JP2022191844A - 半導体パッケージ - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも伝送損失が少ない半導体パッケージの提供。【解決手段】実施形態の半導体パッケージ１は、第１面２ａと、第１面２ａと反対側の第２面２ｂとを有するプリント配線板２と、プリント配線板２の第１面２ａ側に内蔵され、光信号と電気信号とを変換する光学素子１０と、プリント配線板２に実装されているコネクタ３０と、光学素子１０とコネクタ３０間に形成され、光学素子とコネクタを光学的に接続する光導波路４０と、プリント配線板２の第１面２ａ上に実装されているロジックＩＣ７０と、光学素子１０とロジックＩＣ７０間の電気的な経路８０、とを有する。電気的な経路８０の長さは１ｍｍ以下である。【選択図】図２

Description

本明細書によって開示される技術は、半導体パッケージに関する。

特許文献１は、基板の一の面に光学素子とＩＣチップが実装されたＩＣチップ実装用基板を開示する。基板には、基板を貫通する光信号伝送用光路が形成されている。光学素子に入出力される光信号は光信号伝送用光路を介して伝送される。光学素子とＩＣチップは、基板に設けられた半田接続部、導体回路、バイアホール、スルーホール等を介して電気的に接続される。そのため、光学素子とＩＣチップの間では、半田接続部、導体回路、バイアホール、スルーホール等を介して電気信号が伝送される。

特開２００２－３２９８９１号公報

［特許文献１の課題］
特許文献１のＩＣチップ実装用基板では、基板に設けられた導体回路、バイアホール、スルーホール等が光学素子とＩＣチップの間の電気的な経路として機能する。しかしながら、特許文献１の構成では電気的な経路が長いため（例えば２００ｍｍ程度）、電気信号の伝送損失が大きいと考えられる。

本発明の半導体パッケージは、第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有するプリント配線板と、前記プリント配線板の前記第１面側に内蔵され、光信号と電気信号とを変換する光学素子と、前記プリント配線板に実装されているコネクタと、前記光学素子と前記コネクタ間に形成され、前記光学素子と前記コネクタを光学的に接続する光導波路と、前記プリント配線板の前記第１面上に実装されているロジックＩＣと、前記光学素子と前記ロジックＩＣ間の電気的な経路、とを有する。前記電気的な経路の長さは１ｍｍ以下である。

本発明の実施形態の半導体パッケージでは、光学素子が第１面側に内蔵されており、ロジックＩＣが第１面上に実装されている。そのため、光学素子とロジックＩＣ間の電気的な経路の長さが１ｍｍ以下である。電気的な経路の長さが、従来の半導体パッケージにおける電気的な経路の長さよりも短い。従って、実施形態の半導体パッケージによると従来の半導体パッケージよりも伝送損失が少ない。

実施形態の半導体パッケージを模式的に示す断面図。 実施形態の半導体パッケージにおける電気的な経路と光学的な経路を模式的に示す断面図。 第１改変例の半導体パッケージを模式的に示す断面図。 第１改変例の半導体パッケージにおける電気的な経路と光学的な経路を模式的に示す断面図。 第２改変例の半導体パッケージを模式的に示す断面図。 第２改変例の半導体パッケージにおける電気的な経路と光学的な経路を模式的に示す断面図。

［実施形態］
図１は、実施形態の半導体パッケージ１を示す断面図である。半導体パッケージ１は、プリント配線板２と、光学素子１０と、コネクタ３０と、光導波路４０と、ロジックＩＣ７０とを有している。

プリント配線板２は、例えばコア基板上に導体層と樹脂絶縁層を交互に積層して形成されるビルドアップ層を有する配線板である。プリント配線板２は、第１面２ａと、第１面２ａと反対側の第２面２ｂとを有する。第１面２ａ上にはロジックＩＣ７０等の電子部品が実装される。第２面２ｂはプリント配線板２をマザーボード（図示しない）上に実装するための面である。樹脂絶縁層は熱硬化性樹脂を用いて形成される。樹脂絶縁層はシリカ等の無機粒子を含んでもよいし、ガラスクロス等の補強材を含んでもよい。導体層は主に銅を用いて形成される。導体層は図示しない配線等を含んでいる。プリント配線板２の厚みは例えば１ｍｍ程度である。プリント配線板２の厚みは１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってもよい。

