CN117751444A - 光通信模块的封装结构和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种光通信模块的封装结构和制备方法,该封装结构包括:第一重布线结构,第一重布线结构中设置有布线层;塑封结构,塑封结构包裹第一重布线结构中除了上表面之外的其余表面;第一重布线结构外围的塑封结构中设置有至少一个通孔,至少一个通孔中的每一个通孔贯穿塑封结构的上表面和下表面;第一芯片和第二芯片,第一芯片和第二芯片设置于第一重布线结构和塑封结构之上,第一芯片和第二芯片之间通过布线层互相连接,第一芯片的部分引出端和第二芯片的部分引出端通过至少一个通孔由塑封结构的上表面引至下表面,从而可以实现第一芯片和第二芯片的晶圆级封装,由此可以在满足所封装的芯片之间短互联长度的情况下降低封装成本。
Description
本申请实施例涉及半导体封装技术领域,尤其涉及一种光通信模块的封装结构和制备方法。
随着通信、人工智能等技术的发展,大量的数据流动与转移的需求越来越大,支持诸如光通信的硬件模块需要具有低功耗、高传输速率、低延时、多带宽以及系统集成等功能。为了满足光通信模块的功能需求,光通信模块中所集成的电芯片(例如驱动芯片和跨阻放大器芯片)和光芯片(例如调制解调器芯片和光探测器芯片)之间的互连长度尽可能的短。由于光芯片和电芯片之间具有较高的引线互连密度,并且光芯片需要预留出用于耦合光纤阵列单元和波导阵列单元的端口,传统引线键合封装工艺难以满足芯片间短引线互连长度的需求。
业界提出在光芯片和电芯片上设置过硅通孔(TSV,through silicon via),将光芯片和电芯片之间垂直互联后通过TSV与基板连接,以此来降低各芯片之间的互联长度。然而,在有源芯片上设置TSV需要较为复杂的工艺;此外,在芯片上设置TSV通常会造成芯片应力问题,需要在芯片上设置应力安全区域,降低了芯片的有效利用面积,增加了光通信模块的芯片封装成本。由此,在满足光通信模块中各芯片间短引线互连长度的情况下、降低光通信模块的芯片封装成本和复杂度成为需要解决的问题。
发明内容
本申请提供的光通信模块的封装结构和制备方法,可以在满足所封装的芯片之间短互联长度的情况下降低封装成本。
为达到上述目的,本申请采用如下技术方案:
第一方面,本申请实施例提供一种光通信模块的封装结构,该光通信模块封装结构包括:第一重布线结构,所述第一重布线结构中设置有布线层;塑封结构,所述塑封结构包裹所述第一重布线结构中除了上表面之外的其余表面;所述第一重布线结构外围的塑封结构中设置有至少一个通孔,所述至少一个通孔中的每一个通孔贯穿所述塑封结构的上表面和下表面;第一芯片和第二芯片,所述第一芯片和所述第二芯片设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构之上,所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述布线层互相连接,所述第一芯片的部分引出端和所述第二芯片的部分引出端通过所述至少一个个通孔由所述塑封结构的上表面引至下表面,以用于与印刷电路板上的导电线路连通。
本申请实施例中所述的第一芯片可以为光芯片,以实现光信号的收发以及光电信号的转换,例如包括但不限于:用于耦合光纤阵列单元的耦合器(例如边耦合器或光栅耦 合器)、光探测器或调制解调器中的一种或多种。这些器件可以集成于一个或多个裸芯片或封装体中,以形成一个或多个光芯片。第二芯片可以为光芯片和电芯片中的一种,当第二芯片为电芯片时,该电芯片可以实现电信号的放大与处理,例如可以包括但不限于:驱动芯片或者跨组放大器芯片。
本申请实施例提供的光通信模块的封装结构,通过设置第一重布线结构,光芯片和电芯片之间通过第一重布线结构中的布线层互相连接,可以使得各芯片之间互相连接的导电线路的长度更短;此外,在第一重布线结构两侧的塑封结构上设置过孔,可以不需要在光芯片和电芯片内部设置用于与印刷电路板连接的过孔,光芯片和电芯片通过塑封结构内的过孔由第一重布线结构的上表面引至下表面,与设置于第一重布线结构下表面的印刷电路板连接,从而可以简化光通信模块封装结构的制备工艺,降低光通信模块封装结构制备的复杂度,进而降低光通信模块封装结构的制备成本。
进一步的,本申请实施例中所述的第一芯片上通常设置有用于耦合光纤阵列单元的端口。另外,本申请实施例提供的第一重布线结构,可以是在硅晶体中制备布线层而形成的。当采用具有通孔的重布线结构对第一芯片和第二芯片进行封装时,如果采用传统晶圆级封装工艺,则工艺流程中所形成的塑封材料会将光芯片上的端口堵住,也即采用传统具有通孔的重布线结构难以实现晶圆级封装,需要将重布线结构切割成单颗晶片以进行芯片的独立封装。然而,由于重布线结构厚度过薄(例如标准厚度为100微米)且尺寸过大,则重布线结构的生产成本高昂、且芯片独立封装过程中的良率较低。由此,当采用具有通孔的重布线结构对第一芯片和第二芯片进行封装极大提高了光通信模块的封装成本。