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JP2022191845A - semiconductor package - Google Patents

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JP2022191845A
JP2022191845A JP2021100308A JP2021100308A JP2022191845A JP 2022191845 A JP2022191845 A JP 2022191845A JP 2021100308 A JP2021100308 A JP 2021100308A JP 2021100308 A JP2021100308 A JP 2021100308A JP 2022191845 A JP2022191845 A JP 2022191845A
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optical
logic
mirror
optical waveguide
connector
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JP2021100308A
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Inventor
敬介 清水
Keisuke Shimizu
大介 池田
Daisuke Ikeda
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Ibiden Co Ltd
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

To provide a semiconductor package with no transmission loss of electrical signal.SOLUTION: A semiconductor package 1 includes: a printed wiring board 2 having a first surface 2a and a second surface 2b on the opposite side to the first surface 2a; a logic IC 10 mounted on the first surface 2a of the printed wiring board 2; a connector 30 arranged on the first surface 2a of the printed wiring board 2; an optical waveguide 40 buried on the first surface 2a side of the printed wiring board 2 and arranged between the logic IC 10 and the connector 30; a first mirror 50 for changing a transmission direction of an optical signal arranged between the optical waveguide 40 and the logic IC 10; and a second mirror 60 for changing a transmission direction of an optical signal arranged between the optical waveguide and the connector. The logic IC 10 has a function for converting the optical signal to the electrical signal. The logic IC 10 and the connector 30 are optically connected via the first mirror 50, the optical waveguide, and the second mirror 60.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本明細書によって開示される技術は、半導体パッケージに関する。 The technology disclosed by this specification relates to a semiconductor package.

特許文献1は、基板の一の面に光学素子とICチップが実装されたICチップ実装用基板を開示する。基板には、基板を貫通する光信号伝送用光路が形成されている。光学素子に入出力される光信号は光信号伝送用光路を介して伝送される。光学素子とICチップは、基板に設けられた半田接続部、導体回路、バイアホール、スルーホール等を介して電気的に接続される。そのため、光学素子とICチップの間では、半田接続部、導体回路、バイアホール、スルーホール等を介して電気信号が伝送される。 Patent Document 1 discloses an IC chip mounting substrate having an optical element and an IC chip mounted on one surface of the substrate. The substrate is formed with an optical path for optical signal transmission penetrating the substrate. An optical signal input/output to/from the optical element is transmitted through an optical path for optical signal transmission. The optical element and the IC chip are electrically connected through solder connections, conductor circuits, via holes, through holes, etc. provided on the substrate. Therefore, electrical signals are transmitted between the optical element and the IC chip through solder connections, conductor circuits, via holes, through holes, and the like.

特開2002-329891号公報JP-A-2002-329891

[特許文献1の課題]
特許文献1のICチップ実装用基板では、基板に設けられた導体回路、バイアホール、スルーホール等が光学素子とICチップの間の電気的な経路として機能する。しかしながら、特許文献1の構成では電気的な経路が長いため(例えば200mm程度)、電気信号の伝送損失が大きいと考えられる。
[Problem of Patent Document 1]
In the IC chip mounting substrate disclosed in Patent Document 1, conductor circuits, via holes, through holes, etc. provided on the substrate function as electrical paths between the optical element and the IC chip. However, in the configuration of Patent Document 1, the electrical path is long (for example, about 200 mm), so it is considered that the transmission loss of the electrical signal is large.

