CN118338536A - 部件承载件和制造部件承载件的方法 - Google Patents

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丹尼尔·施利克
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Abstract

一种部件承载件(100)，所述部件承载件(100)包括：叠置件(102)，所述叠置件(102)包括至少一个电传导层结构(104)和至少一个电绝缘层结构(106)；以及在所述叠置件(102)上和/或在所述叠置件(102)中的至少部分光学透明本体(108)，所述至少部分光学透明本体(108)被配置为沿着预定轨迹对从所述至少部分光学透明本体(108)的外部外围进入的光或者朝向所述至少部分光学透明本体(108)的外部外围离开的光进行引导。本发明还提供了一种制造部件承载件的方法。

Description

部件承载件和制造部件承载件的方法
技术领域
本发明涉及部件承载件以及制造部件承载件的方法。
背景技术
在配备有一个或更多个部件的部件承载件的产品功能不断增加、这些电子部件逐步小型化以及要被连接至部件承载件比如印刷电路板上的部件的数量不断增多的情况下，采用了具有多个部件的越来越强大的阵列状部件或封装件，这些阵列状部件或封装件具有多个接触部或连接部，其中，这些接触部之间的间隔越来越小。特别地，部件承载件应当是在机械上坚固的并且在电气上可靠的，以即使在恶劣条件下也能够操作。
形成包括光学功能的封装件的传统方法具有高的复杂性且可能经受信号干扰。
发明内容
可能需要形成具有高信号完整性的紧凑光电封装件。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种部件承载件，部件承载件包括：叠置件，叠置件包括至少一个电传导层结构和至少一个电绝缘层结构；以及在叠置件上和/或叠置件中的至少部分光学透明本体，所述至少部分光学透明本体被配置为沿着预定轨迹对从所述至少部分光学透明本体的外部外围进入的光或者朝向所述至少部分光学透明本体的外部外围离开的光进行引导。
根据本发明的另一个示例性实施方式，提供了一种制造部件承载件的方法，其中所述方法包括：提供叠置件，所述叠置件包括至少一个电传导层结构和至少一个电绝缘层结构；以及将至少部分光学透明本体布置在所述叠置件上和/或所述叠置件中，所述至少部分光学透明本体被配置为沿着预定轨迹对从所述至少部分光学透明本体的外部外围进入的光或者朝向所述至少部分光学透明本体的外部外围离开的光进行引导。
在本申请的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示能够直接或间接将一个或更多个部件容置在该部件承载件上和/或该部件承载件中以提供机械支撑和/或电连接的任何支撑结构。换言之，部件承载件可以被构造为用于部件的机械承载件和/或电子承载件。特别地，部件承载件可以是印刷电路板、有机中介层和IC(集成电路)基板中的一者。部件承载件还可以是将上述类型的部件承载件中的不同的部件承载件结合的混合板。
在本申请的上下文中，术语“叠置件”可以特别表示扁平或平面片状体。例如，所述叠置件可以是层叠置件，特别是层压的层叠置件或层压件。这种层压件可以通过施加机械压力和/或热来连接多个层结构而形成。优选地，(特别是层压的)层可以在空间中(在叠置件厚度方向上)平行移位。
在本申请的上下文中，术语“层结构”可以特别表示在公共平面内的连续层、图案层或多个非连续岛。
在本申请的上下文中，术语“至少部分光学透明本体”可以特别指布置在层叠置件上和/或集成在层叠置件中的本体，并且该本体包括允许光通过该本体传播的至少一部分。例如，至少部分光学透明本体可以是完全光学透明的，例如玻璃。还可行的是，至少部分光学透明本体的一部分是不透明的，而另一部分对于光学光是透射的。所述至少部分光学透明本体可以配置为允许光通过所述至少部分光学透明本体的入口向目标处从外部外围传播到出口。优选地，至少部分光学透明本体可以是在其内部形成光可以沿其传播的光学传输路径的本体(例如板或条)。这样的光传输路径可以例如通过对所述本体的飞秒激光处理或通过应用于所述本体的离子交换技术形成。因此，在玻璃中形成波导有不同的方式，特别是通过激光或离子交换处理。通过激光直接写入，也可以实现z方向的波导，这对于示例性实施方式是优选的。
在本申请的上下文中，术语“光”可以特别表示具有例如在O波段和/或C波段中的特定波长或波长范围的电磁频谱中的光信号。O波段为1260nm-1360nm(包括1310nm)，而C波段为1530nm-1560nm(包括1550nm)。这些范围涵盖了光通信中使用的相关波长。例如，在某些应用中，每个波导使用8个波长，例如多达32个波导。示例性实施方式可以涉及仅携带一条光线(即单模)的单模波导，或者可以涉及携带多条光线(即多个模式)的多模波导。例如，所述光可以是光学光束。
在本申请的上下文中，术语“预定轨迹”可以特别表示至少部分光学透明本体内的光学路径，当光从外部外围进入时将沿着该光学路径传播。所述光学路径可以是明确限定的，而不是任意或随机的。例如，光学路径可以通过全反射来限定，或者当沿着预定轨迹传播通过至少部分光学透明本体时，通过对相当数量的光的反射来限定。
在本申请的上下文中，术语“外部外围”可以特别表示至少部分光学透明本体的与该至少部分光学透明本体光学耦合的环境，以使得光可以从环境进入至少部分光学透明本体，和/或使得光可以从至少部分光学透明本体离开通向环境。例如，所述外部外围可以是导光光纤，并且例如通过光学连接器与所述至少部分导电的本体光学耦合。然而，也有可能光通过外部外围的空气传播，然后耦合到部分光学透明本体中。
在本申请的上下文中，术语本体的“主表面”可以特别指本体的两个最大相对表面之一。主表面可以通过周向侧壁连接。本体的例如叠置件的厚度可以由两个相对的主表面之间的距离来限定。
根据示例性实施方式，提供叠置的层类型的部件承载件(例如印刷电路板或集成电路基板)。至少部分光学透明本体可以安装在所述层叠置件上和/或集成在所述层叠置件中。可以沿着内部传播路径引导来自外部外围或用于传输到外部外围的光通过光学透明本体。通过可以提供电功能的叠置件与可以提供光学功能的光学透明本体之间的紧密空间关系，可以获得具有高信号完整性的紧凑光电封装件。由于部件承载件中的电路和光学路径较短，因此可以低损耗且高质量地传输光信号和/或电信号。
示例性实施方式的详细描述
在下文中，将解释所述部件承载件和所述方法的另外的示例性实施方式。
在实施方式中，所述至少部分光学透明本体包括内部部分，该内部部分相对于所述至少部分光学透明的其余部分具有不同折射指数，所述内部部分被配置为沿着预定轨迹对从所述至少部分光学透明本体的外部外围进入的光或者朝向所述至少部分光学透明本体的外部外围离开的光进行引导。所述的内部部分可以是集成在至少部分光学透明本体中的波导。优选地，所述内部部分可以通过直接激光写入(例如使用飞秒激光)或离子交换技术写入本体内。这可以允许在本体的内部创建任何期望的光学传输路径。然后可以以微型方式形成内部部分。内部部分还可以包括多个独立的光传输路径和/或分岔的光传输路径。当内部部分形成有与本体的周围材料不同的折射率时，例如还可以确保沿着内部部分传播的光保持在内部部分内。例如，可以调整内部部分和周围主体部分的折射指数，以在所述部分之间的边界处实现全内反射。例如，导光内部部分可以是直的、弯曲的和/或有角度的。此外，导光内部部分可以具有柱形或长方体形状。
在实施方式中，该方法包括：通过激光直接写入将所述至少部分光学透明本体的内部部分配置为至少一个集成波导。相应地，所述部件承载件的内部部分可以包括通过激光直接写入在所述至少部分光学透明本体中形成的至少一个集成波导。有利地，在玻璃体中激光直接写入，优选地使用飞秒激光器，可以允许形成甚至可以弯曲的一个或更多个波导。
在实施方式中，具有不同折射指数的内部部分限定了暴露于至少部分光学透明本体的外部外围的一个或更多个光学引导结构。因此，由内部部分限定的光学引导结构可以从外部外围延伸到部件承载件的内部，从而允许光从外部外围耦合到光学引导结构和/或从光学引导结构耦合到外部外围。优选地，本体的内部部分的光学引导结构可以具有与所述外部外围相对的第二光学接口，用于将光耦合入或耦合出所连接的光学部件，例如光学芯片。例如，光学引导结构可以在部件承载件的竖向或倾斜侧壁处暴露于外部外围。
在实施方式中，具有不同折射指数的内部部分被配置为引导光朝向至少部分光学透明本体的外表面上的预定位置。因此，所述内部部分可以被配置为沿着预定路径引导所述光至预定位置。这可以确保光传输的高可靠性。
