專利名稱：電光組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在一盒子中封裝帶有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件的微電子構(gòu)件的裝置及方法及其功能方式。本發(fā)明特別涉及使電光元件與波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)并在微電子封裝和基底之間固定電光元件的一種封裝技術(shù)。
背景技術(shù)：
較高的頻帶寬度，改良的性能，較低的成本，以及提高的小型化是計(jì)算機(jī)工業(yè)為要加強(qiáng)在計(jì)算機(jī)內(nèi)芯片之間傳播的現(xiàn)有目的。我們已經(jīng)知道，集成的電路部件已經(jīng)提高的小型化，且這個(gè)目的達(dá)到后，需要微電子晶片變得更小。人們希望的是與微電子封裝類似的小型化，因?yàn)樗蓽p少成本和部件的外形尺寸(形狀因素)。
至于獲得，例如，10Gb/s數(shù)量級(jí)或更高的較高頻寬來(lái)說(shuō)，光學(xué)芯片間的傳播面臨著許多挑戰(zhàn)。屬于這些挑戰(zhàn)之列的是在微處理器和光發(fā)射器/探測(cè)器芯片之間的高頻寬，低等待時(shí)間的傳播，在光發(fā)射器/探測(cè)器芯片和波導(dǎo)之間的對(duì)準(zhǔn)與耦合，以及維持可接受的成本。直至現(xiàn)在，應(yīng)付所有這些挑戰(zhàn)的困難已經(jīng)表示芯片間的傳播一般是用電子學(xué)方式獲得。
應(yīng)付面臨光學(xué)芯片間的傳播挑戰(zhàn)將提供顯著的好處，包括不僅減少來(lái)自諸如電磁干涉(EMI)和交叉干擾源的噪聲，而且還包括光學(xué)芯片間傳播提供的較高的頻寬。但是，為電光組件提供對(duì)可能設(shè)置在印刷電路板上波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的良好對(duì)準(zhǔn)，在微處理器和光發(fā)射器/探測(cè)器芯片之間低的電寄生，以及相當(dāng)?shù)偷闹圃斐杀臼潜仨毜摹?br> 所以，發(fā)展用于把帶有與集成到印刷電路板(光電PCB)上的耦合器和波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)的電光元件的微電子封裝固定到諸如印刷電路板的基底上來(lái)提供合適的電光組件將是有利的。
附圖簡(jiǎn)述盡管本發(fā)明由權(quán)利要求書特別指出并明白地提出哪些內(nèi)容為本發(fā)明權(quán)利要求的結(jié)論。但是，當(dāng)與附圖結(jié)合在一起閱讀時(shí)，從本發(fā)明的下面描述中可更為容易地肯定本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明鄰接到保護(hù)薄膜的微電子封裝核心的側(cè)橫截面圖；圖2是配置在圖1中微電子封裝核心的開(kāi)口之內(nèi)的微電子晶片的側(cè)橫截面圖；圖3是在已封裝好之后的圖2中組件的側(cè)橫截面圖；圖4是已除去保護(hù)薄膜之后的圖3中的組件的側(cè)橫截面圖；圖5是說(shuō)明在微子晶片上電接觸的圖4中組件的側(cè)橫截面圖；圖6是說(shuō)明覆蓋電接觸的電介質(zhì)薄層的圖5中組件的側(cè)橫截面圖；圖7是在多個(gè)經(jīng)過(guò)電介質(zhì)薄層的通路形成之后的圖6中組件的側(cè)橫截面圖；圖8是說(shuō)明多個(gè)導(dǎo)電軌道的形成的圖7中組件的側(cè)橫截面圖；圖9是說(shuō)明焊料掩膜和通路的圖8中組件的側(cè)橫截面圖；圖10是說(shuō)明多個(gè)焊料球的形成的圖9中組件的側(cè)橫截面圖；圖11是說(shuō)明電連接到微電子晶片的電光元件的圖10中組件的側(cè)橫截面圖；以及圖12是固定到具有耦合器和波導(dǎo)的電光印刷電路板上的圖11中組件的側(cè)橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
雖然圖1-12圖示說(shuō)明了本發(fā)明的各種視圖，但這些圖并不意味著用精確的細(xì)節(jié)來(lái)描繪出微電子和光學(xué)的組件。相反，這些圖以一種更為清楚的方法來(lái)說(shuō)明微電子和光學(xué)的組件來(lái)傳達(dá)本發(fā)明的概念。另外，應(yīng)注意到在整個(gè)各種視圖中，在各圖之間共用的元件保留相同的數(shù)字指示。
