專利名稱：光電器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光電器件及其制造方法，尤其涉及這樣一種光電器件及其制造方法，該光電器件如此構(gòu)造通過光波導(dǎo)板將發(fā)光元件光連接到具有電路的半導(dǎo)體芯片，其中發(fā)光元件用于發(fā)光以作為時(shí)鐘信號(hào)，而電路包括光接收部分。
背景技術(shù)：
希望諸如數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字手機(jī)和筆記本個(gè)人計(jì)算機(jī)的便攜式電子設(shè)備更加緊湊、更輕更薄的要求越來越強(qiáng)，為了響應(yīng)這種要求，三年期間已經(jīng)使VLSI和其他半導(dǎo)體器件的尺寸減小了70％。
另一方面，半導(dǎo)體器件的封裝形式也已經(jīng)從諸如DIP(雙列直插封裝)的引線插入型發(fā)展到了表面安裝型和倒裝芯片安裝型，更發(fā)展成為一種被稱為封裝中系統(tǒng)(system-in-package，SIP)的復(fù)雜形式，在這種形式中將配備有有源元件的半導(dǎo)體芯片與無源元件封裝到一起。
如上所述，半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)展是非常顯著的，特別是在CPU和高速邏輯LSI領(lǐng)域，時(shí)鐘頻率已經(jīng)超過GHz量級(jí)。
在LSI內(nèi)部和外部，超過GHz的信號(hào)線路受到許多需要解決的不利因素的困擾，這在以前從不是任何問題，在近來集成度更高、速度更高的半導(dǎo)體器件中，對(duì)這些問題的解決方案是非常重要的要素。
這些問題是信號(hào)失真(信號(hào)完整性)、電氣線路的頻率極限、線路損耗、線路延遲、線路輻射、信號(hào)扭曲以及與驅(qū)動(dòng)線路相關(guān)的功耗增加等。
特別是近年來，在LSI芯片或?qū)Σ煌琇SI中提供的時(shí)鐘的歪斜失真(skew)(定時(shí)差)已成為一個(gè)問題。舉例來說，1GHz的1位的時(shí)間是500ps，上升和下降時(shí)間大約是幾十ps到200ps或更短，而在ε＝4左右的一般介質(zhì)上的線路中，電信號(hào)的大致傳播速度為67ps/cm，這與上升時(shí)間相比已達(dá)到了不可忽視的范圍。
因此，人們做出了很多努力以抑制線路歪斜失真為安裝襯底上的或LSI上的線路使用完全等長的線路；以及將時(shí)鐘分到具有被稱為H條(H bar)的H形線路來抑制線路歪斜失真。
在利用現(xiàn)有技術(shù)的電氣線路進(jìn)行時(shí)鐘分割時(shí)，有一個(gè)缺點(diǎn)，即功耗變大，因?yàn)榫€路負(fù)載總是由時(shí)鐘頻率所驅(qū)動(dòng)，此外，在每個(gè)分割點(diǎn)還要進(jìn)行波形整形。
為了克服以上的問題，有一種提法是用光學(xué)系統(tǒng)，而不是使用諸如鋁和銅的金屬的電氣線路來布線和分割時(shí)鐘。
例如，2001年6月在日本京都召開的第六屆IC工藝、器件和電路統(tǒng)計(jì)方法國際學(xué)術(shù)討論會(huì)上Shiou Lin Sam、Anantha Chandrakasan和DuaneBoning的非專利文獻(xiàn)《Variation Issues in On-Chip Optical Clock Distribution》中公開了一種技術(shù)，通過為每個(gè)LSI在硅襯底上形成光波導(dǎo)并在半導(dǎo)體工藝中用掩模對(duì)其處理，獲得具有光時(shí)鐘樹的布線板。
不過，在上述通過在諸如硅、陶瓷或有機(jī)襯底的襯底上依次進(jìn)行半導(dǎo)體工藝形成時(shí)鐘線路層的方法中，存在一個(gè)麻煩，即必須要相應(yīng)于特定的LSI進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作掩模，且每次都要為此進(jìn)行處理。
而且，由于所有的生產(chǎn)工藝都是依次進(jìn)行的，所以整個(gè)的TAT(周轉(zhuǎn)時(shí)間)變長而且難以處理小的變化。

發(fā)明內(nèi)容
人們希望解決這個(gè)弊病，即，很難保持設(shè)計(jì)中的自由度以應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)變化，而且難于應(yīng)對(duì)以少量生產(chǎn)多個(gè)種類。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光電器件，其包括發(fā)光元件，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)；半導(dǎo)體芯片，配備有光接收部分用于接收光；以及形成板狀并粘貼到半導(dǎo)體芯片的光波導(dǎo)板，其中波導(dǎo)芯的外周覆蓋有包層；其中用來自發(fā)光元件的光在波導(dǎo)芯的光入射部分照射光波導(dǎo)板；光波導(dǎo)板配備有一個(gè)或多個(gè)T形支路，在每個(gè)T形支路處提供垂直開口部分，垂直開口部分具有垂直于光波導(dǎo)板表面內(nèi)的方向的垂直內(nèi)壁，而垂直內(nèi)壁起到鏡面的作用，用于將光分裂、反射并導(dǎo)引到兩個(gè)不同的方向；且在將分裂的光的每一束連接到每一光接收部分的位置提供傾斜開口部分，傾斜開口部分具有與波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向成傾角的傾斜內(nèi)壁，且傾斜內(nèi)壁起到鏡面的作用，以將光反射到離開光波導(dǎo)板的表面的方向，以連接到光接收部分。
