光及电互连的制作方法

专利名称：光及电互连的制作方法
领域本发明涉及到连接电子封装内基片之间的信号，且更具体而言，涉及到用于连接电子封装内基片之间的电及光信号的互连。
背景电互连是在现代电子系统，如计算机、蜂窝电话、及个人数字助理中携带信号和信息的传导结构。基片，包括小片及封装基片是现代电子系统的建筑块。小片是由二极管、晶体管、电阻器、电容器及电感器所组成用于执行现代电子系统中所要求的电子功能的电子部件。封装基片提供用于安装和互连小片和其它电子部件，如电阻器、电容器、及电感器的平台。电互连将小片及封装基片之上及之间的电子部件连接到一起。
电互连是在现代通信和计算系统中重要的信息传输瓶颈。以电子信号被编码的信息通过电互连在现代通信和计算系统内的电子部件之间被传输。电互连经常不能胜任在现代系统要求的高数据速率下传送信息。其中的一个原因是电互连经常由传导材料，如金属而制造，其具有几个固有的电学局限性。首先，电互连对来自相邻导体的噪声拾取(noise pick-up)敏感。其次，电互连具有有限的电阻，当所述电阻被耦合到寄生电容时其限制了在互连上可以被传输的信息的速度。
出于这些及其它原因，存在对本发明的需求。
附图的简要说明

图1A是根据本发明示教的互连的一个实施例的透视图；图1B是图1A中所示互连的侧视图；图1C是图1B中所示互连的各向异性膜的断面的放大视图；图1D示出图1C所示互连的各向异性膜在压缩之后的断面；图1E是根据本发明示教的位于第一基片和第二基片之间的一个互连实施例的分解图；图1F是沿着图E中线A-A所取的位于第一基片和第二基片之间的互连的横断面视图；以及图2是根据本发明示教的制造互连方法的一个实施例的流程图。
说明在本发明的下述详细说明中，参见所附加的附图，所述附图形成本发明的一部分，且其中通过示例方式示出可被加以实践的本发明的具体实施例。在所述附图中，贯穿几个视图中相似的数字说明基本上类似的部件。这些实施例被以足够的细节加以说明以使本领域的那些普通技术人员能够实践本发明。其它的实施例可被加以利用且可进行结构的、逻辑的及电学的变动而不偏离本发明的范围。不要以限制性思维理解下述详细说明，且本发明的范围仅由所附的权利要求以及连同这样的权利要求所享有的等效物的全部范围来加以限定。
图1A是根据本发明示教的互连100的一个实施例的透视图。互连100包括各向异性传导膜102和被嵌入在各向异性传导膜102内的光传输单元(optically transmissive unit)104-106。
图1B是图1A中所示互连100的侧视图。所述侧视图是从图1A中所示互连100的表面109所取的。正如从图1B中可以看出，每个光传输单元104-106提供通过各向异性传导膜102的光学传输路径。因此，每个光传输单元104-106提供用于将光信号从互连100的第一表面108耦合到互连100的第二表面110以及从互连100的第二表面110耦合到互连100的第一表面108的路径。
在图1A和图1B所示的实施例中，互连100包括三个光传输单元104-106。然而，互连100并不局限于与三个光传输单元相联系来使用。互连100可如特定应用所要求的那样由或多或少的光传输单元来制造。在图1A所示的实施例中，互连100具有基本上为矩形的第一表面108。然而，互连100的第一表面108并不局限于基本上为矩形的形状。第一表面108可以被形成为特定应用所要求的任何形状。
在图1A所示的一个实施例中，光传输单元104和106具有基本上为圆柱体的形状。在图1A所示的一个实施例中，光传输单元105具有基本上为矩形的形状。然而，光传输单元104-106并不局限于特定的形状。能够传输光能量的任何形状均适合于用在光传输单元104-106的制造中。因此，光传输单元104-106可以被成形为有效地传输来自包括装配小片的(未示出)激光器，如垂直腔表面发射激光器、激光器二极管和二极管以及外部安装的(未示出的)激光器、激光器二极管和二极管等各种源的电磁辐射。
光传输单元104-106并不局限于使用特定的材料而被制造。在一个实施例中，光传输单元104-106包括自由的空间。在另一实施例中，光传输单元104-106由光学聚合物制造而成。适合于制造光传输单元104-106所使用的示范性光学聚合物包括丙烯酸丙烯酸酯(acrylicacrylate)、聚碳酸酯或聚丙烯酸酯。优选地，通过使用紫外线辐射，被选择用于制造光传输单元104-106的光学聚合物可固化。
