CN116134356A - 具有受控塌陷芯片连接的光子集成电路 - Google Patents

Abstract

实施方案涉及一种光子设备，该光子设备包括限定表面和沿着该表面的一部分形成凹陷的沟槽的第一衬底，以及与表面耦接并且从表面延伸以围绕沟槽形成凸起部分的第二衬底。该光子设备还可包括定位在沟槽内以使得激光器管芯被第二衬底包围的激光器管芯，以及定位在激光器管芯和第二衬底之间的区域内的光学材料。该光子设备还可包括第三衬底，该第三衬底与第二衬底耦接以使得第二衬底定位在第一衬底和第三衬底之间，使得第二衬底被配置为至少部分地将激光器管芯与施加在光学设备上的机械应力隔离。

Description

具有受控塌陷芯片连接的光子集成电路

相关申请的交叉引用

本专利合作条约专利申请要求于2020年7月20日提交的并且名称为“PhotonicIntegrated Circuits with Controlled Collapse Chip Connections”的美国临时专利申请号63/053,841的优先权，该专利申请的内容全文以引用方式并入本文。

技术领域

所描述的实施方案整体涉及光子集成电路。更具体地，本发明实施方案涉及用于生产可使用受控塌陷芯片连接来组装的光子集成电路的系统和方法。

背景技术

光子集成电路包括采用发射和/或吸收诸如可见光或红外光之类的光信号的光子部件的集成光学电路。光子集成电路可以包括诸如激光发射器之类的光发射器，并且可以使用诸如微机械加工和光刻之类的微制造技术来制造以在衬底上创建光子电路的特征。光子部件(诸如激光器)可在制造过程中的各个阶段与电路耦接，并且可在添加光子部件(诸如涂层)之后执行一个或多个步骤以帮助保护这些部件免受污染或损坏。一旦组装好，光子集成电路可互连到其他半导体设备。

发明内容

实施方案涉及一种光学设备，该光学设备包括第一衬底，该第一衬底限定表面和沿着该表面的一部分形成凹陷的沟槽；以及第二衬底，该第二衬底与表面耦接并且从表面延伸以围绕沟槽形成凸起部分。光学设备还可以包括激光器管芯，该激光器管芯定位在沟槽内以使得激光器管芯被第二衬底包围；以及光学材料，该光学材料定位在激光器管芯和第二衬底之间的区域内。光学设备还可以包括第三衬底，该第三衬底与第二衬底耦接以使得第二衬底定位在第一衬底和第三衬底之间。第二衬底可被配置为至少部分地将激光器管芯与施加在光学设备上的机械应力隔离。

在一些实施方案中，光学设备还包括光学输出部，定位在第一衬底与第二衬底之间的填充材料，以及被配置为保持填充材料以使得其不覆盖光学输出部的填充坝。在一些情况下，光学设备包括与第三衬底耦接并且朝向第一衬底延伸的填充坝。在一些情况下，填充坝的底部边缘与第一衬底偏离。填充坝可被配置为将填充材料保持在第一衬底和第三衬底之间的空间内。在一些实施方案中，光学设备包括定位在第三衬底上的由导电材料形成的互连件。在一些情况下，第三衬底包括面向第一衬底的第一表面以及与第一表面相对的第二表面，并且互连件定位在第二表面上。在另外的示例中，互连件电耦接到激光器管芯。

本文所述的实施方案还涉及一种制造光学设备的方法，其中该方法包括在第一衬底中形成沟槽，该沟槽沿着第一衬底的表面限定凹陷；以及围绕沟槽形成包括第二衬底的凸起特征部。凸起特征部可以从表面延伸。该方法还可以包括将激光器管芯耦接到第一衬底，使得激光器管芯被定位在沟槽内并且被凸起特征部包围，以及将第一光学材料引入到凸起特征部和激光器管芯之间的第一区域。该方法还可以包括将第三衬底耦接到凸起特征部，使得凸起特征部被定位在第一衬底与第三衬底之间，以及将第二材料引入到至少部分地由第一衬底、凸起特征部和第三衬底限定的第二区域中。

在一些实施方案中，该方法还可以包括在第三衬底上形成填充坝，该填充坝朝向第一衬底延伸并且当第二衬底耦接到凸起特征部时与第一衬底偏离。在一些情况下，该方法可包括在第二衬底上形成互连件，其中互连件被定位在第三衬底的外表面上并耦接到凸起特征部。

