JP2010211179A - 光電気複合配線モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
光素子の駆動回路または増幅回路ＬＳＩと光素子との電気配線を薄膜配線層により短距離で接続することで、チャネル当たりの伝送速度を高しかつ消費電力の増大を防ぐ。また、伝送装置への接続方式がコネクタ等簡便であり、ＬＳＩの実装も従来技術によるものであるため、組立が容易でかつ高信頼が実現できる。すなわち、本発明によれば、性能、量産性ともに優れた光電気複合配線モジュールおよびこれを用いた伝送装置を提供できる。
【解決手段】
光素子２ａ、２ｂを、第一の回路基板１に形成された光導波路１１と光結合できるように、第一の回路基板上１に配置し、光素子の上層に電気配線層３を光素子の電極と電気配線層３の配線が電気的に接続されるように積層し、電気配線層３上にＬＳＩを実装して電気的に接続した構造とすることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
【選択図】 図１

Description

本発明は、伝送装置内において送受信される大容量の光信号を処理する光電気複合配線モジュールとその製造方法に関する。

近年、情報通信分野において、光信号による通信トラフィックの整備が急速に行われつつあり、これまで基幹、メトロ、アクセス系といった数ｋｍ以上の比較的長い距離について光ファイバ網が展開されてきた。今後はさらに、伝送装置間（数ｍ〜数百ｍ）、或いは装置内（数ｃｍ〜数十ｃｍ）といった近距離も大容量データを遅延なく処理するために光信号を用いることが有効であり、ルータ、サーバ等の情報機器内部のＬＳＩ間またはＬＳＩ−バックプレーン間伝送の光化が進められている。

光信号伝送構造を構築する際、重要となるのが光電変換素子（光素子）と光導波路や光ファイバ等の光伝送路との結合部分である。発光素子からの光を光配線に伝搬させる、または光伝送路から伝搬した光を受光素子に入射させるとき、充分に効率よく光結合させるために、光素子と光伝送路との位置合わせを高精度に行う必要がある。一方で、量産性や実用性を考慮すると、光結合部や、情報機器に用いられるＬＳＩは、容易に取り外し・交換できることが望ましい。
例えば、特開２００６−１３３７６３号公報においては、光素子と光伝送路との結合をガイドピンで位置合わせし、ソケットピンを用いて光素子とＬＳＩを実装する構造としている。これにより、比較的容易に光素子と光伝送路の位置合わせが可能となり、またソケットピンで実装することにより、ＬＳＩの着脱が容易になっている。

また、特開２００４−２３３９９１では、光素子上に光導波路を有する基板を配置し、光素子からLSIに電気信号を送るようにしている。

特開２００６−１３３７６３号公報 特開２００４―２３３９９１号公報

しかしながら、上記の構造では、以下の問題点が生じる。まず、光素子とＬＳＩとの距離を短くできない点が挙げられる。特許文献１記載の構造では、光素子はＬＳＩの直下ではなく外側に配置される。従って、光素子に信号を伝搬させるためには、この間を電気配線で接続しなければならない。また、特許文献２記載の構造では、基板に対して光素子がLSIの反対側にあるため、光素子からLSIまでの電気配線の距離が長くなる。ＬＳＩからの信号の伝送速度を速くしても、電気配線の部分が律速となって充分な伝送速度が得られない。また、電気配線が長くなる分損失も増大し、その結果消費電力が増大する懸念がある。さらには、実装密度を充分に高くすることができず、基板の大型化を招く。光素子と光伝送路の位置合わせ精度に関しても、各ガイドピン、各ソケットピンの位置公差を考えると、全てのチャネルで効率よく位置合わせようとすると、接合部に大きな応力がかかり、信頼性が著しく劣ることが予想される。

本発明の目的は、ＬＳＩと光素子との距離を短くし、チャネルあたりの伝送速度を高くでき、かつ消費電力を小さくできる構造とすること、ならびに実用性を考慮して、ＬＳＩや部品の着脱が容易な光電気融合配線モジュールそれを用いた伝送装置と、その製造方法を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために、光信号を伝搬する光導波路を有する第一の回路基板と、前記第一の回路基板上に設けられ、前記光導波路と光結合する光素子と、前記第一の回路基板及び前記光素子上に設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜上に設けられた配線パッドと、前記光素子と前記配線パッドを電気的に接続する電気配線と、前記配線パッド上に設けられて電気的に接続される半導体素子とを備え、前記光素子は、前記第一の回路基板の前記半導体素子側の面であり、かつ前記半導体素子を前記第一の回路基板に投影した投影面内に設けられていることを特徴とする光電気複合配線モジュール及びその製造方法を提供する。

