JP2003197808A - 半導体装置および電子部品実装用基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子回路素子間の信号伝達として電気と光と
の両方を用いて処理の高速化を図ること。 【解決手段】 本発明は、半導体基板１０に形成される
電子回路素子１１と、半導体基板１０に形成される発光
素子１２および受光素子１３と、半導体基板１０に形成
される光導波路１４とを備えており、電子回路素子１１
で生成された電気信号に基づき発光素子１２から出射さ
れた光を光導波路１４を介して受光素子１３へ伝達し、
その受光素子１３で受けた光を電気信号に変換する半導
体装置１である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気信号および光
信号の両方を取り扱うことのできる半導体装置および電
子部品実装用基板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置はシリコン等の半導体
基板を用いて所定材料の成膜、パターニング、エッチン
グ、不純物注入等の工程を繰り返して電子回路素子を形
成し、半導体基板上に電気配線を施して電子回路素子へ
の信号入出力を行うようにしている。

【０００３】近年の半導体装置では、高機能化、高集積
化の要求がますます高まってきているとともに、信号伝
達速度を向上させた処理の高速化も重要な要素となって
いる。

【０００４】ここで、半導体装置の高速化を図るために
は、形成される電子回路素子の縮小による信号伝達距離
の短縮や、基板材料や配線材料の選択による電子移動度
の向上などが考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
装置の高速化で考えられる電子回路素子の縮小には限界
がある。すなわち、センチメートルオーダーの長い伝送
距離から生じる回路間信号遅延や不整合、また過大な伝
送距離および反戦の集積微細化から生じる信号クロスト
ークの問題、ＲＣ遅延問題、ＥＭＣノイズの問題、回路
間インピーダンスの不整合によるミスマッチ問題などが
挙げられる。また、基板材料や配線材料の選択にも微細
化や加工の困難性など、製造上の問題による限界があ
る。

【０００６】ここで、電気による信号の伝達よりも速い
光による信号伝達を行うことが考えられる（例えば、特
開２０００−８２８０７号公報参照）。しかし、このよ
うな光による信号伝達を行う半導体装置では、光の伝達
を行うための導波路と発光素子、受光素子とを別個に製
造し、これらを組み合わせて一つの半導体装置として構
成するものであり、製造工程の複雑化によるコストアッ
プや光入出力の位置合わせの困難性による信号伝達精度
の低下など、種々の問題を招くことになる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために成されたものである。すなわち、本
発明は、半導体基板に形成される電子回路素子と、この
半導体基板に形成される発光素子および受光素子と、こ
の半導体基板に形成される光導波路とを備えており、電
子回路素子で生成された電気信号に基づき発光素子から
出射された光を光導波路を介して受光素子へ伝達し、受
光素子で受けた光を電気信号に変換する半導体装置であ
る。

【０００８】このような本発明では、同一の半導体基板
に電子回路素子、発光素子、受光素子および光導波路が
形成されているため、電気による信号伝達と光による信
号伝達との両方を用いた回路を簡単かつ確実に構成でき
るようになる。

【０００９】また、半導体基板に形成される発光素子お
よび受光素子と、この半導体基板に形成される光導波路
とを備えており、半導体基板に実装される電子部品から
の電気信号に基づき発光素子から出射される光を光導波
路を介して受光素子へ伝達し、受光素子で受けた光を電
気信号に変換する電子部品実装用基板でもある。

【００１０】このような本発明では、電子部品実装用基
板に電子部品を実装することにより、光導波路を介した
光による信号の伝達を実現できる半導体装置を容易に構
成できるようになる。

【００１１】また、半導体基板にマトリクス状に形成さ
れる複数の発光素子および複数の受光素子と、この半導
体基板に形成され、複数の発光素子と複数の受光素子と
の間で光を伝達する複数の光導波路と、この半導体基板
に形成され、複数の発光素子および複数の受光素子のう
ち選択されたものへ電気信号を与える配線パターンとを
備える電子部品実装用基板でもある。

【００１２】このような本発明では、同一の半導体基板
に複数の発光素子、複数の受光素子および複数の光導波
路が形成されているため、実装する電子部品に応じて使
用する発光素子、受光素子に配線パターンを形成するこ
とで、所望の回路構成に合わせて電気および光の両方に
よる信号伝達を実現する半導体装置を簡単に製造できる
ようになる。

【００１３】また、基板に設けられる複数の光導波路
と、半導体基板に複数の発光素子が形成されて成るアレ
イ状発光素子と、半導体基板に複数の受光素子が形成さ
れて成るアレイ状受光素子とを備えており、複数の光導
波路に対応してアレイ状発光素子の複数の発光素子とア
レイ状受光素子の複数の受光素子とが基板に実装されて
いる半導体装置でもある。

【００１４】このような本発明では、基板に設けられる
複数の光導波路に対応して、アレイ状発光素子とアレイ
状受光素子とを実装することで、使用する発光素子、受
光素子にのみ電気信号を与えることで、電気および光の
両方による信号伝達機能を備えた所望の回路構成から成
る半導体装置を容易に製造できるようになる。

【００１５】また、本発明は、半導体基板に複数の発光
素子と複数の受光素子とが交互に形成されている電子部
品実装用基板でもある。

【００１６】このような本発明では、半導体基板に形成
された複数の発光素子および複数の受光素子のうち光に
よる信号伝送を行うもののみに電気配線および光導波路
を形成することで光を主体として信号伝送を行う半導体
装置を容易に構成できる。しかも、複数の発光素子と複
数の受光素子とが交互に形成されているため、光信号の
伝送を行う経路の選択や組み合わせを自在に設定できる
ようになる。

