CN105226037A - 一种带有光接口的封装上光电集成结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种带有光接口的封装上光电集成结构及其制作方法。所述封装光电集成结构包括：母板；电子器件单元；光子器件单元，固定于所述基板上；光纤，固定于所述光子器件单元上；散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，用于吸收热量并散发。本申请的带有光接口的封装光电集成结构通过将所述电子器件单元基板固定于母板上，从而便于在电子器件、光子器件电路、光子器件单元的顶部加装散热部件，进行散热，同时，通过在所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间填充所述底部填充料，解决了现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题。

Description

一种带有光接口的封装上光电集成结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及光电集成技术领域，尤其涉及一种带有光接口的封装上光电集成结构及其制作方法。
背景技术
光学互连具有大的距离带宽积，低损耗，高密度，这些优势使得并行光互连已用于数据中心板间，间架，和机架间的数据交换。随着协议标准不断发展，短距离的QSFP、CXP等模块单通道速率不断更新。应用与板内、封装上的光互连方案不断提出。核心是使光发射器/接收器模块提供更小的封装，高系统带宽，以及电路板和系统级互连设计的灵活性。基于多模光纤的传输系统，具有更大耦合公差，降低封装难度和成本广泛的应用。当前和多模光纤对应的光子器件是VCSEL和PIN阵列。随着技术的发展，短波长如850nm的VCSEL(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser，垂直腔面发射激光器)和PIN(positive-intrinsic-negative)探测器阵列型速率越来越快，同时长波长VCSEL、PIN性能正在提高。如何解决光子器件和光纤或者波导的耦合，成为紧凑、高可靠、低成本的光电封装的主要挑战之一。
现有技术中通常采用可插拔边缘光模块、嵌入式光模块和封装上光模块三种结构。其中，可插拔边缘光模块易于使用，部署在板的边缘，使得它们难以在附近放置CPU或其他设备附近，长的高速电学互连，严重恶化信道的传输特性，会降低信号质量，使得它更难以提高速度。而嵌入式光模块中嵌入的光学模块和光学引擎安装在板内，这有助于降低装置和光收发信机之间的电信号的传输损耗，支持更高的数据速率。另外，封装上光模块，避免了繁琐的操作纤维和长电跟踪，提高互连密度和速度，降低功耗和外形。
但是现有的结构中，微电子和光学器件的组装兼容性以及热管理较差。
发明内容
本申请提供一种带有光接口的封装上光电集成结构及其制作方法，解决了现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题。
本申请提供一种带有光接口的封装上光电集成结构，所述封装光电集成结构包括：母板；电子器件单元，包括基板、电子器件、光子器件电路和底部填充料，所述基板内设置有互连线，所述基板固定于所述电子器件、光子器件电路、光子器件单元与所述母板之间，所述底部填充料填充于所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间，所述电子器件和所述光子器件电路与所述互连线连接；光子器件单元，固定于所述基板上；光纤，固定于所述光子器件单元上；散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，用于吸收热量并散发。
优选地，所述光子器件单元包括光子器件、底座和底座互连线，所述底座互连线连接所述光子器件和所述基板。
优选地，所述封装光电集成结构还包括光纤固定装置，所述光纤固定装置包括固定块和两缓冲块，所述两缓冲块分别设置于所述固定块的两侧，所述光纤依次穿过所述缓冲块、所述固定块、所述缓冲块、所述底座后，固定于所述光子器件上。
优选地，所述光纤包括裸光纤段、光纤连接器和连接所述裸光纤段和所述光纤连接器的光纤带，其中，所述裸光纤段位于所述缓冲块、所述固定块、所述缓冲块、所述底座内。
优选地，所述光子器件单元包括光子器件、底座、底座互连线、导杆、透镜阵列、光纤连接器，所述底座上开设有光纤插入孔和导杆孔，所述导杆设置于所述导杆孔内，所述光纤固定于光纤连接器上，所述透镜阵列设置于所述底座和所述光纤连接器之间。
优选地，所述光子器件单元包括光子器件、底座和底座互连线，所述封装光电集成结构还包括光纤固定装置，所述光纤依次穿过所述光纤固定装置、所述底座后，固定于所述光子器件上，所述光子器件电路的引脚与所述基板相背设置，所述光子器件电路的引脚与所述基板的互连线之间采用金丝压焊进行连接，所述底座蚀刻有斜面，所述斜面上设置有底座互连线，所述光子器件电路的引脚和所述底座互连线通过金丝压焊进行连接。
优选地，所述散热部件包括散热板和导热材料，所述导热材料设置于所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元与所述散热板之间，用于将所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元的热导到散热板上进行散热。
本申请还提供一种带有光接口的封装上光电集成结构的制作方法，所述制作方法用于制作所述封装光电集成结构，所述制作方法包括：
获得所述基板，并将所述电子器件、所述光子器件电路固定于所述基板的同一表面上；
将所述底部填充料填充于所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间，并将所述基板固定于所述母板上；
将所述光子器件单元固定于所述基板上；
安装所述光纤，完成所述光纤的耦合对准，并通过所述光纤固定装置对所述光纤进行固定；
将所述散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，获得所述带有光接口的封装光电集成结构。
