JP4656156B2 - 光通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップ−無線光学チップ間で高速に電気信号−光の送受信処理する高速光インターフェース装置に適用可能な光通信装置及びその製造方法に関するものである。詳しくは、半導体チップのアンテナ素子と光ファイバを接続した無線光学チップ基板のアンテナ素子とが対峙するように、当該半導体チップを無線光学チップ基板上に実装して、半導体チップの直下でその回路素子から無線受信処理された高速の送信信号を光に変換して光ファイバ等に出射したり、外部から入射した光を半導体チップの直下で受信信号に変換してその回路素子へ無線送信処理できるようにすると共に、既存のアンテナ素子内蔵型の半導体チップの直下で容易に無線光学チップ基板の光ファイバに接続できるようにした。

近年、Blu-ray Disc（登録商標）などの次世代大容量光ディスクやハイビジョン放送などにより、高解像度の映像を取り扱う場合が多くなっている。この場合、半導体チップ−半導体チップ間を銅（Ｃｕ）配線パターンにより接続して高速のランバス（rambus）構成とする方法が採られる。この接続方法において、定在波及び反射波のために、配線パターンの長さやその配置角度、半導体チップの位置等を詳細に規定その反射を防止している。例えば、高速な情報処理装置において、ＣＰＵを構成する半導体チップから斜め４５°の方向にＲＡＭメモリチップを配置し、この半導体チップ−メモリチップ間をＣｕ配線パターンで平面直角に折り曲げて接続する方法が採られる。

この種の半導体チップ−半導体チップ間を高速のランバスで接続する方法に関連して、特許文献１には導波管−プリント基板（ＰＷＢ）相互接続（方法）が開示されている。この導波管−プリント基板相互接続方法によれば、無線通信機能を備えた第１のＲＦ−プリント基板と、無線通信機能を備えた第２のＲＦ−プリント基板との間を導波管で接続している。

導波管の一端の空間領域には第１のＲＦ−プリント基板の送信用のアンテナ及び受信用のアンテナを配設し、導波管の他端の空間領域には第２のＲＦ−プリント基板の送信用のアンテナ及び受信用のアンテナを配設して第１のＲＦ−プリント基板と、第２のＲＦ−プリント基板との間で無線通信処理を実行するようになされる。このようにＲＦ−プリント基板間を導波管で接続する構成を採ると、部品数を増やすことなく、かつ、組立てコストを上昇させることなく、ＲＦ−プリント基板間に高信頼度のＲＦ伝送経路を構成でき、高信頼度のＲＦ信号を伝送できるというものである。

また、半導体（光学）チップ−半導体（光学）チップ間を光ファイバで接続する方法に関連して、技術文献１には「Chip-to-Chip optical interconnects」が開示されている。この接続方法によれば、光学チップ−光学体チップ間を光導波路アレイにより接続してテラバス構成となされる。このテラバス構成では光学カード基板上に送信側の光学チップ及び受信側の光学チップが設けられる。送信側の光学チップは、レーザドライバＩＣ及びＶＣＳＥＬアレイから構成され、レーザドライバＩＣ（Integrated Circuit）の直下にＶＣＳＥＬアレイが配置される。ＶＣＳＥＬアレイは電気信号を光に変換する複数の発光ユニットから構成される。ＶＣＳＥＬアレイの直下には光導波路が設けられ、この光導波路の所定の位置には１対のミラーが設けられている。

受信側の光学チップは、ＰＤアレイ及びレシーバＩＣから構成されている。ＰＤアレイは、光を電気信号に変換する複数の受光ユニットから構成されている。光導波路の他方のミラーの直上にはＰＤアレイが設けられ、このＰＤアレイの直上にはレシーバＩＣが配置されている。ＶＣＳＥＬアレイの光出射口は一方のミラーを介して光導波路の一端に結合されている。光導波路の他端は他方のミラーを介してＰＤアレイに結合されている。このような構成を採ると、半導体（光学）チップ−半導体（光学）チップ間を高速のテラバス（Terabus）で接続することができ、２０Ｇb／ｓのデータ転送レートを確保できるというものである。

特開２００６−１９１０７７号公報（第４頁 第１図） ＩＢＭ技術論文「Chip-to-Chip optical interconnects」：ＯＦＡ３．ｐｄｆ

ところで、従来例に係る半導体チップ−半導体チップ間を高速信号で伝送する方法によれば、次のような問題がある。

ｉ．ランバス構成の半導体チップ−半導体チップ間を接続する方法であると、配線パターンの長さやその配置角度、半導体チップの相対位置を変更することが困難となる。従って、プリント基板の大きさが規定されることとなり、当該プリント基板を搭載する製品の設計デザインの変更許容度を大幅に狭める原因となっている。因みに、特許文献１に見られるような導波管−プリント基板（ＰＷＢ）相互接続によれば、導波管の断面積が多く製品の小型化の妨げとなる。

ii.技術文献１に見られるような「Chip-to-Chip optical interconnects」によれば、光学チップ−光学チップ間を光ファイバで接続して直接、光信号を伝送できるが、この場合、ＣＰＵなどの高付加価値な半導体チップに光ファイバを接続する必要がある。従って、光ファイバをＣＰＵに接続する工程が加わるので、その工程での歩留まりの低下が懸念される。

そこで、本発明はこのような課題を解決したものであって、半導体チップと光ファイバとの接続を工夫して、当該半導体チップの直下で半導体チップと光ファイバ間で高速に電気信号を光に変換したり、入射した光を電気信号に変換できるようにした光通信装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、無線光学チップ基板と、無線光学チップと、半導体チップと、レンズとを具備する光通信装置であって、
前記無線光学チップ基板は、絶縁性の基板材料で形成されており、当該無線光学チップ基板の表面の近傍に、高い屈折率材料の層を挟んで屈折率材料の層を積層して形成した、板状で細長い光ファイバが形成されており、当該無線光学チップ基板の表面に、前記光ファイバに光学的に結合する前記レンズおよび前記無線光学チップが埋め込まれる凹部が形成されており、
前記半導体チップは、当該半導体チップが前記無線光学チップ基板に実装されたとき、当該半導体チップの下部領域に平行に隣接して配設され、それぞれ板状で細長い形状の、第１送信アンテナ素子および第１受信アンテナ素子と、前記第１送信アンテナ素子および前記第１受信アンテナ素子に接続されて信号を送信および受信する、無線通信用の第１回路素子と、当該第１回路素子に接続され、信号処理を行う信号処理部とを有し、
前記無線光学チップは、当該無線光学チップが前記無線光学チップ基板の前記凹部に埋め込まれたとき、当該無線光学チップの上部領域に、前記第１送信アンテナ素子と前記第１受信アンテナ素子と同じ間隔で平行に隣接して配設され、それぞれ板状で細長い形状の、第２受信アンテナ素子および第２送信アンテナ素子と、前記第２受信アンテナ素子および前記第２送信アンテナ素子に接続されて信号を送信および受信する、無線通信用の第２回路素子と、前記無線光学チップ基板の前記凹部に埋め込まれる前記レンズを介して前記光ファイバと接続され、前記光ファイバからの光信号を電気信号に変換して前記第２回路素子に入力し、前記第２回路素子からの電気信号を光信号に変換して前記光ファイバに送出する、光通信用変換部とを有し、
前記無線光学チップ基板の前記凹部に前記レンズが埋め込まれ、光学接着剤が充填され、前記無線光学チップ基板の前記凹部に前記無線光学チップが埋め込まれ、前記半導体チップが前記無線光学チップ基板に実装されたとき、
前記半導体チップの前記第１送信アンテナ素子と前記無線光学チップ基板の前記第２受信アンテナ素子が無線通信可能に対峙して配置され、かつ、前記半導体チップの前記第１受信アンテナ素子と前記無線光学チップの前記第２送信アンテナ素子が無線通信可能に対峙して配置され、
前記光ファイバから送信された光信号が前記光通信用変換部において電気信号に変換されて前記第２送信アンテナ素子および前記第１受信アンテナ素子を介して前記半導体チップの前記信号処理部に導かれ、
前記半導体チップの前記信号処理部からの電気信号が前記第１送信アンテナ素子および前記第２受信アンテナ素子を介して送信され、前記光通信用変換部において光信号に変換されて前記光ファイバに送出される、
光通信装置が提供される。
好ましくは、光通信装置において、前記無線光学チップ基板には、前記光ファイバを挟んで、その両側に、当該無線光学チップ基板の表面に、前記光ファイバの一端に接続される第１レンズおよび第１無線光学チップが埋め込まれる第１凹部と、当該無線光学チップ基板の表面に、前記光ファイバの他端に接続される第２レンズおよび第２無線光学チップが埋め込まれる第２凹部とが形成されており、
前記１凹部に前記第１レンズおよび第１無線光学チップが埋め込まれ、前記２凹部に前記第２レンズおよび第２無線光学チップが埋め込まれ、
前記半導体チップと同等の第１半導体チップが前記第１無線光学チップの上部に位置し、前記半導体チップと同等の第２半導体チップが前記第２無線光学チップの上部に位置するように、前記無線光学チップ基板に実装されており、
前記光ファイバを介して授受される信号が、前記第１半導体チップに内蔵された第１信号処理部と前記第２半導体チップに内蔵された第２信号処理部とにおいて処理される。