本文所述的实施方案还涉及一种光学设备，该光学设备包括：第一衬底，该第一衬底限定包括第一电触点的表面；以及沟槽，该沟槽沿着表面的一部分形成凹陷。光学设备还可包括定位在沟槽内并且与第一电触点耦接的激光器管芯，以及与激光器管芯和第一衬底的至少一部分耦接的第一材料。第二衬底可耦接到第一衬底并且围绕激光器管芯形成腔，并且第二衬底可包括电耦接到第一电触点的第二电触点。电互连件可耦接到第二衬底的外表面并且与第二电触点电耦接。

在一些实施方案中，第一材料形成覆盖激光器管芯和第一衬底的至少一部分的层，第二衬底可以是硅晶片，并且可以从硅晶片蚀刻出腔。电互连件可包括焊料基材料，该焊料基材料被配置为将激光器管芯与电子电路电耦接。在一些情况下，第一材料包括覆盖激光器管芯和第一衬底的至少一部分的保形涂层。在一些示例中，第二衬底由硅材料形成，并且第二衬底包括延伸穿过硅材料的通孔。通孔可包含包括第二电触点的导电材料。在一些情况下，电互连件至少部分地定位在第二衬底的外表面上。

本文所述的实施方案包括一种形成光学设备的方法，其中该方法包括在第一衬底中形成沟槽，该沟槽沿着第一衬底的表面限定凹陷。该方法可以包括将第一电触点沉积到第一衬底上，使得第一电触点的第一部分位于沟槽中，以及将激光器管芯耦接到第一衬底，使得激光器管芯被定位在沟槽内。第一材料可被施加在激光器管芯和第一衬底的至少一部分上。在一些情况下，该方法还包括将第二衬底耦接到第一衬底，使得第二衬底的第二电触点与第一电触点电耦接。第二衬底可以围绕激光器管芯形成腔。该方法还可以包括在第二衬底的外表面上形成电互连件，使得电互连件电耦接到第二电触点。

在一些实施方案中，第二衬底是硅材料，并且该方法还可以包括蚀刻第二衬底以在硅材料中形成腔的至少一部分。在一些情况下，使用球落工艺在第二衬底上沉积焊料基材料来形成电互连件。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，将容易理解本公开，其中类似的附图标号指代类似的结构元件，并且其中：

图1A和图1B分别示出了第一示例性光学设备的顶视图和剖视图；

图2示出了光学设备的第一示例的剖视图；

图3示出了光学设备的第一示例的剖视图；

图4示出了用于制造光学设备的第一示例的示例性方法；

图5A和图5B分别示出了光学设备的第二示例的顶视图和剖视图；

图6示出了光学设备的第二示例的剖视图；

图7示出了用于制造光学设备的第二示例的示例性方法；并且

图8示出了光学设备的示例性框图。

附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料特性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何特性属性或性质的任何偏好或要求。

此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中提供，以仅用于促进理解本文所述的各个实施方案，并因此可不必要地被呈现或示出以衡量并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。

具体实施方式

现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下描述不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求书限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。

本文中所描述的实施方案包括光学设备(诸如光子集成电路(PIC))，其包括诸如激光器管芯之类的光学部件以及用于保护光学部件的结构。在第一组实施方案中，光学设备可包括具有限定沟槽的凹陷的第一衬底材料以及围绕沟槽形成壁的第二衬底。诸如激光器管芯之类的光学输出部可被定位在沟槽内，并且第三衬底可被定位在由第二衬底形成的壁上。沟槽、壁和第三衬底可以围绕激光器管芯形成腔。在一些情况下，腔可以在由沟槽、壁和第三衬底限定的空间中包含光学填充材料。因此，可以将激光器管芯与污染隔离，并且保护激光器管芯免受光学设备所经受的机械应力。在一些实施方案中，诸如受控塌陷芯片连接(也称为C4或倒装芯片连接)、铜柱连接、金螺柱凸块或它们的组合之类的互连件可定位在第三衬底的外表面上。因此，光学设备可使用C4(倒装芯片)、铜柱、金螺柱凸块或其他合适的连接方法与其他集成电路互连。

