JP2006504138A - 光電子パッケージ及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】 光電子パッケージのハイブリッド集積実装の製造方法に関するものである。
【解決手段】
光電子パッケージは、光デバイスを、基板のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、基板上面より下方に位置決めすることと;ウィンドウを光ポリマー材料によって充填することと;光ポリマー材料及び基板の表面を平坦化することと;光配線経路を形成し、且つ光デバイスから配線経路へ光を反射するためのミラーを形成するために、光ポリマー材料及び基板の上で、導波管材料をパターニングすることと;光デバイスのボンドパッドを露出させるために、ビアを形成することとから成る方法により製造される。

Description

光電子パッケージのハイブリッド集積実装の製造方法に関するものである。
従来の光電子モジュールは、例えば、レーザーダイオード、ファイバ、レンズ、カップラ、電子ドライバチップ及び信号増幅器などの多数の個別の素子を含む。様々な素子は、それぞれ異なる実装条件を有し、様々に異なるそれらの素子を単一のモジュールに一体に効率よく組み込むことは、困難であった。例えば、単モード導波管として実現される場合、光素子の装着には、通常、サブミクロン単位の精密な配列(約0.25μm程度の精度の整合)が必要とされ、急速硬化接着剤が使用される。従来の方法は、能動部品整合を含み、その工程は、ほとんど自動化されないか、又は全く自動化されない。このため、人件費が高く、多くの場合、モジュールは、様々に異なる温度で、はんだ材料の階層によって組み立てられる。また、配線の接合を非常に狭いスペースの中で行わなければならないので、作業は、非常に困難であった。従って、当該技術分野においては、低コストで自動化されたバッチ組み立て方法が必要とされる。
従って、手動操作による素子の処理を減らし、受動的な導波管整合を可能にすると共に、モードが単モードであるか、又はマルチモードであるかに関わらず、有用であるハイブリッド集積実装方法を提供することが望ましい。更に、改善された高周波数特性を有するより小型で軽量のモジュールを製造する実装方法を提供することが望ましい。
特開平07−007134号公報
簡単に言うと、本発明の一実施形態によれば、光電子パッケージを製造する方法は、基板のウィンドウの内部に、光デバイスを、活性側を上に向けて、基板上面より下方に位置決めすることと;ウィンドウを光ポリマー材料によって充填することと;光ポリマー材料及び基板の表面を平坦化することと;光配線経路を形成し、且つ光デバイスから配線経路へ光を反射するためのミラーを形成するために、光ポリマー材料及び基板の上で、導波管材料をパターニングすることと;光デバイスのボンドパッドを露出させるために、ビアを形成することとから成る。
本発明の別の実施形態によれば、光電子パッケージは、基板と、基板のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、基板上面より下方に位置決めされた光デバイスと;ウィンドウの内部で、光デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料と;光ポリマー材料及び基板の上でパターニングされ、光配線経路と、光デバイスから配線経路へ光を反射するように構成されたミラーとを形成し、光デバイスのボンドパッドを露出させるためのビアを有する導波管材料とを具備する。
本発明の上記の特徴、面及び利点、並びにその他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことにより、更に良く理解されるであろう。尚、図面中、図1〜図26を通して、同一の図中符号は、同一の部分を表す。
本発明の一実施形態によれば、光電子パッケージ1(図10)、101(図17)、201(図23)、301(図20)を製造する方法は、(a)基板10のウィンドウ12、112、212、312の内部に、光デバイス114、214、314、414、514(少なくとも1つの光デバイスを意味する)を、活性側115を上に向けて、基板上面11より下方に位置決めすること(図1、図12、図18及び図21)と;(b)ウィンドウを光ポリマー材料22、122、222、322によって充填すること(図2、図12、図18及び図22)と;(c)光ポリマー材料及び基板の表面を平坦化することと;(d)(少なくとも1つの)光配線経路27を形成し、且つ光デバイスから配線経路へ光を反射するための(少なくとも1つの)ミラー38を形成するために、光ポリマー材料及び基板の上で、導波管材料34、134、234、334をパターニングすること(図3〜図4、図13〜図14、図18、図22)と;(e)光デバイスのボンドパッド116を露出させるために、(少なくとも1つの)ビア44を形成すること(図7、図15、図18、図22)とから成る。
ここで使用される用語「上」、「底」及びその他の向きを示す用語は、例示を目的としており、パッケージの動作環境における製造後のパッケージの特定の向きを限定すること及びパッケージの特定の向きに関連することは、意図されていない。
基板10は、通常、熱膨張係数が低く(例えば、約3.5以下)、高周波数(例えば、約10GHz〜約40GHzの範囲)においてすぐれた動作特性を示す熱伝導性材料から成る。材料の例としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素及び炭素繊維充填エポキシ樹脂などがある。更に、ほぼ平坦な基板10(例えば、約6μmを超えない高さの変化を有する)を使用すると好都合である。
一実施形態においては、ウィンドウ12が形成される。ウィンドウ12の深さは、挿入されるべき光デバイス114及び電子デバイス14(適用される場合)の厚さに応じて異なる。一例では、ウィンドウ12の深さは、通常、約250μm〜約300μmである。通常、基板上面11から最大で約100μm下がった位置にデバイスを配置できるように、ウィンドウの深さは選択される。個別のウィンドウが図示されているが、必要に応じて、1つのウィンドウの内部に複数のデバイスを配置することも可能である。更に、ウィンドウ12は、基板10を完全には貫通しないものとして図示されているが、別の実施形態においては、基板を完全に貫通する1つ以上のウィンドウが形成される(図示せず)。
