具有光学互连结构的半导体封装的制作方法

本申请主张2014年11月17日于韩国知识产权局申请的韩国专利申请案第10-2014-0160277号的优先权，所述韩国专利申请案是以其整体被纳入在此作为参考。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体封装，并且更具体地，涉及具有光学互连结构的半导体封装、包含其的存储卡和包含其的电子系统。

背景技术：

能够处理大量数据的半导体封装在诸如移动系统的较小电子系统的发展中不断增加需求。响应于这样的需求，增加使用在电子系统中的半导体装置的整合密度可能是必要的。然而，在增加半导体装置的整合密度上可能存在一些限制。最近，已经提出了包括取代平面晶体管的垂直晶体管的三维半导体装置，以增加半导体装置的整合密度。然而，在发展三维半导体装置上可能有大量的技术困难。

已经提出了包括多个堆叠半导体装置(也称为半导体芯片或半导体晶粒)的堆叠封装来处理大量数据。每个堆叠封装可以通过在单个封装基板上堆叠多个半导体芯片和通过囊封所堆叠的半导体芯片来制造。换言之，高容量半导体封装可以堆叠封装形式来制造。在这样的情况下，按堆叠半导体芯片的数量的比例，用于驱动半导体芯片的信号路径(即，信号线)的数量可以增加。同样地，可能有必要减小设置在所述封装基板上和内的金属互联线(对应于信号路径)的线宽和间距，以实现高容量堆叠封装。

技术实现要素：

根据一实施例，一种半导体封装包括半导体芯片，设置在中介层的顶表面上。所述半导体封装也包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在所述中介层的顶 表面和底表面上。所述半导体封装也包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制。进一步，所述半导体封装包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且由所述第二驱动器芯片控制。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器通过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

其中所述第一光信号和所述第二光信号具有1200纳米至15000纳米的波长。

其中所述第一光信号和所述第二光信号经由穿透所述中介层的通孔而发送。

其中所述半导体芯片包括内存芯片、中央处理单元(CPU)芯片、系统大规模集成(LSI)芯片或现场可编程门阵列(FPGA)芯片。

其中所述第一光学发送器包括激光装置，并且所述第一光学接收器包括光侦测器。

其中，所述第一驱动器芯片控制所述激光装置，使得所述激光装置将自所述半导体芯片输出的电信号转换成所述光信号中的一个；或

其中，所述第一驱动器芯片控制所述光侦测器以将所述光信号中的另一个转换成电信号，并且将所述电信号发送至所述半导体芯片。

所述半导体封装进一步包括：

第一导电互连线，其用于将所述半导体芯片电耦接到所述第一驱动器芯片；

信号端子，其设置在所述中介层的底表面上；以及

第二导电互连线，其用于将所述第二驱动器芯片电耦接到所述信号端子。

所述半导体封装进一步包括：

穿透所述中介层的第一贯孔；以及

第三导电互连线，其设置在所述中介层的顶表面上，以将所述第一贯孔的一端电耦接到所述第一驱动器芯片。

所述半导体封装进一步包括：

电源供应端子，其设置在所述中介层的底表面上并且电耦接到所述第一贯孔的另一端。

所述半导体封装进一步包括：

第四导电互连线，其设置在所述中介层的底表面上以将所述电源供应端子电耦接到所述第二驱动器芯片。

所述半导体封装进一步包括：

另一信号端子，其设置在所述中介层的底表面上并且电耦接到所述第一贯孔的另一端。

所述半导体封装进一步包括：

穿透所述中介层的第二贯孔；以及

第五导电互连线，其设置在所述中介层的顶表面上，以将所述第二贯孔的一端电耦接到所述半导体芯片。

根据一实施例，一种半导体封装包括中介层、第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在所述中介层的顶表面和底表面上；第一半导体芯片，设置在所述中介层的顶表面上且电耦接到所述第一驱动器芯片；第二半导体芯片，设置在所述中介层的底表面上且电耦接到所述第二驱动器芯片；第一导电互连线，用于将所述第一半导体芯片电耦接到所述第一驱动器芯片；第三导电互连线，用于将所述第二半导体芯片电耦接到第二驱动器芯片；第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制；第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且由所述第二驱动器芯片控制；信号端子，设置在所述中介层的底表面上；以及第二导电互连线，用于将所述第二驱动器芯片电耦接至所述信号端子。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器通过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，一种半导体封装包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在所述中介层的顶表面和底表面上。所述半导体封装也可以包括第一半导体芯片，设置在所述中介层的顶表面上且电耦接到所述第一驱动器芯片。所述半导体封装也可以包括第二半导体芯片，设置在所述中介层的顶表面上且与所述第一半导体芯片隔开。所述半导体封装也可以包括第一导电互连线，用于将所述第一半导体芯片电耦接到所述第一驱动器芯片。进一步，所述半导体封装可以包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制。所述半导体封装也可以包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且由所述第二驱动器芯片控制。所述半导体封装可以包括信号端子，设置在所述中介层的底表面上。所述半导体封装可以包括第二导电互连线，用于所述第二驱动器芯片电耦接至所述信号端子中的一个。进一步，所述半导体封装可以包括第三 贯孔，穿过所述中介层且将所述第二半导体芯片电耦接到所述信号端子中的另一个信号端子。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器通过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，一种半导体封装包括设置在基板的顶表面上的第一收发器。所述半导体封装也包括设置在所述基板的底表面上的第二收发器。所述第一和第二收发器通过穿透所述基板的光信号来彼此进行光学通信。

