JP2005252041A - Photoelectric conversion device and its mounting structure, interposer and optical information processor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置及びその実装構造、インターポーザー、並びに光情報処理装置に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion device, a mounting structure thereof, an interposer, and an optical information processing device.
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。 Currently, signal propagation between semiconductor chips such as LSI (Large Scale Integrated Circuit) is all done by electrical signals via substrate wiring. However, with the recent increase in MPU functionality, the amount of data exchanged between chips has increased remarkably, and as a result, various high frequency problems have emerged. Typical examples thereof include RC signal delay, impedance mismatch, EMC / EMI, crosstalk, and the like.
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。 In order to solve the above problems, the mounting industry and others have so far taken the lead in solving various problems such as optimization of wiring layout and development of new materials.
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。 However, in recent years, the effects of optimization of the wiring layout and development of new materials have been hampered by physical limitations, and it is assumed that simple semiconductor chips will be mounted in order to realize further advanced system functionality in the future. It has become necessary to review the structure of the printed wiring board itself. In recent years, various drastic measures have been proposed to solve these problems, but the following are representative examples.
・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。
-Fine wiring bonding by multi-chip module (MCM) High-performance chip is mounted on a precision mounting substrate such as ceramic and silicon, and fine wiring bonding that cannot be formed on a motherboard (multilayer printed circuit board) is realized. As a result, the pitch of the wiring can be narrowed, and the amount of data exchange increases dramatically by widening the bus width.
・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。
-Sealing and integration of various semiconductor chips and electrical wiring bonding by integration Various semiconductor chips are two-dimensionally sealed and integrated using polyimide resin or the like, and fine wiring bonding is performed on the integrated substrate. As a result, the pitch of the wiring can be narrowed, and the amount of data exchange increases dramatically by widening the bus width.
・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。
-Three-dimensional bonding of semiconductor chips A through electrode is provided in various semiconductor chips, and each is bonded to form a laminated structure. Thereby, the connection between the different types of semiconductor chips is physically short-circuited, and as a result, problems such as signal delay are avoided. On the other hand, however, problems such as an increase in the amount of heat generated due to lamination and thermal stress between semiconductor chips occur.
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15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。
Furthermore, in order to realize high speed and large capacity of signal transmission / reception as described above, an optical transmission coupling technique using optical wiring has been developed (for example, see Non-Patent
一方、上記したような発光素子52や受光素子53は、例えば図16に示すように、GaAs等の基板54上に実装され、これら素子52、53を駆動するための回路55とは、素子52又は53に接続された引き出し電極56及びGaAs基板54に形成された貫通電極57を介して電気的に接続されている。例えば、貫通電極57は、基板54に貫通孔を形成後、酸化絶縁膜を孔側壁の全面に成膜し(図示省略)、電極となる金属をエピタキシャル成長させることによって作製することができる。 On the other hand, the light emitting element 52 and the light receiving element 53 as described above are mounted on a substrate 54 such as GaAs as shown in FIG. 16, for example, and the circuit 55 for driving these elements 52 and 53 is the element 52. Alternatively, they are electrically connected through a lead electrode 56 connected to 53 and a through electrode 57 formed in the GaAs substrate 54. For example, the through electrode 57 can be manufactured by forming a through hole in the substrate 54, forming an oxide insulating film on the entire surface of the hole side wall (not shown), and epitaxially growing a metal serving as an electrode.
また、レーザー光等の信号光58は広がったビーム形状となるので、発光素子52からの信号光58を平行光化して効果的に光導波路51へ入射させるため或いは光導波路51から出射された光58を集光して効果的に受光素子53へ受光させるために、発光素子52及び受光素子53に対応する位置にそれぞれレンズ等の光学部品59が配されている。 Further, since the signal light 58 such as a laser beam has a broadened beam shape, the signal light 58 from the light emitting element 52 is converted into parallel light and effectively incident on the optical waveguide 51 or emitted from the optical waveguide 51. An optical component 59 such as a lens is disposed at a position corresponding to the light emitting element 52 and the light receiving element 53 in order to collect the light 58 and cause the light receiving element 53 to receive light effectively.
しかしながら、上記した従来例のように、発光素子52又は受光素子53と、これらの素子52、53を駆動するための回路55とを電気的に接続するために、GaAs等の基板54に貫通電極57を形成するのは、貫通孔の形成工程において、素子52、53がダメージを受ける可能性がある。また、高アスペクト比の貫通孔に金属を埋め込むような深ビアめっきプロセスは、困難である。さらに、GaAs基板54の素子52、53が実装された面とは反対の面にパッド電極60を形成する必要があり、これはコストが高くなりかつ形成が困難である。 However, as in the conventional example described above, in order to electrically connect the light emitting element 52 or the light receiving element 53 and the circuit 55 for driving these elements 52 and 53, a through electrode is formed on a substrate 54 such as GaAs. The reason why 57 is formed is that the elements 52 and 53 may be damaged in the process of forming the through hole. Further, a deep via plating process in which a metal is embedded in a high aspect ratio through hole is difficult. Furthermore, it is necessary to form the pad electrode 60 on the surface opposite to the surface on which the elements 52 and 53 of the GaAs substrate 54 are mounted, which increases the cost and is difficult to form.