本發(fā)明包括一種封裝技術(shù)，這個(gè)技術(shù)以把電光元件與在電光PCB上的耦合器和波導(dǎo)對(duì)準(zhǔn)的方式把微電子封裝固定到電光PCB上。在微電子封裝和電光PCB之間配置這電光元件來(lái)把來(lái)自在微電子封裝中微電子晶片的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成被傳輸?shù)今詈掀骱筒▽?dǎo)的光信號(hào)?；蛘?，這電光元件可把來(lái)自在電光PCB上的耦合器和波導(dǎo)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成被傳輸?shù)轿㈦娮臃庋b的電信號(hào)。
圖1示出微電子封裝核心20，它包括用于制作具有在其中形成通道22的微電子封裝的基本上是平面的材料。這通道22從第一、有源表面24到對(duì)面的、第二表面26全部地經(jīng)過(guò)微電子封裝核心20延伸。正如將會(huì)理解的，通道22可以是具有受到唯一限制的任何形狀和尺寸，這個(gè)形狀和尺寸就是要被合適的做成能容納在其中的、相應(yīng)的微電子晶片的尺寸和形狀將在下面討論。
圖1示出鄰接在保護(hù)薄膜28上的該微電子封裝核心第二表面26。具有有源表面32和后背表面34的微電子晶片30被放置在微電子封裝核心20的通道22中，如圖2所示。這樣來(lái)放置微電子晶片30，使得它的有源表面32鄰接于可能在其上具有諸如硅有機(jī)樹脂粘合劑的保護(hù)薄膜28上。保護(hù)aies28到微電子封裝核心20的第一，即有源，表面24和微電子晶片30的有源表面32，如圖4所示?；蛘撸Ｗo(hù)薄膜28可以是依賴于封裝工藝的非粘合薄膜。
尤其是，在放置微電子晶片30和微電子封裝核心20之前，在能供封裝工藝過(guò)程之用的鑄?；蚱渌脑O(shè)備部件中來(lái)涂敷粘合型保護(hù)薄膜28。保護(hù)薄膜28還可以是諸如EPFE(乙烯-五氟乙烯)或聚四氟乙烯(Teflon)的非粘合的薄膜，它通過(guò)可供封裝工藝過(guò)程之用的鑄?；蚱渌O(shè)備的部件的內(nèi)表面被固定在微電子晶片有源表面32和微電子封裝核心的第一，即有源表面24上。在這兩種情況中，保護(hù)aies28將從微電子晶片30的有源表面32和微電子封裝核心20的第一，即有源表面24被除去，接著就是封裝過(guò)程。
于是，采用封裝材料36填入在微電子封裝核心20中未被微電子晶片30占有的通道22中的部分來(lái)封裝微電子晶片30，如圖5所示。微電子晶片30的封裝可通過(guò)包括但并不限于轉(zhuǎn)移和加壓模鑄，和撒布的任何已知的工藝。也可能在不用保護(hù)薄膜的情況下來(lái)完成這種封裝過(guò)程。封裝材料36起著在微電子封裝核心20之內(nèi)固定微電子晶片30的作用，并對(duì)隨后導(dǎo)電軌道薄層的建立，為與表面區(qū)在一起的最后結(jié)構(gòu)提供機(jī)械的堅(jiān)固性。
在封裝之后，除去保護(hù)薄膜28，如圖4所示，以暴露帶有在微電子封裝核心20和微電子晶片30之間的空間起填料作用的封裝材料36的微電子晶片有源表面32。結(jié)果是基本上與微電子晶片有源表面32和微電子封裝核心的第一，即有源表面24共平面的至少一個(gè)表面38。圖5示出在微電子封裝核心20之內(nèi)用封裝材料36所封裝的微電子晶片30。微電子晶片30包括在微電子晶片有源表面32上設(shè)置的多個(gè)電接觸點(diǎn)40。電接觸點(diǎn)40被連接到微電子晶片30中的電路系統(tǒng)(未出示)，但是，為了簡(jiǎn)單和清晰，應(yīng)理解在圖5中僅示出4個(gè)電接觸點(diǎn)40。
如圖6所示，在微電子晶片有源表面32上配置著諸如環(huán)氧樹脂，聚酰亞胺，二苯環(huán)丁二烯，以及諸如此類化合物的電介質(zhì)薄層42。電介質(zhì)薄層42和封裝材料表面38，而且還覆蓋諸電接觸點(diǎn)40。電介質(zhì)薄層42的形成可通過(guò)包括，但并不限于，層壓，旋轉(zhuǎn)涂膜，滾動(dòng)涂膜，和噴霧沉積的任何已知的工藝過(guò)程。
