本發(fā)明涉及一種利用光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的光模塊，更具體地涉及一種如下利用光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的光模塊及光收發(fā)器：在成型本體封裝內(nèi)包括邊緣型發(fā)光激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)，將平面光波回路(plc，planar?light?circuit)直接組裝在重布線層上或通過印刷電路板(pcb)組裝。

背景技術(shù)：

1、半導(dǎo)體芯片可制造成起到邏輯或驅(qū)動(dòng)集成電路(ic)的作用且能夠?qū)庾龀龇磻?yīng)的受光器件或發(fā)射光的發(fā)光器件。這種光器件用于多種領(lǐng)域，作為一例，可用于負(fù)責(zé)服務(wù)器之間的光連接的光收發(fā)器，或可用于在電視(tv)與機(jī)頂盒之間或虛擬現(xiàn)實(shí)(vr，virtualreality)眼鏡與圖形處理單元(gpu)之間傳遞影像數(shù)據(jù)的光模塊。

2、并且，作為光器件的其他應(yīng)用例，應(yīng)用于發(fā)光器件包括在內(nèi)的訪問傳感器、飛行時(shí)間(tof，time?of?flight)傳感器、機(jī)載激光雷達(dá)(lidar，light?detection?and?ranging)等。

3、光器件應(yīng)與對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或形成接口的電子器件一同使用，以此將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的形態(tài)。作為一例，在傳輸光數(shù)據(jù)的領(lǐng)域中，可為了將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的模塊而一同使用光器件和電子器件。作為其他例，在光傳感器領(lǐng)域中，將所接收的光的特性轉(zhuǎn)換成影像數(shù)據(jù)或深度(depth)數(shù)據(jù)的器件可與光器件一同使用。

4、以上應(yīng)用以往大部分都使用制造有布線圖案的印刷電路板(pcb)安裝多個(gè)芯片并通過引線鍵合(wire-bonding)進(jìn)行連接。這是普通板上芯片(cob，chip-on-board)方式的封裝。

5、并且，代替使用印刷電路板(pcb)的封裝，可通過使用基于扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp，fan?out?wafer?level?package)方式的半導(dǎo)體封裝方式來(lái)將光/電器件封裝成晶圓級(jí)，這是一種可制造超薄型封裝的同時(shí)使用高精密重布線層(rdl)提高性能的技術(shù)。

6、另一方面，光通信系統(tǒng)通常在電信系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等多種系統(tǒng)中用于發(fā)送數(shù)據(jù)。電信系統(tǒng)通常包括跨越幾英里到數(shù)千英里范圍的遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)通信通常包括通過數(shù)據(jù)中心進(jìn)行的數(shù)據(jù)發(fā)送。此類系統(tǒng)包括跨越幾米到數(shù)百米范圍距離的數(shù)據(jù)發(fā)送。

7、一般情況下，300m以內(nèi)的短距離光通信通過使用多模垂直腔面發(fā)射激光器(vcsel；vertical-cavity?surface-emitting?laser)作為發(fā)光器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是垂直腔面發(fā)射激光器(vcsel)無(wú)法進(jìn)行例如10km以上的長(zhǎng)距離發(fā)送。

8、即，需要在300m以上到數(shù)十km距離的長(zhǎng)距離上傳輸大量數(shù)據(jù)的光網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)或數(shù)據(jù)中心中采用的至少100g級(jí)光收發(fā)器的光發(fā)送模塊(tosa)需要執(zhí)行將不同波長(zhǎng)(頻率)的4個(gè)通道的信號(hào)收集并通過一根光纖傳輸?shù)牟ǚ謴?fù)用器(wdm?mux)功能。

9、這種波分復(fù)用器(wdm?mux)需要將能夠長(zhǎng)距離發(fā)送的4個(gè)單模(single?mode)邊緣型發(fā)光器件與具有一個(gè)單模波導(dǎo)以進(jìn)行波分復(fù)用(wdm)傳輸?shù)年嚵胁▽?dǎo)光柵(awg，arrayedwaveguide?grating)進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。

10、尤其，當(dāng)使用長(zhǎng)距離用或高輸出激光二極管時(shí)，使用輸出單模的激光，其在大部分情況下具有從芯片側(cè)面發(fā)光的邊緣型發(fā)光激光二極管形態(tài)。因此需要一種可以有效封裝這種器件的方式。