また、レンズ等の光学部品59を配するに際し、発光素子52又は受光素子53との位置合わせが困難である。 Further, when the optical component 59 such as a lens is arranged, it is difficult to align the light emitting element 52 or the light receiving element 53.
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、光の出射又は受光を効果的に行うことができ、低コストな光電変換装置及びその実装構造、インターポーザー、並びに光情報処理装置を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to effectively emit or receive light, and a low-cost photoelectric conversion device and its mounting structure. It is to provide an interposer and an optical information processing apparatus.
即ち、本発明は、インターポーザーに光電変換素子が実装されてなる光電変換装置において、
前記インターポーザーが光透過性であって、前記光電変換素子の光電変換部との対向 位置に光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部を有し、
前記光電変換素子が前記光電変換部の引き出し電極を有し、この引き出し電極が前記 インターポーザーの配線電極に接続されている
ことを特徴とする、光電変換装置に係るものである。また、本発明の光電変換装置が、前記インターポーザーを介して実装基板に実装されている、光電変換装置の実装構造に係るものである。
That is, the present invention provides a photoelectric conversion device in which a photoelectric conversion element is mounted on an interposer.
The interposer is light transmissive, and has a lens part that performs light collimation or light focusing at a position facing the photoelectric conversion part of the photoelectric conversion element;
The photoelectric conversion device according to the present invention is characterized in that the photoelectric conversion element has an extraction electrode of the photoelectric conversion unit, and the extraction electrode is connected to a wiring electrode of the interposer. Moreover, the photoelectric conversion device of the present invention relates to a mounting structure of a photoelectric conversion device that is mounted on a mounting substrate via the interposer.
また、光透過性であって、光電変換素子の光電変換部と対向する位置に光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部を有し、更に配線電極を有し、この配線電極と前記光電変換素子における前記光電変換部の引き出し電極とが接続されて光電変換装置を構成する、インターポーザーに係るものである。 In addition, the light-transmitting lens has a lens part that performs light collimation or light focusing at a position facing the photoelectric conversion part of the photoelectric conversion element, and further has a wiring electrode. The wiring electrode and the photoelectric conversion element And the lead electrode of the photoelectric conversion unit is connected to the interposer constituting the photoelectric conversion device.
さらに、本発明の光電変換装置と、光導波路とを有する、光情報処理装置に係るものである。 Furthermore, the present invention relates to an optical information processing apparatus having the photoelectric conversion device of the present invention and an optical waveguide.
本発明の光電変換装置において、前記インターポーザーは光透過性であって、前記光電変換素子の前記光電変換部との対向位置に光コリメーション又は光集束作用をなす前記レンズ部を有し、前記光電変換素子が前記光電変換部の前記引き出し電極を有し、この引き出し電極が前記インターポーザーの前記配線電極に接続されている。そして、本発明の光電変換装置の実装構造によれば、本発明の光電変換装置が、前記インターポーザーを介して実装基板に実装されているので、上述した従来例のように、前記光電変換素子とこの素子を駆動するための回路とを電気的に接続するための貫通電極を形成する必要がない。従って、前記光電変換素子がダメージを受けることなく、容易かつ低コストである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, the interposer is light transmissive, and includes the lens unit that performs light collimation or light focusing at a position facing the photoelectric conversion unit of the photoelectric conversion element, and The conversion element has the extraction electrode of the photoelectric conversion unit, and the extraction electrode is connected to the wiring electrode of the interposer. And according to the mounting structure of the photoelectric conversion device of the present invention, since the photoelectric conversion device of the present invention is mounted on the mounting substrate via the interposer, the photoelectric conversion element as in the conventional example described above. It is not necessary to form a through electrode for electrically connecting the circuit for driving this element to the circuit. Therefore, the photoelectric conversion element is easy and low cost without being damaged.
また、前記インターポーザーが光コリメーション又は光集束作用をなす前記レンズ部を有するので、前記光電変換素子の前記光電変換部との位置合わせは容易であり、また光の出射又は入射を効果的に行うことができる。 In addition, since the interposer includes the lens unit that performs light collimation or light focusing, the alignment of the photoelectric conversion element with the photoelectric conversion unit is easy, and light emission or incidence is effectively performed. be able to.
本発明において、前記光電変換素子が前記インターポーザーの一方の面側に配され、前記レンズ部が前記光電変換素子とは反対の面側に配されていることが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said photoelectric conversion element is distribute | arranged to the one surface side of the said interposer, and the said lens part is distribute | arranged to the surface side opposite to the said photoelectric conversion element.