根据一实施例，存储器包括封装。所述封装包括配置在中介层的顶表面上的半导体芯片。所述封装也包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在所述中介层的顶表面和底表面上。所述封装也包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制。进一步，所述封装包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且由所述第二驱动器芯片控制。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器通过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，存储器包括封装。所述封装包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在所述中介层的顶表面和底表面上。所述封装也包括设置在所述中介层的顶表面上且电耦接到所述第一驱动器芯片的第一半导体芯片。所述封装也包括设置在所述中介层的底表面上且电耦接到所述第二驱动器芯片的第二半导体芯片。所述封装也包括用于将所述第一半导体芯片电耦接到所述第一驱动器芯片的第一导电互连线。所述封装也包括用于将所述第二半导体芯片电耦接到所述第二驱动器芯片的第三导电互连线。所述封装也包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制。所述封装也包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且由所述第二驱动器芯片控制。所述封装也包括设置在所述中介层的底表面上的信号端子。进一步，所述封装也包括第二导电互连线用于将所述第二驱动器芯片电耦接到所述信号端子。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器通过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，存储器包括封装。所述封装包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在所述中介层的顶表面和底表面上。所述封装也包括设置在所述中介层的顶表面上且电耦接到所述第一驱动器芯片的第一半导体芯片。所述封装也包括设置 在所述中介层的顶表面上且与所述第一半导体芯片隔开的第二半导体芯片。所述封装也包括用于将所述第一半导体芯片电耦接到所述第一驱动器芯片的第一导电互连线。此外，所述封装也包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制。所述封装也包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面且由所述第二驱动器芯片控制。所述封装也包括设置在所述中介层的底表面上的信号端子。所述封装也包括第二导电互连线，用于将所述第二驱动器芯片电耦接至所述信号端子中的一个。所述封装也包括贯孔，穿透所述中介层且将所述第二半导体芯片电耦接到所述信号端子中的另一个信号端子。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器通过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，存储器包括封装。所述封装分别包括设置在顶表面上的第一收发器和设置在基板的底表面上的第二收发器。所述第一和第二收发器透过穿透所述基板的光信号来彼此进行光学通信。

根据一实施例，一种电子系统包括封装。所述封装包括配置在中介层的顶表面上的半导体芯片。所述封装也包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在所述中介层的顶表面和底表面上。所述封装也包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且通过所述第一驱动器芯片所控制。所述封装也包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且通过所述第二驱动器芯片所控制。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器透过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，一种电子系统包括封装。所述封装包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，其分别设置在所述中介层的顶表面和底表面上。所述封装也包括设置在所述中介层的顶表面上并且电耦接到所述第一驱动器芯片的第一半导体芯片。所述封装也包括设置在所述中介层的底表面上并且电耦接到所述第二驱动器芯片的第二半导体芯片。所述封装也包括用于将所述第一半导体芯片电耦接到第一驱动器芯片的第一导电互连线。所述封装也包括用于将所述第二半导体芯片电耦接到所述第二驱动器芯片的第三导电互连线。所述封装也包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制。所述封装也包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且由所述第二驱动器 芯片控制。所述封装也包括设置在所述中介层的底表面上的信号端子。进一步，所述封装包括用于将所述第二驱动器芯片电耦接到所述信号端子的第二导电互连线。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器通过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，一种电子系统包括封装。所述封装包括第一驱动器芯片和第二驱动器芯片，分别设置在中介层的顶表面和底表面上。所述封装也包括设置在所述中介层的顶表面上且电耦接到所述第一驱动器芯片的第一半导体芯片。所述封装也包括设置在所述中介层的顶表面上且与所述第一半导体芯片隔开的第二半导体芯片。所述封装也包括用于将所述第一半导体芯片电耦接到所述第一驱动器芯片的第一导电互连线。所述封装也包括第一光学发送器和第一光学接收器，安装在所述第一驱动器芯片的表面上且由所述第一驱动器芯片控制。所述封装也包括第二光学发送器和第二光学接收器，安装在所述第二驱动器芯片的表面上且由所述第二驱动器芯片控制。所述封装也包括设置在所述中介层的底表面上的信号端子。所述封装也包括第二导电互连线，用于将所述第二驱动器芯片电耦接至所述信号端子中的一个。所述封装也包括贯孔，穿透所述中介层以将所述第二半导体芯片电耦接到所述信号端子中的另一个信号端子。所述第二光学发送器和所述第二光学接收器与所述第一光学发送器和所述第一光学接收器透过穿透所述中介层的光信号来进行光学通信。

根据一实施例，一种电子系统包括封装。所述封装包括一基板。所述封装也包括设置在所述基板的顶表面上的第一收发器。所述封装也包括设置在所述基板的底表面上的第二收发器。所述第一和第二收发器通过穿透所述基板的光信号来彼此进行光学通信。

附图说明

图1是示出根据一实施例的半导体封装的横截面图；

图2是示出根据一实施例的半导体封装的横截面图；

图3是示出包括在根据一实施例的半导体封装中的电-光-电收发器的方框图；

图4是示出包括在根据一实施例的半导体封装中的半导体芯片和驱动器芯片的间的电连接的一平面图；

图5是示出包括在根据一实施例的半导体封装中的半导体芯片和中介层之间的电 连接的横截面图；

图6是示出包括在根据一实施例的半导体封装中的驱动器芯片和中介层之间的电连接的横截面图；

图7是示出根据另一实施例的半导体封装的横截面图。

图8是示出根据再一实施例的半导体封装的横截面图；

图9是示出根据又一实施例的半导体封装的横截面图。

图10是示出根据一实施例的半导体封装的横截面图；

图11是示出采用包括根据一些实施例的至少一个半导体封装的存储卡的电子系统的方框图；以及

图12是示出包含根据一些实施例的至少一个半导体封装的另一电子系统的方框图。

具体实施方式

应当理解的是，虽然用语第一、第二、第三等可以用于此处以描述各种组件，但是这些组件不应该受这些用语所限制。这些用语仅用于具体实施方式内区分一个组件与另一个组件。因此，在一些实施例中的第一组件可以被称为在其它实施例中的第二组件，而不脱离本发明概念的教导。此外，各种实施例指向具有光学互连结构的半导体封装、包括其的存储卡和包括其的电子系统。