如圖7所示，于是用包括，但并不限于，激光打孔，光刻等在本領(lǐng)域中任何已知的方法，穿過(guò)電介質(zhì)薄層42來(lái)形成多個(gè)通路44，如果電介質(zhì)薄層42是光敏的，則可用在光刻工藝過(guò)程中制作光酸抗蝕掩膜的相同方法來(lái)形成多個(gè)通路44，如在本領(lǐng)域中已知的。
在電介質(zhì)薄層42上形成多個(gè)導(dǎo)電軌道46，如圖8所示，為了與在微電子晶片30上的接觸點(diǎn)40電接觸，形成多個(gè)導(dǎo)電軌道46的每個(gè)中的一部分，使其延伸到多個(gè)通路44中的至少一個(gè)中(參見(jiàn)圖7)。多個(gè)導(dǎo)電軌道46可由諸如銅，鋁，其合金，如導(dǎo)電的聚合物樹脂的任何合適的導(dǎo)電材料形成。
多個(gè)導(dǎo)電軌道46可用包括，但并不限于，半添加電鍍和光刻技術(shù)的任何已知技術(shù)來(lái)形成。一種示范性的半添加電鍍技術(shù)可牽涉到在電介質(zhì)薄層42上沉積諸如濺射沉積或化學(xué)鍍沉積金屬的籽晶薄層。于是可沉積抗蝕層，然后在籽晶層上做圖形。然后在做好圖形的抗蝕層上被開(kāi)口區(qū)暴露的籽晶層上用電解電鍍涂敷一層諸如銅的金屬層。于是，可把做好圖形的抗蝕層剝離，而在其上沒(méi)有被電鍍金屬薄層的籽晶層中的一部分腐蝕掉以完成導(dǎo)電層46的形成。盡管在前面陳述了一種用于形成導(dǎo)電軌道的已知技術(shù)，但是形成多個(gè)導(dǎo)電軌道46的其它方法，對(duì)在本領(lǐng)域中的技術(shù)人員是明白的。
可能要求錫需要在這種位置上沉積軌道那樣，來(lái)獲得合適的互連或滿足電的或其它性能的規(guī)格，可重復(fù)用于沉積電介質(zhì)材料，形成通路，和形成軌道的工藝步驟的序列。一旦形成導(dǎo)電軌道46，可把它們用于帶有焊料凸緣，焊料球，細(xì)桿，及諸如此類焊料的導(dǎo)電互連的形成用來(lái)與諸如光學(xué)基底的外部部件的傳播。例如，在電介質(zhì)層42上可沉積焊料后掩膜材料48，于是可在焊料掩膜材料48中形成帶有焊料掩膜開(kāi)口51的導(dǎo)電軌道46，如圖9所示，以及多個(gè)通路50，以暴露每個(gè)導(dǎo)電軌道46中的至少一個(gè)區(qū)段?？煞胖枚鄠€(gè)諸如球柵格陣列(BGA)的導(dǎo)電凸緣52與導(dǎo)電軌道46的暴露區(qū)段相接觸，并用回流工藝固定在那里，如圖10所示。
圖11示出與至少一個(gè)導(dǎo)電軌道46相接觸的諸如縱向空腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)或光探測(cè)器的電光元件54，用于把來(lái)自微電子晶片30的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，或者反過(guò)來(lái)轉(zhuǎn)換亦行。如圖11所示，電光元件54通過(guò)用回流工藝把電光元件54固定到微電子封裝58的焊料球56與一對(duì)導(dǎo)電軌道46相接觸。正如將會(huì)理解的，微電子封裝58是由微電子封裝核心20，微電子晶片30，封裝材料36，以及由電介質(zhì)層42，導(dǎo)電軌道30，封裝材料36，以及由電介質(zhì)層42，導(dǎo)電軌道46和焊料掩膜材料48限定的組合層即諸薄層60，所限定的。
如圖12所示，用BGA52，固定到微電子封裝58的電光PCB62具有第一表面66和第一表面66對(duì)面的第二表面68。圖12示出耦合器70和波導(dǎo)72被安裝于第一和第二表面中的諸如第一表面66的一個(gè)表面之中或之上，或在中間的位置處，且把它放在相對(duì)于微電子封裝58的有源一側(cè)與微電子晶片有源表面32隔開(kāi)，但是面向著它。圖12還示出微電子封裝58的有源側(cè)至少部分地分別由微電子晶片30的有源表面32和對(duì)應(yīng)的微電子封裝核心20的有源表面24和38，以及封裝材料36所限定，所有這些表面是共面的。圖12還進(jìn)一步示出在微電子封裝58有源側(cè)上的組合層即諸薄層60被分別安裝在微電子片段有源表面42和微電子封裝核心20相應(yīng)的有源表面24和38，以及封裝材料36中的至少一個(gè)，且較佳的是所有的之上。示于圖12中BGA接合處的位置由焊料掩膜開(kāi)口51所決定。用于把微電子封裝58固定到電光印刷線路板64的BGA球和固定電光元件54的BGA球的焊料掩膜開(kāi)口，較佳的應(yīng)是如果做圖形工藝是根據(jù)光刻的，則由作為相同的做圖形的工藝或用相同的掩膜一次曝光來(lái)制作。