【００１７】また、基板の一方面側に形成される電気配
線層と、この基板の他方面側に形成される光導波路とを
備える電子部品実装用基板でもある。

【００１８】このような本発明では、基板の電気配線層
に電子部品、発光素子および受光素子を接続すること
で、電気配線層を介した電気による信号伝達を行うこと
ができるとともに、発光素子から出射した光を光導波路
を介して受光素子へ伝達することで光導波路を介した光
による信号伝達を行うことができるようになる。つま
り、この電子部品実装用基板を用いることで、電気およ
び光の両方による信号伝達機能を備えた所望の回路構成
から成る半導体装置を容易に製造できるようになる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施形態を説
明する模式断面図である。この第１実施形態は、電気に
よる信号伝達と光による信号伝達とを両立する半導体装
置１に関するものである。

【００２０】すなわち、この半導体装置１は、シリコン
やガリウム砒素等からなる半導体基板１０に形成される
電子回路素子１１と、半導体基板１０に形成される発光
素子１２および受光素子１３と、半導体基板１０に形成
される光導波路１４とを備えている。

【００２１】半導体基板１０の一主面には通常の半導体
プロセスによって所定の回路（ロジックやメモリ等）を
構成するトランジスタや抵抗、コンデンサ等の電子回路
素子１１が形成されるとともに、発光素子１２として半
導体レーザ、受光素子１３としてフォトダイオードが通
常の半導体プロセスによって形成される。この発光素子
１２である半導体レーザとしては、面発光型を用いて光
導波路１４側へ光を出射できるものを用いる。

【００２２】また、半導体基板１０の電子回路素子１
１、発光素子１２および受光素子１３を覆う状態に絶縁
保護膜１５が形成されている。しかも、この絶縁保護膜
１５を介して電子回路素子１１と発光素子１２や受光素
子１３と電気的に接続する配線パターン１６が形成され
ている。

【００２３】一方、半導体基板１０の他主面にはデュア
ルダマシン法等によって例えばＳｉＯ₂から成る光導波
路１４が形成されている。ここで、デュアルダマシン法
とは、半導体基板１０の発光素子１２および受光素子１
３と対応する部分に孔加工を施すとともに、光導波路１
４となる部分に溝加工を施し、それら例えＳｉＯ₂を埋
め込んで、余分な部分をＣＭＰ（化学物理研磨）によっ
て除去することで、光導波路１４と発光素子１２および
受光素子１３との光路とを一括して形成する方法であ
る。

【００２４】このようにして形成された光導波路１４
は、半導体基板１０の一主面に設けられた発光素子１２
および受光素子１３と光路が接続されている。半導体基
板１０の他主面は例えばアルミニウム電極１７で覆われ
ており、発光素子１２および受光素子１３等の接地電
極、光導波路１４の反射膜、放熱体としての役目を果た
している。

【００２５】このような半導体装置１における動作は以
下のようになる。先ず、電子回路素子１１（Ａ）から出
力される電子信号は、配線パターン１６（Ａ）を介して
発光素子１２（Ａ）へ伝えられる。発光素子１２（Ａ）
では配線パターン１６（Ａ）から伝達された電気信号に
基づき光を出射し、光導波路１４へ伝える。発光素子１
２（Ａ）から出射された光は光導波路１４を伝搬して受
光素子１３（Ａ）まで到達する。

【００２６】受光素子１３（Ａ）は光導波路１４を伝搬
してきた光を受けて電気信号に変換し、受光素子１３
（Ａ）から出力される電気信号は、配線パターン１６
（Ｂ）を介して電子回路素子１１（Ｂ）へ伝えられる。
電子回路素子１１（Ｂ）では、配線パターン１６（Ｂ）
から伝達された電気信号に基づき所定の動作を行う。

【００２７】つまり、電子回路素子１１（Ａ）から電子
回路素子１１（Ｂ）への信号伝達において、電気と光と
の両方が用いられることになり、電気のみならず光を用
いることで高速での信号伝達を行うことが可能となる。

【００２８】また、本実施形態の半導体装置１では、電
子回路素子１１や発光素子１２、受光素子１３、光導波
路１４等を全て半導体プロセスにより形成でき、電気と
光との両方で信号伝達を行う半導体装置１として半導体
基板１０を中心とした基板一体型のモジュールを構成す
ることが可能となる。

【００２９】次に、第２実施形態の説明を行う。図２
は、第２実施形態を説明する模式図で、（ａ）は断面
図、（ｂ）は平面図である。第２実施形態は、電気によ
る信号伝達と光による信号伝達とを両立する電子部品実
装用基板１００に関するものである。

【００３０】すなわち、この電子部品実装用基板１００
は、シリコンやガリウム砒素等から成る半導体基板１０
と、この半導体基板１０に形成される発光素子１２およ
び受光素子１３と、半導体基板１０に形成される光導波
路１４とから構成される。

【００３１】発光素子１２および受光素子１３は半導体
基板１０の一主面側に形成され、必要な数だけ形成して
も、また予め複数形成しておき、必要なものだけに配線
パターン１６を接続するようにしてもよい。

【００３２】発光素子１２は面発光型の半導体レーザで
あり、配線パターン１６から得た電気信号に応じて光を
生成し、光導波路１４側へ光を出射する。受光素子１３
はフォトダイオードであり、光導波路１４を伝搬してき
た光を受けて電気信号に変換する。

