具有印刷电路的IC系统和光电芯片技术方案

一种光发送器可以包括芯片栈，该芯片栈包括被使用锡球安装到光子芯片的电子IC。焊接允许电子IC和光子芯片进行通信。另外，该发送器可以包括耦合到栈的PCB，从而PCB中的电信号被发送到IC和光子芯片(反之亦然)。PCB的至少一部分被布置在光子芯片和电子IC之间而不是使用附着到光子芯片的表面上的焊盘的焊线来将PCB耦合到栈。PCB还可以包括用于形成到电子IC的直接焊接的焊盘。同样地，电子IC可以包括到PCB和光子芯片两者的直接焊接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有印刷电路的IC系统和光电芯片
本公开中给出的实施例一般地涉及通信地将信号路由材料(例如，柔性或刚性印刷电路板(PCB))耦合到电子集成电路(IC)和光子芯片。更具体地，本文公开的实施例通过将信号路由材料布置在电子IC和光子芯片之间来直接地将这种材料连接到电子IC或光子芯片。
技术介绍
诸如发送器或接收器之类的光学子组件通常用于各种不同的应用中，比如，40/100G小形状因数可插拔(SFP)收发器连接器、四通道小形状因数可插拔(QSFP)连接器以及QSPF28连接器。这些连接器经常把电子IC和光子芯片堆叠起来，这降低了功耗、封装大小和成本，并且可以提升性能。然而，针对电子IC的缩小的CMOS节点大小要求更高的I/O和更密集的路由，以增大用于电路由的阻抗值和电感值。该问题只会随着电子IC执行另外的功能(比如，驱动外部电路或执行数据恢复/误差校正)而变得更差。而且，与具有较少带宽或功能的系统相比，使用差分式高速I/O的多通道(例如，使用高级调制方案的40/100G或+100G收发器)也可能要求额外的路由。通常，PCB被经由光子芯片中的一个或多个再分布层通信地耦合到电子IC。例如，发送器可以包括多个焊线(wirebond)，这些焊线将PCB连接到光子芯片上的焊盘。由此，光子芯片使用其再分布层来将电信号运送到电子IC。然而，随着I/O路由的数目的增加，光子芯片中的再分布层可能不足以在PCB和电子IC之间路由电信号。附图说明通过参考附图中示出了其中一些的实施例，可以获得更详细地理解本公开的上述特征的方式、以上简要概括的本公开的更具体的描述。但是应该注意的是，示图仅示出了本公开的典型实施例，因此不应该被认为限制本公开的范围，因为本公开可以认可其他等效的实施例。图1是根据本文描述的一个实施例的光发送器。图2示出了根据本文描述的一个实施例的耦合到光子芯片的电子IC。图3示出了根据本文描述的一个实施例在电子IC和光子芯片之间布置柔性PCB。图4是根据本文描述的一个实施例的用于将电子IC连接到PCB和光子芯片二者的方法。图5是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的平面图。图6A是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的顶视图。图6B-6C是根据本文描述的实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的横截面。图7是根据本文描述的一个实施例在电子IC和光子芯片之间布置PCB。图8A是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的顶视图。图8B-8C是根据本文描述的一个实施例的安装于电子IC和光子芯片之间的PCB的横截面。为便于理解，在可能的情况下，使用相同的参考标号来指定附图中共有的相同元件。可以预见的是，在一个实施例中公开的元件可以在没有具体引用的情况下被有利地用在其他实施例中。具体实施方式概述本公开中给出的一个实施例是一种光子芯片，该光子芯片包括第一表面和第二表面，该第一表面和第二表面都垂直于共同的方向，其中该第二表面沿着该共同的方向相对于该第一表面凹陷以形成对准区域。