在现代电子系统中光传输单元104-106可以起到光学通路的作用。通路是用于将电子系统中的部件耦合到一起的互连。通路可以将单个基片上的部件或多个基片上的部件耦合到一起。在现代电子系统中的通路通常是传导元件。然而，光传输单元104-106还可作为通路将电子系统内部件之间的光信号进行耦合。本领域中的那些普通技术人员将意识到在电子系统中将光传输单元104-106作为通路使用可以增加系统的带宽。
图1C是图1B中所示互连100的各向异性传导膜102的放大断面111的视图。正如从图1C中可看出的，各向异性传导膜102的断面111包括载体112和嵌入在载体112中的一个或更多个传导颗粒。在一个实施例中，载体112是基本上顺从的绝缘材料。示范性的基本上顺从的绝缘材料包括环氧树脂及粘接剂。
在一个实施例中，一个或更多个传导颗粒114的每一个是由传导材料制造。适合于用在一个或更多个传导颗粒114制造中的示范性传导材料包括金属和半导体。适合于用在一个或更多个传导颗粒114制造中的示范性金属包括镍、铝、铜、金、银以及镍、铝、铜、金和银的合金。适合于用在一个或更多个传导颗粒114制造中的示范性半导体包括硅、锗和砷化镓。
图1D示出图1C的各向异性传导膜经压缩之后的断面111。正如在图1D中可以看到的，各向异性膜102在压缩点116处经压缩以后，在压缩点116和第二表面110之间由一个或更多个传导颗粒114的子集形成传导路径118。载体112内一个或更多个传导颗粒114的密度及载体112的顺从性(compliancy)被如此加以选择，以便于随着载体112如图1D所示被加以压缩，一个或更多个传导颗粒114的子集在压缩点116处的第一表面108与第二表面110之间形成传导路径118。压缩点116是在第一表面108上可以实现到传导路径118的电连接的位置。
图1E是根据本发明示教的电子封装119的一个实施例的透视图。电子封装119包括位于第一基片120和第二基片122之间的互连100。在一个实施例中，第一基片120由包括光电电路(未示出)的小片组成，且第二基片122由包括载有电及光信号的路径(未示出)的载体基片组成。然而，第一基片120并不局限于特定类型的小片，且第二基片122并不局限于特定类型的载体基片。适合用于本发明的示范性小片包括微处理器、数字信号处理器、或应用专用的集成电路小片。适合用于本发明的示范性基片包括单个小片陶瓷载体和多个小片陶瓷载体。在第一基片120之后，第二基片122及互连100被组装进电子封装119，互连100提供电及光信号路径(未示出)用于在第一基片120和第二基片122之间以及在第二基片122和第一基片120之间传输电及光信号。
本领域中的那些普通技术人员将意识到图1E仅示出电子封装119的一个实施例，且电子封装119并不局限于仅用如图1E所示的两种基片来制造。通过使用本发明的示教，三个或更多个基片可被光或电耦合到一起。在一个实施例中，小片基片被电及光耦合到陶瓷基片上，且陶瓷基片被电及光耦合到母板基片上。
图1F是沿着图E中线A-A所取的所示电子封装119的横断面视图。电子封装119包括第一基片120、第二基片122及位于第一基片120与第二基片122之间的互连100。第一基片120包括光学路径127-128、光发送器130、光接收器132-133、端子或小片盘136-139、以及传导焊接元件141-144。互连100包括光传输单元104-106、传导路径145-148、以及各向异性传导膜102。第二基片122包括光学路径150-153、反射器156-159、以及电传导端子或盘/着落区161-164。每个光学路径包括用于偏转光束的反射器156-159之一。
正如在图1F中可以看到的，互连100在传导焊接元件141-144处被压缩，以在第一基片120上的每个传导焊接元件141-144与第二基片122上的电传导端子或盘/着落区161-164之间形成电传导路径145-148。因此，每个电传导路径145-148提供用于将来自第一基片120的电信号耦合到第二基片122上以及将来自第二基片122的电信号耦合到第一基片120上的路径。同样，正如从图1F中可以看出的，互连100在光传输单元104-106处提供用于在第一基片120和第二基片122之间耦合光信号的光学路径。光信号166-168的源并未被示于图1F中，然而本领域中的那些普通技术人员将意识到光信号的示范性源包括，但不局限于激光器、垂直腔表面发射激光器、二极管及激光器二极管。本领域的那些普通技术人员还将意识到光信号可以被耦合到光输入端口170-172上。
