DE112013007722T5 - Optoelektronische Packungsbaugruppen - Google Patents

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Abstract

Es werden optoelektronische Packungsbaugruppen bereitgestellt, die sich für den optischen Datentransfer in Hochleistungs-Rechenanwendungen, Platine-zu-Platine in Datenzentren, Speicher-zu-CPU, mit Switch/FPGA (Field Programmable Gate Array) für Chip-zu-Chip-Interkonnects und Speichererweiterung eignen. Die Packungsbaugruppen stellen Flipchip-Interkonnects mit feiner Teilung und Chipstapelbaugruppen mit guter thermomechanischer Zuverlässigkeit bereit. Unterfülldämme und optische Überhanggebiete sind für die optische Zwischenverbindung vorgesehen.

Description

  • ERFINDUNGSGEBIET
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein optoelektronische Packungsbaugruppen, Halbleiterbauelement-Stapelbaugruppen, optische Sendeempfängermodule und den optischen Datentransfer und die Kommunikation.
  • HINTERGRUNDINFORMATIONEN
  • Der Übergang von der elektrischen Datenübertragung zur optischen Datenübertragung zwischen und unter Computer, Chips, Serverplatinen, Server und Einrichtungen liefert signifikante Verbesserungen bei Bandbreite und Distanz, über die ein Signal geschickt werden kann, er stellt aber Herausforderungen bereit auf Gebieten wie etwa Wärmemanagement, Materialkompatibilität, optische Ausrichtung und Kosteneffektivität. Es werden Hybridlaser enthaltende Baugruppen hergestellt, die Bandbreiten von 100 Gbps für die Eingabe/Ausgabe zwischen Serverracks bereitstellen, die Rechen-, Ablage- und Netzwerkressourcen kombinieren. Diese Baugruppen erfordern, dass die optischen Sendeempfängermodule auf eine Weise verpackt werden, die anspruchsvolle Leistungsanforderungen erfüllt. Im Allgemeinen schützt die Packung für den Halbleiterchip den Chip vor Beschädigung und liefert elektronische Verbindungen, die den Halbleiterchip mit Stromversorgungen und anderen Elektronikkomponenten verbinden (die beispielsweise Eingabe-/Ausgabefunktionen ausführen). Da Halbleiterchips zu größeren Bandbreitenleistungen tendieren und die Endbenutzer kleinere Formfaktoren benötigen, muss das Kapseln von optoelektronischen Bauelementen die Herausforderung hinsichtlich Größe, Wärmemanagement, Leistungszufuhr, Interkonnektdichte, Kosten, Ausrichtung und Integration erfüllen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • Das hierin beschriebene und dargestellte Material wird zum Zweck vorgelegt, Aspekte der Erfindung zu exemplifizieren, und soll nicht den Schutzbereich der Erfindung beschränken. Aus Gründen der Einfachheit und der Klarheit der Darstellung sind in den Figuren dargestellte Elemente nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. Zudem wurden, wo angebracht, Bezugsbezeichnungen unter Figuren wiederholt, um entsprechende oder analoge Elemente anzugeben. Es zeigen:
  • 1A–B Schemadiagramme, die Ansichten einer optoelektronischen stapelnden Packungsbaugruppe darstellen, die einen Unterfülldamm verwendet,
  • 2A–B Schemadiagramme, die Ansichten einer zusätzlichen optoelektronischen stapelnden Packungsbaugruppe darstellen, die einen Unterfülldamm verwendet,
  • 3A–B Schemadiagramme, die Ansichten einer optoelektronischen Packungsbaugruppe darstellen, die einen Unterfülldamm verwendet,
  • 4A–B Schemadiagramme, die Ansichten einer zusätzlichen optoelektronischen Packungsbaugruppe darstellen, die einen Unterfülldamm verwendet,
  • 5 ein Schemadiagramm eines optoelektronischen Laserchips,
  • 6A–B Schemadiagramme einer optoelektronischen Packungsbaugruppe mit einer oder mehreren Linsen, und
  • 7 ein Schemadiagramm einer optoelektronischen Packungsbaugruppe.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In der folgenden Beschreibung werden spezifische Details vorgelegt, um ein Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung zu vermitteln. Ausführungsformen können ohne eines oder mehrere dieser spezifischen Details praktiziert werden, und häufig können spezifische Details einer Ausführungsform mit anderen offenbarten Ausführungsformen praktiziert werden, wie es für den Fachmann ersichtlich sein wird. In anderen Fällen werden wohlbekannte Merkmale nicht ausführlich beschrieben, um die Beschreibung nicht zu verunklaren.
