JP2013182990A - Semiconductor device and substrate assembly - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光信号インターフェースを有する半導体装置および基板組立体に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a substrate assembly having an optical signal interface.
半導体技術の発展により、大規模集積回路(LSI)の飛躍的な動作速度の向上や、取り扱われるデータの伝送レートの高速化が図られてきている。CPUの動作周波数は数GHzに達し、ハイビジョン動画データの通信データレートは数Gbps〜数百Gbpsが必要と言われている。しかしながら、LSIの内部が高速化されても、その電気信号を外部にインターフェースするための半導体パッケージおよびプリント基板で対応できる速度は、LSI内部における速度に対し向上しきれていない。 With the development of semiconductor technology, a dramatic increase in operating speed of large scale integrated circuits (LSIs) and an increase in the transmission rate of handled data have been achieved. It is said that the operating frequency of the CPU reaches several GHz, and the communication data rate of the high-definition moving image data needs to be several Gbps to several hundred Gbps. However, even if the internal speed of the LSI is increased, the speed that can be handled by the semiconductor package and the printed circuit board for interfacing the electric signal to the outside cannot be improved as compared with the internal speed of the LSI.
一般に、ワイヤボンディングを採用するパッケージでは、ワイヤに数nHのインダクタンスがある。このため、信号周波数が1GHzを超えると、波形品質が劣化して信号伝送が難しくなる。そこで、信号周波数が高いLSIでは、ワイヤボンディングではなくフリップチップ接続技術を使ったパッケージが用いられている。しかし、フリップチップ接続を採用した場合でも、実装密度が高くなると、パッケージ基板(インターポーザ)の配線数が増加して複雑化し、配線パターンの幅が細くなる。そのため、配線パターンのインダクタンスが増加して波形品質の劣化が生じる。 In general, in a package employing wire bonding, the wire has an inductance of several nH. For this reason, when the signal frequency exceeds 1 GHz, the waveform quality deteriorates and signal transmission becomes difficult. Therefore, an LSI having a high signal frequency uses a package using a flip chip connection technique instead of wire bonding. However, even when flip chip connection is employed, if the mounting density is increased, the number of wirings of the package substrate (interposer) is increased and complicated, and the width of the wiring pattern is reduced. As a result, the inductance of the wiring pattern increases and the waveform quality deteriorates.
また、プリント基板上の配線では、波形品質を維持するため、伝送線路の差動化、インピーダンスマッチング、プリエンファシス、低電圧化(例えばLVDS:Low Voltage Differential Signal)などのシグナルインテグリティ技術、或いは信号ビット間のタイミングずれへの対策としてのパラレルからシリアルへの変換技術などが次々と適用されている。その結果、現在では数GHzまでの電気信号をプリント基板上で伝送することが可能となっている。しかし、これ以上の高速化は、インターフェース自体の多チャンネル化(多レーン化)を進めるしかない。しかし、コストおよびサイズの増大やクロストークなどの問題から難しくなってきている。 For wiring on printed circuit boards, signal integrity technologies such as transmission line differentiation, impedance matching, pre-emphasis, and low voltage (for example, LVDS: Low Voltage Differential Signal) or signal bits are used to maintain waveform quality. Conversion techniques from parallel to serial, etc. have been applied one after another as countermeasures against timing gaps. As a result, it is now possible to transmit electrical signals up to several GHz on a printed circuit board. However, higher speeds can only be achieved by making the interface itself multi-channel (multi-lane). However, it has become difficult due to problems such as an increase in cost and size and crosstalk.
