CN107076940B - 具有印刷电路的ic系统和光电芯片 - Google Patents

Abstract

一种光发送器可以包括芯片栈，该芯片栈包括被使用锡球安装到光子芯片的电子IC。焊接允许电子IC和光子芯片进行通信。另外，该发送器可以包括耦合到栈的PCB，从而PCB中的电信号被发送到IC和光子芯片(反之亦然)。PCB的至少一部分被布置在光子芯片和电子IC之间而不是使用附着到光子芯片的表面上的焊盘的焊线来将PCB耦合到栈。PCB还可以包括用于形成到电子IC的直接焊接的焊盘。同样地，电子IC可以包括到PCB和光子芯片两者的直接焊接。

Description

具有印刷电路的IC系统和光电芯片

技术领域

本公开中给出的实施例一般地涉及通信地将信号路由材料(例如，柔性或刚性印刷电路板(PCB))耦合到电子集成电路(IC)和光子芯片。更具体地，本文公开的实施例通过将信号路由材料布置在电子IC和光子芯片之间来直接地将这种材料连接到电子IC或光子芯片。

背景技术

诸如发送器或接收器之类的光学子组件通常用于各种不同的应用中，比如，40/100G小形状因数可插拔(SFP)收发器连接器、四通道小形状因数可插拔(QSFP)连接器以及QSPF28连接器。这些连接器经常把电子IC和光子芯片堆叠起来，这降低了功耗、封装大小和成本，并且可以提升性能。然而，针对电子IC的缩小的CMOS节点大小要求更高的I/O和更密集的路由，以增大用于电路由的阻抗值和电感值。该问题只会随着电子IC执行另外的功能(比如，驱动外部电路或执行数据恢复/误差校正)而变得更差。而且，与具有较少带宽或功能的系统相比，使用差分式高速I/O的多通道(例如，使用高级调制方案的40/100G或+100G收发器)也可能要求额外的路由。

通常，PCB被经由光子芯片中的一个或多个再分布层通信地耦合到电子IC。例如，发送器可以包括多个焊线(wire bond)，这些焊线将PCB连接到光子芯片上的焊盘。由此，光子芯片使用其再分布层来将电信号运送到电子IC。然而，随着I/O路由的数目的增加，光子芯片中的再分布层可能不足以在PCB和电子IC之间路由电信号。

附图说明

通过参考附图中示出了其中一些的实施例，可以获得更详细地理解本公开的上述特征的方式、以上简要概括的本公开的更具体的描述。但是应该注意的是，示图仅示出了本公开的典型实施例，因此不应该被认为限制本公开的范围，因为本公开可以认可其他等效的实施例。

图1是根据本文描述的一个实施例的光发送器。

图2示出了根据本文描述的一个实施例的耦合到光子芯片的电子IC。

图3示出了根据本文描述的一个实施例在电子IC和光子芯片之间布置柔性PCB。

图4是根据本文描述的一个实施例的用于将电子IC连接到PCB和光子芯片二者的方法。

图5是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的平面图。

图6A是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的顶视图。

图6B-6C是根据本文描述的实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的横截面。

图7是根据本文描述的一个实施例在电子IC和光子芯片之间布置PCB。

图8A是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的顶视图。

图8B-8C是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的横截面。

为便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来指定附图中共有的相同元件。可以预见的是，在一个实施例中公开的元件可以在没有具体引用的情况下被有利地用在其他实施例中。

具体实施方式

概述

本公开中给出的一个实施例是一种光子芯片，该光子芯片包括第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面都垂直于共同的方向，其中该第二表面沿着该共同的方向相对于该第一表面凹陷以形成对准区域。此外，该对准区域的深度大于或等于PCB的一部分的厚度，从而允许该PCB的顶表面在被放置在该对准区域中时大体上与该第一表面对准。该光子芯片还包括布置在第一表面上的接合区域，该接合区域包括被配置为形成到电子IC的电连接的多个焊盘；以及被电耦合到多个焊盘中的至少一个焊盘的光元件。该光元件被配置为在光子芯片内发送光信号。

本公开中给出的另一实施例是一种光系统，该光系统包括：电子IC，该电子IC包括底表面；和光子芯片，该光子芯片包括顶表面和凹陷的表面，该顶表面和凹陷的表面都对着该IC的底表面，其中该凹陷的表面相对于垂直于该顶表面和该凹陷的表面的方向距该IC的底表面比距该顶表面远。此外，该IC覆盖于该顶表面和凹陷的表面上。该光系统还包括布置在该IC的底表面和该光子芯片的凹陷的表面之间的信号路由材料的部分，其中该信号路由材料的部分和该光子芯片的顶表面各自包括到该IC的底表面的多个相应的电连接。

