JP2000332301A - 光学的信号の入出力機構を有する半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
光学的信号の入出力機構を有する半導体装置およびその製造方法Info
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- JP2000332301A JP2000332301A JP13860599A JP13860599A JP2000332301A JP 2000332301 A JP2000332301 A JP 2000332301A JP 13860599 A JP13860599 A JP 13860599A JP 13860599 A JP13860599 A JP 13860599A JP 2000332301 A JP2000332301 A JP 2000332301A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】チップサイズパッケージの形態を保ったまま
で、電気的な信号の入出力に加えて、光学的な信号の入
出力も行える高性能の半導体装置を安価に提供する。ま
た、プリント基板に直接接続できる電極パッドを設け、
多数の光学的な入出力も行える半導体装置を生産性良く
安価に製造できる方法を提供する。 【解決手段】半導体集積回路の周辺部に、発光面の反対
側に正と負の両電極を有する面発光型レーザ、発光ダイ
オードまたはそれらのアレイを備え、受光面の反対側に
正と負の両電極を有する面型受光素子またはそのアレイ
を備えた面型光素子を、面型光素子の電極面を下にして
はんだバンプ手段により接続し、プリント基板への電気
的信号の接続を可能とする電極に加えて、光学的信号の
入出力機構を有する半導体装置とする。
で、電気的な信号の入出力に加えて、光学的な信号の入
出力も行える高性能の半導体装置を安価に提供する。ま
た、プリント基板に直接接続できる電極パッドを設け、
多数の光学的な入出力も行える半導体装置を生産性良く
安価に製造できる方法を提供する。 【解決手段】半導体集積回路の周辺部に、発光面の反対
側に正と負の両電極を有する面発光型レーザ、発光ダイ
オードまたはそれらのアレイを備え、受光面の反対側に
正と負の両電極を有する面型受光素子またはそのアレイ
を備えた面型光素子を、面型光素子の電極面を下にして
はんだバンプ手段により接続し、プリント基板への電気
的信号の接続を可能とする電極に加えて、光学的信号の
入出力機構を有する半導体装置とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光学的信号の入出力
機構を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
機構を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の半導体装置の第１の従来
例を示すものであり、その断面構造を模式的に示してい
る。この第１の従来例は、半導体集積回路６１を、それ
とほぼ同程度の外形をしたパッケージ６２に収め、パッ
ケージ下面から格子状に電気端子６３を取り出した半導
体装置である。このような小型のパッケージは、チップ
サイズパッケージ（ＣＳＰ）と呼ばれ、小型である故
に、プリント基板６４への高密度な表面実装が可能とな
る。また、ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）や、
ＳＯＰ（スモールアウトラインパッケージ）のような周
辺部からリードを取り出すペリフェラル構造と比べて、
エリアアレイ構造は小型で、かつ多数の電気端子を取り
出すことができる。現在、大型コンピュータの論理ＬＳ
Ｉ（大規模集積回路）パッケージや、通信系用途などに
使われており、今後の高密度表面実装において重要なパ
ッケージになるものと考えられる。また、チップサイズ
パッケージには、上記のような半導体集積回路６１をキ
ャリア基板６５に搭載したタイプのみでなく、多様なパ
ッケージ形態があり、半導体集積回路を単に樹脂などで
保護しただけであっても、プリント基板等に直接接続す
るための電極が形成されていれば、ＣＳＰの範疇に含ま
れる。近年、通信装置や、大型コンピュータの性能向上
に対して、半導体集積回路自身の性能ではなく、それら
の間を接続する電気配線の特性がボトルネックになると
の指摘がなされている。これは、例えば、D.A.B.Mille
r,“Limit to the Bit−Rate Capacity of Electrical
Interconnects from the Aspect Ratio of theSystem A
rchitecture,”Special Issue on Para11e1 Computing
with OpticalInterconnects,Journa1 of Para11e1 and
Distributed Computing,1996.において詳細に述べられ
ているように、電気配線の帯域制限、電気コネクタの小
型化限界、そして電気配線部における消費電力の増大が
特に問題として挙げられている。そして電気配線の代わ
りに光ファイバや光導波路、自由空間を用いた光配線に
よって、それらの問題を解決する方法が数多く提案、研
究されている。チップサイズパッケージは、電気的な信
号入出力を有する半導体装置としては、パッケージサイ
ズや帯域性能において優れたパッケージであるが、半導
体装置間を光配線で行う場合には、発光素子や受光素子
といった電気／光変換素子をパッケージに内蔵しなけれ
ばならず、次に示す第２の従来例に示すようにチップサ
イズより随分大きなパッケージ構造にならざるを得なか
った。
例を示すものであり、その断面構造を模式的に示してい
る。この第１の従来例は、半導体集積回路６１を、それ
とほぼ同程度の外形をしたパッケージ６２に収め、パッ
ケージ下面から格子状に電気端子６３を取り出した半導
体装置である。このような小型のパッケージは、チップ
サイズパッケージ（ＣＳＰ）と呼ばれ、小型である故
に、プリント基板６４への高密度な表面実装が可能とな
る。また、ＱＦＰ（クワッドフラットパッケージ）や、
ＳＯＰ（スモールアウトラインパッケージ）のような周
辺部からリードを取り出すペリフェラル構造と比べて、
エリアアレイ構造は小型で、かつ多数の電気端子を取り
出すことができる。現在、大型コンピュータの論理ＬＳ
Ｉ（大規模集積回路）パッケージや、通信系用途などに
使われており、今後の高密度表面実装において重要なパ
ッケージになるものと考えられる。また、チップサイズ
パッケージには、上記のような半導体集積回路６１をキ
ャリア基板６５に搭載したタイプのみでなく、多様なパ
ッケージ形態があり、半導体集積回路を単に樹脂などで
保護しただけであっても、プリント基板等に直接接続す
るための電極が形成されていれば、ＣＳＰの範疇に含ま
れる。近年、通信装置や、大型コンピュータの性能向上
に対して、半導体集積回路自身の性能ではなく、それら
の間を接続する電気配線の特性がボトルネックになると
の指摘がなされている。これは、例えば、D.A.B.Mille
r,“Limit to the Bit−Rate Capacity of Electrical
Interconnects from the Aspect Ratio of theSystem A
rchitecture,”Special Issue on Para11e1 Computing
with OpticalInterconnects,Journa1 of Para11e1 and
Distributed Computing,1996.において詳細に述べられ
ているように、電気配線の帯域制限、電気コネクタの小
型化限界、そして電気配線部における消費電力の増大が
特に問題として挙げられている。そして電気配線の代わ
りに光ファイバや光導波路、自由空間を用いた光配線に
よって、それらの問題を解決する方法が数多く提案、研
究されている。チップサイズパッケージは、電気的な信
号入出力を有する半導体装置としては、パッケージサイ
ズや帯域性能において優れたパッケージであるが、半導
体装置間を光配線で行う場合には、発光素子や受光素子
といった電気／光変換素子をパッケージに内蔵しなけれ
ばならず、次に示す第２の従来例に示すようにチップサ
イズより随分大きなパッケージ構造にならざるを得なか
った。
【０００３】図７は、光学的信号の入出力機構を有する
半導体装置の第２の従来例であり、その上面図を示して
いる。本第２の従来例で示す半導体装置は、半導体集積
回路７１を、抵抗、コンデンサ等の受動素子類である電
子部品類７２や、半導体レーザアレイ７３、受光素子ア
レイ７４と共に、モジュール基板７５に搭載し、さらに
