制造光学半导体模块的方法转让专利
申请号 : CN200710142435.X
文献号 : CN100585440C
文献日 : 2010-01-27
发明人 : 古山英人 , 滨崎浩史
申请人 : 株式会社东芝
摘要 :
在一种光学半导体模块中，透明树脂隔离体插入到光导和半导体设备之间。结果，光学半导体模块由所需的最少部件形成，从而抑制了反射光带来的影响。还有，光学半导体模块可以不采用高成本制造步骤而被制造。
权利要求 :
1.一种制造光学半导体模块的方法，其工序包括：将透明树脂薄片推靠到光电套的形成有凸出电极的面上，从而使 得所述凸出电极的顶部从所述透明树脂薄片中凸出；
将光学半导体元件安装到所述凸出电极上；
将光传输线路插入到所述光电套的引导部中，从而推靠透明树脂 薄片与所述半导体元件接触；以及从光学半导体元件周围向所述光学半导体元件及所述光电套之间 注入透明树脂，并使该树脂凝固。
2.根据权利要求1所述的制造光学半导体模块的方法，其中使所 述凸出电极的顶部从透明树脂薄片凸出的工序包括，利用橡胶板将所 述透明树脂薄片推靠到所述光电套的形成有所述凸出电极的面上。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种光学半导体模块和制造该模块的方法，尤其是， 涉及一种具有相对简单结构适用于短距离光传输并能够实现之间的稳 定的光耦合的光学半导体。
背景技术
在大规模集成电路中，在运行速度方面已经取得了突飞猛进的进 展，这是因为改进了比如双极性晶体管或场效应晶体管等电子装置的 性能。然而，即使已经实现了LSI内部的运行速度，但LSI安装到的 印制电路板一级的运行速度水平被抑制到了低于LSI内部运行速度的 水平，并且该运行速度其内包含有印刷电路板的齿条一级(rack level) 进一步降低。该被抑制的运行速度源于伴随运行频率提升的布线传输 损失以及源于噪声和电磁干扰的增加。对于运行速度而言其将不可避 免的抑制到一个低水平，因为，为了确保信号质量，运行频率抑制到 一个低水平而导线长度却增加。从而，近年来，在布线装置中，装配 技术而不是LSI的运行速度控制系统运行速度的趋势越来越强烈。
从上述结合布线装置的问题的角度，已经提出了一些例如在日本 专利公开(Kokai)NO.2000-347072中公开的用于光耦合不同LSI 的光学布线装置。例如，从具有超过100GHz的DC区域和AC区域 的损失考虑，该光学布线几乎不依赖于频率，而布线路径基本免于电 磁干扰或接地电压波动噪声。在这种情况下，可以容易地实现Gbps 计数的布线。为实现不同LSI之间的这种光学布线，需要一种例如在 上述引用的日本专利公开NO.2000-347072中公开的具有简化结构的 光学半导体模块。还有，需要大量的光学传输路径来作为LSI布线， 对于光学半导体模块而言还需要以低成本制造。
通常，在光学半导体模块中结合成像透镜等等，并且光导耦合部 件具有连接器结构。在这种情况下，很多时候很难充分小型化光学半 导体模块。另一方面，在上述引用的日本专利公开NO.2000-347072 中公开的光学半导体模块中，光学传输路径比如光导直接耦合到半导 体设备从而形成一种集成结构。结果，可以相对容易的实现小型化。 然而，这种特定构造引发了下面将指出的一些问题。
具体而言，在日本专利公开NO.2000-347072中公开的光学半导 体模块中，其光导和固定部件被集成地形成，在固定部件上形成一个 图案电极以安装半导体设备到上述集成结构。从而，需要在光导固定 部件的一个非常小的边缘部分进行该电极的布图描绘或布图传送。更 具体而言，需要在数米至数十米的光导固定在安装状态下进行具有数 微米精度的集成电路布图。实际上，通过该制造方法来制造该光学半 导体模块非常困难。然而，当采用大于等于一个排列的半导体设备时， 完全需要采用这种特定的方法。从而，在批量生产时通过该特定制造 方法基本不可能制造出该光学半导体模块。或者，当采用该特定制造 方法时，成品收率非常的低。
应当注意到，在上述引用的日本专利公开NO.2000-347072中公 开的光学半导体模块中，光导(optical guide)的边缘表面和该半导体 设备安装到的平面基本处于同一平面，结果是光导和该半导体设备位 置非常靠近从而彼此耦合。然而，表面发射激光-一种典型的高速光 信号源-对反射光，例如，从表面发射激光自身发射出的激光和被反 射从而回到表面发射激光的激光，非常敏感。换言之，来自光纤耦合 部件的反射光(近端反射)是表面发射激光所固有的。从而，在日本 专利公开NO.2000-347072中公开的光学半导体模块中，对例如光导 的发光平面上的发射光(远端反射)采取措施是非常重要的。利用光 频间隔件的方法提供了对付上述问题最可靠的手段。然而，光频间隔 件非常昂贵。此外，将产生另一个问题，即，包含该光频间隔件将使 得该模块体积变得非常大。
作为另一种解决手段，可以考虑施加抗反射涂层到光导边缘表面 或对光导边缘表面进行倾斜处理。作为对付反射光的手段，该方法当 然是有效的。然而，在比如日本专利公开NO.2000-347072的现有技 术中，光导和固定部件是集成的从而形成用于半导体设备的图案电极。 结果，还需要在布图中形成该无反射涂层。这就需要一种精确的布图 结构，从而引发了在上述技术中的产率方面的问题。
还可以通过恰当的设置表面发射激光器和光导之间的距离来缓和 反射光带来的影响。更具体而言，如果表面发射激光器和光导之间的 距离极其长，光耦合将非常简单的减弱，而使得光传输变得非常困难。 应当注意到这种关系，如果表面发射激光器和光纤之间的距离恰当的 设置，光耦合当然可以减弱。然而，反射光同时也消除了。从而，反 射光的影响可以大大的抑制，同时可以维持光传输的能力。
然而，在上述引用的日本专利公开NO.2000-347072中公开的光 学半导体模块中，基本上很难控制半导体设备和光纤边缘的距离。特 别是，当半导体设备距离光纤边缘达大约100微米时，需要控制间隔 件的厚度或控制光纤的蚀刻基座(etch back)，结果是再生产性极差。
就日本专利公开NO.2000-347072中公开的光学半导体模块而 论，最重要的是，通过抛光来形成光纤的边缘平面，考虑光纤的边缘 平面的制造成本占据了很大的份额。通常，光纤抛光包括将光纤安装 到抛光装置、粗抛光、中间阶段抛光、以及最后阶段抛光，这需要超 过数小时的处理时间。从而，产率未得以改进。此外，限制了成本降 低。
从上述结合布线装置的问题的角度，已经提出了一些例如在日本 专利公开(Kokai)NO.2000-347072中公开的用于光耦合不同LSI 的光学布线装置。例如，从具有超过100GHz的DC区域和AC区域 的损失考虑，该光学布线几乎不依赖于频率，而布线路径基本免于电 磁干扰或接地电压波动噪声。在这种情况下，可以容易地实现Gbps 计数的布线。为实现不同LSI之间的这种光学布线，需要一种例如在 上述引用的日本专利公开NO.2000-347072中公开的具有简化结构的 光学半导体模块。还有，需要大量的光学传输路径来作为LSI布线， 对于光学半导体模块而言还需要以低成本制造。
通常，在光学半导体模块中结合成像透镜等等，并且光导耦合部 件具有连接器结构。在这种情况下，很多时候很难充分小型化光学半 导体模块。另一方面，在上述引用的日本专利公开NO.2000-347072 中公开的光学半导体模块中，光学传输路径比如光导直接耦合到半导 体设备从而形成一种集成结构。结果，可以相对容易的实现小型化。 然而，这种特定构造引发了下面将指出的一些问题。
具体而言，在日本专利公开NO.2000-347072中公开的光学半导 体模块中，其光导和固定部件被集成地形成，在固定部件上形成一个 图案电极以安装半导体设备到上述集成结构。从而，需要在光导固定 部件的一个非常小的边缘部分进行该电极的布图描绘或布图传送。更 具体而言，需要在数米至数十米的光导固定在安装状态下进行具有数 微米精度的集成电路布图。实际上，通过该制造方法来制造该光学半 导体模块非常困难。然而，当采用大于等于一个排列的半导体设备时， 完全需要采用这种特定的方法。从而，在批量生产时通过该特定制造 方法基本不可能制造出该光学半导体模块。或者，当采用该特定制造 方法时，成品收率非常的低。
