JP2009080451A - Flexible optoelectric interconnect and method for manufacturing same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フレキシブル光電気配線及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a flexible photoelectric wiring and a method for manufacturing the same.
バイポーラトランジスタや電界効果トランジスタ等の電子デバイスの性能向上により、大規模集積回路(LSI)は飛躍的な動作速度の向上が図られてきている。しかしながら、LSIの内部動作は高速化されてきているものの、それを実装するプリント基板レベルでの動作速度はLSIの動作速度より低く抑えられ、そのプリント基板を装着したラックレベルでは更に動作速度が低く抑えられている。 Large-scale integrated circuits (LSIs) have been dramatically improved in operating speed by improving the performance of electronic devices such as bipolar transistors and field effect transistors. However, although the internal operation of the LSI has been accelerated, the operation speed at the level of the printed circuit board on which the LSI is mounted is kept lower than the operation speed of the LSI, and the operation speed is even lower at the rack level where the printed circuit board is mounted. It is suppressed.
これらは、動作周波数の上昇に伴う電気配線の伝送損失や雑音、電磁障害の増大に起因するものであり、信号品質を劣化させないために長い配線ほど動作周波数を下げる必要がでてくるためである。従って、電気配線装置においては能動素子であるLSIの動作速度が向上しても、その実装において速度低下を余儀なくされるという問題があり、LSI動作速度よりも実装技術がシステム速度を支配する傾向が近年益々強まってきている。 These are due to the increase in transmission loss, noise and electromagnetic interference of electrical wiring accompanying the increase in operating frequency, and it is necessary to lower the operating frequency for longer wiring in order not to degrade the signal quality. . Therefore, even if the operating speed of the LSI, which is an active element, is improved in the electrical wiring device, there is a problem that the speed of the mounting is inevitably reduced, and the mounting technology tends to dominate the system speed rather than the LSI operating speed. In recent years it has become stronger.
このような電気配線装置の問題を鑑み、LSI間を光で接続する光配線装置がいくつか提案されている。光配線装置の特徴は、直流から100GHz以上の周波数領域で損失等の周波数依存性がほとんど無く、また、配線路の電磁障害や接地電位変動雑音が無いため数10Gbpsの配線が容易に実現できることにある。このため、光配線装置ではプリント基板やラックレベルでも非常に高速の動作が期待できる。 In view of such problems of the electrical wiring device, several optical wiring devices for connecting LSIs with light have been proposed. The characteristics of the optical wiring device are that there is almost no frequency dependence such as loss in the frequency range from DC to 100 GHz or more, and there is no electromagnetic interference in the wiring path or ground potential fluctuation noise, so that wiring of several tens of Gbps can be easily realized. is there. For this reason, the optical wiring device can be expected to operate at a very high speed even at the printed circuit board or rack level.
特に、フレキシブルタイプの光電気複合配線は、その可撓性からボード実装の自由度が高く、また、光素子の搭載電極を自分自身が保有しているため構成が簡素となる(例えば、特許文献1参照。)。
本発明は、低コスト構造で駆動ICから光半導体素子への熱伝導を低減させることが可能なフレキシブル光電気配線及びその製造方法を提供する。 The present invention provides a flexible photoelectric wiring and a manufacturing method thereof that can reduce heat conduction from a driving IC to an optical semiconductor element with a low-cost structure.
本発明の一態様に係るフレキシブル光電気配線は、単層の電気配線層と、光導波路コア及び光導波路クラッドを含む光配線層とを有する光電気フィルムと、前記光電気フィルムの主面側に設けられ、前記電気配線層と電気的に接続された駆動ICと、前記光電気フィルムの前記主面側に設けられ、前記駆動ICにより駆動される光半導体素子と、前記光電気フィルムの裏面側に設けられ、且つ、前記駆動ICの外縁より少なくとも一部突出した形状で前記光電気フィルムの前記主面から前記裏面に至る貫通孔を覆う放熱板と、前記貫通孔に充填され、前記駆動IC及び前記放熱板に接する熱伝導材料とを具備することを特徴とする。 A flexible photoelectric wiring according to an aspect of the present invention includes a photoelectric film having a single-layered wiring layer, an optical wiring layer including an optical waveguide core and an optical waveguide cladding, and a main surface side of the photoelectric film. A driving IC provided and electrically connected to the electrical wiring layer; an optical semiconductor element provided on the main surface side of the photoelectric film; and driven by the driving IC; and a back surface side of the photoelectric film And a heat sink covering a through hole from the main surface to the back surface of the photoelectric film in a shape protruding at least partly from an outer edge of the drive IC, and filling the through hole, the drive IC And a heat conductive material in contact with the heat radiating plate.
本発明によれば、低コスト構造で駆動ICから光半導体素子への熱伝導を低減させることが可能なフレキシブル光電気配線及びその製造方法を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the flexible photoelectric wiring which can reduce the heat conduction from a drive IC to an optical semiconductor element with a low-cost structure, and its manufacturing method can be provided.