还应当理解的是，当一个组件被称为在另一组件“上”、“之上”、“下”、或“之下”时，它能够分别直接地在另一组件“上”、“之上”、“下“，”之下“、”中“或”内部“。在替代方案中，中间组件也可以存在。因此，在此使用的诸如“上”、“之上”、“下“，“之下“、”中“或”内部“的用语仅用于描述具体实施例的目的并且不意旨在限制本发明的概念。

应进一步理解的是，当组件被称为“连接”或“耦接”到另一组件时，它可以直接连接或电耦接至另一组件，或者中间组件可以存在。相反地，当组件被称为被“直接连接”或“直接电耦接”至另一组件时，则不存在中间组件。用于描述组件或层之间的关系的其它词语应该以相同或类似的方式解释。半导体芯片可以通过使用晶粒锯切工艺来将诸如晶圆的半导体基板分离成多块来获得。

如果多个半导体芯片(即，诸如一半导体晶粒)堆叠在封装基板上以形成一半导 体封装，诸如直通硅晶穿孔(TSV)的直通电极(或贯孔)可以穿透半导体芯片以电耦接到半导体芯片。半导体芯片可以对应于内存芯片或逻辑芯片。内存芯片可以包括整合于半导体基板上及/或中的动态随机存取内存(DRAM)电路、静态随机存取内存(SRAM)电路、快闪电路、磁性随机存取内存(MRAM)电路、电阻性随机存取内存(ReRAM)电路、铁电随机存取内存(FeRAM)电路或相变随机存取内存(PcRAM)电路。逻辑芯片可以包括整合在半导体基板上及/或中的逻辑电路。

根据以下实施例的任何一种半导体封装可以是系统级封装(SIP)，其包括它们功能彼此不同的多个半导体芯片。所述多个半导体芯片可以被安装在中介层上。此外，中介层可以电耦接至封装基板。在已知为2.5维的SIP半导体封装中，多个半导体芯片可以被安装在硅中介层上，并且所述多个半导体芯片可以透过配置在硅中介层上的多个导电互连线而彼此电耦接。

硅中介层可以用半导体工艺来制造。更具体地，硅中介层可以将半导体工艺施加在硅晶圆来制造。因此，设置在硅中介层上的导电互连线可以形成以具有等于或小于次微米的微细线宽。另外，诸如TSV的贯孔可以穿透硅中介层以将设置在硅中介层的顶表面上的前侧互连线电耦接到设置在硅中介层的底表面上的背侧互连线。硅中介层可制造成包括具有与用作一般封装基板的印刷电路板(PCB)相比的微细宽度的互连线。然而，随着半导体芯片的设计方案和工艺技术开发，设置在中介层上的互连线(例如，金属互连线)的数量一直在增加。因此，可能难以仅使用用于电耦接互连线的技术以实现所希望的信号完整性。

根据以下的实施例，一种光学互连结构可以将设置在硅中介层的顶表面上的上半导体芯片光学地连接到设置在硅中介层的底表面上的下半导体芯片，因此提供半导体封装，其中信号被光学地发送及/或接收。结果，在半导体封装中的信号传输速度可以改善，以提供高性能封装。此外，因为半导体封装的半导体芯片彼此光学通信，所以用于传输电信号的互连线的数量可以减少。

参考图1，示出根据一实施例的半导体封装10的横截面图。

在图1中，半导体封装10可以包括设置在基板100的顶表面101上的第一收发器201和设置在基板100的底表面103上的第二收发器203。基板100可以是硅中介层。每个第一和第二收发器201和203可以是光子装置，其将电信号转换成光信号以传输所述光信号。第一和第二收发器201和203也接收包括光信号的信号，以将光信号转换成电信号。

每个第一和第二收发器201和203可以包括光学发送器、光学接收器和驱动器。光学发送器可以包括光产生组件，例如，发光二极管(LED)、激光二极管、垂直腔面射型激光器(VCSEL)、法布里-伯罗(FP)激光器或分散反馈(DFB)激光器。光学接收器可以包括接收光以产生电流的光侦测器。例如，所述光学接收器可以包括光二极管或雪崩光二极管。所述驱动器可以驱动光学发送器和光学接收器。光学发送器、光学接收器和驱动器可以整合在单一芯片中。

在各种实施例中，每个第一和第二收发器201和203可以多芯片形式来配置。更具体地，光学发送器和光学接收器可以安装在驱动器芯片上，驱动器芯片驱动所述光学发送器和光学接收器。

第一和第二收发器201和203可以分别设置在基板100的一部分的两个表面上，以彼此面对。例如，第一和第二收发器201和203可以被设置成与其间的基板100的一部分重叠。因此，第一和第二收发器201和203可以不用任何诸如光纤的其他光导的帮助来直接地和光学地彼此通信。从第一收发器201产生的第一光信号211可以朝向基板100的顶表面101行进。第一光信号211可以穿透基板100，以到达面向基板100的底表面103的第二收发器203。

从第二收发器203产生的第二光信号213可以朝向基板100的底表面103行进。进一步，所述第二光信号213可以穿透基板100以到达面向基板100的顶表面101的第一收发器201。如此，第一和第二收发器201和203可以被设置在基板100上以直接执行彼此光学通信，即使不使用任何光导或光路。结果，光学连接结构可以是相当简单的。此外，光信号的行进长度可以减小以提高光学通信的速度。连接部件310可以附接到基板100的底表面103。连接部件310中的一者可以作为电源供应端子来作用，以供给电源供应电压到第一和第二收发器201和203。进一步，连接部件310中的另外一个可以作为信号端子来作用，以将从所述第一或第二收发器201或203产生的电信号输出到外部装置并且用于接收外部电信号和发送外部电信号至第一或第二收发器201或203。连接部件310可以是凸块，例如，C4凸块。设置在基板100的底表面103上的第二收发器203可以接收电源供应电压，或者可以通过第一电路径303接收和输出数据信号。第一电路径303可以包括第二连接部件310中的任何一个以及设置在基板100的底表面103上的导电互连线。