本公开中描述的另一实施例是一种方法，该方法包括：使用第一多个电连接将信号路由材料连接到电子IC的底表面；以及将包括该第一多个电连接的该信号路由材料的部分布置在光子芯片的对准区域中。该对准区域至少部分地由该光子芯片的凹陷的表面和该光子芯片的顶表面之间相对于垂直于该凹陷的表面和该顶表面的方向的距离来限定，其中该顶表面和该凹陷的表面都对着该IC的底表面。此外，该信号路由材料的部分介于该IC的底表面和该光子芯片的凹陷的表面之间。该方法还包括使用第二多个电连接将该IC的底表面连接到该光子芯片的顶表面。

示例实施例

光发送器可以包括芯片栈，该芯片栈包括被使用锡球或铜柱(Cu柱)安装到光子芯片的电子IC。这些焊接允许电子IC和光子芯片进行通信。另外，发送器可以包括耦合到该栈的PCB，以使得PCB中的电信号被传输到IC和光子芯片(反之亦然)。PCB至少有一部分被布置在光子芯片和电子IC之间，而不是使用附接到光子芯片的表面上的焊盘的焊线将PCB耦合到栈。PCB还可以包括用于形成到电子IC的直接焊接的焊盘。也就是说，PCB使用焊接来直接与电子IC通信，而不依赖于用于在PCB和电子IC之间传递电信号的光子芯片中的再分布层。此外，在一个实施例中，电子IC仍维持与光子芯片的一个或多个焊接。也就是说，电子IC包括到PCB和光子芯片二者的直接焊接。

在一个实施例中，光子芯片被处理以包括相对于被耦合到电子IC的光子芯片的顶层凹陷的表面，从而产生了如下区域，在该区域中PCB可以被布置在光子芯片和IC之间。一旦电子IC被连接到PCB和光子芯片，就可以使用底部填充(underfill)材料来机械地稳固这些连接并且将PCB耦合到光子芯片的凹陷表面。此外，由凹陷层产生的区域可以在光子芯片中包括一个或多个凸起的特征。这些凸起的特征的高度可以从凹陷的表面延伸到光子芯片的顶层。在一个实施例中，凸起的特征也可被耦合到电子IC，这可以增加栈的机械稳定性。例如，还可以使用锡球将这些凸起的特征连接到电子IC。除提供机械稳定性外，凸起的特征上的焊接还可被用于在电子IC和光子芯片之间传输电信号。

图1是根据本文描述的一个实施例的光发送器100。光发送器100包括安装于电子芯片110上的电子IC 105。虽然图1的顶视图未示出，但是可以使用多个直接焊接将电子IC105安装到芯片110。电子IC 105可以包括向电子芯片110提供数据信号的CMOS电路。光子芯片110也可以包括CMOS电路，而且还包括诸如波导、相位调制器、分光器之类的可被电耦合到焊接的光学元件。这些光学元件通过光子芯片110发送或运送光信号，并且可以使用经由焊接接收的控制信号来执行它们各自的功能。

光发送器100还包括PCB 115，PCB 115包括多个电子迹线(trace)135。例如，这些迹线135可以是经由光子芯片110向电子IC 105传输和从电子IC 105传输的高速差分信号对。在一个实施例中，PCB 115可以是柔性PCB，以使得PCB 115和迹线135能够弯曲或扭转，而不是像在刚性PCB中那样保持大体平坦。此外，图1仅示出了PCB 115的一个层。在一个实施例中，PCB 115包括多层，这些层具有相应的迹线以向和从电子IC105和光子芯片110路由数据或功率信号。

为了在PCB和电子IC 105和/或光子芯片110之间路由电信号，光芯片110包括位于顶表面的边缘上的多个焊盘120。虽然未示出，但是可以使用焊线来将焊盘120连接到PCB115上的迹线135。然而，由于工艺限制，焊盘120排列在光子芯片110的顶表面的一侧可能不足以容纳全部必须的数据和功率信号。在一个示例中，焊盘120间隔至少60微米，这限制了可以在任一侧上放置的焊盘120的数目。而且，由于与焊线相对应的高阻抗，多个平行的焊线可被用于降低单一高速数据连接的阻抗。但是使用这些冗余连接还增加了光子芯片110上所需的焊线和焊盘120的数目。这样一来，在此示例中，焊盘120排列在光子芯片110的顶表面的三侧。此外，PCB 115包括在光子芯片110周围延伸的翼130，从而PCB 115包括正对着芯片110的边缘处的三个侧边的三个表面。翼130在PCB 115上提供额外的区域，该区域可被用来向光子芯片110路由电信号。由此，发送器100包括额外的焊线，这些焊线从PCB 115的翼130延伸到光子芯片110的对着翼130的相应侧上的焊盘120。如这里所示，无源元件125(例如，电容器、电感器、电阻器等)被安装在翼130上。在一个实施例中，为了例如滤除电子IC 105中的数据或功率信号中的噪声，这些元件被经由光子芯片110电耦合到电子IC 105。

