JP2006039390A

JP2006039390A - 光電子装置およびその製造方法

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Publication number: JP2006039390A
Application number: JP2004221983A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Okuhora; 明彦奥洞
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【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】クロック信号となる光を出射する発光素子２０と、光を受光する受光部１１を備えた半導体チップ１０と、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、半導体チップ１０に貼り合わされた光導波シート３０とを有し、光導波シート３０は、コア３０ｂの光入射部に発光素子２０から光が入射され、コア３０ｂに設けられた１つ以上のＹ字型分岐Ｓにおいて光を複数に分割して導波し、分割された光のそれぞれを受光部１１に結合させる位置において、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が設けられ、内壁面がミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）として光を光導波シート３０の面外方向に反射して受光部１１に結合させる構成となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は光電子装置およびその製造方法に関し、特にクロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置とその製造方法に関する。

デジタルビデオカメラ、デジタル携帯電話、あるいはノートパソコンなど、携帯用電子機器の小型化、薄型化、軽量化に対する要求は強くなる一方であり、これに応えるために近年のＶＬＳＩなどの半導体装置においては３年で７割の縮小化を実現してきた。
この一方で、半導体装置のパッケージ形態としても、ＤＩＰ（Dual Inline Package）などのリード挿入型から表面実装型やフリップチップ実装へと進展し、さらには能動素子を設けた半導体チップと受動素子とをパッケージ化したシステムインパッケージ（ＳｉＰ）と呼ばれる複雑な形態へと進展している。

上記のように、近年の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。
ＧＨｚを超える信号の配線には、ＬＳＩの内部、外部を問わず従来問題とならなかった数多くの課題があり、これらを解決することが近々の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、信号のスキュー（Ｓｋｅｗ）、配線駆動に関わる消費電力の増大などである。

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スキュー（タイミング差）が問題とされ、例えば１ＧＨｚクロックのＩｄｉｇｉｔの時間は５００ｐｓであり、立ち上がり、立ち下りの時間は数１０ｐｓから〜２００ｐｓ程度以下であり、これに対し一般のε＝４程度の誘電体上の配線では、概略の電気信号の伝播速度は６７ｐｓ／ｃｍであり、立ち上がり時間に対して無視できない領域に到達している。

そこで、実装基板上やＬＳＩ上の配線においても完全等長配線を用い、Ｈバ−と称されるＨの文字の形状を有する配線にクロックを分配して配線スキューを抑える試みが数多くなされている。
これら、従来の電気配線でクロック分配を行なった場合は、配線の負荷を常にクロック周波数で駆動しつづけ、さらに各分配点において波形整形も行うため、消費電力が大きくなってしまうということなどの欠点があった。

そこで、上記の課題を克服するため、アルミニウムや銅などの金属を用いた電気配線の変わりに、光を配線に用いて、クロックを分配することが提案されている。
例えば、非特許文献１では、シリコン基板上に光導波路を形成、それらをマスクを用いて、一つのＬＳＩ毎に半導体プロセスで加工する事で光クロックツリーを有する配線板を得る技術が記載されている。

しかし、前記のようなシリコンまたはセラミックや有機基板などの基板上に半導体プロセスによって順次クロック配線層を形成して行く方法では、特定のＬＳＩに対応した設計やマスクを作製し、その度ごとに加工を行うという煩わしさが存在する。
また、全ての作製プロセスがシーケンシャルに行なわれるため、全体のＴＡＴが長期化し、小さな変更に対応しにくいという欠点が存在する。
Shiou Lin Sam, Anantha Chandrakasan, and Duane Boning, Variation Issues in On-Chip Optical Clock Distribution, Sixth International Workshop on Statistical Methodologies for IC Processes, Devices, and Circuits, Kyoto, Japan, June, 2001.

