[发明专利]一种硅光芯片高密度光电共封装的封装结构及封装方法

说明书

本发明公开了一种硅光芯片高密度光电共封装的封装结构及封装方法，包括硅光芯片、扇出结构基板以及转接电路模块，扇出结构基板既作为基板，又作为扇出结构，通过其底部的高密度第二电学引脚、内部电路图以及第三电学引脚，在固定硅光芯片的同时，将硅光芯片的高密度第一电学引脚扇出至第三电学引脚，并采用引线焊接方式与转接电路模块的第四电学引脚电学连接，实现电学封装，并避免封装和使用中的热失配问题。扇出结构基板的工字形状，扇出结构基板的两侧凹槽区域作为避让空间，便于硅光芯片两侧光学耦合端口与外部光纤阵列的耦合封装，满足了电学引脚、光学耦合端口高密度并存的硅光芯片及类似光芯片的封装需求。

技术领域

本发明属于芯片封装技术领域，具体涉及一种硅光芯片高密度光电共封装的封装结构及封装方法。

背景技术

随着大数据、人工智能、远程医疗、物联网、电子商务、5G通信的不断发展，全球数据流量爆发式地增长。在超高数据容量的驱动下，传统的电芯片制程逐渐接近10nm尺寸，CMOS工艺即将遇到物理极限。业界普遍认为硅光芯片有机结合了成熟微电子和光电子技术，既减小了芯片尺寸，降低成本、功耗，又提高了可靠性，有望成为“超越摩尔”的高速信息引擎。

目前具有大规模、高密度电学引脚的硅光芯片，如大阵列硅光交换芯片，其裸芯片表面除了具有数量上千的电学引脚外，还具有多达几百的光栅等光学耦合端口，对于这类电学引脚、光学耦合端口高密度并存的硅光芯片及类似光芯片的封装，其封装结构需兼顾电学和光学两方面的需求，仅针对高密电学引脚的封装结构如当前电芯片各种先进堆叠封装结构、各类BGA封装结构并不能完全适用，如专利文献CN201310189098、专利文献CN201310189144、专利文献CN202111349184等所示，其封装结构最重要的外部接口即金属球或铜核球等焊球，需要在对裸芯片进行塑封的基础上才能制作，而硅光芯片及类似光芯片势必不能对裸芯片进行塑封以免遮挡光学耦合端口。

此外这种外部接口为焊球的芯片高密度电学引脚封装结构对焊球两侧组件材料的热适配性要求较高，否则在高温焊接条件下两侧组件材料形变差异较大会大大降低焊接成功率和焊接质量；且在变温使用环境下封装体内存在较大应力，长期应变积累会降低封装体使用寿命。电芯片封装体其裸芯片外侧塑封材料与焊球另一侧电路板材料热适配程度较高，可以规避此问题，但是硅光芯片及类似光芯片不能进行塑封，与裸芯片直接封装的基板材料如陶瓷、硅、玻璃等热性能与电路板材料差异较大，若硅光芯片或其基板直接使用高密度焊球与电路板做封装则热失配问题会比较严重，因此硅光芯片或其基板与电路板的封装需选用一种对热失配不敏感的接口形式。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种硅光芯片高密度光电共封装的封装结构及封装方法，该封装结构兼顾高密度电学封装、高密度光学封装两方面的封装需求，且合理选择基板与电路板间的接口形式，避免封装和使用中的热失配问题，该封装方法操作简单，封装质量高。

为实现上述发明目的，实施例提供的一种硅光芯片高密度光电共封装的封装结构包括硅光芯片、扇出结构基板以及转接电路模块，

所述硅光芯片带有设于中部的高密度第一电学引脚，还带有设有两侧边缘的高密度光学耦合端口；

所述扇出结构基板为工字型，由两翼板和腹板组成，腹板表面设有与硅光芯片的第一电学引脚适配电连接的第二电学引脚，两翼板边缘设有大间距的第三电学引脚，两翼板与腹板形成两侧凹槽区域；

所述转接电路模块设有与两翼板的第三电学引脚适配电连接的第四电学引脚；

硅光芯片的第一电学引脚通过与扇出结构基板的第二电学引脚电学连接后，通过扇出结构基板内部电路图扇出至第三电学引脚，第三电学引脚再与转接电路模块的第四电学引脚电学连接，实现电封装，扇出结构基板的两侧凹槽区域作为避让空间，便于硅光芯片两侧光学耦合端口与外部光纤阵列的耦合封装。

优选地，所述扇出结构基板选用与硅光芯片热适配的陶瓷材料或硅材料。