200408083 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明一般係有關光電子裝置,且更明確言之,係有 關用以連接光及電組成件之技術。 【先前技術】 近日製造之許多電腦及通訊網路,包括網際網路使用 光纖纜取代銅線。由光纖纜,資料使用光信號,而非電信 號發送。例如,邏輯1可由特定持續期之一光脈波代表 ,及邏輯 〇可由同持續期之一光脈波之不存在表示。光 纖之頻帶寬遠較銅線爲大,因爲光在光纖中衰減較之電子 移行通過銅線爲小。 雖光纖纜非常有效用以轉送資料,但使用光信號處理 資料仍非常困難。例如,現無有效之方法來"儲存 ” 代表資料之光信號。網路故此使用光纖來發送資料於節點 之間,及使用矽晶片處理電腦節點內之資料。此由使用光 纖收發訊機達成,此變換來自光纖纜之光信號爲電信號, 及反之亦然。圖1顯示可用以構成光收發訊機之一示範 光電子模組 100。 光電子模組100包含一半導體晶片副組件(CSA) 102及一光學副組件(〇SA) 104。CSA102爲一封裝之半 導體裝置。如顯示於圖1,C S A 1 0 2爲模鑄材料;! 〇 6之 方形塊,此具有電接觸點1 08通過其底及側表面露出。 在模鑄材料塊1〇6內爲一包裹之半導體晶粒,此電連接 (2) (2)200408083 至接觸點 1 〇 8。例如,可使用線焊接於此等連接點。不 能見之 CSA 102之另一方面爲在CSA102之頂表面上 之上鏈接觸點。此等上鏈接觸點亦電連接至包裹之半導體 晶粒’且故此提供半導體晶粒及0S A 1 〇4間之電連通。 所示之該特定CS A 1 02爲一無引線引線框半導體封裝( LLP )。然而,應明瞭 CSA 102可爲多種模鑄之封裝所 構成。 OSA104 由一支持塊 110,一電路基體 112,及光 子裝置 1M構成。支持塊11〇具有一前表面 116,此 支持電路基體112及光子裝置114,此等固定於電路基 體 1 1 2。支持塊 1 2 0可爲多種材料,諸如陶瓷材料,聚 乙烯酯酮(PEEK ),或液晶聚合物所製。 電路基體 112 固定於支持塊 110 之前表面 116 上,包裹支持塊 110 之底前角,並蓋住支持塊 11〇之 大部份底表面。埋置於電路基體 1 1 2內之電線自前表面 上之光子裝置 114延伸至支持塊 110之底表面,在此 接觸 CSA102之上鏈接觸點。有關電路基體 112之大 小幅度普通非常小,並使線路相互非常接近設置。尺寸小 對大部份小型電子裝置同樣有利。然而,線路之密切接近 引起”串擾”問題,尤其是在高操作頻率上。串擾爲二 或更多導電元間之電干擾。此串擾會激烈降低光電子裝置 1 〇 〇 之性能。 基於以上,需要一有效之技術,用以連接光學裝置之 光子裝置於半導體晶片裝置,此呈現低程度之串擾。 (3) (3)200408083 【發明內容】 本發明係有關高性能及小型電路基體。該電路基體包 含一介質層,一地層(亦稱爲回轉平面)固定於介質層之 底表面,及多條回轉徑路(地)及信號線,此等固定於介 質層之頂表面。頂表面上之回轉徑路連接至底表面上之回 轉平面,包裹介質材料之至少一邊緣。電路基體之構造設 計在降低串擾,呈現程度低之地跳躍及寄生,及獲得最佳 之阻抗程度。電路基體可利用於製造光電子模組。 作爲一裝置,本發明之一實施例包含至少一導電性回 轉平面,具有一裝置固定區;一介質層,具有一頂及一底 表面,底表面固定於回轉平面,多條信號線構製於介質層 之頂表面上;及多條回轉徑路構製於介質層之頂表面上, 每一回轉徑路包裹介質層之至少一邊緣,並與回轉平面接 觸。在該裝置之另一實施例,回轉徑路包裹任一頂邊緣, 背邊緣,或二邊緣,以接觸回轉平面。在該裝置之另一實 施例,至少一回轉徑路延伸於每一對相鄰信號線之間,從 而回轉徑路相互電屏蔽每一對相鄰信號線。