光ファイバリボン７６によって光学的な信号入出力を行
うことを可能にした、フラットパッケージタイフの並列
光伝送モジュールであり、図７はその上面図である。こ
の並列光伝送モジュール内には、さらにマイクロレンズ
アレイ７７、短尺光ファイバ７８が含まれており、パッ
ケージの一側面にはＭＴコネクタのような光ファイバコ
ネクタレセプタクル７９が具備されている。半導体レー
ザアレイ７３から出射した光は、マイクロレンズアレイ
７７によって集光され、長さ数ミリ程度の短尺光ファイ
バ７８の一端に入射される。短尺光ファイバ７８は、光
ファイバコネクタレセプタクル７９内に固定されてお
り、その他端はパッケージ外へ取り出されている。光フ
ァイバコネクタレセプタクル７９に、それと対応する光
ファイバコネクタプラグ８０を嵌合、接続することによ
り、テープ化された光ファイバリボン７６によって並列
光伝送モジュール間の光伝送を行うことができる。ま
た、この並列光伝送モジュールは、パッケージ側面のう
ち、光ファイバレセプタクル７９が具備された側面以外
の３面に、プリント基板８１へ接続するためのリード８
２が具備されており、これにより電気的な信号入出力を
行う。また、光ファイバリボン７６から受光素子アレイ
７４へ光学的な信号を伝搬する場合においても、上述の
半導体レーザアレイの場合と全く同様に、短尺光ファイ
バ７８、およびマイクロレンズアレイ７７を介して行わ
れる。また、この並列光伝送モジュールのプリント基板
８１への実装は、次のように行われる。 （１）並列光伝送モジュールから、光ファイバコネクタ
プラグ８０を外した状態にしておく。 （２）パッケージをプリント基板８１上の所望の位置に
仮搭載し、はんだリフロー等の表面実装工程により、リ
ード８２をプリント基板上に対応する電極に実装、固定
する。 （３）光ファイバコネクタプラグ８０を端部に設けた光
ファイバリボン７６を、並列光伝送モジュールの光ファ
イバコネクタレセプタクル７９に嵌合する。 （４）プリント基板８１上の光ファイバリボン７６の余
長部をクリップ等でプリント基板８１上の適当な位置に
固定する。上記の手順において、プリント基板８１上に
実装された並列光伝送モジュールヘ光ファイバリボン７
６を接続し、その余長を収納する作業は、人手に頼らざ
るを得ず、基板実装工程の自動化を困難にしている。ま
た、本第２の従来例に示すように、従来の並列光伝送モ
ジュールには、マイクロレンズアレイ７７などのディス
クリートな微小光学部品や、短尺光ファイバ７８やポリ
マー光導波路など、モジュール内において、ごく短距離
伝送のための光導波路部品が必要とされることが多い。
これらの光部品はそれぞれ別個に作製され、モジュール
組み立て時には、それぞれを高精度に光軸調整・固定し
なければならないため、部品点数の増加を招き、並列光
伝送モジュールの小型化・低コスト化・量産化を困難に
していた。また、このような並列光伝送モジュールの製
造は、まずウエハから個別に切り出された半導体集積回
路や半導体レーザアレイ、受光素子アレイを、モジュー
ル基板上にて個別にハイブリッドに搭載されていた。
半導体装置の第２の従来例であり、その上面図を示して
いる。本第２の従来例で示す半導体装置は、半導体集積
回路７１を、抵抗、コンデンサ等の受動素子類である電
子部品類７２や、半導体レーザアレイ７３、受光素子ア
レイ７４と共に、モジュール基板７５に搭載し、さらに
光ファイバリボン７６によって光学的な信号入出力を行
うことを可能にした、フラットパッケージタイフの並列
光伝送モジュールであり、図７はその上面図である。こ
の並列光伝送モジュール内には、さらにマイクロレンズ
アレイ７７、短尺光ファイバ７８が含まれており、パッ
ケージの一側面にはＭＴコネクタのような光ファイバコ
ネクタレセプタクル７９が具備されている。半導体レー
ザアレイ７３から出射した光は、マイクロレンズアレイ
７７によって集光され、長さ数ミリ程度の短尺光ファイ
バ７８の一端に入射される。短尺光ファイバ７８は、光
ファイバコネクタレセプタクル７９内に固定されてお
り、その他端はパッケージ外へ取り出されている。光フ
ァイバコネクタレセプタクル７９に、それと対応する光
ファイバコネクタプラグ８０を嵌合、接続することによ
り、テープ化された光ファイバリボン７６によって並列
光伝送モジュール間の光伝送を行うことができる。ま
た、この並列光伝送モジュールは、パッケージ側面のう
ち、光ファイバレセプタクル７９が具備された側面以外
の３面に、プリント基板８１へ接続するためのリード８
２が具備されており、これにより電気的な信号入出力を
行う。また、光ファイバリボン７６から受光素子アレイ
７４へ光学的な信号を伝搬する場合においても、上述の
半導体レーザアレイの場合と全く同様に、短尺光ファイ
バ７８、およびマイクロレンズアレイ７７を介して行わ
れる。また、この並列光伝送モジュールのプリント基板
８１への実装は、次のように行われる。 （１）並列光伝送モジュールから、光ファイバコネクタ
プラグ８０を外した状態にしておく。 （２）パッケージをプリント基板８１上の所望の位置に
仮搭載し、はんだリフロー等の表面実装工程により、リ
ード８２をプリント基板上に対応する電極に実装、固定
する。 （３）光ファイバコネクタプラグ８０を端部に設けた光
ファイバリボン７６を、並列光伝送モジュールの光ファ
イバコネクタレセプタクル７９に嵌合する。 （４）プリント基板８１上の光ファイバリボン７６の余
長部をクリップ等でプリント基板８１上の適当な位置に
固定する。上記の手順において、プリント基板８１上に
実装された並列光伝送モジュールヘ光ファイバリボン７
６を接続し、その余長を収納する作業は、人手に頼らざ
るを得ず、基板実装工程の自動化を困難にしている。ま
た、本第２の従来例に示すように、従来の並列光伝送モ
ジュールには、マイクロレンズアレイ７７などのディス
クリートな微小光学部品や、短尺光ファイバ７８やポリ
マー光導波路など、モジュール内において、ごく短距離
伝送のための光導波路部品が必要とされることが多い。
これらの光部品はそれぞれ別個に作製され、モジュール
組み立て時には、それぞれを高精度に光軸調整・固定し
なければならないため、部品点数の増加を招き、並列光
伝送モジュールの小型化・低コスト化・量産化を困難に
していた。また、このような並列光伝送モジュールの製
造は、まずウエハから個別に切り出された半導体集積回
路や半導体レーザアレイ、受光素子アレイを、モジュー
ル基板上にて個別にハイブリッドに搭載されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、上述の第１
の従来例においては、チップサイズパッケージの半導体
装置は、電気的な信号入出力のみを有しており、電気配
線の帯域制限、電気コネクタ小型化限界、電気配線の消
費電力の増加といった電気配線のボトルネックを解消す
べく光配線を行うために不可欠な、光学的な信号入出力
の機能を有していなかった。また、上述の第２の従来例
においては、半導体レーザと受光素子をパッケージ内に
備えているものの、フラットパッケージの一つの側面を
光学的信号の入出力に用いているために、多数の光学的
信号の入出力の場合には、どうしてもモジュールサイズ
が大きくなっていた。また、パッケージの一側面に具備
した光ファイバコネクタレセプタクルへ、光ファイバコ
ネクタプラグを嵌合・接続させる工程、および、プリン
ト基板上の光ファイバリボンの余長部を収納する作業
は、パッケージをプリント基板上にはんだリフロー等に
よって表面実装した後に、手作業により行わざるを得な
いため、基板実装工程を自動化できず、コスト的に高く
なり、しかも量産化が困難であった。また、第２の従来
例においては、マイクロレンズアレイなどのバルクの微
小光学部品や、短尺光ファイバや、ポリマー光導波路な
ど、モジュール内における極短距離伝送のための光導波
路部品が必要とされることが多く、これらが部品点数の
増加を招き、並列光伝送モジュールの小型化・低コスト
化・量産化を困難にしていた。なお、第２の従来例にお
いては、レセプタクルタイプのコネクタ構造であった
が、この他にもモジュール内部から数十センチ程度の光
ファイバを引き出した格好のピグテールタイプもある。
ピグテールタイプでは、光ファイバがモジュールと一体
であるために、プリント基板上にモジュール自身を表面
実装することさえ困難になる。プリント基板上に実装し
た後に、光ファイバリボンをコネクタ接続し、光ファイ
バリボンの余長部を手作業によって収納せねばならない
点は、レセプタクルタイプと全く同じである。また、こ
のような半導体装置の製造においては、半導体集積回路
や、半導体レーザアレイ、受光素子アレイ等は、各モジ
ュール基板ごとに、順にハイブリッド実装されるため、
各部品の位置合わせ、搭載、固定等の工数が多くなり、
低コストに量産化を実現することが困難であった。本発