[比較例]
特許文献1に開示された従来技術に係るフレキシブル光電気配線においては、光素子を自身に搭載可能なだけでなく、光素子の駆動IC(半導体チップ)も搭載して、これらを電気接続したモジュールとすることができる。しかしながら、半導体チップの放熱に対する配慮は十分でなく、実用上の問題が生じ得る。
[Comparative example]
In the flexible optoelectric wiring according to the prior art disclosed in
例えば、半導体チップ下部にサーマルビアを設けて放熱を行う方法を適用した場合、フレキシブル基板の電気配線層が2層以上必要となり、電気配線が単層の場合に比して大幅にコストアップとなる。また、サーマルビアの熱抵抗が十分低く抑えられないという問題が生じる。 For example, when a method of dissipating heat by providing a thermal via at the lower part of a semiconductor chip, two or more electric wiring layers of the flexible substrate are required, and the cost is significantly increased as compared with a case where the electric wiring is a single layer. . Further, there arises a problem that the thermal resistance of the thermal via cannot be suppressed sufficiently low.
或いは、特許文献1に開示された従来技術のように、光電気フィルムに半導体チップを内包できる大きさの貫通孔を設け、半導体チップを貫通孔内に埋め込むことで放熱を行う方法を適用した場合、貫通孔を金型で打ち抜く際の加工マージンと金型の位置合わせマージン、更には、半導体チップの切り出し加工マージンが必要となる。これにより、少なくとも数100μm、場合により数mm程の貫通孔サイズ余裕が必要になる。
Alternatively, as in the prior art disclosed in
従って、従来技術による構成では半導体チップを複数個並列実装する場合等に、電気配線のパターン配置で決まる最小配列ピッチに、数100μmから数mmの配列ピッチマージンを加える必要があった。即ち、従来技術では実装密度に構造的限界があり、多並列光配線を有するフレキシブル光電気配線の構築が大型化し易かった。 Therefore, in the configuration according to the prior art, when a plurality of semiconductor chips are mounted in parallel, it is necessary to add an arrangement pitch margin of several hundred μm to several mm to the minimum arrangement pitch determined by the pattern arrangement of the electric wiring. That is, the conventional technology has a structural limit on the mounting density, and the construction of flexible optoelectric wiring having multi-parallel optical wiring is easy to increase in size.
更に、従来技術のような半導体チップの貫通孔挿入実装や、半導体チップの外形範囲内に貫通孔を形成する方法では、ペースト状熱伝導性樹脂を硬化させる工程において歩留まりの低下を生じやすいという問題が生じる。 Furthermore, in the method of inserting through holes in a semiconductor chip as in the prior art and the method of forming a through hole in the outer range of the semiconductor chip, there is a problem in that yield tends to decrease in the process of curing the paste-like thermally conductive resin. Occurs.
即ち、半導体チップを貫通孔挿入する方法では、貫通孔と半導体チップの間隙に充填された多量のペースト状熱伝導性樹脂が、硬化処理において流動化や歪によりせり上がりを起こすことがあり、半導体チップの接続パッドに溢れ出して電極をショートさせてしまう問題が起こりやすい。 That is, in the method of inserting a through-hole in a semiconductor chip, a large amount of paste-like thermally conductive resin filled in the gap between the through-hole and the semiconductor chip may rise due to fluidization or distortion in the curing process. The problem of overflowing the connection pads of the chip and shorting the electrodes is likely to occur.
これは、半導体チップ表面とペースト状熱伝導性樹脂表面が近接し易い構成であること、半導体チップ側面の貫通孔間隙に毛細管現象でペースト状熱伝導性樹脂が溜まり易いこと等に原因がある。 This is due to the fact that the surface of the semiconductor chip and the paste-like thermally conductive resin surface are likely to be close to each other, and that the paste-like thermally conductive resin is likely to accumulate in the gap between the through holes on the side surface of the semiconductor chip due to capillary action.
一方、半導体チップの外形範囲内に貫通孔を形成する方法では、貫通孔内に多量に充填されたペースト状熱伝導性樹脂が、硬化処理において溶剤の蒸発経路が塞がれているため半導体チップを押し上げてしまうことが問題となり易い。この場合、半導体チップの搭載位置ずれや傾き、酷い場合には半導体チップの倒立を引き起こす。これらは、全てその後の工程における不良を引き起こす原因となることは明白である。 On the other hand, in the method of forming a through hole in the outer shape range of the semiconductor chip, the paste-like thermally conductive resin filled in the through hole in a large amount blocks the evaporation path of the solvent during the curing process. Is likely to be a problem. In this case, the mounting position shift or inclination of the semiconductor chip is caused. In severe cases, the semiconductor chip is inverted. Obviously, these all cause defects in subsequent processes.