通常、光デバイス114の位置決めは、高精度ピックアンドプレース装置(図示せず)を使用して実行される。一実施形態においては、光デバイス114は、接着剤26によって基板10に装着される。接着剤26は、通常、熱伝導性材料であり、一実施形態においては、導電性材料を更に含む。導電性及び安定性を得るために、はんだは特に有用である。
光デバイス114は、通常、垂直共振型面発光レーザ(光20を射出する)又は光検出器である。光ポリマー材料22は、光デバイス114に関して適切な光学的整合を有するように選択される。すなわち、光ポリマー材料は、光デバイスの出力波長(光を射出する場合)又は検出波長(光検出器の場合)の光をほぼ吸収しない。一実施形態においては、光ポリマー材料22及び基板10の表面は、研磨により平坦化される。
導波管材料34は、通常、コア材料とクラッド材料とを含む。それらの材料に関しては、以下に更に説明する。導波管材料34は、何らかの所望の技法によりパターニングされてもよい。単モードへの適用の場合、米国特許出願第10/064,581号に記載される技法などによる適応パターニングは、特に有用である。ミラー38は、通常、光デバイス114の活性部18の上に、導波管材料34の所望の角度(一般に約45°)を形成することにより形成される。ミラー38は、従来のスタンピング技法又はエッチング技法により製造されてもよい。エッチングを使用する場合、1つの選択肢として、前述の米国特許出願第10/064,581号に記載されるグレイスケールマスクプロセスがある。
関連する光電子パッケージ1、101、201、301の実施形態は、方法の実施形態に関して以上説明したように製造されればよい。これらの実施形態において、例えば、パッケージは、(a)基板10と;(b)ウィンドウ12の内部に、活性側115を上に向けて、基板上面11より下方に位置決めされた光デバイス114と;(c)ウィンドウの内部で、光デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料22と;(d)光ポリマー材料及び基板の上でパターニングされ、光配線経路27と、光デバイスから光配線経路へ光を反射するように構成されたミラー38とを形成し、光デバイスのボンドパッド116を露出させるためのビア44を有する導波管材料34とを具備する。この実施形態において、「包囲する」とは、1つ以上のビア44の位置を除いて、光デバイス114の露出された面を包囲することを意味する。
通常、その後の処理工程及び周囲環境からミラー38の表面を保護するために、ミラー38の上で、保護メタライゼーション層40をパターニングすることが好都合である。一実施形態においては、保護メタライゼーション層40は、約1,000オングストローム〜約2,000オングストロームの範囲の厚さを有するアルミニウムから成る。
更に、通常、パターニングされた導波管材料34の上に絶縁層42を塗布することは、好都合である。絶縁層42は、必ずしも必要ではないが、製造後のパッケージ1の高周波数特性を改善するための誘電体材料を供給するのに有用である。そのような実施形態においては、ビア44は、絶縁層42を貫通して、ボンドパッド116まで延出するように形成される。通常、ビア44は、例えば、レーザードリル加工により形成される。更に、絶縁層42に沿って、ビア44の内部まで延出する導電性配線層46をパターニングすることが有用である。導電性配線層46は、例えば、チタン、銅及びチタンなどの従来の配線層から構成されればよい。
必要に応じて、配線部に更に融通性を与えるために、1つ以上の絶縁層142及び242と、1つ以上の導電性配線層146及び246を追加できる(図9)。別の実施形態においては、電子デバイス58(図16では、高周波数駆動電子モジュール58として示される。このモジュールは、例えば、特開平07−007134号に記載されるようなモジュールであってもよい。)に対する配線部は、ボール68のグリッドアレイ構造により改善される。この場合、モジュール58の電子ダイ60は、ヒートシンク62と共に基板70に配置され、モジュール58の配線層64により、導電性配線層346に結合される。この実施形態では、特表2002−513510号に記載されるようなフローティングパッド構造66が、熱膨張係数の不一致に起因する応力を低減するのを助ける。ボールグリッドアレイ構造の場合、モジュール58と、実装される光デバイス114とを個別に試験し、その後、組み立てることにより、より高い歩留まりを得ることができる。
いくつかの実施形態においては、ミラーの損失特性を更に低くするために、空気の屈折率が低いことを利用する。図24〜図26に示されるように、そのような実施形態では、ミラー及び保護メタライゼーション層40の上に延出する絶縁層42(並びにその上方に位置する絶縁層)の少なくとも一部が、ミラー38から除去される(開口部76を形成するために)。また、保護メタライゼーション層40が、ミラー38から除去される。導波管材料34から成るミラー38の上に重なり合う絶縁層は、通常、例えば、レーザーアブレーションにより除去される。保護メタライゼーション層40は、通常、例えば、標準的なウェットエッチング技法により除去される。これらの実施形態においては、保護メタライゼーション層40は、絶縁層の除去中、ミラー38を保護するためのストッパとして作用する。図24〜図26は、材料を除去する前と、除去した後の、ミラー38及び保護メタライゼーション層40の拡大図を示す。配線層の製造工程と比較して、これらの材料除去工程のシーケンスは重要ではないが、外側配線層(例えば、図10の層246又は図23の層546)をパターニングする前に、材料の除去を行うことは好都合である。
図2に示される一実施形態においては、光20をミラー38上に集束するために、光デバイス214の上に、レンズ24が配置される。
通常、導波管材料34は、光ポリマー材料22及び基板10の上のクラッド材料の第1の層28と、クラッド材料の第1の層28の上のコア材料の層30と、コア材料の層30の上のクラッド材料の第2の層32とを含む。一実施形態においては、クラッド材料は、例えば、ベンゾシクロブテン(BCB)から成り、コア材料は、例えば、ポリスルホンから成る。一実施形態においては、導波管材料34の表面は、ほぼ平坦である(例えば、約6.5μmを超える高さの変化を有しない)。
