專利名稱：混合模塊及其制造方法、以及混合電路裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及混合模塊和該混合模塊的制造方法、以及其上安裝有該混合模塊的混合電路裝置，該混合模塊具有安裝在硅襯底上的多個部件例如芯片、IC(集成電路)元件或光學元件且包括布線層。
背景技術：
例如，諸如個人計算機、移動電話、錄像機或音頻設備的各種電子裝置使用各種半導體電路元件和電子部件，例如IC(集成電路)元件、LSI(大規(guī)模集成)元件或存儲元件。電子裝置配備有通過在基體襯底(base substrate)上安裝執(zhí)行相同功能的上述半導體電路元件和電子部件而混合的所謂的模塊，所述基體襯底具有形成在其上的布線層。
隨著要求電子裝置具有更小的設計和更多的功能或更高的功能性，混合模塊被設計用于相應地以更高密度安裝更多部件且被設計得更小和更輕。例如，日本專利申請公開1995年的No.7134(專利文獻1)或2000-106417(專利文獻2)公開了一種具有多個部件的混合模塊，所述多個部件密封在樹脂基體中使得它們的輸入/輸出形成面(input/output-formed side)形成為彼此平齊，且布線層形成在樹脂基體的主面(main side)上。為了獲得這樣的混合模塊的更薄設計和更高封裝密度，已經(jīng)嘗試安裝部件且在已經(jīng)安裝的部件上通過布線層還裝配其它部件。
另一方面，在電子裝置等中，安裝在電路板中的部件之間的信號傳輸通常根據(jù)形成在布線層中的布線圖案而受到影響。要求電子裝置以高速運行。然而，在根據(jù)布線圖案的電信號傳輸中，由于布線圖案的線厚度的有限減小、布線圖案中出現(xiàn)的CR(電容-電阻)時間常數(shù)導致的信號傳輸延遲、EMI(電磁干擾)或EMC(電磁兼容)、布線圖案之間的串擾等，很難獲得更高的運行速度。
為了解決傳統(tǒng)電信號傳輸結構的問題，從而實現(xiàn)能夠以更高速度運行且具有更多功能或更高功能性的電子裝置，已經(jīng)研究采用包括光學部件例如光信號通道(光路(optical path))、光互連等的光信號傳輸結構。光信號傳輸結構適于裝置之間、每個裝置中使用的電路板之間、或每個板上安裝的部件之間較短距離上的信號傳輸。光信號傳輸結構使得能夠在形成在布線板的光信號傳輸通道上以更高速度和更大容量傳輸光信號，所述布線板具有安裝在其上的部件。日本專利申請公開No.2004-193221(專利文獻3)公開了一種光學元件結合地形成在其中的混合模塊。

發(fā)明內(nèi)容
上述專利文獻1或2中公開的混合模塊通過在其基部被支承的基體板(base sheet)上并排(side by side)安裝諸如半導體芯片、功能器件等的多個部件且在基體板上將樹脂模制成襯底體(substrate body)從而密封所安裝的部件而形成。在該混合模塊中，所安裝的部件的接觸焊盤通常布置為彼此齊平使得所安裝的部件能夠共同連接到電路板等，且襯底體被拋光至具有最大外部尺寸的所安裝的部件的輪廓使得混合模塊總體上能減小厚度。
然而，在這樣的混合模塊中，密封所安裝的部件的樹脂模制襯底體將招致大的尺寸改變，因為樹脂固化時其會收縮。因此，襯底體將很大地彎曲或其它形式地變形，導致部件的連接焊盤(connecting pad)與電路板上相應的安裝連接盤(mounting land)的不對準以及部件與連接盤之間的斷開。因此，部件不能以高精度安裝。另外，熱應力引起的每個部件周邊的破裂導致固定強度減小和滲水，這將進一步導致內(nèi)部短路和生銹。因此，傳統(tǒng)混合模塊可靠性低。
另一方面，具有上述光信號傳輸結構的混合模塊能以更高速度運行，具有更多功能和更高的功能性，且在其它方面也更具優(yōu)勢。在該混合模塊中，從設計為以更高速度運行且具有更大容量的LSI元件提供的和向該LSI元件提供的電信號通過諸如半導體激光器和發(fā)光二極管或光電檢測器(photodetector)的光學元件被轉(zhuǎn)換成光信號。因此，可得到具有電信號傳輸結構和光信號傳輸結構的組合的混合模塊，即處理電信號和光信號的混合模塊。
在用于電和光信號兩者的混合模塊中，由于光信號通過光信號傳輸結構以高速傳輸，所以通過降低CR時間常數(shù)引起的經(jīng)過電信號傳輸結構的電信號傳輸?shù)难舆t、EMI噪聲、EMC等來減小寄生電容是非常重要的。另外，在針對電/光信號的混合模塊中，當電信號轉(zhuǎn)換為光信號時光學部件產(chǎn)生熱且該熱將會對與光學部件組合設置的電部件的性能具有影響。
因此，對于針對電/光信號的混合模塊，光學部件和光信號傳輸通道通常在與用于電部件的工藝分開的工藝中安裝在布線層、電路板等的主面上。然而，在針對電/光信號的混合模塊中，在分開的工藝中分別處理電和光學部件導致安裝工藝的提高的復雜性和降低的效率以及安裝工藝的低產(chǎn)率。另外，在針對電/光信號的混合模塊中，彼此分隔開地安裝電和光學部件需要能將電和光學部件彼此連接的電布線圖案，而連接的量(capacity)將使得難以減小寄生電容。
因此，需要通過提供薄的、高度可靠的混合模塊以及用于該混合模塊的制造方法來克服現(xiàn)有技術的上述缺點，所述混合模塊中能夠以改進的精度和效率安裝多個部件。另外，需要提供小的、多功能和高功能的、高度可靠的混合電路裝置，其包括多個部件以高密度安裝在其中的薄的混合模塊。
根據(jù)本發(fā)明，提供一種混合模塊，包括硅襯底，其具有形成在其中的向所述硅襯底的主面之一開口的多個部件安裝凹陷；外部尺寸等彼此不同的多個部件，其分別嵌入在所述部件安裝凹陷中且分別被粘合樹脂層固定；以及布線層，其形成在所述硅襯底的所述主面上。在該混合模塊中，所述部件被嵌入在所述部件安裝凹陷中，除了至少輸入/輸出形成面之外在它們的周邊通過粘合樹脂層被固定、且因此被安裝為埋設在所述硅襯底中，它們各自的其上形成有輸入/輸出的面每個通過所述部件安裝凹陷的開口暴露于外，所述粘合樹脂層通過固化填充在所述部件安裝凹陷中的粘合樹脂形成。在該混合模塊中，所述布線層包括絕緣樹脂層和連接到所述部件的每個的所述輸入/輸出的布線圖案，且所述布線層形成在所述硅襯底的所述主面以及所述部件的所述輸入/輸出形成面上，所述部件的所述輸入/輸出形成面與所述主面基本齊平。