11、為了對(duì)沿能夠長(zhǎng)距離發(fā)送的芯片的邊緣(edge)方向發(fā)射光的邊緣型發(fā)光器件與具有單模波導(dǎo)(single?mode?waveguide)的陣列波導(dǎo)光柵進(jìn)行光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，需要在x、y、z方向上均實(shí)現(xiàn)亞微米(sub-micron)單位的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。

12、但是，很難完全解決器件之間的布線造成的高度公差，以通過在晶圓級(jí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)邊緣型發(fā)光器件、光學(xué)部件(即，陣列波導(dǎo)光柵)與光纖之間的所有x、y、z方向上的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，從而在使用無(wú)源對(duì)準(zhǔn)(passive?alignment)的同時(shí)解決組裝難度。

13、并且，通常使用硅光子(silicon?photonics)來(lái)制造用于機(jī)載激光雷達(dá)(lidar)傳感器的光學(xué)相陣列(opa，optical?phase?array)或者用于光通信的調(diào)制器(modulator)，在此情況下，需要與激光二極管和激光驅(qū)動(dòng)電路一起組裝。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、本發(fā)明所要解決的問題在于，為了使用長(zhǎng)距離用或高輸出激光二極管進(jìn)行光/電封裝，設(shè)計(jì)一種在使用邊緣型發(fā)光激光二極管時(shí)可通過形成平面光波回路(plc，planarlight?circuit)芯片的硅光子(siph；silicon?photonics)芯片或具有光學(xué)功能的光部件或者光纖進(jìn)行良好光學(xué)耦合的結(jié)構(gòu)，并通過共封裝(co-package)激光二極管和電子驅(qū)動(dòng)器件來(lái)改善性能以及實(shí)現(xiàn)低功率。

3、當(dāng)使用硅光子(silicon?photonics)芯片進(jìn)行光學(xué)耦合時(shí)，主要使用光柵耦合器。在此情況下，需要將光沿幾乎垂直方向(或80～90度之間)入射到硅光子(siliconphotonics)芯片的表面。但是在單模激光二極管(single?mode?laser?diode)的情況下，光沿水平方向入射到芯片的表面，因此為了改變光的方向，還需要使用透鏡及鏡子等，這增加組裝的復(fù)雜性和成本。

4、并且，為了硅光子(silicon?photonics)芯片的電工作，需要連接驅(qū)動(dòng)芯片，此時(shí)需要將外部驅(qū)動(dòng)芯片的布線距離設(shè)置成非常短，這樣才能以優(yōu)異的性能進(jìn)行工作而沒有信號(hào)損失。

5、即使不使用硅光子(silicon?photonics)芯片，通常也需要連接邊緣型發(fā)光激光二極管和光部件/光纖。在此情況下，通常也同樣需要使用透鏡等復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，本發(fā)明提出一種容易且精密地實(shí)現(xiàn)這些部件之間的集成的封裝方法。

6、尤其，當(dāng)使用邊緣型發(fā)光激光二極管等光學(xué)芯片時(shí)，散熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)非常重要，這是因?yàn)楣鈱W(xué)芯片不僅會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，而且光學(xué)芯片的發(fā)光條件或受光條件等往往對(duì)溫度敏感，因此散熱設(shè)計(jì)是非常重要的部分。在所有使用板上芯片(cob)或半導(dǎo)體封裝的現(xiàn)有方式中，若在發(fā)光的封裝面放置散熱結(jié)構(gòu)，例如與散熱器(heat?sink)或金屬外罩(metalhousing)連接的結(jié)構(gòu)物，則光學(xué)路徑將被遮蔽，因而通常會(huì)將其放置于相反面。

7、因此，大部分散熱路徑由封裝的端子焊盤所在的面構(gòu)成，在此情況下，由于形成有封裝的端子焊盤的面與光收發(fā)器的主印刷電路板(pcb)相連接，因而在大部分情況下封裝的散熱通過主印刷電路板(pc?b)的熱通孔(thermal?via)產(chǎn)生。因此，現(xiàn)有方式存在散熱結(jié)構(gòu)與芯片之間的散熱路徑受到印刷電路板(pcb)阻礙的問題。

