CN107111086A - 封装的光电模块 - Google Patents

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A·V·克里什纳莫西
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Abstract

芯片封装包括在芯片封装中彼此靠近的光学集成电路(诸如混合集成电路)和集成电路。集成电路包括调制数据、传送数据和使数据串行化/解串行化的电路，并且光学集成电路以非常高的带宽传送光学信号。此外，集成电路的前表面电耦合到插入件的顶表面，并且集成电路的顶表面电耦合到光学集成电路的前表面。此外，光学集成电路的底表面面向插入件的顶表面，并且光学集成电路的前表面光耦合到光纤插座，光纤插座继而光学地耦合到光纤连接器。

Description

封装的光电模块
发明人：Hiren D.Thacker，Ashok V.Krishnamoorthy，Xuezhe Zheng and JohnE.Cunningham
背景
技术领域
本公开一般而言涉及容纳半导体芯片的芯片封装。更具体而言，本公开涉及包括具有相邻的有效载荷和光子芯片的插入件的混合集成芯片封装。
背景技术
随着集成电路(IC)技术不断扩展到更小的关键尺寸，现有互连技术越来越难以提供合适的通信特性，诸如：高带宽、低功率、可靠性和低成本。工程师和研究人员正在研究各种互连技术来解决这些问题并且使得能够实现未来的高密度、高性能系统。
作为正在进行研究的主题的、解决这些挑战的一种互连技术是光学通信。原则上，光学通信可以用于传送大量的数据。然而，尽管基于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)和光纤的光子技术典型地是在系统的某些部分(诸如在机架之间以及在某些情况下在机架内的板之间)中传送适量数据的方便且经济的方案，但是经常难以对这些光子部件进行扩展以满足对未来芯片的输入/输出(I/O)接口的带宽、尺寸和功率要求。
可替代地，基于硅光子器件的光学互连或光学链路是用于互连技术的有吸引力的候选者，因为它们可以容易地在光学集成电路上进行扩展。即使基于垂直腔表面发射激光器(VCSEL)的光学互连模块被集成在距离计算集成电路或有效载荷集成电路仅几厘米的主板上，也可能难以将光学集成电路与现有芯片封装中的常规集成电路集成。
因此，所需要的是不遭受上述问题的芯片封装。
发明内容
本公开的一个实施例提供了芯片封装，该芯片封装包括集成电路，该集成电路具有带有第一集成电路连接器焊盘和第二集成电路连接器焊盘的前表面，其中集成电路调制数据、传送数据以及使数据串行化/解串行化。此外，芯片封装包括：第一集成电路电连接器，第一集成电路电连接器电耦合到第一集成电路连接器焊盘；以及插入件，该插入件具有底表面和面向集成电路的前表面的顶表面，该顶表面具有电耦合到第一集成电路电连接器的第一插入件连接器焊盘。此外，芯片封装包括：第二集成电路电连接器，第二集成电路电连接器电耦合到第二集成电路连接器焊盘；以及光学集成电路，该光学集成电路具有面向插入件的顶表面的底表面以及面向集成电路的前表面的顶表面，该顶表面具有电耦合到第二集成电路电连接器的第一光学集成电路连接器焊盘，其中光学集成电路传送光学信号。此外，芯片封装包括：光纤插座，该光纤插座具有第一表面和第二表面，其中第一表面机械地和光学地耦合到光学集成电路的顶表面；以及光纤连接器，该光纤连接器机械地和光学地耦合到光纤插座的第二表面。
注意的是，光学集成电路可以包括在光学集成电路的底表面上的第二光学集成电路连接器焊盘，并且插入件可以包括在插入件的顶表面上的第二插入件连接器焊盘。此外，芯片封装可以包括电耦合到第二光学集成电路连接器焊盘和第二插入件连接器焊盘的光学集成电路电连接器。
在一些实施例中，插入件包括由表面限定的空腔，并且光学集成电路至少部分地被包括在空腔中。
此外，光纤插座可以包括在第一表面和第二表面中的至少一个上的透镜。此外，光纤插座可以包括：在第一表面上的、便于光纤插座与光学集成电路的顶表面之间的对准的第一对准特征件；以及在第二表面上的、便于光纤插座与光纤连接器之间的对准的第二对准特征件。
此外，光纤连接器可以包括沿着垂直于插入件的平面的方向机械地和光学地耦合到光纤的垂直光纤连接器。可替代地，光纤连接器可以包括沿着插入件的平面中的方向机械地和光学地耦合到光纤的水平光纤连接器。
