(57)【要約】【課題】  シンプルな構造を有し、光電変換素子を安定して駆動することができる光電変換装置、インターポーザ、及び光情報処理装置を提供すること。【解決手段】  光電変換素子２と、この光電変換素子２に接続された半導体集積回路部３と、この半導体集積回路部３のバイアス回路部（コンデンサ５とコイル６との組）とがインターポーザ４に実装されてなる光電変換装置１において、前記バイアス回路部がインターポーザ４に内設されていることを特徴とする、光電変換装置１。光電変換素子２と、この光電変換素子２に接続された半導体集積回路部３と、この半導体集積回路部３のバイアス回路部（コンデンサ５とコイル６との組）とが実装されて光電変換装置１を構成し、前記バイアス回路部が内設されている、インターポーザ４。本発明の光電変換装置１と、光電変換素子２に対向した光導波路２２とを有する、光情報処理装置２１。【選択図】          図１
2005252040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子と、この光電変換素子に接続された半導体集積回路部と、この半導体集積回路部のバイアス回路部とがインターポーザに実装されてなる光電変換装置において、前記バイアス回路部が前記インターポーザに内設されていることを特徴とする、光電変換装置。
【請求項２】
前記バイアス回路部が、前記インターポーザに内設されたコンデンサとコイルとからなる、請求項１に記載した光電変換装置。
【請求項３】
前記コンデンサが前記インターポーザの誘電性基板材料で形成され、前記コイルが前記インターポーザ内の配線材によって形成されている、請求項２に記載した光電変換装置。
【請求項４】
前記インターポーザの一方の面側に前記半導体集積回路部が実装され、他方の面側に前記光電変換素子が実装され、前記インターポーザ内の前記コンデンサを介して前記半導体集積回路部と前記光電変換素子とが接続され、この接続中点に前記コイルが接続され、更に前記インターポーザを介して前記コイルへのバイアス電源供給端子が取り出されている、請求項２に記載した光電変換装置。
【請求項５】
前記半導体集積回路部の複数のパッド電極にそれぞれ接続された複数の接続ランドが前記インターポーザ上に形成され、前記コンデンサと前記コイルとの組の複数個が前記複数の接続ランドにそれぞれ対応して前記インターポーザに内設されると共に、前記インターポーザを介して前記光電変換素子の各電極に接続されている、請求項４に記載した光電変換装置。
【請求項６】
前記半導体集積回路部の出力によって前記光電変換素子が駆動されるよう構成されている、請求項１に記載した光電変換装置。
【請求項７】
前記光電変換素子の出力が前記半導体集積回路部に入力されるよう構成されている、請求項１に記載した光電変換装置。
【請求項８】
光電変換素子と、この光電変換素子に接続された半導体集積回路部と、この半導体集積回路部のバイアス回路部とが実装されて光電変換装置を構成し、前記バイアス回路部が内設されている、インターポーザ。
【請求項９】
前記バイアス回路部が、内設されたコンデンサとコイルとからなる、請求項８に記載したインターポーザ。
【請求項１０】
前記コンデンサが誘電性基板材料で形成され、前記コイルが内部の配線材によって形成されている、請求項９に記載したインターポーザ。
【請求項１１】
一方の面側に前記半導体集積回路部が実装され、他方の面側に前記光電変換素子が実装され、内部の前記コンデンサを介して前記半導体集積回路部と前記光電変換素子とが接続され、この接続中点に前記コイルが接続され、更に前記コイルへのバイアス電源供給端子が取り出されている、請求項９に記載したインターポーザ。
【請求項１２】
前記半導体集積回路部の複数のパッド電極にそれぞれ接続された複数の接続ランドが上部に形成され、前記コンデンサと前記コイルとの組の複数個が前記複数の接続ランドにそれぞれ対応して内設されると共に、前記光電変換素子の各電極に接続されている、請求項１１に記載したインターポーザ。
【請求項１３】
前記半導体集積回路部の出力によって前記光電変換素子が駆動されるよう構成される、請求項８に記載したインターポーザ。
【請求項１４】
前記光電変換素子の出力が前記半導体集積回路部に入力されるよう構成される、請求項８に記載したインターポーザ。
【請求項１５】
請求項１〜７のいずれか１項に記載した光電変換装置と、前記光電変換素子に対向した光導波路とを有する、光情報処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置、インターポーザ、及び光情報処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体チップ間の信号伝搬は、全て基板配線を介した電気信号によりなされている。しかし、昨今のＭＰＵ高機能化に伴い、チップ間にて必要とされるデータ授受量は著しく増大し、結果として様々な高周波問題が浮上している。それらの代表的なものとして、ＲＣ信号遅延、インピーダンスミスマッチ、ＥＭＣ／ＥＭＩ、クロストーク等が挙げられる。
【０００３】
上記の問題を解決するため、これまで実装業界などが中心となり、配線配置の最適化や新素材開発などの様々な手法を駆使し、解決に当たってきた。
【０００４】
しかし近年、上記の配線配置の最適化や新素材開発等の効果も物性的限界に阻まれつつあり、今後システムの更なる高機能化を実現するためには、単純な半導体チップの実装を前提としたプリント配線板の構造そのものを見直す必要が生じてきている。近年、これら諸問題を解決すべく様々な抜本対策が提案されているが、以下にその代表的なものを記す。
【０００５】
・マルチチップモジュール（ＭＣＭ）化による微細配線結合