本発明に係る光通信装置によれば、半導体チップのアンテナ素子と光ファイバを接続した無線光学チップ基板のアンテナ素子とが対峙するように、当該半導体チップが無線光学チップ基板上に実装されて成るものである。

この構成によって、半導体チップの直下でその回路素子から無線受信処理された高速の送信信号を光に変換して光ファイバ等に出射したり、外部から入射した光を半導体チップの直下で受信信号に変換してその回路素子へ無線送信処理できるようになる。従って、既存のアンテナ素子内蔵型の半導体チップの直下で容易に無線光学チップ基板の光ファイバに接続できるようになる。これにより、半導体チップ−無線光学チップ基板間で高速に電気信号−光の送受が可能な高速光インターフェース付きの光通信装置を提供できるようになる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態としての光通信装置及びその製造方法について、その実施例を説明する。

図１は、本発明に係る第１の実施例としての光通信装置１００の構成例（その１）を示す斜視図であり、図２は、その構成例（その２）を示す断面図である。図１に示す光通信装置１００は半導体チップ−無線光学チップ基板間で高速に電気信号−光の送受信処理が可能な高速光インターフェース装置に適用可能なものである。

光通信装置１００は無線通信機能付きの半導体チップ１０及び無線光学チップ基板２０を有して構成される。半導体チップ１０は、無線光学チップ基板２０上に実装され、映像信号や音声信号等を高速動作周波数のクロック信号に基づいて信号入出力を実行する。半導体チップ１０は数ＧＨｚの動作周波数のクロック信号に基づいてデータを処理するＣＰＵ（中央演算処理装置）や記憶装置である。

半導体チップ１０は、送信用のアンテナ素子（単にアンテナ１２という）及び受信用のアンテナ１３を有している。アンテナ１２，１３は図１中には示していない半導体チップ１０の無線通信用の回路素子に接続される（図９参照）。

無線光学チップ基板２０には無線光学チップの一例を構成するＲＦ−ＯＰＴチップ２１が埋め込まれている。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、ＲＦ信号の入出力機能とＲＦ信号−光信号変換機能を有している。ＲＦ信号とは半導体チップ１０から無線受信した電気信号をいう。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、例えば、ＲＦ信号を光に変換してコリメート光を出射したり、入射したコリメート光をＲＦ信号に変換して半導体チップ１０へ無線送信するようになされる。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、受信用のアンテナ２２及び送信用のアンテナ２７を有している。アンテナ２２，２７は図１中には示していないＲＦ−ＯＰＴチップ２１の無線通信用の回路素子に接続される（図９参照）。

半導体チップ１０は、図２に示す半導体チップ１０の直下のＲＦ−ＯＰＴチップ２１に、アンテナ１２，２２，１３，２７を介して無線で結合されている。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、無線光学チップ基板２０に設けられている。この例で、半導体チップ１０のアンテナ１２とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２２とが対峙し、そのアンテナ１３とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２７とが対峙するように、当該半導体チップ１０が無線光学チップ基板２０上に実装されて構成される。

例えば、半導体チップ１０は、図中、黒ドットで示すバンプ電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・等を有しており、フリップチップ法による半田ボンディングにより無線光学チップ基板２０上に実装される。無線光学チップ基板２０は、やや厚めのプリント配線基板にＲＦ−ＯＰＴチップ２１及び光導波路２９ｂ’が埋め込まれる。無線光学チップ基板２０の上面には配線パターンが配設され、当該配線パターンが半導体チップ１０に接続されている。

ＲＦ−ＯＰＴチップ２１には、レンズ２８が接続（接合）され、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１から出射されるビーム光をコリメート光に整形する。レンズ２８には２つのセルフォックレンズ２８ａ，２８ｂが使用される。セルフォックレンズ２８ａはＲＦ−ＯＰＴチップ２１に接合され、セルフォックレンズ２８ｂは、光導波路２９ｂ’に接合される。

光導波路２９ｂ’は低屈折率の材料により被覆されることで、光ファイバ２９を構成し、光通信先の半導体チップに接続される。光通信先の半導体チップの配置位置は同一基板内であっても、他の基板であってもどちらでもよい。なお、セルフォックレンズ２８ａ，２８ｂの間の部分は光学接着剤が充填され、湿気や塵埃等が進入しないように保護されている。このような光学的結合構造を採ると、レーザ光束が一度コリメートされているので、位置ずれに対する結合効率マージンを高くできるようになる。

続いて、本発明に係る光通信装置１００の製造方法について説明する。図３〜図８は光通信装置１００の形成例（その１〜６）を示す工程図である。図３Ａ〜図７Ａは、その平面図であり、及び、図３Ｂ〜図７ＢはそのＸ１−Ｘ１矢視断面図である。図８はその実装例を示す断面図である。

この例では、アンテナ１２，１３に接続された無線通信用の回路素子を有する半導体チップ１０を光ファイバ２９に接続して光通信するための光通信装置１００を製造する場合を前提とする。半導体チップ１０には、アンテナ１２，１３が無線通信用の回路素子に接続された既存のものを使用する場合を例に挙げる。

これらを形成条件にして、まず、プリント配線基板を構成するようになる図３Ａに示すような大きさの絶縁性の基板材料２０’を準備する。基板材料２０’は縦の長さがＷで横の長さがＬである。そして、図３Ｂに示す基板材料２０’上に低屈折率の材料２９ａ及び高屈折率の材料２９ｂを積層する。材料２９ａ及び材料２９ｂには、ポリマー系の光導波路材料を使用する。例えば、日立化成製の光学用のポリイミドインク（ＯＰＩ）を基板材料２０’上に塗布して所定の厚みの材料２９ａ及び材料２９ｂを得る。

次に、図３Ｂに示した材料２９ａ上の高屈折率の材料２９ｂをパターニングして図４Ａに示す幅ｗ及び長さｌを成す光導波路２９ｂ’を形成する。例えば、材料２９ｂの全面にフォトレジストを塗布し、乾板（レチクル）を使用してフォトレジスト上に光導波路パターンを焼き付けた後、当該フォトレジストを感光して現像し、このレジスト膜をマスクにして材料２９ａ上の不要部分の材料２９ｂをドライエッチング（異方性エッチング）等により除去する。これにより、図４Ｂに示すような光導波路２９ｂ’を得ることができる。光導波路２９ｂ’は低屈折率の材料２９ａと共に基板内で光ファイバ２９を構成し、基板外の他の光ファイバに接続される。

