專利名稱：用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭及加工設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于形成光學(xué)波導(dǎo)鏡面的加工頭、設(shè)置有該加工頭的加工設(shè)備和使用該加工頭形成光學(xué)波導(dǎo)鏡面的方法，具體而言，涉及一種用于形成將包括用于發(fā)射光信號(hào)的光發(fā)射部分的半導(dǎo)體芯片與包括用于接收光信號(hào)的光接收部分的半導(dǎo)體芯片光學(xué)耦合的光學(xué)波導(dǎo)鏡面的加工頭、設(shè)置有該加工頭的加工設(shè)備和使用該加工頭形成光學(xué)波導(dǎo)鏡面的方法。
背景技術(shù)：
近來(lái)，所公知的是涉及半導(dǎo)體的技術(shù)已經(jīng)得到顯著提高，例如在大規(guī)模集成電路(LSI)領(lǐng)域例如中央處理單元(CPU)和高速邏輯電路中時(shí)鐘頻率已經(jīng)超過(guò)GHz量級(jí)。
近年來(lái)，已經(jīng)增加了例如4000×2000像素的超高清晰度圖像數(shù)據(jù)的處理和以高幀速俘獲圖像數(shù)據(jù)的照相機(jī)或重現(xiàn)該圖像數(shù)據(jù)的顯示器的改進(jìn)。需要在各種設(shè)備之間無(wú)處理地傳遞圖像數(shù)據(jù)。
例如，在4000×2000像素、240幀以及10比特三色的情況下，數(shù)據(jù)速度變?yōu)?7.6Gbps，這是極大的。
超過(guò)GHz量級(jí)信號(hào)的互聯(lián)，無(wú)論它在LSI或中間系統(tǒng)內(nèi)部還是外部，都具有在相關(guān)領(lǐng)域中未被重視的缺點(diǎn)。為了改進(jìn)性能、集成半導(dǎo)體器件或在半導(dǎo)體器件中實(shí)現(xiàn)更高速度，克服這些缺點(diǎn)是一個(gè)重要因素。上述缺點(diǎn)包括信號(hào)完整性、電互聯(lián)的頻率限制、互聯(lián)損耗、互聯(lián)延遲、來(lái)自互聯(lián)的輻射、信號(hào)畸變和關(guān)于互聯(lián)驅(qū)動(dòng)的功耗增加。
為了克服上述缺點(diǎn)，存在采用光互聯(lián)代替由例如Al和Cu的金屬制成的電互聯(lián)的方法。
作為上述方法之一，例如已經(jīng)實(shí)驗(yàn)了采用光學(xué)波導(dǎo)進(jìn)行板內(nèi)或板之間的連接以用光傳送信號(hào)的方法。
具體地，最近，因?yàn)槭艿绞┘拥絻?nèi)部LSI芯片或不同LSI的時(shí)鐘畸變的缺點(diǎn)的困擾，所以改進(jìn)了方法，在板上或LSI上采用完全相等長(zhǎng)度的互聯(lián)，以將時(shí)鐘信號(hào)分成具有大致H形的光互聯(lián)，所謂的工字形(H-bar)，以抑制互聯(lián)的畸變。
在使用上述光學(xué)波導(dǎo)的光互聯(lián)結(jié)構(gòu)單元中，通常，需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或者將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。根據(jù)組裝處理的簡(jiǎn)化、互聯(lián)的生產(chǎn)率或制造成本，光發(fā)射器件采用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)且光接收器件采用PIN-PD或其他板型器件，且兩器件都安裝在LSI或板上，以使光接收板水平面對(duì)光發(fā)射板。
在具有上述光互聯(lián)的構(gòu)造中，需要光發(fā)射器件或光接收器件與光學(xué)波導(dǎo)光學(xué)地且有效地耦合。通常，加工光學(xué)波導(dǎo)的端部以形成與光導(dǎo)方向成45°的鏡面，且該鏡面反射光以將光的傳播方向彎折90°。
作為形成鏡面的方法，例如，存在將切割半導(dǎo)體芯片的切塊機(jī)(dicer)的刀片打磨成90°使用的常用方法。
首先，如圖1A和相應(yīng)于圖1A的側(cè)視圖的圖1B所示，虛設(shè)基底(dummysubstrate)150在其表面上形成有弛豫層(release layer)151，且弛豫層151在其表面上形成有光學(xué)波導(dǎo)片130，該光學(xué)波導(dǎo)片由具有第一折射率的覆層130a和具有在覆層130a中沿光導(dǎo)方向的長(zhǎng)的圖案并具有高于第一折射率的第二折射率的芯130b形成。
在將成為具有上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)波導(dǎo)的端面的部分中，通過(guò)使用上述其中刀片邊緣打磨成90°的切塊機(jī)，芯和覆蓋芯的覆層被完全切割或從其表面切割到芯的深度。
切塊機(jī)切割的結(jié)果，如圖1C所示，在由覆層130a和芯130b形成的光學(xué)波導(dǎo)片130中形成V形凹槽V。V形凹槽V的側(cè)壁表面是鏡面MR。
通過(guò)上述方法，獲得了具有相對(duì)高反射率的45°鏡面，然而，在縱向的精確度取決于切塊機(jī)的位置精確度，所以精確度不好。此外，優(yōu)選形成多個(gè)光學(xué)波導(dǎo)鏡面，其中將成為鏡面的端部排成一線，然而，苦于不能形成其中將成為端面的部分交錯(cuò)排列的鏡面的缺點(diǎn)。