  • Hierin beschriebene optoelektronische Packungsbaugruppen eignen sich beispielsweise für den optischen Datentransfer in Hochleistungs-Rechenanwendungen, Platine-zu-Platine in Datenzentren, Speicher-zu-CPU, mit Switch/FPGA (Field Programmable Gate Array) für Chip-zu-Chip-Interconnects und die Speichererweiterung. Ausführungsformen der Erfindung liefern kleine Formfaktoren, gesenkte Kosten und verbesserte Zuverlässigkeit für den optischen Datentransfer.
  • 1A liefert eine optoelektronische Packungsbaugruppe, in der ein IC-Chip (Integrated Circuit) 100 direkt an einen Laserchip 105 flipchipgebondet ist. Bei Ausführungsformen der Erfindung ist der IC-Chip (Integrated Circuit) 100 (oder Die) nicht direkt an das Packungssubstrat 110 gebondet. Der IC-Chip 100 ist ein Treiber für den Laserchip 105. Bei Ausführungsformen ist der IC-Chip 100 ein verteilter Treiber und kann mehrere nicht gezeigte optische Modulatoren im Laserchip 105, die einen Laserstrahl modulieren können, ansteuern. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist der Treiber-IC-Chip ein gedünnter Die und besitzt beispielsweise eine Dicke von 50 ± 10 μm (etwa 50 μm) in seiner kleinsten Abmessung. Außerdem kann der Treiber-IC-Chip 100 auf 50 μm oder weniger an Höhe oder zwischen 100 μm und 10 μm an Höhe gedünnt werden. Optional steht eine Wärmemanagementkomponente 115 wie etwa ein Wärmeverteiler oder ein Kühlkörper in Wärmekontakt mit einer Oberfläche des Laserchips 105. Optional befindet sich eine Schicht aus einem Material wie etwa ein nicht gezeigtes Wärmeschnittstellenmaterial zwischen der Wärmemanagementkomponente 115 und dem Laserchip 105. Optional umfasst der Laserchip 105 optische Komponenten 120, die Licht 121 aus dem Laserchip 105 herauslenken. Optische Komponenten 120 lenken Laserlicht von dem Laserchip 105 und es kann sich bei ihnen um Optiken handeln, die das Licht um 90 Grad drehen, wie etwa 45-Grad-Spiegel. Elektrisch leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 125 auf dem Laserchip 105 verbinden sich mit elektrisch leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 130 auf dem Treiberchip 100 und koppeln den Laserchip 105 elektrisch betreibbar mit dem Treiberchip 100. Leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 135 auf dem Laserchip 105 verbinden sich mit leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 140 auf dem Packungssubstrat 110 und koppeln den Laserchip 105 elektrisch betreibbar mit dem Substrat 110. Leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 125 und 135 sind durch optionales Lotmaterial 145 und 147 elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 130 bzw. 140 verbunden oder zusammengefügt. Bei alternativen Ausführungsformen liegt kein Lotmaterial 145 und 147 vor, und die leitenden Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 125 und 135 sind beispielsweise durch einen Thermokompressionsbond-, Thermoschallbond- und/oder Epoxidbondprozess elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 130 bzw. 140 verbunden und zusammengefügt.
  • Die Oberfläche des Laserchips 105 umfasst auch einen Chip-auf-Substrat-Damm 150. Eine Unterfüllung 155 ist zwischen dem Substrat 110 und dem Laserchip 105 platziert. Der Chip-auf-Substrat-Damm 150 hilft dabei, den Fluss von Unterfüllung 155 in den optischen Überhangbereich 160 des Laserchips 105 während eines Unterfüllungs-Füllprozesses wie etwa beispielsweise eines Kapillarunterfüllungsprozesses zu verhindern. Der Chip-auf-Substrat-Damm 150 ist optional beispielsweise durch Lotmaterial 148 an ein entsprechendes Metallgebiet 165 des Packungssubstrats 110 gebondet. Andere Bondmaterialien sind möglich. Das optionale Metallgebiet 165 ist nicht betätigbar elektrisch mit dem Packungssubstrat 110 verbunden.
  • Bei zusätzlichen Ausführungsformen umfasst die Oberfläche des Laserchips 105 einen Chip-auf-Chip-Damm 170. Eine Unterfüllschicht 175 ist zwischen dem Laserchip 105 und dem IC-Chip 100 platziert. Der Chip-auf-Chip-Damm 170 hilft dabei, den Fluss von Unterfüllung 175 in unerwünschte Bereiche während eines Unterfüllungs-Füllprozesses wie etwa beispielsweise eines Kapillarunterfüllungsprozesses zu verhindern.
