光學半導體模塊和製造該模塊的方法
2023-06-22 22:00:31
專利名稱：光學半導體模塊和製造該模塊的方法
技術領域：
本發明涉及一種光學半導體模塊和製造該模塊的方法，尤其是，涉及一種具有相對簡單結構適用於短距離光傳輸並能夠實現之間的穩定的光耦合的光學半導體。
背景技術：
在大規模集成電路中，在運行速度方面已經取得了突飛猛進的進展，這是因為改進了比如雙極性電晶體或場效應電晶體等電子裝置的性能。然而，即使已經實現了LSI內部的運行速度，但LSI安裝到的印製電路板一級的運行速度水平被抑制到了低於LSI內部運行速度的水平，並且該運行速度其內包含有印刷電路板的齒條一級(rack level)進一步降低。該被抑制的運行速度源於伴隨運行頻率提升的布線傳輸損失以及源於噪聲和電磁幹擾的增加。對於運行速度而言其將不可避免的抑制到一個低水平，因為，為了確保信號質量，運行頻率抑制到一個低水平而導線長度卻增加。從而，近年來，在布線裝置中，裝配技術而不是LSI的運行速度控制系統運行速度的趨勢越來越強烈。
從上述結合布線裝置的問題的角度，已經提出了一些例如在日本專利公開(Kokai)NO.2000-347072中公開的用於光耦合不同LSI的光學布線裝置。例如，從具有超過100GHz的DC區域和AC區域的損失考慮，該光學布線幾乎依賴於頻率，而布線路徑基本免於電磁幹擾或接地電壓波動噪聲。在這種情況下，可以容易地實現Gbps計數的布線。為實現不同LSI之間的這種光學布線，需要一種例如在上述引用的日本專利公開NO.2000-347072中公開的具有簡化結構的光學半導體模塊。還有，需要大量的光學傳輸路徑來作為LSI布線，對於光學半導體模塊而言還需要以低成本製造。
通常，在光學半導體模塊中結合成像透鏡等等，並且光導耦合部件具有連接器結構。在這種情況下，很多時候很難充分小型化光學半導體模塊。另一方面，在上述引用的日本專利公開NO.2000-347072中公開的光學半導體模塊中，光學傳輸路徑比如光導直接耦合到半導體設備從而形成一種集成結構。結果，可以相對容易的實現小型化。然而，這種特定構造引發了下面將指出的一些問題。
具體而言，在日本專利公開NO.2000-347072中公開的光學半導體模塊中，其光導和固定部件被集成地形成，在固定部件上形成一個圖案電極以安裝半導體設備到上述集成結構。從而，需要在光導固定部件的一個非常小的邊緣部分進行該電極的布圖描繪或布圖傳送。更具體而言，需要在數米至數十米的光導固定在安裝狀態下進行具有數微米精度的集成電路布圖。實際上，通過該製造方法來製造該光學半導體模塊非常困難。然而，當採用大於等於一個排列的半導體設備時，完全需要採用這種特定的方法。從而，在批量生產時通過該特定製造方法基本不可能製造出該光學半導體模塊。或者，當採用該特定製造方法時，成品收率非常的低。
應當注意到，在上述引用的日本專利公開NO.2000-347072中公開的光學半導體模塊中，光導(optical guide)的邊緣表面和該半導體設備安裝到的平面基本處於同一平面，結果是光導和該半導體設備位置非常靠近從而彼此耦合。然而，表面發射雷射—一種典型的高速光信號源—對反射光，例如，從表面發射雷射自身發射出的雷射和被反射從而回到表面發射雷射的雷射，非常敏感。換言之，來自光纖耦合部件的反射光(近端反射)是表面發射雷射所固有的。從而，在日本專利公開NO.2000-347072中公開的光學半導體模塊中，對例如光導的發光平面上的發射光(遠端反射)採取措施是非常重要的。利用光頻間隔件的方法提供了對付上述問題最可靠的手段。然而，光頻間隔件非常昂貴。此外，將產生另一個問題，即，包含該光頻間隔件將使得該模塊體積變得非常大。
作為另一種解決手段，可以考慮施加抗反射塗層到光導邊緣表面或對光導邊緣表面進行傾斜處理。作為對付反射光的手段，該方法當然是有效的。然而，在比如日本專利公開NO.2000-347072的現有技術中，光導和固定部件是集成的從而形成用於半導體設備的圖案電極。結果，還需要在布圖中形成該無反射塗層。這就需要一種精確的布圖結構，從而引發了在上述技術中的產率方面的問題。
還可以通過恰當的設置表面反射層和光導之間的距離來緩和反射光帶來的影響。更具體而言，如果表面反射層和光導之間的距離極其長，光耦合將非常簡單的減弱，而使得光傳輸變得非常困難。應當注意到這種關係，如果表面發射雷射和光纖之間的距離恰當的設置，光耦合當然可以減弱。然而，反射光同時也消除了。從而，反射光的影響可以大大的抑制，同時可以維持光傳輸的能力。
然而，在上述引用的日本專利公開NO.2000-347072中公開的光學半導體模塊中，基本上很難控制半導體設備和光纖邊緣的距離。特別是，當半導體設備距離光纖邊緣達大約100微米時，需要控制間隔件的厚度或控制光纖的蝕刻基座(etch back)，結果是再生產性極差。