本申请实施例中,通过在第一重布线结构外围形成塑封结构、并且在塑封结构上形成通孔,可以采用传统晶圆级封装工艺制备出第一重布线结构,也即第一重布线结构外围包裹塑封结构后形成一个再构晶圆,由此可以避免对重布线结构进行单独切割,提高芯片封装的良率;另外,将通孔设置于塑封结构上,还可以避免第一重布线结构尺寸过大,从而降低芯片封装成本。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,所述塑封结构包括多个通孔;所述第一芯片通过多个第一微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第二微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第三微凸点与所述多个通孔中的第一通孔连接;所述第二芯片通过多个第四微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第五微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第六微凸点与所述多个通孔中的第二通孔连接。
本申请实施例中,第一芯片的部分引出端通过第二微凸点与布线层中的导电线路连接,第二芯片的部分引出端通过第五微凸点与布线层中的导电线路连接,从而实现第一芯片与第二芯片之间的连通;第一芯片的另外一部分引出端通过第三微凸点与塑封结构上的第一通孔连接,可以将第一芯片的部分引出端由塑封结构的上表面引至下表面,以便于与印刷电路板上的导电线路(例如公共电源线、公共地线等)连通;同样,第二芯片的另外一部分引出端通过第六微凸点与塑封结构上的第二通孔连通,可以将第二芯片 的部分引出端由塑封结构的上表面引至下表面,以便于与印刷电路板上的导电线路(例如公共电源线、公共地线等)连通。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,所述第一重布线结构的上表面和所述塑封结构的上表面之还上设置有第二重布线结构;所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述第一重布线结构和所述第二重布线结构连接。
在某些场景中,如果第一芯片和第二芯片之间还设置有其他芯片,该第一芯片和第二芯片之间有可能仅通过第一重布线结构无法实现连通。通过设置第二重布线结构,可以使得本申请实施例提供的光通信模块的封装结构中可以封装更多个芯片,从而实现更多个芯片之间的连通。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,所述第一芯片包括用于耦合光纤阵列单元的端口;所述端口设置于所述第一芯片的第一表面或者第二表面,所述第一表面为所述第一芯片靠近所述塑封结构的表面,所述第二表面为所述第一芯片远离所述塑封结构的表面。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,当所述用于耦合光纤阵列单元的端口设置于所述第一芯片的第一表面时,所述第一芯片中除了设置所述端口的区域之外的区域,与所述第一重布线结构以及所述塑封结构之间填充有绝缘材料;所述第二芯片与所述第一重布线结构以及所述塑封结构之间均填充有绝缘材料。该封装结构可以实现光通信模块的芯片级封装。通过设置所述绝缘材料,可以对芯片与塑封结构之间、芯片与第一重布线结构之间提供支撑和保护,避免第一重布线结构或者芯片由于应力发生断裂,提高封装结构的可靠性。
基于第一方面,在一种可能的实现方式中,当所述用于耦合光纤阵列单元的端口设置于所述第一芯片的第二表面时,所述第一芯片和所述第二芯片中除了远离所述第一重布线结构的表面之外的表面,被塑封材料包裹。该封装结构可以实现光通信模块的晶圆级封装。通过设置塑封材料,可以对第一芯片和第二芯片提供支撑和保护。
基于第一方面,本申请实施例提供的第一重布线结构,包括至少一层图案化的导电线路以及隔离图案化导电线路的绝缘材料,此外,所述第一重布线结构还设置有过孔,过孔填充或电镀有导电材料,所述第一芯片通过所述第一重布线结构上的导电线路以及所述第一重布线结构上设置的过孔,与所述第二芯片连通。
基于第一方面,本申请实施例提供的第二重布线结构,包括至少一层图案化的导电线路以及隔离图案化导电线路的绝缘材料,此外,所述第二重布线结构还设置有过孔,过孔填充或电镀有导电材料,所述第一芯片通过所述第二重布线结构上的导电线路、所述第二重布线结构上的过孔、所述通孔以及所述第一重布线结构,与所述第二芯片连通。
第二方面,本申请实施例提供一种光通信设备,该光通信设备包括印刷电路板以及如第一方面所述的光通信模块的封装结构;所述塑封结构的下表面设置有至少一个凸块,所述第一芯片的至少部分引出端和所述第二芯片的至少部分引出端,通过所述至少一个通孔与所述至少一个凸块对应连接;所述印刷电路板上设置有导电线路;所述至少一个凸块焊接于所述印刷电路板上,所述第一芯片和所述第二芯片通过所述至少一个通孔以及所述至少一个凸块与所述印刷电路板上的导电线路连接。