  • Optional umfasst das Packungssubstrat 110 eine Passivierungsschicht 180 auf einer Oberfläche. Die Passivierungsschicht 180 kann Merkmale 181 umfassen, die Grenzen für Lotmaterial und Unterfüllschichten bereitstellen. Die Merkmale 181 können beispielsweise erhöhte Gebiete, Höcker oder Säulen sein.
  • Ein Verbinder 185 verbindet das Packungssubstrat 110 mit der Platine 190. Der Verbinder 185 ist beispielsweise ein elektrischer Verbinder, der gestattet, dass die optoelektronische Baugruppenpackung entfernbar an der Platine 190 angebracht wird, wie etwa ein Low-Insertion-Force-Verbinder (LIF-Verbinder) oder ein Steckverbinder. Die Platine 190 liefert elektrische Verbindungen zu anderen IC-Bauelementen wie etwa beispielsweise Prozessoren und/oder einem Speicher und ist beispielsweise eine Leiterplatte oder irgendeine andere Art von Mutterplatine oder Serverplatine.
  • 1B ist eine Ansicht einer Seite des Laserchips 105, und die Ansicht enthält nicht den IC-Chip 100 und das Packungssubstrat 110. In der Ansicht von 1B ist eine größere Anzahl von leitenden Säulen 135, die mit leitenden Pfosten 140 auf dem Packungssubstrat 110 verbunden sind, bereitgestellt. Außerdem ist in der Ansicht von 1B eine größere Anzahl von leitenden Säulen 125, die mit leitenden Pfosten 130 auf dem IC-Chip 100 verbunden sind, bereitgestellt. Es sind auch andere Anzahlen an leitenden Säulen 125 und 135 möglich. Der Chip-auf-Substrat-Damm 150 und der Chip-auf-Chip-Damm 170 sind ebenfalls in 1B sichtbar. Löcher 195 zur optischen Übertragung gestatten dem Laserlicht, den Laserchip 105 zu verlassen. Bei Ausführungsformen der Erfindung sind die Löcher 195 zur optischen Übertragung Löcher mit vertikal umgekehrter Verjüngung.
  • 2A veranschaulicht eine zusätzliche optoelektronische Packungsbaugruppe, in der ein IC-Chip 200 direkt an einen Laserchip 205 flipchipgebondet ist. Bei Ausführungsformen der Erfindung ist der IC-Chip 200 nicht direkt an das Packungssubstrat 210 gebondet. Der IC-Chip 200 ist ein Treiber für den Laserchip 205. Bei Ausführungsformen ist der IC-Chip 200 ein verteilter Treiber und kann mehrere nicht gezeigte optische Modulatoren, die einen Laserstrahl im Laserchip 205 modulieren können, ansteuern. Bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist der Treiber-IC-Chip 200 ein gedünnter Die und besitzt beispielsweise eine Dicke von 50 ± 10 μm (etwa 50 μm) in seiner kleinsten Abmessung. Außerdem kann der Treiber-IC-Chip 200 auf 50 μm oder weniger an Höhe oder zwischen 100 μm und 20 μm an Höhe gedünnt werden. Optional steht eine Wärmemanagementkomponente 215 wie etwa ein Wärmespreizer oder ein Hüllkörper in Wärmekontakt mit einer Oberfläche des Laserchips 205. Optional befindet sich eine Schicht aus einem Material wie etwa ein nicht gezeigtes Wärmeschnittstellenmaterial zwischen der Wärmemanagementkomponente 215 und dem Laserchip 205. Optional umfasst der Laserchip 205 optische Komponenten 220, die Licht 221 aus dem Laserchip 205 herauslenken. Optische Komponenten 220 lenken Laserlicht von dem Laserchip 205 und es kann sich bei ihnen um Optiken handeln, die das Licht um 90 Grad drehen, wie etwa 45-Grad-Spiegel. Elektrisch leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 225 auf dem Laserchip 205 verbinden sich mit elektrisch leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 230 auf dem Treiberchip 200 und koppeln den Laserchip 205 elektrisch betreibbar mit dem Treiberchip 200. Leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 235 auf dem Laserchip 205 verbinden sich mit leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 240 auf dem Packungssubstrat 210 und Koppeln den Laserchip 205 elektrisch betreibbar mit dem Substrat 210. Leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 225 und 235 sind durch ein optionales Lotmaterial 245 und 247 elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 230 bzw. 240 verbunden oder zusammengefügt. Bei alternativen Ausführungsformen liegt kein Lotmaterial 245 und 247 vor, und die leitenden Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 225 und 235 sind beispielsweise durch einen Thermokompressionsbond-, Thermoschallbond- und/oder Epoxidbondprozess elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 230 bzw. 240 verbunden und zusammengefügt.