在操作中，第二基片122分别在光输入端口170-172接收光信号166-168，并且第一基片120将光信号174从光发送器130传输到第二基片122上的光输出端口176。此外，电信号，如数字或模拟信号在第一基片120和第二基片122之间被传输。在第一基片120和第二基片122之间被传输的电信号穿过包括端子或小片盘136-139、传导焊接元件141-144、传导路径145-148、以及端子或盘/着落区161-164的路径。
光信号166在到达光输入端口170之后，其沿着光学路径151传播到达反射器157。在反射器157处，光信号166被偏转进入光传输单元105。光信号166传播经过光传输单元105到达第一基片120上的光接收器132。光接收器132接收并且处理光信号166或接收光信号166且将其转换成用于进一步处理的电信号。
光信号167在到达光输入端口171之后，沿着光学路径152传播到达反射器158。在反射器158处，光信号167被偏转进入光传输单元105。光信号167传播经过光传输单元105到达第一基片120上的光学路径128。光信号167传播经过光学路径128到达第一基片120上的光接收器132。光接收器132接收并且处理光信号167或接收光信号167且将其转换成用于进一步处理的电信号。在一个实施例中，光接收器132包括单个光接收器。在另一实施例中，光接收器132包括多个光接收器。
因此，光信号166和167均通过光传输单元105被传输。本领域中的那些普通技术人员将意识到每个光传输单元104-106可以在第一基片120和第二基片122之间发送多个光信号。
光信号168在到达光输入端口172之后沿着光学路径153传播到达反射器159。在反射器159处，光信号168被偏转进入光传输单元106。光信号168传播经过光传输单元106到达第一基片120上的光接收器133。光接收器133接收光信号168并且处理此光信号168或将光信号168转换成用于进一步处理的电信号。
在一个实施例中，光接收器133包括单个光接收器。在另一实施例中，光接收器133包括多个光接收器。
光发送器130在第一基片120上产生光信号174。光信号174沿着光学路径127传播到达光传输单元104。光信号174传播通过光传输单元104且到达第二基片122上的光学路径150。光信号174沿着光学路径150传播到达反射器156且沿着光学路径150被偏转到达光输出端口176。
因此，互连100提供这样的一个互连，其允许从第一基片120到第二基片122以及从第二基片122到第一基片120的光及电信号的传输。
本领域中的那些普通技术人员将意识到经过光传输单元104-106的光信号基本上免除了电干扰，如来自经过传导路径145-148的电信号的串扰。此外，经过光传输单元104-106的光信号并不干扰通过电传导路径145-148传输的电信号。在一个实施例中，经过至少一个光传输单元104-106的信号是时钟信号。
本领域中的那些普通技术人员还将意识到经过光传输单元104-106的光信号免除寄生电容，与在电传导路径145-148上被传输的信号相比，其允许信号以较高频率通过光传输单元104-106被传输。
图2是根据本发明示教的制造互连方法200的一个实施例的流程图。所述方法200包括在载体基片上的传导膜内形成一个或更多个孔(方框201)、将至少一个或更多个孔当中的一个孔填充上能够传输光信号的材料(方框203)、以及将所述传导膜层叠在封装基片上(方框205)。在另一实施例中，在传导膜内形成一个或更多个孔包括对传导膜图案化以形成具有图案的传导膜以及在构成图案的传导膜内蚀刻一个或更多个孔。在另外一个实施例中，将一个或更多个孔当中的至少一个孔填充能够传输光信号的材料包括将所述一个或更多个孔当中的至少一个孔填充光聚合物。
