CN100368841C - 热光开关阵列或热光调制器的封装结构及其封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及器件封装技术领域，一种热光开关阵列/调制器的封装结构及其封装方法。将热光开关阵列/调制器芯片配置于一印刷电路板中，再以胶体将热光开关阵列/调制器芯片固定于印刷电路板上。印刷电路板的一面留有散热金属区且此金属层利用布线间隙覆盖全板。除散热金属区部分外的印刷电路板的上下表面均可用来成型热光开关阵列/调制器的控制和驱动电路布局图案，上下两层间的电路连接通过过孔完成，接触电极置于散热金属区四周，热光开关阵列/调制器电极与金属电极的电性连接通过压焊完成。整个印刷电路板置于设计好的封装盒中，封装后的结构可以有效地解决封装后的散热问题，同时工艺简单，封装过程的可操作性得到有效提高。

Description

热光开关阵列或热光调制器的封装结构及其封装方法

技术领域

本发明涉及器件封装技术领域，特别是一种热光开关阵列或热光调制器的封装结构及其封装方法。

背景技术

密集波分复用(DWDM)技术是解决宽带、大容量光纤网络通信的一种有效方法。热光开关阵列或热光调制器是构造DWDM系统的关键部件。由于热光开关或热光调制器速度快，制作工艺简单，可集成度好，因此其实用化的趋势也越来越明显。目前日本NTT公司二氧化硅基热光开关阵列已经投入商用，大量的二氧化硅、聚合物和SOI热光调制器也已经步入实用轨道。然而，目前要提高热光开关阵列或热光调制器的稳定性，提高其光学性能，除了从热光开关阵列或热光调制器本身材料、结构加以改进以外，热光开关阵列或热光调制器芯片的封装方式也是影响其稳定性，光学性质及元件寿命的关键。

目前所公知的热光开关阵列或热光调制器的封装结构见图1。这种热光开关阵列或热光调制器封装结构将热光开关阵列或热光调制器芯片100与集成电路芯片101进行倒装封装。其中，集成电路芯片电极103a与热光开关阵列或热光调制器电极103b排布相同。首先利用电镀的方法在集成电路电极103b上形成凸点，在将热光开关阵列或热光调制器芯片电极103a与集成电路电极对准后，利用倒装焊设备将电极103a与103b进行电学连接。再利用各种耦合方法将光纤阵列102与热光开关阵列或热光调制器芯片100进行耦合。最后，将耦合后的整体芯片利用封装盒104保护起来。

上述采用倒装焊的封装方式虽然具有良好的封装集成度，但是整个封装工艺复杂，合格率难以控制。而且需要昂贵的倒装焊设备。制备集成电路芯片也非常昂贵，工艺成本很高。另外，当热光开关阵列或热光调制器芯片面积比较大时，这种封装方式的散热效果不好。

发明内容

本发明的目的在于提出一种热光开关阵列或热光调制器芯片的封装结构及其封装方法，其具有较佳的散热效果，简单易行的工艺步骤，低廉的封装成本及较高的封装合格率。

根据上述目的，提出了一种热光开关阵列或热光调制器封装结构，该结构包括：一印刷电路板，该印刷电路板具有一金属散热层，且该层通过布线间隙遍布印刷电路板的各层，除金属散热层部分外的印刷电路板的上下表面均可用来成型热光开关阵列或热光调制器的控制和驱动电路布局图案，上下两层间的电路连接通过过孔完成，输出电极置于金属散热层四周；一热光开关阵列或热光调制器芯片，配置于印刷电路板上，并用胶体固定于印刷电路板上，且每一热光开关阵列或热光调制器芯片均有输出电极与印刷电路板上电极相连接，连接采用压焊方式完成；一封装盒，其尺寸与印刷电路板尺寸匹配，印刷电路板通过胶体或机械固定等方式固定于封装盒中，再以保护芯片及电路不受外界干扰的方式封闭封装盒。

所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，还包括一套控制与驱动电路系统配置于印刷电路板上，用以控制热光开关阵列或热光调制器芯片。控制与驱动电路系统输出电极与热光开关阵列或热光调制器芯片电极之间的连接采用压焊方式完成。