  • Die Oberfläche des Laserchips 205 umfasst auch einen Chip-auf-Substrat-Damm 250. Eine Unterfüllung 255 ist zwischen dem Substrat 210 und dem Laserchip 205 platziert. Der Chip-auf-Substrat-Damm 250 hilft dabei, den Fluss von Unterfüllung 255 in den optischen Überhangbereich 260 des Laserchips 205 während eines Unterfüllungs-Füllprozesses wie etwa beispielsweise eines Kapillarunterfüllungsprozesses zu verhindern.
  • Bei zusätzlichen Ausführungsformen umfasst die Oberfläche des Laserchips 205 einen Chip-auf-Chip-Damm 270. Eine Unterfüllschicht 275 ist zwischen dem Laserchip 205 und dem IC-Chip 100 platziert. Der Chip-auf-Chip-Damm 270 hilft dabei, den Fluss von Unterfüllung 275 in unerwünschte Bereiche während eines Unterfüllungs-Füllprozesses wie etwa beispielsweise eines Kapillarunterfüllungsprozesses zu verhindern.
  • Optional umfasst das Packungssubstrat 210 eine Passivierungsschicht 280 auf einer Oberfläche. Die Passivierungsschicht 280 kann Merkmale 281 umfassen, die Grenzen für Lotmaterial und Unterfüllschichten bereitstellen. Die Merkmale 281 können beispielsweise erhöhte Gebiete, Höcker oder Säulen sein.
  • Ein Verbinder 285 verbindet das Packungssubstrat 210 mit der Platine 290. Der Verbinder 285 ist beispielsweise ein elektrischer Verbinder, der gestattet, dass die optoelektronische Baugruppenpackung entfernbar an der Platine 290 angebracht wird, wie etwa ein LIF-Verbinder oder ein Steckverbinder. Die Platine 290 liefert elektrische Verbindungen zu anderen IC-Bauelementen wie etwa beispielsweise Prozessoren und/oder einem Speicher und ist beispielsweise eine Leiterplatte oder irgendeine andere Art von Mutterplatine oder Serverplatine.
  • 2B ist eine Ansicht einer Seite des Laserchips 205, und die Ansicht enthält nicht den IC-Chip 200 und das Packungssubstrat 210. In der Ansicht von 2B ist eine größere Anzahl von leitenden Säulen 235, die mit leitenden Pfosten 240 auf dem Packungssubstrat 210 verbunden sind, bereitgestellt. Außerdem ist in der Ansicht von 2B eine größere Anzahl von leitenden Säulen 225, die mit leitenden Pfosten 230 auf dem IC-Chip 200 verbunden sind, bereitgestellt. Es sind auch andere Anzahlen an leitenden Säulen 225 und 235 möglich. Der Chip-auf-Substrat-Damm 250 und der Chip-auf-Chip-Damm 270 sind ebenfalls in 2B sichtbar. Löcher 295 zur optischen Übertragung gestatten dem Laserlicht, den Laserchip 205 zu verlassen. Bei Ausführungsformen der Erfindung sind die Löcher 295 zur optischen Übertragung Löcher mit vertikal umgekehrter Verjüngung.
  • 3A veranschaulicht eine zusätzliche optoelektronische Packungsbaugruppe, in der ein Detektorchip 305 (oder ein Die) an ein Packungssubstrat 310 gebondet ist. Optional steht eine Wärmemanagementkomponente 315 wie etwa ein Wärmespreizer oder ein Hüllkörper in Wärmekontakt mit einer Oberfläche des Detektorchips 305. Weiterhin befindet sich optional eine Schicht aus einem Material wie etwa ein nicht gezeigtes Wärmeschnittstellenmaterial zwischen der Wärmemanagementkomponente 315 und dem Detektorchip 305. Der Detektorchip 305 kann optional optische Komponenten 320 umfassen, die Licht 321 in den einen oder die mehreren Fotodetektoren (oder Fotosensoren) lenken, die im Detektorchip 305 vorhanden sind. Bei den optischen Komponenten 320 kann es sich um Optiken handeln, die Licht um 90 Grad drehen können, wie etwa 45-Grad-Spiegel. Es sind auch andere Anzahlen an optischen Komponenten 320 möglich. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen kann das Laserlicht in den Chip eintreten, ohne um 90 Grad gedreht zu werden, und es ist möglich, dass keine Spiegel vorliegen. Elektrisch leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 335 auf dem Detektorchip 305 sind mit leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 340 auf dem Packungssubstrat 310 verbunden und koppeln den Detektorchip 305 betreibbar elektrisch mit dem Substrat 310. Die leitenden Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 335 sind durch ein optionales Lotmaterial 347 elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 340 verbunden oder mit diesen zusammengefügt. Bei alternativen Ausführungsformen liegt kein Lotmaterial 347 vor, und die leitenden Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 335 sind beispielsweise durch einen Thermokompressionsbond-, Thermoschallbond- und/oder Epoxidbondprozess elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 340 verbunden und zusammengefügt.