设置在基板100的顶表面101上的第一收发器201可以通过第二电路径301电耦接 到第二连接部件310中的一个。第二电路径301可以包括基本上穿透所述基板100的诸如TSV的贯孔190和设置在基板100的顶表面101上的导电互连线。第一收发器201可以通过第二电路径301接收电源供应电压。虽然在图1中未示出，但是其它半导体芯片可以被相应地安装在基板100的顶表面101和底表面103上。设置在基板100的顶表面101上的半导体芯片可以电耦接到第一收发器201。另外，设置在基板100的底表面103上的半导体芯片可以电耦接到第二收发器203。因此，半导体芯片可以通过第一或第二收发器201或203来接收或输出电信号。

从半导体芯片产生的信号可使用所述第一和第二收发器201和203之间的光学通信而发送到连接部件310。另外，外部信号可以使用第一和第二收发器201和203之间的光学通信而发送到半导体芯片。结果，半导体封装10可以不用任何附加的互连线及/或任何额外的贯孔来操作。因此，电连接结构可以没有任何复杂性地实现在基板100上。

参考图2，示出根据一实施例的半导体封装20的横截面图。参照图3，显示包括在根据一实施例的半导体封装中的电-光-电收发器的方框图。进一步，参考图4，显示包括在根据一实施例的半导体封装中的半导体芯片和驱动器芯片之间的电连接的一平面图。参照图5，显示包括在根据一实施例的半导体封装中的半导体芯片和中介层之间的电连接的横截面图。参照图6，显示包括在根据一实施例的半导体封装中的驱动器芯片和中介层之间的电连接的横截面图。

再次参考图2，半导体封装20可以包括设置在中介层2100的顶表面2101上的第一收发器2201和设置在中介层2100的底表面2103上的第二收发器2203。中介层2100可以是由硅晶圆形成的硅中介层。每个第一和第二收发器2201和2203可以是光子装置，以将电信号转换成光信号而传输光信号。第一和第二收发器2201和2203也接收光信号2211或2213，以将光信号2211或2213转换成电信号。

第一驱动器芯片2221可以设置在中介层2100的顶表面2101上。此外，第二驱动器芯片2223可以设置在所述中介层2100的底表面2103上。第一和第二驱动器芯片2221和2223可以利用诸如凸块(例如，微凸块)的第一连接部件2320而附接到中介层2100。第一和第二驱动器芯片2221和2223可以分别设置在中介层2100的一部分的两个表面上以彼此面对。例如，第一和第二驱动器芯片2221和2223可以被设置以与其间的中介层2100的一部分重叠。第一驱动器芯片2221的底表面2222可以面对中介层2100的顶表 面2101。此外，第二驱动器芯片2223的底表面2224可以面对中介层2100的底表面2103。

第一光学发送器2231和第一光学接收器2251可以被设置在第一驱动器芯片2221的底表面2222上且可以通过第一驱动器芯片2221被控制。第一光学发送器2231可以包括光产生组件，例如，发光二极管(LED)、激光二极管、垂直腔面射型激光器(VCSEL)、法布里-伯罗(FP)激光器或分散反馈(DFB)激光器。第一光学发送器2231可以电耦接到第一驱动器芯片2221。第一光学接收器2251可以包括接收光的光侦测器以产生电流。例如，第一光学接收器2251可以包括光二极管或雪崩光二极管。第一光学接收器2251也可以被电耦接到第一驱动器芯片2221。

第二光学发送器2233和第二光学接收器2253可以设置在第二驱动器芯片2223的底表面2224上且可以通过第二驱动器芯片2223被控制。第一光学发送器2231、第一光学接收器2251和第一驱动器芯片2221可以构成第一收发器2201。第二光学发送器2233、第二光学接收器2253和第二驱动器芯片2223可以构成第二收发器2203。第二光学发送器2233可以具有与第一光学发送器2231基本上相同的配置。此外，第二光学接收器2253可以具有与第一光学接收器2251基本上相同的配置。

第二光学接收器2253可以设置成与所述第一光学发送器2231垂直对准，使得从所述第一光学发送器2231产生的第一光信号2211穿过中介层2100以直接朝向第二光学接收器2253行进。第二光学发送器2233可以设置成与第一光学接收器2251垂直对准，使得从所述第二光学发送器2233产生的第二光信号2213穿过中介层2100以直接朝向第一光学接收器2251行进。更具体地，第一光学发送器2231和第二光学接收器2253可以设置成彼此面对。此外，第二光学发送器2233和第一光学接收器2251可以设置成彼此面对。因此，光信号2211和2213的行进长度可以被最小化，以防止光信号2211和2213的光强度因为光信号2211和2213的散射而下降。光信号2211和2213直接穿透中介层2100以到达光学接收器2253和2251，如上所述。特别是，即使没有任何其他光导的帮助，例如光纤，第一和第二收发器2201和2203可以彼此直接地和光学地通信。

半导体芯片2400可以配置在中介层2100的顶表面2101上以与第一驱动器芯片2221隔开。半导体芯片2400可以是诸如动态随机存取内存(DRAM)装置或NAND型闪存装置的内存芯片。在替代方案中，半导体芯片2400可以是非内存芯片，例如，中央处理单元(CPU)芯片、系统大规模集成电路(LSI)芯片或现场可编程门阵列(FPGA)芯片。虽然图2示出半导体芯片2400是单半导体芯片的例子，但是本发明不限于此。 在各种实施例中，代替半导体芯片2400的多个半导体芯片可以设置在中介层2100上。在这种情况下，所述多个半导体芯片可以具有相同的功能或不同的功能。所述多个半导体芯片可以被堆叠在中介层2100上，并且可以经由TSV彼此组合。所述多个半导体芯片可以透过设置在中介层2100上及/或中的导电互连线而电耦接。