所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，印刷电路板上的金属散热层及金属布线、焊点材料包括金金属。

所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，印刷电路板与封装盒之间的固定包括机械方式和用胶体粘贴。

所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，所采用的封装盒包括蝶形或者双列直插型。

所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，所用的胶体具有高导热性和电绝缘性。

本发明具体的实施方法是：1)耦合热光开关阵列芯片或热光调制器芯片：将光纤阵列与热光开关阵列芯片或热光调制器芯片输入输出波导在特定设备上对齐，直接点紫外固化胶于二者相接处，依靠紫外光辐照使胶体变性从而使胶凝固；2)制作印刷电路板：其是选用具有高导热性的基板为基材，并以网板印刷与蚀刻方式等其中之一的方式，在基板表面成型预定的电路布局图案，该电路布局图案有多个输出电极，分布于金属散热层的周围，该电路布局图案在印刷电路板的周边成型有多个连接外部的连接部，而该电路布局图案在各个连接部与元件之间形成有导通的导线，在印刷电路板的周围有与封装盒相连接的连接部；3)控制电路形成：按照印刷电路板上已经成型的电路图案焊接控制和驱动系统各元件或芯片，使之形成完整的控制和驱动系统；4)热光开关阵列芯片或热光调制器芯片的固定：将耦合好的热光开关阵列芯片或热光调制器芯片置于印刷电路板金属散热层上，使热光开关阵列芯片或热光调制器芯片上的电极分布与印刷电路板上的输出电极相对应，在热光开关阵列芯片或热光调制器芯片底部与印刷电路板的金属散热层间涂胶，使其固定；5)热光开关阵列芯片或热光调制器芯片与印刷电路板的连接：将热光开关阵列芯片或热光调制器芯片的电极与对应的输出电极采用压焊的方法连接起来；6)制作封装盒：根据印刷电路板的尺寸和封装的形式来设计封装盒保护印刷电路板电路和热光开关阵列芯片或热光调制器芯片；7)印刷电路板与封装盒的连接：将已经固定好热光开关阵列芯片或热光调制器芯片的印刷电路板置于封装盒中，采用机械或胶体粘贴的方法将其固定，将印刷电路板上连接部与外界电极接线柱焊接或者直接接触形成电学通路后，盖上封装盒上盖；8)封闭封装盒上下盖之间的缝隙：以保护热光开关阵列芯片或热光调制器芯片不受外界干扰的方法封闭封装盒上下盖之间的缝隙，如此即完成热光开关阵列或热光调制器的封装。

所述的热光开关阵列或热光调制器封装方法，要求步骤1)中所采用的紫外固化胶具有高透光性和稳定性。步骤8)是在真空或惰性气体或氮气保护状态下，利用密封胶将封装盒上下盖之间的缝隙封闭。

采用所述封装结构和封装方法所制作的一种光通信用热光开关阵列的结构包括：

一印刷电路板，该印刷电路板具有一金属散热层，且该层通过布线间隙遍布印刷电路板的各层；

一热光开关阵列芯片，配置于印刷电路板上，并用胶体固定于印刷电路板上，且每一热光开关阵列芯片均有输出电极与印刷电路板上电极相连接；

一封装盒，其尺寸与印刷电路板尺寸匹配，印刷电路板通过胶体或机械固定方式固定于封装盒中；

一胶体，将热光开关阵列芯片固定于印刷电路板金属散热层上或将印刷电路板固定于封装盒中。

所述的热光开关阵列，还包括一套控制与驱动电路系统配置于印刷电路板上，用以控制热光开关阵列芯片。控制与驱动电路系统输出电极与热光开关阵列芯片电极之间的连接采用压焊方式完成。