上述光電器件具有發(fā)光元件，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)；半導(dǎo)體芯片，配備有光接收部分用于接收光；以及形成板狀并粘貼到半導(dǎo)體芯片的光波導(dǎo)板，其中波導(dǎo)芯的外周覆蓋有包層。
這里，光波導(dǎo)板具有如下的構(gòu)造來自發(fā)光元件的光照射到波導(dǎo)芯的光入射部分；它配備有一個(gè)或多個(gè)T形支路，在每個(gè)T形支路處提供垂直開口部分，垂直開口部分具有垂直于光波導(dǎo)板表面內(nèi)的方向的垂直內(nèi)壁，而垂直內(nèi)壁起到鏡面的作用，用于將光分裂、反射并導(dǎo)引到兩個(gè)不同的方向；此外，在將分裂的光的每一束連接到每一光接收部分的位置提供傾斜開口部分，傾斜開口部分具有與波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向成傾角的傾斜內(nèi)壁，且傾斜內(nèi)壁起到鏡面的作用，將光反射到離開光波導(dǎo)板的表面的方向，以連接到光接收部分。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種制造光電器件的光電器件制造方法，該光電器件包括發(fā)光元件，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)；半導(dǎo)體芯片，配備有光接收部分用于接收光；以及光波導(dǎo)板，用于將光分裂到成兩束或多束，并在連接到光接收部分的位置導(dǎo)引光將之連接到光接收部分，該方法包括如下步驟在偽襯底上形成第一包層，在第一包層上形成波導(dǎo)芯，使之成為具有一個(gè)或多個(gè)T形支路的圖案，以及形成第二包層以覆蓋所述波導(dǎo)芯，由此形成板狀的光波導(dǎo)板，其中波導(dǎo)芯的外周被所述包層覆蓋；在光波導(dǎo)板上T形支路的位置形成具有垂直內(nèi)壁的垂直開口部分，所述垂直內(nèi)壁垂直于光波導(dǎo)板表面內(nèi)的方向且成為鏡面，用于將光分裂并反射到兩個(gè)不同的方向；在光波導(dǎo)板上將光連接到光接收部分的位置形成傾斜開口部分，傾斜開口部分具有傾斜內(nèi)壁，所述傾斜內(nèi)壁與波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向成傾角，且傾斜內(nèi)壁成為鏡面，用于將光反射到離開光波導(dǎo)板的表面的方向，以便連接到光接收部分；使所述光波導(dǎo)板從所述偽襯底脫離；將所述光波導(dǎo)板與所述光接收部分對(duì)準(zhǔn)并粘貼到所述半導(dǎo)體芯片上；以及布置所述發(fā)光元件來安裝所述發(fā)光元件，使得來自發(fā)光元件的光照射所述波導(dǎo)芯的光入射部分。
上述制造光電器件的方法用于制造這樣的光電器件，其具有發(fā)光元件，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)；半導(dǎo)體芯片，配備有光接收部分用于接收光；以及光波導(dǎo)板，用于將光分裂到成兩束或多束，并在連接到光接收部分的位置導(dǎo)引光將之連接到光接收部分。
首先，在偽襯底上形成第一包層，在第一包層上形成波導(dǎo)芯，使之成為具有一個(gè)或多個(gè)T形支路的圖案，以及形成第二包層以覆蓋所述波導(dǎo)芯，由此形成板狀的光波導(dǎo)板，其中波導(dǎo)芯的外周被所述包層覆蓋。
接著，在光波導(dǎo)板上T形支路的位置形成具有垂直內(nèi)壁的垂直開口部分，所述垂直內(nèi)壁垂直于光波導(dǎo)板表面內(nèi)的方向且成為鏡面，用于將光分裂并反射到兩個(gè)不同的方向。
接著，在光波導(dǎo)板上將光連接到光接收部分的位置形成傾斜開口部分，傾斜開口部分具有傾斜內(nèi)壁，所述傾斜內(nèi)壁與波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向成傾角，且傾斜內(nèi)壁成為鏡面，用于將光反射到離開光波導(dǎo)板的表面的方向，以便連接到光接收部分。
接著，將所述光波導(dǎo)板從偽襯底脫離，并將所述光波導(dǎo)板與所述光接收部分對(duì)準(zhǔn)并粘貼到所述半導(dǎo)體芯片上。
接著，將發(fā)光元件布置在預(yù)定位置用于安裝，使得來自發(fā)光元件的光照射到所述波導(dǎo)芯的光入射部分。
本發(fā)明的光電器件通過將用于分開時(shí)鐘的光波導(dǎo)板和半導(dǎo)體芯片放在一起進(jìn)行配置，能夠保持設(shè)計(jì)中的自由度，以處理設(shè)計(jì)變化并應(yīng)對(duì)以少量生產(chǎn)多個(gè)種類的問題。
根據(jù)本發(fā)明的光電器件的制造方法通過將用于分開時(shí)鐘的光波導(dǎo)板和半導(dǎo)體芯片放在一起形成光電器件，利用這種方法能夠保持設(shè)計(jì)中的自由度，以處理設(shè)計(jì)變化，且通過應(yīng)對(duì)少量生產(chǎn)多個(gè)種類的問題而能夠制造器件。