高機能チップを、セラミック・シリコンなどの精密実装基板上に実装し、マザーボード（多層プリント基板）上では形成不可能である微細配線結合を実現する。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。
【０００６】
・各種半導体チップの封止、一体化による電気配線結合
各種半導体チップをポリイミド樹脂などを用いて二次元的に封止、一体化し、その一体化された基板上にて微細配線結合を行う。これによって配線の狭ピッチ化が可能となり、バス幅を広げることでデータ授受量が飛躍的に増大する。
【０００７】
・半導体チップの三次元結合
各種半導体チップに貫通電極を設け、それぞれを貼り合わせることで積層構造とする。これにより、異種半導体チップ間の結線が物理的に短絡化され、結果として信号遅延などの問題が回避される。但しその一方、積層化による発熱量増加、半導体チップ間の熱応力などの問題が生じる。
【０００８】
さらに、上記のように信号授受の高速化及び大容量化を実現するために、光配線による光伝送結合技術が開発されている（例えば、後記の非特許文献１及び非特許文献２参照。）。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の個所に適用可能である。例えば図１４に示すように、チップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されているプリント配線基板５０上に光導波路５１を形成し、発光素子（例えば面発光レーザー）５２によって信号変調された光（例えばレーザー光）を光導波路５１へ入射させ、入射した光は光導波路５１を導波し、光導波路５１から出射された光は、受光素子（例えばフォトダイオード）５３によって受光される。このように、光導波路５１を信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【０００９】
一方、面発光レーザー等の発光素子５２を数百ＭＨｚ以上の帯域で安定して発光させるためには、図１５に示すように、常に発光閾値以上のバイアス電流を付加し、それに微弱な信号波を乗せる必要がある。即ち、ＬＳＩの出力信号を駆動回路（ＬＤＤ（レーザーダイオードドライバー））で増幅して発光素子５２を駆動する。例えば、ＬＳＩの出力が２．２Ｖで０ｍＡ⇔０．５ｍＡパルスの場合、まずアンプによって０ｍＡ⇔３ｍＡパルスに増幅し、更にバイアスを付加することによって２ｍＡ⇔５ｍＡパルスに増幅する。
【００１０】
そこで、例えば図１６に示すように、実装基板（例えばインターポーザ）５４の一方の面側にＬＳＩ５５と、このＬＳＩ５５に接続された発光素子駆動回路５６とを実装し、他方の面側には実装基板５４を介して駆動回路５６と接続された発光素子５２を実装することにより、ＬＳＩ５５の出力信号を駆動回路５６で増幅し、発光素子５２を駆動することができる。
【００１１】
しかしながら、上記したような実装形態の場合、多チャネル化により素子数が多くなると、実装基板５４におけるスペース不足によってＬＳＩ５５と駆動回路５６間の配線を多層化しなくてはならない。これにより、それぞれの信号線の長さが微妙に異なるようになり、信号スキュー（信号到着時間のばらつきに伴う信号の乱れ。）が生じ、高周波変調が困難となる。
【００１２】
このような信号線の長さの違いによる問題を解決するために、図１７に示すように、ＬＳＩ５５を発光素子駆動回路５６上に積層し、それぞれのチャネルを全て貫通ビア（図示省略）により等長結線する等の方法が提案されている（例えば、後記の非特許文献３参照。）。
【００１３】
【非特許文献１】日経エレクトロニクス、“光配線との遭遇”２００１年１２月３日の１２２頁、１２３頁、１２４頁、１２５頁、図４、図５、図６、図７
【非特許文献２】NTT R&D, vol.48, no.3, pp.271-280 (1999)
【非特許文献３】TECHNICAL REPORT OF IEICE. EMD2001-90(2002-1)「光電気複合実装技術の開発状況−アクティブインターポーザを中心として−」技術研究組合  超先端電子技術開発機構（ＡＳＥＴ）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、上記した従来例のように、ＬＳＩ５５を発光素子駆動回路５６上に積層する場合、現状では貫通ビアの形成が困難であり、また駆動回路５６の放熱が困難である等の問題が生じ、現実的ではない。
【００１５】
従って、現時点では発光素子駆動回路５６をＬＳＩ５５内に内設する構造が、消費電力も大幅に抑制可能となり、最も有効な策であると考えられている。しかしながら、ＬＳＩの新規設計には多大なコストと設計時間がかかる。
【００１６】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、シンプルな構造を有し、光電変換素子を安定して駆動することができる光電変換装置、インターポーザ、及び光情報処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
即ち、本発明は、光電変換素子と、この光電変換素子に接続された半導体集積回路部と、この半導体集積回路部のバイアス回路部とがインターポーザに実装されてなる光電変換装置において、前記バイアス回路部が前記インターポーザに内設されていることを特徴とする、光電変換装置に係るものである。
【００１８】
また、光電変換素子と、この光電変換素子に接続された半導体集積回路部と、この半導体集積回路部のバイアス回路部とが実装されて光電変換装置を構成し、前記バイアス回路部が内設されている、インターポーザに係るものである。
【００１９】
