穿塑孔框架的制作方法

穿塑孔框架
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年7月10日提交的标题为“穿塑孔框架(through mold via frame)”的第62/872,652号美国临时申请的优先权和权益，所述申请的全部内容以引用方式并入本文中。
技术领域
3.根据本公开的实施方案的一个或多个方面涉及电光封装，且更具体来说，涉及一种可以用于此封装中的通孔框架。


背景技术：

4.在以高数据速率工作的光收发器中，例如在电光组件、用于与电光组件介接的接口集成电路和一个或多个数字集成电路(例如，cmos分组交换电路)之间的短电互连可能有助于保持信号完整性。因此，需要一种封装解决方案来容纳这些组件并在它们之间提供短电互连。


技术实现要素：

5.根据本发明的实施方案，提供一种通孔框架，所述通孔框架包括：环氧模塑化合物片，其具有多个孔，每个孔延伸穿过所述环氧模塑化合物片；以及多个导电元件，每个导电元件延伸穿过孔中的相应孔。
6.在一些实施方案中，导电元件中的每一个是金属填充的环氧树脂元件。
7.在一些实施方案中，导电元件中的每一个包括铜填充的环氧树脂。
8.在一些实施方案中，铜填充的环氧树脂包括在固化的环氧树脂基质中的多个涂银铜颗粒。
9.在一些实施方案中，环氧模塑化合物片具有大于70微米且小于1000微米的厚度。
10.在一些实施方案中，多个孔中的两个孔之间的中心到中心间隔大于100微米且小于300微米。
11.在一些实施方案中，通孔框架还包括在环氧模塑化合物片的第一表面上的多个第一导电凸块，所述第一导电凸块中的每一个从所述环氧模塑化合物片的所述第一表面突出并且电连接至所述多个导电元件中的相应导电元件。
12.在一些实施方案中，第一导电凸块中的每一个由某种材料组成，所述材料选自由以下项组成的群组：铜、镍、金和合金，以及其组合。
13.在一些实施方案中，第一导电凸块中的每一个的直径超过含有导电元件的孔在第一表面处的直径至少4微米，所述第一导电凸块电连接至所述导电元件。
14.在一些实施方案中，通孔框架还包括在环氧模塑化合物片的第二表面上的多个第二导电凸块，所述第二导电凸块中的每一个从所述环氧模塑化合物片的所述第二表面突出并且电连接至所述多个导电元件中的相应导电元件。
15.在一些实施方案中，第二导电凸块中的每一个由某种材料组成，所述材料选自由以下项组成的群组：铜、金、镍和焊料。
16.在一些实施方案中，第二导电凸块中的每一个的直径超过含有导电元件的孔在第二表面处的直径至少4微米，所述第二导电凸块电连接至所述导电元件。
17.根据本发明的实施方案，提供一种中介层，所述中介层包括：光子集成电路；在所述光子集成电路上的电光芯片；在所述光子集成电路上的电子集成电路；在所述光子集成电路上的通孔框架；以及在所述通孔框架的第一表面上的多个导电球，其中：所述电子集成电路电连接至所述电光芯片，并且所述通孔框架的多个导电元件中的导电元件是电子集成电路与所述多个导电球中的导电球之间的导电路径的一部分。
18.根据本发明的实施方案，提供一种用于制造通孔框架的方法，所述方法包括：通过环氧模塑化合物片钻出多个孔；用金属填充膏填充孔中的每一个，以形成多个导电元件；研磨所述环氧模塑化合物片的第一表面；在所述环氧模塑化合物片的所述第一表面上形成多个第一导电凸块，所述第一导电凸块中的每一个从所述环氧模塑化合物片的所述第一表面突出且电连接至所述多个导电元件中的相应导电元件；研磨所述环氧模塑化合物片的第二表面；以及将所述环氧模塑化合物片切割成多个片。
19.在一些实施方案中，所述方法还包括在环氧模塑化合物片的第二表面上形成多个第二导电凸块，所述第二导电凸块中的每一个从所述环氧模塑化合物片的所述第二表面突出并且电连接至多个导电元件中的相应导电元件。
20.在一些实施方案中，金属填充膏是金属填充的环氧树脂膏。
21.在一些实施方案中，金属填充膏是铜填充的环氧树脂膏。
22.在一些实施方案中，铜填充的环氧树脂膏包括在固化的环氧树脂基质中的多个涂银铜颗粒。
23.在一些实施方案中，环氧模塑化合物片具有大于70微米且小于1000微米的厚度。
24.在一些实施方案中，多个孔中的两个孔之间的中心到中心间隔大于100微米且小于300微米。附图说明
25.将参考说明书、权利要求书和附图了解和理解本公开的这些和其它特征和优点，在附图中：