また、前記レンズ部が前記インターポーザーと一体成形されていることが好ましい。これにより、部品点数が増えることがなく、生産性が高い。 Moreover, it is preferable that the said lens part is integrally molded with the said interposer. Thereby, the number of parts does not increase and the productivity is high.
また、前記インターポーザーが、前記配線電極に接続された外部端子を有していることが好ましく、前記外部端子と前記実装基板の電極とを電気的に接続すればよい。 The interposer preferably includes an external terminal connected to the wiring electrode, and the external terminal and the electrode of the mounting substrate may be electrically connected.
さらに、本発明に基づく光電変換装置の実装構造は、前記光電変換素子が前記実装基板と非接触とすることができる。これにより、使用時に発生した熱を効果的に放熱することができ、熱によって前記光電変換素子がダメージを受けるのを防止することが可能となる。 Furthermore, in the mounting structure of the photoelectric conversion device according to the present invention, the photoelectric conversion element can be in non-contact with the mounting substrate. Thereby, it is possible to effectively dissipate heat generated during use, and it is possible to prevent the photoelectric conversion element from being damaged by heat.
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。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
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、インターポーザー2に光電変換素子3が実装されている。
First Embodiment FIG. 1 is a schematic sectional view of a photoelectric conversion device according to the present invention. As shown in FIG. 1, in a
インターポーザー2は光透過性であり、材質としては例えば石英などが好適である。そして、光電変換素子3の光電変換部4との対向位置に光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部5を有している。また、光電変換素子3と接続するための配線電極6を有する。
The interposer 2 is light transmissive, and as a material, for example, quartz is preferable. And it has the lens part 5 which makes a light collimation or light focusing effect | action in the position facing the
光電変換素子3は、例えば50μm厚のGaAs等からなる基板7上に光電変換部4が配され、更に光電変換部4の引き出し電極8を有する。そして、この引き出し電極8と、インターポーザー2の配線電極6とがはんだバンプ9aを介して接続されている。なお、光電変換部4としては、後述する光導波路に光を入射させるための発光素子(例えばレーザー光)、或いは光導波路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)が挙げられる。基板7としては、GaAs、InP、Si等、波長や用途により種々に適用可能である。また、引き出し電極8はアノードであり、光電変換部4と接続されていない電極40はカソードである。光電変換部4は、基板7上に後付けで配しても良いが、基板7としてGaAs等を用いる場合には、GaAsを成長させて光電変換部4を作製することもできる。
The
具体的には、光電変換素子3がインターポーザー2の一方の面側に配され、レンズ部5が光電変換素子3とは反対の面側に配されている。また、光電変換素子3とインターポーザー2との間にエポキシ等のアンダーフィラーを充填してもよい。
Specifically, the
また、インターポーザー2は、配線10によって配線電極6に接続された外部端子11を有しており、この外部端子11を介して再配線基板又はプリント配線板などの実装基板12の電極13と接続されている。接続方法としては、図示するように、例えばはんだバンプ9b等を用いて電気的に接続すればよい。これにより、本発明に基づく光電変換装置1を、インターポーザー2を介して実装基板12に実装することができる。
Further, the interposer 2 has an
ここで、光電変換素子3が実装基板12と非接触となっていることが好ましい。これにより、使用時に発生した熱を効果的に放熱することができ、熱によって光電変換素子3がダメージを受けるのを防止することが可能となる。光電変換素子3と実装基板12とを非接触とするには、図示するように、例えば光電変換素子3とインターポーザー2とを接続するはんだバンプ9aの径を、インターポーザー2と実装基板12とを接続するはんだバンプ9bの径より小さくすればよい。具体的には、光電変換素子3とインターポーザー2とを接続するはんだバンプ9aの径を約φ50μmとし、インターポーザー2と実装基板12とを接続するはんだバンプ9bの径を約φ100μmとすることができる。
Here, the
次に、本発明に基づくインターポーザー2の製造方法の一例を図2〜図3を参照して説明する。 Next, an example of the manufacturing method of the interposer 2 based on this invention is demonstrated with reference to FIGS.