在实施方式中，至少部分光学透明本体包括光进入或离开所通过的(例如平坦的)第一表面和光进入或离开所通过的(例如平坦)第二表面。由于内部部分具有不同的折射指数，光可以在第一表面和第二表面之间被引导。第一表面和第二表面中的一个可以是光学入口表面，而第一表面和第二表面中的另一个可以是光学出口表面。优选地，所述至少部分光学透明本体的第一表面和第二表面可以具有低表面粗糙度Ra(优选低于50μm)。这样可以减少信号损耗，并确保信号的可靠传输。
在实施方式中，第一表面和第二表面相对于彼此垂直或倾斜。例如，第一表面可以是竖向表面，并且第二表面可以是水平表面，反之亦然，第一表面可以是水平表面，并且第二表面可以是竖向表面。所述竖向表面可以位于所述部件承载件的侧壁处。所述水平表面可以位于所述部件承载件的内部或部件承载件的主表面。这种布置可能需要更少的空间，并可确保紧凑和高效的信号传输。
在实施方式中，部件承载件包括偏转构件，偏转构件被配置成在光沿部分或整个预定轨迹传播后对光进行偏转。特别地，偏转构件(也可以表示为改道构件)可以被配置成通过改道来操纵光。这种偏转可以发生在光学性质突然改变的偏转表面。例如，偏转表面可以是折射指数突然变化的表面。偏转表面也可以是反射表面。例如，偏转构件可以被配置为曲面或平面光学反射镜、光学透镜或透镜阵列等。偏转构件可以被设置在具有不同折射指数的内部部分的光学下游，特别是在至少部分光学透明本体的光学出口处(参见例如图2)。另外或可替代地，偏转构件可以布置在具有不同折射指数的内部部分的至少两个子部分之间(特别是在第一子部分和第二子部分之间)(参见例如图1)。这可以有利地确保具有复杂导光几何形状的高度聚焦信号传输。
在实施方式中，偏转构件被设置在至少部分光学透明本体的外表面之一中。例如，偏转构件可以形成于至少部分光学透明本体及其具有不同折射指数的周围之间的界面上，例如所述界面处的叠置件或专用偏转构件。这样的实施方式可以导致容易且高度可靠的制造过程。
在实施方式中，偏转构件包括设置在至少部分光学透明本体的表面上的反射部分。这样的反射部分可以是弯曲的或平坦的。平面反射表面可以仅提供光的反射。弯曲的反射表面也可以提供光束整形，例如聚焦或散焦。这可以实现高度可靠的制造，以满足不同的要求。
在实施方式中，偏转构件具有相对于由具有不同折射指数的内部部分引导的光倾斜的表面。例如，光可以沿着倾斜表面上游的第一方向(例如水平)传播，并且可以沿着倾斜表面下游的不同第二方向(例如竖向)传播，或者反之亦然。因此，倾斜表面可以对光进行反射和/或整形。有利的是，这可以允许简单的、同时高度可靠的光引导。
在实施方式中，偏转构件与至少部分光学透明本体一体地形成。例如，偏转构件可以与所述本体一体地集成。当将偏转构件集成在所述光学透明本体中，使所述偏转构件形成所述光学透明本体的一部分时，可以以高度紧凑的方式制造所述部件承载件。例如，偏转构件可以设置有表面部分，该表面部分被专门处理(例如抛光、弯曲等)用于对通过本体的内部部分传播到所述表面部分的光进行偏转。
在实施方式中，偏转构件被设置在至少部分光学透明本体的表面上。特别地，偏转构件可以附接到至少部分光学透明本体的外表面。例如，这样的偏转构件可以被配置为透镜构件。这可能会带来以集中的方式将光线引导到目的地的优势。
在实施方式中，偏转构件被配置为至少一个电传导层结构的组成部分。因此，偏转构件可以是至少一个电传导层结构的组成部分，特别是金属(例如铜)迹线和/或柱。
在实施方式中，偏转构件被配置为用于在制造过程中确保对准的对准标记。因此，偏转构件还可以在制造过程中充当对准标记。这可以带来减少生产阶段的优势和/或可以确保紧凑性的优势。
在实施方式中，沿着相对于光进入或离开所经过的所述至少部分光学透明本体的表面倾斜的方向，和/或沿着相对于光离开或进入的所述至少部分光学透明本体的表面倾斜的方向，朝向所述偏转构件发射或者从所述偏转构件接收由具有不同折射指数的所述内部部分引导的光。特别地，相应的倾角可以是90°，或者可以不同于90°。
在实施方式中，具有不同折射指数的内部部分被配置为分别同时引导多个光部分或信号。例如，可以在至少部分光学透明本体的内部部分形成至少2个独立波导、特别至少5个独立波导，更具体地至少10个独立波导。例如，多达32个独立波导可以集成在一个光学透明本体中。例如，通过直接激光写入或离子交换技术，可以在本体内形成多个独立的波导结构作为光导内部部分。每个所述集成波导都可以在特定波长范围内传输光信号(例如O波段或C波段)，因此所述结构可以显著增加传输光信号的数据速率。
在实施方式中，在一个波导中可以具有多个光信号。另外或可替代地，在透明本体中可以形成多个波导。波导也可以同时传输一个以上的波长。例如，波导通道可以携带不同波长的λ1、λ2、λ3、λ4等(例如，在O波段或C波段多达8个波长)。
在实施方式中，部件承载件包括偏转构件，偏转构件被配置成偏转所有光部分或信号，特别是将所有光部分或信号聚焦到共同聚焦区域。因此，所传输的光信号可以被捆绑以由光学芯片或类似物进行后续处理。这样可以保证高功率的数据传输。
在实施方式中，部件承载件包括聚焦单元，该聚焦单元配置成将由具有不同折射指数的内部部分引导的光聚焦到部件。例如，这样的聚焦单元可以被配置为光学透镜或透镜阵列。例如，所述部件的至少一部分可以与所述光学透明本体的至少一部分直接接触。
更一般地，部件承载件可以包括安装在叠置件上并与光学透明本体的至少一部分直接接触的部件。例如，这可以用于在部件和光学透明本体之间实现倏逝光耦合。这样的实施方式如图12所示。部件例如光学芯片与光学透明本体之间的直接连接可以实现光学路径短、设计紧凑、光损耗低以及信号质量高。
在实施方式中，所述部件承载件在至少部分光学透明本体与接收或发射所述光的部件之间具有中间空间。例如，这样的部件可以是用于处理所接收光的光学芯片或光子芯片。还可行的是这样的部件发射光，该光通过中间空间光学耦合到至少部分光学透明本体中。
在实施方式中，所述部件承载件还包括布置在中间空间中的至少部分光学透明本体。例如，另外的至少部分光学透明本体包括至少一个偏转构件和/或相对于另外的至少部分光学透明本体的其余部分具有不同折射指数的内部部分。一个可能的目标可以是将光分散到一个共同的焦点上。例如，这种另外的至少部分光学透明本体可以是具有至少一个集成波导或另外的光学构件，例如透镜或反射镜的板或条(例如由玻璃制成)。
在实施方式中，中间空间是空的空间，特别是空气空间。例如，中间空间可以是光可以通过的气隙或空隙体积。为了进一步改善通过该空的空间传播的光信号的信号完整性，可以屏蔽该空的空间以防止来自环境的杂散光。
在实施方式中，中间空间从至少部分光学透明本体延伸到接收或发射光的部件。在这种配置下，光学路径可以保持很短，这对信号质量和信号完整性有积极的影响。
在实施方式中，中间空间沿着叠置件的厚度方向延伸。沿着所述厚度方向，可以对叠置件的层结构进行叠置。例如，中间空间可以延伸通过叠置件的至少一部分。这也可以有助于部件承载件的紧凑设计。
在实施方式中，中间空间至少部分地由叠置件中的腔形成。腔可以是延伸到叠置件内的凹槽、槽或孔(特别是盲孔)。优选地，腔和/或中间空间的所有侧部可以由叠置件的层结构限定。
在实施方式中，中间空间完全布置在叠置件的内部。例如，中间空间可以形成为被叠置材料完全包围的中空内部体。这可以提供非常可靠的保护，防止杂散光，这可能进一步提高光信号的完整性。
在实施方式中，中间空间至少部分地布置在叠置件的外部。例如，中间空间可以完全布置在叠置件的外面。
在实施方式中，部件承载件包括至少一个透镜，该透镜布置在至少部分光学透明本体和/或中间空间中，并且被配置为改变或操纵光的焦点。优选地，透镜设置在导光结构的下游。这样的元件可以被布置为将光聚焦到光敏表面区域上，例如光学芯片表面上的光栅结构。特别地，该透镜可以配置为将多个光部分或信号组合到一个共同的光实体(特别是在某一点上，优选直接在光学芯片表面上，更具体地在其光输入/输出元件上，参见图3中的示例附图标记144)。这可以确保以简单可靠的方式高性能信号传输。
在实施方式中，所述部件承载件包括被配置为接收或发射所述光并从所述叠置件外部布置的部件(或多个部件)。所述部件可以是光学部件。
在实施方式中，所述部件承载件包括安装在所述叠置件上且为光学芯片的部件。在本申请的上下文中，术语“光学芯片”可以特别指具有光学功能的芯片。特别地，这样的光学芯片可以是配置为接收和/或发射光信号的芯片，并且更具体地用于通过电光转换器(例如光电二极管)将接收的光信号转换为电信号。所述光学芯片还可以具有处理光信号和/或电信号的处理能力，所述光学芯片可以从中导出所述光信号。该光学芯片可以是电光学芯片，特别是提供电光系统的光学功能。特别地，该光学芯片还可以具有集成的半导体激光二极管和/或放大器。因此，光学芯片的集成电路元件的示例可以是光电二极管和/或激光二极管。例如，可在光学芯片中实现集成的IV组器件和/或III-V组器件，例如至少一个激光器、至少一个放大器和/或至少一个光电二极管。特别地，光学芯片可以具有波导结构，该波导结构被集成以引导不同光学元件(如激光二极管、光电二极管等)之间的光。