本発明の半導体パッケージは、第1面と前記第1面と反対側の第2面とを有するプリント配線板と、前記プリント配線板の前記第1面上に実装されているロジックICと、前記プリント配線板の前記第1面上に配置されているコネクタと、前記プリント配線板の前記第1面側に埋まっていて、前記ロジックICと前記コネクタ間に配置されている光導波路と、前記光導波路と前記ロジックIC間に配置されている光信号の伝送方向を変更するための第1ミラーと、前記光導波路と前記コネクタ間に配置されている光信号の伝送方向を変更するための第2ミラー、とを有する。前記ロジックICは光信号を電気信号に変換する機能を有する。前記ロジックICと前記コネクタは前記第1ミラーと前記光導波路と前記第2ミラーを介して光学的に接続されている。 A semiconductor package of the present invention comprises: a printed wiring board having a first surface and a second surface opposite to the first surface; a logic IC mounted on the first surface of the printed wiring board; a connector arranged on the first surface of a printed wiring board; an optical waveguide buried in the first surface side of the printed wiring board and arranged between the logic IC and the connector; a first mirror arranged between the waveguide and the logic IC for changing the transmission direction of the optical signal; and a second mirror arranged between the optical waveguide and the connector for changing the transmission direction of the optical signal. with a mirror. The logic IC has a function of converting an optical signal into an electrical signal. The logic IC and the connector are optically connected via the first mirror, the optical waveguide and the second mirror.

本発明の実施形態の半導体パッケージでは、ロジックICは光信号を電気信号に変換する機能を有する。ロジックICとコネクタは第1ミラーと光導波路と第2ミラーを介して光学的に接続されており、ロジックICとコネクタ間で光信号が伝送され、電気信号は伝送されない。実施形態の半導体パッケージでは電気信号が伝送される電気的な経路が省略されるため、電気信号の伝送損失が生じない。電気信号の伝送損失がない半導体パッケージが提供される。 In the semiconductor package of the embodiment of the present invention, the logic IC has a function of converting optical signals into electrical signals. The logic IC and the connector are optically connected via the first mirror, the optical waveguide, and the second mirror, and optical signals are transmitted between the logic IC and the connector, but electrical signals are not transmitted. Since the semiconductor package of the embodiment omits an electrical path through which an electrical signal is transmitted, no electrical signal transmission loss occurs. A semiconductor package with no transmission loss of electrical signals is provided.

実施形態の半導体パッケージを模式的に示す断面図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Sectional drawing which shows the semiconductor package of embodiment typically. 実施形態の半導体パッケージにおける光学的な経路を模式的に示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing optical paths in the semiconductor package of the embodiment;

[実施形態]
図1は、実施形態の半導体パッケージ1を示す断面図である。半導体パッケージ1は、プリント配線板2と、ロジックIC10と、コネクタ30と、光導波路40とを有している。
[Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a semiconductor package 1 of an embodiment. The semiconductor package 1 has a printed wiring board 2 , a logic IC 10 , a connector 30 and an optical waveguide 40 .

プリント配線板2は、例えばコア基板上に導体層と樹脂絶縁層を交互に積層して形成されるビルドアップ層を有する配線板である。プリント配線板2は、第1面2aと、第1面2aと反対側の第2面2bとを有する。第1面2aは、ロジックIC10等の電子部品を実装する面である。第2面2bは、プリント配線板2をマザーボード(図示しない)上に実装するための面である。樹脂絶縁層は熱硬化性樹脂を用いて形成される。樹脂絶縁層はシリカ等の無機粒子を含んでもよいし、ガラスクロス等の補強材を含んでもよい。導体層は主に銅を用いて形成される。導体層は図示しない配線等を含んでいる。プリント配線板2の厚みは例えば1mm程度である。 The printed wiring board 2 is, for example, a wiring board having buildup layers formed by alternately laminating conductor layers and resin insulation layers on a core substrate. The printed wiring board 2 has a first surface 2a and a second surface 2b opposite to the first surface 2a. The first surface 2a is a surface on which electronic components such as the logic IC 10 are mounted. The second surface 2b is a surface for mounting the printed wiring board 2 on a motherboard (not shown). The resin insulation layer is formed using a thermosetting resin. The resin insulation layer may contain inorganic particles such as silica, or may contain a reinforcing material such as glass cloth. The conductor layer is mainly formed using copper. The conductor layer includes wiring and the like (not shown). The thickness of the printed wiring board 2 is, for example, about 1 mm.