作為形成上述45°鏡面的其他方法，公知采用例如反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的干法刻蝕的方法。
如圖2A所示，采用與上述相同的方法，形成由芯130b和覆蓋芯的覆層130a所形成的光學(xué)波導(dǎo)片130。在光學(xué)波導(dǎo)片130上，形成具有圖案的抗蝕劑膜R，該圖案中，暴露出將成為端面的部分。
如圖2B所示，虛設(shè)基底150傾斜45°并進(jìn)行例如RIE的其中可能進(jìn)行垂直加工的干法刻蝕?？涛g氣體以預(yù)定角β(45°)發(fā)射到基底平面。
結(jié)果，如圖2C所示，具有關(guān)于芯130b的光學(xué)波導(dǎo)方向形成梯度的內(nèi)側(cè)壁平面的開口部分P形成在由覆層130a和芯130b所形成的光學(xué)波導(dǎo)片130中。
在上述方法中，通常，難于將抗蝕劑膜物質(zhì)的刻蝕選擇率應(yīng)用到光學(xué)波導(dǎo)。由于例如蝕刻中掩模的凹陷，而難于獲得高的加工精度。而且，在其中基底傾斜45°的刻蝕處理中，隨著將成為目標(biāo)的基底的尺寸增加，在有限的刻蝕腔中難于獲得加工角度或刻蝕速度的均勻性。

發(fā)明內(nèi)容
希望提供一種用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭、采用其的加工設(shè)備和形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法，其中該加工頭能保持設(shè)計(jì)靈活性從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的變化，并能實(shí)現(xiàn)小量生產(chǎn)及產(chǎn)品的各種變化。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭，設(shè)置在毛細(xì)單元頂部，具有第一平面和第二平面，以45°角交叉加工頭的對(duì)稱軸，并在加工頭的尖端部分彼此垂直交叉，其中該加工頭在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置處鉆入光學(xué)波導(dǎo)片中，在該光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成為片形，所以第一平面和第二平面的形狀在光學(xué)波導(dǎo)的端部被轉(zhuǎn)移(transfer)以形成鏡面。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加工頭設(shè)置在毛細(xì)單元頂部。加工頭的尖端部分具有以45°角交叉加工頭的對(duì)稱軸并彼此垂直交叉的第一平面和第二平面。該加工頭在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置處鉆入光學(xué)波導(dǎo)片中，在該光學(xué)波導(dǎo)片中具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成為片形。所以第一平面和第二平面的形狀被轉(zhuǎn)移到光學(xué)波導(dǎo)的端部以形成鏡面。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種用于形成具有設(shè)置在毛細(xì)單元頂部的加工頭的光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工設(shè)備，其中加工頭的尖端部分具有以45°角交叉加工頭的對(duì)稱軸并彼此垂直交叉的第一平面和第二平面，且該加工頭在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置處鉆入光學(xué)波導(dǎo)片中，在該光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成為片形，所以第一平面和第二平面的形狀在光學(xué)波導(dǎo)的端部被轉(zhuǎn)移以形成鏡面。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加工設(shè)備具有設(shè)置在毛細(xì)單元頂部的加工頭。加工頭的尖端部分具有以45°角交叉加工頭的對(duì)稱軸并彼此垂直交叉的第一平面和第二平面。該加工頭在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置處鉆入光學(xué)波導(dǎo)片中，在該光學(xué)波導(dǎo)片中具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成為片形。所以第一平面和第二平面的形狀被轉(zhuǎn)移到光學(xué)波導(dǎo)的端部以形成鏡面。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種形成光學(xué)波導(dǎo)片的鏡面的方法，具有如下步驟在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置處將加工頭鉆入光學(xué)波導(dǎo)片，其中該加工頭設(shè)置在毛細(xì)單元頂部，并在加工頭的尖端部分具有以45°角交叉加工頭的對(duì)稱軸并彼此垂直交叉的第一平面和第二平面，該光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成為片形，并將該加工頭從光學(xué)波導(dǎo)片中釋放出來(lái)，以及在光學(xué)波導(dǎo)的端部轉(zhuǎn)移第一平面和第二平面的形狀以形成鏡面。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法中，首先，在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置處將加工頭鉆入光學(xué)波導(dǎo)片，其中該加工頭設(shè)置在毛細(xì)單元頂部，并在加工頭的尖端部分具有以45°角交叉加工頭的對(duì)稱軸并彼此垂直交叉的第一平面和第二平面，該光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成為片形。