26.图1a是根据本公开的实施方案的通孔框架的示意性截面图；
27.图1b是图1a的实施方案的尺寸的表格；
28.图2a是根据本公开的实施方案的通孔框架的示意性截面图；
29.图2b是图2a的实施方案的尺寸的表格；
30.图3a是根据本公开的实施方案的中介层的示意性截面图；
31.图3b是图3a的实施方案的尺寸的表格；
32.图4a是根据本公开的实施方案的中介层的示意性截面图；
33.图4b是图4a的实施方案的尺寸的表格；
34.图5a是根据本公开的实施方案的用于制造通孔框架的方法的部分的所示出流程图；
35.图5b是根据本公开的实施方案的用于制造通孔框架的方法的部分的所示出流程图；以及
36.图5c是根据本公开的实施方案的用于制造通孔框架的方法的部分的所示出流程图。
具体实施方式
37.下面结合附图阐述的详细描述旨在作为根据本公开提供的穿塑孔框架的示例性实施方案的描述，而并非旨在表示可以构造或利用本公开的唯一形式。所述描述结合所示出的实施方案阐述了本公开的特征。然而，应理解，相同或等效的功能和结构可以通过不同的实施方案来实现，这些实施方案也旨在包含在本公开的范围内。如本文别处所指出，相同的元件编号旨在指示相同的元件或特征。
38.图1a示出根据一些实施方案的第一种类的通孔框架100，所述通孔框架可以称为“穿塑孔框架单凸块”(tmvfs)。环氧模塑化合物(emc)片105具有用导电元件填充的多个孔(或“通孔”)110(例如，孔的阵列或网格)，所述导电元件由导电材料(例如，金属膏，例如铜膏或烧结膏)组成。每个孔可以是锥形的，具有例如在5度与20度之间的锥角。多个第一导电凸块115可以形成于环氧模塑化合物片105的第一表面(可以称为“顶”表面)上。所述导电凸块中的每一个可以在环氧模塑化合物片105的顶表面上方突出且电连接至孔110中的导电元件中的相应导电元件。导电凸块可以由铜或镍(例如，镀铜或镍)组成；可以选择它们的组成和结构以支持随后的球落下(例如，导电球的附接)。图1b的表格示出在一些实施方案中用于图1a的结构的特征的尺寸或尺寸范围。
39.图2a示出根据一些实施方案的第二种类的通孔框架100，所述通孔框架可以称为“穿塑孔框架双凸块”(tmvfd)。在图2a的实施方案中，多个第二导电凸块120形成于环氧模塑化合物片105的第二表面(可以称为“底”表面)上。图2b的表格示出在一些实施方案中用于图2a的结构的特征的尺寸或尺寸范围。第二导电凸块120中的每一个可以由合适的(例如，无铅)焊料组成。
40.图3a示出根据一些实施方案的中介层。第一电光芯片125在光子集成电路130的顶表面上(例如，如图所示安装在光子集成电路的顶表面中的空腔中)。扇出型晶片级封装(fowlp)135(也在光子集成电路130的顶表面上)包括再分布层(rdl)140(其可以包括一个或多个导电迹线层，所述导电迹线层由一个或多个介电(例如，有机介电)层分离且由通孔通过介电层连接)；电子集成电路145(通过再分布层140以及通过光子集成电路130的顶表面上的导电迹线连接至第一电光芯片125)；通孔框架100(例如，如图1a中所示的单凸块通孔框架(“tmvfs”))；以及在第一导电凸块115上的多个导电球150。外模147可以用于封装扇出型晶片级封装135的组件，将所述组件固定在一起并保护所述组件。导电球150可以用于连接至例如数字集成电路(例如，cmos分组交换电路)。
41.光子集成电路130的顶表面还可以包括波导，用于将例如来自第二电光芯片155(其可以包括一个或多个连续波(未调制)激光器)的光耦合至第一电光芯片125(其可以包括调制器，例如电吸收调制器(eam)的阵列)。在其它实施方案中，第一电光芯片125包括光电检测器或光电检测器的阵列。如果第一电光芯片125包括光电检测器阵列，则电子集成电路145可以包括跨阻放大器的阵列，用于放大来自光电检测器的信号；如果第一电光芯片125包括调制器阵列，则电子集成电路145可以包括调制器驱动电路的阵列。如图3a所展示，通孔框架100(例如，tmvfs)可以嵌入扇出型晶片级封装(fowlp)135中以进行三维互连；具
有嵌入式通孔框架100的fowlp 135可以与eam 125和激光器155一起安装在光子集成电路130上，以形成光学引擎。