第三方面,本申请实施例提供一种光通信模块的封装结构的制备方法,该制备方法包括:在硅晶体中制备布线层,以形成第一重布线结构;在所述第一重布线结构外围形成塑封结构,所述塑封结构包裹所述第一重布线结构中除了上表面之外的其余表面;在所述第一重布线结构外围的塑封结构中形成至少一个通孔,所述至少一个通孔中的每一个通孔贯穿所述塑封结构的上表面和下表面;在所述第一重布线结构和所述塑封结构之上设置第一芯片和第二芯片,其中,所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述布线层互相连接,所述第一芯片的部分引出端和所述第二芯片的部分引出端通过所述至少一个通孔由所述塑封结构的上表面引至下表面,以用于与印刷电路板上的导电线路连通。
基于第三方面,在一种可能的实现方式中,在所述第一重布线结构和所述塑封结构之上设置第一芯片和第二芯片,包括:将所述第一芯片通过多个第一微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,其中,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第二微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第三微凸点与所述多个通孔中的第一通孔连接;将所述第二芯片通过多个第四微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,其中,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第五微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第六微凸点与所述多个通孔中的第二通孔连接。
基于第三方面,在一种可能的实现方式中,在所述第一重布线结构和所述塑封结构之上设置第一芯片和第二芯片,包括:在所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面形成第二重布线结构;将所述第一芯片和所述第二芯片设置于所述第二重布线结构之上;所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述第一重布线结构和所述第二重布线结构连接。
基于第三方面,在一种可能的实现方式中,所述第一芯片包括用于耦合光纤阵列单元的端口,当所述端口设置于所述第一芯片上、靠近所述塑封结构的第一表面时,所述制备方法还包括:在所述第一芯片和所述第二芯片的底部、所述第一重布线结构和所述塑封结构之上填充绝缘材料;其中,所述绝缘材料未覆盖所述端口所在的区域。
基于第三方面,在一种可能的实现方式中,所述第一芯片包括用于耦合光纤阵列单元的端口,当所述端口设置于所述第一芯片上、远离所述塑封结构的第二表面时,所述制备方法还包括:在所述第一芯片和所述第二芯片周围形成塑封材料,所述塑封材料包裹所述第一芯片和所述第二芯片中、除了远离所述第一重布线结构的表面之外的表面;刻蚀所述第一芯片的背面以暴露出所述端口。
应当理解的是,本申请的第二至三方面与本申请的第一方面的技术方案一致,各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似,不再赘述。
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的光通信模块的封装结构的一个结构示意图;
图2是本申请实施例提供的光通信模块的封装结构的又一个结构示意图;
图3是本申请实施例提供的光通信模块的封装结构的又一个结构示意图;
图4是本申请实施例提供的光通信模块的封装结构的又一个结构示意图;
图5是本申请实施例提供的光通信模块的封装结构的又一个结构示意图;
图6是本申请实施例提供的如图1所示的光通信模块的封装结构的制备方法流程图;
图7A-图7D是如图1所示的光通信模块的封装结构制备过程中的各结构示意图。
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本文所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。
在本申请实施例中,“示例性的”或者“例如”等词用于表示例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言,使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。在本申请实施例的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是指两个或两个以上。例如,多个芯片是指两个或两个以上的芯片。
