专利名称：混合模块及其制造方法、以及混合电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及混合模块和该混合模块的制造方法、以及其上安装有该混合模块的混合电路装置，该混合模块具有安装在硅衬底上的多个部件例如芯片、IC(集成电路)元件或光学元件且包括布线层。
背景技术：
例如，诸如个人计算机、移动电话、录像机或音频设备的各种电子装置使用各种半导体电路元件和电子部件，例如IC(集成电路)元件、LSI(大规模集成)元件或存储元件。电子装置配备有通过在基体衬底(base substrate)上安装执行相同功能的上述半导体电路元件和电子部件而混合的所谓的模块，所述基体衬底具有形成在其上的布线层。
随着要求电子装置具有更小的设计和更多的功能或更高的功能性，混合模块被设计用于相应地以更高密度安装更多部件且被设计得更小和更轻。例如，日本专利申请公开1995年的No.7134(专利文献1)或2000-106417(专利文献2)公开了一种具有多个部件的混合模块，所述多个部件密封在树脂基体中使得它们的输入/输出形成面(input/output-formed side)形成为彼此平齐，且布线层形成在树脂基体的主面(main side)上。为了获得这样的混合模块的更薄设计和更高封装密度，已经尝试安装部件且在已经安装的部件上通过布线层还装配其它部件。
另一方面，在电子装置等中，安装在电路板中的部件之间的信号传输通常根据形成在布线层中的布线图案而受到影响。要求电子装置以高速运行。然而，在根据布线图案的电信号传输中，由于布线图案的线厚度的有限减小、布线图案中出现的CR(电容-电阻)时间常数导致的信号传输延迟、EMI(电磁干扰)或EMC(电磁兼容)、布线图案之间的串扰等，很难获得更高的运行速度。
为了解决传统电信号传输结构的问题，从而实现能够以更高速度运行且具有更多功能或更高功能性的电子装置，已经研究采用包括光学部件例如光信号通道(光路(optical path))、光互连等的光信号传输结构。光信号传输结构适于装置之间、每个装置中使用的电路板之间、或每个板上安装的部件之间较短距离上的信号传输。光信号传输结构使得能够在形成在布线板的光信号传输通道上以更高速度和更大容量传输光信号，所述布线板具有安装在其上的部件。日本专利申请公开No.2004-193221(专利文献3)公开了一种光学元件结合地形成在其中的混合模块。
发明内容
上述专利文献1或2中公开的混合模块通过在其基部被支承的基体板(base sheet)上并排(side by side)安装诸如半导体芯片、功能器件等的多个部件且在基体板上将树脂模制成衬底体(substrate body)从而密封所安装的部件而形成。在该混合模块中，所安装的部件的接触焊盘通常布置为彼此齐平使得所安装的部件能够共同连接到电路板等，且衬底体被抛光至具有最大外部尺寸的所安装的部件的轮廓使得混合模块总体上能减小厚度。
然而，在这样的混合模块中，密封所安装的部件的树脂模制衬底体将招致大的尺寸改变，因为树脂固化时其会收缩。因此，衬底体将很大地弯曲或其它形式地变形，导致部件的连接焊盘(connecting pad)与电路板上相应的安装连接盘(mounting land)的不对准以及部件与连接盘之间的断开。因此，部件不能以高精度安装。另外，热应力引起的每个部件周边的破裂导致固定强度减小和渗水，这将进一步导致内部短路和生锈。因此，传统混合模块可靠性低。
另一方面，具有上述光信号传输结构的混合模块能以更高速度运行，具有更多功能和更高的功能性，且在其它方面也更具优势。在该混合模块中，从设计为以更高速度运行且具有更大容量的LSI元件提供的和向该LSI元件提供的电信号通过诸如半导体激光器和发光二极管或光电检测器(photodetector)的光学元件被转换成光信号。因此，可得到具有电信号传输结构和光信号传输结构的组合的混合模块，即处理电信号和光信号的混合模块。
在用于电和光信号两者的混合模块中，由于光信号通过光信号传输结构以高速传输，所以通过降低CR时间常数引起的经过电信号传输结构的电信号传输的延迟、EMI噪声、EMC等来减小寄生电容是非常重要的。另外，在针对电/光信号的混合模块中，当电信号转换为光信号时光学部件产生热且该热将会对与光学部件组合设置的电部件的性能具有影响。
因此，对于针对电/光信号的混合模块，光学部件和光信号传输通道通常在与用于电部件的工艺分开的工艺中安装在布线层、电路板等的主面上。然而，在针对电/光信号的混合模块中，在分开的工艺中分别处理电和光学部件导致安装工艺的提高的复杂性和降低的效率以及安装工艺的低产率。另外，在针对电/光信号的混合模块中，彼此分隔开地安装电和光学部件需要能将电和光学部件彼此连接的电布线图案，而连接的量(capacity)将使得难以减小寄生电容。
因此，需要通过提供薄的、高度可靠的混合模块以及用于该混合模块的制造方法来克服现有技术的上述缺点，所述混合模块中能够以改进的精度和效率安装多个部件。另外，需要提供小的、多功能和高功能的、高度可靠的混合电路装置，其包括多个部件以高密度安装在其中的薄的混合模块。
根据本发明，提供一种混合模块，包括硅衬底，其具有形成在其中的向所述硅衬底的主面之一开口的多个部件安装凹陷；外部尺寸等彼此不同的多个部件，其分别嵌入在所述部件安装凹陷中且分别被粘合树脂层固定；以及布线层，其形成在所述硅衬底的所述主面上。在该混合模块中，所述部件被嵌入在所述部件安装凹陷中，除了至少输入/输出形成面之外在它们的周边通过粘合树脂层被固定、且因此被安装为埋设在所述硅衬底中，它们各自的其上形成有输入/输出的面每个通过所述部件安装凹陷的开口暴露于外，所述粘合树脂层通过固化填充在所述部件安装凹陷中的粘合树脂形成。在该混合模块中，所述布线层包括绝缘树脂层和连接到所述部件的每个的所述输入/输出的布线图案，且所述布线层形成在所述硅衬底的所述主面以及所述部件的所述输入/输出形成面上，所述部件的所述输入/输出形成面与所述主面基本齐平。
在上述混合模块中，硅衬底作为基体衬底的使用允许相对容易地形成高精度部件安装凹陷和布线层且使得几乎没有热或其它因素导致的尺寸和形状变化。由于部件能因此精确定位且安装地确定保持与布线层等连接，所以该混合模块在可靠性方面得到改进。由于该混合模块中的硅衬底具有较大面积且还起到部件和布线层的地(ground)以及良好的散热器的作用，所以该混合模块能稳定运行。由于外部尺寸上彼此不同的部件被安装为埋设在硅衬底中，它们的输入/输出形成面布置为彼此齐平，所以该混合模块可以形成得更小和更薄，所述部件和布线层可以通过最短可能距离彼此连接从而减小寄生电容，且因此高密度封装提供多功能和高功能的混合模块。