应当注意到，在上述引用的日本专利公开NO.2000-347072中公 开的光学半导体模块中，光导(optical guide)的边缘表面和该半导体 设备安装到的平面基本处于同一平面，结果是光导和该半导体设备位 置非常靠近从而彼此耦合。然而，表面发射激光-一种典型的高速光 信号源-对反射光，例如，从表面发射激光自身发射出的激光和被反 射从而回到表面发射激光的激光，非常敏感。换言之，来自光纤耦合 部件的反射光(近端反射)是表面发射激光所固有的。从而，在日本 专利公开NO.2000-347072中公开的光学半导体模块中，对例如光导 的发光平面上的发射光(远端反射)采取措施是非常重要的。利用光 频间隔件的方法提供了对付上述问题最可靠的手段。然而，光频间隔 件非常昂贵。此外，将产生另一个问题，即，包含该光频间隔件将使 得该模块体积变得非常大。
作为另一种解决手段，可以考虑施加抗反射涂层到光导边缘表面 或对光导边缘表面进行倾斜处理。作为对付反射光的手段，该方法当 然是有效的。然而，在比如日本专利公开NO.2000-347072的现有技 术中，光导和固定部件是集成的从而形成用于半导体设备的图案电极。 结果，还需要在布图中形成该无反射涂层。这就需要一种精确的布图 结构，从而引发了在上述技术中的产率方面的问题。
还可以通过恰当的设置表面发射激光器和光导之间的距离来缓和 反射光带来的影响。更具体而言，如果表面发射激光器和光导之间的 距离极其长，光耦合将非常简单的减弱，而使得光传输变得非常困难。 应当注意到这种关系，如果表面发射激光器和光纤之间的距离恰当的 设置，光耦合当然可以减弱。然而，反射光同时也消除了。从而，反 射光的影响可以大大的抑制，同时可以维持光传输的能力。
然而，在上述引用的日本专利公开NO.2000-347072中公开的光 学半导体模块中，基本上很难控制半导体设备和光纤边缘的距离。特 别是，当半导体设备距离光纤边缘达大约100微米时，需要控制间隔 件的厚度或控制光纤的蚀刻基座(etch back)，结果是再生产性极差。
就日本专利公开NO.2000-347072中公开的光学半导体模块而 论，最重要的是，通过抛光来形成光纤的边缘平面，考虑光纤的边缘 平面的制造成本占据了很大的份额。通常，光纤抛光包括将光纤安装 到抛光装置、粗抛光、中间阶段抛光、以及最后阶段抛光，这需要超 过数小时的处理时间。从而，产率未得以改进。此外，限制了成本降 低。
发明内容
本发明的目的之一是，提供一种由最少所需部件构成的光学半导 体模块，其可以抑制反射光带来的影响并可以不采用高成本制造步骤 而进行制造，以及提供一种制造该特定光学半导体模块的方法。
本发明的技术方案如下：
根据本发明，提供一种制造光学半导体模块的方法，其工序包括： 将透明树脂薄片推靠到光电套的形成有凸出电极的面上，从而使得所 述凸出电极的顶部从所述透明树脂薄片中凸出；将光学半导体元件安 装到所述凸出电极上；将光传输线路插入到所述光电套的引导部中， 从而推靠透明树脂薄片与所述半导体元件接触；以及从光学半导体元 件周围向所述光学半导体元件及所述光电套之间注入透明树脂，并使 该树脂凝固。
优选地，使所述凸出电极的顶部从透明树脂薄片凸出的工序包括， 利用橡胶板将所述透明树脂薄片推靠到所述光电套的形成有所述凸出 电极的面上。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光导，其具有光耦合末端，该光导用于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 并设有具有在所述耦合面上的开口的引导通孔，其中所述光导插入该 引导通孔；
形成在所述光电套中并和所述引导通孔连通的槽；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，该半导体设备包括面向光耦合末端的发光部分或光检测 部分；
第一树脂层，位于所述发光部分或光检测部分与所述光耦合末端 之间的间隙中，该第一树脂层将该发光部分或光检测部光耦合到所述 光耦合末端；以及
第二树脂层，其被施加到间隙中在第一树脂层周围。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
至少两个光导，每一个光导均具有光耦合末端，并且所述光导用 于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 还设有至少两个引导通孔，每个所述引导通孔具有在所述耦合面上的 开口，其中所述光导分别插入所述引导通孔；
分别形成在所述光电套中并和所述引导通孔连通的槽；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，该半导体设备包括分别面向所述光耦合末端的发光部分 或光检测部分；
至少两个第一树脂部分，每一个均位于所述发光部分或光检测部 分与所述光耦合末端之间的间隙中，每一个所述第一树脂部分使该发 光部分或光检测部分光耦合到所述光耦合末端；以及
第二树脂层，施加到间隙中在所述第一树脂部分周围。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光导，其具有光耦合末端，所述光导用于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 并设有具有在所述耦合面上的开口的引导通孔，所述光导插入所述引 导通孔；
形成在所述光电套中并和所述引导通孔连通的槽；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，所述半导体设备包括面向所述光耦合末端的发光部分或 光检测部分；
粒状第一树脂层，位于所述发光部分或光检测部分与所述光耦合 末端之间的间隙中，所述第一树脂层将所述发光部分或光检测部分光 耦合到所述光耦合末端；以及
第二树脂层，施加到间隙中在第一树脂层周围。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造光学半导体模块的方 法，包括以下步骤：
填充第一透明树脂到形似光电套的槽中，其中所述槽形成在工具 中；
将光导插入到横穿第一槽的通孔中，在所述光导的顶端冲压第一 透明树脂；
将具有安装到所述光导顶端的冲压过的第一透明树脂的所述光导 从所述通孔中取出；以及
将该光导插入到在光电套中形成的引导通孔中，从而使得所述光 导抵靠安装在所述光电套的耦合面上的半导体设备。
根据本发明的进一步的另一个方面，提供了一种制造光学半导体 模块的方法，包括以下步骤：
混合固态或半固态的粒状第一透明树脂和液态第二透明树脂，将 所形成的混合物注入到光电套的引导通孔中，所述光电套具有槽，所 述槽与所述引导通孔连通；
将光导插入到所述光电套的所述引导通孔中，从而使得该混合物 接触到所述光导的顶端和安装在所述光电套的耦合面上的半导体设 备；以及
凝固所述第二透明树脂。
根据本发明的进一步的另一个方面，提供了一种制造光学半导体 模块的方法，包括以下步骤：
在半导体设备的发光部分或光检测部分上设置透明树脂；
将设置透明树脂的所述半导体设备安装到光电套的耦合面，从而 使所述发光部分或光检测部分与所述光电套的引导通孔对齐，所述光 电套具有槽，所述槽与所述引导通孔连通；
将光导插入到所述光电套的所述引导通孔中，从而使得该透明树 脂接触到所述光导的顶端；以及
从所述半导体设备周围注入液态树脂，并凝固该液态树脂。
根据本发明的进一步的方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光导，其具有光耦合末端，所述光导用于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 并设有具有在所述耦合面上的开口的引导通孔，其中所述光导插入所 述引导通孔；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，所述半导体设备包括面向所述光耦合末端的发光部分或 光检测部分；
第一树脂层，位于所述发光部分或光检测部分和所述光耦合末端 之间的间隙中，所述第一树脂层光耦合该发光部分或光检测部分到所 述光耦合末端；以及
至少两个凸出电极，固定在所述耦合面上，设置在该开口部分周 围，并穿透第一树脂层以被连接到所述半导体设备上；以及
第二树脂，填充在所述第一树脂层周围的区域和所述凸出电极周 围的区域中。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光电套，设有光传输路径和多个用于与所述光传输路径对准的通 孔，其中所述光传输路径具有分别设置在一个平面上的光学输入-输出 面；
半导体设备；
透明树脂膜，夹在所述半导体设备和所述平面之间，从而使所述 半导体设备和该平面彼此分离；