然而，使用翼130的缺点在于它们增大了发送器100的总宽度。也就是说，如果省略翼130，则发送器100的宽度(即，图1的垂直方向)能够被缩小到光子芯片110的宽度(并且假设安装板140的宽度也被减小)。在一个实施例中，发送器100的宽度超过7毫米，这意味着发送器100可能太宽了以至于不能装进许多标准的收发器。因此，发送器100的宽度会使得它与接收器竞争收发器内有限的空间。另一缺点在于翼130的宽度窄会限制路由。例如，焊线焊盘、无源元件、用于过孔的禁止区(keep out zone)、以及多个路由的线激烈地竞争翼130上有限的空间，尤其是因为具有恒定宽度的窄翼130中不存在扇出区域(fan out area)。

PCB 115、光子芯片110和IC 105被安装在板140上。在一个实施例中，安装板140提供支持PCB 115、光子芯片110和IC 105的刚性基板，该刚性基板可以由比板140的材料脆弱的材料制成。安装板140包括光纤光缆连接145，该光纤光缆连接145在光缆和光子芯片110之间路由光信号。为这样做，安装板140可以包括从连接145延伸到光子芯片110的一个或多个波导。安装板140还包括激光组件155，激光组件155生成然后被发送到光子芯片110的光信号(例如，连续波)。如所示，芯片110包括位于其顶表面上的透镜150，透镜150被与激光组件155对准。使用透镜150，由激光组件155生成的光信号被导入光子芯片110内。虽然未示出，但是激光组件155可以包括到光子芯片110的顶表面的一个或多个焊线，这些焊线向激光组件155供电。另外，激光组件155可以包括它自己的透镜以及光隔离器以生成光信号，该光信号然后被发送到透镜150并进入光子芯片110内。

在一个实施例中，激光器被直接安装于光子芯片110上，从而消除了对于额外的激光器基板的需求。然而，在某些实施例中，工艺限制可能不允许这种配置，不将激光器安装在光子芯片110上是优选的。

虽然未在图1提供的顶视图中示出，但是安装板140至少可以在光子芯片110和翼130下面延伸。此外，板140还可以在包括迹线135的PCB115的至少一部分下面延伸。发送器110可以包括胶粘材料以及一个或多个基板，它们将PCB 115和光子芯片110耦合到安装板140以提供机械支撑。

在一个实施例中，当使用发送器100发送光信号时，激光器155生成连续波光信号，该连续波光信号被光子芯片110接收。在PCB 115上发送的数据信号被电子IC 105接收，电子IC 105然后使用这些数据信号来控制光子芯片110中的调制器。例如，IC 105可以使用如下调制方案，其中通过向光子芯片110(光子芯片110对光信号进行调制以将数据编码到光信号中)提供控制信号来将在PCB 115上接收的数据编码到光信号中。例如，激光器可以将连续波发送到透镜150，该连续波基于控制信号在光子芯片110中根据调制方案(例如，NRZ或PAM-4)被调制。然后使用连接器145将经调制的光信号发送到光纤上。

当发挥接收器的作用时，发送器100从耦合于连接器145的光缆接收光信号。在一个实施例中，光子芯片110包括检测器，该检测器将光信号转换成电信号，IC 105可以对该电信号进行解调并在PCB 115上将其作为数据信号发送到耦合的计算设备。以此方式，发送器100可以使用光信号来发送和接收数据。

图2示出了根据本文描述的一个实施例的耦合到光子芯片的电子IC。具体而言，图2示出了包括光子芯片110和电子IC 105的栈的横截面200，如图1中的剖面线A-A所示。为清楚起见，横截面200不包括PCB 115的翼130和安装板140。

在该实施例中，电子IC 105和光子芯片110都包括再分布区域，再分布区域包括一个或多个再分布层(RDL)。例如，IC 105包括再分布区域210，同时芯片110包括再分布区域205。各个区域205、210中的RDL包括使得IO垫(例如，焊盘120)在其他位置处可用的金属路由层。例如，在焊盘120处提供的数据或功率信号被在光子芯片110中的RDL中路由到顶表面225上的焊盘215。另外，再分布区域205可被用于将这些功率或数据信号路由到位于区域205下面的光子芯片110内的逻辑，或者甚至路由到其他焊盘120。作为后者的示例，一个焊盘120可以接收DC功率信号，该DC功率信号然后经由再分布区域205被路由到另一焊盘120，另一焊盘120使用焊线将该DC功率中继到激光器。

使用焊料凸点(solder bump)将焊盘215电子地且机械地耦合到电子IC 105底表面230来形成焊接220。底表面230还包括与焊料凸点220(或Cu柱)相对应的焊盘。经由焊接220接收的信号然后被使用再分布层210中的RDL路由到电子IC的不同部分。而且该过程还反向地作用，在电子IC内的逻辑使用区域210中的RDL和焊接220来将信号路由到光子芯片110中的元件(例如，光调制器)和/或焊盘120。

因为用于形成电子IC 105和光子芯片110的制造技术可以改变，所以两个再分布层210和205中的路由层中的金属的密度和RDL的数目可以改变。虽然IC 105和光子芯片110可以由相似的基质材料(例如。诸如硅之类的半导体)制造而成，但是IC 105和芯片110中的不同元件(例如，IC105中的CMOS电路、芯片110中的波导或光调制器)可能需要不同的制造技术和工艺。用于制造IC 105的技术可以允许IC 105比芯片110有更多RDL。因为对光子芯片110中的RDL的数目的限制，芯片110可能无法在再分布层205中包括足以满足将期望数目的信号从焊盘120传递到电子IC105的路由路径。