在上述混合模塊中，硅襯底作為基體襯底的使用允許相對容易地形成高精度部件安裝凹陷和布線層且使得幾乎沒有熱或其它因素導致的尺寸和形狀變化。由于部件能因此精確定位且安裝地確定保持與布線層等連接，所以該混合模塊在可靠性方面得到改進。由于該混合模塊中的硅襯底具有較大面積且還起到部件和布線層的地(ground)以及良好的散熱器的作用，所以該混合模塊能穩(wěn)定運行。由于外部尺寸上彼此不同的部件被安裝為埋設在硅襯底中，它們的輸入/輸出形成面布置為彼此齊平，所以該混合模塊可以形成得更小和更薄，所述部件和布線層可以通過最短可能距離彼此連接從而減小寄生電容，且因此高密度封裝提供多功能和高功能的混合模塊。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種混合模塊制造方法，包括步驟在硅襯底中形成向所述硅襯底的主面之一開口的多個部件安裝凹陷；以埋設狀態(tài)將外部尺寸等彼此不同的多個部件分別安裝到所述部件安裝凹陷中；以及在所述硅襯底的所述主面上形成布線層從而覆蓋所述部件，由此制造混合模塊，在該混合模塊中，部件分別被嵌入在形成在硅襯底的主面之一中的所述部件安裝凹陷中、被埋設為通過填充在所述部件安裝凹陷中的粘合樹脂層被固定，且布線層形成在所述主面之上。在該混合模塊制造方法中，該部件安裝步驟還包括步驟將預定量的半硬化粘合樹脂填充到所述部件安裝凹陷的每個中；將所述多個部件嵌入到相應的部件安裝凹陷中，它們的各輸入/輸出形成面通過所述部件安裝凹陷的開口暴露于外；按壓并保持每個部件，所述部件的輸入/輸出形成面布置為彼此基本齊平；以及通過固化所述粘合樹脂并保持按壓所述部件從而在所述部件安裝凹陷中形成粘合樹脂層且在所述硅襯底中由所述粘合樹脂層固定所述部件來埋設所述部件，由此固定所述部件的每個。另外，在該混合模塊制造方法中，所述布線層形成步驟還包括步驟在所述硅襯底的所述主面以及所述部件的所述輸入/輸出形成面上形成絕緣層，所述部件的所述輸入/輸出形成面與所述主面基本齊平；以及在所述絕緣層上形成用于連接到每個部件的所述輸入/輸出的布線圖案。
在該混合模塊制造方法中，多個部件安裝凹陷通過蝕刻或利用類似技術有效地形成在硅襯底中，且部件被嵌入到填充以半硬化粘合樹脂的部件安裝凹陷中。在該混合模塊制造方法中，該粘合樹脂被固化且部件被按壓使得它們的輸入/輸出形成面被布置為與硅襯底的主面基本齊平。在該混合模塊制造方法中，發(fā)生很小的由熱導致的形狀和狀態(tài)變化的硅襯底用作基體襯底，從而使得部件能夠埋設為精確定位在部件安裝凹陷中。
因此，上述混合模塊制造方法允許制造可靠性得到改進的混合模塊，因為部件、布線層等之間的連接能夠確定地被保持且防止斷開。在通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的混合模塊中，具有較大面積的硅襯底起到用于部件和布線層的地(ground)的功能且還用作良好的散熱器。所以該混合模塊能穩(wěn)定運行。另外，由于部件安裝為埋設在硅襯底中，所以通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的混合模塊較小且較薄，部件和布線層通過它們之間最短可能距離連接從而減小寄生電容。另外，因為通過根據(jù)本發(fā)明的方法能夠獲得部件安裝的高密度，所以這樣制造的混合模塊具有更多功能和更高功能性。
根據(jù)本發(fā)明，還提供一種混合電路裝置，包括基體襯底，其具有形成在其絕緣襯底上的基體布線層，所述基體布線層由絕緣層和單層或多層布線圖案形成；以及混合模塊，其安裝在所述基體襯底的所述基體布線層上。在該混合電路裝置中，所述混合模塊包括硅襯底，其具有形成在其中的向所述硅襯底的主面之一開口的多個部件安裝凹陷；多個部件，其分別嵌入在所述部件安裝凹陷中、且分別通過粘合樹脂層固定；以及布線層，其形成在所述硅襯底的所述主面上。在包括在該混合電路裝置的混合模塊中，部件被嵌入在部件安裝凹陷中，除了至少輸入/輸出形成面以外在它們的周邊通過粘合樹脂層被固定，且因此被安裝為埋設在所述硅襯底中，所述多個部件的其上形成有輸入/輸出的各個面每個通過所述部件安裝凹陷的開口暴露于外，所述粘合樹脂層通過固化填充在所述部件安裝凹陷內(nèi)的粘合樹脂形成。在該混合電路裝置的混合模塊中，所述布線層包括絕緣樹脂層以及連接到所述部件的每個的所述輸入/輸出的布線圖案，且所述布線層形成在所述硅襯底的所述主面以及所述部件的輸入/輸出形成面上，所述部件的輸入/輸出形成面與所述主面基本齊平。
在上述混合電路裝置上，精確定位地安裝混合模塊，所述混合模塊中硅襯底作為基體襯底的使用允許在硅襯底中相對容易地形成高精度部件安裝凹陷和布線層，且使得幾乎沒有熱或其它因素導致的部件尺寸和形狀的變化。因此，在混合模塊與基體襯底之間的連接中抑制了斷開和破裂，且混合電路裝置在可靠性方面得到改進。另外，在該混合電路裝置上，因為在基體襯底上安裝了所述混合模塊，該混合模塊中部件安裝為埋設在硅襯底中使得該混合模塊較小且較薄，且所述部件和布線層通過最短可能距離彼此連接從而減小寄生電容，所以高密度封裝提供了多功能和高功能性混合電路裝置。在該混合電路裝置中，混合模塊可以被提供以高穩(wěn)定電源，電源單元和地，每個具有足夠大的面積，被設置在例如基體襯底的布線層上。
根據(jù)本發(fā)明，提供混合模塊，其中部件嵌入在形成于硅襯底中的部件安裝凹陷中并被埋設為通過粘合樹脂層被固定且用于與部件電連接的布線層形成在所述硅襯底的主面上，所述部件的輸入/輸出形成面布置得彼此基本齊平。因此，根據(jù)本發(fā)明，混合模塊可以形成得較小且較薄，且所述部件和布線層通過最短可能距離彼此連接從而減小寄生電容。因此，以更高密度安裝所述部件允許提供多功能和高功能的混合模塊。根據(jù)本發(fā)明，由于幾乎不發(fā)生由于熱導致的尺寸和形狀改變的硅襯底用作基體襯底，所以部件可以安裝為以高精度定位且防止了斷開，由此可以提供高精度混合模塊。根據(jù)本發(fā)明，由于具有較大面積的硅襯底還起到用于部件和布線層的地以及良好的散熱器的作用，所以混合模塊能夠以高可靠性穩(wěn)定運行。
根據(jù)本發(fā)明，混合電路裝置具有安裝在其基體襯底的基體布線層上的混合模塊，在所述混合模塊中所述部件嵌入在形成于所述硅襯底中的所述部件安裝凹陷中并埋設為通過粘合樹脂層固定，且用于與所述部件電連接的布線層形成在所述硅襯底的主面上，所述部件的輸入/輸出形成面布置地基本彼此齊平。因此，根據(jù)本發(fā)明，由于具有精確定位地安裝在硅襯底上的部件的混合模塊被安裝在混合電路裝置的基體襯底上，所以該混合電路裝置可以被形成得較小且較薄，并且高密度封裝提供了多功能和高功能的混合電路裝置。在該混合電路裝置中，混合模塊可以被提供以高穩(wěn)定電源，且電源單元和地，每個具有足夠大的面積，被設置在例如所述基體襯底的布線層上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的混合模塊的第一實施例的剖視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的其上安裝有兩個混合模塊的混合電路裝置的第一實施例的剖視圖；圖3示出制造混合模塊的工藝，示出在硅襯底的主面上通過構圖形成的硅蝕刻膜；圖4示出其中形成部件安裝凹陷的硅襯底；圖5示出硅蝕刻膜從其去除的硅襯底；圖6示出其上形成絕緣層的部件安裝凹陷；圖7示出其上形成導電層的部件安裝凹陷；圖8示出其中填充粘合樹脂的部件安裝凹陷；圖9示出被安裝設備吸住的部件；圖10示出部件被壓在其中的部件安裝凹陷；圖11示出其中部件通過固化的粘合樹脂被固定的部件安裝凹陷；