根据本发明，还提供一种混合模块制造方法，包括步骤在硅衬底中形成向所述硅衬底的主面之一开口的多个部件安装凹陷；以埋设状态将外部尺寸等彼此不同的多个部件分别安装到所述部件安装凹陷中；以及在所述硅衬底的所述主面上形成布线层从而覆盖所述部件，由此制造混合模块，在该混合模块中，部件分别被嵌入在形成在硅衬底的主面之一中的所述部件安装凹陷中、被埋设为通过填充在所述部件安装凹陷中的粘合树脂层被固定，且布线层形成在所述主面之上。在该混合模块制造方法中，该部件安装步骤还包括步骤将预定量的半硬化粘合树脂填充到所述部件安装凹陷的每个中；将所述多个部件嵌入到相应的部件安装凹陷中，它们的各输入/输出形成面通过所述部件安装凹陷的开口暴露于外；按压并保持每个部件，所述部件的输入/输出形成面布置为彼此基本齐平；以及通过固化所述粘合树脂并保持按压所述部件从而在所述部件安装凹陷中形成粘合树脂层且在所述硅衬底中由所述粘合树脂层固定所述部件来埋设所述部件，由此固定所述部件的每个。另外，在该混合模块制造方法中，所述布线层形成步骤还包括步骤在所述硅衬底的所述主面以及所述部件的所述输入/输出形成面上形成绝缘层，所述部件的所述输入/输出形成面与所述主面基本齐平；以及在所述绝缘层上形成用于连接到每个部件的所述输入/输出的布线图案。
在该混合模块制造方法中，多个部件安装凹陷通过蚀刻或利用类似技术有效地形成在硅衬底中，且部件被嵌入到填充以半硬化粘合树脂的部件安装凹陷中。在该混合模块制造方法中，该粘合树脂被固化且部件被按压使得它们的输入/输出形成面被布置为与硅衬底的主面基本齐平。在该混合模块制造方法中，发生很小的由热导致的形状和状态变化的硅衬底用作基体衬底，从而使得部件能够埋设为精确定位在部件安装凹陷中。
因此，上述混合模块制造方法允许制造可靠性得到改进的混合模块，因为部件、布线层等之间的连接能够确定地被保持且防止断开。在通过根据本发明的方法制造的混合模块中，具有较大面积的硅衬底起到用于部件和布线层的地(ground)的功能且还用作良好的散热器。所以该混合模块能稳定运行。另外，由于部件安装为埋设在硅衬底中，所以通过根据本发明的方法制造的混合模块较小且较薄，部件和布线层通过它们之间最短可能距离连接从而减小寄生电容。另外，因为通过根据本发明的方法能够获得部件安装的高密度，所以这样制造的混合模块具有更多功能和更高功能性。
根据本发明，还提供一种混合电路装置，包括基体衬底，其具有形成在其绝缘衬底上的基体布线层，所述基体布线层由绝缘层和单层或多层布线图案形成；以及混合模块，其安装在所述基体衬底的所述基体布线层上。在该混合电路装置中，所述混合模块包括硅衬底，其具有形成在其中的向所述硅衬底的主面之一开口的多个部件安装凹陷；多个部件，其分别嵌入在所述部件安装凹陷中、且分别通过粘合树脂层固定；以及布线层，其形成在所述硅衬底的所述主面上。在包括在该混合电路装置的混合模块中，部件被嵌入在部件安装凹陷中，除了至少输入/输出形成面以外在它们的周边通过粘合树脂层被固定，且因此被安装为埋设在所述硅衬底中，所述多个部件的其上形成有输入/输出的各个面每个通过所述部件安装凹陷的开口暴露于外，所述粘合树脂层通过固化填充在所述部件安装凹陷内的粘合树脂形成。在该混合电路装置的混合模块中，所述布线层包括绝缘树脂层以及连接到所述部件的每个的所述输入/输出的布线图案，且所述布线层形成在所述硅衬底的所述主面以及所述部件的输入/输出形成面上，所述部件的输入/输出形成面与所述主面基本齐平。
在上述混合电路装置上，精确定位地安装混合模块，所述混合模块中硅衬底作为基体衬底的使用允许在硅衬底中相对容易地形成高精度部件安装凹陷和布线层，且使得几乎没有热或其它因素导致的部件尺寸和形状的变化。因此，在混合模块与基体衬底之间的连接中抑制了断开和破裂，且混合电路装置在可靠性方面得到改进。另外，在该混合电路装置上，因为在基体衬底上安装了所述混合模块，该混合模块中部件安装为埋设在硅衬底中使得该混合模块较小且较薄，且所述部件和布线层通过最短可能距离彼此连接从而减小寄生电容，所以高密度封装提供了多功能和高功能性混合电路装置。在该混合电路装置中，混合模块可以被提供以高稳定电源，电源单元和地，每个具有足够大的面积，被设置在例如基体衬底的布线层上。
根据本发明，提供混合模块，其中部件嵌入在形成于硅衬底中的部件安装凹陷中并被埋设为通过粘合树脂层被固定且用于与部件电连接的布线层形成在所述硅衬底的主面上，所述部件的输入/输出形成面布置得彼此基本齐平。因此，根据本发明，混合模块可以形成得较小且较薄，且所述部件和布线层通过最短可能距离彼此连接从而减小寄生电容。因此，以更高密度安装所述部件允许提供多功能和高功能的混合模块。根据本发明，由于几乎不发生由于热导致的尺寸和形状改变的硅衬底用作基体衬底，所以部件可以安装为以高精度定位且防止了断开，由此可以提供高精度混合模块。根据本发明，由于具有较大面积的硅衬底还起到用于部件和布线层的地以及良好的散热器的作用，所以混合模块能够以高可靠性稳定运行。
根据本发明，混合电路装置具有安装在其基体衬底的基体布线层上的混合模块，在所述混合模块中所述部件嵌入在形成于所述硅衬底中的所述部件安装凹陷中并埋设为通过粘合树脂层固定，且用于与所述部件电连接的布线层形成在所述硅衬底的主面上，所述部件的输入/输出形成面布置地基本彼此齐平。因此，根据本发明，由于具有精确定位地安装在硅衬底上的部件的混合模块被安装在混合电路装置的基体衬底上，所以该混合电路装置可以被形成得较小且较薄，并且高密度封装提供了多功能和高功能的混合电路装置。在该混合电路装置中，混合模块可以被提供以高稳定电源，且电源单元和地，每个具有足够大的面积，被设置在例如所述基体衬底的布线层上。
图1是根据本发明的混合模块的第一实施例的剖视图；图2是根据本发明的其上安装有两个混合模块的混合电路装置的第一实施例的剖视图；图3示出制造混合模块的工艺，示出在硅衬底的主面上通过构图形成的硅蚀刻膜；图4示出其中形成部件安装凹陷的硅衬底；图5示出硅蚀刻膜从其去除的硅衬底；图6示出其上形成绝缘层的部件安装凹陷；图7示出其上形成导电层的部件安装凹陷；图8示出其中填充粘合树脂的部件安装凹陷；图9示出被安装设备吸住的部件；图10示出部件被压在其中的部件安装凹陷；图11示出其中部件通过固化的粘合树脂被固定的部件安装凹陷；
图12示出部件被安装在其中的部件安装凹陷被填埋；图13示出形成在硅衬底的主面上的第一绝缘层和第一通孔；图14示出其上形成第二布线图案的第一绝缘层；图15示出形成在第二布线图案上的第二绝缘层和第二通孔；图16是根据本发明的混合模块的第二实施例的剖视图；图17是根据本发明的混合电路装置的第二实施例的剖视图。
具体实施例方式
下面将参照附图通过其实施例更完整地说明本发明。图1是根据本发明的混合模块的第一实施例的剖视图。该混合模块一般地用附图标记1表示。如图所示，混合模块1包括硅衬底3、多个部件4和布线层(wiring layer)5。图2是根据本发明的混合电路装置的第一实施例的剖视图。该混合电路装置一般地用附图标记2表示。如图所示，混合电路装置2包括安装在基体衬底(base substrate)6上的两个混合模块1A和1B。混合电路装置2用于例如个人计算机、移动电话和其它电子设备中从而执行电布线功能以用于电控制信号和电数据信号的传输和接收并用于提供电源，且执行光布线功能以用于光控制信号和光数据信号的传输和接收。