次に、図４Ａに示した幅ｗで長さｌの光導波路２９ｂ’上に、低屈折率の材料２９ａを形成する。材料２９ａ上は、図５Ａに示すように平坦化する。この平坦化は材料２９ａの上面をプリント配線基板として使用するためである。プリント配線基板は周知の方法により、銅箔板を接着し、銅箔の全面にフォトレジストを塗布し、乾板（レチクル）を使用してフォトレジスト上に配線パターンを焼き付けた後、当該フォトレジストを感光して現像し、このレジスト膜をマスクにして材料２９ａ上の不要部分の銅箔をドライエッチング（異方性エッチング）等により除去する。これにより、光導波路２９ｂ’を埋め込んだプリント配線（図示せず）付きの基板材料２０’を得ることができる。

次に、図５Ｂに示した光導波路２９ｂ’が埋め込まれ、プリント配線が施された基板材料２０’の所定の位置に、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１及びレンズ２８の配置スペースとなる深さｄの穴部２０ａを形成する。穴部２０ａは、図６Ａに示すように平面凸状に開口する。穴部２０ａは、例えば、材料２９ａの全面にフォトレジストを塗布し、乾板（レチクル）を使用してフォトレジスト上に平面凸状を有した穴部パターンを焼き付けた後、当該フォトレジストを感光して現像し、このレジスト膜をマスクにして不要部分の材料２９ａをドライエッチング（異方性エッチング）等により除去する。これにより、図６Ｂに示すような深さｄで、平面凸状の穴部２０ａを有した基板材料２０’を得ることができる。

次に、図６Ｂに示した穴部２０ａに、図７Ａに示すＲＦ−ＯＰＴチップ２１及びレンズ２８を埋め込んで光導波路２９ｂ’と接続する。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、半導体チップ１０と無線通信するためのアンテナ２２，２７及び無線通信用の回路素子と、この回路素子と光ファイバ２９との間で光通信するための光通信用の光学素子から構成したものを使用する。回路素子に関しては、図９に示すような受信部２３及び送信部２６が含まれ、光学素子には電気信号−光変換素子（以下Ｅ／Ｏ変換部２４という）や、光−電気信号変換素子（以下Ｏ／Ｅ変換部２５という）等が含まれる。

この例では、穴部２０ａの左側の広く大きい部分に、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１を埋設し、穴部２０ａの右側の狭く小さい部分にレンズ２８を埋設するようになされる。レンズ２８を構成する、一方のセルフォックレンズ２８ａはＲＦ−ＯＰＴチップ２１の光出射口及び光導波路２８ｃに接合され、他方のセルフォックレンズ２８ｂは、光導波路２９ｂ’に接合するようになされる。これにより、図７Ｂに示すＲＦ−ＯＰＴチップ２１及びレンズ２８が穴部２０ａに埋め込まれ、レンズ２８が光導波路２９ｂ’に接合された基板材料２０’を得ることができる。この時点で基板材料２０’が無線光学チップ基板２０を構成するようになる。

次に、図７Ａで得られたＲＦ−ＯＰＴチップ２１、レンズ２８及び光導波路２９ｂ’付の無線光学チップ基板２０に半導体チップ１０を実装する。半導体チップ１０の底面側には、配線パターン接続用の複数のバンプ電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・等が設けられている。この例では、図８に示すように半導体チップ１０のアンテナ１２とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２２とが対峙し、かつ、半導体チップ１０のアンテナ１３とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２７とが対峙するように各々位置合わせして、無線光学チップ基板２０上に当該半導体チップ１０を実装する。

このとき、半導体チップ１０のバンプ電極１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ・・・等をフリップチップ法による半田ボンディングにより無線光学チップ基板２０上の配線パターンに接合する。これにより、同一基板に半導体チップ１０、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１、レンズ２８及び光導波路２９ｂ’を実装した、図１や図２に示したような光通信装置１００が完成する。

このように、本発明に係る光通信装置１００の製造方法によれば、１回の接続工程で半導体チップ１０と光ファイバ２９との間を無線−光学接続できるようになる。これにより、半導体チップ１０とＲＦ−ＯＰＴチップ２１間で高速にＲＦ信号−光の送受処理が可能な高速光インターフェース付きの光通信装置１００を製造できるようになる。しかも、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１を予め無線光学チップ基板２０に配置しておくことにより、半導体チップ１０の実装は、従来の方法と変更することなく、同様の装置にて組み立て工程を行うことができる。

続いて、光通信装置１００の無線結合時の動作例について説明する。図９は、光通信装置１００の無線結合時の動作例を示すブロック図である。図９に示す光通信装置１００は、半導体チップ１０と無線光学チップ基板２０とが無線結合されて構成される。

半導体チップ１０は送信部１１、アンテナ１２，１３、受信部１４及び信号処理部１５を有して構成される。送信部１１及び受信部１４は無線通信用の回路素子の一例を構成し、無線光学チップ基板２０のＲＦ−ＯＰＴチップ２１と無線通信処理をするようになれる。信号処理部１５は光通信先へ送信する送信データＤ１１を作成して送信部１１へ信号出力処理をする。信号処理部１５には送信部１１が接続され、送信データＤ１１を所定の変調方式により変調処理したＲＦ信号Ｓ１１を出力する。送信部１１にはアンテナ１２が接続され、無線光学チップ基板２０のアンテナ２２に対峙するように配置される。アンテナ１２はアンテナ２２にＲＦ信号Ｓ１１に基づく電波を送信（輻射）する。

ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、アンテナ２２、受信部２３、Ｅ／Ｏ変換部２４、Ｏ／Ｅ変換部２５、送信部２６及びアンテナ２７を有して構成される。受信部２３及び、送信部２６は無線通信用の回路素子の一例を構成し、半導体チップ１０と無線通信処理をするようになれる。アンテナ２２は半導体チップ１０のアンテナ１２に対峙するように配置され、半導体チップ１０のアンテナ１２からＲＦ信号Ｓ１１に基づく電波を受信（入射）する。アンテナ２２には受信部２３が接続され、半導体チップ１０からのＲＦ信号Ｓ１１を受信して復調処理する。受信部２３には光通信用のＥ／Ｏ変換部２４が接続され、復調後のＲＦ信号Ｓ１１をコリメート光（下り光）に変換するように動作する。Ｅ／Ｏ変換部２４には光ファイバ２９が接続され、コリメート光を光通信先の半導体チップに導くようになる。

光通信先の半導体チップからのコリメート光（上り光）は、光ファイバ２９からＯ／Ｅ変換部２５に導かれる。Ｏ／Ｅ変換部２５は、コリメート光をＲＦ信号Ｓ１２に変換するように動作する。Ｏ／Ｅ変換部２５には送信部２６が接続される。送信部２６は、電気信号を所定の変調方式により変調処理してＲＦ信号Ｓ１２を出力する。送信部２６にはアンテナ２７が接続され、半導体チップ１０のアンテナ１３に対峙するように配置される。アンテナ２７はアンテナ１３にＲＦ信号Ｓ１２に基づく電波を送信（輻射）する。

半導体チップ１０のアンテナ１３には受信部１４が接続され、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１からのＲＦ信号Ｓ１２を受信して復調処理する。復調後の受信データＤ１２は信号処理部１５へ出力される。信号処理部１５は光通信先から受信した受信データＤ１２を信号入力処理をする。これにより、当該光通信装置１００と光通信先の光通信装置との間で光通信処理を実行できるようになる。光通信装置１００の動作例によれば、下り光通信処理において、信号処理部１５から出力される送信データＤ１１が変調され、変調後の下りＲＦ信号Ｓ１１が半導体チップ１０の無線通信用の送信部１１→アンテナ１２→無線光学チップ基板２０のアンテナ２２→無線通信用の受信部２３→Ｅ／Ｏ変換部２４→光ファイバ２９の伝送経路により下り光となされる。

また、光通信装置１００における上り光通信処理によれば、光通信先の光通信装置からの上り光は、光ファイバ２９→無線光学チップ基板２０のＯ／Ｅ変換部２５→送信部２６→ アンテナ２７→半導体チップ１０のアンテナ１３→無線通信用の受信部１４の受信経路により上りＲＦ信号Ｓ１２となされ、当該上りＲＦ信号Ｓ１２が復調され、復調後の受信データＤ１２が信号処理部１５に入力される。