明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、チップサイズパッケージ
の形態を保ったままで、電気的な信号入出力に加えて、
光学的な信号入出力も行うことのできる半導体装置を提
供することにある。また、フラットパッケージ側面から
光ファイバリボンによって光学的な信号入出力を行う従
来の半導体装置に代って、プリント基板に直接接続でき
る電極を有し、さらにそれに加えて多数の光学的な入出
力も行うことのできる半導体装置を提供することにあ
る。また、上記の光学的な入出力機構を有する半導体装
置を生産性良く製造する方法を提供することにある。
の従来例においては、チップサイズパッケージの半導体
装置は、電気的な信号入出力のみを有しており、電気配
線の帯域制限、電気コネクタ小型化限界、電気配線の消
費電力の増加といった電気配線のボトルネックを解消す
べく光配線を行うために不可欠な、光学的な信号入出力
の機能を有していなかった。また、上述の第２の従来例
においては、半導体レーザと受光素子をパッケージ内に
備えているものの、フラットパッケージの一つの側面を
光学的信号の入出力に用いているために、多数の光学的
信号の入出力の場合には、どうしてもモジュールサイズ
が大きくなっていた。また、パッケージの一側面に具備
した光ファイバコネクタレセプタクルへ、光ファイバコ
ネクタプラグを嵌合・接続させる工程、および、プリン
ト基板上の光ファイバリボンの余長部を収納する作業
は、パッケージをプリント基板上にはんだリフロー等に
よって表面実装した後に、手作業により行わざるを得な
いため、基板実装工程を自動化できず、コスト的に高く
なり、しかも量産化が困難であった。また、第２の従来
例においては、マイクロレンズアレイなどのバルクの微
小光学部品や、短尺光ファイバや、ポリマー光導波路な
ど、モジュール内における極短距離伝送のための光導波
路部品が必要とされることが多く、これらが部品点数の
増加を招き、並列光伝送モジュールの小型化・低コスト
化・量産化を困難にしていた。なお、第２の従来例にお
いては、レセプタクルタイプのコネクタ構造であった
が、この他にもモジュール内部から数十センチ程度の光
ファイバを引き出した格好のピグテールタイプもある。
ピグテールタイプでは、光ファイバがモジュールと一体
であるために、プリント基板上にモジュール自身を表面
実装することさえ困難になる。プリント基板上に実装し
た後に、光ファイバリボンをコネクタ接続し、光ファイ
バリボンの余長部を手作業によって収納せねばならない
点は、レセプタクルタイプと全く同じである。また、こ
のような半導体装置の製造においては、半導体集積回路
や、半導体レーザアレイ、受光素子アレイ等は、各モジ
ュール基板ごとに、順にハイブリッド実装されるため、
各部品の位置合わせ、搭載、固定等の工数が多くなり、
低コストに量産化を実現することが困難であった。本発
明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、チップサイズパッケージ
の形態を保ったままで、電気的な信号入出力に加えて、
光学的な信号入出力も行うことのできる半導体装置を提
供することにある。また、フラットパッケージ側面から
光ファイバリボンによって光学的な信号入出力を行う従
来の半導体装置に代って、プリント基板に直接接続でき
る電極を有し、さらにそれに加えて多数の光学的な入出
力も行うことのできる半導体装置を提供することにあ
る。また、上記の光学的な入出力機構を有する半導体装
置を生産性良く製造する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するために、本発明の請求項１に係る光学的信号の入出
力機構を有する半導体装置は、半導体集積回路等がそれ
自体で、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板よりなるプリ
ント基板、あるいはマルチチップ実装に用いられるセラ
ミックス基板等に搭載可能なチップサイズパッケージ構
造を有するものであって、発光面の反対側に正と負の両
電極を有する面発光型レーザ、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）またはそれらのアレイや、受光面の反対側に正と負
の両電極を有する面型受光素子またはそのアレイ等の面
型光素子を、上記半導体集積回路の周辺部に電極面を下
にして、はんだバンプ等のはんだ付け手段により接続さ
れており、プリント基板等への電気的信号の直接接続を
可能とする電極に加えて、上記半導体装置の光学的信号
の入出力をも可能とする光学的信号の入出力手段を設け
た半導体装置とするものである。
するために、本発明の請求項１に係る光学的信号の入出
力機構を有する半導体装置は、半導体集積回路等がそれ
自体で、例えば、ガラスエポキシ樹脂基板よりなるプリ
ント基板、あるいはマルチチップ実装に用いられるセラ
ミックス基板等に搭載可能なチップサイズパッケージ構
造を有するものであって、発光面の反対側に正と負の両
電極を有する面発光型レーザ、ＬＥＤ（発光ダイオー
ド）またはそれらのアレイや、受光面の反対側に正と負
の両電極を有する面型受光素子またはそのアレイ等の面
型光素子を、上記半導体集積回路の周辺部に電極面を下
にして、はんだバンプ等のはんだ付け手段により接続さ
れており、プリント基板等への電気的信号の直接接続を
可能とする電極に加えて、上記半導体装置の光学的信号
の入出力をも可能とする光学的信号の入出力手段を設け
た半導体装置とするものである。
【０００６】また、本発明の請求項２に係る半導体装置
は、請求項１に記載の面型光素子を内蔵したチップサイ
ズパッケージにおいて、面発光型レーザ、ＬＥＤまたは
そのアレイ等の発光側表面、あるいは面型受光素子また
はそのアレイ等の受光側表面にも、はんだバンプを形成
可能な金属層を設けた光学的信号の入出力機構を有する
半導体装置とするものである。
は、請求項１に記載の面型光素子を内蔵したチップサイ
ズパッケージにおいて、面発光型レーザ、ＬＥＤまたは
そのアレイ等の発光側表面、あるいは面型受光素子また
はそのアレイ等の受光側表面にも、はんだバンプを形成
可能な金属層を設けた光学的信号の入出力機構を有する
半導体装置とするものである。
【０００７】また、本発明の請求項３に係る半導体装置
は、請求項１または請求項２に記載の半導体装置におけ
る入出力光のビーム変換を行う機構を有するものであっ
て、面型発光素子の発光側表面または裏面、あるいは面
型受光素子の受光側表面または裏面に、集光作用を有す
るレンズ状物体を加工または形成するか、もしくはあら
かじめ成形されたレンズ状物体を装着して、光学的信号
の入出力機構を有する半導体装置とするものである。
は、請求項１または請求項２に記載の半導体装置におけ
る入出力光のビーム変換を行う機構を有するものであっ
て、面型発光素子の発光側表面または裏面、あるいは面
型受光素子の受光側表面または裏面に、集光作用を有す
るレンズ状物体を加工または形成するか、もしくはあら
かじめ成形されたレンズ状物体を装着して、光学的信号
の入出力機構を有する半導体装置とするものである。
【０００８】また、本発明の請求項４に係る半導体装置
は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半
導体装置の信頼性を向上させる手段であって、面型発光
素子あるいは面型受光素子の少なくとも発光領域、受光
領域を、使用する光の波長に関して透明な材料を用いて
封止した光学的信号の入出力機構を有する半導体装置と
するものである。
は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の半
導体装置の信頼性を向上させる手段であって、面型発光
素子あるいは面型受光素子の少なくとも発光領域、受光
領域を、使用する光の波長に関して透明な材料を用いて
封止した光学的信号の入出力機構を有する半導体装置と
するものである。
【０００９】また、本発明の請求項５に係る半導体装置
は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半
導体装置からの光学的信号の接続機構を有するものであ
って、光路をおおむね９０度変換することが可能な構造
の光路端部を有する光導波路またはシート状の光導波路
フィルムの上記光路端部を、上記プリント基板等に直接
形成するか、または光ファイバを挟み込んで形成された
光導波路シートに、光路をおおむね９０度変換すること
が可能な構造の光路端部を形成し、該光路端部を、上記
半導体装置の面型光素子の発光部または受光部の直近
（直下近傍）に配設し、上記面型光素子の発光側または
受光側の金属層と、それに対応する位置に形成された、
上記光導波路、シート状の光導波路フィルムまたは光導