凸出电极，设置在所述光学输入-输出面的周围，并穿透所述透明 树脂膜，从而连接到所述半导体设备；以及
树脂，填充在所述透明树脂膜周围的区域和所述凸出电极周围的 区域中。
进一步，根据本发明的另一个方面，提供了一种制造光学半导体 模块的方法，包括：
在一个平面上设置透明树脂薄片，其中光电套的凸出电极形成在 该平面上；
将所述透明树脂薄片推靠到该平面上，从而使得所述凸出电极的 顶部从所述透明树脂薄片伸出；
安装半导体设备到所述凸出电极；
将光导插入到光电套的引导通孔中，从而使得所述透明树脂薄片 推靠到所述半导体设备；以及
从所述半导体设备周围注入树脂，并凝固该树脂。
本发明的技术方案如下：
根据本发明，提供一种制造光学半导体模块的方法，其工序包括： 将透明树脂薄片推靠到光电套的形成有凸出电极的面上，从而使得所 述凸出电极的顶部从所述透明树脂薄片中凸出；将光学半导体元件安 装到所述凸出电极上；将光传输线路插入到所述光电套的引导部中， 从而推靠透明树脂薄片与所述半导体元件接触；以及从光学半导体元 件周围向所述光学半导体元件及所述光电套之间注入透明树脂，并使 该树脂凝固。
优选地，使所述凸出电极的顶部从透明树脂薄片凸出的工序包括， 利用橡胶板将所述透明树脂薄片推靠到所述光电套的形成有所述凸出 电极的面上。
根据本发明的一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光导，其具有光耦合末端，该光导用于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 并设有具有在所述耦合面上的开口的引导通孔，其中所述光导插入该 引导通孔；
形成在所述光电套中并和所述引导通孔连通的槽；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，该半导体设备包括面向光耦合末端的发光部分或光检测 部分；
第一树脂层，位于所述发光部分或光检测部分与所述光耦合末端 之间的间隙中，该第一树脂层将该发光部分或光检测部光耦合到所述 光耦合末端；以及
第二树脂层，其被施加到间隙中在第一树脂层周围。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
至少两个光导，每一个光导均具有光耦合末端，并且所述光导用 于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 还设有至少两个引导通孔，每个所述引导通孔具有在所述耦合面上的 开口，其中所述光导分别插入所述引导通孔；
分别形成在所述光电套中并和所述引导通孔连通的槽；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，该半导体设备包括分别面向所述光耦合末端的发光部分 或光检测部分；
至少两个第一树脂部分，每一个均位于所述发光部分或光检测部 分与所述光耦合末端之间的间隙中，每一个所述第一树脂部分使该发 光部分或光检测部分光耦合到所述光耦合末端；以及
第二树脂层，施加到间隙中在所述第一树脂部分周围。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光导，其具有光耦合末端，所述光导用于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 并设有具有在所述耦合面上的开口的引导通孔，所述光导插入所述引 导通孔；
形成在所述光电套中并和所述引导通孔连通的槽；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，所述半导体设备包括面向所述光耦合末端的发光部分或 光检测部分；
粒状第一树脂层，位于所述发光部分或光检测部分与所述光耦合 末端之间的间隙中，所述第一树脂层将所述发光部分或光检测部分光 耦合到所述光耦合末端；以及
第二树脂层，施加到间隙中在第一树脂层周围。
根据本发明的另一个方面，提供了一种制造光学半导体模块的方 法，包括以下步骤：
填充第一透明树脂到形似光电套的槽中，其中所述槽形成在工具 中；
将光导插入到横穿第一槽的通孔中，在所述光导的顶端冲压第一 透明树脂；
将具有安装到所述光导顶端的冲压过的第一透明树脂的所述光导 从所述通孔中取出；以及
将该光导插入到在光电套中形成的引导通孔中，从而使得所述光 导抵靠安装在所述光电套的耦合面上的半导体设备。
根据本发明的进一步的另一个方面，提供了一种制造光学半导体 模块的方法，包括以下步骤：
混合固态或半固态的粒状第一透明树脂和液态第二透明树脂，将 所形成的混合物注入到光电套的引导通孔中，所述光电套具有槽，所 述槽与所述引导通孔连通；
将光导插入到所述光电套的所述引导通孔中，从而使得该混合物 接触到所述光导的顶端和安装在所述光电套的耦合面上的半导体设 备；以及
凝固所述第二透明树脂。
根据本发明的进一步的另一个方面，提供了一种制造光学半导体 模块的方法，包括以下步骤：
在半导体设备的发光部分或光检测部分上设置透明树脂；
将设置透明树脂的所述半导体设备安装到光电套的耦合面，从而 使所述发光部分或光检测部分与所述光电套的引导通孔对齐，所述光 电套具有槽，所述槽与所述引导通孔连通；
将光导插入到所述光电套的所述引导通孔中，从而使得该透明树 脂接触到所述光导的顶端；以及
从所述半导体设备周围注入液态树脂，并凝固该液态树脂。
根据本发明的进一步的方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光导，其具有光耦合末端，所述光导用于引导光信号；
光电套，具有耦合面，设有在所述耦合面上的至少两个电极极板， 并设有具有在所述耦合面上的开口的引导通孔，其中所述光导插入所 述引导通孔；
半导体设备，设置成具有间隙的面向所述耦合面，并电联接到所 述电极极板，所述半导体设备包括面向所述光耦合末端的发光部分或 光检测部分；
第一树脂层，位于所述发光部分或光检测部分和所述光耦合末端 之间的间隙中，所述第一树脂层光耦合该发光部分或光检测部分到所 述光耦合末端；以及
至少两个凸出电极，固定在所述耦合面上，设置在该开口部分周 围，并穿透第一树脂层以被连接到所述半导体设备上；以及
第二树脂，填充在所述第一树脂层周围的区域和所述凸出电极周 围的区域中。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光学半导体模块，包括：
光电套，设有光传输路径和多个用于与所述光传输路径对准的通 孔，其中所述光传输路径具有分别设置在一个平面上的光学输入-输出 面；
半导体设备；
透明树脂膜，夹在所述半导体设备和所述平面之间，从而使所述 半导体设备和该平面彼此分离；
凸出电极，设置在所述光学输入-输出面的周围，并穿透所述透明 树脂膜，从而连接到所述半导体设备；以及
树脂，填充在所述透明树脂膜周围的区域和所述凸出电极周围的 区域中。
进一步，根据本发明的另一个方面，提供了一种制造光学半导体 模块的方法，包括：
在一个平面上设置透明树脂薄片，其中光电套的凸出电极形成在 该平面上；
将所述透明树脂薄片推靠到该平面上，从而使得所述凸出电极的 顶部从所述透明树脂薄片伸出；
安装半导体设备到所述凸出电极；
将光导插入到光电套的引导通孔中，从而使得所述透明树脂薄片 推靠到所述半导体设备；以及
从所述半导体设备周围注入树脂，并凝固该树脂。
附图说明
图1是示意性示出了根据本发明的第一实施例的光学半导体模块 的结构的横截面图；
图2是示意性示出了结合了图1示出的光学半导体模块的光学接 口模块的结构的横截面图；
图3是示出了图1示出的整个光学半导体模块的外部轮廓的斜视 图；
图4是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图5是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图6是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图7是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图8是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图9是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图10是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的另一 种制造方法的制造过程的横截面图；