8、為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種如下利用光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的光模塊及光收發(fā)器：在封裝內(nèi)包括邊緣型發(fā)光激光二極管和作為電子驅(qū)動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)(driver?ic)，將平面光波回路(plc，planar?light?circuit)芯片直接組裝在重布線層(rdl)上或通過主印刷電路板(pcb)組裝。

9、技術(shù)方案

10、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的特征在于，包括：成型本體，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本體的內(nèi)部，在上述下部面具有傾斜面；邊緣型發(fā)光激光二極管，成型在上述成型本體的內(nèi)部，安裝在上述基座的傾斜面，用于向上述第一面發(fā)射光信號(hào)；以及重布線層，形成在上述成型本體的第一面，與多個(gè)外部聯(lián)接端子相連接，上述多個(gè)外部聯(lián)接端子用于將上述邊緣型發(fā)光激光二極管與外部電連接。

11、上述基座還包括從傾斜面向上部面延伸而成的金屬電極，上述邊緣型發(fā)光激光二極管可以具有連接在上述金屬電極的電極端子。

12、本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)還可以包括：驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)，成型在上述成型本體的內(nèi)部，使得焊盤暴露在上述第二面，用于驅(qū)動(dòng)上述邊緣型發(fā)光激光二極管；以及散熱用金屬結(jié)構(gòu)物，上部面與上述驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)的下部面面接觸，下部面暴露于第二面。

13、并且，本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)還可以包括：多個(gè)導(dǎo)電穿模通孔(tmv，through?mold?via)，一端部與上述重布線層的連接線相連接，另一端部貫通上述成型本體并暴露于第二面；以及多個(gè)外部聯(lián)接端子，與暴露在上述第二面的多個(gè)導(dǎo)電穿模通孔(tm?v，through?mold?via)的另一端部相連接，設(shè)置于第二面。

14、本發(fā)明一實(shí)施例的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的特征在于，包括：成型本體，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本體的內(nèi)部，在一側(cè)面具有傾斜面；邊緣型發(fā)光激光二極管，成型在上述成型本體的內(nèi)部，安裝在上述基座的傾斜面，用于向上述第一面發(fā)射光信號(hào)；以及重布線層，形成在上述成型本體的第二面，與多個(gè)外部聯(lián)接端子相連接，上述多個(gè)外部聯(lián)接端子用于將上述邊緣型發(fā)光激光二極管與外部電連接。

15、本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射光信號(hào)的邊緣型發(fā)光激光二極管；以及平面光波回路(plc，planar?lightcircuit)，安裝在上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的第一面，具有光柵耦合器，上述光柵耦合器設(shè)置在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管相向的位置，用于接收從上述邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光信號(hào)，上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)包括：成型本體，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本體的內(nèi)部，在上述下部面具有傾斜面；邊緣型發(fā)光激光二極管，成型在上述成型本體的內(nèi)部，安裝在上述基座的傾斜面，用于向上述第一面發(fā)射光信號(hào)；以及重布線層，形成在上述成型本體的第一面，與多個(gè)外部聯(lián)接端子相連接，上述多個(gè)外部聯(lián)接端子用于將上述邊緣型發(fā)光激光二極管與外部電連接。

16、當(dāng)從上述邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光信號(hào)入射到上述平面光波回路(plc，planar?light?circuit)的光柵耦合器時(shí)，上述基座的傾斜面可以具有82度的傾斜角。

17、并且，上述平面光波回路(plc，planar?light?circuit)可以包括：平板形本體，由硅光子(silicon?photonics)構(gòu)成；光柵耦合器，設(shè)置在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管相向的位置的本體內(nèi)部，用于接收從上述邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光；以及波導(dǎo)管，設(shè)置在上述平板形本體的內(nèi)部，一端部與上述光柵耦合器相連接。

18、并且，本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射光信號(hào)的邊緣型發(fā)光激光二極管；印刷電路板(pcb)，在下部面安裝有上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的部分具有光通過窗口，上述光通過窗口在從上述發(fā)光部沿垂直方向產(chǎn)生光信號(hào)時(shí)形成光路徑；以及平面光波回路(plc，planar?light?circuit)，安裝在上述印刷電路板(pcb)的上部面，具有光柵耦合器，上述光柵耦合器設(shè)置在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管相向的位置，用于通過上述光通過窗口接收從上述邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光信號(hào)。

19、本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊還可以包括微透鏡，在上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的上部面形成為一體，具有對(duì)從上述邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光信號(hào)進(jìn)行聚焦(focusing)的功能。

