CN102569431A

CN102569431A - 光电芯片组件及封装方法

Info

Publication number: CN102569431A
Application number: CN2011104499208A
Authority: CN
Inventors: 姜瑜斐; 张海祥
Original assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Current assignee: Hisense Broadband Multimedia Technology Co Ltd
Priority date: 2011-12-29
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2031-12-29
Also published as: CN102569431B

Abstract

本发明提供一种光电芯片组件及封装方法，该光电芯片组件包括：第一光电芯片、光纤组件、电路板和封盖，其中，所述第一光电芯片和所述光纤组件固定在所述电路板上，且所述第一光电芯片的光接收面与所述光纤组件的发光面相对，所述第一光电芯片与所述电路板电连接；所述封盖位于所述第一光电芯片和光纤组件上方，且与所述电路板构成封闭空间。利用该光电芯片组件中的封装结构对芯片进行封装，可避免密封胶对光电芯片造成的腐蚀及高温损坏，减少封装体积，简化封装操作流程。

Description

光电芯片组件及封装方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种光电芯片组件及封装方法。

背景技术

目前常用的芯片封装方式一般有两种，一是通过塑封工艺，将芯片用密封胶灌注覆盖并完成固化。但是，这种方式由于密封胶与芯片直接接触，因此对芯片有严重的应力损伤隐患，同时，密封胶本身和芯片之间容易发生化学反应，从而对芯片造成腐蚀，导致封装可靠性低。而且，由于密封胶灌注覆盖时需要很高的温度，采用密封胶对光电芯片进行封装时的高温容易损坏光电芯片。二是采用陶瓷或金属外壳单独对芯片进行封装，封装时采用熔焊或钎焊工艺，具体实现时，通过专用的封装设备将芯片封装为独立的密封体，而封装设备投入大，封装成本高且封装流程复杂，并且，由于没有合理的设计芯片的结构，导致封装后芯片的体积也较大。

发明内容

本发明实施例提供一种光电芯片组件及封装方法，以解决传统的芯片封装方式中采用密封胶封装容易对光电芯片造成腐蚀及高温损坏，以及采用专用的封装设备封装时封装成本高且封装后芯片体积大的问题。

一种光电芯片组件，包括：第一光电芯片、光纤组件、电路板和封盖，其中，

所述第一光电芯片和所述光纤组件固定在所述电路板上，且所述第一光电芯片的光接收面与所述光纤组件的发光面相对，所述第一光电芯片与所述电路板电连接；

所述封盖位于所述第一光电芯片和光纤组件上方，且与所述电路板构成封闭空间。

一种光电芯片组件的封装方法，包括：

将第一光电芯片和光纤组件固定在电路板上，并将所述第一光电芯片与所述电路板电连接，其中，所述第一光电芯片的光接收面与所述光纤组件的发光面相对；

将封盖固定在所述电路板上，其中，所述封盖位于所述光电芯片和光纤组件上方，且与所述电路板构成封闭空间。

本发明实施例中利用封盖代替密封胶进行封装，从而避免了密封胶对光电芯片造成的腐蚀及高温损坏，且将光纤组件和光电芯片直接相对以节约空间、简化操作，而且，采用光电芯片和电路板的一体化封装，从而节约了封装空间，简化了封装流程，降低了封装成本。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的光电芯片组件的整体封装结构图；

图2为本发明实施例提供的电路板的俯视图；

图3为本发明实施例提供的电路板的侧视图；

图4为本发明实施例提供的第一光电芯片和第二光电芯片的位置关系图；

图5为本发明实施例提供的光纤组件与光电芯片的位置关系图；

图6为本发明实施例提供的光电芯片组件的封装方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种光电芯片组件，包括：第一光电芯片、光纤组件、电路板和封盖，其中，

较佳的，为了缩小光电芯片组件的体积，可以在所述电路板上设置有凹槽，则所述光纤组件固定在所述凹槽的底面上，所述第一光电芯片固定在所述凹槽的侧壁上，或者，所述光纤组件通过与所述凹槽的底面相贴合的第一载体固定在所述凹槽的底面上，所述第一光电芯片通过第二载体固定在所述凹槽的底面上，其中，所述第二载体固定在所述凹槽的底面上且第一光电芯片固定在所述第二载体的侧面。其中，所述第一载体和第二载体的材质为陶瓷或硅基材料等，通过载体进行固定，既便于固定又利于散热。