【００３３】半導体基板１０の一主面側の発光素子１２
および受光素子１３は絶縁保護膜１５によって被覆さ
れ、絶縁保護膜１５には所定の配線パターン１６が形成
されている。配線パターン１６は必要に応じて発光素子
１２や受光素子１３に接続されている。この配線パター
ン１６によって電気による信号伝達が行われる。

【００３４】光導波路１４は半導体基板１０の他主面側
に例えばデュアルダマシン法によってＳｉＯ₂が溝に埋
め込まれることで形成されている。また、半導体基板１
０の他主面は例えばアルミニウム電極１７で覆われてお
り、発光素子１２および受光素子１３等の接地電極、光
導波路１４の反射膜、放熱体としての役目を果たしてい
る。

【００３５】このような電子部品実装用基板１００の配
線パターン１６には、別途パッケージ化された電子部品
２０が実装される。電子部品２０には例えばバンプ電極
Ｂが形成されており、このバンプ電極Ｂを半田によって
配線パターン１６と溶融接続することにより機械的、電
気的な接続を実現している。また、配線パターン１６に
はボンディングワイヤーＷが接続されており、外部回路
との間の信号入出力を行うことができるようになってい
る。

【００３６】例えば、電子部品２０（Ａ）にボンディン
グワイヤーＷから電気信号が入力され、これに基づき所
定の処理を行った結果、バンプ電極Ｂ（Ａ）から電気信
号が出力されたとする。バンプ電極Ｂ（Ａ）は配線パタ
ーン１６（Ａ）を介して発光素子１２（Ａ）と電気的に
接続されている。

【００３７】発光素子１２（Ａ）は配線パターン１６
（Ａ）から電子部品２０（Ａ）の出力信号を得て光を生
成する。発光素子１２（Ａ）で生成された光は光導波路
１４側へ出射され、光導波路１４内を伝搬していく。

【００３８】光導波路１４内を伝搬してきた光は受光素
子１３（Ａ）にて取り込まれ、ここで電気信号に変換さ
れる。受光素子１３（Ａ）には配線パターン１６（Ｂ）
が接続されており、受光によって変換された電気信号は
配線パターン１６（Ｂ）を介して電子部品２０（Ｂ）の
バンプ電極Ｂ（Ｂ）から電子部品２０へ入力される。

【００３９】このような本実施形態の電子部品実装用基
板１００を用いることで、電子部品２０（Ａ）から電子
部品２０（Ｂ）への信号伝達を、電気のみならず光を用
いることができ、高速な信号処理を行うことが可能とな
る。また、電子部品実装用基板１００として、配線パタ
ーン１６の構成を変えることで、種々の動作の電子部品
２０を組み合わせて利用することができ、実装基板とし
て汎用性を得ることもできる。

【００４０】なお、第２実施形態に係る電子部品実装用
基板１００においては、絶縁保護膜１５上に、実装する
電子部品との接続に合わせた配線パターン１６を予め形
成しておいても、また発光素子１２に対応した位置に配
線パターン１６を形成するための金属膜を形成した状態
のものでもよい。この場合には、実装する電子部品に合
わせて使用する発光素子１２のみへ電気信号を送るよう
配線パターンを後で形成すればよい。

【００４１】また、同様に、絶縁保護膜１５上の受光素
子１３に対応した位置に配線パターン１６を形成するた
めの金属膜を形成しておいてもよい。この場合には、実
装する電子部品に合わせて使用する受光素子１３のみへ
電気信号を送るよう配線パターンを後で形成すればよ
い。

【００４２】また、絶縁保護膜１５上のほぼ全面に金属
膜を形成しておいてもよい。この場合には、実装する電
子部品に合わせて使用する発光素子１２および受光素子
１３のみへ電気信号を送るような配線パターンを後で形
成すればよい。

【００４３】次に、第３実施形態の説明を行う。図３は
第３実施形態の一部を説明する模式図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。また、図４は第３実施形態
の配線パターンを含む状態を説明する模式図で、（ａ）
は平面図、（ｂ）は断面図である。第３実施形態は、電
気による信号伝達と光による信号伝達とを両立する電子
部品実装用基板１００に関し、予めマトリクス状に複数
の発光素子１２および複数の受光素子１３が形成されて
いるものである。

【００４４】すなわち、この電子部品実装用基板１００
は、シリコンやガリウム砒素等の半導体基板１０にマト
リクス状に形成される複数の発光素子１２と、同じくマ
トリクス状で発光素子１３と互い違いに形成される複数
の受光素子１３と、半導体基板１０に形成され、発光素
子１２と受光素子との間で光を伝達する複数の光導波路
１４と、複数の発光素子１２および複数の受光素子１３
のうち選択されたものへ電気信号を与える配線パターン
１６とを備えている。

【００４５】この電子部品実装用基板１００では、予め
マトリクス状に形成された複数の発光素子１２および複
数の受光素子１３のうち、実装する電子部品に合わせて
選択されたものへ配線パターン１６を接続して、電子部
品間の信号伝達を電気と光との両方で行うようにしてい
る。したがって、実現する回路構成や電子部品の種類に
応じて配線パターン１６を変えればどのようなものにも
対応できる高い汎用性を備えることになる。

【００４６】この電子部品実装用基板１００を製造する
には、先ず半導体基板１０の他主面に複数の光導波路１
４を形成する。例えば、１０ｍｍ×２０ｍｍサイズ程度
の半導体基板１０を用い、１０μｍピッチで幅７μｍ程
度の溝を形成し、その中にＳｉＯ₂を埋め込むデュアル
ダマシン法で光導波路１４を形成する。

