモジュール実装方法に関する。
【００３４】
請求項１のところで説明したように、前記ＭＣＭ実装方法によれば、光導波路配線基板に実装するときに、光導波路配線基板に形成された挿入孔に光路変換部材を挿入することにより、前記マルチチップモジュールにおける光素子と光導波路配線基板に形成された光導波路とが自動的に接続されるから、実装時のＭＣＭと光導波路配線基板との間の位置合せが極めて容易である。
【発明の効果】
【００３５】
以上説明したように本発明によれば、光導波路配線基板に対して位置合せの容易なマルチチップモジュール、および前記マルチチップモジュールを用いた実装方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
１．実施形態１
【００３７】
本発明に係るＭＣＭの一例について、以下に説明する。
【００３８】
実施形態１に係るＭＣＭ１００は、チップ４と、チップ４に積層されたチップ２と、チップ４の下面に電気的に接続された発光素子８と、一端が発光素子８に光学的に接続されているとともに、他端が基板２００に穿設された挿入孔２１０に挿入される光路変換ブロック６とを備える。発光素子８は、本発明における光素子に相当し、光路変換ブロック６は、本発明における光路変換部材に相当する。
【００３９】
チップ２、チップ４、および発光素子８は、パッケージ１０に収容されている。
【００４０】
基板２００は、内部に埋設された光導波路２０２と、表面に形成された電気配線２０４とを有している。挿入孔２１０は、光導波路２０２に達する深さに形成されている。ＭＣＭ１００のチップ４は、下面に設けられた半田ボール１２によって基板２００における電気配線２０４に電気的に接続される。
【００４１】
光路変換ブロック６は、図２において（Ａ）に示すように、シリコン等の光反射性材料からなるブロック６Ｃの表面に、二等辺直角三角状の断面を有する導光溝６Ａを複数列、たとえば４列形成したものを挙げることができる。各導光溝６Ａの一端には、導光溝６Ａに沿って進んだ光を直角に反射させる反射鏡６Ｂが形成されている。
【００４２】
光路変換ブロック６は、図２において（Ｂ）に示すような手順によって作製できる。
【００４３】
先ず、シリコン基板を異方性エッチングして導光溝６Ａをたとえば４列形成する。反射率を上げるために、導光溝６Ａの両端に、蒸着などの手段により、反射鏡６Ｂを形成することもできる。なお、光路変換ブロック６を形成するのに使用される材料は、シリコンには限定されず、アルミニウムやステンレス鋼などの金属材料や、樹脂成形したものに金属蒸着したものを使用してもよい。。
【００４４】
そして、図２の（Ｂ）において二点鎖線で示すように、ブロック６Ｃを導光溝６Ａに直交する方向に切断して２つに分ける。切断はブロック６Ｃを切り出した後に、個別に実施してもよいが、ブロック６Ｃを、切断と同時に２分割するようにダイシングソーで切断すると効率がよい。
【００４５】
導光溝６Ａには、ポリシランのような透光性樹脂が充填されている。樹脂の充填は切断前に実施して基板を切断することで、一方の短面を形成する。
【００４６】
光路変換ブロック６は、図１に示すように、ブロック６Ｃを切断して形成された側の端部が発光素子８に光学的に接続されるように、ＭＣＭ１００の下面に装着され、図１の（Ａ）において太矢印で示すように、反射鏡６Ｂが形成された側が挿入孔２１０に挿入される。そして、光路変換ブロック６が挿入孔２１０に挿入された状態においては、発光素子８から出射された光は、図１０の（Ｂ）において矢印ａで示すように、導光溝６Ａを通って反射鏡６Ｂで反射されて基板２００における光導波路２０２に導入される。
【００４７】
なお、光路変換ブロック６は、図３に示すように、導光溝６Ａが設けられた側の面がＭＣＭ１００の下面に当接するように装着することができる。この場合、発光素子８からの光が先ず最初に反射鏡６Ｂに当るように光路変換ブロック６の位置を設定すれば、発光素子８からの光を基板２００における光導波路２０２に導入できる。
【００４８】
更に、図４に示すように、ブロック６Ｃの両面に導光溝６Ａおよび反射鏡６Ｂを形成し、発光素子８からの光を、光導波路２０２に、矢印ａおよび矢印ｂで示すように２方向に導入して伝送してもよい。図４に示すＭＣＭにおいては、光路変換ブロック６の導光溝６Ａが設けられた２つの面に対応して発光素子８が２列に設けられているが、発光素子８を１列に設け、夫々の発光素子８から光路変換ブロック６の夫々の面の導光溝６Ａに光を導入するようにしてもよい。
【００４９】
２．実施形態２
【００５０】
本発明に係るＭＣＭの別の例について、以下に説明する。
【００５１】
実施形態２に係るＭＣＭを図５に示す。図５において（Ａ）は、実施形態２に係るＭＣＭ１０２を基板２００に装着するところを、（Ｂ）は、ＭＣＭ１０２を基板２００に装着したところを示す。なお、図５において図１と同一の符号は、前記符号が図１において示すのと同様の要素を示す。
【００５２】
図５から判るように、ＭＣＭ１０２の下面には、中央部に挿入ブロック１４が立設されている。挿入ブロック１４の側面の先端寄りには、チップ２またはチップ４と電気的に接続された光素子１６が固定されている。
【００５３】
図５において（Ｂ）に示すように、ＭＣＭ１０２を基板２００に実装すると、挿入ブロック１４は、基板２００における挿入孔２１０に挿入され、光素子１６は、挿入孔２１０における光導波路２０２の端面に位置する。
【００５４】
したがって、光素子１６から出射した光信号は、光導波路２０２中を伝送され、また光導波路２０２中を伝送されてきた光信号は、光素子１６で受光される。
【００５５】
図６は、ＭＣＭ１０２において、周縁部近傍に挿入ブロック１４を複数立設した例である。図６に示す例においても、各挿入ブロック１４の先端には光素子１６が固定されている。なお、光素子１６は、チップ２または４と電気的に接続されている。