光デバイス114が、活性側115とは反対側の面上に電気接点を有するような実施形態の場合、ウィンドウの底面及び基板上面11の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層56を具備する基板110を提供し(図11)、且つウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように、光デバイスを位置決めすることが有用である。そのような実施形態では、光デバイスと基板とを付着するための接着剤126として、導電性材料を使用すると特に有用である。一実施形態においては、ウィンドウメタライゼーション層56は、例えば、アルミニウムによって被覆されたチタンから成る。別の実施形態では、ウィンドウメタライゼーション層56は、チタンを銅によって被覆し、その銅をニッケルによって被覆し、それを更に金によって被覆することにより形成される。この実施形態は、接着剤126として、はんだが使用される場合に、特に有用である。
そのような実施形態においては、光デバイス314と、基板上面11の、ウィンドウメタライゼーション層56の下方に位置する部分との間に延出するテーパ傾斜面72をウィンドウ112に形成すると、更に有用である。この傾斜面は、ウィンドウ上にあるウィンドウメタライゼーション層の部分と、基板上面上にあるウィンドウメタライゼーション層の部分とを、互いに円滑に電気的に接続するのに有用である。
更に特定された実施例においては、基板110は、基板上面11に、浅いリセス74を含む。ウィンドウメタライゼーション層56は、このリセス74の中に配置される。リセスは、光ポリマー材料22及び基板10の表面を平坦化した後も、メタライゼーションを残留させるのに有用である。表面を平坦化する前に、ウィンドウメタライゼーション層56をパターニングできるが、平坦化を利用して、上面から金属を除去し、リセスに金属を残すことができるため、パターニングは不要である。
ウィンドウメタライゼーション層56に、裏面ダイコンタクトのための経路を設けるのに加えて、又はその代わりに、図14のマイクロストリップ基準面240の下方に位置するメタライゼーション層56の部分の例によってわかるように、ウィンドウメタライゼーション層56は、マッハ‐ツェンダー導波管のための下部金属電極を提供してもよい。
更に特定された実施形態においては、導波管材料の上で、マイクロストリップ基準面240がパターニングされる。この実施形態は、ウィンドウメタライゼーション層の実施形態と別個であってもよいし、あるいは、ウィンドウメタライゼーション層の実施形態と組み合わされてもよい。通常、マイクロストリップ基準面240の蒸着及びパターニングは、ミラー138上への保護メタライゼーション層140の蒸着及びパターニングと同時に実行される。ウィンドウメタライゼーション層56とマイクロストリップ基準面240との双方が形成される更に特定された実施形態においては、複数のビア44が形成される。それらのビアのうちの少なくとも1つのビアは、マイクロストリップ基準面240まで延出し、少なくとも1つのビアは、基板上面11上に位置するウィンドウメタライゼーション層56の一部にまで延出する(図15)。更に特定された実施形態においては、絶縁層の上に重なり合う導電性配線層346、446(図15)により、電気的接続が行われる。Gregory Phippsの「Flip‐Chip Packaging moves into the Mainstream」(Semiconductor International、2002年9月1日)に記載されるように、マイクロストリップ構造は、通常、誘電体材料により分離された並列基準面の上に信号導体を含む。マイクロストリップ構造は、信号インピーダンスが制御されること、信号クロストークが減少されること及び信号インダクタンスが減少されることなどの利点を提供する。
更に特定された実施形態においては、図19〜図20に示されるように、基板310は、その上でパターニングされた第1のストリップ線路基準面41を具備し、導電性配線層646(及び絶縁層742)の少なくとも一部の上で、第2のストリップ線路基準面746がパターニングされる。この実施形態も、ウィンドウメタライゼーション層の実施形態と別個であってもよいし、あるいは、ウィンドウメタライゼーション層の実施形態と組み合わされてもよい。通常、第1のストリップ線路基準面41は、基板310及び光ポリマー材料322の表面が平坦化された後に、基板310の上で、パターニングされる。これらの実施形態においては、第1のストリップ線路基準面41は、平坦度仕様(一例では、6.4μm)を妨げないように、十分に薄く(この例では、約2μm〜約4μm)設計される。先に挙げたGregory Phippsの「Flip-Chip Packaging moves into the Mainstream」に記載されるように、ストリップ線路構造は、通常、上下の2つの基準面層の間に挟まれた信号導体層を含む。信号導体と基準面層との各々の組み合わせの間に、誘電体層が位置する。ストリップ線路構造は、信号伝送が高速であること、クロストーク及び雑音結合が減少されること、並びに信号結合が良好であることなどの利点を提供する。
これに関連するストリップ線路の実施形態においては、導波管材料の上で、第1のストリップ線路基準面440がパターニングされる。この実施形態は、基板上に第1のストリップ線路基準面41を含む実施形態に加えて使用されてもよいし、あるいは、第1のストリップ線路基準面41を含む実施形態の代わりに使用されてもよい。
更に特定された実施形態においては、複数のビア44が形成される。それらのビアのうちの少なくとも1つのビアは、第1のストリップ線路メタライゼーション層41まで延出し、少なくとも1つのビアは、基板上面の上に位置するウィンドウメタライゼーション層56の一部にまで延出する。
例えば、図1〜図10に示されるように、別の実施形態では、光電子パッケージは、電子デバイス14(少なくとも1つ)を更に含む。電子デバイス14は、基板10の少なくとも1つのウィンドウ12の内部に、活性側15を上に向けて位置決めされる。ビア44は、電子デバイスのボンドパッド16を露出させる。この実施形態においては、電子デバイス及び光デバイスの露出されたボンドパッドは、互いに電気的に接続される。更に特定された実施形態においては、パターニングされた導波管材料の上に、絶縁層42が塗布される。導電性配線層46は、絶縁層に沿って、ビアの内部まで延出し、電気的接続を成立させる。別の、更に特定された実施形態においては、基板上面とは反対側の基板の面に、ヒートシンク54が装着される。ヒートシンクの一例は、熱電冷却器であるが、これに限定されない。電子デバイス14は、単一のチップ(図1)であってもよいし、マルチチップモジュール158(図21)であってもよい。