混合模块1具有封装在其中的彼此协同工作的电部件例如第一和第二LSI 4A和4B或半导体元件4C、以及光学部件例如光学元件4D等。第一和第二LSI 4A和4B中的每个是设计用于较高速度运行和较大容量的多引脚(multi-pin)LSI，这里将不详细描述。半导体元件4C例如为半导体存储器、半导体器件或任何其它电子部件。光学元件4D例如为由第一LSI 4A和第二LSI 4B或半导体元件4C控制来发射光信号的诸如半导体激光器或发光二极管的发光元件或者诸如光电二极管(photodiode)的光接收元件。应注意，光学元件4D当然可以是具有发光功能和光接收功能的复合光学元件。
注意，封装在混合模块中的上述部件将在下文中总地称为“部件4”，除了它们应单独提及的地方之外。在混合模块1中，部件4嵌入在形成在硅衬底3中的第一至第四部件安装凹陷(component mounting concavity)7A至7D(除了它们应单独提及的地方之外下文中将称为“部件安装凹陷7”)中，并通过第一至第四粘合树脂层8A至8D(除了它们应单独提及的地方之外下文中将称为“粘合树脂层8”)固定。在混合模块1中，硅衬底3用作基体材料且部件4中的每个埋设在硅衬底3中。为了说明混合模块1，这里提到不同类型的四个部件4作为代表，但预定数量的每种这些元件可封装在混合模块1中。
部件4具有形成在其第一主面9A至9D(除了它们应单独提及的地方之外下文中将称为“输入/输出形成面9”)上的输入/输出焊盘10A至10D(除了它们应单独提及的地方之外下文中将称为“输入/输出焊盘10”且将不对其详细描述)从而具有输入/输出形成面。因为如上所述部件4在类型上彼此不同，所以它们在尺寸和规格上彼此不同。部件4具有与输入/输出形成面9相对的第二主面11A至11D，且部件4将首先分别以这些第二主面11A至11D嵌入到部件安装凹陷7内。应注意，光学元件4D具有与输入/输出焊盘10D一起设置在其输入/输出形成面9D上的光输入/输出12从而发射或接收光信号。
在硅衬底3中，部件安装凹陷7形成为向其主面3A开口，且它们形成为形状上彼此相等从而具有足够大的深度和开口尺寸来嵌入尺寸最大的部件4(例如第一LSI 4A和第二LSI 4B)。在硅衬底3中，部件安装凹陷7中的每个形成为在其内壁上具有与将嵌入的部件4的类型相对应的预定层。
更特别地，在硅衬底3中，例如在其周边将接地的第一LSI 4A将被嵌入其中的第一部件安装凹陷7A具有形成在其内壁上的第一导电层13A。在硅衬底3中，第一粘合树脂层8A形成在第一部件安装凹陷7A中从而固定第一LSI 4A。
在硅衬底3中，例如其周边提供布线层5到地的连接的第二LSI 4B将被嵌入其中的第二部件安装凹陷7B具有形成在其内壁之上的绝缘层(第二绝缘层)14B，且第二导电层13B形成在第二绝缘层14B上。在硅衬底3中，通过第二绝缘层14B保持绝缘的第二导电层13B将通过第二部件安装凹陷7B的开口边缘连接到主面3A上的布线层5。在硅衬底3中，第二粘合树脂层8B形成在第二部件安装凹陷7B中从而固定第二LSI 4B。
在硅衬底3中，其中将嵌入半导体元件4C和光学元件4D的第三和第四部件安装凹陷7C和7D分别具有形成在它们的内壁之上的第三和第四绝缘层14C和14D，半导体元件4C和光学元件4D的周边将保持绝缘，因为它们是导电的。在硅衬底3中，第三和第四粘合树脂层8C和8D由非导电粘合材料分别形成在第三和第四部件安装凹陷7C和7D中，从而分别固定半导体元件4C和光学元件4D。
根据稍后将说明的工艺，如图1所示，通过分别将部件4埋设在部件安装凹陷7中来制造混合模块1，部件4的输入/输出形成面9布置为与硅衬底3的主面3A基本齐平。在混合模块1中，部件4被安装为埋设在硅衬底3中，其输入/输出形成面9通过部件安装凹陷7的开口暴露于外且除了至少输入/输出形成面9之外其周边通过粘合树脂层8被固定。
在混合模块1中，布线层5形成在硅衬底3的主面3A上从而覆盖部件4。布线层5包括绝缘树脂层15、形成在绝缘树脂层15上的第一至第三布线图案16A至16C(除了它们应单独提及的地方之外下文将称为“布线图案16”)、用于布线图案16到彼此或到设置在最上面的第三布线图案16C上的多个连接焊盘18的适当连接的包括第一和第二通孔17A和17B(除了它们应单独提及的地方之外下文将称为“通孔17”)的多个通孔等。在布线层5中，布线图案16的每个由铜线形成，如稍后所描述。
在布线层5中，部分绝缘树脂层15也填充在部件安装凹陷7内从而固定部件4的周边。绝缘树脂层15通过模制透明绝缘树脂而形成从而形成到光学元件4D的光信号传输通道(optical signal transmission channel)。因此，布线层5具有与光学元件4D的输入/输出形成面9D相对从而以这样的方式形成光传输通道15A的部分，该方式即沿绝缘树脂层15的厚度且在绝缘树脂层15中不形成布线图案16。这样布线层5在部分绝缘树脂层15中形成光传输通道15A，使得从光学元件4D的光输入/输出12发出的光信号将通过光传输通道15A透射并离开布线层5的表面5A，如图1中箭头所示。
另外，布线层5通过光传输通道15A传输入射在表面5A上的光信号，以入射在光学元件4D的光输入/输出12上。应注意，尽管混合模块1具有其部分形成为光传输通道15A的布线层5，但是布线层5可具有设置在其中的与光学元件4D的光输入/输出12相对的光波导，该光波导包括由透明树脂形成的作为芯(core)的光波导构件(optical waveguide member)和包覆光波导构件的包覆材料。
在与在部件安装凹陷7中形成前述导电层13的工艺相同的工艺中，第一布线图案16A适当地形成在硅衬底3的主面3A上。第二布线图案16B适当地形成在绝缘树脂层15中且通过多个第一通孔17A层间连接到第一布线图案16A从而提供部件4之间的电连接。第三布线图案16C形成在绝缘树脂层15的最上层(表面)上且通过多个第二通孔17B层间连接到第二布线图案16B。
布线层5具有形成在第三布线图案16C上的多个连接焊盘(connectingpad)18。通过在第三布线图案16C的预定连接盘(land)上镀金等，连接焊盘18形成至预定高度。当混合模块1安装在基体衬底6上从而提供混合电路装置2时，如稍后将详细描述地，连接焊盘18中的每个用作连接器(connector)。根据稍后还将详细描述的将混合模块1安装到基体衬底6的多层布线板20的方法，适当地设计连接焊盘18，且连接焊盘18可以是例如设置在第三布线图案16C的焊盘上的焊料球(solder ball)或其它金属球。
在混合模块1中，如上所述，部件4与布线层5的布线图案16彼此电连接。在混合模块1中，光学元件4D通过布线层5被提供有电源，且将从第一和第二LSI 4A和4B输出的电信号转换成光信号或者将光信号转换成电信号并提供给第一和第二LSI 4A和4B。