可通過(guò)焊料自對(duì)準(zhǔn)來(lái)獲得在電光元件和耦合器之間的對(duì)準(zhǔn)，例如，可由BGA回流來(lái)獲得這種自對(duì)準(zhǔn)。用這方法成功的對(duì)準(zhǔn)要求耦合器相對(duì)于光學(xué)基底的BGA焊料掩膜開(kāi)口的精確位置。
還是參考圖12，電光元件54可包括集成透鏡76來(lái)聚焦并傳輸?shù)交騺?lái)自耦合器70和波導(dǎo)72光信號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，鄰近耦合器70和波導(dǎo)72，如在78處那樣，可把折射率匹配的材料安裝在集成透鏡76的表面上，圖12還示出，例如在面向微電子封裝58的一側(cè)，光學(xué)基底62可包括在其上具有耦合器70和波導(dǎo)72的印刷電路板。
有了本發(fā)明實(shí)施例這樣詳細(xì)的描述，要知道，由所附權(quán)利要求書中所規(guī)定的本發(fā)明，并不限于在上面描述中陳述的特殊細(xì)節(jié)，因?yàn)樵诓贿`背其精神實(shí)質(zhì)或范圍的情況下，有其許多明顯的變化是可能的。
權(quán)利要求
1.一種電光組件，包括微電子封裝；光學(xué)基底；電光元件，把來(lái)自所述微電子封裝和所述光學(xué)基底中的一個(gè)的信號(hào)轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)剿鑫㈦娮臃庋b和所述光學(xué)基底中的另一個(gè)；以及接合劑，把所述微電子封裝固定到所述光學(xué)基底。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光組件，其特征在于，其中所述微電子封裝具有微電子晶片，而所述光學(xué)基底具有耦合器和波導(dǎo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光組件，其特征在于，其中所述微電子封裝包括具有通道的核心，通過(guò)封裝材料把所述微電子晶片粘附到這通道中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電光組件，其特征在于，其中所述微電子封裝具有由所述微電子晶片的有源表面和所述核心的對(duì)應(yīng)表面所限定的有源側(cè)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電光組件，其特征在于，其中所述在微電子封裝的所述核心中的所述通道中的所述封裝材料與所述微電子晶片的所述有源表面是共面的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電光組件，在所述微電子封裝的所述有源側(cè)上還包括組合層以支承與所述微電子晶片電接觸的導(dǎo)電軌道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電光組件，其特征在于，其中所述組合層包括電介質(zhì)層，通過(guò)這電介質(zhì)層，所述軌道為在所述微電子封裝的所述有源側(cè)上的接觸而延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電光組件，包括焊料球以把所述電光元件固定到所述導(dǎo)電軌道和到在所述組合層上焊料掩膜的做好圖形的開(kāi)口。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電光組件，其特征在于，其中所述接合劑包括固定到光學(xué)基底的焊料球和到在所述微電子封裝的所述組合層上的已做好圖形的開(kāi)口。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電光組件，其特征在于，其中用于所述電光元件和所述結(jié)合劑的所述已做好圖形的開(kāi)口是用在用于所述焊料掩膜的單一薄層中的單一的構(gòu)圖工藝來(lái)做成圖形的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電光組件，其特征在于，其中所述構(gòu)圖工藝包括用單一的光刻掩膜對(duì)用于所述電光元件和接合劑的所述圖形開(kāi)口做圖形。