このように第１の実施例としての光通信装置１００によれば、半導体チップ１０の直下で、無線光学チップ基板２０のアンテナ２２及びそのＲＦ−ＯＰＴチップ２１の受信部２３により無線受信処理された高速のＲＦ信号Ｓ１１をＥ／Ｏ変換部２４でコリメート光に変換して光ファイバ２９に出射したり、光通信先の光通信装置から光ファイバ２９を介して入射したコリメート光を半導体チップ１０の直下でＲＦ−ＯＰＴチップ２１のＯ／Ｅ変換部２５でＲＦ信号Ｓ１２に変換してその送信部２６及び無線光学チップ基板２０のアンテナ２７により無線送信処理できるようになる。

従って、既存のアンテナ内蔵型の半導体チップ１０の直下で容易に無線光学チップ基板２０の光ファイバ２９に接続できるようになる。これにより、半導体チップ１０とＲＦ−ＯＰＴチップ２１間で高速にＲＦ信号−光の送受処理が可能な高速光インターフェース付きの光通信装置１００を提供できるようになる。

図１０は第２の実施例としての光通信装置２００の構成例を示す平面図である。図１０に示す光通信装置２００は、無線光学チップ基板２０１に２つの半導体チップ１０１，１０２が実装され、この２つの半導体チップ１０１，１０２間が無線光学チップ基板２０１内の光ファイバ２９で接続されるものである。半導体チップ１０１，１０２には、第１の実施例で説明した半導体チップ１０が使用される。

半導体チップ１０１の直下には、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａ、アンテナ２２，２７及びレンズ２８を備え、半導体チップ１０２の直下には、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂ、アンテナ２２，２７及びレンズ２８を備えている。半導体チップ１０２は半導体チップ１０１の光通信先であり、他の高速のＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の入出力を行うものである。

図１１Ａ〜Ｃは光通信装置２００の形成例を示す工程図である。まず、図１１Ａに示す２つの半導体チップ１０１，１０２を準備する。半導体チップ１０１，１０２には、第１の実施例で説明した半導体チップ１０の他に、既存の高速のＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の入出力を行う無線通信機能付きの半導体チップが使用できる。半導体チップ１０１，１０２は、底面側に各々アンテナ１２，１３を有している。また、半導体チップ１０１，１０２の各々の底面側には、配線パターン接続用のバンプ電極が設けられている。

次に、図１１Ｂに示す無線光学チップ基板２０１を準備する。無線光学チップ基板２０１には、第１の実施例で説明した無線光学チップ基板２０の構造であって、１対（組）のＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａ，２１ｂ、アンテナ２２，２７、レンズ２８を備え、レンズ２８間に光ファイバ２９が接合されたものを使用する。無線光学チップ基板２０１も第１の実施例と同様にしてプリント配線基板を構成する。無線光学チップ基板２０１については第１の実施例の無線光学チップ基板２０と同様な形成方法が採れるので、その説明を省略する。

次に、図１１Ｃに示す２つの半導体チップ１０１，１０２を無線光学チップ基板２０１に実装する。この例では、無線光学チップ基板２０１の一方の側で、図１１Ｃに示すように第１の半導体チップ１０１のアンテナ１２とＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａのアンテナ２２とが対峙し、かつ、半導体チップ１０１のアンテナ１３とＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａのアンテナ２７とが対峙するように各々位置合わせして、無線光学チップ基板２０１上に半導体チップ１０１を実装する。

他方の側では、第２の半導体チップ１０２のアンテナ１２とＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂのアンテナ２２とが対峙し、かつ、半導体チップ１０２のアンテナ１３とＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂのアンテナ２７とが対峙するように各々位置合わせして、無線光学チップ基板２０１上に半導体チップ１０２を実装する。このとき、半導体チップ１０１，１０２のバンプ電極は、フリップチップ法による半田ボンディングにより無線光学チップ基板２０１上の配線パターンに接合する。これにより、同一の無線光学チップ基板２０１に２つの半導体チップ１０１，１０２、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａ，２１ｂ、レンズ２８及び光ファイバ２９を実装した、図１０に示したような光通信装置２００が完成する。

この例で、光通信装置２００の動作例によれば、下り光通信処理において、半導体チップ１０１から高速の下りＲＦ信号Ｓ１１がアンテナ１２→無線光学チップ基板２０１のアンテナ２２→ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａに無線送信され、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａでＲＦ信号Ｓ１１がコリメート光（下り光）に変換され、下り光が光ファイバ２９を介してＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂに伝送される。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂでは、下り光がＲＦ信号Ｓ１１に変換される。

変換後のＲＦ信号Ｓ１１がアンテナ２７→半導体チップ１０２のアンテナ１３→半導体チップ１０２の受信経路により高速の下りＲＦ信号Ｓ１１となされる。これにより、半導体チップ１０１から半導体チップ１０２へ無線光学チップ基板２０１内の光ファイバ２９を介して下り光通信処理できるようになる。

また、光通信装置２００における上り光通信処理によれば、光通信先の半導体チップ１０２から高速の上りＲＦ信号Ｓ１２がアンテナ１２→無線光学チップ基板２０１のアンテナ２２→ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂに無線送信され、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂでＲＦ信号Ｓ１２がコリメート光（上り光）に変換され、変換後の上り光が光ファイバ２９を介してＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａに伝送される。

ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａでは、上り光が高速のＲＦ信号Ｓ１２に変換される。変換後のＲＦ信号Ｓ１２がアンテナ２７→半導体チップ１０１のアンテナ１３→半導体チップ１０１の受信経路により上りＲＦ信号Ｓ１２となされる。これにより、半導体チップ１０２から半導体チップ１０１へ無線光学チップ基板２０１内の光ファイバ２９を介して上り光通信処理できるようになる。

このように第２の実施例としての光通信装置及びその製造方法によれば、無線光学チップ基板２０１に、２つの半導体チップ１０１，１０２を実装し、この２つの半導体チップ１０１，１０２間が無線光学チップ基板２０１内の光ファイバ２９で接続されるものである。従って、図１０に示したように直線状に配置された２つの半導体チップ１０１，１０２間で光通信処理を実行できるようになった。

図１２は第３の実施例としての光通信装置３００の構成例を示す平面図である。図１２に示す光通信装置３００は、無線光学チップ基板３０１に２つの半導体チップ１０１，１０２が実装され、この２つの半導体チップ１０１，１０２間が無線光学チップ基板３０１内のＬ形状に屈曲された光ファイバ２９’で接続されるものである。半導体チップ１０１，１０２には、第１の実施例で説明した半導体チップ１０が使用される。

この例で、半導体チップ１０１の直下には、第２の実施例と同様にしてＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａ、アンテナ２２，２７及びレンズ２８を備え、半導体チップ１０２の直下にも第２の実施例と同様にして、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂ、アンテナ２２，２７及びレンズ２８を備えている。半導体チップ１０２は半導体チップ１０１の光通信先であり、他の高速のＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の入出力を行うものである。なお、光通信装置３００の形成例については、Ｌ形状に屈曲した光ファイバ２９’を無線光学チップ基板３０１内に形成する他、第２の実施例で説明した形成方法が採られるので、その説明を省略する。

このように、第３の実施例としての光通信装置３００によれば、半導体チップ１０１の実装位置に対して直線状ではなく、Ｌ形状に屈曲した位置に半導体チップ１０２を配置できるので、第２の実施例に比べて、半導体チップ１０１，１０２のレイアウト設計における自由度を高めることができる。

図１３は第４の実施例としての光通信装置４００の構成例を示す断面図である。この実施例では送信データＤ１１をＲＦ信号Ｓ１１に変換し、及び、ＲＦ信号Ｓ１２を受信データＤ１２に変換するＲＦ専用チップ１０５を備え、無線通信機能を有さない半導体チップ１０４においても、無線光学チップ基板４０１を介して光ファイバに接合して光通信処理をできるようにした。

