【技术实现步骤摘要】
转接板、光芯片封装、计算加速器及其制造方法
[0001]本公开涉及半导体封装领域，具体涉及一种用于光芯片封装的转接板、光芯片封装结构、计算加速器、以及转接板及光芯片封装结构的制造方法。
技术介绍
[0002]在对光子集成电路(PIC，也称为光芯片)进行封装时，通常通过在光子集成电路上堆叠电子集成电路(EIC，也称为电芯片)，形成光子
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电子混合集成电路(光子
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电子混合芯片)，以形成光电混合系统，实现计算加速。为了压缩芯片体积，可以通过垂直互连(例如通过硅通孔(TSV))将电气连接传递到基板或印刷电路板(PCB)。
[0003]然而，带有嵌入式TSV的硅转接板还存在成本挑战，因为硅晶圆是具有低电阻率和高介电常数的半导体基板，薄的硅晶圆很难处理，制造TSV仍然很昂贵，因为钻孔和用电镀铜填充过孔的工作时间很长。另外，现有技术中通常需要额外的光纤实现不同光芯片之间的光互连，这也造成了光电混合模块的封装尺寸过大的问题。
技术实现思路
[0004]鉴于上述问题，本公开旨在提供一种基于玻璃基板(例如玻璃晶圆)的转接板及其制造方法、以及使用该转接板的光芯片封装结构及其制造方法。由于玻璃基板具有高电阻率、低电损耗，并且具有可调系数的热膨胀和良好的机械强度，基于玻璃基板的转接板制造成本低，并且能够有效地用于光芯片的封装。另外，本公开还旨在提供一种采用绝热耦合的方式实现光信号在转接板上的光波导与光芯片上的光波导进行耦合的光芯片封装结构及其制造方法。该耦合方式占用面积小，可以实现...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于光芯片封装的转接板，包括：玻璃基板，包括一个或多个导电通孔，所述导电通孔包括贯穿所述玻璃基板的通孔以及所述通孔内填充的导电材料；以及光波导结构，布置在所述玻璃基板的第一表面上，其中，所述光波导结构包括一层或多层光波导以及包覆所述一层或多层光波导的包覆层，所述一层或多层光波导用于对封装在所述转接板上的多个光芯片进行光互连，并且所述一层或多层光波导的折射率大于所述包覆层以及所述玻璃基板的折射率，并且所述光波导结构还包括贯穿所述光波导结构的一个或多个第一导电结构，其与所述一个或多个导电通孔分别电连接。2.如权利要求1所述的转接板，其中所述一层或多层光波导为氮化硅光波导，并且所述包覆层的材料为二氧化硅。3.如权利要求1所述的转接板，还包括：电介质层，布置在所述玻璃基板的第二表面上；以及一个或多个导电凸块，布置在所述电介质层远离所述玻璃基板一侧的表面上，其中，所述电介质层包括贯穿所述电介质层的一个或多个第二导电结构，其与所述一个或多个导电通孔分别电连接，并且所述一个或多个导电凸块与所述一个或多个第二导电结构分别电连接。4.一种用于光芯片封装的转接板，包括：玻璃基板，包括一个或多个导电通孔，所述导电通孔包括贯穿所述玻璃基板的通孔以及所述通孔内填充的导电材料；以及光耦合结构，布置在所述玻璃基板的第一表面上，其中，所述玻璃基板还包括三维波导网络，用于对封装在所述转接板上的多个光芯片进行光互连，所述光耦合结构包括覆盖所述三维波导网络的光输入输出口的耦合光波导以及包覆所述耦合光波导的包覆层，并且所述光耦合结构还包括贯穿所述光耦合结构的一个或多个第一导电结构，其与所述一个或多个导电通孔分别电连接。5.如权利要求4所述的转接板，其中所述耦合光波导的折射率低于所述三维波导网络的折射率且高于所述包覆层的折射率。6.如权利要求5所述的转接板，其中所述耦合光波导为氮化硅光波导，并且所述包覆层的材料为二氧化硅。7.如权利要求4所述的转接板，还包括：电介质层，布置在所述玻璃基板的第二表面上；一个或多个导电凸块，布置在所述电介质层远离所述玻璃基板一侧的表面上，其中，所述电介质层包括贯穿所述电介质层的一个或多个第二导电结构，其与所述一个或多个导电通孔分别电连接，并且所述一个或多个导电凸块与所述一个或多个第二导电结构分别电连接。