別の実施形態においては、パターニングされた導波管材料を露出させるために、絶縁層の一部48が除去され、露出されたパターニング済み導波管材料に、光コネクタ52により、光ファイバ50が装着される(図10)。光ファイバの整合は、例えば、標準的な能動プロセスを使用することにより実現されるか、あるいは自己整合はんだ接続技法又はMEMS整合技法(図示せず)などの受動プロセスを使用することにより実現が可能である。
以上の実施形態は、一般的に説明されており、多数の適切な組み合わせのうちのいずれか1つの組み合わせで、それらの実施形態を採用できる。以下に、いくつかの実施形態の組み合わせを説明するが、以下の組み合わせは、本発明を限定することを意図されていない。
図1〜図10は、本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図である。この実施形態の光電子パッケージ1は、(a)複数のウィンドウ12を有する基板10と;(b)基板の第1のウィンドウ12の内部に、活性側115を上に向けて、基板上面11より下方に位置決めされた光デバイス114と;(c)基板の第2のウィンドウの内部に、活性側15を上に向けて、基板上面より下方に位置決めされた電子デバイス14と;(d)第1のウィンドウの内部で、光デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料22と;(e)第2のウィンドウの内部で、電子デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する充填材料23と;(f)光ポリマー材料、充填材料及び基板の上でパターニングされ、光配線経路27と、光デバイスから配線経路へ光を反射するように構成されたミラー38とを形成する導波管材料34と;(g)パターニングされた導波管材料の上にある絶縁層42であって、絶縁層及び導波管材料は、電子デバイス及び光デバイスのボンドパッドに向かって、絶縁層及び導波管材料を貫通する複数のビア44を有する絶縁層と;(h)絶縁層に沿って、ビアの内部まで延出する導電性配線層46とを具備する。先に説明したように、一般に、ミラーの上に保護メタライゼーション層40を更に含むことが好都合である。あるいは、絶縁層に、ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部76を含むことが好都合である。
通常、充填材料23は、光ポリマー材料22と同一の材料であるが、これは必ずしも必要ではない(電子デバイスの上に位置する材料の光学的特性が重要ではないため)。更に別の有用な特徴は、先に説明したように、ウィンドウメタライゼーション層56及びマイクロストリップ基準面240を含む。他の有用な特徴は、基板上面とは反対側の基板の面に装着されたヒートシンク54を含む。また、電子デバイスは、マルチチップモジュール158から成ることも有用な特徴である。
図11〜図17は、本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図である。この実施形態の光電子パッケージ101は、(a)ウィンドウ112を有し、ウィンドウの底面及び基板上面11の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層56を具備する基板110と;(b)ウィンドウの内部に、活性側115を上に向けて、基板上面より下方に、ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように位置決めされた光デバイス314と;(c)ウィンドウの内部で、光デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料122と;(d)光ポリマー材料及び基板の上でパターニングされ、光配線経路27と、光デバイスから配線経路へ光を反射するように構成されたミラー138とを形成する導波管材料134と;(e)導波管材料の上のマイクロストリップ基準面240と;(f)導波管材料及びマイクロストリップ基準面の上にある絶縁層342であって、絶縁層及び導波管材料は、電子デバイス及び光デバイスのボンドパッド、ウィンドウメタライゼーション層及びマイクロストリップ基準面に向かって、絶縁層及び導波管材料を貫通する複数のビア144を有する絶縁層と;(g)絶縁層に沿って、ビアの内部まで延出する導電性配線層346、446とを具備する。先に説明したように、一般に、ミラーの上に保護メタライゼーション層40を更に含むことが好都合である。あるいは、絶縁層に、ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部76を含むことが好都合である。
別の有用な特徴は、同様に先に説明したように、光デバイスと基板とを結合するように構成されたはんだ126を含む。他の有用な特徴の例は、マイクロストリップ基準面と、基板のウィンドウメタライゼーション層とを結合する導電性配線層446、並びにヒートシンク154及びヒートシンク62(図17)を含む。
図18〜図20は、本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図である。この実施形態の光電子パッケージ301は、(a)ウィンドウ312を有し、ウィンドウの底面及び基板上面11の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層56と、基板上でパターニングされた第1のストリップ線路基準面41とを具備する基板310と;(b)ウィンドウの内部に、活性側115を上に向けて、基板上面より下方に、ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように位置決めされた光デバイス114と;(c)ウィンドウの内部で、光デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料322と;(d)光ポリマー材料及び基板の上でパターニングされ、光配線経路27と、光デバイスから配線経路へ光を反射するように構成されたミラー338とを形成する導波管材料334と;(e)導波管材料の上にある絶縁層542であって、絶縁層及び導波管材料は、電子デバイス及び光デバイスのボンドパッド、ウィンドウメタライゼーション層及び第1のストリップ線路基準面に向かって、絶縁層及び導波管材料を貫通する複数のビア44を有する絶縁層と;(f)絶縁層に沿って、ビアの内部まで延出する導電性配線層646と;(g)導電性配線層の上でパターニングされた第2のストリップ線路メタライゼーション層746とを具備する。