圖12示出部件被安裝在其中的部件安裝凹陷被填埋；圖13示出形成在硅襯底的主面上的第一絕緣層和第一通孔；圖14示出其上形成第二布線圖案的第一絕緣層；圖15示出形成在第二布線圖案上的第二絕緣層和第二通孔；圖16是根據(jù)本發(fā)明的混合模塊的第二實施例的剖視圖；圖17是根據(jù)本發(fā)明的混合電路裝置的第二實施例的剖視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖通過其實施例更完整地說明本發(fā)明。圖1是根據(jù)本發(fā)明的混合模塊的第一實施例的剖視圖。該混合模塊一般地用附圖標記1表示。如圖所示，混合模塊1包括硅襯底3、多個部件4和布線層(wiring layer)5。圖2是根據(jù)本發(fā)明的混合電路裝置的第一實施例的剖視圖。該混合電路裝置一般地用附圖標記2表示。如圖所示，混合電路裝置2包括安裝在基體襯底(base substrate)6上的兩個混合模塊1A和1B。混合電路裝置2用于例如個人計算機、移動電話和其它電子設備中從而執(zhí)行電布線功能以用于電控制信號和電數(shù)據(jù)信號的傳輸和接收并用于提供電源，且執(zhí)行光布線功能以用于光控制信號和光數(shù)據(jù)信號的傳輸和接收。
混合模塊1具有封裝在其中的彼此協(xié)同工作的電部件例如第一和第二LSI 4A和4B或半導體元件4C、以及光學部件例如光學元件4D等。第一和第二LSI 4A和4B中的每個是設計用于較高速度運行和較大容量的多引腳(multi-pin)LSI，這里將不詳細描述。半導體元件4C例如為半導體存儲器、半導體器件或任何其它電子部件。光學元件4D例如為由第一LSI 4A和第二LSI 4B或半導體元件4C控制來發(fā)射光信號的諸如半導體激光器或發(fā)光二極管的發(fā)光元件或者諸如光電二極管(photodiode)的光接收元件。應注意，光學元件4D當然可以是具有發(fā)光功能和光接收功能的復合光學元件。
注意，封裝在混合模塊中的上述部件將在下文中總地稱為“部件4”，除了它們應單獨提及的地方之外。在混合模塊1中，部件4嵌入在形成在硅襯底3中的第一至第四部件安裝凹陷(component mounting concavity)7A至7D(除了它們應單獨提及的地方之外下文中將稱為“部件安裝凹陷7”)中，并通過第一至第四粘合樹脂層8A至8D(除了它們應單獨提及的地方之外下文中將稱為“粘合樹脂層8”)固定。在混合模塊1中，硅襯底3用作基體材料且部件4中的每個埋設在硅襯底3中。為了說明混合模塊1，這里提到不同類型的四個部件4作為代表，但預定數(shù)量的每種這些元件可封裝在混合模塊1中。
部件4具有形成在其第一主面9A至9D(除了它們應單獨提及的地方之外下文中將稱為“輸入/輸出形成面9”)上的輸入/輸出焊盤10A至10D(除了它們應單獨提及的地方之外下文中將稱為“輸入/輸出焊盤10”且將不對其詳細描述)從而具有輸入/輸出形成面。因為如上所述部件4在類型上彼此不同，所以它們在尺寸和規(guī)格上彼此不同。部件4具有與輸入/輸出形成面9相對的第二主面11A至11D，且部件4將首先分別以這些第二主面11A至11D嵌入到部件安裝凹陷7內(nèi)。應注意，光學元件4D具有與輸入/輸出焊盤10D一起設置在其輸入/輸出形成面9D上的光輸入/輸出12從而發(fā)射或接收光信號。
在硅襯底3中，部件安裝凹陷7形成為向其主面3A開口，且它們形成為形狀上彼此相等從而具有足夠大的深度和開口尺寸來嵌入尺寸最大的部件4(例如第一LSI 4A和第二LSI 4B)。在硅襯底3中，部件安裝凹陷7中的每個形成為在其內(nèi)壁上具有與將嵌入的部件4的類型相對應的預定層。
更特別地，在硅襯底3中，例如在其周邊將接地的第一LSI 4A將被嵌入其中的第一部件安裝凹陷7A具有形成在其內(nèi)壁上的第一導電層13A。在硅襯底3中，第一粘合樹脂層8A形成在第一部件安裝凹陷7A中從而固定第一LSI 4A。
在硅襯底3中，例如其周邊提供布線層5到地的連接的第二LSI 4B將被嵌入其中的第二部件安裝凹陷7B具有形成在其內(nèi)壁之上的絕緣層(第二絕緣層)14B，且第二導電層13B形成在第二絕緣層14B上。在硅襯底3中，通過第二絕緣層14B保持絕緣的第二導電層13B將通過第二部件安裝凹陷7B的開口邊緣連接到主面3A上的布線層5。在硅襯底3中，第二粘合樹脂層8B形成在第二部件安裝凹陷7B中從而固定第二LSI 4B。
在硅襯底3中，其中將嵌入半導體元件4C和光學元件4D的第三和第四部件安裝凹陷7C和7D分別具有形成在它們的內(nèi)壁之上的第三和第四絕緣層14C和14D，半導體元件4C和光學元件4D的周邊將保持絕緣，因為它們是導電的。在硅襯底3中，第三和第四粘合樹脂層8C和8D由非導電粘合材料分別形成在第三和第四部件安裝凹陷7C和7D中，從而分別固定半導體元件4C和光學元件4D。
根據(jù)稍后將說明的工藝，如圖1所示，通過分別將部件4埋設在部件安裝凹陷7中來制造混合模塊1，部件4的輸入/輸出形成面9布置為與硅襯底3的主面3A基本齊平。在混合模塊1中，部件4被安裝為埋設在硅襯底3中，其輸入/輸出形成面9通過部件安裝凹陷7的開口暴露于外且除了至少輸入/輸出形成面9之外其周邊通過粘合樹脂層8被固定。
在混合模塊1中，布線層5形成在硅襯底3的主面3A上從而覆蓋部件4。布線層5包括絕緣樹脂層15、形成在絕緣樹脂層15上的第一至第三布線圖案16A至16C(除了它們應單獨提及的地方之外下文將稱為“布線圖案16”)、用于布線圖案16到彼此或到設置在最上面的第三布線圖案16C上的多個連接焊盤18的適當連接的包括第一和第二通孔17A和17B(除了它們應單獨提及的地方之外下文將稱為“通孔17”)的多個通孔等。在布線層5中，布線圖案16的每個由銅線形成，如稍后所描述。
在布線層5中，部分絕緣樹脂層15也填充在部件安裝凹陷7內(nèi)從而固定部件4的周邊。絕緣樹脂層15通過模制透明絕緣樹脂而形成從而形成到光學元件4D的光信號傳輸通道(optical signal transmission channel)。因此，布線層5具有與光學元件4D的輸入/輸出形成面9D相對從而以這樣的方式形成光傳輸通道15A的部分，該方式即沿絕緣樹脂層15的厚度且在絕緣樹脂層15中不形成布線圖案16。這樣布線層5在部分絕緣樹脂層15中形成光傳輸通道15A，使得從光學元件4D的光輸入/輸出12發(fā)出的光信號將通過光傳輸通道15A透射并離開布線層5的表面5A，如圖1中箭頭所示。
另外，布線層5通過光傳輸通道15A傳輸入射在表面5A上的光信號，以入射在光學元件4D的光輸入/輸出12上。應注意，盡管混合模塊1具有其部分形成為光傳輸通道15A的布線層5，但是布線層5可具有設置在其中的與光學元件4D的光輸入/輸出12相對的光波導，該光波導包括由透明樹脂形成的作為芯(core)的光波導構件(optical waveguide member)和包覆光波導構件的包覆材料。
在與在部件安裝凹陷7中形成前述導電層13的工藝相同的工藝中，第一布線圖案16A適當?shù)匦纬稍诠枰r底3的主面3A上。第二布線圖案16B適當?shù)匦纬稍诮^緣樹脂層15中且通過多個第一通孔17A層間連接到第一布線圖案16A從而提供部件4之間的電連接。第三布線圖案16C形成在絕緣樹脂層15的最上層(表面)上且通過多個第二通孔17B層間連接到第二布線圖案16B。
布線層5具有形成在第三布線圖案16C上的多個連接焊盤(connectingpad)18。通過在第三布線圖案16C的預定連接盤(land)上鍍金等，連接焊盤18形成至預定高度。當混合模塊1安裝在基體襯底6上從而提供混合電路裝置2時，如稍后將詳細描述地，連接焊盤18中的每個用作連接器(connector)。根據(jù)稍后還將詳細描述的將混合模塊1安裝到基體襯底6的多層布線板20的方法，適當?shù)卦O計連接焊盤18，且連接焊盤18可以是例如設置在第三布線圖案16C的焊盤上的焊料球(solder ball)或其它金屬球。