本申请实施例提供的光通信模块的封装结构,可以在同一封装体内封装多个芯片。该多个芯片可以水平间隔设置,每一个芯片均通过重布线结构与其余芯片、公共电源以及公共地连接,以实现多个芯片之间的信号交流。本申请实施例中所述的芯片可以为裸芯片(Die),也可以是裸芯片与其他芯片或部件(有源器件或无源器件等)通过简单封装后形成的芯片,还可以是经过封装之后形成的芯片封装结构,此处不作限定。光通信模块的封装结构所封装的多个芯片可以包括光子集成电路(Photonics Integrated Circuit,PIC)芯片(以下简称光芯片)。其中,光芯片实现光信号的收发以及光电信号的转换,光芯片中所集成的器件例如可以包括但不限于:用于耦合光纤阵列单元(fiber array unit,FAU)的耦合器(例如边耦合器或光栅耦合器)、光探测器(photo detector,PD)和调制解调器。这些器件可以集成于一个或多个裸芯片或封装体中,以形成一个或多个光芯片。此外,光通信模块的封装结构所封装的多个芯片除了包括光芯片之外,还可以包括电子集成电路(Electronic Integrated Circuit,EIC)芯片(以下简称电芯片)。电芯片实现电信号的放大与处理,电芯片例如可以包括但不限于:驱动芯片和跨组放大器(trans-impedance amplifier,TIA)芯片。进一步的,本申请实施例提供的光通信模块的封装结构中,还可以封装有其他芯片,各芯片之间相互配合,实现光通信功能。另外,本申请实施例中所述的光通信模块的封装结构,可以是芯片级封装,也可以是通过晶圆重构进行封装后再切割成多个独立的光通信模块。下面通过具体示例,结合图1-图5所示的结构示意图,对本申请实施例提供的光通信模块的封装结构进行描述。
请参考图1,图1是本申请实施例提供的光通信模块的封装结构的一个结构示意图。在图1中,光通信模块的封装结构100包括耦合器芯片10、跨组放大器芯片11、重布线结构20和塑封结构30。重布线结构20的上表面C1暴露在外面,以用于与耦合器芯片10和跨组放大器芯片11连接,重布线结构20的其余表面被塑封结构30包裹。塑封结构30的上表面S1与重布线结构20的上表面C1平齐,以用于设置芯片;塑封结构的下表面S2侧用于设置印刷电路板(printed circuit board,PCB)。耦合器芯片10和跨组放大器芯片11可以通过微凸点(micro-bump)和铜柱凸点(Cu pillar)中的一项,设置于重布线结构20的上表面C1和塑封结构30的上表面S1之上。图1中示意性的示出了耦合器芯片10和跨组放大器芯片11可以通过微凸点50设置于重布线结构20的上表面C1和塑封结构30的上表面S1之上。
重布线结构20包括至少一层布线层,每一层布线层包括图案化的导电线路以及隔离图案化导电线路的绝缘材料。用于形成图案化导电线路的导电材料可以是金属,如铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)等金属中的一种或多种的组合,用于形成图案化导电线路的导电材料还可以是氧化钮锡(ITO)、石墨、石墨烯等;绝缘材料可以是无机绝缘材料或有机绝缘材料等。当重布线结构20包括多层布线层时,重布线结构20还可以设置有过孔(Via),该过孔可以包括但不限于:通孔或埋孔等。过孔中可以填充或电镀有导电材料,各布线层之间通过过孔互相连通。图1中示意性的示出了重布线结构20包括两层布线层。耦合器芯片10和跨组放大器芯片11之间通过重布线结构20中的布线层互相连通。需要说明的是,光通信模块的封装结构100可以包括一个或多个重布线结构20,重布线结构20的数目可以根据芯片的数目、芯片引出端的密度、引出端在芯片的位置来确定,本申请实施例对重布线结构20的数目不做具体限定,基于应用场景的需要设置。
形成塑封结构30的材料例如可以包括环氧树脂(epoxy molding compound,EMC)、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚酰胺、聚亚氨酣中的一种或多种的组合。设置于重布线层20周围的塑封结构30中,设置有贯穿塑封结构30的上表面S1和下表面S2的通孔31。通孔31中可以填充或电镀有导电材料,耦合器芯片10和跨组放大器芯片11的部分引出端(例如电源端、地端等)通过通孔31由塑封结构30的上表面S1引至下表面S2,从而可以与设置于塑封结构30下表面侧的PCB连接。通孔31可以包括多个,每一个通孔31对应于芯片上的一个引出端。以图1所示的封装结构100为例,假设耦合器芯片10和跨组放大器芯片11中分别有两个引出端需要与PCB连接,塑封结构30中用于设置耦合器芯片10的一侧可以设置两个通孔31,塑封结构30中用于设置跨组放大器芯片11的一侧同样也可以设置两个通孔31,也即图1所示的重布线结构20两侧的塑封结构30中分别设置两个通孔31。