また、光電気フィルムは内部に光導波路を有するため、必然的に一定の厚さが必要であり、放熱性が低いという問題がある。フレキシブル光電気配線を構成する光素子は、駆動IC等の半導体チップに比較して熱による特性変動が大きく、主な熱源となる半導体チップの放熱経路の確保は重要である。更に、光電気フィルムの熱膨張係数が大きい事に起因して光導波路コアの位置がずれ、光半導体素子と光導波路コアとの結合不良が生じる場合も想定される。従って、駆動ICの放熱経路を確保し、駆動ICから光素子への熱伝導を低減させることは重要な課題である。出願人が見出した上記課題に対応して、以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。 Further, since the photoelectric film has an optical waveguide inside, there is a problem that a certain thickness is inevitably required and heat dissipation is low. The optical element constituting the flexible opto-electrical wiring has a large characteristic variation due to heat compared to a semiconductor chip such as a driving IC, and it is important to secure a heat dissipation path of the semiconductor chip as a main heat source. Furthermore, it is assumed that the position of the optical waveguide core is shifted due to the large thermal expansion coefficient of the photoelectric film, resulting in poor coupling between the optical semiconductor element and the optical waveguide core. Therefore, securing the heat dissipation path of the drive IC and reducing the heat conduction from the drive IC to the optical element are important issues. In response to the above-mentioned problems found by the applicant, embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線を示す概略斜視図である。図2は、本発明の第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線を示す断面図である。図3は、本発明の第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線を示す上面図である。図1乃至図3は、光送信部(または光受信部)及び半導体素子結線用の電気配線部を抜き出して示している。また、図4は、本発明の第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線の概略構成を示す全体図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a flexible photoelectric wiring according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the flexible optoelectric wiring according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a top view showing the flexible photoelectric wiring according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 to FIG. 3 show an optical transmitter (or optical receiver) and an electrical wiring part for connecting semiconductor elements. FIG. 4 is an overall view showing a schematic configuration of the flexible optoelectric wiring according to the first embodiment of the present invention.
図4に示すように、第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線は駆動モジュール部100、駆動モジュール部101を有する。駆動モジュール部100、駆動モジュール部101には光送信部または光受信部、或いはこれらの両方が内包され、光導波路を介して光送信部と光受信部が対となることで、光配線としての機能を果たすものである。以下、駆動モジュール部100について、図1乃至図4を用いて詳細に説明するが、駆動モジュール部101についても当然同様の説明が適用され得る。
As shown in FIG. 4, the flexible photoelectric wiring according to the first embodiment includes a
駆動モジュール部100は、基材フィルム1、光導波路クラッド2、光導波路コア3、半導体素子結線用電気配線4、放熱板5、光半導体素子6(発光素子または受光素子)、駆動IC7、アンダーフィル樹脂8、熱伝導性樹脂9、ボンディングワイヤ10、モールド樹脂11、バンプ金属12、及び電気配線13を有する。
The
基材フィルム1、光導波路クラッド2、光導波路コア3、半導体素子結線用電気配線4、及び電気配線13は、折り曲げ等が自由なフレキシブルな光電気フィルムを構成している。以下、半導体素子結線用電気配線4及び電気配線13が形成され、光半導体素子6及び駆動IC7が設けられている面を光電気フィルムの主面と称し、放熱板5が設けられている面(主面とは反対側の面)を光電気フィルムの裏面と称する。
The
基材フィルム1は、例えば、厚さ25μmのポリイミドフィルムからなり、裏面に光導波路クラッド2、表面に後述する電気配線層を形成している。
The
光導波路クラッド2及び光導波路コア3は、互いに屈折率が異なり、光伝送波長に対して透明な材料であり、これらが光配線層を構成している。光導波路クラッド2及び光導波路コア3は、例えばエポキシ系樹脂とし、光導波路コア3の屈折率を例えば1.59、光導波路クラッド2の屈折率を例えば1.56とする。これにより、NA(Numerical Aperture、開口数)約0.3の光導波路となる。
The optical waveguide cladding 2 and the
光導波路コア3は、例えば、断面が40μm四方の矩形であり、光導波路コア3の周囲の光導波路クラッド2の厚さは、例えば、光電気フィルム主面方向に15μm、光電気フィルム裏面方向に15μmとなるように形成されている。
The
光導波路コア3の端部は45°に加工されており、この45°加工面には図示せぬミラー金属(例えば、Au)が設けられている。このミラー金属により、光半導体素子6の入出力光を90°に折り曲げ、光配線層(光導波路クラッド2及び光導波路コア3)により光電気フィルム面内方向への光伝送を行うことができる。
The end of the