これに対し、LSIの外部と高速にデータを授受する別のアプローチとして、光配線を用いた技術が提案されている。例えば特許文献1に記載されているように、半導体パッケージに光・電気変換インターフェースモジュールを設け、プリント基板やボンディングワイヤを経由せずに光ファイバなどの光伝送路にアクセスすることにより、他のLSIなどの外部部品との間で光信号インターフェースを図る技術が知られている。また、特許文献2に記載されているように、半導体パッケージと光・電気変換インターフェースモジュール部とを分離して設け、ピンとジャックで電気的に接続することにより光信号インターフェースを図る技術も知られている。
On the other hand, a technique using optical wiring has been proposed as another approach for exchanging data with the outside of an LSI at high speed. For example, as described in
しかしながら、上記特許文献1、2に記載された手段は、光・電気変換インターフェースモジュールを別で準備しておき、パッケージを実装基板(製品基板)に実装した後に機械的および電気的に接続するという複雑な構造を有している。このため、サイズが大きく実装高さも高くなり、LSIを実装した基板組立体や製品の小型化がしにくい、基板組立体の生産性が上がりにくく大量生産が難しい、コストが高くなるという課題があった。
However, the means described in the above-mentioned
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、光信号インターフェースを備え、小型で低コストの構造を持ち、生産性に優れた半導体装置および基板組立体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a substrate assembly having an optical signal interface, a small and low-cost structure, and excellent productivity.
請求項1に記載した半導体装置は、回路を構成する素子が形成された回路チップと光電変換チップとを備えている。光電変換チップは、半導体基板に、発光素子および/または受光素子を含む光電変換部と、表面から裏面に貫通して光電変換信号の伝送経路となる貫通電極とが形成されており、表面に設けられた窓部を通して光信号の受発光を行う。このように貫通電極を介して光電変換信号を伝送するので、インダクタンスによる波形品質の低下を抑制することができる。光電変換チップと回路チップは、光電変換チップの裏面と回路チップの素子形成面またはその反対面とが対向するように積み重ねられ、光電変換チップの裏面における貫通電極の開口部を介して回路チップと光電変換チップとの間で電気的接続がとられている。 A semiconductor device according to a first aspect includes a circuit chip on which elements constituting a circuit are formed and a photoelectric conversion chip. The photoelectric conversion chip includes a photoelectric conversion part including a light emitting element and / or a light receiving element and a through electrode that penetrates from the front surface to the back surface and serves as a transmission path for a photoelectric conversion signal. The optical signal is received and emitted through the window. Thus, since a photoelectric conversion signal is transmitted through a penetration electrode, the fall of the waveform quality by inductance can be controlled. The photoelectric conversion chip and the circuit chip are stacked such that the back surface of the photoelectric conversion chip and the element formation surface of the circuit chip or the opposite surface thereof are opposed to each other, and the circuit chip and the circuit chip are arranged through the opening of the through electrode on the back surface of the photoelectric conversion chip. Electrical connection is established with the photoelectric conversion chip.
この光信号インターフェースを備えた半導体装置は、回路チップと光電変換チップとが積み重ねられて一体となり、光電変換機能を持った1つの半導体チップとして取り扱うことができる。従って、従来のように光・電気変換モジュールを別で準備しておき、半導体パッケージを実装基板(製品基板)に実装した後に機械的および電気的に接続するという複雑な構造をとる必要がない。その結果、半導体装置を小型、薄型、低コストに製造することができる。また、半導体装置の製造工程が単純になるため、生産性が上がり大量生産にも対応可能となる。 A semiconductor device provided with this optical signal interface can be handled as one semiconductor chip having a photoelectric conversion function by stacking and integrating a circuit chip and a photoelectric conversion chip. Therefore, it is not necessary to prepare a separate optical / electrical conversion module as in the prior art, and take a complicated structure of mechanically and electrically connecting the semiconductor package after mounting it on a mounting substrate (product substrate). As a result, the semiconductor device can be manufactured in a small size, a thin shape, and a low cost. Further, since the manufacturing process of the semiconductor device is simplified, productivity is increased and it is possible to cope with mass production.
