特許 5755330 張り出し部およびマイクロ構造位置合わせ機能を有する単一アセンブリとしてのフリップチップ光学ダイによる光接続

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5755330

(24)【登録日】2015年6月5日

(45)【発行日】2015年7月29日

(54)【発明の名称】張り出し部およびマイクロ構造位置合わせ機能を有する単一アセンブリとしてのフリップチップ光学ダイによる光接続

(51)【国際特許分類】

   G02B 6/42 20060101AFI20150709BHJP

   H01S 5/022 20060101ALI20150709BHJP

【ＦＩ】

   G02B6/42

   H01S5/022

【請求項の数】20

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2013-521924(P2013-521924)

(86)(22)【出願日】2011年7月27日

(65)【公表番号】特表2013-532850(P2013-532850A)

(43)【公表日】2013年8月19日

(86)【国際出願番号】US2011045486

(87)【国際公開番号】WO2012015885

(87)【国際公開日】20120202

【審査請求日】2013年1月23日

(31)【優先権主張番号】12/844,656

(32)【優先日】2010年7月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】591003943

【氏名又は名称】インテル・コーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】龍華国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】キム、ブライアン エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】リー、シモン エス．

【審査官】 林 祥恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１７４７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４１１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０３０８６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２５８４６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８０４５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５３６３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０１５３３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３５６２４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２６４８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０８５７９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ６／１２−６／１４

Ｇ０２Ｂ ６／２６−６／２７

Ｇ０２Ｂ ６／３０−６／３５

Ｇ０２Ｂ ６／４２−６／４３

Ｈ０１Ｓ ５／００−５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

導波管を有する光学送受信機回路の実装マウントとなる実装基板と、
光学送受信機回路を有し、前記実装基板にフリップチップ接合される半導体ダイであって、前記半導体ダイの第１の端部が前記実装基板の第２の端部から張り出し、前記光学送受信機回路の動作中に前記第１の端部において前記導波管がアクティブとなり、前記実装基板に接合されたときに前記実装基板に対向する面の半導体バルクに溝が作り込まれた半導体ダイと、
前記溝において前記半導体ダイの前記第１の端部にコンタクトし、前記半導体ダイの前記第１の端部よりも延伸して前記実装基板から離れて前記光学送受信機回路の前記導波管を光学レンズに受動的に位置合わせさせる位置合わせピンであって、前記第２の端部から張り出す前記第１の端部における前記位置合わせピンの端が前記第２の端部の面に対向する位置合わせピンと、
前記半導体ダイの表面のうち前記実装基板側の面のみに対して固定されると共に前記位置合わせピンを、前記溝において前記半導体ダイに保持する支持部材と
を備える装置。

【請求項2】

前記溝は、前記光学送受信機回路の１つ以上のコンポーネントを形成するために用いられるフォトリソグラフィープロセスにより前記半導体バルクにエッチングされる溝である請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記溝は、前記光学送受信機回路の導波管面にリソグラフィーにより位置合わせされる溝である請求項２に記載の装置。

【請求項4】

前記溝は、Ｖ形トレンチである請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。

【請求項5】

前記位置合わせピンは、前記半導体ダイの張り出し部における前記溝において前記半導体ダイに当接する請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。

【請求項6】

前記位置合わせピンは、前記溝の幅より大きい直径を有し、前記支持部材は、前記位置合わせピンを前記溝との間に保持する窪みを有する請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。

【請求項7】

前記位置合わせピンは、さらに、前記実装基板に当接する請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。

【請求項8】

前記半導体ダイと、前記実装基板と、前記支持部材との間の空間、前記位置合わせピンの周りの空間、および前記半導体ダイの周りの空間を充填して、前記実装基板、前記半導体ダイ、前記位置合わせピン、および前記支持部材を単一のモジュールアセンブリとして固定するアンダーフィル接着剤をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。

【請求項9】

前記光学送受信機回路とインターフェースする光学レンズであって、前記位置合わせピンに対応するギャップを有し、バネ機構により前記光学送受信機回路とインターフェースして前記ギャップにおいて前記位置合わせピンに受動的に位置合わせされる光学レンズをさらに備える請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。

【請求項10】

前記光学レンズは、光信号を拡大して前記導波管と光ファイバとの間に集光させる自由空間光学レンズである請求項９に記載の装置。

【請求項11】

導波管を含む光学送受信機回路を有し、前記光学送受信機回路の前記導波管に最近接する面にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）コンタクトインターフェースを有し、前記ＢＧＡコンタクトインターフェースによりフリップチップ接合される半導体ダイであって、前記導波管に最近接する前記面に、位置合わせピンとインターフェースするマイクロエンジニアリング構造を有し、前記半導体ダイがフリップチップ接合される対象の基板の第２の端部から前記半導体ダイの第１の端部が張り出す半導体ダイと、
前記マイクロエンジニアリング構造において前記半導体ダイの前記第１の端部とコンタクトし、前記半導体ダイの前記第１の端部よりも延伸して前記張り出す部分から離れて前記光学送受信機回路の前記導波管を光学レンズに受動的に位置合わせさせる位置合わせピンであって、前記第２の端部から張り出す前記第１の端部における前記位置合わせピンの端が前記第２の端部の面に対向する位置合わせピンと、
前記半導体ダイの表面のうち前記導波管に最近接する前記面のみに対して固定されると共に前記位置合わせピンを、前記マイクロエンジニアリング構造において前記半導体ダイに保持する支持部材と
を備える装置。