就日本專利公開NO.2000-347072中公開的光學半導體模塊而論，最重要的是，通過拋光來形成光纖的邊緣平面，考慮光纖的邊緣平面的製造成本佔據了很大的份額。通常，光纖拋光包括將光纖安裝到拋光裝置、粗拋光、中間階段拋光、以及最後階段拋光，這需要超過數小時的處理時間。從而，產率未得以改進。此外，限制了成本降低。
發明內容
本發明的目的之一是，提供一種由最少所需部件構成的光學半導體模塊，其可以抑制反射光帶來的影響並可以不採用高成本製造步驟而進行製造，以及提供一種製造該特定光學半導體模塊的方法。
根據本發明的一個方面，提供了一種光學半導體模塊，包括光導，其具有光耦合末端，該光導被構造成用於引導光信號；光電套，具有耦合面，設有在耦合面上的一個以上的電極極板，並設有具有在耦合面上的開口的引導通孔，其中光導插入該引導通孔；半導體設備，設置成具有間隙的面向耦合面，並電聯接到電極極板，該半導體設備包括面向光耦合末端的發光部分或光檢測部分；第一樹脂層，位於發光部分或光檢測部分與光耦合末端之間的間隙中，該第一樹脂層將該發光部分或光檢測部光耦合到光耦合末端；以及第二樹脂層，施加到間隙中在第一樹脂層周圍。
根據本發明的另一個方面，提供了一種光學半導體模塊，包括一個以上的光導，每一個光導均具有光耦合末端，並且所述光導被構造成用於引導光信號；光電套，具有耦合面，設有在耦合面上的一個以上的電極極板，並設有在耦合面上的一個以上的電極極板，還設有一個以上的引導通孔，每個所述引導通孔具有在耦合面上的開口，其中所述光導分別插入所述通孔；半導體設備，設置成具有間隙的面向耦合面，並電聯接到電極極板，該半導體設備包括分別面向光耦合末端的發光部分或光檢測部分；一個以上的第一樹脂部分，每一個均位於發光部分或光檢測部分與光耦合末端之間的間隙中，每一個第一樹脂部分使該發光部分或光檢測部分光耦合到光耦合末端；以及第二樹脂層，施加到間隙中在所述第一樹脂部分周圍。
根據本發明的另一個方面，提供了一種光學半導體模塊，包括光導，其具有光耦合末端，所述光導被構造成用於引導光信號；光電套，具有耦合面，設有在耦合面上的一個以上的電極極板，並設有具有在耦合面上的開口的引導通孔，光導插入所述引導通孔；半導體設備，設置成具有間隙的面向耦合面，並電聯接到所述電極極板，所述半導體設備包括面向光耦合末端的發光部分或光檢測部分；粒狀第一樹脂層，位於發光部分或光檢測部分與光耦合末端之間的間隙中，所述第一樹脂層將發光部分或光檢測部分光耦合到光耦合末端；以及第二樹脂層，施加到間隙中在第一樹脂層周圍。
根據本發明的另一個方面，提供了一種製造光學半導體模塊的方法，包括以下步驟填充第一透明樹脂到槽中，其中所述槽形成在形似光電套的工具中；將光導插入到橫穿第一槽的通孔中，在光導的頂端衝壓第一樹脂；將具有安裝到光導的衝壓過的第一樹脂頂部的光導從通孔中取出；以及將該光導插入到在光電套中形成的引導通孔中，從而使得光導抵靠安裝在光電套的耦合面上的半導體設備。
根據本發明的進一步的另一個方面，提供了一種製造光學半導體模塊的方法，包括以下步驟混合固態或半固態的粒狀第一透明樹脂和液態第二透明樹脂，將所形成的混合物注入到光電套的引導通孔中；將光導插入到光電套的引導通孔中，從而使得該混合物接觸到光導的頂端和安裝在光電套的耦合面上的半導體設備；以及凝固第二透明樹脂。
根據本發明的進一步的另一個方面，提供了一種製造光學半導體模塊的方法，包括以下步驟在半導體設備的發光部分或光檢測部分上設置透明樹脂；將半導體設備安裝到光電套的耦合面，從而使發光部分或光檢測部分與光電套的引導通孔對齊；
將光導插入到光電套的引導通孔中，從而使得該透明樹脂接觸到光導的頂端；以及從半導體設備周圍注入液態樹脂，並凝固該液態樹脂。
根據本發明的進一步的方面，提供了一種光學半導體模塊，包括光導，其具有光耦合末端，所述光導被構造成用於引導光信號；光電套，具有耦合面，設有在耦合面上的一個以上的電極極板，並設有具有在耦合面上的開口的引導通孔，其中光導插入所述引導通孔；半導體設備，設置成具有間隙的面向耦合面，並電聯接到所述電極極板，所述半導體設備包括面向光耦合末端的發光部分或光檢測部分；第一樹脂層，位於發光部分或光檢測部分和光耦合末端之間的間隙中，所述第一樹脂層光耦合該發光部分或光檢測部分到光耦合末端；以及一個以上的凸出電極，固定在耦合面上，設置在該開口部分周圍，並穿透第一樹脂層以被連接到半導體設備上；以及第二樹脂，填充在第一樹脂層周圍的區域和凸出電極周圍的區域中。
根據本發明的另一個方面，提供了一種光學半導體模塊，包括光電套，設有光傳輸路徑和多個構造成用於與光傳輸路徑對準的通孔，其中光傳輸路徑具有分別設置在一個平面上的光學輸入-輸出面；半導體設備；透明樹脂膜，夾在半導體設備和所述平面之間，從而使半導體設備和該平面彼此分離；凸出電極，設置在光學輸入-輸出面的周圍，並穿透透明樹脂膜，從而連接到半導體設備；以及樹脂，填充在透明樹脂膜周圍的區域和凸出電極周圍的區域中。
