CN100426540C - 光半导体模块及采用其的半导体器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光半导体模块，其具备具有光传送路的定位部、配置在该定位部上的光传送路的一端面露出的光半导体搭载面以及形成在光半导体搭载面上的布线层的导向单元。光半导体元件，以其发光面或受光面与光传送路的一端面对向的方式，搭载在导向单元的光半导体搭载面上，并且与布线层电连接。驱动光半导体元件的驱动用半导体元件，与光半导体元件相邻地配置，内置在光半导体模块内。

Description

光半导体模块及采用其的半导体器件
技术领域
本发明涉及作为短距离光布线用，以比较简易的结构实现光耦合的光半导体模块及采用其的半导体器件。
背景技术
随着双极性晶体管、场效应晶体管的性能提高，大规模集成电路(LSI)飞跃般地提高工作速度。但是，即使LSI的内部工作高速化，安装其的印刷基板的工作速度也被抑制为低于LSI的内部工作。另外，在装有印刷基板的机架级(rack level)中，将工作速度抑制在更低。这是因为，随着工作频率的提高，电布线的传送损失或杂音、电磁障碍等增大。为确保信号质量，布线越长将工作频率抑制得越低。因此，在半导体器件中，与LSI自身的工作速度相比，安装技术支配系统的工作速度的倾向日益增强。
对于如此的半导体器件面对的问题，研究用光连接LSI间的光布线技术的应用，提出了用于实现如此的光布线的光半导体模块。由于光布线在从直流到100GHz的频率区域，损失等的频率依赖性几乎不存在，也无布线路的电磁障碍或接地电位的变动杂音，因此容易实现几10Gbps的布线。为实现此种LSI间的光布线，需要简易结构的光半导体模块。此外，由于在LSI布线上需要多条光传送路，因此重要的是谋求光半导体模块的低成本化。
由于一般的光半导体模块装入成像用的透镜，或将光纤的结合部作为连接结构，因此多是不能太小型化。与此相比，例如特开2000-347072号公报中记载的光半导体模块，由于直接结合光纤这样的光传送路和光半导体元件，形成一体化，因此具有容易实现相对的小型化的优点。但是，上述公报记载的光半导体模块，具有以下的问题。
即，上述公报记载的光半导体模块，一体形成光纤和其支持部件，在其基础上形成光半导体元件搭载用的电极。因此，需要在保持光纤的支持部件的非常窄的端面进行电极图形描绘或图形复制。即，需要以安装从几m到几10m的光纤的状态，在支持部件端面的微小区域进行几μm精度的构图。包括如此的向支持部件端面上构图的电极的形成工序，导致光半导体模块的制造成本的大幅度增加及制造成品率的降低等。
此外，在通常的光半导体模块中，为了驱动光半导体元件，需要高速信号对应的驱动元件、接收元件。在上述公报中，未表示任何这些驱动元件的搭载方法。例如，因驱动元件的搭载方式，出现光半导体模块大型化，或光半导体元件和驱动元件间的电布线部分延长的问题。
发明内容
本发明的一方式的光半导体模块，其特征在于，具备：导向单元，具有光传送路的定位部、配置在所述定位部上的光传送路的一端面露出的光半导体搭载面以及只形成在所述光半导体搭载面上的布线层；和光半导体元件，以所述光传送路的一端面和发光面或受光面对向的方式，搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且与所述布线层电连接。
本发明的另一方式的光半导体模块，其特征在于，具备：导向单元，具有光传送路的定位部、配置在所述定位部上的光传送路的一端面露出的光半导体搭载面以及形成在所述光半导体搭载面、与所述光半导体搭载面对向的面及连接所述两面间的通孔中的布线层；和光半导体元件，以所述光传送路的一端面和发光面或受光面对向的方式，搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且与所述布线层电连接。
本发明的又一方式的光半导体模块，其特征在于，具备：导向单元，具有多个作为对光传送路定位的贯通孔的相邻的贯通孔间连通的多个贯通孔和插入配置在所述多个贯通孔内的多条光传送路的一端面分别露出的光半导体搭载面；和光半导体元件，以所述多条光传送路的各自的一端面和发光面或受光面对向的方式，搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上。