本発明によれば、半導体素子と、光素子との間を短距離の薄膜配線により電気的に接続することができるため、チャネル当たりの伝送速度を高くすることができ、かつ消費電力の増大を防ぐことができる。また、半導体素子の実装ははんだ接合等の従来の簡便な技術によるものであり、容易に組立することができ、また着脱も特別な技術を必要としない。さらに、情報機器のボードへの実装は、従来の接合技術またコネクタによるもので、高精度な位置合わせ等、特別な技術を必要としない。従って、組立や、着脱・交換は容易である。

以上より、大伝送容量かつ容易に組立できる光電気融合配線モジュールを提供することができる。

本発明による第一の実施の形態を示す模式図である。 （a）〜（ｆ）は、本発明による第一の実施の形態についての製造方法を示す模式図である。 本発明による第二の実施の形態を示す模式図である。 本発明による第三の実施の形態を示す模式図である。 （a）〜（ｆ）は、本発明による第三の実施の形態についての製造方法を示す模式図である。 本発明による第四の実施の形態を示す模式図である。 本発明による第五の実施の形態を示す模式図である。 （a）〜（ｆ）は、本発明による第五の実施の形態についての製造方法を示す模式図である。 本発明による第六の実施の形態を示す模式図である。 本発明による第七の実施の形態にかかる伝送装置の形態を示す模式図である。

以下に、図面を用いて、本発明の実施の形態を詳細に述べる。

まず、図１に、本発明の第一の実施の形態を示す。本図は、本発明による光電気融合配線モジュールの断面図である。第一の回路基板１は、光伝送路である光導波路１１が設けられ、その上層または下層に電気配線１２が設けられている。回路基板１の表層１３には、電気配線１２に電気的に接続されている電極パッド１４が具備されている。光導波路１１の端部１５はおよそ４５°の傾斜がついており、光信号の向きをおよそ９０°上方に曲げることができる構造になっている。本実施例では、実装密度を向上されるために光導波路１１を２層にしているが、１層あるいは３層以上でも構わない。

光素子２ａ、２ｂは、第一の電子回路１の表層１３に実装されている。本実施例においては、光素子２ａは面発光型の半導体レーザ（発光素子）、光素子２ｂは、面入射型のフォトダイオード（受光素子）である。これら光素子２ａ、２ｂは、実装密度の観点からは複数の発光点/受光面が集積されているアレイ型のものが望ましいが、１チャネルのものでも構わない。光素子に電流を流すための電極２１ａ、２２ａ、２１ｂ、２２ｂは、本実施例においては第一の回路基板１から遠い側（本図では上側）に具備される。これらの電極は、該光素子２ａ、２ｂの上層に形成されている薄膜配線層３の電気配線３１に電気的に接続されている。薄膜配線層３は、電気配線層３３、３５および絶縁層３１、３４および薄膜配線層３の表層の電極パッド３６を具備しており、光素子２ａ、２ｂの上層に形成され、ビア３２を介して光素子２ａ、２ｂの各電極パッドおよび第一の回路基板１の電極パッド１４を薄膜配線の表層電極パッド３６に電気的につなぐ構造になっている。

薄膜配線層３の上にはＬＳＩ（半導体素子）４が配置されている。ＬＳＩ４には電極パッド４１が備わり、これと薄膜配線層の電極パッド３６とが、バンプ４２を介して電気的に接続している。バンプ４２は、はんだボールやＡｕのスタッドバンプ、あるいはめっきによるバンプ等でも構わない。ＬＳＩ４には、本実施例では半導体レーザ用の駆動回路、フォトダイオード用の増幅回路が集積されている。もちろん、ＬＳＩ４とこれら駆動/増幅回路ＩＣを独立させた構造としても構わない。本実施例においては、光素子２ａ、２ｂは、ＬＳＩ４の真下、すなわちＬＳＩ４を回路基板１に投影した投影面内に配置することにより、光素子２からＬＳＩ４までの距離を小さくし、伝送速度を大きく、消費電力を小さくしている。また、配線の距離が小さいので、製造も簡易になる。