波路シートのそれぞれの光路端部上の金属層とを、はん
だバンプ等の手段により、それらを接続して光学的信号
の入出力機構を有する半導体装置とするものである。
は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の半
導体装置からの光学的信号の接続機構を有するものであ
って、光路をおおむね９０度変換することが可能な構造
の光路端部を有する光導波路またはシート状の光導波路
フィルムの上記光路端部を、上記プリント基板等に直接
形成するか、または光ファイバを挟み込んで形成された
光導波路シートに、光路をおおむね９０度変換すること
が可能な構造の光路端部を形成し、該光路端部を、上記
半導体装置の面型光素子の発光部または受光部の直近
（直下近傍）に配設し、上記面型光素子の発光側または
受光側の金属層と、それに対応する位置に形成された、
上記光導波路、シート状の光導波路フィルムまたは光導
波路シートのそれぞれの光路端部上の金属層とを、はん
だバンプ等の手段により、それらを接続して光学的信号
の入出力機構を有する半導体装置とするものである。
【００１０】また、本発明の請求項６に係る光学的信号
の入出力機構を有する半導体装置の製造方法は、請求項
１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置を
作製する方法であって、半導体集積回路が作製されたウ
エハのままで、電気的信号および光学的信号を入出力す
るための電極パッドを作製する工程と、上記面型光素子
を搭載する工程と、上記面型光素子の発光側または受光
側の表面もしくは裏面に、集光作用を有するレンズ状物
体を加工または形成するか、もしくはあらかじめ成形さ
れたレンズ状物体を装着する工程と、上記面型光素子の
発光側または受光側の表面の少なくとも発光または受光
領域が、使用する光の波長に関して透明な材料によって
封止する工程と、個別の半導体集積回路に切り分けをす
る工程を含む光学的信号の入出力機構を有する半導体装
置の製造方法とするものである。
の入出力機構を有する半導体装置の製造方法は、請求項
１ないし請求項５のいずれか１項に記載の半導体装置を
作製する方法であって、半導体集積回路が作製されたウ
エハのままで、電気的信号および光学的信号を入出力す
るための電極パッドを作製する工程と、上記面型光素子
を搭載する工程と、上記面型光素子の発光側または受光
側の表面もしくは裏面に、集光作用を有するレンズ状物
体を加工または形成するか、もしくはあらかじめ成形さ
れたレンズ状物体を装着する工程と、上記面型光素子の
発光側または受光側の表面の少なくとも発光または受光
領域が、使用する光の波長に関して透明な材料によって
封止する工程と、個別の半導体集積回路に切り分けをす
る工程を含む光学的信号の入出力機構を有する半導体装
置の製造方法とするものである。
【００１１】本発明の光学的信号の入出力機構を有する
半導体装置によれば、プリント基板等への電気的信号を
直接接続することを可能とする電極に加えて、半導体装
置からの光学的信号の入出力をも可能とする光学的信号
の入出力機構を有するチップサイズパッケージの半導体
装置が得られるので、チップサイズパッケージを保った
ままで、電気的信号の入出力に加えて、光学的信号の入
出力機構を有する性能に優れた半導体装置を提供するこ
とができ、また、フラットパッケージ側面からファイバ
リボンを介して光学的信号の入出力を行う従来のリード
タイプの半導体装置に代って、小型のパッケージから多
数の光学的信号の入出力を行うことのできる高性能の半
導体装置を実現できる効果がある。また、本発明の半導
体装置は、面型光素子アレイと光導波路とを、はんだバ
ンプを用いて位置合わせして固定するので、プリント基
板の振動や各部品材料の熱膨張係数の差による相対位置
の変動に対して安定な構造となり、これらの光結合系に
与える影響を小さくすることができる効果がある。ま
た、本発明の半導体装置の製造方法によれば、光ファイ
バリボンのコネクタ接続工程や、余長光ファイバの収納
作業といった、従来の並列光モジュールにおいては手作
業に頼らざるを得なかった煩雑な作業工程が全く不要と
なるので、プリント基板への実装工程をすべて自動化す
ることが可能であり、従来技術に比べて、大幅に低コス
ト化・量産化をはかることができる効果がある。
半導体装置によれば、プリント基板等への電気的信号を
直接接続することを可能とする電極に加えて、半導体装
置からの光学的信号の入出力をも可能とする光学的信号
の入出力機構を有するチップサイズパッケージの半導体
装置が得られるので、チップサイズパッケージを保った
ままで、電気的信号の入出力に加えて、光学的信号の入
出力機構を有する性能に優れた半導体装置を提供するこ
とができ、また、フラットパッケージ側面からファイバ
リボンを介して光学的信号の入出力を行う従来のリード
タイプの半導体装置に代って、小型のパッケージから多
数の光学的信号の入出力を行うことのできる高性能の半
導体装置を実現できる効果がある。また、本発明の半導
体装置は、面型光素子アレイと光導波路とを、はんだバ
ンプを用いて位置合わせして固定するので、プリント基
板の振動や各部品材料の熱膨張係数の差による相対位置
の変動に対して安定な構造となり、これらの光結合系に
与える影響を小さくすることができる効果がある。ま
た、本発明の半導体装置の製造方法によれば、光ファイ
バリボンのコネクタ接続工程や、余長光ファイバの収納
作業といった、従来の並列光モジュールにおいては手作
業に頼らざるを得なかった煩雑な作業工程が全く不要と
なるので、プリント基板への実装工程をすべて自動化す
ることが可能であり、従来技術に比べて、大幅に低コス
ト化・量産化をはかることができる効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を例
示し、図１〜図５を用いて、さらに詳細に説明する。 〈第１の実施の形態〉図１（ａ）は、本発明の第１の実
施の形態における光学的信号の入出力機構を有する半導
体装置の構造と、プリント基板上における電気的信号お
よび光学的信号の接続を模式的に示す図である。また、
図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩ−II断面の一部を
拡大して示す図である。この第１の実施の形態における
半導体装置は、半導体集積回路が作製されたＬＳＩチッ
プ１１と、面型発光素子アレイまたは面型受光素子アレ
イ等の面型光素子アレイ１２とを、ＬＳＩチップ１１と
同程度の外形サイズのパッケージ内に収納したチップサ
イズパッケージ構造をしている。ただし、図１（ａ）、
（ｂ）では構成の説明であるために、上記パッケージは
図示していない。面型光素子１２は、面型光素子発光部
１２ｃ、あるいは受光部１２ｄの反対側に、面型光素子
正電極１２ａと、負電極１２ｂを有しており、ＬＳＩチ
ップ１１の周辺部に形成した面型光素子用電極パッド１
１ａへ直接、はんだバンプ１３により接続されている。
また、ＬＳＩチップ１１の中央部にはメタルポスト１１
ｂが形成されており、モールド樹脂１４により覆われて
いる。さらに、メタルポスト１１ｂのＬＳＩチップ１１
側の電極１１ｃの反対側には、プリント基板１７に接続
するための、はんだバンプ１５が形成されている。ここ
で、半導体集積回路への半導体レーザアレイや、受光素
子アレイの搭載は、ウエハから個別の半導体集積回路に
切出した後に、各々に対してハイブリッド実装して行っ
てもよいが、ウエハのままでこれらを搭載し、その後に
個別の半導体集積回路に切り出すようにして製造しても
よく、後者の方が低コストで量産できると考えられる。
面型光素子１２を搭載したＬＳＩチップ１１は、面型光
素子１２を搭載した面をプリント基板１７側に向けて、
はんだバンプ１５がプリント基板１７上の電極パッド１
７ａと対向するように位置合わせされ、はんだリフロー
工程により表面実装される。この半導体装置は、はんだ
バンプ１５をパッケージ下面にアレイ状に配置したエリ
アアレイ構造であるために、パッケージ周辺部からリー
ドを取り出すバタフライ型やＤＩＰ（Dual Inline Pack
age）型等のペリフェラル構造と比べて、同一サイズの
パッケージから、より多数の電気的信号の入出力を行う
ことができる。 このように、小型のパッケージに構成
されるために、パッケージ内の電気配線長が短くなり、
電気配線の帯域制限を受けにくくなり、また、電気配線
で消費する電力の増加を抑えることができる。また、面
型光素子１２の入出力光は、短尺の光ファイバや、ディ
スクリートなマイクロレンズアレイ部品等の光部品を介
さずに、直接パッケージから取り出される。したがっ
て、パッケージ内にアセンブリされる部品点数が少なく
て済み、大幅に工数を削減することができ、さらに、パ