【請求項12】

前記マイクロエンジニアリング構造は、前記半導体ダイに作り込まれた溝である請求項１１に記載の装置。

【請求項13】

前記溝は、Ｖ形もしくはＵ形のトレンチである請求項１２に記載の装置。

【請求項14】

前記半導体ダイを前記基板に、前記位置合わせピンを前記半導体ダイに接着するアンダーフィル接着剤をさらに備える請求項１１から１３のいずれか１項に記載の装置。

【請求項15】

前記光学送受信機回路にインターフェースする光学レンズであって、前記位置合わせピンに対応するギャップを有し、バネ機構により前記光学送受信機回路にインターフェースして前記ギャップにおいて前記位置合わせピンに受動的に位置合わせされる光学レンズをさらに備える請求項１１から１４のいずれか１項に記載の装置。

【請求項16】

半導体ダイを基板にフリップチップ接続したときに前記基板に対向する前記半導体ダイの溝と、フリップチップ接続したときに前記基板に対向する、光学送受信機回路の導波管に最近接する前記半導体ダイの面とにおいて、前記半導体ダイを前記基板にフリップチップ接続する段階と
前記光学送受信機回路を光学レンズに受動的に位置合わせさせる位置合わせピンを前記溝において前記半導体ダイに固定する段階と
を備え、
前記半導体ダイは、前記半導体ダイ上に光学送受信機回路が作り込まれ、かつ、前記半導体ダイ上にマイクロエンジニアリング溝を有し、
前記フリップチップ接続する段階は、前記半導体ダイの第１の端部を前記基板の第２の端部から張り出させて、前記導波管の面を前記基板から張り出させる段階を有し、
前記第２の端部から張り出す前記第１の端部における前記位置合わせピンの端が前記第２の端部の面に対向し、
前記固定する段階は、前記半導体ダイの表面のうち前記導波管に最近接する前記半導体ダイの前記面のみに対して固定される支持部材によって、前記位置合わせピンを、前記溝において前記半導体ダイに保持する段階を有する
方法。

【請求項17】

前記半導体ダイ上の前記マイクロエンジニアリング溝は、さらに、前記光学送受信機回路の作り込みとともに、前記半導体ダイにリソグラフィーにより作り込まれた溝である請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

前記半導体ダイを前記基板にフリップチップ接続する段階は、前記半導体ダイを前記基板にボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）により接続する段階さらに有する請求項１６または１７に記載の方法。

【請求項19】

前記位置合わせピンを前記半導体ダイに固定する段階は、前記半導体ダイと前記基板との間と、前記半導体ダイにおける前記位置合わせピンの周りとにアンダーフィル接着剤を挿入するアンダーフィルプロセスにより、前記位置合わせピンを前記半導体ダイに接着する段階をさらに有する請求項１６から１８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項20】

前記光学送受信機回路の前記導波管に光学レンズを結合する段階と、
機械的なバネ力により前記光学レンズを前記半導体ダイに固定する段階と
をさらに備える請求項１６から１９のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、一般的に光コネクタに関し、特に、光学的コンポーネント間の受動的な位置合わせ接続に関する。

【0002】

[著作権表示／許諾]
本特許文書の開示の一部は、著作権保護の対象となる題材を含む。著作権所有者は、特許商標庁の特許包袋もしくは記録の通りに特許文書もしくは特許開示が何人により再現されようと異議を申し立てないが、その他のあらゆる著作権およびその他の権利を留保する。著作権表示は、以下に記載されるあらゆる情報、本明細書に添付される図面に記載されるあらゆる情報、および、以下に記載されるいかなるソフトウェアにも適用される：著作権(２０１０年、インテル・コーポレーション、無断複写・複製・転載を禁ず。

【背景技術】

【0003】

従来の光学送受信機は、光ダイオード、ＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ面発光レーザ）等の光学送受信機コンポーネントと、機械的に固定された光学レンズとを備える。レンズの固定には時間とコストがかかり、光コネクタに所望される精度を達成するのは技術的に困難であった。精度の不足は、より小さいフォームファクターへの光コネクタの適用を制限する一つの要因である。送受信機の組み立ては、従来、時間がかかる煩雑なプロセスであり、一般的に、ダイの設置、ワイヤボンディング、レンズの設置、エポキシ硬化等の数工程、および場合によってはその他の工程が必要とされる。また組み立てられたアセンブリの位置合わせは、従来、「アクティブ」に行われ、製造プロセス中に、ファイバを介して光を送信し、標準的な許容誤差に適合した必要な精度を達成できるようにする。

【図面の簡単な説明】

【0004】

以下の記載は、本発明の実施形態の実施例として提供する図を示す図面についての記載である。図面は、限定としてではなく、例示としてだけ理解されるべきである。本明細書における一つ以上の「実施形態」についての言及においては、本発明の少なくとも一つの実施例に含まれる特定の特性、構造、もしくは特徴が記載されるものと理解されるべきである。したがって、本明細書に記載される「一つの実施形態において」もしくは「別の実施形態において」等の文言は、本発明の多様な実施形態および実施例を記載しており、必ずしも全てが同じ実施形態について言及しているとは限らない。しかし、必ずしも互いに排他的であるとも限らない。