在混合模塊1中，如上所述，部件4與布線層5的布線圖案16彼此電連接。在混合模塊1中，光學元件4D通過布線層5被提供有電源，且將從第一和第二LSI 4A和4B輸出的電信號轉(zhuǎn)換成光信號或者將光信號轉(zhuǎn)換成電信號并提供給第一和第二LSI 4A和4B。
在混合模塊1中，部件4被嵌入并埋設在形成在上述硅襯底3內(nèi)的部件安裝凹陷7中，部件4的各輸入/輸出形成面9與主面3A基本齊平。因此，由于更高的封裝密度，混合模塊1將更小且更薄并具有更多功能和更高的功能性(functionality)。在混合模塊1中，因為熱等引起尺寸和形狀上很小變化的硅襯底3被用作基體襯底且部件4埋設于其中，所以部件4能夠高精度定位地安裝且部件4與布線層5之間的斷開等被防止。由于具有較大面積的硅襯底3起到用于部件4和布線層5的地的作用且還用作良好的散熱器，所以混合模塊1能穩(wěn)定運行并且在可靠性上得到改進。
如圖2所示，混合電路裝置2包括每個如上構造的兩個混合模塊1A和1B?；旌夏K1A和1B與任何其它電子部件19一起安裝在基體襯底6上，如圖2所示，布線層5的最上層5A接觸基體襯底6且連接到基體襯底6的基體布線層，從而形成混合電路裝置2。盡管混合電路裝置2如圖2所示地包括安裝在基體襯底6上的兩個混合模塊1A和1B，但混合電路裝置2可包括安裝在基體襯底6上的單個混合模塊1或兩個以上。
混合電路裝置2中，基體襯底6包括安裝在多層布線板20上的光波導構件21，多層布線板20利用公知的多層布線板技術形成。通過形成包括在基體布線層中的多層布線圖案并包括玻璃環(huán)氧樹脂等的有機襯底和陶瓷等的無機襯底作為基體材料，絕緣層布置在基體材料之間，且穿過適當形成的通孔使布線圖案層彼此層間連接，來形成多層布線板20。在多層布線板20中，每個布線圖案層將安裝在基體襯底6上的混合模塊1A和1B以及其它電子部件19彼此連接。
多層布線板20具有形成在其中的電源圖案或地圖案(ground pattern)，電源圖案具有足夠大的面積從而向混合模塊1提供電源，這里將不對其詳細描述。多層布線板20向混合模塊1提供高穩(wěn)定電源。另外，也作為地圖案的熱輻射圖案可形成在多層布線板20中，這里將不對其詳細描述。由于形成在混合模塊1的部件安裝凹陷7A和7B中的導電層13連接到熱輻射圖案且布線層5設置在它們之間，所以多層布線圖案20能高效地輻射從第一和第二LSI 4A和4B散發(fā)的熱。
混合電路裝置2包括例如光接收元件如在第一混合模塊1A的光學元件4D、以及發(fā)光元件如在第二混合模塊1B的光學元件4D。在混合電路裝置2中，電信號通過多層布線板20的布線圖案在第一和第二混合模塊1A和1B之間傳輸，同時從第二混合模塊1B處的光學元件4D發(fā)出的光信號被第一混合模塊1A處的光學元件4D接收。
在多層布線板20中，布線圖案包括信號圖案以及電源布線圖案或地圖案等。多層布線板20具有形成在其第二主面上的多個電極焊盤，混合電路裝置2通過所述電極焊盤安裝在安裝板等(未示出)上。
多層布線板20具有形成在其主面上的絕緣保護層22，其上安裝混合模塊1。多層布線板20具有形成在其上的多個連接盤(land)和形成在連接盤上的凸點(bump)，所述多個連接盤對著與混合模塊1的連接焊盤(connectingpad)18對應地形成在絕緣保護層22中的開口。多層布線板20具有安裝在其上的混合模塊1，凸點連接到對應的連接焊盤18。應注意，絕緣保護層22由導光的(light-guiding)絕緣樹脂形成，因為它必須如稍后描述地將混合模塊1的光學元件4D光連接到光波導構件21。
基體襯底6具有設置在多層布線板20的絕緣層中的光波導構件21。光波導構件21位于對著并排安裝的兩個混合模塊1A和1B。光波導構件21通過模制導光樹脂例如聚酰亞胺樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚烯烴樹脂或橡膠樹脂而形成，且被涂覆以覆層(clad layer)23，覆層23與光波導構件21折射率不同。光波導構件21提供兩維或三維密封的不透光的光波導，光信號通過該光波導傳輸。
光信號入射到光波導構件21的一端上且在另一端離開，這里不對其詳細描述。每端以45度角切割從而提供鏡面。因此，光波導構件21中傳輸?shù)墓庑盘枌⑹蛊涔饴纷儞Q90度?；旌夏K1A和1B安裝在基體襯底6上，光波導構件21在其每端對著相應的光傳輸通道15A，換言之，即對著光學元件4D的相應的光輸入/輸出12。因此，例如從混合模塊1A的光學元件(發(fā)光元件)4D發(fā)出的光信號入射到光波導構件21的一端上，在光波導構件21中傳輸，且通過光傳輸通道15A入射到混合模塊1B處的光學元件(光接收元件)4D上。
如上構造的混合電路裝置2具有安裝在基體襯底6上的混合模塊1，混合模塊1設計地小、薄，能夠高密度封裝以用于多功能和高功能性且可精確和穩(wěn)定地工作。混合電路裝置2在可靠性上得到改進，因為防止了混合模塊1由于熱等而變形且防止了它們與基體襯底6的連接斷開或破裂。在混合電路裝置2中，具有足夠面積的電源和地圖案設置在基體襯底6的多層布線板20中從而向混合模塊1提供高穩(wěn)定電源。
安裝在混合電路裝置2上的混合模塊1A和1B的每個的寄生電容被降低，因為諸如第一和第二LSI 4A和4B、半導體元件4C等的電子部件以及光學元件4D通過布線層5以高精度在最短距離上彼此電連接，且光信號通過光學元件4D和光波導構件21在混合模塊1A和1B之間有效傳輸。因此，由于信號傳輸在例如混合模塊1A和1B之間可以光學地進行，所以混合電路裝置2能夠以更高速度和更大容量(capacity)運行。
制造前述混合模塊1的工藝包括部件安裝凹陷形成步驟，其中部件安裝凹陷7形成在硅襯底3中，硅襯底3相當于普通半導體制造工藝中使用的硅襯底；部件安裝步驟，其中部件4被安裝在硅襯底3上；以及布線層形成步驟，其中布線層5應用到硅襯底3的主面3A上從而覆蓋部件4。在部件安裝凹陷形成步驟中，通過例如蝕刻在硅襯底3的主面3A中形成多個部件安裝凹陷7。
在部件安裝凹陷形成步驟中，順序通過硅蝕刻膜形成、蝕刻和硅蝕刻膜去除，部件安裝凹陷7在硅襯底3中向主面3A開口。在硅蝕刻膜形成步驟中，形成例如二氧化硅(SiO2)、硅氮化物(SixNy)等的硅蝕刻膜30，硅襯底3的主面3A在其與部件安裝凹陷7對應的部分被掩?；?。應注意，在硅蝕刻膜形成步驟中，二氧化硅膜通過熱氧化形成在硅襯底3上或者二氧化硅膜或硅氮化物膜通過化學氣相沉積(CVD)、濺射等形成在硅襯底3上。
如圖3所示，采用上述方法在硅襯底3的主面3A上形成硅蝕刻膜30，硅蝕刻膜30具有形成在其中的與將形成部件安裝凹陷7的部分對應的開口31A至31D。應注意，硅蝕刻膜30形成在硅襯底3的主面3A上之后，可以具有開口31，開口31與形成部件安裝凹陷7的部分對應地形成。
在蝕刻步驟中，通過蝕刻硅襯底3的通過硅蝕刻膜30中的開口31暴露的部分，如圖4所示地共同形成形狀彼此相同的部件安裝凹陷7。在蝕刻步驟中，如果硅襯底3在布置方向上是例如100，則其經(jīng)受利用KOH、TMAH等的堿性蝕刻溶液的各向異性蝕刻。在蝕刻步驟中，形成具有等于硅襯底3的厚度的約一半的深度的部件安裝凹陷7。應注意，在硅襯底3在布置方向上不是“100”的情況下，部件安裝凹陷7可通過硅襯底3的各向同性蝕刻或干蝕刻來形成。