ロジックIC10は、光信号と電気信号とを変換する機能を有し、入力された光信号を電気信号に変換して動作するICチップである。ロジックIC10は、プリント配線板2の第1面2a上に実装されている。ロジックIC10は、例えばCPUである。ロジックIC10は、光-電気変換を行う受光素子と、電気-光変換を行う発光素子と、光信号と電気信号の間の変換を制御する制御回路を内蔵している。受光素子は例えばフォトダイオードである。発光素子は例えばレーザダイオードである。ロジックIC10は、光信号を入出力するための光入出力部16を備える。光入出力部16は、プリント配線板2に対向する側(下側)に設けられる。ロジックIC10は、はんだバンプ14と光透過部材52(後述)を介して第1面2a上に実装されている。 The logic IC 10 is an IC chip that has a function of converting an optical signal and an electrical signal and operates by converting an input optical signal into an electrical signal. Logic IC 10 is mounted on first surface 2 a of printed wiring board 2 . The logic IC 10 is, for example, a CPU. The logic IC 10 incorporates a light-receiving element that performs optical-electrical conversion, a light-emitting element that performs electrical-optical conversion, and a control circuit that controls conversion between an optical signal and an electrical signal. The light receiving element is, for example, a photodiode. The light emitting element is, for example, a laser diode. The logic IC 10 includes an optical input/output unit 16 for inputting/outputting optical signals. The optical input/output unit 16 is provided on the side (lower side) facing the printed wiring board 2 . The logic IC 10 is mounted on the first surface 2a via solder bumps 14 and a light transmitting member 52 (described later).

ロジックIC10は、光入出力部16から入力される(受信される)光信号を電気信号に変換し、変換された電気信号を用いて駆動する。ロジックIC10が駆動されることで出力される電気信号は、光信号に変換されて光入出力部16から外部に出力される(送信される)。 The logic IC 10 converts an optical signal input (received) from the optical input/output unit 16 into an electric signal, and drives using the converted electric signal. An electrical signal output by driving the logic IC 10 is converted into an optical signal and output (transmitted) from the optical input/output unit 16 to the outside.

コネクタ30は、光導波路(光ファイバ)を接続する部品である。実施形態では、コネクタ30はプリント配線板2の第1面2a上に実装されている。コネクタ30は、光ファイバ32とハウジング34とを備える。光ファイバ32は光信号を伝送する部材である。光ファイバ32の長さは例えば100mm以上である。ハウジング34は光ファイバ32の端部に接続されている。ハウジング34は第1面2a上に実装可能な形状を有する。ハウジング34の内部には光ファイバ32の端部から出力される光信号を案内するとともに、ハウジング34に入力される光信号を光ファイバ32の端部に案内するための経路(図示省略)が形成されている。 The connector 30 is a component that connects optical waveguides (optical fibers). In the embodiment, connector 30 is mounted on first surface 2 a of printed wiring board 2 . Connector 30 comprises an optical fiber 32 and a housing 34 . The optical fiber 32 is a member that transmits optical signals. The length of the optical fiber 32 is, for example, 100 mm or longer. A housing 34 is connected to the end of the optical fiber 32 . The housing 34 has a shape that can be mounted on the first surface 2a. A path (not shown) is formed inside the housing 34 for guiding the optical signal output from the end of the optical fiber 32 and for guiding the optical signal input to the housing 34 to the end of the optical fiber 32 . It is

光導波路40は、光信号を伝送する部材で形成される伝送路である。光導波路40は光ファイバによって形成されている。光導波路40はロジックIC10とコネクタ30間に形成されている。光導波路40はロジックIC10とコネクタ30を光学的に接続する。光導波路40は、プリント配線板2の第1面2a側に埋まっている。光導波路40は、第1面2aに沿って延びており、第1面2aに平行に形成されている。光導波路40の長さは30mm以上70mm以下である。改変例では光導波路40の長さは70mm以上であってもよいし30mm以下であってもよい。 The optical waveguide 40 is a transmission line formed of a member that transmits an optical signal. The optical waveguide 40 is formed by an optical fiber. An optical waveguide 40 is formed between the logic IC 10 and the connector 30 . Optical waveguide 40 optically connects logic IC 10 and connector 30 . The optical waveguide 40 is buried on the first surface 2 a side of the printed wiring board 2 . The optical waveguide 40 extends along the first surface 2a and is formed parallel to the first surface 2a. The length of the optical waveguide 40 is 30 mm or more and 70 mm or less. In a modified example, the length of the optical waveguide 40 may be 70 mm or more and may be 30 mm or less.