此外，该对准区域的深度大于或等于PCB的一部分的厚度，从而允许该PCB的顶表面在被放置在该对准区域中时大体上与该第一表面对准。该光子芯片还包括布置在第一表面上的接合区域，该接合区域包括被配置为形成到电子IC的电连接的多个焊盘；以及被电耦合到多个焊盘中的至少一个焊盘的光元件。该光元件被配置为在光子芯片内发送光信号。本公开中给出的另一实施例是一种光系统，该光系统包括：电子IC，该电子IC包括底表面；和光子芯片，该光子芯片包括顶表面和凹陷的表面，该顶表面和凹陷的表面都对着该IC的底表面，其中该凹陷的表面相对于垂直于该顶表面和该凹陷的表面的方向距该IC的底表面比距该顶表面远。此外，该IC覆盖于该顶表面和凹陷的表面上。该光系统还包括布置在该IC的底表面和该光子芯片的凹陷的表面之间的信号路由材料的部分，其中该信号路由材料的部分和该光子芯片的顶表面各自包括到该IC的底表面的多个相应的电连接。本公开中描述的另一实施例是一种方法，该方法包括：使用第一多个电连接将信号路由材料连接到电子IC的底表面；以及将包括该第一多个电连接的该信号路由材料的部分布置在光子芯片的对准区域中。该对准区域至少部分地由该光子芯片的凹陷的表面和该光子芯片的顶表面之间相对于垂直于该凹陷的表面和该顶表面的方向的距离来限定，其中该顶表面和该凹陷的表面都对着该IC的底表面。此外，该信号路由材料的部分介于该IC的底表面和该光子芯片的凹陷的表面之间。该方法还包括使用第二多个电连接将该IC的底表面连接到该光子芯片的顶表面。示例实施例光发送器可以包括芯片栈，该芯片栈包括被使用锡球或铜柱(Cu柱)安装到光子芯片的电子IC。这些焊接允许电子IC和光子芯片进行通信。另外，发送器可以包括耦合到该栈的PCB，以使得PCB中的电信号被传输到IC和光子芯片(反之亦然)。PCB至少有一部分被布置在光子芯片和电子IC之间，而不是使用附接到光子芯片的表面上的焊盘的焊线将PCB耦合到栈。PCB还可以包括用于形成到电子IC的直接焊接的焊盘。也就是说，PCB使用焊接来直接与电子IC通信，而不依赖于用于在PCB和电子IC之间传递电信号的光子芯片中的再分布层。此外，在一个实施例中，电子IC仍维持与光子芯片的一个或多个焊接。也就是说，电子IC包括到PCB和光子芯片二者的直接焊接。在一个实施例中，光子芯片被处理以包括相对于被耦合到电子IC的光子芯片的顶层凹陷的表面，从而产生了如下区域，在该区域中PCB可以被布置在光子芯片和IC之间。一旦电子IC被连接到PCB和光子芯片，就可以使用底部填充(underfill)材料来机械地稳固这些连接并且将PCB耦合到光子芯片的凹陷表面。此外，由凹陷层产生的区域可以在光子芯片中包括一个或多个凸起的特征。这些凸起的特征的高度可以从凹陷的表面延伸到光子芯片的顶层。在一个实施例中，凸起的特征也可被耦合到电子IC，这可以增加栈的机械稳定性。例如，还可以使用锡球将这些凸起的特征连接到电子IC。除提供机械稳定性外，凸起的特征上的焊接还可被用于在电子IC和光子芯片之间传输电信号。图1是根据本文描述的一个实施例的光发送器100。光发送器100包括安装于电子芯片110上的电子IC105。虽然图1的顶视图未示出，但是可以使用多个直接焊接将电子IC105安装到芯片110。电子IC105可以包括向电子芯片110提供数据信号的CMOS电路。光子芯片110也可以包括CMOS电路，而且还包括诸如波导、相位调制器、分光器之类的可被电耦合到焊接的光学元件。这些光学元件通过光子芯片110发送或运送光信号，并且可以使用经由焊接接收的控制信号来执行它们各自的功能。光发送器100还包括PCB115，PCB115包括多个电子迹线(trace)135。例如，这些迹线135可以是经由光子芯片110向电子IC105传输和从电子IC105传输的高速差分信号对。在一个实施例中，PCB115可以是柔性PCB，以使得PCB115和迹线135能够弯曲或扭转，而不是像在刚性PCB中那样保持大体平坦。此外，图1仅示出了PCB115的一个层。