TW200408842A - Electrooptic assembly - Google Patents

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TW200408842A TW092113333A TW92113333A TW200408842A TW 200408842 A TW200408842 A TW 200408842A TW 092113333 A TW092113333 A TW 092113333A TW 92113333 A TW92113333 A TW 92113333A TW 200408842 A TW200408842 A TW 200408842A
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200408842 玫、發明說明： 屬之技術領 ^月係關万;以在貫但具功效之方式將一個微電子元件 、或夕個光子兀件組裝的方法及其裝置；特別地本發明係 關於一種組裝技術，將_ 一 f 先兔7L件對準固定於一微電子組件 與一具有一波導的基板之間。 術】 的頻見、改善的品質、降低成本、增進小型化，都 疋現今電腦工業致力加強電腦内晶片之間通訊的目標。眾 所皆知’積體—電路元件已經增進其小型化，當目標達到時， :電子晶粒還會變得更小。相似地也希望微電子组件能小 型化，尤其是可以降低成本以及元件外部的尺寸（形狀 素）。 一達到較高的頻寬之時，也就是每秒100億個（1〇個十億）位 :組(10 Gb/s)或更多的級次’光學晶片間的通訊面臨許多挑 戰。k些挑戰是高頻寬，微處理器與光發射器/探測器晶片 之間的低潛在通訊，光發射器/探測器晶片與波導之=的對 準和耦合，以及維持可接受的成本。直到現在，要達到這 所有要求的困難，是指晶片之間的通訊至少要達到電子訊 號的規格。 。 若能達到光學晶片之間通訊所面臨的挑戰，將有實質的 助益，包括光學晶片間通訊所提供的較高頻寬，以及如電 磁干擾（EMI)和交叉訊號等來源之降低的雜訊。然而，對光 電總成來說，提供良好的對準效果之於波導結構是必要的， 85258- 200408842 該波導結構可以位於印刷電路板上，還有微處理器與光發 射器/探測器晶片之間的低電渦流，以及相當低的製造成 本。 【發明内 所以’能夠發展新的裝置與方法會很有助益，利用該方 法將一微電子組件穩固地安置在一基板上，例如：一印刷 電路板上有一光電元件對準著一耦合器和波導，並整合成 該印刷電路板（光電印刷電路板PCB)，以提供一適當的光電 總成。 【實施方式】~ 雖然圖1至12呈現本發明各種不同的面貌，但這些圖形並 不是用來詳細描繪微電子和光學總成。然而，這些圖形所 顯示的微電子和光學總成能更清楚地傳達本發明的概念之 型式。此外應該要注意到，在各種不同視野圖形所出現共 同的元件’是保有相同的表示數字。 本發明所包括的組裝技術，可以將一微電子組件穩固地 安置在一光電PCB上，其型式保證一光電元件精確對準該 光電PCB内的一耦合器和波導。該光電元件是位於該微電 子組件與該光電PCB之間，將來自該微電子組件内一微電 子晶粒的一電訊號’轉換成要傳遞至該|馬合器和波導的一 光訊號，或者S光元件能夠將來自該光電PCB内輕人哭 和波導的一光訊號’轉換成要傳遞至該微電子組件的一而 訊號。 圖1顯示一微電子組件核心20，其包括—實質的平面材 85258 200408842 枓用末I化具有一開口 22形成於其中的y 日日 0妓電子組件。續 開口 22從一第一的作用矣而？4，士敕u ^ 白勺作用表面24,⑦整地延伸穿過 組件核心20，到達一對面的第二表面％。 ^ 、、 喊如將會了解到， 孩開口 22可以是任何形狀及大小， t ^ 的限制是且；ir摘 裔的大小和形狀，能夠容納一對應 ^ 风兒于晶粒於並中， 正是下面所要討論的。 μ 圖1顯示的微電予組件核心第二表面％，是貼近著一保確 肤28。一微電子晶粒3〇具有一作用表面Μ和一背部表： 34，該微電子晶粒是放置在該微 - 丁、且仵核心20的開口 22 内，如圖2所示。如此放置該微電子晶粒3〇，使其作用 32貼近該保護膜28，該保護膜可以是—黏著物’例如.秒， 於其上。該保護膜28貼附至該微電子組件核心娜第一或 作用表面24’以及該晶粒3〇的作用表面32，如圖2所示。或 者該保護膜28也可以I非黏著性的膜層，視其封裝步驟 而定。 