注意的是，集成电路可以执行以下各项之一：发送数据、接收数据以及发送和接收数据。在第一集成电路发送数据的实施例中，芯片封装可以包括：第二集成电路，第二集成电路具有带有第三集成电路连接器焊盘和第四集成电路连接器焊盘的前表面，其中第二集成电路接收数据；第三集成电路电连接器，第三集成电路电连接器电耦合到第三集成电路连接器焊盘和插入件的顶表面上的第二插入件连接器焊盘；以及第四集成电路电连接器，第四集成电路电连接器电耦合到第四集成电路连接器焊盘和在光学集成电路的顶表面上的第二光学集成电路连接器焊盘。
此外，除了光纤连接器之外，芯片封装可以兼容回流焊(solder-reflow)直到高达260℃的温度。
在一些实施例中，芯片封装包括热耦合和电耦合到插入件的底表面的基板。插入件可以包括电耦合插入件的底表面和插入件的顶表面的穿通插入件的通孔(through-interposer via)。
此外，可以使用绝缘体上硅(silicon-on-insulator)技术来实现光学集成电路。
此外，插入件可以包括：有机材料、陶瓷、玻璃和/或半导体。
另一个实施例提供了一种系统，该系统包括处理器、耦合到处理器的存储器以及该芯片封装。
另一个实施例提供用于在集成电路和光学集成电路之间传送电信号的方法。在该方法的过程中，数字电信号从插入件的顶表面上的插入件连接焊盘耦合到集成电路的前表面上的第一集成电路连接器焊盘。然后，数字电信号被转换成模拟电信号。此外，模拟电信号从集成电路的前表面上的第二集成电路连接器焊盘耦合到光学集成电路的顶表面上的光学集成电路连接器焊盘。接下来，基于模拟电信号生成光学信号。此外，光学信号经由光纤插座和光纤连接器传送到光纤。
提供本发明内容仅仅是为了示出一些示例性实施例，以便提供对本文所述主题的一些方面的基本理解。因此，将认识到的是，上述特征仅仅是示例，并且不应当被解释为以任何方式缩小本文所述的主题的范围或精神。本文所述的主题的其它特征、方面和优点将从以下具体实施方式、附图和权利要求中变得明显。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施例的具有封装的光电模块(POEM)的芯片封装的侧视图的框图。
图2是示出根据本公开的实施例的具有图1的POEM的多个实例的芯片封装的顶视图的框图。
图3是示出根据本公开的实施例的具有POEM的芯片封装的顶视图的框图。
图4是示出根据本公开的实施例的具有POEM的芯片封装的顶视图的框图。
图5是示出根据本公开的实施例的具有POEM的芯片封装的侧视图的框图。
图6是示出根据本公开的实施例的具有POEM的芯片封装的顶视图的框图。
图7是示出根据本公开的实施例的包括芯片封装的系统的框图。
图8是示出根据本公开的实施例的用于在集成电路和光学集成电路之间传送电信号的方法的流程图。
注意的是，在整个附图中，相似的参考编号指代对应的部分。此外，同一部分的多个实例由通过破折号与实例编号分开的公共前缀指明。
具体实施方式
描述了芯片封装、包括芯片封装的系统以及用于在芯片封装中的集成电路和光学集成电路之间传送电信号的技术的实施例。该芯片封装包括在芯片封装中彼此靠近的光学集成电路(诸如混合集成电路)和集成电路。集成电路包括调制数据、传送数据和使数据串行化/解串行化的电路，并且光学集成电路以非常高的带宽传送光学信号。此外，集成电路的前表面电耦合到插入件的顶表面，并且集成电路的顶表面电耦合到光学集成电路的前表面。此外，光学集成电路的底表面面向插入件的顶表面，并且光学集成电路的前表面光学地耦合到光纤插座，该光纤插座继而光学地耦合到光纤连接器。
与具有电互连的芯片封装相比，该芯片封装可以通过将光学集成电路与集成电路紧密集成而便于提高性能。具体而言，该芯片封装可以通过使用高迹线密度(high-tracedensity)插入件将集成电路和光学集成电路间接地电耦合来结合高性能电路提供多兆兆位每秒(terabit per second)的光学通信。以这种方式，该芯片封装可以满足不断增长的对片外(off-chip)带宽的需求，同时提供与电互连相比更高的带宽密度和提高的能量效率。
现在我们描述该芯片封装。当来自VLSI芯片的总片外带宽接近10Tbps及以上时，现有电输入/输出(I/O)方案的引脚数和线路速度对来自现有封装和印刷电路板互连技术的总数据通信容量设置了物理限制。越来越多地在系统内越来越靠近VLSI芯片的地方使用光学通信来传送大量的数据。例如，在当前和下一代系统中的电光转换可以在靠近VLSI开关和/或处理器芯片的中板(mid-board)光学模块中发生。这种体系架构可以有助于消除印刷电路板上的速度和布线瓶颈，并且可以增加通信的效率。然而，由于约束了能够利用来自VLSI芯片封装的电气I/O实现的带宽密度的引出线限制，这些系统可能最终要求这种电光转换发生在ASIC封装内。