次に、図２に従って、図１の製造方法の一例を説明する。まず、図２（ａ）は、二本の光導波路１１、電気配線１２、電極パッド１４を有する第一の回路基板１を表す図である。この表層１３に光素子２ａ、２ｂを光導波路１５と光結合するように搭載する（図２（ｂ））。回路基板１と光素子２とを固着する手段として、本実施例では、使用する光の波長に対して透明な接着剤５１を用いた。接着剤の塗布方法としては、固着前の接着剤を光素子の接着面に転写し、その状態で基板１上に搭載する方式を用いたが、基板上に接着剤を滴下する方法でも構わない。光素子を搭載する際は、光導波路と光素子が効率よく光結合するために、光導波路の端部１５と位置合わせする必要がある。従って、光素子の搭載装置（マウンタまたはボンダ）は、必要な搭載精度を確保できる装置を使用した。アレイ型の光素子を用いると、発光点または受光面が増えるため、搭載精度は厳しい方向になるが、発光点間/受光面間の位置ずれは、ウェハプロセスで一括に形成しているため無視できるほど小さいこと、光導波路間の端部に関しても、フォトリソグラフィ等で一括形成するため同様に小さいため、実質は１チャネル品とほとんど同じ搭載精度で実装可能である。特許文献１の図６に示されるような、モジュールに光素子を搭載した後に一括で光結合させる方式を採ると、各チャネルの位置ずれの影響で、実質極めて高い搭載精度が要求される。本発明は、この課題を解決できるものであり、組立容易性が飛躍的に向上させることができる。また、前述したように、特許文献１において懸念される、各接続部での過大な応力も発生することはない。さらには、光素子と光導波路とは、光導波路の上部クラッド部分のみ、もしくは表層に形成される樹脂層分の距離、すなわち数〜数十μｍを介して光結合されるため、光結合効率を高くとることができる。また、光素子と光導波路の間に空気層がないため、ゴミや水滴が付着して光出力の低下を招くポテンシャルもない。さらに、特許文献１の図６のように、光結合部から遠方で固定することで、外力や熱応力による変形起因の光出力の低下を起こす可能性もない。すなわち、極めて簡便な方法で高い光結合効率と、光出力の安定性を実現することができる。もちろん、光素子と光導波路間に集光機構を設けて、光結合効率をさらに向上される構造にしても構わない。

なお、光素子の固定方法に関しては、光路を妨げないのであれば、透明でない接着剤を用いても構わない。また、光素子の回路基板側にメタライズを形成できれば、はんだ接合を用いても構わない。

次に、光素子の上層に薄膜配線層３を形成する。まず、第一の薄膜絶縁層３１を形成するためにワニス状態の絶縁樹脂を塗膜する。次に、光素子の電極および第一の回路基板表層の電極に電気的に接続するために、絶縁樹脂にスルーホール３２を形成する（図２（ｃ））。ビア３２用穴の形成方法は、本実施例では感光性のある絶縁樹脂材料を用い、フォトリソグラフィにより形成し、その後樹脂材料を硬化させる方法を適用した。なお、絶縁材料の形成方法については、上記以外の、例えばＢステージ状態の樹脂フィルムを圧着する方法でも構わない。また予め光素子が入る貫通穴を開けた樹脂シートを圧着し、その後貫通穴と光素子の空隙にワニスを充填するという方式でも構わない。ビアホール形成方法に関しても、上記以外のドライエッチング、レーザ、サンドブラスト等の手法を用いても構わない。次に、薄膜電気配線３３を形成する。ビア３２の充填には電気めっきを用いた。以下、図示していないが、電気めっきによる配線層形成方法を説明する。まず、スパッタリングにより基板表面全体にシード膜を形成する。シード膜の構成は、接着層Ｃｒ膜とＣｕ膜の積層構造とした。次に、Ｃｕの電気めっきを施し、ビアホールにＣｕを充填する。本実施例ではフィルドビアの構造としたが、中心部に導体の存在しない、コンフォーマルタイプの構造でも構わない。また、配線層の形成方法に関しても、めっきを用いずに、スパッタリング成膜のみとしても構わない。これにより、基板表面全体にＣｕ膜が形成される。次にフォトリソグラフィにより配線パターンの分離を行い、図２（ｄ）に示す構造に至る。

図２（ｃ）および図２（ｄ）を繰り返すことで、薄膜配線層の２層目３４、３５を形成する（図２（ｅ））。最上層は、ＬＳＩ４を接合するためのバンプ４２に見合った材料を用いた電極パッド３６を形成する。電極パッド３６は、光素子２の真上になるようにしてある。本実施例では、図示していないが、はんだ接続電極用として、Ｎｉ/Ａｕ膜を形成した。なお、本実施例では、薄膜配線層は２層としたが、これは、ＬＳＩと光素子や、第一の回路基板１との電気配線の形態によっては、１層あるいは３層以上としてもよい。また、薄膜配線層の形成方法に関しても、本実施例以外の公知の手法も用いても構わない。