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光組件，其特征在于，其中所述電光元件轉(zhuǎn)換來(lái)自所述微電子晶片和所述耦合器與波導(dǎo)中的一個(gè)的信號(hào)，并把所述信號(hào)傳輸?shù)剿鑫㈦娮泳退鲴詈掀髋c波導(dǎo)中的另一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光組件，其特征在于，其中所述電光元件把來(lái)自所述微電子晶片的電信號(hào)轉(zhuǎn)移到光信號(hào)，并把所述光信號(hào)傳輸?shù)剿鲴詈掀髋c波導(dǎo)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電光組件，其特征在于，其中所述電光元件把來(lái)自所述耦合器與波導(dǎo)的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并把所述電信號(hào)傳輸?shù)剿鑫㈦娮泳?br> 15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電光組件，一般于鄰近所述耦合器和所述波導(dǎo)處，在所述電光組件的表面上包括折射率匹配的材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電光組件，其特征在于，其中所述電光元件包括集成透鏡，以把所述光信號(hào)聚焦并傳輸?shù)剿鲴詈掀髋c所述波導(dǎo)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光組件，其特征在于，其中所述電光元件是在所述微電子封裝和所述光學(xué)基底之間并包括一VCSEL。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光組件，其特征在于，其中所述電光元件在所述微電子封裝和所述光學(xué)基底之間并包括光探測(cè)器。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電光組件，其特征在于，其中所述光學(xué)基底包括在其上具有耦合器和波導(dǎo)的印刷電路板。
20.一種制造電光封裝的方法，包括把電光元件接合到具有微電子晶片的微電子封裝的有源側(cè)；設(shè)置具有耦合器和波導(dǎo)的光學(xué)基底面向所述電光元件；以及把所述微電子封裝接合到所述光學(xué)基底，使得所述電光元件與所述耦合器對(duì)準(zhǔn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述方法，其特征在于，其中用焊料球把所述電光元件接合到在所述微電子封裝的所述有源側(cè)上的組合層上焊料掩膜的已做好圖形的開(kāi)口。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述方法，其特征在于，其中用焊料球把所述光學(xué)基底接合到在所述微電子封裝的所述有源側(cè)上的組合層上焊料掩膜的已做好圖形的開(kāi)口。
23.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，在電光元件和耦合器之間的對(duì)準(zhǔn)采用焊料自對(duì)準(zhǔn)。
全文摘要
一種包括微電子封裝(20)和光學(xué)基底(62)的電子組件，其中該光學(xué)基底包括耦合器(70)和波導(dǎo)(72)。電光元件(54)被配置成把來(lái)自微電子封裝(20)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換到用于傳輸?shù)今詈掀?70)和波導(dǎo)(72)的光信號(hào)，和/或接收光信號(hào)并把它轉(zhuǎn)換到用于傳輸?shù)轿㈦娮臃庋b(20)的電信號(hào)。
文檔編號(hào)H01S5/02GK1685261SQ03822525
公開(kāi)日2005年10月19日 申請(qǐng)日期2003年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
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