TWI280081B - Optical component integrated in semiconductor device - Google Patents

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1280081 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 -種㈣有關—種整合光電元件之半導料置，尤扑 ^電元件、光傳導件及線路結構之半導曰 L无刖技術】 半導體技術之發展日新月異，除以往講求外形體積之 :中到、之封裝外，並且對於資料的儲存 ::除此，由於資料的處理量愈來愈大，二： 之貝料在早位時間内能以最快的速度處理完畢，則能屏 現更高的處理效率。而提高半導體處理速度最直接的方^ 率:;編傳輸達到一 ^ 门料之政熱、_時間延遲、電磁干擾（emi)等瓶頸 於更向性能之半導體的製作則愈加困難。尤其傳統以來— 直僅以銅線路作為資料訊㈣送之媒介的方式，則受材料 ^身先天之導電特性的限制，其所能達到的導電性無法再 提高，因此訊號傳送的速度無法再藉由提高導電性^方式 提昇。 再者，以金屬線材傳送訊號的結構，在傳輸過程中容 易受外界雜訊的干擾或内部線路之間的干涉，使得訊號在 傳送過程中因干擾及干涉而造成訊號傳送錯誤的情況，因 此在訊號傳送的結構必須要有相當的防護措施，以防干擾 或干涉對訊號產生影響，尤其在高頻傳送中更加明顯。: 此種防護措施對於電路設計則造成相當程度的困難度及額 外的結構設計，使得設計及製造困難度提高，故難以突破 6 18757 1280081 現有的狀況。 ，而在各電路内部之訊號處理的方式現在多為數 位式處理’而在吼辦值样、巧 …數 的情況。*㈣傳达社中㈣轉換則容易造成失真 為解決傳統類比式訊號傳輸結構的缺失， 代電訊號傳輸方式，最明顯的效果係光訊號: 的干擾，因此訊號傳送品f較佳，以降低訊 =达1 並且可減少設計防電磁波干擾的結構，而 牛低设计及製造困難度。故以光作為訊號傳送的方 成為未來發展的方向。 習知將光電傳輸結構設計在印刷電路板内的結構，係 在印刷電路板中加入一層有機光波導軟膜（organic waveguide fllm)的導光層’再將光電㈣和驅動元件整 合組裝在電路板上；而可藉由該導光層作為光訊號傳導的 路徑，以達到高速傳輸的目#。如第丨圖所示之美國專利 公告第6, 839, 476號，係於底層n上形成有一芯層12， 於。亥心層12上形成有複數個溝槽12a，而在該溝槽12a内 置入一光纖13(optical f iber)，再於該芯層12上面形成 一頂層14’俾以將光纖13埋在芯層12之中，其中之光纖 13係於一纖核l3a(core)外包覆纖殼13b(cladding)。而 可在光纖13的兩端裝設光發射、接收模組及光被動元件 等，以藉由光纖13傳送光訊號，而可免除電訊號傳送之缺 失0 7 18757 1280081 然而該光纖13係埋置在芯層12的溝槽12a中，因此 該芯層12必須先經過開槽製程，然後再將光纖丨3置入溝 槽12a内。而該光纖13置於溝槽12a之製程係為機械置入 、的動作，有如習知電路板插裝電子元件之插件動作，因此 製造速度緩慢，而無法達到快速生產的目的。 再者，該光纖13必須依相對應的溝槽12a的長度先 進行裁切，然後再將光纖13置於溝槽12a中，使其1在"製程 中又多一道加工製程，因而增加製作的困難度；且光纖以 的長度不一，故增加製程分類的複雜度，使得整體的製程 增加，複雜度提尚，相對地即增加製造成本。 而在芯層12上形成溝槽12a再置入光纖13，在尺寸 設計上因溝槽12a與溝槽12a之間必須保持相當的間隔， ^可將光纖13定位在芯層12中’而間隔大小即影響佈線 密度，並且佈線密度受到光纖13線徑大小的影響，因此無 法達到高密度佈線之目的。 