光学素子１０は、光信号と電気信号とを変換する部品である。実施形態では、光学素子１０は、入力された光信号を電気信号に変換して出力する（光－電気変換）とともに、入力された電気信号を光信号に変換して出力する（電気－光変換）。光学素子１０は、光－電気変換と電気－光変換の両方を行うことができる。光学素子１０は、光－電気変換を行う受光素子と、電気－光変換を行う発光素子と、光信号と電気信号の間の変換を制御する制御回路を備える。受光素子は例えばフォトダイオードである。発光素子は例えばレーザダイオードである。光学素子１０は、光信号を入出力するための光入出力部１２と、電気信号を入出力するための電気入出力部１４を備える。改変例では、光学素子１０は光－電気変換と電気－光変換の一方のみを行う部品であってもよい。

光学素子１０は、プリント配線板２の第１面２ａ側に内蔵されている。光学素子１０の全体がプリント配線板２に内蔵されている。光入出力部１２と電気入出力部１４は第１面２ａに向けて配置されている。光入出力部１２上のプリント配線板２内には光透過部材５２（後述）が埋め込まれている。電気入出力部１４上のプリント配線板２内には金属ポスト２０が形成されている。金属ポスト２０は電気入出力部１４と電気的に接続されている。金属ポスト２０の上面は第１面２ａ上に露出している。

コネクタ３０は、光導波路（光ファイバ）を接続する部品である。実施形態では、コネクタ３０はプリント配線板２の第１面２ａ上に実装されている。コネクタ３０は、光ファイバ３２とハウジング３４を備える。光ファイバ３２は光信号を伝送する部材である。光ファイバ３２の長さは例えば１００ｍｍ以上である。ハウジング３４は光ファイバ３２の端部に接続されている。ハウジング３４は第１面２ａ上に実装可能である。ハウジング３４の内部には、光ファイバ３２の端部から出力される光信号を案内するとともに、ハウジング３４に入力される光信号を光ファイバ３２の端部に案内するための経路（図示省略）が形成されている。

光導波路４０は、光信号を伝送する部材で形成される伝送路である。光導波路４０は光ファイバによって形成されている。光導波路４０は光学素子１０とコネクタ３０間に形成されている。光導波路４０は光学素子１０とコネクタ３０を光学的に接続する。光導波路４０は、プリント配線板２の第１面２ａ側に内蔵されている。光導波路４０は、第１面２ａに沿って延びている。光導波路４０の長さは３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。改変例では光導波路４０の長さは７０ｍｍ以上であってもよいし３０ｍｍ以下であってもよい。

光導波路４０と光学素子１０の間には第１ミラー５０と光透過部材５２が備えられている。光透過部材５２は光信号を透過する部材である。光透過部材５２は、例えば透明な樹脂で形成される光ピンである。光透過部材５２は光学素子１０の光入出力部１２の上側に設けられている。光入出力部１２と光透過部材５２は光学的に接続されている。

第１ミラー５０は光導波路４０と光学素子１０の間で伝送される光信号の伝送方向を変更するための反射部材である。第１ミラー５０は光導波路４０の端部と光透過部材５２の間に配置されている。このため、光導波路４０は第１ミラー５０を介して光学素子１０と光学的に接続される。光導波路４０の端部から出力される光信号は、第１ミラー５０によって伝送方向が変更されて光透過部材５２を介して光学素子１０の光入出力部１２に入力される。反対に、光学素子１０の光入出力部１２から出力される光信号は、第１ミラー５０によって伝送方向が変更されて光透過部材５２を介して光導波路４０の端部に入力される。