虽然在此已经对具体的实施例进行了说明和示例，但是本领域的普通技术人员将意识到拥有了本发明的益处后，旨在取得同样目的的任何设置可以取代所示出的具体实施例。这个申请旨在涵盖对本发明的任何修改或变动。因此，旨在这个发明仅由权利要求和权利要求的等效物所限制。
权利要求
1.一种互连包括各向异性的传导膜；以及被嵌入在所述各向异性传导膜内的光传输单元，所述光传输单元提供通过所述各向异性传导膜的光传输路径。
2.根据权利要求1的互连，其中所述各向异性传导膜包括一粘接性的各向异性传导膜。
3.根据权利要求2的互连，其中所述粘接性的各向异性传导膜包括环氧树脂和被嵌入在所述环氧树脂内的多个传导颗粒。
4.根据权利要求3的互连，其中所述光传输单元将多个光发送器中的每个发送器光耦合到一个或更多个光接收器上。
5.根据权利要求1的互连，其中所述光传输单元将多个光发送器中的每个发送器光耦合到一个或更多个光接收器上。
6.根据权利要求5的互连，其中所述光传输单元具有基本上为矩形的传输面积。
7.根据权利要求5的互连，其中所述各向异性传导膜包括粘接性的各向异性传导膜。
8.根据权利要求1的互连，其中所述光传输单元包括光聚合物。
9.根据权利要求8的互连，其中所述光聚合物包括丙烯酸丙烯酸酯。
10.根据权利要求9的互连，其中所述光传输单元包括基本上为圆柱的光传输材料。
11.一种制造互连的方法，所述方法包括在载体基片上的各向异性传导膜内形成一个或更多个孔；将至少一个或更多个孔当中的一个孔填充上能够传输光信号的材料；以及将所述各向异性传导膜层叠在封装基片上。
12.根据权利要求11的方法，其中在所述各向异性传导膜内形成一个或更多个孔包括图案化所述各向异性传导膜以形成具有图案的各向异性传导膜；以及在构成图案的各向异性传导膜内蚀刻所述一个或更多个孔。
13.根据权利要求11的方法，其中将一个或更多个孔当中的至少一个孔填充能够传输光信号的材料包括将所述一个或更多个孔当中的至少一个孔以光聚合物填充。
14.一种电子封装包括第一基片；第二基片；以及位于所述第一基片和所述第二基片之间的互连，所述互连包括用于将在所述第一基片上所形成的第一端子电耦合到在所述第二基片上所形成的第二端子的传导膜；以及被嵌入在所述传导膜内的一个或更多个光传输单元，其中一个或更多个光传输单元中的至少一个提供在所述第一基片上的光学元件与所述第二基片上的光学元件之间的光信号路径。
15.根据权利要求14的电子封装，其中所述传导膜包括各向异性传导膜，以及所述第一基片包括提供适合于沿着光学信号路径传输的信号的一个或更多个设备和一个或更多个端子。
16.根据权利要求15的电子封装，其中所述各向异性传导膜包含多个传导颗粒，当所述各向异性传导膜在所述第一端子与所述第二端子之间被压缩时所述多个传导颗粒形成传导路径。
17.根据权利要求16的电子封装，其中所述第一基片包括小片。
18.根据权利要求17的电子封装，其中所述小片包括处理器。
19.根据权利要求16的电子封装，其中所述第二基片包括一个或更多个电互连及一个或更多个与光学元件对准的光学路径。
20.根据权利要求18的电子封装，其中所述各向异性传导膜包括粘接性的各向异性传导膜。
21.根据权利要求19的电子封装，其中所述一个或更多个光传输单元包括光学通路。
22.根据权利要求21的电子封装，其中所述光学通路由光聚合物形成。
23.根据权利要求14的电子封装，其中一个或更多个光传输单元中的至少一个传输时钟信号。
全文摘要
一种互连包括各向异性的传导膜以及被嵌入在所述各向异性传导膜内的光传输单元。所述光传输单元提供通过所述各向异性传导膜的光传输路径。在另一实施例中，一种电子封装包括第一基片、第二基片、以及位于所述第一基片和所述第二基片之间的互连。所述互连包括用于将在所述第一基片上形成的第一传导元件电耦合到在所述第二基片上形成的第二传导元件的各向异性传导膜，以及被嵌入在所述各向异性传导膜内的一个或更多个光传输单元。至少所述一个或更多个光传输单元中的一个将所述第一基片上的光信号路径耦合到所述第二基片上的光接收器上。
文档编号G02B6/125GK1541342SQ02813308
公开日2004年10月27日 申请日期2002年4月19日 优先权日2001年4月30日
发明者K·拉, J·麦克法兰德, K 拉, 朔 嫉 申请人:英特尔公司