さらに、本発明の光電変換装置と、前記光電変換素子に対向した光導波路とを有する、光情報処理装置に係るものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、前記光電変換素子と、この光電変換素子に接続された前記半導体集積回路部と、この半導体集積回路部の前記バイアス回路部とが前記インターポーザに実装されてなる光電変換装置において、前記バイアス回路部が前記インターポーザに内設されているので、上記した従来例のように、前記半導体集積回路部と前記光電変換素子との信号線長が異なって信号スキューが生じることがなく、前記半導体集積回路部と前記バイアス回路部との接続のために、前記半導体集積回路部に貫通ビアを形成する必要もない。また、多大なコストと時間を要するような前記半導体集積回路部の新規設計もない。
【００２１】
従って、本発明はシンプルな構造であり、ノイズの少ない高周波変調が可能となり、前記光電変換素子を安定して駆動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明において、前記バイアス回路部が、前記インターポーザに内設されたコンデンサとコイルとからなることが望ましい。また、前記コンデンサが前記インターポーザの誘電性基板材料で形成され、前記コイルが前記インターポーザ内の配線材によって形成されていることが好ましい。
【００２３】
本発明の光電変換装置は、前記インターポーザの一方の面側に前記半導体集積回路部が実装され、他方の面側に前記光電変換素子が実装され、前記インターポーザ内の前記コンデンサを介して前記半導体集積回路部と前記光電変換素子とが接続され、この接続中点に前記コイルが接続され、更に前記インターポーザを介して前記コイルへのバイアス電源供給端子が取り出されていることが好ましい。
【００２４】
前記コンデンサはバイアス電流の前記半導体集積回路部への逆流を防止し（容量概算は例えば１ｍＣ以下）、前記コイルはパルスのバイアス電源への逆流を防止する（容量概算は例えば１ｍＨ以下）。
【００２５】
具体的には、前記半導体集積回路部の複数のパッド電極にそれぞれ接続された複数の接続ランドが前記インターポーザ上に形成され、前記コンデンサと前記コイルとの組の複数個が前記複数の接続ランドにそれぞれ対応して前記インターポーザに内設されると共に、前記インターポーザを介して前記光電変換素子の各電極に接続されていることが好ましい。
【００２６】
また、前記半導体集積回路部の出力によって前記光電変換素子（発光素子、例えば面発光レーザー）が駆動されるよう構成されていることが好ましい。或いは、前記光電変換素子（受光素子、例えばフォトダイオード）の出力が前記半導体集積回路部に入力されるよう構成されていることが好ましい。
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２８】
第１の実施の形態
図１は、本発明に基づく光電変換装置の概略断面図である。図１に示すように、本発明に基づく光電変換装置１は、光電変換素子２と、この光電変換素子２に接続された半導体集積回路部３と、この半導体集積回路部３の前記バイアス回路部とがインターポーザ４にそれぞれ実装されている。ここで、前記バイアス回路部は、インターポーザ４に内設されたコンデンサ５とコイル６とからなる。
【００２９】
具体的には、インターポーザ４の一方の面側に形成された複数の接続ランド７ａと、半導体集積回路部３の複数のパッド電極８とがはんだバンプ９ａを介して接続され、かつインターポーザ４の他方の面側に形成された接続ランド７ｂと、光電変換素子２の各電極１０がはんだバンプ９ｂを介して接続されている。そして、インターポーザ４内のコンデンサ５を介して半導体集積回路部３と光電変換素子２とが接続され、この接続中点にコイル６が接続され、更にインターポーザ４を介してコイル６へのバイアス電源供給端子１１が取り出されている。
【００３０】
なお、コンデンサ５はバイアス電流の半導体集積回路部３への逆流を防止し（容量概算は例えば１ｍＣ以下）、コイル６はパルスのバイアス電源供給端子１１への逆流を防止する（容量概算は例えば１ｍＨ以下）。
【００３１】
光電変換素子２は、ＧａＡｓ等からなる基板１２上に、インターポーザ４を介して半導体集積回路部３と接続される電極１０と、光電変換部１３とを有し、電極１０と光電変換部１３とが基板１２に形成された貫通ビア１４及び引き出し配線（アノード）１５によって電気的に接続されている。なお、光電変換部１３としては、発光素子（例えば面発光レーザー）又は受光素子（例えばフォトダイオード）が挙げられる。
【００３２】
また、グランド（ＧＮＤ）電極１６がインターポーザ４上に形成されており、半導体集積回路部３と光電変換素子２とを結ぶ配線間に接続されている。
【００３３】
図２は、図１に示すような本発明に基づくインターポーザが６枚の基板から構成された場合における、各基板の概略平面図である。図３は、図２のインターポーザ４の等価回路図であり、図４は、図２のインターポーザ４のＡ−Ａ’線概略断面図である。
【００３４】
図２〜図４に示すように、インターポーザ４を構成する最上位置の基板１７ａ上に、半導体集積回路部３の複数のパッド電極８にそれぞれ接続される複数の接続ランド７ａと、バイアス電源供給端子１１とが形成されている。また、コンデンサ５とコイル６との組の複数個が複数の接続ランド７ａにそれぞれ対応してインターポーザ４に内設されている。具体的には、インターポーザ４を構成する基板１７ｂ〜１７ｆ毎に、コンデンサ５とコイル６との組の複数個が複数の接続ランド７ａにそれぞれ対応して形成されている。さらに、インターポーザ４に形成された貫通ビア１８によって、半導体集積回路部３に対する接続ランド７ａと、光電変換素子２の各電極１０に対する接続ランド７ｂとが接続されている。