まず、図2(a)に示すように、石英等の光透過性の基板14上にCu層15を形成する。次に、図2(b)に示すように、Cu層15上に更にレジスト16を塗布し、図2(c)に示すように、露光してパターニングする。そして、図2(d)に示すように、レジスト16を除去する。これにより、石英基板14の一方の面側に配線電極6、配線10及び外部端子11を作製することができる。
First, as shown in FIG. 2A, a
次に、図3(e)に示すように、石英基板14の配線電極6とは反対の面側に、厚膜レジスト17を塗布し(例えば厚さ30〜40μm)、3次元露光を行う。そして、一般的なドライエッチングによりレジスト17を除去すれば、レンズ部5を基板14と一体成形することができる。このような一体成形の場合、部品点数が増えることがなく、生産性が高い。
Next, as shown in FIG. 3E, a thick film resist 17 is applied to the surface of the
以上のようにして、図3(f)に示すように、一方の面側には配線電極6、配線10及び外部端子11を有し、他方の面側にはレンズ部5を有する、本発明に基づくインターポーザー2を作製することができる。
As described above, as shown in FIG. 3 (f), the present invention has the
ここで、上記に一方の面側に配線電極6、配線10及び外部端子11を形成した後、他方の面側にレンズ部5を形成する例を挙げたが、図2(a)〜(d)の配線6、10、11形成プロセスと図3(e)〜(f)のレンズ部5形成プロセスとが逆であってもよい。
Here, although the example which forms the lens part 5 in the other surface side after forming the
次に、本発明に基づく光電変換装置の実装プロセスの一例を図4を参照して説明する。 Next, an example of a mounting process of the photoelectric conversion device according to the present invention will be described with reference to FIG.
まず、図4(a)に示すように、図2〜図3のようにして作製した本発明に基づくインターポーザー2の配線電極6と、光電変換素子3の引き出し電極8とをはんだバンプ(例えば約φ50μm)9aを用い、高融点はんだ(250℃程度)によって接続し、本発明に基づく光電変換装置1を作製する。このとき、本発明に基づくインターポーザー2が光透過性であるので、インターポーザー2のレンズ部5と光電変換素子3の光電変換部4との位置合わせは容易に行うことができる。また、セルフアライメント効果(実装位置ばらつき±1μm以下)により、本発明に基づくインターポーザー2と光電変換素子3とのアライメントが容易である。さらに、加工精度の高い本発明に基づくインターポーザー2と、光電変換素子3におけるGaAs等の基板7との接合であるため、はんだ9aのサイズ及びピッチを小さくすることができる。
First, as shown in FIG. 4A, the
次に、図4(b)に示すように、本発明に基づくインターポーザー2の配線電極6に接続された外部端子11と、実装基板12の電極13とをはんだバンプ(例えば約φ100μm)9bを用い、低融点はんだ(150℃程度)によって接続する。
Next, as shown in FIG. 4B, the
以上のようにして、本発明に基づく光電変換装置1を、インターポーザー2を介して実装基板12に実装することができる。なお、図示するように、光電変換素子3とインターポーザー2とを接続するはんだバンプ9aの径を、インターポーザー2と実装基板12とを接続するはんだバンプ9bの径より小さくする等して、光電変換素子3を実装基板12と非接触とすることが好ましい。これにより、使用時に発生した熱を効果的に放熱することができ、熱によって光電変換素子3がダメージを受けるのを防止することが可能となる。また例えば、図示省略したが、実装基板12上に実装したアンプ素子等の他の素子と、光電変換素子3との間に間隙を設けることができるので、アンプ素子等の他の素子の熱が直接光電変換素子3に伝導しなくなり、熱により特性が悪化し易い光電変換部4としての発光素子(例えばレーザー)や受光素子(例えばフォトダイオード)の特性が安定する。
As described above, the
本発明に基づく光電変換装置において、インターポーザー2は光透過性であって、光電変換素子3の光電変換部4との対向位置に光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部5を有し、光電変換素子3が光電変換部4の引き出し電極8を有し、この引き出し電極8がインターポーザー2の配線電極6に接続されている。そして、本発明に基づく光電変換装置1の実装構造によれば、本発明に基づく光電変換装置1が、インターポーザー2を介して実装基板12に実装されているので、上述した従来例のように、光電変換素子3とこの素子3を駆動するための回路とを電気的に接続するための貫通電極を形成する必要がない。従って、光電変換素子3がダメージを受けることなく、容易かつ低コストである(以下、他の実施の形態も同様)。
In the photoelectric conversion device according to the present invention, the interposer 2 is light transmissive and has a lens unit 5 that performs light collimation or light focusing at a position facing the
また、本発明に基づくインターポーザー2が光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部5を有するので、光電変換素子3の光電変換部4との位置合わせは容易であり、また光の出射又は入射を効果的に行うことができる(以下、他の実施の形態も同様)。
Moreover, since the interposer 2 based on this invention has the lens part 5 which makes a light collimation or a light condensing effect | action, alignment with the
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18は、本発明に基づく光電変換装置1と、光導波路19とを有する。光導波路19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20a、20bと、これらクラッド20a、20b間に挟持されたコア層21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22を有する。更に、光導波路19のコア層21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。
Second Embodiment FIG. 5 is a schematic sectional view of an optical information processing apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 5, the optical
本発明に基づく光情報処理装置18のメカニズムは、前記光電変換部としての発光素子4aによって信号変調された光(例えばレーザー光)23が、インターポーザー2のレンズ部5でコリメーションされる。この信号光23は、更に光導波路19の光入射部に形成されたレンズ部材22によって集光され、光導波路19のコア層21へ効果的に入射される。入射した光23は光導波路19を導波し、光導波路19の光出射部に形成されたレンズ部材22によってコリメーションされて、光導波路19から出射される。そして、出射光23は、インターポーザー2のレンズ部5によって集光されて、前記光電変換部としての受光素子4bに効果的に受光される。このように、光導波路19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。
According to the mechanism of the optical
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、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。
Third Embodiment As described above, the optical information processing apparatus according to the present invention includes the photoelectric conversion apparatus according to the present invention and the optical waveguide, and the structure is appropriately selected as long as it does not depart from the content of the present invention. Although it is possible, for example, it can be suitably used for a structure having a socket and an optical waveguide installed in the socket.
