JP2006030605A - 光電子装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ローコストな製造工程によっても、ＳｉＰなどの半導体装置と光導波シートなどの光配線間の光結合の精度が向上できる光電子装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】光デバイス１２を内蔵する半導体装置１０と、光反射面３０ｒを有して光デバイス１２と光結合する光導波路を有する光配線３０と、半導体装置１０と光配線３０の実装面に形成された配線２１と、半導体装置１０の実装領域において配線２１の端子部分を開口するパターンで開口部を有する保護絶縁膜２８と、光配線３０の実装領域において保護絶縁膜２８と同じ材料から形成された位置合わせ用のマーカ２８ｍとを有する実装基板２０とを有し、半導体装置１０は開口部（２８ａ，２８ｂ）内に露出している端子部分に突起電極１８を介して電気的に接続されて実装面に実装され、光配線３０は位置合わせ用のマーカ２８ｍを基準として実装面に実装されている構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は光電子装置およびその製造方法に関し、特に光デバイスと電子デバイスとが同一実装基板上に混載されたシステムインパッケージ（ＳｉＰ）形態の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一方で、このような半導体装置をプリント配線基板上に実装した電子回路装置としても、実装基板（プリント配線基板）上の部品実装密度をいかに向上させるかが重要な課題として研究および開発がなされてきた。

例えば、半導体装置のパッケージ形態としては、ＤＩＰ（Dual Inline Package）などのリード挿入型から表面実装型へと移行し、さらには半導体チップのパッド電極にはんだや金などからなるバンプ（突起電極）を設け、フェースダウンでバンプを介して配線基板に接続するフリップチップ実装法が開発された。

また、受動素子を内蔵し、整合回路やフィルタなどを取り込んだシステムインパッケージ（ＳｉＰ）と呼ばれる複雑な形態のパッケージへと進展しており、さらには、光デバイスと電子デバイスとが混載され、光配線と電気配線をともに有する光電子装置の形態へと開発が進んでいる。

図５は上記の従来例に係る光電子装置の模式断面図である。また、図６（ａ）は図５の要部拡大図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に対応する実装基板のレイアウトを示す平面図である。なお、図６（ｂ）のＡ−Ａ’における断面が図６（ａ）に相当する。このような構造の光電子装置の一例が特許文献１に記載されている。

光デバイス１２を内蔵するＳｉＰ形態の半導体装置１０（以下ＳｉＰ１０とも称する）が実装基板２０に実装されて光電子装置が構成されている。
ＳｉＰ１０は、放熱板として機能するシリコンチップ１１に、レーザダイオードなどの光デバイス１２およびＩＣ（集積回路）チップなどの電子デバイス１３が搭載され、光デバイス１２および電子デバイス１３の間隙を埋め込むようにエポキシ樹脂などの樹脂層１４が形成され、これらを被覆して層間絶縁膜１５が形成されており、光デバイス１２および電子デバイス１３の接続端子（１２ａ，１３ａ）に接続するようにプレート配線１６が形成されており、これを被覆して有機系の保護絶縁膜１７が形成されている。保護絶縁膜１７には開口部が設けられ、プレート配線１６が露出して端子となっており、この端子にプラスチックボールをハンダメッキで被覆してなるバンプ（突起電極）１８が搭載されている。

実装基板２０は、第１層配線２１、第１樹脂絶縁層２２、第２層配線２３ａ、第１接着層２３ｂ、第２樹脂絶縁層２４、第３層配線２５ａ、第２接着層２５ｂ、第３樹脂絶縁層２６および第４層配線２７が積層して形成されている。
第１層配線２１、第２層配線２３ａ、第３層配線２５ａおよび第４層配線２７は、それぞれ所定のパターンに沿って形成されており、さらに部分的にこれらを積層方向に接続するスルーホールＴＨが形成されている。

また、第１層配線２１の形成面上に、クラッド３０ａの内部にコア３０ｂが設けられ、シート状に成形されてなる光導波シート３０が接着層３１により貼り合わされている。
さらに、第１層配線２１を被覆してレジスト膜からなる保護絶縁膜２８が形成されている。保護絶縁膜２８には開口部が設けられ、第１層配線２１が露出して端子となっている。この端子にＳｉＰ１０のバンプ１８が接続して、ＳｉＰ１０がフェースダウンで実装基板２０に実装されている。

ここで、図６（ｂ）に示すように、第１層配線として、例えば信号配線２１ａと接地配線２１ｇがそれぞれパターン形成されており、これらを被覆して保護絶縁膜２８が形成されており、接地配線２１ｇと信号配線２１ａの端子部分を開口する開口部（２８ａ，２８ｂ）がそれぞれ形成されている。
また、光導波シート３０が貼り合わされる領域の接地配線２１ｇには、位置合わせ用の開口部マーカ２１ｍがパターン形成されている。