最後に、薄膜配線層３の上にＬＳＩ４を実装する（図２（ｆ））。本実施例では、半導体レーザの駆動回路およびフォトダイオードの増幅回路が集積されたＬＳＩを適用した。接合方法は、Ｓｎ系のはんだを用いたバンプ４２を用い、ＬＳＩ４を搭載した後リフロー接合を行った。ＬＳＩ４に関しては、先にも述べた通り、ＬＳＩ４から駆動回路や増幅回路を独立させ、それぞれ個別に実装したものでも構わない。また、バンプ接合方式に関しても、例えばＡｕバンプによる超音波接合、Ａｕバンプとはんだによる接合、さらにはめっきバンプを形成しはんだ接合するなど、他の方式を用いても構わない。はんだバンプ接合方式のメリットとしては、はんだ融点以上の温度に上げることで、容易にＬＳＩを取り外すあるいは交換することが容易に行える点である。

本発明による光電気融合配線モジュールの量産性をさらに向上させる手段として、冗長性を付与するという手段がある。具体的には、実際に使用するよりも多い数の光素子２と光導波路１１との組み合わせを具備するものである。もし、光素子とＬＳＩとをつなぐ薄膜配線に不良が発生した場合、あるいは光素子や光導波路に不良が発生した場合、予備として用意した配線・光素子・光導波路を使用する。もし、欠陥なく形成できた場合は、回路的あるいは物理的に予備回路を使用できない状態にする。

次に、本発明による第二の実施の形態を、図３を用いて説明する。図３と図１の違いは、光素子２が、素子単独ではなく第二の回路基板６に搭載されたものであるという点である。第二の回路基板６は、絶縁基板６１、表裏の配線６２、６３、表裏の配線を電気的に接続するスルーホール６４からなる。第二の回路基板６を用いる目的は、まず光素子２の検査を容易に行うことができるようにするためである。すなわち、光素子を第二の回路基板６に搭載した状態で検査を行うことにより、取り扱いが容易になり、かつ光素子への電流の印加も行い易くなる。また、光素子を第一の回路基板１に搭載する際も、素子の寸法が大きくなるため、取り扱いが容易になるというメリットがある。

光素子２と第二の回路基板６との接合には、Ａｕ−Ｓｎを主成分とするはんだ６５を用いた。これに関しても、Ａｕバンプの超音波接合、Ａｕバンプとはんだの接合、導電性接着剤など、他の方式でも構わない。

製造方法に関しては、光素子２を第２の回路基板６に接続した状態で、第１の回路基板１側に光素子２を向けて接着し、第二の回路基板６の電極６３と薄膜配線層３の電極を電気的接続するように形成するという以外は、第一の実施例と同様である。接着剤５１に関しては、図に示すように光素子２全体を覆い、第２の基板まで接着するように塗布しているが、実施例１のように光素子と第一の回路基板との対向する面のみに塗布する方法でも構わない。

次に、本発明による第三の実施の形態を、図４および図５を用いて説明する。図４は光電気複合配線モジュールの断面図、図５はその製造方法を表す模式図である。本実施例は、光素子２の電極２３が第一の回路基板１側にある場合の形態である。第一の回路基板１は、その表面に光素子接続用の電極１６を備えており、この電極１６に光素子をバンプ２４を用いて接続するとともに、当該電極１６をビア３２と接続している。

本実施例にかかる光電気複合配線モジュールの製造においては、まず、第一の回路基板１の光素子を搭載する近傍に、光素子２の電極２４と電気的に接続するための電極１６を具備した構造とする（図５（ａ））。次に、光素子２を電気的な接続ができる方式にて第一の回路基板１に接合する。本実施例では、光素子の電極２３ａ、２３ｂにＡｕのスタッドバンプ２４ａ、２４ｂを事前に形成し、これと電極１６表面のＡｕとで超音波を印加させて接合した。次に、第一の回路基板１の表層１３と光素子２ａ、２ｂとの間にできた空隙に、使用する光の波長に対し透明な樹脂５２を挿入し、硬化させる。本実施例ではシリコーン樹脂を用いた（図５（ｂ））。次に、光素子の上層に薄膜配線層３を形成する。第一の薄膜絶縁層３１を形成し、第一の回路基板表層の電極に電気的に接続するために、絶縁樹脂にスルーホール３２を形成するところは同じであるが、光素子の電極１６に接続するためのスルーホールは形成せず、光素子に電気的に接続される基板上の電極１６に接続されるスルーホール３２を形成する点が実施例１とは異なる（図５（ｃ））。この後は、第一の実施例と同様のプロセスにてモジュールを形成する。薄膜配線層３の電気配線は、光素子の電極と直接にではなく、光素子の電極に繋がっている第一の回路基板１の電極１５とを電気的に接続する構造となる（図５（ｄ）〜（ｆ））。