在本發明之又 另一實施例,至少二信號線間之距離隨信號線之延伸離開 裝置固定區而增加。本發明之裝置可用以連接光子裝置至 半導體晶片裝置,以形成光電子裝置。 在以下本發明之說明及附圖中,更詳細提出本發明之 此等及其他特色及優點,由此以貫例顯不本發明之原理。 (4) (4)200408083 【實施方式】 現參考附圖所示之幾個較宜實施例,詳細說明本發明 。在以下說明中,提出許多特定細節,以便澈底明暸本發 曰月。然而’精於本藝之人士顯然明瞭,可實施本發明,而 無需一些或所有此等特定細節。在其他情形,並未詳細說 明熟悉之操作,俾不致模糊本發明。 本發明屬於高性能及小型電路基體。該電路基體包含 一介質層,一回轉平面固定於介質層之底表面,及多個回 轉徑路(地)及信號線,此等固定於介質層之頂表面。頂 表面上之回轉徑路連接至底表面上之回轉平面,包裹介質 材料之至少一邊緣。電路基體之構造經設計,俾減少串擾 ’呈現低程度之地跳躍及寄生,獲得最佳阻抗程度。可利 用電路基體,以構製光電模組。 電路基體可用以連接各種電系統。當連接電系統於小 幅度規模時,更完全呈現基體之優點。例如,電路基體可 用以連接光學裝置至光電子模組中之半導體晶片裝置。現 說明圖 2,以說明電路基體之此一使用。 圖 2顯示本發明之一實施例之一簡單光學副組件( 〇 S A ) 2 0 0及一晶片副組件(c S A ) 2 0 2之透視圖。 OSA2〇〇及 CSA2〇2可組合,以形成光電子模組。由連 接CSA202之頂表面上之上鏈接觸點 2 04於 OSA200 之底表面上之接觸墊 2 0 6,置Ο S A 2 0 0及 C S A 2 0 2於相 互電連接。可由使用導電性材料,諸如焊膏或導電性環氧 樹脂(僅舉出一二),方便此等連接。 (5) (5)200408083 如圖 1所述,CSA202爲一封裝之半導體裝置,其 中,一半導體晶粒(未顯示)包裹於一模鑄材料 2〇8內 ,並電連接至上鏈接觸點2〇4及電接觸點 2〗〇。上鏈接 觸點 204提供徑路,用半導體晶粒及 OSA200之光子 裝置 212間之電連通。 OSA2 00 包含一支持塊 214,此支持一電路基體 216。電路基體 216固定於支持塊 214之前表面 218 及底表面220。光子裝置212固定於支持塊214之前 表面 2 1 8上之電路基體 2 1 6。沿電路基體 2 1 6延伸之 {g號線 222連接光子裝置 212至底表面 220上之接 觸墊 206,俾光子裝置212最後可連接至 CSA202內 之半導體晶粒。 爲圖解電路基體 216之結構及特色,參考圖2及 3 A-C ’討論電路基體216。圖2以透視圖顯示電路基 體2 1 6,圖3 A-C則分別以側平面圖,支持塊2〗4之前 表面 2 18所視之前平面圖,及背塊214之底表面220 所視之底平面圖顯示電路基體2 1 6。 電路基體216由回轉平面224構成,此固定於支 持塊 2]4之前表面 218及底表面 220。回轉平面 224 可由使用黏著性材料,諸如環氧樹脂固定於支持塊2 i 4 上。亦可使用各種黏著劑以及用以構製導電性金屬層於電 路基體上之其他熟悉方法。材料2 2 6之介質層構製於回 轉平面224之頂面上。介質層22 6之頂面上構製多條 信號線222及多條回轉徑路(地)230。電路基體216 (6) (6)200408083 之各層符合支持塊 2 1 4之表面。光子裝置2 1 2安裝於 回轉平面 224上,在稱爲陰極墊232之區域中。光子 裝置 212之陽極接觸點 23 4由互接線 23 8連接至陽 極接觸墊 2 3 6,此構製於信號線 2 2 2之端部處。 回轉平面 224爲導電性材料所製,且通常爲固體且 ¥坦。在其他實施例,可構製具有孔並具有不同厚度之回 轉平面 224。介質層 22 6爲非導電性材料,諸如聚醯亞 胺所製。