CN107367803A - 一种光模块封装结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光模块封装结构，包括：转接板，所述转接板具有顶面、与顶面相对的底面、连接所述顶面和底面的侧面以及贯穿顶面和底面的第一通孔，所述转接板的顶面具有重布线结构、一个或多个第一焊盘以及一个或多个端部焊盘，其中所述一个或多个端部焊盘靠近所述侧面；光芯片，所述光芯片安装在所述转接板的顶面，并与所述第一通孔相对；基板，所述基板具有设置在第一面上的重布线层、一个或多个第二焊盘以及一个或多个输出焊盘，其中所述转接板的侧面固定安装在基板的第一面上；以及电互连结构，用于将所述端部焊盘电连接到所述第二焊盘。通过将转接板垂直表贴，实现光芯片与光纤垂直互连，并将电信号转接到基板上，避免垂直打线。

Description

一种光模块封装结构及制作方法

技术领域

本发明涉及封装领域，尤其涉及一种光模块封装结构及制作方法。

背景技术

随着光通讯，光传输的普及，传统的微光学器件正由集成光学、集成光电器件所代替。在通信网络产业中光互联的趋势是建立在距离和数据率之间平衡的基础上。随着数据率的增长，在长距离信息传输中，光纤已经取代了铜线，因为更高速的信号几乎不会衰减。就是这一趋势启发了“光纤到芯片”的概念，微芯片和外界之间的超高速电信号被光信号取代。微芯片仍然作为全电处理单元，并且光纤作为向微芯片发送或从其接收数据的高速数据的最终通道。

目前，光芯片已经能够在电封装中与光纤耦合。对更高数据率和更大总带宽的要求引导了包括光芯片、电芯片和驱动芯片的混合集成电路封装的发展。这种混合方法直接把光信号带进封装内部的硅微芯片，由此缓解了高速电信号传输的大量设计和制造所带来的挑战。当前的混合集成电路封装通常依赖于硅基光电转接板和光模块的加工。然而，目前硅基光电转接板及光模块加工工艺复杂、工艺可控性差、加工良率低、在硅腔侧壁打线要求高、打线良率低、可靠性差。

因此，本领域需要一种改进的混合集成电路封装结构或方法，通过这种结构或方法至少部分地解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的一个实施例提供一种光模块封装结构，包括：转接板，所述转接板具有顶面、与顶面相对的底面、连接所述顶面和底面的侧面以及贯穿顶面和底面的第一通孔，所述转接板的顶面具有重布线结构、一个或多个第一焊盘以及一个或多个端部焊盘，其中所述一个或多个端部焊盘靠近所述侧面；光芯片，所述光芯片安装在所述转接板的顶面，并与所述第一通孔相对；光纤，所述光纤通过第一通孔光耦合到所述光芯片；基板，所述基板具有设置在第一面上的重布线层、一个或多个第二焊盘以及一个或多个输出焊盘，其中所述转接板的侧面固定安装在基板的第一面上，使得所述端部焊盘与所述基板上的第二焊盘彼此靠近；以及电互连结构，所述电互连结构将所述端部焊盘电连接到所述第二焊盘。

在本发明的一个实施例中，该光模块封装结构还包括电芯片，所述电芯片安装在所述转接板的顶面。

在本发明的一个实施例中，该光模块封装结构还包括电芯片，所述电芯片安装在所述基板的第一面上。

在本发明的一个实施例中，转接板与所述基板基本垂直。

在本发明的一个实施例中，电互连结构是焊球。

在本发明的一个实施例中，基板是聚合物基板、玻璃基板、石英基板或半导体基板。

本发明的另一个实施例提供一种光模块封装结构的制造方法，包括：将光芯片安装在转接板的顶面上，其中所述转接板具有顶面、与顶面相对的底面、连接所述顶面和底面的侧面以及贯穿顶面和底面的第一通孔，所述转接板的顶面具有重布线结构、一个或多个第一焊盘以及一个或多个端部焊盘，其中所述一个或多个端部焊盘靠近所述侧面，所述光芯片与所述第一通孔相对；将所述转接板固定在基板的第一面上，所述基板具有设置在第一面上的重布线层、一个或多个第二焊盘以及一个或多个输出焊盘，其中所述转接板的侧面固定安装在基板的第一面上，使得所述端部焊盘与所述基板上的第二焊盘彼此靠近；将光纤安装到所述转接板的通孔中，使得所述光纤光耦合到所述光芯片；以及在所述端部焊盘与所述第二焊盘之间形成电互连结构。

在本发明的另一个实施例中，该方法还包括将电芯片安装在所述转接板的顶面上或所述基板的第一面上。

在本发明的另一个实施例中，在所述端部焊盘与所述第二焊盘之间形成电互连结构包括将将焊料放置在所述端部焊盘与所述第二焊盘的接合处，然后进行回流焊。

在本发明的另一个实施例中，通过粘结层或粘结剂将所述转接板的侧面固定安装在所述基板的第一面上。

本发明的各实施例采用低成本硅基光电转接板加工，并且采用低成本、高可靠性光模块加工，不需要在硅基转接板相互垂直的两个面上同时打线，不需要在硅基转接板相互垂直的两个面上同时做金属化，转接板加工工艺简单、可靠性高、良品率高，芯片贴装工艺简单，通过将TSV转接板垂直表面贴装，实现光芯片与光纤垂直互连，并将电信号转接到基板上，避免垂直打线。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出光模块混合集成电路封装结构100的侧面示意图。