图11是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的另一 种制造方法的制造过程的横截面图；
图12是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的另一 种制造方法的制造过程的横截面图；
图13是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的进一 步的另一种制造方法的制造过程的横截面图；
图14是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的进一 步的另一种制造方法的制造过程的横截面图；
图15是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的进一 步的另一种制造方法的制造过程的横截面图；
图16是示意性示出了根据本发明的第二实施例的光学半导体模 块的结构的横截面图；
图17是示意性示出了图16示出的整个光学半导体模块的外部轮 廓的斜视图；
图18是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图；
图19是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图；
图20是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图；
图21是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图。
图2是示意性示出了结合了图1示出的光学半导体模块的光学接 口模块的结构的横截面图；
图3是示出了图1示出的整个光学半导体模块的外部轮廓的斜视 图；
图4是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图5是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图6是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图7是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图8是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图9是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的制造 方法的制造过程的横截面图；
图10是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的另一 种制造方法的制造过程的横截面图；
图11是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的另一 种制造方法的制造过程的横截面图；
图12是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的另一 种制造方法的制造过程的横截面图；
图13是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的进一 步的另一种制造方法的制造过程的横截面图；
图14是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的进一 步的另一种制造方法的制造过程的横截面图；
图15是示意性示出了用于说明图1示出的光学半导体模块的进一 步的另一种制造方法的制造过程的横截面图；
图16是示意性示出了根据本发明的第二实施例的光学半导体模 块的结构的横截面图；
图17是示意性示出了图16示出的整个光学半导体模块的外部轮 廓的斜视图；
图18是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图；
图19是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图；
图20是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图；
图21是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块的制 造方法的制造过程的横截面图。
具体实施方式
根据本发明每一个实施例的光学半导体模块和光学半导体模块的 制造方法将参照附图进行说明。
图1是示意性示出了根据本发明的第一实施例的光学半导体模块 的结构的横截面图。
如图2所示，图1示出的本发明的光学半导体模块包含在光学接 口模块107中。光学接口模块107设置在印制电路板106中。还有， 光学接口模块107和比如LSI组件101的单元或半导体设备通过中间 插入件(interposer)102相互电连接，其中LSI组件101安装到该中 间插入件102上。顺便提及，参考标记103、105、109表示连接接线 端。如图所示，印制电路板106通过连接接线端105电连接到中间插 入件102。还有，LSI组件101通过连接接线端103电连接到中间插 入件102。通过光导或光纤115从外部电路引入到光学接口模块107 的光学信号转换为电信号，然后，通过连接接线端107传输到中间插 入件102中设置的电导线104、110，进一步，通过上述电导线104、 110传输到LSI组件101。同样的，从LSI组件101传输而来的电信 号通过电导线104、110和连接接线端109传输到光学接口模块107 中，从而转换为光学接口模块107内部的光信号。由此获得的该光信 号通过光导115传输到外部电路。图2所示的参考标记121表示用于 冷却LSI组件101的散热片。
图1所示的光学半导体模块包括光电套1，其由通过混合玻璃纤 维和例如环氧树脂而成的材料形成。光电套1具有1到2mm的厚度 Ta和2到3mm的长度Lb是合适的。引导孔8沿光电套1的纵向形 成。比如光纤4的光导插入到引导孔8内，从而被机械固定。光导包 括光纤4和用于覆盖并保护光纤4的保护覆盖层5。然而，保护覆盖 层5从插入到引导孔8的光纤4的那部分中去除，从而具有由在光纤 4的插入部分准确决定的外部形状的位置。在这种情况下，光纤4在 插入到引导孔8中的部分是裸露的。通过简单的利用普通光纤切割器 对光纤4进行切割，就可以获得光纤4的光信号输入-输出边缘平面 (edge plane)。更具体而言，可以通过简单的利用普通光纤切割器对 光纤4进行切割而获得相对高平面精度的光学边缘平面。该光纤并不 是通过断裂切割(breakage cutting)来切割的，而是利用应力解理 (cleavage stress)来切割的，其中光纤利用金刚石而被轻微地刻破表 面(bruise)来施加对侧表面的推力。在图1示出的光学半导体模块 中，利用了这样的切割表面来消除比如抛光步骤等高成本的制造步骤。 为便于光纤4的插入，引导孔8如是形成，即，在光电套(optoelectronic ferrule)1的某一个主平面1a上的引导孔8的开口直径制造成比引导 孔8内部的直径要大，如图1所示。
还有，半导体设备3设置成面向光电套1的另一个主平面或耦合 面1b。该半导体设备3具有比如VCSEL(垂直空腔表面激光发射二 极管)的发光元件，或者具有比如PIN-PD(p-i-n光电二极管)的光 检测元件，其定位成面向主平面1b。该发光元件或光检测元件的激活 区定位成面向光纤4的核心(未示出)。
由例如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂构成的透明树脂隔 离体6间置于发光元件或光检测元件和光纤4的边缘平面之间。透明 树脂隔离体6具有例如50微米的厚度。透明树脂隔离体6可以由多种 不同的树脂的混合物构成，只要该树脂混合物是均匀的。当透明树脂 隔离体6由树脂的混合物构成时，这些树脂成分必须具有基本彼此相 同的光折射率，从而可以避免透明树脂隔离体6内部的不规则光反射。