ッケージサイズを大幅に小型化することができる。ま
た、プリント基板１７上には、搭載する半導体装置の光
学的信号の入出力位置に対応して、あらかじめ光導波路
１６を形成している。この光導波路１６の端部１６ｃ
は、面型光素子１２の入出力光に対して４５度の角度を
なすように加工され、ＴＩＲ（Total Internal Reflect
ion）ミラーまたは４５度端面に金属膜等を付着させた
反射ミラーとして上方に位置した面発光素子１２の入出
力光を光導波路１６のコア層１６ａへ９０度の光路変換
をしてから光結合させる役割を有している。このような
光学的信号の入出力機構を有する半導体装置は、半導体
装置のはんだバンプ１５と、プリント基板上の電極１７
ａを位置合わせし、はんだリフロー工程を経ることで、
プリント基板１７へ実装される。この際、面型光素子１
２と光導波路１６とも所定の位置に位置合わせされるた
めに、はんだバンプ１５を介した電気的な接続のみでな
く、光学的な接続も行われる。ただし、面型光素子１２
と光導波路１６とは物理的に接触しないので、パッケー
ジの基板固定は、はんだバンプ１５のみによっている。
また、この光導波路は、同一のプリント基板上に搭載さ
れた複数の半導体装置間を光学的に接続するためにも使
用される。したがって、光ファイバリボンのコネクタ接
続工程や、余長光ファイバの収納作業といった、従来の
並列光モジュールにおいては手作業に頼らざるを得なか
った煩雑な作業が全く不要となるので、プリント基板へ
の実装工程をすべて自動化することができ、従来技術に
比べて、大幅に低コスト化・量産化することが可能とな
る。なお、この光導波路１６は、プリント基板１７上に
直接形成されたものでなくても構わない。例えば、フィ
ルム状のポリマー光導波路や、光ファイバを挟み込んだ
シートを接着、あるいは部分的に固定して作製してもよ
い。後者は、配布線した光ファイバを２枚のシート間に
挟み、接着剤等で固定し、その端部を、上記の光導波路
と同じように４５度ミラー加工することにより容易に作
製できる。プリント基板上における光配線長が長い場合
や、光導波路の減衰が問題となる場合においては、光フ
ァイバを用いた接続方法が優位になると考えられる。ま
た、上記の説明においては、光学的信号の入出力機構を
有する半導体装置を実装する基板として、プリント基板
を挙げていたが、これはガラスエポキシ樹脂基板のよう
な標準的なプリント基板に限定されるのでなく、マルチ
チップ実装に用いられるようなセラミックス基板等も包
含していることは言うまでもない。
示し、図１〜図５を用いて、さらに詳細に説明する。 〈第１の実施の形態〉図１（ａ）は、本発明の第１の実
施の形態における光学的信号の入出力機構を有する半導
体装置の構造と、プリント基板上における電気的信号お
よび光学的信号の接続を模式的に示す図である。また、
図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩ−II断面の一部を
拡大して示す図である。この第１の実施の形態における
半導体装置は、半導体集積回路が作製されたＬＳＩチッ
プ１１と、面型発光素子アレイまたは面型受光素子アレ
イ等の面型光素子アレイ１２とを、ＬＳＩチップ１１と
同程度の外形サイズのパッケージ内に収納したチップサ
イズパッケージ構造をしている。ただし、図１（ａ）、
（ｂ）では構成の説明であるために、上記パッケージは
図示していない。面型光素子１２は、面型光素子発光部
１２ｃ、あるいは受光部１２ｄの反対側に、面型光素子
正電極１２ａと、負電極１２ｂを有しており、ＬＳＩチ
ップ１１の周辺部に形成した面型光素子用電極パッド１
１ａへ直接、はんだバンプ１３により接続されている。
また、ＬＳＩチップ１１の中央部にはメタルポスト１１
ｂが形成されており、モールド樹脂１４により覆われて
いる。さらに、メタルポスト１１ｂのＬＳＩチップ１１
側の電極１１ｃの反対側には、プリント基板１７に接続
するための、はんだバンプ１５が形成されている。ここ
で、半導体集積回路への半導体レーザアレイや、受光素
子アレイの搭載は、ウエハから個別の半導体集積回路に
切出した後に、各々に対してハイブリッド実装して行っ
てもよいが、ウエハのままでこれらを搭載し、その後に
個別の半導体集積回路に切り出すようにして製造しても
よく、後者の方が低コストで量産できると考えられる。
面型光素子１２を搭載したＬＳＩチップ１１は、面型光
素子１２を搭載した面をプリント基板１７側に向けて、
はんだバンプ１５がプリント基板１７上の電極パッド１
７ａと対向するように位置合わせされ、はんだリフロー
工程により表面実装される。この半導体装置は、はんだ
バンプ１５をパッケージ下面にアレイ状に配置したエリ
アアレイ構造であるために、パッケージ周辺部からリー
ドを取り出すバタフライ型やＤＩＰ（Dual Inline Pack
age）型等のペリフェラル構造と比べて、同一サイズの
パッケージから、より多数の電気的信号の入出力を行う
ことができる。 このように、小型のパッケージに構成
されるために、パッケージ内の電気配線長が短くなり、
電気配線の帯域制限を受けにくくなり、また、電気配線
で消費する電力の増加を抑えることができる。また、面
型光素子１２の入出力光は、短尺の光ファイバや、ディ
スクリートなマイクロレンズアレイ部品等の光部品を介
さずに、直接パッケージから取り出される。したがっ
て、パッケージ内にアセンブリされる部品点数が少なく
て済み、大幅に工数を削減することができ、さらに、パ
ッケージサイズを大幅に小型化することができる。ま
た、プリント基板１７上には、搭載する半導体装置の光
学的信号の入出力位置に対応して、あらかじめ光導波路
１６を形成している。この光導波路１６の端部１６ｃ
は、面型光素子１２の入出力光に対して４５度の角度を
なすように加工され、ＴＩＲ（Total Internal Reflect
ion）ミラーまたは４５度端面に金属膜等を付着させた
反射ミラーとして上方に位置した面発光素子１２の入出
力光を光導波路１６のコア層１６ａへ９０度の光路変換
をしてから光結合させる役割を有している。このような
光学的信号の入出力機構を有する半導体装置は、半導体
装置のはんだバンプ１５と、プリント基板上の電極１７
ａを位置合わせし、はんだリフロー工程を経ることで、
プリント基板１７へ実装される。この際、面型光素子１
２と光導波路１６とも所定の位置に位置合わせされるた
めに、はんだバンプ１５を介した電気的な接続のみでな
く、光学的な接続も行われる。ただし、面型光素子１２
と光導波路１６とは物理的に接触しないので、パッケー
ジの基板固定は、はんだバンプ１５のみによっている。
また、この光導波路は、同一のプリント基板上に搭載さ
れた複数の半導体装置間を光学的に接続するためにも使
用される。したがって、光ファイバリボンのコネクタ接
続工程や、余長光ファイバの収納作業といった、従来の
並列光モジュールにおいては手作業に頼らざるを得なか
った煩雑な作業が全く不要となるので、プリント基板へ
の実装工程をすべて自動化することができ、従来技術に
比べて、大幅に低コスト化・量産化することが可能とな
る。なお、この光導波路１６は、プリント基板１７上に
直接形成されたものでなくても構わない。例えば、フィ
ルム状のポリマー光導波路や、光ファイバを挟み込んだ
シートを接着、あるいは部分的に固定して作製してもよ
い。後者は、配布線した光ファイバを２枚のシート間に
挟み、接着剤等で固定し、その端部を、上記の光導波路
と同じように４５度ミラー加工することにより容易に作
製できる。プリント基板上における光配線長が長い場合
や、光導波路の減衰が問題となる場合においては、光フ
ァイバを用いた接続方法が優位になると考えられる。ま
た、上記の説明においては、光学的信号の入出力機構を
有する半導体装置を実装する基板として、プリント基板
を挙げていたが、これはガラスエポキシ樹脂基板のよう
な標準的なプリント基板に限定されるのでなく、マルチ
チップ実装に用いられるようなセラミックス基板等も包
含していることは言うまでもない。
【００１３】また、面型光素子発光部１２ｃ側、あるい
は面型光素子受光部１２ｄ側の表面または裏面に、レン
ズ状の物体を形成することは大きな効果がある。次に、
面型発光素子を搭載したＬＳＩチップを例にとり、その
近傍の縦断面図のみを拡大して示した図２および図３を
用いて説明する。図２は、発光面２２と反対側に正と負
の両電極パッド２３ａ、２３ｂを形成した面型発光素子
２１をＬＳＩチップ１１へ搭載し、発光面２２側の表面
にレンズ状の物体２４を形成した光学的信号の入出力機
構を有する半導体装置を示す。発光面２２から出射した
発散光２５ａは、レンズ状の物体２４によってコリメー
ト光２５ｂに変換される。このようなビーム変換を行う
ことで、面型発光素子２１と、光導波路１６間の距離が
大きい場合においても、高効率に光結合することが可能