通過參照附圖在下文描述優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其他目的和特性將變得更明了，在附圖中圖1A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電器件的示意性截面圖，圖1B是其平面圖。
圖2是用于解釋垂直開口部分的構(gòu)造的示意圖；圖3A到圖3C為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電器件的制作方法的制作流程的截面圖；圖4A到圖4B為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電器件的制作方法的制作流程的截面圖；圖5A到圖5C為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電器件的制作方法的制作流程的截面圖；
圖6A到圖6C為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電器件的制作方法的制作流程的截面圖；圖7A到圖7B為示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電器件的制作方法的制作流程的截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電器件的示意性截面圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光電器件的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參考附圖解釋光電器件及其制備方法的實(shí)施例，該光電器件如此構(gòu)造通過光波導(dǎo)板將用于發(fā)光作為時(shí)鐘的發(fā)光元件和具有包括光接收部分的電子電路的半導(dǎo)體芯片光連接起來。
第一實(shí)施例圖1A是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電器件的示意性截面圖，圖1B是其平面圖。
在半導(dǎo)體芯片10的表面上安裝一發(fā)光元件20，例如半導(dǎo)體激光二極管，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)，此外，在半導(dǎo)體芯片10的該表面上，通過粘合劑層31粘結(jié)一形成為板狀的光波導(dǎo)板30，其中波導(dǎo)芯30b在光波導(dǎo)方向上延伸為條狀，其外周被包層30a所覆蓋。
該半導(dǎo)體芯片10形成有電子電路，該電子電路包括光接收部分11，例如光電二極管。
這樣在半導(dǎo)體芯片10上安裝發(fā)光元件20，使其通過凸點(diǎn)21連接到半導(dǎo)體芯片10的焊盤。
來自發(fā)光元件20的光從光波導(dǎo)板30的一端面照射到光波導(dǎo)板30的波導(dǎo)芯30b的光入射部分，光波導(dǎo)板30在一個(gè)或多個(gè)(圖中為15個(gè))波導(dǎo)芯上配備的T形支路S處將光分成兩束或多束(圖中為16束)，并導(dǎo)引光。
半導(dǎo)體芯片10具有這樣的構(gòu)造其配備有多個(gè)光接收部分11，在所分裂的光連接到光接收部分11的位置提供有傾斜開口部分Pi，傾斜開口部分Pi相對(duì)于波導(dǎo)芯30b的光波導(dǎo)方向具有傾斜內(nèi)壁，該傾斜內(nèi)壁起到鏡面(MRa和MRb)的作用，將光反射到離開光波導(dǎo)板30的表面的方向，以便與光接收部分11連接，使得在光波導(dǎo)板30處分裂的光分別連接到光接收部分11。
傾斜開口部分Pi的傾斜內(nèi)壁相對(duì)于波導(dǎo)芯30b的光波導(dǎo)方向的傾斜度例如是45°。鏡面(MRa和MRb)的傾斜方向隨波導(dǎo)芯的伸展方向不同而不同。
下面將解釋上述T形支路S。圖2是用于解釋垂直開口部分的構(gòu)造的示意圖。
T形支路S是包層30a中的分支點(diǎn)，在此處將波導(dǎo)芯30b形成圖案，使一個(gè)波導(dǎo)分支成兩個(gè)，且分支的兩個(gè)波導(dǎo)方向之間所成的角度為180°。
在T形支路S處，提供垂直開口部分Pv，垂直開口部分Pv具有相對(duì)于光波導(dǎo)板表面內(nèi)的方向的垂直內(nèi)壁，垂直內(nèi)壁起到鏡面(MRc和MRd)的作用，將光L分裂、反射并導(dǎo)引到兩個(gè)不同的方向。鏡面(MRc和MRd)是這樣的表面，其分別具有相對(duì)于T形支路S的入射方向和發(fā)射方向?yàn)?，例?5°的傾斜角。
光波導(dǎo)板對(duì)于將使用的光的波長是透明的，例如可以使用聚酰亞胺樹脂、聚烯烴樹脂、聚降冰片烯樹脂、丙烯酸樹脂和環(huán)氧樹脂等或基于氟化物及其他有機(jī)物的材料。
半導(dǎo)體芯片10的光接收部分11由光電二極管等組成，此外，舉例來說，在半導(dǎo)體芯片10上光接收部分11附近提供放大器，且將入射光的時(shí)鐘信號(hào)解調(diào)為電時(shí)鐘信號(hào)。
為了在半導(dǎo)體芯片10上打開焊盤，形成穿透光波導(dǎo)板30和粘合劑層31的焊盤開口部分30p。僅僅在不導(dǎo)引光的區(qū)域上形成穿透光波導(dǎo)板30的焊盤開口部分30p。