在实施方式中，部件承载件包括另外的部件，例如一个或更多个电子芯片。在本申请的上下文中，术语“电子芯片”可以特别指具有电子功能的芯片。例如，所述电芯片可以被配置为处理特别是从光学芯片接收的电信号。也可行的是，所述电芯片包括驱动功能，特别是用于驱动光学芯片。所述电子芯片可以是电光学芯片，特别是提供电光系统的电气功能。特别地，电子芯片可以具有放大功能，例如由一个或更多个跨阻放大器(TIA)提供。当集成为发送器时，电子芯片可以作为调制器及其驱动器之间的接口。当体现为接收器时，所述电子芯片可作为光电二极管和指定TIA之间的接口。
在实施方式中，另外的部件(特别是至少一个电芯片)可以通过该叠置件的至少一个电传导层结构与该部件(特别是至少一个光学芯片)电联接。例如，所述至少一个电传导层结构可以配置为再分配结构，例如作为再分配层(RDL)。
有利地，光学再分配结构可以形成为集成在光学透明本体(优选由玻璃制成)中的多个分离波导。进一步有利地，电重分配结构可以形成为光学透明本体上或上面的一个或更多个电传导层结构。这样的配置可以允许获得非常短的光学和电气路径，这些路径可以以非常小的尺寸形成，例如小间距。
在实施方式中，至少部分光学透明本体布置在叠置件中。优选地，至少部分光学透明本体嵌入在所述叠置件的内部。因此，本体可以被叠置材料包围，但可以具有两个光学接口，一个光学接口具有部件承载件的外部，另一个光学接口具有光学芯片。
在实施方式中，所述部件承载件包括部件，该部件被配置为接收或发射所述光并布置在所述至少部分光学透明本体上方(特别是沿着叠置件厚度方向)。如上所述，所述部件可以是光学芯片。所述部件可以在所述实施方式中作为光学接收器部件起作用。然而，还可行的是，这样的部件作为光发射器部件用于发射光。此外，所述部件还可以是能够发送和接收光信号的光收发器部件。
在实施方式中，部件承载件包括部件，部件被配置为接收或发射光并是从至少部分光学透明本体横向布置的。具体地，可以将所述部件和所述本体沿垂直于所述叠置件厚度方向的方向相互重叠布置。
在实施方式中，在叠置件中设置至少部分光学透明本体和部件以及可选的中间空间，使得光由至少部分光学透明本体传输，并且由部件从彼此面向一方的一侧接收或发射。这可能导致部件承载件的特别紧凑的配置和高信号完整性。
在实施方式中，至少部分光学透明本体和部件至少部分地布置在叠置件的相同电传导层结构和/或电绝缘层结构中。因此，可以将至少一个部件(可以是光学芯片和/或电子芯片)嵌入在所述叠置件中。这可以进一步缩短光和/或电信号路径，并且因此可以改善信号质量。
在实施方式中，至少部分光学透明本体由玻璃，特别是硼硅酸盐制成。一方面，玻璃是适当的光学透明，因此支持高质量的光信号传输。另一方面，玻璃体可以具有非常平坦的表面(例如具有低于100nm、优选低于50nm的表面粗糙度Ra)，从而可以允许在其上或上面进行细线加工。此外，玻璃体可以具有高度的热稳定性，因此热引起的不希望出现的现象，如热应力、翘曲和分层，不会显著影响部件承载件。此外，玻璃材料可以表现出低DK和低DF行为，具有良好的介电性能，因此可以支持低损耗高频率(特别是射频，RF)和高速应用，以及具有良好信号完整性和低损耗的高性能计算应用。
在另一实施方式中，至少部分光学透明本体包括有机材料，特别是聚合物，更具体地说是环氧树脂、改性丙烯酸酯、聚硅氧烷或有机-无机杂化物。有机材料可以包括含有碳氢键的化合物。例如，有机本体可以包括有机树脂材料、环氧树脂材料等。
在实施方式中，至少部分光学透明本体包括与本体(例如透明本体的其余部分不同于不同反射指数的部分)不同的材料的至少一部分(例如上述不同折射指数的内部部分)。特别地，本体的一部分可以包括可以具有与本体其余部分不同的材料特性的转向构件或表面。
在实施方式中，所述部件承载件包括与所述部件承载件的侧壁处的至少部分光学透明本体光学耦合的光连接器。例如，光波导电缆可以与所述光连接器连接。所述光连接器例如可以是纤维连接器。可以将光学连接器组装在部件承载件的侧壁处，例如组装在叠置件的侧壁处和/或组装在至少部分光学透明本体的侧壁处。这可以导致部件承载件在竖向方向上的紧凑设计。
在实施方式中，将所述另外的部件(特别是电芯片)与部件(特别是光学芯片)电联接的至少一个电传导层结构布置在所述至少部分光学透明本体上和/或之上。特别地，可以直接在光学透明本体上和/或上方形成再分配结构或扇形结构。这样可以缩短电信号路径，从而提高信号质量。
在实施方式中，所述部件承载件包括在叠置件上和/或叠置件中另外的至少部分光学透明本体。至少一个另外的至少部分光学透明本体可以配置有本文所描述的用于上述至少部分光学透明本体的任何特征。
在实施方式中，所述部件承载件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构的叠置件。例如，部件承载件可以是所述电绝缘层结构和电传导层结构的层压件，特别是通过施加机械压力和/或热能形成的层压件。所述叠置件可以提供能够为其他部件提供大安装表面并且仍然非常薄和紧凑的板形部件承载件。
在实施方式中，部件承载件被塑造成板状。这有助于紧凑的设计，其中部件承载件仍然为在其上安装部件提供了很大的基础。特别是，作为电子部件示例的裸模可以表面安装在诸如印刷电路板的薄板上。
在实施方式中，部件承载件被配置为由印刷电路板、基板(特别是IC基板)和中间层组成的组中的一者。
在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别表示通过将若干电传导层结构与若干电绝缘层结构层压而形成的板形部件承载件，例如通过施加压力和/或通过提供热能进行层压。作为PCB技术的优选材料，电传导层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维，即所谓的预浸料或FR4材料。各个电传导层结构可以通过层压形成孔，例如通过激光钻孔或机械钻孔，并通过部分或完全填充导电材料(特别是铜)，来以期望的方式彼此连接，从而形成过孔或任何其他通孔连接。填充孔可以连接整个叠置件(贯穿数层或整个叠置件的通孔连接)，或者填充孔连接至少两个电传导层，称为过孔。类似地，为了接收光电电路板(EOCB)，可以通过叠置件的各个层形成光学互连。印刷电路板通常配置为在板形印刷电路板的一个或两个相对表面上容纳一个或更多个部件。一个或更多个部件可以通过焊接而连接到相应的主表面。PCB的介电部分可以包括具有增强纤维(如玻璃纤维)的树脂。
在本申请的上下文中，术语“基板”可以特别表示小部件承载件。就PCB而言，基板可以是相对较小的部件承载件，可以将一个或更多个元件安装在该部件承载件上，并且可以充当一个或更多个芯片与另一个PCB之间的连接介质。例如，基板可以具有与要安装在其上的部件(特别是电子部件)基本相同的尺寸(例如在芯片规模封装件(CSP)的情况下)。更具体地说，基板可以被理解为电气连接或电气网络的承载件，以及与印刷电路板(PCB)相当的部件承载件，但是具有相当高的横向和/或竖向布置的连接件密度。例如，横向连接件是传导路径，而竖向连接件可以是钻孔。这些横向和/或竖向连接件布置在基板内，并且可以用于提供容置部件或未容置部件(如裸模)，特别是IC芯片与印刷电路板或中间印刷电路板的电气连接、热连接和/或机械连接。因此，术语“基板”还包括“IC基板”。基板的介电部分可以包括具有增强颗粒(例如增强球，特别是玻璃球)的树脂。
基板或中间体可以包括下述或由下述构成：至少一层玻璃、硅(Si)和/或光成像或干蚀有机材料，如环氧基堆积材料(如环氧基堆积膜)或聚合物化合物(可以包括或可以不包括光敏和/或热敏分子)，如聚酰亚胺或聚苯并恶唑。
在实施方案中，至少一个电绝缘层结构包括由树脂或聚合物组成的组中的至少一者，如环氧树脂、氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂、三聚氰胺衍生物、聚苯并恶苯唑(PBO)、双马来酰亚胺-三嗪树脂、聚苯乙烯衍生物(例如基于聚苯醚，PPE)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、液晶聚合物(LCP)、聚四氟乙烯(PTFE)、双苯并环丁烯(BCB)和/或其组合。也可以使用增强结构，如网状物、纤维、球体或其他种类的填充颗粒，例如由玻璃(多层玻璃)制成，以形成复合材料。与增强剂结合的半固化树脂，例如用上述树脂浸渍的纤维，称为预浸料。这些预浸料通常以其性能命名，例如FR4或FR5，这描述了它们的阻燃性能。虽然预浸料，特别是FR4通常优选用于刚性PCB，但也可以使用其他材料，特别是环氧基堆积材料(如堆积膜)或光成像介电材料。对于高频应用，高频材料，如聚四氟乙烯，液晶聚合物和/或氰酸酯树脂，可能是优选的。除了这些聚合物外，低温共烧陶瓷(LTCC)或其他低、极低或超低DK材料可以作为电绝缘结构应用于部件承载件中。