在硅蝕刻膜去除步驟中，通過將硅襯底3浸入合適的溶劑中或者通過硅襯底3的干蝕刻，將硅蝕刻膜30從硅襯底3的主面3A上去除，如圖5所示。在硅襯底3中，形成形狀彼此相同且向主面3A開口的部件安裝凹陷7A至7D，如圖5所示。
制造混合模塊1的工藝包括對硅襯底3中的上述部件安裝凹陷7進行的絕緣層形成步驟、導電層形成步驟和粘合樹脂填充步驟。在絕緣層形成步驟中，絕緣層14形成在部件安裝凹陷7B至7D的每個的內(nèi)壁上，所述部件安裝凹陷7B至7D中將嵌入如上所述必須與硅襯底3保持絕緣的第二LSI 4B、半導體元件4C和光學元件4D。在絕緣層形成步驟中，絕緣層14由例如絕緣樹脂諸如環(huán)氧樹脂或聚酰亞胺樹脂選擇性地形成在部件安裝凹陷7B至7D的內(nèi)壁上，將形成絕緣層14的部分之外的部分被合適地遮蔽。絕緣層14形成在硅襯底3上從而在部件安裝凹陷7B至7D的每個的底部和內(nèi)壁上延伸至主面3A，如圖6所示。
在導電層形成步驟中，導電層13形成在部件安裝凹陷7A和7B的每個上，如上所述部件安裝凹陷7A和7B中將嵌入第一和第二LSI 4A和4B，第一和第二LSI 4A和4B在其周邊接地。在導電層形成步驟中，通過在包括部件安裝凹陷7的硅襯底3上形成金屬層，用銅鍍該金屬層，該金屬層的將如此被鍍的部分之外的部分被用抗鍍層(plating resist layer)遮蔽，以及然后去除不必要的抗鍍層和金屬層部分，來形成導電層13。導電層13構圖在部件安裝凹陷7A和7B的內(nèi)壁和開口邊緣上，如圖7所示。
注意，在導電層形成步驟中，形成布線層5的第一布線圖案16A也形成在上述硅襯底3的主面3A上。如圖7所示，第一布線圖案16A包括形成在部件安裝凹陷7A中從而從開口邊緣延伸至主面3A的導電部分16A1、形成在部件安裝凹陷7B的第一絕緣層14B上從而從開口邊緣延伸至主面3A的導電部分16A2、或適當構圖形成在主面3A上的導電部分16A3等。
在粘合樹脂填充步驟中，粘合樹脂32填充在部件安裝凹陷7的每個中從而形成固定部件4的粘合樹脂層8。部件安裝凹陷7如上所述地在形狀上彼此相等，在外部尺寸上彼此不同的部件4將分別嵌入部件安裝凹陷7中且通過粘合樹脂層8固定在其中。在粘合樹脂填充步驟中，使用諸如分配器(dispenser)的定容給料器(volumetric feeder)將預定量的液態(tài)粘合樹脂32填充到部件安裝凹陷7的每個中，如圖8所示。在粘合樹脂填充步驟中，控制填充的量，從而即使當如下面將描述地將部件4嵌入部件安裝凹陷7中時，粘合樹脂32也不溢出部件安裝凹陷7。
在粘合樹脂填充步驟中，所使用的粘合樹脂32是例如半導體制造工藝中通常使用的熱固化環(huán)氧樹脂(thermo-setting epoxy resin)或聚酰亞胺樹脂等。在粘合樹脂填充步驟中，通過在粘合樹脂中混合導電材料例如金屬粉末制備的導電粘合樹脂32A和32B被填充到如上所述其中形成有導電層13的部件安裝凹陷7A和7B中。粘合樹脂32A和32B在部件安裝凹陷7A和7B中形成粘合樹脂層8A和8B從而提供導電層13A與第一LSI 4A之間以及導電層13B與第二LSI 4B之間的電連續(xù)。
另外，在粘合樹脂填充步驟中，非導電的粘合樹脂32C和32D被填充到其中將嵌入如上所述與硅襯底3保持絕緣的半導體元件4C和光學元件4D的部件安裝凹陷7C和7D中。非導電的粘合樹脂32C和32D在部件安裝凹陷7C和7D中形成非導電的粘合樹脂層8C和8D。應注意，在粘合樹脂填充步驟中，粘合樹脂32被預加熱從而在部件安裝凹陷7中半硬化(tack-free)。另外，應注意，粘合樹脂32可以是當用例如紫外線照射時能促進其固化的樹脂。此外，對于粘合樹脂32，導電粘合樹脂32A和32B與非導電粘合樹脂32C和32D可以在成分上彼此不同。
在制造混合模塊1的工藝中，例如使用真空型安裝設備來將部件4安裝到硅襯底3上，硅襯底3的部件安裝凹陷7如上所述地被填充以粘合樹脂32。部件安裝步驟還包括部件嵌入步驟，該步驟中部件4被分別嵌入到部件安裝凹陷7中；部件按壓/保持步驟，該步驟中每個部件4被按壓保持使得其輸入/輸出形成面9與硅襯底3的主面3A基本齊平；以及部件固定步驟，該步驟中，通過固化粘合樹脂32且按壓保持部件4從而在每個部件安裝凹陷7中形成粘合樹脂層8且因此由粘合樹脂層8固定部件4，從而將部件4埋設在硅襯底3中。下面將參照圖9至11以示例的方式就第一LSI 4A詳細描述部件安裝步驟。
在部件安裝步驟中，第一LSI 4A在其輸入/輸出形成面9A被真空型安裝設備的吸頭(suction head)33吸取并抓住，如圖9所示。吸頭33具有吸附端面(suction end face)33A，吸孔34如圖9所示地形成在吸頭33中。吸附端面33A形成為平坦的且直徑比部件安裝凹陷7A中的開口大。吸取輸入/輸出形成面9A至吸附端面33A從而保持住第一LSI 4A，吸頭33通過預定的部件安裝凹陷7A的開口在第一LSI 4A的與輸入/輸出形成面9A相反的第二主面11A首先將第一LSI 4A嵌入到預定的部件安裝凹陷7A中，如圖9A中箭頭所示。
在部件安裝步驟中，隨著吸頭33朝向硅襯底3下降，第一LSI 4A將擠開部件安裝凹陷7A中半硬化的粘合樹脂32A且粘合樹脂32A逐漸移動到第一LSI 4A的周邊附近。在部件按壓/保持步驟中，吸附端面33A如圖10所示地接靠部件安裝凹陷7A的開口邊緣，這樣吸頭33將停止下降且保持在那里。因此，當吸頭33在其吸附端面33A接靠硅襯底3的主面3A時，第一LSI 4A被嵌入到部件安裝凹陷7A中，其輸入/輸出形成面9A與硅襯底3的主面3A基本齊平。
在部件固定步驟中，第一LSI 4A被吸頭33按壓保持在部件安裝凹陷7A中時，粘合樹脂32A通過加熱被固化。在部件固定步驟中，粘合樹脂32A通過例如加熱吸頭33或硅襯底3而被固化。移到第一LSI 4A的周邊附近的粘合樹脂32A這樣被固化從而形成粘合樹脂層8A，第一LSI 4A將通過粘合樹脂層8A被固定在部件安裝凹陷7A中。第一LSI 4A被埋設在部件安裝凹陷7A中，其輸入/輸出形成面9A與主面3A基本齊平，如圖11所示，這樣其被安裝在硅襯底3上。
在制造混合模塊1的工藝中，實施與上述安裝第一LSI 4A的步驟類似的步驟從而將其它部件4中的每個埋設在部件安裝凹陷7的相應的一個中。這樣，部件4被安裝在硅襯底3上。即，部件4被安裝在硅襯底3上，分別埋設在部件安裝凹陷7中，其輸入/輸出形成面9與主面3A基本齊平，如圖12所示。應注意，盡管在上述部件安裝步驟中部件4一個一個地嵌入到部件安裝凹陷7中且被固定在那里，但是部件4可以被吸頭33一起吸取和抓住且然后經(jīng)歷按壓/保持步驟和固定步驟從而分別通過粘合樹脂層8固定在部件安裝凹陷7中。
制造混合模塊1的工藝包括布線層形成步驟，該步驟中包括絕緣樹脂層15、布線圖案16和通孔17的布線層5形成在硅襯底3的主面3A上，硅襯底3具有固定在其部件安裝凹陷7中的部件4。應注意，在布線層5中，布線圖案16包括第一至第三布線圖案16A至16C，第一布線圖案16A在上述導電層形成步驟中與導電層13一起形成在硅襯底3的主面3A上。