在如上所述的光電器件的光波導(dǎo)板30上，優(yōu)選地，在導(dǎo)引被分裂為兩束或多束光的所有光路上，從波導(dǎo)芯30b的光入射部分的位置到將光連接到光接收部分11的位置，導(dǎo)引光的距離是相等的。
如上所述，通過在用于提供時(shí)鐘的光線路中獲得完全等長的線路，幾乎可以抑制在將時(shí)鐘信號(hào)分到多個(gè)光接收部分11時(shí)的傾斜失真。
根據(jù)如上所述的本實(shí)施例的光電器件，通過將用于分開時(shí)鐘的光波導(dǎo)板和半導(dǎo)體芯片放在一起對(duì)其進(jìn)行配置，能夠保持設(shè)計(jì)中的自由度，以處理設(shè)計(jì)更改并應(yīng)對(duì)少量生產(chǎn)多個(gè)種類的問題。特別是，通過在用于提供時(shí)鐘的光線路中獲得完全等長的線路，幾乎可以抑制在將時(shí)鐘信號(hào)分到多個(gè)光接收部分時(shí)的傾斜失真。
此外，在使用Y形支路進(jìn)行光分路的情況下，盡管也取決于波導(dǎo)芯和包層之間的折射率差，但是，在假設(shè)普通有機(jī)波導(dǎo)材料中、能夠通過全反射無損耗地彎曲的曲率半徑為3到5mm，普通LSI的尺寸為10mm×10mm左右時(shí)，當(dāng)在H樹形中進(jìn)行光分路時(shí)，過去一直難于適應(yīng)在諸如16個(gè)的大量點(diǎn)處進(jìn)行信號(hào)輸入的這種情況。另一方面，上述根據(jù)本實(shí)施例的光電器件使用了T形支路，且能夠以16個(gè)或更多的大量點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)輸入。
接下來將解釋根據(jù)本實(shí)施例的光電器件的制造方法。
半導(dǎo)體芯片和發(fā)光元件可以利用公知的方法制作。
作為形成光波導(dǎo)板的方法，首先，如圖3A所示，例如通過電子束蒸發(fā)法或?yàn)R鍍法等，在由硅或玻璃等制成的偽襯底40的表面上形成鈦層和銅層的堆疊體，以獲得脫模層(release layer)41?；蛘?，還可以通過用CVD(化學(xué)氣相淀積)法或?yàn)R鍍法形成氧化硅層來獲得脫模層41。在本例中，使用硅等作為偽襯底40。
接著，如圖3B所示，例如通過旋涂法或印刷法用聚酰亞胺樹脂形成具有第一折射率的樹脂層，并通過進(jìn)行固化處理將其固化，以獲得第一包層30a。
接著，如圖3C所示，例如用感光聚酰亞胺等形成具有第二折射率的感光樹脂層，通過使用構(gòu)圖掩模進(jìn)行曝光，并且還進(jìn)行固化處理以形成波導(dǎo)芯30b，第二折射率比第一折射率大。
為了簡化安裝，在假設(shè)為多模傳播時(shí)，波導(dǎo)芯30b的適宜厚度和寬度約為5到50μm，包層30a的適宜厚度約為波導(dǎo)芯30b厚度的1/4到1/2。
接著，如圖4A所示，以如上述方式相同的方式，例如通過旋涂法或印刷法用聚酰亞胺樹脂等形成具有第一折射率的樹脂層，如有必要進(jìn)行熱回流，并進(jìn)行固化處理將其固化，以形成第一包層30a。
如上所述，形成了光波導(dǎo)板30，其中波導(dǎo)芯30b的外周被包層30a所覆蓋。
圖4B示出了在圖4A所示狀態(tài)下平行于波導(dǎo)芯延伸方向的截面，它是垂直于圖4A的方向上的截面。此后的步驟將沿著該方向的截面進(jìn)行。
接著，如圖5A所示，形成金屬掩模MM，金屬掩模MM的圖案在用于形成T形支路的區(qū)域具有開口。例如，這可以通過如下步驟形成在整個(gè)表面上形成金屬層；通過光刻步驟形成光致抗蝕劑膜圖案，該圖案在用于形成T形支路的區(qū)域處具有開口；并利用它作為掩模蝕刻金屬層。
接著，用金屬掩模MM作為掩模，垂直于光波導(dǎo)板30執(zhí)行各向異性干法蝕刻，例如RIE(反應(yīng)離子刻蝕)，在光波導(dǎo)板30上形成垂直開口部分Pv。此時(shí)，為了增強(qiáng)各向異性，可以交替進(jìn)行臺(tái)階蝕刻(step etching)和蝕刻，其中臺(tái)階蝕刻用于重復(fù)地堆疊用于保護(hù)蝕刻側(cè)壁的保護(hù)膜。此外，優(yōu)選地，使用某種降低蝕刻氣氛氣體壓力或保持低溫的方法等。對(duì)于此刻的氣體種類來說，通過將碳氟化合物基氣體與作為添加劑的O2和H2等混合，或通過與例如Ar和Xe的惰性氣體混合，同時(shí)可以防止產(chǎn)生蝕刻殘余。
通過上述步驟形成了垂直開口部分Pv的圖案，使得垂直開口部分Pv的垂直內(nèi)壁成為鏡面(MRc和MRd)，用于將導(dǎo)引通過波導(dǎo)芯30b的光分裂、反射和導(dǎo)引到兩個(gè)不同的方向。
上述步驟之后，除去金屬掩模MM。
接著，如圖5B所示，通過光刻處理在光波導(dǎo)板30上形成抗蝕劑膜R1，它的圖案在將光連接到光接收部分的位置處具有開口，并用光致抗蝕劑膜R1作為掩模，相對(duì)于光波導(dǎo)板30傾斜例如大約45°進(jìn)行各向異性蝕刻，如RIE(反應(yīng)離子刻蝕)。結(jié)果，形成了傾斜開口部分Pi，傾斜開口部分Pi具有相對(duì)于波導(dǎo)芯30b的光波導(dǎo)方向的傾斜度(例如45°)，并具有傾斜內(nèi)壁，該內(nèi)壁將作為鏡面MRa，用于將被導(dǎo)引的光反射到離開光波導(dǎo)板30的表面的方向，并且將其連接到光接收部分。
上述步驟之后，除去光致抗蝕劑膜R1。