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。

本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形され、前記半導体チップに貼り合わされた光導波シートとを有し、前記光導波シートは、前記コアの光入射部に前記発光素子から前記光が入射され、前記コアに設けられた１つ以上のＹ字型分岐において前記光を複数に分割して導波し、分割された前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置において、前記コア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が設けられ、前記内壁面がミラー面として前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させる。

上記の本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、光を受光する受光部を備えた半導体チップと、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形され、半導体チップに貼り合わされた光導波シートとを有する。
ここで、光導波シートは、コアの光入射部に発光素子から光が入射され、コアに設けられた１つ以上のＹ字型分岐において光を複数に分割して導波し、分割された光のそれぞれを受光部に結合させる位置において、コア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が設けられ、内壁面がミラー面として光を光導波シートの面外方向に反射して受光部に結合させる構成となっている。

本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、前記光を複数に分割して導波し、前記受光部に結合させる位置において前記受光部に結合させる光導波シートを有する光電子装置の製造方法であって、ダミー基板上に第１クラッドを形成し、１つ以上のＹ字型分岐を有して光を複数に分割して導波するパターンで前記第１クラッド上にコアを形成し、前記コアを被覆するように第２クラッドを形成して、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形された光導波シートを形成する工程と、前記光導波シートに対して、前記光を前記受光部に結合させる位置において、前記コアの光導波方向に対して傾きを有し、前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させるミラー面となる内壁面を有する開口部を形成する工程と、前記光導波シートを前記ダミー基板から剥離する工程と、前記光導波シートを前記受光部に対して位置合わせして前記半導体チップと貼り合わせる工程と、前記発光素子からの光が前記コアの光入射部に入射するように前記発光素子を配置して搭載する工程とを有する。

上記の本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と、光を受光する受光部を備えた半導体チップと、光を複数に分割して導波し、受光部に結合させる位置において受光部に結合させる光導波シートを有する光電子装置の製造方法である。
まず、ダミー基板上に第１クラッドを形成し、１つ以上のＹ字型分岐を有して光を複数に分割して導波するパターンで第１クラッド上にコアを形成し、コアを被覆するように第２クラッドを形成して、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形された光導波シートを形成する。
次に、光導波シートに対して、光を受光部に結合させる位置において、コアの光導波方向に対して傾きを有し、光を光導波シートの面外方向に反射して受光部に結合させるミラー面となる内壁面を有する開口部を形成する。
次に、光導波シートをダミー基板から剥離し、光導波シートを受光部に対して位置合わせして半導体チップと貼り合わせる。
次に、発光素子からの光がコアの光入射部に入射するように所定の位置に発光素子を配置して搭載する。

本発明の光電子装置は、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、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。

本発明の光電子装置の製造方法は、クロックを分配する光導波シートを半導体チップと貼り合わせて形成しており、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。

以下に、本発明に係るクロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置とその製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１（ａ）は本実施形態に係る光電子装置の模式断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。
半導体チップ１０の表面に、半導体レーザダイオードなどのクロック信号となる光を出射する発光素子２０が搭載され、さらにこの半導体チップ１０の表面上に、光導波方向にストライプ状に延伸するコア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が接着層３１によって半導体チップ１０に貼り合わされている。
半導体チップ１０は、フォトダイオードなどの受光部１１を含む電子回路が形成されている。
発光素子２０は、バンプ２１を介して半導体チップ１０のパッドに接続するように、半導体チップ１０上に搭載されている。

光導波シート３０は、光導波シート３０の側面からコア３０ｂの光入射部に発光素子２０から光が入射され、コアに設けられた１つ以上（図面上は７つ）のＹ字型分岐Ｓにおいて光を複数（図面上は８つ）に分割して導波する。
上記のＹ字型分岐Ｓとは、１つの導波路が２つに分岐され、分岐後の２つの導波方向のなす角が１８０°以下であるようにコアがパターン形成された分岐点である。
分岐前および分岐後の導波方向は、曲げ損失をある程度に抑制可能な範囲内の曲率で曲げられていてもよい。
半導体チップ１０には、受光部１１が複数個設けられており、各受光部１１に、光導波シート３０において分割された光をそれぞれ結合させるように、分割された光のそれぞれを受光部１１に結合させる位置において、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が設けられ、内壁面がミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）として光を光導波シート３０の面外方向に反射して受光部１１に結合させる構成となっている。
開口部Ｐの内壁面の傾きは、例えば、コア３０ｂの光導波方向に対して約４５°である。コアの延伸方向の違いにより、ミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）の傾く方向が異なっている。
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を用いることができる。

半導体チップ１０の受光部１１は、フォトダイオードなどから構成され、さらに例えばこの近傍の半導体チップ１０上にアンプが設けられており、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。

