CN105403963B - 一种气密性并行传输光器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种气密性并行传输光器件，其包括硅基板、IC芯片、VCSEL芯片、PD芯片及透镜盖板，硅基板具有二氧化硅层并打上细通孔，在细通孔中填充导体物质，导体物质连通硅基板表面层至底面层，导体物质凸出硅基板底面，在硅基板上还镀有焊料层，IC芯片倒装在硅基板上，VCSEL芯片及PD芯片均采用倒装方式贴装在IC芯片上，透镜盖板具有阵列透镜，通过高精度图像对准系统扣合在硅基板上经焊料层共晶熔融结合一体，此时透镜阵列与VCSEL芯片及PD芯片对准而实现光路耦合，藉此前述构造解决了气密性封装的技术问题，达成了省材、省能耗、利于制成及提升产品品质的良好效果。

Description

一种气密性并行传输光器件
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤指提供一种气密性并行传输光器件，可适用于中光模块的应用。具体地说，涉及到器件的高密度封装设计，可有效提高光器件的性能和可靠性。
背景技术
目前，随着光通信领域的飞速发展，很多短距离互连的产品都要求满足更高速率、更高容量的采用并行传输方式。在现有技术中，业内使用的大部分该产品已采用了COB的方式来进行封装，如1*1单通道产品，1*4四通道阵列产品,1*12十二通道阵列产品等，此类产品通常采用COB封装方式并通过胶粘工艺来实现，但考虑到数据通信对高密度大容量的要求，目前需求更高密度的光电模块，如48通道、72通道，甚至168通道等等。同时受限于PCB板材料本身的限制和胶粘工艺的限制，此类COB产品难以实现气密性封装，即都是非气密性的封装结构。如图1中，基板是PCB板101，考虑到高密度的连接要求，PCB板101会设计二维的LGA凸点，下发凸点用于与用户的主板实现电连接，上方的凸点用于与IC芯片102或103实现电连接，IC芯片102是指发射端的驱动芯片driver，IC芯片103是指接收端的放大芯片如TIA/LA，此类IC芯片的上表面设计有焊盘位置给发射芯片VCSEL芯片104或接收芯片105贴装，即直接将VCSEL芯片104或芯片105贴装与IC芯片102或103上，实现相应的电气连接，通常采用倒装的方式贴装，由此可以省去金丝键合的工序，降低高频电信号连接的损耗。然后在此基础上，采用一个盖板106将此组件密封盖住，通常采用胶粘剂110将其固定，在盖板106的中央与发射芯片VCSEL芯片104对应或与接收芯片PD芯片105对应的位置处，会留出一个空间用于承载光学元件透镜阵列107，此透镜阵列107也是采用胶粘剂110粘接在盖板106上的，透镜阵列107通常为塑料材料开模而成，也可做成与盖板合为一体的注塑成型件。盖板上通常会设计两个导向孔，用于用户端阵列光纤跳线109的插拔对接，阵列光纤跳线109上目前会采用标准的导针108，此导针108与盖板上的导向孔实现精度较高的配合，整个器件由此完成封装，其中的阵列芯片可以是4通道、8通道、12通道、24通道产品，这种设计中，器件是基于COB的封装技术，光学器件绑定在PCB板上，由于整个产品的封装均采用胶粘剂粘接，就现有的胶封工艺水平，这种工艺难以实现气密性封装，在一些环境比较恶劣的地方，产品的可靠性难以保证。另外如需再提高通道密度，现有封装技术均难以满足要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种气密性并行传输光器件。
为达成上述目的，本发明应用的技术方案是：提供一种气密性并行传输光器件，包括硅基板、IC芯片、VCSEL芯片、PD芯片及透镜盖板，其中：硅基板具有二氧化硅层并打上细通孔，在细通孔中填充导体物质，导体物质连通硅基板表面层至底面层，导体物质凸出硅基板底面，在硅基板上还镀有焊料层，IC芯片倒装在硅基板上，VCSEL芯片及PD芯片均采用倒装方式贴装在IC芯片上，透镜盖板具有阵列透镜，通过高精度图像对准系统扣合在硅基板上经焊料层共晶熔融结合一体，此时透镜阵列与VCSEL芯片及PD芯片对准而实现光路耦合。
在本实施例中优选，透镜盖板与焊料层结合部位镀上有金层，利于与硅基板焊料层共晶熔融。
在本实施例中优选，共晶熔融为气密性熔融焊接。
在本实施例中优选，导体物质包括铜、铝、金材料。
在本实施例中优选，导体物质凸出硅基板底面层。
在本实施例中优选，焊料层焊料包括金锡焊料、金鍺或纯金焊料。
在本实施例中优选，气密性并行传输光器件与PCB板结合，凸出硅基板底面层的导体物质与PCB板导通。
在本实施例中优选，气密性并行传输光器件还包括阵列光纤组件，阵列光纤组件包括卡件，阵列光纤组件通过卡件固定在透镜盖板上且阵列光纤与阵列透镜对准。
在本实施例中优选，阵列光纤组件固定在透镜盖板上时，通过无源对准的方式设定卡件配合卡位定位，或者通过有源耦合方式将阵列光纤组件和透镜盖板的阵列透镜进行耦合定位。
在本实施例中优选，气密性并行传输光器件通道数目是12通道，或者做成二维阵列24通道、48通道、72通道。
本发明与现有技术相比，其有益的效果：
一是通过采用硅基基板与硅基透镜盖板的共晶贴片封装工艺，可实现此类并行光器件/光模块的气密性，提升产品的可靠性；
二是由于贴装更紧凑，可实现二维阵列的封装，提升此类并行传输光模块对的密度和容量；
三是芯片采用倒装贴装工艺，透镜盖板采用共晶贴片工艺实现，大大简化了工艺流程，有利于实现自动化生产；
四是封装设计省去了胶粘工艺的一系列工序，减少了因胶粘剂固化或受热膨胀引起的光路位移，提升了产品对温度的稳定性；
五是封装设计无需使用金丝键合工艺，且大大缩短了高速信号线的长度，有利于降低高速信号线的损耗。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图。
图2是本实施例的结构示意图。
图3是在图2的基础上封装有光纤组件的示意图。
图4是在图3基础上增加阵列通道的立体示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例及附图对本发明作进一步详细说明。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明的技术方案，而不应当理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”或“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
请参阅图2并结合图3、图4所示，本发明提供一种气密性并行传输光器件，采用硅基板10作为载体，硅基板10表面会做一层二氧化硅层，其中：打上细通孔，并在其中填充导电性良好的导体物质11，导体物质11包括铜、铝、金等导电材料，藉此实现硅基板10表面层到底面层的电气连接，其中：在制作工艺上，采用烧结填充细孔来满足气密性要求。导体物质11在硅基板10底面可适当凸出，作为后续测试的测试点，或者用于后续焊接到用户端PCB板上。硅基板10上镀上焊料层12，焊料层12的焊料包括金锡焊料、金鍺或纯金焊料。如此利于在硅基板10上进行以下元件封装，如：先将IC芯片20倒装在硅基板10上，IC芯片20包括发射端的驱动芯片(Driver)和接收端的放大芯片(Tia/LA)，采用倒装的方式贴装，实现IC芯片20与硅基板10的电气连接；然后将发射芯片(VCSEL)30或接收(PD)芯片40分别贴装在IC芯片20上，实现对应的电气连接，这里同样采用倒装的方式进行贴装，可以省去金丝键合工序，并降低高频电信号连接的损耗。在此基础上，同样是硅基材料的透镜盖板50对准后贴装在硅基板10上，其中先通过高精度图像对准系统将盖板50上的透镜阵列与发射芯片(VCSEL)30或接收(PD)40进行精确对准，从而实现光路的耦合；然后通过硅基板10上的共晶焊料熔融，实现硅基透镜盖板50与硅基板10的紧密贴装，透镜盖板50的焊接部位预先镀上有金层，以便两者共晶熔融，此步骤可达到高气密性的熔融焊接，实现整个腔体的气密性要求。这样就可以实现一个独立的气密性的高密度并行发射器件(如图2)。在本实施例中，气密性并行传输光器件焊接在PCB板60上，然后将阵列光纤组件70通过一个卡件71固定在透镜盖板50阵列透镜上，固定时通过无源对准的方式设定精密卡件71配合卡位来定位，或者通过有源耦合方式将阵列光纤组件70和透镜盖板上50的阵列透镜进行耦合对准定位，以此封装成一个气密性的高密度的并行发射光模块(如图3)。除此之外，气密性并行传输光器件通道数目是12通道，也方便做成二维阵列24通道、48通道、甚至72通道等(如图4)。

