CN101907753A - 一种多路并行光电模块装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多路并行光电模块的装配工艺，公开了一种多路并行光电模块装配方法，该方法包括：步骤1：将光电器件装配在载片上；步骤2：连接载片与该光电器件的驱动芯片或信号放大芯片；步骤3：通过焊线的塑性变形使载片连同光电器件相对于芯片直立起来并固定；步骤4：将芯片装配在基板上；步骤5：将光纤与光电器件耦合对准并固定。本发明的装配工艺可省去传统多路并行光电模块装配所需要的光路转折，将光路转折变为电路转折，降低了模块的高度。同时可以节省光学元件，简化模块装配难度，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及甚短距离多路并行光连技术及电子封装领域，具体地说，涉及一种多路并行光电模块装配方法，利用焊线的塑性变形和支撑作用，使光电器件相对于驱动(接收)芯片直立起来，实现在满足光电器件与平面光波导或平行于基板的光纤直接耦合的条件下降低光电模块的总高度，同时简化光互连结构。
背景技术
在高速互连领域，电互连由于其电磁干扰、传输损耗等限制，使互连成本随着互连带宽的增加而增加。并行光互连技术可以克服电互连在高速数据传输中的物理瓶颈，在现代超级计算机、高端服务器、核心路由器等领域有着广阔的应用潜力。
对于并行光互连技术，目前主流光电器件是垂直腔面发射激光器(VCSEL)和平面型PIN光电探测器。受平面装配工艺的限制，上述光电器件装配在基板上后，其出光方向和受光方向都是垂直于基板的，为了在平行基板的方向进行光信号传输，光路必须在出光处和接收处两次转折90°角。对于光纤作为传输媒质，有的产品利用光纤弯曲来实现光路的转折，但是光纤弯曲会带来光能量的损耗，并且光纤弯曲会占用额外的空间；对于平面光波导作为传输媒质，一般使用45°反射镜和微透镜来实现光路的转折与耦合对准，因为这些反射镜和微透镜的尺度小至微米量级，对准精度要求非常严格，它们的组装及繁琐的光对准工序成为了导致光互连成本居高不下的重要原因。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种多路并行光电模块装配方法，以简化光互连装配难度，降低光电模块的装配成本。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种多路并行光电模块装配方法，该方法包括：
步骤1：将光电器件装配在载片上；
步骤2：连接载片与该光电器件的驱动芯片或信号放大芯片；
步骤3：通过焊线的塑性变形使载片连同光电器件相对于芯片直立起来并固定；
步骤4：将芯片装配在基板上；
步骤5：将光纤与光电器件的耦合对准并固定。
上述方案中，所述光电器件包括垂直腔面发射激光器和/或PIN光电探测器。
上述方案中，所述载片具有光纤定位通孔、与光电器件焊接的焊料凸点，以及将光电器件电极引出的布线。
上述方案中，所述载片上的焊盘、电极、线路通过光刻、金属溅射或蒸发工艺实现，焊料焊点通过置球或电镀焊料凸点工艺实现。
上述方案中，所述载片采用陶瓷片或高平整度半导体晶片。
上述方案中，步骤1中所述将光电器件装配在载片上采用倒装工艺实现。
上述方案中，步骤2中所述连接载片与该光电器件的芯片采用焊线键合工艺实现。
上述方案中，步骤3中所述通过焊线的塑性变形使载片连同光电器件相对于芯片直立起来并固定，是采用微调工具使载片相对于芯片直立起来，该过程中焊线将产生塑性变形并对载片具有支撑作用；将直立的栽片及芯片整体进行固定，例如放置在一铜块上并用胶进行固定。
上述方案中，步骤5中所述将光纤与光电器件耦合对准并固定，是利用载片上通孔的定位，装配好光纤并固定。
上述方案中，所述载片和芯片被整体装配在PCB板的凹槽里，通过焊线键合工艺与PCB板连接起来并固定。
(三)有益效果
本发明提供的这种多路并行光电模块装配方法，通过焊线塑性变形使光电器件直立的光电模块装配结构通过焊线的塑性变形和支撑作用，使光电器件相对于基板直立起来，从而使光发射方向和光接收方向平行于基板，平行于基板的光纤带或光波导可以直接与光电器件进行耦合，光路传输过程中无需进行两次90°转折，省去了微反射镜的使用，可以降低光学耦合难度，并提高了耦合效率。本发明适用于倒装工艺的光电器件和线焊工艺的VCSEL驱动芯片和光电探测器接收芯片。
附图说明
图1是本发明提供的多路并行光电模块装配的方法流程图；
图2是12通道的VCSEL阵列的载片示意图，包括Si基载片101，通孔102，金凸点103，金线路104。
图3是载片上装配好VCSEL阵列201的示意图。
图4是VCSEL载片和VCSEL驱动芯片通过金丝焊接的示意图，图中301为VCSEL驱动芯片，302为VCSEL驱动芯片的焊盘，303为金丝焊线。
图5是将VCSEL载片相对于VCSEL驱动芯片直立起来的示意图。
图6是从背面观察的载片和VCSEL驱动芯片整体装配图，图中标注了载片上的光通孔501。
图7是将VCSEL载片和VCSEL驱动芯片整体装配在带凹槽的PCB601里，并与光纤带602完成对准耦合。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1是本发明提供的多路并行光电模块装配的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤1：采用倒装工艺将光电器件装配在载片上；光电器件包括垂直腔面发射激光器和/或PIN光电探测器，载片具有光纤定位通孔、与光电器件焊接的焊料凸点，以及将光电器件电极引出的布线。载片上的焊盘、电极、线路通过光刻、金属溅射或蒸发工艺实现，焊料焊点通过置球或电镀焊料凸点工艺实现。载片可采用陶瓷片、Si片或其它高平整度半导体晶片。
步骤2：采用焊线键合工艺连接载片与该光电器件的芯片，包括激光器驱动芯片和光电探测器的信号放大芯片；
步骤3：通过焊线的塑性变形使载片连同光电器件相对于芯片直立起来，即采用微调工具使载片相对于芯片直立起来，该过程中焊线将产生塑性变形并对载片具有支撑作用。
步骤4：将步骤3形成的整体进行固定，例如将该整体放置在一铜块上并用胶进行固定。
步骤5：将光纤与光电器件藕合对准并固定，即利用载片上通孔的定位，装配好光纤并固定；载片和芯片被整体装配在PCB板的凹槽里，通过焊线键合工艺与PCB连接起来并固定。
以下结合附图通过对具体实施例的描述，进一步详细说明本发明利用焊线塑性变形的光电模块装配工艺，以装配12通道的光发射模块为例。
参照图2，采用厚度约0.5mm的Si片作为12通道VCSEL阵列的载片，首先在载片上采用热氧化工艺形成1μm厚SiO2介质层，然后通过光刻、金属蒸发等工艺在载片表面形成金线路104，通过圆片凸点电镀工艺形成金凸点103。通过刻蚀工艺在将要装配的VCSEL的出光点位置形成通孔阵列102，通孔阵列用于12通道的光纤带与VCSEL阵列的对准耦合。金凸点和通孔的位置都是通过光刻技术定义的，它们相对位置的精度可以达到1μm。