在混合模块1中，部件4被嵌入并埋设在形成在上述硅衬底3内的部件安装凹陷7中，部件4的各输入/输出形成面9与主面3A基本齐平。因此，由于更高的封装密度，混合模块1将更小且更薄并具有更多功能和更高的功能性(functionality)。在混合模块1中，因为热等引起尺寸和形状上很小变化的硅衬底3被用作基体衬底且部件4埋设于其中，所以部件4能够高精度定位地安装且部件4与布线层5之间的断开等被防止。由于具有较大面积的硅衬底3起到用于部件4和布线层5的地的作用且还用作良好的散热器，所以混合模块1能稳定运行并且在可靠性上得到改进。
如图2所示，混合电路装置2包括每个如上构造的两个混合模块1A和1B。混合模块1A和1B与任何其它电子部件19一起安装在基体衬底6上，如图2所示，布线层5的最上层5A接触基体衬底6且连接到基体衬底6的基体布线层，从而形成混合电路装置2。尽管混合电路装置2如图2所示地包括安装在基体衬底6上的两个混合模块1A和1B，但混合电路装置2可包括安装在基体衬底6上的单个混合模块1或两个以上。
混合电路装置2中，基体衬底6包括安装在多层布线板20上的光波导构件21，多层布线板20利用公知的多层布线板技术形成。通过形成包括在基体布线层中的多层布线图案并包括玻璃环氧树脂等的有机衬底和陶瓷等的无机衬底作为基体材料，绝缘层布置在基体材料之间，且穿过适当形成的通孔使布线图案层彼此层间连接，来形成多层布线板20。在多层布线板20中，每个布线图案层将安装在基体衬底6上的混合模块1A和1B以及其它电子部件19彼此连接。
多层布线板20具有形成在其中的电源图案或地图案(ground pattern)，电源图案具有足够大的面积从而向混合模块1提供电源，这里将不对其详细描述。多层布线板20向混合模块1提供高稳定电源。另外，也作为地图案的热辐射图案可形成在多层布线板20中，这里将不对其详细描述。由于形成在混合模块1的部件安装凹陷7A和7B中的导电层13连接到热辐射图案且布线层5设置在它们之间，所以多层布线图案20能高效地辐射从第一和第二LSI 4A和4B散发的热。
混合电路装置2包括例如光接收元件如在第一混合模块1A的光学元件4D、以及发光元件如在第二混合模块1B的光学元件4D。在混合电路装置2中，电信号通过多层布线板20的布线图案在第一和第二混合模块1A和1B之间传输，同时从第二混合模块1B处的光学元件4D发出的光信号被第一混合模块1A处的光学元件4D接收。
在多层布线板20中，布线图案包括信号图案以及电源布线图案或地图案等。多层布线板20具有形成在其第二主面上的多个电极焊盘，混合电路装置2通过所述电极焊盘安装在安装板等(未示出)上。
多层布线板20具有形成在其主面上的绝缘保护层22，其上安装混合模块1。多层布线板20具有形成在其上的多个连接盘(land)和形成在连接盘上的凸点(bump)，所述多个连接盘对着与混合模块1的连接焊盘(connectingpad)18对应地形成在绝缘保护层22中的开口。多层布线板20具有安装在其上的混合模块1，凸点连接到对应的连接焊盘18。应注意，绝缘保护层22由导光的(light-guiding)绝缘树脂形成，因为它必须如稍后描述地将混合模块1的光学元件4D光连接到光波导构件21。
基体衬底6具有设置在多层布线板20的绝缘层中的光波导构件21。光波导构件21位于对着并排安装的两个混合模块1A和1B。光波导构件21通过模制导光树脂例如聚酰亚胺树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃树脂或橡胶树脂而形成，且被涂覆以覆层(clad layer)23，覆层23与光波导构件21折射率不同。光波导构件21提供两维或三维密封的不透光的光波导，光信号通过该光波导传输。
光信号入射到光波导构件21的一端上且在另一端离开，这里不对其详细描述。每端以45度角切割从而提供镜面。因此，光波导构件21中传输的光信号将使其光路变换90度。混合模块1A和1B安装在基体衬底6上，光波导构件21在其每端对着相应的光传输通道15A，换言之，即对着光学元件4D的相应的光输入/输出12。因此，例如从混合模块1A的光学元件(发光元件)4D发出的光信号入射到光波导构件21的一端上，在光波导构件21中传输，且通过光传输通道15A入射到混合模块1B处的光学元件(光接收元件)4D上。
如上构造的混合电路装置2具有安装在基体衬底6上的混合模块1，混合模块1设计地小、薄，能够高密度封装以用于多功能和高功能性且可精确和稳定地工作。混合电路装置2在可靠性上得到改进，因为防止了混合模块1由于热等而变形且防止了它们与基体衬底6的连接断开或破裂。在混合电路装置2中，具有足够面积的电源和地图案设置在基体衬底6的多层布线板20中从而向混合模块1提供高稳定电源。
安装在混合电路装置2上的混合模块1A和1B的每个的寄生电容被降低，因为诸如第一和第二LSI 4A和4B、半导体元件4C等的电子部件以及光学元件4D通过布线层5以高精度在最短距离上彼此电连接，且光信号通过光学元件4D和光波导构件21在混合模块1A和1B之间有效传输。因此，由于信号传输在例如混合模块1A和1B之间可以光学地进行，所以混合电路装置2能够以更高速度和更大容量(capacity)运行。
制造前述混合模块1的工艺包括部件安装凹陷形成步骤，其中部件安装凹陷7形成在硅衬底3中，硅衬底3相当于普通半导体制造工艺中使用的硅衬底；部件安装步骤，其中部件4被安装在硅衬底3上；以及布线层形成步骤，其中布线层5应用到硅衬底3的主面3A上从而覆盖部件4。在部件安装凹陷形成步骤中，通过例如蚀刻在硅衬底3的主面3A中形成多个部件安装凹陷7。
在部件安装凹陷形成步骤中，顺序通过硅蚀刻膜形成、蚀刻和硅蚀刻膜去除，部件安装凹陷7在硅衬底3中向主面3A开口。在硅蚀刻膜形成步骤中，形成例如二氧化硅(SiO2)、硅氮化物(SixNy)等的硅蚀刻膜30，硅衬底3的主面3A在其与部件安装凹陷7对应的部分被掩模化。应注意，在硅蚀刻膜形成步骤中，二氧化硅膜通过热氧化形成在硅衬底3上或者二氧化硅膜或硅氮化物膜通过化学气相沉积(CVD)、溅射等形成在硅衬底3上。
如图3所示，采用上述方法在硅衬底3的主面3A上形成硅蚀刻膜30，硅蚀刻膜30具有形成在其中的与将形成部件安装凹陷7的部分对应的开口31A至31D。应注意，硅蚀刻膜30形成在硅衬底3的主面3A上之后，可以具有开口31，开口31与形成部件安装凹陷7的部分对应地形成。
在蚀刻步骤中，通过蚀刻硅衬底3的通过硅蚀刻膜30中的开口31暴露的部分，如图4所示地共同形成形状彼此相同的部件安装凹陷7。在蚀刻步骤中，如果硅衬底3在布置方向上是例如100，则其经受利用KOH、TMAH等的碱性蚀刻溶液的各向异性蚀刻。在蚀刻步骤中，形成具有等于硅衬底3的厚度的约一半的深度的部件安装凹陷7。应注意，在硅衬底3在布置方向上不是“100”的情况下，部件安装凹陷7可通过硅衬底3的各向同性蚀刻或干蚀刻来形成。