Claims (10)

1.一种气密性并行传输光器件，包括硅基板、IC芯片、VCSEL芯片、PD芯片及透镜盖板，其特征在于：硅基板具有二氧化硅层并打上细通孔，在细通孔中填充导体物质，导体物质连通硅基板表面层至底面层，导体物质凸出硅基板底面，在硅基板上还镀有焊料层，IC芯片倒装在硅基板上，VCSEL芯片及PD芯片均采用倒装方式贴装在IC芯片上，透镜盖板具有阵列透镜，通过高精度图像对准系统扣合在硅基板上经焊料层共晶熔融结合一体，此时透镜阵列与VCSEL芯片及PD芯片对准而实现光路耦合。
2.如权利要求1所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：透镜盖板与焊料层结合部位镀上有金层，利于与硅基板焊料层共晶熔融。
3.如权利要求2所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：共晶熔融为气密性熔融焊接。
4.如权利要求3所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：导体物质包括铜、铝、金材料。
5.如权利要求4所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：导体物质凸出硅基板底面层。
6.如权利要求5所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：焊料层焊料包括金锡焊料、金鍺或纯金焊料。
7.如权利要求6所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：气密性并行传输光器件与PCB板结合，凸出硅基板底面层的导体物质与PCB板导通。
8.如权利要求7所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：气密性并行传输光器件还包括阵列光纤组件，阵列光纤组件包括卡件，阵列光纤组件通过卡件固定在透镜盖板上且阵列光纤与阵列透镜对准。
9.如权利要求8所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：阵列光纤组件固定在透镜盖板上时，通过无源对准的方式设定卡件配合卡位定位，或者通过有源耦合方式将阵列光纤组件和透镜盖板的阵列透镜进行耦合定位。
10.如权利要求9所述的气密性并行传输光器件，其特征在于：气密性并行传输光器件通道数目是12通道，或者做成二维阵列24通道、48通道、72通道。
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