20、本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射光信號(hào)的邊緣型發(fā)光激光二極管；印刷電路板(pcb)，在下部面安裝有上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的部分具有光通過窗口，上述光通過窗口在從上述發(fā)光部沿垂直方向產(chǎn)生光信號(hào)時(shí)形成光路徑；以及透鏡塊，安裝在上述印刷電路板(pcb)的上部面，具有傾斜面，上述傾斜面設(shè)置在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管相向的位置，用于在從上述邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光信號(hào)通過上述光通過窗口入射時(shí)使其彎曲成90度。

21、本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊還可以包括：微透鏡，設(shè)置在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管相向的上述透鏡塊的下部面，用于對(duì)從上述邊緣型發(fā)光激光二極管產(chǎn)生并入射的光信號(hào)進(jìn)行聚焦(focusing)；以及準(zhǔn)直(collimation)透鏡，用于將從上述透鏡塊的出口發(fā)射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成平行光以使其直線發(fā)射。

22、并且，本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射光信號(hào)的邊緣型發(fā)光激光二極管；引導(dǎo)塊，安裝在上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的上部面，在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的部分具有光通過窗口，上述光通過窗口在從上述發(fā)光部沿垂直方向產(chǎn)生光信號(hào)時(shí)形成光路徑；以及透鏡塊，安裝在上述引導(dǎo)塊的上部面，具有傾斜面，上述傾斜面設(shè)置在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管相向的位置，用于在從上述邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光信號(hào)通過上述光通過窗口入射時(shí)使其彎曲成90度。

23、上述傾斜面可以設(shè)置于形成在本體上部面的正三角形凹槽部的斜邊，以在上述傾斜面通過利用折射率差的全反射將光路徑轉(zhuǎn)換成直角。

24、本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射多個(gè)通道的光信號(hào)的多個(gè)邊緣型發(fā)光激光二極管；印刷電路板(pcb)，在下部面安裝有上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的部分具有結(jié)合槽；以及陣列波導(dǎo)光柵(awg，arrayed?waveguide?grating)，具有當(dāng)從上述發(fā)光部發(fā)射的光信號(hào)入射時(shí)使其彎曲成90度的反射面的前端部與上述結(jié)合槽結(jié)合，用于通過執(zhí)行波分復(fù)用(wdm)將多個(gè)通道的光信號(hào)傳遞到光纖，上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)包括：成型本體，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本體的內(nèi)部，在下部面具有傾斜面；邊緣型發(fā)光激光二極管，成型在上述成型本體的內(nèi)部，安裝在上述基座的傾斜面，用于向上述第一面發(fā)射光信號(hào)；以及重布線層，形成在上述成型本體的第一面，與多個(gè)外部聯(lián)接端子相連接，上述多個(gè)外部聯(lián)接端子用于將上述邊緣型發(fā)光激光二極管與外部電連接。

25、本發(fā)明一實(shí)施例的光模塊的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射多個(gè)通道的光信號(hào)的多個(gè)邊緣型發(fā)光激光二極管；以及陣列波導(dǎo)光柵(awg，arrayed?waveguide?grating)，安裝在上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的上部面，具有當(dāng)從上述發(fā)光部發(fā)射的光信號(hào)入射時(shí)使其彎曲成90度的反射面的前端部結(jié)合在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的部分，用于通過執(zhí)行波分復(fù)用(wdm)將多個(gè)通道的光信號(hào)傳遞到光纖，上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)包括：成型本體，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本體的內(nèi)部，在上述下部面具有傾斜面；邊緣型發(fā)光激光二極管，成型在上述成型本體的內(nèi)部，安裝在上述基座的傾斜面，用于向上述第一面發(fā)射光信號(hào)；以及重布線層，形成在上述成型本體的第一面，與多個(gè)外部聯(lián)接端子相連接，上述多個(gè)外部聯(lián)接端子用于將上述邊緣型發(fā)光激光二極管與外部電連接。