また、半導体チップ１０のパッドを開口するように、光導波シート３０と接着層３１を貫通するパッド用開口部３０ｐが形成されている。光導波シート３０を貫通するパッド用開口部３０ｐは、光を導波しない領域にのみ形成されている。

上記の光電子装置の光導波シート３０において、コア３０ｂの光入射部の位置から光のそれぞれを受光部１１に結合させる位置までの光を導波する距離は、複数に分割して導波する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１１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。

上記の本実施形態に係る光電子装置によれば、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、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。特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。

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。
半導体チップと発光素子については、従来より知られているプロセスを用いて製造することができる。
光導波シートの形成方法としては、まず、図２（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４０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４１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４１とすることもできる。この場合には、ダミー基板４０はシリコンなどを用いる。

次に、図２（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。

次に、図２（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。
実装を簡便にするため、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。

次に、図３（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３（ｂ）は図３（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３（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。

次に、図４（ａ）に示すように、光導波シート３０上に光を受光部に結合させる位置を開口するパターンのレジスト膜Ｒ１をフォトリソグラフィー工程によってパターン形成し、レジスト膜Ｒ１をマスクとして、光導波シート３０に対して斜め（例えば約４５°）に傾けて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの異方性エッチングを行う。これによって、コア３０ｂの光導波方向に対して傾き（例えば約４５°）を有し、導波している光を光導波シート３０の面外方向に反射して受光部に結合させるミラー面ＭＲａとなる内壁面を有する開口部Ｐを形成する。
この工程の後、レジスト膜Ｒ１を剥離する。

次に、図４（ｂ）に示すように、上記のミラー面ＭＲａとなる内壁面を有する開口部Ｐとはコアの延伸方向が異なる部分において、光を受光部に結合させる位置を開口するパターンのレジスト膜Ｒ２をフォトリソグラフィー工程によってパターン形成し、レジスト膜Ｒ２をマスクとして、光導波シート３０に対して斜め（例えば約４５°）に傾けて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの異方性エッチングを行う。これによって、上記のミラー面ＭＲａとなる内壁面を有する開口部Ｐとは異なる方向に、コア３０ｂの光導波方向に対して傾き（例えば約４５°）を有するミラー面ＭＲｂとなる内壁面を有する開口部Ｐを形成する。
この工程の後、レジスト膜Ｒ２を剥離する。

次に、図４（ｃ）に示すように、光導波シート３０の表面に、接着性があり、ある特定の温度で剥離が可能な熱剥離シート５０を貼り合わせる。
この熱剥離シートは、例えば、ＰＥＴフィルム上に発泡カプセルを接着剤中に分散させて構成されたものであり、例えば、日東電工社製のリバーアルファなどを用いることができる。例えば、ＰＥＴフィルムを７０℃〜１５０℃に加熱することで間単に取り去ることができるものである。

次に、図５（ａ）に示すように、例えば剥離層４１としてチタン層と銅層の積層体を用いている場合、塩酸などの酸中に上記熱剥離シート５０でサポートされている光導波シート３０を浸漬し、剥離層４１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４１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中に上記熱剥離シート５０でサポートされている光導波シート３０を浸漬し、剥離層４１を溶解して、光導波シート３０を剥離する。

次に、図５（ｂ）に示すように、表面に予め受光部１１を形成した半導体チップ１０上に、用いる光の波長に対して透明な接着剤シート（接着層）３１を介して、開口部Ｐのミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）の位置と受光部１１の位置を位置合わせしながら、光導波シート３０を貼り合わせる。

次に、図５（ｃ）に示すように、熱剥離シート５０を剥離して光導波シート３０を半導体チップ１０上に転写する。
この後、必要に応じて、半導体チップ１０のパッドを開口するように、光導波シート３０と接着層３１を貫通するパッド用開口部（不図示）を形成する。これには、半導体チップ１０側に予めパッドを形成しておき、例えば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、パッドはレーザ光のストッパとなる。