所述的热光开关阵列，封装盒包括以机械加工的方式制作。

所述的热光开关阵列，光纤与热光开关阵列芯片的耦合可以通过刻V型槽、紫外固化胶直接粘贴方式完成。

采用所述封装结构和封装方法封装的一种光通信用热光调制器，该结构包括：

一印刷电路板，该印刷电路板具有一金属散热层，且该层通过布线间隙遍布印刷电路板的各层；

一调制器芯片，配置于印刷电路板上，并用胶体固定于印刷电路板上，且每一热光调制器芯片均有输出电极与印刷电路板上电极相连接；

一封装盒，其尺寸与印刷电路板尺寸匹配，印刷电路板通过胶体或机械固定方式固定于封装盒中；

一胶体，将调制器芯片固定于印刷电路板散热层上或将印刷电路板固定于封装盒中。

所述的热光调制器，还包括一套控制与驱动电路系统配置于印刷电路板上，用以控制热光调制器芯片。控制与驱动电路系统输出电极与调制器芯片电极之间的连接采用压焊方式完成。

所述的热光调制器，光纤与调制器芯片的耦合可以通过刻V型槽、紫外固化胶直接粘贴方式完成。

附图说明

为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是公知的热光开关阵列或热光调制器封装结构图

图2是本发明一实施例的封装结构示意图。

图3是本发明一实施例的印刷电路板结构示意图。

图4是本发明的封装方法流程示意图。

附图标记说明：

100：热光开关阵列芯片或热光调制器芯片

101：控制芯片

102：光纤阵列

103a：热光开关阵列芯片或热光调制器芯片电极

103b：集成电路芯片电极

104：封装盒

201：印刷电路板

202：印刷电路板输出电极

203：胶体

204：焊线

205：金属散热层

206：引出电极

208：控制电路元件

209：印刷电路板与外部连接部

具体实施方式

请参阅图2至图4，图中所示为本发明所选用的实施例结构。

本发明为一种热光开关阵列或热光调制器的封装结构及其封装方法，该结构的主体部分为一带有金属散热层和控制电路图案的印刷电路板。

图2显示了该封装结构的总体示意图。热光开关阵列芯片或热光调制器芯片100与光纤阵列102耦合后，利用导热性好而电学绝缘的胶体将其粘贴在印刷电路板201的金属散热层205上，印刷电路板201上已经形成了驱动电路的图案，将热光开关阵列芯片或热光调制器芯片100的电极103a与印刷电路板输出电极202采用压焊的方法实现电学连接，控制电路采用分立元件构成而不采用集成电路芯片，大大节约了成本。控制电路各元件208之间的电学连接由印刷电路板金属散热层间的金属布线完成。最后，带有热光开关阵列芯片或热光调制器芯片和控制电路的印刷电路板被固定到封装盒104中加以保护并把电极引出。在本实施例中，采用4×4SOI热光开关阵列芯片，利用紫外固化胶直接粘贴的方法实现光纤阵列与热光开关阵列芯片的耦合，芯片电极为铬金电极，采用金丝压焊工艺实现热光开关阵列芯片电极与印刷电路板输出电极的电学连接。控制电路采用了分立元件，大大降低了封装成本。印刷电路板与封装盒之间的固定采用了机械固定方式。

图3示意出了该封装结构所采用的印刷电路板的布局，在印刷电路板的中心处为金属散热层205，控制电路各分立元件208分布于金属散热层的左右，在金属散热层的上方和下方为印刷电路板的输出电极202。分立元件之间的布线没有画出，依元件的布局不同而不同。整个印刷电路板上除布线区外均为金属散热层。在本实施例中，印刷电路板的金属散热层和布线均采用金金属，可以方便地实现金丝压焊工艺。

图4为本发明的封装方法流程示意图。在本实施例中，耦合SOI热光开关阵列芯片100是通过将光纤阵列102与热光开关阵列100在光纤耦合机上对齐，直接点紫外固化胶于二者相接处，加热使胶凝固来完成的；制作印刷电路板201，在板表面成型预定的电路布局图案，该电路布局图案有多个输出电极202，分布于金属散热层205的周围。该电路布局图案在印刷电路板的周边成型有多个连接外部的连接部209，而该电路布局图案在各个连接部与元件之间形成有导通的导线。在印刷电路板的周围有与封装盒相连接的连接部，所有的金属均采用金金属；按照印刷电路板上已经成型的电路图焊接控制和驱动系统各元件或芯片208，使之形成完整的控制和驱动系统；热光开关阵列器芯片的固定：其是将耦合好的热光开关阵列芯片100置于印刷电路板金属散热层205上，使热光开关阵列芯片100上的电极分布与印刷电路板上的输出电极相对应。在热光开关阵列或热光调制器芯片100底部与印刷电路板201的金属散热层间涂胶，使其固定，将热光开关阵列芯片的电极103a与对应的输出电极202采用压焊的方法连接起来；根据印刷电路板的尺寸和封装的形式来设计封装盒，本实施例采用了蝶形封装；印刷电路板与封装盒的连接是将采用机械固定的方法完成的。将印刷电路板上连接部209与外界电极接线柱焊接或者直接接触形成电学通路后，盖上封装盒上盖并封闭，即完成热光开关阵列的封装。