本发明的一方式的半导体器件，其特征在于，具备：上述的本发明的光半导体模块；光传送路，配置在所述导向单元的定位部(贯通孔)中；基板，安装有所述光半导体模块，并且具有与所述光半导体模块连接的信号布线；以及信号处理用半导体元件，安装在所述基板上，并且与所述基板的信号布线连接。
附图说明
参照附图说明本发明，但这些附图是只为图解而提供的，任何都不限定本发明。
图1是表示本发明的第1实施方式的光半导体模块的构成的剖面图。
图2是表示在图1所示的光半导体模块上配置有光纤的状态的立体图。
图3是表示导向单元上的一例定位用贯通孔的立体图。
图4是表示导向单元上的另一例定位用贯通孔的立体图。
图5是表示导向单元上的又一例定位用贯通孔的立体图。
图6是表示本发明的第2实施方式的光半导体模块的构成的剖面图。
图7是表示本发明的第3实施方式的光半导体模块的构成的剖面图。
图8是表示本发明的一实施方式的半导体器件的简要构成的剖面图。
图9是表示本发明的其它实施方式的半导体器件的简要构成的剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图说明实施本发明的方式。另外，以下基于附图叙述本发明的实施方式，但这些附图是只为图解而提供的，本发明并不局限于这些附图。
图1是表示本发明的第1实施方式的光半导体模块的构成的剖面图。图2是表示在图1所示的光半导体模块上作为光传送路配置有光纤的状态的立体图。这些图所示的光半导体模块1，例如具有对光纤这样的光传送路定位的导向单元2。
导向单元2，例如由在环氧树脂中混合玻璃纤维的部件构成，构成光电套圈的主体。在导向单元2的内部，作为光传送路的定位部形成插入保持光纤3的贯通孔4。该定位用贯通孔4，根据用于光布线的光纤3的数量形成多个。另外，图1表示用于4沟道光半导体元件阵列的导向单元2。
多个定位用贯通孔4、4...，例如，如图3所示，按预定的间距形成在导向单元2上。此处，谋求高精度形成多个定位用贯通孔4。对于此点，如图3所示，也可以单个形成多个定位用贯通孔4、4...，但是，例如，如图4或图5所示，优选作为连通孔5、6形成多个定位用贯通孔4、4...。由此，能够容易提高多个定位用贯通孔4、4...的位置精度。
即，图4所示的导向单元2，具有使相邻的定位用贯通孔4间连通的连通孔5。连通孔5，在能利用剖面圆形的贯通孔4维持光纤3的保持状态的范围内，使相邻的贯通孔4间的长度方向侧面连通。图5所示的导向单元2具有剖面矩形的多个贯通孔4、4...，它们连通相邻的贯通孔4间，形成连通孔6。如此，通过使相邻的定位用贯通孔4间连通，提高形成各贯通孔4时的位置精度。因而，能够提高由导向单元2保持的光纤3和后述的光半导体元件的位置对准精度。
另外，以连通状态形成的多个定位用贯通孔4，能够用于各种形状的导向单元。此外，关于相对于导向单元2的光半导体元件的搭载结构，也不局限于图1所示的结构。只要是使光半导体元件的发光面或受光面与定位用贯通孔对向的结构，就能够作为各种结构及各种元件搭载方式的导向单元的定位用贯通孔，采用连通孔5、6。
导向单元2的形成有定位用贯通孔4的一方的开口部的面，作为光半导体搭载面7。光半导体搭载面7相对于光纤3的插入方向成为终端侧。插入配置在定位用贯通孔4内的光纤3，其一端面在光半导体搭载面7露出。在如此的导向单元2的光半导体搭载面7上，设置例如利用镀敷法形成的布线层8。另外，在布线层8上，也可以代替镀敷布线层，采用引线框或印刷布线板等。它们与光半导体搭载面7接合，用作电布线。
上述布线层8只形成在导向单元2的光半导体搭载面7上。如此，通过预先只在光半导体搭载面7上形成布线层8，例如能够降低用镀敷法形成布线层8时的成本。此外，能够提高布线层8的形成精度。由此，能够谋求光半导体模块1的制造成本的降低及小型化。
在导向单元2的光半导体搭载面7上搭载光半导体元件9。关于搭载在导向单元2上的光半导体元件9，可以采用LED等发光元件或光电二极管等受光元件。如此的光半导体元件9，以发光面(在光半导体元件9是发光元件时)或受光面(光半导体元件9是受光元件时)与插入配置在定位用贯通孔4内的光纤3的一端面对向的方式，以位置对准的状态，固定在导向单元2的光半导体搭载面7上。