進一步，根據本發明的另一個方面，提供了一種製造光學半導體模塊的方法，包括在一個平面上設置透明樹脂薄片，其中光電套的凸出電極形成在該平面上；將透明樹脂薄片推靠到該平面上，從而使得凸出電極的頂部從透明樹脂薄片伸出；安裝半導體設備到凸出電極；將光導插入到光電套的引導通孔中，從而使得透明樹脂薄片推靠到半導體設備；以及從半導體設備周圍注入樹脂，並凝固該樹脂。
圖1是示意性示出了根據本發明的第一實施例的光學半導體模塊的結構的橫截面圖；圖2是示意性示出了結合了圖1示出的光學半導體模塊的光學接口模塊的結構的橫截面圖；圖3是示出了圖1示出的整個光學半導體模塊的外部輪廓的斜視圖；圖4是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖5是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖6是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖7是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖8是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖9是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；
圖10是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的另一種製造方法的製造過程的橫截面圖；圖11是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的另一種製造方法的製造過程的橫截面圖；圖12是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的另一種製造方法的製造過程的橫截面圖；圖13是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的另一種製造方法的製造過程的橫截面圖；圖14是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的另一種製造方法的製造過程的橫截面圖；圖15是示意性示出了用於說明圖1示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖16是示意性示出了根據本發明的第二實施例的光學半導體模塊的結構的橫截面圖；圖17是示意性示出了圖16示出的整個光學半導體模塊的外部輪廓的斜視圖；圖18是示意性示出了用於說明圖16示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖19是示意性示出了用於說明圖16示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖20是示意性示出了用於說明圖16示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖；圖21是示意性示出了用於說明圖16示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖。
具體實施例方式
根據本發明每一個實施例的光學半導體模塊和光學半導體模塊的製造方法將參照附圖進行說明。
圖1是示意性示出了根據本發明的第一實施例的光學半導體模塊的結構的橫截面圖。
如圖2所示，圖1示出的本發明的光學半導體模塊包含在光學接口模塊107中。光學接口模塊107設置在印製電路板106中。還有，光學接口模塊107和比如LSI組件101的單元或半導體設備通過中間插入件(interposer)102相互電連接，其中LSI組件101安裝到該中間插入件102上。順便提及，參考標記103、105、109表示連接接線端。如圖所示，印製電路板106通過連接接線端105電連接到中間插入件102。還有，LSI組件101通過連接接線端103電連接到中間插入件102。通過光導或光纖115從外部電路引入到光學接口模塊107的光學信號轉換為電信號，然後，通過連接接線端107傳輸到中間插入件102中設置的電導線104、110，進一步，通過上述電導線104、110傳輸到LSI組件101。同樣的，從LSI組件101傳輸而來的電信號通過電導線104、110和連接接線端109傳輸到光學接口模塊107中，從而轉換為光學接口模塊107內部的光信號。由此獲得的該光信號通過光導115傳輸到外部電路。圖2所示的參考標記121表示用於冷卻LSI組件101的散熱片。