26、本發(fā)明一實(shí)施例的光收發(fā)器的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射光信號(hào)的邊緣型發(fā)光激光二極管；印刷電路板(pcb)，在下部面安裝有上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的部分具有光通過窗口，上述光通過窗口在從上述發(fā)光部沿垂直方向產(chǎn)生光信號(hào)時(shí)形成光路徑；以及l(fā)c插座，在后端部的收容空間收納安裝有上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的印刷電路板(pcb)，前端部與光纖結(jié)合，上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)包括：成型本體，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本體的內(nèi)部，在上述下部面具有傾斜面；邊緣型發(fā)光激光二極管，成型在上述成型本體的內(nèi)部，安裝在上述基座的傾斜面，用于向上述第一面發(fā)射光信號(hào)；以及重布線層，形成在上述成型本體的第一面，與多個(gè)外部聯(lián)接端子相連接，上述多個(gè)外部聯(lián)接端子用于將上述邊緣型發(fā)光激光二極管與外部電連接。

27、上述lc插座可以包括：本體，在后端部側(cè)具有能夠收容由光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)和印刷電路板(pcb)構(gòu)成的光模塊的收容空間，在前端部側(cè)突出有圓柱形結(jié)合突起，在上述圓柱形結(jié)合突起的中心部形成有與光纖結(jié)合的光纖結(jié)合凹槽；以及光學(xué)透鏡，在上述收容空間的前方與本體形成為一體。

28、本發(fā)明一實(shí)施例的光收發(fā)器還可以包括光纖支架，在后端部具有用于使上述圓柱形結(jié)合突起插入并結(jié)合的結(jié)合槽，上述光纖支撐在中心部。

29、本發(fā)明一實(shí)施例的光收發(fā)器的特征在于，包括：光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在內(nèi)部具有用于發(fā)射光信號(hào)的邊緣型發(fā)光激光二極管；印刷電路板(pcb)，在下部面安裝有上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)，在與上述邊緣型發(fā)光激光二極管的發(fā)光部對(duì)應(yīng)的部分具有光通過窗口，上述光通過窗口在從上述發(fā)光部沿垂直方向產(chǎn)生光信號(hào)時(shí)形成光路徑；以及l(fā)c插座，后端部與上述印刷電路板(pcb)結(jié)合，前端部與光纖結(jié)合，上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)包括：成型本體，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本體的內(nèi)部，在上述下部面具有傾斜面；邊緣型發(fā)光激光二極管，成型在上述成型本體的內(nèi)部，安裝在上述基座的傾斜面，用于向上述第一面發(fā)射光信號(hào)；以及重布線層，形成在上述成型本體的第一面，與多個(gè)外部聯(lián)接端子相連接，上述多個(gè)外部聯(lián)接端子用于將上述邊緣型發(fā)光激光二極管與外部電連接。

30、本發(fā)明提出一種如下方法：可以通過自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能夠長(zhǎng)距離發(fā)送的單模(singlemode)邊緣型發(fā)光器件與具有單膜波導(dǎo)以進(jìn)行波分復(fù)用(wdm)傳輸?shù)年嚵胁▽?dǎo)光柵(awg，arrayed?waveguide?grating)之間的所有x、y、z方向上的光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，從而在使用無(wú)源對(duì)準(zhǔn)(passive?alignment)的同時(shí)解決組裝難度。

31、并且，為此，本發(fā)明提出一種如下方案：在沒有單獨(dú)的光學(xué)部件的情況下，利用基座(submount)將從邊緣型發(fā)光激光二極管芯片的側(cè)面(邊緣面)發(fā)光的光路徑變更為光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的垂直方向。

32、尤其，本發(fā)明提出一種在封裝內(nèi)包括邊緣型發(fā)光激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip，optical?system?in?package)，以及利用其的光模塊及光收發(fā)器。上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)可以構(gòu)成光引擎模塊。

33、尤其，在本發(fā)明中，為了有效使用形成平面光波回路(plc，planar?lightcircuit)芯片的硅光子的光柵耦合器，提出一種通過利用基座(submount)將邊緣型發(fā)光激光二極管立于半導(dǎo)體封裝內(nèi)來(lái)進(jìn)行封裝的方式。在此情況下，可以按原樣使用，而無(wú)需改變普通邊緣型發(fā)光激光二極管的結(jié)構(gòu)及工藝。

34、并且，為了有效進(jìn)行激光二極管、電子驅(qū)動(dòng)器件(即，包括驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)的電子集成電路(electronic?ic)與硅光子之間的電連接，采用如下方式：通過半導(dǎo)體封裝方式將激光二極管和電子驅(qū)動(dòng)器件封裝在扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)內(nèi)，并在扇出晶圓級(jí)封裝(fo?wlp)上層疊硅光子芯片來(lái)進(jìn)行電連接，從而無(wú)需引線鍵合(wire-bo?nding)即可最小化布線長(zhǎng)度。