在以下讨论中，描述了包括一个或多个光电模块(其有时被称为“封装的光电模块”或POEM)的芯片封装。该芯片封装提供了模块化体系架构，该模块化体系架构使得能够实现与真正多芯片模块配置相比更好的可测试性和提高的产率(yield)。此外，使用这种体系架构，高速光学I/O在物理上更靠近VLSI集成电路放置，以满足不断增长的对片外带宽的需求。因此，与电互连相比，光学互连可以达到更高的带宽密度和更好的能量效率，尤其是在与波分复用一起使用的情况下。注意的是，芯片封装可以使用混合集成来组合硅光子设备和VLSI电路。具体而言，芯片封装可以包括混合集成的电光元件或部件，其中电子器件和光子器件被建立在单独优化的技术平台上并且然后使用低寄生倒装芯片组装技术(诸如热压或回流接合)被接合在一起。
图1呈现了示出包括POEM的芯片封装100的侧视图的框图。在芯片封装100中，集成电路(I.C.)110-1可以以倒装芯片方式被接合(电路侧向下)到插入件118-1(集成电路110-1可以被集成为与芯片封装中需要超高片外带宽的开关芯片、高密度存储器堆(stack)或高性能处理器相邻或靠近，并且集成电路110-1有时被称为“有效载荷”或“有效载荷IC”)。此外，集成电路110-1可以电耦合到光学集成电路126-1(的有源侧)(光学集成电路126-1有时被称为“光子桥芯片”或“光子IC”)。注意的是，光学集成电路126-1传送光学信号(这可以涉及发送光学信号、接收光学信号或两者)。例如，光学集成电路126-1可以包括调制器、多路复用器、解多路复用器、光电检测器、光波导、光纤耦合器等。此外，集成电路110-1调制数据、(使用驱动器和接收电路)传送数据以及使数据串行化/解串行化。因此，集成电路110-1可以包括节能的光子驱动器和接收器电路。例如，集成电路110-1可以接受并行数据、使数据串行化并将数据编码到光子调制器驱动器信号上。相反，集成电路110-1可以接受来自光学集成电路126-1上的光电检测器的串行电数据，并且可以将电数据转换为并行数据。在一些实施例中，集成电路110-1包括传送并行数据的多个中速电链路(例如，每信道1-5Gbps)以及到光学集成电路126-1的较少数量的高速串行链路(例如，大于每通道14Gbps)。因此，集成电路110-1可以将并行信道组合成串行数据流，以最好地利用由光学集成电路126-1提供的光学通信。这种组合可以涉及改变所传送的电信号中的数据的通信协议格式。
如图1中所示，芯片封装100可以包括：具有带有集成电路连接器焊盘(I.C.C.P.)114的表面112的集成电路110-1；电耦合到集成电路连接器焊盘114的集成电路电连接器(I.C.E.C.)116；插入件118-1，其具有表面120和表面122，表面122面向表面112并且带有电耦合到集成电路电连接器116-1的插入件连接器焊盘(I.C.P.)124；光学集成电路126-1，其具有面向表面122和112的表面128和130，并且具有电耦合到集成电路电连接器116-2的光学集成电路连接器焊盘(O.I.C.C.P.)132。此外，芯片封装100可以包括光纤插座134-1，光纤插座134-1具有面向表面130的表面136和表面138，光纤插座134-1远离与集成电路110-1的重叠并且以跳板(diving-board)配置机械地和光学地耦合到光学集成电路126-1。此外，芯片封装100可以包括机械地和光学地耦合到光纤插座(O.F.R.)134-1的表面136的光纤连接器(O.F.C.)140-1。除了光纤连接器140-1之外，芯片封装100中的封装的光电模块(POEM)可以兼容回流焊直到高达260℃的温度。此外，注意的是，光学集成电路126-1靠近在插入件118-1的同一侧上的集成电路110-1。
在示例性实施例中，光学集成电路126-1在绝缘体上硅基板(诸如0.1-0.5μm或3μm绝缘体上硅技术平台)上制造。此外，插入件118-1可以包括：陶瓷、有机材料、玻璃和/或半导体(诸如硅、绝缘体上硅或硅-锗)。一般而言，插入件118-1可以具有非常接近硅的热膨胀系数。这可以提供热机械宽容度(thermo-mechanicallatitude)，以不仅在芯片上使用更短和更高密度的凸块，而且还将芯片非常接近地接合在一起。在示例性实施例中，插入件118-1具有在100μm和1mm之间的厚度。一般而言，芯片封装100中的部件之间的连接器可以包括：焊盘、凸块、焊球和/或支柱(诸如铜柱)。