【００３５】
光電変換素子２の集積デザインは、例えば一素子あたりの面積を□２００μｍ×３００μｍとすることができる。そして、前記バイアス回路部としてのコンデンサ５とコイル６との組には上記した一素子あたりの面積の数倍の面積が必要となるが、図示するように、前記バイアス回路部が複数の接続ランド７ａにそれぞれ対応してインターポーザ４に内設されるので、シンプルな構造とすることができる。
【００３６】
近年、光電変換部１３としての発光素子（例えば面発光レーザー）の省電力化が進み、２Ｖ、１ｍＡ程度で発光するようになり、実際の高周波パルス伝送も、３ｍＡ程度の電流を注入すれば可能となっている。これは、半導体集積回路部３のＩ／Ｏ（外部出力）トランジスターの形状を最適化すれば対応が可能となる。例えば、ゲート幅が１μｍの場合、電流出力は０．５μＡであるので、ゲート幅を６μｍにすれば、３ｍＡの電流出力が可能となり、半導体集積回路部３の簡単な設計変更のみで対応が可能である。
【００３７】
インターポーザ４の各基板１７ａ〜１７ｆに形成された貫通ビア１８の径は、例えばφ１００μｍとすることができる。また、他のチャネルと互いに干渉しないように、各貫通ビア１８はドーナツ状に絶縁されている。
【００３８】
なお、コイル６は、インターポーザ４内の配線材１９によって形成することができ、図示するように上下に配線材１９が重なる部分はその間に絶縁膜２０を形成すればよい。また、コンデンサ５は、インターポーザ４の誘電性基板材料で形成することができる。バイアス線は直流（ＤＣ）なので、設計は自由である。
【００３９】
また、各基板１７ａ〜１７ｆの厚みは例えば約２００μｍとすることができ、これらの基板１７ａ〜１７ｆを焼結することにより本発明に基づくインターポーザ４を容易に作製することができ、回路の集積化を図ることができる。
【００４０】
上記のようにして、半導体集積回路部３の出力によって光電変換素子２（発光素子、例えば面発光レーザー）が駆動されるよう構成することができ、或いは、光電変換素子２（受光素子、例えばフォトダイオード）の出力が半導体集積回路部３に入力されるよう構成することができる。
【００４１】
本実施の形態によれば、光電変換素子２と、この光電変換素子２に接続された半導体集積回路部３と、この半導体集積回路部３の前記バイアス回路部（コンデンサ５とコイル６との組）とがインターポーザ４に実装されてなる光電変換装置１において、前記バイアス回路部がインターポーザ４に内設されているので、半導体集積回路部３と光電変換素子２との信号線長が異なって信号スキューが生じることがなく、半導体集積回路部３と前記バイアス回路部との接続のために、半導体集積回路部３に貫通ビアを形成する必要もない。また、多大なコストと時間を要するような半導体集積回路部３の新規設計もない。
【００４２】
従って、本発明に基づく光電変換装置１はシンプルな構造であり、ノイズの少ない高周波変調が可能となり、光電変換素子２を安定して駆動させることができる。
【００４３】
また、半導体集積回路部３と光電変換素子２間の信号線を短くかつ等長とすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。
【００４４】
第２の実施の形態
図５は、本発明に基づく光情報処理装置の概略断面図である。図５に示すように、本発明に基づく光情報処理装置２１は、本発明に基づく光電変換装置１と、光電変換装置１に対向した光導波路２２とを有する。光導波路２２は特に限定されず、従来公知のものが使用可能であるが、例えば、クラッド２３ａ、２３ｂと、これらクラッド２３ａ、２３ｂ間に挟持されたコア層２４とを有し、また光入射部及び光出射部にそれぞれレンズ部材２５を有する。また、光導波路２２のコア層２４の光入射部及び光出射部は、４５°ミラー面に形成されている。
【００４５】
本発明に基づく光電変換装置１は、図示するように、前記光電変換部としての発光素子１３ａ及び受光素子１３ｂに対応する位置にそれぞれ、レンズ２６が配されていてもよい。
【００４６】
本発明に基づく光情報処理装置２１のメカニズムは、前記光電変換部としての発光素子１３ａによって信号変調された光（例えばレーザー光）２７が、レンズ２６でコリメーションされる。この信号光２７は、更に光導波路２２の光入射部に形成されたレンズ部材２５によって集光され、光導波路２２のコア層２４へ効果的に入射される。入射した光２７は光導波路２２を導波し、光導波路２２の光出射部に形成されたレンズ部材２５によってコリメーションされて、光導波路２２から出射される。そして、出射光２７は、レンズ２６によって集光されて、前記光電変換部としての受光素子１３ｂに効果的に受光される。このように、光導波路２２を信号変調されたレーザー光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【００４７】
また、半導体集積回路部３のＷｒｉｔｅ／Ｒｅａｄ制御電位（信号）と、光電変換素子２に接続されるグランド（ＧＮＤ）電位とを例えば下記に示すように同期させることが好ましい。
出力時：Ｒｅａｄ状態→ＧＮＤ電位＝低→発光素子の発光が可能。
入力時：Ｗｒｉｔｅ状態→ＧＮＤ電位＝高→発光素子の発光が不可能。
これにより、シンプルな構造を維持したまま、光配線系の入出力ハウリングを効果的に解消することができる。
【００４８】
