芯片载具与其封装结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种自动对准的芯片载具与其封装结构。该芯片载具包括基座部以及连接部，该基座部具有互相相对的第一表面与第二表面，且具有至少一第一接触垫位于该第一表面，该连接部配置于该基座部的该第二表面上，并具有至少一第二接触垫位于该连接部的第三表面上，其中该第一接触垫电性连结至该第二接触垫，该第三表面与该第二表面相互平行，而该第二表面的面积大于该第三表面的面积。该芯片载具可以相嵌至对应基板中，使载具上所承载的光收发芯片嵌埋入基板内，而以适当距离对准内埋于对应基板中的光波导。
【专利说明】芯片载具与其封装结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种载具结构，且特别是涉及一种能自动对准光波导的芯片载具。
【背景技术】
[0002] 目前要将发光芯片封装成电路板内层投射光源，是采用基板封装芯片后倒装的方 式。因芯片基板和电路板多是以球格阵列（BGA)封装方式接合，此方法需考虑锡球高度与 回焊过程中熔化的程度等因素，其对准良率提升不易，影响芯片基板的水平精度及再现性， 以及影响激光光源与电路板内层的光波导耦合的精确度。
[0003] 另一种方式，是将发光芯片封装通过基板内穿孔（via)将光投射到电路板内，光源 芯片通过内穿孔往下导入至光波导，距离较远，所以需要高性能透镜协助对准。
[0004] 发展将收/发光芯片封装至电路板内的封装技术，对于业界是一大需求。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种芯片载具，利用载具的立体结构设计，可以嵌入至对 应基板中，而使载具上所承载的光收发芯片以最适距离靠近且对准内埋于对应基板中的光 波导，并且利用对应电路板或对应基板的凹槽导引，而得载具上的芯片自动对准内埋的光 波导，达到提高光布线组装良率的目的。
[0006] 为达上述目的，本发明提出一种芯片载具结构，包括基座部以及连接部。该基座部 具有互相相对的第一表面与第二表面，且具有至少一第一接触垫位于该第一表面。该连接 部，配置于该基座部的该第二表面上，并具有至少一第二接触垫位于该连接部的第三表面 上，其中该第一接触垫电性连结至该第二接触垫，而该第三表面与该第二表面相互平行，而 该第二表面的面积大于该第三表面的面积。
[0007] 本发明提出一种封装结构，包括芯片载具以及对应相嵌的基板。该芯片载具，包括 基座部、连接部以及至少一芯片。该基座部具有互相相对的第一表面与第二表面，且具有至 少一第一接触垫位于该第一表面。该连接部，配置于该基座部的该第二表面上，并具有至少 一第二接触垫位于该连接部的第三表面上，其中该第一接触垫电性连结至该第二接触垫， 而该第三表面与该第二表面相互平行，而该第二表面的面积大于该第三表面的面积。该芯 片配置于该连接部的该第三表面上，且该芯片通过该第二接触垫与该连接部电性连结。而 该基板具有至少一空槽以对应嵌入该芯片载具，该空槽露出部分内埋于该基板的光波导。 该芯片载具配置于该基板的该空槽之中，而该连接部与配置于该第三表面上的该芯片埋入 该空槽内，而该第三表面面对该光波导而该芯片自动对准内埋于该基板的该光波导，但不 直接接触该光波导。
[0008] 根据本发明的实施例，前述芯片载具结构更可包括至少一中段部位于该基座部与 该连接部之间，该中段部与该连接部连接面的面积大于或等于该第三表面，而该中段部与 该基座部连接面的面积小于或等于该第二表面。
[0009] 基于上述，本发明采用此种芯片载具设计，而以自动对准的对位方式嵌入基板或 电路板，可以实现高良率低成本的电路板光传输封装。此外，由于采用高导热及/或高频使 用材料制作芯片载具，可帮助芯片接收高频信号，与协助将芯片产生的热均匀散到电路板 外层。
[0010] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图 作详细说明如下。
【专利附图】
【附图说明】
[0011] 图1A为本发明一实施例的芯片载具结构的立体图；
[0012] 图1B为本发明一实施例的芯片载具结构的俯视图；
[0013] 图1C为本发明一实施例的芯片载具结构的底面图；
[0014] 图2A-图2B为载有芯片的芯片载具嵌入具有光波导的基板的示意图；
[0015] 图2C是承载芯片的芯片载具嵌入具有光波导的基板的封装结构剖面示意图；
[0016] 图3-图5绘示本发明另一实施例的芯片载具结构的三种变化型。
[0017] 符号说明
[0018] 100 :芯片载具
[0019] 10、10A、10B、10C、20、20A、20B :芯片