在实施方式中，至少一个电传导层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯、钨和镁组成的组中的至少一个。虽然铜通常是首选材料，但其他材料或其涂层版本也是可以的，特别是用超导材料或导电聚合物涂覆，例如石墨烯或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)。
至少一个部件可以选自：非导电嵌体、导电嵌体(比如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如热管)、光导元件(例如光波导或光导体连接件)、电子部件或其组合。嵌体例如可以是带有或不带有绝缘材料涂层(IMS-嵌体)的金属块，该金属块可以被表面安装以促进散热。合适的材料是根据其热导率限定的，热导率应当为至少2W/mK。这种材料通常基于但不限于金属、金属氧化物和/或陶瓷，例如铜、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)。为了增加热交换能力，也经常使用具有增加表面积的其他几何结构。此外，部件可以是有源电子部件(至少实现了一个p-n结)、无源电子部件比如电阻器、电感器或电容器、电子芯片、存储装置(例如DRAM或其他数据存储器)、滤波器、集成电路(比如现场可编程门阵列(FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)、通用阵列逻辑(GAL)和复杂可编程逻辑器件(CPLD))、信号处理部件、功率管理部件(比如场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、结型场效应晶体管(JFET)、或绝缘-栅极场效应晶体管(IGFET)，上述功率管理部件全部基于半导体材料、比如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)、砷化铟镓(InGaAs)、磷化铟(InP)和/或任何其他合适的无机化合物)、光电接口元件、发光二极管、光电耦合器、电压转换器(例如DC/DC转换器或AC/DC转换器)、密码部件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电系统(MEMS)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、相机、天线、逻辑芯片和能量收集单元。然而，可以在部件承载件上安装其他部件。例如，磁性元件可以被用作部件。这种磁性元件可以是永磁元件(比如铁磁元件、反铁磁元件、多铁性元件或亚铁磁元件，例如铁氧体芯)，或者这种磁性元件可以是顺磁元件。然而，该部件还可以是例如呈板中板构型的IC基板、中介层或另外的部件承载件。部件可以被表面安装在部件承载件上以及/或者可以被嵌入在部件承载件的内部中。此外，也可以使用其他部件作为部件，特别是使用那些产生和发射电磁辐射和/或对从环境传播的电磁辐射敏感的部件作为部件。
在实施方式中，所述部件承载件为层压式部件承载件。在这样的实施方式中，部件承载件是多层结构的化合物，其通过施加压力和/或热叠置并连接在一起。
在处理部件承载件的内层结构之后，可以(特别是通过层压)以一个或更多个另外的电绝缘层结构和/或电传导层结构对称或不对称地覆盖(特别是通过层压)被处理层结构的一个或两个相对的主表面。换句话说，可以继续积累，直到获得所需的层数。
在完成形成电绝缘层结构和电传导层结构的叠置件之后，可以对所获得的层结构或部件承载件进行表面处理。
特别地，就表面处理而言，电绝缘阻焊剂可以应用于层叠置件或部件承载件的一个或两个相对的主表面。例如，可以在整个主表面上形成这样的阻焊剂，并随后对阻焊剂层进行定型，以便暴露一个或更多个导电表面部分，这些部分应用于将部件承载件电联接到电子外围。可以有效地保护部件承载件的仍旧覆盖有阻焊剂的表面部分，特别是含有铜的表面部分，以防止氧化或腐蚀。
就表面处理而言，也可以选择性地对部件承载件的暴露的导电表面部分施加表面处理。这样的表面处理可以是在部件承载件表面上暴露的电传导层结构(例如焊盘、导电轨道等，特别是包括铜或由铜组成)上的导电覆盖材料。如果这种暴露的电传导层结构不受保护，那么暴露的导电部件承载件材料(特别是铜)可能会氧化，使部件承载件的可靠性降低。然后可以形成表面光洁度，例如作为表面安装的部件和部件承载件之间的界面。表面处理具有保护暴露的电传导层结构(特别是铜电路)和实现与一个或更多个部件的连接工艺的功能，例如通过焊接。用于表面处理的合适材料的示例是有机可焊性防腐剂(OSP)、化学镀镍浸金(ENIG)、化学镀镍浸钯金(ENIPIG)、金(特别是硬金)、化学锡、镍金、镍钯等。
附图说明
上述限定的方面和本发明的其他方面从下文将要描述的实施方式中是明显的，并且参照这些实施方式进行解释。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图2示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图3示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图5示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图6示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图7示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图8示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图9示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图10示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图11示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
图12示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的横截面视图。
具体实施方式
图中的插图是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件设置有相同的附图标记。
在参考附图更详细地描述示例性实施方式之前，将基于开发本发明的示例性实施方式总结一些基本考虑。
向100G和200G电气通道的过渡可能会突破铜布线的极限。对于给定长度的低损耗PCB迹线，将信号速率加倍至100Gbit/s可能会使插入损耗大约增加一倍。因此，可能需要缩短高速数据传输的电气通道。当前的光模块均为前面板可插拔模块。随着信号速度的增加，可能需要缩短电力和/或光传输线的长度。
根据示例性实施方式，提供了一种(例如板形层压型)部件承载件(例如PCB或IC基板)，其包括多个叠置的金属和介电层结构。这样的层叠置件可以具有安装在其上和/或集成在其上中的至少部分光学透明本体。当光从外部外围向层叠置件传播或向相反方向传播时，光可以沿着明确限定的光学路径被光学引导通过光学透明本体。由于所述结构允许将具有电迹线的叠置件在空间上布置成靠近具有光信号传播功能的光透明本体，因此可以实现电光信号的低损耗和高质量传输。因此，光电信号可以以高效可靠的方式传输。这可能允许，例如，将光收发器设置成靠近开关芯片，如ASIC(专用集成电路)。更具体地说，本发明的示例性实施方式提供具有集成光电功能的封装件或部件承载件，用于从外部光纤到光学芯片的信号传输，和/或从光学芯片到外部光纤的信号传输。
例如，根据本发明的示例性实施方式的部件承载件可以体现为集成光电装置，该集成光电装置包括并排设置在再分配层结构上的光学芯片和电子芯片。所述再分配层结构可具有用于提供光纤连接的开口。此外，波导和反射镜也可以集成在部件承载件中。除此之外，玻璃嵌体可以用于提供光学和优选的电气功能。
特别地，根据本发明的示例性实施方式的部件承载件可以具有集成的光电装置，其例如可以包括玻璃嵌体或玻璃芯。
这种部件承载件可以实现一种或多种光学功能，例如外部光纤与光子集成电路(PIC)之间的面内和面外耦合，该光子集成电路也可称为光学芯片。另外或可替代地，可以完成从外部光纤连接器到PIC的光扇出。也可以实现波导结构(可选的曲率半径)，其功能可能基于玻璃反射指数的变化。在实施方式中，光学反射镜和/或透镜可以基于玻璃表面上的聚合物结构来实现(其中这样的光学反射镜和/或这样的透镜可以设置在光学透明本体的顶部和/或底部)。
