JP6012541B2 - 光電気複合パッケージ、光電複合パッケージシステム - Google Patents
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Description
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、光結合効率を向上させた光電気複合パッケージ、光素子付き光電複合パッケージシステムを提供することにある。
ガラス部材(ガラスインタポーザ)は、樹脂より熱膨張率が小さいため、位置ズレによる光結合効率低下を抑制できる。光の透過率だけを考えれば、本来、光電気複合パッケージをガラス部材で形成するが好ましいが、ガラス自体は脆いため、ガラス部材(ガラスインターポーザ)を、他の枠体で囲えば、ガラス部材を保護することができる。
また、ガラスは樹脂に比べて熱膨張率が小さいので、枠体とガラス部材の境界でクラック等の破断を抑制できる。そして、半導体チップ等の素子は、更に狭ピッチ化が進んでいるが、光結合の位置ズレが生じにくい。ガラスは光素子との熱膨張差が少なく、ガラスは樹脂よりも熱膨張率が小さいので、ガラス部材であれば、熱膨張による変形を緩和し、光結合効率を向上させることができる。
枠体が、内壁面と外側面とを備え、矩形の板状であれば、作業性も扱いも容易である。
また、枠体内に配置されるガラス部材の表面から裏面へ第1のビア導体を有しているので、表面と裏面との電気的接続が容易である。
樹脂配線層が、ガラス部材の少なくとも一方の面に設けられ、その内部に第2のビア導体及び内部配線層を有するため、これらのビア導体等によって、電気的信号、電源の供給が容易となる。
枠体が、セラミック又は樹脂からなることが好ましい。セラミック又は樹脂は、ガラス部材より、脆くなく、ガラス部材を適切に保護できる。
枠体とガラス部材とを接合する接合材が、樹脂からなることが好ましい。樹脂であれば、容易に接合できる。また、接合材として用いられる樹脂は、枠体に用いられる材料よりも弾性率が小さいことが好ましい。これにより、ガラス部材と枠体の熱膨張差が大きい場合でも接合材が緩衝材としての役割を果たし、熱膨張による応力を緩和できる。
枠体の厚みが、ガラス部材より厚いことが好ましい。ガラスの厚み方向が全て、枠体で覆われることにより、ガラス部材の破損等を容易に防止できる。そして、枠体を厚くしても、光伝送損失を増大させることなく、光電気複合パッケージの剛性を向上し、反りを防止することができる。
前記ガラス部材に、直接的に又は間接的にLSI、光素子等の素子を実装するためのバンプを備えることが、好ましい。そのバンプを介して、直接的に又は間接的にLSI、光素子等の素子が搭載でき、光電気複合パッケージシステムとすることができる。
樹脂配線層の前記係合部に、光導波路の光導入路が係合されることが好ましい。係合部により、光導波路の光導入路が容易に係合でき、ガラス部材を介して、光素子からの光信号の送信又は、光素子への光信号の受信が可能である。
(1)枠体2
枠体2の大きさとして、例えば、外周(50mm×50mm)、内周(30mm×30mm)で厚さ0.4mmの平面視矩形の枠体2を使用することができる。そして、枠体の材料として、セラミック、樹脂等が使用できる。例えば、セラミックを使用する場合には、ラミネート成形したセラミック成形用グリーンシートを枠体形状にパンチング加工し、焼成し、得られる。樹脂を使用する場合には、プリプレグを使用してもよい。
(2)ガラス部材3
インターポーザとして機能するガラス部材3の大きさとして、例えば、外周(29mm×29mm)で、厚さ0.2mmの平面視矩形のガラスを使用することができる。枠体2とガラス部材3の間隙は1mm以下に設定される。そして、ガラス部材3の材料として、アルカリガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス、アルカリホウケイ酸ガラス、無アルカリホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス等が使用できる。
第1のビア導体ビア31は、ガラス部材3にレーザを照射することにより、穴をあけて、その穴を埋めるように、メッキを施して、作成することができる。この第1のビア導体31は、このメッキとしては、例えば、銅(Cu)を無電解メッキにより、得られる。
この第1のビア導体31は、ガラス部材3の表面から裏面へ貫通するように形成する。