在硅蚀刻膜去除步骤中，通过将硅衬底3浸入合适的溶剂中或者通过硅衬底3的干蚀刻，将硅蚀刻膜30从硅衬底3的主面3A上去除，如图5所示。在硅衬底3中，形成形状彼此相同且向主面3A开口的部件安装凹陷7A至7D，如图5所示。
制造混合模块1的工艺包括对硅衬底3中的上述部件安装凹陷7进行的绝缘层形成步骤、导电层形成步骤和粘合树脂填充步骤。在绝缘层形成步骤中，绝缘层14形成在部件安装凹陷7B至7D的每个的内壁上，所述部件安装凹陷7B至7D中将嵌入如上所述必须与硅衬底3保持绝缘的第二LSI 4B、半导体元件4C和光学元件4D。在绝缘层形成步骤中，绝缘层14由例如绝缘树脂诸如环氧树脂或聚酰亚胺树脂选择性地形成在部件安装凹陷7B至7D的内壁上，将形成绝缘层14的部分之外的部分被合适地遮蔽。绝缘层14形成在硅衬底3上从而在部件安装凹陷7B至7D的每个的底部和内壁上延伸至主面3A，如图6所示。
在导电层形成步骤中，导电层13形成在部件安装凹陷7A和7B的每个上，如上所述部件安装凹陷7A和7B中将嵌入第一和第二LSI 4A和4B，第一和第二LSI 4A和4B在其周边接地。在导电层形成步骤中，通过在包括部件安装凹陷7的硅衬底3上形成金属层，用铜镀该金属层，该金属层的将如此被镀的部分之外的部分被用抗镀层(plating resist layer)遮蔽，以及然后去除不必要的抗镀层和金属层部分，来形成导电层13。导电层13构图在部件安装凹陷7A和7B的内壁和开口边缘上，如图7所示。
注意，在导电层形成步骤中，形成布线层5的第一布线图案16A也形成在上述硅衬底3的主面3A上。如图7所示，第一布线图案16A包括形成在部件安装凹陷7A中从而从开口边缘延伸至主面3A的导电部分16A1、形成在部件安装凹陷7B的第一绝缘层14B上从而从开口边缘延伸至主面3A的导电部分16A2、或适当构图形成在主面3A上的导电部分16A3等。
在粘合树脂填充步骤中，粘合树脂32填充在部件安装凹陷7的每个中从而形成固定部件4的粘合树脂层8。部件安装凹陷7如上所述地在形状上彼此相等，在外部尺寸上彼此不同的部件4将分别嵌入部件安装凹陷7中且通过粘合树脂层8固定在其中。在粘合树脂填充步骤中，使用诸如分配器(dispenser)的定容给料器(volumetric feeder)将预定量的液态粘合树脂32填充到部件安装凹陷7的每个中，如图8所示。在粘合树脂填充步骤中，控制填充的量，从而即使当如下面将描述地将部件4嵌入部件安装凹陷7中时，粘合树脂32也不溢出部件安装凹陷7。
在粘合树脂填充步骤中，所使用的粘合树脂32是例如半导体制造工艺中通常使用的热固化环氧树脂(thermo-setting epoxy resin)或聚酰亚胺树脂等。在粘合树脂填充步骤中，通过在粘合树脂中混合导电材料例如金属粉末制备的导电粘合树脂32A和32B被填充到如上所述其中形成有导电层13的部件安装凹陷7A和7B中。粘合树脂32A和32B在部件安装凹陷7A和7B中形成粘合树脂层8A和8B从而提供导电层13A与第一LSI 4A之间以及导电层13B与第二LSI 4B之间的电连续。
另外，在粘合树脂填充步骤中，非导电的粘合树脂32C和32D被填充到其中将嵌入如上所述与硅衬底3保持绝缘的半导体元件4C和光学元件4D的部件安装凹陷7C和7D中。非导电的粘合树脂32C和32D在部件安装凹陷7C和7D中形成非导电的粘合树脂层8C和8D。应注意，在粘合树脂填充步骤中，粘合树脂32被预加热从而在部件安装凹陷7中半硬化(tack-free)。另外，应注意，粘合树脂32可以是当用例如紫外线照射时能促进其固化的树脂。此外，对于粘合树脂32，导电粘合树脂32A和32B与非导电粘合树脂32C和32D可以在成分上彼此不同。
在制造混合模块1的工艺中，例如使用真空型安装设备来将部件4安装到硅衬底3上，硅衬底3的部件安装凹陷7如上所述地被填充以粘合树脂32。部件安装步骤还包括部件嵌入步骤，该步骤中部件4被分别嵌入到部件安装凹陷7中；部件按压/保持步骤，该步骤中每个部件4被按压保持使得其输入/输出形成面9与硅衬底3的主面3A基本齐平；以及部件固定步骤，该步骤中，通过固化粘合树脂32且按压保持部件4从而在每个部件安装凹陷7中形成粘合树脂层8且因此由粘合树脂层8固定部件4，从而将部件4埋设在硅衬底3中。下面将参照图9至11以示例的方式就第一LSI 4A详细描述部件安装步骤。
在部件安装步骤中，第一LSI 4A在其输入/输出形成面9A被真空型安装设备的吸头(suction head)33吸取并抓住，如图9所示。吸头33具有吸附端面(suction end face)33A，吸孔34如图9所示地形成在吸头33中。吸附端面33A形成为平坦的且直径比部件安装凹陷7A中的开口大。吸取输入/输出形成面9A至吸附端面33A从而保持住第一LSI 4A，吸头33通过预定的部件安装凹陷7A的开口在第一LSI 4A的与输入/输出形成面9A相反的第二主面11A首先将第一LSI 4A嵌入到预定的部件安装凹陷7A中，如图9A中箭头所示。
在部件安装步骤中，随着吸头33朝向硅衬底3下降，第一LSI 4A将挤开部件安装凹陷7A中半硬化的粘合树脂32A且粘合树脂32A逐渐移动到第一LSI 4A的周边附近。在部件按压/保持步骤中，吸附端面33A如图10所示地接靠部件安装凹陷7A的开口边缘，这样吸头33将停止下降且保持在那里。因此，当吸头33在其吸附端面33A接靠硅衬底3的主面3A时，第一LSI 4A被嵌入到部件安装凹陷7A中，其输入/输出形成面9A与硅衬底3的主面3A基本齐平。
在部件固定步骤中，第一LSI 4A被吸头33按压保持在部件安装凹陷7A中时，粘合树脂32A通过加热被固化。在部件固定步骤中，粘合树脂32A通过例如加热吸头33或硅衬底3而被固化。移到第一LSI 4A的周边附近的粘合树脂32A这样被固化从而形成粘合树脂层8A，第一LSI 4A将通过粘合树脂层8A被固定在部件安装凹陷7A中。第一LSI 4A被埋设在部件安装凹陷7A中，其输入/输出形成面9A与主面3A基本齐平，如图11所示，这样其被安装在硅衬底3上。
在制造混合模块1的工艺中，实施与上述安装第一LSI 4A的步骤类似的步骤从而将其它部件4中的每个埋设在部件安装凹陷7的相应的一个中。这样，部件4被安装在硅衬底3上。即，部件4被安装在硅衬底3上，分别埋设在部件安装凹陷7中，其输入/输出形成面9与主面3A基本齐平，如图12所示。应注意，尽管在上述部件安装步骤中部件4一个一个地嵌入到部件安装凹陷7中且被固定在那里，但是部件4可以被吸头33一起吸取和抓住且然后经历按压/保持步骤和固定步骤从而分别通过粘合树脂层8固定在部件安装凹陷7中。
制造混合模块1的工艺包括布线层形成步骤，该步骤中包括绝缘树脂层15、布线图案16和通孔17的布线层5形成在硅衬底3的主面3A上，硅衬底3具有固定在其部件安装凹陷7中的部件4。应注意，在布线层5中，布线图案16包括第一至第三布线图案16A至16C，第一布线图案16A在上述导电层形成步骤中与导电层13一起形成在硅衬底3的主面3A上。