注意的是，光纤插座134-1可以充当用作光学集成电路126-1和光纤连接器140-1之间的光学机械接口的扩束(beam-expanding)光学适配器。具体而言，光纤插座134-1的扩束特性可以放宽光纤插座134-1上的单模输出与作为光纤连接器140-1的单模光纤之间的物理对准要求。光纤插座134-1可以由各种材料制成，诸如：具有低热膨胀系数的玻璃、硅等。
此外，光学集成电路126-1可以被混合集成到插入件118-1上。这种混合集成可以使用倒装芯片附连技术来实现，倒装芯片附连技术使用热压或回流接合微凸块(reflow-bonded microbump)技术。凸块和混合接合焊盘的尺寸可以被设计为使寄生电容最小化，诸如C4-型焊料互连(例如，C4凸块、无铅凸块、铜柱凸块等)。可替代地，可以使用顺从的(compliant)、可重配对的(rematable)互连而不是C4-型互连。这可以便于重做和/或更高的产率。在测试之后，可以使用低温焊料和/或粘合剂底部填充物使临时连接成为永久的。注意的是，光学集成电路126-1可以以倒装芯片方式附连到插入件118-1并且在两者之间具有小的或最小的间隙，以最小化电芯片到芯片互连线长度。集成电路110-1也可以以倒装芯片方式附连到插入件118-1。一般而言，倒装芯片互连的密度可能最终受封装-基板制造工艺中的物理限制约束。注意的是，在光学集成电路126-1和插入件118-1之间的接口中使用的材料可以是导热的，以散发来自光学集成电路126-1的热量。
此外，芯片封装100可以包括可选的基板142(诸如印刷电路板、陶瓷、有机物和/或玻璃)，该基板可以提供具有电源、接地、控制、监视等的背板，并且可以充当散热器(即，可选的基板142可以热耦合到插入件118-1)。插入件118-1可以包括在插入件118-1的表面120(表面120相对于表面122在插入件118-1的相对侧)上的插入件连接器焊盘144。插入件连接器焊盘(I.C.P.)144可以通过穿通基板通孔或者说TSV(诸如TSV 168)(或者，如果插入件118-1包括玻璃，那么是通过穿通玻璃通孔)电耦合到插入件连接器焊盘124。(为了简单起见，在图1中仅示出了穿通插入件118-1的一个TSV)。这些TSV可以具有50-200μm的宽度。注意的是，插入件连接器焊盘144可以具有比插入件连接器焊盘124的间距更低的间距。因此，插入件118-1可以便于插入件118-1的两侧之间的焊盘/凸起间距的物理变换。此外，插入件连接器焊盘144可以通过基板电连接器(S.E.C.)电连接到可选基板142的表面150上的基板连接器焊盘(S.C.P.)146。
注意的是，光学集成电路126-1可以包括在光学集成电路126-1的表面128上的光学集成电路电连接器焊盘(O.I.C.E.C.P)152，并且插入件118-1可以包括在插入件118-1的表面122上的插入件连接器焊盘(I.C.P.)154。此外，芯片封装100可以包括电耦合到光学集成电路连接器焊盘152和插入件连接器焊盘154的光学集成电路电连接器(O.I.C.E.C.)156。该电耦合可以允许插入件118-1向光学集成电路126-1提供电源和接地。
在一些实施例中，插入件118-1包括由表面160限定的可选空腔158，并且光学集成电路126-1至少部分地被包括在可选空腔158中。在这些实施例中，可以在集成电路110-1和插入件118-1之间的电接口处使用较短的凸块。可替代地，插入件118-1的表面122可以是平面的。在这些实施例中，到插入件118-1的集成电路电连接器116可能需要具有等于光学集成电路126-1、集成电路110-1与光学集成电路126-1之间的接合层(bondline)、以及光学集成电路126-1与插入件118-1之间的接合层的厚度之和的尺寸。这可能需要使用特殊的电凸块结构，诸如：高柱、双凸块和/或凸块加超级焊盘。
