[發明專利]一種硅基光計算異質集成模組

有效

• 申請號: 202011577277.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112736073B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 薛海韻;曹立強
• 申請（專利權）人: 華進半導體封裝先導技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L25/16
• 分類號: H01L25/16;H01L23/367;H01L23/538
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 張東梅

本發明公開了一種硅基光計算異質集成模組結構，包括：載片；硅基光芯片，所述硅基光芯片正裝貼片埋入設置在所述載片中；電芯片，所述電芯片正裝貼片埋入設置在所述載片中，所述硅基光芯片的厚度大于所述電芯片的厚度；以及電互聯結構，所述電互聯結構電連接所述硅基光芯片至所述電芯片。

技術領域

本發明涉及半導體封裝技術領域，尤其涉及基于不同厚度芯片嵌入載片結構的硅基光計算異質集成模組。

背景技術

對于光子計算GPU加速卡等應用，需要實現光子計算芯片內部光學互連互通、光源集成，如何利用微電子工藝實現光子計算芯片的外部光源快速、批量引入成為制約光子計算加速卡集成化、小型化的瓶頸。

對于在芯片間的硅光互連而言，目前已經有很多研究聚焦單模光學的低損耗耦合，但是在工藝上實現難度很高，如何權衡對準容差和耦合效率二者之間的關系，成為最終硅光是否可以實現量產的關鍵因素之一。

隨著目前半導體芯片工藝節點越來越小，依靠單芯片系統集成(SOC)的難度越來越大，為應對摩爾定律放緩，多芯片堆疊和異質芯片封裝已經成為目前主流的系統集成技術。而不同功能的芯片的加工制造通常具有更適合其性能和成本相平衡的工藝節點，比如硅光互連中所需要的驅動器和放大器芯片厚度通常為150um～200um，而硅光MPW芯片通常的芯片厚度為300um左右，在這種情況下，進行異質芯片封裝，由于芯片的高度不一致，需要使金屬互連線在長度和/或高度兩個維度上有所增加，從而帶來了過多的電學信號傳輸損耗；此外，對于大功率芯片，通常的二維板級封裝也不利于其散熱；再次，比如射頻芯片一般都需要背面接地，需要在芯片背面對應位置設置背金面或金屬電極。

對于上述多芯片(尤其是光電芯片)異質封裝集成面臨問題，目前業內尚沒有成熟的異質封裝方案，普遍存在集成度不夠高、系統性能受限等諸多難題。

針對光電芯片異質封裝集成面臨上述集成化、小型化、光學對準容差、耦合效率以及電學信號的損耗等問題，本發明提出一種硅基光計算異質集成模組，可以至少部分的克服上述現有技術面臨的問題，提升光電異質芯片系統集成封裝的性能，拓展其應用場景。

發明內容

針對光電芯片異質封裝集成面臨上述集成化、小型化、光學對準容差、耦合效率以及電學信號的損耗等問題，根據本發明的一個實施例，提供一種硅基光計算異質集成模組結構，包括：載片；硅基光芯片，所述硅基光芯片正裝貼片埋入設置在所屬載片中；電芯片，所述電芯片正裝貼片埋入設置在所屬載片中，所述硅基光芯片的厚度大于所述電芯片的厚度；以及電互聯結構，所述電互聯結構電連接所述硅基光芯片至所述電芯片。

在本發明的一個實施例中，所述硅基光芯片為硅基光子計算芯片，所述硅基光子計算芯片為硅基調制器和/或探測器和/或光開關器件；所述電芯片為驅動器芯片和/或放大器芯片和/或電源管理芯片。

在本發明的一個實施例中，所述硅基光芯片進一步包括光學接收/發射裝置耦合區，所述光學接收/發射裝置耦合區設置有光學接收/發射裝置。

在本發明的一個實施例中，所述光學接收/發射裝置耦合區覆蓋有光學透明的光敏材料保護層。

在本發明的一個實施例中，硅基光計算異質集成模組結構還包括導電通孔，所述導電通孔貫穿所屬載片電連接至所述電芯片和/或所述光芯片，實現所述電芯片和/或所述光芯片的背面電極接地。

根據本發明的另一個實施例，提供一種硅基光計算異質集成模組結構，包括：載片；硅基光芯片，所述硅基光芯片正裝貼片埋入設置在所屬載片中；電芯片，所述電芯片正裝貼片埋入設置在所屬載片中，所述硅基光芯片的厚度大于所述電芯片的厚度；第一電互聯結構，所述第一電互聯結構電連接所述硅基光芯片至所述電芯片；物理層串并轉化芯片，所述物理層串并轉化芯片正裝貼片埋入設置在所屬載片中；第二互聯結構，所述第二電互聯結構電連接所述電芯片至所述物理層串并轉化芯片；以及計算機主板接口，所述計算機主板接口電連接至所述物理層串并轉化芯片。