JPH04113675A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPH04113675A
JPH04113675A JP2232963A JP23296390A JPH04113675A JP H04113675 A JPH04113675 A JP H04113675A JP 2232963 A JP2232963 A JP 2232963A JP 23296390 A JP23296390 A JP 23296390A JP H04113675 A JPH04113675 A JP H04113675A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明は、半導体装置に係り、さらに詳しくは、光信号
を用いて信号の人出力を行う半導体装置の実装構造に関
するものである。
[従来の技術] 半導体素子を基板上に実装するに当たっては、多くの方
式がある。従来性なわれている最も一般的な実装構造と
して、ワイヤーボンディング方式第5図は、ワイヤーボ
ンディング方式の断面図である。図において、10は、
半導体素子で、11はその能動面に形成された電極、1
2は基板15上に形成された配線パターンであり、13
は電極11と配線パターン12を電気的に接続するため
に設けられた金ワイヤーであり、14は半導体素子10
を基板15上に固定するための接着剤である。
次に、上記の半導体装置を構成するプロセスを説明する
。まず、基板15上に金属皮膜を形成する。これを半導
体素子10の電極11と対応した形にエツチングし、配
線パターン12を形成する。
半導体素子10は、接着剤14によっ、て基板15上に
接着され、容易に動かないよう固定される。
固定された半導体素子10上の電極11と基板15上の
配線パターン12とを20〜30μmの金ワイヤ−13
を用いて接続を行ない電気的導通が可能となる。
[発明が解決しようとする課題〕 上記ワイヤーボンディング方式に代表されるような電気
的接続を行なう構造の半導体装置においては、次のよう
な課題を有する。
(1)電気的接続であるため、電極間のギャップが狭く
なるにつれ接続抵抗が増加し、半導体素子の正常な機能
を阻害する。
(2)’gE気信号であるため、電送できる情報量が少
なく半導体装置の情報処理能力の向上を望めない。
(3)電気抵抗を小さく抑えるためには、接続配線の太
さを太くしなければならず、微細ピッチの接続が困難で
ある。
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたもので、半
導体装置の情報処理能力を向上させ、なおかつ微細ピッ
チでの接続を可能とする半導体装置を得ることを目的と
したものである。
[課題を解決するための手段] 本発明の半導体装置は、半導体素子の能動面を基板と対
向させて接続する構造の半導体装置において、 前記半導体素子上の受光素子で形成された入力端子また
は発光素子で形成された出力端子と、前記基板上に前記
半導体素子の端子に対応して設けられた受光素子または
発光素子とを樹脂を介して光学的に接続することを特徴
とする。
[作用] 本発明の詳細な説明すると、配線パターン5aを伝わっ
てきた電気信号は、発光素子4bで光信号に変換される
。発光素子4bから発した光信号は周囲より屈折率の高
い樹脂3中を全反射しながら受光素子2aにほとんど損
失なく伝搬する。受光素子2aに伝搬した光信号は電気
信号に変換され、半導体素子1で処理される。処理され
た電気信号は、発光素子2bで光信号に変換され、樹脂
3中を全反射しながら受光素子4aに伝搬する。
受光素子4aで光信号から電気信号に変換され配線パタ
ーン5bを伝わって出力される。
[実施例] 以下、実施例により本発明の詳細を示す。
(実施例1) 第1図は、本発明の一実施例を示す半導体装置の断面図
であり、1は半導体素子、2aおよび4aは受光素子、
3は樹脂、2bおよび4bは発光素子、5aおよび5b
は配線パターン、6は基板、7は接着剤である。
まず、セラミック性の基板6上に半導体素子1上の受光
素子2aと対応する形に発光素子4bとしてGaAlA
s系発光ダイオードを形成し、発光素子2bと対応する
形に受光素子4aとしてSj系PIN接合型フォトダイ
オードを形成する。
基板6として、ガラスエポキシ基板、ガラス基板、ポリ
イミド基板、シリコン基板、等を用いてもよい。発光素
子2bあるいは4bとして、GaAlAs系半導体レー
ザー CdS系エレクトロルミネッセンス素子、等を用
いることが出来る。また、受光素子2aあるいは4aと
して、Ge系アバランシェフォトダイオード、等を用い
ることが出来る。次に、発光素子4bに電気信号を人力
するための配線パターン5aを、受光素子4aから電気
信号を出力するための金属性の配線パターン5bを、蒸
着法により形成する。
半導体素子l上にシリコン系樹脂3をスクリーン印刷を
用いて受光素子2aと発光素子2b上にのみ印刷する。
このとき樹脂3の厚みが約20μmとなるよう印刷を行