【図1】（ａ）および（ｂ）は、位置合わせピンおよび溝を有し、基板上から張り出した光学送受信機アセンブリの実施形態をそれぞれ別の視点から見たブロック図である。

【図2】位置合わせピン用の溝を有する光学送受信機アセンブリの実施形態を示すブロック図である。

【図3】位置合わせピン用の溝と、基板へのボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）接続とを有する光学送受信アセンブリの実施形態を示すブロック図である。

【図4】（ａ）および（ｂ）は、位置合わせピン用の溝と、位置合わせピンを光学回路ダイに保持する支持部材とを有する光学送受信機アセンブリの実施形態をそれぞれ別の視点から見たブロック図である。

【図5】自由空間光学レンズに結合する位置合わせピンを有する光学送受信機アセンブリの実施形態を示すブロック図である。

【図6A】光学レンズを介して光学送受信機アセンブリと結合される光コネクタを準備する実施形態を示す。

【図6B】光学レンズを介して光学送受信機アセンブリと結合される光コネクタを準備する実施形態を示す。

【図6C】光学レンズを介して光学送受信機アセンブリと結合される光コネクタを準備する実施形態を示す。

【図6D】光学レンズを介して光学送受信機アセンブリと結合される光コネクタを準備する実施形態を示す。

【図6E】光学レンズを介して光学送受信機アセンブリと結合される光コネクタを準備する実施形態を示す。

【図7】バネ力により位置合わせ／固定される光学レンズを介して光学送受信機アセンブリに結合される光コネクタの実施形態を示すブロック図である。

【図8】光学送受信機アセンブリを準備するプロセスの実施形態を示すフロー図である。 以下に記載する実施形態のいくつか、または全てを示し、また、本明細書に提示する発明のコンセプトのその他の在り得る実施形態もしくは実施例を示す図面についての記載を含む所定の詳細事項および実施例についての記載が以下に続く。以下に、本発明の実施形態の概略を提示し、その後に、図面を参照したより詳細な記載が続く。

【発明を実施するための形態】

【0005】

本明細書に記載するアセンブリは、フリップチップ接続コンタクトを有する光学送受信機と、接続基板上から張り出したダイオーバーハングと、光学コンポーネントを受動的に位置合わせさせる位置合わせ部材とを備える。一実施形態では、位置合わせ部材は、アセンブリに設けられた１つ以上の位置合わせピンを含み、位置合わせピンは、位置合わせピンが精度良く位置合わせされるような態様で、光学送受信機半導体ダイに作り込まれたマイクロ構造とインターフェースし、それにより、対応する光学コンポーネント（たとえば、光学レンズ）との精度良い位置合わせが受動的に達成されるようにする。したがって、受動的位置合わせを利用して標準的な許容誤差に適合することができる。

【0006】

光学送受信機半導体ダイにマイクロ構造が設けられる場合、位置合わせは、特定のダイへとより特定化され得る。たとえば、光学送受信機半導体ダイの処理中に、半導体ダイの内部もしくは上部にマイクロ構造を適切に作り込むと、特定のダイに対する位置合わせ特定性をより一層高めることができる。半導体ダイ上に設けられた位置合わせ部材によって、従来行われてきたような煩雑な製造工程がなくとも、位置合わせの精度を高めることができる。製造プロセスにおいてあらかじめ位置合わせメカニズムを設けることにより（たとえば、半導体ダイとの受動的位置合わせの仕組みを一体化することにより）、光学送受信機アセンブリを製造するコストおよび時間を削減することができる。

【0007】

さらに、光学送受信機半導体ダイと基板とをフリップチップ接続することにより、プロファイルおよび／またはフォームファクターをより一段と小さくすることができる。ワイヤボンディングに関する処理工程を完全になくすことができるかもしれない。光学レンズを光学送受信機に受動的に位置合わせすることにより、製造プロセスにおいて従来許されていたよりも遅い段階で光学レンズを接続することができるようになる。したがって、半導体ダイおよびその他のコンポーネント上ではんだリフロー処理を行い、その後にレンズを付加することができる。この方法により、光学レンズの適切な位置合わせが保証されつつ、レンズの反りもしくは損傷が防がれる。

【0008】

以下により詳細に記載するように、上部に光学送受信機を有する半導体ダイは、その上部に１つ以上の溝またはその他のマイクロ構造を有する。一実施形態では、光学送受信機の１つ以上のコンポーネントを作成する処理により、溝は半導体ダイ上に作り込まれる。したがって、光学送受信機の光モードもしくは導波管の面に対して溝を精度良く位置合わせすることができる。

【0009】

１つ以上の位置合わせピンもしくは位置合わせポスト（ガイドピンもしくはガイドポストと呼んでもよい）が、対応する溝とインターフェースして半導体ダイから離れる方向に延伸し、半導体ダイ、基板、および位置合わせピンを備える光学送受信機アセンブリの得られるべき完成品にとっての受動的位置合わせ部材となる。位置合わせピンを溝において半導体ダイに保持する支持メカニズムを設けることができる。