此外，根据本发明示例性实施方式的部件承载件可以实现一种或多种电气功能。这可以包括在玻璃表面(例如位于光学透明本体的顶部和/或底部)上形成电互连。例如，这种电互连可以通过铜溅射形成。另外或可替代地，电互连可以在至少部分光学透明本体的玻璃中形成，例如以玻璃通孔(TGV)的形式形成。
除此之外，根据本发明示例性实施方式的部件承载件可以实现一种或多种机械功能。这些可能包括提供机械稳定性。此外，还可以预见用于安装光纤连接器的结构。
可选地，根据本发明的示例性实施方式的部件承载件可以实现一个或更多个附加功能。例如，部件承载件可以包括一个或更多个用于光学对准的基准。还可以提供用于促进热管理的特征。电磁屏蔽功能也可以实现，例如用于高频应用。此外，可以预见一个或更多个屏障层。
根据实施方式，可以提供具有集成光电功能的部件承载件型封装件，用于从外部光纤到光学芯片的信号传输，反之亦然。具有集成光电功能的封装可以基于至少部分光学透明本体，该本体可以体现为玻璃镶嵌体或核心。这种至少部分光学透明本体可以通过光学面内和面外耦合来促进光学和电信号的传输。可提供再分配结构或再分配层(RDL)中的腔，用于与光学芯片的光学耦合。有利的是，光学平面内和平面外耦合可以组合在一个共同的光电器件中。在实施方式中，光信号可以在平面内耦合到外部光纤连接器，并在平面外耦合到光学芯片(其可以在芯片最后制造架构中倒装组装)。也可以从具有较大节距的外部光纤阵列连接器在光学芯片上形成光学扇出。另一个优点是可以用光信号路径代替电信号路径。这可以减少插入损耗和功耗，从而确保高性能。此外，可以在玻璃上形成信号路径，进一步增强信号完整性。除此之外，示例性实施方式提供灵活的设计(例如，涉及提供一个或更多个光电器件、光学芯片等的机会)。进一步有利的是，部件承载件可以设计成在光信号路径上不存在CTE(热膨胀系数)失配。当光信号始终在至少部分光学透明本体的玻璃材料内传播时，不会出现由于CTE失配而导致的不准确性。因此，没有由CTE不匹配引起的光学性能退化的风险。此外，示例性实施方式可以受益于玻璃的优点，如明显的机械稳定性、惰性和超低粗糙度(可允许在玻璃上应用细线痕迹)。除此之外，根据本发明的示例性实施方式的部件承载件可以提供由于可在玻璃镶嵌体的背面形成的基准(例如通过纳米压印光刻(NIL)和金属化形成)而改进的光学对准公差。
本发明示例性实施方式的示例性应用是数据通信和电信应用中的共封装光学和硅光子学。这可能包括封装交换机和收发器，以便在数据中心和5G无线接入网络中集成。此外，本发明的示例性实施方式非常适合于汽车应用，如激光雷达、雷达等。更一般地，本发明的示例性实施方式可对需要高速数据传输或高数据速率传输的所有应用有利地实施。例如，根据本发明的示例性实施方式的部件承载件可用于数据中心。本发明的示例性实施方式提供用于数据通信和电信等多种应用的一种封装技术。典型的应用是数据中心的收发器、交换机、网络接口卡和5G无线接入网络、汽车封装等。
根据示例性实施方式的封装架构允许实现各种开关(特别是以一个或更多个集成电路芯片的形式)和收发器。例如，根据本发明示例性实施方式的部件承载件可以体现为以太网交换机或光纤网络交换机，其可以基于具有光-电-光转换的交换。该以太网交换机可配置为将多根光纤相互连接并控制输入和输出之间的数据包路由的多端口电信网络桥接设备。以太网交换机可以从与其相连的设备接收消息，然后可以将该消息仅传输到该消息所针对或寻址的设备。光子开关或全光开关可以通过选择性地将通过光纤或集成光电路传递的光信号切换到另一光纤而不进行任何电数据转换来起作用。光子开关可以在不转换或改变数据包的情况下将来自光输入的整个光信号路由并将其全部转发到光输出。光收发器或光模块可以在其一侧具有与系统内部连接的电接口，在其一侧具有通过光纤电缆或类似物与外部连接的光接口。
根据本发明示例性实施方式的部件载波型封装可以包括集成光电器件。所述光电装置被配置为既传输光信号又传输电信号。光电器件可以包括至少一个具有集成光波导的玻璃嵌体，该集成光波导能够从外部光纤和/或相反方向引导光信号。可提供至少一个光学反射镜，用于将信号离平面耦合到光学芯片或光子集成电路。因此，可以在一个共同的光电器件中组合平面内和光面外光耦合。例如，光学芯片可以表面安装在集成光电器件上(其可以体现为玻璃嵌体)。光学芯片和电气芯片(可提供驱动功能、跨阻放大器功能，且可包括ASIC)之间的电气互连可通过直接扇出结构或通过在电光器件层之上构建再分配层(可形成至少一层)来实现。这可以允许在光学芯片和电芯片之间形成非常短的电信号路径。当实施一个或更多个再分配层时，可在再分配层中形成腔以允许光信号到表面安装的光学芯片的面外耦合。后者可放置例如在腔中或在再分配层的顶部。光电器件在部件载波型封装中的集成可使光信号在封装中传输，并且在较大间距的光纤连接器与较细间距的光学芯片之间实现光扇出。
根据优选实施方式，部件载波型封装可提供集成光电装置，用于通过启用竖向面外耦合将光信号从光纤阵列连接器引导到一个或更多个光学芯片上的光输入/输出终端。光电器件可以包括嵌入在所述(优选部分有机的)部件承载件叠置件中的一个或更多个玻璃嵌体。所述一个或更多个玻璃嵌体可包括用于光信号传输的一个或更多个光波导以及位于背面的用于面外耦合到光学芯片中的一个或更多个光学反射镜。优选地，一个或更多个光波导可以通过激光直接写入，从而允许形成三维波导结构。一个或更多个光学反射镜和/或一个或更多个光学对准基准可以通过纳米压印光刻(NIL)实现，然后对聚合物进行金属化(例如通过溅射)。这可能导致高对准精度。所述部件承载件可以包括至少一个光学芯片，所述光学芯片可表面安装在所述玻璃嵌体的顶部。至少一个光学芯片和至少一个电芯片之间的电互连可以通过直接扇出或通过在玻璃嵌体顶部使用再分配层来实现。有利地，可实现从外部光纤阵列连接器到光学芯片的光扇出。此外，还可以实现从光学芯片到一个或更多个电子芯片的电风扇输出。此外，电气互连可以缩短，玻璃上的直接扇出可以增强信号完整性。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
所示的部件承载件100(例如印刷电路板或集成电路基板)包括通过连接结构140(例如焊料凸起)安装在层叠置件102上的部件122。如图所示，还有其他部件142表面安装在叠置件102上。除了或替代表面安装的部件122、142之外，还可以在叠置件102中嵌入一个或更多个部件122、142(未示出)。在所示实施方式中，部件122是具有一个或更多个光输入和/或输出元件144的光学芯片(或光子芯片)。例如，这样的光学芯片可以将接收到的光信号转换为电信号，和/或可以将电信号转换为要传输的光信号。这样的光学芯片可以包括例如一个或更多个光电二极管、多路复用器、处理器等。部件142可以体现为无源部件，例如电容器或电感器。部件122、142中的每一个可具有一个或更多个电连接垫146，用于与叠置件102的电传导层结构104建立导电连接。
例如，部件承载件100可以包括层压层叠置件102，层压层叠置件102包括多个电传导层结构104和多个电绝缘层结构106。电传导层结构104可以包括图案铜层，其可形成水平焊盘和/或水平布线结构。另外或可替代地，电传导层结构104可以包括诸如铜柱和/或填充铜的激光通孔的竖向贯通连接件。此外，部件承载件100的叠置件102可以包括一个或更多个电绝缘层结构106(例如预浸料或树脂片)。表面处理(如ENIG或ENEPIG，抗焊剂等)也可以选择性地应用于叠置件102的顶部和/或底部。
被配置为接收光的表面安装部件122布置在叠置件102的外部并位于下面描述的光学透明本体108的上方。部件122在这里被配置为裸晶片(即非封装半导体芯片)，并且表面安装在叠置件102的顶部主表面上。所述部件122可以被配置为半导体芯片，例如有源半导体芯片。IC型部件122的示例是光发送器芯片、光接收器芯片和光收发器芯片。所述部件122可以包括在有源区域具有至少一个单片集成电路元件的集成电路，例如光电二极管和/或晶体管。部件122也可以是叠置IC、模块、芯片或片上系统(SoC)。
为了改进部件122的对准，可以预见一个或更多个基准150。例如，至少一个基准150可以嵌入在叠置件102中，例如在光学透明本体108的底部。
仍参照图1，所述部件承载件100包括集成或嵌入在所述叠置件102中的光学透明本体108。光学透明本体108可以是玻璃体，例如由硼硅酸盐制成的玻璃条。例如，光学透明本体108可以具有0.05mm至2mm范围内的厚度D，例如0.5mm的厚度D。在所示实施方式中，光学透明本体108是嵌入在所述叠置件102中的玻璃镶嵌体。可替代地，光学透明本体108可以是叠置件102的中心核心，在其上可以形成层堆积物和/或导电结构可以通过其延伸。