[0020] 102 :基座部
[0021] 102b :底面
[0022] 104 :连接部
[0023] 102a、104a、：上表面
[0024] 105:中段部
[0025] 106 :焊垫
[0026] 107、207 :金线
[0027] 108、208 :接触垫
[0028] 110:导线
[0029] 200 :基板/电路板
[0030] 200a :基板上表面
[0031] 202:空槽
[0032] 210 :光波导
[0033] D、dl、d2:宽度
[0034] Η :深度
[0035] h :高度
【具体实施方式】
[0036] 本发明揭示一种芯片载具，利用芯片载具的立体结构设计，可以使其上所承载的 光收发芯片，通过适当距离靠近光波导，且以自动对准方式对准光波导。
[0037] 图1A绘示本发明一实施例的芯片载具结构的立体图。图1B绘示本发明一实施例 的芯片载具结构的俯视图，而图1C绘示本发明一实施例的芯片载具结构的底面图。此实施 例以凸型设计加以说明，但载具结构不限于是凸型。该芯片载具1〇〇设计为立体凸型插塞 形状，此处以凸型向上为例来解说，其剖面类似倒T形，具有一基座部102与位于其上的一 连接部104。以图1Α所示，基座部102为一方形体，而连接部104为一长方形体位于基座部 102的中央，连接部104的宽度较窄而凸出于基座部102,故作为插塞的插入部。一般而言， 芯片10承载于插入部之上，故当芯片载具100嵌入对应基板时，芯片10会置入至对应基板 内而对准其内的光波导。芯片10可以是例如激光芯片、LED芯片、任意光发射芯片或任意 光感测芯片。
[0038] 此外，芯片载具100可采用高导热及/或高频使用材料来制作，其中高导热材料例 如是陶瓷、含陶瓷粉体的混和树脂或含高导热树脂组成的材料(高导热树脂例如为导热系 数大于〇.5W/mK的树脂)、氧化铝（A1 203)、氮化铝（A1N)等具有良好热导性质的基板材料。 在本实施例中，高导热材料的导热系数例如是大于0. 5W/mK，基本上高于光波导材料的导热 系数。高频使用材料例如为具有低高频信号损失的材料，所谓具有低高频信号损失的材料 就是能够不失真地传输至少1. 5GHz以上的高频信号的材料(亦即能通过大于1. 5GHz的眼 图（eye diagram)的材料)。举例而言，高频使用材料为陶瓷、含陶瓷粉体的混和树脂、含氟 系树脂材料或介电系数小于3. 5的树脂。
[0039] 芯片载具100米用1?频使用的材料可以帮助芯片接收1?频/[目号。而芯片载具100 采用高导热材料制作则可以帮助芯片均匀散热到电路板或外层。
[0040] 参见图1B，芯片载具100的连接部104位于基座部102的上表面102a之上，连接 部104具有一组接触垫(例如为焊垫)106 (图1B显示为两个，但也可为其他数目，端视芯片 设计而定)，而芯片10承载于连接部104的上表面104a上，通过导线（例如为金线107)而 焊连至位于上表面104a的焊垫106。在其他实施例中，导线可以是银线或铜线。虽然此处 以打线方式连接芯片10与芯片载具100的焊垫106,但是，也可以利用倒装方式电连接芯片 载具与其上的芯片。
[0041] 基座部102的底面102b (参见图1C)也具有一组接触垫108 (图1C显示为六个， 但也可为其他数目，端视芯片设计而定)，接触垫108可以通过导线110 (或是导通填孔方 式）与焊垫106互相连接并达成电性导通。从图1B可见，连接部104的宽度d小于基座部 102宽度D。连接部104的上表面104a的面积小于基座部102的底面102b的面积，故以上 表面104a为芯片载具100的窄面，而底面102b为芯片载具100的宽面。此实施例中所谓 底面102b是以凸型向上为例来解说，但当芯片载具100对合至对应基板时，宽面102b可能 变为朝上的一面，而窄面l〇4a朝下（向着光波导)。
[0042] 举例而言，表面104a (窄面）的面积小于底面102b (宽面）的面积，表面104a (窄 面）的面积或底面l〇2b (宽面）的面积约介于2500平方微米至100平方公分之间，较常用 的面积约介于60000平方微米至1平方公分之间，而宽面与窄面的面积比例约为5:2,或是 符合宽面大于窄面的任意面积比例。
[0043] 芯片载具100应用于电路板封装时，芯片载具100的底面102b (宽面）上的接触 垫108可通过打金线或其他方式，与结构相对应的电路板上的其他电路(如驱动电路）电性 连结。在一实施例中，芯片载具1〇〇的底面l〇2b (宽面）能与结构相对应的电路板相契合 而嵌合(嵌入)。