优选地，所述将所述散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，具体为：
将所述散热板固定于所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元之上，并在所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元与所述散热板之间设置所述导热材料。
本申请有益效果如下：
本申请的带有光接口的封装光电集成结构通过将所述电子器件单元基板固定于母板上，从而便于在电子器件、光子器件电路、光子器件单元的顶部加装散热部件，进行散热，同时，通过在所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间填充所述底部填充料，解决了现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题。
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，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。
图1为本申请较佳实施方式一种带有光接口的封装光电集成结构的示意图；
图2为本申请较佳实施方式一种带有光接口的封装光电集成结构的制作方法的流程图；
图3-图7为图2中制作所述带有光接口的封装光电集成结构流程示意图；
图8为本申请另一较佳实施方式一种带有光接口的封装光电集成结构的光子器件的结构示意图；
图9为本申请又一较佳实施方式一种带有光接口的封装光电集成结构的光子器件的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种带有光接口的封装上光电集成结构及其制作方法，解决了现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一种带有光接口的封装上光电集成结构，所述封装光电集成结构包括：母板；电子器件单元，包括基板、电子器件、光子器件电路和底部填充料，所述基板内设置有互连线，所述基板固定于所述电子器件、光子器件电路、光子器件单元与所述母板之间，所述底部填充料填充于所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间，所述电子器件和所述光子器件电路与所述互连线连接；光子器件单元，固定于所述基板上；光纤，固定于所述光子器件单元上；散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，用于吸收热量并散发。
本申请的带有光接口的封装光电集成结构通过将所述电子器件单元基板固定于母板上，从而便于在电子器件、光子器件电路、光子器件单元的顶部加装散热部件，进行散热，同时，通过在所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间填充所述底部填充料，解决了现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例一
为了解决现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题，本申请提供一种带有光接口的封装上光电集成结构。如图1所示，所述带有光接口的封装光电集成结构包括：电子器件单元、光子器件单元、母板、光纤、光纤固定装置和散热部件。
所述电子器件单元包括基板101、电子器件201、光子器件电路501和底部填充料400。所述基板101可以由陶瓷、硅、玻璃、有机基板等材料制成。所述基板101内设置有互连线102。所述基板101设置于所述电子器件201、光子器件电路501、光子器件单元与所述母板之间。所述基板101通过焊球103固定于所述母板104上。
所述电子器件201的引脚202与所述基板101的互连线102连接，所述光子器件电路501的引脚502与所述基板101的互连线102连接。所述底部填充料400填充于所述电子器件201、所述光子器件电路501与所述基板101之间。
所述光子器件单元包括光子器件600、底座702、底座互连线701。底座互连线701用于电性连接光子器件600和所述基板101的互连线102。光子器件600具体为VCSEL激光器或者PIN探测器阵列。底座702上开设有光纤插入孔703。
在另一种实施方式中，如图8所示，所述光子器件单元包括光子器件600、底座702、底座互连线701、导杆704、透镜阵列705、光纤连接器706。底座702上开设有光纤插入孔703和导杆孔，所述导杆704设置于导杆孔内，所述光纤固定于光纤连接器706上，所述透镜阵列705设置于所述底座702和光纤连接器706之间。
在其他实施方式中，如图9所示，与图1的区别在于，光子器件电路501采取引脚502背向基板101的放置方式，所述光子器件电路501与基板101的互连线102之间采用金丝压焊进行连接，所述底座702采用硅片、湿法蚀刻有斜面，所述斜面上设置有底座互连线701，光子器件电路501的引脚502和底座702的底座互连线701通过金丝压焊进行连接，光纤耦合以及其他的结构和实施例一致。采用此种方式，使得封装光电集成结构加工容易，降低了制造成本。
光纤固定装置包括供光纤穿过的固定块801和两缓冲块802，两缓冲块802分别设置于固定块801的两侧，所述光纤依次穿过缓冲块802、固定块801、缓冲块802、底座702后，固定于所述光子器件600上。
光纤包括裸光纤段901、光纤连接器903和连接裸光纤段901和光纤连接器903的光纤带902。其中，裸光纤段901位于缓冲块802、固定块801、缓冲块802、底座702内。
散热部件包括散热板301和导热材料302，所述导热材料302设置于电子器件201、光子器件电路501、光子器件单元与散热板301之间，用于将电子器件201、光子器件电路501、光子器件单元的热导到散热板301上进行散热。所述散热板301具体可以为散热均温板或金属罩。