电极极板2对应于设置成覆盖在光电套1的主平面1b和侧平面 1c上的电导线(未示出)的一部分。所述电导线(未示出)通过例如 光学接口模块107内的引线接合而连接到光学元件驱动IC。电导线进 一步从光学元件驱动IC延伸穿过光学接口模块107的内部布线、插 针形式的连接接线端109、中间插入件102内部的插孔110、以及焊料 块103，从而连接到用于信号处理的LSI芯片101。
透明未充满(under-fill)树脂7以一种方式形成以填充在半导体 设备3和光电套1之间的间隙中。透明未充满树脂7填充在电极极板 2的周围区域以及透明树脂隔离体6的周围区域，从而对电极极板2 和透明树脂隔离体6进行加固。
图3是示出了图1示出的整个光学半导体模块的外部轮廓的斜视 图。在图3所示的光学半导体模块中，四个光纤耦合到四通道阵列的 半导体设备。在图3所示的光学半导体模块中，电极2a连接到四通道 半导体设备阵列的共用电极(接地或供电源)，电极2b连接到半导体 设备阵列2内的半导体的每一个信号电极。电极2b是布线形式的，所 述布线在半导体设备所安装的平面和光电套1的邻近侧表面之间的角 上弯折成直角。电极2b引到光电套1的邻近侧表面上，从而例如通过 引线接合或倒装片(flip-chip)接合将电极2b连接至例如在之前的图 2中已经描述的光学元件驱动IC。
图1和3所示的光学半导体模块的制造方法将参照图4至9而描 述。在图4至9中示出的、和图1和3中示出的光学半导体模块中的 相应部分产生的功能相同的部分用相同的附图标记表示，以避免重复 说明。
在第一步骤中，光电套1如图4所示制备。通过在模具中模注混 合了约百分之几十的具有大约例如30微米直径的玻璃填充物的环氧 树脂而制备光电套1。通过利用金属掩模和例如溅射工艺，在光电套1 上形成一个图案，从而形成两个电极极板和电布线。通过该成形工艺， 可以批量低成本的制造光电套1而同时保持高精度，该高精度为不大 于1微米。通过利用例如金的柱块(stud bump)，比如表面发射激光 器或光电二极管的半导体设备3倒装法接合连接至光电套1。
图5示出的参考标记20表示类似于光电套1的具有引导部的工 具。由于可以采用光电套1作为工具20，类似于图4的参考标记放到 图5中。横穿引导孔8的槽9形成在工具20中，具有例如50微米厚 度的透明树脂片6a插入到槽9的一部分中。
在接下来的步骤中，光纤4在透明树脂片6a插入到工具20的状 态下插入到引导孔8，透明树脂片6a通过光纤4所给的压力而被部分 冲压下来，结果是透明树脂片6连接到光纤4的顶部，如图6和7所 示。然后，使透明树脂片6连接到其上的光纤4从工具20中取出。在 该步骤中，对透明树脂片6a或光纤4的顶部用透明粘接剂进行涂层是 可取的。在这种情况下，即使光纤4被拔出，透明树脂片6也不会从 光纤4的顶部滑落，如图8所示。
在接下来的步骤中，制备一个新的光电套1，如图9所示。然后， 使透明树脂片6连接到其上的光纤4从光电套1的主平面1a插入到引 导孔8，直到透明树脂片6接触到半导体设备23。如果光纤4在该步 骤中插入到引导孔8而光电套1保持静止不动，可能推动半导体设备 以脱离两个电极极板部分。为防止该困难，避免光电套1的固定是可 取的。更具体而言，可取的是，在相对于半导体设备23的光学半导体 成形平面的平面上设置一个抵接板，将半导体设备23和透明树脂片6 夹在光纤和该抵接板之间。还应当注意，在这种连接中，半导体设备 通常是脆性的。因此，为防止施加到半导体设备的高压力，可取的是， 监测光纤的排斥力，从而在上述排斥力微弱增加的位置停止推动光纤。 上面提到的术语“排斥力”意为阻止朝向半导体设备23推动光纤4 的力。从而，下面的做法就足够了，即将透明树脂片6弹性形变而不 会施加不希望的压力程度至半导体设备的范围设置为在其中排斥力轻 微增加的范围。
最后，液态透明树脂从半导体设备23所安装的侧表面被注入，从 而形成透明未充满树脂层7。在该步骤中，还可以从引导孔8的主表 面1a或通过树脂注入口(未示出)注入该液态透明树脂以形成透明未 充满树脂层7，其中所述树脂注入口形成在光电套1的侧表面上。可 以采用比如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂的透明树脂以用于 形成透明未充满树脂层7。还有，采用那种通过加热或紫外线照射而 固化的透明树脂是有效的。进一步，为防止光线的过多散射损失，可 以采用固化后具有合适折射率的树脂以形成透明未充满树脂层7。更 具体而言，固化后树脂的折射率希望基本等于透明树脂隔离体6的折 射率。
根据本发明第三个实施例的光学半导体模块的制造方法将参照图 10至12说明。
如图10所示，用于树脂注入的槽29形成在光电套21的侧表面 21c上。半导体设备23安装到光电套21的主平面21b，从而主平面 21b上的引导孔28的开口部分定位为面向半导体设备23。在半导体设 备23安装到光电套21之后，以粒状形式处理而成的透明树脂隔离体 26b注入到槽29中。
然后，从树脂注入开口部分透明未充满树脂27注入，从而和提前 注入的透明树脂隔离体26b混合。顺便提及，在根据本发明第三个实 施例的制造方法中，在透明树脂隔离体26b注入之后再将透明未充满 树脂27注入到槽29中。然而，还可以在例如透明树脂隔离体26b注 入到槽29中之前，将透明树脂隔离体26b和透明未充满树脂27提前 混合。还有，以粒状形式处理而成的透明树脂隔离体26b可以呈现为 透明树脂制成的5μm的球的形式，并且该球具有例如5微米的直径。
最后，光纤24插入到引导孔28中，如图12所示。在该步骤中， 透明树脂隔离体26b和透明未充满树脂27一起被推向半导体设备23。 结果，光纤24的顶部非常靠近半导体设备23。然而，透明树脂隔离 体26b停止在处于光纤24的顶部和半导体设备23之间的某个距离处。 从而，由于透明树脂球保持在半导体设备23和光纤24之间，可以确 保半导体设备23和光纤24的光信号输入-输出边缘表面之间大约5微 米的距离。由于额外的透明树脂球被推到光学元件的安装空间之外， 从而可以确保半导体设备23和光电套21的主平面21b之间大约5微 米至10微米的距离。
根据该实施例，可以省略在光纤顶部形成透明树脂隔离体的步骤 和单独将光纤插入到引导孔的步骤，虽然这些步骤在前述实施例中是 需要的。从而，如果该实施例应用于光纤具有大纤芯直径的情况或与 光检测元件耦合的情况，该实施例的益处在于，因为该制造过程的生 产量非常高从而能有效的节约成本。
根据本发明另一个实施例的光学半导体模块的制造方法将参照图 13至15说明。
在该实施例中，半导体设备33的激活区(未示出)提前形成在透 明树脂隔离体36上，如图13所示。透明树脂隔离体36通过例如50 微米厚度的透明聚酰亚胺树脂或透明有机硅树脂的涂层而形成，其中 该涂层例如通过螺旋涂层方法而形成，然后通过例如光蚀刻方法将不 想要的涂覆的树脂层去除，使得例如在激活区上面80μm的区域未被 除去。可以以某种方式形成透明树脂隔离体36，以覆盖除半导体设备 的电极极板(未示出)之外的整个区域。
在接下来的步骤中，半导体设备33的表面上的电极上的残留物等 等被除去，然后例如使用金柱块来进行半导体设备33至光电套1的倒 装片接合连接，如图14所示。无需说，半导体设备33安装至光电套 1，其中半导体设备33的激活区对准光纤的引导孔。
最后，光纤从光电套31的后部插入并推动，直到透明树脂隔离体 36接触到光纤的输入-输出平面。在该步骤中，如果光纤4在光电套 31静止不动的状态下插入到引导孔38，可能会推动半导体设备33与 两个电极极板部分脱离。为防止该困难，可取的是避免固定光电套31。 更具体而言，可取的是，在相对于半导体设备33的光学半导体成形平 面的平面上设置一个抵接板，将半导体设备33和透明树脂片36夹在 光纤和该抵接板之间。还应当注意，在这种连接中，半导体设备通常 是脆性的。因此，为防止施加到半导体设备33的高压力，可取的是， 监测光纤的排斥力，从而在上述排斥力微弱增加的位置停止推动光纤。 上面提到的术语“排斥力”意为阻止朝半导体设备33推动光纤4的力。 从而，下面的做法就足够了，即将透明树脂片36发生弹性形变而不会 施加不希望的压力程度至半导体设备33的范围设备为排斥力在其内 轻微增加的范围。
在接下来的步骤中，液态透明树脂从半导体设备33所安装的侧表 面被注入，从而形成透明未充满树脂层37。在该步骤中，还可以从引 导孔38的主平面1a或通过树脂注入口(未示出)注入该液态透明树 脂以形成透明未充满树脂层7，其中该树脂注入口形成在光电套31的 侧表面。可以采用比如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂的透明 树脂以用于形成透明未充满树脂层37。还有，采用那种通过加热或紫 外线照射而固化的透明树脂是有效的。进一步，为防止光线的过多散 射损失，可以采用固化后具有合适折射率的树脂以形成透明未充满树 脂层37。更具体而言，固化后树脂的折射率希望基本等于透明树脂隔 离体36的折射率。