【0010】

図１（ａ）および１（ｂ）は、位置合わせピンおよび溝を備え、基板上から張り出した光学送受信機アセンブリの実施形態をそれぞれ異なる視点から見たブロック図を示す。まず図１（ａ）を参照すると、光学ダイ１０２は、Ｖ形溝１３０を有する。光学ダイ１０２は、その内部もしくは上部に光学送受信機回路が作り込まれた半導体（たとえば、シリコン、ＳｉＧｅ、もしくは、３−５族の組み合わせの任意のもの）ダイを表す。光学送受信機回路は、アクティブモードにおいて１つ以上の導波管１１０となる電子機器を有する。導波管は、ダイの「アクティブ領域」と考えてよく、回路が作り込まれた半導体ダイの表面もしく面またはその近傍に生成される。当該表面は、導波管に最近接するダイの面と考えてよい。

【0011】

Ｖ形溝１３０は、マイクロ構造もしくはマイクロエンジニアリング構造（ｍｉｃｒｏ−ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の一例である。使用できるその他の種類の構造としては、位置合わせピンの位置合わせ対象とすることができるポスト（たとえば、直線状に並んだ複数のポスト）または壁面（たとえば、半導体ダイの面から突出した細長構造、もしくは、溝とは逆の構造）が挙げられる。Ｖ形溝１３０は、たとえば、エッチングにより、または鋸刃で溝を形成することにより、半導体ダイ上に作り込んでよい。さらに、レーザーカッティングによる高精度作成技術により溝を形成することができる。ポストもしくは壁面は、結晶構造を成長させることにより、または、マイクロ構造が残留するように材料を除去することにより形成することができる。

【0012】

一実施形態では、Ｖ形溝１３０は、光学ダイ１０２の半導体バルクにエッチングにより作り込まれる。一実施形態では、溝は、光学電子機器回路の１つ以上のコンポーネントを形成するのに用いるフォトリソグラフィープロセスで光学ダイ１０２に作り込まれる。したがって、溝は、回路を形成するのに用いられるのと同じ技術で作り込んでよい。この溝は、光学回路（ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ）の導波管面とリソグラフィーにより位置合わせされる。導波管面は、光学送受信機の動作中に光を送信もしくは受信する入口となるダイの面もしくは縁部である。溝を導波管面と位置合わせさせることにより、理論的もしくは設計上の配置ではなく、実際に作り込まれた導波管に位置合わせピンを精度よく位置合わせさせることが可能になる。

【0013】

光学ダイ１０２は、動作中に光を発生および／または受信する。当業者には理解されるように、光を発生もしくは受信する領域は、導波管、光モード、もしくはアクティブ光領域と呼んでもよい。光学ダイ１０２は、１つ以上の導波管１１０を有する。図には４つの導波管が示されているが、導波管の数は、本明細書に記載される主題にとって重要ではなく、任意の数であってよい。

【0014】

光学ダイ１０２は、パッケージ基板とも呼ばれる基板１０４に接合される。基板１０４は、光学ダイを実装することができるものであり、光学ダイを電源と、場合によってはその他のコンポーネント（その他の電気接続性）とに接続する相互接続配線を備えてよい。光学回路を基板に相互接続する従来のワイヤボンディング技術とは対照的に、光学ダイ１０２は、基板１０４にフリップチップ接続される。当技術分野で理解されているように、フリップチップ接続では、作り込まれた半導体集積回路（ＩＣ）を反転させて、回路が作り込まれた当該面を基板に接続させる。したがって、光学ダイ１０２に面１０６は、回路を形成するべく作り込まれた面であり、導波管１１０がその上部（もしくは近傍）で悪ディブとなる面である。面１０６は、基板１０４に相互接続するためのコンタクトを有する面でもある。

【0015】

理解されるであろうように、光学ダイ１０２は、一般的に、光学ダイ（つまり、光学送受信機）に光信号を送信させ、および／または、光学送受信機を介して受信した光信号を受信および処理させる処理ユニット等のその他の回路コンポーネントとともに用いられる。したがって、光学ダイ１０２上のコンタクトは、基板１０４上のコンタクトに対応して、意図した相互接続を実現する。フリップチップコンタクト１２０は、基板１０４と光学ダイ１０２との間のコンタクトもしくはコネクションである。一実施形態では、コンタクト１２０は、光学ダイ１０２のコンタクトを、基板１０４上の対応するコンタクトに接続するはんだボールである。記載上の目的で、コンタクト１２０は、相互接続部材のうち任意のもしくは全ての部材を表す。

【0016】

理解されるであろうように、光学レンズが接続されない場合、もしくは、光学回路に一体化されている場合は、レンズを変形させる危険性がないので、光学ダイ１０２を基板１０４にリフローはんだ付けすることができる。本明細書に記載される位置合わせ部材の存在により、この段階ではまだ、光学レンズを光学回路に接合させる必要はない。

【0017】

位置合わせピン１４０は、光学送受信機アセンブリ（たとえば、光学ダイ１０２、基板１０４、ならびにＶ形溝１３０およびピン１４０等の位置合わせメカニズム）の位置合わせ部材である。位置合わせピン１４０は、Ｖ形溝１３０において光学ダイ１０２にコンタクトする。したがって、位置合わせピン１４０は、ピンの長軸に沿って光学ダイ１０２のマイクロ構造にコンタクトする。位置合わせピン１４０は、多面状であっても円形であってもよく、本体は全体的に円筒状（もしくは、長方形状）である。