具有適當絕緣性質及良好機械性質,以形成可靠 結構之任何其他材料可用以製造介質層 226。介質層 226 之一表面固定於回轉平面 224,同時另一表面固定 於信號線 2 2 2 及回轉徑路 2 3 〇。 回轉徑路 2 3 0用作額外地徑路。回轉徑路 2 3 0構 製於每一信號線 222之間,且故此用以屏蔽相鄰信號線 之每一信號線 222。此可降低信號線 222間之串擾至最 低程度。同平面地徑路之不同寬度及間隔亦可更控制信號 線之”特性阻抗’,。爲擴大此屏蔽效果至最大程度,回 轉徑路 2 3 0構製具有寬度延伸儘可能遠,以充塡每一信 號線 222間之空間。然而,回轉徑路並不接觸任何信號 線2 2 2,故在電路基體 2 1 6內不形成電短路。如在圖 2 及 - C 中可見,回轉徑路 2 3 〇 當彎曲環繞前表面 2】S上之介質層 226之頂邊緣24〇及底表面 22〇上之 介質層226之背邊緣242時,與回轉平面224接觸。回轉 徑路230可與回轉平面224 —體成形。或此等可固定於回 轉平面224 ◊用以連接回轉徑路230於回轉平面 224之 (7) (7)200408083 另一技術爲使通道延伸通過介質層,而非使回轉徑路 230包裹介質層 2〗6之邊緣。然而,通道會帶有其本身 之電感程度,且故此降低介質系統之性能。在本發明之其 他實施例中,回轉徑路 2 3 〇僅包裹介質材料 2 2 6之一 邊緣,且故此,僅與回轉平面224單個接觸。在另一實 施例中,無需每一或所有信號線 222之間均有回轉徑路 〇 構製介質層 226,俾回轉平面 2〗4之頂部曝露,以 形成陰極墊 23 2。陰極墊23 2使光子裝置 212可容易 安裝於電路基體 216上。光子裝置 212具有陰極接觸 點在表面上,此等連接至陰極墊 2 3 2。如顯示於圖 2及 3 A-C,介質層 226並不延伸至回轉平面 224之側邊緣 。然而,在其他實施例,介質層 226可構製延伸遠至回 轉平面 224。而且,介質層 226可沿底表面 220進一 步延伸,俾完全蓋住地平面 224。如顯示於圖 2,3A, 及 3C,回轉平面 224在底表面 220上延伸至介質層 226 外。 信號線 222顯示當其自光子裝置 212及陽極接觸 墊 2 3 6延伸離開時,成扇形向外散開。此等向外延伸, 俾各接觸墊 2 0 6相互分開一距離大於各陽極接觸墊 2 3 6 間之距離。此成扇形散開之構形增加各信號線相互屏蔽之 能力,因爲各線間之距離增加。各信號線間較大之距離使 回轉徑路 2 3 0 之寬度亦可增加。底表面 2 2 0上之各接 觸墊間之較大距離亦可有較大空間用以構製接觸點與 (8) (8)200408083 CS A2 02之上鏈接觸點 2〇4接觸。明確言之,提供較大 空間供焊球互接點使用。 如在圖3B及 3C中淸楚可見,信號線 222在前 表面 218上散開,及然後在底表面 220上成平行形態 延伸。在其他實施例,信號線 222可在底表面 220上 向外延伸,正與其在前表面 2 1 8上相同。在其他實施例 ,分開之信號線之構形可不同。例如,信號線可散開,然 後較接近一起,及然後再散開,而到達接觸墊 206。信 號線 2〗2及回轉徑路 2 3 0之特定構形取決於特定實施 需求。 電路基體 216上之信號線 222之數取決於來自光 子裝置212所需之陽極連接數。陽極墊 236應構製密 切接近陰極墊區2 3 2,以減小光子裝置2 1 2上之陽極接 觸點及陽極接觸墊2 3 6間之接觸長度至最低程度。減小 此連接長度至最低程度可提高電性能,因爲例如電寄生降 低。信號線2 2 2之數亦決定支持塊2 1 4之底表面上之 接觸墊 2〇6之數。接觸墊 2〇6之數可等於 CSA202 之頂表面上之上鏈接觸點2〇4之數。然而,接觸墊2〇6 及上鏈接觸點2〇4之數無需相等。