然后，將該加工頭從光學(xué)波導(dǎo)片中釋放出來(lái)。所以，第一平面和第二平面的形狀被轉(zhuǎn)移到光學(xué)波導(dǎo)的端部以形成鏡面。
根據(jù)用于形成本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)波導(dǎo)鏡面的加工頭，可以保持設(shè)計(jì)的靈活性以應(yīng)付設(shè)計(jì)的變化，并能應(yīng)付小量生產(chǎn)和產(chǎn)品的各種變化。
根據(jù)用于形成本發(fā)明的實(shí)施例的光學(xué)波導(dǎo)鏡面的加工設(shè)備，能夠保持設(shè)計(jì)的靈活性以應(yīng)付設(shè)計(jì)的變化，并能應(yīng)付小量生產(chǎn)和產(chǎn)品的各種變化。
根據(jù)形成本發(fā)明實(shí)施例的光學(xué)波導(dǎo)鏡面的方法，能夠保持設(shè)計(jì)的靈活性以應(yīng)付設(shè)計(jì)的變化，并能應(yīng)付小量生產(chǎn)和產(chǎn)品的各種變化。


通過(guò)參照附圖，將更具體地理解本發(fā)明實(shí)施例的上述和其他特點(diǎn)，在附圖中圖1A到1C是根據(jù)相關(guān)技術(shù)中的第一范例形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法的示意圖；
圖2A到2C是根據(jù)相關(guān)技術(shù)中第二范例形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法的示意圖；圖3A是設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭的加工設(shè)備的加工頭部分的示意性透視圖，圖3B是該加工頭的側(cè)視圖，而圖3C是垂直于圖3B的側(cè)視圖；圖4A到4D是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面方法的工藝的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的作為多芯片模塊的光電器件的截面圖；圖6A到6C是制造根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的多芯片模塊方法的工藝截面圖；圖7A到7C是制造根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的多芯片模塊方法的工藝截面圖；圖8A到8C是制造根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的多芯片模塊方法的工藝截面圖；以及圖9A是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的多芯片模塊的截面圖，而圖9B是其平面圖。
具體實(shí)施例方式
將參照附圖，更詳細(xì)地描述用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭的優(yōu)選實(shí)施例，以及形成根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法。
(第一實(shí)施例)圖3A是設(shè)置有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭的加工設(shè)備的加工頭部分的示意性透視圖。
加工頭1設(shè)置在大致圓柱形毛細(xì)管2頂部。毛細(xì)管2的與加工頭1相反一側(cè)的端部被毛細(xì)支持單元3所支持。
圖3B是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加工頭的側(cè)視圖，而圖3C是垂直于圖3B的側(cè)視圖。
加工頭1的尖端部分具有與加工頭1的對(duì)稱軸AX以預(yù)定角度α(45°)相交叉并彼此垂直交叉的第一平面1a和第二平面1b。
加工頭具有一形狀使得加工頭在即將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置處鉆入光學(xué)波導(dǎo)片中，以在光學(xué)波導(dǎo)的端部轉(zhuǎn)移第一平面1a和第二平面1b的形狀，且因此形成鏡面，其中在該光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成片形。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的加工頭優(yōu)選設(shè)置有用于加熱加工頭的加熱單元(裝置)。
