芯片封装结构、芯片封装方法及光计算设备

文档序号:213159 发布日期:2021-11-05 浏览:2次 >En<

阅读说明:本技术 芯片封装结构、芯片封装方法及光计算设备 (Chip packaging structure, chip packaging method and optical computing equipment ) 是由 薛志全 孟怀宇 沈亦晨 于 2021-06-25 设计创作,主要内容包括:本申请实施例提供一种芯片封装结构、芯片封装方法及光计算设备。其中,结构包括:线路板、安装于所述线路板的芯片插座以及安装于所述芯片插座的光子芯片;所述芯片插座包括多个弹性电连接件、第一加压件以及第二加压件;所述第一加压件和所述第二加压件分体成型;所述多个弹性电连接件位于相对设置的所述线路板和所述光子芯片之间,且所述弹性电连接件的两端分别与所述线路板、所述光子芯片电接触;所述第一加压件加压在所述光子芯片的边缘区域、所述第二加压件加压在所述光子芯片的中心区域,以使所述弹性电连接件处于压缩状态。本申请实施例提供的技术方案能够方便调控得到有利的形变情况,以达到较好的光耦合效率。(The embodiment of the application provides a chip packaging structure, a chip packaging method and optical computing equipment. Wherein, the structure includes: the photonic chip comprises a circuit board, a chip socket arranged on the circuit board and a photonic chip arranged on the chip socket; the chip socket comprises a plurality of elastic electric connectors, a first pressure piece and a second pressure piece; the first pressurizing piece and the second pressurizing piece are formed in a split mode; the elastic electric connecting pieces are positioned between the circuit board and the photonic chip which are oppositely arranged, and two ends of each elastic electric connecting piece are respectively in electric contact with the circuit board and the photonic chip; the first pressure piece is pressed on the edge area of the photonic chip, and the second pressure piece is pressed on the central area of the photonic chip, so that the elastic electric connection piece is in a compressed state. The technical scheme provided by the embodiment of the application can conveniently regulate and control favorable deformation conditions so as to achieve better optical coupling efficiency.)

芯片封装结构、芯片封装方法及光计算设备

技术领域

本申请涉及半导体技术领域,尤其涉及一种芯片封装结构、芯片封装方法及光计算设备。

背景技术

与传统的电子芯片相比,光子芯片是通过操作光信号实现数据传输和处理的,并且光子芯片(或光学芯片)具有高速度、低延迟、低功耗等方面的优势。

通常,光子芯片由光子裸芯片和为该光子裸芯片提供光信号的光源(例如小型激光器)封装得到。将光源发出的光耦合到光子裸芯片的耦合效率是限制光进入光子裸芯片内部多少的一个关键因素。

发明内容

本申请实施例提供了一种芯片封装结构、芯片封装方法及光计算设备,用于在使用芯片插座将光子芯片安装到线路板上时,解决芯片插座对光子芯片的压紧力引起的光子芯片形变所导致的光耦合效率低下的问题。

在本申请的一个实施例中,提供了一种芯片封装结构。该结构包括:

线路板、安装于所述线路板的芯片插座以及安装于所述芯片插座的光子芯片;

所述芯片插座包括多个弹性电连接件、第一加压件以及第二加压件;所述第一加压件和所述第二加压件分体成型;

所述多个弹性电连接件位于相对设置的所述线路板和所述光子芯片之间,且所述弹性电连接件的两端分别与所述线路板、所述光子芯片电接触;

所述第一加压件加压在所述光子芯片的边缘区域、所述第二加压件加压在所述光子芯片的中心区域,以使所述弹性电连接件处于压缩状态。

在本申请的另一实施例中,提供了一种芯片封装方法。该方法包括:

将芯片插座的多个弹性电连接件中各弹性电连接件的第一端与线路板进行电接触;

将光子芯片与所述线路板相对设置,以使所述多个弹性电连接件位于所述光子芯片与所述线路板之间,且所述光子芯片与所述多个弹性电连接件中各弹性电连接件的第二端进行电接触;

依次将所述第一加压件加压在所述光子芯片的边缘区域、将所述第二加压件加压在所述光子芯片的中心区域,以使所述弹性电连接件处于压缩状态;