圖1所示的光學半導體模塊包括光電套1，其由通過混合玻璃纖維和例如環氧樹脂而成的材料形成。光電套1具有1到2mm的厚度Ta和2到3mm的長度Lb是合適的。引導孔8沿光電套1的縱向形成。比如光纖4的光導插入到引導孔8內，從而被機械固定。光導包括光纖4和用於覆蓋並保護光纖4的保護覆蓋層5。然而，保護覆蓋層5從插入到引導孔8的光纖4的那部分中去除，從而具有由在光纖4的插入部分準確決定的外部形狀的位置。在這種情況下，光纖4在插入到引導孔8中的部分是裸露的。通過簡單的利用普通光纖切割器對光纖4進行切割，就可以獲得光纖4的光信號輸入-輸出邊緣平面(edge plane)。更具體而言，可以通過簡單的利用普通光纖切割器對光纖4進行切割而獲得相對高平面精度的光學邊緣平面。該光纖並不是通過斷裂切割(breakage cutting)來切割的，而是利用應力解理(cleavage stress)來切割的，其中光纖利用金剛石而被輕微地刻破表面(bruise)來施加對側表面的推力。在圖1示出的光學半導體模塊中，利用了這樣的切割表面來消除比如拋光步驟等高成本的製造步驟。為便於光纖4的插入，引導孔8如是形成，即，在光電套(optoelectronicferrule)1的某一個主平面1a上的引導孔8的開口直徑製造成比引導孔8內部的直徑要大，如圖1所示。
還有，半導體設備3設置成面向光電套1的另一個主平面或耦合面1b。該半導體設備3具有比如VCSEL(垂直空腔表面雷射發射二極體)的發光元件，或者具有比如PIN-PD(p-i-n光電二極體)的光檢測元件，其定位成面向主平面1b。該發光元件或光檢測元件的激活區定位成面向光纖4的核心(未示出)。
由例如丙烯酸類樹脂、有機矽樹脂或環氧樹脂構成的透明樹脂隔離體6間置於發光元件或光檢測元件和光纖4的邊緣平面之間。透明樹脂隔離體6具有例如50微米的厚度。透明樹脂隔離體6可以由多種不同的樹脂的混合物構成，只要該樹脂混合物是均勻的。當透明樹脂隔離體6由樹脂的混合物構成時，這些樹脂成分必須具有基本彼此相同的光折射率，從而可以避免透明樹脂隔離體6內部的不規則光反射。
電極極板2對應於設置成覆蓋在光電套1的主平面1b和側平面1c上的電導線(未示出)的一部分。所述電導線(未示出)通過例如光學接口模塊107內的引線接合而連接到光學元件驅動IC。電導線進一步從光學元件驅動IC延伸穿過光學接口模塊107的內部布線、連接插針109、中間插入件102內部的插孔110、以及焊接塊109，從而連接到用於信號處理的LSI晶片101。
透明未充滿(under-fill)樹脂7以一種方式形成以填充在半導體設備3和光電套1之間的間隙中。透明未充滿樹脂7填充在電極極板2的周圍區域以及透明樹脂隔離體6的周圍區域，從而增強電極極板2以及透明樹脂隔離體6。
圖3是示出了圖1示出的整個光學半導體模塊的外部輪廓的斜視圖。在圖3所示的光學半導體模塊中，四個光纖耦合到四通道陣列的半導體設備。在圖3所示的光學半導體模塊中，電極2a連接到四通道半導體設備陣列的共用電極(接地或供電源)，電極2b連接到半導體設備陣列2內的半導體的每一個信號電極。電極2b是布線形式的，所述布線在半導體設備所安裝的平面和光電套1的鄰近側表面之間的角上彎折成直角。電極2b引到光電套1的鄰近側表面上，從而例如通過引線接合或倒裝片(flip-chip)接合將電極2b連接至例如在之前的圖2中已經描述的光學元件驅動IC。
圖1和3所示的光學半導體模塊的製造方法將參照圖4至9而描述。在圖4至9中示出的、和圖1和3中示出的光學半導體模塊中的相應部分產生的功能相同的部分用相同的附圖標記表示，以避免重複說明。
在第一步驟中，光電套1如圖4所示製備。通過在模具中模注混合了約百分之幾十的具有大約例如30微米直徑的玻璃填充物的環氧樹脂而製備光電套1。通過利用金屬掩模和例如濺射工藝，在光電套1上形成一個圖案，從而形成兩個電極極板和電布線。通過該成形工藝，可以批量低成本的製造光電套1而同時保持高精度，該高精度為不大於1微米。通過利用例如金的柱塊(stud bump)，比如表面發射雷射器或光電二極體的半導體設備3倒裝法接合連接至光電套1。
圖5示出的參考標記20表示類似於光電套1的具有引導部的工具。由於可以採用光電套1作為工具20，類似於圖4的參考標記放到圖5中。橫穿引導孔8的槽9形成在工具20中，具有例如50微米厚度的透明樹脂片6a插入到槽9的一部分中。
在接下來的步驟中，光纖4在透明樹脂片6a插入到工具20的狀態下插入到引導孔8，透明樹脂片6a通過光纖4所給的壓力而被部分衝壓下來，結果是透明樹脂片6連接到光纖4的頂部，如圖6和7所示。然後，使透明樹脂片6連接到其上的光纖4從工具20中取出。在該步驟中，對透明樹脂片6a或光纖4的頂部用透明粘接劑進行塗層是可取的。在這種情況下，即使光纖4被拔出，透明樹脂片6也不會從光纖4的頂部滑落，如圖8所示。