耦合器芯片10的表面D1上形成有多个引出端,每一个引出端上均设置有微凸点50。耦合器芯片10的多个引出端中,其中一部分引出端通过微凸点50设置于重布线结构20的表面C1,与重布线结构20中各层布线层上的导电线路连通;另外一部分引出端通过微凸点50设置于塑封结构30的表面S1,与通孔31中的导电材料连通。跨组放大器芯片11的表面D2上同样形成有多个引出端,每一个引出端上设置有微凸点50。 跨组放大器芯片11的多个引出端中,其中一部分引出端通过微凸点50设置于重布线结构20的表面C1,与重布线结构20中各层布线层上的导电线路连通;另外一部分引出端通过微凸点50设置于塑封结构30的表面S1,与通孔31中的导电材料连通。从而,耦合器芯片10中的一部分引出端通过微凸点50、重布线结构20中的导电线路以及微凸点50,与跨组放大器芯片11中的一部分引出端互连;耦合器芯片10中的另外一部分引出端通过微凸点50、通孔31由塑封结构30的表面S1引至塑封结构30的表面S2,与PCB上的导电线路连接;跨组放大器芯片11中的另外一部分引出端通过微凸点50、通孔31由塑封结构30的表面S1引至塑封结构30的表面S2,与PCB上的导电线路连接。进一步的,为了对耦合器芯片10、跨组放大器芯片11以及重布线结构20的表面C1提供支撑和保护,如图1所示的光通信模块的封装结构100中,在耦合器芯片10和重布线结构20之间、以及跨组放大器芯片11和重布线结构20之间设置有绝缘材料70,该绝缘材料例如可以为底部填充胶(underfill)。需要说明的是,该绝缘材料70未覆盖耦合器芯片10中用于耦合FAU的端口((图1中为FAU端口)),也即将用于耦合FAU的端口暴露出来,以耦合FAU。
由图1所示的光通信模块的封装结构100可以看出,通过设置重布线结构20,耦合器芯片10和跨组放大器芯片11之间通过重布线结构20中的布线层互相连接,可以使得各芯片之间互相连接的导电线路的长度更短;此外,在塑封结构30上设置通孔31,可以不需要在耦合器芯片10和跨组放大器芯片11内部设置用于与PCB连接的过孔,耦合器芯片10和跨组放大器芯片11通过塑封结构30内的通孔31由塑封结构30的上表面引至下表面,与设置于塑封结构30下表面侧的PCB连接,从而可以简化光通信模块的封装结构的制备工艺,降低封装结构制备的复杂度,进而降低光通信模块封装结构的制备成本。
在图1所示的光通信模块的封装结构100的基础上,进一步的,光通信设备的结构如图2所示。如图2所示的光通信设备200除了包括图1所示的光通信模块的封装结构100之外,还包括PCB。在图2中,塑封结构30的下表面S2还设置有多个导电凸块32。该多个导电凸块32可以为导电球或者导电柱等,图2中示意性的示出了导电凸块32为导电球的情况。一个导电凸块32可以对应一个或多个通孔31。多个导电凸块32与多个通孔31连通。图1所示的光通信模块的封装结构100通过多个导电凸块32焊接于PCB上。此外,多个导电凸块32焊接于PCB上时,与PCB上的导电线路连通。从而,耦合器芯片10和跨组放大器芯片11分别通过通孔31以及导电凸块32与PCB上的导电线路连通。
本申请实施例中,耦合器芯片10中用于耦合FAU的端口既可以设置于耦合器芯片10的表面D1,也可以设置于耦合器芯片10中与表面D1相对的表面D3。当耦合器芯片10中用于耦合FAU的端口设置于耦合器芯片10的表面D1(也即靠近塑封结构30的一侧)时,耦合器芯片10既可以为边耦合器芯片,也可以为光栅耦合器芯片;当耦合器芯片10中用于耦合FAU的端口设置于耦合器芯片10的表面D3(也即远离塑封结构30的一侧)时,耦合器芯片10为光栅耦合器芯片。图1所示的光通信模块的封装结构100中,示意性的示出了耦合器芯片10中用于耦合FAU的端口(图1中为FAU端口) 设置于耦合器芯片10的表面D1的情况。请继续参考图3,图3所示的光通信模块的封装结构300,示意性的示出了耦合器芯片10中用于耦合FAU的端口(图3中为FAU端口)设置于耦合器芯片10的表面D3的情况。与图1所示的光通信模块的封装结构100还不同的是,在图3所示的光通信模块的封装结构300中,耦合器芯片10中除了远离塑封结构30的表面D3之外,其余表面均被塑封材料60包裹;同样,可变增益放大器芯片11中除了远离塑封结构30侧的表面外,其余表面均被塑封材料60包裹。这样一来,既可以使得耦合器芯片10中用于耦合FAU的端口暴露出来,还可以为各芯片提供更好的保护和支撑。其中,塑封材料60的具体材料可以与形成塑封结构30的材料相同,不再赘述。除此之外,图3所示的光通信模块的封装结构300所包括的各结构以及各结构之间的相对位置关系以及互连关系与图1所示的光通信模块的封装结构100相同,具体参考光通信模块的封装结构100中的相关描述,不再赘述。
如图1-图3所示的光通信模块的封装结构中,是以光通信模块的封装结构所封装的芯片包括耦合器芯片10和可变增益放大器芯片11该两个芯片作为示例描述的。在其他可能的实现方式中,光通信模块的封装结构可以封装有其他芯片(例如耦合器芯片10和驱动芯片)。此外,光通信模块的封装结构可以封装有更多个芯片(例如耦合器芯片10、可变增益放大器芯片11、驱动芯片和处理器芯片)。当光通信模块的封装结构封装更多个芯片时,光通信模块的封装结构可以包括更多个重布线结构20,如图4所示,图4中示意性的示出了光通信模块的封装结构400中封装有耦合器芯片10、可变增益放大器芯片11、驱动芯片12。在图4中示意性的示出了重布线结构201和重布线结构202两个重布线结构。重布线结构201和重布线结构202的结构与图1中所示的重布线结构20的结构相同,不再赘述。耦合器芯片10和可变增益放大器芯片11之间通过重布线结构201中的导电线路互相连接,可变增益放大器芯片11和驱动芯片12之间通过重布线结构202中的导电线路互相连接。另外,与图1所示的通信模块的封装结构100相类似,重布线结构201和重布线结构202除了上表面之外,其余表面均被塑封结构30覆盖;耦合器芯片10、可变增益放大器芯片11和驱动芯片12的部分引出端均通过塑封结构30中的通孔31由塑封结构30的上表面S1引至下表面S2,不在详细赘述。