一方、第４層配線２７を被覆してレジスト膜からなる保護絶縁膜２９が形成されている。保護絶縁膜２９には開口部が設けられ、第４層配線２７が露出して端子となっている。この端子に接続して、実装部品４０が実装されている。

上記のＳｉＰ１０に内蔵される光デバイス１２の光出射部１２ｂから出射した光が光導波シート３０の光反射面３０ｒによってコア３０ｂの延伸方向に反射して、コア３０ｂを導波して不図示の領域に伝送されるようになっている。

上記の構成の光電子装置においては、ＳｉＰ１０と実装基板２０の電気的接続だけでなく、光接続も十分な精度を確保する必要があり、実装基板２０に対するＳｉＰ１０と光導波シート３０の実装は、ＸＹＺの３次元の各方向に高精度に行う必要がある。

上記の光電子装置の製造方法について説明する。
まず、ＳｉＰ１０の製造方法について説明する。
シリコンチップ１１に、光デバイス１２および電子デバイス１３を搭載し、これらの間隙を埋め込むように樹脂層１４を形成し、さらにこれらを被覆して光透過性の層間絶縁膜１５を形成する。
光デバイス１２および電子デバイス１３の接続端子（１２ａ，１３ａ）に接続するようにプレート配線１６を形成し、これを被覆して端子となる部分に開口部を有するように有機系の保護絶縁膜１７をパターン形成し、プラスチックボールをハンダメッキで被覆してなるバンプ１８を搭載する。

一方、実装基板２０としては、従来より知られている方法により、例えば樹脂シートに銅箔を貼り合わせ、パターン加工したものを積層し、さらに貫通開口部を形成して導電体で埋め込んでスルーホールを形成する。
表面の第１層配線２１は、ぞれぞれ図６（ｂ）に示すように、位置合わせ用の開口マーカ２１ｍを有する接地配線２１ｇと信号配線２１ａとを含むようなパターンに加工し、この上層にレジスト膜からなる保護絶縁膜２８を形成する。このとき、保護絶縁膜２８には、接地配線２１ｇと信号配線２１ａの端子部分を開口する開口部２８ａパターンを形成する。
また、裏面の第４層配線２７もまた所定のパターンに加工し、この上層に端子部分を開口するようにしてレジスト膜からなる保護絶縁膜２９をパターン形成する。

上記のようにして形成した実装基板２０上に、位置合わせ用の開口マーカ２１ｍを基準として位置合わせして、光導波シート３０を貼り合わせる。
次に、保護絶縁膜２８の開口部２８ａ内に露出した接地配線２１ｇと信号配線２１ａの端子部分に、ＳｉＰ１０のバンプ１８を接続して、ＳｉＰ１０をフェースダウンで実装基板２０に実装する。

さらに、必要に応じて、ＳｉＰ１０と実装基板２０の間隙に、エポキシ系樹脂などのアンダーフィル材を充填し、熱処理する。

上記の構造の光電子装置を形成する工程において、ＳｉＰ１０に内蔵される光デバイス１２の光出射部１２ｂの中心と光導波シート３０の光反射面３０ｒの中心を精度良く位置合わせすることが光結合として重要なポイントとなる。
上記の位置精度は、ＳｉＰ１０の構造の精度、実装基板２０自体の精度にも依存するが、光導波シート３０の実装基板２０への転写位置合わせ精度と、ＳｉＰのプレート電極１６に接続するバンプ１８の実装基板２０への搭載位置合わせ精度とが支配的となる。

光導波シート３０の実装基板２０への転写位置合わせ精度は、接地配線２１ｇに形成される位置合わせ用の開口マーカ２１ｍの位置精度と、開口マーカ２１ｍの中心Ｃ_21mを基準とする位置合わせ精度に依存する。
一方、ＳｉＰ１０に接続するバンプ１８の実装基板２０への搭載位置合わせ精度は、接地配線２１ｇと信号配線２１ａに対する保護絶縁膜２８の開口部（２８ａ，２８ｂ）の位置精度と、開口部（２８ａ，２８ｂ）の中心（Ｃ_28a，Ｃ_28b）を基準とする位置合わせ精度に依存する。

ここで、上記の光導波シート３０の位置合わせの基準となる位置合わせ用の開口マーカ２１ｍは接地配線２１ｇに設けられているのに対し、保護絶縁膜２８の開口部（２８ａ，２８ｂ）は保護絶縁膜２８に設けられている。実装基板を製作するローコストな製造工程の精度には±１０μｍ程度という限界があって、開口部２８ｂの中心Ｃ_28bと信号配線２１ａの中心Ｃ_21aが一致しない。
従って、開口マーカ２１ｍの中心Ｃ_21mを基準として搭載される光導波シート３０と、開口部（２８ａ，２８ｂ）の中心（Ｃ_28a，Ｃ_28b）を基準として搭載されるＳｉＰ１０は、開口部２８ｂの中心Ｃ_28bと信号配線２１ａの中心Ｃ_21aの位置ズレ分を最低限含むことになり、ＸＹ方向の位置ズレ±１５μｍでの光結合損失３ｄＢを目標に設計した場合、その他の位置ズレ要因を含めると、光電子装置としての光結合の目標を達成できないレベルとなってしまう。
特許第３４６５７９０号公報