综上所述，本发明热光开关阵列或热光调制器封装结构与封装方法至少具有以下优点：

1.本发明热光开关阵列或热光调制器封装结构所采用的工艺均简单且易于实现，成本低廉，合格率高。

2.本发明热光开关阵列或热光调制器封装结构印刷电路板上大面积的金属散热层可以使热光开关阵列或热光调制器及控制系统在工作时所产生的热能迅速散逸，保证了器件的良好散热，有利于提高器件寿命。

3.本发明热光开关阵列或热光调制器封装结构中，将控制电路采用分立元件构成，极大地降低了电路成本。

4.本发明热光开关阵列或热光调制器封装结构中所采用的印刷电路板制作工艺成熟，可以实现高频布线以及批量生产，大大降低生产成本。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的的限制，凡是依据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案范围之内，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (35)

1.一种热光开关阵列或热光调制器的封装结构，其特征在于：该结构包括：

一印刷电路板，该印刷电路板具有一金属散热层，且该金属散热层通过布线间隙遍布印刷电路板的各层；

一热光开关阵列芯片或热光调制器芯片，配置于印刷电路板上，并用胶体固定于印刷电路板上，且每一热光开关阵列芯片或热光调制器芯片均有输出电极与印刷电路板上电极相连接；

一封装盒，其尺寸与印刷电路板尺寸匹配，印刷电路板通过胶体固定于封装盒中；

一胶体，将热光开关阵列芯片或热光调制器芯片固定于印刷电路板金属散热层上或将印刷电路板固定于封装盒中。

2.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：还包括一套控制与驱动电路系统配置于印刷电路板上，用以控制热光开关阵列芯片或热光调制器芯片。

3.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：控制与驱动电路系统输出电极与热光开关阵列芯片或热光调制器芯片电极之间的连接采用压焊方式完成。

4.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：印刷电路板上的金属散热层及金属布线、焊点材料包括金金属。

5.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：印刷电路板与封装盒之间的固定包括机械方式。

6.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：印刷电路板与封装盒之间的固定包括用胶体粘贴。

7.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：所采用的封装盒是蝶形。

8.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：所采用的封装盒是双列直插型。

9.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：所用的胶体具有良好的导热性。

10.根据权利要求1所述的热光开关阵列或热光调制器封装结构，其特征在于：所用的胶体具有良好的电绝缘性。

11.一种热光开关阵列或热光调制器封装方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)耦合热光开关阵列芯片或热光调制器芯片：将光纤阵列与热光开关阵列芯片或热光调制器芯片输入输出波导在特定设备上对齐，直接点紫外固化胶于二者相接处，依靠紫外光辐照使胶体变性从而使胶凝固；

2)制作印刷电路板：选用具有高导热性的基板为基材，并以网板印刷与蚀刻方式其中之一的方式，在基板表面成型预定的电路布局图案，该电路布局图案有多个输出电极，分布于金属散热层的周围，该电路布局图案在印刷电路板的周边成型有多个连接外部的连接部，而该电路布局图案在各个连接部与元件之间形成有导通的导线，在印刷电路板的周围有与封装盒相连接的连接部；

3)控制电路形成：按照印刷电路板上已经成型的电路连接图焊接控制和驱动系统各元件或芯片，使之形成完整的控制和驱动系统；

4)热光开关阵列芯片或热光调制器芯片的固定：将耦合好的热光开关阵列芯片或热光调制器芯片置于印刷电路板金属散热层上，使热光开关阵列芯片或热光调制器芯片上的电极分布与印刷电路板上的输出电极相对应，在热光开关阵列芯片或热光调制器芯片底部与印刷电路板的金属散热层间涂胶，使其固定；