なう。印刷した樹脂3を硬化させるため、170″Cで
約15分間の硬化を行い第2図に示す構造を形成する。
このとき用いた樹脂は透明なシリコン系の樹脂であり、
その屈折率は1.6であった。また、樹脂3として、屈
折率が1.5以上であれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹
脂、常温硬化性樹脂、嫌気性樹脂、光硬化性樹脂、電子
線硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、等の接着剤を使用し
てもよい。
形成した基板6上にエポキシ系接着剤7を塗布し、半導
体素子1の発光素子4bおよび受光素子4aと基板6上
の受光素子2aおよび発光素子2bとを位置合わせを行
なった後、半導体素子1を約1kg/crn2の圧力で
加圧しかつ、180°Cに加熱し10秒間硬化させ半導
体素子1を基板6上に圧着固定する。接着剤7は、樹脂
3中で全反射せずもれ出した光を吸収するため濃厚な着
色を施しである。また、接着剤7の屈折率は1.4以下
である。第1図から明らかなように、発光素子4bある
いは2bから発した光信号は全て樹脂3中に入射する。
樹脂3中に入射した光信号は、屈折率の高い樹脂3と屈
折率の低い接着剤7の境界面で全反射を行いながら樹脂
3中を伝搬し、受光素子2aあるいは4aにほとんど損
失なく到達する。
また、わずかにもれ比した光は、接着剤7中に混入しで
ある多量の色素により吸収され、隣あった素子間でのク
ロストークを極力抑えるように工夫されている。このよ
うに本発明では、光信号を基板6と半導体素子10間を
少ない損失で、なおかつクロストークを起こさないよう
伝達することが出来る。
また、接着剤7として、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、
常温硬化性樹脂、嫌気性樹脂、光硬化性樹脂、電子線硬
化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、等の接着剤を使用しても
よい。ただし、接着剤の屈折率は、樹脂3の屈折率に比
べ小さくなければならない。
この様にして、第1図に示したような半導体装置を作成
した。
なお、樹脂3の形成は、基板6上に行なっても同様の効
果が得られることは明らかである。
(実施例2) 第3図は、本発明の一実施例を示す半導体装置の断面図
であり、1は半導体素子、2aは受光素子、2bは発光
素子、3は樹脂、6は基板、7は接着剤、8は光導波路
である。
まず、セラミック性の基板6上に半導体素子1上の受光
素子2aおよび発光素子2bと対応する形にSi○2系
光導波光導波路8する。基板6として、ガラスエポキシ
基板、ガラス基板、ポリイミド基板、等を用いてもよい
。光導波路8として、L i N b O3光導波路、
Al2O3光導波路、等を使用してもよい。
半導体素子1上にシリコン系樹脂3を凹版転写印刷法を
用いて受光素子2aと発光素子2b上にのみ印刷する。
このとき樹脂3の厚みが約20μmとなるよう印刷を行
なう。印刷した樹脂3を硬化させるため、175°Cで
約15分間の硬化を行い第2図に示す構造を形成する。
このとき用いた樹脂はシリコン系の樹脂であり、その屈
折率は1゜6であった。また、樹脂3として、屈折率が
1゜5以上であれば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、常
温硬化性樹脂、嫌気性樹脂、光硬化性樹脂、電子線硬化
性樹脂、紫外線硬化性樹脂、等の接着剤を使用してもよ
い。
基板6上にエポキシ系接着剤7を塗布し、半導体素子1
の発光素子2bおよび受光素子4aと基板6上の光導波
路8とを位置合わせを行なった後、半導体素子1を約1
kg/Cm2の圧力で加圧しかつ、180°Cに加熱し
10秒間硬化させ半導体素子1を基板6上に圧着固定す
る。接着剤7は、樹脂3中で全反射せずもれ出した光を
吸収するため濃厚な着色を施しである。また、接着剤7
の屈折率は1.4以下である。光導波路8を伝搬してき
た光信号は樹脂3中に入射し、樹脂3と接着剤7の境界
面で全反射を行いながら樹脂3中を伝わり、受光素子2
aにほとんど損失なく到達する。また、発光素子2bか
ら発した光信号は同様に樹脂3と接着剤7の境界面で全
反射を行いながら樹脂3中を伝わり、光導波路8に伝搬
する。この様に光信号が樹脂3中から接着剤7中へもれ
出しにくいよう工夫されている。また、わずかにもれ出
した光は、接着剤7中に混入しである多量の色素により
吸収され、隣あった素子間でのクロストークを極力抑え
るように工夫されている。
接着剤7として、屈折率が1.5未満であれば、熱硬化
性樹脂、熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、嫌気性樹脂、
光硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、
等の接着剤を使用してもよい。
この様にして、第3閏に示したような半導体装置を作成