次に、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、例えばワイヤボンディングなどによって予めレーザダイオードなどの発光素子２０に金バンプなどのバンプ２１を形成しておき、これを半導体チップ１０の光導波シート３０の貼り合わせ面上に搭載する。図面上は、ミラー面となる内壁面を有する開口部の表示を省略している。
ここでは、半導体チップ１０の搭載部分にはハンダ２２を印刷法などによりプリコートして、発光素子２０の光出射部とコアの光入射部とを位置合わせしながら、搭載する。このとき、ヒーターを有するヘッドを用い、加熱しながらハンダを溶融し、ヒーターのスイッチをオフにした後冷却するまでの時間保持してから、ヒーターを開放することで、搭載精度を高めることができる。

金のバンプ２１の高さ、ハンダ２２のプリコート厚は、位置合わせを行う光導波シートのコアの位置によって決定される。
金のバンプ２１は溶解しないので、バンプ２１がスペーサとして機能し、バンプ２１の高さによって発光素子２０の高さを決定することができ、一定に高い精度を確保することができる。

この他、発光素子２０を搭載する方法としては、発光素子側に銅コアをハンダでコートしたバンプを形成し、半導体チップ側にハンダのプリコートを形成し、プリップチップで実装する方法や、発光素子や半導体チップのいずれかにニッケルメッキなどでスペーサを形成しておき、ハンダバンプあるいはハンダプリコートでプリップチップで実装する方法を用いることができる。

上記の本実施形態に係る光電子装置の製造方法によれば、クロックを分配する光導波シートと半導体チップとが貼り合わされて構成されており、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。特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。

さらに、上記のようにして形成されたクロック信号となる光を分配する光導波シートは、ベースとなるフィルムを常に大量に作製しておくことができ、又任意の場所に、後加工でミラー面となる内壁面を有する開口部を形成することが可能であるため、ＬＳＩ自身のデザインが変更されても、また、幾種類もの異なる仕様のＬＳＩにもその都度対応が可能である。
結果として、製造コストを抑制して、かつ開発期間やＴＡＴを短くして、スキューを抑制したＬＳＩの開発が可能となる。

上記の本実施形態に係る光電子装置の製造方法においては、ベースとなる光導波シートをシリコンなどのダミー基板上に逐次プロセスで作製して行く例を示したが、もちろんベースのポリイミドフィルムをロールで用意し、コア材を例えばRoll to Rollプロセスにて塗布、パターンニングして一括作製する方法もあり、この様にすることでさらに大幅なコストの削減が実現できる。

第２実施形態
図７は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。
光導波シート３０が貼り合わされた半導体チップ１０と、発光素子２０が、中間基板６０上に搭載されており、発光素子２０からの光が光導波シート３０の側面からコアに入射される構成であり、これ以外については、実質的に第１実施形態と同様である。

即ち、半導体チップ１０の表面に、半導体レーザダイオードなどのクロック信号となる光を出射する発光素子２０が搭載され、この表面上に、光導波方向にストライプ状に延伸するコア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が接着層３１によって半導体チップ１０に貼り合わされている。
半導体チップ１０は、フォトダイオードなどの受光部１１を含む電子回路が形成されている。
また、半導体チップ１０のパッドを開口するように、光導波シート３０と接着層３１を貫通するパッド用開口部が形成されており、パッドに接続するようにバンプ１２が形成されている。

第１樹脂層６１、第２樹脂層６２、第３樹脂層６３が積層され、それらの界面およびこれらを貫通するように配線パターン６４が形成されてなる中間基板６０に、光導波シート３０が貼り合わされた半導体チップ１０がバンプ１２を介して搭載されている。
また、中間基板６０の半導体チップ１０搭載面と同じ面に、発光素子２０が搭載されている。
中間基板６０の半導体チップ１０搭載面と逆の面には、バンプ６５が形成されており、さらなる実装基板に実装されて用いられる。

中間基板６０としては、いわゆるＦＲ−４基板、ＦＲ−５基板やＢＴ−レジン基板、ポリイミド基板などあらゆるタイプの有機配線基板や、アルミナ、ガラスセラミックなどのセラミック配線基板を用いることができる。

一方で、光クロックの光源となるレーザダイオードは、例えば、光導波シートの端部に光導波路のコアに効率良く、光が入射出来る様近接して実装され、レーザダイオードをドライブするレーザドライバはその近傍において中間基板６０上に実装される。