在一些实施方案中，可将填充材料引入到第一衬底与第三衬底之间的空间。例如，由第二衬底形成的壁可以使第一衬底与第三衬底偏离，从而在这些部件之间产生间隙。可以将填充材料注射到该间隙中以填充第一衬底与第三衬底之间的空间。在一些情况下，光学设备可包括填充坝以帮助控制填充材料在间隙内的位置。例如，填充坝可以形成在第一衬底上并且朝向第一衬底延伸。填充坝可以限定阻挡填充材料的移动的结构。在一些情况下，填充坝可以位于光学设备的小面或光学输出部附近。因此，填充坝可防止填充材料覆盖或以其他方式干扰光学设备的光学输出部。

在另一组实施方案中，光学设备可包括具有限定沟槽的凹陷的第一衬底材料以及具有凹入特征部的第二衬底材料。激光器管芯可被定位在沟槽内，并且第一衬底和第二衬底可以接合以围绕激光器管芯形成腔。腔可由第一衬底中的沟槽和第二衬底中的凹入特征部限定。腔可将激光器管芯与污染隔离并且/或者保护激光器管芯免受光学设备所经受的机械应力。在一些实施方案中，互连件(C4/倒装芯片)可被定位在第二衬底的外表面上。因此，光学设备可使用C4或倒装芯片连接方法与其他集成电路互连。

下文参考图1至图8来讨论这些实施方案和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

图1A示出了光学设备100的顶视图，并且图1B示出了沿着线A-A截取的光学设备的剖视图。如图所示，可以在第一衬底102上形成多个光学设备，为了清楚起见标记其中一个光学设备。光学设备100可以包括由第一衬底102的上表面中的凹陷区域限定的沟槽104。第二衬底可以限定围绕沟槽104形成并且从第一衬底102的上表面延伸的壁106。在一些实施方案中，壁106可以围绕沟槽104形成闭合周边。光子设备(诸如激光器管芯108)可被定位在沟槽104内且被壁106包围。激光器管芯108可以耦接到电触点110，该电触点可以耦接到柱112或互连凸块；如本文所用，术语“柱”也涵盖凸块。柱112可以由C4互连、铜柱连接、金螺柱凸块连接或其他合适的连接形成，并且多个柱112可以沿着第一衬底102的表面分布，例如以形成柱112的阵列。

在一些实施方案中，光学设备100可以在壁106和激光器管芯108之间的区域中包括光学填充材料114。光学填充材料114可以作为液体/粘性材料被引入到壁106和激光器管芯108之间的区域中，使得其适形于或至少部分地适形于由壁106和激光器管芯108形成的该区域中的表面。光学填充材料114可以被固化以围绕激光器管芯108形成固体或半固体结构。在一些示例中，光学填充材料114可以直到发生一个或多个附加处理步骤(诸如向如本文所述的光学设备100添加附加结构/元件)才被固化。光学填充材料114可包括光学底层填料材料、粘合剂等。

在一些实施方案中，第一衬底102可由硅、陶瓷、塑料或其他合适材料形成，并且可使用诸如图案化光刻技术之类的工艺在材料中机加工、蚀刻或形成沟槽104。限定壁106的第二衬底可由各种材料形成。例如，壁106可由有机或陶瓷衬底形成，并且使用铜和/或焊料进行电镀以产生从第一衬底102的表面延伸或凸起的结构。在壁106围绕沟槽104形成闭合周边的情况下，壁106和沟槽104可以围绕激光器管芯108形成闭合腔的第一部分，该第一部分隔离激光器管芯108。壁106可被配置为比激光器管芯108更具刚性，使得壁106可以隔离/保护激光器管芯108免受机械应力或其他物理干扰。在一些示例中，当激光器管芯被定位在沟槽104内并且与第一衬底102耦接时，壁106的顶部可以延伸到激光器管芯108的顶部的高度。在一些情况下，壁106可以在激光器管芯108上方延伸，使得壁106的顶部在激光器管芯108的顶部上方。

在一些实施方案中，壁106使用再钝化技术用可包括聚酰亚胺、聚苯并环丁烯或苯并环丁烯的材料和可通过金属图案电镀工艺形成的再分布层形成，该金属图案电镀工艺包括形成C4焊料凸块、金属螺柱或金属柱(统称为“柱”)。在一些情况下，形成壁可包括在这些部件中的一个或多个部件上形成钝化层。在一些示例中，凸块、螺柱和/或柱高度可在约10微米和约150微米之间，再分布层厚度可在约1微米和约5微米之间，并且钝化厚度可在约1微米和约20微米之间。