(4)ガラス3部材の少なくとも一方の面に設けられる配線層32
この配線層32は、前記の第1のビア導体31を設けてから、形成するのが好ましい。第1のビア導体31と、配線層32とが電気的に接続されるためである。その配線層32は、無電解めっき膜を形成し、フォトリソグラフィーにより開口したフォトレジストから露出する無電解めっき膜に電解めっきを施し、レジスト除去、無電解めっき膜除去で配線を形成する(セミアディティブ法)。もしくは、電解めっきを全面に形成した後、フォトリソグラフィー、エッチングで配線を形成してもよい(サブトラクティブ法)のように形成される。配線層32の厚みは、10μm程度である。
枠体2及び配線層32を備えたガラス部材3を、樹脂からなる接合材9で接合する。樹脂からなる接合材9として、例えば、エポキシ系、アクリル系、シリコーン系などである。また、有機フィラーや無機フィラーを樹脂材料に含有させた接合材を用いてもよい。接合方法は、枠体2の内周面21に、予め接合材9を塗布しておき、そこにガラス部材3を嵌め込み、熱処理することにより、接合する。また、ガラス部材3の外周に接合材9を塗布し、枠体2に嵌め込んでも良い。別の接合方法としては、ガラス部材3を枠体2の内側に設置した後、ディスペンサや圧入で間隙を接合材9で埋めてもよい。その場合の間隙は1mm以下であることが望ましい。ガラス部材3のクラック等の破損を防止するためには、枠体2の厚みをガラス部材3より厚くして、ガラス部材3が枠体2の内周面21の中に収まるように接合するのがよい。また、後述する樹脂配線層4を、ガラス部材3及び枠体2に跨って設ける場合には、樹脂配線層4を設ける側は、段差がつかないように、ガラス部材3と枠体2が連続して、同一の面を形成するように接合するのがよい。
この樹脂配線層4は、内部に第2のビア導体41、内部配線層42及び光導波路5の光導入路51が係合する係合部43を有する。
(a) 樹脂配線層4は、前記配線層32を設けた側に形成する場合もあるし、設けていない側に形成する場合がある。
(b) 樹脂配線層4を形成する樹脂は、エポキシ、ポリイミドなどの透過性樹脂を使用できる。
(c) 樹脂配線層4は、樹脂をガラス部材3上に設け、レーザ若しくはフォトリソグラフィーにより第2のビア導体が埋まる穴を形成し、その上に無電解めっき膜を形成する。次に配線となる部分をフォトリソグラフィーによりフォトレジストを開口し、露出する無電解めっき膜に電解めっきで第2のビア導体41と配線を形成した後、レジスト除去と無電解めっき膜を除去して、内部配線層42を形成する(いわゆるセミアディティブ法)。また、内部配線層42となる部分以外をフォトリソグラフィーにより、エッチングすることにより内部配線層42を作成してもよい(サブトラクティブ法)。必要に応じ、これらを繰り返し、積層する。
また、樹脂配線層4は、ガラス部材3上に配線層32を形成後、その上に、形成してもよい。
(d) 樹脂配線層4に形成する光導波路5の光導入路51が係合する係合部43は、例えば、凹部形状で作成する。樹脂配線層4は、エポキシ、ポリイミドなどの透過性樹脂で作成されているため、ガラス部材3における樹脂配線層4を設ける反対面側の光素子7’等の実装配線をアライメントマークとし、フォトリソグラフィーで凹部(係合部)43を作製でき、形状としては、角形状、楕円形状が可能である。
また、レーザ等によりエッチング加工することで、凹部(係合部)43を作製できる。樹脂配線層4(ビルドアップ層)は樹脂材料であるため、レーザの出力を調整することにより、ガラス部材3の表面でエッチングがストップし、安定した形状の係合部(凹部)43を形成することができる。凹部の形状に合わせ、光導波路5のクラッドに凸部51を形成し、固定する。反対面に搭載される光素子等7と凹部との位置合わせは、樹脂配線層4とガラス部材3が透明あるため、容易である。
バンプ8は、ガラス部材3に直接的に設けてもよく、樹脂4’を介して間接的に設けることができる。バンプ8は、例えば、半田材料にて形成する。そして、LSI6、光素子7’等の素子7が搭載でき、光電気複合パッケージシステム10とすることができる。
ここで、樹脂配線層4に形成する光導波路5の光導入路51が係合する係合部43は、LSI6、光素子7’等の素子7の搭載後に、光素子7’の受発光点を観察しながら形成することもできる。
以下、本発明の実施例について説明する。
その構造を、図1に示すように、ガラス部材3の一方の面に第1の樹脂層4’及び他方の面側に樹脂配線層4を有する光電気複合パッケージ(1)である。