参照图3，将VCSEL阵列201通过热超声倒装焊的工艺装配在载片上，VCSEL阵列的电极与载片上的金凸点一一对应。目前倒装焊精度可以达到0.5μm，结合金凸点和通孔之间的高精度相对位置，可以保证VCSEL阵列的出光面对准通孔的中心。
参照图4，通过金丝键合工艺，将VCSEL载片上的金线路与VCSEL驱动芯片上相应的焊盘连接起来，从而完成VCSEL阵列与驱动芯片的电连接。
参照图5和图6，用微调工具将载片相对于VCSEL驱动芯片直立起来。经过实验证实，用于载片与VCSEL驱动芯片焊接的25根金丝塑性变形后能够很好地支撑起整个载片，并且不会互相接触导致短路。
参照图7，将VCSEL载片和VCSEL驱动芯片整体装配在PCB板601的凹槽里，凹槽周围同样分布着与VCSEL驱动芯片相对应的焊盘，通过金丝键合工艺将VCSEL驱动芯片与PCB连接起来。直立的载片可以立在PCB板上，并通过粘结剂固定在PCB板上，最后在显微镜下通过光学微调架将12通道的光纤带602从VCSEL载片背面插入通孔，完成光纤带的耦合对准，并固定光纤。整体装配结构如图7所示。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多路并行光电模块装配方法，其特征在于，该方法包括：
步骤1：将光电器件装配在载片上；
步骤2：连接载片与该光电器件的驱动芯片或信号放大芯片；
步骤3：通过焊线的塑性变形使载片连同光电器件相对于芯片直立起来并固定；
步骤4：将芯片装配在基板上；
步骤5：将光纤与光电器件耦合对准并固定。
2.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，所述光电器件包括垂直腔面发射激光器和/或PIN光电探测器。
3.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，所述载片具有光纤定位通孔、与光电器件焊接的焊料凸点，以及将光电器件电极引出的布线。
4.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，所述载片上的焊盘、电极、线路通过光刻、金属溅射或蒸发工艺实现，焊料焊点通过置球或电镀焊料凸点工艺实现。
5.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，所述载片采用陶瓷片或或高平整度半导体晶片。
6.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，步骤1中所述将光电器件装配在载片上采用倒装工艺实现。
7.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，步骤2中所述连接载片与该光电器件的芯片采用焊线键合工艺实现。
8.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，步骤3中所述通过焊线的塑性变形使载片连同光电器件相对于芯片直立起来并固定，是采用微调工具使载片相对于芯片直立起来，该过程中焊线将产生塑性变形并对载片具有支撑作用。
9.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，步骤5中所述将光纤与光电器件耦合对准并固定，是利用载片上通孔的定位，装配好光纤并固定。
10.根据权利要求1所述的多路并行光电模块装配方法，其特征在于，所述载片和芯片被整体装配在PCB板的凹槽里，通过焊线键合工艺与PCB板连接起来并固定。
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Legal Events
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Owner name: NATIONAL CENTER FOR ADVANCED PACKAGING Free format text: FORMER OWNER: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S Effective date: 20150216 |
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100029 CHAOYANG, BEIJING TO: 214135 WUXI, JIANGSU PROVINCE |
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Effective date of registration: 20150216 Address after: 214135 Jiangsu province Wuxi City Linghu Road No. 200 Chinese Sensor Network International Innovation Park building D1 Patentee after: National Center for Advanced Packaging Co., Ltd. Address before: 100029 Beijing city Chaoyang District Beitucheng West Road No. 3 Patentee before: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences |
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Effective date of registration: 20170816 Address after: 200331 room 155-2, ginkgo Road, Shanghai, Putuo District, China, 4 Patentee after: Shanghai State Intellectual Property Services Co., Ltd. Address before: 214135 Jiangsu Wuxi City Linghu Road No. 200 Chinese Sensor Network International Innovation Park building D1 Patentee before: National Center for Advanced Packaging Co., Ltd. |
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