此外，光纤插座134-1可以包括在表面136和138中的至少一个上的透镜162(诸如微透镜)和/或另一个光学部件(诸如反射镜)。此外，光纤插座134-1可以包括：在表面136上的、便于光纤插座134-1和光学集成电路126-1的表面130之间的对准的对准特征件(A.F.)164；以及在表面138上的、便于光纤插座134-1和光纤连接器140-1之间的对准的对准特征件164。例如，对准特征件164可以包括正特征件(positive feature)和/或负特征件(negativefeature)，诸如：球和凹坑、和/或销和洞。注意的是，光纤插座134-1和/或光纤连接器140-1可以使用高精度拾取和放置操作(在模具级别或者在晶片级别)来对准并附连到光学集成电路126-1。注意的是，该操作可以在集成电路110-1和光学集成电路126-1的混合集成之前或之后发生。
如图2中所示，图2呈现了示出可以存在POEM的多个实例的芯片封装200的顶视图的框图。在一些实施例中，使用替代的POEM用于发送或接收。例如，集成电路110的奇数实例可以发送，并且集成电路110的偶数实例可以接收。这种体系架构可以增加芯片封装200的计算性能和I/O带宽。在这些实施例中，可以使用插入件118-1在芯片之间路由电信号。注意的是，芯片封装200的模块化配置允许POEM单元在组装到芯片封装200之前是完全可测试的。在多芯片模块中使用这种已知良好部件的能力可以对整体产率具有显著的影响。
此外，如图3中所示，图3呈现了示出具有POEM的芯片封装300的顶视图的框图，当集成电路110-1发送数据时，芯片封装300可以包括集成电路110-2。该集成电路可以接收数据。此外，集成电路110-2可以具有带有两组集成电路连接器焊盘(其可以类似于图1中的集成电路连接器焊盘114)的前表面(其类同于图1中的表面112)，这两组集成电路连接器焊盘通过集成电路电连接器(其可以类似于图1中的集成电路电连接器116)耦合到顶表面(其类同于图1中的表面122)上的对应的插入件连接器焊盘(其可以类似于图1中的插入件连接器焊盘124)和顶表面(其类同于图1中的表面130)上的光学集成电路连接器焊盘(其可以类似于图1中的光学集成电路连接器焊盘132)。可替代地，如图4所示，图4呈现了示出具有POEM的芯片封装400的顶视图的框图，单个集成电路110-1和/或单个光学集成电路126-1可以发送和接收数据。
注意的是，光纤连接器可以水平(或边缘)耦合到光纤。具体而言，如图1中所示，光纤连接器140-1可以是沿着插入件118-1的平面中的方向166机械地和光学地耦合到光纤的水平光纤连接器。可替代地，光纤连接器可以垂直耦合到光纤。这在图5中示出，图5呈现了示出具有POEM的芯片封装500的侧视图的框图。具体而言，光纤连接器140-1可以是沿着垂直于插入件118-1的平面的方向510机械地和光学地耦合到光纤的垂直光纤连接器。
此外，在一些实施例中，芯片封装包括光学地耦合到光学集成电路126-1的光纤插座134-1和光纤连接器140-1的多个实例。这在图6中示出，图6呈现了示出具有POEM的芯片封装600的顶视图的框图。
注意的是，光纤可以用于引进来自封装外光源(例如，一个或多个激光器)的光。可替代地，光源可以被包括在光学集成电路126-1上。在一些实施例中，芯片封装包括在集成电路110-1的与集成电路110-1的表面112相对侧上的表面上的热冷却机构。这种可选的热冷却机构可以包括散热器。此外，散热器可以延伸超过集成电路110-1以与芯片封装上的其它芯片接口。此外，如果芯片具有不同的高度，那么它可以具有某种拓扑结构。然而，在一些实施例中，可以使用可选的基板142来实现可选的热冷却机构。更一般而言，芯片封装中的热管理可以包括：热扩散器(heat-spreader)、封装盖和/或散热器(heat sink)。
芯片封装的实施例可以用于各种应用中。图7呈现了示出包括芯片封装710(诸如芯片封装的前述实施例之一)的系统700的框图。该系统可以包括可选的处理器712和/或可选的存储器714，处理器712和/或存储器714可以通过总线(未示出)彼此耦合以及耦合到芯片封装710。注意的是，可选的处理器(或处理器核心)712可以支持并行处理和/或多线程操作。
系统700中的可选存储器714可以包括易失性存储器和/或非易失性存储器。更具体而言，可选存储器714可以包括：ROM、RAM、EPROM、EEPROM、闪存、一个或多个智能卡、一个或多个磁盘存储设备和/或一个或多个光学存储设备。此外，可选存储器714可以存储操作系统，该操作系统包括用于处理执行硬件相关的任务的各种基本系统服务的过程(或指令集合)。此外，可选存储器714还可以存储通信模块中的通信过程(或指令集合)。这些通信过程可以用于与一个或多个计算机、设备和/或服务器(包括相对于系统700远程定位的计算机、设备和/或服务器)进行通信。