解決しようとする問題点は、ローコストな製造工程において、ＳｉＰと光導波シートなどの間の光結合の精度を向上させることが困難である点である。

本発明の光電子装置は、光デバイスを内蔵する半導体装置と、光反射面を有して前記光デバイスと光結合する光導波路を有する光配線と、前記半導体装置と前記光配線の実装面に形成された配線と、前記半導体装置の実装領域において前記配線の端子部分を開口するパターンで開口部を有する保護絶縁膜と、前記光配線の実装領域において前記保護絶縁膜と同じ材料から形成された位置合わせ用のマーカとを有する実装基板とを有し、前記半導体装置は前記開口部内に露出している前記端子部分に突起電極を介して電気的に接続されて前記実装面に実装され、前記光配線は前記位置合わせ用のマーカを基準として前記実装面に実装されている。

上記の本発明の光電子装置は、光デバイスを内蔵する半導体装置と、光反射面を有して光デバイスと光結合する光導波路を有する光配線とが、実装基板に実装されている。
ここで、実装基板は、半導体装置と光配線の実装面に形成された配線と、半導体装置の実装領域において配線の端子部分を開口するパターンで開口部を有する保護絶縁膜と、光配線の実装領域において保護絶縁膜と同じ材料から形成された位置合わせ用のマーカとを有し、半導体装置は開口部内に露出している端子部分に突起電極を介して電気的に接続されて実装面に実装され、一方、光配線は位置合わせ用のマーカを基準として実装面に実装されている。

本発明の光電子装置の製造方法は、光デバイスを内蔵し、突起電極を有する半導体装置を形成する工程と、光反射面と光導波路を有する光配線を形成する工程と、実装基板の前記半導体装置と前記光配線の実装面に配線を形成する工程と、前記実装基板の前記半導体装置の実装領域において、前記配線の端子部分を開口するパターンで開口部を有する保護絶縁膜を形成し、前記光配線の実装領域において前記保護絶縁膜と同じ材料から位置合わせ用のマーカを形成する工程と、前記位置合わせ用のマーカを基準として前記実装面に前記光配線を実装する工程と、前記端子部分に前記突起電極を介して電気的に接続させて、内蔵する前記光デバイスが前記光配線と前記光反射面において光結合するように、前記実装面に前記半導体装置を実装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、まず、光デバイスを内蔵し、突起電極を有する半導体装置を形成する。一方、光反射面と光導波路を有する光配線を形成する。
次に、実装基板の半導体装置と光配線の実装面に配線を形成し、実装基板の半導体装置の実装領域において、配線の端子部分を開口するパターンで開口部を有する保護絶縁膜を形成し、光配線の実装領域において保護絶縁膜と同じ材料から位置合わせ用のマーカを形成する。
次に、位置合わせ用のマーカを基準として実装面に光配線を実装し、さらに、端子部分に突起電極を介して電気的に接続させて、内蔵する光デバイスが光配線と光反射面において光結合するように、実装面に半導体装置を実装する。

本発明の光電子装置は、実装基板として、半導体装置の実装領域において開口部を有する保護絶縁膜が形成され、一方、光配線の実装領域において保護絶縁膜と同じ材料から形成された位置合わせ用のマーカが形成されており、半導体装置は開口部内に露出している端子部分に実装され、一方、光配線は位置合わせ用のマーカを基準として実装されている。従って、配線に対する保護絶縁膜の位置ズレの成分を排除して半導体装置と光配線を位置決めすることができ、ローコストな製造工程によっても、ＳｉＰなどの半導体装置と光導波シートなどの光配線間の光結合の精度が向上している。

本発明の光電子装置の製造方法は、実装基板として、半導体装置の実装領域において開口部を有する保護絶縁膜を形成し、一方、光配線の実装領域において保護絶縁膜と同じ材料から位置合わせ用のマーカを形成し、開口部内に露出している端子部分に半導体装置を実装し、一方、位置合わせ用のマーカを基準として光配線を実装する。従って、配線に対する保護絶縁膜の位置ズレの成分を排除して半導体装置と光配線を位置決めすることができ、ローコストな製造工程によっても、ＳｉＰなどの半導体装置と光導波シートなどの光配線間の光結合の精度を向上させて製造できる。