在上述的根据本发明的实施例的光学半导体模块和光学半导体模 块的制造方法中，可以制造出具有高再现性高再生产性的光学半导体 模块。此外，可以改进生产率。从而，可以以低成本完成LSI的高速 芯片之间的布线，从而有利于提升例如信息通信装置的等级。
根据本发明另一个实施例的光学半导体模块和光学半导体模块的 制造方法将在下面说明。
在根据本发明的该实施例的光学半导体模块中，从而不用通过将 比如光纤的光传输路径固定到固定部件而进行抛光。在该实施例中， 使用了光纤的解理表面(cleaved surface)或通过晶片的集中蚀刻而形 成的光波导的边缘表面，以用于和半导体设备的光耦合。还有，透明 树脂隔离体插入到光学路径中，以控制半导体设备和光传输路径的边 缘表面之间的距离。
图16是示意性示出了根据本发明的该实施例的光学半导体模块 的结构的横截面图。图16示出的参考标记和图1示出的参考标记基本 相同。更具体而言，图16中示出的光学半导体模块包括光电套1、半 导体设备3、光纤4、光纤的保护覆盖层5、透明树脂隔离体6、透明 未充满树脂层7以及引导孔8，其中包括例如光纤和光波导膜的光传 输路径贯通引导孔8。
如图16所示，电布线或凸出电极42由支承体形成，其中该支承 体构成形成该凸起和电极部分的主体。电极部分42是一种叠层结构， 包括多个由例如金、铂和钛形成的层。凸出电极42不限制为该特定结 构。例如，可以用银膏来形成支承体和电极部分。
图17是示意性示出了图16示出的整个光学半导体模块的外部轮 廓的斜视图。在该光学半导体模块中，四个光纤和4-通道半导体设 备阵列耦合。图17中示出的参考标记42a表示4-通道阵列的共用电 极(接地或供电源)，参考标记42b用于每一个半导体设备的信号电极。 如图所示，信号电极42b从半导体设备3所安装的光电套1的平面成 直角弯折至光电套1的邻近侧表面。信号电极42b引到光电套1的邻 近侧表面上，从而使电极2b例如可以通过引线接合或倒装片接合的方 式而被连接至例如半导体设备3的驱动IC，其中该光学元件驱动IC。
图16所示的光学半导体模块的制造方法将参照图18至21而描 述。
图18至21是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块 的制造方法的制造过程的横截面图。光电套1通过在模具中模制混合 了大约80％的直径大约为30微米的玻璃填充物的环氧树脂而形成。 用于裸露的光纤或凸出电极的凸出部分的孔形成在光电套1中，并且 凸出电极42和电布线通过形成图案的金属导体化(patterned metallization)方法而形成，其中形成图案的金属导体化方法通过例 如采用金属掩模的溅射方法而实施。因为该特定制造工艺，光电套1 可以大批量低成本制造，而同时可以保持小于等于1微米的高精度。
如图18所示，由例如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂构成 的透明树脂薄片(间隔件)6安装到光电套1，并且比如橡胶板的抵接 板(abutting plate)9被推压而抵靠到透明树脂薄片(间隔件)6，从 而使得凸出电极42的顶部从透明树脂薄片6伸出。然后，比如表面发 射激光器或光二极管的半导体设备3通过倒装片接合法安装到凸出电 极42，如图19所示。进一步，光纤4插入到引导孔中，从而推动该 光纤，直到透明树脂隔离体6接触到半导体设备3，如图20所示。在 该步骤中，如果光纤4在光电套1保持静止不动的状态下插入到引导 孔8，可能会推动半导体设备3而脱离两个电极极板部分。为防止该 困难，避免光电套1的固定是可取的。更具体而言，可取的是，在半 导体设备3后面设置一个抵接板，以使得半导体设备3和透明树脂隔 离体6被支承，从而半导体设备3和透明树脂隔离体6夹在光纤4和 该抵接板之间。还应当注意，在这种连接中，半导体设备通常是脆性 的。因此，为防止高压力被施加到半导体设备3上，可取的是，监测 光纤4的排斥力，从而在上述排斥力微弱增加的位置停止推动光纤。 从而，对此下面所述的足够了，即将透明树脂隔离体6发生弹性形变 而不会将不希望的程度的压力施加至半导体设备3上的范围设置为排 斥力轻微增加的范围。
通过简单的利用普通光纤切割器对光纤4进行切割，就可以获得 具有相对较高平面精度的光学边缘平面。还应当注意，在这方面，光 纤并不是通过断裂切割法来切割的，而是利用应力解理来切割的，在 应力解理中，利用金刚石使光纤表面轻微破损以对侧表面施加推压。 在本发明的光学半导体模块中，利用了切割表面来消除比如抛光步骤 等高成本的制造步骤。
最后，液态透明树脂从半导体设备3所安装的侧表面被注入，从 而形成透明未充满树脂层7，如图21所示。还可以从引导孔8的后部或 从树脂注入口(未示出)注入该透明未充满树脂，其中该树脂注入口 形成在光电套1的侧表面。可以采用比如丙烯酸类树脂、有机硅树脂 或环氧树脂的透明树脂作为透明未充满树脂。还有，如果采用那种通 过加热或紫外线照射而固化的透明树脂，可以有效的实施注入操作。 以及，从防止光线的过多散射损失方面，希望固化后的树脂的折射率 尽可能接近透明树脂隔离体6的折射率。
本发明不被限制为上述每一个实施例。例如，可以采用多种其他 树脂，比如聚酰亚胺树脂或聚碳酸酯树脂，以用于形成透明树脂隔离 体和透明未充满树脂。还可以使用石英系列光纤或塑料系列光纤。进 一步，可以使用光波导膜代替光纤。
根据上述每一个实施例的光学半导体模块及其制造方法，光学半 导体模块的结构高度简化，从而压缩材料成本至最小水平，并且可以 大批量制造出高性能的小型的光学半导体模块。从而，可以以低成本 实现LSI的高速芯片之间的布线，以致可以有助于促进提高例如信息 通信装置的等级。
对于本领域技术人员来说，将容易产生其他的优点和变型。因此， 具有广阔范围的本发明不限制到具体的细节和这里示出和说明的代表 性的实施例。因此，可以进行多种变型而不脱离附属权利要求和它们 的等同物限定的概括的创造性概念的精神或范围。
本申请是基于2004年12月24日递交的名称为“光学半导体模块 和制造该模块的方法”的第200410104898.3号发明专利申请的分案申 请。
参照相关申请
本申请基于2004年12月26日提交的在前日本专利申请 NO.2003-432231，以及2004年12月26提交的在前日本专利申请 NO.2003-432232并要求其优先权，上述两个在前申请的整个内容在此 结合作为参考。
图1是示意性示出了根据本发明的第一实施例的光学半导体模块 的结构的横截面图。
如图2所示，图1示出的本发明的光学半导体模块包含在光学接 口模块107中。光学接口模块107设置在印制电路板106中。还有， 光学接口模块107和比如LSI组件101的单元或半导体设备通过中间 插入件(interposer)102相互电连接，其中LSI组件101安装到该中 间插入件102上。顺便提及，参考标记103、105、109表示连接接线 端。如图所示，印制电路板106通过连接接线端105电连接到中间插 入件102。还有，LSI组件101通过连接接线端103电连接到中间插 入件102。通过光导或光纤115从外部电路引入到光学接口模块107 的光学信号转换为电信号，然后，通过连接接线端107传输到中间插 入件102中设置的电导线104、110，进一步，通过上述电导线104、 110传输到LSI组件101。同样的，从LSI组件101传输而来的电信 号通过电导线104、110和连接接线端109传输到光学接口模块107 中，从而转换为光学接口模块107内部的光信号。由此获得的该光信 号通过光导115传输到外部电路。图2所示的参考标记121表示用于 冷却LSI组件101的散热片。