其中,所述第一加压件和所述第二加压件分体成型。

在本申请的又一实施例中,提供了一种光计算设备。该光计算设备包括:上述提及的封装结构。

本申请实施例提供的技术方案,通过芯片插座将光子芯片安装到线路板上,可在不损坏光子芯片以及线路板的前提下,更新光子芯片。此外,为了解决芯片插座对光子芯片的压紧力引起的光子芯片形变所导致的光耦合效率低下的问题,采用分体成型的第一加压件和第二加压件分别对光子芯片的边缘区域和中心区域进行加压,便于分别控制第一加压件对光子芯片的边缘区域的压力大小以及第二加压件对光子芯片的中心区域的压力大小,从而方便调控得到有利的形变情况,以达到较好的光耦合效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请一实施例提供的芯片封装结构的示意图;

图2为本申请一实施例提供的芯片封装结构的部分结构的剖面图;

图3为本申请一实施例提供的光子芯片的第一形变示意图;

图4为本申请一实施例提供的光子芯片的第二形变示意图;

图5为本申请一实施例提供的光子芯片的第三形变示意图;

图6为本申请又一实施例提供的芯片封装方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。

在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包括”为一开放式用语,故应解释成“包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。

此外,“连接”一词在此包含任何直接及间接的连接手段。因此,若文中描述一第一装置连接于一第二装置,则代表所述第一装置可直接连接于所述第二装置,或通过其它装置间接地连接至所述第二装置。

应当理解,本文中使用的术语“及/或、和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A1及/或B1,可以表示:单独存在A1,同时存在A1和B1,单独存在B1这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图,对本申请的一些实施方式作详细说明。在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在光子芯片中,微米级别的光路位移偏差就会导致光耦合效率的下降。

在某些情况下,例如测试场景中,为了在不损坏芯片以及线路板的前提下,需要使用芯片插座使得芯片的易更换。通常,光子芯片的引脚很多,往往有几千个引脚。如果用插座安装光子芯片,需要有弹性探针在光子芯片下方与光子芯片的引脚接触。为保证弹性探针接触良好,每个弹性探针至少提供20~25g的力,1000个探针就有20kg~25kg的力。也就是说,芯片插座会对光子芯片产生很大的压紧力,在这个压紧力的作用下,光子芯片很可能产生引起光路偏移的形变,从而影响耦合效率。

为了方便对本申请实施例提供的技术方案的发明构思进行介绍,下面将结合图3对本申请实施例涉及的光子芯片的具体结构进行详细介绍。通常,如图3所示,光子芯片200包括封装基板5以及安装于所述封装基板5的光子裸芯片6和光源组件20;所述光源组件20用于为所述光子裸芯片6提供光信号。

申请人在研究本申请实施例提供的技术方案的过程中发现:若芯片插座仅对光子芯片的边缘区域施加压紧力(也即图3中的边缘压力),光子芯片200在其下方的弹性探针的弹性力作用下,会呈现图3所示的上拱形变,也即凸形变。在这种情况下,光子芯片200中光源组件20发出的光线会发生上偏的情况。

若芯片插座在对光子芯片200的边缘区域施加压紧力之后,再对光子芯片200的中心区域施加压紧力(也即图4、图5中的中心压力),则会呈现图4和图5所示的先凸再凹的情况,由此会产生曲率正负正的波浪形。

虽然图3和图4(或图5)相比似乎变形差不多,但实际上图4(或图5)的形变要比图3的变形小很多。

发明人通过研究发现:通过调整加压在光子芯片200的中心区域的中心压力的大小以及光源组件20与光子裸芯片6在封装基板5上的位置,会出现图4展示的光线上偏情况以及图5展示的光线下偏情况。注:图5中光源组件20与光子裸芯片6在封装基板5上的位置,相对于图4中光源组件20与光子裸芯片6在封装基板5上的位置靠左。也就是说,可以找到光线上偏与下偏的临界点所对应的光源组件20与光子裸芯片6在封装基板5上的位置以及中心压力大小,这样就能够保证光耦合效率。

图1示出了本申请一实施例提供的芯片封装结构的示意图。图2示出了本申请一实施例提供的芯片封装结构的部分结构的剖面图。如图1和图2所示,该芯片封装结构,包括:线路板1、安装于所述线路板1的芯片插座100以及安装于所述芯片插座100的光子芯片200;所述芯片插座100包括多个弹性电连接件8、第一加压件3以及第二加压件2;所述第一加压件3和所述第二加压件2分体成型;所述多个弹性电连接件8位于相对设置的所述线路板1和所述光子芯片200之间,且所述弹性电连接件8的两端分别与所述线路板1、所述光子芯片200电接触;所述第一加压件3加压在所述光子芯片200的边缘区域、所述第二加压件2加压在所述光子芯片200的中心区域,以使所述弹性电连接件8处于压缩状态。