接著，如圖5C所示，在波導(dǎo)芯的延伸方向與具有作為鏡面MRa的傾斜內(nèi)壁的傾斜開口部分Pi不同的部分上，通過光刻處理形成光致抗蝕劑膜R2，它的圖案在將光連接到光接收部分的位置處具有開口，并用光致抗蝕劑膜R2作為掩模，相對(duì)于光波導(dǎo)板30傾斜例如大約45°進(jìn)行各向異性蝕刻，如RIE(反應(yīng)離子刻蝕)。結(jié)果，形成了傾斜開口部分Pi，傾斜開口部分Pi具有傾斜內(nèi)壁，該傾斜內(nèi)壁作為具有相對(duì)于波導(dǎo)芯30b的光波導(dǎo)方向的傾斜度(例如45°)的鏡面MRb，不過該傾斜開口部分與具有作為鏡面MRa的傾斜內(nèi)壁的傾斜開口部分Pi的方向不同。
上述步驟之后，除去光致抗蝕劑膜R2。
接著，如圖6A所示，將能夠在特定溫度下脫離的膠粘劑熱脫離板50粘結(jié)到光波導(dǎo)板30的表面，并且將脫模層41和光波導(dǎo)板30的包層30a的邊界面脫開。
舉例來說，該熱脫離板是通過在PET膜上把泡沫膠囊分散在黏合劑中構(gòu)建的，例如，可以使用Nitto Denko公司等制造的REVALPHA。舉例來說，可以通過將PET膜加熱到70℃到150℃來容易地將其去除。
在使用鈦層和銅層堆疊體作為脫模層41的情況下，將被上述熱脫離板50支撐的光波導(dǎo)板30浸泡在諸如鹽酸的酸中，由此將其脫離?；蛘?，在使用氧化硅層作為脫模層41的情況下，將被上述熱脫離板50支撐的光波導(dǎo)板30浸入諸如氟化酸或緩沖氟化酸的酸中，以溶解脫模層41。
接著，如圖6B所示，在預(yù)先于其表面上形成有光接收部分11的半導(dǎo)體芯片10上，將傾斜開口部分Pi的鏡面(MRa和MRb)的位置對(duì)準(zhǔn)光接收部分11的位置，通過粘合板(粘合層)31將光波導(dǎo)板30粘合起來，該粘合板31對(duì)于將使用的光波長是透明的。
接著，如圖6C所示，脫離熱脫離板50，將光波導(dǎo)板30轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體芯片10上。
此后，根據(jù)需要，形成穿透光波導(dǎo)板30和粘合層31的焊盤開口部分(未示出)，用于打開半導(dǎo)體芯片10的焊盤。可以通過在半導(dǎo)體芯片10一側(cè)上形成焊盤并照射諸如CO2激光和準(zhǔn)分子激光的激光束來形成它們。此時(shí)，焊盤成為了激光束的遮擋體。
接著，如圖7A和7B所示，預(yù)先通過例如引線鍵合等在諸如激光二極管的發(fā)光元件20上形成諸如金凸點(diǎn)的凸點(diǎn)21，并將它們安裝在半導(dǎo)體芯片10的光波導(dǎo)板30的粘合表面上。在圖中，省掉了具有作為鏡面的內(nèi)壁的開口部分的圖示。
這里，通過印刷方法等在半導(dǎo)體芯片10的安裝部分上預(yù)先涂布焊料22，并且將發(fā)光元件20的發(fā)光部分與波導(dǎo)芯的光入射部分對(duì)準(zhǔn)，以進(jìn)行安裝。此時(shí)，使用具有加熱器的焊頭(head)通過加熱熔化焊料，在關(guān)閉加熱器之后夾持(holding)直至冷卻后才撤開加熱器，這樣可以提高安裝的精度。
根據(jù)光波導(dǎo)板的波導(dǎo)芯的用于對(duì)準(zhǔn)的位置，確定金凸點(diǎn)21的高度和焊料22預(yù)涂布的厚度。
由于金凸點(diǎn)21不溶解，凸點(diǎn)21就起到了隔離體的作用，這樣就能夠通過凸點(diǎn)21的高度決定發(fā)光元件20的高度而且可以穩(wěn)定地保證高的精確度。
作為不同于上述的安裝發(fā)光元件20的方法，可以使用這樣的方法在發(fā)光元件一側(cè)形成通過為銅芯涂布焊料獲得的凸點(diǎn)，在半導(dǎo)體芯片一側(cè)形成焊料的預(yù)涂層并進(jìn)行倒裝芯片安裝；并可以使用另一種方法在發(fā)光元件和半導(dǎo)體芯片的任一個(gè)上通過鍍鎳形成隔離體，并且通過焊料凸點(diǎn)或焊料預(yù)涂層進(jìn)行倒裝芯片安裝。
根據(jù)如上所述的本實(shí)施例的光電器件的制造方法，通過將用于分開時(shí)鐘的光波導(dǎo)板和半導(dǎo)體芯片放在一起進(jìn)行配置，并能夠保持設(shè)計(jì)中的自由度，以處理設(shè)計(jì)更改并應(yīng)對(duì)少量生產(chǎn)多個(gè)種類的問題。尤其是，通過在用于提供時(shí)鐘的光線路中獲得完全等長的線路，幾乎可以抑制在將時(shí)鐘信號(hào)分到多個(gè)光接收部分時(shí)的傾斜失真。
此外，有可能始終生產(chǎn)大量的膜作為如上形成的光波導(dǎo)板的基底，該光波導(dǎo)板用于分光作為時(shí)鐘信號(hào)，而且能夠在后續(xù)工藝中在任何位置形成傾斜開口部分，該開口部分具有作為鏡面的傾斜內(nèi)壁。因此，即使LSI自身的設(shè)計(jì)變化了，或者有很多種具有不同規(guī)格的LSI，每次也能夠應(yīng)對(duì)。
結(jié)果，能夠抑制制造成本，減少開發(fā)周期和TAT，并開發(fā)其中傾斜失真被抑制的LSI。
在根據(jù)上述本實(shí)施例的光電器件的制造方法中，描述了一個(gè)例子，通過分步程序在諸如硅的偽襯底上制造作為基底的光波導(dǎo)板，不過還有一種集體制造方法，制備成卷的聚酰亞胺膜作為基底，并且，例如通過卷到卷(roll-to-roll)工藝涂布芯材料并構(gòu)圖。由此能夠?qū)崿F(xiàn)更大的成本減少。
第二實(shí)施例圖8為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的光電器件的示意性截面圖。