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。 FIG. 6 is a schematic perspective view of the socket. 6A is a schematic perspective view of the socket as viewed from the surface side where the optical waveguide is installed, and FIG. 6B is a schematic perspective view as viewed from the opposite surface side of FIG. 6A. FIG.
図6に示すように、ソケット24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25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26とを有している。また、凹部25の深さは、前記光導波路の厚さよりも大きい。
As shown in FIG. 6, the
また、ソケット24の前記凹凸構造の凸面27には、ソケット24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28が設けられている。そして、この凹凸構造の凸面27上に、後述するように、本発明に基づく光電変換装置1が実装された再配線基板が固定される。
Further, on the
ソケット24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24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。
As the material of the
ソケット24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。
Although the manufacturing method of the
図7は、上記のソケット24を用いた本発明に基づく光情報処理装置18の概略斜視図である。図7(a)は、本発明に基づく光情報処理装置18の概略斜視図であり、図7(b)は、図7(a)のA−A’線概略断面図である。
FIG. 7 is a schematic perspective view of an optical
図7に示すように、ソケット24を用いた本発明に基づく光情報処理装置18は、一対のソケット24と、このソケット24に設置された光導波路19とを有し、この一対のソケット24間に光導波路19が架け渡されている。なお、光導波路19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19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19が破壊されるのを効果的に防止することができる。
As shown in FIG. 7, the optical
また、ソケット24の前記凹凸構造の凸面27上に、一方の面側に本発明に基づく光電変換装置1が実装され、かつ他方の面側に前記光電変換部を駆動するための回路29及び半導体チップ30a、30bが実装されてなる再配線基板31が固定されている。
A
再配線基板31は、図7(b)に示すように、一方の面側には半導体チップ30a、30b及び前記光電変換部を駆動するための回路29が実装されており、他方の面側には本発明に基づく光電変換装置1が実装されている。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19に光入射を行う発光素子(例えばレーザー光)4aと、光導波路19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)4bが用いられている。なお、図示省略したが、再配線基板31の周辺部には再配線電極が設けられている。
As shown in FIG. 7B, the rewiring
そして、凹部25に光導波路19が設置されてなる一対のソケット24と、再配線基板31とを固定するに際し、再配線基板31の本発明に基づく光電変換装置1が実装された面側をソケット24の凸面27と接するように構成し、またソケット24のターミナルピン28と再配線基板31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。
When the pair of
また、ソケット24の凹部25の深さを、光導波路19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19の一方の面32側と、本発明に基づくインターポーザー2との間に空間33を形成することができる。
Further, by forming the depth of the
上記したように、ソケット24上に、再配線基板31を介して半導体チップ30a、30bを実装し、及び光導波路19の一方の面32側と、本発明に基づくインターポーザー2との間に空間33を形成することにより、光情報処理装置18の使用時に半導体チップ30a、30bが発熱しても、この熱によって光導波路19が破壊されるのを効果的に防ぐことができる。
As described above, the semiconductor chips 30a and 30b are mounted on the
この動作のメカニズムは、一方の半導体チップ30a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4a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19の対応する一つのコア層21の光入射部に入射し、光導波路19が延伸する導波方向に導波され、他方のコア層21の光出射部から出射する。そして、光導波路19から出射された光信号は、対応する受光素子4bに受光されて電気信号に変換され、他方の半導体チップ30bに電気信号として伝送される。ここで、発光素子4a及び受光素子4bはそれぞれ、再配線基板31に実装された対応する駆動回路29と、インターポーザー2を介して接続され、制御されている。また、前記光信号はインターポーザー2のレンズ部5及び光導波路19のレンズ部材22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。
The mechanism of this operation is that an electric signal transmitted from one semiconductor chip 30a is converted into an optical signal and emitted from the light emitting element 4a as an optical signal by laser light. The emitted optical signal is incident on the light incident portion of one corresponding
本実施の形態の光情報処理装置18は、光導波路19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18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。
The optical
本発明に基づく光電変換装置1において、インターポーザー2は光透過性であって、光電変換素子3の光電変換部4a、4bとの対向位置に光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部5を有し、光電変換素子3が光電変換部4a、4bの引き出し電極8を有し、この引き出し電極8がインターポーザー2の配線電極6に接続されている。そして、本発明に基づく光電変換装置1の実装構造によれば、本発明に基づく光電変換装置1が、インターポーザー2を介して再配線基板31に実装されているので、上述した従来例のように、光電変換素子3とこの素子3を駆動するための回路29とを電気的に接続するための貫通電極を、基板7に形成する必要がない。従って、光電変換素子3がダメージを受けることなく、容易かつ低コストである。
In the
また、本発明に基づくインターポーザー2が光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部5を有するので、光電変換素子3の光電変換部4a、4bとの位置合わせは容易であり、また光の出射又は入射を効果的に行うことができる。
Moreover, since the interposer 2 based on this invention has the lens part 5 which makes a light collimation or a light focusing effect | action, alignment with the