布线层形成步骤还包括第一绝缘树脂层形成步骤，该步骤中第一绝缘树脂层35形成在形成有第一布线图案16A的硅衬底3的主面3A上；以及第一通孔形成步骤，该步骤中多个第一通孔36形成在第一绝缘树脂层35中。另外，布线层形成步骤还包括第二布线图案形成步骤，该步骤中第二布线图案16B形成在第一绝缘树脂层35上；以及第二绝缘树脂层形成步骤，该步骤中第二绝缘树脂层37形成在第二布线图案16B之上。
布线层形成步骤还包括第二通孔形成步骤，该步骤中多个第二通孔38形成在第二绝缘树脂层37中；以及第三布线图案形成步骤，该步骤中形成第三布线图案16C。在布线层形成步骤中，可重复上述步骤从而形成具有更多层的布线层。布线层形成步骤还包括连接焊盘形成步骤，该步骤中连接焊盘18形成在第三布线图案16C上。
在第一绝缘树脂层形成步骤中，光敏导光绝缘树脂例如环氧树脂、聚酰亚胺树脂、丙烯酸树脂、聚烯烃树脂或橡胶树脂被用来在硅衬底3的主面3A上形成第一绝缘树脂层35，因为如上所述部分绝缘树脂层15形成光传输通道15A。在第一绝缘树脂层形成步骤中，具有优异的高频特性的导光苯并环丁烯(benzocyclobutene)树脂可用作绝缘树脂。
在第一绝缘树脂层形成步骤中，第一绝缘层35通过利用旋涂或浸涂(dipping)施加上述绝缘树脂至均匀厚度而形成，因为主面3A与部件4的输入/输出形成面9基本齐平。绝缘树脂应被施加为流到部件安装凹陷7中且围绕部件4的周边，如图13所示。绝缘树脂被施加至足够大的预定厚度从而覆盖部件4，且通过加热或其它处理被固化从而形成如图13所示的第一绝缘树脂层35。
在第一通孔形成步骤中，多个第一通孔36形成在第一绝缘树脂层35中。部件4的输入/输出焊盘10和第一布线图案16A的焊盘通过第一通孔36暴露于外。在第一通孔形成步骤中，第一绝缘树脂层35被曝光且被显影，其对应于第一通孔36的部分被掩模化，在掩模化部分的绝缘树脂被去除从而形成穿过第一绝缘树脂层35的第一通孔36，如图13所示。
注意，在第一绝缘树脂层35由非光敏的绝缘树脂形成的情况下，在第一通孔形成步骤中第一通孔36利用激光照射等通过干蚀刻形成。另外，在第一通孔形成步骤中，第一通孔36中的每个被表面去污，被镀以例如无电铜(electroless copper)从而使其内壁导电，被填充以导电膏(conductive paste)且然后被盖住(lid)。
在第二布线图案形成步骤中，形成第二布线图案16B，其将部件4彼此连接且将部件4连接到基体衬底6从而传输电信号，提供电源或提供接地。这里将不详细描述第二布线图案形成步骤。在该步骤中，在第一绝缘树脂层35上制成具有抗镀剂(plating resist)的图案，第一绝缘树脂层35被镀以无电铜或以其它方式被处理从而形成铜镀层，抗镀剂被从不需要它的部分去除，从而提供图14所示的由预定铜布线图案形成的第二布线图案16B。应注意，在第二布线图案形成步骤中，使用合适的图案设计从而第二布线图案16B和第一通孔36不形成在与上述光学元件4D的光输入/输出12对应的部分上。
在与上述第一绝缘树脂层形成步骤类似的第二绝缘树脂层形成步骤中，第二绝缘树脂层37在其上形成有第二布线图案16B的第一绝缘树脂层35上形成至均匀厚度，如图15所示。另外，在第二绝缘树脂层形成步骤中，与形成第一绝缘树脂层35的绝缘树脂相同的绝缘树脂通过旋涂等在第一绝缘树脂层35上施加至均匀厚度，然后通过加热等被固化从而形成第二绝缘树脂层37。
在第二通孔形成步骤中，在第二绝缘树脂层37中形成多个第二通孔38，形成在第二布线图案16B上的适当的焊盘，在此将不对其详细描述，通过第二通孔38暴露于外。在与第一通孔形成步骤类似的第二通孔形成步骤中，第二绝缘树脂层37的与第二通孔38对应的部分被掩模化，第二绝缘树脂层37被曝光且被显影从而从掩模化的部分去除绝缘树脂以形成穿过第二绝缘树脂层37的多个第二通孔38，如图15所示。
注意，另外，在第二通孔形成步骤中，在第二绝缘树脂层37由非光敏的绝缘树脂形成的情况下，第二通孔38通过利用激光照射等的干蚀刻形成。另外，在第二通孔形成步骤中，第二通孔38中的每个被表面去污，被镀以例如无电铜(electroless copper)从而使其内壁导电，被填充以导电膏且还被盖住(lid)。
在与上述第二布线图案形成步骤类似的第三布线图案形成步骤中，在第二绝缘树脂层37上形成第三布线图案16C，第三布线图案16C通过通孔17连接到第二布线图案16B且具有形成连接焊盘18的连接盘等。这里将不会详细描述第三布线图案形成步骤。另外，在此步骤中，在第二绝缘树脂层37上制成具有抗镀剂的图案，第二绝缘树脂层37被镀以无电铜或以其它方式被处理从而形成铜镀层，抗镀剂被从不需要它的部分去除，从而提供由预定铜布线图案形成的第三布线图案16C，如图15所示。
在连接焊盘形成步骤中，形成多个连接焊盘18，其用于如上所述在基体衬底5的多层布线板20上安装混合模块1。这里将不会详细描述连接焊盘形成步骤。在连接焊盘形成步骤中，形成在第三布线图案16C上的连接盘被镀以例如Au或Sn从而形成如图1所示的具有预定厚度的连接焊盘18，从而制造混合模块1。
在上述混合模块1中，所安装的单个发光元件4D光学连接到外部装置等，从而传输光信号。然而，本发明不限于混合模块1的此配置。
图16是根据本发明的混合模块的第二实施例的剖视图。该混合模块一般地用附图标记40表示。此混合模块40在基本配置上与其上安装有四个部件4的混合模块1类似，除了它具有埋设在部件安装凹陷7A至7H中的部件42A至42H且包括光波导构件43，部件安装凹陷7A至7H形成在硅衬底41中。在混合模块40中，成对的第一和第二光学元件42D和42H通过光波导构件43彼此光学连接。因此，混合模块40的与包括在混合模块1中的那些相同的部分将用在混合模块1的图示和说明中已经使用的相同附图标记表示，且将不再描述。
混合模块40包括相对于硅衬底41的中心对称地布置且每个与上述混合模块1同样地构造的第一和第二块区(block)44和45。混合模块40具有形成在硅衬底41的左区域41L中的四个部件安装凹陷7A至7D，其中部件42被嵌入，埋设和固定在粘合树脂层8A至8D内。在混合模块40中，第一块区44包括第一LSI 42A、第一半导体元件42C、第二LSI 42B和第一光学元件42D，这些元件以所列顺序沿从混合模块40的左端朝向中心的方向设置在硅衬底41的左区域41L中，如图16所示。
混合模块40具有形成在硅衬底41的右区域41R中的四个部件安装凹陷7E至7H，其中部件42嵌入，埋设和固定在粘合树脂层8E至8H内。在混合模块40中，第二块区45包括第三LSI 42E、第二半导体元件42G、第四LSI 42F和第二光学元件42H，这些元件以所列顺序沿从混合模块40的右端朝向中心的方向设置在右区域41R中。