所述光学透明本体108被配置成引导光(优选是红外光，其中可见光、紫外光等也可以是红外光)沿着预定轨迹从所述光学透明本体108的外部外围进入。为此目的，光学透明本体108包括相对于光学透明本体108的其余部分具有不同折射指数的内部部分110。描述性地说，内部部分110可以是光引导结构，当光通过下面进一步详细描述的表面112、114中的一个进入时沿着该结构传播。还可以实施多个导光结构，使得在透明本体108中可以更一般地有一个或更多个导光结构。优选地，内部部分110可以通过在由玻璃制成的光学透明本体108中直接激光写入而形成。这样，有利地可以甚至形成沿其引导光的弯曲的内部部分110。因此，所述内部部分110可以被配置成沿着预定轨迹引导从光学透明本体108的外部外围进入的光，从而以明确限定的方式进入。如图所示，具有不同折射指数的内部部分110沿着光学透明本体108的不同区域的暴露表面112、114之间的不间断路径延伸，从而限定了在相对两端暴露于光学透明本体108的外外围的光学引导结构。这样，具有不同(或局部变化)折射指数的内部部分110被配置为将光引导到光学透明本体108的外表面上的预定位置。例如，内部部分110的弯曲部分可以具有10mm至20mm范围内的曲率半径(RoC)，参见图1中的附图标记148。
如图1所示，有可能在某一点，沿着内部部分110传播的光(例如光束)将变得更宽(或更窄)。在图1中，在内部部分110的扭结之后，光线变得更宽。
在所示实施方式中，光学透明本体108包括平面的竖向第一表面112，光从所连接的光连接器130(例如光纤连接器)从中进入。通过第一表面112的光耦合可以是面内耦合。此外，光学透明本体108包括平面的水平第二表面114，光通过该第二表面进入中间空间120(体现为部件承载件100内部的气隙)，并从这里进入光学芯片型部件122的光输入和/或输出元件144。通过第二表面114的光学耦合可以是面外耦合。技术人员将理解，如图1所示的光学路径可以反转，即光可以由部件122发射，并且可以通过光学透明本体108传输到光学连接器130。例如，光连接器130与光学透明本体108的第一表面112之间的光信号耦合可以通过边缘耦合、光栅耦合或以另一种方式来完成。所述光连接器130可以横向连接，即连接在部件承载件100的侧壁上。可替代地，光学连接器130可以水平连接，即连接在部件承载件100的水平主表面上。
由于第一表面112形成为竖向区域，第二表面114形成为水平区域，因此所述表面112、114彼此垂直。水平传播的光和竖向传播的光之间的转换可以通过内部部分110的弯曲集成光波导和连接到光学透明本体108的外表面的偏转构件116的功能合作来完成。根据图1，偏转构件116被配置为使沿部分预定轨迹传播后的光偏转。如上所述，图1的偏转构件116附着在光学透明本体108的外表面上。在所示实施方式中，偏转构件116包括设在光学透明本体108的外表面上的反射部分。因此，偏转构件116设置在光学透明本体108的表面上。简而言之，图1中的偏转构件116体现为光学镜面，为面外耦合提供光束反射。更具体地说，通过第一表面112耦合到光学透明本体108的光首先被引导通过内部部分110的直(例如水平)部分，然后被引导通过内部部分110的弯曲部分，然后被反射到偏转构件116，其中光被聚焦到部件122的光学输入和/或输出元件144上。为了提供这样的聚焦功能，偏转构件116的反射表面可以弯曲。因此，偏转构件116还可以作为聚焦单元118，其配置成聚焦由具有不同折射指数的内部部分110引导的光朝向部件122。再次参考图1，从具有不同折射指数的内部部分110引导的光沿着相对于所述光进入的光学透明本体108的第一表面112倾斜的方向朝向所述偏转构件116发射。此外，光沿着相对于光通过的光学透明本体108的第二表面114倾斜的方向朝向偏转构件116发射。
例如，光学光束可能在预定的点开始散开，参见图1中的示例附图标记199。优选地，来自第一表面112和偏转构件116的光的空间路径可以比从偏转构件116到第二表面114的光的空间路径长。例如，如果光学透明本体108(特别是玻璃板)相当薄，则水平方式可以比竖向方式长。
如上所述，图1的部件承载件100在光学透明本体108与接收光的部件122之间具有中间空间120。根据图1，中间空间120是空的空气空间。如图所示，中间空间120从光学透明本体108向上延伸至接收光的部件122，并且横向受叠置件102限制。中间空间120沿着叠置件102部分的厚度方向延伸，并由叠置件102中的腔形成。因此，中间空间120部分地布置在叠置件102的内部。因此，在叠置件102中形成的腔有助于光学耦合。
此外，部分形成在光学透明本体108上并包括至少一些电传导层结构104的叠置件102的顶部部分可以形成用于电联接部件122和其他部件142的电接口。叠置件102的顶部部分构成部分直接形成于光学透明本体108顶部的再分配结构152。这有助于缩短电信号路径。此外，玻璃体的非常光滑的表面与直接在其上构成的细线兼容。
由于在光滑表面上的适当粘附可能具有挑战性，因此可以将粘附促进剂应用于光学透明本体108和/或电绝缘层结构106和/或电传导层结构104和/或再分配结构或再分配层(RDL)。特别地，可以通过这种方式改善部件承载件100的不同电绝缘结构之间的粘附性。
有利的是，图1的实施方式实现了面内和面外耦合。如图1所示的部件承载件100提供带有光电器件的封装件。由玻璃制成的光学透明本体108(并且被配置为嵌体或核心)可以提供一个或更多个集成光波导和一个或更多个光学元件(例如镜子)，用于面外耦合到表面安装的光学芯片(或光子集成电路，PIC)。此外，还可以提供以再分配结构或再分配层(RDL)的形式连接到一个或更多个电子芯片(例如，包括驱动器、TIA、ASIC)的电气互连。RDL中的腔可用于将玻璃体光学耦合到光学芯片。
图2示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图2的实施方式与根据图1的实施方式的不同之处在于，根据图2，偏转构件116位于中间空间120内并位于光学透明本体108的顶表面上。所述偏转构件116可以体现为光学微透镜阵列。根据图2的偏转构件116还可以作为聚焦单元118，用于将通过第二表面114向外传播的光聚焦到至少一个光学输入和/或输出元件144，以供光学部件122检测。图2中的细节部154示出了光学微透镜阵列，作为偏转构件116的实施方式，被配置为聚焦单元118，并且可以用纳米压印光刻(NIL)技术制造。所述细节部154也说明了光156的聚焦。因此，图2的偏转构件116可以具体化为细节部154所示。
根据图2，可在光学透明本体108的上侧而不是下侧形成对准基准150。
图3示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图3的实施方式与根据图1的实施方式特别不同的是，根据图3，在光学透明本体108上和中间空间120中设置有凸透镜126，并凸透镜126配置为改变或操纵光的焦点。所述透镜126可以配置为另外的光学透明本体108'，设置在光学透明本体108的顶部。此外，图3实施方式配备有倾斜反射表面(例如金属表面，例如光学透明本体108的金属化倾斜侧壁)形式的偏转构件116。所述反射表面相对于由具有不同折射指数的内部部分110引导的入射光倾斜。因此，反射表面将光从其水平传播方向重定向到朝向透镜126的竖向传播方向，并从那里重定向到光学部件122的至少一个光学输入和/或输出元件144。光学反射镜为面外耦合提供了光学反射。当偏转构件116的反射表面弯曲时，它还可以作为聚焦单元118，用于将光聚焦到透镜126。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图4的实施方式与根据图1的实施方式的不同之处在于，根据图4，作为电子芯片体现的另一个部件132表面安装在叠置件102上，并通过配置为再分配结构152的电传导层结构104与作为光学芯片体现的部件122电联接。如图所示，将所述另外的部件132与所述部件122电联接的电传导层结构104部分设置在所述光学透明本体108上，部分设置在所述光学透明本体108之上。例如，所述另外的部件132可以体现为ASIC芯片，例如ASIC开关。体现为电芯片的另外的部件132也可以嵌入到叠置件102中，而不是表面安装在其上。
图5示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图5的实施方式与根据图4的实施方式特别不同的是，根据图5，在光学透明本体108的第二表面114和中间空间120(如图2所示)上额外设置了偏转构件116和/或聚焦单元118。例如，所述偏转构件116和/或聚焦单元118可以体现为光学微透镜阵列，如上所述，参考图2。