此外，可选存储器714还可以包括一个或多个程序模块(或指令集合)。注意的是，一个或多个程序模块可以构成计算机程序机制。可选存储器714中的各种模块中的指令可以用以下语言来实现：高级过程式语言、面向对象的编程语言和/或汇编或机器语言。编程语言可以被编译或解释(即，可配置或被配置)为由可选的处理器(或处理器核心)712执行。
系统700可以包括但不限于：服务器、膝上型计算机、通信设备或系统、个人计算机、工作站、大型计算机、刀片计算机(blade)、企业计算机、数据中心、便携式计算设备、平板计算机、蜂窝电话、超级计算机、网络附连存储(NAS)系统、存储区域网络(SAN)系统、电子设备和/或其它电子计算设备。
注意的是，芯片封装的实施例可以用于各种应用中，包括：VLSI电路、通信系统(诸如在波分复用中)、存储区域网络、数据中心、网络(诸如局域网)、存储器系统和/或计算机系统(诸如多核处理器计算机系统)。例如，芯片封装可以被包括在耦合到多个处理器刀片的背板中，或者芯片封装可以耦合不同类型的部件(诸如处理器、存储器、输入/输出设备和/或外围设备)。因此，芯片封装可以执行交换机、集线器、桥接器和/或路由器的功能。
一般而言，系统700可以在一个位置处，或者可以分布在多个、地理上分散的位置上。此外，系统700的功能中的一些或全部功能可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个数字信号处理器(DSP)中实现。此外，如本领域已知的，前述实施例中的功能可以更多地在硬件中而更少地在软件中实现，或者更少地在硬件中而更多地在软件中实现。
前述实施例可以包括更少的部件或附加部件。例如，芯片封装中的部件可以使用部件表面上的邻近通信(PxC)连接器彼此电耦合，邻近通信耦合器诸如：电容式PxC连接器、电感式PxC连接器、导电PxC连接器和/或光学PxC连接器。替代地或附加地，连接器可以包括顺应压缩的微弹簧连接器。此外，一个实施例中的部件或特征可以在这些实施例中的另一个实施例中使用。
在一些实施例中，前述实施例中的插入件包括使电信号去耦合的无源部件(诸如电容器、电源和接地平面等)。然而，在其它实施例中，插入件包括有源电路，诸如用于信号调节的那些电路。
芯片封装还可以包括便于组装以及可以帮助维持部件的平面(XY)中对准的附加特征件。具体而言，部件(诸如图1中的集成电路110-1和/或光学集成电路126-1)可以通过表面上的负特征件对以及与对应的负特征件对配对的正特征件彼此机械地耦合。例如，负特征件可以包括凹陷在图1中的表面112和122之下的凹坑，并且正特征件可以包括与负特征件配对的球形球(诸如球和蚀刻凹坑结构)，从而对准部件。(替代地或附加地，可以使用图1中的表面112和122上的正特征件来便于芯片封装中的对准，其中这些正特征件突出于这些表面之上)。在一些实施例中，负特征件对靠近部件的角部(corner)。
如上所述，对负特征件和正特征件进行配对可以提供在部件的XY平面中的高度准确的自对准以及组装期间的共平面控制。例如，图1中的表面112和122上的对准在XY平面中可以在±0.5μm内。
在一些实施例中，例如，通过使用对准后(post-alignment)技术来永久地固定芯片到芯片的对准，芯片封装中的部件可以在可重配对的对准之后被永久地附连。具体而言，焊料可以在升高的温度下被部分地熔化或回流以熔合芯片封装中的部件从而创建更永久的接合。然而，在其它实施例中，芯片封装中的部件可重配对地耦合，从而便于芯片封装的重做。
此外，虽然芯片封装和系统被示为具有多个分立项，但是这些实施例旨在是对可以存在的各种特征的功能描述，而不是本文所述的实施例的结构示意。因此，在这些实施例中，两个或更多个部件可以组合成单个部件，和/或可以改变一个或多个部件的位置。此外，前述实施例中的两个或更多个实施例中的特征可以彼此组合。
注意的是，部件上的表面应当被理解为包括基板的表面或沉积在这些基板上的层(诸如沉积在基板上的介电层)的表面。此外，注意的是，可以使用如本领域技术人员已知的各种技术来制造芯片封装中的部件以及组装芯片封装。
现在我们描述方法。图8呈现了示出用于在集成电路和光学集成电路(诸如芯片封装的前述实施例之一中的集成电路和光学集成电路)之间传送电信号的方法的流程图。在该方法期间，数字电信号从插入件的顶表面上的插入件连接焊盘耦合(操作810)到集成电路的前表面上的第一集成电路连接器焊盘。然后，数字电信号被转换成模拟电信号(操作812)。此外，模拟电信号从集成电路的前表面上的第二集成电路连接器焊盘耦合(操作814)到光学集成电路的顶表面上的光学集成电路连接器焊盘。接下来，基于模拟电信号生成光学信号(操作816)。此外，光学信号经由光纤插座和光纤连接器被传送(操作818)到光纤。