从图4所示的光通信模块的封装结构400中可以看出,每相邻的两个芯片之间可以通过重布线结构互相连接,封装结构400难以实现不相邻的两个芯片之间的互连。基于此,本申请实施例在光通信模块的封装结构400的基础上,可以进一步包括重布线结构40。请继续参考图5,图5为包括重布线结构40的光通信模块的封装结构500的一个示意图。重布线结构40设置于重布线结构201的表面C11、重布线结构202的表面C12以及塑封结构30的表面S1之上。耦合器芯片10、可变增益放大器芯片11、驱动芯片12分别通过微凸点50设置于重布线结构40之上。重布线结构40包括至少一层布线层,每一层布线层包括图案化的导电线路以及隔离图案化导电线路的绝缘材料。图5中示意性的示出了重布线结构40包括两层布线层。用于形成图案化导电线路的导电材料可以是金属,如铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)等金属中的一种或多种的组合,用于形成图案化导电线路的导电材料还可以是氧化钮锡(ITO)、石墨、石墨烯等;绝缘材料可以是无机绝缘材料或有机绝缘材料等。重布线结构40还可以设置有过孔(Via),过孔中可以填充 或电镀有导电材料,各布线层之间通过过孔互相连通。该多个过孔中,部分过孔可以为贯穿重布线结构40上下表面的通孔,从而各芯片的部分引出端可以通过重布线结构40上的通孔直接与重布线结构201或重布线结构202上的导电线路连通,以实现与相邻芯片之间的互连;此外,各芯片的部分引出端还可以通过重布线结构40上的通孔,直接与通孔31连接。由此,图5所示的光通信模块的封装结构500中,耦合器芯片10和可变增益放大器芯片11之间通过重布线结构40上的通孔以及重布线结构201连通,可变增益放大器芯片11和驱动芯片12之间通过重布线结构40上的通孔以及重布线结构202连通,耦合器芯片10和驱动芯片12之间通过重布线结构40上的导电线路连通。此外,耦合器芯片10、可变增益放大器芯片11和驱动芯片12中的部分引出端均通过重布线结构40上的通孔与塑封结构30中的通孔31连通,从而实现耦合器芯片10、可变增益放大器芯片11和驱动芯片12与PCB上的导电线路的连通。
基于如上各实施例所述的光通信模块的封装结构,本申请实施例还提供一种用于制备光通信模块的封装结构的方法,下面以制备出的光通信模块的封装结构如图1所示为例,结合图6所示的流程600,对制备光通信模块的封装结构的工艺流程进行详细描述。该工艺流程600包括如下步骤:
步骤601,制备重布线结构20。本申请实施例中,可以采用光刻、显影、刻蚀等标准CMOS工艺,在硅晶体中制备至少一层布线层。
步骤602,将重布线结构20贴装于在载板b上。该步骤后所形成的结构如图7A所示。载板b的材料可以包括但不限于:硅材料、玻璃材料或者二者混合材料等,载板b可以是晶圆级尺寸。具体实现中,可以在重布线结构20的表面涂布键合胶a,将重布线结构20中涂布有键合胶a的一面贴装在载板b上;或者也可以在载板b的表面涂布键合胶a,将重布线结构20粘贴在载板b上。
步骤603,在载板b的表面以及重布线结构20的表面沉积塑封材料,以形成塑封结构30。该步骤后所形成的结构如图7B所示。从图7B中可以看出,重布线结构20的下表面和侧面均被塑封材料30包裹。
步骤604,在塑封结构30中形成多个贯穿塑封结构30的表面S1和表面S2的通孔31。具体实践中,可以采用刻蚀工艺(例如激光刻蚀或者机械钻孔)对塑封结构进行刻蚀,形成贯穿塑封结构30上表面和下表面的孔;然后采用填充或者电镀工艺在孔中填充或电镀导电材料(例如铜),从而形成多个通孔31。该步骤后所形成的结构如图7C所示。
步骤605,将载板b和键合胶a从重布线结构20以及塑封结构30上移除。该步骤中,可以采用紫光分离工艺将载板b和键合胶a从重布线结构20以及塑封结构30上移除。该步骤后所形成的结构如图7D所示。
经过步骤605,重布线结构20的表面C1和塑封结构30的表面S1均暴露出来。
步骤606,分别在耦合器芯片10和跨组放大器芯片11的引出端设置微凸点。