なお、光素子の電極が表裏面に存在する場合は、図示はしないが、第一の実施例と本実施例の複合形態をとればよい。すなわち、光素子２の回路基板１側の電極２３は、基板上の電極１６を介してビア３２に接続し、回路基板と反対側の電極２３は、直接ビア３２に接続される。また、本発明および本発明と第一の実施例との複合形態は、第二の実施例に示される、光素子が第二の回路基板に搭載された形態についても適用可能である。

次に、本発明の第四の実施の形態について、図６を用いて説明する。実施例１〜３においては、ＬＳＩ４が配線層３上にのみ実装される形態となっているが、本実施例ではＬＳＩ４の機能の一部を別体にして、それを光素子２と同じ平面上に実装した構造となっている。本実施例では、別体のＬＳＩ４４ａ、４４ｂは、それぞれ発光素子２ａを駆動するドライバ回路、受光素子２ｂのフォトカレントを電圧に変換して増幅するトランスインピーダンスアンプ回路とした。ＬＳＩ４３は、実施例１〜３に示すＬＳＩ４から、これら回路の機能を除いたものとした。ＬＳＩ４４ａ、４４ｂ上には、光素子２ａ、２ｂと同様に絶縁層３１、３４が設けられている。また、ＬＳＩ４４ａ、４４ｂは、光素子２ａ、２ｂと、表層電極パッド３６とに接続されている。

本実施例の製造方法は、実施例３の図５に示される方式に準ずる。ＬＳＩ４４ａ、４４ｂともに、光素子２ａ、２ｂと同様、素子の電極パッドにＡｕのスタッドバンプを事前に形成し、これと基板側の電極１６表面のＡｕとを超音波を印加されることで接合した。

ＬＳＩ４４ａ、４４ｂの実装方式は、実施例１の光素子のように、回路面を上にして基板に接着し上面から電気的に接続する方法としても構わない。但し、これらＬＳＩを固定する接着剤は、光信号が伝搬するところではないため透明である必要はない。光素子とＬＳＩの電気的接続は同じ方式の方が、プロセスがより簡略になり望ましいが、ＬＳＩおよび光素子の電極位置によっては実施例１の構造との複合でも構わない。

なお、本実施例ではＬＳＩ４４ａ、４４ｂは光素子と同一平面上に搭載したが、薄膜配線層３の中の、別の平面上に設置してもよい。

次に、本発明による第五の実施の形態を、図７および図８を用いて説明する。図７は光電気複合配線モジュールの断面図、図８はその製造方法を表す模式図である。本実施例は、光素子２と光導波路１１の端部１５を結ぶ光軸間に、レンズ１０１を備えた構造となっているのが特徴で、これにより光結合効率がさらに向上させることができる。

光素子２ａ、２ｂは、それぞれレンズ１０１ａ、１０１ｂの上部に実装されている。発光素子２ａからの出射光は、ある広がり角をもって放出されるが、光軸上にレンズを設置することにより光は集光され、効率よく光導波路１１に結合する。レンズの焦点距離としは、光素子のビーム広がり角、光導波路のコア寸法、それぞれの部材の位置関係などから、結合効率や位置ずれトレランスが良好になる値を、既存の光結合計算で決めればよい。受信側においては、光導波路１１から伝送された光は同じくある広がり角を持って放出されるが、こちらもレンズ１０１ｂによって集光され、受光素子２ｂの開口に効率よく受光する。レンズの焦点距離の設定に関しては発光側と同様である。上記以外の構造に関しては、実施例１に示した図１と同様である。