[0044] 图2A是绘示封装有激光芯片的芯片载具嵌入具有光波导的基板的示意图，图2B 是绘示封装有光感测芯片的芯片载具嵌入具有光波导的基板的示意图。图2A所示，承载激 光芯片20A的凸型芯片载具100嵌入具相对应外型(此处显示为T形）空槽202的电路板 200中，而基板/电路板200的凹陷空槽202会暴露出部分内埋的光波导210。但空槽202 的深度Η可设计略大于连接部104的高度h，而使芯片20Α在最适合的距离下自动对准(但 不直接接触）电路板200的光波导210,而使激光芯片20A的光束（箭头代表）通过光波导 210传导至电路板所欲处。
[0045] 图2B所示，承载光感测芯片20B的凸型芯片载具100嵌入具相对应外型(此处显 示为T形）空槽202的电路板200中，但空槽202的深度Η可设计略大于连接部104的高 度h，而使光感测芯片20Β在最适合的距离下自动对准(但不直接接触）电路板200的光波 导210,而使光感测芯片20B接收通过电路板200的光波导210传导来的光束(箭头代表)。
[0046] 在一实施例中，空槽202与凸型芯片载具100具有互补的外形，可以导引凸型芯片 载具1〇〇的嵌入，有自动对准的功效。且设计空槽202的深度深于芯片载具100的连接部 104高度，而使芯片20A/20B不直接接触光波导210,但在适合的距离下自动对准电路板200 的光波导210。
[0047] 图2C是绘示承载芯片的芯片载具嵌入具有光波导的基板的封装结构剖面示意 图。芯片载具100的窄面104a朝下嵌入具有光波导210基板200的凹陷的空槽202之中， 由于芯片载具100的凸型设计与空槽202的外形相对应，而有自动导引芯片载具100的功 能。在一实施例中，芯片载具100的底面l〇2b (宽面）与基板200 (例如为电路板）相嵌合 后会和基板200的最上面200a同平面。在另一实施例中，芯片载具100的底面102b与基 板200 (例如为电路板)相嵌合后，底面102b与基板200的最上面200a不同平面或不同层， 只要底面l〇2b与基板200的最上面200a通过打线或其他方式连接，则可以容许有些微高 低差。此外，本实施例中上表面104a与底面102b互相平行。但是，相对上表面104a，本发 明的设计也可以将底面l〇2b设计为略弧形或斜面，而与上表面104a不互相平行。
[0048] 而连接部104与其承载的芯片20则埋入空槽202之中，而芯片20则因位于空槽 中而达到自动对准内埋于基板200的光波导210。由于空槽202的深度Η设计略大于连接 部104的高度h，芯片20可以适合的距离自动对准电路板200的光波导210,但却不会直接 接触光波导210。芯片载具100的宽面102b上的接触垫108可通过金线207(或其他方式） 与相契合的电路板上的其他接触垫208相连接，而与基板的其他电路(如驱动电路）电性连 结。
[0049] 在一实施例中，电路板或基板具有对应凹槽以导引芯片埋入至适当位置而能自动 对准光波导，可以不使用透镜，可避免对位不良，提高光布线组装良率。
[0050] 此外，由于采用高导热及/或高频使用材料制作芯片基板，可帮助芯片接收高频 信号，与协助将芯片产生的热均匀散到电路板外层。
[0051] 图3-图5绘示本发明另一实施例的芯片载具结构的三种变化型。如图3所示，该 芯片载具100设计为阶梯形多层级凸型插塞形状，其剖面类似三级台阶，同样具有一基座 部102与位于其上的中段部105与位于该中段部105上的连接部104。图3所示，基座部 102为一方形体具宽度D，中段部105为一长方形体具宽度dl位于基座部102的一侧并与 基座部三侧边对齐，而连接部104为一长方形体具宽度d2位于中段部105的一侧并与中段 部105三侧边对齐，该基座部102的三侧边与该中段部105与该连接部104的三侧边相对 齐。连接部104的宽度d2小于中段部105的宽度dl，并都小于较基座部102的宽度D。视 相对应开口的设计，图3所示的芯片载具100可以中段部105与连接部104作为插塞的插 入部，也可以以基座部102、中段部105与连接部104作为插塞的插入部，而芯片10A、10B、 10C分别位于基座部102、中段部105与连接部104之上，以打线方式达成电性连结。
[0052] 如图4所示，该芯片载具100设计为方形凸型插塞形状，其为三层式设计，具有 一方形基座部102、位于其中央的一方形中段部105与位于该中段部中央的一方形连接部 104。图4所示，基座部102中段部105与连接部104分别为扁平方形体，连接部104的尺 寸d2较中段部105的尺寸dl小，而均小于基座部102的尺寸D。在一实施例中，中段部105 与连接部104可作为插塞的插入部。在另一实施例中，方形基座部102、中段部105与连接 部104可作为插塞的插入部。