半導体素子結線用電気配線4及び電気配線13は同一の電気配線層にあり、フォトリゾグラフィーによるパターンニングで一括形成されたものである。このように電気配線層を単層とすると、パターンニング工程が1回で済み、また、2層以上の多層基板で必要なビア形成やスルーホールメッキなどの工程が不要であるため、非常に低コストで作製することが可能である。半導体素子結線用電気配線4及び電気配線13は、例えば、厚さ12μmのCuとし、パッド部にはAu/Niメッキが施されている。半導体素子結線用電気配線4は、光半導体素子6及び駆動IC7等の半導体素子の電気接続として、電気配線13は、光電気フィルムの両端間の低速信号や電源の接続に用いられる。
The
上述した光電気フィルムにおいては、図2に示すように、駆動IC7の搭載部の下部に電気配線層から光配線層までを貫く、即ち、光電気フィルムの主面側から裏面側に至る貫通孔が設けられている。この貫通孔は、駆動IC7にワイヤボンディングする部分の下部を避けて設けられている。
In the above-described optoelectric film, as shown in FIG. 2, a through-hole extending from the electric wiring layer to the optical wiring layer is formed below the mounting portion of the driving
図1及び図3に示すように、貫通孔(破線内側)は駆動IC7のワイヤボンディングを行わない部分に設けられ、且つ、駆動IC7の外縁(外形)から、例えば0.5〜1mm程度はみ出す(突出する)形状を有している。この貫通孔が駆動IC7の外縁からはみ出す部分の大きさは、フレキシブル光電気配線の配線パターンの余白部の広さに応じて決めれば良く、放熱経路の断面積や熱抵抗を考慮して決定すれば良い。また、貫通孔の形状は図3のような2つの四角形の重ね合わせ(十字形)のほか、円と四角形の重ね合わせや楕円等であっても良い。
As shown in FIGS. 1 and 3, the through hole (inside of the broken line) is provided in a portion where the wire bonding of the
放熱板5は、例えば、厚さ500μmのCu板とし、少なくとも駆動IC7の搭載部よりも大きな面積のものが光配線層の下部(光電気フィルム裏面側)に貼り付けられている。この放熱板5は、駆動IC7の搭載部の下部に形成された貫通孔を覆っている。駆動IC7から発生する熱は、後述する熱伝導性樹脂9を介して放熱板5に達し、放出(放熱)される。
The
また、放熱板5は、駆動IC7から光半導体素子6、或いは駆動IC7から光導波路コア3端部の光結合部への熱伝導を低減させるため、光電気フィルム面内方向において光半導体素子6の直下を避けて設けられている。放熱板5はフレキシブル光電気配線の末端処理(補強部材)を兼ねており、例えば、放熱板5ごとフレキシブル光電気配線の端部を実装基板接続コネクタに挿抜するように構成することも可能である。
In addition, the
光半導体素子6は、発光素子または受光素子、或いはこれらの複合素子であり、光電気フィルムの主面側に設けられて、駆動IC7により発光または受光を制御される。光送信部には光半導体素子6として発光素子(例えば、面発光レーザ)、光受信部には光半導体素子6として受光素子(例えば、面受光型フォトダイオード)を用いれば良い。双方向の光伝送を行う場合は、発光素子及び受光素子の両方を1チップ化した素子を用いても良い。また、光半導体素子6を全て発光素子とし、光送信時は発光素子に順バイアスをかけて発光させ、光受信時は発光素子に逆バイアスをかけて受光素子として用いる光半二重伝送(ピンポン伝送)を行うこともできる。光半導体素子6と電気配線4とは、バンプ金属12を介して接続されている。バンプ金属12は、例えば、Auスタッドバンプ、半田バンプ等である。バンプ接続部の周囲には、絶縁性のアンダーフィル樹脂8として、例えば、エポキシ樹脂が塗布されている。
The
駆動IC7は、上述した貫通孔内に充填された熱伝導性樹脂9上に固定されている。駆動IC7は、光送信部に用いられ、外部入力電気信号に基づき発光素子を発光させるドライバIC、光受信部に用いられ、受光素子の光電流から外部出力電気信号を再生するレシーバICなどである。前述した光半二重伝送の場合には、駆動IC7としてドライバ/レシーバ複合機能ICを用いればよい。また、駆動IC7には、外部電気信号や光信号の有無に関わらず光半導体素子6の駆動バイアスを遮断して光送受信動作を停止させる動作制御機能を持たせることもできる。
The
熱伝導性樹脂9は、光電気フィルム(電気配線層を除く)よりも熱伝導率が大きい材料、例えば、硬化処理されたAgペーストであって、光電気フィルムに形成された上記貫通孔に充填されており、放熱板5と駆動IC7とにより囲まれた空間を満たしている。また、熱伝導性樹脂9は、駆動IC7を搭載する部分にも薄く塗布されている。駆動IC7は回路面が上方(光電気フィルムと対向しない方向)を向くように実装されており、回路面とは反対側の面と熱伝導性樹脂9とが接している。
The thermally
ボンディングワイヤ10(例えば、Au線やAl線)は、半導体素子結線用電気配線4と駆動IC7とを電気的に接続している。第1の実施形態においては、駆動IC7の回路面が上方を向いているため、ワイヤボンド接続により電気配線層との接続をとっている。
A bonding wire 10 (for example, an Au wire or an Al wire) electrically connects the semiconductor element connection
モールド樹脂11は、上述した光半導体素子6、駆動IC7等を含む半導体素子搭載部全体をモールドしている。図4に示すモールド樹脂11の内部には、図1乃至図3に示すようなフレキシブル光電気配線の送信部/受信部が含包されている。
The
上述した構成を有するフレキシブル光電気配線によれば、半導体素子結線用電気配線4及び電気配線13が安価な単層構成であっても、光電気フィルム裏面への放熱経路が効果的に確保できる。しかも、駆動IC7のチップ面積よりも大きな放熱経路断面積を確保することが可能であり、その放熱効果は駆動IC7のチップ面積と同程度の貫通孔を設ける場合よりも高い。即ち、駆動IC7の放熱を光電気フィルムに形成された貫通孔を通して行い、貫通孔の形状を駆動IC7の外縁よりも一部はみ出す形状とすることで、放熱性を高め、光半導体素子6への熱伝導を低減させるものである。
According to the flexible optoelectric wiring having the above-described configuration, a heat radiation path to the back surface of the optoelectric film can be effectively ensured even if the
比較例のように、光電気フィルムに半導体チップを内包できる大きさの貫通孔を設け、半導体チップを貫通孔内に埋め込むことで放熱を行う方法を適用した場合、貫通孔を金型で打ち抜く際の加工マージンと金型の位置合わせマージン、更には、半導体チップの切り出し加工マージンが必要となる。 When a method of dissipating heat by embedding a semiconductor chip in the optoelectric film and embedding the semiconductor chip in the through hole as in the comparative example is applied, when punching the through hole with a mold Machining margin and die alignment margin, and further, a semiconductor chip cutting margin is required.