また、光導波路19がソケット24の凹部25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24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。
Further, since the
また、光導波路19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24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24の凹部25に光導波路19を設置することができるので、光導波路19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。
Even if the
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24を作製でき、このソケット24上で、発光素子4a又は受光素子4b、及び光導波路19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。
Further, since the
さらに、半導体チップ30a、30bと、前記光電変換部としての発光素子4a又は受光素子4bとを、再配線基板31を介してその上下面に近接させて設置することができるので、半導体チップ30a、30bと、発光素子4a又は受光素子4bとの間の配線長を短くすることができる。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。
Furthermore, since the semiconductor chips 30a and 30b and the light emitting element 4a or the
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、半導体チップ30a、30bの高機能化に伴って半導体チップ30a、30b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18によれば、光導波路19がソケット24の凹部25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。
Further, in the electrical wiring structure according to the conventional example, since the optical waveguide is directly provided on the printed wiring board, the number of pins and wirings drawn from the semiconductor chips 30a and 30b increases as the functions of the semiconductor chips 30a and 30b increase. The design freedom of the printed wiring board is obstructed by the optical waveguide. As a result, it has become difficult to increase the functionality of the printed wiring board, and as a result, it has become a situation that relies on SOC (system on chip) that allows all functions to be contained in one chip. On the other hand, according to the optical
次に、本発明に基づく光情報処理装置18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。なお、図8及び図9は、図7(a)のA−A’線概略断面図である。
Next, an example of the manufacturing method of the optical
まず、図8(a)及び(b)に示すように、プリント配線板34上に、一対のソケット24を実装する。このとき、プリント配線板34上の電極(図示省略)と、ソケット24のターミナルピン28とを位置合わせして、前記電極とソケット24が電気的に接続されるように実装する。
First, as shown in FIGS. 8A and 8B, a pair of
なお、図示省略したが、プリント配線板34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。 Although not shown in the figure, other electronic components and electrical wiring are formed on the printed wiring board 34 in advance.
次に、図8(c)に示すように、ソケット24の凹部25に光導波路19を設置し、この一対のソケット24間に光導波路19を架け渡しさせる。このとき、ソケット24に設けられた前記凹凸構造としての突起部26により、光導波路19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25によって光導波路19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24の凹部25に光導波路19を設置するので、光導波路19とプリント配線板34とは非接触の状態になっている。
Next, as shown in FIG. 8C, the
このとき、図11に幾分誇張して示すように、光導波路19の実装時に、その光伝搬方向において、ソケット24に固定される光導波路19の長さが、プリント配線板34に固定された一対のソケット24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19を撓ませた状態で固定することにより、ソケット24のプリント配線板34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。
At this time, as shown in a somewhat exaggerated manner in FIG. 11, when the
光導波路19のソケット24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24の凹部25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24の突起部26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24の凹部25に、複数のコア層21が並んで配置されてなる光導波路19を設置する。上述したように、光導波路19の長さ方向及び幅方向における位置決めは、ソケット24に設けられた突起部26及び凹部25によって容易に行うことができる。ここで、溝36は突起部26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19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19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24の凹部25に光導波路19を接着固定することができる。
The means for fixing the
上記のようにしてソケット24に光導波路19を設置した後、図9(d)に示すように、ソケット24の凸面27上に、前記半導体チップとしての例えばMPU(micro processor unit)30a又はDRAM(dynamic random access memory)30b、及び前記光電変換部を駆動するための回路29と、本発明に基づく光電変換装置1とが実装された再配線基板31を固定する。このとき、再配線基板31の本発明に基づく光電変換装置1が実装された面側をソケット24の凸面27と接するように構成し、またソケット24の凸面27に露出したターミナルピン(図示省略)と再配線基板31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。
After installing the
次に、図9(e)に示すように、MPU30a、DRAM30b上にそれぞれ、アルミのフィン35を設置する。
Next, as shown in FIG. 9E,
以上のようにして、本発明に基づく光情報処理装置18を用いて、光導波路19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。