光半导体元件9的位置对准，以导向单元2的定位用贯通孔4的位置和光半导体元件9的发光面或受光面为基准进行。位置对准精度大约小于等于1μm。光半导体元件9，通过在布线层8上接合设在其上的凸起电极10进行固定。通过利用如此的凸起电极10的接合，光半导体元件9机械性地固定在导向单元2上，且与布线层8电连接。另外，为了增强固定力，也可以在光半导体元件9的整面上涂敷极微量的透明树脂。
在导向单元2的光半导体搭载面7上，另外与光半导体元件9相邻地搭载驱动用半导体元件11。关于光半导体元件9的驱动用半导体元件11，在光半导体元件9是发光元件的情况下，采用驱动元件，此外在光半导体元件9是受光元件的情况下，采用接收元件。驱动用半导体元件11与光半导体元件9同样，通过在布线层8上接合凸起电极12进行连接固定。光半导体元件9和驱动用半导体元件11，经由布线层8电连接。
如上所述，通过与光半导体元件9相邻地配置驱动用半导体元件11，除内置光半导体模块1的工作所需的各构成要素外，还能够谋求光半导体模块1的小型化、低成本化。此外，由于缩短处理微弱电信号的电布线部分的距离，所以能够抑制光半导体模块1造成的信号质量的下降。即，除能够谋求光半导体模块1的小型化、低成本化等外，还能够大幅度提高信号可靠性。
搭载在导向单元2的光半导体搭载面7上的光半导体元件9及驱动用半导体元件11，与布线层8一并利用绝缘性的密封树脂密封。布线层8的一部分延伸到密封树脂13的外侧，该布线层8的从密封树脂13露出的部分，成为与其它部件连接时的电极(外部连接用电极)。另外，绝缘性的密封树脂13，以不蔓延到光半导体元件9的表面侧(发光面或受光面侧)的方式调整成分。通过这些各构成要素，构成光半导体模块1。
此处，在图1中，只在导向单元2的光半导体搭载面7上形成布线层8，但是，例如，如图6所示，也可以在导向单元2的背面侧，即在与光半导体搭载面7对向的面14侧引绕布线层8。图6表示本发明的第2实施方式的光半导体模块的构成。在图6所示的导向单元2中，布线层8形成在光半导体搭载面7、其对向面14上和连接该两面7、14的通孔15中。光半导体元件9及驱动用半导体元件11，与形成在光半导体搭载面7上的布线层8的至少一部分一并，利用密封树脂13密封。形成在与光半导体搭载面7对向的面14上的布线层8，具有作为在与其它部件连接时的电极(外部连接用电极)的功能。
通过采用如此的布线层8，能够缓和与其它部件的连接方向的制约。此外，通过在各面7、14上和通孔15中形成布线层8，能够抑制形成布线层8所需的成本的增加。另外，在第2实施方式的光半导体模块中，图4或图5所示的连通相邻的贯通孔4间的连通孔5、6，也具有有效地作为多个定位用贯通孔4的功能。
光半导体模块1，如图2所示，分别将光纤3插入固定在导向单元2的定位用贯通孔4、4...中，用作光接口模块。此处，优选，光纤3的前端，例如以与配置在光半导体元件9的发光面或受光面上的透明树脂接触的状态，粘接固定。既可以用预先配置的树脂片形成透明树脂，或者也可以通过注入树脂形成。透明树脂的构成材料，不特别限定，只要某种程度地具有透明度，也可以用半导体元件的保护膜代替。
上述实施方式的光半导体模块1，例如按以下制作。首先，利用注射模塑成型等制作具有多个定位用贯通孔4的导向单元2。此处，导向单元2也可以单个制作，但优选以用框体连接的状态一体地制作多个导向单元2。此外，优选，多个导向单元2，以朝上方使光半导体搭载面7排列的状态一体化。如此，采用一体化多个导向单元2的部件，能够容易用现有的半导体制造工序处理，能够提高光半导体模块1的生产性。
采用上述的一体化部件，利用镀敷法在各导向单元2的光半导体搭载面7上形成布线层8。在制作图6所示的导向单元2时，在光半导体搭载面7、其对向面14和通孔15中形成布线层8。接着，在导向单元2的光半导体搭载面7上搭载光半导体元件9和驱动用半导体元件11。采用凸起电极10、12进行上述各元件9、11的固定。然后，用密封树脂13绝缘密封光半导体元件9和驱动用半导体元件11。在结束如此的一系列的制造工序后，从框体切断分离导向单元2的两端，形成光半导体模块1。