【００４７】次に、各光導波路１４に沿って面発光型の
半導体レーザから成る発光素子１２とフォトダイオード
から成る受光素子１３を半導体基板１０の一主面側に交
互に形成する。

【００４８】その後、半導体基板１０の他主面にアルミ
ニウム電極１７もしくは光導波路１４に対して屈折率の
低い素材の膜を形成し、光導波路１４を全反射導波路と
する。そして、半導体基板１０の一主面に絶縁保護膜１
５を形成して発光素子１２および受光素子１３を覆う。

【００４９】次に、図４に示すように、実現する電子部
品の回路構成に合わせた配線パターン１６を絶縁保護膜
１５上に形成する。これにより第３実施形態の電子部品
実装用基板１００が完成する。なお、図５の模式図に示
すように、配線パターン１６を形成するための金属膜１
６ａを、発光素子１２に対応する部分および受光素子１
３に対応する部分にだけ形成しておき、その後に実装す
る電子部品に合わせてパターニングできるような形で製
品化してもよい。

【００５０】また、図示しないが、発光素子１２に対応
する部分だけ、あるいは受光素子１３に対応する部分だ
け、もしくはほぼ全面に金属膜を形成しておき、その後
に実装する電子部品に合わせてパターニングできるよう
にしておいてもよい。

【００５１】図６は、第３実施形態に係る電子部品実装
用基板に電子部品を実装した状態を説明する模式図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。図６に示す例
では、本実施形態の電子部品実装用基板１００に３つの
電子部品２０（Ａ）、２０（Ｂ）、２０（Ｃ）が実装さ
れている。

【００５２】この実装による信号伝達動作は次のように
なる。先ず、ボンディングワイヤーＷによって外部回路
から入力された電気信号が配線パターン１６から電子部
品２０（Ａ）に入力される。この電気信号は電子部品２
０（Ａ）内で処理されて、所定の出力となる電気信号が
バンプ電極Ｂ（Ａ）から出力される。

【００５３】バンプ電極Ｂ（Ａ）から出力された電気信
号は配線パターン１６（Ａ）を介して発光素子１２
（Ａ）に送られる。発光素子１２（Ａ）は配線パターン
１６（Ａ）から送られる電気信号を得て光を生成し、こ
れを光導波路１４側へ出射する。

【００５４】発光素子１２（Ａ）から出射された光は光
導波路１４を伝搬していき、受光素子１３（Ａ）に到達
する。受光素子１３（Ａ）は光導波路１４を伝搬してき
た光を受けて、この光に基づく電気信号を生成する。

【００５５】受光素子１３（Ａ）で生成された電気信号
は配線パターン１６（Ｂ）を介してバンプ電極Ｂ（Ｂ）
から電子部品２０（Ｂ）へ入力される。電子部品２０
（Ｂ）ではバンプ電極Ｂ（Ｂ）から入力した電気信号に
基づき所定の処理を行い、配線パターン１６（Ｃ）を介
してその出力である電気信号を電子部品２０（Ｃ）へ伝
える。

【００５６】このような動作によって電子部品２０
（Ａ）から電子部品２０（Ｂ）、電子部品２０（Ｃ）へ
信号が受け渡されていく。本実施形態では、信号伝達に
おいて電気と光との両方を利用するため、例えば高速な
信号伝送が必要となる電子部品２０（Ａ）と電子部品２
０（Ｂ）との間は光を中心とした信号伝送、それほど高
速を要求されない電子部品（Ｂ）と電子部品（Ｃ）との
間を電気による信号伝送というように回路構成によって
信号伝達の媒体を選択することができるようになる。

【００５７】次に、第４実施形態について説明する。図
７は第４実施形態を説明する模式断面図である。第４実
施形態は、電気と光との両方による信号伝達を実現でき
る電子部品実装用基板１００に関する。

【００５８】すなわち、この電子部品実装用基板１００
は、石英ガラス等の基板１０ａの一主面側に形成される
電気配線層３０と、基板１０ａの他主面側に形成される
光導波路１４とを備えている。

【００５９】図７に示す例においては、電気配線層３０
が、導体パターン４１が形成される第１層３１と、導体
パターン４１を上の層とつなげるためのビアホール４２
が形成される第２層３２と、ビアホール４２と接続され
実装する電子部品との接触を得るパッド４３が形成され
る第３層３３との３層構造になっている。

【００６０】光導波路１４は、例えば紫外線照射硬化型
樹脂を用いたスタンピング技術によって形成されており
端部に反射手段１４ａを備えている。

【００６１】スタンピング技術では、紫外線を透過でき
るガラスに光導波路１４および反射手段１４ａとなる形
が反転した凹溝を形成してガラス型を構成しておき、こ
の凹溝に紫外線照射硬化型樹脂を入れた状態で基板１０
ａの他主面と接触させる。そして、この状態でガラス型
を介して紫外線を照射することで凹溝内の紫外線照射硬
化型樹脂を硬化させ、ガラス型を剥がすことで凹溝に対
応した形状の光導波路１４および反射手段１４ａを形成
する。なお、スタンピング技術による成形のほか、射出
成形法によって光導波路１４および反射手段１４ａを成
形してもよい。

【００６２】また、基板１０ａの周縁には導波層保護壁
１４ｂが設けられており、この導波層保護壁１４ｂを介
して保護基板（後述）を取り付けることにより、光導波
路１４との間に空洞を設けて光導波路１４の特性保護お
よび外圧からの保護を図るようにしている。