图1所示的光学半导体模块包括光电套1，其由通过混合玻璃纤 维和例如环氧树脂而成的材料形成。光电套1具有1到2mm的厚度 Ta和2到3mm的长度Lb是合适的。引导孔8沿光电套1的纵向形 成。比如光纤4的光导插入到引导孔8内，从而被机械固定。光导包 括光纤4和用于覆盖并保护光纤4的保护覆盖层5。然而，保护覆盖 层5从插入到引导孔8的光纤4的那部分中去除，从而具有由在光纤 4的插入部分准确决定的外部形状的位置。在这种情况下，光纤4在 插入到引导孔8中的部分是裸露的。通过简单的利用普通光纤切割器 对光纤4进行切割，就可以获得光纤4的光信号输入-输出边缘平面 (edge plane)。更具体而言，可以通过简单的利用普通光纤切割器对 光纤4进行切割而获得相对高平面精度的光学边缘平面。该光纤并不 是通过断裂切割(breakage cutting)来切割的，而是利用应力解理 (cleavage stress)来切割的，其中光纤利用金刚石而被轻微地刻破表 面(bruise)来施加对侧表面的推力。在图1示出的光学半导体模块 中，利用了这样的切割表面来消除比如抛光步骤等高成本的制造步骤。 为便于光纤4的插入，引导孔8如是形成，即，在光电套(optoelectronic ferrule)1的某一个主平面1a上的引导孔8的开口直径制造成比引导 孔8内部的直径要大，如图1所示。
还有，半导体设备3设置成面向光电套1的另一个主平面或耦合 面1b。该半导体设备3具有比如VCSEL(垂直空腔表面激光发射二 极管)的发光元件，或者具有比如PIN-PD(p-i-n光电二极管)的光 检测元件，其定位成面向主平面1b。该发光元件或光检测元件的激活 区定位成面向光纤4的核心(未示出)。
由例如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂构成的透明树脂隔 离体6间置于发光元件或光检测元件和光纤4的边缘平面之间。透明 树脂隔离体6具有例如50微米的厚度。透明树脂隔离体6可以由多种 不同的树脂的混合物构成，只要该树脂混合物是均匀的。当透明树脂 隔离体6由树脂的混合物构成时，这些树脂成分必须具有基本彼此相 同的光折射率，从而可以避免透明树脂隔离体6内部的不规则光反射。
电极极板2对应于设置成覆盖在光电套1的主平面1b和侧平面 1c上的电导线(未示出)的一部分。所述电导线(未示出)通过例如 光学接口模块107内的引线接合而连接到光学元件驱动IC。电导线进 一步从光学元件驱动IC延伸穿过光学接口模块107的内部布线、插 针形式的连接接线端109、中间插入件102内部的插孔110、以及焊料 块103，从而连接到用于信号处理的LSI芯片101。
透明未充满(under-fill)树脂7以一种方式形成以填充在半导体 设备3和光电套1之间的间隙中。透明未充满树脂7填充在电极极板 2的周围区域以及透明树脂隔离体6的周围区域，从而对电极极板2 和透明树脂隔离体6进行加固。
图3是示出了图1示出的整个光学半导体模块的外部轮廓的斜视 图。在图3所示的光学半导体模块中，四个光纤耦合到四通道阵列的 半导体设备。在图3所示的光学半导体模块中，电极2a连接到四通道 半导体设备阵列的共用电极(接地或供电源)，电极2b连接到半导体 设备阵列2内的半导体的每一个信号电极。电极2b是布线形式的，所 述布线在半导体设备所安装的平面和光电套1的邻近侧表面之间的角 上弯折成直角。电极2b引到光电套1的邻近侧表面上，从而例如通过 引线接合或倒装片(flip-chip)接合将电极2b连接至例如在之前的图 2中已经描述的光学元件驱动IC。
图1和3所示的光学半导体模块的制造方法将参照图4至9而描 述。在图4至9中示出的、和图1和3中示出的光学半导体模块中的 相应部分产生的功能相同的部分用相同的附图标记表示，以避免重复 说明。
在第一步骤中，光电套1如图4所示制备。通过在模具中模注混 合了约百分之几十的具有大约例如30微米直径的玻璃填充物的环氧 树脂而制备光电套1。通过利用金属掩模和例如溅射工艺，在光电套1 上形成一个图案，从而形成两个电极极板和电布线。通过该成形工艺， 可以批量低成本的制造光电套1而同时保持高精度，该高精度为不大 于1微米。通过利用例如金的柱块(stud bump)，比如表面发射激光 器或光电二极管的半导体设备3倒装法接合连接至光电套1。
图5示出的参考标记20表示类似于光电套1的具有引导部的工 具。由于可以采用光电套1作为工具20，类似于图4的参考标记放到 图5中。横穿引导孔8的槽9形成在工具20中，具有例如50微米厚 度的透明树脂片6a插入到槽9的一部分中。
在接下来的步骤中，光纤4在透明树脂片6a插入到工具20的状 态下插入到引导孔8，透明树脂片6a通过光纤4所给的压力而被部分 冲压下来，结果是透明树脂片6连接到光纤4的顶部，如图6和7所 示。然后，使透明树脂片6连接到其上的光纤4从工具20中取出。在 该步骤中，对透明树脂片6a或光纤4的顶部用透明粘接剂进行涂层是 可取的。在这种情况下，即使光纤4被拔出，透明树脂片6也不会从 光纤4的顶部滑落，如图8所示。
在接下来的步骤中，制备一个新的光电套1，如图9所示。然后， 使透明树脂片6连接到其上的光纤4从光电套1的主平面1a插入到引 导孔8，直到透明树脂片6接触到半导体设备23。如果光纤4在该步 骤中插入到引导孔8而光电套1保持静止不动，可能推动半导体设备 以脱离两个电极极板部分。为防止该困难，避免光电套1的固定是可 取的。更具体而言，可取的是，在相对于半导体设备23的光学半导体 成形平面的平面上设置一个抵接板，将半导体设备23和透明树脂片6 夹在光纤和该抵接板之间。还应当注意，在这种连接中，半导体设备 通常是脆性的。因此，为防止施加到半导体设备的高压力，可取的是， 监测光纤的排斥力，从而在上述排斥力微弱增加的位置停止推动光纤。 上面提到的术语“排斥力”意为阻止朝向半导体设备23推动光纤4 的力。从而，下面的做法就足够了，即将透明树脂片6弹性形变而不 会施加不希望的压力程度至半导体设备的范围设置为在其中排斥力轻 微增加的范围。
最后，液态透明树脂从半导体设备23所安装的侧表面被注入，从 而形成透明未充满树脂层7。在该步骤中，还可以从引导孔8的主表 面1a或通过树脂注入口(未示出)注入该液态透明树脂以形成透明未 充满树脂层7，其中所述树脂注入口形成在光电套1的侧表面上。可 以采用比如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂的透明树脂以用于 形成透明未充满树脂层7。还有，采用那种通过加热或紫外线照射而 固化的透明树脂是有效的。进一步，为防止光线的过多散射损失，可 以采用固化后具有合适折射率的树脂以形成透明未充满树脂层7。更 具体而言，固化后树脂的折射率希望基本等于透明树脂隔离体6的折 射率。
根据本发明第三个实施例的光学半导体模块的制造方法将参照图 10至12说明。
如图10所示，用于树脂注入的槽29形成在光电套21的侧表面 21c上。半导体设备23安装到光电套21的主平面21b，从而主平面 21b上的引导孔28的开口部分定位为面向半导体设备23。在半导体设 备23安装到光电套21之后，以粒状形式处理而成的透明树脂隔离体 26b注入到槽29中。
然后，从树脂注入开口部分透明未充满树脂27注入，从而和提前 注入的透明树脂隔离体26b混合。顺便提及，在根据本发明第三个实 施例的制造方法中，在透明树脂隔离体26b注入之后再将透明未充满 树脂27注入到槽29中。然而，还可以在例如透明树脂隔离体26b注 入到槽29中之前，将透明树脂隔离体26b和透明未充满树脂27提前 混合。还有，以粒状形式处理而成的透明树脂隔离体26b可以呈现为 透明树脂制成的5μm的球的形式，并且该球具有例如5微米的直径。
最后，光纤24插入到引导孔28中，如图12所示。在该步骤中， 透明树脂隔离体26b和透明未充满树脂27一起被推向半导体设备23。 结果，光纤24的顶部非常靠近半导体设备23。然而，透明树脂隔离 体26b停止在处于光纤24的顶部和半导体设备23之间的某个距离处。 从而，由于透明树脂球保持在半导体设备23和光纤24之间，可以确 保半导体设备23和光纤24的光信号输入-输出边缘表面之间大约5微 米的距离。由于额外的透明树脂球被推到光学元件的安装空间之外， 从而可以确保半导体设备23和光电套21的主平面21b之间大约5微 米至10微米的距离。
根据该实施例，可以省略在光纤顶部形成透明树脂隔离体的步骤 和单独将光纤插入到引导孔的步骤，虽然这些步骤在前述实施例中是 需要的。从而，如果该实施例应用于光纤具有大纤芯直径的情况或与 光检测元件耦合的情况，该实施例的益处在于，因为该制造过程的生 产量非常高从而能有效的节约成本。
根据本发明另一个实施例的光学半导体模块的制造方法将参照图 13至15说明。