本実施の形態によれば、光電変換素子２と、この光電変換素子２に接続された半導体集積回路部３と、この半導体集積回路部３の前記バイアス回路部（コンデンサ５とコイル６との組）とがインターポーザ４に実装されてなる光電変換装置１において、前記バイアス回路部がインターポーザ４に内設されているので、上記した従来例のように、半導体集積回路部３と光電変換素子２との信号線長が異なって信号スキューが生じることがなく、半導体集積回路部３と前記バイアス回路部との接続のために、半導体集積回路部３に貫通ビアを形成する必要もない。また、多大なコストと時間を要するような半導体集積回路部３の新規設計もない。
【００４９】
従って、本発明に基づく光電変換装置１はシンプルな構造であり、ノイズの少ない高周波変調が可能となり、光電変換素子２を安定して駆動させることができる。
【００５０】
また、半導体集積回路部３と光電変換素子２間の信号線を短くかつ等長とすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。
【００５１】
第３の実施の形態
本発明に基づく光情報処理装置は、上記したように、本発明に基づく光電変換装置と、この光電変換装置に対向した光導波路とを有し、その構造は本発明の内容を逸脱しない限り適宜選択可能であるが、例えば、ソケットと、前記ソケット内に設置された光導波路とを有する構造に好適に用いることができる。
【００５２】
図６は、前記ソケットの概略斜視図である。図６（ａ）は、前記ソケットの前記光導波路が設置される面側から見た概略斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）の反対の面側から見た概略斜視図である。
【００５３】
図６に示すように、ソケット２８には、前記光導波路を位置決めして固定するための、凹凸構造からなる位置決め手段が設けられている。具体的には、前記凹凸構造が、前記光導波路を嵌め込んでその幅方向を位置決めするための凹部２９と、前記光導波路の長さ方向を位置決めするための突起部３０とを有している。また、凹部２９の深さは、前記光導波路の厚さよりも大きい。
【００５４】
また、ソケット２８の前記凹凸構造の凸面３１には、ソケット２８の表及び裏面とを導通するための導通手段、例えばターミナルピン３２が設けられている。そして、この凹凸構造の凸面３１上に、後述するように、本発明に基づく光電変換装置１が固定される。
【００５５】
ソケット２８の材質としては絶縁性樹脂であれば、従来公知の材料を用いることができ、例えばガラス入りＰＥＳ（ポリエチレンスルフィド）樹脂、ガラス入りＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂等が挙げられる。このようなソケット２８の材料は、その種類、絶縁性、信頼性等のデータが既に多く存在し、また扱っているメーカーも多岐に渡る。従って、機能、コスト、信頼性等の全てにおいて受け入れ易い構造物であり、既存のプリント配線板実装プロセスとの融合も図り易い。
【００５６】
ソケット２８の製造方法は特に限定されないが、例えば、前記凹凸構造を有する金型を用いて成形により容易に作製することができる。
【００５７】
図７は、上記のソケット２８を用いた本発明に基づく光情報処理装置２１の概略断面図である。
【００５８】
図７に示すように、ソケット２８を用いた本発明に基づく光情報処理装置２１は、一対のソケット２８と、このソケット２８に設置された光導波路２２とを有し、この一対のソケット２８間に光導波路２２が架け渡されている。なお、光導波路２２は、図示省略したが、その内部に並列に配置された複数のコア層を備える。このとき、光導波路２２は、後述するプリント配線板とは非接触となっているので、使用時において発生する熱により、光導波路２２が破壊されるのを効果的に防止することができる。
【００５９】
また、ソケット２８の前記凹凸構造の凸面３１上に、本発明に基づく光電変換装置１が固定される。本発明に基づく光電変換装置１は、インターポーザ４の一方の面側に光電変換素子２が実装され、他方の面側に半導体集積回路部３ａ、３ｂが実装され、かつコンデンサ５とコイル６との組からなる前記バイアス回路部がインターポーザ４に内設されている。
【００６０】
本発明に基づくインターポーザ４は、図７に示すように、一方の面側には半導体集積回路部３ａ、３ｂが実装されており、他方の面側には光電変換素子２が実装され、かつコンデンサ５及びコイル６との組からなる前記バイアス回路部が内設されている。ここで、本発明に基づく光電変換装置１において、前記光電変換部としては、光導波路２２に光入射を行う発光素子（例えば面発光レーザー）１３ａと、光導波路２２からの出射光を受光する受光素子（例えばフォトダイオード）１３ｂが用いられている。なお、図示省略したが、インターポーザ４の周辺部には再配線電極が設けられている。
【００６１】
そして、凹部２９に光導波路２２が設置されてなる一対のソケット２８と、本発明に基づく光電変換装置１とを固定するに際し、インターポーザ４の光電変換素子２が実装された面側をソケット２８の凸面３１と接するように構成し、またソケット２８のターミナルピン３２とインターポーザ４の再配線電極（図示省略）とを電気的に接続するように固定する。
【００６２】
また、ソケット２８の凹部２９の深さを、光導波路２２の厚さ（例えば１ｍｍ）よりも大きく形成する（例えば前記深さを２ｍｍとする。）ことにより、図７に示すように、光導波路２２の一方の面３３側と、本発明に基づくインターポーザ４との間に空間３４を形成することができる。
【００６３】
上記したように、ソケット２８上に、インターポーザ４を介して半導体集積回路部３ａ、３ｂを実装し、及び光導波路２２の一方の面３３側と、本発明に基づくインターポーザ４との間に空間３４を形成することにより、光情報処理装置２１の使用時に半導体集積回路部３ａ、３ｂが発熱しても、この熱によって光導波路２２が破壊されるのを効果的に防ぐことができる。