半导体芯片2400可以使用诸如凸块(例如，微凸块)的第四连接部件2321而与中介层2100组合。半导体芯片2400可以电耦接到第一驱动器芯片2221。另外，第一驱动器芯片2221可以接收来自半导体芯片2400的电信号以控制第一光学发送器2231，使得第一光学发送器2231产生第一光信号2211。

第一光信号2211可以通过包括光侦测器的第二光学接收器2253所侦测。此外，第二驱动器芯片2223可以控制第二光学接收器2253，使得第二光学接收器2253将所侦测的第一光信号2211转换成电信号。第二驱动器芯片2223可以控制第二光学发送器2233，使得包括光产生组件的第二光学发送器2233产生第二光信号2213。第二光信号2213可以通过包括光侦测器的第一光学接收器2251所侦测。进一步，第一驱动器芯片2221可以控制第一光学接收器2251，使得第一光学接收器2251将所侦测的第二光信号2213转换成电信号。

半导体芯片2400和第一驱动器芯片2221可以通过设置在中介层2100上及/或中的第一导电互连线2174而彼此电通信，以将在半导体芯片2400下的第四连接部件2321电耦接到在第一驱动器芯片2221下的第一连接部件2320(参见图4)。第四连接部件2321可以是诸如微凸块的凸块。如果第一和第四连接部件2320和2321是凸块，每个第四连接部件2321可以具有与每个第一连接部件2320相同的尺寸和形状。每个第一导电互连线2174可以包括金属材料。

第二连接部件2310可以附接到中介层2100的底表面2103。第二连接部件2310可以包括提供电源供应电压的电源供应端子和提供数据信号的信号端子。第二连接部件2310可以是诸如C4凸块的凸块。设置在中介层2100的底表面2103上的第二驱动器芯片2223可以电耦接到第二连接部件2310中的任何一个。例如，设置为邻近中介层2100的底表面2103的第二导电互连线2175可以将第二驱动器芯片2223电耦接到第二连接部件2310中的一个。

设置在中介层2100的底表面2103上的第二驱动器芯片2223可以电耦接到第二连接部件2310中另一个。例如，设置为邻近中介层2100的底表面2103的第四导电互连线 2173可以将第二驱动器芯片2223电耦接到第二连接部件2310中另一个。如果电连接到第四导电互连线2173的第二连接部件2310作为电源供应端子来作用，所述第四导电互连线2173可以作为所述电源供应端子和所述第二驱动器芯片2223之间的电源供应路径来运作。在这种情况下，第二导电互连线2175和电耦接到第二导电互连线2175的第二连接部件2310可以作为电数据信号传输路径来运作。

将所述第一驱动器芯片2221电耦接到作为电源供应端子的第二连接部件2310的电路径可以包括设置成邻近中介层2100的第一顶表面2101的第三导电互连线2172和穿透中介层2100的贯孔2191。在这种情况下，第三导电互连线2172的端部可以电耦接到第一贯孔2191的端部。因此，电源供应电压可以经由包括第三导电互连线2172和第一贯孔2191的电路径而供应到第一驱动器芯片2221。在各种实施例中，如果第四导电互连线2173作为电数据信号传输路径来使用，第三导电互连线2172和第一贯孔2191可以作为电数据信号传输路径来运作。信号端子可以设置在中介层2100的底表面上且电耦接到第一贯孔2191的端部。

用于将半导体芯片2400电耦接至作为电源供应端子使用的第二连接部件2310的电路径可以包括设置成邻近中介层2100的顶表面2101的第五导电互连线2176和穿过中介层2100的第二贯孔2193。在这种情况下，第五导电互连线2176的端部可以电耦接到第二贯孔2193的端部。结果，电源供应电压可以通过包括第五导电互连线2176和第二贯孔2193的电路径而供应到半导体芯片2400。信号端子可以设置在中介层2100的底表面上且电耦接到第二贯孔2193的端部。

在各种实施例中，如果电耦接到所述第二贯孔2193的第二连接部件2310是作为电数据信号端子使用，电数据信号可通过包括第五导电互连线2176和第二贯孔2193的电路径而发送到半导体芯片2400或者从半导体芯片2400输出。如果第一和第二贯孔2191和2193被用于提供电源供应电压到设置在中介层2100的顶表面2101上的半导体芯片2400和第一驱动器芯片2221，额外的贯孔可以提供用于数据信号的发送。第一和第二贯孔2191和2193以及额外的贯孔可以构成多个贯孔2190。

再次参照图2和3，每个第一和第二收发器2201和2203可配置成包括光子装置，其将电信号转换成光信号以传输光信号。第一和第二接收器2201和2203还接收包括光信号的信号，以将光信号转换成电信号。光子装置可以是，例如，电-光-电(EOE)收发器400(见图3)。

所述EOE收发器400可包括串化器/解串器(SER/DES)411，其通过多个总线输入其中的信号以减少光路径的数量。串化器/解串器(SER/DES)411可以被包括在驱动器芯片410中。从串化器/解串器(SER/DES)411输出的电信号可以由驱动器413来控制，并且可以通过光源431和电光调制器(E/O MOD)433转换成光信号。光源431和电光调制器(E/O MOD)433可以构成包括在光学发送器430中的光学装置。λ多路复用器(λMUX)435和圆形偏振光(CPL)滤波器437可以被配置成邻接于光学发送器430的出口。进一步，从所述λ多路复用器(λMUX)435和圆形偏振光(CPL)滤波器437产生的光信号可以通过光学发送器430的出口输出。电光调制器(E/O MOD)433、光源431、λ多路复用器(λMUX)435和圆形偏振光(CPL)滤波器437可以构成光学发送器430。EOE收发器400可以进一步包括光学接收器450。光学接收器450可以是包括圆形偏振光(CPL)滤波器457、λ解复用器(λDE-MUX)455和光侦测器(PDS)453的光学装置。每个光侦测器(PD)453可以将光信号转换成电信号。所述λ多路复用器(λMUX)435的操作可以由控制器417控制。另外，控制器417可以包括在驱动器芯片410中。