较佳的，为了在缩小光电芯片组件体积的基础上，更好的实现散热，可以在所述电路板上设置有空腔，且所述空腔下方固定有底板，则所述光纤组件固定在所述底板上，所述第一光电芯片固定在所述空腔的侧壁上，或者，所述光纤组件通过与所述底板相贴合的第一载体固定在所述底板上，所述第一光电芯片通过第二载体固定在所述底板上，其中，所述第二载体固定在所述底板上且所述第一光电芯片固定在所述第二载体的侧面。其中，底板一般选用导热性好、强度高的材料来制作，例如可以选用金属材料，如铜等。

较佳的，该光电芯片组件还包括：第二光电芯片，当所述第一光电芯片通过第二载体固定时，则所述第二光电芯片固定在所述第二载体的顶面上，或，当所述第一光电芯片固定在所述凹槽或空腔的侧壁上时，则所述第二光电芯片固定在所述电路板上靠近凹槽或空腔的部位，则所述第一光电芯片与所述电路板电连接的实现方式包括：所述第一光电芯片与所述第二光电芯片电连接，且所述第二光电芯片与所述电路板电连接。其中，所述第二光电芯片主要用于实现电信号的处理。

较佳的，所述封闭空间内部为真空或填充有保护气体。

下面结合说明书附图，以一个优选实施例详细描述本发明中的方案。

实施例一、

本实施例提供了一种光电芯片组件，参见图1所示，该图中给出了该光电芯片组件的整体封装效果。

本实施例中的光电芯片组件包括：带有空腔的电路板1、位于所述空腔下方且固定在电路板1底部的底板6、通过第一载体5固定在所述底板6上的光纤组件7、通过第二载体4固定在所述底板6上的第一光电芯片3，以及位于所述第一光电芯片3和光纤组件7上方且与带有空腔的电路板1以及底板6构成封闭空间的封盖8。

其中，电路板1的形状参见图2和图3所示，图2给出了该光电芯片组件中电路板1的俯视图，图3给出了该光电芯片组件中电路板1的侧视图。电路板1可以是印刷电路板，也可以是环氧、陶瓷电路板或其他材料的电路板，包括多个电气连接层和绝缘层，根据光发射电路与光接收电路的原理完成电路板内部的布线，并且在电路板的一侧设计电接口以实现电信号的输入输出。本实施例中的电路板1可以实现多种电气信号的相互连接，实现连接线的阻抗匹配，主要用于通过位于电路板内部或表面的电气连接线和光纤组件来实现信号的传输通道。该电路板可以采用环氧、陶瓷或其它基体材料来制作，并且，为了缩小光电芯片的封装体积，在电路板的中间部位设计有空腔，该空腔的形状和大小依据光电芯片和光纤组件的形状来设计，可以为方形或圆形等。该空腔下方固定有底板6，底板6一般选用导热性好、强度高的材料制作。

光纤组件7包括光纤和光纤固定结构，提供了光信号接口，主要用于实现光信号的传输。第一光电芯片3主要用于实现光电信号以及电光信号的转换并对电信号进行处理，具体的，在实现光电信号转换时，光信号通过光纤组件7内部的光纤传输过来，到达光纤组件7的发光面，则光信号通过光纤组件7的发光面直接入射到第一光电芯片3的光接收面，由第一光电芯片3实现光电信号的转换；在实现电光信号转换时，电信号在第一光电芯片3内部转换为光信号，并由第一光电芯片3的发光面直接入射到光纤组件7的光接收面，经光纤组件7内部光纤进行传输。其中，光纤组件与光电芯片的位置关系参见图5所示，为了确保光信号在光纤组件7和第一光电芯片3之间的传输，需要将光纤组件7的发光面与第一光电芯片3的光接收面对准。具体的，在本实施例中，将光纤组件7通过与电路板1相贴合的第一载体5固定在电路板上，其中，第一载体5具有光滑的水平表面和良好的机械强度和稳定性，同时，将第一光电芯片3通过第二载体4固定在电路板1上，第二载体4的形状可以为矩形，将第一光电芯片3固定在第二载体4的侧面，从而使得第一光电芯片3的光接收面与光纤组件7的发光面相对，第二载体4可以直接固定在电路板1上，也可以将第二载体4通过第一载体5固定在电路板1上。其中，第一载体5以及第二载体4与电路板1之间的固定、光纤组件7与第一载体5之间的固定以及第一光电芯片3与第二载体4之间的固定都可以通过粘胶或焊接的方式来实现。并且，第一载体4以及第二载体5的材质可选用陶瓷或硅基材料等，通过载体进行固定，既便于固定又利于散热。