它是如此構(gòu)造的在插入件(interposer)60上安裝粘貼到光波導(dǎo)板30的半導(dǎo)體芯片10和發(fā)光元件，來自發(fā)光元件20的光從光波導(dǎo)板30的側(cè)表面照射到波導(dǎo)芯。除此外的其他構(gòu)造基本上和第一實(shí)施例的相同。
也就是說，用于發(fā)射作為時(shí)鐘信號(hào)的光的發(fā)光元件20，如半導(dǎo)體激光二極管安裝在半導(dǎo)體芯片10的表面上，此外在其上通過粘合劑層31將形成為板的光波導(dǎo)板30粘結(jié)到半導(dǎo)體芯片10上，在光波導(dǎo)板30中，沿光波導(dǎo)方向呈條形延伸的波導(dǎo)芯30b的外周由包層30a覆蓋。
半導(dǎo)體芯片10形成有電子電路，該電子電路包括諸如光電二極管的光接收部分11。
此外，為了打開半導(dǎo)體芯片10的焊盤，形成穿透光波導(dǎo)板30和粘合劑層31的焊盤開口部分，并形成凸點(diǎn)12以和焊盤連接。
在插入件60上通過凸點(diǎn)12安裝粘貼在光波導(dǎo)板30上的半導(dǎo)體芯片10，插入件60通過堆疊第一樹脂層61、第二樹脂層62和第三樹脂層63并通過穿透諸層和邊界面形成線路圖案64形成。
此外，在插入件60安裝在半導(dǎo)體芯片10上的表面的同一表面上安裝發(fā)光元件20。
在插入件60安裝半導(dǎo)體芯片10的相對(duì)表面上，形成凸點(diǎn)65并安裝在另一個(gè)安裝襯底上以供使用。
作為插入件60，可以使用各種有機(jī)線路襯底，例如所謂的FR-4襯底、FR-5襯底、BT-樹脂襯底、聚酰亞胺襯底和諸如氧化鋁和玻璃陶瓷的陶瓷線路襯底。
另一方面，作為光時(shí)鐘光源的激光二極管安裝在例如光波導(dǎo)板的端部，接近波導(dǎo)芯，使得光有效地照射到光波導(dǎo)的波導(dǎo)芯，而用于驅(qū)動(dòng)激光二極管的激光驅(qū)動(dòng)器接近在插入件60上的激光二極管安裝。
根據(jù)如上所述的發(fā)明的光電器件，通過將用于分開時(shí)鐘的光波導(dǎo)板和半導(dǎo)體芯片放在一起對(duì)其進(jìn)行配置，能夠保持設(shè)計(jì)中的自由度，以處理設(shè)計(jì)更改并應(yīng)對(duì)少量生產(chǎn)多個(gè)種類的問題。尤其是，通過在用于提供時(shí)鐘的光線路中獲得完全等長的線路，幾乎可以抑制在將時(shí)鐘信號(hào)分到多個(gè)光接收部分時(shí)的傾斜失真。
第三實(shí)施例圖9是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的光電器件的示意性截面圖。
多個(gè)半導(dǎo)體芯片(10a和10b)粘貼到光波導(dǎo)板30并安裝在插入件60上。此外，發(fā)光元件20也安裝在插入件60上且如此構(gòu)造來自發(fā)光元件20的光從光波導(dǎo)板30的端面照射到波導(dǎo)芯。此外的其他構(gòu)造與第一實(shí)施例中的構(gòu)造基本相同。
在本實(shí)施例的光電器件中，可以如此配置它多個(gè)半導(dǎo)體芯片分別配備有光接收部分，且光接收部分的每一個(gè)均連接到在光波導(dǎo)板處分開的每束光。
此外，可以如此配置它多個(gè)半導(dǎo)體芯片的部分或全部配備有多個(gè)光接收部分，且光接收部分的每一個(gè)均連接到在光波導(dǎo)板處分開的每束光。
例如，第一半導(dǎo)體芯片10a形成有多個(gè)光接收部分11a，它們通過提供在光波導(dǎo)板上的鏡面(MRa和MRb)而光連接。
另一方面，第二半導(dǎo)體芯片10b形成有多個(gè)光接收部分11b，它們通過提供在光波導(dǎo)板上的鏡面(MRc和MRd)而光連接。
此外，舉例來說，通過如此配置可以改善光電器件的可靠性發(fā)光元件20連接到冷卻體23并配備有穿過插入件的熱通路TV。
它可以通過如下步驟制造夾持光波導(dǎo)板，使其發(fā)光一側(cè)向上；通過將發(fā)光部分與半導(dǎo)體芯片上的光接收部分的位置對(duì)準(zhǔn)利用粘合劑板依次安裝半導(dǎo)體芯片；此外，提供到達(dá)半導(dǎo)體芯片的焊盤的焊盤開口部分，并通過凸點(diǎn)安裝在插入件上。
根據(jù)如上所述的本實(shí)施例的光電器件是如此配置的將用于分開時(shí)鐘的光波導(dǎo)板和半導(dǎo)體芯片放在一起，能夠保持設(shè)計(jì)中的自由度，以處理設(shè)計(jì)更改并應(yīng)對(duì)少量生產(chǎn)多個(gè)種類的問題。尤其是，通過在用于提供時(shí)鐘的光線路中獲得完全等長的線路，幾乎可以抑制在將時(shí)鐘信號(hào)分到多個(gè)光接收部分時(shí)的傾斜失真。
根據(jù)上述本實(shí)施例的光電器件，解決了在半導(dǎo)體芯片速度高時(shí)引起時(shí)鐘傾斜失真的問題，能夠防止錯(cuò)誤的操作，相關(guān)技術(shù)的設(shè)計(jì)方法中需要長時(shí)間的時(shí)鐘定時(shí)分析成為多余的了，并且設(shè)計(jì)開發(fā)周期能夠得到大幅度的減少。
此外，如在相應(yīng)實(shí)施例中制造光電器件的方法中那樣，通過分開制造光波導(dǎo)板，與相關(guān)技術(shù)的情況相比能夠?qū)崿F(xiàn)很快地提供非常便宜的時(shí)鐘的機(jī)構(gòu)，在相關(guān)技術(shù)中，每次都在半導(dǎo)體芯片上形成光波導(dǎo)。