图2示出了沿着线A-A截取并且还包括第三衬底202、填充材料204、填充坝206和光学输出部208的光学设备200的剖视图。光学设备200可以是光学设备100的示例，并且可以包括具有沟槽104的第一衬底102、围绕沟槽104定位的壁106、定位在沟槽104内的激光器管芯108以及光学填充材料114，如参考图1所述。第三衬底202可以定位在壁106的顶部上，使得其与第一衬底102偏离。填充材料204可位于第一衬底102与第三衬底202之间。填充坝206可从第三衬底202并且朝向第一衬底102延伸，并且光学输出部208可位于第一衬底102上。

在一些实施方案中，第三衬底202可形成与形成壁106的第二衬底耦接的材料层。第三衬底202可以由硅、陶瓷、有机物或其他合适的材料形成，并且可以部分地限定由第一衬底102的上表面、壁106的外表面和第三衬底202的下表面限定的空间。第三衬底202可至少部分地由壁106支撑。第三衬底202还可使用C4、铜柱或金螺柱凸块连接技术与柱112(其可为互连凸块)耦接。在一些实施方案中，可将填充材料204引入到第一衬底102、壁106和第三衬底202之间的空间中。填充材料204可以作为液体或粘性材料被引入并且被注射或流动到由第一衬底102、壁106和第三衬底202限定的空间中。填充材料204可被固化以使得其硬化以形成结构上更具刚性的材料。在一些情况下，光学填充材料114和填充材料204可在相同或相似的时间固化以将第三衬底202耦接到壁106和第一衬底102。填充材料204可包括光学底层填料材料、粘合剂等。

壁106和填充材料204的组合可以在第一衬底102和第三衬底202之间产生结构支撑，使得激光器管芯108被隔离和/或保护免受机械应力。在一些情况下，光学填充材料114、第一衬底102、壁106和第三衬底202还可保护激光器管芯108免受诸如灰尘、碎屑、水分等的污染。

在一些实施方案中，填充坝206可沿着第三基底202定位并且朝向第一基底102延伸。填充坝206可以帮助将填充材料204保持在第一衬底102与第三衬底202之间的空间内，使得填充材料不覆盖光学输出部208。例如，填充坝206可朝向第一衬底102的上表面延伸，使得第一衬底102与填充坝206之间的间隙小于第一衬底102与第三衬底202之间的间隙。在一些示例中，填充坝206可与第一衬底102形成介于10微米和80微米之间的间隙。因此，当填充材料204(通过注射、表面张力或其他技术)被引入到光学设备200中时，填充坝206可以防止填充材料204散布在光学输出部208上。在一些情况下，填充坝206的大小和定位可基于填充材料204的一种或多种性质，诸如粘度、表面张力等。在一些情况下，光学输出部208可包括小面。

图3示出了沿着线A-A截取并且还包括沿着第三衬底202的上表面定位的一个或多个互连件302的光学设备300的剖视图。光学设备300可为光学设备100和200的示例，并且可以包括具有沟槽104的第一衬底102、围绕沟槽104定位的壁106、定位在沟槽104内的激光器管芯108、光学填充材料114、第三衬底202、填充材料204、填充坝206以及光学输出部208，如参考图1和图2所述。

在一些实施方案中，互连件302可沉积在第三衬底202的上表面上。互连件302可由焊料、铜、金或其他合适材料或它们的组合形成，并且用于将光学设备接合到另一个设备，诸如可用于驱动激光器管芯108的另一个集成电路。在一些实施方案中，互连件302可被配置为允许光学设备到其他晶片设备的倒装芯片(C4)接合。在一些实施方案中，一个或多个互连件302可与柱112(和电触点110)电耦接，使得互连件302电耦接到激光器管芯108。

在一些实施方案中，芯片的一个或多个部分可以被划分，使得在单个芯片上形成的不同光学设备300可以被分成多个分立光学设备300。在分离之后，光学设备可以经受诸如视觉检查之类的检查，以确认它们准备好使用倒装芯片(C4)接合技术接合到其他设备诸如其他集成电路。

图4示出了用于制造诸如参考图1至图3描述的光学设备100、200和300之类的光学设备的示例性方法400。在402处，方法400可以包括在第一衬底中形成沟槽，该沟槽沿着第一衬底的表面限定凹陷。例如，第一衬底可包括硅材料，并且可使用诸如光刻图案化工艺之类的其他合适工艺来蚀刻、机加工或形成沟槽。在一些情况下，可基于将至少部分地位于沟槽内的光子设备(诸如激光器管芯)的大小来限定沟槽的深度。沟槽可形成腔的包围激光器管芯的第一部分。在一些情况下，可以在沟槽中创建用于将激光器管芯耦接到一个或多个驱动器电路的导电迹线。