图6示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图6的实施方式与根据图4的实施方式的不同之处在于，根据图6，另一个光学透明本体108'与光学透明本体108集成或嵌入在相同的叠置件102中，并且与另一个表面安装的部件122光学耦合，例如另一个光学芯片。另外，所述另外的光学透明本体108'还包括内部部分110'，其折射指数与所述另外的光学透明本体108'的其余部分的折射指数不同。简而言之，所述另外的光学透明本体108'的构造可与所述光学透明本体108的构造相同。
因此，根据图6，甚至更复杂的光电功能可以集成在部件承载件100中。
图7示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图7的实施方式与根据图6的实施方式的不同之处在于，根据图7，具有不同折射指数的内部部分110被配置为分别同时引导多个光。换句话说，多个独立的光波导可以集成在单个光学透明本体108中。因此，根据图6的两个独立的光学透明本体108、108'的功能由图7中的单个公共光学透明本体108提供。对于光学透明本体108的内部部分110的不同集成波导中的每一个，可以提供单独的表面安装部件122(每个体现为光学芯片)。光学芯片型部件122可以例如共享诸如公共电子芯片的公共的另外的元件132。此外，对于光学透明本体108的内部部分110的不同集成波导中的每一个，可以提供单独的偏转构件116(例如同时提供聚焦功能并因此被配置为聚焦单元118)，用于将所有光偏转到分别指定的部件122。作为普通光学透明本体108的内部部分110的多个集成波导可以例如通过激光直接写入形成。
参考图7，可以形成一个或更多个导电竖向贯通连接件160，以竖向延伸穿过整个光学透明本体108(优选由玻璃制成)。特别地，所述竖向贯通连接件160可以通过玻璃通孔(TGV)，其可以例如由铜制成。所述竖向贯通连接件160可以将光学透明本体108上下叠置102的电传导层结构104相互电联接。
图8示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图8的实施方式与根据图7的实施方式的不同之处在于，根据图8，两个各自的偏转构件116位于各自的中间空间120内并位于光学透明本体108的顶表面上。所述偏转构件116可以体现为光学微透镜阵列，如上所述，参考图2。
图9示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图9的实施方式与根据图4的实施方式的不同之处在于，根据图9，部件122部分地嵌入在光学透明本体108上方的叠置件102部分形成的腔162中。这可以使如图9所示的部件承载件100在竖向方向上高度紧凑。
图10示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图10的实施方式与根据图1的实施方式的不同之处在于，根据图10，表面安装部件122的电联接是通过部分直接设置在光学透明本体108上和部分设置在叠置件102的介电表面上的单个图案金属层来实现的。如图10所示的部件承载件100的电接口可以通过直接扇出或单个再分配层(RDL)来实现。这可能导致图10的部件承载件100的特别紧凑的设计。
图11示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图11的实施方式与根据图7的实施方式的不同之处在于，根据图11，省略了延伸穿过光学透明本体108的竖向贯通连接件160。此外，根据图11，没有预见到无源部件142。
图12示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的横截面视图。
根据图12，所示的部件承载件100具有表面安装的部件122，这里体现为光学芯片，其组装在叠置件102的顶部。此外，部件122与光学透明本体108的一部分直接接触。由于部件122与光学透明本体108之间的直接物理连接，因此可以在部件122的光输入和/或输出元件144与光学透明本体108的内部部分110之间有效地耦合光。如图所示，光输入和/或输出元件144和内部部分110的接口部分可以直接面向对方。这可能导致短光学路径，紧凑的设计和低光损耗以及高信号质量。
描述性地说，图12可以提供具有集成光电器件的封装型部件承载件100，用于从外部光纤到光学芯片的信号传输，和/或反之亦然。此外，具有集成光波导的玻璃镶嵌体或玻璃基板可以预见为具有内部部分110的光学透明本体108。此外，可以在叠置件102中形成腔，用于嵌入光学透明本体108的部分，在这里体现为玻璃镶嵌体。此外，可以建立到一个或更多个电子芯片(例如驱动器、TIA、ASIC等)的电气互连(未在图12中显示)。
此外，光耦合可以通过倏逝耦合来实现。在所示实施方式中，SOI(绝缘体上硅)波导(在部件122中，在这里体现为光子IC)可以与玻璃中的波导直接接触，即与光学透明本体108的内部部分110直接接触。因此，光学芯片中的SOI波导与玻璃波导紧密接触，允许光的倏逝场耦合。概括地说，周围的玻璃可以起到包层的作用。当波导不是写在玻璃芯上，而是写在玻璃表面上时，光可以隧穿到光学芯片上的波导上。
在所示实施方式中，内部部分110形式的光波导与部件122的光输入和/或输出元件144形式的半导体波导物理连接，并具有相互重叠以进行倏变场耦合。通过这种光波导与半导体波导部分(特别是水平部分)之间的相互重叠，可以在两者之间建立倏逝场耦合，从而高效地将光波导与光学芯片进行光耦合。描述性地说，倏逝波耦合可以描述电磁波通过衰减电磁场从一个波导到另一个波导的耦合。
应当注意，术语“包括”不排除其他要素或步骤，并且“一个”或“一”不排除多个。此外，可以将与不同实施方式关联的所描述的要素进行组合。
还应当指出，权利要求书中的附图标记不得解释为限制权利要求书的范围。
本发明的实施不限于图中所示和上面描述的优选实施方式。相反，即使在根本不同的实施方式的情况下，也可以使用所示的解决方案和根据本发明的原理的多种变体。

Claims (45)

1.一种部件承载件(100)，所述部件承载件(100)包括：
叠置件(102)，所述叠置件(102)包括至少一个电传导层结构(104)和至少一个电绝缘层结构(106)；以及
在所述叠置件(102)上和/或在所述叠置件(102)中的至少部分光学透明本体(108)，所述至少部分光学透明本体(108)被配置为沿着预定轨迹对从所述至少部分光学透明本体(108)的外围进入或者朝向所述至少部分光学透明本体(108)的外围离开的光进行引导。
2.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)包括内部部分(110)，所述内部部分(110)相对于所述至少部分光学透明本体(108)的其余部分具有不同折射指数，所述内部部分(110)被配置为沿着所述预定轨迹对从所述至少部分光学透明本体(108)的外围进入或者朝向所述至少部分光学透明本体(108)的外围离开的光进行引导。
3.根据权利要求2所述的部件承载件(100)，其中，具有所述不同折射指数的所述内部部分(110)限定了暴露于所述至少部分光学透明本体(108)的外围的一个或更多个光学引导结构。
4.根据权利要求2所述的部件承载件(100)，其中，具有所述不同折射指数的所述内部部分(110)被配置为将光朝向所述至少部分光学透明本体(108)的外表面上的预定位置引导。
5.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)包括光进入或离开所通过的第一表面(112)以及光离开或进入所通过的第二表面(114)，所述第一表面(112)例如是平坦的，所述第二表面(114)例如是平坦的。
6.根据权利要求5所述的部件承载件(100)，其中，所述第一表面(112)和所述第二表面(114)相对于彼此垂直或倾斜。
7.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括偏转构件(116)，所述偏转构件(116)被配置成在光沿着所述预定轨迹的一部分或沿着整个所述预定轨迹传播之后对所述光进行偏转。
8.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述偏转构件(116)设置在所述至少部分光学透明本体(108)的外表面中的一个外表面中。
9.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述偏转构件(116)包括设置在所述至少部分光学透明本体(108)的表面上的反射部分。
10.根据在引用权利要求2时的权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述偏转构件(116)具有相对于由具有所述不同折射指数的所述内部部分(110)引导的光倾斜的表面。