实际应用中,上述线路板1具体可包括印制电路板PCB(Printed Circuit Board)。

在本实施例中,第一加压件3和第二加压件2并非一体成型,而是分体成型。这样,在将光子芯片200封装或安装到线路板1上时,可分别控制第一加压件3对光子芯片200的边缘区域以及第二加压件2对光子芯片200的中心区域的压力大小,从而方便调控得到有利的形变情况,以达到较好的光耦合效率。

通常,如图3所示,光子芯片200包括封装基板5以及安装于所述封装基板5的光子裸芯片6和光源组件20;所述光源组件20用于为所述光子裸芯片6提供光信号。其中,封装基板5可选用刚度高、热形变率低的衬底,例如:陶瓷基板。

在一实例中,光源组件20发出的光可直接进入光子裸芯片6中。

在另一实例中,光源组件20发出的光可通过转折镜反射进入光子裸芯片6中,具体地,如图3所示,上述光子芯片200还包括转折镜103;转折镜103固定在光子裸芯片6上。在本实施例中,光源组件20发出的光经过转折镜103反射之后进入光子裸芯片6中。

为了方便调节第二加压件2对光子芯片200的中心压力的大小,上述结构还可包括压力调节件(未图示)。所述第二加压件2通过所述压力调节件与所述线路板1连接;所述压力调节件用于调节所述第二加压件2的与所述光子芯片200的中心区域接触的接触面与所述线路板1之间的间距;所述接触面与所述线路板1之间的间距越小,所述第二加压件2对所述光子芯片200的中心区域的压力越大。

具体实施时,第二加压件2可通过压力调节件直接与线路板1连接;或者,第二加压件2可通过压力调节件间接与线路板1连接,如图1所示,第一加压件3连接在线路板1上,第二加压件2通过压力调节件与第一加压件3连接。

在一具体实例中,上述压力调节件具体可以为螺丝。相应的,所述第二加压件2上可设置有配合所述螺丝使用的螺丝孔7;所述第一加压件3上设置有配合所述螺丝使用的螺丝槽(未图示);所述螺丝依次旋入所述螺丝孔7与所述螺丝槽,以实现所述第一加压件3和所述第二加压件2的连接。

具体实施时,上述螺丝的顶面具有旋转施力槽,以便于向螺丝施加使其绕自身轴线旋转的力。通过向螺丝施加使其绕自身轴线旋转的力调节螺丝与螺丝槽之间的相对进给量,以实现所述第二加压件2的与所述光子芯片200的中心区域接触的接触面与所述线路板1之间的间距的调整。

上述螺丝包括螺丝本体和设置在螺丝本体一端的螺丝帽;螺丝孔的直径小于所述螺丝帽的直径,并大于所述螺丝本体的直径,螺丝本体可在穿过螺丝孔后,与螺丝槽进行螺纹连接。

考虑到光子裸芯片6的散热问题,可让第二加压件2加压在光子裸芯片6上,以对光子裸芯片6进行散热。具体地,所述光子裸芯片6和所述光源组件20位于所述封装基板5的中心区域;所述第一加压件3加压在所述封装基板5的边缘区域;所述第二加压件2加压在所述光子裸芯片6上。当光子裸芯片6上设置有转折镜103时,第二加压件2避开所述转折镜103加压在光子裸芯片6上,避免对压坏转折镜103。

在一实例中,如图1和图2所示,所述芯片插座100还包括呈环形结构的安装部9;所述安装部9的第一开口端固定于所述线路板1;所述多个弹性电连接件8位于所述安装部9所围成的镂空空间内;所述第一加压件3连接于所述安装部9的第二开口端,以对所述光子芯片200的边缘区域进行加压。

其中,安装部9可通过第二紧固件固定连接在线路板上。第二紧固件具体可以为螺丝。在安装光子芯片200时,安装部9可起到一个定位的作用。

进一步的,所述第一加压件3呈环形结构;所述第一加压件3包括一体成型的加压部和固定部;所述加压部位于所述固定部的内侧;所述固定部通过第一紧固件(未图示)连接于所述安装部,以使所述加压部加压在所述光子芯片200的边缘区域。第一紧固件具体可以为螺丝。