图2示出第一转接板130的放大图。

图3示出根据本发明的实施例的光模块混合集成电路封装结构300的横截面示意图。

图4A至图4C示出根据本发明的一个实施例形成光模块混合集成电路封装结构的过程的横截面示意图。

图5示出根据本发明的一个实施例形成光模块混合集成电路封装结构的流程图。

图6示出根据本发明的另一个示例实施例的光模块混合集成电路封装结构600的横截面示意图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

图1示出光模块混合集成电路封装结构100的侧面示意图。如图1所示，该封装结构100包括基板110、设置在基板110的第一面110a上的光纤块120、设置在基板110的第一面110a上并且与光纤块120光耦合的第一转接板130，设置在第一转接板130的第一面130a上的光芯片140、设置在基板110的第一面110a上的第二转接板150以及设置在第二转接板150的第一面上的第二芯片160。光纤块120可以是标准口光纤块。第一转接板130可以是硅基光电转接板，光芯片140设置在第一转接板130的第一面130a上，第一转接板130的第二面130b与光纤块120的侧面接触。第一转接板130具有从第一面130a延伸到第二面130b的通孔(未示出)。光芯片140安装在通孔区域的第一转接板130的第一面130a上。光纤121通过光纤块120以及第一转接板130内的通孔耦合到光芯片140。第一转接板130的第三面130c与第四面130d相对并且与第一面130a和第二面130b垂直。第三面130c固定在基板110的第一面110a上。第一转接板130的第一面130a和第四面130d上具有彼此电连接的重布线层。图2示出第一转接板130的放大图。光芯片140倒装在第一面130a上的重布线层上，电芯片160通过引线键合与第四面130d上的重布线层电连接，从而实现光芯片140与电芯片160的互连，其中引线的长度小于1mm，从而提高整体传输速率。

对于图1和图2所示的光模块混合集成电路封装结构100，需要在第一转接板130相互垂直的两个面上同时金属化和布线，这造成封装工艺复杂化。因为传统的转接板工艺仅涉及在彼此相对的两个面上进行通孔、布线等工艺。

为了简化光模块混合集成电路封装结构的制造工艺，本发明的一些实施例提供一种通过转接板垂直表贴实现光模块插口与芯片垂直的光模块混合集成电路封装结构。图3示出根据本发明的实施例的光模块混合集成电路封装结构300的横截面示意图。如图3所示，该封装结构300包括转接板310和基板320。

图4A示出根据本发明的实施例的转接板310的横截面示意图。转接板310具有顶面310a、与顶面310a相对的底面310b、与顶面310a和底面310b垂直的侧面310c、以及贯穿顶面310a和底面310b的通孔311。在转接板310的顶面上具有重布线层、一个或多个连接焊盘312以及一个或多个端部焊盘313，其中一个或多个连接焊盘312与光芯片和电芯片连接，一个或多个端部焊盘313靠近转接板侧面310c。

光芯片330安装在转接板310的顶面310a上。在本发明的一些实施例中，光芯片330倒装在连接焊盘312上，光纤350通过通孔311光耦合到光芯片330。光芯片330可以是光发射器或光接收器等光学芯片。

电芯片340安装在转接板310的顶面310a上。在本发明的一些实施例中，电芯片340倒装在连接焊盘312上。在本发明的其它实施例中，电芯片340通过引线键合与连接焊盘312电连接。光芯片330与电芯片340通过连接焊盘312下的重布线层形成电互连。电芯片340可以是光电转换器或驱动器等电路芯片。

图4B示出根据本发明的实施例的基板320的横截面示意图。基板320可以是聚合物基板；玻璃基板；石英基板；半导体基板等。基板320可包括设置在第一面320a上的重布线层、一个或多个连接焊盘321以及一个或多个输出焊盘322。

在本发明的一些实施例中，可将转接板310的侧面310c固定安装在基板320的第一面320a上，使得靠近转接板310侧面310c的端部焊盘313与基板320上的连接焊盘321彼此靠近，并且转接板310与基板320相互成特定角度。在本发明的优选实施例中，该角度可以约是90度。在本发明的其它实施例中，该角度也可以是其它角度，例如，30度、45度、120度或160度等。

返回图3，在转接板310与基板320接合处设置有电互连结构360，通过电互连结构360，转接板310侧面310c的端部焊盘313与基板320上的连接焊盘321形成电连接。在本发明的一个示例实施例中，电互连结构360是连接端部焊盘313和连接焊盘321的焊球。图3所示实施例所采用的硅基转接板工艺简单、组装简单、良品率高。避免在硅基转接板相互垂直的两个面上同时金属化和打线而造成的工艺复杂化。