光導波路40とロジックIC10の間には第1ミラー50と光透過部材52が備えられている。光透過部材52は光信号を透過する部材である。光透過部材52は、例えば透明な樹脂で形成される光ピンである。光透過部材52の下端は第1ミラー50の直上に設けられている。光透過部材52の上端はプリント配線板2の第1面2aから突出している。光透過部材52の上端は後述のロジックIC10の光入出力部16の直下に設けられている。光入出力部16と光透過部材52は光学的に接続されている。 A first mirror 50 and a light transmitting member 52 are provided between the optical waveguide 40 and the logic IC 10 . The light transmitting member 52 is a member that transmits optical signals. The light transmitting member 52 is an optical pin made of, for example, transparent resin. A lower end of the light transmitting member 52 is provided directly above the first mirror 50 . The upper end of the light transmitting member 52 protrudes from the first surface 2 a of the printed wiring board 2 . The upper end of the light transmitting member 52 is provided directly below the light input/output section 16 of the logic IC 10 which will be described later. The light input/output part 16 and the light transmission member 52 are optically connected.

第1ミラー50は光導波路40とロジックIC10の間で伝送される光信号の伝送方向を変更するための反射部材である。第1ミラー50は光導波路40の端部と光透過部材52の間に配置されている。このため、光導波路40は第1ミラー50を介してロジックIC10と光学的に接続される。光導波路40の端部から出力される光信号は、第1ミラー50によって伝送方向が変更されて光透過部材52を介してロジックIC10の光入出力部16に入力される。反対に、ロジックIC10の光入出力部16から出力される光信号は、第1ミラー50によって伝送方向が変更されて光透過部材52を介して光導波路40の端部に入力される。 The first mirror 50 is a reflecting member for changing the transmission direction of optical signals transmitted between the optical waveguide 40 and the logic IC 10 . The first mirror 50 is arranged between the end of the optical waveguide 40 and the light transmitting member 52 . Therefore, the optical waveguide 40 is optically connected to the logic IC 10 via the first mirror 50 . An optical signal output from the end of the optical waveguide 40 is changed in transmission direction by the first mirror 50 and input to the optical input/output unit 16 of the logic IC 10 via the light transmitting member 52 . On the contrary, the optical signal output from the optical input/output unit 16 of the logic IC 10 is changed in transmission direction by the first mirror 50 and input to the end of the optical waveguide 40 via the light transmission member 52 .

光導波路40とコネクタ30の間には第2ミラー60と光透過部材62が備えられている。光透過部材62は光信号を透過する部材である。光透過部材62は、例えば透明な樹脂で形成される光ピンである。光透過部材62はコネクタ30のハウジング34の下側のプリント配線板2内に設けられている。ハウジング34と光透過部材62は光学的に接続されている。 A second mirror 60 and a light transmission member 62 are provided between the optical waveguide 40 and the connector 30 . The light transmitting member 62 is a member that transmits optical signals. The light transmitting member 62 is an optical pin made of, for example, transparent resin. The light transmitting member 62 is provided inside the printed wiring board 2 below the housing 34 of the connector 30 . The housing 34 and the light transmitting member 62 are optically connected.

第2ミラー60は光導波路40とコネクタ30の間で伝送される光信号の伝送方向を変更するための反射部材である。第2ミラー60は光導波路40の端部と光透過部材62の間に配置されている。このため、光導波路40は第2ミラー60を介してコネクタ30と光学的に接続される。光導波路40の端部から出力される光信号は、第2ミラー60によって伝送方向が変更されて光透過部材62を介してコネクタ30に入力される。反対に、コネクタ30から出力される光信号は、第2ミラー60によって伝送方向が変更されて光透過部材62を介して光導波路40の端部に入力される。 The second mirror 60 is a reflecting member for changing the transmission direction of optical signals transmitted between the optical waveguide 40 and the connector 30 . The second mirror 60 is arranged between the end of the optical waveguide 40 and the light transmitting member 62 . Therefore, the optical waveguide 40 is optically connected to the connector 30 via the second mirror 60 . The optical signal output from the end of the optical waveguide 40 is changed in transmission direction by the second mirror 60 and input to the connector 30 via the light transmission member 62 . On the contrary, the optical signal output from the connector 30 is changed in transmission direction by the second mirror 60 and input to the end of the optical waveguide 40 via the light transmission member 62 .