【００６４】
この動作のメカニズムは、一方の半導体集積回路部３ａから発信される電気信号が光信号に変換されて、発光素子１３ａからレーザー光による光信号として出射される。出射された光信号は、光導波路２２の対応する一つのコア層２４の光入射部に入射し、光導波路２２が延伸する導波方向に導波され、他方のコア層２４の光出射部から出射する。そして、光導波路２２から出射された光信号は、対応する受光素子１３ｂに受光されて電気信号に変換され、他方の半導体集積回路部３ｂに電気信号として伝送される。また、前記光信号は、光電変換部１３ａ又は１３ｂにそれぞれ対応して配されたレンズ２６及び光導波路２２のレンズ部材２５により、コリメーション又は集光されて、効果的に出射又は入射が行われる。
【００６５】
本実施の形態の光情報処理装置２１は、光導波路２２が光配線として用いられる光配線システムを構成することができる。即ち、この光情報処理装置２１をプリント配線板に電気的に接続された状態で固定する。
【００６６】
本実施の形態によれば、光電変換素子２と、この光電変換素子２に接続された半導体集積回路部３ａ、３ｂと、この半導体集積回路部３ａ、３ｂの前記バイアス回路部（コンデンサ５とコイル６との組）とがインターポーザ４に実装されてなる光電変換装置１において、前記バイアス回路部がインターポーザ４に内設されているので、上記した従来例のように、半導体集積回路部３ａ、３ｂと光電変換素子２との信号線長が異なって信号スキューが生じることがなく、半導体集積回路部３ａ、３ｂと前記バイアス回路部との接続のために、半導体集積回路部３ａ、３ｂに貫通ビアを形成する必要もない。また、多大なコストと時間を要するような半導体集積回路部３ａ、３ｂの新規設計もない。
【００６７】
従って、本発明に基づく光電変換装置１はシンプルな構造であり、ノイズの少ない高周波変調が可能となり、光電変換素子２を安定して駆動させることができる。
【００６８】
また、半導体集積回路部３ａ、３ｂと光電変換素子２間の信号線を短くかつ等長とすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。
【００６９】
また、光導波路２２がソケット２８の凹部２９に設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続することができるので、既存の前記プリント配線板の実装構造をそのまま利用できる構造である。従って、前記プリント配線板上にソケット２８が設置できる領域を設ければ、その他の一般の電気配線は従来通りのプロセスで形成することが可能である。
【００７０】
また、光導波路２２が高温プロセスに弱くても、例えば、前記プリント配線板にソケット２８を固定し、更にはんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスを含む、全ての実装プロセスを完了した後、ソケット２８の凹部２９に光導波路２２を設置することができるので、光導波路２２が高温によるダメージをこうむることなしにその実装を行うことが可能である。
【００７１】
また、前記プリント配線板と比較して剛性の高い樹脂によってソケット２８を作製でき、このソケット２８上で、発光素子１３ａ又は受光素子１３ｂ、及び光導波路２２間の光結合を行うことができるため、光結合に必要とされる実装精度を容易に確保できる。例えば、現状のモールド技術により、数μｍオーダーの組立て精度は確保可能である。従って、光バスの高密度化も可能となる。
【００７２】
また、従来例による電気配線構造では、プリント配線板に光導波路を直接設けていたので、半導体集積回路部３ａ、３ｂの高機能化に伴って半導体集積回路部３ａ、３ｂから引き出されるピンや配線数が増大すると、光導波路によってプリント配線板の設計の自由度を阻害している。これにより、プリント配線板の高機能化が困難となり、結果として、全ての機能をワンチップに収めるＳＯＣ（system on chip）化に頼る状況となっていた。これに対し、本発明に基づく光情報処理装置２１によれば、光導波路２２がソケット２８の凹部２９に設置された状態で前記プリント配線板に電気的に接続することができるので、前記プリント配線板の高密度配線とその設計の自由度を確保しながら光配線システムを安価かつ高い自由度で前記プリント配線板上に展開することが可能となり、前記プリント配線板上での高速分散処理、電子機器トータルでの高機能化、及び開発の短ＴＡＴ（turn around time）化等が期待できる。
【００７３】
次に、本発明に基づく光情報処理装置２１の製造方法の一例について、図８〜図１０を参照して説明する。
【００７４】
まず、図８（ａ）及び（ｂ）に示すように、プリント配線板３５上に、一対のソケット２８を実装する。このとき、プリント配線板３５上の電極（図示省略）と、ソケット２８のターミナルピン３２とを位置合わせして、前記電極とソケット２８が電気的に接続されるように実装する。
【００７５】
なお、図示省略したが、プリント配線板３５上には予めその他の電子部品等の実装及び電気配線を形成しておく。
【００７６】
次に、図８（ｃ）に示すように、ソケット２８の凹部２９に光導波路２２を設置し、この一対のソケット２８間に光導波路２２を架け渡しさせる。このとき、ソケット２８に設けられた前記凹凸構造としての突起部３０により、光導波路２２の長さ方向における位置決めは容易に行うことができ、また凹部２９によって光導波路２２の幅方向における位置決めは容易に行うことができる。なお、ソケット２８の凹部２９に光導波路２２を設置するので、光導波路２２とプリント配線板３５とは非接触の状態になっている。
【００７７】
