CN108598863A - 光电器件封装件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了光电器件封装件，包括：晶片，具有相对设置的第一表面和第二表面；透镜，设置于所述晶片的第一表面；激光器，设置于所述晶片的第二表面，所述激光器出射的激光穿过所述透镜出射。本发明所提供的光电器件封装件，激光器和透镜设置于晶片的不同表面，减少了晶片同一表面上器件的种类数，降低了在晶片表面排布器件的难度，便于控制好晶片表面器件的相对方位及间距，提高无源耦合对准的精确度。

Description

光电器件封装件

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及光电器件封装件。

背景技术

光电封装包括无源器件和有源器件的封装，包括但不限于激光二极管(LD)、光电二极管(PD)、接收和发射模块(T/R Modules)、波分复用器(WDM)、通讯用光纤等封装。在硅光和光电集成系统中，实现长距离、高带宽、高质量的信号传输往往采用单模激光。单模激光的发光面和接收面较小，其半径仅在10μm之内，为使光耦合到不同的器件中，单模激光的发光面与接收面之间的对准容差的要求较高，例如容差值仅为5μm。一般采用有源耦合对准方式，即在激光光源点亮的情况下，调节光纤的位置并探测出光功率的大小，在出光功率最大时固定光纤位置。有源耦合对准方式的设备投入成本高、效率低、良率低，在多通道同时耦合时就更难对准。多模激光的接收面则比发光面稍大些，例如，发光面的半径为1-2nm，则接收面可为十几纳米，因而多模激光的发光面与接收面之间的对准容差的要求相对较低，可以采用无源耦合对准方式。

现有技术公开了一种光电器件封装件，如图1，该光电器件封装件100包括底座晶片130、顶罩晶片120、激光器110、反射器150、透镜160，其中，激光器110平行于晶片130的表面所发射的光信号反射到与底座晶片130的表面垂直的方向，反射器150是在腔140的顶罩晶片120表面的全部或部分涂覆以反射材料形成的，光学器件160是被集成到晶片130中的透镜，用来聚焦光信号。底座晶片130和顶罩晶片120被对准并接合在一起，接合之后结构100可以被切割以产生单独的封装器件，每个封装器件包括一个被密闭地密封在腔140中的激光器110。

然而，发明人发现，上述光电器件封装件中的透镜往往比较小，直径只有几百微米，相应地激光器110、反射器150的尺寸都非常小，它们之间的相对距离也较小。多种器件、每种器件较多、每个器件之间距离较近时，在同一表面排布往往难以控制好相对方位及间距，而一旦相对方位或间距出现偏差，则会降低无源耦合对准的精确度，导致使用时激光光路出现倾斜。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了光电器件封装件，以解决现有光电器件封装件难以保证较高精确度的问题。

本发明提供了一种光电器件封装件，包括：晶片，具有相对设置的第一表面和第二表面；透镜，设置于所述晶片的第一表面；激光器，设置于所述晶片的第二表面，所述激光器出射的激光穿过所述透镜出射。

可选地，所述光电器件封装件还包括：反射器，设置于所述晶片的第二表面，其反射方向与所述激光器的出射方向对应，使得所述激光器出射的激光经所述反射器反射后穿过所述透镜出射。

可选地，所述晶片的第一表面具有第一凹槽，所述透镜设置于所述第一凹槽的中部。

可选地，所述第一凹槽的外周设置有台阶，用于光纤头部插接在所述第一凹槽内，并且所述光纤的端面抵接在台阶面上。

可选地，所述光电器件封装件还包括：第一硅光芯片，其第一表面与所述晶片的第一表面接触设置，并且所述第一硅光芯片第一表面的光栅嵌装在所述第一凹槽的开口内。

可选地，所述透镜凸出于所述晶片的第一表面设置。

可选地，所述光电器件封装件还包括：第二硅光芯片，所述第二硅光芯片的光栅设置于第一表面，所述硅光芯片的第二表面上与所述光栅对应的位置开设有第二凹槽；所述第二硅光芯片的第二表面与所述晶片的第一表面接触，并且所述晶片第一表面凸出的透镜嵌装在所述第二硅光芯片第二表面上的所述第二凹槽内。

可选地，所述光电器件封装件还包括：第三硅光芯片，其第一表面具有第三凹槽，所述第三硅光芯片的光栅设置于所述第三凹槽的中部；所述第三硅光芯片的第一表面与所述晶片的第一表面接触，并且所述晶片第一表面凸出的透镜嵌装在所述第三硅光芯片第一表面上的所述第三凹槽内。

可选地，所述透镜包括球面镜、非球面镜或菲涅尔透镜。

可选地，所述晶片的第一表面与第二表面相对设置，所述激光器的出射方向与所述第一表面及所述第二表面平行，所述反射器的反射面与所述晶片的第一表面及第二表面呈40°～50°角。