在加工光學(xué)波導(dǎo)片中，例如，在光學(xué)波導(dǎo)片由熱塑樹脂形成的情況下，光學(xué)波導(dǎo)片通過(guò)施加熱而軟化，以易于加工。或者，例如，在光學(xué)波導(dǎo)片由熱固樹脂形成的情況下，該片通過(guò)施加熱而固化以保持加工過(guò)的形狀。在兩種情況下，加熱溫度低于光學(xué)波導(dǎo)片樹脂的熱分解溫度。
加工頭1優(yōu)選由鋁、氮化鋁、碳化硅、氮化硼或其他陶瓷；藍(lán)寶石、紅寶石、金剛石或其他人工(人造)礦石；不銹鋼、鎢、鈦或其他金屬或金屬合金；鎢、鈦、鋁、硅、鉭的碳化物、氮化物或碳?xì)浠?，所謂的超級(jí)鋼合金；或添加有例如鈷、鎳、鉻和鉬的添加劑的超級(jí)鋼合金形成。
第一平面1a和第二平面1b向?qū)ΨQ軸AX突出的長(zhǎng)度L設(shè)為等于或大于光學(xué)波導(dǎo)片將被加工頭1加工的厚度，且其至少設(shè)為直到芯下表面的厚度，例如整個(gè)光學(xué)波導(dǎo)片的厚度。
第一平面1a和第二平面1b的寬度設(shè)為等于或大于光學(xué)波導(dǎo)片將被加工頭1加工的寬度。
此后，將描述采用加工頭形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法。
作為將被加工的光學(xué)波導(dǎo)片，如圖4A所示，弛豫層51形成在例如硅或玻璃的虛設(shè)基底50上，光學(xué)波導(dǎo)片30形成在它們上面。即，覆層材料覆蓋在弛豫層51上并進(jìn)行硬化處理，芯材料覆蓋在硬化的覆層材料上并進(jìn)行圖案曝光和顯影處理，以形成預(yù)定圖案，且覆層材料覆蓋在芯上并被平坦化和硬化以形成片形。
如上所述，提供了光學(xué)波導(dǎo)片30，該光學(xué)波導(dǎo)片形成為片狀并具有具有第一折射率的覆層30a；和被覆層30a覆蓋的芯30b，該芯具有沿光導(dǎo)方向長(zhǎng)的條狀圖案，并具有高于第一折射率的第二折射率。
作為弛豫層51，例如，可以采用具有形成光學(xué)波導(dǎo)片的樹脂材料的、具有差的粘合性的鈦銅疊層體，或者對(duì)于特定酸可溶的硅氧化膜。
光學(xué)波導(dǎo)片對(duì)于將要施加的光波長(zhǎng)是透明的，例如，它由有機(jī)基的材料例如聚酰亞胺樹脂、聚烯烴樹脂、聚降冰片烯樹脂、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或其氟化物制成。
假設(shè)多模傳播，優(yōu)選芯30b的厚度和寬度大約為5到50μm，且覆層30a的厚度是芯30b的1/4到1/2。
然后，如圖4B所示，定位即將成為光學(xué)波導(dǎo)和加工頭端部的位置，并通過(guò)施加預(yù)定力將加工頭鉆入具有上述結(jié)構(gòu)的光學(xué)波導(dǎo)片。將加工頭1鉆入(drive up)以到達(dá)作為光學(xué)波導(dǎo)片下層的弛豫層51，使得加工頭1的尖端部分至少到達(dá)芯30b的下表面。
在上述情況下，光學(xué)波導(dǎo)片的一部分材料可能被推出，所以有時(shí)可能從被加工頭1加工過(guò)的部分產(chǎn)生加工殘余(毛刺)30c。
如圖4C所示，加工頭1從光學(xué)波導(dǎo)片30釋放，所以加工頭1的第一平面1a和第二平面1b的形狀轉(zhuǎn)移到光學(xué)波導(dǎo)端部以形成V形凹槽30v。V形凹槽30v的側(cè)壁表面是鏡面MR。
光學(xué)波導(dǎo)的表面在拋光片上面向下定向，并在該表面上進(jìn)行打磨處理以除去加工殘余30c，如圖4D所示。殘余有時(shí)可能在加工頭上產(chǎn)生，所以如果需要的話，通過(guò)采用虛設(shè)加工基底而清洗加工頭，從而除去殘余。
結(jié)果，光學(xué)波導(dǎo)的鏡面可以通過(guò)使用加工頭而形成。
在即將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)加工頭的步驟，例如，同時(shí)通過(guò)在圖中未示出的較低溫度的加熱器將光學(xué)波導(dǎo)片保持在預(yù)定溫度下，或者通過(guò)在圖中未示出的加熱單元在預(yù)定溫度下加熱加工頭。
在光學(xué)波導(dǎo)片由例如熱塑樹脂制成的情況下，光學(xué)波導(dǎo)片被施加的熱軟化?；蛘撸谄溆蔁峁虡渲瞥傻那闆r下，它被施加的熱硬化，以保持加工過(guò)的形狀。在兩種情況下，所施加的溫度都小于光學(xué)波導(dǎo)片物質(zhì)的分解溫度。
采用上述加工頭的加工設(shè)備可以通過(guò)改裝接合線設(shè)備，即通過(guò)將接合線設(shè)備的頭替換成根據(jù)本發(fā)明的加工頭而實(shí)現(xiàn)。
在通過(guò)采用加工設(shè)備于光學(xué)波導(dǎo)片中形成鏡面的情況下，通過(guò)預(yù)先設(shè)定或輸入欲被加工頭加工的點(diǎn)的坐標(biāo)，鏡面可以高速形成在任何部分，無(wú)論光學(xué)波導(dǎo)上的任何位置或方向。上述情況下的加工速度大約與用于線接合的接合速度相同，每秒加工五到十個(gè)點(diǎn)是可能的。
如上加工的光學(xué)波導(dǎo)片30在與弛豫層51的邊界表面處被剝離，安裝在安裝板上，并安裝和使用，使得光發(fā)射器件或光接收器件的光發(fā)射或接收部分與鏡面交疊，該鏡面是相應(yīng)于光學(xué)波導(dǎo)端部的V形凹槽30v的側(cè)壁表面。