第３実施形態
図８は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。
複数個の半導体チップ（１０ａ，１０ｂ）が光導波シート３０に貼り合わされて、中間基板６０上に搭載されている。また、発光素子２０も中間基板６０上に搭載され、発光素子２０からの光が光導波シート３０の側面からコアに入射される構成であり、これ以外については、実質的に第１実施形態と同様である。

本実施形態の光電子装置において、複数個の半導体チップにはそれぞれ受光部が設けられており、各受光部に、光導波シートにおいて分割された光をそれぞれ結合させる構成とすることができる。
さらに、複数個の半導体チップの一部または全部に複数個の受光部が設けられており、各受光部に、光導波シートにおいて分割された光をそれぞれ結合させる構成としてもよい。
例えば、第１の半導体チップ１０ａには、複数個の受光部１１ａが形成されており、光導波シートに設けられたミラー面（ＭＲａ，ＭＲｂ）によって光結合する。
一方、第２の半導体チップ１０ｂには、複数個の受光部１１ｂが形成されており、光導波シートに設けられたミラー面（ＭＲｃ，ＭＲｄ）によって光結合する。

また、例えば、発光素子２０には放熱器２３が接続し、さらに中間基板中を貫通するサーマルビアＴＶが設けられている構造とすることで、光電子装置の信頼性を高めることができる。

光導波シートを光の出射側を上面として保持し、順次半導体チップを出射部と半導体チップ上の受光部の位置を合わせながら接着シートを介して実装していき、さらに半導体チップのパッドに至るパッド用開口部を設け、バンプを介して中間基板に実装することで製造することができる。

上記の各実施形態の光電子装置によれば、従来、半導体チップが高速化したときのクロックスキューの問題が解決され、誤動作を防止することが可能になるほか、従来の設計手法ではかなりの時間を労していたクロックのタイミング解析が不要となり、設計開発期間の大幅な短縮が可能になる。
また、各実施形態の光電子装置の製造方法のように、別途光導波シートを作製することで、従来の様に半導体チップ上に光導波路を毎回形成する場合に比べて、著しく、早く、安価なクロック供給の仕組みを実現することができる。
半導体チップの設計変更などにもフレキシブルに対応する事が可能であり、少量多品種の特に開発試作段階における利便性、再利用性は非常に高いものである。

本実施形態の光電子装置は、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、高速信号処置が求められる、ＭＰＵもしくは画像処理プロセサ、高速キャッシュメモリなど超高速信号処理ＬＳＩに用いることが可能である。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、光導波シートと貼り合わされる半導体チップとしては、ＳｉＰ（システムジンパッケージ形態の半導体装置）を用いることができ、例えば、トランジスタなどの能動素子を有する半導体チップと、インダクタンス、キャパシタあるいは電気抵抗素子などの受動素子とを組み合わせたパッケージを用いることができる。
ＳｉＰに内蔵される光デバイスは、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。

本発明の光電子装置は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置に適用できる。

本発明の光電子装置の製造方法は、クロック信号となる光を出射する発光素子と受光部を含む電子回路を有する半導体チップとを光導波シートで光学的に接続した構成である光電子装置を製造するのに適用できる。

図１（ａ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の模式断面図であり、図１（ｂ）は平面図である。図２（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る光電子装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図７は本発明の第２実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。図８は本発明の第３実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。

符号の説明

１０…半導体チップ、１１，１１ａ，１１ｂ…受光部、１２…バンプ、２０…発光素子、２１…バンプ、２２…ハンダ、２３…放熱器、３０…光導波シート、３０ａ…クラッド、３０ｂ…コア、３０ｐ…パッド用開口部、３１…接着層、４０…ダミー基板、４１…剥離層、５０…熱剥離シート、６０…中間基板、６１…第１樹脂層、６２…第２樹脂層、６３…第３樹脂層、６４…配線６４、６５…バンプ、Ｒ１，Ｒ２…レジスト膜、Ｌ…光、Ｐ…開口部、ＭＲａ，ＭＲｂ，ＭＲｃ，ＭＲｄ…ミラー面、Ｓ…Ｙ字型分岐、ＴＶ…サーマルビア