本实施例中，光纤组件7及其内部光纤水平固定在底板6上，即光纤与底板6所在平面平行；第一光电芯片3由于固定在第二载体4的侧面，所以与底板所在平面垂直。并且，第一光电芯片3与光纤组件7是直接耦合的，即采用精密耦合夹具实现光纤组件7的三维调整以实现光纤组件7与第一光电芯片3的光信号耦合，所述耦合是通过光纤组件7与第一光电芯片3的位置对准来实现的，即：第一光电芯片3的发光面也叫光接收面与光纤组件7内部光纤的轴向方向相互垂直，且第一光电芯片3的发光面也叫光接收面对准光纤组件7，使得第一光电芯片3发射的光可以直接入射到光纤组件7内部的光纤中，并且光纤组件7内部光纤发射的光也可以直接入射到第一光电芯片3的光接收面上。优选的，为了改善光信号的传输效果，所述光纤组件7与第一光电芯片3相对应的端面与内部光纤的垂直横截面呈一定的角度，该角度可以在0到15度之间。也就是说，光纤组件7内部光纤并不一定是垂直切割的，而是在切割时可以有一定的倾斜，相应的切出的端面形状也为椭圆形而非正圆形。本发明实施例中将光纤组件7与第一光电芯片3直接耦合，即直接对准，省去了传统实现方式中借助透镜改变光传输方向来实现光信号传输的复杂操作，且缩小了芯片体积。

并且，当本实施例中的第一光电芯片3本身不具备电信号的处理功能时，本实施例中还可以进一步包括第二光电芯片2，用于对第一光电芯片3输出的电信号或将要输入第一光电芯片3的电信号进行处理，如放大、滤波等。图4中给出了第一光电芯片3和第二光电芯片2的位置关系图，第二光电芯片2可以固定在第二载体4的顶面上。并且，第二光电芯片2和第一光电芯片3电连接，即将第二光电芯片2的顶面和第一光电芯片3的发光面之间通过金线、铝线或其他金属连接线，即图4中的键合线9实现电气连接，也叫键合，由于第二光电芯片2的顶面和第一光电芯片3的发光面并不在一个水平面上，而是相互垂直，因此该键合技术也可以称之为三维键合。并且，第二光电芯片2与电路板1电连接，用于将通过电路板1上的电接口传输过来的电信号经第一光电芯片3传输给光纤组件7，还用于将从光纤组件7经第一光电芯片3传输过来的电信号传送给电路板1，并通过电路板1上的电接口传送给其他设备。其中，本实施例中的第一光电芯片和第二光电芯片可以是单一芯片，也可以是芯片组。

本实施例中的封盖8与电路板1以及底板6一起构成封闭空间，从而实现光电芯片组件的封装，光纤组件和光电芯片位于该封闭空间内部，该封闭空间内部可以为真空，也可以填充保护气体，如氮气。具体实现时，该封盖可采用胶粘或焊接的方式固定在电路板1上。

本实施例中通过在电路板上设计一个中空的空腔，从而将光纤组件7以及第一光电芯片3置于该空腔内，从而减少了芯片体积，并且，将光纤组件7以及第一光电芯片3固定在与电路板1的底面相固定的底板6上，由于底板6采用易于散热的材质制作，从而利于芯片散热。并且，本发明实施例中的光纤组件7与第一光电芯片3直接耦合，实现方式简单且节约空间。而且，本发明实施例中将电路板以及光电芯片进行一体化封装，省去了对光电芯片单独封装时的复杂工艺流程和设备。而且，本发明实施例中利用载体来固定芯片，通过封盖来封装芯片，避免了传统方式中利用密封胶封装时容易对芯片造成应力损伤和腐蚀的缺陷，从而提高了封装可靠性，并且，传统的采用密封胶封装时需要很高的温度，而光电芯片在高温下极易损坏，因此，采用本发明实施例提供的光电芯片组件不受密封胶封装时的温度影响，因此，还扩展了芯片在工作与存储时的温度范围。

除上述介绍的实现方式之外，本发明实施例还可以采用其他多种方式实现，例如，可以不在电路板1上设置空腔，而是设置一个凹槽，从而将光电芯片和光纤组件置于凹槽内，同样可以实现进一步缩小芯片体积的目的，这时，则可以相应的省去底板6，由凹槽的底部来代替底板6固定光电芯片和光纤组件。另外，还可以将光纤组件和光电芯片直接固定在电路板的凹槽底部或底板6上，从而省去载体，这时，为了实现较好的散热效果，可以将电路板采用散热性较好的陶瓷材料制作，此时，由于省去了第二载体，所以第一光电芯片3无法固定在第二载体侧面，为了实现第一光电芯片和光纤组件的直接耦合，当电路板上设置有凹槽时，可以将第一光电芯片固定在凹槽的侧壁上，将第二光电芯片固定在电路板上靠近凹槽的部位上；当电路板上设置有空腔时，可以将第一光电芯片固定在空腔的侧壁上，将第二光电芯片固定在电路板上靠近空腔的部位上。当然，具体实现方式也可以根据实际情况进行调整，此处不做具体限定。