上記のように、実施形態では、ロジックIC10とコネクタ30は光透過部材52と第1ミラー50と光導波路40と第2ミラー60と光透過部材62を介して光学的に接続されている。ロジックIC10とコネクタ30間で光信号を伝送することができる。 As described above, in the embodiment, the logic IC 10 and the connector 30 are optically connected via the light transmitting member 52, the first mirror 50, the optical waveguide 40, the second mirror 60, and the light transmitting member 62. FIG. Optical signals can be transmitted between the logic IC 10 and the connector 30 .

図2は、実施形態の半導体パッケージ1における光学的な経路90を示す。光信号は、光学的な経路90を介して、コネクタ30の光ファイバ32とロジックIC10の光入出力部16間で伝送される。光学的な経路90は、光透過部材52と第1ミラー50と光導波路40と第2ミラー60と光透過部材62とハウジング34と光ファイバ32によって形成される。光学的な経路90全体の長さは光ファイバ32の長さに応じて変化する。 FIG. 2 shows an optical path 90 in the semiconductor package 1 of the embodiment. Optical signals are transmitted between optical fiber 32 of connector 30 and optical input/output unit 16 of logic IC 10 via optical path 90 . Optical path 90 is formed by light transmitting member 52 , first mirror 50 , light guide 40 , second mirror 60 , light transmitting member 62 , housing 34 and optical fiber 32 . The overall length of optical path 90 varies with the length of optical fiber 32 .

上記の通り実施形態のロジックIC10は光信号を電気信号に変換する機能を有する。ロジックIC10とコネクタ30は、第1ミラー50と光導波路40と第2ミラー60を介して光学的に接続されている。ロジックIC10とコネクタ30間で光信号が伝送されるが電気信号は伝送されない。実施形態の半導体パッケージ1では電気信号が伝送される電気的な経路が存在しないため、電気信号の伝送損失が生じない。電気信号の伝送損失がない半導体パッケージ1が提供される。 As described above, the logic IC 10 of the embodiment has a function of converting an optical signal into an electrical signal. The logic IC 10 and the connector 30 are optically connected via the first mirror 50 , the optical waveguide 40 and the second mirror 60 . Optical signals are transmitted between the logic IC 10 and the connector 30, but electrical signals are not transmitted. In the semiconductor package 1 of the embodiment, there is no electrical path through which electrical signals are transmitted, so no electrical signal transmission loss occurs. A semiconductor package 1 with no transmission loss of electrical signals is provided.

[実施形態の半導体パッケージ1の製造方法]
実施形態の半導体パッケージ1の製造方法が説明される。実施形態の半導体パッケージ1は、以下の各工程によって形成される。コア基板上に導体層と樹脂絶縁層を交互に積層することによってプリント配線板2が形成される。プリント配線板2の第1面2a側に、光導波路40を内蔵するための凹部が形成される。形成された凹部内に光導波路40が配置される。この際、凹部内には光透過部材52と第1ミラー50と第2ミラー60と光透過部材62も配置される。
[Manufacturing Method of Semiconductor Package 1 of Embodiment]
A method for manufacturing the semiconductor package 1 of the embodiment will be described. The semiconductor package 1 of the embodiment is formed by the following steps. The printed wiring board 2 is formed by alternately laminating conductor layers and resin insulation layers on the core substrate. A concave portion for incorporating an optical waveguide 40 is formed on the first surface 2 a side of the printed wiring board 2 . An optical waveguide 40 is arranged in the formed recess. At this time, the light transmitting member 52, the first mirror 50, the second mirror 60, and the light transmitting member 62 are also arranged in the recess.