在接下來的步驟中，製備一個新的光電套1，如圖9所示。然後，使透明樹脂片6連接到其上的光纖4從光電套1的主平面1a插入到引導孔8，直到透明樹脂片6接觸到半導體設備3。如果光纖4在該步驟中插入到引導孔8而光電套1保持靜止不動，可能推動半導體設備以脫離兩個電極極板部分。為防止該困難，避免光電套1的固定是可取的。更具體而言，可取的是，在相對於半導體設備3的光學半導體成形平面的平面上設置一個抵接板，將透明樹脂片6夾在光纖和該抵接板之間。還應當注意，在這種連接中，半導體設備通常是脆性的。因此，為防止施加到半導體設備的高壓力，可取的是，監測光纖的排斥力，從而在上述排斥力微弱增加的位置停止推動光纖。上面提到的術語「排斥力」意為阻止朝向半導體設備3推動光纖4的力。從而，下面的做法就足夠了，即將透明樹脂片6彈性形變而不會施加不希望的壓力程度至半導體設備的範圍設置為在其中排斥力輕微增加的範圍。
最後，液態透明樹脂從半導體設備3所安裝的側表面被注入，從而形成透明未充滿樹脂層7。在該步驟中，還可以從引導孔8的主表面1a或通過樹脂注入口(未示出)注入該液態透明樹脂以形成透明未充滿樹脂層7，其中所述樹脂注入口形成在光電套1的側表面上。可以採用比如丙烯酸類樹脂、有機矽樹脂或環氧樹脂的透明樹脂以用於形成透明未充滿樹脂層7。還有，採用那種通過加熱或紫外線照射而固化的透明樹脂是有效的。進一步，為防止光線的過多散射損失，可以採用固化後具有合適折射率的樹脂以形成透明未充滿樹脂層7。更具體而言，固化後樹脂的折射率希望基本等於透明樹脂隔離體6的折射率。
根據本發明第三個實施例的光學半導體模塊的製造方法將參照圖10至12說明。
如圖10所示，用於樹脂注入的槽29形成在光電套21的側表面21c上。半導體設備23安裝到光電套21的主平面21b，從而主平面21b上的引導孔28的開口部分定位為面向半導體設備23。在半導體設備23安裝到光電套21之後，以粒狀形式處理而成的透明樹脂隔離體6b注入到槽29中。
然後，透明未充滿樹脂7從樹脂注入開口部分注入，從而和提前注入的透明樹脂隔離體26b混合。順便提及，在根據本發明第三個實施例的製造方法中，在透明樹脂隔離體26b注入之後再將透明未充滿樹脂7注入到槽29中。然而，還可以在例如透明樹脂隔離體26b注入到槽29中之前，將透明樹脂隔離體26b和透明未充滿樹脂7提前混合。還有，以粒狀形式處理而成的透明樹脂隔離體26b可以呈現為透明樹脂製成的5μm的球的形式，並且該球具有例如5微米的直徑。
最後，光纖24插入到引導孔28中，如圖12所示。在該步驟中，透明樹脂隔離體26b和透明未充滿樹脂27一起被推向半導體設備23。結果，光纖24的頂部非常靠近半導體設備23。然而，透明樹脂隔離體26b停止在處於光纖24的頂部和半導體設備23之間的某個距離處。從而，由於透明樹脂球保持在半導體設備23和光纖24之間，可以確保半導體設備23和光纖24的光信號輸入-輸出邊緣表面之間大約5微米的距離。由於額外的透明樹脂球被推到光學元件的安裝空間之外，從而可以確保半導體設備23和光電套21的主平面21b之間大約5微米至10微米的距離。
根據該實施例，可以省略在光纖頂部形成透明樹脂隔離體的步驟和單獨將光纖插入到引導孔的步驟，雖然這些步驟在前述實施例中是需要的。從而，如果該實施例應用於光纖具有大纖芯直徑的情況或與光檢測元件耦合的情況，該實施例的益處在於，因為該製造過程的生產量非常高從而能有效的節約成本。
根據本發明另一個實施例的光學半導體模塊的製造方法將參照圖13至15說明。
在該實施例中，半導體設備33的激活區(未示出)提前形成在透明樹脂隔離體36上，如圖13所示。透明樹脂隔離體36通過例如50微米厚度的透明聚醯亞胺樹脂或透明有機矽樹脂的塗層而形成，其中該塗層例如通過螺旋塗層方法而形成，然後通過例如光蝕刻方法將不想要的塗覆的樹脂層去除，使得例如在激活區上面80μm的區域未被除去。可以以某種方式形成透明樹脂隔離體36，以覆蓋除半導體設備的電極極板(未示出)之外的整個區域。
在接下來的步驟中，半導體設備33的表面上的電極上的殘留物等等被除去，然後例如使用金柱塊來進行半導體設備33至光電套1的倒裝片接合連接，如圖14所示。無需說，半導體設備33安裝至光電套1，其中半導體設備33的激活區對準光纖的引導孔。