となる。このレンズ状の物体２４は、どのような方法で
作製しても構わない。例えば、面型発光素子２１をＬＳ
Ｉチップ１１に搭載した後に、微小量の液体状のポリマ
ー材料を塗布し、続いて、それを硬化させて形成しても
良く、また、球レンズを接着剤等で装着しても良く、あ
るいは、面型発光素子２１を作製する際に、モノリシッ
クに集積化しても構わない。さらに、このレンズ状の物
体２４は、図２に示したような屈折型のマイクロレンズ
だけに限らず、回折型のレンズであっても良い。また、
面型光素子の発光面と反対側にレンズ状物体を形成する
ことも可能である。図３は、発光面３２側に、正と負の
両電極パッド３３ａ、３３ｂと、はんだバンプ１３を形
成した面型発光素子３１を、発光面３２側がＬＳＩチッ
プ１１に向くように搭載した光学的信号の入出力機構を
有する半導体装置を示している。図３では、面型発光素
子３１の基板は、使用波長に対して透明な材料であり、
発光面３２と反対側の表面に回折型のレンズ３４を形成
している。図２と同様に、発光面３２からの発散光３５
ａは、回折型レンズ３４によってコリメート光３５ｂに
変換される。このような回折型レンズ３４は、複数のマ
スクを用いた通常の半導体プロセスによって階段状に近
似した形状を作製できるため、特にモノリシック集積化
が容易である。なお、以上の説明においては、面型光素
子として面型発光素子を対象にしてきたが、面型受光素
子であっても全く同様である。また、面型光素子として
一次元アレイを例に挙げて説明してきたが、平面方向に
縦横に配列された二次元アレイに関しても、光導波路の
多層化などの手段により信号の入出力が可能となる配線
方法を採用することにより、本発明の一応用として実施
可能である。また、上記の説明においては、はんだバン
プ１３は、あらかじめ面型光素子１２上の電極パッドに
形成していたが、これはＬＳＩチップ１１上の電極パッ
ド１１ａに形成しておいても全く構わない。
は面型光素子受光部１２ｄ側の表面または裏面に、レン
ズ状の物体を形成することは大きな効果がある。次に、
面型発光素子を搭載したＬＳＩチップを例にとり、その
近傍の縦断面図のみを拡大して示した図２および図３を
用いて説明する。図２は、発光面２２と反対側に正と負
の両電極パッド２３ａ、２３ｂを形成した面型発光素子
２１をＬＳＩチップ１１へ搭載し、発光面２２側の表面
にレンズ状の物体２４を形成した光学的信号の入出力機
構を有する半導体装置を示す。発光面２２から出射した
発散光２５ａは、レンズ状の物体２４によってコリメー
ト光２５ｂに変換される。このようなビーム変換を行う
ことで、面型発光素子２１と、光導波路１６間の距離が
大きい場合においても、高効率に光結合することが可能
となる。このレンズ状の物体２４は、どのような方法で
作製しても構わない。例えば、面型発光素子２１をＬＳ
Ｉチップ１１に搭載した後に、微小量の液体状のポリマ
ー材料を塗布し、続いて、それを硬化させて形成しても
良く、また、球レンズを接着剤等で装着しても良く、あ
るいは、面型発光素子２１を作製する際に、モノリシッ
クに集積化しても構わない。さらに、このレンズ状の物
体２４は、図２に示したような屈折型のマイクロレンズ
だけに限らず、回折型のレンズであっても良い。また、
面型光素子の発光面と反対側にレンズ状物体を形成する
ことも可能である。図３は、発光面３２側に、正と負の
両電極パッド３３ａ、３３ｂと、はんだバンプ１３を形
成した面型発光素子３１を、発光面３２側がＬＳＩチッ
プ１１に向くように搭載した光学的信号の入出力機構を
有する半導体装置を示している。図３では、面型発光素
子３１の基板は、使用波長に対して透明な材料であり、
発光面３２と反対側の表面に回折型のレンズ３４を形成
している。図２と同様に、発光面３２からの発散光３５
ａは、回折型レンズ３４によってコリメート光３５ｂに
変換される。このような回折型レンズ３４は、複数のマ
スクを用いた通常の半導体プロセスによって階段状に近
似した形状を作製できるため、特にモノリシック集積化
が容易である。なお、以上の説明においては、面型光素
子として面型発光素子を対象にしてきたが、面型受光素
子であっても全く同様である。また、面型光素子として
一次元アレイを例に挙げて説明してきたが、平面方向に
縦横に配列された二次元アレイに関しても、光導波路の
多層化などの手段により信号の入出力が可能となる配線
方法を採用することにより、本発明の一応用として実施
可能である。また、上記の説明においては、はんだバン
プ１３は、あらかじめ面型光素子１２上の電極パッドに
形成していたが、これはＬＳＩチップ１１上の電極パッ
ド１１ａに形成しておいても全く構わない。
【００１４】また、面型光素子を樹脂封止することも効
果的である。図４は、面型光素子を、使用波長に対して
透明な樹脂によって封止した光学的信号の入出力機構を
有する半導体装置の縦断面の一部を示した図である。面
型光素子４１をＬＳＩチップ１１に搭載した後に、面型
光素子の周囲を封止用樹脂４２で覆っている。このよう
な樹脂封止を施すことで、面型光素子の信頼性を向上さ
せることができ、さらにチップサイズパッケージの取り
扱い性を格段に向上させることができる。上述したレン
ズの形成、樹脂による封止は、半導体レーザアレイや受
光素子アレイの搭載と同様に、ウエハのままの半導体集
積回路に対して行うことができ、一連のこれらの工程の
後に、個別の半導体集積回路に切り分けるようにように
して、本発明の光学的信号の入出力機構を有する半導体
装置を製造することができる。
果的である。図４は、面型光素子を、使用波長に対して
透明な樹脂によって封止した光学的信号の入出力機構を
有する半導体装置の縦断面の一部を示した図である。面
型光素子４１をＬＳＩチップ１１に搭載した後に、面型
光素子の周囲を封止用樹脂４２で覆っている。このよう
な樹脂封止を施すことで、面型光素子の信頼性を向上さ
せることができ、さらにチップサイズパッケージの取り
扱い性を格段に向上させることができる。上述したレン
ズの形成、樹脂による封止は、半導体レーザアレイや受
光素子アレイの搭載と同様に、ウエハのままの半導体集
積回路に対して行うことができ、一連のこれらの工程の
後に、個別の半導体集積回路に切り分けるようにように
して、本発明の光学的信号の入出力機構を有する半導体
装置を製造することができる。
【００１５】〈第２の実施の形態〉図５は、本発明に係
る光学的信号の入出力機構を有する半導体装置の構造
と、プリント基板上における電気的信号および光学的信
号の接続系を示す模式図である。図５は、図１（ｂ）と
同様に、半導体装置の縦断面の一部を拡大して示してい
る。この第２の実施の形態における半導体装置は、半導
体集積回路が作製されたＬＳＩチップ１１と、面型発光
素子アレイまたは面型受光素子アレイ等の面型光素子ア
レイ５２とを、ＬＳＩチップ１１と同程度の外形サイズ
のパッケージ内に収めたチップサイズパッケージ構造を
している。面型光素子アレイ５２は、発光面５３ａある
いは受光面５３ｂの反対側に正と負の両電極パッド５４
ａ、５４ｂを有しており、ＬＳＩチップ１１の周辺部に
形成した面型光素子用電極パッド１１ａへ直接、はんだ
バンプ１３により接続されている。さらに、面型光素子
アレイ５２の発光面５３ａあるいは受光面５３ｂ側の表
面にも、金属層５５が形成され、はんだバンプ５６が形
成されている。また、ＬＳＩチップ１１の中央部には、
メタルポスト１１ｂが形成されており、モールド樹脂１
４により覆われている。さらに、メタルポスト１１ｂの
ＬＳＩチップ１１側の電極１１ｃの反対側には、プリン
ト基板１７に接続するためのはんだバンプ１５が形成さ
れている。さらに、この第２の実施の形態では、光導波
路５７の端部５７ｃにおけるクラッド層５７ｂ上面に、
面型光素子アレイ５２の金属層５５、および、はんだバ
ンプ５６と対応するように、金属層５８が形成されてい
る。面型光素子アレイ５２を搭載したＬＳＩチップ１１
は、面型光素子アレイ５２を搭載した面を、プリント基
板１７側に向けて、はんだバンプ１５がプリント基板１
７上の電極パッド１７ａと対向するように位置合わせさ
れ、はんだリフロー工程により表面実装される。その
際、電気的な入出力のためのはんだバンプ１５が溶融し
て、プリント基板１７側の電極パッド１７ａと接続・固
定されると同時に、面型光素子アレイ５２に形成された
はんだバンプ５５も溶融し、光導波路５７と接続・固定
される。このように面型光素子アレイ１２と光導波路２
３とをはんだバンプを用いて位置合わせ、固定すること
により、プリント基板１７の振動や各部品材料の熱膨張
係数の差による相対位置の変動に対して安定な構造とな
り、これらの光結合系に与える影響を小さくすることが
できる効果がある。
る光学的信号の入出力機構を有する半導体装置の構造
と、プリント基板上における電気的信号および光学的信