35、上述邊緣型發(fā)光激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)成型在封裝內(nèi)，并且以使集成電路(ic)中具有端子焊盤和發(fā)光部的面朝向重布線層的方式成型。重布線層位于成型本體上，外部聯(lián)接端子位于上述重布線層或成型本體的背面。通過額外的微機(jī)電系統(tǒng)(mems，micro?electro?mechanical?system)或壓印(imprint)工藝，可以在上述重布線層上按晶圓級(jí)(wafer?level)制造微透鏡、光學(xué)系統(tǒng)、超表面(met?a-surface)或具有多種圖案的層。

36、以往，通過折射光來(lái)使圖像變得明顯，或?qū)⒉Ａв米鲗?shí)現(xiàn)放大的透鏡。但是，起到超透鏡(metalens)作用的超表面(meta-surface)由納米大小的柱子或銷等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，從而可以聚焦光而不會(huì)導(dǎo)致圖像失真。

37、在以如上所述的扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)形態(tài)進(jìn)行封裝的情況下，例如，若將封裝表面安裝(smt：surface?mount?technology)在內(nèi)置于光收發(fā)器的主印刷電路板(pcb)上，則會(huì)出現(xiàn)發(fā)光部被上述主印刷電路板(pcb)遮蔽的情況。為此，在本發(fā)明中，可通過在主印刷電路板(pcb)形成貫通孔(through?hole)或通過使用透明材料制造光出入口來(lái)解決這種問題。之后，可將所需的透鏡及光纖等的光學(xué)部件組裝在主印刷電路板上。

38、尤其，在本發(fā)明中，為了對(duì)上述驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)進(jìn)行散熱，可以在成型的驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)的下部設(shè)置散熱用金屬(metal)結(jié)構(gòu)物。上述金屬結(jié)構(gòu)物面被開放(open)，以使得金屬結(jié)構(gòu)物暴露在與扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)的重布線層相向的封裝的相反面，上述暴露的金屬結(jié)構(gòu)物面通過與散熱器(heat?sink)或熱界面材料(tim，thermal?interfacematerial)等散熱結(jié)構(gòu)物相連接來(lái)形成散熱路徑(pa?th)。

39、并且，為了電連接上述驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)的下部，可使上述金屬結(jié)構(gòu)物與位于扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)的上部面的重布線層相連接。在此情況下，可在按晶圓級(jí)在整個(gè)扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)的下部面形成(deposition)金屬來(lái)形成金屬連接層后，通過導(dǎo)電性通孔(via)連接金屬結(jié)構(gòu)物和扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)的重布線層，或通過上述金屬連接層電連接金屬結(jié)構(gòu)物之間。

40、本發(fā)明公開一種光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip，optical?system?in?package)，其使邊緣型發(fā)光激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)位于呈系統(tǒng)級(jí)封裝(sip，system?in?package)形態(tài)的封裝內(nèi)部，而不使用單獨(dú)的基板，在上述邊緣型發(fā)光激光二極管和系統(tǒng)級(jí)封裝的外部之間形成光路徑。由于不使用基板，因此本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)可實(shí)現(xiàn)更小、更便宜的光收發(fā)器。

41、在本發(fā)明中，利用倒裝芯片(flip?chip)封裝技術(shù)對(duì)上述邊緣型發(fā)光激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)進(jìn)行集成而不進(jìn)行引線鍵合，同時(shí)采用在不使用基板的情況下對(duì)多個(gè)器件進(jìn)行集成且向外部引出輸入輸出(i/o)端子并拉伸輸入輸出端子的扇出技術(shù)，也就是以扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp，fan?out?wafer?level?package)方式對(duì)上述邊緣型發(fā)光激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)進(jìn)行封裝，從而可以實(shí)現(xiàn)薄型的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)。

42、上述光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)為系統(tǒng)級(jí)封裝(sip，system?in?package)技術(shù)的一種，該技術(shù)不使用印刷電路板(pcb)等的基板，而使用環(huán)氧樹脂模塑料(emc；epoxy?moldcompound)等封裝物質(zhì)來(lái)進(jìn)行封裝以固定芯片(裸片)，從而與現(xiàn)有封裝相比，可以小型化及薄型化至1/16左右，并可降低成本。