可調整接觸點2〇6 之位置安排,以配合CSA 202上之上鏈接觸點2〇4之 安排。 回轉徑路23〇之寬度亦可改變,視實施需求而定。 在一賀施例,回轉徑路2 3 0可不延伸全程至相鄰信號 線 2 2 2之邊界。 -14- 200408083 Ο) 由於介質材料層226大致爲一平坦薄片23〇,回轉 徑路23〇及信號線222大致置於一單個平面內。回轉 ί工路2 3 0置於丨g號線2 2 2之間,並與之同平面,且故 此’有效相互屏蔽相鄰之信號線222。如前述,此構造 可用以降低串擾。 導電性材料形成回轉徑路23〇,信號線an,及回 轉平面224之各層可由諸如金及鎳材料製造。例如,大 部份此等結構可爲鎳所製’同時金可用以塗鍍於執行電互 接之區域。例如’陰極墊區232,陽極接觸墊區236, 及接觸墊2〇6可塗以一層金。具有高導電率特性,並適 於生產此 0 S A之製造方法之其他適當之導電性材料亦 可使用。 光子裝置 212之情形爲,作用區 244在與其陰極 接觸表面相反之一表面上。此種光子裝置稱爲垂直構形之 光子裝置212。每一光子裝置212內之作用區244之數 及置於陰極墊區 2 3 2內之光子裝置之數可不同。例如, 具有多個作用區之一單個光子裝置 2 1 2可固定於陰極塾 區 2 3 2。在另一實施例,具有單個作用區之二個以上之 光子裝置 2] 2 可固定於一陰極墊區 23 2。 二光子裝置 2 1 2爲接收機或發射機之任一之平行行 列。所有接收機或發射機可連接至同一回轉平面 224, 因爲相同電壓施加於每一裝置上。 電路基體 2]6之構造提供較少串擾,較少寄生,較 少地跳躍效應之優點,且容易控制阻抗程度。在一實施例 Γ 4 ^
"Ί V -15- (10) (10)200408083 ,在 3, 125 Gbps資料傳輸頻率之一 12波道模組(12 發射器或偵測器)上可獲得約 7%之總串擾。由調整信 號線 2 2 2之間隔,回轉徑路 2 3 0之寬度,及電路基體 2 1 0 之所有組成件之厚度,可達成各種電性能特性。 圖 4A及 4B顯示本發明之另外實施例之電路基體 4〇〇 之另一實施例。圖 4A及 4B 之電路基體 400與 圖 2及圖 3A-C之電路基體 216間主要不同爲圖 4A 及 4 B之信號線 4 0 2及回轉徑路 4 0 4在整個基體上保 持相等距離。圖 4 A顯不在光學副組件 4 0 8之前表面 406 上之電路基體 400 之平面圖。圖 4B 顯示在光學 副組件 408之底面 410上之電路基體 400之平面圖 〇 如見之於圖 4A,二光子裝置 412安裝於回轉平面 416 之陰極墊區 414。介質層 418 固定於回轉平面 41 6 之表面上,及信號線 402及回轉徑路 404構製於 介質層 4 ] 8之頂面上。回轉徑路 4 0 4包裹介質層 4 1 8 之頂邊緣,俾與回轉平面 4 1 6接觸。如見之於圖 4 B, 回轉徑路 4 0 4包介質層 4 1 8之背邊緣,俾與回轉平面 4 1 6 接觸。 圖5 A-D顯示本發明之一實施例之具有尺寸幅度標 註之電路基體5 00之一實施例。圖 5A顯示在支持塊 5〇4之前表面上之電路基體500之平面圖,圖5B顯示 在支持塊 5 04之底表面 5 0 6上之電路基體 5 0 0之平 面圖。圖5C顯示支持塊5 04及電路基體5 0 0之透視 (11) (11)200408083 圖。圖 5D 顯示圖 5A 之圓圈區之放大圖。電路基體 5 0 0所示之幅度爲毫米。介質層 5 12之厚度可在約 5-2 5微米之範圍。 如見之於圖5 A,回轉徑路5 0 8分開相鄰之信號線 5 1 0,並具有寬度向外延伸至每一信號線 5 1 0。注意信號 線 5 1 0及回轉徑路 5 0 8之間不接觸。介質層 5 1 2置於 信號線 5 1 〇及回轉徑路 5 0 8下面。