42.光子集成电路130还可以包括模式转换器和v型槽结构，所述v型槽结构将光信号从调制器耦合至单模光纤(smf)(即，单模光纤)并且从smf耦合至光电检测器。模式转换器可以包括锥形波导并且可以被配置成将单模光纤的光学模式转换成可以在光子集成电路130上的波导中传播并且可以耦合(在一些实施例中，通过附加模式转换器)至电光芯片125的光学模式(例如，较小模式)。光学填充物(uf)160可以填充电光芯片125与光子集成电路130的顶表面上的波导之间的间隙，以减少波导与电光芯片125之间的光耦合的光学损耗并且防止污染光学接口。底部填充物165可以用于扇出型晶片级封装135下方，以将其固定至光子集成电路130的顶表面，并且保护扇出型晶片级封装135与光子集成电路130之间的电连接。图3b的表格示出在一些实施方案中用于图3a的结构的特征的尺寸或尺寸范围。
43.图4a示出根据一些实施方案的中介层。如同在图3a的实施方案中，多个导电球150(例如，用于形成与数字集成电路的连接)形成于第一导电凸块115上。再分布层140(其可以包括一个或多个导电迹线层，所述导电迹线层由一个或多个介电(例如，sio2)层分离且由通孔通过介电层连接)形成于光子集成电路130的顶表面上，并且形成电光芯片125、电子集成电路145和通孔框架100的底表面上的多个第二导电凸块120之间的连接。通孔框架100或扇出型晶片级封装135(例如，图3a的扇出型晶片级封装135)可以使用例如质量回流、热压接合或激光辅助接合安装在光子集成电路130上。图4a的结构可以称为“芯片堆叠”结构或“芯片上封装”结构。图4b的表格示出在一些实施方案中用于图4a的结构的特征的尺寸或尺寸范围。
44.图5a示出根据一些实施方案的在制造通孔框架(例如，图1a和图2a的那些通孔框架)的方法中的四个初始步骤。在描述步骤的方框右侧的图中示出每个步骤的结果。在505处，起始材料是较大环氧模塑化合物片(比完整的通孔框架100中存在的片材大)。较大环氧模塑化合物片可以由液体、粉末或颗粒形式的环氧模塑化合物(例如，通过压缩成型或传递成型)形成。在510处，环氧模塑化合物片已在其中形成多个孔(例如，阵列)，每个孔是通孔。可以使用激光钻孔(例如，使用红外激光器，或者对于更小或更精确的孔，使用准分子激光器钻孔)。在515处，用导电膏填充孔，所述导电膏可以是用金属颗粒(例如，铜或银颗粒，或涂有银的铜颗粒)填充的环氧树脂膏，例如tatsuta导电铜膏。可以使用真空印刷用导电膏填充孔。固化导电膏，从而在每个孔中形成固体导电元件(例如，在固化的环氧树脂基质中的包括多个金属颗粒的导电元件)。然后在520处，可以将环氧模塑化合物片的顶表面(或“后侧”)磨平。
45.图5b示出可以用于形成图1a的实施方案的三个额外步骤。在525处，可以例如通过镀铜或镀镍在顶表面上形成多个第一导电凸块115。然后可以在530处将环氧模塑化合物片的底表面(或“前侧”)磨平，并且可以在540处将片材切割成片，每一个形成通孔框架100。
46.用于根据图2a制造通孔框架的方法可以包括图5a的步骤以及图5c的步骤中的所有步骤(其中三个步骤与图5b的步骤相同)。在图5c中，在530处将底表面磨平之后以及在540处切割片材之前，在535处，在环氧模塑化合物片的底表面上(例如，通过电镀或焊膏印刷)形成多个第二导电凸块120。
47.应理解，在一些实施方案中，本文提供的尺寸的值或范围可以变化(例如，增加
50％，或减小50％)，同时保留相应实施方案的一些或全部功能。因此，在本文针对任何尺寸公开值的情况下，在一些实施方案中，可以替代地采用在所公开值的50％内的值。在针对任何尺寸公开单端范围的情况下，在一些实施方案中，可以替代地采用在所述范围的端点的50％内的值。例如，图1b指示凸块厚度可以大于2um(微米)；在一些实施方案中，凸块厚度可以在2um的50％内(即，它可以在1um与4um之间)。
48.应理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可以用于描述各种元件、组件、区域、层和/或区段，但这些元件、组件、区域、层和/或区段不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或区段与另一个元件、组件、区域、层或区段区分开来。因此，在不脱离本发明概念的精神和范围的情况下，本文讨论的第一元件、组件、区域、层或区段可以被称为第二元件、组件、区域、层或区段。