した。
(実施例3) 第4図は、本発明の一実施一例を示す半導体装置の断面
図であり、1は半導体素子、2aは受光素子、2bは発
光素子、6は基板、7は接着剤、8は光導波路、9は樹
脂ボールである。
まず、実施例2に示した方法により基板6上に光導波路
8を形成する。つぎに、濃厚な色素を含んだエポキシ系
接着剤7中に8μmの平均直径をもつ樹脂ボール9を約
10体積%混入し、約5分間混練する事で樹脂ボール9
を接着剤7中に一様に分散させる。この時使用した樹脂
ボール9は、アクリル系樹脂で出来ており、その屈折率
は、1゜54であった。この接着剤7を基板6上に塗布
した後、半導体素子1の発光素子2bおよび受光素子2
aと基板6上の光導波路8とを位置合わせを行なった後
、半導体素子1を約3kg/am2の圧力で加圧しかつ
、180°Cに加熱し10秒間硬化させ半導体素子1を
基板6上に圧着固定する。接着剤7は、樹脂ボール9中
で全反射せずもれ出した光を吸収するため濃厚な着色を
施しである。また、接着剤7の屈折率は1.4以下であ
る。接着剤7として、屈折率が1.5未満であれば、熱
硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、常温硬化性樹脂、嫌気性樹
脂、光硬化性樹脂、電子線硬化性樹脂、紫外線硬化性樹
脂、等の接着剤を使用してもよい。
この様にして、第4図に示したような半導体装置を作成
した。
この構造を持つ半導体装置では、光導波路8を伝わって
きた光信号は、一部は接着剤7中に入射するため、接着
剤中で吸収され損失となる。樹脂ボール9に入射した光
信号は、実施例1および実施例2に示した樹脂3中を伝
搬する光信号と同じように、樹脂ボール9中を伝搬し、
対向し−ている受光素子2aに到達する。また、発光素
子2bから発した光信号も同様に樹脂ボール9中を伝搬
し、光導波路8に到達する。このように実施例1および
実施例2で示した半導体装置にくらべ、実施例3で示し
た半導体装置は、光信号の伝搬動車が若干低くなる短所
を持つが、樹脂3を半導体素子1あるいは基板6上に形
成する行程を削減できることによる製造コストの低下を
可能とする。どちらの方式を選択するかは、設計上、コ
スト上、等各種の条件を勘案して選択すればよい。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように、本発明は基板上の発光
素子と半導体素子上の受光素子を、および半導体素子上
の発光素子と基板上の受光素子、または、基板上の光導
波路と半導体素子上の発光素子あるいは受光素子とを、
樹脂または樹脂ボールを介して光学的に接続することを
可能とするものである。このように光学的に接続された
半導体装置では、情報伝達量が電気信号にくらべ格段に
高い光信号を用いることにより、情報処理能力が飛躍的
に増す。また、接続ピッチが狭くなり配線パターンや接
続部が狭くなった場合でも、電送する信号の劣化は生じ
難く、微細ピッチの接続が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明における半導体装置の一実施例を示す
断面図である。 第2図は、半導体素子上に樹脂を形成した一実施例を示
した断面図である。 第3図は、本発明における半導体装置の一実施例を示し
た断面図である。 第4図は、本発明における半導体装置の一実施例を示し
た断面図である。 第5図は、従来例を示した断面図である。 に半導体素子、2a: 受光素子、2b; 発光素子、
3:樹脂、4a:受光素子、4b; 発光素子、5a:
 配線パターン、5b:  配線パターン、6:基板、
7:接着剤、8: 光導波路、9;樹脂ボール、10:
  半導体素子、11:  電極、12:配線パターン
、13: 金ワイヤ−14: 接着剤、15: 基板 以  上 出願人 セイコーエプソン株式会社 第3図 第4図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体素子の能動面を基板と対向させて接続する
    構造の半導体装置において、 前記半導体素子上の受光素子で形成された入力端子また
    は発光素子で形成された出力端子と、前記基板上に前記
    半導体素子の端子に対応して設けられた受光素子または
    発光素子とを樹脂を介して光学的に接続することを特徴
    とする半導体装置。
  2. (2)上記基板上に前記半導体素子上の入力端子または
    出力端子と対応して光導波路を形成した特許請求の範囲
    第1項記載の半導体装置。
  3. (3)樹脂の屈折率を1.5以上とした特許請求の範囲
    第1項および第2項記載の半導体装置。
  4. (4)上記樹脂を球状にし、接着剤中に分散させたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第1項および第2項記載の
    半導体装置。
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