布線層形成步驟還包括第一絕緣樹脂層形成步驟，該步驟中第一絕緣樹脂層35形成在形成有第一布線圖案16A的硅襯底3的主面3A上；以及第一通孔形成步驟，該步驟中多個第一通孔36形成在第一絕緣樹脂層35中。另外，布線層形成步驟還包括第二布線圖案形成步驟，該步驟中第二布線圖案16B形成在第一絕緣樹脂層35上；以及第二絕緣樹脂層形成步驟，該步驟中第二絕緣樹脂層37形成在第二布線圖案16B之上。
布線層形成步驟還包括第二通孔形成步驟，該步驟中多個第二通孔38形成在第二絕緣樹脂層37中；以及第三布線圖案形成步驟，該步驟中形成第三布線圖案16C。在布線層形成步驟中，可重復上述步驟從而形成具有更多層的布線層。布線層形成步驟還包括連接焊盤形成步驟，該步驟中連接焊盤18形成在第三布線圖案16C上。
在第一絕緣樹脂層形成步驟中，光敏導光絕緣樹脂例如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺樹脂、丙烯酸樹脂、聚烯烴樹脂或橡膠樹脂被用來在硅襯底3的主面3A上形成第一絕緣樹脂層35，因為如上所述部分絕緣樹脂層15形成光傳輸通道15A。在第一絕緣樹脂層形成步驟中，具有優(yōu)異的高頻特性的導光苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene)樹脂可用作絕緣樹脂。
在第一絕緣樹脂層形成步驟中，第一絕緣層35通過利用旋涂或浸涂(dipping)施加上述絕緣樹脂至均勻厚度而形成，因為主面3A與部件4的輸入/輸出形成面9基本齊平。絕緣樹脂應被施加為流到部件安裝凹陷7中且圍繞部件4的周邊，如圖13所示。絕緣樹脂被施加至足夠大的預定厚度從而覆蓋部件4，且通過加熱或其它處理被固化從而形成如圖13所示的第一絕緣樹脂層35。
在第一通孔形成步驟中，多個第一通孔36形成在第一絕緣樹脂層35中。部件4的輸入/輸出焊盤10和第一布線圖案16A的焊盤通過第一通孔36暴露于外。在第一通孔形成步驟中，第一絕緣樹脂層35被曝光且被顯影，其對應于第一通孔36的部分被掩?；谘谀；糠值慕^緣樹脂被去除從而形成穿過第一絕緣樹脂層35的第一通孔36，如圖13所示。
注意，在第一絕緣樹脂層35由非光敏的絕緣樹脂形成的情況下，在第一通孔形成步驟中第一通孔36利用激光照射等通過干蝕刻形成。另外，在第一通孔形成步驟中，第一通孔36中的每個被表面去污，被鍍以例如無電銅(electroless copper)從而使其內(nèi)壁導電，被填充以導電膏(conductive paste)且然后被蓋住(lid)。
在第二布線圖案形成步驟中，形成第二布線圖案16B，其將部件4彼此連接且將部件4連接到基體襯底6從而傳輸電信號，提供電源或提供接地。這里將不詳細描述第二布線圖案形成步驟。在該步驟中，在第一絕緣樹脂層35上制成具有抗鍍劑(plating resist)的圖案，第一絕緣樹脂層35被鍍以無電銅或以其它方式被處理從而形成銅鍍層，抗鍍劑被從不需要它的部分去除，從而提供圖14所示的由預定銅布線圖案形成的第二布線圖案16B。應注意，在第二布線圖案形成步驟中，使用合適的圖案設計從而第二布線圖案16B和第一通孔36不形成在與上述光學元件4D的光輸入/輸出12對應的部分上。
在與上述第一絕緣樹脂層形成步驟類似的第二絕緣樹脂層形成步驟中，第二絕緣樹脂層37在其上形成有第二布線圖案16B的第一絕緣樹脂層35上形成至均勻厚度，如圖15所示。另外，在第二絕緣樹脂層形成步驟中，與形成第一絕緣樹脂層35的絕緣樹脂相同的絕緣樹脂通過旋涂等在第一絕緣樹脂層35上施加至均勻厚度，然后通過加熱等被固化從而形成第二絕緣樹脂層37。
在第二通孔形成步驟中，在第二絕緣樹脂層37中形成多個第二通孔38，形成在第二布線圖案16B上的適當?shù)暮副P，在此將不對其詳細描述，通過第二通孔38暴露于外。在與第一通孔形成步驟類似的第二通孔形成步驟中，第二絕緣樹脂層37的與第二通孔38對應的部分被掩模化，第二絕緣樹脂層37被曝光且被顯影從而從掩?；牟糠秩コ^緣樹脂以形成穿過第二絕緣樹脂層37的多個第二通孔38，如圖15所示。
注意，另外，在第二通孔形成步驟中，在第二絕緣樹脂層37由非光敏的絕緣樹脂形成的情況下，第二通孔38通過利用激光照射等的干蝕刻形成。另外，在第二通孔形成步驟中，第二通孔38中的每個被表面去污，被鍍以例如無電銅(electroless copper)從而使其內(nèi)壁導電，被填充以導電膏且還被蓋住(lid)。
在與上述第二布線圖案形成步驟類似的第三布線圖案形成步驟中，在第二絕緣樹脂層37上形成第三布線圖案16C，第三布線圖案16C通過通孔17連接到第二布線圖案16B且具有形成連接焊盤18的連接盤等。這里將不會詳細描述第三布線圖案形成步驟。另外，在此步驟中，在第二絕緣樹脂層37上制成具有抗鍍劑的圖案，第二絕緣樹脂層37被鍍以無電銅或以其它方式被處理從而形成銅鍍層，抗鍍劑被從不需要它的部分去除，從而提供由預定銅布線圖案形成的第三布線圖案16C，如圖15所示。
在連接焊盤形成步驟中，形成多個連接焊盤18，其用于如上所述在基體襯底5的多層布線板20上安裝混合模塊1。這里將不會詳細描述連接焊盤形成步驟。在連接焊盤形成步驟中，形成在第三布線圖案16C上的連接盤被鍍以例如Au或Sn從而形成如圖1所示的具有預定厚度的連接焊盤18，從而制造混合模塊1。
在上述混合模塊1中，所安裝的單個發(fā)光元件4D光學連接到外部裝置等，從而傳輸光信號。然而，本發(fā)明不限于混合模塊1的此配置。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的混合模塊的第二實施例的剖視圖。該混合模塊一般地用附圖標記40表示。此混合模塊40在基本配置上與其上安裝有四個部件4的混合模塊1類似，除了它具有埋設在部件安裝凹陷7A至7H中的部件42A至42H且包括光波導構件43，部件安裝凹陷7A至7H形成在硅襯底41中。在混合模塊40中，成對的第一和第二光學元件42D和42H通過光波導構件43彼此光學連接。因此，混合模塊40的與包括在混合模塊1中的那些相同的部分將用在混合模塊1的圖示和說明中已經(jīng)使用的相同附圖標記表示，且將不再描述。
混合模塊40包括相對于硅襯底41的中心對稱地布置且每個與上述混合模塊1同樣地構造的第一和第二塊區(qū)(block)44和45。混合模塊40具有形成在硅襯底41的左區(qū)域41L中的四個部件安裝凹陷7A至7D，其中部件42被嵌入，埋設和固定在粘合樹脂層8A至8D內(nèi)。在混合模塊40中，第一塊區(qū)44包括第一LSI 42A、第一半導體元件42C、第二LSI 42B和第一光學元件42D，這些元件以所列順序沿從混合模塊40的左端朝向中心的方向設置在硅襯底41的左區(qū)域41L中，如圖16所示。
混合模塊40具有形成在硅襯底41的右區(qū)域41R中的四個部件安裝凹陷7E至7H，其中部件42嵌入，埋設和固定在粘合樹脂層8E至8H內(nèi)。在混合模塊40中，第二塊區(qū)45包括第三LSI 42E、第二半導體元件42G、第四LSI 42F和第二光學元件42H，這些元件以所列順序沿從混合模塊40的右端朝向中心的方向設置在右區(qū)域41R中。