これに対し、第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線によれば、駆動IC7の周囲がフリーの空間であるため、貫通孔の形成が金型打ち抜きであっても駆動IC7の外形誤差や貫通孔サイズ誤差が致命的な問題となり難い。また、唯一問題となりやすい貫通孔の位置ずれも数10μmと小さいため、貫通孔のサイズマージンは数10μmと小さくすることができる。このため、複数個の駆動ICを並列実装する場合においても、実質的に電気配線のパターン配置として最小限の配列ピッチで駆動ICの高密度並列実装を行うことが可能となる。
On the other hand, according to the flexible optoelectronic wiring according to the first embodiment, since the periphery of the
更に、放熱板5は、光電気フィルム面内方向において光半導体素子6の直下を避けて設けることで、駆動IC7から光半導体素子6への熱伝導を低減させること、また、光半導体素子6と光導波路コア3との結合不良を抑制することができるようになる。これにより、駆動IC7の温度変動に影響されることなく、光半導体素子6を安定に動作させ、信頼性を高めることが可能になる。
Further, the
次に、図1乃至図4に示すフレキシブル光電気配線の製造工程を説明する。 Next, the manufacturing process of the flexible optoelectric wiring shown in FIGS. 1 to 4 will be described.
先ず、例えば厚さ12μmのCu箔を張り合わせた基材フィルム1(例えば25μm厚のポリイミドフィルム)の裏面(Cu箔の無い面)に、エポキシ系樹脂等の材料による光導波路クラッド2及び光導波路コア3を形成する。これには、例えば下地クラッド層とコア層のフィルムを張り合わせ、フォトリゾグラフィーにより光導波路コア3をパターンニングし、上側クラッド層のフィルム張り合わせを行って形成する。各樹脂層の形成は液状樹脂のスピンコートと加熱処理で行っても良い。光導波路コア3の屈折率は、例えば1.59、光導波路クラッド2の屈折率は、例えば1.56である。
First, for example, an optical waveguide clad 2 and an optical waveguide core made of a material such as an epoxy resin are formed on the back surface (surface without Cu foil) of a base film 1 (for example, a polyimide film having a thickness of 25 μm) bonded with a 12 μm thick Cu foil. 3 is formed. For this purpose, for example, the base clad layer and the core layer film are laminated, the
次に、図2に示すように、光導波路コア3の端部を45°に加工し、45°加工面にミラー金属(例えば、Au)を設ける。光導波路コア3端部の45°加工は、例えばダイシング加工やエキシマレーザ加工を用いることができる。ミラー金属は、例えばメタルマスクを用いた選択蒸着(抵抗加熱、スパッタなど)で形成する。
Next, as shown in FIG. 2, the end portion of the
次に、電気接続パッド(図示せず)以外を、例えば、厚さ30μmのソルダーレジストで覆い、パッド部にAu/Niメッキを施す。バンプ金属12は、例えばAuスタッドバンプとし、熱圧着や超音波接続などにより光半導体素子6を電気配線4に接続する。これはバンプ金属12を半田バンプとし、加熱溶融接続する方法などでも構わない。
Next, the portions other than the electrical connection pads (not shown) are covered with, for example, a 30 μm thick solder resist, and Au / Ni plating is applied to the pad portions. The
次に、バンプ接続部の周囲にアンダーフィル樹脂8(例えばエポキシ樹脂)を塗布し、硬化処理(加熱、UV照射など)を行って補強する。 Next, underfill resin 8 (for example, epoxy resin) is applied around the bump connection portion, and is reinforced by performing a curing process (heating, UV irradiation, etc.).
次に、図2に示すように電気配線層から光配線層までを貫く貫通孔(熱伝導性樹脂9を充填する部分)を駆動IC7の搭載部の下部に設ける。これには金型による打ち抜き加工等の手法を用いれば良く、その加工コストは非常に低い。図2に示すように、貫通孔は駆動IC7にワイヤボンディングする部分の下部を避けて設ける。これは、ワイヤボンディングする際の強度を確保するためである。また、図1及び図3に示すように、貫通孔(破線内側)は駆動IC7のワイヤボンディングを行わない部分であって、且つ、駆動IC7の外縁から、例えば0.5〜1mm程はみ出すような形に形成する。
Next, as shown in FIG. 2, a through hole (a portion filled with the heat conductive resin 9) penetrating from the electric wiring layer to the optical wiring layer is provided in the lower portion of the mounting portion of the driving
次に、少なくとも駆動IC7の搭載部よりも大きな面積の放熱板5を、光配線層の下部(光電気フィルム裏面側)に貼り付ける。放熱板5は、例えば厚さ500μmのCu板とする。
Next, the
次に、この貫通孔に熱伝導性樹脂9(例えば、Agペースト)をペースト状態で充填し、また、駆動IC7を搭載する部分にも薄く塗布し、駆動IC7を搭載する。そして、熱伝導性樹脂9の硬化処理(加熱、UV照射など)を行って駆動IC7を固定する。
Next, the heat conductive resin 9 (for example, Ag paste) is filled in the through hole in a paste state, and is applied thinly to the portion where the
次に、ボンディングワイヤ10(例えば、Au線やAl線)により半導体素子結線用電気配線4と駆動IC7との電気接続を行い、半導体素子搭載部全体をモールド樹脂11で封止する。
Next, the semiconductor element connection
以上の工程により、図1乃至図4に示すフレキシブル光電気配線を得る。 The flexible optoelectric wiring shown in FIGS. 1 to 4 is obtained through the above steps.