在一具体结构中,所述弹性电连接件为弹簧探针。

在一实例中,线路板1上可设置有多个用于固定弹簧探针的定位导电槽,多个弹簧探针的第一端可插入相应的定位导电槽中。

在另一实例中,所述芯片插座还可包括:针孔座4;所述针孔座4中设置有多个安装孔;多个弹簧探针8分别安装在所述多个安装孔内。

在本申请实施例提供的技术方案中,将插座的压紧部件做成分体的,分别针对光子芯片的四周区域和中心区域施加不同的力,可以一定程度上调节光子芯片变形,使其调控到合适的形变状态,达到较好的光耦合效率。对中心区域单独施加力,使得中心压力的大小的可控性提高,有助于调节光路位移;中间区域施加力,会产生凹凸不同的位置,使得光路出现上偏和下偏的不同效果,因此,可通过试验寻找到光源组件和光子裸芯片在封装基板上的合适位置;分体式可以补偿由于一体式的公差问题。

下面将结合图6对本申请提供的芯片封装结构的封装方法进行介绍。如图6所示,该方法,包括:

601、将芯片插座的多个弹性电连接件中各弹性电连接件的第一端与线路板进行电接触。

602、将光子芯片与所述线路板相对设置,以使所述多个弹性电连接件位于所述光子芯片与所述线路板之间,且所述光子芯片与所述多个弹性电连接件中各弹性电连接件的第二端进行电接触。

603、依次将所述第一加压件加压在所述光子芯片的边缘区域、将所述第二加压件加压在所述光子芯片的中心区域,以使所述弹性电连接件处于压缩状态。

其中,所述第一加压件和所述第二加压件分体成型。

可选的,上述603中“将所述第二加压件加压在所述光子芯片的中心区域”,具体可采用如下步骤来实现:

6031、采用压力调节件连接所述第二加压件与所述线路板。

6032、通过调节所述压力调节件以调整所述第二加压件的与所述光子芯片的中心区域接触的接触面与所述线路板之间的间距。

其中,所述接触面与所述线路板之间的间距越小,所述第二加压件对所述光子芯片的中心区域的压力越大。

上述6032中,在一实例中,可通过调节所述压力调节件,将所述第二加压件的与所述光子芯片的中心区域接触的接触面与所述线路板之间的间距调整到预设间距。其中,预设间距可以是根据事先的真实或模拟实验结果来确定的。

在另一实例中,可通过逐步调节所述压力调节件,直至光子芯片200的光耦合效率达到预设要求。

可选的,上述603中“将所述第一加压件加压在所述光子芯片的边缘区域”,具体为:

采用第一紧固件连接所述第一加压件与所述线路板,以使所述第一加压件加压在所述光子芯片的边缘区域。

可选的,采用压力调节件连接所述第二加压件与所述线路板,包括:

所述第一加压件连接到所述线路板上后,采用压力调节件连接所述第二加压件与所述第一加压件。

可选的,所述芯片插座还包括呈环形结构的安装部;所述方法,还包括:

604、将所述安装部的第一开口端固定于所述线路板。

相应的,上述601中“将芯片插座的多个弹性电连接件中各弹性电连接件的第一端设置在线路板上”,具体为:

6011、在所述安装部所围成的镂空空间内,将芯片插座的多个弹性电连接件中各弹性电连接件的第一端与线路板进行电接触。

可选的,所述弹性电连接件为弹簧探针;所述芯片插座还包括:针孔座;所述针孔座中设置有多个安装孔;

上述6011具体包括:

S11、将多个弹簧探针分别安装到所述针孔座中的安装孔中。

S12、将安装有所述多个弹簧探针的针孔座安装在所述镂空空间中,以使所述多个弹性电连接件中各弹性电连接件的第一端与所述线路板电接触。

可选的,上述方法,还包括:

605、将光源组件和光子裸芯片安装在封装基板的预设位置处,以得到光子芯片。

其中,预设位置以及上述实施例中的预设间距可通过真实或模拟实验的实验结果来确定。

需要说明的是:本实施例提供的封装方法所涉及的芯片封装结构的具体结构可参见述各方法实施例中的相应内容,此处不再赘述。

本申请实施例还提供了一种光计算设备。该光计算设备可包括上述各实施例中所涉及的芯片封装结构。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

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