8.如权利要求4所述的转接板，其中：所述三维波导网络是通过在所述玻璃基板内部诱导局部玻璃使所述局部玻璃的折射率提高而构成的网络结构。9.一种用于光芯片封装的转接板，包括：玻璃基板，包括一个或多个第一导电通孔，所述第一导电通孔包括贯穿所述玻璃基板的通孔以及所述通孔内填充的导电材料；以及电互连结构，布置在所述玻璃基板的第一表面上，其中，所述电互连结构包括一层或多层布线层以及包覆所述一层或多层布线层的包覆层，所述包覆层为介电材料，所述一层或多层布线层用于对封装在所述转接板上方的多个电芯片进行电互连，并且所述电互连结构还包括贯穿所述电互连结构的一个或多个第一导电结构，其与所述一个或多个第一导电通孔分别电连接。10.如权利要求9所述的转接板，其中所述多层布线层中至少两层布线层之间通过第二导电结构电连接。11.如权利要求9所述的转接板，其中所述包覆层是由氮化硅层和二氧化硅层交替堆叠形成的多层结构。12.如权利要求9所述的转接板，还包括：光波导结构，布置在所述电互连结构的远离所述玻璃基板一侧的表面上，其中，所述光波导结构包括一层或多层光波导以及包围所述一层或多层光波导的包围层，所述一层或多层光波导用于对封装在所述转接板上的多个光芯片进行光互连，其折射率大于所述包围层的折射率，并且所述光波导结构还包括贯穿所述光波导结构的一个或多个第三导电结构，其与所述一个或多个第一导电结构分别电连接。13.如权利要求12所述的转接板，其中所述一层或多层光波导为氮化硅光波导，并且所述包围层的材料为二氧化硅。14.如权利要求9所述的转接板，还包括：电介质层，布置在所述玻璃基板的第二表面上；一个或多个导电凸块，布置在所述电介质层远离所述玻璃基板一侧的表面上，其中，所述电介质层包括贯穿所述电介质层的一个或多个第四导电结构，其与所述一个或多个第一导电通孔分别电连接，并且所述一个或多个导电凸块与所述一个或多个第四导电结构分别电连接。15.一种用于光芯片封装的转接板的制造方法，包括：提供一玻璃基板，并在所述玻璃基板中形成一个或多个导电通孔；在所述玻璃基板的第一表面上布置光波导结构，其中，所述光波导结构包括一层或多层光波导以及包覆所述一层或多层光波导的包覆层；以及在所述包覆层中形成贯穿所述光波导结构的一个或多个第一导电结构，并将其与所述一个或多个导电通孔分别电连接，其中，所述一层或多层光波导的折射率大于所述包覆层的折射率。
16.如权利要求15所述的转接板的制造方法，其中所述一层或多层光波导为氮化硅光波导，并且所述包覆层的材料为二氧化硅。17.如权利要求16所述的转接板的制造方法，其中，在所述玻璃基板的第一表面上布置光波导结构包括：a.采用晶圆级纳米压印光刻技术，在所述玻璃基板的第一表面上形成光波导的网络；以及b.在所述光波导上方沉积包覆层材料。18.如权利要求15所述的转接板的制造方法，还包括：在所述玻璃基板的第二表面上布置电介质层；在所述电介质层中形成贯穿所述电介质层的一个或多个第二导电结构，并且将其与所述一个或多个导电通孔分别电连接；以及在所述电介质层远离所述玻璃基板一侧的表面上布置一个或多个导电凸块，其中所述一个或多个导电凸块与所述一个或多个第二导电结构分别电连接。19.如权利要求15所述的转接板的制造方法，其中，在玻璃基板中形成一个或多个导电通孔包括：在所述玻璃基板中通过刻蚀形成一个或多个通孔；以及在所述一个或多个通孔的内表面上设置导电材料层以形成所述一个或多个导电通孔。20.如权利要求19所述的转接板的制造方法，其中，在所述一个或多个通孔的内表面上设置导电材料层以形成所述一个或多个导电通孔包括：采用电镀的方法在所述一个或多个通孔内表面填充导电金属。21.一种用于光芯片封装的转接板的制造方法，包括：提供一玻璃基板，并在所述玻璃基板内形成三维波导网络，其用于对封装在所述转接板上的多个光芯片进行光互连；在所述玻璃基板中形成一个或多个导电通孔；在所述玻璃基板的第一表面上布置耦合光波导，使其覆盖所述三维波导网络的光输入输出口；在所述耦合光波导上覆盖包覆层以包覆所述耦合光波导；以及在所述包覆层中形成贯穿所述包覆层的一个或多个第一导电结构，并将其与所述一个或多个导电通孔分别电连接。22.如权利要求21所述的转接板的制造方法，其中，其中，所述耦合光波导的折射率低于所述三维波导网络的折射率且高于所述包覆层的折射率。23.如权利要求22所述的转接板的制造方法，其中所述耦合光波导为氮化硅光波导，并且所述包覆层的材料为二氧化硅。24.如权利要求21所述的转接板的制造方法，还包括：在所述玻璃基板的第二表面上布置电介质层；在所述电介质层中形成贯穿所述电介质层的一个或多个第二导电结构，并且将其与所述一个或多个导电通孔分别电连接；以及在所述电介质层远离所述玻璃基板一侧的表面上布置一个或多个导电凸块，