上述した比較例のように、半導体チップの貫通孔挿入実装や、半導体チップの外形範囲内に貫通孔を形成する方法では、ペースト状熱伝導性樹脂を硬化させる工程において歩留まりの低下を生じやすいという問題が生じる。 As in the comparative example described above, the method of inserting through holes in a semiconductor chip and the method of forming a through hole in the outer shape range of a semiconductor chip tend to cause a decrease in yield in the step of curing the paste-like thermally conductive resin. Problems arise.
これに対し、第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線においては、ペースト状の熱伝導性樹脂9が駆動IC7等の半導体チップの下方に位置するため、硬化工程においてペースト状の熱伝導性樹脂9のせり上がりが問題となることが少なく、また、貫通孔が駆動IC7等の半導体チップの外縁よりもはみ出す部分を設けているため、硬化工程において溶剤の噴出によって駆動IC7が持ち上げられるようなことを防ぐことができる。
On the other hand, in the flexible optoelectronic wiring according to the first embodiment, since the paste-like heat
このように、第1の実施形態に係るフレキシブル光電気配線及びその製造方法によれば、コストの低い単層電気配線を用いながら高い放熱性能を得ることができ、また、実装密度の低下や製造歩留まりの低下も最小限に抑制することができ、低コストで高性能なフレキシブル光電気配線を得ることが可能となる。 As described above, according to the flexible photoelectric wiring and the manufacturing method thereof according to the first embodiment, it is possible to obtain a high heat dissipation performance while using a low-cost single-layer electrical wiring, and it is also possible to reduce the mounting density and manufacture. A decrease in yield can be suppressed to a minimum, and a high-performance flexible optoelectronic wiring can be obtained at low cost.
従って、本発明によれば実装ボードの光配線化を低コストで実現でき、実装ボードの高速化、高性能化を促進して情報通信機器等の高度化に貢献可能である。 Therefore, according to the present invention, the optical wiring of the mounting board can be realized at a low cost, and it is possible to contribute to the advancement of information communication equipment and the like by promoting the high speed and high performance of the mounting board.
[第2の実施形態]
図5は、本発明の第2の実施形態に係るフレキシブル光電気配線を示す概略斜視図である。図6は、本発明の第2の実施形態に係るフレキシブル光電気配線を示す断面図である。図7は、本発明の第2の実施形態に係るフレキシブル光電気配線を示す上面図である。図5乃至図7では、光送信部(または光受信部)及び半導体素子結線用の電気配線部を抜き出して示しおり、その概略全体構成は図4と同様の形態となる。
[Second Embodiment]
FIG. 5 is a schematic perspective view showing a flexible optoelectric wiring according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross-sectional view showing a flexible optoelectric wiring according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a top view showing a flexible optoelectric wiring according to the second embodiment of the present invention. 5 to 7, the optical transmitter (or the optical receiver) and the electrical wiring part for connecting the semiconductor elements are extracted and shown, and the schematic overall configuration is the same as that shown in FIG.
尚、第1の実施形態と実質的に同一な構成要素については同一の参照符号を付すこととし、重複する説明は省略する。第2の実施形態においては、駆動IC7がワイヤボンド接続ではなく、所謂フリップチップ接続で電気接続されている点と、駆動IC7の放熱方向がチップの表面方向(回路面方向)となっている点である。
Note that components substantially the same as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. In the second embodiment, the
フリップチップ接続の場合、モールド樹脂11は必ずしも必要ではなく、図5乃至図7に示すように、ここでは用いていない。逆に、フリップチップ接続としたことにより、放熱のため駆動IC7の回路面に熱伝導性樹脂(通常はAgペースト等の導電性樹脂)を接触させる必要があるが、この時、電極パッドやバンプ金属に接触してしまうと単純にショートしてしまって機能しなくなる問題がある。
In the case of flip-chip connection, the
絶縁性と熱伝導性とを両立する材料を用いることが最も簡単な解決方法であるが、これらを両立する樹脂は、誘電損失が大きく高周波特性があまり良くないものや、熱サイクルに対する半導体チップや金属バンプ接合部の保護機能が満たされないものが多いのが現状である。このため、第2の実施形態ではその構成と製造方法に工夫が必要であり、以下のように構成、製造することが望ましい。 The simplest solution is to use a material that has both insulating properties and thermal conductivity. However, resins that achieve both of these characteristics can be used for those with high dielectric loss and poor high-frequency characteristics, At present, there are many cases where the protective function of the metal bump bonding portion is not satisfied. For this reason, in the second embodiment, it is necessary to devise the configuration and the manufacturing method, and it is desirable to configure and manufacture as follows.