特別地，可以在放置該微電予晶粒3Q和微電子組件核心 2一〇,於一模型或者能夠用於-封裝步驟裝置的其他部分之 前’施加-黏著形態的保護膜28。該保護膜28也可以是一 非黏著性膜，例如：一 EPFE〇tli\/iβ + ^^ethylene-petra fluoro ethylene (聚四氟乙婦））或Tefl〇n®膜，其藉由能用於—封裝步驟中一 模型或裝置之其他部分的一内表面，以維持在該微電子晶 粒作用表面32以及該微電子组件核心第一或作用表面“ 上。任-的情況下’接著-封裳步驟之後，該保護膜Μ將從 該微電子晶粒30的作用表面32，以及該微電子組件核心2〇的 85258- 200408842 第一或作用表面24除去。 然後利用一封裝材料36， 填入该微電子組件核心2 〇内的 開口 U中沒有被微電子晶粒30佔據的部分，將該微電子晶 粒30封裝起來，如圖5所示。該微電予晶粒3〇的封裝可以任 何熟知的步驟完成，包括（但不限於）轉換和壓模以及配置。 也有可能進行如此的一封裝步驟，但沒有使用一保護膜。 該封裝材料36的功能是確保該微電子組件核心则的微電 2晶粒30,並且提供機械堅固性，使其與表面區域結合成 元整結構，以便於後續建構導電圖線層。 封裝之後將該保護膜28去除，如圖4所示，使得帶有該封 裝材料36的該微電子晶粒作用表面32曝露在外，該封裝材 料36是當做該微電子組件核心2〇與該微電子晶粒儿之間空 隙的-填人物，而結果至少有—表面38，與該微電子晶粒 作用表面32和該微電子組件核心中第一或作用表面24，基 本上是在同一平面。圖5顯示以封裝材料36封裝在該微電子 組件核心Z0内的-微電子晶粒3〇,該微電子晶粒3〇包括複 數個位於該微電子晶粒作用表面32上的電接觸器4〇，該電 接觸器40是電連接至微電子晶粒3〇内的電路（圖中未示），但 因簡化和清楚呈現的緣故，可以理解所顯示於圖5的只有四 個電接觸器40。 如圖6顯示，一電介質層42，例如：環氧基樹脂， Polyimide(水 亞胺），bisbenzocyclobutene，及其類似材料， 位於該微電子晶粒作用表面32上方，該電介質層42覆首著 該電接觸器40以及該微電子組件核心的第一或作用表面 85258 該封裝材料表面38。該電介質層42的形成可以任 何熱知的步驟完成，其 任 伟，和啥H ， 成淳板，旋轉塗佈，滾動塗 年貧務/儿知，但不限於此。 如圖7顯示，然後以本技蓺 通道44，+ ^ ^ 何热知的方法形成複數個 二'牙過鳴質層42’其方法包括雷射穿馨，光微 今、g/ 果咸电介貝層42是光作用性材料， 忒稷數個通道44可以相同於一 。 罩的方式形成，如本技術中所知。^中氬丫故光阻遮 所層42上’如圖8顯示。 個，二自導電圖線46中一部分，使其延伸進入至少 一個孩複數通道44内（參相7)，為了要* = 上的接觸器40形成電接觸 …一包子0曰权30 適合的導電材料^ 數個導電圖線46可以任何 、口曰7 ’包材科形成，例如 電性的聚合樹脂。 ，，呂及其合金，以及導 該複數個圖線46可以任 於）车旧何熟知的技術形成’包括（但不限 術包括種子層，例如 全Μ菸今泰人所p 目 '竣，儿積或辨電沉積的 孟屬以电介質層42上，然後可以沉積一光阻芦 種子層上印製圖樣。一層金 曰並在及 膜施加在該印有圖祥、伞 幻如.銅，可以電解式鍍 芦上，缺後了於，、 阻層中開放區域所曝露的該種子 層上，然射將w卩有w# 屬於其上的該種子層 、“余去，並將沒有鍍金 雖然前面部分陳述 4电圖線46。 ^ ^ ^ 风Ψ私圖線您一種熟知 其他形成複數的導電圖線私方法㈣仁 子本技4中的技術人員 85258 200408842 也是顯而易見的。 用於沉積該電介質材料的一連串製造步驟，形成通道以 及形成圖線’可以视情況需要重複將該圖線配置在必要處， 以達成-適當的連接或者滿足電力或其他品質的要求。一 旦該導電圖線46形<，便可用於形成以接合突起物、接八 球、針狀物，及類似的導電連接器與外在元件連繫，例如： 一光學基材。舉例來說’-接合遮罩材料48,可藉由接合 遮罩開口 51位於該電介質層42和該導電圖線46上方，如圖9 所示。，然錢數的通道5〇可形成於該接合遮罩材料Μ内， 以致使每-個導電圖線46至少有一部分曝露在外。複數的 導電突起物52 ’例如：—球形格線陣列（BGA)，可放置在接 觸到該導電圖線46的曝露部分，並以—回流步驟確保其穩 固接觸，如圖10所示。 