光導波路４０とコネクタ３０の間には第２ミラー６０と光透過部材６２が備えられている。光透過部材６２は光信号を透過する部材である。光透過部材６２は、例えば透明な樹脂で形成される光ピンである。光透過部材６２はコネクタ３０のハウジング３４の下側のプリント配線板２内に設けられている。ハウジング３４と光透過部材６２は光学的に接続されている。

第２ミラー６０は光導波路４０とコネクタ３０の間で伝送される光信号の伝送方向を変更するための反射部材である。第２ミラー６０は光導波路４０の端部と光透過部材６２の間に配置されている。このため、光導波路４０は第２ミラー６０を介してコネクタ３０と光学的に接続される。光導波路４０の端部から出力される光信号は、第２ミラー６０によって伝送方向が変更されて光透過部材６２を介してコネクタ３０に入力される。反対に、コネクタ３０から出力される光信号は、第２ミラー６０によって伝送方向が変更されて光透過部材６２を介して光導波路４０の端部に入力される。

ロジックＩＣ７０は、電気信号によって動作するＩＣチップである。ロジックＩＣ７０は例えばＣＰＵである。ロジックＩＣ７０は、プリント配線板２の第１面２ａ上に実装されている。ロジックＩＣ７０は、プリント配線板２内の光学素子１０の一部の上方に実装される。ロジックＩＣ７０と光学素子１０が第１面２ａに垂直な光で第１面２ａに投影されると、ロジックＩＣ７０と光学素子１０は部分的に重なる。ロジックＩＣ７０は、はんだバンプ７２、７４を介して第１面２ａ上に実装されている。はんだバンプ７２は、第１面２ａ上に露出する金属ポスト２０の上面と電気的に接続されている。そのため、ロジックＩＣ７０は、はんだバンプ７２と金属ポスト２０を介して光学素子１０と電気的に接続されている。ロジックＩＣ７０と光学素子１０は、はんだバンプ７２と金属ポスト２０を介して電気信号を相互に伝送することができる。ロジックＩＣ７０は、光学素子１０から入力される（受信される）電気信号を用いて動作し、電気信号を光学素子１０に出力（送信）する。はんだバンプ７４は、図示しない第１面２ａ上の他の金属ポストと電気的に接続されている。

図２は、実施形態の半導体パッケージ１における電気的な経路８０と光学的な経路９０を示す。実施形態の半導体パッケージ１では、電気信号は、電気的な経路８０を介して、光学素子１０の電気入出力部１４とロジックＩＣ７０間で伝送される。電気的な経路８０は、金属ポスト２０とはんだバンプ７２によって形成される。電気的な経路８０の長さは例えば１ｍｍ以下である。電気的な経路８０の長さは３０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。

実施形態の半導体パッケージ１では、光信号は、光学的な経路９０を介して、コネクタ３０の光ファイバ３２と光学素子１０の光入出力部１２間で伝送される。光学的な経路９０は、光透過部材５２と第１ミラー５０と光導波路４０と第２ミラー６０と光透過部材６２とハウジング３４と光ファイバ３２によって形成される。光学的な経路９０全体の長さは光ファイバ３２の長さに応じて変化する。

実施形態の半導体パッケージ１では、光学素子１０が第１面２ａ側に内蔵されており、ロジックＩＣ７０が第１面２ａ上に実装されている。そのため、光学素子１０とロジックＩＣ７０間の電気的な経路８０の長さが１ｍｍ以下である。電気的な経路８０の長さは、従来の半導体パッケージにおける電気的な経路の長さよりも短い。従って、実施形態の半導体パッケージ１によると従来の半導体パッケージよりも伝送損失が少ない。

［実施形態の半導体パッケージ１の製造方法］
実施形態の半導体パッケージ１の製造方法が説明される。実施形態の半導体パッケージ１は、以下の各工程によって形成される。コア基板上に導体層と樹脂絶縁層を交互に積層することによってプリント配線板２が形成される。プリント配線板２の第１面２ａ側に、光学素子１０と光導波路４０を内蔵するための凹部が形成される。形成された凹部内に、光学素子１０と光導波路４０が配置される。この際、凹部内には光透過部材５２と第１ミラー５０と第２ミラー６０と光透過部材６２も配置される。