【0018】

図１（ｂ）を参照すると、光学ダイ１０２は、基板１０４上に搭載され、基板上から張り出している。ＩＣ処理では、基板が半導体ダイよりも大きい表面積を有することは一般的であり、したがって、基板は、ダイから「張り出している」と考えてよい。しかし、図１（ｂ）に見られるように、光学ダイ１０２が、基板１０４上から張り出すように、基板上に搭載されている。張り出し１５０は、基板１０４の縁から光学ダイ１０２が張り出す量を表す。

【0019】

Ｖ形溝１３０は、光学ダイ１０２が張り出す基板１０４の縁から「外れている」ことが分かるであろう。したがって、Ｖ形溝１３０（およびＶ形溝１３０とインターフェースする位置合わせピン１４０）の長軸は、基板１０４の縁を越えて基板１０４の縁から張り出した光学ダイ１０２の面１０６上で延伸する。位置合わせピン１４０は、張り出し１５０内のＶ形溝１３０において、光学ダイ１０２にコンタクトもしくは当接する。一実施形態では、位置合わせピン１４０は基板１０４に当接するが、基板と位置合わせピンとのコンタクトは必須ではない。

【0020】

一実施形態では、位置合わせピン１４０は、溝の幅より大きい直径もしくは断面長を有しており、もしくは、位置合わせピン１４０がＶ形溝１３０内に完全に嵌合しない十分な大きさを少なくとも有する。したがって、一実施形態では、Ｖ形溝１３０（もしくはその他のマイクロ構造）は、半導体ダイと位置合わせピンとの間にスペースを有するよう設計および製造される。位置合わせピンの半導体ダイへの固定に関するさらなる詳細を以下に提示する。

【0021】

図面において、様々な詳細が強調されるが、一定の縮尺で図示することは意図されていないことは理解されよう。むしろ、図面は、システムのコンポーネントおよび特性を示す目的だけに供されるのであり、必ずしも比もしくは寸法を示すのではない。

【0022】

図１（ａ）および１（ｂ）を特に参照して所定の詳細事項を述べたが、詳細事項は、非限定的な例を提示するものであることは理解されよう。一般的に、光学回路を有する半導体ダイは、接続基板から張り出し、光学送受信機を光チャネルに受動的に位置合わせさせるマイクロ構造および位置合わせピンを有する。

【0023】

本明細書に記載される技術によって、ＢＧＡによる相互接続により実装しうる薄型の光パッケージが可能となる。フリップチップ半導体ダイを張り出させ、マイクロ構造およびガイドピンにより受動的位置合わせを行うことにより、余分な高さを必要とせずに光パッケージを形成することができる。一実施形態では、導波管は、光学ダイの縁部の発光レーザーもしくは縁部の検出器である。張り出し部により、位置合わせピンをパッケージの中央で用いることが可能になる。理解されるであろうように、位置合わせメカニズム（位置合わせピンもしくはガイドピン）および導波管の両方がパッケージの中央に位置しており、それにより、光学送受信機を実装するのに必要な高さが低くなる。マイクロ構造位置合わせ部材を張り出させることにより、光学送受信機が取り付けられる回路基板とのスペースをピンおよびピン支持部材に用いることが可能になる。利点としては、導波管に基づいた有機パッケージのコンセプトと、受動的な位置合わせとが挙げられる。

【0024】

張り出しおよびマイクロ構造位置合わせに加えて、光学レンズと光ファイバとの結合を従来の方法よりも改善させることができる。従来の機械的な方法で固定される光学レンズと異なり、一実施形態では、光学レンズは、以下により詳細に記載するように、また、たとえば図７に見られるように、光コネクタと光学送受信機デバイスとの間に浮遊している。光学レンズは、光学送受信機取り付けプロセス中に設置される位置合わせピンもしくは位置合わせ部材を用いて、係合させる。

【0025】

本明細書において記載される光コネクタアセンブリおよび光学レンズは、前もって組み立てられており、それにより、レンズの組み立てにかかる時間および煩雑さを少なくすることができる。さらに、光学コンポーネントにＩＲリフロープロセスを施す必要はない。最後に、本明細書に記載されるファイバの結合は、光ファイバを研磨する必要性を少なくしたりなくしたりすることで簡略化することができ、ファイバは、適切にクリービングした直後に、筐体に設置することができる。

【0026】

図２は、位置合わせピン用の溝を有する光学送受信機アセンブリの実施形態を示すブロック図である。光学ダイ２０２は、「Ｕ」形状を有する溝２１０を有する。Ｕ形溝２１０を図１のＶ形溝１３０と比較してみる。半導体ダイにおいて溝を位置合わせ部材として用いる場合、Ｖ形またはＵ形の形状のトレンチとすることができる。Ｕ形トレンチは、図に示すなめらかなＵ形状に加えて、より角張った、もしくは方形状の断面を有するトレンチも含むものと理解される。