49.在本文中为便于描述，空间相对术语(例如，“下面”、“下方”、“下”、“下部”、“上方”、“上”等)可以用于描述一个元件或特征与如图所示的另一元件或特征的关系。应理解，这样的空间相对术语旨在包括除了图中所描绘的取向之外的在使用中或操作中的装置的不同取向。例如，如果图中的装置翻转，则描述为在其它元件或特征“下面”或“下方”或“下部”的元件则将被取向为在其它元件或特征的“上方”。因此，示例性术语“下方”和“下部”可以包括上方和下方的取向两者。装置可以被另外取向(例如，旋转90度或其它取向)，并且本文使用的空间相对描述符应当相应地解释。另外，还应理解，当层称为在两层“之间”时，它可以是两层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
50.本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体实施方案，并且并不意图限制本发明的概念。如本文所用，术语“基本上”、“大约”和类似术语用作近似术语而不是程度术语，且旨在说明将有本领域普通技术人员识别的测量值或计算值中的固有偏差。如本文所用，术语“主要组分”是指以大于组合物或产品中任何其它单一组分的量存在于组合物、聚合物或产品中的组分。相比而言，术语“重要组分”是指构成组合物、聚合物或产品的至少50重量％或更多的组分。如本文所用，术语“重要部分”在应用于多个项目时是指项目的至少一半。如本文所用，描述为“由物质制成”或“由物质组成”的任何结构或层应被理解为(i)在一些实施方案中，包含所述物质作为主要组分，或(ii)在一些实施方案中，包含所述物质作为重要组分。
51.如本文所用，单数形式“一”和“一个”旨在也包括复数形式，除非上下文另外明确指示。还应理解术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”当在本说明书中使用时指定存在陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关联列出项目的任何和所有组合。例如
“……
中的至少一个”的表达在元素列表之前会修改整个元素列表，而不会修改列表中的个别元素。此外，在描述本发明概念的实施方案时使用“可以”是指“本公开的一个或多个实施方案”。此外，术语“示例性”旨在指代示例或说明。如本文所用，术语“使用(use)”、“使用(using)”和“使用(used)”可以被认为分别与术语“利用(utilize)”、“利用(utilizing)”和“利用(utilized)”同义。
52.应理解，当元件或层称为“在”另一元件或层“上”、“连接到”、“耦合到”或“邻近于”另一元件或层时，它可以直接在另一元件或层上、连接到、耦合到，或邻近于另一元件或层，或可以存在一个或多个中间元件或层。相反，当元件或层称为“直接在”另一元件或层“上”、“直接连接到”、“直接耦合到”或“紧邻”另一元件或层时，不存在中间元件或层。如本文所使用，某物的“一部分”意指事物的“至少一些”，并且因此可以意指少于所述事物的全部，或所述事物的全部。因此，事物的“一部分”包括作为特例的整个事物，即，整个事物是事物的一部分的实例，并且例如，“层的一部分”意味着层的全部或少于层的全部。如本文所使用，当第二数目在第一数目的“y％内”时，意味着第二数目是第一数目的至少(1-y/100)倍并且第二数目是第一数目的至多(1 y/100)倍。
53.本文叙述的任何数值范围旨在包括包含在叙述范围内的相同数值精度的所有子范围。例如，“1.0至10.0”或“在1.0与10.0之间”的范围旨在包括在引用的最小值1.0与引用的最大值10.0(含1.0和10.0)之间的所有子范围，即具有等于或大于1.0的最小值和等于或小于10.0的最大值，例如2.4至7.6。本文叙述的任何最大数值限制旨在包括其中包含的所有较低数值限制，并且本说明书中叙述的任何最小数值限制旨在包括其中包含的所有较高数值限制。
54.尽管本文已经具体描述和示出穿塑孔框架的示例性实施方案，但是许多修改和变化对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，应理解，根据本公开的原理构造的穿塑孔框架可以不同于本文具体描述的方式来实施。本发明还由所附权利要求及其等效物限定。