11.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述偏转构件(116)与所述至少部分光学透明本体(108)形成为一体。
12.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述偏转构件(116)设置在所述至少部分光学透明本体(108)的表面上。
13.根据在引用权利要求2时的权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，沿着相对于光进入或离开所通过的所述至少部分光学透明本体(108)的表面和/或相对于光离开或进入所通过的所述至少部分光学透明本体(108)的表面倾斜的方向，由具有所述不同折射指数的所述内部部分(110)引导的光被朝向所述偏转构件(116)发射或者从所述偏转构件(116)接收。
14.根据权利要求2所述的部件承载件(100)，其中，具有所述不同折射指数的所述内部部分(110)被配置为分别同时引导多个光信号或部分。
15.根据权利要求14所述的部件承载件(100)，包括偏转构件(116)，所述偏转构件(116)被配置成对所有光信号或部分进行偏转，特别地，所述偏转构件(116)被配置成将所有光信号或部分聚焦到共同的聚焦区域。
16.根据权利要求2所述的部件承载件(100)，包括聚焦单元(118)，所述聚焦单元(118)被配置成将由具有所述不同折射指数的所述内部部分(110)引导的光朝向部件(122)聚焦。
17.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，具有在所述至少部分光学透明本体(108)与对光进行接收或发射的部件(122)之间的中间空间(120)。
18.根据权利要求17所述的部件承载件(100)，包括布置在所述中间空间(120)中的另外的至少部分光学透明本体(108')。
19.根据权利要求18所述的部件承载件(100)，其中，所述另外的光学透明本体(108')包括至少一个偏转构件(116')和/或相对于所述另外的光学透明本体(108')的其余部分具有不同折射指数的内部部分。
20.根据权利要求17所述的部件承载件(100)，其中，所述中间空间(120)是空的空间，特别地所述空的空间是空气空间。
21.根据权利要求17所述的部件承载件(100)，其中，所述中间空间(120)从所述至少部分光学透明本体(108)延伸到对光进行接收或发射的部件(122)。
22.根据权利要求17所述的部件承载件(100)，其中，所述中间空间(120)沿着所述叠置件(102)的厚度方向延伸。
23.根据权利要求17所述的部件承载件(100)，其中，所述中间空间(120)至少部分地由所述叠置件(102)中的腔形成。
24.根据权利要求17所述的部件承载件(100)，其中，所述中间空间(120)完全布置在所述叠置件(102)的内部。
25.根据权利要求17所述的部件承载件(100)，其中，所述中间空间(120)至少部分地布置在所述叠置件(102)的外部。
26.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括至少一个透镜(126)，所述透镜(126)布置在所述至少部分光学透明本体(108)中和/或布置在中间空间(120)中，并且所述透镜(126)被配置为改变光的焦点。
27.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括部件(122)，所述部件(122)被配置为接收或发射光并且布置在所述叠置件(102)的外部。
28.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)布置在所述叠置件(102)中。
29.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括部件(122)，所述部件(122)被配置为接收或发射光并且被布置在所述至少部分光学透明本体(108)的上方。
30.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括部件(122)，所述部件(122)被配置为接收或发射光并且布置在所述至少部分光学透明本体(108)的侧向。
31.根据权利要求29所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)和所述部件(122)两者以及可选的中间空间(120)布置在所述叠置件(102)中，使得光通过所述至少部分光学透明本体(108)传输，并且通过所述部件(122)从面向彼此的侧部接收或发射。
32.根据权利要求29所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)和所述部件(122)两者至少部分地布置在所述叠置件(102)的同一电传导层结构(104)和/或电绝缘层结构(106)中。
33.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)由玻璃制成，特别地所述至少部分光学透明本体(108)由硼硅酸盐制成。
34.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)包括有机材料，特别地所述至少部分光学透明本体(108)包括聚合物，更特别地，所述至少部分光学透明本体(108)包括环氧树脂、改性丙烯酸酯、聚硅氧烷或有机-无机杂化物中的至少一种。
35.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，所述至少部分光学透明本体(108)包括具有与主体不同的材料的至少一部分。
36.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括在所述部件承载件(100)的侧壁处与所述至少部分光学透明本体(108)光学耦合的光学连接器(130)。
37.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括安装在所述叠置件(102)上且是光学芯片的部件(122)。
38.根据权利要求37所述的部件承载件(100)，包括另外的部件(132)，另外的部件(132)例如为电芯片，所述另外的部件(132)通过所述至少一个电传导层结构(104)与所述部件(122)电联接，所述至少一个电传导层结构(104)例如被配置为再分配结构。
39.根据权利要求38所述的部件承载件(100)，其中，将所述另外的部件(132)与所述部件(122)电联接的所述至少一个电传导层结构(104)布置在所述至少部分光学透明本体(108)上面和/或所述至少部分光学透明本体(108)上方。
40.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括在所述叠置件(102)上和/或在所述叠置件(102)中的另外的至少部分光学透明本体(108')。
41.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述偏转构件(116)被配置为所述至少一个电传导层结构(104)的组成部分。
42.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述偏转构件(116)被配置为用于在制造过程期间确保对准的对准标记。
43.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，包括部件(122)，所述部件(122)安装在所述叠置件(102)上并且与所述光学透明本体(108)的至少一部分直接接触，例如以用于所述部件(122)与所述光学透明本体(108)之间的倏逝光耦合。
44.一种制造部件承载件(100)的方法，其中，所述方法包括：
提供叠置件(102)，所述叠置件(102)包括至少一个电传导层结构(104)和至少一个电绝缘层结构(106)；以及
将至少部分光学透明本体(108)布置在所述叠置件(102)上和/或所述叠置件(102)中，所述至少部分光学透明本体(108)被配置为沿着预定轨迹对从所述至少部分光学透明本体(108)的外围进入或者朝向所述至少部分光学透明本体(108)的外围离开的光进行引导。
45.根据权利要求44所述的方法，其中，所述方法包括：通过激光直接写入而将所述至少部分光学透明本体(108)的内部部分(110)配置为至少一个集成波导。
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