Claims

クロック信号となる光を出射する発光素子と、
前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、
コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形され、前記半導体チップに貼り合わされた光導波シートと
を有し、
前記光導波シートは、
前記コアの光入射部に前記発光素子から前記光が入射され、
前記コアに設けられた１つ以上のＹ字型分岐において前記光を複数に分割して導波し、
分割された前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置において、前記コア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が設けられ、前記内壁面がミラー面として前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させる
光電子装置。
前記光導波シートにおいて、前記コアの光入射部の位置から前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置までの前記光を導波する距離は、複数に分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となっている
請求項１に記載の光電子装置。
前記開口部の前記内壁面が、前記コアの光導波方向に対して約４５°傾いている
請求項１に記載の光電子装置。
前記半導体チップに前記受光部が複数個設けられており、
前記各受光部に、前記光導波シートにおいて分割された前記光をそれぞれ結合させる
請求項１に記載の光電子装置。
前記半導体チップとして複数個の半導体チップを有し、
前記複数個の半導体チップにそれぞれ設けられた各受光部に、前記光導波シートにおいて分割された前記光をそれぞれ結合させる
請求項１に記載の光電子装置。
前記複数個の半導体チップの一部または全部に複数個の受光部が設けられており、
前記各受光部に、前記光導波シートにおいて分割された前記光をそれぞれ結合させる
請求項５に記載の光電子装置。
前記光導波シートが貼り合わされている側の前記半導体チップの表面に、前記発光素子が搭載されており、
前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射される
請求項１に記載の光電子装置。
前記光導波シートが貼り合わされた前記半導体チップと、前記発光素子が、中間基板上に搭載されており、
前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射される
請求項１に記載の光電子装置。
複数の前記半導体チップが前記光導波シートに貼り合わされて前記中間基板上に搭載されている
請求項８に記載の光電子装置。
クロック信号となる光を出射する発光素子と、前記光を受光する受光部を備えた半導体チップと、前記光を複数に分割して導波し、前記受光部に結合させる位置において前記受光部に結合させる光導波シートを有する光電子装置の製造方法であって、
ダミー基板上に第１クラッドを形成し、１つ以上のＹ字型分岐を有して光を複数に分割して導波するパターンで前記第１クラッド上にコアを形成し、前記コアを被覆するように第２クラッドを形成して、コアの外周をクラッドが被覆してシート状に成形された光導波シートを形成する工程と、
前記光導波シートに対して、前記光を前記受光部に結合させる位置において、前記コアの光導波方向に対して傾きを有し、前記光を前記光導波シートの面外方向に反射して前記受光部に結合させるミラー面となる内壁面を有する開口部を形成する工程と、
前記光導波シートを前記ダミー基板から剥離する工程と、
前記光導波シートを前記受光部に対して位置合わせして前記半導体チップと貼り合わせる工程と、
前記発光素子からの光が前記コアの光入射部に入射するように前記発光素子を配置して搭載する工程と
を有する光電子装置の製造方法。
前記光導波シートを形成する工程において、前記コアの光入射部の位置から前記光のそれぞれを前記受光部に結合させる位置までの前記光を導波する距離が、複数に分割して導波するいずれの経路においても等しい距離となるように形成する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
前記ダミー基板上に前記光導波シートを形成する工程の前に、前記ダミー基板の表面に剥離層を形成する工程をさらに有し、
前記光導波シートを形成する工程においては前記剥離層の上層に形成し、
前記光導波シートを前記ダミー基板から剥離する工程においては、前記光導波シートと前記剥離層の界面において剥離する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
前記剥離層が、チタン層と銅層の積層体または酸化シリコン層である
請求項１２に記載の光電子装置の製造方法。
前記開口部を形成する工程において、前記開口部の前記内壁面を前記コアの光導波方向に対して約４５°傾かせて形成する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
前記発光素子を搭載する工程において、前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射されるように、前記光導波シートが貼り合わされている側の前記半導体チップの表面に、前記発光素子を搭載する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。
前記光導波シートが貼り合わされた前記半導体チップを中間基板に搭載する工程をさらに有し、
前記発光素子を搭載する工程において、前記発光素子からの光が前記光導波シートの側面から前記コアに入射されるように、前記中間基板上に前記発光素子を搭載する
請求項１０に記載の光電子装置の製造方法。