先に説明したように、一般に、ミラーの上に、保護メタライゼーション層340を更に含むことは好都合である。導波管材料の上に、第1のストリップ線路基準面440の一部が位置している場合、通常、保護メタライゼーション層340は、第1のストリップ線路基準面440と同一の材料である。あるいは、絶縁層に、ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部76を含むことが好都合である。
別の有用な特徴は、同様に先に説明したように、光デバイスと基板とを結合するように構成されたはんだ126を含む。他の有用な特徴の例は、基板ウィンドウメタライゼーション層、並びにヒートシンク54(図10)及び/又はヒートシンク62(図20)を含む。
図21〜図23は、本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図である。この実施形態の光電子パッケージ201は、(a)複数のウィンドウを有し、それらのウィンドウのうちの第1のウィンドウ213は、第1のウィンドウの底面及び基板上面11の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層56を有する基板210と;(b)第1のウィンドウの内部に、活性側115を上に向けて、基板上面より下方に、ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように位置決めされた光デバイス414と;(c)基板の第2のウィンドウ212の内部に、活性側を上に向けて、基板上面より下方に位置決めされたマルチチップモジュール158と;(d)第1のウィンドウの内部で、光デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料222と;(e)第2のウィンドウの内部で、電子デバイスを包囲し、基板上面に関して平坦な表面を有する充填材料223と;(f)光ポリマー材料、充填材料及び基板の上でパターニングされ、光配線経路27と、光デバイスから配線経路へ光を反射するように構成されたミラー238とを形成する導波管材料234と;(g)導波管材料の上のマイクロストリップ基準面240と;(h)パターニングされた導波管材料及びマイクロストリップ基準面の上にある絶縁層242であって、絶縁層及び導波管材料は、マルチチップモジュール及び光デバイスのボンドパッド、ウィンドウメタライゼーション層及びマイクロストリップ基準面に向かって、絶縁層及び導波管材料を貫通する複数のビア44を有する絶縁層と;(i)絶縁層に沿って、ビアの内部まで延出する導電性配線層546とを具備する。先に説明したように、一般に、ミラーの上に、保護メタライゼーション層140を更に含むことは好都合である。あるいは、絶縁層に、ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部76を含むことが好都合である。
別の有用な特徴は、同様に先に説明したように、ヒートシンク54と、光デバイスと基板とを結合するように構成されたはんだ26とを含む。
図21〜図23の実施形態は、ボールグリッドアレイ装着構造を含まず、従って、より小型の集積モジュールを構成する。
本発明のいくつかの特徴のみを図示し、説明したが、当業者には、多くの変形及び変更が明らかであろう。
本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の一実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階の部分図を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階の部分図を示す側断面図。 本発明の別の実施形態に従った光電子パッケージの製造における様々な段階の部分図を示す側断面図。
符号の説明
1…光電子パッケージ、10…基板、11…基板上面、12…ウィンドウ、14…電子デバイス、22…光ポリマー材料、23…充填材料、26…接着剤、27…光配線経路、34…導波管材料、38…ミラー、40…保護メタライゼーション層、41…第1のストリップ線路基準面、42…絶縁層、44…ビア、46…導電性配線層、54…ヒートシンク、56…ウィンドウメタライゼーション層、62…ヒートシンク、74…リセス、76…開口部、101…光電子パッケージ、110…基板、112…ウィンドウ、114…光デバイス、116…ボンドパッド、122…光ポリマー材料、126…はんだ、134…導波管材料、138…ミラー、140…保護メタライゼーション層、144…ビア、154…ヒートシンク、158…マルチチップモジュール、201…光電子パッケージ、210…基板、212…第2のウィンドウ、213…第1のウィンドウ、222…光ポリマー材料、223…充填材料、226…はんだ、234…導波管材料、238…ミラー、240…マイクロストリップ基準面、242…絶縁層、301…光電子パッケージ、310…基板、312…ウィンドウ、314…光デバイス、322…光ポリマー材料、334…導波管材料、338…ミラー、342…絶縁層、346…導電性配線層、414…光デバイス、440…第1のストリップ線路基準面、446…導電性配線層、514…光デバイス、542…絶縁層、546…導電性配線層、646…導電性配線層、746…第2のストリップ線路メタライゼーション層

Claims (66)

  1. 光電子パッケージを製造する方法において、
    (a)光デバイスを、基板のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、基板上面より下方に位置決めすることと;
    (b)前記ウィンドウを光ポリマー材料で充填することと;
    (c)前記光ポリマー材料及び前記基板の表面を平坦化することと;
    (d)光配線経路を形成し且つ前記光デバイスから前記配線経路へ光を反射するためのミラーを形成するために、前記光ポリマー材料及び基板の上で、導波管材料をパターニングすることと;
    (e)前記光デバイスのボンドパッドを露出させるために、ビアを形成することとから成る方法。
  2. 前記ミラーの上で、保護メタライゼーション層をパターニングすることを更に含む請求項1記載の方法。
  3. (d)の後、(e)の前に、パターニングされた前記導波管材料の上に、絶縁層を塗布することを更に含み、