图3示出了根据本文描述的一个实施例的在电子IC 105和光子芯片310之间布置PCB 315的一部分。与上面所公开的电子IC类似，这里示出的IC 105在对着PCB 315和光子芯片310的底表面上包括接口，该接口允许形成多个焊接(例如，倒装芯片布置)。然而，与焊接仅在IC 105和光子芯片之间不同，在图3中，第一多个焊接在IC 105和PCB 315之间并且第二多个焊接在IC 105和光子芯片310之间。

如所示，PCB 315包括在焊盘区域320中的焊盘处终止的多个迹线305。虽然未示出，但是PCB 315可以包括具有在区域320中的焊盘处终止的迹线的其他层。图3包括表明电子IC 105与焊盘区域320重叠的部分的虚线。然后形成焊接以将PCB 315中的迹线305通信地耦合到IC 105。

虽然在本文实施例中明确地示出并讨论了PCB 315，但是本公开不限于此。例如，可以在如图3中所示的电子IC 105和光子芯片31 0之间放置其他类型的信号路由材料。其他类型的合适的材料包括多层陶瓷、玻璃、硅、半导体、或任意类型的插入型材料或基质。

光子芯片310还包括被电子IC 105覆盖的焊盘区域330。例如，区域330与IC 105的底表面上的焊盘对准，这些焊盘使得焊接能够通信地将芯片310耦合到IC 105。此外，焊盘区域330位于最靠近电子IC 105的顶表面340上。另外，光子芯片310包括相对于顶表面340凹陷的表面345。凹陷的表面345由光子芯片310的厚度从在上面布置了焊盘区域330的表面的相对减小来定义。例如，在制造光子芯片时，通过蚀刻掉芯片310的一部分来形成凹陷的表面345。以此方式，形成将顶表面340连接到凹陷的表面345的侧壁346。侧壁346和凹陷的表面345限定了大小和形状适于接收PCB 315的一部分的对准区域。在一个实施例中，侧壁346的高度(即对准区域的深度)等于或大于PCB 315的厚度，从而当将PCB 315放置在对准区域内时，焊盘区域320大体上与焊盘区域330和顶表面340位于同一平面内。如这里所使用的，“大体上……位于同一平面内”表示区域320和330被充分对准以使得焊接能够到相同的表面，例如，电子IC105的底表面。

用于将电子IC 105的底表面连接到区域320和/或330的焊接可以包括C4焊料凸点、具有焊帽的Cu柱、以及助焊剂(SnAgCu等)或无助焊剂连接。而且，虽然具体地讨论了焊接，但是在其他实施例中，可以使用不同类型的电连接来将电子IC 105的底表面连接到区域320和/或330。合适的替代物包括(各向异性的)导电环氧基树脂/膜或阳极/摩擦/超音速金-金接合(bonding)或Au螺柱接合。

光子芯片310在接收PCB 315的对准区域内包括凸起的特征325。从而，凸起的特征325不妨碍将PCB 315放置在对准区域内，PCB 315定义了具有适合于允许凸起的特征325穿过的尺寸的孔径335。在一个实施例中，凸起的特征325的顶表面与顶表面340在同一平面上。此外，凸起的特征325的顶表面被用作耦合到电子IC 105的底表面的接合表面。在一个实施例中，凸起的特征325包括用于接合到电子IC 105的底表面的相应的焊盘区域。可替代地，可以使用诸如环氧基树脂之类的粘合剂来将凸起的特征325附着到电子IC 105的底表面。以此方式，凸起的特征325可以为将电子IC 105耦合到光子芯片310提供额外的机械稳定性。而且，在一个实施例中，凸起的特征325可以充当将PCB 315布置在凹陷的表面345所定义的对准区域中的对准向导。

虽然凸起的特征325被示出为具有四边形形状，但是这并不意图成为限制。例如，特征325可以具有促进将PCB 315引导进带折转的(with return)对准区域的截头圆锥形状。此外，芯片310可以包括任意数目的凸起的特征325，或者芯片310可以包括不具有任何凸起的特征325的凹陷的表面345。在一个实施例中，芯片310能够被切成小方块一直到侧壁346，从而完全地省略表面345和任何特征325。

图4是根据本文描述的一个实施例的用于将电子IC连接到PCB和光子芯片二者的方法。在框405处，光子芯片被蚀刻以产生凹陷的表面和一个或多个凸起的特征。可以使用深反应离子蚀刻(DRIE)之类的化学工艺来执行蚀刻，并且可以由生产商在制造光子芯片时或者在由芯片的购买者执行的后期处理步骤中执行蚀刻。如图3中所示，在创建凹陷的表面和凸起的特征时所移除的材料定义了与PCB的一部分的特征相匹配的对准区域。在一个实施例中，顶表面340可以被蚀刻100-200微米以形成凹陷的表面345。在一个实施例中，通过位于顶表面340处的任意再分布层(通常为5-20微米深)来进行这样的蚀刻。