混合模塊40的部件安裝凹陷7A至7H在上述部件安裝凹陷形成步驟中全部以相同形狀共同形成。在混合模塊40中，導電層形成在部件安裝凹陷7A和7E的每個的內(nèi)壁上，部件安裝凹陷7A和7E中將埋設第一和第三LSI42A和42E，這些LSI 42A和42E每個由導電粘合樹脂固定。在混合模塊40中，絕緣層和導電層形成在部件安裝凹陷7B和7F的每個的內(nèi)壁上，部件安裝凹陷7B和7F中將埋設第二和第四LSI 42B和42F，這些LSI 42B和42F每個由導電粘合樹脂固定。
在混合模塊40中，絕緣層形成在部件安裝凹陷7C和7G的每個的內(nèi)壁上，第一和第二半導體元件42C和42G將被埋設在部件安裝凹陷7C和7G中且這些第一和第二半導體元件42C和42G每個由非導電的粘合樹脂固定。在混合模塊40中，絕緣層形成在部件安裝凹陷7D和7H的每個的內(nèi)壁上，第一和第二光學元件42D和42H將被埋設在部件安裝凹陷7D和7H中且這些第一和第二光學元件42D和42H每個由非導電的粘合樹脂固定。
混合模塊40使用光接收元件作為第一光學元件42D且使用發(fā)光元件作為第二光學元件42H。在混合模塊40中，第一和第二光學元件42D和42H彼此相鄰地關于硅襯底41的中心對稱地設置。在混合模塊40中，從第二光學元件42H發(fā)出的光信號通過光波導構件43傳輸且被第一光學元件42D接收，如圖16中箭頭所示。
在混合模塊40中，光波導構件43安裝在布線層5的表面5A上。光波導構件43相當于上述混合模塊1中使用的光波導構件21。它由導光樹脂形成且被涂覆以折射率與光波導構件43不同的覆層46從而提供二維或三維密封的不透光的光波導，光信號通過該光波導傳輸。對于光波導構件43，以45度角切割從而提供鏡面的一端布置為通過布線層5的光傳輸通道與第一光學元件42D的光輸入/輸出12相對，且提供類似鏡面的另一端布置為通過布線層5的光傳輸通道與第二光學元件42H的光輸入/輸出12相對。
在如上構造的混合模塊40中，第一和第二光學元件42D和42H以及光波導構件43一起形成光信號傳輸系統(tǒng)，光信號通過該光信號傳輸系統(tǒng)在第一和第二塊區(qū)44和45之間傳輸。在混合模塊40中，由第二塊區(qū)45的第三和第四LSI 42E和42G處理的數(shù)據(jù)信號和控制信號被轉(zhuǎn)換成光信號，該光信號將被允許在第二光學元件42H的光輸入/輸出12處發(fā)出。
在混合模塊40中，從第二光學元件42H發(fā)出的光信號經(jīng)過布線層5并被導向表面5A，且經(jīng)布線層5從一端入射到光波導構件43上。在混合模塊40中，這樣導入到光波導構件43中的光信號從另一端入射到布線層5上且被引導。在混合模塊40中，入射在布線層5上的光信號被第一光學元件42D的光輸入/輸出12接收。
如上所述，光信號在混合模塊40本身內(nèi)被傳輸。因此，傳輸期間光損失小。數(shù)據(jù)信號等可以在第一和第二塊區(qū)44和45之間有效，快速且以更大容量地傳送。因為混合模塊40具有其中電信號處理部件和光信號處理部件設置在一起且以最短距離彼此連接的結構，所以布線結構被縮短且因此寄生電容也被減小。
圖17是根據(jù)本發(fā)明的混合電路裝置的第二實施例的剖視圖?；旌想娐费b置一般地由附圖標記50表示。如圖所示，混合電路裝置50包括前述混合模塊40和其它電子部件19。布線層5的最上層5A布置作為安裝表面，混合模塊40和其它電子部件19安裝在混合電路裝置50的基體襯底51上。在混合電路裝置50中，基體襯底51由多層布線板形成，該多層布線板與前述混合電路裝置2的多層布線板20類似地利用普通多層布線板技術制造。因此，混合電路裝置50的與混合電路裝置2中的元件相同的元件將用與在混合電路裝置2的圖示和描述中已經(jīng)使用的附圖標記相同的附圖標記表示且將不再描述。
對混合電路裝置50將不作詳細描述。在混合電路裝置50中，混合模塊40被安裝在基體襯底51上，連接焊盤18連接到形成在基體襯底51的主面上的布線圖案的對應的連接盤。在混合電路裝置50的基體襯底51中，形成有與混合模塊40的第一和第二塊區(qū)44和45對應的適當電路。另外，在混合電路裝置50中，基體襯底51向混合模塊40提供高穩(wěn)定電源且用作地和散熱器?；旌想娐费b置50將通過形成在基體襯底51的第二主面上的電極焊盤安裝在安裝板(未示出)上。
在混合電路裝置50中，形成在基體襯底51的主面上的絕緣保護層52覆蓋并保護混合模塊40的布線層5與連接焊盤18之間的連接。在混合電路裝置50中，絕緣保護層52覆蓋，固定且保持安裝在混合模塊40的布線層5上的光波導構件52。應注意，盡管在前述混合模塊2中，絕緣保護層22由導光絕緣樹脂形成，因為它具有將光學元件4D和光波導構件21彼此光學連接的作用，但絕緣保護層52由例如含有填料的絕緣樹脂形成，因為它不具有這樣的功能。
如上構造的混合電路裝置50具有安裝在基體襯底51上的小且薄的混合模塊40，混合模塊40設計得小、薄，能夠高密度封裝以用于多功能和高功能性且可以精確并穩(wěn)定地運行。混合電路裝置50在可靠性方面得到改進，因為防止了混合模塊40由于熱等而變形且防止了其與基體襯底51的連接斷開或破裂。在混合電路裝置50中，具有足夠面積的電源和地圖案設置在基體襯底51中從而向混合模塊40提供高穩(wěn)定電源。
混合電路裝置50能高速且以更大容量運行，因為它具有安裝在其上的混合模塊40，混合模塊40通過其中包括的光信號傳輸系統(tǒng)能夠高速且以更大容量地處理數(shù)據(jù)信號等?；旌想娐费b置50是高度通用的，因為基體襯底51相當于電子裝置中使用的普通布線板。
前面已經(jīng)關于作為其實施例的混合模塊和混合電路板示出和描述了本發(fā)明，所述混合模塊和混合電路板具有安裝在其硅襯底上的光學元件且因此能夠?qū)崿F(xiàn)電信號處理從而傳輸電控制信號和數(shù)據(jù)信號并提供電源，且能夠?qū)崿F(xiàn)光信號處理從而傳輸光控制信號和數(shù)據(jù)信號。然而，本發(fā)明不限于這些實施例，而是當然可應用于例如僅能夠?qū)崿F(xiàn)電信號處理的混合模塊和混合電路裝置。
本領域技術人員應理解，在不脫離本發(fā)明的權利要求或其等價物的范圍的情況下，可根據(jù)設計要求和其它因素進行各種修改、組合、子組合和變型。
本發(fā)明含有與2005年2月28日向日本專利局提交的日本專利申請JP2005-054842相關的內(nèi)容，在此引用其全部內(nèi)容作為參考。
權利要求
1.一種混合模塊，包括硅襯底，其具有形成在其中的多個部件安裝凹陷，所述多個部件安裝凹陷向所述硅襯底的主面之一開口；多個部件，其分別嵌入在所述部件安裝凹陷中且埋設在所述硅襯底中，所述多個部件的輸入/輸出形成面通過所述部件安裝凹陷的開口暴露于外，除了至少其輸入/輸出形成面之外所述多個部件的周邊被形成在所述部件安裝凹陷中的粘合層固定；以及布線層，其形成在所述硅襯底的所述主面上從而覆蓋所述部件，且其具有設置在包括在所述布線層中的絕緣樹脂層上的布線圖案，且其被連接到設置在所述部件的每個的所述輸入/輸出形成面上的輸入/輸出。
2.如權利要求1所述的混合模塊，其中所述部件在特性上彼此不同。