請求項2に記載した手段によれば、光電変換チップをパッケージ基板(インターポーザ)として用いる。そして、その光電変換チップの裏面に回路チップが搭載されて半導体パッケージが構成される。その半導体パッケージは、光電変換チップの表面が実装基板と対向するように実装される。この構成によれば、半導体装置に用いられていた従来のパッケージ基板を光電変換チップに置き替え、特別な工程ではなく従来と同様のパッケージ組み立て工程を経ることにより、光信号インターフェースを備えた半導体装置を製造することができる。
According to the means described in
請求項3に記載した手段によれば、光電変換チップの裏面と回路チップの素子形成面とが対向し、両チップはフリップチップ接続されている。この構成によれば、光電変換チップと回路チップとの間のインダクタンスを低減できるので、周波数が高い光電変換信号の波形品質を極力維持したまま伝送することができる。
According to the means described in
請求項4に記載した手段によれば、光電変換チップの表面にガラス基板が貼り付けられているので受発光面を保護できる。このガラス基板には、ウエハの研削などの薄化工程で用いるガラス支持基板をそのまま流用してもよい。
According to the means described in
請求項5に記載した手段によれば、パッケージ基板に回路チップが搭載されてワイヤボンディングされており、回路チップの素子形成面に裏面が対向するように光電変換チップが搭載されてフリップチップ接続されている。この構成によれば、例えば回路チップに光電変換チップをフリップチップ接続して一体化し、それを1つの半導体チップとしてパッケージ基板に実装することができる。これにより、従来のチップ組み立て技術および基板実装技術を用いて製造することができ、構造を簡単化できるとともに生産性を高めることができる。
According to the means described in
請求項6に記載した手段によれば、光電変換チップの光電変換部への入出射光をガイドする光伝送路と光電変換チップの窓部とを光学的に結合する光学結合部を備えている。これにより、光伝送路と半導体装置との光学的結合が容易になる。 According to the sixth aspect of the present invention, the optical coupling portion that optically couples the optical transmission path that guides the light entering and exiting the photoelectric conversion portion of the photoelectric conversion chip and the window portion of the photoelectric conversion chip is provided. This facilitates optical coupling between the optical transmission line and the semiconductor device.
請求項7に記載した手段によれば、光電変換チップとして、発光素子を含む光電変換部が形成された第1光電変換チップと、受光素子を含む光電変換部が形成された第2光電変換チップとを備えている。光学結合部は、第1ミラーと第2ミラーを備えている。第1光電変換チップの窓部から出射された光は、第1ミラーを透過して光伝送路に入射する。光伝送路から出射された光は、第1ミラーと第2ミラーで反射して第2光電変換チップの窓部に入射する。これにより、外部装置との間で光信号の授受を行うことができる。
According to the means described in
請求項8に記載した手段によれば、光電変換チップの表面にガラス基板が貼り付けられているので受発光面を保護できる。このガラス基板には、ウエハの研削などの薄化工程で用いるガラス支持基板をそのまま流用してもよい。
According to the means described in
請求項9に記載した基板組立体は、光電変換チップの表面が基板に対向するように実装される請求項1ないし4の何れかに記載の半導体装置と、光電変換チップの光電変換部への入出射光をガイドする光伝送路と、実装された光電変換チップの窓部に対向する位置に光伝送路の挿入孔または入出射光の光路が設けられた実装基板とを備えている。
The substrate assembly according to claim 9 is mounted so that the surface of the photoelectric conversion chip faces the substrate, and the semiconductor device according to any one of
各実施形態において実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態について図1および図2を参照しながら説明する。図1、図2は、それぞれ半導体装置およびその基板組立体を模式的に示す縦断面図である。半導体装置1は、CPU、ASSP、FPGAなどのプロセッサーLSIとして形成されたLSIチップ2(回路チップに相当)と、図示しない他の半導体装置、デバイス、機器等との間で光信号による高速データ伝送を行う光電変換チップ3とが積み重ねられた構成を備えている。
In each embodiment, substantially the same parts are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. 1 and 2 are longitudinal sectional views schematically showing a semiconductor device and a substrate assembly thereof, respectively. The