    (e)は、前記絶縁層を貫通して、前記ボンドパッドまで延出する前記ビアを形成することを含み、
    (f)前記絶縁層に沿って、前記ビアの内部まで延出する導電性配線層をパターニングすることを更に含む請求項2記載の方法。
  4. (d)は、前記光ポリマー材料及び前記基板の上に、クラッド材料の第1の層を塗布することと、前記クラッド材料の第1の層の上に、コア材料の層を塗布することと、前記コア材料の層の上に、クラッド材料の第2の層を塗布することと、約45°の角度を形成するために、前記クラッド層の第1の層、前記コア材料の層及び前記クラッド材料の第2の層をパターニングすることとを含む請求項3記載の方法。
  5. (a)の前に、前記ウィンドウの底面及び前記基板上面の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層を具備する基板を提供することを更に含み、(a)は、前記ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように、前記光デバイスを位置決めすることを含む請求項3記載の方法。
  6. 前記ウィンドウは、前記光デバイスと、前記基板上面の、前記ウィンドウメタライゼーション層の下方に位置する部分との間に延出するテーパ傾斜面を含む請求項5記載の方法。
  7. 前記基板は、前記基板上面に、浅いリセスを含み、前記ウィンドウメタライゼーション層は、前記リセスの中に配置される請求項6記載の方法。
  8. (c)は、前記基板上面から、余分なウィンドウメタライゼーション材料を除去することを更に含む請求項7記載の方法。
  9. (a)は、はんだを含む材料を使用することを含む請求項5記載の方法。
  10. 前記絶縁層を塗布する前に、前記導波管材料の上で、マイクロストリップ基準面をパターニングすることを更に含む請求項5記載の方法。
  11. (e)は、複数のビアを形成することを含み、前記ビアのうちの少なくとも1つのビアは、前記マイクロストリップメタライゼーション層まで延出し、少なくとも1つのビアは、前記基板上面の上に配置された前記ウィンドウメタライゼーション層の一部まで延出する請求項10記載の方法。
  12. 前記導波管材料の上に第1のストリップ線路基準面を設けることを更に含み、前記導電性配線層の少なくとも一部の上で、第2のストリップ線路基準面をパターニングすることを更に含む請求項5記載の方法。
  13. (a)は、上面に第1のストリップ線路基準面がパターニングされた基板を提供することを含み、方法は、前記導電性配線層の少なくとも一部の上で、第2のストリップ線路基準面をパターニングすることを更に含む請求項5記載の方法。
  14. (e)は、複数のビアを形成することを含み、前記ビアのうちの少なくとも1つのビアは、前記第1のストリップ線路基準面まで延出し、少なくとも1つのビアは、前記基板上面の上に配置された前記ウィンドウメタライゼーション層の一部まで延出する請求項13記載の方法。
  15. 前記ミラー及び前記保護メタライゼーション層の上まで延出する前記絶縁層の少なくとも一部を除去することと、前記ミラーから前記保護メタライゼーション層を除去することとを更に含む請求項3記載の方法。
  16. (a)は、前記基板の少なくとも1つのウィンドウの内部に、電子デバイスを、活性側を上に向けて位置決めすることを含み、(e)は、前記電子デバイスのボンドパッドを露出させるために、ビアを形成することを含み、方法は、(f)前記電子デバイス及び前記光デバイスの露出されたボンドパッドを互いに電子的に接続することを更に含む請求項1記載の方法。
  17. (d)の後、(e)の前に、前記パターニングされた導波管材料の上に、絶縁層を塗布することを更に含み、(e)は、前記絶縁層を貫通して、前記ボンドパッドまで延出するビアを形成することを含み、(f)は、前記絶縁層に沿って、前記ビアの内部まで延出する導電性配線層をパターニングすることを含む請求項16記載の方法。
  18. 前記基板上面とは反対側の基板の面にヒートシンクを装着することを更に含む請求項17記載の方法。
  19. 前記電子デバイスは、マルチチップモジュールを具備する請求項18記載の方法。
  20. (a)基板と;
    (b)前記基板のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、基板上面より下方に位置決めされた光デバイスと;
    (c)前記ウィンドウの内部で、前記光デバイスを包囲し、前記基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料と;
    (d)前記光ポリマー材料及び前記基板の上でパターニングされ、光配線経路と、前記光デバイスから前記配線経路まで光を反射するように構成されたミラーとを形成し、前記光デバイスのボンドパッドを露出させるためのビアを有する導波管材料とを具備する光電子パッケージ。
  21. 前記ミラーの上の保護メタライゼーション層を更に具備する請求項20記載のパッケージ。
  22. 前記パターニングされた導波管材料の上に形成され、前記ボンドパッドに向かって前記ビアが貫通している絶縁層と、前記絶縁層に沿って、前記ビアの内部まで延出する導電性配線層とを更に具備する請求項20記載のパッケージ。
  23. 前記絶縁層にあり、前記ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部を更に具備する請求項22記載のパッケージ。
  24. 前記パターニングされた導波管材料は、前記光ポリマー材料及び前記基板の上のクラッド材料の第1の層と、前記クラッド材料の第1の層の上のコア材料の層と、前記コア材料の層の上のクラッド材料の第2の層とを具備する請求項22記載のパッケージ。
  25. 前記基板は、前記ウィンドウの底面及び前記基板上面の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層を具備し、前記光デバイスは、少なくとも部分的に、前記ウィンドウメタライゼーション層の上に重なり合う請求項22記載のパッケージ。
  26. 前記ウィンドウは、前記光デバイスと、前記基板上面の、前記ウィンドウメタライゼーション層の下方に位置する部分との間に延出するテーパ傾斜面を具備する請求項25記載のパッケージ。
  27. 前記基板は、前記基板上面に浅いリセスを具備し、前記ウィンドウメタライゼーション層は、前記リセスの中に配置される請求項26記載のパッケージ。