混合模块40的部件安装凹陷7A至7H在上述部件安装凹陷形成步骤中全部以相同形状共同形成。在混合模块40中，导电层形成在部件安装凹陷7A和7E的每个的内壁上，部件安装凹陷7A和7E中将埋设第一和第三LSI42A和42E，这些LSI 42A和42E每个由导电粘合树脂固定。在混合模块40中，绝缘层和导电层形成在部件安装凹陷7B和7F的每个的内壁上，部件安装凹陷7B和7F中将埋设第二和第四LSI 42B和42F，这些LSI 42B和42F每个由导电粘合树脂固定。
在混合模块40中，绝缘层形成在部件安装凹陷7C和7G的每个的内壁上，第一和第二半导体元件42C和42G将被埋设在部件安装凹陷7C和7G中且这些第一和第二半导体元件42C和42G每个由非导电的粘合树脂固定。在混合模块40中，绝缘层形成在部件安装凹陷7D和7H的每个的内壁上，第一和第二光学元件42D和42H将被埋设在部件安装凹陷7D和7H中且这些第一和第二光学元件42D和42H每个由非导电的粘合树脂固定。
混合模块40使用光接收元件作为第一光学元件42D且使用发光元件作为第二光学元件42H。在混合模块40中，第一和第二光学元件42D和42H彼此相邻地关于硅衬底41的中心对称地设置。在混合模块40中，从第二光学元件42H发出的光信号通过光波导构件43传输且被第一光学元件42D接收，如图16中箭头所示。
在混合模块40中，光波导构件43安装在布线层5的表面5A上。光波导构件43相当于上述混合模块1中使用的光波导构件21。它由导光树脂形成且被涂覆以折射率与光波导构件43不同的覆层46从而提供二维或三维密封的不透光的光波导，光信号通过该光波导传输。对于光波导构件43，以45度角切割从而提供镜面的一端布置为通过布线层5的光传输通道与第一光学元件42D的光输入/输出12相对，且提供类似镜面的另一端布置为通过布线层5的光传输通道与第二光学元件42H的光输入/输出12相对。
在如上构造的混合模块40中，第一和第二光学元件42D和42H以及光波导构件43一起形成光信号传输系统，光信号通过该光信号传输系统在第一和第二块区44和45之间传输。在混合模块40中，由第二块区45的第三和第四LSI 42E和42G处理的数据信号和控制信号被转换成光信号，该光信号将被允许在第二光学元件42H的光输入/输出12处发出。
在混合模块40中，从第二光学元件42H发出的光信号经过布线层5并被导向表面5A，且经布线层5从一端入射到光波导构件43上。在混合模块40中，这样导入到光波导构件43中的光信号从另一端入射到布线层5上且被引导。在混合模块40中，入射在布线层5上的光信号被第一光学元件42D的光输入/输出12接收。
如上所述，光信号在混合模块40本身内被传输。因此，传输期间光损失小。数据信号等可以在第一和第二块区44和45之间有效，快速且以更大容量地传送。因为混合模块40具有其中电信号处理部件和光信号处理部件设置在一起且以最短距离彼此连接的结构，所以布线结构被缩短且因此寄生电容也被减小。
图17是根据本发明的混合电路装置的第二实施例的剖视图。混合电路装置一般地由附图标记50表示。如图所示，混合电路装置50包括前述混合模块40和其它电子部件19。布线层5的最上层5A布置作为安装表面，混合模块40和其它电子部件19安装在混合电路装置50的基体衬底51上。在混合电路装置50中，基体衬底51由多层布线板形成，该多层布线板与前述混合电路装置2的多层布线板20类似地利用普通多层布线板技术制造。因此，混合电路装置50的与混合电路装置2中的元件相同的元件将用与在混合电路装置2的图示和描述中已经使用的附图标记相同的附图标记表示且将不再描述。
对混合电路装置50将不作详细描述。在混合电路装置50中，混合模块40被安装在基体衬底51上，连接焊盘18连接到形成在基体衬底51的主面上的布线图案的对应的连接盘。在混合电路装置50的基体衬底51中，形成有与混合模块40的第一和第二块区44和45对应的适当电路。另外，在混合电路装置50中，基体衬底51向混合模块40提供高稳定电源且用作地和散热器。混合电路装置50将通过形成在基体衬底51的第二主面上的电极焊盘安装在安装板(未示出)上。
在混合电路装置50中，形成在基体衬底51的主面上的绝缘保护层52覆盖并保护混合模块40的布线层5与连接焊盘18之间的连接。在混合电路装置50中，绝缘保护层52覆盖，固定且保持安装在混合模块40的布线层5上的光波导构件52。应注意，尽管在前述混合模块2中，绝缘保护层22由导光绝缘树脂形成，因为它具有将光学元件4D和光波导构件21彼此光学连接的作用，但绝缘保护层52由例如含有填料的绝缘树脂形成，因为它不具有这样的功能。
如上构造的混合电路装置50具有安装在基体衬底51上的小且薄的混合模块40，混合模块40设计得小、薄，能够高密度封装以用于多功能和高功能性且可以精确并稳定地运行。混合电路装置50在可靠性方面得到改进，因为防止了混合模块40由于热等而变形且防止了其与基体衬底51的连接断开或破裂。在混合电路装置50中，具有足够面积的电源和地图案设置在基体衬底51中从而向混合模块40提供高稳定电源。
混合电路装置50能高速且以更大容量运行，因为它具有安装在其上的混合模块40，混合模块40通过其中包括的光信号传输系统能够高速且以更大容量地处理数据信号等。混合电路装置50是高度通用的，因为基体衬底51相当于电子装置中使用的普通布线板。
前面已经关于作为其实施例的混合模块和混合电路板示出和描述了本发明，所述混合模块和混合电路板具有安装在其硅衬底上的光学元件且因此能够实现电信号处理从而传输电控制信号和数据信号并提供电源，且能够实现光信号处理从而传输光控制信号和数据信号。然而，本发明不限于这些实施例，而是当然可应用于例如仅能够实现电信号处理的混合模块和混合电路装置。
本领域技术人员应理解，在不脱离本发明的权利要求或其等价物的范围的情况下，可根据设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和变型。
本发明含有与2005年2月28日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-054842相关的内容，在此引用其全部内容作为参考。
权利要求
1.一种混合模块，包括硅衬底，其具有形成在其中的多个部件安装凹陷，所述多个部件安装凹陷向所述硅衬底的主面之一开口；多个部件，其分别嵌入在所述部件安装凹陷中且埋设在所述硅衬底中，所述多个部件的输入/输出形成面通过所述部件安装凹陷的开口暴露于外，除了至少其输入/输出形成面之外所述多个部件的周边被形成在所述部件安装凹陷中的粘合层固定；以及布线层，其形成在所述硅衬底的所述主面上从而覆盖所述部件，且其具有设置在包括在所述布线层中的绝缘树脂层上的布线图案，且其被连接到设置在所述部件的每个的所述输入/输出形成面上的输入/输出。
2.如权利要求1所述的混合模块，其中所述部件在特性上彼此不同。
3.如权利要求2所述的混合模块，其中所述部件安装凹陷中的预定的一个具有形成在其内壁之上的绝缘层，所述预定部件安装凹陷中将埋设是电部件的部件，所述绝缘层提供所述硅衬底与部件之间的电绝缘。