このとき、図１１に幾分誇張して示すように、光導波路２２の実装時に、その光伝搬方向において、ソケット２８に固定される光導波路２２の長さが、プリント配線板３５に固定された一対のソケット２８間距離より大きいことが望ましい。図示するように、光導波路２２を撓ませた状態で固定することにより、ソケット２８のプリント配線板３５上における位置決め誤差を吸収することができ、常に安定した活効率的な光導波を行うことができる。
【００７８】
光導波路２２のソケット２８への接着固定手段としては、特に限定されるものではないが、例えば接着性樹脂を用いて行うことができる。具体的には、まず図１０（ａ）に示すように、ソケット２８の凹部２９の底面に溝３６を任意の形状で形成する。このとき、溝３６の端部がソケット２８の突起部３０の周辺部まで位置するように形成する。次に、図１０（ｂ）に示すように、ソケット２８の凹部２９に、複数のコア層２４が並んで配置されてなる光導波路２２を設置する。上述したように、光導波路２２の長さ方向及び幅方向における位置決めは、ソケット２８に設けられた突起部３０及び凹部２９によって容易に行うことができる。ここで、溝３６は突起部３０の周辺部まで位置するように形成されているので、溝３６の一部は光導波路２２に覆われない状態となる。次に、図１０（ｃ）に示すように、光導波路２２に覆われていない溝３６の一部からディスペンサー３７等を用いて接着性の樹脂を注入し、固めることによって、ソケット２８の凹部２９に光導波路２２を接着固定することができる。
【００７９】
上記のようにしてソケット２８に光導波路２２を設置した後、図９（ｄ）に示すように、ソケット２８の凸面３１上に、インターポーザ４の一方の面側に前記半導体集積回路部としての例えばＭＰＵ（micro processor unit）３ａ又はＤＲＡＭ（dynamic random access memory）３ｂが実装され、他方の面側に光電変換素子２が実装され、かつインターポーザ４にコンデンサ５及びコイル６からなる前記バイアス回路部が内設された本発明に基づく光電変換装置１を固定する。このとき、インターポーザ４の光電変換素子２が実装された面側をソケット２８の凸面３１と接するように構成し、またソケット２８の凸面３１に露出したターミナルピン（図示省略）とインターポーザ４の再配線電極（図示省略）とを電気的に接続するように固定する。
【００８０】
次に、図９（ｅ）に示すように、ＭＰＵ３ａ、ＤＲＡＭ３ｂ上にそれぞれ、アルミのフィン３８を設置する。
【００８１】
以上のようにして、本発明に基づく光情報処理装置２１を用いて、光導波路２２が光配線として用いられる光配線システムを構成することができる。
【００８２】
ここで、図１２は、本発明に基づく光情報処理装置２１をプリント配線板３５上に展開した例を示す模式図である。例えば、光導波路モジュールを規格化することで、４方向に自在に展開することが可能となる。
【００８３】
本実施の形態によれば、光電変換素子２と、この光電変換素子２に接続された半導体集積回路部３と、この半導体集積回路部３の前記バイアス回路部（コンデンサ５とコイル６との組）とがインターポーザ４に実装されてなる光電変換装置１において、前記バイアス回路部がインターポーザ４に内設されているので、上記した従来例のように、半導体集積回路部３ａ、３ｂと光電変換素子２との信号線長が異なって信号スキューが生じることがなく、半導体集積回路部３ａ、３ｂと前記バイアス回路部との接続のために、半導体集積回路部３ａ、３ｂに貫通ビアを形成する必要もない。また、多大なコストと時間を要するような半導体集積回路部３ａ、３ｂの新規設計もない。
【００８４】
従って、本発明に基づく光電変換装置１はシンプルな構造であり、ノイズの少ない高周波変調が可能となり、光電変換素子２を安定して駆動させることができる。
【００８５】
また、半導体集積回路部３ａ、３ｂと光電変換素子２間の信号線を短くかつ等長とすることができる。従って、電気信号のノイズ対策、クロストーク対策も容易となり、光変調速度も向上させることが可能となる。
【００８６】
また、光導波路２２がソケット２８の凹部２９に設置された状態でプリント配線板３５に電気的に接続することができるので、既存のプリント配線板３５の実装構造をそのまま利用することができる。従って、プリント配線板３５上にソケット２８が設置できる領域を設ければ、その他の一般の電気配線は従来通りのプロセスで形成することが可能である。
【００８７】
また、光導波路２２が高温プロセスに弱くても、上述したように、プリント配線板３５にソケット２８を固定し、更にはんだリフロー、アンダーフィル樹脂封止などの高温プロセスを含む、全ての実装プロセスを完了した後、ソケット２８の凹部２９に光導波路２２を設置するので、前記光導波路が高温によるダメージをこうむることなくその実装を行うことが可能である。
【００８８】
また、プリント配線板３５と比較して剛性の高い樹脂によってソケット２８を作製でき、このソケット２８上で、発光素子１３ａ又は受光素子１３ｂ、及び光導波路２２間の光結合を行うことができるため、光結合に必要とされる実装精度を容易に確保できる。例えば、現状のモールド技術により、数μｍオーダーの組立て精度は確保可能である。従って、光バスの高密度化も可能となる。
【００８９】
また、光導波路２２がソケット２８の凹部２９に設置された状態でプリント配線板３５に電気的に接続することができるので、プリント配線板３５の高密度配線とその設計の自由度を確保しながら光配線システムを安価かつ高い自由度で前記プリント配線板上に展開することが可能となり、前記プリント配線板上での高速分散処理、電子機器トータルでの高機能化、及び開発の短ＴＡＴ（turn around time）化等が期待できる。
【００９０】