半導体装置1は、光電変換チップ3をパッケージ基板(インターポーザ)として用いている。すなわち、光電変換チップ3に、LSIチップ2、図示しない半導体チップ、受動部品(チップ抵抗、チップコンデンサ、チップインダクタ)などを実装することにより半導体パッケージ4が構成されている。LSIチップ2は、光電変換チップ3にフリップチップ実装されている。
The
LSIチップ2は通常の半導体チップと同様であり、半導体基板の表(おもて)面である素子形成面5に、回路を構成する多数の素子、配線層および電極6が形成されている。電極6にはバンプ7が形成されている。光電変換チップ3は、半導体基板の表(おもて)面8に、受光素子9を含む光電変換部10および必要に応じて他の回路素子や配線層が形成されている。この表面8において受光素子9の受光面に対応した位置には、光信号を透過する窓部11が形成されている。
The
光電変換チップ3には多数の貫通ビア12(貫通電極に相当)が形成されている。光電変換部10により光信号から変換された電気信号(光電変換信号)は、配線層と貫通ビア12を通してLSIチップ2に伝送される。貫通ビア12の裏面13側の開口部には、バンプ7と相対する位置に電極14が形成されており、この貫通ビア12の開口部を介してLSIチップ2との間で電気的接続がとられている。また、貫通ビア12の表面8側の開口部には、必要に応じて半田ボール15が設けられている。貫通ビア12は、光電変換信号の伝送に用いられる他、光電変換部10の制御信号や他の回路で用いる信号の伝送、電源の供給などにも用いられる。
A number of through vias 12 (corresponding to through electrodes) are formed in the
この半導体パッケージ4は、以下のように製造される。はじめに、LSIチップ2と光電変換チップ3を別々に製造する。続いて、光電変換チップ3をパッケージ基板とし、通常のパッケージ製造と同様の工程を用いて、光電変換チップ3の裏面13にLSIチップ2をはじめ図示しない各種チップ部品を実装する。この場合、光電変換チップ3の裏面13とLSIチップ2の素子形成面5とが対向するように積み重ねてフリップチップ接続(半田−半田、金−半田、金−金超音波接続など)をする。
The
この半導体パッケージ4を実装基板16(製品基板)に半田実装して基板組立体17を製造する。実装基板16には、光電変換チップ3の窓部に対向する位置に光ファイバ18(光伝送路に相当)の挿入孔19が形成されている。半導体パッケージ4の半田実装後、光ファイバ18を挿入孔19に挿通して樹脂やテープなどで固定する。この場合、半田実装による位置誤差を考慮して受光素子9(受光エリア)の大きさ、ファイバ径、孔径、孔位置とすることにより、光ファイバ18から出射した光信号が確実に受光エリアに達することを保証できる。
The
上記構成を備えた半導体装置1によれば、LSIチップ2で用いるデータのうち通信データレートが比較的低く、電気信号インターフェースでも波形品質の劣化が小さくなるものは、実装基板16および光電変換チップ3の貫通ビア12を介してLSIチップ2との間で伝送される。一方、通信データレートが高く、電気信号インターフェースでは波形品質の劣化が問題となるデータに対しては、光信号インターフェースが用いられる。光ファイバ18から出射した光信号は受光素子9で受光され、光電変換部10で電気信号に変換されて貫通ビア12を通してLSIチップ2に伝送される。
According to the
以上説明したように、本実施形態の半導体装置1は、LSIチップ2と光電変換チップ3とが一体となり、電気信号インターフェースと光信号インターフェースとを備えた1つの半導体チップとして取り扱うことができる。従って、半導体装置1を小型、薄型、低コストに製造することができる。また、半導体装置1の製造工程が単純になるため、生産性が上がり大量生産にも対応可能となる。特に、光電変換チップ3をパッケージ基板として用いているので、従来と同様のパッケージ組み立て工程を用いて光信号インターフェースを備えた半導体装置1(半導体パッケージ4)を製造することができる。また、LSIチップ2を光電変換チップ3にフリップチップ実装したので、貫通ビア12を介して伝送された光電変換信号の波形品質を極力維持したままLSIチップ2に伝送することができる。ボンディングワイヤを保護するための樹脂モールドも不要となる。
As described above, the
本実施形態の半導体装置1は、画像処理LSIとの間で画像データを高速に伝送する必要がある機器、メモリまたは外部記憶機器との間でデータを高速に伝送する必要がある機器、携帯電話通信や近距離無線通信などの無線通信デバイスとの間で通信データを高速に伝送する必要がある機器、LANまたは光ファイバを介して通信する有線通信デバイスとの間で通信データを高速に伝送する必要がある機器、光LANなどの光通信網との間でデータを高速に伝送する必要がある機器などに好適である。これらの機器において、メイン実装基板上の半導体装置間の配線の他、実装基板間、筐体間の配線などにも広く適用することができる。
The
(第2の実施形態)
図3に示す半導体装置21には、受光面を保護するため、光電変換チップ3の表面8に透明のガラス基板22が貼り付けられている。この場合、電気的接続を取るため、半田ボール15の取り付け位置のガラスをエッチングなどで取り除いてから半田ボール15を設ける。このガラス基板22には、光電変換チップ3の半導体基板の裏面研削(薄化工程)を行う際に割れや反りを抑止する目的で貼り付けられるガラス支持基板をそのまま流用してもよい。ガラス基板22を保護層としたので、半導体装置21の取り扱いが一層容易になり、信頼性も高められる。
(Second Embodiment)
In the
(第3の実施形態)