放大由光侦测器(PDS)453侦测到的信号的转阻放大器(TIA)415和控制λ解复用器(λDE-MUX)455的操作的控制器419可以包括在驱动器芯片410中。示于图2的每个第一和第二驱动器芯片2221和2223可以对应于图3所示的驱动器芯片410。此外，驱动器芯片410可使用互补金属氧化物半导体(CMOS)电路来实现。示于图2的光学发送器2231或2223可以对应于图3所示的光学发送器430。此外，示于图2的光学接收器2251或2253可以对应于图3所示的光学接收器450。

再次参照图2和5，每个用于将半导体芯片2400电耦接到中介层2100的第四连接部件2321可以是具有第一高度H1和第一宽度W1的微凸块。附接到中介层2100的底表面2103的第二连接部件2320可以是C4凸块。在这种情况下，每个第二连接部件2320可具有比第一高度H1大的第二高度H2和比第一宽度W1大的第二宽度W2。

每个第四连接部件2321可附接到设置在中介层2100的顶表面2101上的第一焊盘2177。另外，每个第二连接部件2310可附接到设置在中介层2100的底表面2103上的第二焊盘2179。第二焊盘2179的宽度可以大于第一焊盘2177的宽度。另外，第二焊盘2179的间距也可以大于第一焊盘2177的间距。第一和第二焊盘2177和2179可对应于导电图案。中介层2100可以包括硅本体2110、设置在硅本体2110的顶表面上的第一介电层 2130以及设置在硅本体2110的底表面上的第二介电层2150。在这种情况下，中介层2100的顶表面2101可对应于与硅本体2110相对的第一介电层2130的顶表面。另外，中介层2100的底表面2103可对应于与硅本体2110相对的第二介电层2130的底表面。第一焊盘2177可以通过穿透第一介电层2130以具有导电孔形状的内部互连线2178、穿透硅本体2110的贯孔2190和穿过第二介电层2150以具有导电孔形状的内部互连线2178而电耦接至第二焊盘2179。此外，第二焊盘2179的宽度和间距大于第一焊盘2177的宽度和间距。

设置在第一介电层2130上的导电互连线2176和2172可以具有与设置在第二介电层2150上的其它导电互连线2173和2175的间距(或宽度)不同的间距(或宽度)。因此，半导体芯片2400可以使用诸如微凸块的第四连接部件2321附接到中介层2100。此外，第二连接部件2310可使用比所述第四连接部件2321更大的凸块来实现。由于中介层2100包括硅本体2110，中介层2100可以使用硅晶圆和半导体工艺技术来制造。因此，第一焊盘2177可以形成为具有微细图案。此外，半导体芯片2400可以使用作为第四连接部件2321的微凸块而电耦接到第一焊盘2177。

再次参见图2和6，互连结构2170可以被设置在分别堆叠在所述硅本体2110的顶表面和底表面上的第一和第二介电层2130及2150中。互连结构2170可以与穿透所述硅本体2110的贯孔(图5的2190)组合以提供电路径。此外，互连结构2170也可以与第一焊盘2177和第一导电互连线2174组合以提供电路径。中介层2100的一部分可以被定义为光穿透部分2105。另外，光穿透部分2105可以是透明材料，光信号2211和2213通过所述透明材料。例如，光穿透部分2105可以是玻璃材料。如果包含光穿透部分2105的中介层2100是硅材料，红外(IR)射线可以作为光信号2211和2213的光使用，以获得光信号2211和2213的相对高的穿透性。这是因为IR射线具有穿透中介层2100的硅本体2110的特性。在这种情况下，选择性地形成具有透明材料的光穿透部分2105可能是不必要的。在各种实施例中，中介层2100可以是玻璃中介层，其采用玻璃体替代硅本体2110。在这种情况下，可见光射线或紫外(UV)射线也可以作为光信号2211和2213的光使用，因为具有不同波长的各种射线可以穿透玻璃中介层。如果IR射线被用作为光信号2211和2213的光时，IR射线可具有约1200纳米至约15000纳米的波长。如果中介层2100是硅中介层，用作为光信号2211和2213的光的所述IR射线可以具有相对短的波长，以减少在硅中介层中的IR射线的传播损耗。例如，具有大约1310纳米、1383 纳米、1550纳米、1610纳米或1625纳米的波长的IR射线可以作为光信号的光使用。具有大约1310纳米、1383纳米、1550纳米、1610纳米或1625纳米的波长的IR射线也可以表现出低的传播损耗，即使在诸如光学通信中使用的光纤的介质中。

参考图7，示出了根据一实施例的半导体封装30的横截面图。

在图7中，半导体封装30可以包括设置在中介层3100的顶表面3101上的第一收发器3201和设置在中介层3100的底表面3103上的第二收发器3203。每个第一和第二收发器3201和3203可以是光子装置，将电信号转换成光信号以传输光信号以及接收光信号3211或3213以将光信号3211或3213转换成电信号。

第一驱动器芯片3221可以设置在中介层3100的顶表面3101上。此外，第二驱动器芯片3223可以设置在所述中介层3100的底表面3103上。第一和第二驱动器芯片3221和3223可以利用诸如凸块(例如，微凸块)的第一连接部件3320而附接到中介层3100。第一和第二驱动器芯片3221和3223可以分别设置在中介层3100的一部分的两表面上以彼此面对。例如，第一和第二驱动器芯片3221和3223可以被设置成与其间的中介层3100的一部分重叠。第一驱动器芯片3221的底表面可以面对中介层3100的顶表面3101。另外，第二驱动器芯片3223的底表面可以面对中介层3100的底表面3103。