如見之於圖 5 B及 5 C,接觸墊 5 1 4構製於信號線 5 1 0之端部,及回轉徑 路接觸墊 5 1 6構製於回轉徑路 5 0 8之背邊。陽極接觸 墊 5 1 8 構製於信號線 5 1 0之端部,在陰極墊區 520 附近。回轉徑路 508包裹介質層 512之邊緣,在陰極 墊區 5 2 0 附近,並在支持塊 5 04之底面 5 06上。 圖 6 A及 6 B顯示本發明之其他實施例之電路基體 600,分別爲在支持塊 604之前表面 602上之前平面圖 ,及在支持塊 604 之底表面 606上之底平面圖。電路 基體 600實際分裂爲二半個電路基體60 8及 610。每 半個電路基體 608及 61〇具有其自已成組之其他實方g 例中所述之回轉層,信號線,及回轉徑路。半個電路基|| 6 〇 8及 6 1 0相互連接。如此,不同之電壓可施加於回轉 層,信號層,信號線,及回轉徑路,且故此至光子裝置 6 1 2 及 6】4,此等固定於半個基體 6 0 8及 6 1 〇。換言 之,一光接收裝置可固定於半個電路基體 608,及—% 發射機可固定於半個基體 6 1 0。如普通所知,許多接收 機及發射機需要不同程度之電壓。 (12) 200408083 例如,光子裝置6 1 2可包含一行列之光發射裝 及光子裝置 614可包含一行列之光偵測器。〇sa 雷射發射器及偵測器之組合使光電裝置成爲收發訊機 如’一 4波道收發訊機可由一 1 x4雷射發射器行 一 1 x4偵測器行列構成。然而,在其他實施例,光 置 6 1 2及 6 1 4可爲雷射發射器,從而使該模組成 發射機。在另一實施例,光子裝置 6 i 2及 6 1 4爲 測行列’從而使光電子裝置成爲接收裝置。 本發明之電路基體可製成各種大小及性能規格, 此,適用於許多不同之連接器及系統。例如,電路基 與 MPO連接器相容,此爲攜帶1 2光纖帶之標準 器。本發明之電路基體可用於各種應用,用以連接二 統。而且,由於其電性能之故,該電路基體可利用於 小之系統上。 在本發明之其他實施例,一電路基體可包含多組 平面,介質層,信號線,及回轉徑路,此等以重複形 互堆疊。換言之,此電路基體包含如圖 2A所示之 更多電路基體 216,其中,各基體 216相互堆疊。 增加光學副組件之信號容量及電性能。每組電路 2 1 6應由例如一介質材料層相互電分開。 雖已以若干較宜實施例說明本發明,但在本發明 圍內可有更改,改變,及相等者。應注意有許多其他 實施本發明之方法及裝置。故此,後附申請專利範圍 釋爲包含所有此等更改,改變,及相等者於本發明之 置, 上之 〇例 列及 子裝 爲一 光偵 且故 體可 連接 電系 非常 回轉 態相 二或 此可 基體 之範 方式 應解 精神 S 4 -18- (13) 200408083 及範圍內。 【圖式簡單說明】 爹考以下說明及附圖’可最佳明瞭本發明及其他優點 ,在附圖中: 圖1顯示可用以構製光學收發訊機之一示範光電子 模組之透視圖。 圖2 A及2B顯示本發明之一施施例之簡單光學副 組件及晶片副組件之透視圖。 圖3 A - C分別顯示電路基體之側視圖,支持塊之前 表面所視之則平面圖’及支持塊之底表面所視之底平面圖 〇 圖 4 A及 4 B顯示本發明之另一實施例之電路基體 之另一實施。 圖 5 A-D顯示本發明之一實施例之具有尺寸幅度標 註之電路基體之一實施例。 圖 6 A及 6 B分別顯示本發明之另一實施例之支持 塊之前表面所視之前平面圖及支持塊之底表面所視之底面 圖。 【主要元件對照表】 100 光電子模組 102 半導體晶片副組件 104 光學副組件 544 -19- (14) 支持塊 電路基體 光子裝置 前表面 上鏈接觸點 模鑄材料 電接觸點 底表面 信號線 回轉平面 介質層 回轉徑路 陰極墊 陽極接觸點 陽極接觸墊 互接線 -20-