第2の実施形態に係るフレキシブル光電気配線は、基材フィルム1、光導波路クラッド2、光導波路コア3、半導体素子結線用電気配線4、放熱板5、光半導体素子6(発光素子または受光素子)、駆動IC7、アンダーフィル樹脂8、熱伝導性樹脂9、及びバンプ金属12を有する。
The flexible optoelectronic wiring according to the second embodiment includes a
光半導体素子6及び駆動IC7を半導体素子結線用電気配線4に接続するバンプ金属12の周囲には、絶縁性のアンダーフィル樹脂8が充填されており、電気接続部が保護、絶縁されている。一方、駆動IC7の下部に形成された貫通孔(第1の実施形態と同様の形状)には、アンダーフィル樹脂8とは異なる材料からなる熱伝導性樹脂9が充填されており、駆動IC7の回路面には、熱伝導性樹脂(導電性樹脂)9が接触している。
An insulating
第2の実施形態に係るフレキシブル光電気配線では、信頼性や性能の確認されている樹脂を複合的に用いることで、フリップチップ接続された駆動IC7の放熱を実現している。即ち、バンプ金属12及び接続パッド部分はアンダーフィル樹脂8を選択的に形成し、駆動IC7の残りの部分(アンダーフィル樹脂8が接触していない部分)の下部に形成されている貫通孔に熱伝導性樹脂9を充填して、絶縁性と放熱性とを両立させている。
In the flexible optoelectronic wiring according to the second embodiment, heat dissipation of the flip-chip
第2の実施形態に係るフレキシブル光電気配線によれば、第1の実施形態と同様の効果に加え、更に、発熱の大きいチップ表面(駆動IC7の回路面)から放熱できるという効果が得られる。従って、駆動IC7から光半導体素子6への熱伝導をより低減させることが可能である。また、光半導体素子6と駆動IC7との電気接続が最短距離で行えるため、動作速度の向上が容易である。
According to the flexible optoelectric wiring according to the second embodiment, in addition to the same effect as that of the first embodiment, an effect that heat can be radiated from the chip surface (circuit surface of the drive IC 7) that generates a large amount of heat can be obtained. Accordingly, it is possible to further reduce the heat conduction from the driving
また、第1の実施形態と同様に形成する貫通孔は、第2の実施形態に係るフレキシブル光電気配線の製造方法において重要な役割を果たす。以下、図1乃至図4に示すフレキシブル光電気配線の製造工程を説明すると共に、この貫通孔が重要な役割を果たす理由を説明する。 Moreover, the through-hole formed similarly to 1st Embodiment plays an important role in the manufacturing method of the flexible photoelectric wiring which concerns on 2nd Embodiment. Hereinafter, the manufacturing process of the flexible optoelectric wiring shown in FIGS. 1 to 4 will be described, and the reason why the through hole plays an important role will be described.
先ず、第1の実施形態と同様にCu箔を張り合わせた基材フィルム1に、光導波路クラッド2及び光導波路コア3を形成する。次に、半導体素子結線用電気配線4及び電気配線13を形成し、光電気フィルムを得る。
First, the optical waveguide clad 2 and the
次に、光電気フィルムの電気接続パッド部分を避け、且つ、駆動IC7の外縁より一部はみ出す形状で貫通孔を設ける。次に、放熱板5を光配線層下部に接着し、光半導体素子6、駆動IC7をバンプ金属12を用いてフリップチップ接続する。この時、バンプ金属12は例えばAuスタッドバンプとし、熱圧着や超音波接続等により半導体素子結線用電気配線4に接続する。また、バンプ金属12を半田バンプとし、加熱溶融接続する方法でも構わない。
Next, a through-hole is provided in a shape that avoids the electrical connection pad portion of the photoelectric film and partially protrudes from the outer edge of the
次に、アンダーフィル樹脂8を光半導体素子6および駆動IC7の側部に注入する。この時、アンダーフィル樹脂8の注入量を適切に制御してやることで、駆動IC7と光電気フィルムとが対向する領域へのアンダーフィル樹脂8の注入を、貫通孔の境界で自動的に停止させることができる。
Next, the
即ち、駆動IC7と光電気フィルムとのギャップが貫通孔周縁で不連続部となり、毛細管現象の停止境界となる。但し、極端に多量のアンダーフィル樹脂8を注入した場合、樹脂の圧力で貫通孔境界部からアンダーフィル樹脂8が貫通孔内に流れこむことがある。しかしながら、これはかなり極端な樹脂量の場合であり、実質的には貫通孔境界で樹脂が止まると考えて差し支えない。
That is, the gap between the driving
次に、アンダーフィル樹脂8を加熱処理し、溶剤を蒸発させて硬化させる。このとき、樹脂の溶剤が残留しないよう、十分に換気しながら加熱処理を行う。次に、チップ側面の貫通孔開口部から熱伝導性樹脂9の注入を行う。
Next, the
上述したフレキシブル光電気配線の製造方法によれば、貫通孔が駆動IC7の外縁よりもはみ出すように形成されており、はみ出した貫通孔が熱伝導性樹脂9の注入窓として機能するため、樹脂の注入をスムーズに行うことが可能となる。
According to the above-described flexible optoelectric wiring manufacturing method, the through hole is formed so as to protrude beyond the outer edge of the
また、光半導体素子6、駆動IC7の電気接続部が、アンダーフィル樹脂8により絶縁処理されているため、多少熱伝導性樹脂(一般に導電性樹脂)が貫通孔の反対側から溢れても駆動IC7の電気端子がショートするなどの問題が少ない。むしろ、気泡が駆動IC7の下部に内包されないよう、熱伝導性樹脂を多めに注入することも可能である。
Further, since the electrical connection portions of the
[変形例]
本発明は上述した第1の実施形態及び第2の実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。例えば、上述した基材フィルムとしてポリイミド樹脂を示したが、用途によっては、ウレタン樹脂やアクリル樹脂等他の材料を用いても良く、また、光導波路材料としてエポキシ系樹脂を示したが、これはポリイミド系樹脂やシリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等他の材料を用いることもできる。即ち、これらはあくまで構成例であり、本発明の主旨に従い個々の要素に他の手段(材料、寸法等)を用いても構わないものである。また、各実施形態を組み合わせて実施することも可能である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができるものである。
[Modification]