第一光学发送器3231和第一光学接收器3251可以设置在第一驱动器芯片3221的底表面上，并且可以通过第一驱动器芯片3221控制。第二光学发送器3233和第二光学接收器3253可设置在第二驱动器芯片3223的底表面上，并且可以通过第二驱动器芯片3223控制。第一光学发送器3231、第一光学接收器3251和第一驱动器芯片3221可构成第一收发器3201。第二光学发送器3233、第二光学接收器3253和第二驱动器芯片3223可以构成第二收发器3203。第二光学接收器3253可设置成与所述第一光学发送器3231垂直对准，使得从第一光学发送器3231产生的第一光信号3211穿过中介层3100以直接朝向所述第二光学接收器3253行进。第二光学发送器3233可以设置成与所述第一光学接收器3251垂直对准，使得从第二光学发送器3233产生的第二光信号3213穿透中介层3100以直接朝向第一光学接收器3251行进。

通过第一导电互连线3174电耦接到第一驱动器芯片3221的第一半导体芯片3400可以设置在中介层3100的顶表面3101上。此外，通过第六导电互连线3271电耦接到第二驱动器芯片3223的第二半导体芯片3403可以设置在中介层3100的底表面3103上。第一和第二半导体芯片3400和3403可以与中介层3100组合并且使用诸如微凸块的第四 连接部件3321电耦接到中介层3100。第一半导体芯片3400可以经由设置在中介层3100的底表面3103上的第二连接部件3310中的一个(对应于电源供应端子)、穿透中介层3100的贯孔3190中的一个和设置在中介层3100顶表面3101上的第五导电互连线3176中的一个来接收电源供应电压。第二半导体芯片3403可以经由设置在中介层3100的底表面3103上的第二连接部件3310之中的电源供应端子和设置在中介层3100的底表面3103上的第七导电互连线3171中的一个来接收电源供应电压。第一和第二半导体芯片3400和3403通过由第一和第二收发器3201和3203所提供的光信号路径而彼此通信。

参考图8，示出了根据一实施例的半导体封装40的横截面图。

在图8中，半导体封装40可以包括设置在中介层4100的顶表面4101的第一收发器4201和设置在中介层4100的底表面4103的第二收发器4203。第一驱动器芯片4221可以设置在中介层4100的顶表面4101上。另外，第二驱动器芯片4223可以设置在中介层4100的底表面4103上。第一和第二驱动器芯片4221和4223可使用第一连接部件4320来附接到中介层4100。第一和第二驱动器芯片4221和4223可以分别设置在中介层4100的一部分的两表面上以彼此面对。例如，第一和第二驱动器芯片4221和4223可以被设置成与其间的中介层4100的一部分重叠。第一驱动器芯片4221的底表面可以面向中介层4100的顶表面4101。进一步，第二驱动器芯片4223的底表面可以面向中介层4100的底表面4103。

第一光学发送器4231和第一光学接收器4251可以被设置在第一驱动器芯片4221的底表面上，并且可以通过第一驱动器芯片4221控制。第二光学发送器4233和第二光学接收器4253可被设置在第二驱动器芯片4223的底表面上，并且可以通过第二驱动器芯片4223控制。第一光学发送器4231、第一光学接收器4251和第一驱动器芯片4221可构成第一收发器4201。第二光学发送器4233、第二光学接收器4253和第二驱动器芯片4223可以构成第二收发器4203。第二光学接收器4253可以被设置成与第一光学发送器4231垂直对准。另外，所述第二光学发送器4233可以被设置成与第一光学接收器4251垂直对准。

通过导电互连线电耦接到第一驱动器芯片4221的第一半导体芯片4400可以设置在中介层4100的顶表面4101上。第二半导体芯片4405可设置在中介层4100的顶表面4101上，以与第一半导体芯片4400隔开。第二半导体芯片4405可以通过穿透中介层4100的贯孔4190(例如，第三贯孔4195)和设置在中介层4100上的导电互连线而电耦 接至设置在中介层4100的底表面4103上的第二连接部件4310中的至少一个。电耦接到第二半导体芯片4405的第二连接部件4310可包括供给电源供应电压到第二半导体芯片4405的电源供应端子和传送输入/输出(I/O)数据的数据信号端子。在半导体封装40中的信号路径可以包括电路径和光路径，以改善半导体封装40的操作速度。此外，由于半导体封装40包括光路径，电路径的数量可能会减少。因此，在有限面积中设置于中介层4100上的芯片的数量可以增加以实现半导体封装的大容量。

参考图9，示出了根据一实施例的半导体封装50的横截面图。

在图9中，半导体封装50可以包括设置在中介层5100的顶表面5101上的第一收发器5201和设置在中介层5100的底表面5103上的第二收发器5203。第一驱动器芯片5221可以设置在中介层5100的顶表面5101上。此外，第二驱动器芯片5223可以设置在中介层5100的底表面5103上。第一和第二驱动器芯片5221和5223可使用第一连接部件5320而附接到中介层5100。第一和第二驱动器芯片5221和5223可以分别设置在中介层5100的一部分的两表面上以彼此面对。例如，第一和第二驱动器芯片5221和5223可以被设置成与其间的中介层5100的一部分重叠。第一驱动器芯片5221的底表面可以面向中介层5100的顶表面5101。此外，第二驱动器芯片5223的底表面可以面向中介层5100的底表面5103。

第一光学发送器5231和第一光学接收器5251可以被设置在第一驱动器芯片5221的底表面上，并且可以通过第一驱动器芯片5221控制。第二光学发送器5233和第二光学接收器5253可被设置在第二驱动器芯片5223的底表面上，并且可以通过第二驱动器芯片5223控制。第一光学发送器5231、第一光学接收器5251和第一驱动器芯片5221可构成第一收发器5201。第二光学发送器5233、第二光学接收器5253和第二驱动器芯片5223可以构成第二收发器5203。第二光学接收器5253可设置成与第一光学发送器5231垂直对准。此外，从第一光学发送器5231产生的第一光信号5211可经由垂直穿透中介层5100的第一通孔5151而传输到第二光学接收器5253。第一光学接收器5251可被设置成与第二光学发送器5233垂直对准。此外，从第二光学发送器5233生成的第二光学信号5213可经由垂直地穿透中介层5100的第二通孔5153而传输到第一光学接收器5251。