その後、凹部に配置された光学素子１０と光導波路４０上に樹脂絶縁層が形成される。光学素子１０と光導波路４０は第１ミラー５０と光透過部材５２を介して光学的に接続される。

光学素子１０上の樹脂絶縁層に光学素子１０の電気入出力部１４を露出する開口が形成される。開口から露出する電気入出力部１４上に金属ポスト２０が形成される。金属ポスト２０は、シード層上に電解めっき膜を形成することによって形成される。金属ポスト２０は第１面２ａ上に露出する。

プリント配線板２の第１面２ａ上に、はんだバンプ７２、７４を介してロジックＩＣ７０が実装される。はんだバンプ７２は、第１面２ａ上に露出する金属ポスト２０の上面と電気的に接続される。これにより、光学素子１０とロジックＩＣ７０間に電気的な経路８０（図２）が形成される。

プリント配線板２の第１面２ａ上にコネクタ３０が実装される。コネクタ３０のハウジング３４が光透過部材６２上に固定される。コネクタ３０と光導波路４０は第２ミラー６０と光透過部材６２を介して光学的に接続される。これにより、光学素子１０とコネクタ３０が光導波路４０によって光学的に接続される。実施形態の半導体パッケージ１が得られる。

［実施形態の第１改変例］
図３は実施形態の第１改変例を示す。第１改変例では、光学素子１０の光入出力部１２が第２面２ｂに向けて配置されていることが実施形態と異なる。光入出力部１２は下向きに配置されている。光導波路４０は、光学素子１０よりも第２面２ｂ寄りの位置に内蔵されている。光導波路４０と光学素子１０の間には第１ミラー５０と光透過部材５２が備えられている。光透過部材５２は光入出力部１２の下側（第２面２ｂ側）に設けられている。第１ミラー５０は光導波路４０の端部と光透過部材５２の間に配置されている。光導波路４０は第１ミラー５０を介して光学素子１０と光学的に接続される。

光導波路４０とコネクタ３０の間には第２ミラー６０と光透過部材６２が備えられている。第１改変例では光透過部材６２が実施形態の光透過部材６２よりも長い。第２ミラー６０は光導波路４０の端部と光透過部材６２の間に配置されている。光導波路４０は第２ミラー６０を介してコネクタ３０と光学的に接続される。

図４は、第１改変例の半導体パッケージ１における電気的な経路８０と光学的な経路９０を示す。電気的な経路８０は、金属ポスト２０とはんだバンプ７２によって形成される。電気的な経路８０の長さは例えば１ｍｍ以下である。電気的な経路８０の長さは３０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。光学的な経路９０は、光透過部材５２と第１ミラー５０と光導波路４０と第２ミラー６０と光透過部材６２とハウジング３４と光ファイバ３２によって形成される。第１改変例では、光学的な経路９０は光学素子１０よりも下側（第２面２ｂ側）の位置に、第１面２ａに沿って延びている。

［実施形態の第２改変例］
図５は実施形態の第２改変例を示す。第２改変例は第１改変例の別例である。第２改変例では、コネクタ３０が第２面２ｂ上に実装されていることが第１改変例とは異なる。光導波路４０は、光学素子１０よりも第２面２ｂ寄りの位置に内蔵されている。光導波路４０と光学素子１０の間には第１ミラー５０と光透過部材５２が備えられている。光透過部材５２は光入出力部１２の下側（第２面２ｂ側）に設けられている。第１ミラー５０は光導波路４０の端部と光透過部材５２の間に配置されている。光導波路４０は第１ミラー５０を介して光学素子１０と光学的に接続される。