図１３に示す光通信装置４００は、無線光学チップ基板４０１に半導体チップ１０４及びＲＦ専用チップ１０５が実装され、この半導体チップ１０４とＲＦ専用チップ１０５とが配線パターン１０６により接続され、このＲＦ専用チップ１０５と無線光学チップ基板４０１内のＲＦ−ＯＰＴチップ２１とが無線結合され、光通信先の半導体チップに光ファイバ２９を介して接続される。半導体チップ１０４は、第１の実施例で説明したような無線通信機能付きの半導体チップ１０ではなく、無線通信機能を有さない通常の半導体チップが使用される。

ＲＦ専用チップ１０５は、アンテナ１２，１３、及び、図１３には示していないが、図９に示したような送信部１１及び受信部１４を有して構成される。ＲＦ専用チップ１０５は無線光学チップ基板４０１のＲＦ−ＯＰＴチップ２１と無線通信処理をするようになれる。アンテナ１２は、無線光学チップ基板４０１のアンテナ２２に対峙するように配置される。アンテナ１２はアンテナ２２にＲＦ信号Ｓ１１に基づく電波を送信（輻射）する。

ＲＦ専用チップ１０５の直下には、無線光学チップ基板４０１のＲＦ−ＯＰＴチップ２１、アンテナ２２，２７及びレンズ２８が備えられている。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は図示しない光ファイバ２９を介して、半導体チップ１０４の光通信先となる他の高速のＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の入出力を行う半導体チップに接続される。これにより、無線通信機能を有さない半導体チップ１０４においても、無線光学チップ基板４０１を介して他の半導体チップと光通信処理できるようになる。

続いて、光通信装置４００の形成例について説明する。図１４及び図１５は光通信装置４００の形成例（その１，２）を示す工程図である。まず、図１４Ａに示す半導体チップ１０４及びＲＦ専用チップ１０５を準備する。半導体チップ１０４には、第１の実施例で説明したような無線通信機能付きの半導体チップではなく、無線通信機能を有さない半導体チップが使用できる。ＲＦ専用チップ１０５は、底面側にアンテナ１２，１３を有している。また、ＲＦ専用チップ１０５の底面又は側面側には、配線パターン接続用のバンプ電極又は引出し電極が設けられている。

次に、図１４Ｂに示す無線光学チップ基板４０１を準備する。無線光学チップ基板４０１には、第１の実施例で説明した無線光学チップ基板２０の構造であって、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１、アンテナ２２，２７及びレンズ２８を備え、レンズ２８の先に光ファイバが接合されたものを使用する。無線光学チップ基板４０１も第１の実施例と同様にしてプリント配線基板を構成する。無線光学チップ基板４０１には半導体チップ１０４とＲＦ専用チップ１０５とを接続するための配線パターン１０６を形成する。配線パターン１０６は、半導体チップ１０４の接続用の配線パターンと同様に形成する。無線光学チップ基板４０１については第１の実施例の無線光学チップ基板２０と同様な形成方法が採れるので、その説明を省略する。

次に、図１５に示す半導体チップ１０４及びＲＦ専用チップ１０５を無線光学チップ基板４０１に実装する。この例では、無線光学チップ基板４０１の一方の側で、図１５に示す半導体チップ１０４を当該基板４０１上に実装すると共に、配線パターン１０６に接続する。他方の側では、ＲＦ専用チップ１０５のアンテナ１２とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２２とが対峙し、かつ、ＲＦ専用チップ１０５のアンテナ１３とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２７とが対峙するように各々位置合わせして、無線光学チップ基板４０１上にＲＦ専用チップ１０５を実装する。

このとき、半導体チップ１０４の例えば、バンプ電極をフリップチップ法による半田ボンディングにより無線光学チップ基板４０１上の配線パターンに接合し、同様にしてＲＦ専用チップ１０５のバンプ電極を無線光学チップ基板４０１上の配線パターンに接合する。これにより、同一の無線光学チップ基板４０１に半導体チップ１０４及びＲＦ専用チップ１０５を実装した、図１３に示したような光通信装置４００が完成する。

この例で、光通信装置４００の動作例によれば、下り光通信処理において、半導体チップ１０４からＲＦ専用チップ１０５に送信データＤ１１が出力される。ＲＦ専用チップ１０５では送信データＤ１１が変調される。変調後の高速の下りＲＦ信号Ｓ１１がアンテナ１２→無線光学チップ基板４０１のアンテナ２２→ＲＦ−ＯＰＴチップ２１に無線送信され、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１でＲＦ信号Ｓ１１がコリメート光（下り光）に変換され、下り光が光ファイバ２９を介して光通信先の半導体チップに伝送される。これにより、半導体チップ１０４は、ＲＦ専用チップ１０５を介して無線光学チップ基板４０１内の光ファイバ２９を介して下り光通信処理できるようになる。

また、光通信装置４００における上り光通信処理によれば、光通信先の半導体チップからの上り光が光ファイバ２９を介して無線光学チップ基板４０１内のＲＦ−ＯＰＴチップ２１に伝送される。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１では、上り光が高速の電気（ＲＦ）信号Ｓ１２に変換される。変換後のＲＦ信号Ｓ１２がアンテナ２７→ＲＦ専用チップ１０５のアンテナ１３の受信経路により上りＲＦ信号Ｓ１２となされる。復調後の上りＲＦ信号Ｓ１２はデジタルの受信データＤ１２に変換され、配線パターン１０６を介して半導体チップ１０４に伝送される。これにより、半導体チップ１０４は、ＲＦ専用チップ１０５を介して無線光学チップ基板４０１内の光ファイバ２９を介して上り光通信処理できるようになる。

このように第４の実施例としての光通信装置及びその製造方法によれば、無線光学チップ基板４０１に、半導体チップ１０４及びＲＦ専用チップ１０５を実装し、この半導体チップ１０４及びＲＦ専用チップ１０５間が配線パターン１０６で接続され、かつ、ＲＦ専用チップ１０５と無線光学チップ基板４０１内のＲＦ−ＯＰＴチップ２１とが無線結合され、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１が光ファイバ２９を介して光通信先の半導体チップに接続されるものである。

従って、ＲＦ専用チップ１０５が送信データＤ１１をＲＦ信号Ｓ１１に変換し、変換後のＲＦ信号Ｓ１１をＲＦ−ＯＰＴチップ２１に伝送するので、無線通信機能を有さない半導体チップ１０４においても、第１〜第３の実施例と同様にして、無線光学チップ基板４０１の光ファイバ２９に接合され、高速のＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の入出力を行う他の半導体チップと光通信処理できるようになった。

図１６は第５の実施例としての光通信装置５００の構成例を示す平面図である。図１６に示す光通信装置５００は、無線光学チップ基板５０１に無線通信機能を有さない２つの半導体チップ１０４，１０８が実装され、この２つの半導体チップ１０４，１０８間が無線光学チップ基板５０１上のＲＦ専用チップ１０５，１０７及び、無線光学チップ基板５０１内の直線状に配置された光ファイバ２９を介して接続されるものである。半導体チップ１０４，１０８には、第１の実施例で説明したような無線通信機能付きの半導体チップではなく、無線通信機能を有さない半導体チップが使用される。

この例で、半導体チップ１０４とＲＦ専用チップ１０５とが配線パターン１０６により接続され、このＲＦ専用チップ１０５と無線光学チップ基板５０１内のＲＦ−ＯＰＴチップ２１とが無線結合され、光通信先の半導体チップに光ファイバ２９を介して接続される。ＲＦ専用チップ１０５の直下には、第４の実施例と同様にしてＲＦ−ＯＰＴチップ２１ａ、アンテナ２２，２７及びレンズ２８を備えている。ＲＦ専用チップ１０７の直下にも、第４の実施例と同様にして、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１ｂ、アンテナ２２，２７及びレンズ２８を備えている（図９参照）。