在一个实施例中，PCB115包括多层，这些层具有相应的迹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光子芯片，包括：第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面都垂直于共同的方向，其中所述第二表面沿着所述共同的方向相对于所述第一表面凹陷以形成对准区域，其中所述对准区域的深度大于或等于印刷电路板(PCB)的一部分的厚度，从而允许所述PCB的顶表面在被放置在所述对准区域中时大体上与所述第一表面对准；接合区域，所述接合区域被布置在所述第一表面上并且包括多个焊盘，所述多个焊盘被配置为形成到电子集成电路(IC)的电连接；以及光元件，所述光元件被电耦合到所述多个焊盘中的至少一个焊盘并且被配置为在所述光子芯片内发送光信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.17 US 14/517,4771.一种光子芯片，包括：第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面都垂直于共同的方向，其中所述第二表面沿着所述共同的方向相对于所述第一表面凹陷以形成对准区域，其中所述对准区域的深度大于或等于印刷电路板(PCB)的一部分的厚度，从而允许所述PCB的顶表面在被放置在所述对准区域中时大体上与所述第一表面对准；接合区域，所述接合区域被布置在所述第一表面上并且包括多个焊盘，所述多个焊盘被配置为形成到电子集成电路(IC)的电连接；以及光元件，所述光元件被电耦合到所述多个焊盘中的至少一个焊盘并且被配置为在所述光子芯片内发送光信号。2.如权利要求1所述的光子芯片，还包括：凸起的特征，所述凸起的特征沿着所述共同的方向从所述第二表面延伸，其中所述凸起的特征的接合表面大体上与所述第一表面在同一平面内，所述接合表面被配置为耦合到所述电子IC。3.如权利要求2所述的光子芯片，其中，所述凸起的特征的接合表面包括多个焊盘，所述多个焊盘被配置为形成到所述电子IC的焊接。4.如权利要求3所述的光子芯片，其中，所述多个焊盘是电绝缘的，从而电信号不经由所述多个焊盘被接收或者被发送到所述电子IC。5.如权利要求2所述的光子芯片，其中，所述凸起的特征包括用于路由所述光信号的波导，其中所述光信号是从在所述光子芯片的第一侧处的外部光源接收的，并且经由所述波导在所述光子芯片的与所述第一侧相对的第二侧处被发射。6.如权利要求1所述的光子芯片，其中，所述光元件包括调制器，所述调制器被配置为基于经由所述多个焊盘中的至少一个焊盘接收的信号改变所述光信号的相位。7.一种光系统，包括：电子IC，所述电子IC包括底表面；光子芯片，所述光子芯片包括顶表面和凹陷的表面，所述顶表面和凹陷的表面都对着所述IC的底表面，其中所述凹陷的表面相对于垂直于所述顶表面和所述凹陷的表面的方向距所述IC的底表面比距所述顶表面远，并且其中所述IC覆盖于所述顶表面和所述凹陷的表面上；以及布置在所述IC的底表面和所述光子芯片的凹陷的表面之间的信号路由材料的部分，所述信号路由材料的部分和所述光子芯片的顶表面各自包括到所述IC的底表面的多个相应的电连接。8.如权利要求7所述的光系统，其中，包括所述多个电连接的所述信号路由材料的部分的顶表面与所述光子芯片的顶表面在同一平面内，并且其中所述信号路由材料包括刚性PCB和柔性PCB中的一者。9.如权利要求7所述的光系统，其中，所述电子IC包括至少一个再分布层，所述至少一个再分布层建立信号路径以在所述信号路由材料的部分和所述光子芯片之间传递电信号，其中所述信号路由材料的部分和所述光子芯片之间不存在直接电连接。10.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：史蒂芬·普福努尔，马修·约瑟夫·特拉韦尔索，拜平·达玛，
申请(专利权)人：思科技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US