【0027】

さらに指摘すべきは、半導体ダイと基板との間のコンタクト相互接続は、フリップチップはんだボール２３０により示されるように、はんだボールであってよく、もしくは、はんだボールを含んでよいことである。したがって、はんだボール２３０を介して光学ダイ２０２を基板２０４に接続してよい。理解されるであろうように、図に示されるコンタクトの数は、部材を図示する意図において、任意である。必要なコンタクトの数は、アセンブリの機能と、光学回路を利用する際にシステムで必要とされる相互接続の数とによって決まることは理解されよう。

【0028】

位置合わせピン２２０が「設置されていない」状態で示されており、矢印によってピンが溝２１０で光学ダイ２０２と接するよう設置されることが示されている。溝２１０のＵ形断面は、溝２１０のトレンチ断面の領域に、位置合わせピン２２０が完全には収まらないことを示している。したがって、位置合わせピンが設置されても、光学ダイ２０２との間にスペースが残る。位置合わせピン２２０の縁は、溝２１０のトレンチの「最深」部には接触しない。ここで、深さは、溝が存在する光学ダイ２０２の面から直交する方向に離れる距離として考える。

【0029】

図３は、位置合わせピン用の溝を有し、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）により基板に接続される光学送受信機アセンブリの実施形態を示すブロック図である。図３は、図１および図２を「底面」から見た図を示しており、紙面の奥行き方向で最も深い部分に光学ダイ３１０が、次に深い部分に位置合わせピン３３０およびＢＧＡ３４０が、最後に基板３２０が示されている。

【0030】

位置合わせピン３３０は、上記したものの一例であり、溝（不図示）において光学ダイ３１０に接する。溝は、光学ダイ３１０に沿って、光学ダイ３１０および基板３２０が重なり合う領域まで延伸する場合もしない場合もある。位置合わせピン３３０（および場合によってはその他の位置合わせピン）を設置可能とするべく、溝（もしくはその他のマイクロ構造は）、少なくとも張り出し領域３５０において光学ダイ３１０に存在する。

【0031】

光学ダイ３１０および基板３２０は、コンタクト３４２のアレイを含むＢＧＡ３４０によって、相互接続されている。一実施形態では、基板３２０は光学ダイ３１０よりも面積が大きく、張り出しは位置合わせのためだけに設けられる。したがって、基板３２０は、張り出し３５０が存在する縁部以外のその他全ての縁部において、光学ダイ３１０の領域よりも大きくてよい。

【0032】

図４（ａ）および４（ｂ）は、位置合わせピン用の溝と、位置合わせピンを光学ダイに保持する支持部材とを有する光学送受信機アセンブリの実施形態をそれぞれ異なる視点から見たブロック図である。図４（ａ）および４（ｂ）は、上記した図１（ａ）および１（ｂ）にそれぞれ類似している。図４（ａ）および４（ｂ）は、支持部材４２０およびアンダーフィル４６０を備える実施形態をさらに示す。

【0033】

光学ダイ４０２は、位置合わせピン４４０が設置される溝４１０を有する。基板４０４は、図４（ａ）の視点からは、支持部材４２０の背後に示されている。支持部材４２０によって、位置合わせピン４４０は、光学ダイ４０２に対して、溝４１０において定位置保持される。支持部材４２０は、支持部材の窪みであるピンチャネル４３０を有し、その窪みにおいて、位置合わせピン４４０は、溝４１０と支持部材４２０との間に保持される。一実施形態では、ピンチャネル４３０は、位置合わせピン４４０の直径よりも大きいトレンチ幅もしくは窪み幅を有し、ピンが窪みの内部に完全に収まるようになっている。接着剤を用いて支持部材４２０が定位置に固定され、それにより、位置合わせピン４４０が定位置に固定される。

【0034】

一実施形態では、接着剤は、図４（ｂ）に示すアンダーフィル４６０である。アンダーフィル（たとえば、エポキシ）によって、コンタクト間のギャップ（つまり、光学ダイ４０２と基板４０４との間の、コンタクト間を含む空間）と、位置合わせピン４４０の周りの空間とを充填することができる。位置合わせピン４４０の周りの空間は、位置合わせピンと基板との間の空間、位置合わせピンと支持部材との間の空間、位置合わせピンと光学ダイとの間の空間である。アンダーフィル材料が凝固もしくは硬化すると、光学ダイ４０２、基板４０４、支持部材４２０、および位置合わせピン４４０は、単一モジュールアセンブリとして互いに接着される。

【0035】

図５は、自由空間光学レンズ（ｆｒｅｅ ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｌｅｎｓ）にインターフェースする位置合わせピンを有する光学送受信機アセンブリの実施形態を示すブロック図である。アセンブリの全てのコンポーネントを組み立てた結果が示されている。基板５１０は、上記した基板である。光学送受信機５２０は、上記した光学ダイである。位置合わせピン５４０によって、光学送受信機を光チャネルに受動的に位置合わせさせることができる。基板５１０は、アセンブリの枠組みとなって、アセンブリを１つ以上のファイバチャネルを備えるファイバアセンブリに接続できるようにする送受信機フレーム５３０をさらに有する。一実施形態では、位置合わせピン５４０を定位置に保持する支持部材は、送受信機フレーム５３０の一部である。しかし、単一部材であるとは限らない。