半導体チップ１０８とＲＦ専用チップ１０７とが配線パターン１０９により接続され、このＲＦ専用チップ１０７と無線光学チップ基板５０１内のＲＦ−ＯＰＴチップ２１とが無線結合される。半導体チップ１０８は半導体チップ１０４の光通信先であり、他の高速のＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の入出力を行うものである。なお、光通信装置５００の形成例については、直線状の光ファイバ２９の左右上部にＲＦ専用チップ１０５，１０７及び配線パターン１０６，１０９を形成する他、第４の実施例で説明した形成方法が採られるので、その説明を省略する。

このように、第５の実施例としての光通信装置５００によれば、無線光学チップ基板５０１に無線通信機能を有さない２つの半導体チップ１０４，１０８が実装され、この半導体チップ１０４及びＲＦ専用チップ１０５間が無線光学チップ基板５０１上の配線パターン１０６を介して有線接続され、ＲＦ専用チップ１０５とその直下のＲＦ−ＯＰＴチップ２１とが無線結合され、無線光学チップ基板５０１内のＲＦ−ＯＰＴチップ２１間が直線状に配置された光ファイバ２９で光学接続され、ＲＦ専用チップ１０７とその直下のＲＦ−ＯＰＴチップ２１とが無線結合され、ＲＦ専用チップ１０７及び半導体チップ１０８間が無線光学チップ基板５０１上の配線パターン１０９を介して有線接続されるものである。

従って、２つの半導体チップ１０４，１０８間においても、無線光学チップ基板５０１上のＲＦ専用チップ１０５，１０７及び、無線光学チップ基板５０１内の直線状に配置された光ファイバ２９を介して接続できるので、無線通信機能を有さない半導体チップ１０４，１０８の設計デザインの制約を格段に低減できるようになり、これら半導体チップ１０４，１０８と、無線通信機能を有した半導体チップ１０２との間におけるレイアウト設計における自由度を高めることができる。

なお、第１〜第５の実施例においては、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１２１ａ，２１ｂ及び光ファイバ２９，２９’のいずれも、無線光学チップ基板２０，２０１，３０１，４０１，５０１内に埋め込む場合について説明したが、これに限られることはなく、図１７に示すようにＲＦ−ＯＰＴチップ２１等を無線光学チップ基板６０１の溝部内に配設する方法をとってもよい。

図１７は第６の実施例としての光通信装置６００の構成例を示す断面図である。この実施例では、無線光学チップ基板６０１でＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２を送受信可能な位置に穴部６２が設けられ、及び、当該穴部６２に至る溝部６１が設けられ、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１及び光ファイバ２９を当該穴部６２及び溝部６１に配設するトレンチ構造を有するものである。

図１７に示す光通信装置６００は半導体チップ−無線光学チップ間で高速に電気信号−光の送受信処理が可能な高速光インターフェース装置に適用可能なものである。光通信装置６００は無線通信機能付きの半導体チップ１０及び無線光学チップ基板６０１を有して構成される。半導体チップ１０は、無線光学チップ基板６０１上に実装され、映像信号や音声信号等を高速動作周波数のクロック信号に基づいて信号入出力を実行する。半導体チップ１０は、第１の実施例で説明したようなアンテナ１２及びアンテナ１３を有している。

この例で、無線光学チップ基板６０１には、やや厚めのプリント配線基板にＲＦ−ＯＰＴチップ配設用の穴部６２及び、光ファイバ配設用の溝部６１が形成され、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１及び光ファイバ２９が配設されている。溝部６１は穴部６２に連設されている。この穴部６２及び溝部６１には、第１の実施例で説明したＲＦ−ＯＰＴチップ２１、レンズ２８及び光ファイバ２９を接合して構成された光モジュールが配設されている。

ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、ＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の入出力機能とＲＦ信号−光信号変換機能を有している。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、ＲＦ信号Ｓ１１を光に変換してコリメート光を出射したり、入射したコリメート光をＲＦ信号Ｓ１２に変換して半導体チップ１０へ無線送信するようになされる。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１は、アンテナ２２及びアンテナ２７を有している。アンテナ２２，２７は図１７中には示していないＲＦ−ＯＰＴチップ２１の無線通信用の回路素子に接続される（図９参照）。

半導体チップ１０は、第１の実施例で説明したように、当該半導体チップ１０の直下のＲＦ−ＯＰＴチップ２１に、アンテナ１２，２２，１３，２７を介して無線で結合されている。この例で、半導体チップ１０のアンテナ１２とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２２とが対峙し、そのアンテナ１３とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２７とが対峙するように、当該半導体チップ１０が無線光学チップ基板６０１上に実装されて構成される。

例えば、無線光学チップ基板６０１の上面には配線パターンが配設され、当該配線パターンが半導体チップ１０に接続される。半導体チップ１０は、第１の実施例と同様にして、半田ボンディングにより無線光学チップ基板６０１上に実装される。これにより、トレンチ構造を有した光通信装置６００を構成する。

続いて、本発明に係る光通信装置６００の製造方法について説明する。図１８及び図１９は光通信装置６００の形成例（その１，２）を示す工程図である。

この例では、アンテナ１２，１３に接続された無線通信用の回路素子を有する半導体チップ１０を無線光学チップ基板６０１上に実装して光通信するための光通信装置６００を製造する場合を前提とする。また、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１、レンズ２８及び光ファイバ２９を接合して形成された光学モジュール２０２を適用する場合を例に挙げる。

これを形成条件にして、まず、図１８Ａに示す半導体チップ１０を準備する。半導体チップ１０には、第１の実施例で説明したアンテナ素子内蔵型のものを使用する。次に、図１８Ｂに示すトレンチ構造の無線光学チップ基板６０１を準備する。無線光学チップ基板６０１には、第１の実施例で説明したプリント配線基板を構成する大きさの絶縁性の基板材料２０’を使用する。

次に、図１８Ｂにおいて、基板材料２０’をパターニングして深さｄ１の溝部６１と、深さｄ２の穴部６２を既存の溝及び穴堀り加工技術を利用して形成する。例えば、基板材料２０’の全面にフォトレジストを塗布し、穴部６２及び溝部６１の形状を象った乾板（レチクル）を使用してフォトレジスト上に穴部６２及び溝部６１の開口パターンを焼き付けた後、当該フォトレジストを感光して現像し、このレジスト膜をマスクにして不要部分の基板材料２０’をドライエッチング（異方性エッチング）等により除去する。このドライエッチングによって深さｄ１の溝部６１及び穴部６２が形成できる。

更に、全面のレジスト膜に加えて、溝部６１内にも上述の方法でレジスト膜を形成し、当該レジスト膜をマスクして、穴部６２内の不要部分の基板材料２０’をドライエッチング等により除去する。このドライエッチングによって深さｄ２の穴部６２が形成できる。これにより、図１８Ｂに示したような深さが異なるｄ１の溝部６１と、ｄ２の穴部６２とを有した無線光学チップ基板６０１を得ることができる。

次に、図１８Ｃに示す光学モジュール２０２を準備する。この光学モジュール２０２はＲＦ−ＯＰＴチップ２１、レンズ２８及び光ファイバ２９を接合して形成する。ＲＦ−ＯＰＴチップ２１には、半導体チップ１０と無線通信するためのアンテナ２２，２７及び無線通信用の回路素子と、この回路素子と光ファイバ２９との間で光通信するための光通信用の光学素子から構成したものを使用する。回路素子に関しては、図９に示すような受信部２３及び送信部２６が含まれ、光学素子には電気信号−光変換素子（以下Ｅ／Ｏ変換部２４という）や、光−電気信号変換素子（以下Ｏ／Ｅ変換部２５という）等が含まれる。

この例で、光学モジュール２０２の光学素子にレンズ２８を接合する。レンズ２８にはセルフォックレンズ２８ａ，２８ｂを使用する。例えば、一方のセルフォックレンズ２８ａをＲＦ−ＯＰＴチップ２１の光出射口又は図示しない光導波路に接合し、他方のセルフォックレンズ２８ｂを光ファイバ２９の光導波路２９ｂ’に接合する。光ファイバ２９には光導波路２９ｂ’の外周部を低屈折率の材料２９ａで被覆されたものを使用する。光ファイバ２９は、例えば、当該基板６０１の外部の光通信装置に接続される。