3.如權利要求2所述的混合模塊，其中所述部件安裝凹陷中的預定的一個具有形成在其內(nèi)壁之上的絕緣層，所述預定部件安裝凹陷中將埋設是電部件的部件，所述絕緣層提供所述硅襯底與部件之間的電絕緣。
4.如權利要求3所述的混合模塊，其中是電部件且除了其所述輸入/輸出形成面以外在其周邊上還具有電連接的所述部件埋設在導電絕緣樹脂層中且被其固定，所述導電絕緣樹脂層填充且固化在所述預定部件安裝凹陷中，所述預定部件安裝凹陷具有在所述絕緣層上延伸且經(jīng)由所述開口邊緣延伸到所述硅襯底的所述主面之上的導電層。
5.如權利要求2所述的混合模塊，其中所述預定部件安裝凹陷具有形成在其內(nèi)壁之上的絕緣層，所述絕緣層提供所述硅襯底與部件之間的電絕緣，且還具有形成在所述絕緣層上的導電層，所述導電層經(jīng)由所述開口邊緣延伸到所述硅襯底的所述主面之上，且所述導電層連接到形成在所述布線層上的散熱圖案。
6.如權利要求2所述的混合模塊，其中所述部件中的至少一個是光學元件，包括發(fā)光元件和光接收元件。
7.如權利要求6所述的混合模塊，其中光傳輸通道與所述光學元件的輸入/輸出端相對地形成在所述硅襯底的所述主面上或者在所述布線層中及在所述布線層的所述主面上。
8.如權利要求7所述的混合模塊，其中所述光傳輸通道由透光聚合材料形成。
9.如權利要求8所述的混合模塊，其中所述光傳輸通道是將入射在其一端上的光信號以密封狀態(tài)傳輸?shù)搅硪欢说墓獠▽?，所述端中的一個布置得與所述光學元件相對。
10.如權利要求6所述的混合模塊，其中所述布線層的所述絕緣層由透光絕緣樹脂形成從而提供所述光學元件的光傳輸通道。
11.如權利要求1所述的混合模塊，其中所述布線層包括通過構圖銅鍍層形成在所述絕緣層上的銅布線圖案、以及用于將所述銅布線圖案與每個部件的輸入/輸出彼此連接的通孔和多個外部連接焊盤。
12.一種制造混合模塊的方法，包括步驟在硅襯底中形成向所述硅襯底的主面之一開口的多個部件安裝凹陷；以埋設狀態(tài)將部件分別安裝到所述部件安裝凹陷中；以及在所述硅襯底的所述主面上形成布線層從而覆蓋所述部件，所述部件安裝步驟還包括步驟將預定量的半硬化粘合樹脂填充到所述部件安裝凹陷的每個中；將所述多個部件嵌入相應的部件安裝凹陷中，所述多個部件的各個輸入/輸出形成面通過所述部件安裝凹陷的開口暴露于外；按壓并保持所述部件，使得它們的輸入/輸出形成面布置得彼此基本齊平；以及通過按壓保持所述部件時固化所述粘合樹脂從而在所述部件安裝凹陷中形成粘合樹脂層來固定所述部件中的每個且用所述粘合樹脂層固定所述部件來在所述硅襯底中埋設所述部件，所述布線層形成步驟還包括步驟在所述硅襯底的所述主面以及所述部件的所述輸入/輸出形成面上形成絕緣層，所述部件的所述輸入/輸出形成面布置得與所述主面基本齊平；以及在所述絕緣層上形成用于連接到形成在每個部件的所述輸入/輸出形成面上的輸入/輸出的布線圖案。
13.如權利要求12所述的方法，其中在所述部件安裝步驟中，特性彼此不同的所述部件被安裝為分別埋設在所述部件安裝凹陷中。
14.如權利要求13所述的方法，其中在所述部件安裝步驟的粘合樹脂填充步驟之前，提供所述硅襯底與部件之間的電絕緣的絕緣層形成在所述部件安裝凹陷中的預定部件安裝凹陷的內(nèi)壁上，所述預定部件安裝凹陷中將埋設是電部件的部件。
15.如權利要求14所述的方法，其中在所述部件安裝步驟的所述絕緣層形成步驟之后且所述粘合樹脂填充步驟之前，經(jīng)所述開口邊緣延伸到所述硅襯底的所述主面之上的導電層形成在所述部件安裝凹陷中的預定部件安裝凹陷中所述絕緣層上，在所述預定部件安裝凹陷中，部件是電部件且除了所述輸入/輸出形成面以外還在其周邊上具有電連接，且將在所述粘合樹脂填充步驟中被填充到所述部件安裝凹陷中的所述半硬化粘合樹脂是導電粘合樹脂。
16.如權利要求13所述的方法，其中在所述部件安裝步驟中，作為所述部件中的至少一個，光學元件被安裝為埋設在所述部件安裝凹陷中，所述光學元件包括發(fā)光元件和光接收元件。
17.如權利要求16所述的方法，其中在所述布線層形成步驟之前或期間及之后，光傳輸通道與所述光學元件的所述輸入/輸出形成面相對地形成在所述硅襯底的所述主面上或者在所述布線層中以及在所述布線層的所述主面上。
18.如權利要求17所述的方法，其中在所述光傳輸通道形成步驟中，所述光傳輸通道由透光聚合材料形成。
19.如權利要求16所述的方法，其中在所述布線層形成步驟的絕緣層形成步驟中，所述絕緣層由形成所述光學元件的光傳輸通道的透光絕緣樹脂形成。
20.如權利要求13所述的方法，其中在所述布線層形成步驟的布線圖案形成步驟中，所述絕緣層被鍍銅從而形成銅布線圖案，且形成通孔和多個外部連接焊盤用于將所述銅布線圖案與每個部件的輸入/輸出彼此連接。
21.一種混合電路裝置，包括基體襯底，其具有形成在其絕緣襯底上的基體布線層，所述基體布線層由絕緣層和單層或多層布線圖案形成；以及混合模塊，其安裝在所述基體襯底的所述基體布線層上，所述混合模塊包括硅襯底，其具有形成于其中的多個部件安裝凹陷，所述部件安裝凹陷向所述硅襯底的主面之一開口；多個部件，其嵌入在所述部件安裝凹陷中，除了至少所述輸入/輸出形成面以外在其周邊用粘合樹脂層固定，且因此被安裝為埋設在所述硅襯底中，所述多個部件的其上形成有輸入/輸出的各個面通過所述部件安裝凹陷的開口暴露于外，所述粘合樹脂層通過固化填充在所述部件安裝凹陷內(nèi)的粘合樹脂而形成；以及布線層，其包括形成在所述硅襯底的所述主面上從而覆蓋所述部件安裝凹陷的絕緣樹脂層以及將被連接到所述部件的每個的所述輸入/輸出的布線圖案，所述混合模塊通過形成在所述布線層的最上層上的外部連接焊盤安裝在所述基體襯底的所述基體布線層上，所述布線層形成在所述硅襯底的所述主面以及所述部件的所述輸入/輸出形成面上，所述主面與所述輸入/輸出形成面彼此基本齊平。
22.如權利要求21所述的混合電路裝置，其中所述混合模塊與其它表面安裝部件一起被表面安裝在所述基體襯底的所述基體布線層上。
23.如權利要求21所述的混合電路裝置，其中所述部件在特性方面彼此不同。
24.如權利要求23所述的混合電路裝置，其中在所述混合模塊中，所述部件中的至少一個是光學元件，包括發(fā)光元件和光接收元件。
25.如權利要求24所述的混合電路裝置，其中光傳輸通道在所述基體襯底的所述布線層中形成得與所述光學元件的輸入/輸出相對。
全文摘要
部件能夠以改進的精度和效率安裝，從而實現(xiàn)其中部件以高密度安裝的薄混合模塊。本發(fā)明提供一種混合模塊，包括硅襯底，其具有形成在其中的向所述硅襯底的主面之一開口的多個部件安裝凹陷；多個部件，其分別嵌入在所述部件安裝凹陷中且埋設在所述硅襯底中，所述多個部件的輸入/輸出形成面通過所述部件安裝凹陷的開口暴露于外，除了至少其輸入/輸出形成面以外所述多個部件的周邊通過形成在所述部件安裝凹陷內(nèi)的粘合層被固定；以及布線層，其形成所述硅襯底的所述主面上從而覆蓋所述部件，且其具有設置在包括在所述布線層中的絕緣樹脂層上的布線圖案，且其被連接到設置在所述部件的每個的所述輸入/輸出形成面上的輸入/輸出。
文檔編號H01L21/50GK1828891SQ200610051478
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權日2005年2月28日
發(fā)明者小川剛, 中山浩和 申請人:索尼株式會社