【００６３】図８は、本実施形態の電子部品実装用基板
への電子部品実装を説明する模式断面図である。この電
子部品実装用基板１００への実装では、配線層３０の第
３層３３に設けられたパッド４３に電子部品２０
（Ａ）、２０（Ｂ）および発光装置１２０ならびに受光
装置１３０を接続する。また、基板１０ｂの導波層保護
壁１４ｂを介して保護基板４０が取り付けられる。

【００６４】ここで、発光装置１２０は光導波路１４の
一端側の反射手段１４ａと対応した位置に実装され、受
光装置１３０は光導波路１４の他端側の反射手段１４ｂ
と対応した位置に実装される。

【００６５】図９は、本実施形態の電子部品実装用基板
に実装した各部品の動作を説明する模式断面図である。
配線層３０上に実装した発光装置１２０は面発光型の半
導体レーザであり、所定波長のレーザ光を図中下方へ出
射するようになっている。

【００６６】ここで、実装された電子部品２０（Ａ）の
動作によって出力が得られると、その出力である電気信
号はパッド４３ａからビアホール４２を介して導体パタ
ーン４１ａに伝わり、さらに他方のビアホール４２から
パッド４３ｂを介して発光装置１２０へ送られる。

【００６７】発光装置１２０は、パッド４３ｂを介して
送られる電気信号を得て所定波長のレーザ光を生成し、
図中下方へ出射する。発光装置１２０から出射された光
は配線層３０および基板１０ａを透過して反射手段１４
ａで図中横方向へ反射され、光導波路１４へ導かれる。

【００６８】光は光導波路１４を伝搬していき、他端側
の反射手段１４ａによって図中上方へ反射される。反射
した光は基板１０ａおよび配線層３０を透過して受光装
置１３０で受光され、電気信号に変換される。

【００６９】受光装置１３０で変換された電気信号は、
パッド４３ｃからビアホール４２を介して導体パターン
４１ｂに伝わり、他端のビアホール４２からパッド４３
ｄを介して電子部品２０（Ｂ）に入力される。

【００７０】このような電気および光による信号の伝達
で、電子部品２０（Ａ）から電子部品２０（Ｂ）への信
号送信が行われる。したがって、電子部品２０（Ａ）か
ら電子部品２０（Ｂ）に対して光による高速な信号伝達
を行うことが可能となる。

【００７１】図１０は、光導波路を多層にした例を示す
模式断面図である。この電子部品実装用基板１００で
は、基板１０ａの一主面側に配線層３０が設けられてお
り、基板１０ａの他主面側に多層で光導波路１４が設け
られている。

【００７２】配線層３０には電子部品２０（Ａ）、２０
（Ｂ）および２０（Ｃ）が実装されるとともに、発光装
置１２０（Ａ）、１２０（Ｂ）、受光装置１３０
（Ａ）、１３０（Ｂ）が実装されている。また、光導波
路１４は、基板１０ａの他主面に形成されるものと、こ
の光導波路１４を保護する保護基板４０ａの外側に形成
されるものとがある。

【００７３】このような電子部品実装用基板１００に上
記電子部品２０（Ａ）、２０（Ｂ）、２０（Ｃ）および
発光装置１２０、１２０（Ｂ）、受光装置１３０
（Ａ）、１３０（Ｂ）を実装することで、次のような動
作が行われる。

【００７４】すなわち、電子部品２０（Ａ）の動作によ
って得られる電気信号はパッド４３ａからビアホール４
２を介して導体パターン４１ａへ伝わり、さらにビアホ
ール４２からパッド４３ｂを介して発光装置１２０
（Ａ）へ伝わる。

【００７５】発光装置１２０（Ａ）はパッド４３ｂから
得た電気信号に基づき図中下方へレーザ光から成る光を
出射する。この光は反射手段１４ａ’で反射して光導波
路１４’へ導かれ、光導波路１４’を伝搬してもう一方
の反射手段１４ａ’で図中上方へ反射する。そして、反
射した光は受光装置１３０（Ａ）で電気信号に変換さ
れ、パッド４３ｃから出力される。

【００７６】受光装置１３０（Ａ）から出力された電気
信号はパッド４３ｃからビアホール４２を介して導体パ
ターン４１ｂに伝わり、ビアホール４２からパッド４３
ｄを介して電子部品２０（Ｂ）へ入力される。

【００７７】一方、電子部品２０（Ａ）はパッド４３ｅ
へ他の電気信号を出力する。この電気信号は導体パター
ン４１ｃへ伝わりパッド４３ｆを介して発光装置１２０
（Ｂ）へ入力される。発光装置１２０（Ｂ）は入力され
た電気信号に基づきレーザ光から成る光を図中下方へ出
射する。

【００７８】この光は反射手段１４ａ”で反射して光導
波路１４”へ導かれ、光導波路１４”を伝搬して、もう
一方の反射手段１４ａ”で図中上方へ反射する。そし
て、反射した光は受光装置１３０（Ｂ）で電気信号に変
換され、パッド４３ｇから出力される。

【００７９】受光装置１３０（Ｂ）から出力された電気
信号はパッド４３ｇから導体パターン４１ｄに伝わり、
パッド４３ｈを介して電子部品２０（Ｃ）へ入力され
る。このような電気および光の伝達により、電子部品
（Ａ）から電子部品（Ｂ）および電子部品（Ｃ）への独
立した信号伝達が行われる。

【００８０】なお、光導波路１４は同層に複数本設けら
れていてもよい。また、２層より多い多層であっても同
様である。

【００８１】次に、第５実施形態の説明を行う。図１１
は第５実施形態を説明する模式断面図である。この第５
実施形態は、主として光による信号伝送を行うための電
子部品実装用基板１００に関する。