次に、図８に従って、図７の製造方法の一例を説明する。まず、図２（ａ）は、光素子２ａ、２ｂとレンズ１０１ａ、１０１ｂを固定する工程を表している。光素子の発光/受光点とレンズの光軸中心とを位置合わせした後、これらをレンズ上に設けられた接合材５３を用いて固定する。本実施例では接合材５３に接着剤を用いたが、接合材は、それ以外の例えばはんだであっても構わない。レンズと光素子がぶつかることの無いように、レンズの曲面は、図のように接合面に対して凹んだ部分に凸状に形成されることが望ましい。また、図示していないが、レンズ１０１ａ、１０１ｂとは別に光素子のレンズと接合する側の面にレンズ曲面を形成しても構わない。もちろん、図に示されるレンズ１０１ａ、１０１ｂと光素子に形成したレンズをともに採用した、２枚レンズ系としても構わない。光素子とレンズを固定する際は、光導波路１１と光素子２が効率よく光結合するために、光導波路１１の端部１５と位置合わせする必要がある。従って、光素子の搭載装置（マウンタまたはボンダ）は、必要な搭載精度を確保できる装置を使用した。

このようにして作製した光素子２とレンズ１０１の一体部品を、回路基板の表層１３に光導波路の端部１５と光結合するような位置に搭載する（図２（ｂ））。回路基板１とレンズ１０１とを固着する手段として、使用する光の波長に対して透明な接着剤５１を用いた。接着剤５１の塗布方法は、実施例１における光素子への接着剤塗布方法と同様である。搭載装置は、光素子とレンズとの固定と同様、必要な搭載精度を確保できるものを使用した。なお、搭載の手順としては、まず回路基板にレンズ１０１を搭載し、その後レンズ１０１上に光素子２を搭載するという方式を用いてもよい。また、レンズの回路基板への接合材に関しては、光路を妨げないのであれば透明でない接着剤を用いても構わない。また、光素子の回路基板側にメタライズを形成できれば、はんだ接合を用いてもよい。また、レンズ１０１と光素子２の側面がほぼ一致するようにすれば、絶縁層３１を形成時に都合がよい。

本構造においても、図１の実施例と同じように従来技術に比べ組立容易性は向上する。またに、レンズを用いていることにより光の集光効果が得られ、光結合効率はさらに向上する。光素子とレンズの間には空気層が存在する構造であるが、接合材で光軸部分を囲む構造にすればゴミ等が付着する可能性はなく、従って光出力の低下を招くポテンシャルはない。

以降、光素子の上層に薄膜配線層３を形成するが（図（ｃ）〜（ｄ））、この手順に関しては、図２に示す第一の実施例と同様である。最後に第一の実施例と同様、薄膜配線層３の上にＬＳＩ４を実装して完成する（図２（ｆ））。冗長性付与に関しても、第一の実施例と同様である。

次に、本発明の第六の実施の形態について、図９を用いて説明する。実施例１〜３において、光素子の放熱は、主に光素子の電極に接続した薄膜配線層の電気配線によって行われるが、本実施例では、光素子からの発熱をより効率よく放熱するための構造が付与されている。

まず、第一の回路基板１の光素子２が搭載される近傍には、導体パッド１７が形成されている。光素子２ａ、２ｂは、この導体パッド１７上に搭載される。光素子２と導体パッド１７との接合方法は、放熱性を良くするために、熱伝導率の高い接合材５３を用いる。本実施例では、はんだを使用した。光素子の第一の回路基板側には、はんだを接続するための表面がＡｕからなるメタルパッド２７を具備させた。導体パッド１７は、第一の電子回路基板１の表層に広く形成された導体層１８に繋がっており、この導体層１８は、LSI４を基板に投影した投影面の外まで延在して基板の周辺もしくは端部まで延び、ヒートスプレッダの役割を果たす。また、導体層１８は、第一の回路基板１に形成された放熱ビア１９に接続しており、回路基板の下側に形成された導体層１８にも放熱できる構造になっている。さらに、導体層１８は、薄膜配線層３に形成された放熱用のビア３７にも接続されており、これにも熱が伝わる構造となっている。放熱用ビア３７は、薄膜配線層表層にて放熱部材である放熱フィン７１にはんだ熱伝導のよい接合材で接続され、放熱フィン７１からも放熱される。これにより、光素子からの発熱が効率よく放熱され、光電気融合配線モジュールの動作特性が安定する。