【００５６】
図６に示すＭＣＭ１０２が装着される基板２００には、夫々の挿入ブロック１４に対応して挿入孔２１０が穿設されている。したがって、前記ＭＣＭ１０２を基板２００に装着すれば、挿入ブロック１４は夫々対応する挿入孔２１０に挿入されるから、各挿入ブロック１４に設けられた光素子１６から基板２００における光導波路２０２に光信号を伝送したり、光導波路２０２を伝送してきた光信号を光素子１６で受信したりすることができる。
【００５７】
３．実施形態３
【００５８】
本発明に係るＭＣＭの更に別の例を図７に示す。
【００５９】
図７に示すように、実施形態３に係るＭＣＭ１０４は、最下層のチップ２２と、チップ２２に積層されたチップ２４と、チップ２４に積層されたチップ２６と、チップ２２とチップ２４との間、およびチップ２４とチップ２６との間に挿入された放熱板３０とを備える。チップ２２、チップ２４、チップ２６、および放熱板３０は、パッケージ３２で覆われて外界から保護されているが、放熱板３０の両端部はパッケージ３２の外側に突出している。ＭＣＭ１０４を基板（図示せず。）に実装したときに、チップ２２は半田ボール３４によって基板と電気的に接続される。なお、チップ２４およびチップ２６は、図９に示すように、ボンデングワイヤ４０によってチップ２２と電気的に接続されている。
【００６０】
放熱板３０は、アルミニウム、銅、および銅合金など、熱伝導性および電気伝導性の高い金属より形成することができる。
【００６１】
放熱板３０は、図９において（Ａ）に示すように、１枚の板状部材乃至シート状部材であってもよく、（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、長さに対して幅の狭いシートであるスリット状部材であってもよい。
【００６２】
放熱板３０としてスリット状部材を用いる場合には、図９において（Ｂ）に示すように互いに平行に配設してもよく、また（Ｃ）に示すように井桁状に配設してもよい。
【００６３】
ＭＣＭ１０４は、チップ２２にチップ２４およびチップ２６が積層されているから、発熱量が大きい。しかし、チップ２２とチップ２４とチップ２６との間には夫々放熱板３０が挿入され、放熱板３０の両端は、パッケージ３２の外側に突出しているから、各チップで生じた熱は、放熱板３０で効果的に除去される。したがって、各チップで生じた熱がＭＣＭ１０４に篭ることはない。
【００６４】
なお、図８に示すように、放熱板３０の両端を、ＭＣＭ１０４における基板に載置される側とは反対側の面に向かって屈曲させてもよい。
【００６５】
また、ＭＣＭ１０４における発熱が著しい場合には、図１０に示すように放熱板３０の先端にヒートシンク５０を接触させてもよい。
【００６６】
更に、ＭＣＭ１０４を図１１に示すように、基板２５０に実装する場合に、基板２５０に設けられた電気配線２５２とチップ２２、チップ２４、チップ２６とを放熱板３０によって電気的に接続してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】図１は、実施形態１に係るＭＣＭを基板に装着しようとする状態および基板に装着した状態を示す概略断面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係るＭＣＭが備える光路変換ブロックを示す斜視図および前記光路変換ブロックを作製する手順を示す説明図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るＭＣＭの別の例を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るＭＣＭの更に別の例を示す断面図である。
【図５】図５は、実施形態２に係るＭＣＭを基板に装着しようとする状態および基板に装着した状態を示す概略断面図である。
【図６】図６は、実施形態２に係るＭＣＭの別の例を示す概略断面図である。
【図７】図７は、実施形態３に係るＭＣＭの構成を示す概略断面図である。
【図８】図８は、実施形態３に係るＭＣＭの別の例を示す概略断面図である。
【図９】図９は、実施形態３に係るＭＣＭに使用される放熱板の例を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、実施形態３に係るＭＣＭにおいて放熱板にヒートシンクを装着した例を示す概略断面図である。
【図１１】図１１は、実施形態３に係るＭＣＭにおいて、放熱板を電気配線部材としても使用した例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
２    チップ
４    チップ
６    光路変換ブロック
６Ａ  導光溝
６Ｂ  反射鏡
６Ｃ  ブロック
８    発光素子
１０  パッケージ
１２  半田ボール
１４  挿入ブロック
１６  光素子
２２  チップ
２４  チップ
２６  チップ
３０  放熱板
３２  パッケージ
３４  半田ボール
４０  ボンデングワイヤ
５０  ヒートシンク
２００      基板
２０２      光導波路
２０４      電気配線
２１０      挿入孔
２５０      基板
２５２      電気配線
【図１】
2006235031.tif 000003
【図２】
2006235031.tif 000004
【図３】
2006235031.tif 000005
【図４】
2006235031.tif 000006
【図５】
2006235031.tif 000007
【図６】
2006235031.tif 000008
【図７】
2006235031.tif 000009
【図８】
2006235031.tif 000010
【図９】
2006235031.tif 000011
【図１０】
2006235031.tif 000012
【図１１】
2006235031.tif 000013