步骤607,耦合器芯片10通过微凸点50设置于重布线结构20和塑封结构30之上;跨组放大器芯片11也通过微凸点50设置于重布线结构20和塑封结构30之上。其中,耦合器芯片10中的部分引出端通过微凸点与重布线结构20上的导电线路连接,另外一 部分引出端通过微凸点由塑封结构30的表面S1引至表面S2;跨组放大器芯片11中的部分引出端通过微凸点50与重布线结构20上的导电线路连接,另外一部分引出端通过微凸点由塑封结构30的表面S1引至表面S2。从而,耦合器芯片10和跨组放大器芯片11之间通过重布线结构20互相连通;耦合器芯片10和跨组放大器芯片11中诸如电源端和地端等引出端,被引至塑封结构30用于焊接PCB的一侧,从而与PCB上的电源线或地线等线路连接。
此外,在步骤607之后,还可以在耦合器芯片10与重布线结构20和塑封结构30之间、跨组放大器芯片11与重布线结构20和塑封结构30之间填充绝缘材料70。绝缘材料70例如可以为底部填充胶;另外,重布线结构20的表面C1和塑封结构30的表面S1上,FAU端口的正投影所覆盖的区域,未被上述绝缘材料70覆盖。
经过步骤601-步骤607,即可形成如图1所示的光通信模块的封装结构100。
进一步的,在制备出如图1所示的光通信模块的封装结构100的基础上,还可以进一步对光通信模块的封装结构100进行板级封装,以形成如图2所示的光通信设备200。当需要进行板级封装时,还可以包括步骤608-步骤610。步骤608,在塑封结构30的表面S2制备导电凸块,所制备的导电凸块分别与通孔81连接。步骤609,利用标准工艺制备出PCB。步骤610,将光通信模块的封装结构100通过导电凸块焊接于PCB上。经过步骤601-步骤610所制备出的光通信设备200如图2所示。当需要制备如图3所示的光通信模块的封装结构300时,在上述步骤601-步骤607的基础上,还可以进一步包括如下步骤:步骤611,在耦合器芯片10的表面、跨组放大器芯片11的表面、重布线结构20的表面C1以及塑封结构30的表面S1进一步沉积塑封材料60;步骤612,打磨芯片10和芯片11之上的塑封材料60(例如,可以采用化学机械抛光工艺对芯片10和芯片11之上的塑封材料60进行打磨),以暴露出耦合器芯片10;步骤613,通过光刻、硅等离子体刻蚀工艺,刻蚀芯片10的背部,以释放耦合器芯片10上用于耦合FAU的端口。经过步骤601-步骤607、以及步骤611-步骤613,即可通过晶圆级封装工艺制备出如图3所示的光通信模块的封装结构300。当需要制备如图4所示的光通信模块的封装结构400时,上述步骤601被替换为制备重布线结构201和重布线结构202,上述步骤602被替换为将重布线结构201和重布线结构202贴装于在载板b上;在步骤604和步骤605之间还包括步骤613:在重布线结构201、重布线结构202以及塑封结构30表面设置重布线结构40;上述步骤606被替换为:分别在耦合器芯片10、跨组放大器芯片11和驱动芯片12的引出端设置微凸点;上述步骤607被替换为:将耦合器芯片10、跨组放大器芯片11和驱动芯片12分别通过微凸点设置于重布线结构40之上。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
- 一种光通信模块的封装结构,其特征在于,包括:第一重布线结构,所述第一重布线结构中设置有布线层;塑封结构,所述塑封结构包裹所述第一重布线结构中除了上表面之外的其余表面;所述第一重布线结构外围的塑封结构中设置有至少一个通孔,所述至少一个通孔中的每一个通孔贯穿所述塑封结构的上表面和下表面;第一芯片和第二芯片,所述第一芯片和所述第二芯片设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构之上,所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述布线层互相连接,所述第一芯片的至少部分引出端和所述第二芯片的至少部分引出端通过所述至少一个通孔由所述塑封结构的上表面引至下表面,以用于与印刷电路板上的导电线路连通。
- 根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述塑封结构包括多个通孔;所述第一芯片通过多个第一微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第二微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第三微凸点与所述多个通孔中的第一通孔连接;所述第二芯片通过多个第四微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第五微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第六微凸点与所述多个通孔中的第二通孔连接。
- 根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述第一重布线结构的上表面和所述塑封结构的上表面之上还设置有第二重布线结构;所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述第一重布线结构和所述第二重布线结构连接。