下面结合图4A至图4C和图5描述光模块混合集成电路封装结构的制作方法的一个实施例。图4A至图4C示出根据本发明的一个实施例形成光模块混合集成电路封装结构的过程的横截面示意图。图5示出根据本发明的一个实施例形成光模块混合集成电路封装结构的流程图。

在步骤510，提供转接板，并将光芯片和/或电芯片安装在转接板上，如图4A所示。

在步骤520，制备基板，如图4B所示。

在步骤530，将转接板310的侧面310c固定安装在基板320的第一面320a上，使得靠近转接板310侧面310c的端部焊盘313与基板320上的连接焊盘321彼此靠近，并且转接板310与基板320相互成特定角度，如图4C所示。在本发明的实施例中，可通过粘结层或粘结剂将转接板310的侧面310c固定安装在基板320的第一面320a上。在本发明的优选实施例中，该角度可以约是90度。在本发明的其它实施例中，该角度也可以是其它角度，例如，30度、45度、120度或160度等。然后，将光纤350安装到转接板310的通孔311中，使得光纤350光耦合到光芯片330。

在步骤540，在转接板310与基板320的接合处形成电互连结构360，通过电互连结构360，转接板310侧面310c的端部焊盘313与基板320上的连接焊盘321形成电连接，如图3所示。在本发明的实施例中，可将焊料放置在转接板310与基板320的接合处，然后进行回流，来形成电互连结构360。

图6示出示出根据本发明的另一个示例实施例的光模块混合集成电路封装结构600的横截面示意图。与图3所示封装结构类似，该封装结构600包括转接板610、基板620、光芯片630、电芯片640、光纤650。为了简化描述，省略与图3所示的封装结构中类似部分的描述。与图3所示结构的不同之处在于，电芯片640安装在基板620上。

本发明的各实施例采用低成本硅基光电转接板加工，并且采用低成本、高可靠性光模块加工，不需要在硅基转接板相互垂直的两个面上同时打线，不需要在硅基转接板相互垂直的两个面上同时做金属化，转接板加工工艺简单、可靠性高、良品率高，芯片贴装工艺简单，通过将TSV转接板垂直表贴，实现光芯片与光纤垂直互连，并将电信号转接到基板上，避免垂直打线。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对各个实施例做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种光模块封装结构，包括：

转接板，所述转接板具有顶面、与顶面相对的底面、连接所述顶面和底面的侧面以及贯穿顶面和底面的第一通孔，所述转接板的顶面具有重布线结构、一个或多个第一焊盘以及一个或多个端部焊盘，其中所述一个或多个端部焊盘靠近所述侧面；

光芯片，所述光芯片安装在所述转接板的顶面，并与所述第一通孔相对；

光纤，所述光纤通过第一通孔光耦合到所述光芯片；

基板，所述基板具有设置在第一面上的重布线层、一个或多个第二焊盘以及一个或多个输出焊盘，其中所述转接板的侧面固定安装在基板的第一面上，使得所述端部焊盘与所述基板上的第二焊盘彼此靠近；以及

电互连结构，所述电互连结构将所述端部焊盘电连接到所述第二焊盘。

2.如权利要求1所述的光模块封装结构，其特征在于，还包括电芯片，所述电芯片安装在所述转接板的顶面。

3.如权利要求1所述的光模块封装结构，其特征在于，还包括电芯片，所述电芯片安装在所述基板的第一面上。

4.如权利要求1所述的光模块封装结构，其特征在于，所述转接板与所述基板基本垂直。

5.如权利要求1所述的光模块封装结构，其特征在于，所述电互连结构是焊球。

6.如权利要求1所述的光模块封装结构，其特征在于，所述基板是聚合物基板、玻璃基板、石英基板或半导体基板。

7.一种光模块封装结构的制造方法，包括：

将光芯片安装在转接板的顶面上，其中所述转接板具有顶面、与顶面相对的底面、连接所述顶面和底面的侧面以及贯穿顶面和底面的第一通孔，所述转接板的顶面具有重布线结构、一个或多个第一焊盘以及一个或多个端部焊盘，其中所述一个或多个端部焊盘靠近所述侧面，所述光芯片与所述第一通孔相对；

将所述转接板固定在基板的第一面上，所述基板具有设置在第一面上的重布线层、一个或多个第二焊盘以及一个或多个输出焊盘，其中所述转接板的侧面固定安装在基板的第一面上，使得所述端部焊盘与所述基板上的第二焊盘彼此靠近；

将光纤安装到所述转接板的通孔中，使得所述光纤光耦合到所述光芯片；以及

在所述端部焊盘与所述第二焊盘之间形成电互连结构。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括将电芯片安装在所述转接板的顶面上或所述基板的第一面上。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述端部焊盘与所述第二焊盘之间形成电互连结构包括将将焊料放置在所述端部焊盘与所述第二焊盘的接合处，然后进行回流焊。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过粘结层或粘结剂将所述转接板的侧面固定安装在所述基板的第一面上。