【００８２】すなわち、本実施形態の電子部品実装用基
板１００は、半導体基板１０に複数の発光素子１２と複
数の受光素子１３とが交互に形成されたものから構成さ
れる。また、発光素子１２および受光素子１３が形成さ
れた半導体基板１０の一主面には絶縁保護膜１５が形成
され、半導体基板１０の他主面には石英ガラス等の透光
性の基板１０ａが形成されている。この基板１０ａと発
光素子１２および受光素子１３との間には光の入出力の
窓となる導光孔ｈが設けられている。

【００８３】次に、このような電子部品実装用基板１０
０を用いた半導体装置の製造方法および動作を図１２〜
図１４の模式断面図に基づき説明する。先ず、図１２に
示すように、本実施形態の電子部品実装用基板１００の
絶縁保護膜１５上に配線パターン１６を備えた配線層３
０を形成する。一方、基板１０ａの周縁には導波路保護
壁１４ｂを形成する。この配線層３０の形成では、複数
の発光素子１２および複数の受光素子１３のうち、回路
構成で必要となる（動作させる）ものだけに電気信号を
与えるための接続を行う。

【００８４】次に、図１３に示すように、配線層３０の
上に電子部品２０（Ａ）および電子部品２０（Ｂ）を実
装する。また、配線パターンと導通した発光素子１２お
よび受光素子１３の位置に対応した基板１０ａに反射手
段１４ａを各々形成するとともに、これらの反射手段１
４ａをつなぐように光導波路１４を形成する。反射手段
１４ａおよび光導波路１４は、例えば紫外線照射硬化型
樹脂を用いたスタンピング技術によって成型される。

【００８５】さらに、反射手段１４ａおよび光導波路１
４を保護するため、導波路保護壁１４ｂを介して保護基
板４０を取り付ける。これにより半導体装置が完成す
る。

【００８６】この半導体装置の動作は、図１４に示すよ
うに、先ず電子部品２０（Ａ）の動作による出力の電気
信号を配線パターン１６を介して導通する発光素子１２
へ入力する。この信号入力によって発光素子１２からレ
ーザ光から成る光が生成され、図中下方へと出射され
る。

【００８７】発光素子１２から出射された光は導光孔ｈ
から基板１０ａを透過して反射手段１４ａで反射し、光
導波路１４へ導かれる。そして光導波路１４を伝搬し、
もう一方の反射手段１４ａで図中上方へ反射される。

【００８８】図中上方へ反射した光は、基板１０ａおよ
び導光孔ｈを透過して受光素子１３で受け取られ、ここ
で電気信号に変換される。受光素子１３で変換された出
力である電気信号は配線パターン１６を介して電子部品
２０（Ｂ）へと伝わり、入力される。このような動作に
よって、電子部品２０（Ａ）から電子部品２０（Ｂ）へ
光を主体とした信号伝達を行うことが可能となる。

【００８９】また、本実施形態の電子部品実装用基板１
００では、複数の発光素子１２と複数の受光素子１３と
が交互に形成されていることから、構成する回路に応じ
て配線パターン１６を導通させる発光素子１２および受
光素子１３を選択することによって異なる回路構成であ
っても利用できる汎用性を備えている。

【００９０】次に、第６実施形態の説明を行う。第６実
施形態は、格子状の光導波路を備える電子部品実装用基
板に関する。図１５は、格子状の光導波路を説明する模
式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【００９１】すなわち、この格子状の光導波路１４は、
石英ガラス等の透光性の基板１０ａに例えば紫外線照射
硬化型樹脂を用いたスタンピング技術により、複数本の
光導波路１４を縦横に交差させたものである。また、複
数本の光導波路１４のうち、必要な箇所にエッチングを
施して全反射ミラーＭを形成している。

【００９２】なお、基板１０ａは実装する電子部品の基
材（シリコン等）と熱膨張率の近い材質のものを選択す
ることで、熱変動に対する相互応力の発生を抑えて微細
接合に対する信頼性を向上できるようになる。

【００９３】図１６は、このような格子状の光導波路を
用いた本実施形態の電子部品実装用基板を説明する模式
図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。すなわ
ち、この電子部品実装用基板１００は、格子状の光導波
路１４が形成された基板１０ａの反対面側に配線層３０
が設けられたものである。配線層３０は、パッド４３と
必要に応じてパッド４３間の導通をとる配線パターン１
６およびビアホール４２をから構成される。

【００９４】図１７は、本実施形態の電子部品実装用基
板への部品実装を説明する模式図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。すなわち、基板１０ａに形成さ
れた配線層３０のパッド４３に電子部品２０（Ａ）、２
０（Ｂ）、２０（Ｃ）が実装されるとともに、発光装置
１２０および受光装置１３０も実装される。また、パッ
ド４３には必要に応じてボンディングワイヤーＷが接続
され、外部との電気信号入出力が行われる。

【００９５】本実施形態の電子部品実装用基板１００に
実装する発光装置１２０および受光装置１３０は、発光
部および受光部がアレイ状に配列されたものを用いてい
る。図１８は発光装置および受光装置を説明する模式図
で、（ａ）は発光装置の断面図、（ｂ）は発光装置の平
面図、（ｃ）は受光装置の断面図、（ｄ）は受光装置の
平面図である。