【0036】

光学送受信機は、光学レンズと結合することが可能な、あらかじめ組み立てられた単一のモジュールである。アセンブリへの光学レンズの結合は、図６および図７を参照して以下により詳細に記載する。

【0037】

図６Ａ〜６Ｅは、光学レンズを介して光学送受信機アセンブリと結合する光コネクタを準備する実施形態を示す。一実施形態では、光学レンズ、光ジャンパーコネクタ、およびコネクタラッチを備える光学レンズケーブルアセンブリを介して、結合を行う。

【0038】

図６Ａを参照すると、ケーブルコネクタ６１０は、１本以上のファイバ６２２を実装する場所である。本明細書に記載される技術は、ファイバの本数が単一本である場合に用いることができるが、ファイバケーブルの本数が４本、８本、１２本、１６本、もしくはそれ以上である場合にも用いることができることは理解されよう。ケーブルコネクタ６１０は、光ジャンパーコネクタの土台であると考えてよい。コネクタ６１０は、ファイバ６２２の取り付け箇所であるファイバベイ６２０を有する。一実施形態では、ケーブルコネクタは、取り付けるファイバ６２２ごとにガイド穴を有する。ファイバベイ６２０は、各ファイバが敷設されるチャネルもしくは窪みを有してよい。

【0039】

図６Ｂを参照すると、外皮を剥いてきれいにしたファイバ（必ずしも研磨する必要はない）がケーブルコネクタ６１０に挿入され、シール６３０が適用されている。シール６３０は、たとえば、エポキシであってよい。コネクタ６１０は、コネクタ６１０のファイバベイ６２０とは反対の側にコネクタポスト６４０をさらに有する。

【0040】

図６Ｃおよび６Ｄを参照すると、ファイバが取り付けられ、エポキシが硬化した段階において、光学ラッチ（ｏｐｔｉｃａｌ ｌａｔｃｈ）が取り付けられる。バネ６４２がポスト６４０に取り付けられ、コネクタがコネクタラッチ６５０に挿入される。コネクタラッチ６５０により、バネ６４２を介して光学レンズケーブルアセンブリを光学送受信機に当接させる一定のバネ力が与えられる。コネクタラッチ６５０は、ポスト６４０を通過させて移動させる穴６５２を有しており、バネ６４２が伸縮できるようになっている。

【0041】

図６Ｅを参照すると、収縮穴６５２が、収縮していないバネ６７０とともに示されている。バネが収縮すると、ポスト６４０はラッチの穴（つまり、圧縮穴６５２）；たとえば図７の７３０を参照）を貫通して突出する。コネクタラッチが取り付けられると、浮遊する光学レンズ６６０が光ジャンパーコネクタに挿入される。一実施形態では、光学レンズ６６０は、コネクタラッチの対応するラッチフックに掛けられるラッチを有する。

【0042】

光学レンズ６６０は、図面のハイライト領域の引き出し部に示されるように、位置合わせ穴６６２を有する。位置合わせ穴６６２は、上記した位置合わせピンに対応する。つまり、光学送受信機アセンブリの位置合わせピンは、光学レンズケーブルアセンブリの位置合わせ穴６６２に挿入される。さらに、ファイバコネクタと光学レンズ６６０との合わせも、同様の技術により受動的に達成させることができる。たとえば、ファイバコネクタが穴またはポストを有し、レンズが対応するポストまたは穴を有してよい。穴および対応するポストについての記載は、その他の種類の凹み切り込みおよび対応する凸部についても当てはまることは理解されよう。したがって、ファイバコネクタおよび光学レンズは、受動的な位置合わせにより合わせられ、ファイバと光学回路とが位置合わせされる。

【0043】

光学レンズ６６０は、光学送受信機アセンブリの光学送受信機と結合される。位置合わせ穴と、バネの収縮によるバネ力とにより、位置合わせピンが、光学レンズにおける対応するギャップ（穴）に受動的に位置合わせされる。一実施形態では、光学レンズは、光信号を拡大（平行化）して導波管と光ファイバチャネルとの間に集光させる自由空間光学レンズ（ｆｒｅｅ−ｓｐａｃｅ ｏｐｔｉｃｓ ｌｅｎｓ）である。

【0044】

図７は、バネ力により位置合わせ／固定された光学レンズを介して光学送受信機アセンブリに結合される光コネクタの実施形態を示すブロック図である。図６のケーブルアセンブリは、光学送受信機アセンブリに結合することができる。光学送受信機およびケーブルアセンブリは両方とも予め組み立てられており、レンズをこれら２つの間に挿入すると、接続時に受動的に位置合わせされる。光学送受信機アセンブリ７１０上でラッチメカニズムを用いることにより、光学レンズケーブルアセンブリ上のコネクタラッチを取り付ける。一実施形態では、光学レンズケーブルアセンブリのコネクタラッチは、送受信機フレーム７２０のラッチ７２２に接続し、ラッチと、収縮したバネ７３０からのバネ力との組み合わせにより、機械的な仕組みで固定される。