通過(guò)采用用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭、設(shè)置有該加工頭的加工設(shè)備和根據(jù)本實(shí)施例形成鏡面的方法，不需要使用專用掩模及進(jìn)行光刻工藝，且鏡面可以簡(jiǎn)單和精確地形成，同時(shí)抑制成本。且可能容易保持進(jìn)行設(shè)計(jì)變化的設(shè)計(jì)靈活性及實(shí)現(xiàn)小量生產(chǎn)和產(chǎn)品的各種變化。
(第二實(shí)施例)圖5是根據(jù)本實(shí)施例的作為多芯片模塊的光電器件的截面圖。
光學(xué)波導(dǎo)片30通過(guò)圖中未示出的接合層接合到安裝板10的表面。通過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片30，其中設(shè)置有光發(fā)射器件的半導(dǎo)體器件20a和其中設(shè)置有光接收器件的半導(dǎo)體器件20b安裝在安裝板10上。用于將安裝板10安裝在另一板上的凸塊40形成在安裝板10的另一表面上。
安裝板10是由例如四個(gè)加工成圖案的互聯(lián)層(11、13、15、17)、堆疊并設(shè)置在其間的樹脂絕緣層(12、14、16)、以及垂直連接互聯(lián)層(11、13、15、17)的垂直互聯(lián)(18、19)形成的。
附圖示出具有四個(gè)互聯(lián)層和三個(gè)樹脂絕緣層的構(gòu)造，然而，可以采用其他構(gòu)造。
光學(xué)波導(dǎo)片30具有覆層30a和芯30b，覆層30a具有第一折射率，芯30b具有沿覆層30a中的光導(dǎo)方向延伸的條狀圖案并具有高于第一折射率的第二折射率，光學(xué)波導(dǎo)片30形成片形，并在即將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置形成有V形凹槽30v。V形凹槽30v的側(cè)壁表面是光學(xué)波導(dǎo)的鏡面。
形成其中設(shè)置有光發(fā)射器件的半導(dǎo)體器件20a，使得例如VCSEL的光發(fā)射器件22a安裝在形成有預(yù)定電路的半導(dǎo)體芯片21a上，并被樹脂層23a密封，在柱24a處形成有凸塊25a以穿透樹脂層23a并連接半導(dǎo)體芯片21a的連接焊盤，并通過(guò)凸塊25a安裝在安裝板10上，使得光發(fā)射器件22a的光發(fā)射部分的位置與光學(xué)波導(dǎo)片30的V形凹槽30v的鏡面重疊。
形成其中設(shè)置有光接收器件的半導(dǎo)體器件20b，使得例如PIN-PD的光接收器件22b安裝在形成有預(yù)定電路的半導(dǎo)體芯片21b上，并被樹脂層23b密封，在柱24b處形成有凸塊25b以穿透樹脂層23b并連接半導(dǎo)體芯片21b的連接焊盤，并通過(guò)凸塊25b安裝在安裝板10上，使得光發(fā)射器件22b的光發(fā)射部分的位置與光學(xué)波導(dǎo)片30的V形凹槽30v的鏡面重疊。
從光發(fā)射器件22a的光發(fā)射部分發(fā)射的光在形成于光學(xué)波導(dǎo)片中的光學(xué)波導(dǎo)端部的V形凹槽30v的一個(gè)鏡面反射，以將傳播方向彎曲90°角，并在光學(xué)波導(dǎo)中傳播。當(dāng)?shù)竭_(dá)光學(xué)波導(dǎo)另一端部的V形凹槽30v時(shí)，光在凹槽側(cè)壁表面的另一鏡面處再次反射，從而將方向彎曲90°角，沿光學(xué)波導(dǎo)片平面向外的方向傳播，并被光接收器件22b的光接收部分接收。
這樣，具有光發(fā)射器件的半導(dǎo)體器件和具有光接收器件的半導(dǎo)體器件通過(guò)光互聯(lián)而連接。
光學(xué)波導(dǎo)片30對(duì)于將采用的光波長(zhǎng)是透明的，例如，它由有機(jī)基的物質(zhì)例如聚酰亞胺樹脂、聚酰亞胺樹脂、聚烯烴樹脂、聚降冰片烯樹脂(polynorbornene resin)、丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂或其氟化物制成。
半導(dǎo)體器件(20a、20b)通過(guò)凸塊(25a、25b)安裝在安裝板10上，以跨過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片30?；蛘?，它們可以通過(guò)位于形成在光不被引導(dǎo)的區(qū)域中的、穿過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片30的焊盤開口部分中的凸塊(25a、25b)連接。
例如，在從光發(fā)射器件22a發(fā)射的光是時(shí)鐘信號(hào)的情況下，放大器設(shè)置在光接收器件22b附近的半導(dǎo)體芯片21b上，并把在光接收器件22b處接收的光時(shí)鐘信號(hào)調(diào)制為電時(shí)鐘信號(hào)。
在光互聯(lián)傳送時(shí)鐘信號(hào)的情況下，充當(dāng)時(shí)鐘信號(hào)的光在光學(xué)波導(dǎo)片中被分成多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，所以多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)被光接收器件接收。在上述情況下，把光從設(shè)置有光發(fā)射器件的光發(fā)射部分的位置引導(dǎo)到設(shè)置有光接收器件的光接收部分的位置的距離可以優(yōu)選為在任何通路中相同。