【００９６】すなわち、発光装置１２０は細長状の半導
体基板１０１の長手方向に沿って複数の発光群１２０１
が形成されたもので、１つの発光群１２０１が半導体基
板１０１の短手方向に沿って４つの発光部１２０ａから
構成されている。つまり、１つの発光群１２０１は４つ
の発光部１２０ａが並列接続されており、一つの給電パ
ッド１２０２から電流を供給することで４つの発光部１
２０ａから光を出射できるようになっている。なお、４
つの発光部１２０ａのうち１つでも発光すれば信号伝送
を行うことができるような冗長設計となっている。

【００９７】また、受光装置１３０は細長状の半導体基
板１０２の長手方向に沿って複数の受光部１３０ａが形
成されたものである。受光部１３０ａは半導体基板１０
２の短手方向に沿って広く形成されており、光信号を確
実に受けることができるようになっている。

【００９８】発光装置１２０の給電パッド１２０２およ
び受光装置１３０の出力パッド１３０２はいずれも半導
体基板１０１、１０２の下面側（実装面側）に露出して
おり、フェースダウン実装によって図１７に示すパッド
４３と導通できるようになっている。

【００９９】図１７に示すように、このような発光装置
１２０、受光装置１３０および電子部品２０（Ａ）、２
０（Ｂ）、２０（Ｃ）を所定のパッド４３に接続させる
ように実装することで、以下のような動作が実現でき
る。

【０１００】すなわち、ボンディングワイヤーＷによっ
て外部から入力された電気信号はパッド４３から電子部
品２０（Ａ）に入力される。電子部品２０（Ａ）に入力
された電気信号は内部で処理され、所定の電気信号とし
て出力される。

【０１０１】電子部品２０（Ａ）から出力された電気信
号はパッド４３から配線パターン１６を介して発光装置
１２０へ伝えられる。本実施形態の発光装置１２０はア
レイ状に複数の発光群１２０１（図１８参照）が形成さ
れており、必要な発光群１２０１の給電パッド１２０２
のみがパッド４３と導通している。したがって、電子部
品２０（Ａ）から伝えられた電気信号は、パッド４３と
導通する給電パッド１２０２のみに入力され、電気信号
が入力された給電パッド１２０２と導通する発光群１２
０１のみが発光する状態となる。

【０１０２】発光装置１２０から出射される光は図中下
方に放出され、基板１０ａを透過して全反射ミラーＭで
図中横方向へ反射される。そして反射した方向に沿った
光導波路１４内を伝搬し、他の全反射ミラーＭで図中上
方に反射される。

【０１０３】全反射ミラーＭで図中上方に反射した光は
基板１０ａを透過して実装されている受光装置１３０の
対応する受光部１３０ａ（図１８参照）に取り込まれ
る。ここで光は電気信号に変換され、出力パッド１３０
２から出力される。

【０１０４】受光装置１３０の出力パッド１３０２から
出力された電気信号は、導通する配線パターン１６を介
して電子部品２０（Ｃ）に伝えられたり、パッド４３に
接続されたボンディングワイヤーＷから外部へ出力され
る。

【０１０５】このような本実施形態の電子部品実装用基
板１００では、光による信号伝送を行うための発光装置
１２０や受光装置１３０を別途実装することから、必要
なサイズで確実に動作する発光装置１２０、受光装置１
３０を用意することができ、半導体装置の歩留まりを向
上させることができるようになる。

【０１０６】また、光導波路１４が予め格子状に形成さ
れているため、全反射ミラーＭの形成位置によって種々
の光路を選択することができる。これによって、実装す
る電子部品２０や発光装置１２０、受光装置１３０のレ
イアウトに合わせた光伝送経路を選ぶことができるよう
になる。

【０１０７】また、本実施形態では光を反射させるため
全反射ミラーＭを用いているが、光導波路１４を伝搬す
る光を途中から分岐するためハーフミラーを形成するよ
うにしてもよい。

【０１０８】なお、上記説明したいずれの実施形態で
も、１つの発光装置、発光素子に対して複数の受光装
置、受光素子を対応させてもよい。この場合、１つの発
光装置（発光素子）から出射される光を伝搬する１つの
光導波路１４に複数の受光装置（受光素子）を配置して
おき、各々の受光装置（受光素子）に光を導くようにす
ればよい。また、この場合、各受光装置（受光素子）に
対応して光導波路１４に反射手段を設けても、また光導
波路１４に微量の乱反射材をドープして各受光装置（受
光素子）で光を受けることができるようにしても、光導
波路１４の境界面を微細波形形状あるいは粗面化するこ
とで光を受光装置（受光素子）側へ反射させるようにし
てもよい。

【０１０９】また、本実施形態では主として直線状の光
導波路１４を用いる例を説明したが、曲線状にして光を
伝搬させたり、途中分岐させて複数系統へ分けるように
構成してもよい。

【０１１０】さらに、一つの光導波路１４に複数の発光
装置（発光素子）と複数の受光装置（受光素子）とを対
応させてもよい。この場合、同じ光導波路１４に異なる
発光装置（発光素子）から出射された光が伝搬されるこ
とになるが、各発光装置（発光素子）毎に発光波長を変
えるようにしておき、この発光波長に対応した受光波長
の受光装置（受光素子）を設けておくことで、波長の異
なる光を一つの光導波路１４で多重伝送できるようにな
る。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果がある。すなわち、半導体装置の構成にお
いて、信号の伝達を電気および光の両方で行うにあた
り、予め電子部品実装用基板に光導波路が構成されてい
るため、所望の回路を簡単かつ確実に実現することが可
能となる。これにより、高速な処理が必要な電子部品間
は光を用いた信号伝送を行い、通常の処理でよい電子部
品間は電気を用いた信号伝送を行うような構成を簡単に
実現でき、高速処理とコストダウンとの両立を図ること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態を説明する模式断面図である。