5)热光开关阵列芯片或热光调制器芯片与印刷电路板的连接：将热光开关阵列芯片或热光调制器芯片的电极与对应的输出电极采用压焊的方法连接起来；

6)制作封装盒：根据印刷电路板的尺寸和封装的形式来设计封装盒保护印刷电路板电路和热光开关阵列芯片或热光调制器芯片；

7)印刷电路板与封装盒的连接：将已经固定好热光开关阵列芯片或热光调制器芯片的印刷电路板置于封装盒中，采用机械或胶体粘贴的方法将其固定，将印刷电路板上连接部与外界电极接线柱焊接或者直接接触形成电学通路后，盖上封装盒上盖；

8)封闭封装盒上下盖之间的缝隙：以保护热光开关阵列芯片或热光调制器芯片不受外界干扰的方法封闭封装盒上下盖之间的缝隙，如此即完成热光开关阵列或热光调制器的封装。

12.根据权利要求11所述的热光开关阵列或热光调制器封装方法，其特征在于：步骤1)所采用的紫外固化胶具有良好的透光性和稳定性。

13.根据权利要求11所述的热光开关阵列或热光调制器封装方法，其特征在于：步骤8)是在真空或惰性气体或氮气保护状态下，利用密封胶将封装盒上下盖之间的缝隙封闭。

14.一种光通信用热光开关阵列，其特征为：该结构包括：

一印刷电路板，该印刷电路板具有一金属散热层，且该金属散热层通过布线间隙遍布印刷电路板的各层；

一热光开关阵列芯片，配置于印刷电路板上，并用胶体固定于印刷电路板上，且每一热光开关阵列芯片均有输出电极与印刷电路板上电极相连接；

一封装盒，其尺寸与印刷电路板尺寸匹配，印刷电路板通过胶体固定于封装盒中；

一胶体，将热光开关阵列芯片固定于印刷电路板金属散热层上或将印刷电路板固定于封装盒中。

15.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：还包括一套控制与驱动电路系统配置于印刷电路板上，用以控制热光开关阵列芯片。

16.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：控制与驱动电路系统输出电极与热光开关阵列芯片电极之间的连接采用压焊方式完成。

17.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：印刷电路板上的金属散热区及金属布线、焊点材料包括金金属。

18.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：封装盒包括以机械加工的方式制作。

19.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：印刷电路板与封装盒之间的固定包括机械方式。

20.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：印刷电路板与封装盒之间的固定包括用胶体粘贴。

21.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：所采用的封装盒是蝶形。

22.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：所采用的封装盒是双列直插型。

23.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：所用的胶体具有良好的导热性。

24.根据权利要求14所述的热光开关阵列，其特征在于：所用的胶体具有良好的电绝缘性。

25.一种光通信用热光调制器，其特征为：该结构包括：

一印刷电路板，该印刷电路板具有一金属散热层，且该层通过布线间隙遍布印刷电路板的各层；

一热光调制器芯片，配置于印刷电路板上，并用胶体固定于印刷电路板上，且每一热光调制器芯片均有输出电极与印刷电路板上电极相连接；

一封装盒，其尺寸与印刷电路板尺寸匹配，印刷电路板通过胶体固定于封装盒中；

一胶体，将热光调制器芯片固定于印刷电路板金属散热层上或将印刷电路板固定于封装盒中。

26.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：还包括一套控制与驱动电路系统配置于印刷电路板上，用以控制热光调制器芯片。

27.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：控制与驱动电路系统输出电极与调制器芯片电极之间的连接采用压焊方式完成。

28.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：印刷电路板上的金属散热区及金属布线、焊点材料包括金金属。

29.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：光纤与热光调制器芯片的耦合通过刻V型槽、紫外固化胶直接粘贴方式完成。

30.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：印刷电路板与封装盒之间的固定包括机械方式。

31.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：印刷电路板与封装盒之间的固定包括用胶体粘贴。

32.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：所采用的封装盒是蝶形。

33.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：所采用的封装盒是双列直插型。

34.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：所用的胶体具有良好的导热性。

35.根据权利要求25所述的热光调制器，其特征在于：所用的胶体具有良好的电绝缘性。

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