另外，在电路板上设置空腔或凹槽，只是本发明实施例中的优选方案而已，如果不在电路板上设置空腔或凹槽，而直接将光电芯片和光纤组件固定在电路板底部，也并不影响本发明的正常实施。

实施例二、

本发明实施例提供了一种光电芯片组件的封装方法，如图6所示，包括以下步骤：

S501：将第一光电芯片和光纤组件固定在电路板上，并将所述第一光电芯片与所述电路板电连接，其中，所述第一光电芯片的光接收面与所述光纤组件的发光面相对；

S502：将封盖固定在所述电路板上，其中，所述封盖位于所述光电芯片和光纤组件上方，且与所述电路板构成封闭空间。

较佳的，所述将第一光电芯片和光纤组件固定在电路板上的步骤，具体包括：将第一载体贴合并固定在电路板上，并将所述光纤组件固定在所述第一载体上；将第二载体贴合并固定在所述第一载体上，并将所述光电芯片固定在所述第二载体侧面。

较佳的，该方法还包括：将第二光电芯片固定在所述第二载体顶面，并将所述第二光电芯片与所述第一光电芯片电连接，且第二光电芯片与所述电路板电连接。

较佳的，所述封闭空间内部为真空或填充有保护气体。

本实施例中的光电芯片结构可参照实施例一进行设计，本实施例中的光纤组件7与第一光电芯片3直接耦合，实现方式简单且节约空间。而且，本发明实施例中将电路板以及光电芯片进行一体化封装，省去了对光电芯片单独封装时的复杂工艺流程和设备。而且，本发明实施例中利用载体来固定芯片，通过封盖来封装芯片，避免了传统方式中利用密封胶封装时容易对芯片造成应力损伤和腐蚀的缺陷，从而提高了封装可靠性，扩展了芯片的工作与存储温度范围。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种光电芯片组件，其特征在于，包括：第一光电芯片、光纤组件、电路板和封盖，其中，

2.如权利要求1所述的光电芯片组件，其特征在于，所述电路板上设置有凹槽，则所述光纤组件固定在所述凹槽的底面上，所述第一光电芯片固定在所述凹槽的侧壁上，或者，所述光纤组件通过与所述凹槽的底面相贴合的第一载体固定在所述凹槽的底面上，所述第一光电芯片通过第二载体固定在所述凹槽的底面上，其中，所述第二载体固定在所述凹槽的底面上且第一光电芯片固定在所述第二载体的侧面。

3.如权利要求1所述的光电芯片组件，其特征在于，所述电路板上设置有空腔，且所述空腔下方固定有底板，则所述光纤组件固定在所述底板上，所述第一光电芯片固定在所述空腔的侧壁上，或者，所述光纤组件通过与所述底板相贴合的第一载体固定在所述底板上，所述第一光电芯片通过第二载体固定在所述底板上，其中，所述第二载体固定在所述底板上且所述第一光电芯片固定在所述第二载体的侧面。

4.如权利要求2或3所述的光电芯片组件，其特征在于，还包括：

第二光电芯片，当所述第一光电芯片通过第二载体固定时，则所述第二光电芯片固定在所述第二载体的顶面上，或，当所述第一光电芯片固定在所述凹槽或空腔的侧壁上时，则所述第二光电芯片固定在所述电路板上靠近凹槽或空腔的部位，则所述第一光电芯片与所述电路板电连接的实现方式包括：

所述第一光电芯片与所述第二光电芯片电连接，且所述第二光电芯片与所述电路板电连接。

5.如权利要求2或3所述的光电芯片组件，其特征在于，所述第一载体和第二载体的材质为陶瓷或硅基材料。

6.如权利要求1所述的光电芯片组件，其特征在于，所述封闭空间内部为真空或填充有保护气体。

7.一种光电芯片组件的封装方法，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述将第一光电芯片和光纤组件固定在电路板上的步骤，具体包括：

将第一载体贴合并固定在电路板上，并将所述光纤组件固定在所述第一载体上；

将第二载体贴合并固定在所述第一载体上，并将所述光电芯片固定在所述第二载体侧面。

9.如权利要求8所述的封装方法，其特征在于，还包括：

将第二光电芯片固定在所述第二载体顶面，并将所述第二光电芯片与所述第一光电芯片电连接，且第二光电芯片与所述电路板电连接。

10.如权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述封闭空间内部为真空或填充有保护气体。