次に、図１８Ｂに示した穴部６２に、図１８Ｃに示した光学モジュール２０２を配設する。例えば、図１９に示すように、穴部６２に、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１及びレンズ２８を配設し、溝部６１に光ファイバ２９を配設する。このとき、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１及びレンズ２８を穴部６２内に接着剤を介して固定し、光ファイバ２９を溝部６１内に接着剤を介して固定するようになされる。接着剤にはホットメルト系の樹脂性の接着剤を使用するとよい。これにより、図１９Ｂに示すＲＦ−ＯＰＴチップ２１及びレンズ２８が穴部６２に配設され、光ファイバ２９が溝部６１に配設された基板材料２０’を得ることができる。この時点で基板材料２０’が無線光学チップ基板６０１を構成するようになる。

次に、図１９Ｂで得られたＲＦ−ＯＰＴチップ２１、レンズ２８及び光ファイバ２９を有した無線光学チップ基板６０１に図１９Ａに示す半導体チップ１０を位置合わせして実装する。半導体チップ１０の底面側には、配線パターン接続用のバンプ電極が設けられている。この例では、図１９Ａに示すように半導体チップ１０のアンテナ１２と図１９Ｂに示すＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２２とが対峙し、かつ、半導体チップ１０のアンテナ１３とＲＦ−ＯＰＴチップ２１のアンテナ２７とが対峙するように各々位置合わせして、無線光学チップ基板６０１上に当該半導体チップ１０を実装する。

このとき、半導体チップ１０のバンプ電極を半田ボンディングにより無線光学チップ基板６０１上の配線パターンに接合する。これにより、同一基板に半導体チップ１０、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１、レンズ２８及び光ファイバ２９を実装した、図１７に示したような光通信装置６００が完成する。

このように、第６の実施例としての光通信装置６００及びその製造方法によれば、１回の接続工程で半導体チップ１０と光学モジュール２０２の間を無線−光学接続できるようになる。従って、既存のアンテナ内蔵型の半導体チップ１０の直下で容易に無線光学チップ基板６０１の光ファイバ２９に接続できるようになる。

これにより、半導体チップ１０とＲＦ−ＯＰＴチップ２１間で高速にＲＦ信号−光の送受処理が可能な高速光インターフェース付きの光通信装置６００を製造及び提供できるようになる。しかも、ＲＦ−ＯＰＴチップ２１を予め無線光学チップ基板６０１に配置しておくことにより、半導体チップ１０の実装は、従来の方法と変更することなく、同様の装置にて組み立て工程を行うことができる。なお、光通信装置６００の無線結合時の動作例については、図９に示した光通信装置１００の無線結合時の動作例と同様となるので、その説明を省略する。

図２０及び図２１は、第７の実施例としての光通信装置７００，７００’の構成例を示す斜視図である。この実施例では、２つの無線光学チップ基板７０１，７０２が備えられ、これらの基板７０１，７０２間が光ファイバ２９により接続されるものである。

図２０に示す光通信装置７００によれば、２つの無線光学チップ基板７０１，７０２を有しており、パーソナルコンピュータのマザーボードに適用して好適な装置である。無線光学チップ基板７０１，７０２は隣接して設けられ、その側面が全面に向けられて基板本体が縦状に立設して使用される。無線光学チップ基板７０１，７０２には、第１〜第６の実施例で説明したような半導体チップ１０１，１０２や、図示しないＲＦ−ＯＰＴチップ２１，２１ａ，２１ｂ、レンズ２８等が備えられている。各々の無線光学チップ基板７０１，７０２には光ファイバ２９の接続端子又はファイバ取り出し口７１，７２が設けられている。

２つの無線光学チップ基板７０１，７０２間は、光ファイバ２９により接続されている。半導体チップ１０１から半導体チップ１０２へＲＦ信号Ｓ１１を転送する場合、ＲＦ信号Ｓ１１は、無線光学チップ基板７０１でコリメート光に変換されて、光ファイバ２９により無線光学チップ基板７０２に伝送される。無線光学チップ基板７０２では光ファイバ２９により受光したコリメート光が電気（ＲＦ）信号Ｓ１１に変換される。変換後のＲＦ信号Ｓ１１は、半導体チップ１０２へ無線送信処理される。これにより、半導体チップ１０２は半導体チップ１０１からのＲＦ信号Ｓ１１を受信できるようになる。

この例では、第２及び第５の実施例で説明した同一の無線光学チップ基板２０１，５０１内で光通信処理する場合に限定されることはなく、上述したように、２つの無線光学チップ基板７０１，７０２に光ファイバ２９を介して接続し、当該２つの無線光学チップ基板７０１，７０２で光通信処理を実行できるようになった。なお、光通信先の無線光学チップ基板７０１，７０２は、必ずしも”隣り合っている”という配置条件は必要なく、図２１に示すように離れていても構わない。

図２１に示す光通信装置７００’によれば、３つの無線光学チップ基板７０１，７０２，７０３を有しており、パーソナルコンピュータの拡張用ボード等に適用して好適な装置である。無線光学チップ基板７０１，７０２，７０３は連設されており、この例でも、各々の側面が全面に向けられて基板本体が縦状に立設して使用される。無線光学チップ基板７０１〜７０３には、第１〜第６の実施例で説明したような半導体チップ１０１，１０２，１０３や、図示しないＲＦ−ＯＰＴチップ２１，２１ａ，２１ｂ、レンズ２８等が備えられている。各々の無線光学チップ基板７０１，７０２，７０３には光ファイバ２９の接続端子又はファイバ取り出し口が設けられている。

この例では、２つの無線光学チップ基板７０１，７０３間が光ファイバ２９により接続されている。つまり、無線光学チップ基板７０１，７０３の間に無線光学チップ基板７０２を置いた状態である。半導体チップ１０１から半導体チップ１０３へＲＦ信号Ｓ１１を転送する場合、ＲＦ信号Ｓ１１は、無線光学チップ基板７０１でコリメート光に変換されて、光ファイバ２９により無線光学チップ基板７０３に伝送される。無線光学チップ基板７０３では光ファイバ２９により受光したコリメート光が電気（ＲＦ）信号Ｓ１１に変換される。変換後のＲＦ信号Ｓ１１は、半導体チップ１０３へ無線送信処理される。これにより、半導体チップ１０３は半導体チップ１０１からのＲＦ信号Ｓ１１を受信できるようになる。

このように、第７の実施例としての光通信装置７００，７００’によれば、２つの無線光学チップ基板７０１，７０２に光ファイバ２９を介して接続し、当該２つの無線光学チップ基板７０１，７０２で光通信処理を実行したり、３つの無線光学チップ基板７０１，７０２，７０３から２つの無線光学チップ基板７０１，７０３を選択して、この２つの間に光ファイバ２９を介して接続し、当該２つの無線光学チップ基板７０１，７０３で光通信処理を実行できるようになった。

従って、半導体チップ１０１，１０２間や、半導体チップ１０１，１０３間のＲＦ信号Ｓ１１，Ｓ１２の伝送処理を光ファイバ２９を用いることにより行うことができるので、無線光学チップ基板７０１の設計デザイン時の許容度が拡張され、多様な設計デザインに対応できるようになった。また、多様な設計デザインに対応できることにより、設計変更を必要せずに多くのモデルを発売することができるので、半導体チップ１０１，１０２，１０３等の量産性が高められる。

図２２は第８の実施例としての光通信装置８００の正面の構成例を示す断面図である。この実施例では冷却機能を有した光通信装置８００を提供するようにした。図２２に示す光通信装置８００は、半導体チップ１０、無線光学チップ基板８０１、ヒートシンク８１、冷却ファン用の架台８２及び冷却ファン８３ａ，８３ｂを有して構成される。無線光学チップ基板８０１には第６の実施例で説明したトレンチ構造のものが使用される。もちろん、無線光学チップ基板８０１にはトレンチ構造を有した無線光学チップ基板６０１に限られることはなく、第１〜第５の実施例で説明した無線光学チップ基板２０，２０１，３０１，４０１，５０１を使用してもよい。