さらに、ソケット２８上に、インターポーザ４を介して半導体集積回路部３ａ、３ｂを実装し、及び光導波路２２の一方の面３３側と、本発明に基づくインターポーザ４との間に空間３４を形成することにより、光情報処理装置２１の使用時に半導体集積回路部３ａ、３ｂが発熱しても、この熱によって光導波路２２が破壊されるもの効果的に防ぐことができる。
【００９１】
以上、本発明を実施の形態について説明したが、上述の例は、本発明の技術的思想に基づき種々に変形が可能である。
【００９２】
例えば、バイアス電源の実装は、本発明に基づくインターポーザ上であってもよく、或いは、プリント配線板から前記ソケットを介してバイアス電源を供給することもできる。
【００９３】
また、前記ソケットの表裏面を導通するための導通手段として、例えばターミナルピンが設けられている例を説明したが、この他にも前記ソケットに貫通電極を設け、前記ソケットと、前記プリント配線板及び本発明に基づくインターポーザとをはんだによって電気的に接続してもよい。
【００９４】
また、前記ソケットは、図１３に示すように、凸面３１上に、本発明に基づくインターポーザの位置決め機構３９（例えばはめあいボス等）を有していてもよく、その形状、大きさ等は特に限定されない。
【００９５】
また、ソケット２８の凹部２９に形成された突起部３０の形状、大きさ等は特に限定されない。
【００９６】
さらに、本発明において、前記光導波路は特に限定されず、従来公知のものがいずれも使用可能である。
【００９７】
なお、本発明は、レーザー光に信号を乗せた上述した光配線システムに好適であるが、これ以外にも、光源等の選択によりディスプレイ用などにも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、光導波路で効率良く所定の光束に集光されて出射し、或いは光導波路に効率良く入射した後に出射した信号光を次段回路の受光素子（光配線やフォトディテクタ等）に入射させるように構成した光配線等の光情報処理装置として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施の形態による、本発明に基づく光電変換装置の概略断面図である。
【図２】同、本発明に基づくインターポーザが６枚の基板から構成された場合における、各基板の概略平面図である。
【図３】同、本発明に基づくインターポーザの等価回路図である。
【図４】同、本発明に基づくインターポーザの概略断面図である。
【図５】同、本発明に基づく光情報処理装置の概略断面図である。
【図６】同、本発明に基づく光情報処理装置に好適に用いられるソケットの概略斜視図である。
【図７】同、本発明に基づく光情報処理装置の一例の概略断面図である。
【図８】同、本発明に基づく光情報処理装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。
【図９】同、本発明に基づく光情報処理装置の製造方法の一例を工程順に示す概略断面図である。
【図１０】同、本発明に基づく光情報処理装置の製造方法の一部工程を示す概略断面図である。
【図１１】同、本発明に基づく光情報処理装置の一部概略断面図である。
【図１２】同、本発明に基づく光情報処理装置をプリント配線板上に展開した例を示す模式図である。
【図１３】同、本発明に基づく光情報処理装置に好適に用いられるソケットの他の例の概略斜視図である。
【図１４】従来例による、光導波路の実装構造を示す概略断面図である。
【図１５】ＬＳＩの電流出力と、発光素子を駆動するための電流出力とを比較して示すグラフである。
【図１６】従来例による、ＬＳＩ、発光素子駆動回路及び発光素子の実装例を示す概略断面図である。
【図１７】同、ＬＳＩ、発光素子駆動回路及び発光素子の実装例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１…光電変換装置、２…光電変換素子、３…半導体集積回路部、４…インターポーザ、５…コンデンサ、６…コイル、７ａ、７ｂ…接続ランド、８…パッド電極、
９ａ、９ｂ…はんだバンプ、１０…電極、１１…バイアス電源供給端子、
１２…基板（光電変換素子）、１３…光電変換部、１３ａ…発光素子、
１３ｂ…受光素子、１４、１８…貫通ビア、１５…引き出し配線、
１６…グランド（ＧＮＤ）電極、１７ａ〜１７ｆ…基板（インターポーザ）、
１９…配線材、２０…絶縁膜、２１…光情報処理装置、２２…光導波路、
２３ａ、２３ｂ…クラッド、２４…コア層、２５…レンズ部材、２６…レンズ、
２７…信号光、２８…ソケット、２９…凹部、３０…突起部、３１…凸面、
３２…ターミナルピン、３５…プリント配線板
【図１】
2005252040.tif 000003
【図２】
2005252040.tif 000004
【図３】
2005252040.tif 000005
【図４】
2005252040.tif 000006
【図５】
2005252040.tif 000007
【図６】
2005252040.tif 000008
【図７】
2005252040.tif 000009
【図８】
2005252040.tif 000010
【図９】
2005252040.tif 000011
【図１０】
2005252040.tif 000012
【図１１】
2005252040.tif 000013
【図１２】
2005252040.tif 000014
【図１３】
2005252040.tif 000015
【図１４】
2005252040.tif 000016
【図１５】
2005252040.tif 000017
【図１６】
2005252040.tif 000018
【図１７】
2005252040.tif 000019