具有光信号输入输出机构的半导体装置制造方法及图纸

一种半导体装置，具有：印刷线路板（１１），在该印刷线路板（１１）上形成了连接到ＬＳＩ芯片（１７）和平面光元件（２１）的电线（１８），以及光波导（２５）固定在该印刷线路板（１１）上，该光波导（２５）传导输入到所述平面光元件（２１）的光和／或由所述平面光元件（２１）输出的光。平面光元件（２１）安装在小衬底（１３）的一端，以及小衬底（１３）的另一端通过焊接块（２６）连接到印刷线路板（１１）。其上安装有平面光元件（２１）的小衬底（１３）的一端通过固定机构固定在印刷线路板（１１）上。小衬底（１３）具有可变形部分（１５），该可变形部分（１５）比印刷线路板（１１）和小衬底（１３）的其他部分容易变形，该可变形部分（１５）位于如下两端之间的至少部分区域中：其中一端安装有平面光元件（２１），而另一端电连接到印刷线路板（１１）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种具有光信号输入输出机构的半导体装置，该光信号输入输出机构包括一种光传导介质和一种光元件，特别涉及一种平面光元件，该光元件从光传导介质接收或向光传导介质传送光信号并在光信号和电信号之间进行相互转换。
技术介绍
近来，在半导体装置中，对于在其中半导体芯片通过光信号通路互连的光互连或光通信来说，已经频繁地使用了光信号和电信号之间执行相互转换的光模块。在最新的光模块中，平面光元件在许多情况下被用作组件，并且它们的光耦合系统需要等于或小于几十微米的定位精确度。一种被开发为使用这种光模块的半导体装置是具有如下结构的光信号输入输出单元的装置，其中在该结构中，当光模块被安装在光印刷电路板的预定位置或被安装在配有光波导作为光传导介质的光电复合衬底的预定位置时，光模块的平面光元件和光波导之间就形成了光耦合。人们特别期望这样的光信号输入输出机构能实际应用在光互连领域。日本专利特开No.2000-332301中公开的半导体装置是一个常规的例子。附附图说明图1是该常规例子的半导体装置的部分截面示意图。该半导体装置具有芯片尺寸封装的结构，其中组成半导体集成电路的LSI芯片57和平面光元件阵列61a以与LSI芯片57相当的外径尺寸被封装在该芯片尺寸封装的结构中，其中在所述平面光元件阵列61a中，平面光元件被二维地排列。印刷线路板51和模制树脂68用于封装。印刷线路板51除了电线58之外还配有光波导65。就光波导65而言，每个光输入输出部分都被排列在光波导65的顶面上，该光波导65面对着平面光元件阵列61a。基于该目的，使用了这样的反射面，所述反射面形成在光波导65的一个末端，从而与平面光元件阵列61a的输入/输出光形成45°角。对应地通过焊接块66，LSI芯片57被装在印刷线路板51的预定位置上，而平面光元件阵列61a被装在LSI芯片57的预定位置上。因此，每个平面光元件阵列61a的光输入输出表面部分都与每个光波导65的光输入输出部分光耦合，它们的光轴是互相对准的。微透镜62被配置在平面光元件阵列61a的每个输入输出表面部分和光波导65的每个光输入输出部分。日本专利特开No.2001-185752公开的半导体装置是另一个例子。附图2是该常规例子的半导体装置的部分截面示意图。在该半导体装置中，插入LSI芯片77和平面光元件阵列81a的TBGA(载带球栅阵列)封装结构79装在印刷线路板71上。平面光元件阵列81a的每个输入输出表面部分都同光波导85的光输入输出部分光耦合，它们的光轴通过TBGA封装结构79互相对准，该TBGA封装结构79被装在印刷线路板71的预定位置上，在所述印刷电路板中形成光波导85。微透镜82被配置在平面光元件阵列81a的每个输入输出表面部分和光波导65的每个光输入输出部分。尽管如此，但在上述常规例子记述的结构中，仍然难以保持平面光元件阵列61a和81a以及光波导65和85呈如下状态即，尽管温度发生变化，但它们的光轴仍然对准，所述温度变化是因为印刷线路板51和71与LSI芯片57和77的热膨胀系数之间的差异而产生的，其中，平面光元件阵列61a和81a等安装在LSI芯片57和77上。此外，当多个平面光元件阵列61a和81a被配置时，难以同时进行它们的光轴调整，并且为了调整，需要使用极高精确的安装工艺，而这导致了成本增加。专利技术公开本专利技术的一个目的在于提供一种具有光信号输入输出机构的半导体装置，该装置利用以降低成本的简化结构的光传导介质来实现平面光元件的光轴的高精度对准。本专利技术的半导体装置具有一种主衬底，在该衬底上形成了同半导体元件连接并同平面光元件连接的电线。此外，将一种传导输入到平面光元件的光和/或从平面光元件输出的光的光传导介质固定在主衬底上。