最後，光纖從光電套31的後部插入並推動，直到透明樹脂隔離體36接觸到光纖的輸入-輸出平面。在該步驟中，如果光纖4在光電套31靜止不動的狀態下插入到引導孔38，可能會推動光電套31以與兩個電極極板部分脫離。為防止該困難，可取的是避免固定光電套31。更具體而言，可取的是，在相對於半導體設備33的光學半導體成形平面的平面上設置一個抵接板，將半導體設備33和透明樹脂片36夾在光纖和該抵接板之間。還應當注意，在這種連接中，半導體設備通常是脆性的。因此，為防止施加到半導體設備33的高壓力，可取的是，監測光纖的排斥力，從而在上述排斥力微弱增加的位置停止推動光纖。上面提到的術語「排斥力」意為阻止朝半導體設備33推動光纖4的力。從而，下面的做法就足夠了，即將透明樹脂片36發生彈性形變而不會施加不希望的壓力程度至半導體設備33的範圍設備為排斥力在其內輕微增加的範圍。
在接下來的步驟中，液態透明樹脂從半導體設備33所安裝的側表面被注入，從而形成透明未充滿樹脂層37。在該步驟中，還可以從引導孔38的主平面1a或通過樹脂注入口(未示出)注入該液態透明樹脂以形成透明未充滿樹脂層7，其中該樹脂注入口形成在光電套31的側表面。可以採用比如丙烯酸類樹脂、有機矽樹脂或環氧樹脂的透明樹脂以用於形成透明未充滿樹脂層37。還有，採用那種通過加熱或紫外線照射而固化的透明樹脂是有效的。進一步，為防止光線的過多散射損失，可以採用固化後具有合適折射率的樹脂以形成透明未充滿樹脂層37。更具體而言，固化後樹脂的折射率希望基本等於透明樹脂隔離體36的折射率。
在上述的根據本發明的實施例的光學半導體模塊和光學半導體模塊的製造方法中，可以製造出具有高再現性高再生產性的光學半導體模塊。此外，可以改進生產率。從而，可以以低成本完成LSI的高速晶片之間的布線，從而有利於提升例如信息通信裝置的等級。
根據本發明另一個實施例的光學半導體模塊和光學半導體模塊的製造方法將在下面說明。
在根據本發明的該實施例的光學半導體模塊中，從而不用通過將比如光纖的光傳輸路徑固定到固定部件而進行拋光。在該實施例中，使用了光纖的解理表面(cleaved surface)或通過晶片的集中蝕刻而形成的光波導的邊緣表面，以用於和半導體設備的光耦合。還有，透明樹脂隔離體插入到光學路徑中，以控制半導體設備和光傳輸路徑的邊緣表面之間的距離。
圖16是示意性示出了根據本發明的該實施例的光學半導體模塊的結構的橫截面圖。圖16示出的參考標記和圖1示出的參考標記基本相同。更具體而言，圖16中示出的光學半導體模塊包括光電套1、半導體設備3、光纖4、光纖的保護覆蓋層5、透明樹脂隔離體6、透明未充滿樹脂層7以及引導孔8，其中包括例如光纖和光波導膜的光傳輸路徑貫通引導孔8。
如圖16所示，電布線或凸出電極42由支承體形成，其中該支承體構成形成該凸起和電極部分的主體。電極部分42是一種疊層結構，包括多個由例如金、鉑和鈦形成的層。凸出電極42不限制為該特定結構。例如，可以用銀膏來形成支承體和電極部分。
圖17是示意性示出了圖16示出的整個光學半導體模塊的外部輪廓的斜視圖。在該光學半導體模塊中，四個光纖和4-通道半導體設備陣列耦合。圖17中示出的參考標記42a表示4-通道陣列的共用電極(接地或供電源)，參考標記42b用於每一個半導體設備的信號電極。如圖所示，信號電極42b從半導體設備3所安裝的光電套1的平面成直角彎折至光電套1的鄰近側表面。信號電極42b引到光電套1的鄰近側表面上，從而使電極2b例如可以通過引線接合或倒裝片接合的方式而被連接至例如半導體設備3的驅動IC，其中該光學元件驅動IC。
圖16所示的光學半導體模塊的製造方法將參照圖18至21而描述。
圖18至21是示意性示出了用於說明圖16示出的光學半導體模塊的製造方法的製造過程的橫截面圖。光電套1通過在模具中模製混合了大約80％的直徑大約為30微米的玻璃填充物的環氧樹脂而形成。用於裸露的光纖或凸出電極的凸出部分的孔形成在光電套1中，並且凸出電極42和電布線通過形成圖案的金屬導體化(patternedmetallization)方法而形成，其中形成圖案的金屬導體化方法通過例如採用金屬掩模的濺射方法而實施。因為該特定製造工藝，光電套1可以大批量低成本製造，而同時可以保持小於等於1微米的高精度。
如圖18所示，由例如丙烯酸類樹脂、有機矽樹脂或環氧樹脂構成的透明樹脂薄片(間隔件)6安裝到光電套1，並且比如橡膠板的抵接板(abutting plate)9被推壓而抵靠到透明樹脂薄片(間隔件)6，從而使得凸出電極42的頂部從透明樹脂薄片6伸出。然後，比如表面發射雷射器或光二極體的半導體設備3通過倒裝片接合法安裝到凸出電極42，如圖19所示。進一步，光纖4插入到引導孔中，從而推動該光纖，直到透明樹脂隔離體6接觸到半導體設備3，如圖20所示。在該步驟中，如果光纖4在光電套1保持靜止不動的狀態下插入到引導孔8，可能會推動半導體設備3而脫離兩個電極極板部分。為防止該困難，避免光電套1的固定是可取的。更具體而言，可取的是，在半導體設備3後面設置一個抵接板，以使得半導體設備3和透明樹脂隔離體6被支承，從而半導體設備3和透明樹脂隔離體6夾在光纖4和該抵接板之間。還應當注意，在這種連接中，半導體設備通常是脆性的。因此，為防止高壓力被施加到半導體設備3上，可取的是，監測光纖4的排斥力，從而在上述排斥力微弱增加的位置停止推動光纖。從而，對此下面所述的足夠了，即將透明樹脂隔離體6發生彈性形變而不會將不希望的程度的壓力施加至半導體設備3上的範圍設置為排斥力輕微增加的範圍。
