“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：