在框410处，电子IC被连接到PCB。在一个示例中，IC和PCB中的焊盘区域被对准以使得能够做出多个焊接。在一个实施例中，锡球首先被布置到IC或PCB的焊盘上，然后一旦PCB和电子IC被对准锡球即被熔融从而产生焊接。本实施例不限于任何用于产生焊接的特定技术。例如，锡球可以被回流，或者可以使用热压缩。

在框415处，电子IC被连接到光子芯片。可以使用在框410中所执行的相同技术来进行该连接。例如，锡球被布置在IC或光子芯片上，然后被熔融，以产生焊接。而且，因为IC已经被耦合到PCB，所以将IC连接到光子芯片还意味着PCB的一部分被布置在由在框405处形成的(如图3中所示的)凹陷的表面和凸起的特征定义的对准区域中。然而，在一个实施例中，不在PCB和光子芯片之间执行有源对准。也就是说，PCB和光子芯片被形成为使得当光子芯片被接合到IC时有足够的空隙使得PCB不会妨碍到光子芯片上的特征。相反地，PCB或光子芯片可以在这两个元件接口连接的区域中包括对准特征，这些对准特征辅助对准光子芯片和电子IC的接合区域。

此外，在将IC连接到光子芯片之前，可以执行一个或多个处理步骤以确保在框415期间形成的电连接不破坏在框410处形成的连接。例如，PCB焊接头可以首先被底部填充，或者在框410期间使用的焊料的成分可以在形成时被“冷冻(freeze out)”，从而焊料不会再回流。然而，这仅是两个示例。本领域普通技术人员将认识到存在多种其他解决方案来确保在框410期间形成的电连接不会受到在框415处形成的连接的影响。

在框420处，底部填充材料被注入到IC和PCB之间以及IC和光子芯片之间的焊接周围的空间内。电绝缘的底部填充材料提供了机械稳定性并且移除了对焊接的至少部分机械应力。另外，在框420处，底部填充材料可以在对准区域中被注入到PCB和光子芯片之间。例如，对准区域的容量可以大于PCB被放置在该区域中的部分所需要的空间。为提高机械稳定性，底部填充材料被注入到PCB和光子芯片之间在对准区域中的任意间隙内。

图5是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC 105和光子芯片310之间的PCB315的平面图。也就是说，系统500示出了执行方法400的结果，其中IC 105包括到PCB 315和光子芯片310二者的直接焊接。另外，无源元件505(例如，电阻器、电容器、电感器等)被安装在PCB315上。然而，不同于图1中无源元件125被安装在从PCB 115的主体延伸出去的翼130上，而这里无源元件505被安装在PCB 315的主体上。而且，与图1中不同，PCB 315不比光子芯片310宽。这样一来，具有足以容纳光子芯片310的宽度的宽度的任意封装也足以容纳PCB315的宽度。

另外，通过使用焊接来在PCB 315和IC 105之间发送和接收信号，避免了来自光子芯片310中的焊线和RDL的额外的电容、电感和/或电阻。而且，因为焊接的电阻可能小于焊线的电阻，所以可能需要比焊线少的焊接来容纳在PCB 315和IC 105之间传递的信号。也就是说，就高速信号而言，可能需要多个并行的焊线来确保信号不被衰减。因为焊接具有更小的电阻，可能需要PCB 315和IC 105之间的较少的并行焊接(或者仅一个焊接)来传递同样的高速信号。因此，为传递同样多的信号，与使用焊线的系统相比，系统500可以使用较少的焊接。

图6A是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC 105和光子芯片310之间的PCB 315的顶视图。如所示，IC 105直接覆盖于PCB 315和光子芯片310的一部分上。在该实施例中，电子IC 105的最左边缘被与光子芯片310的最左边缘对准，但这并非要求。

孔径335提供了相应的开口，从而光子芯片的凸起的特征(未示出)能够穿过PCB315并耦合到电子IC 105。而且，PCB 315的最右边缘可以不直接紧靠着光子芯片310的顶表面340，从而产生了间隙650。在PCB315与IC 105对准且形成焊接后，可以用填充材料充满间隙650以增大光子芯片310和PCB 315之间的机械支撑。

图6B-6C是根据本文描述的实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的横截面。具体而言，图6B示出了沿图6A中的虚线B-B的横截面。如所示，电子IC 105包括到PCB315的多个焊接605和到光子芯片310的多个焊接610。在一个实施例中，PCB 315和IC 105之间的任意电子路径中都不存在焊接。然而，如果需要的话，PCB和光子芯片310之间可能存在直接焊线连接以在两个元件之间具有直接线路或者提供补充路由能力。在一个实施例中，这些线路主要是DC电压线路。