The present invention is not limited to the first embodiment and the second embodiment described above, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention in the implementation stage. For example, although polyimide resin is shown as the above-mentioned base film, other materials such as urethane resin and acrylic resin may be used depending on the application, and epoxy resin is shown as the optical waveguide material. Other materials such as polyimide resin, silicone resin, and acrylic resin can also be used. That is, these are merely exemplary configurations, and other means (materials, dimensions, etc.) may be used for individual elements in accordance with the gist of the present invention. It is also possible to implement the embodiments in combination. In addition, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the spirit of the present invention.
また、第1の実施形態及び第2の実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、本実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題の少なくとも1つが解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果の少なくとも1つが得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 Further, the first embodiment and the second embodiment include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the present embodiment, at least one of the problems described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and described in the column of the effect of the invention. In a case where at least one of the obtained effects can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
1 基材フィルム
2 光導波路クラッド
3 光導波路コア
4 半導体素子結線用電気配線
5 放熱板
6 光半導体素子
7 駆動IC
8 アンダーフィル樹脂
9 熱伝導性樹脂
10 ボンディングワイヤ
11 モールド樹脂
12 バンプ金属
13 電気配線
DESCRIPTION OF
8
Claims (5)
前記光電気フィルムの主面側に設けられ、前記電気配線層と電気的に接続された駆動ICと、
前記光電気フィルムの前記主面側に設けられ、前記駆動ICにより駆動される光半導体素子と、
前記光電気フィルムの裏面側に設けられ、且つ、前記駆動ICの外縁より少なくとも一部突出した形状で前記光電気フィルムの前記主面側から前記裏面側に至る貫通孔を覆う放熱板と、
前記貫通孔に充填され、前記駆動IC及び前記放熱板に接する熱伝導材料とを具備することを特徴とするフレキシブル光電気配線。 A photoelectric film having a single-layer electrical wiring layer and an optical wiring layer including an optical waveguide core and an optical waveguide cladding;
A driving IC provided on the main surface side of the photoelectric film and electrically connected to the electrical wiring layer;
An optical semiconductor element provided on the main surface side of the photoelectric film and driven by the driving IC;
A heat sink that is provided on the back surface side of the photoelectric film and covers a through-hole extending from the main surface side to the back surface side of the photoelectric film in a shape protruding at least partly from an outer edge of the drive IC,
A flexible optoelectric wiring comprising: a heat conductive material filled in the through hole and in contact with the driving IC and the heat radiating plate.
前記貫通孔に前記熱伝導材料をペースト状態で注入する工程と、
前記熱伝導材料に回路面とは反対側の面が接する如く前記駆動ICを搭載する工程と、
ペースト状態の前記熱伝導材料を硬化させる工程と、
前記駆動ICと前記電気配線層との電気接続を行い、電気接続部を形成する工程とを具備することを特徴とするフレキシブル光電気配線の製造方法。 In the manufacturing method of the flexible optoelectronic wiring according to claim 2,
Injecting the thermally conductive material into the through hole in a paste state;
Mounting the driving IC such that the surface opposite to the circuit surface is in contact with the heat conducting material;
Curing the thermally conductive material in a paste state;
A method of manufacturing a flexible opto-electrical wiring, comprising the step of performing electrical connection between the driving IC and the electrical wiring layer to form an electrical connection part.
前記駆動ICと前記電気配線層とのフリップチップ接続を行い、電気接続部を形成する工程と、
前記電気接続部近傍にアンダーフィル樹脂を注入する工程と、
前記アンダーフィル樹脂を硬化させる工程と、
前記アンダーフィル樹脂を硬化させる工程の後、前記貫通孔に前記熱伝導材料をペースト状態で注入する工程と、
ペースト状態の前記熱伝導材料を硬化させる工程とを具備することを特徴とするフレキシブル光電気配線の製造方法。 In the manufacturing method of the flexible optoelectronic wiring according to claim 3,
Performing flip chip connection between the drive IC and the electrical wiring layer to form an electrical connection portion;
Injecting underfill resin in the vicinity of the electrical connection part;
Curing the underfill resin;
After the step of curing the underfill resin, a step of injecting the thermally conductive material into the through hole in a paste state;
And a step of curing the heat conductive material in a paste state.
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