鲁此外，該用以傳導光訊號的光纖13係於一纖核i3a 外包覆纖殼13b，而可藉由包覆在纖核…外面的纖殼哪 内層作為反射面，使光訊號藉由纖殼13b内層不斷向前反 射以達傳送訊號的目的。而該光纖13與電路板係為不同的 _製程結構’故必須以另外的獨立製程製作，同樣會增加製 '私：虹的困難度’且整合兩種不同製程的產品即增加困難 度’而無法達到大量生產以降低製程成本的目的。 由於該光纖13必須埋置在芯層12中，因而增加製作 的困難度，以及成本增加；並且無法達到高密度佈線之使 18757 8 1280081 用需求’而成為業界所欲解決之課題。 …因此、’如何提供—種符合電子裝置輕薄短小需求 担在“ w路杈、減少雜訊等問題，以及 &升光電訊號僂輪P暂、雜^ ^ %观傅輸叩貝、間化製程、降低製程難度 置產性之半導體罗晉，每炎n义、， 提升 Γ 又 貝為目耵業界亟欲解決的課題。 【發明内容】 4观 ::以上所述習知技術之缺點，本發明之主要目的， 鲁，在ki、=種整合光電元件之半導體裝置，得以達到電子 裝置之輕薄短小的使用需求。 本發明之再一目的，係在提供一種整合光電元件之 導體裝置，得以減小訊號傳遞損失、縮短導電路徑、減少 雜訊及提升光電訊號傳輸品質。 、本發明之又一目的在於提供一種整合光電元件之半 導體裝置，得簡化製程及降低製程難度。 本發明之又一目的在於提供一種整合光電元件之半 鲁導體裝置，得以提升整體的散熱較果。 為達上述及其他目的，本發明提供一種整合光電元件 之半導體裝置，係包括··承截板，該承載板係具有至少二 開口，弟一及弟一先電元件，係分別接置於該些開口中， .该第一及第二光電元件係具有一主動面及與該主動面相對 、之非主動面’且S玄主動面係具有多數電極塾及光作用區· 介電層，係形成於該承載板表面及該第一、第二光電元件 主動面，並具有多數用以露出該第一、第二光電元件電極 塾之開孔’以及用以路出该弟一、弟二光電元件光作用區 18757 9 l28〇〇8i 之開口；以及線路層，係形成於該 透過形成於該介電層開孔中之導電結曰+，且該線路層 、第一光電元件之電極墊。 “丨生連接至該第 上述該線路層表面復形成有 護層。此外，該絕緣保護層表面復形成有層之絕緣保 該光傳導件之傳輸端係位於該絕緣保護層——及^導件， 口之頂端，且該光傳導件之傳輸端具有—反射^電層開 於另-實施例中，該線路層表盘 層電性連接之線路增層結構，且：f =線路 第一及笫-杏帝-i 曰層結構中對應該 二弟一先电兀件之光作用區形成有開 —及第二光電元件之光作用區。 心出该弟 上述該線路增層結構表面復形成有一絕 該絕緣保護層表面復形成有 而::日’於 件之傳輸端係位於㈣缘伴〜二^亥光傳導 口頂端，俾可藉由該光傳導件以作為訊號傳遞二=開 於又一貫施例中，該線路增層結構中係埋設有至少一 ::導：’且5玄光傳導件之傳輸端係位於該線路增層結 心開口中。 因此，本發明之整合光電元件之半導體裝置，主要係 包括，至少：開口之承載板；分別接置於該些開口中之第 一及第二光電元件，該第一及第二光電元件係具有一主動 面及與e玄主動面相對之非主動面，且該主動面係具有多數 :極墊及光作用區；形成於該承載板表面及該第一及第二 光電元件主動面之介電層，且該介電層中形成有多數露出 10 18757 !28〇〇8ΐ 請參閱第2Α圖，係顯示本發 人 導體裝置第—實施例之剖面示意圖。^ ^件之半 如圖所*，該整合光電元件 承裁板2〇，該承載板20中且有至/一^二置，係包括： 2〇"第-及第二光電元件2;、22 牙開口 2〇°、 該第-、第二光電元件二= ^ ΐ:;ΤΓ表面且與該第一及第二先電元件21、22 包11連接之線路層24 〇 遠承餘2G#、為-體成型之結構之散熱板，其材質 係為金屬或陶瓷之其中一者。 