この例で半導体チップ１０の上部にはヒートシンク８１が設けられ、当該チップ内で発生した熱を放射するようになされる。ヒートシンク８１には放熱性がよいアルミニウムを襞状に加工した冷却ブロック部材が使用される。このヒートシンク８１及び半導体チップ１０の上部を取り囲む領域には、冷却ファン用の架台８２が配設されている。この例で、架台８２の上部内側には、２台の冷却ファン８３ａ，８３ｂが取り付けられている。冷却ファン８３ａは、例えば、排気用であり、ヒートシンク８１から放射された熱を外部へ排気するようになされる。冷却ファン８３ｂは、吸気用であり、外部から取り込んだ空気をヒートシンク８１へ吹き出し、当該ヒートシンク８１から放射された熱を拡散するようになされる。冷却ファン８３ａ，８３ｂは図示しないモータにより駆動される。

このように、第８の実施例としての光通信装置８００によれば、ヒートシンク８１、冷却ファン用の架台８２及び冷却ファン８３ａ，８３ｂを含む冷却機能が備えられるので、半導体チップ１０で発生した熱を当該冷却機能を利用して効率良く放射及び拡散できるようになる。これにより、熱対策に優れた半導体チップ１０を無線光学チップ基板８０１上に実装した光通信装置を提供できるようになる。

本発明は、半導体チップ−無線光学チップ間で高速に電気信号−光の送受が可能な高速光インターフェース装置に適用して極めて好適である。

本発明に係る第１の実施例としての光通信装置１００の構成例（その１）を示す斜視図である。 光通信装置１００の構成例（その２）を示す断面図である。 光通信装置１００の形成例（その１）を示す工程図である。 光通信装置１００の形成例（その２）を示す工程図である。 光通信装置１００の形成例（その３）を示す工程図である。 光通信装置１００の形成例（その４）を示す工程図である。 光通信装置１００の形成例（その５）を示す工程図である。 光通信装置１００の形成例（その６）を示す工程図である。 光通信装置１００の無線結合時の動作例を示すブロック図である。 第２の実施例としての光通信装置２００の構成例を示す平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は光通信装置２００の形成例を示す工程図である。 第３の実施例としての光通信装置３００の構成例を示す平面図である。 第４の実施例としての光通信装置４００の構成例を示す断面図である。 光通信装置４００の形成例（その１）を示す工程図である。 光通信装置４００の形成例（その２）を示す工程図である。 第５の実施例としての光通信装置５００の構成例を示す平面図である。 第６の実施例としての光通信装置６００の構成例を示す断面図である。 光通信装置６００の形成例（その１）を示す工程図である。 光通信装置６００の形成例（その２）を示す工程図である。 第７の実施例としての光通信装置７００の構成例を示す斜視図である。 その光通信装置７００’の構成例を示す斜視図である。 第８の実施例としての光通信装置８００の正面の構成例を示す断面図である。

符号の説明

１０，１０１，１０２，１０３，１０４，１０８・・・半導体チップ、１１，２６・・・送信部（回路素子）、１２，１３，２２，２７・・・アンテナ、１４，２３・・・受信部（回路素子）、１５・・・信号処理部、２０，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１，７０１，７０２，７０３・・・無線光学チップ基板、２１・・・ＲＦ−ＯＰＴチップ（無線光学チップ）、２４・・・Ｅ／Ｏ変換部（電気信号−光変換素子）、２５・・・Ｏ／Ｅ変換部（光−電気信号変換素子）、２８・・・レンズ、２９・・・光ファイバ、２９ａ・・・光導波路、６１・・・溝部、６２・・・穴部、７１，７２，７３・・・ファイバ取り出し口、８１・・・ヒートシンク部、８２・・・架台、８３ａ，８３ｂ・・・冷却ファン、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，７００’，８００・・・光通信装置、１０５・・・ＲＦ専用チップ、１０６，１０９・・・配線パターン、２０２・・・光学モジュール

Claims (2)

1. 無線光学チップ基板と、無線光学チップと、半導体チップと、レンズとを具備する光通信装置であって、
   前記無線光学チップ基板は、
   絶縁性の基板材料で形成されており、
   当該無線光学チップ基板の表面の近傍に、高い屈折率材料の層を挟んで屈折率材料の層を積層して形成した、板状で細長い光ファイバが形成されており、
   当該無線光学チップ基板の表面に、前記光ファイバに光学的に結合する前記レンズおよび前記無線光学チップが埋め込まれる凹部が形成されており、
   前記半導体チップは、
   当該半導体チップが前記無線光学チップ基板に実装されたとき、当該半導体チップの下部領域に平行に隣接して配設され、それぞれ板状で細長い形状の、第１送信アンテナ素子および第１受信アンテナ素子と、
   前記第１送信アンテナ素子および前記第１受信アンテナ素子に接続されて信号を送信および受信する、無線通信用の第１回路素子と、
   当該第１回路素子に接続され、信号処理を行う信号処理部と
   を有し、
   前記無線光学チップは、
   当該無線光学チップが前記無線光学チップ基板の前記凹部に埋め込まれたとき、当該無線光学チップの上部領域に、前記第１送信アンテナ素子と前記第１受信アンテナ素子と同じ間隔で平行に隣接して配設され、それぞれ板状で細長い形状の、第２受信アンテナ素子および第２送信アンテナ素子と、
   前記第２受信アンテナ素子および前記第２送信アンテナ素子に接続されて信号を送信および受信する、無線通信用の第２回路素子と、
   前記無線光学チップ基板の前記凹部に埋め込まれる前記レンズを介して前記光ファイバと接続され、前記光ファイバからの光信号を電気信号に変換して前記第２回路素子に入力し、前記第２回路素子からの電気信号を光信号に変換して前記光ファイバに送出する、光通信用変換部と
   を有し、
   前記無線光学チップ基板の前記凹部に前記レンズが埋め込まれ、光学接着剤が充填され、前記無線光学チップ基板の前記凹部に前記無線光学チップが埋め込まれ、前記半導体チップが前記無線光学チップ基板に実装されたとき、
   前記半導体チップの前記第１送信アンテナ素子と前記無線光学チップ基板の前記第２受信アンテナ素子が無線通信可能に対峙して配置され、かつ、前記半導体チップの前記第１受信アンテナ素子と前記無線光学チップの前記第２送信アンテナ素子が無線通信可能に対峙して配置され、
   前記光ファイバから送信された光信号が前記光通信用変換部において電気信号に変換されて前記第２送信アンテナ素子および前記第１受信アンテナ素子を介して前記半導体チップの前記信号処理部に導かれ、
   前記半導体チップの前記信号処理部からの電気信号が前記第１送信アンテナ素子および前記第２受信アンテナ素子を介して送信され、前記光通信用変換部において光信号に変換されて前記光ファイバに送出される、
   光通信装置。
2. 前記無線光学チップ基板には、前記光ファイバを挟んで、その両側に、当該無線光学チップ基板の表面に、前記光ファイバの一端に接続される第１レンズおよび第１無線光学チップが埋め込まれる第１凹部と、当該無線光学チップ基板の表面に、前記光ファイバの他端に接続される第２レンズおよび第２無線光学チップが埋め込まれる第２凹部とが形成されており、
   前記１凹部に前記第１レンズおよび第１無線光学チップが埋め込まれ、
   前記２凹部に前記第２レンズおよび第２無線光学チップが埋め込まれ、
   前記半導体チップと同等の第１半導体チップが前記第１無線光学チップの上部に位置し、前記半導体チップと同等の第２半導体チップが前記第２無線光学チップの上部に位置するように、前記無線光学チップ基板に実装されており、
   前記光ファイバを介して授受される信号が、前記第１半導体チップに内蔵された第１信号処理部と、前記第２半導体チップに内蔵された第２信号処理部とにおいて処理される、
   請求項１に記載の光通信装置。

Images