“光互连”和“电互连”的叠层系统封装

更新时间:2015-07-20

“光互连”和“电互连”的叠层系统封装

        2015年7月15日有幸在余思远教授的指导下,参观中山大学东校区大学城中“光电材料与技术国家重点实验室“,了解到光子传导和器件的设计。考虑到EPEC实验室主要工作在于如何将电子元件薄膜化处理。双方重点讨论的问题集中在“如何将光互连和电互连集中的同一载板?”。下面是对光子器件,电子器件和3D系统封装的现状。
1、涉及到光电互连的器件
手机摄像头是一个典型例子。图1到图3汇集了光子转移为电子并且进行存储的设备延续。
 

图1、摄像头的体积缩小延伸过程,【摄像机-相机-手机】


图2. 手机摄像头的外形
 

图3.手机摄像头的结构


但是仔细思考看来,最让人类思考的光电设备是“眼睛”。可以参考人眼的传感器结构。


图4.从人眼到昆虫复眼分析图像成像特性

2、光子器件
光子器件包括光子波导,光子开关,光子存储器件。这些器件是将光子像电子一样处理的关键设备。
 

图5、无线电波的频率和特性

图6、光子导线结构(optical waveguides) 

图7、光子开关结构和特性


 图8、光子存储系统



图9. 光子器件的研究设备
 

3、电子薄膜器件
电子器件包括,薄膜导线,薄膜电阻,薄膜电感,薄膜电容。

 

图10、陶瓷薄膜电路导线【1】

图11、陶瓷薄膜电感【2】

图12、陶瓷薄膜电容【3】

图13.陶瓷表面电阻加工【4】

4、3D系统封装
电子芯片的系统集成是提高芯片性能的关键,也是为光电分离互连的解决方案。


图14.3D系统集成封装 (through silicon via)

5、“光互连”和“电互连”的结构模型
参考生物芯片的结构,设计光子器件的光电互连。由于生物芯片涉及到利用光谱信号检测化学分子的结构特性,可以设计出新型的光电互连方式。

 

图15. “光互连”和“电互连”的结构模型



实现这一结构是首先加工光互连,在硅基片溅射氮化硅层,加工成光子晶体器件。然后加工电互连,在氮化铝基片上溅射和电镀,加工电学器件。然后,利用3D封装方式,通过通孔镀铜和低温焊接,将两者芯片叠合连接。最后,进行切片获得器件。

参考文献:

【1】惠州力道电子材料有限公司,www.leadao.cn
【2】美国ATP公司,www.thinfilm.com
【3】广州天极电子科技有限公司,www.auroratech.cn
【4】美国Ohmega公司,www.ohmega.com