43、通過將本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)安裝在主板(pcb)或模塊板(pcb)而得到的光模塊不僅整體上形成超薄結(jié)構(gòu)，還可通過附著在光學(xué)系統(tǒng)級(jí)封裝(o-sip)的背面的散熱用金屬結(jié)構(gòu)物，通過散熱器(heat?sink)或由金屬構(gòu)成的本體外罩實(shí)現(xiàn)散熱，而不是通過主板(pcb)，從而可防止性能下降。

44、發(fā)明的效果

45、如上所述，本發(fā)明提出一種如下方法：在沒有單獨(dú)的光學(xué)部件的情況下，利用邊緣型發(fā)光激光二極管的基座(submount)將從芯片的側(cè)面(邊緣面)發(fā)光的光路徑變更為垂直方向。

46、并且，本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝可以提高部件性能、降低組裝成本、最小化部件大小。

47、本發(fā)明設(shè)計(jì)出如下結(jié)構(gòu)：當(dāng)使用長(zhǎng)距離用或高輸出激光二極管，即邊緣型發(fā)光激光二極管進(jìn)行光/電封裝時(shí)，可通過硅光子芯片或具有光學(xué)功能的光部件或光纖進(jìn)行良好的光學(xué)耦合。并且可通過共封裝邊緣型發(fā)光激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電來(lái)改善性能以及實(shí)現(xiàn)低功率。

48、當(dāng)使用硅光子芯片進(jìn)行光學(xué)耦合時(shí)，主要使用光柵耦合器(grating?coupler)。在此情況下，需要將光沿幾乎垂直方向(或80～90度之間)入射到硅光子芯片的表面。尤其，當(dāng)使用上述光柵耦合器(grating?coupler)接收從邊緣型發(fā)光激光二極管發(fā)射的光時(shí)，若以相對(duì)于垂直軸的8度的傾斜角入射，則可使光學(xué)耦合效果最大化。

49、但是在單模(single?mode)激光二極管的情況下，光沿水平方向，即芯片的邊緣(edge)方向入射到芯片的表面，因此為了改變光的方向，還需要使用透鏡及鏡子等，這增加組裝的復(fù)雜性和成本。

50、為了解決上述問題，在本發(fā)明中，提出一種通過將邊緣型發(fā)光激光二極管立于半導(dǎo)體封裝內(nèi)來(lái)進(jìn)行封裝以有效使用硅光子的光柵耦合器的方式。結(jié)果，可以按原樣使用，而無(wú)需改變普通邊緣型發(fā)光激光二極管的結(jié)構(gòu)及工藝。

51、并且，為了有效進(jìn)行邊緣型發(fā)光激光二極管、驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)、硅光子(siph)之間的電連接，通過半導(dǎo)體封裝方式將激光二極管和驅(qū)動(dòng)器集成電路(ic)封裝在扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)內(nèi)，然后在上述扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp)的成型本體上部的重布線層上層疊硅光子芯片并利用重布線層進(jìn)行電連接，從而無(wú)需引線鍵合(wire-bonding)即可最小化布線長(zhǎng)度。

52、尤其，為了上述硅光子芯片的電工作，需要連接驅(qū)動(dòng)芯片，此時(shí)需要將外部驅(qū)動(dòng)芯片的布線距離設(shè)置成非常短，這樣才能以優(yōu)異的性能進(jìn)行工作而沒有信號(hào)損失。

53、即使不使用硅光子芯片，通常也需要連接邊緣型發(fā)光激光二極管和光部件/光纖。在此情況下，通常也同樣需要使用透鏡等復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，本發(fā)明可以容易且精密地封裝這些部件之間的集成。

54、本發(fā)明可以制造與通過板上芯片(cob，chip-on-board)方式及扇出晶圓級(jí)封裝(fowlp，fan?out?wafer?level?packaging)制造的光學(xué)產(chǎn)品相比表現(xiàn)出優(yōu)異的散熱性能的產(chǎn)品。不僅如此，當(dāng)使用本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)時(shí)，如以下實(shí)施例中所述，可以根據(jù)每種應(yīng)用來(lái)制造出具有最小厚度的光模塊。