该平面光元件被装在小衬底的一端上。在本专利技术的第一方面中，小衬底的另一个端面被电连接到主衬底上并被固定在主衬底上。在第二方面中，小衬底的另一端被电连接到子衬底上并被固定在子衬底上。该子衬底被电连接到主衬底上并被固定在主衬底上。在这两方面的任一方面中，平面光元件安装处的小衬底的一端被通过固定机构固定到主衬底上，从而平面光元件的输入输出表面面对着光传导介质的光输入输出部分。该小衬底具有可变形部分，该可变形部分同主衬底和小衬底的其它部分相比可以容易地变形，该可变形部分位于如下两端之间的至少部分区域中其中在一端出安装了平面光元件，以及另一端同主衬底或子衬底电连接。这样，尽管可以使得本专利技术的半导体装置具有简化结构，然而本专利技术中，根据本专利技术，还可以容易地使得平面光元件精确地同光传导介质对准。这是因为即使当固定到主衬底上或子衬底上的小衬底的端部的安装位置具有一些容差时，也可以使用可变形部分的变形容易地相对于主衬底而调整安装了平面光元件的小衬底的一端的位置，因此可以相对于光传导介质调整平面光元件的位置。此外，本专利技术不需要如下的工艺，所述的工艺是在主衬底上以高精度实现在其上安装有平面光元件的平面光元件和组件，用于光传导介质与平面光元件的光轴的高精度对准，因此可以减少半导体装置的成本。本专利技术中，也可以抑制平面光元件和光传导介质之间不对准的发生，该不对准源于由于如温度变化的环境变化，该不对准使得平面光装置相对于主衬底偏离。这是因为，即使当因为小衬底、主衬底和/或子衬底的温度变化而产生不同的热膨胀或热收缩时，它也可以被可变形部分的变形所吸收。本专利技术中，可变形部分可以具有弯曲和/或收缩部分，该弯曲部分向远离主衬底处的方向凸起地弯曲，在该收缩部分中，在与连接如下两端的线正交的方向上宽度变窄，其中一端是平面光元件贴装处，另一端电连接到主衬底，和/或该可变形部分还可以具有向该线延伸的狭缝。这些结构可以容易地使该可变形部分变形，从而能够对平面光元件安装处的一端进行位置调整。该小衬底可以是弹性变形的薄衬底，特别是塑料膜。该平面光元件可以具有多个输入输出表面，以及该光传导介质可以具有分别同多个输入输出表面对应的多个光输入输出部分。本专利技术的半导体装置可以具有多个小衬底，平面光元件分别装在这些小衬底上。附图简述图1示出了具有光输入输出机构的常规例子的半导体装置的部分截面示意图；图2示出了具有光输入输出机构的另一常规例子的半导体装置的部分截面示意图；图3A示出了具有光输入输出机构的本专利技术第一实施方式的半导体装置的截面示意图；图3B示出了附图3A中半导体装置的小衬底的顶视示意图；图3C示出了附图3A中半导体装置的小衬底的端部的固定机构的部分截面图，平面光元件被配置在该处； 图4A示出了本专利技术具有光输入输出机构的第二实施方式的半导体装置的截面示意图；图4B示出了附图4A中半导体装置的小衬底的端部的固定机构的部分截面图，平面光元件被配置在该处；和图5示出了本专利技术第三实施方式的半导体装置的小衬底的顶视示意图。本专利技术的最佳实施方式图3A-3C举例说明了本专利技术第一实施方式的半导体装置。该半导体装置具有作为主衬底的印刷线路板11，在所述印刷线路板11上，形成了期望图案的电线18和形成了作为光传送介质的光波导25。光波导25具有在图3A中位于其一端顶面的光输入输出部分25a。在印刷线路板11上，LSI芯片17通过焊接块26安装，以及平面光元件21通过小衬底13连接，该平面光元件21可以是在光信号和电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其具有：半导体元件；平面光元件；主衬底，其中形成了连接到所述半导体元件和所述平面光元件的电导线，光传导介质固定在该主衬底上，该光传导介质传导输入到所述平面光元件的光和／或传导由所述平面光元件输出的光； 小衬底，该小衬底的一端上安装所述平面光元件，其另一端电连接到所述主衬底并固定到所述主衬底上；和固定机构，其将所述小衬底的一端固定到所述主衬底上，从而使得所述平面光元件的输入输出表面面对着所述光传导介质的光输入输出部分，其中在 所述的小衬底处安装有所述平面光元件，其中所述小衬底具有可变形部分，该可变形部分比所述主衬底和所述小衬底的其他部分容易变形，该可变形部分位于如下两端之间的至少部分区域中：其中一端安装有所述平面光元件，而另一端电连接到所述主衬底上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：三好一德，藏田和彦，清水隆德，畠山意知郎，佐佐木纯一，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]