穿透中介层5100的通孔5151和5153可以作为光路径使用，光信号5211和5213行进通过所述光路径。在这种情况下，包括诸如透明部分的光穿透部分的中介层5100可能 是不必要的。通过导电互连线电耦接到第一驱动器芯片5221的半导体芯片5400可以设置在中介层5100的顶表面5101上。多个通孔5190可以设置成穿透中介层5100。另外，多个连接部件5310可以被设置在中介层5100的底表面5103上以作为电源供应端子和数据信号端子作用。

参考图10，示出了根据一实施例的半导体封装60的横截面图。

在图10中，半导体封装60可以包括设置在中介层6100的顶表面6101上的第一收发器6201和设置在中介层6100的底表面6103上的第二收发器6203。第一驱动器芯片6221可以设置在中介层6100的顶表面6101上。进一步，第二驱动器芯片6223可以设置在中介层6100的底表面6103上。第一和第二驱动器芯片6221和6223可使用第一连接部件6320而附接到中介层6100。第一和第二驱动器芯片6221和6223可以分别设置在中介层6100的一部分的两表面上以彼此面对。例如，第一和第二驱动器芯片6221和6223可以被设置成与其间的中介层6100的一部分重叠。第一驱动器芯片6221的底表面可以面向中介层6100的顶表面6101。此外，第二驱动器芯片6223的底表面可以面向中介层6100的底表面6103。

第一光学发送器6231和第一光学接收器6251可以被设置在第一驱动器芯片6221的底表面上，并且可以通过第一驱动器芯片6221控制。第二光学发送器6233和第二光学接收器6253可被设置在第二驱动器芯片6223的底表面上，并且可以通过第二驱动器芯片6223控制。第一光学发送器6231、第一光学接收器6251和第一驱动器芯片6221可构成第一收发器6201。第二光学发送器6233、第二光学接收器6253和第二驱动器芯片6223可以构成第二收发器6203。从所述第一光学发送器6231产生的第一光信号6211可以经由垂直地穿透中介层6100的第一通孔6151而传输到第二光学接收器6253。另外，从第二光学发送器6233产生的第二光信号6213可经由垂直穿透中介层6100的第二通孔6153而传输到第一光学接收器6251。通过导电互连线电耦接到第一驱动器芯片6221的半导体芯片6400可以设置在中介层6100的顶表面6101上。另外，多个通孔6190可以设置成穿透中介层6100。

中介层6100的底表面6103可以使用第二连接部件6310而与封装基板6900组合，其中每个第二连接部件具有第二宽度W2和第二高度H2。封装基板6900可以是印刷电路板(PCB)，并且可以包括具有比设置在中介层6100上的导电互连线的间距和线宽大的间距和线宽的导电互连线。第三连接部件6390可以附接到与中介层6100相对的封装 基板6900的底表面。每个第三连接部件6390可包括焊料球或凸块。每个第三连接部件6390可以具有比第二宽度W2和第二高度H2大的第三宽度W3和第三高度H3。

参考图11，描述了图示使用包括根据各种实施例的半导体封装中至少一者的存储卡7800的电子系统的方框图。存储卡7800包括诸如非挥发性内存装置的内存7810和内存控制器7820。内存7810和内存控制器7820可以储存数据或读取所存储的资料。内存7810及/或内存控制器7820包括根据各种实施例的一个或多个半导体封装。

内存7810可以包括本发明的实施例的技术所应用的非挥发性内存封装。内存控制器7820可以控制内存7810，使得响应于来自主机7830的读取/写入请求，读取所储存的数据或是储存数据。

参考图12，描述了图示包括根据各种实施例的半导体封装中至少一者的电子系统8710的方框图。电子系统8710可以包括控制器8711、输入/输出装置8712和内存8713。控制器8711、输入/输出装置8712和内存8713可以透过提供数据动作路径的总线8715来彼此电耦接。

在实施例中，控制器8711可以包括一个或多个微处理器、数字信号处理器、微控制器以及能够执行类似这些构件的功能的逻辑设备。控制器8711或内存8713可以包括根据本发明的各种实施例的半导体封装中的一个或多个。输入/输出装置8712可以包含至少一个从小型键盘、键盘、显示设备、等等中所选出者。内存8713是用于储存数据的装置。内存8713可以储存待控制器8711执行的数据及/或命令，以及类似动作。

内存8713可以包括例如是DRAM的挥发性(volatile)内存装置及/或例如是闪存的非挥发性内存装置。例如，闪存可被安装到一种例如是行动终端及桌面计算机的信息处理系统。此种闪存构成SSD(固态硬盘)。在此例中，内存8713可以在闪存系统中稳定地储存大量的数据。

电子系统8710还可以包括配置成用于发送数据至通信网络或是从通信网络接收数据的接口8714。接口8714可以是有线或无线的类型。例如，接口8714可以包括天线或有线或无线收发器。

电子系统8710可以被实现为行动系统、个人计算机、工业用途的计算机或是执行各种功能的逻辑系统。例如，所述行动系统可以是在个人数字助理(PDA)、便携计算机、网络平板计算机、移动电话、智能型手机、无线电话、膝上型计算机、存储器、数字音乐系统以及信息发送/接收系统中的任一者。

如果电子系统8710是能够执行无线通信的设备，电子系统8710可以使用在一种通信系统中，诸如CDMA(分码多重存取)、GSM(全球行动通信系统)、NADC(北美数字移动电话)、E-TDMA(增强型分时多重存取)、WCDMA(宽带分码多重存取)、CDMA2000、LTE(长期演进系统)以及Wibro(无线宽带因特网)。

用于说明的目的，已公开本发明的实施例。本领域技术人士将理解：在不脱离本发明和所附申请专利范围书的范畴与精神下的各种修改、添加和替代是可能的。