- 根据权利要求1-3任一项所述的封装结构,其特征在于,所述第一芯片包括用于耦合光纤阵列单元的端口;所述端口设置于所述第一芯片的第一表面或者第二表面,所述第一表面为所述第一芯片靠近所述塑封结构的表面,所述第二表面为所述第一芯片远离所述塑封结构的表面。
- 根据权利要求4所述的封装结构,其特征在于,当所述用于耦合光纤阵列单元的端口设置于所述第一芯片的第一表面时,所述第一芯片中除了设置所述端口的区域之外的区域,与所述第一重布线结构以及所述塑封结构之间填充有绝缘材料;所述第二芯片与所述第一重布线结构以及所述塑封结构之间均填充有绝缘材料。
- 根据权利要求4所述的封装结构,其特征在于,当所述用于耦合光纤阵列单元的端口设置于所述第一芯片的第二表面时,所述第一芯片和所述第二芯片中除了远离所述第一重布线结构的表面之外的表面,被塑封材料包裹。
- 一种光通信设备,其特征在于,所述光通信设备包括印刷电路板以及如权利要求1-6任一项所述的光通信模块的封装结构;所述塑封结构的下表面设置有至少一个凸块,所述第一芯片的至少部分引出端和所 述第二芯片的至少部分引出端,通过所述至少一个通孔与所述至少一个凸块对应连接;所述印刷电路板上设置有导电线路;所述至少一个凸块焊接于所述印刷电路板上,所述第一芯片和所述第二芯片通过所述至少一个通孔以及所述至少一个凸块与所述印刷电路板上的导电线路连接。
- 一种光通信模块的封装结构的制备方法,其特征在于,包括:在硅晶体中制备布线层,以形成第一重布线结构;在所述第一重布线结构外围形成塑封结构,所述塑封结构包裹所述第一重布线结构中除了上表面之外的其余表面;在所述第一重布线结构外围的塑封结构中形成至少一个通孔,所述至少一个通孔中的每一个通孔贯穿所述塑封结构的上表面和下表面;在所述第一重布线结构和所述塑封结构之上设置第一芯片和第二芯片,其中,所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述布线层互相连接,所述第一芯片的部分引出端和所述第二芯片的部分引出端通过所述至少一个通孔由所述塑封结构的上表面引至下表面,以用于与印刷电路板上的导电线路连通。
- 根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,在所述第一重布线结构和所述塑封结构之上设置第一芯片和第二芯片,包括:将所述第一芯片通过多个第一微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,其中,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第二微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第一芯片通过所述多个第一微凸点中的第三微凸点与所述多个通孔中的第一通孔连接;将所述第二芯片通过多个第四微凸点设置于所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面之上,其中,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第五微凸点与所述布线层中的导电线路连接,所述第二芯片通过所述多个第四微凸点中的第六微凸点与所述多个通孔中的第二通孔连接。
- 根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,在所述第一重布线结构和所述塑封结构之上设置第一芯片和第二芯片,包括:在所述第一重布线结构和所述塑封结构的上表面形成第二重布线结构;将所述第一芯片和所述第二芯片设置于所述第二重布线结构之上;所述第一芯片和所述第二芯片之间通过所述第一重布线结构和所述第二重布线结构连接。
- 根据权利要求8-10任一项所述的制备方法,其特征在于,所述第一芯片包括用于耦合光纤阵列单元的端口,当所述端口设置于所述第一芯片上、靠近所述塑封结构的第一表面时,所述制备方法还包括:在所述第一芯片和所述第二芯片的底部、所述第一重布线结构和所述塑封结构之上填充绝缘材料;其中,所述绝缘材料未覆盖所述端口所在的区域。
- 根据权利要求8-10任一项所述的制备方法,其特征在于,所述第一芯片包括用于耦合光纤阵列单元的端口,当所述端口设置于所述第一芯片上、远离所述塑封结构 的第二表面时,所述制备方法还包括:在所述第一芯片和所述第二芯片周围形成塑封材料,所述塑封材料包裹所述第一芯片和所述第二芯片中、除了远离所述第一重布线结构的表面之外的表面;打磨和刻蚀所述第一芯片的背面以暴露出所述端口。
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WO2023077352A1 (zh) | 2023-05-11 |
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Legal Events
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