以下に、本発明に係る光デバイスを内蔵するＳｉＰ形態の半導体装置と光導波シートを搭載した光電子装置および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。

図１は本実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。また、図２（ａ）は図１の要部拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に対応する実装基板のレイアウトを示す平面図である。なお、図２（ｂ）のＡ−Ａ’における断面が図２（ａ）に相当する。

光デバイス１２を内蔵するＳｉＰ形態の半導体装置１０（以下ＳｉＰ１０とも称する）が実装基板２０に実装されて光電子装置が構成されている。
例えば、ＳｉＰ１０は、放熱板として機能するシリコンチップ１１に、レーザダイオードなどの光デバイス１２およびＩＣ（集積回路）チップなどの電子デバイス１３が搭載され、光デバイス１２および電子デバイス１３の間隙を埋め込むようにエポキシ樹脂などの樹脂層１４が設けられている。
さらに、光デバイス１２、電子デバイス１３および樹脂層１４を被覆して層間絶縁膜１５が形成されており、光デバイス１２および電子デバイス１３の接続端子（１２ａ，１３ａ）に接続するようにプレート配線１６が形成されている。
また、プレート配線１６を被覆して有機系の保護絶縁膜１７が形成されており、保護絶縁膜１７には開口部が設けられ、プレート配線１６が露出して端子となっており、プラスチックボールをハンダメッキで被覆してなるバンプ１８が搭載されている。

実装基板２０は、第１層配線２１、第１樹脂絶縁層２２、第２層配線２３ａ、第１接着層２３ｂ、第２樹脂絶縁層２４、第３層配線２５ａ、第２接着層２５ｂ、第３樹脂絶縁層２６および第４層配線２７が積層して形成されている。
第１層配線２１、第２層配線２３ａ、第３層配線２５ａおよび第４層配線２７は、それぞれ所定のパターンに沿って形成されており、さらに部分的にこれらを積層方向に接続するスルーホールＴＨが形成されている。

また、第１層配線２１の形成面上に、光配線として、クラッド３０ａの内部にコア３０ｂが設けられ、シート状に成形されてなる光導波シート３０が接着層３１により貼り合わされている。
さらに、第１層配線２１を被覆してレジスト膜からなる保護絶縁膜２８が形成されている。保護絶縁膜２８には開口部が設けられ、第１層配線２１が露出して端子となっている。この端子にＳｉＰ１０のバンプ１８が接続して、ＳｉＰ１０がフェースダウンで実装基板２０に実装されている。

ここで、図２（ｂ）に示すように、第１層配線として、例えば信号配線２１ａと接地配線２１ｇがそれぞれパターン形成されており、これらを被覆して保護絶縁膜２８が形成されており、接地配線２１ｇと信号配線２１ａの端子部分を開口する開口部（２８ａ，２８ｂ）がそれぞれ形成されている。
また、光導波シート３０が貼り合わされる領域の接地配線２１ｇには、例えば矩形形状あるいは任意の形状の位置合わせ用の開口マーカ２１ｍがパターン形成されており、さらにこの内側に、保護絶縁膜２８と同じレジスト材料により、例えば矩形形状あるいは任意の形状の位置合わせ用のマーカ２８ｍがパターン形成されている。位置合わせ用の開口マーカ２１ｍおよび位置合わせ用のマーカ２８ｍは、必要に応じて多数形成されている。

さらに、上記の光導波シート３０にも、例えば十字あるいは任意の形状のパターンのシート用マーカ（不図示）が形成されている。シート用マーカも、必要に応じて多数形成されている。
光導波シート３０のシート用マーカと、実装基板２０に形成された位置合わせ用のマーカ２８ｍとが位置合わせされて、実装基板２０の光導波シート３０の実装領域において第１層配線２１上に光導波シート３０が貼り合わされている。

一方、第４層配線２７を被覆してレジスト膜からなる保護絶縁膜２９が形成されている。保護絶縁膜２９には開口部が設けられ、第４層配線２７が露出して端子となっている。この端子に接続して、実装部品４０が実装されている。

上記のＳｉＰ１０に内蔵される光デバイス１２の光出射部１２ｂから出射した光が、光導波シート３０に４５°の角度で設けられた光反射面３０ｒによってコア３０ｂの延伸方向に全反射して、コア３０ｂを導波して不図示の領域に伝送されるようになっている。
例えば、上記のように伝送された光は不図示の光受光部を有する光デバイスによって受光され、上記の光デバイスとの間で光を介した信号の授受を行うことができる。