上述实施方式的光半导体模块1，以与光半导体元件9相邻配置的状态，内置驱动发光用光半导体元件9的驱动元件或驱动受光用光半导体元件9的接收元件等驱动用半导体元件11。因而，由于缩短处理非常微弱的电信号的模拟电路部分的布线，所以能够大幅度降低信号质量的下降。此外，能够实现内置如此的驱动用半导体元件11的光半导体模块1的小型化。此外，除光半导体模块1的小型化外，由于用只形成在光半导体搭载面7上的布线层8，或形成在光半导体搭载面7、其对向面14和连接该两面7、14间的通孔15中的布线层8，构成电布线，所以能够实现光半导体模块1的低成本化。
另外，在上述的各实施方式中，说明了内置驱动用半导体元件11的光半导体模块1，但本发明的光半导体模块的构成并不局限于此。在将驱动用半导体元件设在连接部件侧的情况下，例如，如图7所示，只将光半导体元件9搭载在导向单元2上。图7表示本发明的第3实施方式的光半导体模块的构成。在如此的构成中，也能够实现内置有光半导体元件9的光半导体模块1的小型化及低成本化。
下面，参照图8说明采用本发明的光半导体模块的半导体器件的一实施方式。图8所示的半导体器件20，具有信号处理用LSI21。信号处理用LSI21，通过凸起电极24倒装芯片连接到具有高速信号布线22的基板23上。在信号处理用LSI21和基板23的之间，充填底部填充剂25。在搭载有信号处理用LSI21的基板23上，搭载按所述实施方式表示构成的光半导体模块26(1)。
光半导体模块26，以其内部的驱动用半导体元件与高速信号布线22电连接的方式，连接固定在基板23上。光半导体模块26，其从布线层的密封树脂露出的部分与高速信号布线22电连接。本实施方式的半导体器件20，具有内置有发光用光半导体元件和驱动元件的第1光半导体模块26A、和内置有受光用光半导体元件和接收元件的第2光半导体模块26B。在所述光半导体模块26A、26B上，分别连接光纤27。虽省略图示，但基板23具有电源、接地线、构成低速的控制信号线的布线层，该布线层与形成在基板23的下部的凸起电极28连接。
在使用图7所示的光半导体模块的情况下，如图9所示，采用搭载有驱动用半导体元件29的基板23。基板23作为驱动用半导体元件，具有驱动元件29A和接收元件29B。所述驱动元件29A和接收元件29B，分别与信号布线22连接。在驱动元件29A侧，连接内置发光用光半导体元件的第1光半导体模块26A。在接收元件29B侧，连接内置受光用光半导体元件的第2光半导体模块26B。
根据所述的实施方式的半导体器件20，由于在光耦合中采用简易结构的光半导体模块26，因此能够廉价地实现在LSI布线中采用光布线的布线构成。这大大有助于LSI的高速芯片间布线的低成本化。因而，能够谋求信息通信设备等的高水准化及高性能化等。另外，本发明的光半导体模块的用途，不局限于LSI布线，也能够用于各种短距离光传送。
另外，本发明并不局限于上述的实施方式，在实施阶段，在不脱离其宗旨的范围内，能够进行多种变更。此外，各实施方式能够尽可能地通过适宜组合实施，在此种情况下，能得到组合效果。另外，在上述实施方式中，包括多种阶段的发明，通过公开的多个构成要素的适宜组合，能够形成多种发明。

Claims (11)

1. 一种光半导体模块，其特征在于，具备：
导向单元，其具有光传送路的定位部、配置在所述定位部上的光传送路的一端面露出的光半导体搭载面以及只形成在所述光半导体搭载面上的布线层；和
光半导体元件，其以所述光传送路的一端面与发光面或受光面对向的方式，搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且在与所述布线层对向的面与所述布线层电连接，
所述光传送路的定位部具有多个贯通孔，所述多个贯通孔中的相邻的贯通孔间连通，所述光传送路为多条并插入配置在所述多个贯通孔内，所述导向单元具有所述多条光传送路的一端面分别露出的光半导体搭载面。
2. 如权利要求1所述的光半导体模块，其特征在于：
具备驱动用半导体元件，其搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，驱动所述光半导体元件。
3. 如权利要求2所述的光半导体模块，其特征在于：
所述导向单元具有只形成在所述光半导体搭载面上的布线层，并且所述光半导体元件和所述驱动用半导体元件与所述布线层电连接。