圖11顯示-光電元件54，例如：—垂直腔表面發射雷射 (VCSEL)或光感測器，至少接觸—個導電圖線46，以便將來 自該微電子晶粒30的-電訊號轉換成一光訊號；或是反過 來轉換。孩光電元件54，如圖丨丨所示，是經由接合球“接 觸到一對導電圖線46，其藉著一回流步騾確定該光電元件54 連接至該微電子組件58，正如將會了解到，微電子組件U 是以藏微電子組件核心2〇，該微電子晶粒3〇，該封裝材料刊 所規範，以及由該電介質層42，該導電圖線46，和該接合 遮罩材料48來規範該建構層或多重層6〇。 如圖12所示，以該bGa 52固定至該微電子組件58的一光 電PCB 62，具有一第一表面66以及一第二表面68，相對於 85258 -10- 200408842 ^亥弟一表面66。圖12顯示在該第一表面和第二表面兩者之 一内部或上方提供的一耦合器70與一波導72，就像該第一 表面66或是在一中間的位置，而且該位置是相對於該微電 子組件58的作用面側，但面對著該微電子晶粒作用面32， 與其有一間隔。圖12也呈現該微電子組件58的作用側面， 至少有邵分是以該微電子晶粒30的作用面32規範，分別是 該微電子組件核心20的對應作用表面24和38，以及該封裝 材料3 6，其所有都在同一平面上。圖12也進一步的顯示該 微電子組件58-作用側面上的建構層或多重層6〇，是提供在 至少一個，最好是所有的微電子晶粒作用表面42，以及分 別在該微電子組件核心2〇中對應的作用表面24和38，還有 琢封裝材料36。圖12所呈現該BGA連接器的位置是由該接 合遮罩開口 51的位置決定，將該微電子組件58確實固定至 該光電印刷電路板64的該BGA球，與固定該光電元件54的 BGA球之於該接合遮罩開口，最好是以相同印製圖樣步驟 中的一部分製成，或以該相同遮罩的一單一曝光製造，如 果該印上圖樣步驟是以光微影技術為主的話。 該光電元件與該耦合器之間的對準是由接合器自我校準 而70成’這樣的自我校準可以，例如：BGA回流來完成。 以此方式的成功對準要求是相對於該光學基材的Bga接合 遮罩開口而精準的放置該耦合器。 仍然參考圖12，該光電元件54可包括一整合的透鏡76， 知光訊號聚焦並傳遞至或從耦合器7〇以及波導72。一折射 率吻合的材料，如在78，可於該整合透鏡76的一表面上提 85258 -11 - 200408842 供，其it常是連接著該耦合器7〇與該波導72。圖i2也呈現 該光學基材62,可包含具有㈣合器7〇和該波導72於其中 的一印刷電路板，例如··在面對該微電子組件58的側面上。 儘管詳細地討論過本發明的具體實施例，要了解到本發 明是以所附的申請專利來規範，並不受限於之前敘述列舉 的特定細節，而且其中許多明顯的變化形式是可能的，也 沒有偏離本發明的精神和範園。 [圖式簡單說明】 雖然本發明-的特點和規格是以專利申請範圍為總結，其 特別指出並區別與本發明相關的專利項，但本發明的優點 仍可從上面關於本發明的敘述更明顯地呈現，並於閱讀敛 述時參看所附圖式，其附圖包括： 圖1是根據本發明相鄰於一保護膜的一微電子組件核心之 側邊截面圖； 圖2是位於圖1該微電子組件核心中一開口内的一微電子 晶粒之側邊截面圖； 圈3是圖2中該總成於該微電子晶粒已被封裝後之侧邊截 面圖； 圖4是圖3中該總成於去除保護膜後之側邊截面圖； 圖5是圖4中該總成呈現該微電子晶粒上的電接觸之側邊 截面圖； 圖6是圖5中該總成呈現一電介質層覆蓋著該電接觸之側 邊截面圖； 圖7是圖6中該總成於形成複數個通道穿過該電介質層後 85258 -12- 200408842 之侧邊截面圖； 圖8是圖7中該總成呈現形成複數個導電圖線之側邊截面 圖； 圖9是圖8中該總成呈現形成一接合遮罩和通道之側邊截 面圖； 圖10是圖9中該總成呈現形成複數個接合球之侧邊截面 圖； 圖11是圖10中該總成呈現一光電元件電連接至一微電子 晶粒之側邊截_面圖；以及 圖12是圖11中該總成穩固地安置於具有一耦合器和波導 的一光電印刷電路板之侧邊截面圖。 【圖式代表符號說明】 20 微電子組件核心 22 開口 24,66 第一（或作用）表面 26,68 第二表面 28 保護性薄膜 30 微電子晶粒 32 作用表面 34 背部表面 36 封裝材料 38 表面 40 電接觸器 42 電介質層 85258 -13- 200408842 44,50 通道 46 導電圖線 48 接合遮罩材料 51 接合遮罩材料開口 5 2 導電突起物 54 光電元件 56 接合球 58 微電子組件 60 建構層 62 光電基材 64 光電印刷電路板 70 耦合器 72 波導 76 整合的透鏡 78 折射率吻合的材料 -14- 85258-