号の接続系を示す模式図である。図５は、図１（ｂ）と
同様に、半導体装置の縦断面の一部を拡大して示してい
る。この第２の実施の形態における半導体装置は、半導
体集積回路が作製されたＬＳＩチップ１１と、面型発光
素子アレイまたは面型受光素子アレイ等の面型光素子ア
レイ５２とを、ＬＳＩチップ１１と同程度の外形サイズ
のパッケージ内に収めたチップサイズパッケージ構造を
している。面型光素子アレイ５２は、発光面５３ａある
いは受光面５３ｂの反対側に正と負の両電極パッド５４
ａ、５４ｂを有しており、ＬＳＩチップ１１の周辺部に
形成した面型光素子用電極パッド１１ａへ直接、はんだ
バンプ１３により接続されている。さらに、面型光素子
アレイ５２の発光面５３ａあるいは受光面５３ｂ側の表
面にも、金属層５５が形成され、はんだバンプ５６が形
成されている。また、ＬＳＩチップ１１の中央部には、
メタルポスト１１ｂが形成されており、モールド樹脂１
４により覆われている。さらに、メタルポスト１１ｂの
ＬＳＩチップ１１側の電極１１ｃの反対側には、プリン
ト基板１７に接続するためのはんだバンプ１５が形成さ
れている。さらに、この第２の実施の形態では、光導波
路５７の端部５７ｃにおけるクラッド層５７ｂ上面に、
面型光素子アレイ５２の金属層５５、および、はんだバ
ンプ５６と対応するように、金属層５８が形成されてい
る。面型光素子アレイ５２を搭載したＬＳＩチップ１１
は、面型光素子アレイ５２を搭載した面を、プリント基
板１７側に向けて、はんだバンプ１５がプリント基板１
７上の電極パッド１７ａと対向するように位置合わせさ
れ、はんだリフロー工程により表面実装される。その
際、電気的な入出力のためのはんだバンプ１５が溶融し
て、プリント基板１７側の電極パッド１７ａと接続・固
定されると同時に、面型光素子アレイ５２に形成された
はんだバンプ５５も溶融し、光導波路５７と接続・固定
される。このように面型光素子アレイ１２と光導波路２
３とをはんだバンプを用いて位置合わせ、固定すること
により、プリント基板１７の振動や各部品材料の熱膨張
係数の差による相対位置の変動に対して安定な構造とな
り、これらの光結合系に与える影響を小さくすることが
できる効果がある。
【００１６】
【発明の効果】本発明の光学的信号の入出力機構を有す
る半導体装置によれば、プリント基板等への電気的信号
を直接接続することを可能とする電極に加えて、半導体
装置からの光学的信号の入出力をも可能とする光学的信
号の入出力機構を有するチップサイズパッケージの半導
体装置が得られるので、チップサイズパッケージを保っ
たままで、電気的信号の入出力に加えて、光学的信号の
入出力機構を有する性能に優れた半導体装置を提供する
ことができ、また、フラットパッケージ側面からファイ
バリボンを介して光学的信号の入出力を行う従来のリー
ドタイプの半導体装置に代って、小型のパッケージから
多数の光学的信号の入出力を行うことのできる高性能の
半導体装置を実現できる効果がある。また、本発明の半
導体装置は、面型光素子アレイと光導波路とを、はんだ
バンプを用いて位置合わせして固定するので、プリント
基板の振動や各部品材料の熱膨張係数の差による相対位
置の変動に対して安定な構造となり、これらの光結合系
に与える影響を小さくすることができる効果がある。ま
た、本発明の半導体装置の製造方法によれば、光ファイ
バリボンのコネクタ接続工程や、余長光ファイバの収納
作業といった、従来の並列光モジュールにおいては手作
業に頼らざるを得なかった煩雑な作業工程が全く不要と
なるので、プリント基板への実装工程をすべて自動化す
ることが可能であり、従来技術に比べて、大幅に低コス
ト化・量産化をはかることができる効果がある。
る半導体装置によれば、プリント基板等への電気的信号
を直接接続することを可能とする電極に加えて、半導体
装置からの光学的信号の入出力をも可能とする光学的信
号の入出力機構を有するチップサイズパッケージの半導
体装置が得られるので、チップサイズパッケージを保っ
たままで、電気的信号の入出力に加えて、光学的信号の
入出力機構を有する性能に優れた半導体装置を提供する
ことができ、また、フラットパッケージ側面からファイ
バリボンを介して光学的信号の入出力を行う従来のリー
ドタイプの半導体装置に代って、小型のパッケージから
多数の光学的信号の入出力を行うことのできる高性能の
半導体装置を実現できる効果がある。また、本発明の半
導体装置は、面型光素子アレイと光導波路とを、はんだ
バンプを用いて位置合わせして固定するので、プリント
基板の振動や各部品材料の熱膨張係数の差による相対位
置の変動に対して安定な構造となり、これらの光結合系
に与える影響を小さくすることができる効果がある。ま
た、本発明の半導体装置の製造方法によれば、光ファイ
バリボンのコネクタ接続工程や、余長光ファイバの収納
作業といった、従来の並列光モジュールにおいては手作
業に頼らざるを得なかった煩雑な作業工程が全く不要と
なるので、プリント基板への実装工程をすべて自動化す
ることが可能であり、従来技術に比べて、大幅に低コス
ト化・量産化をはかることができる効果がある。
【図１】本発明の第１の実施の形態で例示した光学的信
号の入出力機構を有する半導体装置の構造を示す模式
図。
号の入出力機構を有する半導体装置の構造を示す模式
図。
【図２】本発明の第１の実施の形態で例示した発光面と
反対側に正と負の両電極パッドを形成した面型発光素子
の構造を示す模式図。
反対側に正と負の両電極パッドを形成した面型発光素子
の構造を示す模式図。
【図３】本発明の第１の実施の形態で例示した発光面側
に正と負の両電極パッドとはんだバンプを形成した面型
発光素子の構造を示す模式図。
に正と負の両電極パッドとはんだバンプを形成した面型
発光素子の構造を示す模式図。
【図４】本発明の第１の実施の形態で例示した面型光素
子を使用波長に対して透明な樹脂で封止した光学的信号
の入出力機構を有する半導体装置の構造を示す模式図。
子を使用波長に対して透明な樹脂で封止した光学的信号
の入出力機構を有する半導体装置の構造を示す模式図。
【図５】本発明の第２の実施の形態で例示した光学的信
号の入出力機構を有する半導体装置の構造とプリント基
板上における電気的信号と光学的信号の接続系を示す模
式図。
号の入出力機構を有する半導体装置の構造とプリント基
板上における電気的信号と光学的信号の接続系を示す模
式図。
【図６】従来のパッケージ型半導体装置の構造を模式的
に示した第１の従来例。
に示した第１の従来例。
【図７】従来の光学的信号の入出力機構を有する半導体
装置の構造を模式的に示した第２の従来例。
装置の構造を模式的に示した第２の従来例。
１１…ＬＳＩチップ １１ａ…面型光素子用電極パッド １１ｂ…メタルポスト １１ｃ…電極 １２…面型光素子アレイ １２ａ…面型光素子正電極 １２ｂ…面型光素子負電極 １２ｃ…面型光素子発光部 １２ｄ…面型光素子受光部 １３…はんだバンプ １４…モールド樹脂 １５…はんだバンプ １６…光導波路 １６ａ…コア層 １６ｂ…クラッド層 １６ｃ…端部 １７…プリント基板 １７ａ…電極パッド １８…電気配線層 ２１…面型発光素子 ２２…発光面 ２３ａ…電極パッド（正） ２３ｂ…電極パッド（負） ２４…レンズ状の物体 ２５ａ…発散光 ２５ｂ…コリメート光 ３１…面型発光素子 ３２…発光面 ３３ａ…電極パッド（正） ３３ｂ…電極パッド（負） ３４…回折型レンズ ３５ａ…発散光 ３５ｂ…コリメート光 ３６…面型発光素子裏面 ４１…面型光素子 ４２…封止用樹脂 ５２…面型光素子アレイ ５３ａ…発光面 ５３ｂ…受光面 ５４ａ…電極パッド（正） ５４ｂ…電極パッド（負） ５５…金属層 ５６…はんだバンプ ５７…光導波路 ５７ａ…コア層 ５７ｂ…クラッド層 ５７ｃ…端部 ５８…金属層 ６１…半導体集積回路 ６２…パッケージ（チップサイズパッケージ） ６３…電気端子 ６４…プリント基板 ６５…キャリア基板 ７１…半導体集積回路 ７２…電子部品類 ７３…半導体レーザアレイ ７４…受光素子アレイ ７５…モジュール基板 ７６…光ファイバリボン ７７…マイクロレンズアレイ ７８…短尺光ファイバ ７９…光ファイバコネクタレセプタクル ８０…光ファイバコネクタプラグ ８１…プリント基板 ８２…リード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H047 KA02 KA15 KB09 MA07 RA00 TA01 3K007 AB18 BB01 CC05 FA02 5F041 AA47 CA12 CB22 DA03 DA09 DA20 DA43 EE01 EE11 EE17 EE23 EE25 FF14 FF16 5F088 BA15 BB01 BB10 EA02 JA01 JA09 JA12 JA14 JA20
Claims (6)
- 【請求項１】半導体集積回路に、プリント基板への電気