  • Die Oberfläche des Detektorchips 305 umfasst auch einen Chip-auf-Substrat-Damm 350. Eine Unterfüllung 355 ist zwischen dem Substrat 310 und dem Detektorchip 305 platziert. Der Chip-auf-Substrat-Damm 350 hilft dabei, den Fluss von Unterfüllung 355 in den optischen Überhangbereich 360 des Detektorchips 305 während eines Unterfüllungs-Füllprozesses wie etwa beispielsweise eines Kapillarunterfüllungsprozesses zu verhindern. Der Chip-auf-Substrat-Damm 350 ist optional beispielsweise durch Lotmaterial 348 an ein entsprechendes Metallgebiet 365 des Packungssubstrats 310 gebondet. Andere Bondmaterialien sind möglich. Das optionale Metallgebiet 365 ist nicht betätigbar elektrisch mit dem Packungssubstrat 310 verbunden.
  • Optional umfasst das Packungssubstrat 310 eine Passivierungsschicht 380 auf einer Oberfläche. Die Passivierungsschicht 380 kann Merkmale 381 umfassen, die Grenzen für Lotmaterial und Unterfüllschichten bereitstellen. Die Merkmale 381 können beispielsweise erhöhte Gebiete, Höcker oder Säulen sein.
  • Ein Verbinder 385 verbindet das Packungssubstrat 310 mit der Platine 390. Der Verbinder 385 ist beispielsweise ein elektrischer Verbinder, der gestattet, dass die optoelektronische Baugruppenpackung entfernbar an der Platine 390 angebracht wird, wie etwa ein LIF-Verbinder oder ein Steckverbinder. Die Platine 390 liefert elektrische Verbindungen zu anderen IC-Bauelementen wie etwa beispielsweise Prozessoren und/oder einem Speicher und ist beispielsweise eine Leiterplatte oder irgendeine andere Art von Mutterplatine oder Serverplatine.
  • 3B ist eine Ansicht einer Seite des Detektorchips 305, und die Ansicht enthält nicht das Packungssubstrat 310. In der Ansicht von 3B ist eine größere Anzahl von leitenden Säulen 335 vorgesehen, die mit leitenden Pfosten 340 auf dem Packungssubstrat 310 verbunden sind. Andere Anzahlen an leitenden Säulen 335 sind ebenfalls möglich. Der Chip-auf-Substrat-Damm 350 ist ebenfalls in 3B sichtbar. Löcher 395 zur optischen Übertragung gestatten, dass Laserlicht in den Detektorchip 305 eintritt. Bei Ausführungsformen der Erfindung sind die Löcher 395 zur optischen Übertragung Löcher mit vertikal umgekehrter Verjüngung.
  • 4A veranschaulicht eine zusätzliche optoelektronische Packungsbaugruppe, in der ein Detektorchip 405 (oder ein Die) an ein Packungssubstrat 410 gebondet ist. Optional steht eine Wärmemanagementkomponente 415 wie etwa ein Wärmespreizer oder ein Hüllkörper in Wärmekontakt mit einer Oberfläche des Detektorchips 405. Weiterhin befindet sich optional eine Schicht aus einem Material wie etwa ein nicht gezeigtes Wärmeschnittstellenmaterial zwischen der Wärmemanagementkomponente 415 und dem Detektorchip 405. Der Detektorchip 405 kann optional optische Komponenten 420 umfassen, die Licht 421 in den einen oder die mehreren Fotodetektoren (oder Fotosensoren) im Detektorchip 405 lenken. Bei den optischen Komponenten 420 kann es sich um Optiken handeln, die Licht um 90 Grad drehen können, wie etwa 45-Grad-Spiegel. Es sind auch andere Anzahlen an optischen Komponenten 420 möglich. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen kann das Laserlicht in den Chip eintreten, ohne um 90 Grad gedreht zu werden, und es ist möglich, dass keine Spiegel vorliegen. Elektrisch leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 435 auf dem Detektorchip 405 sind mit leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 440 auf dem Packungssubstrat 410 verbunden und koppeln den Detektorchip 405 betreibbar elektrisch mit dem Substrat 410. Die leitenden Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 435 sind durch ein optionales Lotmaterial 447 elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 440 verbunden oder mit diesen zusammengefügt. Bei alternativen Ausführungsformen liegt kein Lotmaterial 447 vor, und die leitenden Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten 435 sind beispielsweise durch einen Thermokompressionsbond-, Thermoschallbond- und/oder Epoxidbondprozess elektrisch mit entsprechenden leitenden Säulen, Höckern, Pins oder Pfosten 440 verbunden und zusammengefügt.