光電気複合パッケージ(1)は、内壁面(21)と外側面(22)とを備えたアルミナセラミック製の枠体(2)と、矩形の板状をなし、表面から裏面へ第1の銅(Cu)からなるビア導体(31)を有し、少なくとも一方の面に、銅(Cu)からなる配線層(32)を備え、枠体(2)の内壁面(21)にエポキシ系の樹脂からなる接合材(9)を介して接合されるアルカリガラス製のガラス部材(3)と、前記ガラス部材(3)の一方の面に設けられ、第2の銅(Cu)からなるビア導体(41)、銅(Cu)からなる内部配線層(42)及び光導波路(5)の光導入路(51)である凸部が係合する係合部(43)である凹部を有するエポキシ系の樹脂配線層(4)と、樹脂配線層(4)の反対側の面に、ビア導体(41’)を有する第1の樹脂層4’と、を備える。
そして、その作り方を図2と図3により、説明する。
(b)そのスルーホール(33)を埋めるように、銅(Cu)の無電解メッキを行い、ガラス部材3の表面から裏面へ貫通するように第1のビア導体ビア31ができる。
(c)配線層32は、銅(Cu)の無電解めっき膜を形成し、フォトリソグラフィーによりフォトレジストを開口し露出する無電解めっき膜に開口したフォトレジストから露出する無電解めっき膜に電解めっきを施し、レジスト除去、無電解めっき膜除去で配線を形成する(セミアディティブ法)。そして、その上に、第1の樹脂層4’を形成する。
この第1の樹脂層4’としては、フィラー含有量が少なく、波長850nm〜1300nmの光に対して、透過率が80%以上のポリイミド樹脂をガラス部材3上に設け、フォトリソグラフィーによりビア導体41’が埋まる穴を形成し、その上に銅(Cu)の無電解めっきを施し、ビア導体41’とする。ビア導体41’には、配線層32と接続されるもの、第1のビア導体ビア31に接続されるものがある。
その前に、先ず、前記と同様な手法で、ガラス部材3上に配線層32を形成後、その上に、樹脂配線層4を形成する。
樹脂配線層4は、エポキシ樹脂をガラス部材3上に設け、フォトリソグラフィーにより第2のビア導体41が埋まる穴を形成し、その上に銅(Cu)の無電解めっき膜を形成する。次に配線となる部分をフォトリソグラフィーによりフォトレジストを開口し露出する無電解めっき膜に銅(Cu)の電解めっきで第2のビア導体41と配線を形成した後、レジスト除去と無電解めっき膜を除去して、内部配線層42を形成する(いわゆるセミアディティブ法)。また、内部配線層42となる部分以外をフォトリソグラフィーにより、エッチングすることにより内部配線層42を作成してもよい(サブトラクティブ法)。必要に応じ、これらを繰り返し、積層する。
次に、樹脂配線層4側に、マザーボード等に接続するためのバンプ8’を設ける。バンプ8’は、第2のビア導体41と接続している。
そして、次に、樹脂配線層4に、光導波路5の光導入路51(凸形状)を、係合部43(凹部形状)に嵌め合わせる。
その光電気複合パッケージの構造を、図4に示す。(実施例 1)との構造上の違いは、ガラス部材3の一方の面に第1の樹脂層4’がない点である。その構造上の違いにより、バンプ8が、第1のビア導体31に直接接合するように、形成される。
図5に示すように、(実施例 1)の光電気複合パッケージの樹脂4’側のバンプ8に、LSI6、光素子7’等の素子7等を接続し、光電気複合パッケージシステム10とする。光素子7は、送受信部は、光導入路51(係合部43)と位置合わせされている。
図6に示すように、(実施例 2)の光電気複合パッケージの樹脂4’側のバンプ8に、LSI6、光素子7’等の素子7等を接続し、光電気複合パッケージシステム10とする。光素子7は、送受信部は、光導入路51(係合部43)と位置合わせされている。
光電気複合パッケージ1及びそれにLSI6、光素子7’等の素子7等を搭載した光電気複合パッケージシステム10の構造を、図7に示す。その光電気複合パッケージ1に関し、(実施例 1)との構造上の違いは、(1)第1の樹脂層4’の上に、さらに第2の樹脂層4’’が形成されている点、(2)光素子7’が第2の樹脂層4’’へ埋め込まれている点、(3)光素子7’の送受信部とガラス部材3との間に空間43’がある点、である。
複数の第2の樹脂層4’’はビア導体41’’と内部に配線層42’’を有している。光電気複合パッケージに搭載される、LSI6、素子7等が極端に狭ピッチである場合、第2の樹脂層4’’の配線の引き回しにより、ピッチを広げることができる。
(2)「光素子7’が第2の樹脂層4’’へ埋め込まれている点」