光導波路４０とコネクタ３０の間には第２ミラー６０と光透過部材６２が備えられている。第２改変例では第２ミラー６０は、光導波路４０から出力される光信号の伝送方向を第２面２ｂに向かう方向に変更する。光透過部材６２は第２ミラー６０の下側（第２面２ｂ側）に設けられている。光透過部材６２は第２面２ｂ上のハウジング３４と光学的に接続される。光導波路４０は第２ミラー６０を介してコネクタ３０と光学的に接続される。

図６は、第２改変例の半導体パッケージ１における電気的な経路８０と光学的な経路９０を示す。電気的な経路８０は、金属ポスト２０とはんだバンプ７２によって形成される。電気的な経路８０の長さは例えば１ｍｍ以下である。電気的な経路８０の長さは３０μｍ以上５００μｍ以下であってもよい。光学的な経路９０は、光透過部材５２と第１ミラー５０と光導波路４０と第２ミラー６０と光透過部材６２とハウジング３４と光ファイバ３２によって形成される。光学的な経路９０は光学素子１０よりも下側（第２面２ｂ側）の位置に、第１面２ａに沿って延びる。第２改変例では光ファイバ３２は第２面２ｂに沿って延びる。

［実施形態の第３改変例］
図示しない第３改変例では、光学素子１０と光導波路４０が第１ミラー５０と光透過部材５２（図１～図６）を介さずに光学的に接続される。光学素子１０の光入出力部１２は光学素子１０の側面に形成される。光導波路４０は光学素子１０の側方に配置される。光導波路４０は第１面２ａに沿って延びる。光導波路４０の端部は光学素子１０の光入出力部１２と対向する。そのため、光導波路４０の端部と光学素子１０の光入出力部１２は第１ミラー５０を介することなく光学的に接続される。

［実施形態の第４改変例］
図示しない第４改変例では、光導波路４０とコネクタ３０が第２ミラー６０と光透過部材６２を介さずに光学的に接続される。光導波路４０の端部がプリント配線板２の一部から露出する。光導波路４０は第１面２ａと平行に配置されなくてもよい。コネクタ３０のハウジング３４は露出する光導波路４０の端部と対向する。そのため、光導波路４０の端部とコネクタ３０は第２ミラー６０と光透過部材６２を介することなく光学的に接続される。

１ ：半導体パッケージ
２ ：プリント配線板
２ａ ：第１面
２ｂ ：第２面
１０ ：光学素子
３０ ：コネクタ
４０ ：光導波路
７０ ：ロジックＩＣ
８０ ：電気的な経路
９０ ：光学的な経路

Claims (7)

1. 第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有するプリント配線板と、
   前記プリント配線板の前記第１面側に内蔵され、光信号と電気信号とを変換する光学素子と、
   前記プリント配線板に実装されているコネクタと、
   前記光学素子と前記コネクタ間に形成され、前記光学素子と前記コネクタを光学的に接続する光導波路と、
   前記プリント配線板の前記第１面上に実装されているロジックＩＣと、
   前記光学素子と前記ロジックＩＣ間の電気的な経路、とを有する半導体パッケージであって、
   前記電気的な経路の長さは１ｍｍ以下である。
2. 請求項１の半導体パッケージであって、さらに、前記光導波路と前記光学素子間に光信号の伝送方向を変更するための第１ミラーを有し、前記光導波路は前記第１ミラーを介して前記光学素子と光学的に接続される。
3. 請求項１の半導体パッケージであって、さらに、前記光導波路と前記コネクタ間に光信号の伝送方向を変更するための第２ミラーを有し、前記光導波路は前記第２ミラーを介して前記コネクタと光学的に接続される。
4. 請求項１の半導体パッケージであって、前記光導波路は前記プリント配線板に内蔵されている。
5. 請求項１の半導体パッケージであって、前記光導波路は前記第１面に沿って延びている。
6. 請求項１の半導体パッケージであって、前記光導波路の長さは３０ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。
7. 請求項１の半導体パッケージであって、前記電気的な経路の長さは３０μｍ以上５００μｍ以下である。

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