4.如权利要求3所述的混合模块，其中是电部件且除了其所述输入/输出形成面以外在其周边上还具有电连接的所述部件埋设在导电绝缘树脂层中且被其固定，所述导电绝缘树脂层填充且固化在所述预定部件安装凹陷中，所述预定部件安装凹陷具有在所述绝缘层上延伸且经由所述开口边缘延伸到所述硅衬底的所述主面之上的导电层。
5.如权利要求2所述的混合模块，其中所述预定部件安装凹陷具有形成在其内壁之上的绝缘层，所述绝缘层提供所述硅衬底与部件之间的电绝缘，且还具有形成在所述绝缘层上的导电层，所述导电层经由所述开口边缘延伸到所述硅衬底的所述主面之上，且所述导电层连接到形成在所述布线层上的散热图案。
6.如权利要求2所述的混合模块，其中所述部件中的至少一个是光学元件，包括发光元件和光接收元件。
7.如权利要求6所述的混合模块，其中光传输通道与所述光学元件的输入/输出端相对地形成在所述硅衬底的所述主面上或者在所述布线层中及在所述布线层的所述主面上。
8.如权利要求7所述的混合模块，其中所述光传输通道由透光聚合材料形成。
9.如权利要求8所述的混合模块，其中所述光传输通道是将入射在其一端上的光信号以密封状态传输到另一端的光波导，所述端中的一个布置得与所述光学元件相对。
10.如权利要求6所述的混合模块，其中所述布线层的所述绝缘层由透光绝缘树脂形成从而提供所述光学元件的光传输通道。
11.如权利要求1所述的混合模块，其中所述布线层包括通过构图铜镀层形成在所述绝缘层上的铜布线图案、以及用于将所述铜布线图案与每个部件的输入/输出彼此连接的通孔和多个外部连接焊盘。
12.一种制造混合模块的方法，包括步骤在硅衬底中形成向所述硅衬底的主面之一开口的多个部件安装凹陷；以埋设状态将部件分别安装到所述部件安装凹陷中；以及在所述硅衬底的所述主面上形成布线层从而覆盖所述部件，所述部件安装步骤还包括步骤将预定量的半硬化粘合树脂填充到所述部件安装凹陷的每个中；将所述多个部件嵌入相应的部件安装凹陷中，所述多个部件的各个输入/输出形成面通过所述部件安装凹陷的开口暴露于外；按压并保持所述部件，使得它们的输入/输出形成面布置得彼此基本齐平；以及通过按压保持所述部件时固化所述粘合树脂从而在所述部件安装凹陷中形成粘合树脂层来固定所述部件中的每个且用所述粘合树脂层固定所述部件来在所述硅衬底中埋设所述部件，所述布线层形成步骤还包括步骤在所述硅衬底的所述主面以及所述部件的所述输入/输出形成面上形成绝缘层，所述部件的所述输入/输出形成面布置得与所述主面基本齐平；以及在所述绝缘层上形成用于连接到形成在每个部件的所述输入/输出形成面上的输入/输出的布线图案。
13.如权利要求12所述的方法，其中在所述部件安装步骤中，特性彼此不同的所述部件被安装为分别埋设在所述部件安装凹陷中。
14.如权利要求13所述的方法，其中在所述部件安装步骤的粘合树脂填充步骤之前，提供所述硅衬底与部件之间的电绝缘的绝缘层形成在所述部件安装凹陷中的预定部件安装凹陷的内壁上，所述预定部件安装凹陷中将埋设是电部件的部件。
15.如权利要求14所述的方法，其中在所述部件安装步骤的所述绝缘层形成步骤之后且所述粘合树脂填充步骤之前，经所述开口边缘延伸到所述硅衬底的所述主面之上的导电层形成在所述部件安装凹陷中的预定部件安装凹陷中所述绝缘层上，在所述预定部件安装凹陷中，部件是电部件且除了所述输入/输出形成面以外还在其周边上具有电连接，且将在所述粘合树脂填充步骤中被填充到所述部件安装凹陷中的所述半硬化粘合树脂是导电粘合树脂。
16.如权利要求13所述的方法，其中在所述部件安装步骤中，作为所述部件中的至少一个，光学元件被安装为埋设在所述部件安装凹陷中，所述光学元件包括发光元件和光接收元件。
17.如权利要求16所述的方法，其中在所述布线层形成步骤之前或期间及之后，光传输通道与所述光学元件的所述输入/输出形成面相对地形成在所述硅衬底的所述主面上或者在所述布线层中以及在所述布线层的所述主面上。
18.如权利要求17所述的方法，其中在所述光传输通道形成步骤中，所述光传输通道由透光聚合材料形成。
19.如权利要求16所述的方法，其中在所述布线层形成步骤的绝缘层形成步骤中，所述绝缘层由形成所述光学元件的光传输通道的透光绝缘树脂形成。
20.如权利要求13所述的方法，其中在所述布线层形成步骤的布线图案形成步骤中，所述绝缘层被镀铜从而形成铜布线图案，且形成通孔和多个外部连接焊盘用于将所述铜布线图案与每个部件的输入/输出彼此连接。
21.一种混合电路装置，包括基体衬底，其具有形成在其绝缘衬底上的基体布线层，所述基体布线层由绝缘层和单层或多层布线图案形成；以及混合模块，其安装在所述基体衬底的所述基体布线层上，所述混合模块包括硅衬底，其具有形成于其中的多个部件安装凹陷，所述部件安装凹陷向所述硅衬底的主面之一开口；多个部件，其嵌入在所述部件安装凹陷中，除了至少所述输入/输出形成面以外在其周边用粘合树脂层固定，且因此被安装为埋设在所述硅衬底中，所述多个部件的其上形成有输入/输出的各个面通过所述部件安装凹陷的开口暴露于外，所述粘合树脂层通过固化填充在所述部件安装凹陷内的粘合树脂而形成；以及布线层，其包括形成在所述硅衬底的所述主面上从而覆盖所述部件安装凹陷的绝缘树脂层以及将被连接到所述部件的每个的所述输入/输出的布线图案，所述混合模块通过形成在所述布线层的最上层上的外部连接焊盘安装在所述基体衬底的所述基体布线层上，所述布线层形成在所述硅衬底的所述主面以及所述部件的所述输入/输出形成面上，所述主面与所述输入/输出形成面彼此基本齐平。
22.如权利要求21所述的混合电路装置，其中所述混合模块与其它表面安装部件一起被表面安装在所述基体衬底的所述基体布线层上。
23.如权利要求21所述的混合电路装置，其中所述部件在特性方面彼此不同。
24.如权利要求23所述的混合电路装置，其中在所述混合模块中，所述部件中的至少一个是光学元件，包括发光元件和光接收元件。
25.如权利要求24所述的混合电路装置，其中光传输通道在所述基体衬底的所述布线层中形成得与所述光学元件的输入/输出相对。
全文摘要
部件能够以改进的精度和效率安装，从而实现其中部件以高密度安装的薄混合模块。本发明提供一种混合模块，包括硅衬底，其具有形成在其中的向所述硅衬底的主面之一开口的多个部件安装凹陷；多个部件，其分别嵌入在所述部件安装凹陷中且埋设在所述硅衬底中，所述多个部件的输入/输出形成面通过所述部件安装凹陷的开口暴露于外，除了至少其输入/输出形成面以外所述多个部件的周边通过形成在所述部件安装凹陷内的粘合层被固定；以及布线层，其形成所述硅衬底的所述主面上从而覆盖所述部件，且其具有设置在包括在所述布线层中的绝缘树脂层上的布线图案，且其被连接到设置在所述部件的每个的所述输入/输出形成面上的输入/输出。
文档编号H01L21/50GK1828891SQ200610051478
公开日2006年9月6日 申请日期2006年2月28日 优先权日2005年2月28日
发明者小川刚, 中山浩和 申请人:索尼株式会社