虽然图6B中未示出，但是在一个实施例中，PCB 315包括到光子芯片310的直接焊接。例如，PCB 315可以运送打算用于光子芯片310的数据或功率信号。PCB 315的底表面(即，对着光子芯片310的凹陷的表面345的表面)可以包括与凹陷的表面345上的焊盘区域对准的焊盘区域。可以在形成IC 105和光子芯片310之间的焊接的同时形成从PCB 315到光子芯片310的焊接。可替代地，柔性PCB 315能够部分地延伸到连接凹陷的表面345和顶表面340的侧壁之外(在未被IC 105遮盖的区域中)以向上弯折来越过侧壁所创建的边缘并最终与表面340对准，从而PCB可以直接接合到顶表面340上的光子芯片310。然而，如果PCB 315和芯片310之间不存在焊接，则来自PCB 315的、打算用于光子芯片310的信号可以被路由通过IC 105中的RDL并然后到光子芯片310。

在所示的示例中，PCB 315不直接接触凹陷的表面345或将凹陷的表面345连接到顶表面340的芯片310的表面中的任一者。为在将光子芯片310对准到IC 105时允许更大的灵活性，形成凹陷的表面345以使得对准区域具有比PCB 315在对准区域中的部分更大的容量可能是优选的。如上面所提到的，可以用底部填充材料来填充PCB 315和光子芯片310之间的任意间隙。然而，在另一实施例中，对准区域可以被蚀刻为与PCB 315和孔径335相同的尺寸，从而当PCB 315(假设已经形成PCB 315和IC 105之间的焊接)被布置在光子芯片310的对准区域内时，IC 105上的焊盘区域自动对准到光子芯片310的顶表面340上的焊盘区域，即，焊盘区域是自对准的。但是，这样做可能依赖于PCB边缘容差和焊盘的间距来确保恰当的对准。

图6C示出了沿图6A中的虚线C-C的横截面。因为线C-C径直穿过孔径335中的一个孔径，所以图6C中的横截面包括PCB 315的两个部分，即，部分315A和部分315B。如所示，凸起的特征325将PCB部分315A与PCB部分315B分开。凸起的特征325包括到IC 105的多个焊接615，但是在其他实施例中，可以使用不同的连接技术来将凸起的特征325机械耦合到IC105。在一个实施例中，焊接615不在光子芯片310和IC 105之间提供电连接。也就是说，不使用连接615来在芯片310和IC 105之间传递数据和功率信号。在一个示例中，通过蚀刻芯片310来产生接收PCB部分315B的对准区域，凸起的特征325和光子芯片310的其余部分之间的电连接被切断，因此焊接615可仅被用来提供机械支撑。

然而，在其他实施例中，焊接615可被用来在光子芯片310和IC 105之间传递信号。例如，信号可以被向下路由通过凸起的特征325并且在对准区域下面以到达光子芯片310的其余部分。在一个实施例中，凸起的特征325包括硅通孔(TSV)，该TSV将信号传递到芯片310的后侧，在芯片310的后侧RDL能够横向地路由信号。另一TSV然后可被用于将信号从后侧RDL向上路由到位于靠近顶表面340处的RDL。

图7是根据本文描述的一个实施例的在电子IC 105和光子芯片710之间布置PCB715。如该部分分解图中所示，PCB 715包括限定孔径720的一个或多个表面，孔径720包括与光子芯片710上的凸起的特征740和735的尺寸相同或者超过它们的尺寸的尺寸。这样一来，当使得对着光子芯片710的PCB 715的底表面与凸起的特征745接触时，凸起的特征740和735在孔径720的容积内。换言之，孔径720提供了这样的容积，在该容积中，凸起的特征740和735可以延伸通过PCB 715以连接到电子IC105的底表面上的焊盘。

PCB 715包括焊盘区域725，与图3中的焊盘区域320类似，焊盘区域725允许PCB715和IC 105之间的直接焊接。而且，凸起的特征740在对着电子IC 105的底表面的顶表面上包括焊盘区域，该焊盘区域被用来形成到IC 105的底表面的直接焊接。虽然未示出，但是凸起的特征735也可以包括用于形成到IC 105的底表面的直接焊接的焊盘区域。在一个实施例中，凸起的特征740上的焊盘区域与芯片710的顶表面上的焊盘区域730在同一平面上。再者，当被放置在通过从光子芯片的顶表面凹陷表面745而形成的对准区域中时，焊盘区域725也可以大体上与焊盘区域740和730在同一平面内。

在一个实施例中，凸起的特征740和IC 105之间的焊接可以允许传递电信号。此外，凸起的特征735可以包括一个或多个RDL的部分，一个或多个RDL允许在特征740的焊接上传递的信号到达光子芯片710的其他部分。因此，凸起的特征740和IC 105之间的焊接发挥双重作用：在IC105和光子芯片710之间传递电信号并且提高机械稳定性。然而，在一个实施例中，这些焊接仅可被用来在芯片710个电子IC 105之间提供额外的机械支撑。