在404处，方法400可包括使用第二衬底形成凸起特征部，该第二衬底可以是与第一衬底相同或不同的材料。第二衬底可围绕从第一衬底的表面延伸的沟槽形成壁。凸起特征部可由有机或陶瓷材料或其他合适的材料形成。在一些情况下，凸起特征部可涂覆有铜、焊料、金或它们的组合，其可用于将凸起特征部耦接到光学设备的一个或多个其他部件。凸起特征部可至少部分地将光子部件(诸如激光器管芯)与周围环境隔离，并且/或者提供保护以免受施加到光学设备的机械应力。

在406处，方法400可包括将激光器管芯耦接到第一衬底，使得激光器管芯被定位在由第一衬底限定的沟槽内。在一些情况下，激光器管芯可与位于沟槽内的电迹线/触点耦接。激光器管芯可以部分地被沟槽包围。在一些情况下，激光器管芯还可以部分地被包围沟槽的凸起特征部包围。

在408处，方法400可包括将第一光学材料引入到凸起特征部和激光器管芯之间的第一区域中。光学填充材料可包括液体/粘性材料，其可以在激光器管芯和沟槽周围流动以适形于激光器管芯和沟槽的特征部。在一些情况下，光学填充材料可以在沉降到激光器管芯和沟槽之间的区域中之后固化。在一些示例中，光学填充材料在固化时可以是透明的，使得从激光器管芯发射的光可以穿过固化的光学填充材料。光学填充材料可以将激光器管芯稳定在适当位置，保护其免受污染(灰尘、碎屑、水分等)，并且帮助将激光器管芯与机械应力或其他物理破坏隔离。

在410处，方法400可包括将第三衬底耦接到凸起特征部，使得凸起特征部被定位在第一衬底与第三衬底之间。在一些情况下，可使用物理连接(诸如焊料、金或铜材料、光学填充材料或如本文所述的其他填充材料)来实现将第三衬底耦接到凸起特征部。第三衬底可以通过凸起特征部与第一衬底偏离以在第一衬底和第二衬底之间形成空间或区域。

在412处，方法400可包括将第二填料引入到至少部分地由第一衬底、第二衬底和凸起特征部限定的第二区域。第二材料可以作为液体被引入到第二区域，并且经由表面张力或其他合适的工艺被注射或流动到第二区域中。一旦就位，填充材料便可被固化以将其转化为固体材料，这可包括热固化、光固化或其他合适的方法。

在一些实施方案中，方法400可以包括在第三衬底上形成填充坝，使得填充坝朝向第一衬底延伸并且与第一衬底偏离。填充坝的下边缘可与第一衬底形成较小间隙，该较小间隙防止或阻止填充材料移动通过填充坝。填充坝可用于控制填充材料可移动到第二区域内的位置并且防止填充材料覆盖光学设备的光学输出部，诸如小面。在一些情况下，方法400可包括在第二衬底的外表面上形成一个或多个互连件。互连件可以用于使用倒装芯片(C4)接合技术将光学设备耦接到其他设备。

图5A示出了光学设备500的顶视图，并且图5B示出了沿着线B-B截取的光学设备500的剖视图。光学设备500可为具有光学输出部(诸如激光器管芯508)的光子集成电路的示例，该光学输出部由诸如硅封盖晶片之类的封盖衬底(其可称为第二衬底506)保护。如图所示，可以在第一衬底502上形成多个光学设备，为了清楚起见标记其中一个光学设备。在一些情况下，第一衬底是硅光子衬底。光学设备500可以包括光学小面503以及由第一衬底502的上表面中的凹陷区域限定的沟槽504。光学小面503和/或沟槽504可使用蚀刻技术或其他合适工艺(诸如本文相对于沟槽504所述的那些工艺或任何其他合适工艺)形成于第一衬底502中。可以是硅封盖衬底或晶片的示例的第二衬底506可以与第一衬底耦接以在光学设备500中形成一个或多个腔。第二衬底506可以是硅封盖晶片，并且小面可以位于晶片的第一腔内。类似地，激光器管芯508可以位于通过耦接第一衬底502(例如，硅光子衬底)和第二衬底506而形成的第二腔内。腔可将光子部件(诸如小面503和激光器管芯508)与周围环境隔离，这可保护这些部件免受施加到光学设备的机械应力，保护其免受其他物理损坏，并且将其与污染、碎屑等隔离。