有可能靈活地對(duì)半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)更改做出響應(yīng)，而且，特別是在少量地開發(fā)若干種類的原型階段中的便利和可重用性是非常高的。
此外，各實(shí)施例的光電器件中的支路與Y形導(dǎo)引支路不同并且對(duì)彎曲沒有限制，因此能夠在大約10mm×10mm的LSI上向多到6到10條支路的很多點(diǎn)(64到1024點(diǎn))提供無傾斜失真的時(shí)鐘。
可以將本實(shí)施例的光電器件用于計(jì)算機(jī)設(shè)備，尤其是例如游戲計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、家用服務(wù)器和機(jī)器人腦的需要大容量和高速處理信號(hào)的MPU或圖像處理器，以及例如高速緩存的超高速信號(hào)處理LSI。
本發(fā)明不僅僅局限于上述描述。
舉例來說，作為和光波導(dǎo)板裝配在一起的半導(dǎo)體芯片，可以使用SiP(系統(tǒng)在封裝中的半導(dǎo)體器件)，而且，舉例來說，可以使用組合了具有諸如晶體管的有源元件和諸如電感、電容或電阻元件的無源元件的半導(dǎo)體芯片的封裝。
作為引入SiP中的光學(xué)器件，除了激光二極管之外，還可以使用發(fā)光二極管等。
除了上述內(nèi)容之外，還可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)進(jìn)行多種改進(jìn)。
本發(fā)明的光電器件可以應(yīng)用到如下配置的光電器件通過光波導(dǎo)板將用于發(fā)光作為時(shí)鐘的發(fā)光元件和具有包括光接收部分的電子電路的半導(dǎo)體芯片光連接起來。
本發(fā)明的光電器件的制造方法可以應(yīng)用于制造如下配置的光電器件通過光波導(dǎo)板將用于發(fā)光作為時(shí)鐘的發(fā)光元件和具有包括光接收部分的電子電路的半導(dǎo)體芯片光連接起來。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在權(quán)利要求或其等價(jià)要件的范圍之內(nèi)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素做出多種改進(jìn)、組合、子組合和變化。
本發(fā)明包含于2004年7月29日提交到日本專利局的日本專利申請(qǐng)JP2004-221984相關(guān)的主題，在此將其全部內(nèi)容引入以做參考。
權(quán)利要求
1.一種光電器件，包括發(fā)光元件，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)；半導(dǎo)體芯片，配備有光接收部分用于接收所述光；以及形成板狀并粘貼到所述半導(dǎo)體芯片的光波導(dǎo)板，其中波導(dǎo)芯的外周覆蓋有包層；其中所述光波導(dǎo)板在所述波導(dǎo)芯的光入射部分被來自所述發(fā)光元件的所述光照射；所述光波導(dǎo)板配備有一個(gè)或多個(gè)T形支路，且在每個(gè)T形支路處提供垂直開口部分，所述垂直開口部分具有垂直于所述光波導(dǎo)板表面內(nèi)的方向的垂直內(nèi)壁，且所述垂直內(nèi)壁起到鏡面的作用，用于將所述光分裂、反射并導(dǎo)引到兩個(gè)不同的方向；以及在將所述分裂的光的每一束連接到每一所述光接收部分的位置提供傾斜開口部分，所述傾斜開口部分具有與所述波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向成傾角的傾斜內(nèi)壁，且所述傾斜內(nèi)壁起到鏡面的作用，將所述光反射到離開所述光波導(dǎo)板的表面的方向，以連接到所述光接收部分。
2.如權(quán)利要求1所述的光電器件，其中在所述光波導(dǎo)板中，在導(dǎo)引被分裂為兩束或多束的光的所有路徑上，從所述波導(dǎo)芯的光入射部分的位置到分別將所述光連接到所述光接收部分的位置的距離是相等的。
3.如權(quán)利要求1所述的光電器件，其中所述傾斜開口部分的所述傾斜內(nèi)壁相對(duì)于所述波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向具有大約45°的傾角。
4.如權(quán)利要求1所述的光電器件，其中所述半導(dǎo)體芯片配備有多個(gè)所述光接收部分；且在所述光波導(dǎo)板處分裂的所述光連接到各自的所述光接收部分。
5.如權(quán)利要求1所述的光電器件，包括多個(gè)所述半導(dǎo)體芯片；且在所述光波導(dǎo)板處分裂的所述光分別連接到分別提供到所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的各自的光接收部分。
6.如權(quán)利要求5所述的光電器件，其中所述多個(gè)半導(dǎo)體芯片的一部分或全部配備有多個(gè)光接收部分；且在所述光波導(dǎo)板處分裂的所述光分別連接到所述各自的光接收部分。
7.如權(quán)利要求1所述的光電器件，其中所述發(fā)光元件安裝在所述半導(dǎo)體芯片的、粘貼到所述光波導(dǎo)板的一側(cè)的表面上；且來自所述發(fā)光元件的光從所述光波導(dǎo)板的側(cè)表面照射所述波導(dǎo)芯。