本実施形態に係る光電子装置において、ＳｉＰ１０と実装基板２０の間の電気系と光系との配線接続は、ＸＹＺの３次元の各方向において高精度に行う必要がある。

特に、光導波シート３０などによる光配線を用いた場合は高さ方向（Ｚ方向）の精度も重要となり、バンプ１８として、例えばプラスチックボールのコアにハンダメッキを施したものを使用することで、ＳｉＰ１０と実装基板２０間の高さ方向の実装精度を確保することができ、この高さ精度はバンプ１８の直径にて規定される。
また、実装基板２０の第１層配線２１の導体厚みは、エッチング処理やメッキ処理などのロット間での変動、または基材の変更などによりばらついてしまうが、光導波シート３０を搭載する台座２１ｄとして第１層配線２１を用いることで、第１層配線２１の導体厚みが変動しても、ＳｉＰ１０と光導波シート３０の相対的位置は実質的に変動しないようにすることができ、高さ方向の精度を高めることができる。

一方、上記の光導波シート３０などの光配線を用いる場合には、実装基板の実装面に平行なＸＹ方向に対しても実装精度を確保することも重要である。
例えば、光導波シート３０は、ＳｉＰ１０に内蔵される光デバイス１２の光出射部１２ｂの中心と、光導波シート３０の光反射面３０ｒの中心とが一致するように配置され、台座２１ｄとなる第１層配線２１の上に接着層３１にて固定され、さらに第１層配線２１の台座２１ｄ部分の先端も光反射面３０ｒの中心部と一致するように位置決めして実装されている。

本実施形態の光電子装置においては、上記ように光導波シート３０の光反射面３０ｒと光デバイス１２の光出射部１２ｂの相対的位置の精度を高めるため、実装基板として、ＳｉＰ（半導体装置）の実装領域において開口部を有するレジスト膜からなる保護絶縁膜が形成され、一方、光導波シート（光配線）の実装領域において、保護絶縁膜と同じレジスト材料から形成された位置合わせ用のマーカが形成されている。ＳｉＰは開口部内に露出している端子部分に実装され、一方、光導波シートは位置合わせ用のマーカを基準として実装されている。

本実施形態に係る光電子装置によれば、配線に対する保護絶縁膜の位置ズレの成分を排除して半導体装置と光配線を位置決めすることができ、ローコストな製造工程によっても、ＳｉＰなどの半導体装置と光導波シートなどの光配線間の光結合の精度が向上している。

さらに、ＳｉＰ（半導体装置）１０の実装領域において形成された第１層配線２１が、接地配線２１ｇと信号配線２１ａとを含み、バンプ（突起電極）１８を介してＳｉＰ１０に接続される第１層配線２１の端子部分としては、接地配線２１ｇの端子部分が信号配線２１ａの端子部分より多いことが好ましい。
このような構成とすることで、ＳｉＰ１０を実装基板２０上にバンプ接続する実装ランドとして、接地配線２１ｇの端子部分を信号配線２１ａの端子部分より多数配置し、ハンダ接続のセルフアライメント効果を接地配線２１ｇの端子部分への接続位置にて支配的に位置決めすることができる。

本実施形態に係る上記の光電子装置の製造方法について説明する。
まず、ＳｉＰ１０の製造方法について説明する。
シリコンチップ１１に、光デバイス１２および電子デバイス１３を搭載し、これらの間隙を埋め込むように樹脂層１４を設け、さらにこれらを被覆して光透過性の層間絶縁膜１５を形成する。
光デバイス１２および電子デバイス１３の接続端子（１２ａ，１３ａ）に接続するようにプレート配線１６を形成し、これを被覆して端子となる部分に開口部を有するように有機系の保護絶縁膜１７をパターン形成し、プラスチックボールをハンダメッキで被覆してなるバンプ１８を搭載する。

一方、実装基板２０としては、従来より知られている方法により、例えば樹脂シートに銅箔を貼り合わせ、パターン加工したものを積層し、さらに貫通開口部を形成して導電体で埋め込んでスルーホールを形成する。
表面の第１層配線２１は、ぞれぞれ図２（ｂ）に示すように、位置合わせ用の開口マーカ２１ｍを有する接地配線２１ｇと信号配線２１ａとを含むようなパターンに加工する。位置合わせ用の開口マーカ２１ｍは、例えば矩形形状あるいは任意の形状とすることができる。

次に、第１層配線２１の上層に、レジスト膜からなる保護絶縁膜２８を形成する。このとき、保護絶縁膜２８には、接地配線２１ｇの端子部分を円形の形状に開口する開口部２８ａをパターンを形成し、また、信号配線２１ａの端子部分を信号配線２１ａよりも大きな円形の形状に開口する開口部２８ｂパターンを形成する。

上記の第１層配線２１としては、ＳｉＰ（半導体装置）１０の実装領域において第１層配線２１が接地配線２１ｇと信号配線２１ａとを含むように形成し、バンプ（突起電極）１８を介してＳｉＰ１０に接続される第１層配線２１の端子部分としては、接地配線２１ｇの端子部分が信号配線２１ａの端子部分より多く形成することが好ましい。
ＳｉＰ１０を実装基板２０上にバンプ接続する実装ランドとして、接地配線２１ｇの端子部分を信号配線２１ａの端子部分より多数配置し、ハンダ接続のセルフアライメント効果を接地配線２１ｇの端子部分への接続位置にて支配的に位置決めするようにする。