  28. 前記光デバイスと前記基板とを結合するように構成されたはんだを更に具備する請求項25記載のパッケージ。
  29. 前記導波管材料の上のマイクロストリップ基準面を更に具備する請求項25記載のパッケージ。
  30. 前記絶縁層は、複数のビアを有し、前記ビアのうちの少なくとも1つのビアは、前記マイクロストリップ基準面まで延出し、少なくとも1つのビアは、前記基板上面の上に配置された前記ウィンドウメタライゼーション層の一部まで延出し、前記パッケージは、前記絶縁層の上に重なり合う導電性配線層を更に具備し、前記導電性配線層は、前記マイクロストリップ基準面と、前記基板ウィンドウメタライゼーション層とを互いに電子的に接続する請求項29記載のパッケージ。
  31. 前記導波管材料の上の第1のストリップ線路基準面を更に具備し、前記導電性配線層の少なくとも一部の上の第2のストリップ線路基準面を更に具備する請求項25記載のパッケージ。
  32. (a)は、上面に、パターニングされた第1のストリップ線路基準面を具備し、前記導電性配線層の少なくとも一部の上の第2のストリップ線路基準面を更に具備する基板を具備する請求項25記載のパッケージ。
  33. 前記絶縁層は、複数のビアを有し、前記ビアのうちの少なくとも1つのビアは、前記第1のストリップ線路基準面まで延出し、少なくとも1つのビアは、前記基板上面の上に配置された前記ウィンドウメタライゼーション層の一部まで延出する請求項32記載のパッケージ。
  34. 前記基板の少なくとも1つのウィンドウの内部に、活性側を上に向けて位置決めされた電子デバイスを更に具備し、前記ビアは、前記電子デバイスのボンドパッドを露出させるビアを含めて、複数のビアを含み、前記パッケージは、前記絶縁層の上に重なり合う導電性配線層を更に具備し、前記導電性配線層は、前記電子デバイス及び前記光デバイスの露出されたボンドパッドを互いに電子的に接続する請求項20記載のパッケージ。
  35. 前記基板上面とは反対側の前記基板の面に装着されたヒートシンクを更に具備する請求項34記載のパッケージ。
  36. 前記電子デバイスは、マルチチップモジュールを具備する請求項35記載のパッケージ。
  37. (a)複数のウィンドウを有する基板と;
    (b)前記基板の第1のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、基板上面より下方に位置決めされた光デバイスと;
    (c)前記基板の第2のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、前記基板上面より下方に位置決めされた電子デバイスと;
    (d)前記第1のウィンドウの内部で、前記光デバイスを包囲し、前記基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料と;
    (e)前記第2のウィンドウの内部で、前記電子デバイスを包囲し、前記基板上面に関して平坦な表面を有する充填材料と;
    (f)前記光ポリマー材料、前記充填材料及び前記基板の上でパターニングされ、光配線経路と、前記光デバイスから前記配線経路へ光を反射するように構成されたミラーとを形成する導波管材料と;
    (g)前記パターニングされた導波管材料の上にある絶縁層であって、前記絶縁層及び前記導波管材料は、前記電子デバイス及び前記光デバイスのボンドパッドに向かって、前記絶縁層及び前記導波管材料を貫通するビアを有する絶縁層と;
    (h)前記絶縁層に沿って、前記ビアの内部まで延出する導電性配線層とを具備する光電子パッケージ。
  38. 前記ミラーの上の保護メタライゼーション層を更に具備する請求項37記載のパッケージ。
  39. 前記絶縁層にあり、前記ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部を更に具備する請求項37記載のパッケージ。
  40. 前記基板は、前記少なくとも1つのウィンドウの底面及び前記基板上面の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層を具備し、前記光デバイスは、前記ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合い、前記ビアのうちの少なくとも1つは、前記基板上面の上に配置された前記ウィンドウメタライゼーション層の一部まで延出する請求項37記載のパッケージ。
  41. 前記ウィンドウは、前記光デバイスと、前記基板上面の、前記ウィンドウメタライゼーション層の下方に位置する部分との間に延出するテーパ傾斜面を具備する請求項40記載のパッケージ。
  42. 前記基板は、前記基板上面に、浅いリセスを具備し、前記ウィンドウメタライゼーション層は、前記リセスの中に配置される請求項41記載のパッケージ。
  43. 前記導波管材料の上に、マイクロストリップ基準面を更に具備し、前記ビアのうちの少なくとも1つは、前記マイクロストリップ基準面まで延出する請求項40記載のパッケージ。
  44. 前記基板上面とは反対側の前記基板の面に装着されたヒートシンクを更に具備する請求項37記載のパッケージ。
  45. 前記電子デバイスは、マルチチップモジュールを具備する請求項37記載のパッケージ。
  46. (a)ウィンドウを具備し、前記ウィンドウの底面及び基板上面の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層を具備する基板と;
    (b)前記ウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、前記基板上面より下方に、前記ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように位置決めされた光デバイスと;
    (c)前記ウィンドウの内部で、前記光デバイスを包囲し、前記基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料と;
    (d)前記光ポリマー材料及び前記基板の上でパターニングされ、光配線経路と、前記光デバイスから前記配線経路へ光を反射するように構成されたミラーとを形成する導波管材料と;
    (e)前記導波管材料の上のマイクロストリップ基準面と;
    (f)前記導波管材料及び前記マイクロストリップ基準面の上の絶縁層であって、前記絶縁層及び前記導波管材料は、前記電子デバイス及び前記光デバイスのボンドパッド、前記ウィンドウメタライゼーション層及び前記マイクロストリップ基準面に向かって、前記絶縁層及び前記導波管材料を貫通するビアを有する絶縁層と;