這樣，提供時(shí)鐘信號(hào)的光互聯(lián)是完全等長(zhǎng)的互聯(lián)，所以能夠抑制在將時(shí)鐘信號(hào)分成多個(gè)光接收部分中產(chǎn)生的畸變。
接著，將描述制造根據(jù)本實(shí)施例的光電設(shè)備的方法。
作為形成光學(xué)波導(dǎo)片的方法，首先，如圖6A所示，例如在由硅或玻璃制成的虛設(shè)基底表面上，通過(guò)電子束淀積方法或?yàn)R射法形成鈦層和銅層的堆體，以形成弛豫層51?；蛘?，可以通過(guò)化學(xué)氣相淀積(CVD)法或?yàn)R射法形成氧化硅層，以形成弛豫層51。在這種情況下，虛設(shè)基底50由硅制成。
如圖6B所示，通過(guò)例如旋涂或印刷法形成具有第一折射率并由聚酰亞胺樹脂制成的樹脂層，并通過(guò)進(jìn)行硬化處理而硬化，以形成第一覆層30a。
如圖6C所示，形成具有高于第一折射率的第二折射率并由例如光敏聚酰亞胺制成的光敏樹脂層，通過(guò)采用圖案化的掩模而暴露，并顯影和硬化以形成芯30b。
例如，假設(shè)多模傳播，優(yōu)選地，芯30b的厚度和寬度大約為5到50μm，且覆層30a的厚度約為芯30b的1/4到1/2。
如圖7A所示，采用與上述相同的方法，通過(guò)旋涂或印刷法形成具有第一折射率并由聚酰亞胺制成的樹脂層，如果需要，通過(guò)加熱重熔處理(heatingreflow treatment)而重熔，并通過(guò)進(jìn)行硬化處理而硬化，從而形成第一覆層30a。
這樣，其中芯30b被覆層30a包圍其表面的光學(xué)波導(dǎo)片形成為片形。
圖7B示出了平行于圖7A位置中的芯的延伸方向的截面圖，且其為垂直于圖7A的截面。下面的步驟將基于此方向的截面描述。
如圖7C所示，在第一實(shí)施例中描述的加工頭定位在將成為光學(xué)波導(dǎo)片中的光學(xué)波導(dǎo)端部的位置，并通過(guò)施加預(yù)定力而鉆入。這樣，加工頭被鉆入直到例如到達(dá)作為光學(xué)波導(dǎo)片下層的弛豫層51，使得加工頭1的尖端部分至少到達(dá)芯30b的下表面。
加工頭1被從光學(xué)波導(dǎo)片30釋放，所以加工頭1的第一平面1a和第二平面1b的形狀被轉(zhuǎn)移到光學(xué)波導(dǎo)的端部，因此形成V形凹槽30v。V形凹槽30v的側(cè)壁表面成為鏡面MR。
在形成V形凹槽30v的步驟中，由于光學(xué)波導(dǎo)片的一部分材料被推出，可能從被加工頭1加工過(guò)的部分產(chǎn)生加工殘余(毛刺)30c。因此，如果需要，例如光學(xué)波導(dǎo)表面在拋光片上面向下定向，并在表面進(jìn)行打磨處理以除去加工殘余30c。
如圖8A所示，光學(xué)波導(dǎo)片30通過(guò)圖中未示出的接合層層壓到采用其他工藝提前形成的安裝板10的表面。
如圖8B所示，例如，在鈦層和銅層的堆體用作弛豫層51的情況下，其浸入例如鹽酸的酸溶液中，以將弛豫層51側(cè)面與光學(xué)波導(dǎo)片30側(cè)面在層51與覆層30a的邊界表面處分離。
或者，在氧化硅層用作弛豫層51的情況下，其被浸入例如緩沖氫氟酸的酸溶液中以溶解弛豫層51，從而分離光學(xué)波導(dǎo)片30。
如圖8C所示，通過(guò)其他工藝提前形成的半導(dǎo)體器件20a通過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片30采用凸塊接合安裝在安裝板10上，使得光發(fā)射器件22a的光發(fā)射部分在光進(jìn)入側(cè)與光學(xué)波導(dǎo)片30的V形凹槽30v的鏡面MR重疊。通過(guò)其他工藝提前形成的半導(dǎo)體器件20b通過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片30采用凸塊接合安裝在安裝板10上，使得光接收器件22b的光接收部分在光發(fā)射側(cè)與光學(xué)波導(dǎo)片30的V形凹槽30v的鏡面MR交疊。
半導(dǎo)體器件(20a、20b)可以安裝在安裝板10上，使得凸塊(25a、25b)跨過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片30，或者設(shè)置形成在光不被引導(dǎo)區(qū)中、穿過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片30的焊盤開口部分，且半導(dǎo)體器件通過(guò)在這些開口部分中的凸塊(25a、25b)連接到安裝板10。
在設(shè)置上述開口部分的情況下，例如，在安裝板10上提前形成平臺(tái)，且在層壓光學(xué)波導(dǎo)片之后發(fā)射例如CO2激光或準(zhǔn)分子激光的激光束，因此在光學(xué)波導(dǎo)片30中形成開口，在上述情況下，平臺(tái)充當(dāng)激光束的阻擋體。
如果需要，用于安裝在另一安裝板上的凸塊40形成在安裝板10的另一表面上。
結(jié)果，制造了具有圖5所示的構(gòu)造的光電器件(多芯片模塊)。
在形成用在本實(shí)施例中的光導(dǎo)片的鏡面的方法中，不需要使用專用掩模和進(jìn)行光刻工藝，所以光學(xué)波導(dǎo)片的鏡面可以簡(jiǎn)單和精確地形成，而且可以抑制生產(chǎn)成本。而且可能容易保持進(jìn)行設(shè)計(jì)變化的設(shè)計(jì)靈活性及實(shí)現(xiàn)小量生產(chǎn)和產(chǎn)品的各種變化。
(第三實(shí)施例)圖9A是根據(jù)本實(shí)施例的作為多芯片模塊的光電器件的截面圖。圖9B是其平面圖。