As described above, an optical wiring system in which the
ここで、図12は、本発明に基づく光情報処理装置18をプリント配線板34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。
Here, FIG. 12 is a schematic diagram showing an example in which the optical
本発明に基づく光電変換装置1において、インターポーザー2は光透過性であって、光電変換素子3の光電変換部4a、4bとの対向位置に光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部5を有し、光電変換素子3が光電変換部4a、4bの引き出し電極8を有し、この引き出し電極8がインターポーザー2の配線電極6に接続されている。そして、本発明に基づく光電変換装置1の実装構造によれば、本発明に基づく光電変換装置1が、インターポーザー2を介して再配線基板31に実装されているので、上述した従来例のように、光電変換素子3とこの素子3を駆動するための回路29とを電気的に接続するための貫通電極を、基板7に形成する必要がない。従って、光電変換素子3がダメージを受けることなく、容易かつ低コストである。
In the
また、本発明に基づくインターポーザー2が光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部5を有するので、光電変換素子3の光電変換部4a、4bとの位置合わせは容易であり、また光の出射又は入射を効果的に行うことができる。
Moreover, since the interposer 2 based on this invention has the lens part 5 which makes a light collimation or a light focusing effect | action, alignment with the
また、光導波路19がソケット24の凹部25に設置された状態でプリント配線板34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34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34上にソケット24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。
Further, since the
また、光導波路19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34にソケット24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24の凹部25に光導波路19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。
Even if the
また、プリント配線板34と比較して剛性の高い樹脂によってソケット24を作製でき、このソケット24上で、発光素子4a又は受光素子4b、及び光導波路19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。
Further, since the
また、半導体チップ30a、30bと、発光素子4a又は受光素子4bとを、再配線基板31を介してその上下面に近接させて設置することができるので、半導体チップ30a、30bと、発光素子4a又は受光素子4bとの間の配線長を短くすることができる。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。
In addition, since the semiconductor chips 30a and 30b and the light emitting element 4a or the
また、光導波路19がソケット24の凹部25に設置された状態でプリント配線板34に電気的に接続することができるので、プリント配線板34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。
Further, since the
さらに、ソケット24上に、再配線基板31を介して半導体チップ30a、30bを実装し、及び光導波路19の一方の面32側と、本発明に基づくインターポーザー2との間に空間33を形成することにより、光情報処理装置18の使用時に半導体チップ30a、30bが発熱しても、この熱によって光導波路19が破壊されるもの効果的に防ぐことができる。
Furthermore, the semiconductor chips 30a and 30b are mounted on the
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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the above-mentioned example can be variously modified based on the technical idea of this invention.
例えば、本発明に基づくインターポーザーにおいて、前記レンズ部が前記配線電極とは反対の面側にのみ形成された例を説明したが、前記レンズ部が前記配線電極と同一の面側にも形成されていてもよい。また、前記レンズ部の形状は特に限定されず、更に石英等の基板との一体成形ではなく、後付けで設置してもよい。 For example, in the interposer according to the present invention, the example in which the lens portion is formed only on the surface side opposite to the wiring electrode has been described, but the lens portion is also formed on the same surface side as the wiring electrode. It may be. In addition, the shape of the lens portion is not particularly limited, and may be installed later, not integrally with a substrate such as quartz.
また、前記光電変換素子と前記実装基板とを非接触とするために、前記光電変換素子と本発明に基づくインターポーザーとを接続するはんだバンプの径を、本発明に基づくインターポーザーと前記実装基板とを接続するはんだバンプの径より小さくする例を挙げたが、この他にも、以下に記す方法が挙げられる。但し、上記した異なる径のはんだバンプを用いる例が、最も安価であり、かつ容易である。
・本発明に基づくインターポーザーの前記外部端子の厚さを厚膜めっきにて形成し( 例えば厚さ100μmレベル)、本発明に基づくインターポーザーと、前記実装基板と の隙間を大きくする。
・本発明に基づくインターポーザーの前記外部端子に電極スペーサーを貼り付け、本 発明に基づくインターポーザーと、前記実装基板との隙間を大きくする。
・前記実装基板の、前記光電変換素子に相当する領域にのみ窪みを設ける。
・本発明に基づくインターポーザーの、前記光電変換素子に相当する領域にのみ選択 的に、フッ酸などを用いてエッチングを行う。
Further, in order to make the photoelectric conversion element and the mounting substrate non-contact, the diameter of the solder bump connecting the photoelectric conversion element and the interposer based on the present invention is set to the interposer based on the present invention and the mounting substrate. Although the example which makes it smaller than the diameter of the solder bump which connects and is mentioned, the method described below is mentioned other than this. However, the example using solder bumps having different diameters is the cheapest and easiest.