的信号の接続が可能な電極を有し、上記半導体集積回路
を構成している素子表面は樹脂材料によって保護され、
該半導体集積回路は、それ自体でプリント基板に搭載可
能なチップサイズパッケージ構造を有する半導体装置で
あって、上記半導体集積回路の周辺部に、発光面の反対
側に正と負の両電極を有する面発光型レーザ、発光ダイ
オードまたはそれらのアレイを備え、受光面の反対側に
正と負の両電極を有する面型受光素子またはそのアレイ
を備えた面型光素子を、該面型光素子の電極面を下にし
てはんだ付け手段により接続され、上記プリント基板へ
の電気的信号の接続を可能とする電極に加えて、上記半
導体装置の光学的信号の入出力をも可能とする光学的信
号の入出力手段を接続してなることを特徴とする光学的
信号の入出力機構を有する半導体装置。 - 【請求項２】請求項１において、上記はんだ付け手段
は、はんだバンプによる接続手段であり、面型光素子の
発光側または受光側の表面にも、はんだバンプを形成可
能とする金属層を有することを特徴とする光学的信号の
入出力機構を有する半導体装置。 - 【請求項３】請求項１または請求項２において、上記面
型光素子の発光側または受光側の表面もしくは裏面に、
集光作用を有するレンズ状物体を加工または形成する
か、もしくはあらかじめ成形したレンズ状物体を装着し
てなることを特徴とする光学的信号の入出力機構を有す
る半導体装置。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれか１項に
おいて、上記面型光素子の発光側または受光側の表面の
少なくとも発光または受光領域が、使用する光の波長に
関して透明な材料によって封止してなることを特徴とす
る光学的信号の入出力機構を有する半導体装置。 - 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれか１項に
記載の光学的信号の入出力機構を有する半導体装置から
の光学的信号の接続において、光路をおおむね９０度変
換することが可能な構造の光路端部を有する光導波路ま
たはシート状の光導波路フィルムをプリント基板に配設
するか、または光路をおおむね９０度変換することが可
能な構造の光路端部を有する光ファイバを挟み込んで形
成されたシートを、上記半導体装置の面型光素子の発光
部または受光部の直近に配設し、上記面型光素子の発光
側または受光側の表面の金属層と、それと対応する位置
に形成された上記光導波路、シート状の光導波路フィル
ムまたは光ファイバを挟み込んで形成されたシートの上
の金属層とを、はんだバンプの手段により接続してなる
ことを特徴とする光学的信号の入出力機構を有する半導
体装置。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５のいずれか１項に
記載の光学的信号の入出力機構を有する半導体装置の製
造方法であって、 半導体集積回路が作製されたウエハのままで、電気的信
号および光学的信号を入出力するための電極パッドを作
製する工程と、 上記面型光素子を搭載する工程と、 上記面型光素子の発光側または受光側の表面もしくは裏
面に、集光作用を有するレンズ状物体を加工または形成
するか、もしくはあらかじめ成形されたレンズ状物体を
装着する工程と、 上記面型光素子の発光側または受光側の表面の少なくと
も発光または受光領域が、使用する光の波長に関して透
明な材料によって封止する工程と、 個別の半導体集積回路に切り分けをする工程を含むこと
を特徴とする光学的信号の入出力機構を有する半導体装
置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13860599A JP3532456B2 (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 光学的信号の入出力機構を有する半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13860599A JP3532456B2 (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 光学的信号の入出力機構を有する半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332301A true JP2000332301A (ja) | 2000-11-30 |
| JP3532456B2 JP3532456B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=15226006
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13860599A Expired - Lifetime JP3532456B2 (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 光学的信号の入出力機構を有する半導体装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3532456B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| JP2002237684A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-08-23 | Ibiden Co Ltd | 多層プリント配線板 |
| JP2002236229A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-08-23 | Ibiden Co Ltd | 多層プリント配線板 |
| JP2002236228A (ja) * | 2000-12-06 | 2002-08-23 | Ibiden Co Ltd | 多層プリント配線板 |
| US6885788B2 (en) | 2002-06-28 | 2005-04-26 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Light-reception/emission device built-in module with optical and electrical wiring combined therein, method for producing the module and assembling member of the module |
| WO2006035633A1 (ja) * | 2004-09-27 | 2006-04-06 | Nec Corporation | 光信号入出力機構を有する半導体装置 |
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| JP2009086539A (ja) * | 2007-10-02 | 2009-04-23 | Fuji Xerox Co Ltd | 光モジュール |
| US7759753B2 (en) | 2008-02-13 | 2010-07-20 | Freescale Semiconductor, Inc. | Integrated circuit die, integrated circuit package, and packaging method |
| US8076782B2 (en) | 2002-04-01 | 2011-12-13 | Ibiden Co., Ltd. | Substrate for mounting IC chip |
| US9470856B2 (en) | 2012-12-14 | 2016-10-18 | Fujitsu Limited | Method of manufacturing photoelectric composite substrate |
| JP2017194565A (ja) * | 2016-04-20 | 2017-10-26 | 日本オクラロ株式会社 | 光通信モジュール及びその製造方法 |
| CN114682910A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-07-01 | 东莞市中麒光电技术有限公司 | 采用透镜阵列的晶粒焊接装置及焊接方法 |
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-
1999
- 1999-05-19 JP JP13860599A patent/JP3532456B2/ja not_active Expired - Lifetime
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