第1の樹脂層4’の上に複数の第2の樹脂層4’’を積層する場合、光素子7’からの光信号の通過距離を短く設定するために、光素子7’が第2の樹脂層4’’へ埋め込まれている。
(3)「光素子7’の送受信部とガラス部材3との間に空間43’がある点」
光素子7’の送受信部とガラス部材3との間に空間43’を設けることで、光素子7’からの光を空間43’の屈折率よりもガラス部材の屈折率の方が大きいので、光導波路5の係合部43方向に光素子7’からの光が集光する方向に屈折させることができる。
光電気複合パッケージ1に、係合部43をアライメントマークとし、少なくとも一部が係合部43と対向する位置にレーザを照射することにより第1の樹脂層4’に空間43’を形成する。そして、第1の樹脂層4’上に、空間43’と光素子7の送受信部とが対向するように、光素子7‘をバンプ8を介して実装する。
その後、エポキシ樹脂を第1の樹脂層4’上に設け、セミアディティブ法または、サブトラクティブ法等を用いてエポキシ樹脂にビア導体41’’及び内部配線層42’’を形成する。必要に応じ、これらを繰り返し、積層し第2の樹脂層4’’を形成する。そして、第2の樹脂層4’’上にバンプ8を介してLSI6、素子7等を接続する。
図8に、光電気複合パッケージの係合部と光導波路の光導入路との嵌め合う前の状態を示す斜視図(模式図)を示す。そして、図9は、光電気複合パッケージの概略平面図で、図1から図9のうち、概略断面図は、図9のA−Aの断面を示すものである。
本発明は、上述した実施の形態、実施例に限定されるわけではなく、その他種々の変更が可能である。
2 :枠体(セラミック)
21:枠体の内壁面
22:枠体の外側面
3 :ガラス部材
31:第1のビア導体
32:配線層
33:スルーホール
4 :樹脂配線層
41:第2のビア導体
42:内部配線層
43:係合部
44:表面配線層
4’:樹脂層
41’:ビア導体
4’’:第2の樹脂層
41’’:第2のビア導体
42’’:第2の内部配線層
5 :光導波路
51:光導入路
6 :LSI
7 :素子
7’:光素子
8 :バンプ
8’:バンプ
9 :接合材(樹脂)
10 :光電気複合パッケージシステム
Claims (11)
- 内壁面と外側面とを備えた枠体と、
矩形の板状をなし、表面から裏面へ第1のビア導体を有し、少なくとも一方の面に、配線層を備え、枠体の内壁面に接合材を介して接合されるガラス部材と、
前記ガラス部材の少なくとも一方の面に設けられ、内部に第2のビア導体、内部配線層及び光導波路の光導入路が係合する係合部を有する樹脂配線層と、を備えた光電気複合パッケージ。 - 前記枠体が、セラミック又は樹脂からなることを特徴とする請求項1記載の光電気複合パッケージ。
- 前記接合材が、樹脂からなることを特徴とする請求項1又は2記載の光電気複合パッケージ。
- 前記枠体の厚みが、前記ガラス部材より厚いこと、を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の光電気複合パッケージ。
- 前記ガラス部材の厚みが、200μm以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の光電気複合パッケージ。
- 前記枠体の厚みが、400μm以上であることを特徴とする請求項5に記載の光電気複合パッケージ。
- 前記ガラス部材の透過率が、80%以上であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の光電気複合パッケージ。
- 前記ガラス部材に、直接的に又は間接的にLSI、光素子等の素子を実装するためのバンプを備えたことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の光電気複合パッケージ。
- 前記バンプを介して、LSI、光素子等の素子が実装されたことを特徴とする請求項8に記載の光電気複合パッケージシステム。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の光電気複合パッケージの前記係合部に、光導波路の光導入路が係合されたことを特徴とする光電気複合パッケージ。
- 請求項9に記載の光電気複合パッケージシステムの前記係合部に、光導波路の光導入路が係合されたことを特徴とする光電気複合パッケージシステム。
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