在一些实施例中，方法800包括附加的操作或更少的操作。此外，可以改变操作的顺序，和/或可以将两个或更多个操作组合成单个操作。
在前面的描述中，我们提及“一些实施例”。注意的是，“一些实施例”描述了所有可能的实施例的子集，但并不总是指定实施例的相同子集。
前述描述旨在使得任何本领域技术人员能够制造和使用本公开，并且是在特定应用及其要求的上下文中提供的。此外，本公开的实施例的前述描述仅仅是为了说明和描述的目的呈现。它们不旨在是穷举的或者将本公开限制到所公开的形式。因此，对于本领域技术人员来说，许多修改和变化将是明显的，并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下，本文定义的一般原则可以应用于其它实施例和应用。此外，对前述实施例的讨论不旨在限制本公开。因此，本公开不旨在限于所示的实施例，而是被赋予与本文公开的原理和特征一致的最广泛的范围。

Claims (21)

1.一种芯片封装，包括：
集成电路，所述集成电路具有带有第一集成电路连接器焊盘和第二集成电路连接器焊盘的前表面，其中所述集成电路被配置为：调制数据、传送数据以及使数据串行化/解串行化；
第一集成电路电连接器，所述第一集成电路电连接器电耦合到所述第一集成电路连接器焊盘；
插入件，所述插入件具有底表面和面向所述集成电路的前表面的顶表面，该顶表面具有电耦合到所述第一集成电路电连接器的第一插入件连接器焊盘；
第二集成电路电连接器，所述第二集成电路电连接器电耦合到所述第二集成电路连接器焊盘；
光学集成电路，所述光学集成电路具有面向所述插入件的顶表面的底表面以及面向所述集成电路的前表面的顶表面，所述光学集成电路的顶表面具有电耦合到所述第二集成电路电连接器的第一光学集成电路连接器焊盘，其中所述光学集成电路被配置为传送光学信号；
光纤插座，所述光纤插座具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面机械地和光学地耦合到所述光学集成电路的顶表面；以及
光纤连接器，所述光纤连接器机械地和光学地耦合到所述光纤插座的所述第二表面。
2.如权利要求1所述的芯片封装，其中所述光学集成电路包括在所述光学集成电路的底表面上的第二光学集成电路连接器焊盘；
其中所述插入件包括在所述插入件的顶表面上的第二插入件连接器焊盘；以及
其中所述芯片封装还包括电耦合到所述第二光学集成电路连接器焊盘和所述第二插入件连接器焊盘的光学集成电路电连接器。
3.如权利要求1或2所述的芯片封装，其中所述插入件包括由表面限定的空腔；以及
其中所述光学集成电路至少部分地被包括在所述空腔中。
4.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述光纤插座包括在所述第一表面和所述第二表面中的至少一个表面上的透镜。
5.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述光纤插座包括在所述第一表面上的、便于所述光纤插座与所述光学集成电路的顶表面之间的对准的第一对准特征件；以及
其中所述光纤插座包括在所述第二表面上的、便于所述光纤插座与所述光纤连接器之间的对准的第二对准特征件。
6.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述光纤连接器包括被配置为沿着垂直于所述插入件的平面的方向机械地和光学地耦合到光纤的垂直光纤连接器。
7.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述光纤连接器包括被配置为沿着所述插入件的平面中的方向机械地和光学地耦合到光纤的水平光纤连接器。
8.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述集成电路被配置为执行以下各项之一：发送数据、接收数据以及发送和接收数据。
9.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中第一集成电路被配置为发送数据；以及
其中所述芯片封装包括：
第二集成电路，所述第二集成电路具有带有第三集成电路连接器焊盘和第四集成电路连接器焊盘的前表面，其中所述第二集成电路被配置为接收数据；