在该实施例中，半导体设备33的激活区(未示出)提前形成在透 明树脂隔离体36上，如图13所示。透明树脂隔离体36通过例如50 微米厚度的透明聚酰亚胺树脂或透明有机硅树脂的涂层而形成，其中 该涂层例如通过螺旋涂层方法而形成，然后通过例如光蚀刻方法将不 想要的涂覆的树脂层去除，使得例如在激活区上面80μm的区域未被 除去。可以以某种方式形成透明树脂隔离体36，以覆盖除半导体设备 的电极极板(未示出)之外的整个区域。
在接下来的步骤中，半导体设备33的表面上的电极上的残留物等 等被除去，然后例如使用金柱块来进行半导体设备33至光电套1的倒 装片接合连接，如图14所示。无需说，半导体设备33安装至光电套 1，其中半导体设备33的激活区对准光纤的引导孔。
最后，光纤从光电套31的后部插入并推动，直到透明树脂隔离体 36接触到光纤的输入-输出平面。在该步骤中，如果光纤4在光电套 31静止不动的状态下插入到引导孔38，可能会推动半导体设备33与 两个电极极板部分脱离。为防止该困难，可取的是避免固定光电套31。 更具体而言，可取的是，在相对于半导体设备33的光学半导体成形平 面的平面上设置一个抵接板，将半导体设备33和透明树脂片36夹在 光纤和该抵接板之间。还应当注意，在这种连接中，半导体设备通常 是脆性的。因此，为防止施加到半导体设备33的高压力，可取的是， 监测光纤的排斥力，从而在上述排斥力微弱增加的位置停止推动光纤。 上面提到的术语“排斥力”意为阻止朝半导体设备33推动光纤4的力。 从而，下面的做法就足够了，即将透明树脂片36发生弹性形变而不会 施加不希望的压力程度至半导体设备33的范围设备为排斥力在其内 轻微增加的范围。
在接下来的步骤中，液态透明树脂从半导体设备33所安装的侧表 面被注入，从而形成透明未充满树脂层37。在该步骤中，还可以从引 导孔38的主平面1a或通过树脂注入口(未示出)注入该液态透明树 脂以形成透明未充满树脂层7，其中该树脂注入口形成在光电套31的 侧表面。可以采用比如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂的透明 树脂以用于形成透明未充满树脂层37。还有，采用那种通过加热或紫 外线照射而固化的透明树脂是有效的。进一步，为防止光线的过多散 射损失，可以采用固化后具有合适折射率的树脂以形成透明未充满树 脂层37。更具体而言，固化后树脂的折射率希望基本等于透明树脂隔 离体36的折射率。
在上述的根据本发明的实施例的光学半导体模块和光学半导体模 块的制造方法中，可以制造出具有高再现性高再生产性的光学半导体 模块。此外，可以改进生产率。从而，可以以低成本完成LSI的高速 芯片之间的布线，从而有利于提升例如信息通信装置的等级。
根据本发明另一个实施例的光学半导体模块和光学半导体模块的 制造方法将在下面说明。
在根据本发明的该实施例的光学半导体模块中，从而不用通过将 比如光纤的光传输路径固定到固定部件而进行抛光。在该实施例中， 使用了光纤的解理表面(cleaved surface)或通过晶片的集中蚀刻而形 成的光波导的边缘表面，以用于和半导体设备的光耦合。还有，透明 树脂隔离体插入到光学路径中，以控制半导体设备和光传输路径的边 缘表面之间的距离。
图16是示意性示出了根据本发明的该实施例的光学半导体模块 的结构的横截面图。图16示出的参考标记和图1示出的参考标记基本 相同。更具体而言，图16中示出的光学半导体模块包括光电套1、半 导体设备3、光纤4、光纤的保护覆盖层5、透明树脂隔离体6、透明 未充满树脂层7以及引导孔8，其中包括例如光纤和光波导膜的光传 输路径贯通引导孔8。
如图16所示，电布线或凸出电极42由支承体形成，其中该支承 体构成形成该凸起和电极部分的主体。电极部分42是一种叠层结构， 包括多个由例如金、铂和钛形成的层。凸出电极42不限制为该特定结 构。例如，可以用银膏来形成支承体和电极部分。
图17是示意性示出了图16示出的整个光学半导体模块的外部轮 廓的斜视图。在该光学半导体模块中，四个光纤和4-通道半导体设 备阵列耦合。图17中示出的参考标记42a表示4-通道阵列的共用电 极(接地或供电源)，参考标记42b用于每一个半导体设备的信号电极。 如图所示，信号电极42b从半导体设备3所安装的光电套1的平面成 直角弯折至光电套1的邻近侧表面。信号电极42b引到光电套1的邻 近侧表面上，从而使电极2b例如可以通过引线接合或倒装片接合的方 式而被连接至例如半导体设备3的驱动IC，其中该光学元件驱动IC。
图16所示的光学半导体模块的制造方法将参照图18至21而描 述。
图18至21是示意性示出了用于说明图16示出的光学半导体模块 的制造方法的制造过程的横截面图。光电套1通过在模具中模制混合 了大约80％的直径大约为30微米的玻璃填充物的环氧树脂而形成。 用于裸露的光纤或凸出电极的凸出部分的孔形成在光电套1中，并且 凸出电极42和电布线通过形成图案的金属导体化(patterned metallization)方法而形成，其中形成图案的金属导体化方法通过例 如采用金属掩模的溅射方法而实施。因为该特定制造工艺，光电套1 可以大批量低成本制造，而同时可以保持小于等于1微米的高精度。
如图18所示，由例如丙烯酸类树脂、有机硅树脂或环氧树脂构成 的透明树脂薄片(间隔件)6安装到光电套1，并且比如橡胶板的抵接 板(abutting plate)9被推压而抵靠到透明树脂薄片(间隔件)6，从 而使得凸出电极42的顶部从透明树脂薄片6伸出。然后，比如表面发 射激光器或光二极管的半导体设备3通过倒装片接合法安装到凸出电 极42，如图19所示。进一步，光纤4插入到引导孔中，从而推动该 光纤，直到透明树脂隔离体6接触到半导体设备3，如图20所示。在 该步骤中，如果光纤4在光电套1保持静止不动的状态下插入到引导 孔8，可能会推动半导体设备3而脱离两个电极极板部分。为防止该 困难，避免光电套1的固定是可取的。更具体而言，可取的是，在半 导体设备3后面设置一个抵接板，以使得半导体设备3和透明树脂隔 离体6被支承，从而半导体设备3和透明树脂隔离体6夹在光纤4和 该抵接板之间。还应当注意，在这种连接中，半导体设备通常是脆性 的。因此，为防止高压力被施加到半导体设备3上，可取的是，监测 光纤4的排斥力，从而在上述排斥力微弱增加的位置停止推动光纤。 从而，对此下面所述的足够了，即将透明树脂隔离体6发生弹性形变 而不会将不希望的程度的压力施加至半导体设备3上的范围设置为排 斥力轻微增加的范围。
通过简单的利用普通光纤切割器对光纤4进行切割，就可以获得 具有相对较高平面精度的光学边缘平面。还应当注意，在这方面，光 纤并不是通过断裂切割法来切割的，而是利用应力解理来切割的，在 应力解理中，利用金刚石使光纤表面轻微破损以对侧表面施加推压。 在本发明的光学半导体模块中，利用了切割表面来消除比如抛光步骤 等高成本的制造步骤。
最后，液态透明树脂从半导体设备3所安装的侧表面被注入，从 而形成透明未充满树脂层7，如图21所示。还可以从引导孔8的后部或 从树脂注入口(未示出)注入该透明未充满树脂，其中该树脂注入口 形成在光电套1的侧表面。可以采用比如丙烯酸类树脂、有机硅树脂 或环氧树脂的透明树脂作为透明未充满树脂。还有，如果采用那种通 过加热或紫外线照射而固化的透明树脂，可以有效的实施注入操作。 以及，从防止光线的过多散射损失方面，希望固化后的树脂的折射率 尽可能接近透明树脂隔离体6的折射率。
本发明不被限制为上述每一个实施例。例如，可以采用多种其他 树脂，比如聚酰亚胺树脂或聚碳酸酯树脂，以用于形成透明树脂隔离 体和透明未充满树脂。还可以使用石英系列光纤或塑料系列光纤。进 一步，可以使用光波导膜代替光纤。
根据上述每一个实施例的光学半导体模块及其制造方法，光学半 导体模块的结构高度简化，从而压缩材料成本至最小水平，并且可以 大批量制造出高性能的小型的光学半导体模块。从而，可以以低成本 实现LSI的高速芯片之间的布线，以致可以有助于促进提高例如信息 通信装置的等级。
对于本领域技术人员来说，将容易产生其他的优点和变型。因此， 具有广阔范围的本发明不限制到具体的细节和这里示出和说明的代表 性的实施例。因此，可以进行多种变型而不脱离附属权利要求和它们 的等同物限定的概括的创造性概念的精神或范围。
本申请是基于2004年12月24日递交的名称为“光学半导体模块 和制造该模块的方法”的第200410104898.3号发明专利申请的分案申 请。
参照相关申请
本申请基于2004年12月26日提交的在前日本专利申请 NO.2003-432231，以及2004年12月26提交的在前日本专利申请 NO.2003-432232并要求其优先权，上述两个在前申请的整个内容在此 结合作为参考。