另外，該承載板20亦可由多數承載層堆疊組成。以 下即以=層式結構作說明。如第2β圖所示，該承載板別 係匕括第一承載層2〇a，以及第二承載層2〇b。該第二承載 層20b係接置於該第一承載層2〇a上，且該第二承載層2〇b 係具有至少二貫穿其表面之開口 2〇〇b，並使該第一承載層 2〇a封閉住該開口 2〇〇b之一側，藉以於該承載板中形成開 口 200b、201b。上述該第一及第二承載層2〇a、2〇b之材 質係為金屬或陶兗之其中一者。 該第一及第二光電元件21、22係具有一主動面21〇、 220及與該主動面21〇、22〇相對之非主動面211、221，且 該主動面210、220分別具有多數電極墊212、222及光作 用區213、223。該第一及第二光電元件21、22係分別以 其非主動面211、221透過一導熱膠（未圖示）接置於該承 12 18757 1280081 載板20之開口 200、201中。上述該第一光電元件21係為 光主動元件或光被動元件，及該第二光電元件22係與第一 光電元件21相對之光主動元件或光被動元件；而該光主 •動元件係選自例如為雷射二極體（laser diode，LD)、發 光二極體（light emitting diode，LED)及垂直共振腔面射 型雷射一極體（vertical cavity surface emitting laser ’ VCSEL)等其中之一者，該光被動元件係選自例如為 光二極體或光感測元件之其中一者。 ^ 該介電層Μ係形成於該承載板20表面及該第一及第 二光電元件21、22之主動面210、220，且該介電層23中 具有多數用以露出該第一及第二光電元件21、22主動面 210、220之電極墊212、222之開孔230，與用以分別露出 該第一及第二光電元件21、22主動面210、22〇之光作用 區213、223之開口 231、232。該介電層23係可例如為環 氧樹脂（Epoxy resin)、聚乙醯胺（p〇lyimide)、氰脂 春（Cyanate ester)、玻璃纖維（Glass fiber)、雙順丁烯二 酸醯亞胺/三氮阱（BT，Bismaleimide triazine)或混合玻 璃纖維與環氧樹脂等材質所構成。 該線路層24係形成於該介電層23表面，且該線路層 24係透過形成於該介電層23之開孔23〇中的導電結構以〇 .而電性連接至該第一及第二光電元件21、22之電極墊 212、222。本發明係將該線路層24直接與該第一、第二光 私几件21、22之電極墊212、222連接，俾可構成符合電 子叙置輕薄短小需求之整合光電元件之半導體裝置，同時 18757 13 1280081 藉由該光電之整合’將可減小訊號傳遞損失、縮短導電路 么、減少雜訊等問題，以提升光電訊號傳輸品質。 此外’該線路層24表面復形成一係如防焊層之絕緣 保邊層25，以保護其下之線路層24，並形成有開口 以顯露該第-、第二光電元件2卜22之光作用區213、如， 而該絕緣保護層25表面係形成有至少一光傳導件26，該 光傳導件26係包括一核心層261及形成於該核心層26f 表面之披覆層262。如圖所示，該光傳導件26之傳輸端 6a 26b係刀別位於该絕緣保護層25之開口 251及該介 :層23之開口 231、232頂端，且分別與該第一、第二光 $元件21、22之光作用區213、223相對，以供該第一光 電兀件21與該第二光電元件22透過該光傳導件％直接進 行訊號之傳輸及接收，從而可縮短訊號傳輸之路徑，降低 接點訊號之損失，可廣泛應用於高速及高頻訊號之傳輸。 