[0053] 图5为另一种变化，该芯片载具100设计为立体凸型插塞形状，其为三层式设计， 具有一基座部102、位于其上的一中段部105与位于最上方的一连接部104。以图5所示， 基座部102为一方形体，而中段部105为一方形体位于基座部102的中央，而连接部104为 一上窄下宽的梯形体。梯形体连接部104的下面(宽面)与中段部105的面积大小相等而对 齐，连接部104与中段部105的宽度dl较窄而凸出于基座部102 (具宽度D)，故作为插塞 的插入部。图5所示，中段部105与梯形连接部104连接面的面积大于窄面104a，而中段部 105与基座部102连接面的面积小于或等于宽面102a。
[0054] 本发明的芯片载具设计至少具有基座部与连接部，且更可具有多层次设计。以图5 而言，为三层式设计，但当然不限于实施例所示，可为两层式、三层式、四层式或更多层梯式 设计。多层梯式外型类似金字塔型，包含2层以上的相互平行层面，各层面的面积随层数增 加递减。各层面的平面形状及层面间距可用于协助自动对准于光波导。
[0055] 而各层的形状或尺寸也不限于本案实施例所示，可以任意搭配，例如以圆形基座 部搭配三角锥体设计、五角形基座部搭配圆柱体等。而各层的相对配置也不限于位于中央 或位于一边，而可视其对应的电路板或基板设计而定。
[0056] 本发明所设计的芯片载体100的凸起部(连接部与/或中段部)与基座部可以例如 是一体成型或是各自成型，也可以相同材料或不同材料制造。
[0057]另外，在本实施例中，承载芯片的芯片载具的凸起部可直接将体芯片所产生的热 传导至电路板或传导至芯片载具结构外，可提升整体封装的导热效率。
[0058] 虽然已结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技 术领域中熟悉此技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发 明的保护范围应以附上的权利要求所界定的为准。
【权利要求】
1. 一种芯片载具，包括： 基座部，具有互相相对的第一表面与第二表面，且具有至少一第一接触垫位于该第一 表面；以及 连接部，配置于该基座部的该第二表面上，并具有至少一第二接触垫位于该连接部的 第三表面上，其中该第一接触垫电性连结至该第二接触垫，该第三表面与该第二表面相互 平行，而该第二表面的面积大于该第三表面的面积。
2. 如权利要求1所述的芯片载具，还包括至少一芯片，配置于该连接部的该第三表面 上，该芯片通过该第二接触垫与该连接部电性连结。
3. 如权利要求1所述的芯片载具，还包括至少一中段部，位于该基座部与该连接部之 间，该中段部与该连接部连接面的面积大于或等于该第三表面，而该中段部与该基座部连 接面的面积小于或等于该第二表面。
4. 如权利要求1所述的芯片载具，其中该连接部与该基座部的材料是高导热材料或高 频使用材料。
5. 如权利要求1所述的芯片载具，其中该芯片是激光芯片、LED芯片、光发射芯片或光 感测芯片。
6. -种封装结构，包括： 芯片载具，包括： 基座部，具有互相相对的第一表面与第二表面，且具有至少一第一接触垫位于该第一 表面； 连接部，配置于该基座部的该第二表面上，并具有至少一第二接触垫位于该连接部的 第三表面上，其中该第一接触垫电性连结至该第二接触垫，而该第三表面与该第二表面相 互平行，而该第二表面的面积大于该第三表面的面积；以及 至少一芯片，配置于该连接部的该第三表面上，该芯片通过该第二接触垫与该连接部 电性连结；以及 基板，具有至少一空槽以对应嵌入该芯片载具，该空槽露出部分内埋于该基板的光波 导，其中该芯片载具配置于该基板的该空槽之中，该芯片载具的该连接部与配置于该第三 表面上的该芯片埋入该空槽内，而该第三表面面对该光波导而该芯片自动对准内埋于该基 板的该光波导，但不直接接触该光波导。
7. 如权利要求6所述的封装结构，其中该芯片载具结构还包括至少一中段部位于该基 座部与该连接部之间，该中段部与该连接部连接面的面积大于或等于该第三表面，而该中 段部与该基座部连接面的面积小于或等于该第二表面。
8. 如权利要求6所述的封装结构，其中该连接部与该基座部的材料是高导热材料或高 频使用材料。
9. 如权利要求8所述的封装结构，其中该高导热材料的导热系数大于该光波导的导热 系数。
10. 如权利要求8所述的封装结构，其中该芯片是激光芯片、LED芯片、光发射芯片或光 感测芯片。
【文档编号】G02B6/42GK104062719SQ201310151518
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2013年4月27日 优先权日:2013年3月22日
【发明者】李文钦 申请人:财团法人工业技术研究院