本发明实施例所述的光电器件封装件，激光器和透镜设置于晶片的不同表面，减少了晶片同一表面上器件的种类数，降低了在晶片表面排布器件的难度，便于控制好晶片表面器件的相对方位及间距，提高无源耦合对准的精确度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1示出了现有光电器件封装件的纵向截面图；

图2至图5D示出了根据本发明实施例的几种光电器件封装件的纵向截面图；

图6A示出了制作过程中晶片及透镜阵列的一种纵向截面图；

图6B示出了图6A中晶片及透镜阵列的表面示意图；

图7A和7B分别示出了设置有基板的光电器件封装件在制作过程中的侧面截面图、整体示意图；

图8A和图8B示出了设置有基板的光电器件封装件在贴装完成后、切割之前的侧面截面图、整体示意图；

图8C为图8B表面贴装的激光器和反射器的局部示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、优点、制备方法更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施示例进行详细描述，所述实施例的示例在附图中示出，其中附图中部分结构直接给出了优选的结构材料，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。需要说明的是，参考附图描述的实施例是示例性的，实施例中表明的结构材料也是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制，本发明各个实施例的附图仅是为了示意的目的，因此没有必要按比例绘制。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。

实施例一

本发明实施例提供了一种光电器件封装件，如图2所示，包括晶片10、激光器20和透镜30。

晶片10具有相对设置的第一表面和第二表面，透镜30设置于晶片10的第一表面，激光器20设置于晶片10的第二表面，激光器出射的激光穿过透镜30出射，其光路如图2中的虚线箭头所示。

在制作上述光电器件封装件时，可以先在晶片10第一表面上制作透镜30阵列(图6A示出了一种晶片10及透镜30阵列的纵向截面图，图6B示出了图6A中晶片10及透镜30阵列的整体示意图)，然后再在晶片10第二表面排布激光器20阵列。在晶片10第一表面制作透镜30阵列的方法可以是在晶片10的第一表面按照阵列贴装透镜；也可以以纳米压印、转印、光刻或注塑(或者这些方法中至少两者的组合)等一体成型工艺制作出表面具有透镜30阵列的晶片10。

上述光电器件封装件，激光器和透镜设置于晶片的不同表面，减少了晶片同一表面上器件的种类数，降低了在晶片表面排布器件的难度，便于控制好晶片表面器件的相对方位及间距，提高无源耦合对准的精确度。

可选地，透镜30的半径大于激光器20出射的激光光斑的半径，以降低对对准容差的要求。

由于考虑到在制作过程中晶片的放置方便、不损坏表面器件，现有光电器件封装件往往仅将器件排布在晶片的一面平放于工作台，而将器件均设置于晶片的另一面，而不会想到将器件分散设置在两个表面。

需要补充说明的是，图3A至图5D中的激光器可以替换为图2中设置的激光器，相应地，图3A至图5D中的反射器40可以不用设置。

实施例二

本发明实施例提供了一种光电器件封装件，如图3A至图5D所示，与实施例一的区别在于，还包括反射器40。该反射器40设置于晶片10的第二表面，其反射方向与激光器20的出射方向对应，使得激光器20出射的激光经反射器40反射后穿过透镜30出射，其光路如图3A中的虚线箭头所示。

可选地，为便于精准地确定各器件的贴装位置，晶片10的第一表面与第二表面相对设置，激光器20的出射方向与晶片10的第一表面及第二表面平行，反射器40的反射面与晶片10的第一表面及第二表面呈40°～50°角。

上述光电器件封装件，晶片的第一表面仅设置了透镜，从而可以按照阵列贴装透镜，无需逐个贴装，降低了光电器件封装件的制作难度。

本发明实施例中的激光器20可以是多模激光器；也可以是边发射激光器，它的发光区被限制在一边的很小部分，有限的光发射区能改善与光纤和集成光路的耦合效率，如图3A至图5D所示的激光器。

本发明实施例中的透镜30可以是贴装于晶片10表面，也可以是与晶片10一体成型的。透镜30可以是球面镜、非球面镜或菲涅尔透镜。

可选地，如图3B、图4B、图5B所示，本发明实施例所提供的光电器件封装件还可以包括基板80，叠置于晶片10的第二表面，激光器20、反射器40设置于基板80表面。图7A和7B分别示出了设置有基板80的光电器件封装件在制作过程中的侧面截面图、整体示意图。图8A和图8B示出了设置有基板80的光电器件封装件在贴装完成后、切割之前的侧面截面图、整体示意图，切割时沿图8A中的虚线进行切割，图8C为图8B表面贴装的器件组A(包括激光器20、反射器40)的局部示意图。

本发明实施例中的晶片10和/或基板80可以是玻璃、石英、透明树脂等可透光材质。可选地，激光器20包括红外激光器20，晶片10和/或基板80的材质也可以是硅或SOI(英文全称：Silicon On Insulator，中文：绝缘衬底上的硅)，红外激光能够穿透非透明的硅材质。