上述該光傳導件26傳輸端26a、26b具有一反射面。 清爹閱第2A及2A’圖，上述該絕緣保護層25及該光 傳導件26表面復可形成一封裝膠體27或金屬殼體27，之 保護罩’用以保護該光傳導件26避免其受外在因素之影響 而損壞，俾以提高產品使用壽命。 另該貫穿介電層23及絕緣保護層25之開口 231，232, 251中填入有導光材料（圖式中未表示）或抽成真 空，藉以降低外界雜訊的干擾。 請夢閱第2C及2C’圖，於本發明之另一實施例中，亦 可依據實際電性設計需要於該介電層23及線路層24上進 14 18757 1280081 仃線路增層製程以職—線路增層結構3卜且 213、223形成開口 31a、31b，以露出該第_及第二光電元 1 21、22之光作用區213、223，之後復可於該線路增層 、、σ構31上$成一絶緣保濩層2 5，且於該絕緣保護層2 &上 形成-光傳導件26，並使該光傳導件26之傳輸端心、挪 位於該絕緣保護層25之開口 251及該線路增層結構Μ之 開口 31a、31b頂端，且分別與該第一及第二光電元件2卜 2+2之光作用區213、223相對，藉以形成一埋設有多數光 电元件及开> 成有多層線路之整合光電元件之半導體裝置， 藉以滿足電子產品電性功能不斷提升之需求。 上述該絕緣保護層25及該光傳導件26表面復可形成 =封裝膠體27或金屬殼體27,之保護罩，用以保護該光傳 導件26避免其受外在因素之影響而損壞，俾以提高產品使 用壽命。 另該貫穿介電層23、線路增層結構31及絕緣保護層 25之開口 231，232,31a，31b，251中填入有導光材料（圖式 中未表示）或抽成真空，藉以降低外界雜訊的干擾。 此外，該線路增層結構31至少包括··介電層311，疊 置於該介電層311上之線路層312，以及形成於該介電層 311中之導電結構313,而該導電結構313係如導電盲孔， $黾…構313電性連接至該線路層2 4，同時該線路增 層結構31中對應該第一及第二光電元件之光作用區213、 223形成有開口 31a、31b，使該第一及第二光電元件之光 15 18757 l28〇〇8i 作用區213、223分別露出。 實施例1 如第3Α圖所係為本發明之整合光電元件之半導 體襄置之第二實施例之剖面示意圖。 本實施例之整合光電元件之半導體裝置係與前述第 Γ實施例大致相同，其主要差異在於本實施例之整合光電 το件之半導體裝置復包括有至少另—形成於該絕緣保護層 25表面之光傳導件26，，且該光傳導件26，具有一反射面之 傳輸端26a，，而該傳輸端26a，係與該第二光電元件以之 光作用區223㈣，以供㈣二光電元件22透過該光 件26’與其他光電元件進行訊號之傳輸，進而擴展了產品 性能。 請參閱第3B及3B，圖，上述該絕緣保護層25及該也 光傳導件26、26,表面復可形成一係封襄谬體27或金屬^ 艘27’之保護罩，用以保護該光傳導件％避免其受外在因 •素之影響而損壞。 丨第三實施例1 如第3B圖所示，係為本發明之整合光電元件之半 體裝置之第三實施例之剖面示意圖。 本實施例之整合光電元件之半導體裝置係與前述第 二實施例大致相同，其主要差異在於本實施例之整合光 元件之半導體裝置復包括於該介電層23及線路層^上 行線路增層製程以形成—線路增層結構3卜且該線路辦 結構31中對應該第一及第二光電元件21、22之光作用曰 18757 16 1280081 213、223形成開口 31a、31b，以露出該第一及第二光電元 件21、22之光作用區213、223，之後復可於該線路增層 結構31上形成一絕緣保護層25,且於該絕緣保護層25上 形成複數個光傳導件26、26’，其中該光傳導件26之傳輸 端26a、26b分別位於該絕緣保護層25之開口 251及該線 路增層結構31之開口 31a、31b頂端，且分別與該第二'及 第二光電元件21、22之光作用區213、223相對，而另一 光傳導件26’之傳輸端26a，同樣位於絕緣保護層25之開口 1 251及該線路增層結構31之關口 硿，w #