在半導(dǎo)體芯片IC上，光學(xué)波導(dǎo)片PS被圖中未示出的接合層層壓，且設(shè)置有VCSEL的激光二極管芯片LDC和其中設(shè)置有PIN-PD的光電二極管芯片PDC通過(guò)光學(xué)波導(dǎo)片PS安裝。激光二極管芯片LDC和光電二極管芯片PDC被樹脂層RS密封。用于外部連接的凸塊BP形成在分別穿過(guò)樹脂層RS并連接到半導(dǎo)體芯片IC的焊盤的柱PT上。
在激光二極管LDC中，排列并設(shè)置VCSEL的兩排陣列(LDAa、LDAb)，且相應(yīng)于它們，分別提供激光二極管驅(qū)動(dòng)LDD。
VCSEL的兩排陣列(LDAa、LDAb)是其中16個(gè)激光二極管設(shè)置為例如100μm節(jié)距且每排分別沿平行的延伸方向移動(dòng)50μm的陣列。結(jié)果，該兩排陣列以交錯(cuò)布局設(shè)置，其中32個(gè)光電二極管基本上設(shè)置為50μm節(jié)距。
光學(xué)波導(dǎo)片PS具有覆層30a和在覆層30a中形成延伸圖案的芯30b，其中覆層30a具有第一折射率，芯30b具有高于第一折射率的第二折射率，使得在錯(cuò)開排列的VCSEL陣列(LDAa、LDAb)中的32個(gè)VCSEL的光發(fā)射部分與在錯(cuò)開排列的PIN-PD陣列(PDAa、PDAb)中的32個(gè)PIN-PD光接收部分連接，且光波導(dǎo)片形成片形，而且還形成有與第一和第二實(shí)施例中的光學(xué)波導(dǎo)片相同的V形凹槽。V形凹槽的側(cè)壁表面是光學(xué)波導(dǎo)的鏡面。
從激光二極管陣列的各個(gè)VCSEL發(fā)射出的光在設(shè)置于光學(xué)波導(dǎo)片中與VCSEL重疊位置的V形凹槽的鏡面處被反射，以將傳播方向彎曲90°，并沿光學(xué)波導(dǎo)傳播。光在形成于光學(xué)波導(dǎo)片中與PIN-PD重疊位置的V形槽的鏡面處被再次反射，以再次被彎曲90°，沿光學(xué)波導(dǎo)片平面的外部方向發(fā)射，并被光電二極管陣列的各個(gè)PIN-PD接收。
在一對(duì)LSI(LDC、PDC)上，集成例如VCSEL和激光驅(qū)動(dòng)器的光發(fā)射器件和例如PIN-PD和轉(zhuǎn)阻放大器(trans impedance amplifier)的光接收器件。
為了生產(chǎn)這些IC，需要具有大的驅(qū)動(dòng)能力即具有大的柵寬度的晶體管。另一方面，需要在LSI上形成具有相對(duì)大尺寸的無(wú)源器件作為模擬電路，例如電感。所以，電路塊的寬度可能需要至少100μm。
通常，許多用于上述LSI之間高速信號(hào)的總線是1千到幾千，并優(yōu)選形成為陣列形。所以，各個(gè)溝槽之間的節(jié)距優(yōu)選形成為越小越好。
在本實(shí)施例中，光發(fā)射器件和光接收器件分別設(shè)置成錯(cuò)開的陣列形，所以可能形成100μm節(jié)距的光輸入-輸出電路和50μm節(jié)距的光學(xué)波導(dǎo)。
在相關(guān)技術(shù)的方法中，難以在光學(xué)波導(dǎo)處形成鏡面使之相應(yīng)于排列成錯(cuò)開陣列形的光發(fā)射器件和光接收器件。通過(guò)采用上述第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中的加工頭形成鏡面，錯(cuò)開排列中的鏡面可以容易地形成。
通過(guò)本實(shí)施例，在光學(xué)波導(dǎo)中的45°鏡面可以沒(méi)有光刻、簡(jiǎn)單和低成本地形成。特別是，在用于小量和多種變化的產(chǎn)品生產(chǎn)中，可以在短期內(nèi)形成實(shí)現(xiàn)各種圖案的光學(xué)波導(dǎo)片。
在具有系統(tǒng)所需的高密度的光學(xué)波導(dǎo)片的構(gòu)成中，可能形成呈錯(cuò)開排列的鏡面，或改變引導(dǎo)方向?yàn)樵诙S平面中的各個(gè)不同的90°方向，沒(méi)有限制，所以設(shè)計(jì)的靈活性大大提高了。
本發(fā)明不限于上述描述。
例如，作為施加到光學(xué)波導(dǎo)片的光的光發(fā)射源，除了例如VCSEL的激光二極管，也可以采用發(fā)光二極管。
根據(jù)本發(fā)明形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法適用于形成用于MPU或圖像加工處理器(image processing processor)結(jié)構(gòu)的方法，在例如計(jì)算機(jī)設(shè)備、用于游戲的計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、家用服務(wù)器、機(jī)器人腦、或高速緩存的超高速信號(hào)處理LSI的MPU或圖像加工處理器中需要高容量和高速信號(hào)處理。
根據(jù)本發(fā)明形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的設(shè)備適用于形成上述光學(xué)波導(dǎo)片的方法。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以在所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和其他因素進(jìn)行各種改進(jìn)、組合、子組合和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭，設(shè)置在毛細(xì)單元頂部，包括第一平面和第二平面，以45°角交叉所述加工頭的對(duì)稱軸，并在所述加工頭尖端部分彼此垂直交叉，其中所述加工頭在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部處被鉆入光學(xué)波導(dǎo)片中，在該光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成片形，所以第一平面和第二平面的形狀在光學(xué)波導(dǎo)端部轉(zhuǎn)移以形成鏡面。