【図２】第２実施形態を説明する模式図で、（ａ）は断
面図、（ｂ）は平面図である。

【図３】第３実施形態の一部を説明する模式図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図４】第３実施形態の配線パターンを含む状態を説明
する模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図５】金属膜の形成を説明する模式図である。

【図６】第３実施形態に係る電子部品実装用基板に電子
部品を実装した状態を説明する模式図で、（ａ）は平面
図、（ｂ）は断面図である。

【図７】第４実施形態を説明する模式断面図である。

【図８】本実施形態の電子部品実装用基板への電子部品
実装を説明する模式断面図である。

【図９】本実施形態の電子部品実装用基板に実装した各
部品の動作を説明する模式断面図である。

【図１０】光導波路を多層にした例を示す模式断面図で
ある。

【図１１】第５実施形態を説明する模式断面図である。

【図１２】半導体装置の製造方法を説明する模式断面図
（その１）である。

【図１３】半導体装置の製造方法を説明する模式断面図
（その２）である。

【図１４】半導体装置の動作を説明する模式断面図であ
る。

【図１５】格子状の光導波路を説明する模式図で、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図１６】格子状の光導波路を用いた本実施形態の電子
部品実装用基板を説明する模式図で、（ａ）は平面図、
（ｂ）は断面図である。

【図１７】本実施形態の電子部品実装用基板への部品実
装を説明する模式図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面
図である。

【図１８】発光装置および受光装置を説明する模式図
で、（ａ）は発光装置の断面図、（ｂ）は発光装置の平
面図、（ｃ）は受光装置の断面図、（ｄ）は受光装置の
平面図である。

【符号の説明】

１…半導体装置、１０…半導体基板、１１…電子回路素
子、１２…発光素子、１３…受光素子、１４…光導波
路、１５…絶縁保護膜、１６…配線パターン、２０…電
子部品、３０…配線層、４１…導体パターン、４２…ビ
アホール、４３…パッド、１００…電子部品実装用基
板、１２０…発光装置、１３０…受光装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 由尾 啓 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 佐藤 修三 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 2H047 KA04 KB08 MA07 QA04 QA05 RA08 TA05 TA11

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板に形成される電子回路素子
   と、 前記半導体基板に形成される発光素子および受光素子
   と、 前記半導体基板に形成される光導波路とを備えており、 前記電子回路素子で生成された電気信号に基づき前記発
   光素子から出射された光を前記光導波路を介して前記受
   光素子へ伝達し、該受光素子で受けた光を電気信号に変
   換することを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 半導体基板に形成される発光素子および
   受光素子と、 前記半導体基板に形成される光導波路とを備えており、 前記半導体基板に実装される電子部品からの電気信号に
   基づき前記発光素子から出射される光を前記光導波路を
   介して前記受光素子へ伝達し、該受光素子で受けた光を
   電気信号に変換することを特徴とする電子部品実装用基
   板。
3. 【請求項３】 前記半導体基板の少なくとも前記発光素
   子と対応する部分に絶縁層を介した金属膜が形成されて
   いることを特徴とする請求項２記載の電子部品実装用基
   板。
4. 【請求項４】 前記半導体基板の少なくとも前記受光素
   子と対応する部分に絶縁層を介した金属膜が形成されて
   いることを特徴とする請求項２記載の電子部品実装用基
   板。
5. 【請求項５】 前記半導体基板のほぼ全面に絶縁層を介
   した金属膜が形成されていることを特徴とする請求項２
   記載の電子部品実装用基板。
6. 【請求項６】 半導体基板にマトリクス状に形成される
   複数の発光素子および複数の受光素子と、 前記半導体基板に形成され、前記複数の発光素子と前記
   複数の受光素子との間で光を伝達する複数の光導波路
   と、 前記半導体基板に形成され、前記複数の発光素子および
   複数の受光素子のうち選択されたものへ電気信号を与え
   る配線パターンとを備えることを特徴とする電子部品実
   装用基板。
7. 【請求項７】 １本の前記光導波路に対応して複数の発
   光素子が設けられていることを特徴とする請求項６記載
   の電子部品実装用基板。
8. 【請求項８】 １本の前記光導波路に対応して複数の受
   光素子が設けられていることを特徴とする請求項６記載
   の電子部品実装用基板。
9. 【請求項９】 基板に設けられる複数の光導波路と、半
   導体基板に複数の発光素子が形成されて成るアレイ状発
   光素子と、 半導体基板に複数の受光素子が形成されて成るアレイ状
   受光素子とを備えており、 前記複数の光導波路に対応して前記アレイ状発光素子の
   複数の発光素子と前記アレイ状受光素子の複数の受光素
   子とが前記基板に実装されていることを特徴とする半導
   体装置。
10. 【請求項１０】 前記アレイ状発光素子および前記アレ
    イ状受光素子には、選択された発光素子および受光素子
    にのみ電気信号を与える配線が施されていることを特徴
    とする請求項９記載の半導体装置。
11. 【請求項１１】 半導体基板に複数の発光素子と複数の
    受光素子とが交互に形成されていることを特徴とする電
    子部品実装用基板。
12. 【請求項１２】 基板の一方面側に形成される電気配線
    層と、 前記基板の他方面側に形成される光導波路とを備えるこ
    とを特徴とする電子部品実装用基板。