【0045】

図８は、光学送受信機アセンブリを準備するプロセスの実施形態を示すフロー図である。本明細書で示すフロー図は、ハードウェア、ソフトウェア、もしくはこれらを組み合わせたものを含みうる処理ロジックにより実行されうる多様な処理動作のシーケンスの例を提示する。特定のシーケンスもしくは順序で示されるが、特段明記しない限り、動作の順序は変更することができる。したがって、示される実施例は、単に一例として理解されるべきであり、処理は異なる順序で実行することができ、並列に実行してよい動作もある。さらに、本発明の多様な実施形態において、１つ以上の動作を省略することができ、したがって、全ての動作が全実施例で必要とされるのではない。その他の処理フローも可能である。

【0046】

光学送受信機アセンブリを、光学送受信機回路がダイに作り込まれた光ＩＣもしくは半導体ダイから形成する。ダイに回路を作り込む製造者は、光学送受信機アセンブリを製造する製造者と必ずしも一致しない。しかし、いずれかの時点で、光学送受信機回路を半導体ダイに作り込み、ダイをアセンブリで用いられるように準備する（８０２）。

【0047】

光学送受信機回路を半導体ダイに形成するプロセスとは別のプロセスとして、またはその一部として、１つ以上の溝を半導体ダイに作り込む（８０４）。または、上記したように、その他のマイクロ構造を用いることもできる。同じく上記したように、溝を回路と同時に形成する利点は、溝と導波管の面とがより高精度に位置合わせされることである。

【0048】

光学回路およびマイクロエンジニアリング溝を有する半導体ダイを基板にフリップチップ接続する（８０６）。基板によって、電気接続、熱伝導、機械構造、またはその他の機能が半導体ダイに提供されうる。ダイがフリップチップ接続されると、半導体ダイの溝が基板に対向し、光学送受信機回路の導波管（たとえば、アクティブ領域）に最近接する半導体面が基板に対向する。

【0049】

半導体ダイのフリップチップ接続には、導波管面および溝を有する半導体ダイを基板から張り出るように位置付けることが含まれる。半導体ダイを適切に位置付けたら、半導体ダイをリフロー処理により基板に接着する（８０８）。半導体ダイを基板に接着すると、位置合わせピンを対応する溝において半導体ダイにコンタクトさせる（８１０）。

【0050】

位置合わせピンを支持ピースにより定位置に保持または固定する（８１２）。次に、位置合わせピンを半導体ダイおよび基板に接着剤により固定する（８１４）。一実施形態では、半導体ダイへの位置合わせピンの固定には、半導体ダイと基板との間と、半導体ダイに対する位置合わせピンの周りとにアンダーフィル接着剤を挿入するアンダーフィルプロセスにより位置合わせピンを半導体ダイに接着することが含まれる。

【0051】

得られたアセンブリが送受信機アセンブリである。一実施形態では、次に、送受信機アセンブリを光学レンズに結合させることができる（８１６）。光学レンズは、送受信機アセンブリの位置合わせピンに受動的に位置合わせされる浮遊レンズであり、送受信機アセンブリの定位置にバネ力により保持される。一実施形態では、光学レンズは、送受信機アセンブリに結合される（８１８）ケーブルアセンブリもしくはファイバコネクタアセンブリの一部である。

【0052】

本明細書において多様な動作もしくは機能を記載する程度において、それらは、ソフトウェアコード、命令、設定、および／またはデータとして記載もしくは定義されうる。コンテンツは、直接実行可能な（「オブジェクト」もしくは「実行可能」形式の）ソースコードまたは差分コード（「デルタ」もしくは「パッチ」 コード）であってよい。本明細書に記載した実施形態のソフトウェアコンテンツは、コンテンツを格納した製品を介して、または通信インターフェースを操作し、通信インターフェース上でデータを送信する方法を介して、提供してよい。記載した機能もしくは動作を機械可読記憶媒体によって機械に実行させてよく、機械可読記憶媒体は、機械（たとえば、コンピューティング装置、電子システム等）によりアクセス可能な形態で情報を格納する、たとえば、記録可能／記録不可能媒体（たとえば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、磁気ディスク記憶媒体、光記憶媒体、フラッシュメモリ装置等）等の任意のメカニズムである。通信インターフェースは、ハードワイヤード、無線、光等の媒体へのインターフェースとなって別のデバイスと通信を行う、たとえば、メモリバスインターフェース、プロセッサバスインターフェース、インターネット接続、ディスクコントローラ等の任意のメカニズムである。通信インターフェースの設定は、設定パラメータを設けることにより、および／または、ソフトウェアコンテンツを記述したデータ信号を発生するよう通信インターフェースに信号を送信することにより、行うことができる。通信インターフェースには、１つ以上のコマンドにより、もしくは、通信インターフェースに送信される信号によりアクセスすることができる。

【0053】

本明細書に記載した多用なコンポーネントは、記載した動作もしくは機能を実行する手段であってよい。本明細書に記載した各コンポーネントは、ソフトウェア、ハードウェア、もしくはこれらの組み合わせである。コンポーネントは、ソフトウェアモジュール、ハードウェアモジュール、専用ハードウェア（たとえば、特定用途向けハードウェア、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）等）、組み込みコントローラ、ハードワイヤード回路等として実装することができる。

【0054】

本明細書に記載した内容に加え、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明について開示した実施形態および実施例に多様な変更を行ってよい。したがって、本明細書における説明および例示は、限定的意図としてではなく、説明的意図として解釈されるべきである。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することによってだけ、評価されるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図7】

【図8】