上記の保護絶縁膜２８をパターン形成する工程において、同時に、光導波シートの実装領域における位置合わせ用の開口マーカ２１ｍ内に、位置合わせ用のマーカ２８ｍをパターン形成する。位置合わせ用のマーカ２８ｍは、位置合わせ用の開口マーカ２１ｍと同様に例えば矩形形状あるいは任意の形状とすることができる。
また、裏面の第４層配線２７もまた所定のパターンに加工し、この上層に端子部分を開口するようにしてレジスト膜からなる保護絶縁膜２９をパターン形成する。

上記のようにして形成した実装基板２０の光導波シートの実装領域において、第１層配線２１の上層に、画像解析により位置合わせ用のマーカ２８ｍの位置を認識し、これを基準として、予め十字あるいは任意の形状のパターンとして光導波シート３０に設けられているシート用マーカとの間で位置合わせしながら、接着層３１により光導波シート３０を貼り合わせる。
次に、保護絶縁膜２８の開口部２８ａ内に露出した接地配線２１ｇと信号配線２１ａの端子部分に、ＳｉＰ１０のバンプ１８を接続して、ＳｉＰ１０をフェースダウンで実装基板２０に実装する。

さらに、必要に応じて、ＳｉＰ１０と実装基板２０の間隙に、エポキシ系樹脂などのアンダーフィル材を充填し、熱処理する。

上記の構造の光電子装置を形成する工程において、ＳｉＰ１０に内蔵される光デバイス１２の光出射部１２ｂの中心と光導波シート３０の光反射面３０ｒの中心を精度良く位置合わせすることが光結合として重要なポイントとなる。
光導波シート３０の実装基板２０への転写位置合わせ精度は、位置合わせ用の開口マーカ２１ｍ内に形成される位置合わせ用のマーカ２８ｍの位置精度と、マーカ２８ｍの中心Ｃ_28mを基準とする位置合わせ精度に依存する。
一方、ＳｉＰ１０に接続するバンプ１８の実装基板２０への搭載位置合わせ精度は、接地配線２１ｇと信号配線２１ａに対する保護絶縁膜２８の開口部（２８ａ，２８ｂ）の位置精度と、開口部（２８ａ，２８ｂ）の中心（Ｃ_28a，Ｃ_28b）を基準とする位置合わせ精度に依存する。

ここで、位置合わせ用のマーカ２８ｍと、開口部（２８ａ，２８ｂ）がパターン形成された保護絶縁膜２８は、同一の工程でパターン形成しているので、これらの間に位置ズレは実質的にない。

即ち、実装基板として、ＳｉＰ（半導体装置）の実装領域において開口部を有する保護絶縁膜を形成し、一方、光導波シート（光配線）の実装領域において保護絶縁膜と同じレジスト材料から位置合わせ用のマーカを形成し、開口部内に露出している端子部分にＳｉＰを実装し、一方、位置合わせ用のマーカを基準として光導波シートを実装するので、配線に対する保護絶縁膜の位置ズレの成分を排除して、ＳｉＰ１０に内蔵された光デバイス１２の光出射部１２ｂの中心と光導波シート３０の光反射面３０ｒの中心とが一致するように光結合が最適化され、ＳｉＰと光導波シートを位置決めすることができ、ローコストな製造工程によっても、ＳｉＰなどの半導体装置と光導波シートなどの光配線間の光結合の精度を向上させて製造できる。
このとき、位置合わせ用のマーカ２８ｍの中心Ｃ_28mと信号配線２１ａの端子部分の中心Ｃ_21aとの位置関係はズレが発生するが、ハンダ接続の柔軟性から位置ズレ吸収できる範囲である。

（実施例）
図３（ａ）は、本実施例に係る光電子装置の実装基板に形成された第１層配線（接地配線２１ｇ）のパターンと、それに形成された矩形形状の開口マーカ２１ｍのパターンおよび開口マーカ２１ｍ内に形成された矩形形状のレジスト材料からなる位置合わせ用のマーカ２８ｍのパターンのレイアウトを示す平面図である。開口マーカ２１ｍおよび位置合わせ用のマーカ２８ｍは、それぞれ４個づつ２列にレイアウトされている。
図３（ａ）には、実装基板に実装するＳｉＰに内蔵される光デバイスの上面透視図Ａ₁₂を重ね合わせている。光デバイス１２の表面の光出射部１２ｂの中心が、光導波シートの光反射面の中心と一致する位置関係が望ましい。
上記のレイアウトを有する実装基板に、光導波シートを位置合わせして貼り合わせるには、図３（ｂ）に示すように、光導波シート３０のコア３０ｂの端部に形成された光反射面の中心が光デバイス１２の表面の光出射部１２ｂの中心に重なり合うように、予め光導波シートに形成されている十字型のシート用マーカ３０ｍと、位置合わせ用のマーカ２８ｍとを位置合わせして貼り合わせる。
これによって、光導波シート３０は光デバイス１２の光出射部１２ｂからの光を光反射面により全反射し、クラッド部３０ａで被覆されたコア部３０ｂにより光信号を導き、伝送することができる。