2.如權(quán)利要求1所述的用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭，還包括用于加熱所述加工頭的加熱裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工頭，其中所述加工頭由陶瓷、人工礦石、金屬、金屬合金、或超級(jí)鋼金屬或其合金制成。
4.一種用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的、具有設(shè)置在毛細(xì)單元頂部的加工頭的加工設(shè)備其中所述加工頭的尖端部分具有以45°角交叉所述加工頭的對(duì)稱軸并彼此垂直交叉的第一平面和第二平面，且所述加工頭在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部處被鉆入光學(xué)波導(dǎo)片，該光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成片形，所以第一平面和第二平面在所述光學(xué)波導(dǎo)的端部被轉(zhuǎn)移，以形成鏡面。
5.如權(quán)利要求4所述的用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工設(shè)備，還包括用于加熱所述加工頭的加熱裝置。
6.如權(quán)利要求4所述的用于形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的加工設(shè)備，其中所述加工頭由陶瓷、人工礦石、金屬、金屬合金、或超級(jí)鋼金屬或其合金制成。
7.一種形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法，包括如下步驟在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置將加工頭鉆入光學(xué)波導(dǎo)片，其中所述加工頭位于毛細(xì)單元頂部，并具有與該加工頭對(duì)稱軸交叉成45°角并在該加工頭尖端部分彼此垂直交叉的第一平面和第二平面，所述光學(xué)波導(dǎo)片中，具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)形成片形，且將所述加工頭從光學(xué)波導(dǎo)片中釋放出來(lái)，并在光學(xué)波導(dǎo)端部轉(zhuǎn)移所述第一平面和第二平面的形狀以形成鏡面。
8.如權(quán)利要求7所述的形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法，還包括在釋放所述加工頭之后除去由加工頭鉆入光學(xué)波導(dǎo)片所產(chǎn)生的加工殘余的步驟。
9.如權(quán)利要求7所述的形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法，其中在將所述加工頭鉆入光學(xué)波導(dǎo)片的步驟中，所述加工頭被加熱。
10.如權(quán)利要求7所述的形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法，其中所述光學(xué)波導(dǎo)片由熱塑樹脂制成。
11.如權(quán)利要求7所述的形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法，其中所述光學(xué)波導(dǎo)片由熱固樹脂制成。
12.如權(quán)利要求7所述的形成光學(xué)波導(dǎo)片鏡面的方法，其中所述加工頭由陶瓷、人工礦石、金屬、金屬合金、或超級(jí)鋼金屬或其合金制成。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光電裝置及其方法，該裝置易于保持設(shè)計(jì)的靈活性，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變化并能實(shí)現(xiàn)小量生產(chǎn)和產(chǎn)品的各種變化，在該裝置中，加工頭設(shè)置在毛細(xì)單元頂部，且該加工頭的尖端部分具有以45°角交叉該加工頭的對(duì)稱軸并彼此垂直交叉的第一和第二平面。該加工頭在將成為光學(xué)波導(dǎo)端部的位置被鉆入光學(xué)波導(dǎo)片，在該波導(dǎo)片中形成具有覆層和埋入覆層中的芯的光學(xué)波導(dǎo)，從而在所述端部第一和第二平面的形狀被轉(zhuǎn)移以形成鏡面。
文檔編號(hào)G02B1/04GK1794029SQ20051013140
公開日2006年6月28日 申請(qǐng)日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者奧洞明彥, 中山浩和 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社