在一个实施例中，凸起的特征740和735允许光子芯片在光子芯片710的最左侧处接收激光。相反地，图1示出了光子芯片110在其最右侧处接收来自激光组件155的光信号。替代地，在图7中，激光器可以在芯片710的最左侧处且在PCB 715下面被对准。凸起的特征740和735可以包括一个或多个波导，这一个或多个波导然后将激光器所生成的光信号发送到光子芯片710的剩余部分，例如，在朝着光子芯片710的最左侧的方向上。在一个示例中，光信号在不必重定向180度的情况下穿过光子芯片710。也就是说，光信号一般能够从芯片710的最左侧传播到芯片710的最右侧，然后在芯片710的最右侧处被发送到例如LC连接器。相反地，在图1中，激光组件155所发送的光信号可以既在芯片110的最右侧处进入又从芯片110的最右侧处射出，这要求光子芯片将光信号重定向180度。

图8A是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC 105和光子芯片710之间的PCB 715的顶视图。如所示，IC 105直接覆盖于PCB 715和光子芯片710的一部分上。在该实施例中，电子IC 105的最左边缘被与光子芯片710的最左边缘对准，但这并非要求。

PCB 715中的孔径720提供了相应的开口，从而光子芯片710的凸起的特征(未示出)能够穿过PCB 715并耦合到电子IC 105。而且，PCB715的最右边缘可以不直接紧靠着光子芯片710，从而产生了间隙。在PCB 715与IC 105对准且形成焊接后，可以用底部填充材料来填充该间隙以增大光子芯片710和PCB 715之间的机械支撑。

图8B是根据这里描述的一个实施例的安装于电子IC 105和光子芯片710之间的PCB 715的横截面。具体而言，图8B是沿图8A中的线D-D的横截面。这样一来，图8B示出了PCB71 5和IC 105之间的多个焊接805以及光子芯片710和IC 105之间的多个焊接810。在另一实施例中，对着芯片710的PCB 715的底表面可被用来在PCB 715和光子芯片710之间形成直接焊接。然而，在PCB 715和光子芯片710之间不存在直接焊接时，IC 105中的RDL或焊线可被用于在PCB 715和芯片710之间传递信号

而且，虽然示出了PCB 715和芯片710之间具有可用底部填充材料填充的间隙850，但是在另一实施例中，芯片710中的接收PCB 715的对准区域可以被蚀刻为与PCB 715和孔径720相同的尺寸，从而当PCB 715(假设已经形成PCB 715和IC 105之间的焊接)被布置在对准区域内时，IC 105上的焊盘区域自动对准到光子芯片710的顶表面上的焊盘区域，即，焊盘区域是自对准的。

图8C是根据本文描述的一个实施例的安装在电子IC 105和光子芯片710之间的PCB 715的横截面。具体而言，图8C是沿图8A中的线E-E的横截面。这样一来，图8C示出了光子芯片710和IC 105之间的多个焊接810以及凸起的特征740和IC 105之间的多个焊接815。如上面提到的，芯片710还可以包括在凸起的特征735的顶表面和IC 105之间的焊接。焊接815可被用来在IC 105和光子芯片710之间传递电信号并且提高机械稳定性，或者仅可被用来提供机械稳定性。此外，凸起的特征740和735可以包括一个或多个波导，这一个或多个波导用于接收由安装于光子芯片710的左边并且在PCB715的底表面下方的激光组件所引入的光信号。可替代地，激光组件的一部分可被安装在孔径720中。

图中的流程图和框图示出了根据各种实施例的系统、方法、以及计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能、和操作。在这方面，流程图或框图中的每个块可以表示代码的模块、段或部分，其可以包括用于实现(一个或多个)指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应该注意的是，在一些替代实施方式中，块中所示的功能可以不按照图中所示的顺序进行。例如，取决于所涉及的功能，顺序示出的两个块实际上可以基本同时执行，或者这些块有时可以被按相反的顺序执行。还将注意的是，框图和/或流程图图示的每个块、以及框图和/或流程图图示的块的组合可以通过执行指定功能或动作的基于专用硬件的系统、或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

鉴于以上所述，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种光子芯片，包括：

第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面都垂直于共同的方向，其中所述第二表面沿着所述共同的方向相对于所述第一表面凹陷以形成对准区域，其中所述对准区域的深度大于或等于印刷电路板(PCB)的一部分的厚度，从而允许所述PCB的顶表面在被放置在所述对准区域中时大体上与所述第一表面对准；

接合区域，所述接合区域被布置在所述第一表面上并且包括多个焊盘，所述多个焊盘被配置为形成到电子集成电路(IC)的电连接；以及

光元件，所述光元件被电耦合到所述多个焊盘中的至少一个焊盘并且被配置为在所述光子芯片内发送光信号。

2.如权利要求1所述的光子芯片，还包括：

凸起的特征，所述凸起的特征沿着所述共同的方向从所述第二表面延伸，其中所述凸起的特征的接合表面大体上与所述第一表面在同一平面内，所述接合表面被配置为耦合到所述电子IC。