図４（ａ）は、本実施例に対する比較例に係る光電子装置の実装基板に形成された第１層配線（接地配線２１ｇ）のパターンと、それに形成された矩形形状の開口マーカ２１ｍのパターンのパターンのレイアウトを示す平面図である。開口マーカ２１ｍは４個づつ２列にレイアウトされている。
図４（ａ）には、実装基板に実装するＳｉＰに内蔵される光デバイスの上面透視図Ａ₁₂を重ね合わせている。光デバイス１２の表面の光出射部１２ｂの中心が、光導波シートの光反射面の中心と一致する位置関係が望ましい。
上記のレイアウトを有する実装基板に、光導波シートを位置合わせして貼り合わせるには、図４（ｂ）に示すように、光導波シート３０のコア３０ｂの端部に形成された光反射面の中心が光デバイス１２の表面の光出射部１２ｂの中心に重なり合うように、予め光導波シートに形成されている十字型のシート用マーカ３０ｍと、開口マーカ２１ｍとを位置合わせして貼り合わせる。
しかしながら、開口マーカ２１ｍと、実装基板に実装されるＳｉＰ、即ち、光デバイスとの相対位置はレジスト膜のパターン工程によって変動して、光デバイス１２の表面の光出射部１２ｂの中心と光導波シートの光反射面の中心との間に位置ズレが発生してしまう。

本発明では、光デバイスと電子デバイスとが混載されたシステム・イン・パッケージ形態の半導体装置を有機またはセラミック多層基板などの実装基板上にバンプ接続する実装構造を有し、光導波シートなどの光配線と電気配線とを３次元的に構成するようなシステムにおいて、光デバイスと光配線との光結合の最適化は重要な課題であるが、高価な製造工程ではなく民生機器製品レベルのローコストな改善技術として、特にＸＹ方向の実装精度の向上を図るために、実装基板の製作の精度に着目し、現状レベルの製造誤差を許容するための位置決めの手法である。
特に、光配線を転写実装する場合の位置精度に影響が大きい実装基板の製作工程は、最上層の第１層配線のパターンとレジストからなる保護絶縁膜のパターンの位置合わせ精度である。この誤差をローコストに吸収できる実装構造として、保護絶縁膜のパターンを位置合わせマーカに取り入れ、保護絶縁膜の開口によるバンプの実装位置によるセルフアライメント効果を利用したパターン設計を行う。
積極的にセルフアライメント効果を活用することにより、工数削減効果が期待できる。具体的には、アクティブアライメント手法や、ＳｉＰの仮止め作業等の工程を廃止し、本来製作精度の十分確保できているＳｉＰの製作技術、光配線の形成技術、プラスティックコアハンダボールの製作技術を有効に利用できる。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、ＳｉＰ（システムジンパッケージ形態の半導体装置）としては、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。
光配線としては、光導波シートの他の形態のもの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装置は、光デバイスと電子デバイスを混載し、光配線を有する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、光デバイスと電子デバイスを混載し、光配線を有する電子装置を製造するのに適用できる。

図１は本発明の実施形態に係る光電子装置の模式断面図である。 図２（ａ）は図１の要部拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）に対応する実装基板のレイアウトを示す平面図であり、図２（ｂ）のＡ−Ａ’における断面が図２（ａ）に相当する。 図３（ａ）は、実施例に係る光電子装置の実装基板のレイアウト図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に光導波シートを重ね合わせたレイアウト図である。 図４（ａ）は、実施例の比較例に係る光電子装置の実装基板のレイアウト図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に光導波シートを重ね合わせたレイアウト図である。 図５は従来例に係る光電子装置の模式断面図である。 図６（ａ）は図５の要部拡大図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に対応する実装基板のレイアウトを示す平面図であり、図６（ｂ）のＡ−Ａ’における断面が図６（ａ）に相当する。

