JP2023038405A - 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】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上に実装されているロジックＩＣ７０と、プリント配線板２の第２面２ｂ側に配置されていて光信号と電気信号を変換する光学素子１０と、プリント配線板２内に形成されていてロジックＩＣ７０と光学素子１０を電気的に接続する経路８０と、プリント配線板２の第２面２ｂ上に実装されているコネクタ３０と、プリント配線板２の第２面２ｂ側に埋まっていて、コネクタ３０と光学素子１０を光学的に接続する光導波路４０、とを有する。光学素子１０の少なくとも一部はプリント配線板２内に埋まっている。【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面上に実装されているロジックＩＣと、前記プリント配線板の前記第２面側に配置されていて光信号と電気信号を変換する光学素子と、前記プリント配線板内に形成されていて前記ロジックＩＣと前記光学素子を電気的に接続する経路と、前記プリント配線板の前記第２面上に実装されているコネクタと、前記プリント配線板の前記第２面側に埋まっていて、前記コネクタと前記光学素子を光学的に接続する光導波路、とを有する。前記光学素子の少なくとも一部は前記プリント配線板内に埋まっている。

本発明の実施形態の半導体パッケージでは、ロジックＩＣが第１面上に実装されており、光学素子が第２面側に配置されている。光学素子の少なくとも一部はプリント配線板に埋まっている。そのため例えば光学素子の少なくとも一部がロジックＩＣの直下に配置されている場合には、光学素子とロジックＩＣ間の電気的な経路の長さはプリント配線板の厚みと同程度であり得る。その場合、電気的な経路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改変例の別例の半導体パッケージ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２面２ｂ側に配置されている。光学素子１０の一部（第１面２ａ側の面）はプリント配線板２内に埋まっている。光学素子１０の残り一部（第２面２ｂ側の面）は第２面２ｂから突出している。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と電気入出力部１４はプリント配線板２内に埋まっている。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内には導体ビア２０が形成されている。導体ビア２０は電気入出力部１４と電気的に接続されている。導体ビア２０の上面は第１面２ａ上に露出している。導体ビア２０は電気入出力部１４から第１面２ａに向けてほぼ真直ぐ形成されている。導体ビア２０は第１面２ａに対しほぼ垂直に形成されている。改変例では、導体ビア２０に代えて、スルーホール導体が形成されていてもよい。

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２面２ｂ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２面２ｂ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２面２ｂ側に埋まっている。光導波路４０は、第２面２ｂに沿って延びている。光導波路４０は、第２面２ｂに平行に形成されている。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（第１面２ａ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の上側のプリント配線板２内に設けられている。光透過部材６２はプリント配線板２の第２面２ｂ側に埋め込まれている。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上に露出する導体ビア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と導体ビア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と導体ビア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上の他のパッド等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、導体ビア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０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。電気的な経路８０はほぼ真直ぐ形成されている。電気的な経路８０は第１面２ａに対しほぼ垂直に形成されている。

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。

上記の通り、実施形態の半導体パッケージ１では、ロジックＩＣ７０が第１面２ａ上に実装されており、光学素子１０が第２面２ｂ側に配置されている。電気的な経路８０の長さは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ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。

ロジックＩＣ７０が第１面２ａ上に実装されており、光学素子１０が第２面２ｂ側に配置されているため、ロジックＩＣ７０と光学素子１０間にプリント配線板２の厚みとほぼ同等の距離が存在する。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。そのため、ロジックＩＣ７０の動作に伴ってロジックＩＣ７０の温度が上昇しても光学素子１０が熱の影響を受けることが抑制される。

［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導体ビア２０を含むプリント配線板２が形成される。プリント配線板２の第２面２ｂ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。光学素子の電気入出力部１４と導体ビア２０が電気的に接続される。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を覆う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。

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上に露出する導体ビア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２面２ｂ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の下側に固定される。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が完全にプリント配線板２の第２面２ｂ側に埋まっていることが実施形態とは異なる。光学素子１０が完全にプリント配線板２に埋まっているため、電気的な経路（図２の８０参照）の長さは実施形態よりも少し短い。第１改変例でも電気的な経路の長さは０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。そのため、第１改変例の半導体パッケージ１は実施形態の半導体パッケージ１とほぼ同様の利点を発揮することができる。

［実施形態の第２改変例］
図４は実施形態の第２改変例を示す。第２改変例では、光学素子１０の全体がロジックＩＣ７０の直下に位置することが実施形態とは異なる。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、光学素子１０の全体がロジックＩＣ７０に重なる。第２改変例の半導体パッケージ１は実施形態の半導体パッケージ１とほぼ同様の利点を発揮することができる。

［第２改変例の別例］
図５は第２改変例の別例を示す。第２改変例の別例では、光学素子１０が完全にプリント配線板２の第２面２ｂ側に埋まっている。第２改変例の別例の半導体パッケージ１は第２改変例の半導体パッケージ１とほぼ同様の利点を発揮することができる。

［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５）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２面２ｂ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の一部に露出する。光導波路４０は第２面２ｂ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 (11)

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面上に実装されているロジックＩＣと、
   前記プリント配線板の前記第２面側に配置されていて光信号と電気信号を変換する光学素子と、
   前記プリント配線板内に形成されていて前記ロジックＩＣと前記光学素子を電気的に接続する経路と、
   前記プリント配線板の前記第２面上に実装されているコネクタと、
   前記プリント配線板の前記第２面側に埋まっていて、前記コネクタと前記光学素子を光学的に接続する光導波路、とを有する半導体パッケージであって、
   前記光学素子の少なくとも一部は前記プリント配線板内に埋まっている。
2. 請求項１の半導体パッケージであって、さらに、前記光学素子と前記光導波路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、前記第１ミラーを介して前記光学素子と前記光導波路は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、前記コネクタと前記光導波路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、前記第２ミラーを介して前記コネクタと前記光学素子は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、前記光学素子は完全に前記プリント配線板内に埋まっている。
5. 請求項１の半導体パッケージであって、前記光導波路の長さは３０ｍｍ以上、７０ｍｍ以下である。
6. 請求項１の半導体パッケージであって、前記経路の長さは０．５ｍｍ以上、１．５ｍｍ以下である。
7. 請求項１の半導体パッケージであって、前記光導波路は前記第２面に平行に形成されている。
8. 請求項１の半導体パッケージであって、前記経路はほぼ真直ぐ形成されている。
9. 請求項８の半導体パッケージであって、前記経路は前記第１面に対しほぼ垂直に形成されている。
10. 請求項９の半導体パッケージであって、前記ロジックＩＣと前記光学素子が前記第１面に垂直な光で前記第１面に投影されると、前記ロジックＩＣと前記光学素子は部分的に重なる。
11. 請求項９の半導体パッケージであって、前記光学素子の全体が前記ロジックＩＣの直下に位置する。

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