8.如權(quán)利要求1所述的光電器件，其中所述半導(dǎo)體芯片粘貼到所述光波導(dǎo)板且所述發(fā)光元件安裝在插入件上；且來自所述發(fā)光元件的光從所述光波導(dǎo)板的側(cè)表面照射所述波導(dǎo)芯。
9.如權(quán)利要求8所述的光電器件，其中多個(gè)所述半導(dǎo)體芯片粘貼到所述光波導(dǎo)板且安裝在所述插入件上。
10.一種制造光電器件的方法，用于制造這樣的光電器件，其包括發(fā)光元件，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)；半導(dǎo)體芯片，配備有光接收部分用于接收所述光；以及光波導(dǎo)板，用于將所述光分裂到成兩束或多束，并在連接到所述光接收部分的位置導(dǎo)引所述光將之連接到所述光接收部分，所述方法包括如下步驟在偽襯底上形成第一包層，在所述第一包層上形成波導(dǎo)芯，以成為具有一個(gè)或多個(gè)T形支路的圖案，形成第二包層以覆蓋所述波導(dǎo)芯，由此形成板狀的光波導(dǎo)板，其中波導(dǎo)芯的外周被所述包層覆蓋；在所述光波導(dǎo)板上所述T形支路的位置形成具有垂直內(nèi)壁的垂直開口部分，所述垂直內(nèi)壁垂直于所述光波導(dǎo)板表面內(nèi)的方向且成為鏡面，用于將所述光分裂并反射到兩個(gè)不同的方向；在所述光波導(dǎo)板上將所述光連接到所述光接收部分的位置形成傾斜開口部分，所述傾斜開口部分具有傾斜內(nèi)壁，所述傾斜內(nèi)壁與所述波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向成一傾角，且成為鏡面，用于將所述光反射到離開所述光波導(dǎo)板的表面的方向，以連接到所述光接收部分；將所述光波導(dǎo)板從所述偽襯底脫離；將所述光波導(dǎo)板與所述光接收部分對(duì)準(zhǔn)并粘貼到所述半導(dǎo)體芯片上；以及布置所述發(fā)光元件來安裝所述發(fā)光元件，使得來自所述發(fā)光元件的光照射所述波導(dǎo)芯的光入射部分。
11.如權(quán)利要求10所述的光電器件制造方法，其中在形成所述光波導(dǎo)板的步驟中，如此形成光波導(dǎo)板，使得在導(dǎo)引被分裂為兩束或多束的光的所有路徑上，從所述波導(dǎo)芯的光入射部分的位置到將所述相應(yīng)的光連接到所述光接收部分的位置的導(dǎo)引所述光的距離相等。
12.如權(quán)利要求10所述的光電器件的制造方法，還包括在所述偽襯底上形成所述光波導(dǎo)板的步驟之前在所述偽襯底的表面上形成脫模層的步驟，其中，在形成所述光波導(dǎo)板的步驟中，在所述脫模層上形成光波導(dǎo)板；且在從所述偽襯底脫離所述光波導(dǎo)板的步驟中，是在所述光波導(dǎo)板和所述脫模層的邊界面上脫離的。
13.如權(quán)利要求12所述的光電器件的制造方法，其中所述脫模層是鈦層和銅層的堆疊體或氧化硅層。
14.如權(quán)利要求10所述的光電器件制造方法，其中在形成所述傾斜開口部分的步驟中，所述傾斜開口部分的所述傾斜內(nèi)壁如此形成，以相對(duì)于所述波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向具有大約45°的傾角。
15.如權(quán)利要求10所述的光電器件制造方法，其中在安裝所述發(fā)光元件的步驟中，所述發(fā)光元件在粘貼到所述光波導(dǎo)板的一側(cè)粘貼在所述半導(dǎo)體芯片的表面上，使得來自所述發(fā)光元件的光從所述光波導(dǎo)板的側(cè)表面照射所述波導(dǎo)芯。
16.如權(quán)利要求10所述的光電器件的制造方法，還包括將粘貼到所述光波導(dǎo)板的所述半導(dǎo)體芯片安裝在插入件上，其中在安裝所述發(fā)光元件的步驟中，所述發(fā)光元件安裝在所述插入件上，使得來自所述發(fā)光元件的光從所述光波導(dǎo)板的側(cè)表面照射所述波導(dǎo)芯。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種光電器件及制造方法，包括發(fā)光元件，用于發(fā)光作為時(shí)鐘信號(hào)；半導(dǎo)體芯片，配備有光接收部分用于接收光；以及形成板狀并粘貼到所述半導(dǎo)體芯片的光波導(dǎo)板，其中波導(dǎo)芯的外周覆蓋有包層；且如此構(gòu)造該光波導(dǎo)板，使其在波導(dǎo)芯的光入射部分被來自所述發(fā)光元件的光照射，且包括一個(gè)或多個(gè)T形支路，該支路具有垂直開口部分，垂直開口部分具有垂直內(nèi)壁，其垂直于光波導(dǎo)板的表面內(nèi)的方向且成為鏡面，用于分裂和反射光，該支路還具有傾斜開口部分，該傾斜開口部分具有傾斜內(nèi)壁，其相對(duì)于波導(dǎo)芯的光波導(dǎo)方向具有一傾角并成為鏡面，用于將光反射到離開光波導(dǎo)板表面的方向，以便在每一束光和每一光接收部分的連接位置連接到光接收部分。
文檔編號(hào)H01L31/12GK1727934SQ20051008814
公開日2006年2月1日 申請(qǐng)日期2005年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者奧洞明彥 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社