通過簡單的利用普通光纖切割器對光纖4進行切割，就可以獲得具有相對較高平面精度的光學邊緣平面。還應當注意，在這方面，光纖並不是通過斷裂切割法來切割的，而是利用應力解理來切割的，在應力解理中，利用金剛石使光纖表面輕微破損以對側表面施加推壓。在本發明的光學半導體模塊中，利用了切割表面來消除比如拋光步驟等高成本的製造步驟。
最後，液態透明樹脂從半導體設備3所安裝的側表面被注入，從而形成透明未充滿樹脂層7，如圖21所示。還可以從引導孔8的後部或從樹脂注入口(未示出)注入該透明未充滿樹脂，其中該樹脂注入口形成在光電套1的側表面。可以採用比如丙烯酸類樹脂、有機矽樹脂或環氧樹脂的透明樹脂作為透明未充滿樹脂。還有，如果採用那種通過加熱或紫外線照射而固化的透明樹脂，可以有效的實施注入操作。以及，從防止光線的過多散射損失方面，希望固化後的樹脂的折射率儘可能接近透明樹脂隔離體6的折射率。
本發明不被限制為上述每一個實施例。例如，可以採用多種其他樹脂，比如聚醯亞胺樹脂或聚碳酸酯樹脂，以用於形成透明樹脂隔離體和透明未充滿樹脂。還可以使用石英系列光纖或塑料系列光纖。進一步，可以使用光波導膜代替光纖。
根據上述每一個實施例的光學半導體模塊及其製造方法，光學半導體模塊的結構高度簡化，從而壓縮材料成本至最小水平，並且可以大批量製造出高性能的小型的光學半導體模塊。從而，可以以低成本實現LSI的高速晶片之間的布線，以致可以有助於促進提高例如信息通信裝置的等級。
對於本領域技術人員來說，將容易產生其他的優點和變型。因此，具有廣闊範圍的本發明不限制到具體的細節和這裡示出和說明的代表性的實施例。因此，可以進行多種變型而不脫離附屬權利要求和它們的等同物限定的概括的創造性概念的精神或範圍。
權利要求
1.一種光學半導體模塊，包括一光導，其具有光耦合末端，所述光導被構造成用於引導光信號；一具有耦合面的光電套，其設有在所述耦合面上的電極極板，並設有引導通孔，所述引導通孔具有在所述耦合面上的開口，所述光導插入所述引導通孔；半導體設備，其設置成具有間隙地面向耦合面，並電聯接到所述電極極板，所述半導體設備包括面向所述光耦合末端的發光部分或光檢測部分；一第一樹脂層，位於所述發光部分或光檢測部分和所述光耦合末端之間的所述間隙中，所述第一樹脂層使所述發光部分或光檢測部分光耦合到所述光耦合末端；以及一第二樹脂層，其被施加到間隙中在第一樹脂層周圍。
2.根據權利要求1所述的光學半導體模塊，其中所述第一樹脂層由粒狀透明樹脂形成。
3.根據權利要求1所述的光學半導體模塊，進一步包括形成在所述光電套中並和引導通孔連通的槽。
4.根據權利要求1所述的光學半導體模塊，其中光電套具有與耦合面相對的另一個面，並且引導通孔包括第一孔部分和第二孔部分，第二孔部分和第一孔部分連通，比第一孔部分大，並在與該耦合面相對的另一個面上開口。
5.一種光學半導體模塊，包括一個以上的光導，每一個光導均具有光耦合末端，並且被構造成用於引導光信號；光電套，其具有耦合面，設有在耦合面上的一個以上的電極極板，並設有一個以上的引導通孔，每個引導通孔均具有在耦合面上的開口，其中所述光導分別插入所述通孔；半導體設備，設置成具有間隙地面向耦合面，並電聯接到電極極板，該半導體設備包括分別面向光耦合末端的發光部分或光檢測部分；一個以上的第一樹脂部分，每一個均位於發光部分或光檢測部分和光耦合末端之間的間隙中，每一個第一樹脂部分都使發光部分或光檢測部分光耦合到光耦合末端；以及一第二樹脂層，施加到間隙中在所述第一樹脂部分周圍。
6.根據權利要求5所述的光學半導體模塊，其中第一樹脂部分由粒狀透明樹脂形成。
7.根據權利要求5所述的光學半導體模塊，進一步包括分別形成在光電套中並和引導通孔連通的槽。
8.根據權利要求5所述的光學半導體模塊，其中光電套具有與耦合面相對的另一個面，並且每一個引導通孔包括第一和第二孔部分，第二孔部分和第一孔部分連通，比第一孔部分大，並在與耦合面相對的面上開口。
9.一種光學半導體模塊，包括光導，其具有光耦合末端，所述光導被構造成用於引導光信號；光電套，具有耦合面，設有在耦合面上的電極極板，並設有引導通孔，所述引導通孔具有在耦合面上的開口，其中光導插入該引導通孔；半導體設備，設置成具有間隙地面向耦合面，並電聯接到電極極板，該半導體設備包括面向光耦合末端的發光部分或光檢測部分；粒狀第一樹脂層，位於發光部分或光檢測部分和光耦合末端之間的間隙中，所述第一樹脂層將所述發光部分或光檢測部分光耦合到光耦合末端；以及第二樹脂層，其被施加到間隙中在第一樹脂層周圍。