図4に示す半導体装置31は、光電変換チップ3をパッケージ基板とし、光電変換チップ3の裏面13に2つのLSIチップ2a、2bと図示しない各種チップ部品を実装することにより半導体パッケージ32を構成している。この場合、光電変換チップ3の裏面13とLSIチップ2a、2bの素子形成面5とが対向するように積み重ねられてフリップチップ接続されている。LSIチップ2a、2bには、それぞれ受光素子9a、9bを含む光電変換部10a、10bが形成されている。光電変換チップ3の裏面13には、LSIチップ2a、2bの間の電気信号配線としてパターン33が形成されている。
(Third embodiment)
A
この半導体パッケージ32を実装基板16に半田実装して基板組立体34を製造する。実装基板16には、光電変換チップ3の窓部11a、11bに対向する位置に、それぞれ光ファイバ18a、18bの挿入孔19a、19bが形成されている。その他の構成は第1の実施形態と同様である。
The
本実施形態によれば、光電変換チップ3に対し2つのLSIチップ2a、2bを一体化して1つの半導体チップとして取り扱うことができるので、より多機能なシステムを実現することができる。また、光電変換チップ3に光電変換部10a、10bを複数設けることにより、同時に複数の半導体装置、デバイス等との間で光通信インターフェースを構築することができ、より複雑な構成を持つシステムを実現できる。その他、第1の実施形態と同様の作用、効果が得られる。
According to the present embodiment, since the two
(第4の実施形態)
図5に示す半導体装置41は、LSIチップ2、光電変換チップ3、42、光学結合部43およびパッケージ基板44から構成されている。光電変換チップ42(第1光電変換チップに相当)は、半導体基板の表面8に、発光素子45を含む光電変換部46および必要に応じて他の回路素子や配線層が形成されている。この表面8において発光素子45の発光面に対応した位置には、窓部11が形成されている。貫通ビア12などの他の構成は、受光素子9を含む光電変換部10を備えた光電変換チップ3(第2光電変換チップに相当)と同様である。
(Fourth embodiment)
A
光学結合部43は、下面が光電変換チップ3、42の表面8に当接するように取り付けられており、光ファイバ18と光電変換チップ3、42の窓部11とを光学的に結合する。光学結合部43は、光ファイバ18をガイドおよび支持して光軸を規定軸に合わせ込むガイド部47を備えている。内部には、入出射光に対し45度の角度を持つ第1ミラー48と第2ミラー49が平行に設けられている。第1ミラー48は、光電変換チップ42の窓部11から出射された光を透過させて光ファイバ18に入射させるとともに、光ファイバ18から出射された光を反射させる。第2ミラー49は、第1ミラー48で反射した光を反射させて光電変換チップ3の窓部11に入射させる。
The
この半導体パッケージは、以下のように製造される。すなわち、LSIチップ2の素子形成面5に表面8が対向するようにして光電変換チップ3、42をフリップチップ実装する。続いて、光電変換チップ3、42を実装したLSIチップ2をパッケージ基板44にダイボンドし、ワイヤ50を用いてワイヤボンディングを行う。その後、ワイヤ保護のため樹脂51でモールドし、パッケージ基板44に半田ボールを設ける。
This semiconductor package is manufactured as follows. That is, the
次に、光学結合部43を取り付ける前の半組立体を支持するためのソケット、光電変換部46を介して発光素子45を駆動する駆動回路、および光電変換部10からの光電変換信号を入力するモニタ回路を備えた検査ボードを準備する。この検査ボードのソケットに上記半組立体をセットし、光電変換チップ3、42の上面に光学結合部43を仮置きする。発光素子45を駆動した状態で、光学結合部43を水平方向(X−Y方向)に動かし、発光素子45から第1ミラー48と第2ミラー49を介して受光素子9に届く漏れ光信号をモニタする。そして、光電変換信号(漏れ光信号)が最大になる位置で、ポッティング樹脂等を用いて光学結合部43を固定する。この完成した半導体装置41をソケットから取り出し、実装基板16に半田実装する。最後に、光ファイバ18をガイド部47に取り付けて樹脂等で固定する。
Next, a socket for supporting the subassembly before attaching the
以上説明したように、本実施形態の半導体装置41は、LSIチップ2に光電変換チップ3、42をフリップチップ接続して一体化し、それを1つの半導体チップとしてパッケージ基板44に実装することができる。従って、電気信号インターフェースと光信号インターフェースとを備えた半導体装置41を小型、薄型、低コストに製造することができる。また、従来のチップ組み立て技術および基板実装技術を用いて製造することができ、生産性が上がり大量生産にも対応可能となる。さらに、貫通ビア12を介して伝送された光電変換信号の波形品質を極力維持したままLSIチップ2に伝送することができる。半導体装置41は、ガイド部47を有する光学結合部43を備えているので、光ファイバ18を容易に接続できるとともに光通信インターフェースの信頼性が高まり、取り扱いも容易になる。
As described above, the
(その他の実施形態)
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
(Other embodiments)
As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A various deformation | transformation and expansion | extension can be performed within the range which does not deviate from the summary of invention.
回路チップは、プロセッサーLSIとして形成されたLSIチップ2に限らず、外部との間で高速に信号を授受する必要がある半導体チップであればよい。