实施例三

本发明实施例提供一种光电器件封装件，如图3A至4D所示，晶片10的第一表面具有第一凹槽，透镜30设置于第一凹槽的中部。其中图4A至图4D示出了透镜30为菲涅尔透镜的情形，图中给出了菲涅尔透镜的侧面截面图，俯视情况下的菲涅尔透镜为多个同心的圆环。第一凹槽的外周用于调节透镜与光纤或光栅的距离。

第一凹槽的外周可以是弧形等任意形状，如图3D中的虚线所示。然而，作为本实施例的一种可选实施方式，第一凹槽的外周设置有台阶，用于光纤头部插接在第一凹槽内，并且光纤的端面抵接在台阶面上，如图3C、图4C所示，从而能够在无源情况下精准地确定光纤的位置，提高无源耦合对准的精确度。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图3D、图4D所示，光电器件封装件还可以包括第一硅光芯片50，其第一表面与晶片10的第一表面接触设置，并且第一硅光芯片50第一表面的光栅嵌装在第一凹槽的开口内。图3D、图4D中51为光栅、52为波导等其他光学结构。需要补充说明的是，图3D、图4D中第一凹槽的外周均可以为图3D中虚线所示的弧形或斜面，也可以是上述台阶状，或者是其他形状，在此不做限定。

实施例四

本发明实施例提供一种光电器件封装件，如图5A至5D所示，透镜30凸出于晶片10的第一表面设置。

作为本实施例的一种可选实施方式，如图5C所示，光电器件封装件还包括第二硅光芯片60。第二硅光芯片60的光栅61设置于第一表面，第二硅光芯片的第二表面上于光栅61对应的位置开设有第二凹槽；第二硅光芯片60的第二表面与晶片10的第一表面接触，并且晶片10第一表面凸出的透镜30嵌装在第二硅光芯片60第二表面上的第二凹槽内。图5C中62为反射面，63为波导等其他光学结构。

作为上述可选实施方式的并列实施方式，光电器件封装件还包括第三硅光芯片70。第三硅光芯片70的第一表面具有第三凹槽，第三硅光芯片70的光栅71设置于第三凹槽的中部；第三硅光芯片70的第一表面与晶片10的第一表面接触，并且晶片10第一表面凸出的透镜30嵌装在第三硅光芯片70第一表面上的第三凹槽内。

虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。

此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种光电器件封装件，其特征在于，包括：

晶片，具有相对设置的第一表面和第二表面；

透镜，设置于所述晶片的第一表面；

激光器，设置于所述晶片的第二表面，所述激光器出射的激光穿过所述透镜出射。

2.根据权利要求1所述的光电器件封装件，其特征在于，还包括：

反射器，设置于所述晶片的第二表面，其反射方向与所述激光器的出射方向对应，使得所述激光器出射的激光经所述反射器反射后穿过所述透镜出射。

3.根据权利要求1所述的光电器件封装件，其特征在于，所述晶片的第一表面具有第一凹槽，所述透镜设置于所述第一凹槽的中部。

4.根据权利要求3所述的光电器件封装件，其特征在于，所述第一凹槽的外周设置有台阶，用于光纤头部插接在所述第一凹槽内，并且所述光纤的端面抵接在台阶面上。

5.根据权利要求4所述的光电器件封装件，其特征在于，还包括：

第一硅光芯片，其第一表面与所述晶片的第一表面接触设置，并且所述第一硅光芯片第一表面的光栅嵌装在所述第一凹槽的开口内。

6.根据权利要求1所述的光电器件封装件，其特征在于，所述透镜凸出于所述晶片的第一表面设置。

7.根据权利要求6所述的光电器件封装件，其特征在于，还包括：

第二硅光芯片，所述第二硅光芯片的光栅设置于第一表面，所述硅光芯片的第二表面上与所述光栅对应的位置开设有第二凹槽；

所述第二硅光芯片的第二表面与所述晶片的第一表面接触，并且所述晶片第一表面凸出的透镜嵌装在所述第二硅光芯片第二表面上的所述第二凹槽内。

8.根据权利要求6所述的光电器件封装件，其特征在于，还包括：

第三硅光芯片，其第一表面具有第三凹槽，所述第三硅光芯片的光栅设置于所述第三凹槽的中部；

所述第三硅光芯片的第一表面与所述晶片的第一表面接触，并且所述晶片第一表面凸出的透镜嵌装在所述第三硅光芯片第一表面上的所述第三凹槽内。

9.根据权利要求1所述的光电器件封装件，其特征在于，所述透镜包括球面镜、非球面镜或菲涅尔透镜。

10.根据权利要求2所述的光电器件封装件，其特征在于，所述晶片的第一表面与第二表面相对设置，所述激光器的出射方向与所述第一表面及所述第二表面平行，所述反射器的反射面与所述晶片的第一表面及第二表面呈40°～50°角。