本申请的带有光接口的封装光电集成结构通过将所述电子器件单元基板101固定于母板104上，从而便于在电子器件201、光子器件电路501、光子器件单元的顶部加装散热部件，进行散热，同时，通过在所述电子器件201、所述光子器件电路501与所述基板101之间填充所述底部填充料400，解决了现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题。
实施例二
基于同样的发明构思，本申请还提供一种带有光接口的封装上光电集成结构的制作方法，所述制作方法用于制作实施例一中的带有光接口的封装上光电集成结构。如图2所示，所述制作方法包括以下步骤：
步骤S110，如图3和图4所示，获得基板101，并将电子器件201、光子器件电路501固定于基板101的同一表面上。电子器件201可以集成与光子器件电路501匹配的电学接口，或者电学接口是分离的。
步骤S120，如图5所示，将所述底部填充料400填充于所述电子器件201、所述光子器件电路501与所述基板101之间，并将所述基板101固定于所述母板104上。
步骤S130，如图6所示，将所述光子器件单元固定(焊接或者压接)于基板101上。在光子器件单元安装后，可用酒精清洗光子器件单元的发光或者受光面，清洗烘干。
步骤S140，安装光纤，完成光纤的耦合对准，并通过光纤固定装置对光纤进行固定。并可在光子器件单元的发光或者受光面滴折射率匹配液或者保护胶。
步骤S150，将所述散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上。具体地，将散热板301固定于电子器件201、光子器件电路501、光子器件单元之上，并在电子器件201、光子器件电路501、光子器件单元与散热板301之间设置所述导热材料302，获得所述带有光接口的封装光电集成结构。
该制作方法通过将所述电子器件单元基板101固定于母板104上，从而便于在电子器件201、光子器件电路501、光子器件单元的顶部加装散热部件，进行散热，同时，通过在所述电子器件201、所述光子器件电路501与所述基板101之间填充所述底部填充料400，解决了现有技术的结构中，电子器件和光学器件的组装兼容性以及热管理较差的技术问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种带有光接口的封装上光电集成结构，其特征在于，所述封装光电集成结构包括：
母板；
电子器件单元，包括基板、电子器件、光子器件电路和底部填充料，所述基板内设置有互连线，所述基板固定于所述电子器件、光子器件电路、光子器件单元与所述母板之间，所述底部填充料填充于所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间，所述电子器件和所述光子器件电路与所述互连线连接；
光子器件单元，固定于所述基板上；
光纤，固定于所述光子器件单元上；
散热部件，设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，用于吸收热量并散发。
2.如权利要求1所述的封装光电集成结构，其特征在于，所述光子器件单元包括光子器件、底座和底座互连线，所述底座互连线连接所述光子器件和所述基板。
3.如权利要求2所述的封装光电集成结构，其特征在于，所述封装光电集成结构还包括光纤固定装置，所述光纤固定装置包括固定块和两缓冲块，所述两缓冲块分别设置于所述固定块的两侧，所述光纤依次穿过所述缓冲块、所述固定块、所述缓冲块、所述底座后，固定于所述光子器件上。
4.如权利要求3所述的封装光电集成结构，其特征在于，所述光纤包括裸光纤段、光纤连接器和连接所述裸光纤段和所述光纤连接器的光纤带，其中，所述裸光纤段位于所述缓冲块、所述固定块、所述缓冲块、所述底座内。
5.如权利要求1所述的封装光电集成结构，其特征在于，所述光子器件单元包括光子器件、底座、底座互连线、导杆、透镜阵列、光纤连接器，所述底座上开设有光纤插入孔和导杆孔，所述导杆设置于所述导杆孔内，所述光纤固定于光纤连接器上，所述透镜阵列设置于所述底座和所述光纤连接器之间。
6.如权利要求1所述的封装光电集成结构，其特征在于，所述光子器件单元包括光子器件、底座和底座互连线，所述封装光电集成结构还包括光纤固定装置，所述光纤依次穿过所述光纤固定装置、所述底座后，固定于所述光子器件上，所述光子器件电路的引脚与所述基板相背设置，所述光子器件电路的引脚与所述基板的互连线之间采用金丝压焊进行连接，所述底座蚀刻有斜面，所述斜面上设置有底座互连线，所述光子器件电路的引脚和所述底座互连线通过金丝压焊进行连接。
7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的封装光电集成结构，其特征在于，所述散热部件包括散热板和导热材料，所述导热材料设置于所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元与所述散热板之间，用于将所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元的热导到散热板上进行散热。
8.一种带有光接口的封装上光电集成结构的制作方法，所述制作方法用于制作如权利要求1-7中任一权利要求所述封装光电集成结构，其特征在于，所述制作方法包括：
获得所述基板，并将所述电子器件、所述光子器件电路固定于所述基板的同一表面上；
将所述底部填充料填充于所述电子器件、所述光子器件电路与所述基板之间，并将所述基板固定于所述母板上；
将所述光子器件单元固定于所述基板上；
安装所述光纤，完成所述光纤的耦合对准，并通过所述光纤固定装置对所述光纤进行固定；
将所述散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，获得所述带有光接口的封装光电集成结构。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述将所述散热部件设置于所述电子器件、所述光子器件电路和所述光子器件单元之上，具体为：
将所述散热板固定于所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元之上，并在所述电子器件、所述光子器件电路、所述光子器件单元与所述散热板之间设置所述导热材料。
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