  • Die Oberfläche des Detektorchips 405 umfasst auch einen Chip-auf-Substrat-Damm 450. Eine Unterfüllung 455 ist zwischen dem Substrat 410 und dem Detektorchip 405 platziert. Der Chip-auf-Substrat-Damm 450 hilft dabei, den Fluss von Unterfüllung 455 in den optischen Überhangbereich 360 des Detektorchips 405 während eines Unterfüllungs-Füllprozesses wie etwa beispielsweise eines Kapillarunterfüllungsprozesses zu verhindern.
  • Optional umfasst das Packungssubstrat 410 eine Passivierungsschicht 480 auf einer Oberfläche. Die Passivierungsschicht 480 kann Merkmale 381 umfassen, die Grenzen für Lotmaterial und Unterfüllschichten bereitstellen. Die Merkmale 481 können beispielsweise erhöhte Gebiete, Höcker oder Säulen sein.
  • Ein Verbinder 485 verbindet das Packungssubstrat 410 mit der Platine 490. Der Verbinder 485 ist beispielsweise ein elektrischer Verbinder, der gestattet, dass die optoelektronische Baugruppenpackung entfernbar an der Platine 490 angebracht wird, wie etwa ein LIF-Verbinder oder ein Steckverbinder. Die Platine 490 liefert elektrische Verbindungen zu anderen IC-Bauelementen wie etwa beispielsweise Prozessoren und/oder einem Speicher und ist beispielsweise eine Leiterplatte oder irgendeine andere Art von Mutterplatine oder Serverplatine.
  • 4B ist eine Ansicht einer Seite des Detektorchips 405, der operativ mit dem Packungssubstrat 410 gekoppelt ist. In der Ansicht von 4B ist eine größere Anzahl von leitenden Säulen 435 vorgesehen, die mit leitenden Pfosten 440 auf dem Packungssubstrat 410 verbunden sind. Andere Anzahlen an leitenden Säulen 435 sind ebenfalls möglich. Der Chip-auf-Substrat-Damm 450 ist ebenfalls in 4B sichtbar. Löcher 495 zur optischen Übertragung gestatten, dass Laserlicht in den Detektorchip 405 eintritt.
  • 5 stellt schematisch innere Merkmale eines Laserchips 505 dar. Der Laserchip 505 besteht aus Laser 510 und Wellenleitern 515, die Licht von den Laser 510 zu optionalen optischen Komponenten 520 leiten. Die optischen Komponenten 520 lenken Laserlicht von dem Laserchip 505 und können Optiken sein, die das Licht um 90 Grad drehen, wie etwa 45-Grad-Spiegel. Andere Anzahlen an optischen Komponenten 520 sind ebenfalls möglich. Laserlicht wird in einer Richtung senkrecht zu der Richtung ausgegeben, in der sich das Licht durch die Wellenleiter 515 ausbreitet. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen kann das Laserlicht aus dem Chip in einer Richtung parallel zu der Richtung austreten, in der sich das Licht durch die Wellenleiter 515 ausbreitet. Bei Ausführungsformen der Erfindung sind die Laser 510 beispielsweise VCSELs (Vertical Cavity Surface Emitting Lasers), Diodenlaser oder Hybridhalbleiterlaser. Die Hybridhalbleiterlaser sind Laser, die sowohl optische Siliziumelemente als auch lichtemittierende Elemente umfassen. Die lichtemittierenden Elemente können beispielsweise aus Indiumphosphid bestehen. Wenngleich 12 Laser 510 gezeigt sind, sind andere Anzahlen an Laser 510 möglich. Bei Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Laserchip 505 2 bis 32 Laser. Mehrere optische Modulatoren 525 sind für jeden Wellenleiter 515 vorgesehen. Bei Ausführungsformen der Erfindung sind 2 bis 20, 5 bis 15 oder 7 bis 15 optische Modulatoren für jeden Wellenleiter 515 vorgesehen.