10.根據權利要求9所述的光學半導體模塊，進一步包括形成在光電套中並和引導通孔連通的槽。
11.根據權利要求9所述的光學半導體模塊，其中光電套具有與耦合面相對的另一個面，並且引導通孔包括第一和第二孔部分，第二孔部分和第一孔部分連通，比第一孔部分大，並在與耦合面相對的面上開口。
12.一種製造光學半導體模塊的方法，包括填充第一透明樹脂到槽中，其中所述槽形成在形似光電套的工具中；將光導插入到橫穿第一槽的通孔中，衝壓在光導的頂端的第一樹脂；將具有安裝到光導上的衝壓過的第一樹脂頂部的光導從通孔中取出；以及將該光導插入到在光電套中形成的引導通孔中，從而使得光導抵接安裝在光電套的耦合面上的半導體設備。
13.一種製造光學半導體模塊的方法，包括將固態或半固態的粒狀第一透明樹脂與液態第二透明樹脂混合，將所形成的混合物注入到光電套的引導通孔中；將光導插入到光電套的引導通孔中，從而使得該混合物接觸到光導的頂端和安裝在光電套的耦合面上的半導體設備；以及使第二透明樹脂凝固。
14.一種製造光學半導體模塊的方法，包括將透明樹脂設置在半導體設備的發光部分或光檢測部分上；將半導體設備安裝到光電套的耦合面上，以使得發光部分或光檢測部分與光電套的引導通孔對準；將光導插入到光電套的引導通孔中，以使得該透明樹脂與光導的頂端接觸；以及從半導體設備周圍澆注液態樹脂，並使該液態樹脂凝固。
15.一種光學半導體模塊，包括光導，其具有光耦合末端，該光導被構造成用於引導光信號；光電套，具有耦合面，設有在耦合面上的電極極板，並設有引導通孔，引導通孔具有在耦合面上的開口，其中光導插入該引導通孔；半導體設備，設置成具有間隙地面向耦合面，並電聯接到一個以上的電極極板，該半導體設備包括面向光耦合末端的發光部分或光檢測部分；第一樹脂層，位於發光部分或光檢測部分與光耦合末端之間的間隙中，該第一樹脂層使所述發光部分或光檢測部分光耦合到光耦合末端；以及一個以上的凸出電極，固定在耦合面上，設置在該開口部分周圍，並穿透第一樹脂層以被連接到半導體設備；以及第二樹脂，填充在第一樹脂層周圍的區域和凸出電極周圍的區域中。
16.根據權利要求15所述的光學半導體模塊，其中凸出電極包括和光電套一體形成的支承體，以及由在支承體上形成的導電體形成的電極部分。
17.根據權利要求15所述的光學半導體模塊，其中凸出電極由具有多層結構的導電體形成。
18.根據權利要求15所述的光學半導體模塊，其中透明樹脂膜具有柔性。
19.根據權利要求15所述的光學半導體模塊，其中引導通孔具有另一個開口部分和在兩個開口部分之間的延伸部分，另一個開口部分的橫截面比該延伸部分的橫截面要大。
20.一種光學半導體模塊，包括光電套，具有一個以上的光傳輸路徑和多個構造成用於與光傳輸路徑對準的通孔，其中所述光傳輸路徑具有分別設置在一個平面上的光學輸入-輸出面；半導體設備；透明樹脂膜，夾在半導體設備和該平面之間，從而半導體設備和該平面彼此分離；凸出電極，設置在光學輸入-輸出面的周圍，並穿透透明樹脂膜，從而連接到半導體設備；以及樹脂，填充在透明樹脂膜周圍的區域和凸出電極周圍的區域中。
21.根據權利要求20所述的光學半導體模塊，其中凸出電極包括與光電套一體形成的支承體，以及由導電體形成的電極部分。
22.根據權利要求20所述的光學半導體模塊，其中凸出電極由具有多層結構的導電體形成。
23.根據權利要求20所述的光學半導體模塊，其中第一透明樹脂層具有彈性。
24.根據權利要求20所述的光學半導體模塊，其中光電套具有與該平面相對的面，並且所述通孔包括第一和第二孔部分，第二孔部分和第一孔部分連通，比第一孔部分大，並在所述面上開口。
25.一種製造光學半導體模塊的方法，包括將透明樹脂薄片設置在一個平面上，其中光電套的凸出電極形成在該平面上；將透明樹脂薄片推靠到該平面，從而使得凸出電極的頂部從透明樹脂薄片伸出；將半導體設備安裝到凸出電極；將光導插入到光電套的引導通孔中，從而使得透明樹脂薄片被推靠到半導體設備上；以及從半導體設備周圍注入樹脂，以及使該樹脂凝固。
26.根據權利要求25所述的製造光學半導體模塊的方法，其中設置透明樹脂薄片包括將橡膠板設置在透明樹脂薄片上，並且推動透明樹脂薄片包括推動該橡膠板。
全文摘要
在一種光學半導體模塊中，透明樹脂隔離體插入到光導和半導體設備之間。結果，光學半導體模塊由所需的最少部件形成，從而抑制了反射光帶來的影響。還有，光學半導體模塊可以不採用高成本製造步驟而被製造。
文檔編號G02B6/42GK1637451SQ200410104898
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月24日 優先權日2003年12月26日
發明者古山英人, 濱崎浩史 申請人:株式會社東芝