    (g)前記絶縁層に沿って、前記ビアの内部まで延出する導電性配線層とを具備する光電子パッケージ。
  47. 前記ミラーの上に保護メタライゼーション層を更に具備する請求項46記載のパッケージ。
  48. 前記絶縁層にあり、前記ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部を更に具備する請求項46記載のパッケージ。
  49. 前記光デバイスと、前記基板とを結合するように構成されたはんだを更に具備する請求項46記載のパッケージ。
  50. 前記基板上面とは反対側の前記基板の面に装着されたヒートシンクを更に具備する請求項49記載のパッケージ。
  51. 前記ウィンドウは、前記光デバイスと、前記基板上面の、前記ウィンドウメタライゼーション層の下方に位置する部分との間に延出するテーパ傾斜面を具備する請求項46記載のパッケージ。
  52. 前記基板は、前記基板上面に、浅いリセスを具備し、前記ウィンドウメタライゼーション層は、前記リセスの中に配置される請求項50記載のパッケージ。
  53. (a)ウィンドウを有する基板であって、前記ウィンドウの底面及び基板上面の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層と、前記基板上でパターニングされた第1のストリップ線路基準面とを具備する基板と;
    (b)前記ウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、前記基板上面より下方に、前記ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように位置決めされた光デバイスと;
    (c)前記ウィンドウの内部で、前記光デバイスを包囲し、前記基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料と;
    (d)前記光ポリマー材料及び前記基板の上でパターニングされ、光配線経路と、前記光デバイスから前記配線経路へ光を反射するように構成されたミラーとを形成する導波管材料と;
    (e)前記導波管材料の上の絶縁層であって、前記絶縁層及び前記導波管材料は、前記電子デバイス及び前記光デバイスのボンドパッド、前記ウィンドウメタライゼーション層及び前記第1のストリップ線路基準面に向かって、前記絶縁層及び前記導波管材料を貫通するビアを有する絶縁層と;
    (f)前記絶縁層に沿って、前記ビアの内部まで延出する導電性配線層と;
    (g)前記導波管材料の上でパターニングされた第2のストリップ線路基準面とを具備する光電子パッケージ。
  54. 前記ミラーの上の保護メタライゼーション層を更に具備する請求項53記載のパッケージ。
  55. 前記絶縁層にあり、前記ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部を更に具備する請求項53記載のパッケージ。
  56. 前記光デバイスと前記基板とを結合するように構成されたはんだを更に具備する請求項53記載のパッケージ。
  57. 前記基板上面とは反対側の前記基板の面に装着されたヒートシンクを更に具備する請求項53記載のパッケージ。
  58. 前記ウィンドウは、前記光デバイスと、前記基板上面の、前記ウィンドウメタライゼーション層の下方に位置する部分との間に延出するテーパ傾斜面を具備する請求項53記載のパッケージ。
  59. 前記基板は、前記基板上面に、浅いリセスを具備し、前記ウィンドウメタライゼーション層は、前記リセスの中に配置される請求項58記載のパッケージ。
  60. (a)複数のウィンドウを有する基板であって、第1のウィンドウは、前記第1のウィンドウの底面及び基板上面の上に少なくとも部分的に延出するウィンドウメタライゼーション層を有する基板と;
    (b)前記第1のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、前記基板上面より下方に、前記ウィンドウメタライゼーション層に少なくとも部分的に重なり合うように位置決めされた光デバイスと;
    (c)前記基板の第2のウィンドウの内部に、活性側を上に向けて、前記基板上面より下方に位置決めされたマルチチップモジュールと;
    (d)前記第1のウィンドウの内部で、前記光デバイスを包囲し、前記基板上面に関して平坦な表面を有する光ポリマー材料と;
    (e)前記第2のウィンドウの内部で、前記電子デバイスを包囲し、前記基板上面に関して平坦な表面を有する充填材料と;
    (f)前記光ポリマー材料、前記充填材料及び前記基板の上でパターニングされ、光配線経路と、前記光デバイスから前記配線経路へ光を反射するように構成されたミラーとを形成する導波管材料と;
    (g)前記導波管材料の上のマイクロストリップ基準面と;
    (h)前記パターニングされた導波管材料及び前記マイクロストリップ基準面の上の絶縁層であって、前記絶縁層及び前記導波管材料は、前記マルチチップモジュール及び前記光デバイスのボンドパッド、前記ウィンドウメタライゼーション層及びマイクロストリップ基準面に向かって、前記絶縁層及び前記導波管材料を貫通するビアを有する絶縁層と;
    (i)前記絶縁層に沿って、前記ビアの内部まで延出する導電性配線層とを具備する光電子パッケージ。
  61. 前記ミラーの上の保護メタライゼーション層を更に具備ずる請求項60記載のパッケージ。
  62. 前記絶縁層にあり、前記ミラーの少なくとも一部を露出させる開口部を更に具備する請求項60記載のパッケージ。
  63. 前記基板上面とは反対側の前記基板の面に装着されたヒートシンクを更に具備する請求項60記載のパッケージ。
  64. 前記光デバイスと前記基板とを結合するように構成されたはんだを更に具備する請求項60記載のパッケージ。
  65. 前記ウィンドウは、前記光デバイスと、前記基板上面の、前記ウィンドウメタライゼーション層の下方に位置する部分との間に延出するテーパ傾斜面を具備する請求項60記載のパッケージ。
  66. 前記基板は、前記基板上面に、浅いリセスを具備し、前記ウィンドウメタライゼーション層は、前記リセスの中に配置される請求項65記載のパッケージ。
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