  • 6A veranschaulicht das optische Überhanggebiet einer optoelektronischen Packungsbaugruppe. Das optische Überhanggebiet ist das Gebiet des optoelektronischen Chips, das sich über das Packungssubstrat hinaus erstreckt. Der Laserchip 605 und der Detektorchip 607 sind auf einem Packungssubstrat 610 verpackt. Die optischen Überhangbereiche des Laserchips 605 und des Detektorchips 607 gestatten das Anbringen von Linsenstücken 615 und 616 für die Lichteingabe/-Ausgabe in eine oder mehrere nicht gezeigte optische Eingabe-/Ausgabekoppelbaugruppen. Die nicht gezeigte optische Eingabe-/Ausgabekoppelbaugruppe schaltet eine optoelektronische Baugruppe beispielsweise mit Glasfaserkabeln mit Verbinderbaugruppen an beiden Enden zusammen, die bei Verbindung mit einer anderen Einrichtung der Einrichtung gestatten, dass eine optoelektronische Packung darin integriert wird, um optisch mit der anderen Einrichtung zu kommunizieren (Transferieren von Daten dorthin und Empfangen von Daten von dort). Bei Ausführungsformen der Erfindung bestehen die Linsenstücke 615 und 616 aus Silizium. 6B ist eine Ansicht einer anderen Seite eines optoelektronischen Chips 605 und einer angebrachten Linse 615 (die Baugruppe ist ähnlich für den optoelektronischen Chip 607 und das Linsenstück 616). Die Linsenstücke 615 und 616 umfassen mehrere Linsen 618. Wenngleich 12 Linsen 618 gezeigt sind, sind größere oder kleinere Anzahlen an Linsen 618 ebenfalls möglich. Optional sind die Linsen 618 Teil eines Mehrlinsenarrays auf den Linsenstücken 615 und 616. Die Linsen 618 sind auf den Laserchip 605 (oder Detektorchip 607) ausgerichtet Löcher mit vertikal umgekehrter Verjüngung, zur Lichtausgabe (oder -eingabe) und durch Bondmaterial 620 am Laserchip 605 (oder Detektorchip 607) angebracht. Bei Ausführungsformen der Erfindung ist das Bondmaterial 620 ein bei niedriger Temperatur härtbarer Kleber wie etwa ein NCP(Non-Conductive-Paste – nichtleitende Paste)- oder ein NCF(Non-Conductive Film – nichtleitender Film)-Klebermaterial. Die Verbindung zwischen einem Linsenstück 615 oder 616 kann beispielsweise unter Verwendung eines bei niedriger Temperatur härtbaren Klebers durch einen Thermokompressionsbondprozess unter Verwendung einer z-Höhensteuerung ausgebildet werden. Bei Ausführungsformen der Erfindung sind die Linsenstücke 615 und 616 mit Ausrichtungsreferenzen versehen, die Ausrichtungsreferenzen auf dem Laserchip 605 oder dem Detektorchip 607 entsprechen.
  • 7 veranschaulicht eine optoelektronische Packungsbaugruppe, bei der ein Packungssubstrat 710 einen Laserchip 705 und einen Detektorchip 707 umfasst. Ein Lasertreiber 700 befindet sich zwischen dem Packungssubstrat 710 und dem Laserchip 705. Der Lasertreiber 700 ist operativ an den Laserchip 705 gekoppelt. Ein Empfängerchip 715 ist durch das Packungssubstrat 710 operativ an den Detektorchip 707 gekoppelt. Der Empfängerchip 715 kann beispielsweise Transimpedanzverstärker für jeden Kanal eingegebener Daten umfassen. Im Allgemeinen wandelt ein Transimpedanzverstärker (TIA) ein Stromsignal von einem Fotodetektor in ein Spannungssignal um und verstärkt es. Der Empfängerchip 715 kann auch mehrere Verstärker in Reihe (per Transimpedanzverstärker) umfassen, die die Signale von den Transimpedanzverstärkern verstärken. Linsenstücke 720 und 721 sind an dem Laserchip 705 bzw. dem Detektorchip 707 angebracht. Ein Mikrocontrollerchip 725 und Bias-IC-Dies 730 (für die Spannungsregelung) sind ebenfalls auf dem Packungssubstrat vorgesehen. Bei alternativen Ausführungsformen sind einige oder alle der Funktionen des Empfängerchips 715, des Mikrocontrollerchips 725 und der Bias-IC-Dies 730 zu einem Die kombiniert. Bei weiteren alternativen Ausführungsformen ist der Empfängerchip 715 direkt mit dem Detektorchip 707 in einer Stapelbaugruppe verbunden, in der der Empfängerchip 715 nicht direkt an dem Packungssubstrat 710 angebracht ist.