各実施形態の光電変換チップは、発光素子を含む光電変換部と受光素子を含む光電変換部とをそれぞれ任意の数だけ組み合わせた構成(ただし、少なくとも1つの光電変換部を有する構成)を備えていてもよい。光電変換部10、10a、10b、46は、光電変換信号を増幅する増幅回路を備えていてもよい。
The circuit chip is not limited to the
The photoelectric conversion chip of each embodiment has a configuration in which an arbitrary number of photoelectric conversion units including a light emitting element and a photoelectric conversion unit including a light receiving element are combined (however, a configuration having at least one photoelectric conversion unit). May be. The
第3、第4の実施形態に示す半導体装置31、41においても、受発光面を保護するため、光電変換チップ3、42の表面8に第2の実施形態と同様の透明のガラス基板22を貼り付けてもよい。
第1ないし第3の実施形態において、光電変換チップ3およびLSIチップ2、2a、2bをそれぞれ個片に切り出した上で接続するチップtoチップの他、チップtoウエハ、ウエハtoウエハなどの接続形態を用いることができる。
Also in the
In the first to third embodiments, the
第1ないし第3の実施形態において、光電変換チップ3とLSIチップ2、2a、2bは、光電変換チップ3の裏面13とLSIチップ2、2a、2bの素子形成面5の反対面とが対向するように積み重ねられていてもよい。この場合、LSIチップ2、2a、2bは、光電変換チップ3の貫通ビア12の開口部またはその近傍に形成された電極との間でワイヤボンディングされ、貫通ビア12の開口部を介して両チップ間で電気的接続がとられる。これにより、光電変換信号は、貫通ビア12を通して波形品質を極力維持したまま実装基板16に伝送される。
In the first to third embodiments, the
第1ないし第3の実施形態において、光電変換チップ3の光電変換部10、10a、10bへの入出射光をガイドする光伝送路を実装基板16内に形成し、窓部11に対向する位置に光伝送路の入出射口(入出射光の光路)を設けてもよい。
In the first to third embodiments, an optical transmission path that guides light entering and exiting the
第4の実施形態において、光電変換チップ42からの出射光をガイドする光ファイバと、光電変換チップ3への入射光をガイドする光ファイバとが別々に設けられており、これら光ファイバの光軸を定めて固定する他の手段が存在する場合には、光学結合部43は不要である。
In the fourth embodiment, an optical fiber that guides light emitted from the
第4の実施形態において、LSIチップ2をパッケージ基板44にダイボンドしてワイヤボンディングを行った後、光電変換チップ3、42をフリップチップ実装して半導体装置41を製造してもよい。
In the fourth embodiment, the
図面中、1、21、31、41は半導体装置、2、2a、2bはLSIチップ(回路チップ)、3、42は光電変換チップ(第2、第1光電変換チップ)、4、32は半導体パッケージ、9、9a、9bは受光素子、10、10a、10b、46は光電変換部、11、11a、11bは窓部、12は貫通電極、16は実装基板、17、34は基板組立体、18、18a、18bは光ファイバ(光伝送路)、19、19a、19bは挿入孔、22はガラス基板、43は光学結合部、45は発光素子、48、49は第1、第2ミラーである。 In the drawings, 1, 21, 31, and 41 are semiconductor devices, 2, 2a, and 2b are LSI chips (circuit chips), 3, 42 are photoelectric conversion chips (second and first photoelectric conversion chips), and 4, 32 are semiconductors. Package, 9, 9a, 9b are light receiving elements, 10, 10a, 10b, 46 are photoelectric conversion parts, 11, 11a, 11b are window parts, 12 is a through electrode, 16 is a mounting board, 17, 34 is a board assembly, 18, 18a and 18b are optical fibers (optical transmission lines), 19, 19a and 19b are insertion holes, 22 is a glass substrate, 43 is an optical coupling portion, 45 is a light emitting element, and 48 and 49 are first and second mirrors. is there.
Claims (9)
半導体基板に、発光素子および/または受光素子を含む光電変換部と、表面から裏面に貫通して光電変換信号の伝送経路となる貫通電極とが形成され、表面に設けられた窓部を通して光信号の受発光を行う光電変換チップとを備え、