此外，上述該絕緣保護層25及該些光傳導件％、％ 之表面復可形成一封裝膠體27或金屬殼體27 ， 用以保護該光傳導件26避免其受外在因素之㈣而^ ’ 壞，俾以提高產品使用壽命。 θ禎 25之開口 另該貫穿介電層23及絕緣保護層

空，藉以 空，藉以降低外界雜訊的干擾。 231，232, 示）或抽成真 因此，本發明之整合光電元件之半導體 包括具至少二未貫穿開 之半導體裝置 之承載板， 主要係 於該些未貫穿開口接 18757 17 1280081 對上述實施例進行修 應如後述之申請專利範 在不違背本發明之精神及範脅下 改。因此本發明之權利保護範圍 圍所列。 【圖式簡單説明】 第1圖係為美國專利公告第6,839,476號之剖視圖； 卜第2A ®係為本發明之整合光電元件之何體裝置之 弟一貫施例之剖面示意圖； 第2A’圖係為第2A圖之另一 f施存丨 一 ^ M <力貝轭例之剖面示意圖； 弟2 B圖係為本發明之敗入止一 咏^ 个知月之整合先電兀件之半導體裝置之 弟—貫施例之承載板另-實施之剖面示意圖； 第i2C圖係為本發明之整合光電元件之半導體褒置之 弟―!施例具有線路增層結構之實施剖面示意圖； 第2C’圖係為第2C圖之另一每# y丨 咏 α之另一男、轭例之剖面示意圖； 弟3Α圖係為本發明之敕人 — U之整合先電兀件之半導體裝置之 弟一只轭例之剖面示意圖； 第3Β圖係為本發明之敕 第一每 月之整合先電兀件之半導體裝置之 弟一只鈿例具有線路增層处 缺_ 曰、、口構之貝施剖面示意圖；以及 弟3Β’圖係為第3β圖之另_ _ I ± ^ ^ /tL ^ 口爻另 貝施例之剖面示意圖。 L主要兀件符號說明】 11 12 12a 13 13a 底層 芯層 溝槽 光纖 纖核 18757 19 1280081 13b 纖殼 14 頂層 20 承載板 20a 第一承載層 20b 第二承載層 200 、 201 、200b、201b、23卜 232、31a、31b、251 開口 210 、 220 主動面 211 ^ 221 非主動面 212 、 222 電極墊 213 、 223 光作用區 21 第一光電元件 22 第二光電元件 23 、 311 介電層 230 開孔 24 、 312 線路層 240 、 313 導電結構 25 絕緣保護層 26 、 26， 光傳導件 261 核心層 262 彼覆層 26a、26b、26a’ 傳輸端 27 封裝膠體 27， 金屬殼體 31 線路增層結構 20 18757

Claims (1)

1280081 十、申請專利範圍： I 一種整合光電元件之半導體裝置，包括： 承載板’该承載板具有至少二未貫穿開口· 第一及第二光電元件，係分別接置於該些未貫穿開 口中’該第-及第二光電元件具有—主動面及與該主 動面相對應之非主動面，且該主動面具有多數電極塾 及光作用區； 》 介電層，係形成於該承載板表面、第一及第二光電 元件之主動面，並具有多數開孔用以露出該第—及第 二光電元件之電極墊’以及用以露出該第—及 電元件光作用區之開口；以及 線路層，係形成於該介電層表面，且該線路層係 過形成於該介電層之開孔中的導 ” H m 电結構而電性連接至 μ弟及弟一光電元件之電極墊。 2. 如申請專利範圍第1項 k署甘士斗 °先電70件之半導體裝 ► 置，八中，该線路層表面形成有— 絕緣保護層具有相對於第一及第^象保禮層’且該 仰奵瓦弟及弟二光電元件光作用F 開口，俾以露出該第一及第二 °° 3. 