その後、凹部に配置された光導波路40上に樹脂絶縁層が形成される。光透過部材52の上端部は第1面2aから突出する。 After that, a resin insulating layer is formed on the optical waveguide 40 arranged in the recess. An upper end portion of the light transmitting member 52 protrudes from the first surface 2a.

プリント配線板2の第1面2a上に、はんだバンプ14、光透過部材52を介してロジックIC10が実装される。ロジックIC10の光入出力部16は、第1面2aから突出する光透過部材52の上端と光学的に接続される。これにより、ロジックIC10は、第1ミラー50を介して光導波路40と光学的に接続される。 Logic IC 10 is mounted on first surface 2 a of printed wiring board 2 with solder bumps 14 and light transmitting member 52 interposed therebetween. The light input/output portion 16 of the logic IC 10 is optically connected to the upper end of the light transmitting member 52 protruding from the first surface 2a. Thereby, the logic IC 10 is optically connected to the optical waveguide 40 via the first mirror 50 .

プリント配線板2の第1面2a上にコネクタ30が実装される。コネクタ30のハウジング34が光透過部材62上に固定される。これにより、コネクタ30と光導波路40が第2ミラー60を介して光学的に接続される。この結果、ロジックIC10とコネクタ30が、第1ミラー50と光導波路40と第2ミラー60を介して光学的に接続される。実施形態の半導体パッケージ1が得られる。 A connector 30 is mounted on the first surface 2 a of the printed wiring board 2 . A housing 34 of the connector 30 is fixed on the light transmissive member 62 . Thereby, the connector 30 and the optical waveguide 40 are optically connected via the second mirror 60 . As a result, the logic IC 10 and the connector 30 are optically connected via the first mirror 50 , the optical waveguide 40 and the second mirror 60 . A semiconductor package 1 of the embodiment is obtained.

1 :半導体パッケージ
2 :プリント配線板
2a :第1面
2b :第2面
10 :ロジックIC
30 :コネクタ
40 :光導波路
50 :第1ミラー
60 :第2ミラー
Reference Signs List 1: semiconductor package 2: printed wiring board 2a: first surface 2b: second surface 10: logic IC
30: connector 40: optical waveguide 50: first mirror 60: second mirror

Claims (3)

第1面と前記第1面と反対側の第2面とを有するプリント配線板と、
前記プリント配線板の前記第1面上に実装されているロジックICと、
前記プリント配線板の前記第1面上に配置されているコネクタと、
前記プリント配線板の前記第1面側に埋まっていて、前記ロジックICと前記コネクタ間に配置されている光導波路と、
前記光導波路と前記ロジックIC間に配置されている光信号の伝送方向を変更するための第1ミラーと、
前記光導波路と前記コネクタ間に配置されている光信号の伝送方向を変更するための第2ミラー、とを有する半導体パッケージであって、
前記ロジックICは光信号を電気信号に変換する機能を有し、前記ロジックICと前記コネクタは前記第1ミラーと前記光導波路と前記第2ミラーを介して光学的に接続されている。
a printed wiring board having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
a logic IC mounted on the first surface of the printed wiring board;
a connector disposed on the first surface of the printed wiring board;
an optical waveguide buried in the first surface side of the printed wiring board and arranged between the logic IC and the connector;
a first mirror arranged between the optical waveguide and the logic IC for changing a transmission direction of an optical signal;
A semiconductor package comprising the optical waveguide and a second mirror arranged between the connectors for changing the transmission direction of an optical signal,
The logic IC has a function of converting an optical signal into an electric signal, and the logic IC and the connector are optically connected via the first mirror, the optical waveguide, and the second mirror.
請求項1の半導体パッケージであって、前記光導波路の長さは30mm以上、70mm以下である。 2. The semiconductor package according to claim 1, wherein said optical waveguide has a length of 30 mm or more and 70 mm or less. 請求項1の半導体パッケージであって、前記光導波路は前記第1面に平行に形成されている。 2. A semiconductor package according to claim 1, wherein said optical waveguide is formed parallel to said first surface.
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