符号の説明

１０…半導体装置（ＳｉＰ）、１１…シリコンチップ、１２…光デバイス、１２ａ…接続端子、１２ｂ…光出射部、１３…電子デバイス、１３ａ…接続端子、１４…樹脂層、１５…層間絶縁膜、１６…プレート配線、１７…保護絶縁膜、１８…突起電極（バンプ）、２０…実装基板、２１…第１層配線、２１ｍ…開口マーカ、２２…第１樹脂絶縁層、２３ａ…第２層配線、２３ｂ…第１接着層、２４…第２樹脂絶縁層、２５ａ…第３層配線、２５ｂ…第２接着層、２６…第３樹脂絶縁層、２７…第４層配線、２８…保護絶縁膜、２８ｍ…位置合わせ用のマーカ、２９…保護絶縁膜、３０…光配線（光導波シート）、３０ａ…クラッド、３０ｂ…コア、３０ｒ…光反射面、３０ｍ…シート用マーカ、３１…接着層、４０…実装部品、ＴＨ…スルーホール、Ｃ_21a…信号配線の端子部分の中心、Ｃ_21m…開口マーカの中心、Ｃ_28a…開口部（２８ａ）の中心、Ｃ_28b…開口部（２８ｂ）の中心、Ｃ_28m…位置合わせ用のマーカの中心

Claims (12)

1. 光デバイスを内蔵する半導体装置と、
   光反射面を有して前記光デバイスと光結合する光導波路を有する光配線と、
   前記半導体装置と前記光配線の実装面に形成された配線と、前記半導体装置の実装領域において前記配線の端子部分を開口するパターンで開口部を有する保護絶縁膜と、前記光配線の実装領域において前記保護絶縁膜と同じ材料から形成された位置合わせ用のマーカとを有する実装基板と
   を有し、
   前記半導体装置は前記開口部内に露出している前記端子部分に突起電極を介して電気的に接続されて前記実装面に実装され、
   前記光配線は前記位置合わせ用のマーカを基準として前記実装面に実装されている
   光電子装置。
2. 前記実装基板の実装面における前記光配線の実装領域において、位置合わせ用の開口部が形成された前記配線が形成されており、
   前記位置合わせ用のマーカが前記配線の前記位置合わせ用の開口部内に形成されている
   請求項１に記載の光電子装置。
3. 前記実装基板の実装面における前記光配線の実装領域において形成された前記配線が接地配線である
   請求項２に記載の光電子装置。
4. 前記半導体装置の実装領域において形成された前記配線が接地配線と信号配線とを含み、前記突起電極を介して前記半導体装置に接続される前記配線の前記端子部分としては、前記接地配線の端子部分が前記信号配線の端子部分より多い
   請求項１に記載の光電子装置。
5. 前記光配線が、前記光導波路を内蔵し、シート状に成形されてなる光導波シートである
   請求項１に記載の光電子装置。
6. 前記保護絶縁膜および前記位置合わせ用のマーカがレジスト材料からなる
   請求項１に記載の光電子装置。
7. 光デバイスを内蔵し、突起電極を有する半導体装置を形成する工程と、
   光反射面と光導波路を有する光配線を形成する工程と、
   実装基板の前記半導体装置と前記光配線の実装面に配線を形成する工程と、
   前記実装基板の前記半導体装置の実装領域において、前記配線の端子部分を開口するパターンで開口部を有する保護絶縁膜を形成し、前記光配線の実装領域において前記保護絶縁膜と同じ材料から位置合わせ用のマーカを形成する工程と、
   前記位置合わせ用のマーカを基準として前記実装面に前記光配線を実装する工程と、
   前記端子部分に前記突起電極を介して電気的に接続させて、内蔵する前記光デバイスが前記光配線と前記光反射面において光結合するように、前記実装面に前記半導体装置を実装する工程と
   を有する光電子装置の製造方法。
8. 前記配線を形成する工程において、前記実装基板の実装面における前記光配線の実装領域において、位置合わせ用の開口部が形成された配線が形成し、
   前記位置合わせ用のマーカを形成する工程において、前記位置合わせ用の開口部内に前記位置合わせ用のマーカを形成する
   請求項７に記載の光電子装置の製造方法。
9. 前記配線を形成する工程において、前記実装基板の実装面における前記光配線の実装領域において、前記配線として接地配線を形成する
   請求項８に記載の光電子装置の製造方法。
10. 前記配線を形成する工程において、前記半導体装置の実装領域において前記配線として接地配線と信号配線とを含みように形成し、前記突起電極を介して前記半導体装置に接続される前記配線の前記端子部分としては、前記接地配線の端子部分が前記信号配線の端子部分より多く形成する
    請求項７に記載の光電子装置の製造方法。
11. 前記光配線として、前記光導波路を内蔵し、シート状に成形されてなる光導波シートを形成する
    請求項７に記載の光電子装置の製造方法。
12. 前記保護絶縁膜を形成し、前記位置合わせ用のマーカを形成する工程において、前記保護絶縁膜および前記位置合わせ用のマーカがレジスト材料から形成する
    請求項７に記載の光電子装置の製造方法。

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