前記光電変換チップと前記回路チップは、前記光電変換チップの裏面と前記回路チップの素子形成面またはその反対面とが対向するように積み重ねられ、前記光電変換チップの裏面における前記貫通電極の開口部を介して前記回路チップと前記光電変換チップとの間で電気的接続がとられていることを特徴とする半導体装置。 A circuit chip on which elements constituting the circuit are formed;
A photoelectric conversion unit including a light emitting element and / or a light receiving element and a through electrode that penetrates from the front surface to the back surface and serves as a transmission path of a photoelectric conversion signal are formed on a semiconductor substrate, and an optical signal is transmitted through a window portion provided on the front surface. A photoelectric conversion chip that receives and emits
The photoelectric conversion chip and the circuit chip are stacked such that the back surface of the photoelectric conversion chip and the element formation surface of the circuit chip or the opposite surface face each other, and the opening of the through electrode on the back surface of the photoelectric conversion chip A semiconductor device, wherein the circuit chip and the photoelectric conversion chip are electrically connected via each other.
前記光学結合部は、
前記第1光電変換チップの窓部から出射された光を透過させて前記光伝送路に入射させるとともに前記光伝送路から出射された光を反射させる第1ミラーと、
前記第1ミラーで反射した光を反射させて前記第2光電変換チップの窓部に入射させる第2ミラーとを備えていることを特徴とする請求項6記載の半導体装置。 The photoelectric conversion chip includes a first photoelectric conversion chip in which a photoelectric conversion unit including a light emitting element is formed, and a second photoelectric conversion chip in which a photoelectric conversion unit including a light receiving element is formed,
The optical coupling unit is
A first mirror that transmits light emitted from the window portion of the first photoelectric conversion chip and enters the light transmission path and reflects light emitted from the light transmission path;
The semiconductor device according to claim 6, further comprising: a second mirror that reflects the light reflected by the first mirror and causes the light to enter the window portion of the second photoelectric conversion chip.
前記光電変換チップの光電変換部への入出射光をガイドする光伝送路と、
実装された前記光電変換チップの窓部に対向する位置に前記光伝送路の挿入孔または前記入出射光の光路が設けられた実装基板とを備えていることを特徴とする基板組立体。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the surface of the photoelectric conversion chip is mounted so as to face the substrate;
An optical transmission path that guides the incoming and outgoing light to the photoelectric conversion part of the photoelectric conversion chip;
A board assembly comprising: a mounting board provided with an insertion hole of the optical transmission path or an optical path of the incident / exit light at a position facing a window portion of the mounted photoelectric conversion chip.
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