本実施例では、導体パッド１７や導体層１８は、放熱用の導体としてのみ用いており、図では明示されていないが、第一の回路基板１や薄膜配線層３の電気配線とは基本的には電気的に絶縁されている。しかし、これら導体パッド１７や導体層１８は、光素子の電極を兼ねる構造としてもよく、また、グランド配線として機能させてもよく、その場合は必要に応じ第一の回路基板の電気配線等と電気的に接続されていても構わない。また、本実施例では、放熱経路を導体層（基板の端部）、第一の回路基板の放熱ビア１９、薄膜配線層の放熱ビア３７と３つの経路をとっているが、モジュール全体構造や、光素子の発熱量などに応じてこれらの中の１つまたは２つのみを形成する構造としても構わない。さらに、放熱フィン７１は、なくてもよいし、フィンのない導体ブロックや水冷ジャケットなど別の形態でもよいし、あるいはＬＳＩ４の冷却構造と一体形成してもよい。また、図２に示す、光素子が第二の回路基板に搭載された構造に関しても適用可能である。

最後に、本発明による光電気融合配線モジュールが伝送装置に適用される形態を、図１０を用いて説明する。なお、第一の回路基板１および親回路基板８２は、簡略のため電気配線を図示していない。

図１０において、電源回路等の電気の入力は、第一の回路基板１の裏面側から供給される。本実施例では、はんだバンプ８１によって親回路基板８２とバンプで接合する構造となっているが、これはピンを挿入する形態のもの、あるいは電気コネクタでも構わない。一方、高速光信号は光コネクタ８３により結合されている。外部からの光信号は、ここでは光ファイバ８４としているが、それ以外の、光導波路フィルムや、光伝送路が形成された回路基板などでも適用可能である。

なお、本実施例では、光電気複合配線モジュールとして、図１に示される第一の形態を適用しているが、それ以外の、第二〜第四の実施の形態についても適用可能である。

本発明の実施により、高速伝送が可能で消費電力が小さく、かつ組立が容易で製造歩留りが高く、安定して動作する光電気融合配線モジュールおよびこれを用いた伝送装置が実現可能となる。

１・・・第一の回路基板、１１・・・光導波路、１２・・・第一の回路基板の電気配線、１３・・・第一の回路基板の表層、１４・・・第一の回路基板の電極パッド、１５・・・光導波路の端部（４５°ミラー）、１６・・・電極パッド、１７・・・導体パッド、１８・・・導体層、１９・・・第一の回路基板の放熱ビア、２・・・光素子、２ａ・・・発光素子（面発光型半導体レーザ）、２ｂ・・・受光素子（面入射型フォトダイオード）、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ・・・光素子の電極、２４ａ、２４ｂ・・・スタッドバンプ、３・・・薄膜配線層、３１、３４・・・薄膜配線層の薄膜絶縁層、３２・・・薄膜配線層のビア、３３、３５・・・薄膜配線層の電気配線層、３６・・・薄膜配線層の電極パッド、３７・・・薄膜配線層の放熱ビア、４、４３・・・ＬＳＩ、４１・・・ＬＳＩの電極パッド、４２・・・ＬＳＩ接合バンプ、４４ａ・・・ＬＳＩ（ドライバ回路）、４４ｂ・・・ＬＳＩ（トランスインピーダンスアンプ回路）、５１・・・接着剤、５２・・・樹脂、５３・・・接合材（接着剤）、６・・・第二の回路基板、６１・・・第二の回路基板の絶縁基板、６２、６２・・・第二の回路基板の配線、６４・・・第二の回路基板のスルーホール、６５・・・はんだ、７１・・・放熱部材（放熱フィン）、８１・・・はんだバンプ、８２・・・親回路基板、８３・・・光コネクタ、８４・・・光伝送路（光ファイバ）、９１・・・光信号、１０１ａ、１０１ｂ・・・レンズ。

Claims (28)