Claims (1)

  1. 200408842 拾、申請專利範園： 1 · 一種光電總成，包括： 一微電子組件； 一光學基材； 一光電元件，以轉換來自該微電子組件和該光學基材 兩者之一的訊號，並傳遞至該微電子組件和該光學基材其 中之另一個；以及 一固定物，將該微電子組件穩固地連接至該光學基材。 2·如申請專利多圍第1項之光電總成，其中該微電子組件具 有一微電子晶粒，並且該光學基材具有一耦合器和波導。 3·如申請專利範圍第2項之光電總成，其中該微電子組件包 括具有一開口的核心，該微電子晶粒是位於該開口内，並 以一封裝材料黏著固定。 4.如申請專利範圍第3項之光電總成，其中該微電子組件具 有作用側面，疋以該微電子晶粒的一作用表面與該核心 的對應表面所規範。 5·如申請專利範_圍第3項之光電總成，其中在該微電子組件 中核心之開口内的該封裝材料，與該微電子晶粒的作用表 面在同'一平面上。 6·如申請專利範圍第4項之光電總成，進一步包括位於該微 電子組件之作用側面上的一建構層，以支撐一導電圖線， 可電接觸到該微電子晶粒。 7.如申請專利範圍第6項之光電總成，其中該建構層包括一 電介質層，由此該導電圖線延伸至接觸到該微電子組件的 85258 200408842 作用側面上。 8·如申請專利範圍第6項之光電總成，包括一接合球將該光 電7C件穩固地連接至該導電圖線，以及連接至該建構層上 一接合遮罩的一印有圖樣之開口。 9.如申請專利範圍第8項之光電總成，其中該固定物包括一 接合球’確貫固定至該光學基材，以及固定至該微電子組 件的建構層上一印有圖樣之開口。 10•如申請專利範圍第9項之光電總成，其中適合該光電元件 與該固定物#該印有圖樣之開口，是在該接合遮罩於一單 一層内以一單一印上圖樣的步騾印製而成。 11.如申請專利範圍第10項之光電總成，其中該印製圖樣的步 騾包括以一單一光微影遮罩，在該光電元件與固定物印製 該圖樣開口。 12·如申請專利範圍第2項之光電總成，其中該光電元件轉換 來自該微電子晶粒與該耦合器和波導兩者之一的一訊號， 並傳遞該訊號至該微電子晶粒與該耦合器和波導兩者之另 一個。 13.如申請專利範圍第2項之光電總成，其中該光電元件將來 自該微電子晶粒的一電訊號轉換成一光訊號，並傳遞該光 訊號進入該耦合器和波導。 14·如申請專利範圍第2項之光電總成，其中該光電元件將來 自该棋合器和波導的一光訊號轉換成一電訊號，並傳遞該 電訊號至該微電子晶粒。 15·如申請專利範圍第12項之光電總成，其包括的—折射率吻 85258 • 2 - 200408842 合之材料，位於該光電總成的一表面上，而且通常是與該 耦合器和該波導相鄰。 16·如申清專利範圍第13項之光電總成’其中該光電元件包括 一整合的透鏡，將該光訊號聚焦並傳遞至該耦合器和該波 導。 17. 如申請專利範圍第1項之光電總成，其中該光電元件是介 於該微電子組件與該光學基材之間，並且包括一垂直腔表 面發射雷射（VCSEL)。 18. 如申請專利-範圍第1項之光電總成，其中該光電元件是介 於該微電子組件與該光學基材之間，並且包括一感光器。 19. 如申請專利範圍第i項之光電總成，其中該光學基材包括 具有一耦合器和波導於其上的一印刷電路板。 20_—種製造一光電總成的方法，包括： 將一光電元件固定至具有一微電子晶粒的一微電子組 件上一作用側面； 將具有一輕合器和一波導的-光學基材，安放在面對 該光電元件的位置上；以及 將該微電子組件固定至該光學基材，使得該光電元件 是對準著該耦合器。 2L如申請專利範圍第2G項之方法，其中該光電元件是以_接 合球固定至一接合遮罩的一印製開口 ’且位於該微電子組 件的作用側面之一建構層上。 22·如申請專利範圍第20項之方法， 、 其中該光學基材是以一接 合球固定至一接合遮罩的一 g P製開口，且位於該微電子組 85258 200408842 件的作用側面之一建構層上。 23.如申請專利範圍第20項之方法，其中該光電元件與該耦合 器之間的對準是利用接合器的自我校準。 85258
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