第三集成电路电连接器，所述第三集成电路电连接器电耦合到所述第三集成电路连接器焊盘和在所述插入件的顶表面上的第二插入件连接器焊盘；以及
第四集成电路电连接器，所述第四集成电路电连接器电耦合到所述第四集成电路连接器焊盘和在所述光学集成电路的顶表面上的第二光学集成电路连接器焊盘。
10.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述芯片封装还包括热耦合和电耦合到所述插入件的底表面的基板。
11.如权利要求10所述的芯片封装，其中所述插入件包括将所述插入件的底表面与所述插入件的顶表面电耦合的穿通插入件通孔。
12.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述光学集成电路是使用绝缘体上硅技术来实现的。
13.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中所述插入件包括有机材料、陶瓷、玻璃和半导体中的一者。
14.如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装，其中，除了所述光纤连接器之外，所述芯片封装兼容回流焊直至260℃。
15.一种系统，包括：
处理器；
耦合到所述处理器的存储器；以及
如前述权利要求中任何一项所述的芯片封装。
16.一种系统，包括：
处理器；
耦合到所述处理器的存储器；以及
芯片封装，其中所述芯片封装包括：
集成电路，所述集成电路具有带有第一集成电路连接器焊盘和第二集成电路连接器焊盘的前表面，其中所述集成电路被配置为：调制数据、传送数据以及使数据串行化/解串行化；
第一集成电路电连接器，所述第一集成电路电连接器电耦合到所述第一集成电路连接器焊盘；
插入件，所述插入件具有底表面和面向所述集成电路的前表面的顶表面，该顶表面具有电耦合到所述第一集成电路电连接器的第一插入件连接器焊盘；
第二集成电路电连接器，所述第二集成电路电连接器电耦合到所述第二集成电路连接器焊盘；
光学集成电路，所述光学集成电路具有面向所述插入件的顶表面的底表面和面向所述集成电路的前表面的顶表面，所述光学集成电路的顶表面具有电耦合到所述第二集成电路电连接器的第一光学集成电路连接器焊盘，其中所述光学集成电路被配置为传送光学信号；
光纤插座，所述光纤插座具有第一表面和第二表面，其中所述第一表面机械地和光学地耦合到所述光学集成电路的顶表面；以及
光纤连接器，所述光纤连接器机械地和光学地耦合到所述光纤插座的所述第二表面。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述光学集成电路包括在所述光学集成电路的底表面上的第二光学集成电路连接器焊盘；
其中所述插入件包括在所述插入件的顶表面上的第二插入件连接器焊盘；以及
其中所述芯片封装还包括电耦合到所述第二光学集成电路连接器焊盘和所述第二插入件连接器焊盘的光学集成电路电连接器。
18.如权利要求16或17所述的系统，其中所述插入件包括由表面限定的空腔；以及
其中所述光学集成电路至少部分地被包括在所述空腔中。
19.如权利要求16至18中任何一项所述的系统，其中第一集成电路被配置为发送数据；
其中所述芯片封装包括：
第二集成电路，所述第二集成电路具有带有第三集成电路连接器焊盘和第四集成电路连接器焊盘的前表面，其中所述第二集成电路被配置为接收数据；
第三集成电路电连接器，所述第三集成电路电连接器电耦合到第三集成电路连接器焊盘和在所述插入件的顶表面上的第二插入件连接器焊盘；以及
第四集成电路电连接器，所述第四集成电路电连接器电耦合到所述第四集成电路连接器焊盘和在所述光学集成电路的顶表面上的第二光学集成电路连接器焊盘。
20.如权利要求16至19中任何一项所述的系统，其中所述芯片封装还包括热耦合和电耦合到所述插入件的底表面的基板。
21.一种用于在集成电路和光学集成电路之间传送数据的方法，其中所述方法包括：
将数字电信号从插入件的顶表面上的插入件连接焊盘耦合到所述集成电路的前表面上的第一集成电路连接器焊盘；
将所述数字电信号转换成模拟电信号；
将所述模拟电信号从所述集成电路的前表面上的第二集成电路连接器焊盘耦合到所述光学集成电路的顶表面上的光学集成电路连接器焊盘；
基于所述模拟电信号生成光学信号；以及
经由光纤插座和光纤连接器将所述光学信号传送到光纤。
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