1. 光信号を伝搬する光導波路を有する第一の回路基板と、
   前記第一の回路基板上に設けられ、前記光導波路と光結合する光素子と、
   前記第一の回路基板及び前記光素子上に設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜上に設けられた配線パッドと、
   前記光素子と前記配線パッドを電気的に接続する電気配線と、
   前記配線パッド上に設けられて電気的に接続される第一の半導体素子とを備え、
   前記光素子は、前記第一の回路基板の前記第一の半導体素子側の面であり、かつ前記第一の半導体素子を前記第一の回路基板に投影した投影面内に設けられていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
2. 請求項１において、
   前記光素子は、前記第一の半導体素子と前記光導波路との間に設けられていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
3. 請求項１において、
   前記光素子は、当該光素子が接続される前記配線パッドの直下にあることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
4. 請求項３において、
   前記光素子は、当該光素子が接続される前記配線パッドと、当該光素子が光結合する光導波路との間に配置されていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
5. 請求項１において、
   前記光素子と前記配線パッドとは、前記絶縁膜内に形成されたビアにより接続されていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
6. 請求項５において、
   前記光素子は、その前記第一の半導体素子側に、前記ビアに接続される電極を有することを特徴とする光電気複合配線モジュール。
7. 請求項１において、
   前記光素子は、その前記前記第一の回路基板側に、前記回路基板上の電極と接続された電極を有することを特徴とする光電気複合配線モジュール。
8. 請求項１において、
   前記光素子を搭載する第二の回路基板を有し、
   当該第二の基板は、前記光素子を前記第一の回路基板に向けて搭載されていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
9. 請求項１において、
   前記第一の回路基板に上に搭載された第二の半導体素子を備え、
   当該第二の半導体素子の上に前記絶縁膜が設けられており、
   当該第二の半導体素子は、前記光素子と前記第一の半導体素子とに電気的に接続されていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
10. 請求項１において、
    前記光素子と前記光導波路との光軸間にレンズが設けられていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
11. 請求項１において、
    前記第一の回路基板は、その表面に、前記光素子に接続された導体層を有し、
    当該導体層は、前記半導体素子の投影面の外まで延在していることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
12. 請求項１１において、
    前記第一の回路基板は、前記光素子を搭載した側の表面及びその反対側の表面の両面に前記導体層を有し、
    前記両面の導体層は、ビアにより互いに接続されていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
13. 請求項１１において、
    前記絶縁膜上に放熱フィンを有し、
    当該放熱フィンと前記導体層は接続されていることを特徴とする光電気複合配線モジュール。
14. 請求項１に記載の光電気複合配線モジュールを備え、
    前記光導波路は、前記光素子と光結合した側と反対の端部を、光ファイバと光結合し、
    光電気複合配線モジュールの有する電気配線が、モジュール外部の電気配線と電気的に接合されていることを特徴とする伝送装置。
15. 光導波路を有する第一の回路基板上に、前記光導波路に光結合するように光素子を搭載する工程と、
    前記回路基板及び前記光素子上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜内に、前記光素子に接続される電気配線を形成する工程と、
    前記絶縁膜上に、前記電気配線に接続される配線パッドを形成する工程と、
    前記配線パッドに半導体素子を接続する工程とを含む光電気複合配線モジュールの製造方法。
16. 請求項１５において、
    前記半導体素子は、前記光素子が搭載された領域の上の領域に搭載されることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
17. 請求項１６において、
    前記光素子は、前記半導体素子と前記光導波路との間に設けられていることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
18. 請求項１５において、
    前記配線パッドは、当該配線パッドが接続される前記光素子の直上にあることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
19. 請求項１８において、
    前記光素子は、当該光素子が接続される前記配線パッドと、当該光素子が光結合する光導波路との間に配置されていることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
20. 請求項１５において、
    前記光素子と前記配線パッドとは、前記絶縁膜内に形成されたビアにより接続されていることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
21. 請求項２０において、
    前記光素子は、その前記半導体素子側に、前記ビアに接続される電極を有することを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
22. 請求項１５において、
    前記光素子は、その前記前記第一の回路基板側に、前記回路基板上の電極と接続される電極を有することを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
23. 請求項１５において、
    前記光素子は、当該光素子を搭載する第二の回路基板を有しており、
    当該光素子は、前記第二の回路基板を前記第一の回路基板とは反対側に向けて搭載されることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
24. 請求項１５において、
    前記第一の回路基板上に、第二の半導体素子を搭載する工程を含み、
    前記絶縁膜は、前記第二の半導体素子上にも形成され、
    前記電気配線は、前記第二の半導体素子にも接続されることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
25. 請求項１５において、
    前記光素子と前記光導波路との光軸間にレンズ設置する工程を含むことを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
26. 請求項１５において、
    前記第一の回路基板は、その表面に導体層を有し、
    前記導体層は、前記光素子に接続され、
    前記導体層は、前記半導体素子の投影面の外まで延在していることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
27. 請求項２６において、
    前記第一の回路基板は、前記光素子を搭載する側の表面及びその反対側の表面の両面に前記導体層を有し、
    前記両面の導体層は、ビアにより互いに接続されていることを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。
28. 請求項２６において、
    前記絶縁膜上の前記導体層に接続されるビアの上に放熱フィンを搭載する工程を有することを特徴とする光電気複合配線モジュールの製造方法。

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