The thickness of the external terminal of the interposer according to the present invention is formed by thick film plating (for example, a thickness of 100 μm), and the gap between the interposer according to the present invention and the mounting substrate is increased.
An electrode spacer is attached to the external terminal of the interposer according to the present invention to increase the gap between the interposer according to the present invention and the mounting substrate.
A depression is provided only in a region corresponding to the photoelectric conversion element of the mounting substrate.
-Etching is selectively performed using hydrofluoric acid or the like only in the region corresponding to the photoelectric conversion element of the interposer according to the present invention.
また、本発明に基づく光電変換装置と前記実装基板との間に前記光電変換素子が存在するように、前記光電変換装置を前記実装基板に実装する例を説明したが、図13に示すように、本発明に基づくインターポーザー2に貫通電極39を設け、この貫通電極39を介して本発明に基づく光電変換装置1と実装基板12とを接続してもよい。
Moreover, although the example which mounts the said photoelectric conversion apparatus on the said mounting board | substrate was demonstrated so that the said photoelectric conversion element might exist between the photoelectric conversion apparatus based on this invention and the said mounting board | substrate, as shown in FIG. The interposer 2 according to the present invention may be provided with a through
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前記再配線基板とをはんだによって電気的に接続してもよい。 In addition, an example in which a terminal pin is provided as a conduction means for conducting the front and back surfaces of the socket has been described, but in addition to this, a through electrode is provided in the socket, and the socket and the printed wiring board are provided. The rewiring board may be electrically connected with solder.
また、前記ソケットは、図14に示すように、凸面27上に、前記再配線基板の位置決め機構38(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。
Further, as shown in FIG. 14, the socket may have a rewiring board positioning mechanism 38 (for example, a fitting boss) on the
また、ソケット24の凹部25に形成された突起部26の形状、大きさ等は特に限定されない。
Further, the shape, size, and the like of the
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。 Furthermore, in the present invention, the optical waveguide is not particularly limited, and any conventionally known optical waveguide can be used.
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。 The present invention is suitable for the above-described optical wiring system in which a signal is placed on a laser beam. However, the present invention can also be applied to a display or the like by selecting a light source or the like.
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。 The present invention efficiently collects and emits a predetermined light flux by an optical waveguide, or causes the signal light emitted after being efficiently incident on the optical waveguide to enter a light receiving element (such as an optical wiring or a photodetector) in the next stage circuit. It can be suitably used as an optical information processing apparatus such as an optical wiring configured as described above.
1…光電変換装置、2…インターポーザー、3…光電変換素子、4…光電変換部、
5…レンズ部、6…配線電極、7…基板(GaAs等)、8…引き出し電極、
9a、9b…はんだバンプ、10…配線、11…外部端子、12…実装基板、
13…電極、14…石英基板、15…Cu層、16…レジスト、17…厚膜レジスト、
18…光情報処理装置、19…光導波路、20a、20b…クラッド、21…コア層、
22…レンズ部材、23…信号光、24…ソケット、25…凹部、26…突起部、
27…凸面、28…ターミナルピン、29…素子駆動回路、
30a、30b…半導体チップ、31…再配線基板、33…空間、34…プリント配線板
DESCRIPTION OF
5 ... Lens portion, 6 ... Wiring electrode, 7 ... Substrate (GaAs, etc.), 8 ... Lead electrode,
9a, 9b ... solder bump, 10 ... wiring, 11 ... external terminal, 12 ... mounting board,
13 ... Electrode, 14 ... Quartz substrate, 15 ... Cu layer, 16 ... Resist, 17 ... Thick film resist,
DESCRIPTION OF
22 ... Lens member, 23 ... Signal light, 24 ... Socket, 25 ... Recess, 26 ... Projection,
27 ... Convex surface, 28 ... Terminal pin, 29 ... Element drive circuit,
30a, 30b ... Semiconductor chip, 31 ... Rewiring board, 33 ... Space, 34 ... Printed wiring board
Claims (11)
前記インターポーザーが光透過性であって、前記光電変換素子の光電変換部との対向 位置に光コリメーション又は光集束作用をなすレンズ部を有し、
前記光電変換素子が前記光電変換部の引き出し電極を有し、この引き出し電極が前記 インターポーザーの配線電極に接続されている
ことを特徴とする、光電変換装置。 In a photoelectric conversion device in which a photoelectric conversion element is mounted on an interposer,
The interposer is light transmissive, and has a lens part that performs light collimation or light focusing at a position facing the photoelectric conversion part of the photoelectric conversion element;
The photoelectric conversion device, wherein the photoelectric conversion element has an extraction electrode of the photoelectric conversion unit, and the extraction electrode is connected to a wiring electrode of the interposer.
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