3.如权利要求2所述的光子芯片，其中，所述凸起的特征的接合表面包括多个焊盘，所述多个焊盘被配置为形成到所述电子IC的焊接。

4.如权利要求3所述的光子芯片，其中，所述多个焊盘是电绝缘的，从而电信号不经由所述多个焊盘被接收或者被发送到所述电子IC。

5.如权利要求2所述的光子芯片，其中，所述凸起的特征包括用于路由所述光信号的波导，其中所述光信号是从在所述光子芯片的第一侧处的外部光源接收的，并且经由所述波导在所述光子芯片的与所述第一侧相对的第二侧处被发射。

6.如权利要求1所述的光子芯片，其中，所述光元件包括调制器，所述调制器被配置为基于经由所述多个焊盘中的至少一个焊盘接收的信号改变所述光信号的相位。

7.一种光系统，包括：

电子IC，所述电子IC包括底表面；

光子芯片，所述光子芯片包括顶表面和凹陷的表面，所述顶表面和凹陷的表面都对着所述IC的底表面，其中所述凹陷的表面相对于垂直于所述顶表面和所述凹陷的表面的方向距所述IC的底表面比距所述顶表面远，并且其中所述IC覆盖于所述顶表面和所述凹陷的表面上；以及

布置在所述IC的底表面和所述光子芯片的凹陷的表面之间的信号路由材料的部分，所述信号路由材料的部分和所述光子芯片的顶表面各自包括到所述IC的底表面的多个相应的电连接，其中包括所述多个电连接的所述信号路由材料的部分的顶表面与所述光子芯片的顶表面在同一平面内。

8.如权利要求7所述的光系统，其中所述信号路由材料包括刚性PCB和柔性PCB中的一者。

9.如权利要求7所述的光系统，其中，所述电子IC包括至少一个再分布层，所述至少一个再分布层建立信号路径以在所述信号路由材料的部分和所述光子芯片之间传递电信号，其中所述信号路由材料的部分和所述光子芯片之间不存在直接电连接。

10.如权利要求7所述的光系统，其中，所述光子芯片的凹陷的表面和所述信号路由材料的部分之间的间隙被用底部填充材料填充。

11.如权利要求7所述的光系统，其中，所述光子芯片还包括：

凸起的特征，所述凸起的特征从所述凹陷的表面朝向所述IC的底表面延伸，其中所述凸起的特征的接合表面与所述光子芯片的顶表面在同一平面内，所述接合表面被耦合到所述IC的底表面，

其中，所述信号路由材料的部分包括限定所述凸起的特征延伸穿过的孔径的一个或多个表面。

12.如权利要求11所述的光系统，其中，所述凸起的特征的接合表面包括多个到所述IC的底表面的焊接。

13.如权利要求11所述的光系统，其中，所述凸起的特征包括光元件，所述光元件用于将从在所述光子芯片的第一侧处的外部光源接收的光信号路由到所述光子芯片的与所述第一侧相对的第二侧。

14.如权利要求7所述的光系统，还包括：

光源，所述光源被配置为将光信号发送到所述光子芯片内，所述光信号在所述光子芯片中被修改；以及

连接器，所述连接器被配置为从所述光子芯片接收经修改的光信号并且将所述经修改的光信号发送到光缆上。

15.一种方法，包括：

使用第一多个电连接将信号路由材料连接到电子IC的底表面；

将包括所述第一多个电连接的所述信号路由材料的部分布置在光子芯片的对准区域中，所述对准区域至少部分地由所述光子芯片的凹陷的表面和所述光子芯片的顶表面之间的相对于垂直于所述凹陷的表面和所述顶表面的方向的距离来限定，其中所述顶表面和所述凹陷的表面都对着所述IC的底表面，并且其中所述信号路由材料的部分介于所述IC的底表面和所述光子芯片的凹陷的表面之间；以及

使用第二多个电连接将所述IC的底表面连接到所述光子芯片的顶表面。

16.如权利要求15所述的方法，其中，将所述信号路由材料的部分布置在所述对准区域中是在将所述信号路由材料连接到所述电子IC的底表面之后被执行的，其中所述第一多个电连接包括焊接。

17.如权利要求15所述的方法，其中，将所述IC的底表面连接到所述光子芯片的顶表面是在将所述信号路由材料的部分布置在所述对准区域中之后被执行的，其中所述第二多个电连接包括焊接。

18.如权利要求15所述的方法，还包括：

使用底部填充材料填充所述光子芯片的凹陷的表面和所述信号路由材料的部分之间的间隙。

19.如权利要求15所述的方法，其中，包括所述第一多个电连接的所述信号路由材料的部分的顶表面与所述光子芯片的顶表面在同一平面内。

20.如权利要求15所述的方法，其中，所述光子芯片还包括：

凸起的特征，所述凸起的特征从所述凹陷的表面朝向所述IC的底表面延伸，其中所述凸起的特征的接合表面与所述光子芯片的顶表面在同一平面内，所述接合表面被耦合到所述IC的底表面，

其中，PCB的部分包括限定所述凸起的特征延伸穿过的孔径的一个或多个表面。