  • Elektrisch leitende Säulen, Höcker, Pins oder Pfosten bestehen aus einem leitenden Material wie etwa beispielsweise einem Metall wie etwa Kupfer, Gold, Aluminium, Wolfram, Platin oder einer Legierung davon. Elektrische Zwischenverbindungen und Metall-Metall-Bondstellen zwischen leitenden Säulen, Pads, Höckern, Spalten, Pins oder anderen leitenden Strukturen, die ohne Lot ausgebildet werden, können beispielsweise durch Thermokompressionsbonden, Thermoschallbonden und/oder Epoxidbonden der Chips bewerkstelligt werden. Bei Ausführungsformen der Erfindung können die Säulen, Pads, Höcker, Spalten, Pins oder andere leitende Strukturen aus Gold oder Kupfer bestehen und Thermokompressionsbonden wird verwendet, um sie zusammenzufügen. Passivierungsschichten können beispielsweise aus SiO2, SiN und SiON bestehen. Unterfüllmaterial kann beispielsweise ein fließfähiges dielektrisches Material wie etwa zum Beispiel ein Epoxid mit oder ohne Füllpartikel oder ein Polymer oder anorganisches Material mit oder ohne Füllpartikel sein.
  • Ein Detektorchip ist ein Substrat, das einen oder mehrere Fotosensoren oder Fotodetektoren umfasst. Bei Ausführungsformen der Erfindung umfasst der Detektorchip mehrere Fotodetektoren wie etwa beispielsweise 2 bis 32 Fotodetektoren. Die Fotosensoren und Fotodetektoren enthalten beispielsweise Lawinen-Fotodioden oder PIN-Dioden.
  • Fachleute auf dem relevanten Gebiet verstehen, dass Modifikationen und Varianten im Verlauf der Offenbarung möglich sind, wie auch Substitutionen für verschiedene gezeigte und beschriebene Komponenten. Im Verlauf dieser Patentschrift bedeutet die Bezugnahme auf ”eine Ausführungsform”, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur, ein bestimmtes Material oder eine bestimmte Charakteristik, in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten sind, bezeichnet aber nicht notwendigerweise, dass sie in jeder Ausführungsform vorliegen. Verschiedene zusätzliche Schichten und/oder Strukturen können enthalten sein und/oder beschriebene Merkmale können bei anderen Ausführungsformen entfallen.

Claims (15)

  1. Baugruppe, umfassend: ein Packungssubstrat, einen Laserchip, der elektrisch an das Packungssubstrat gekoppelt ist, wobei der Laserchip über dem Packungssubstrat hängt, einen Lasertreiberchip, der operativ an den Laserchip gekoppelt ist, aber nicht direkt an das Packungssubstrat, wobei sich der Lasertreiberchip zwischen dem Laserchip und dem Packungssubstrat befindet, ein Unterfüllmaterial zwischen dem Laserchip und dem Packungssubstrat, und einen Damm, an dem Laserchip bei einem Gebiet des Laserchips angebracht, das über dem Packungssubstrat hängt.
  2. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Laserchip in der Lage ist, Licht in dem Gebiet des Laserchips zu emittieren, das über dem Packungssubstrat hängt.
  3. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei das Gebiet des Laserchips, das über dem Packungssubstrat hängt, ein Linsenstück umfasst.
  4. Baugruppe nach Anspruch 3, wobei das Linsenstück mehrere Linsen umfasst.
  5. Baugruppe nach Anspruch 3, wobei das Siliziumlinsenstück durch einen bei niedriger Temperatur härtbaren Kleber an dem Laserchip angebracht ist.
  6. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Laserchip 2 bis 15 Laser umfasst.
  7. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Damm an das Packungssubstrat gebondet ist.
  8. Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der Laserchip mehrere Laser umfasst und jeder Laser operativ an einen Wellenleiter gekoppelt ist und jeder Wellenleiter mehrere assoziierte optische Modulatoren besitzt, wobei ein optischer Modulator einen Lichtstrahl modulieren kann, der sich in einem Wellenleiter ausbreitet, mit dem er assoziiert ist.
  9. Baugruppe, umfassend: ein Packungssubstrat, einen Detektorchip, der elektrisch an das Packungssubstrat gekoppelt ist, wobei der Detektorchip über dem Packungssubstrat hängt, ein Unterfüllmaterial zwischen dem Laserchip und dem Packungssubstrat, und einen Damm, an dem Laserchip bei einem Gebiet des Laserchips angebracht, das über dem Packungssubstrat hängt.
  10. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei der Detektorchip eine Lichteingabe in dem Gebiet des Detektorchips empfangen kann, das über dem Packungssubstrat hängt.
  11. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei das Gebiet des Laserchips, das über dem Packungssubstrat hängt, ein Linsenstück umfasst.
  12. Baugruppe nach Anspruch 11, wobei das Linsenstück mehrere Linsen umfasst.
  13. Baugruppe nach Anspruch 11, wobei das Siliziumlinsenstück durch einen bei niedriger Temperatur härtbaren Kleber an dem Laserchip angebracht ist.
  14. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei der Detektorchip 2 bis 15 Fotodetektoren umfasst.
  15. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei der Damm an das Packungssubstrat gebondet ist.
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