4. 如权利要求3所述的光半导体模块，其特征在于：
所述光半导体元件及所述驱动用半导体元件，与所述布线层的一部分一并用密封树脂密封，并且从所述布线层的所述密封树脂露出的部分，用作为外部连接用电极。
5. 一种光半导体模块，其特征在于：具备：
导向单元，其具有光传送路的定位部、配置在所述定位部上的光传送路的一端面露出的光半导体搭载面以及布线层，该布线层形成在所述光半导体搭载面、与所述光半导体搭载面对向的面及连接该两面间的通孔中；和
光半导体元件，其以所述光传送路的一端面与发光面或受光面对向的方式，搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且在与所述布线层对向的面与所述布线层电连接，
所述光传送路的定位部具有多个贯通孔，所述多个贯通孔中的相邻的贯通孔间连通，所述光传送路为多条并插入配置在所述多个贯通孔内，所述导向单元具有所述多条光传送路的一端面分别露出的光半导体搭载面。
6. 如权利要求5所述的光半导体模块，其特征在于：
所述光半导体元件及所述驱动用半导体元件，与形成在所述光半导体搭载面上的所述布线层的至少一部分一并用密封树脂密封，并且形成在与所述光半导体搭载面对向的面上的所述布线层，用作为外部连接用电极。
7. 一种半导体器件，其特征在于，具备：
光半导体模块，其具备，具有光传送路的定位部、配置在所述定位部上的光传送路的一端面露出的光半导体搭载面及只形成在所述光半导体搭载面上的布线层的导向单元，和
以所述光传送路的一端面与发光面或受光面对向的方式，搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且在与所述布线层对向的面与所述布线层电连接的光半导体元件，所述光传送路的定位部具有多个贯通孔，所述多个贯通孔中的相邻的贯通孔间连通，所述光传送路为多条并插入配置在所述多个贯通孔内，所述导向单元具有所述多条光传送路的一端面分别露出的光半导体搭载面，
光传送路，其配置在所述导向单元的所述定位部上；
基板，其安装有所述光半导体模块，并且具有与所述光半导体模块连接的信号布线；以及
信号处理用半导体元件，其安装在所述基板上，并且与所述基板的信号布线连接。
8. 如权利要求7所述的半导体器件，其特征在于：
所述光半导体模块具备驱动用半导体元件，该驱动用半导体元件搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且与所述布线层电连接，用于驱动所述光半导体元件。
9. 一种半导体器件，其特征在于，具备：
光半导体模块，其具备，具有光传送路的定位部、配置在所述定位部上的光传送路的一端面露出的光半导体搭载面和形成在所述光半导体搭载面、与所述光半导体搭载面对向的面及连接该两面间的通孔中的布线层的导向单元，和
以所述光传送路的一端面与发光面或受光面对向的方式，搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且在与所述布线层对向的面与所述布线层电连接的光半导体元件，所述光传送路的定位部具有多个贯通孔，所述多个贯通孔中的相邻的贯通孔间连通，所述光传送路为多条并插入配置在所述多个贯通孔内，所述导向单元具有所述多条光传送路的一端面分别露出的光半导体搭载面，
光传送路，其配置在所述导向单元的所述定位部上；
基板，其安装有所述光半导体模块，并且具有与所述光半导体模块连接的信号布线；以及
信号处理用半导体元件，其安装在所述基板上，并且与所述基板的信号布线连接。
10. 如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：
所述光半导体模块具备驱动用半导体元件，该驱动用半导体元件搭载在所述导向单元的所述光半导体搭载面上，并且与所述布线层电连接，用于驱动所述光半导体元件。
11. 如权利要求9所述的半导体器件，其特征在于：
在所述基板上安装有驱动所述光半导体元件的驱动用半导体元件，所述驱动用半导体元件与所述基板的信号布线连接。
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