其中所述一个或多个导电凸块与所述一个或多个第二导电结构分别电连接。25.如权利要求21所述的转接板的制造方法，其中，在玻璃基板中形成一个或多个导电通孔包括：在所述玻璃基板中通过刻蚀形成一个或多个通孔；以及在所述一个或多个通孔的内表面上设置导电材料层以形成所述一个或多个导电通孔。26.如权利要求25所述的转接板的制造方法，其中，在所述一个或多个通孔的内表面上设置导电材料层以形成所述一个或多个导电通孔包括：采用电镀的方法在所述一个或多个通孔内表面填充导电金属。27.如权利要求21所述的转接板的制造方法，其中，在所述玻璃基板内形成三维波导网络包括：采用飞秒激光照射所述玻璃基板的预设位置，以提高所述玻璃基板的所述预设位置的折射率，其中所述预设位置为形成所述三维波导网络结构所在的位置。28.一种用于光芯片封装的转接板的制造方法，包括：提供一玻璃基板，并在所述玻璃基板中形成一个或多个第一导电通孔；在所述玻璃基板的第一表面上布置电互连结构，其中，所述电互连结构包括一层或多层布线层以及包覆所述一层或多层布线层的包覆层，所述包覆层为介电材料，所述一层或多层布线层用于对封装在所述转接板上方的多个电芯片进行电互连；以及在所述电互连结构中形成贯穿所述电互连结构的一个或多个第一导电结构，其与所述一个或多个第一导电通孔分别电连接。29.如权利要求28所述的转接板的制造方法，其中，在所述玻璃基板的第一表面上布置电互连结构包括：在所述玻璃基板的第一表面上布置第一布线层；在所述第一布线层周围形成第一氮化硅子层；以及在所述第一氮化硅子层上覆盖第一氧化硅子层。30.如权利要求29所述的转接板的制造方法，其中，在所述玻璃基板的第一表面上布置电互连结构还包括：在所述第一氧化硅子层的第一表面上布置第二布线层；在所述第二布线层周围形成第二氮化硅子层；以及在所述第二氮化硅子层上覆盖第二氧化硅子层。31.如权利要求30所述的转接板的制造方法，其中，在所述玻璃基板的第一表面上布置电互连结构还包括：在所述第一布线层和所述第二布线层之间形成第二导电结构，以将所述第一布线层和所述第二布线层进行电连接。32.如权利要求28所述的转接板的制造方法，还包括：在所述电互连结构远离所述玻璃基板一侧的表面上布置光波导结构，其中，所述光波导结构包括一层或多层光波导以及包围所述一层或多层光波导的包围层，所述一层或多层光波导用于对封装在所述转接板上的多个光芯片进行光互连，其折射率大于所述包围层的折射率；以及在所述光波导结构中形成贯穿所述光波导结构的一个或多个第三导电结构，并将其与
所述一个或多个第一导电结构分别电连接。33.如权利要求32所述的转接板的制造方法，其中所述一层或多层光波导为氮化硅光波导，并且所述包覆层的材料为二氧化硅。34.如权利要求28所述的转接板的制造方法，还包括：在所述玻璃基板的第二表面上布置电介质层；在所述电介质层中形成贯穿所述电介质层的一个或多个第四导电结构，并且与所述一个或多个第一导电通孔分别电连接；以及在所述电介质层远离所述玻璃基板一侧的表面上布置一个或多个导电凸块，其中所述一个或多个导电凸块与所述一个或多个第四导电结构分别电连接。35.如权利要求28所述的转接板的制造方法，其中，在玻璃基板中形成一个或多个导电通孔包括：在所述玻璃基板中通过刻蚀形成一个或多个通孔；以及在所述一个或多个通孔的内表面上设置导电材料层以形成所述一个或多个导电通孔。36.如权利要求35所述的转接板的制造方法，其中，在所述一个或多个通孔的内表面上设置导电材料层以形成所述一个或多个导电通孔包括：采用电镀的方法在所述一个或多个通孔内表面填充导电金属。37.一种光芯片封装结构，包括如权利要求1
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14中任一权利要求所述的转接板，以及布置在所述转接板上的多个光芯片，所述转接板用于对布置在所述转接板上的所述多个光芯片进行光互连和/或电互连。38.如权利要求37所述的光芯片封装结构，还包括：设置在所述多个光芯片上的一个或多个电芯片；所述光芯片包括一个或多个互连结构，所述互连结构包括贯穿所述光芯片的通孔以及通孔内填充的导电材料；所述一个或多个互连结构与所述转接板上的所述一个或多个第一导电结构和/或所述一个或多个电互连结构分别电连接。39.一种光芯片封装结构，包括：转接板，包括嵌入其中的一个或多个第一光波导；以及多个光芯片，每个光芯片包括嵌入其中的一个或多个第二光波导，其中，所述多个光芯片贴合到所述转接板的上表面上的不同位置处，并通过所述一个或多个所述第一光波导进行光互连，每个所述第一光波导包括第一光耦合部，每个所述第二光波导包括第二光耦合部，并且所述第...
【专利技术属性】
技术研发人员：达迪塞蒂亚迪，苏湛，吴建华，孙可烨，苏森德兰贾亚钱德兰，孟怀宇，沈亦晨，
申请(专利权)人：南京光智元科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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