如申請專利範圍第2項之整人光件先作用區。 ® ^ 只心正。九電70件之半導艚奘 置’其中’該絕緣保護層表面形成一光衣 =光傳導件之傳輸端位於該絕緣保護層開口及介:’ 層開口之頂端。 曰W 汉’丨包 4. 如申請專利範圍第3項之整 置，i中，僅、t 4 口先电凡件之半導體襞 先傳導件之傳輸端具有-反射面。 18757 21 1280081 利範圍第3項之整合光電元件之半導體褒 、、夂中，：光傳導件係包括-核心層及形成於該核 〜層表面之披覆層。 6. 士口申，專利範圍第3項之整合光電元件之半導體裝 ?、中，該貫穿介電層及絕緣保護層之開口中埴入 有泠光材料及抽真空其中一者。 、 7. =申：：利範圍第！項之整合光電元件之半導體裝 ί電=該：電層及線路層表面形成有-與該線路 應^路增層結構’且該線路增層結構中對 ί:::及第二光電件之光作用區形成有開口，俾以 出该弟一及第二光電件之光作用區。 8. 士口申請專利範圍第7項之整合光電元件之半導體裝 ^其中’該線路增層結構外表面復形成有一絕緣保 且該絕緣保護層具有相對於第—及第二光電元 乍用區之開口，俾以露出該第一及第二光電元件 尤作用區。 9’ ^申請專利範圍第7項之整合光電元件之半導體穿 ==中，該線路增層結構包括有介電層、疊置㈣ 構，曰上之線路層，以及形成於該介電層中之導電結 1〇.=申請專利範圍第8項之整合光電元件之半導體裝 :其中’該絕緣保護層表面形成有至少一光傳導件， 光傳導件之傳輸端位於該絕緣保護層開口及線路 曰層結構之開口頂端。 18757 22 1280081 請專利範圍第1G項之整合光電元件之半導體裳 ί ’復包㈣貫穿介電層、㈣增層結構及絕緣保護 19 θ之開口中填入有導光材料及抽真空其中-者。 申請專利範圍第1G項之整合光電S件之半導體農 置，其中，該光傳導件之傳輸端具有一反射面。 申π專利la圍第10項之整合光電元件之半導體装 、’其中’該光傳導件係包L層及形成於該核 〜層表面之披覆層。 如申請專利範圍第i項之整合光電元件之半導體裝 置’其中，該承載板係為一體結構之散熱板。 •如申請專利範圍第14項之整合光電元件之半導體裝 /、中，δ亥承載板之材質係為金屬及陶瓷之其中一 者。 、 16·如申睛專利範圍第i項之整合光電元件之半導體褒 置，其中，該承載板係包括第一承載層及第二承載層， 该第二承載層係接置於該第一承載層上，且該第二承 =層^具有至少二貫穿之開口’並使該第一承載層封 閉住該開口之一侧。 π.如申請專利範圍第16項之整合光電元件之半導體裝 置’其中’該第-及第二承載層之材質係為金屬及陶 瓷之其中一者。 18.如申凊專利範圍第丨項之整合光電元件之半導體裝 置’其中，該第-光電元件係包括光主動元件及光被 動元件其中之一者’而該第二光電元件係與第一光電 18757 23 1280081 元件相對之光主動元件及光被動元件其中之一者。 19.如申請專利範圍第18項之整合光電元件之半導體裝 置，其中，該光主動元件係包括雷射二極體（laser di〇de，LD)、發光二極體（light emitting diode， LED)及垂直共振腔面射型雷射二極體（vert i ca 1 cavity surface emitting laser，VCSEL)其中之一者。 20·如申請專利範圍第18項之整合光電元件之半導體裝 置，其中，該光被動元件係包括光二極體或光感測元 件之其中一者。 •士申明專利範圍弟3或1〇項之整合光電元件之半導體 衣置’復包括於該光傳導件及絕緣保護層表面復形成 有一保護罩。 22·如申請專利範圍第21項之整合光電元件之半導體裝 置’其中，該保護罩係為金屬殼體及封裝膠體其中一 者0 24 18757