在一些实施方案中，可包括光学底层填料的第一材料可将激光器管芯508耦接到第一衬底502和/或第二衬底506。第一材料可以包封激光器管芯508以诸如通过减小激光器管芯508与第一衬底502之间的应力来保护激光器管芯。激光器管芯508还可以与第一电触点512耦接，该第一电触点可以部分地位于沟槽504中。在一些实施方案中，第二衬底506可包括第二电触点514，该第二电触点可耦接到第一电触点512。

在一些实施方案中，第一衬底502可由硅材料(或任何其他合适材料，其可包括陶瓷或塑料)形成，并且可使用任何合适工艺(诸如图案化光刻技术)在硅材料中机加工、蚀刻或形成沟槽504。第二衬底506可由硅材料形成，并且可使用其他合适技术蚀刻、机加工或制造第二衬底506以在第二衬底506中产生形成腔的上部分的凹部507。可以沿着硅材料中的晶面执行第一衬底502和/或第二衬底506的蚀刻。在一些实施方案中，可以在第一衬底中创建沟槽504，并且独立地，可以在第二衬底506中创建凹部507。第一衬底502和第二衬底506可接合以形成腔。第一衬底502和第二衬底506可使用基于焊料的连接或其他合适方法(诸如粘合剂接合)而接合在一起。在一些实施方案中，第二衬底(例如，封盖晶片)可由除硅之外的材料形成。

在一些实施方案中，激光器管芯508可被定位在沟槽504内并且在将第一衬底502与第二衬底506接合之前耦接到第一衬底502。在一些实施方案中，小面503也形成在第一衬底502中，并且也包含于在接合第一衬底502和第二衬底506之后形成的凹部507内。在其他情况下，光学小面503可以位于与激光器管芯不同的腔中。第一电触点512可沉积到第一衬底502上，并且激光器管芯508可接合到第一电触点512。第一电触点512可包括部分地位于沟槽504内的导电迹线。在一些情况下，第一电触点512还可沿着第一衬底502的邻近沟槽504的一部分定位。在一些实施方案中，可以围绕激光器管芯508和第一衬底502的一部分沉积第一材料510(诸如光学底层填料)以形成覆盖激光器管芯508的层/涂层，这可以帮助保护激光器管芯508免受诸如灰尘、碎屑、水分等的污染。

当第一衬底502与第二衬底506耦接时，小面503和/或激光器管芯508周围的一个腔/多个腔可以保护小面503和激光器管芯508免受污染(灰尘、碎屑、水分等)、机械应力或其他物理破坏。例如，第一衬底502和第二衬底506可以围绕小面503和/或激光器管芯508形成保护屏障。

在一些实施方案中，第二衬底506可包括包含第二电触点514的至少一部分的通孔。第二电触点514可耦接到第一电触点512，并且还包括导电材料的位于第二衬底506的外表面上的一部分。因此，第二电触点514可用于将激光器管芯508(或其他光子部件)电耦接到外部设备，诸如用于驱动激光器管芯508的集成电路。

图6示出了沿着线B-B截取并且还包括一个或多个电互连件602的光学设备600的剖视图。光学设备600可以是光学设备500的示例，并且包括参考图5描述的第一衬底502、第二衬底506、小面503、激光器管芯508、第一电触点512和第二电触点514。

在一些实施方案中，互连件602可沉积在第二衬底506的上表面上。互连件602可由焊料基材料形成并且用于将光学设备接合到另一个设备，诸如可用于驱动激光器管芯508的另一个集成电路。在一些实施方案中，互连件602可被配置为允许光学设备到其他晶片设备的倒装芯片(C4)接合、铜柱接合或金螺柱凸块接合。在一些实施方案中，一个或多个互连件602可以与第二电触点514(和第一电触点512)电耦接，使得互连件602电耦接到激光器管芯508。因此，互连件602可以用于将激光器管芯508连接到用于驱动激光器管芯508的其他设备(其他集成电路)。

图7示出了用于制造诸如参考图5和图6描述的光学设备500和600之类的光学设备的示例性方法700。在702处，方法700可以包括在第一衬底中形成沟槽，该沟槽沿着第一衬底的表面限定凹陷。例如，第一衬底可包括硅材料，并且可使用诸如光刻图案化工艺之类的其他合适工艺来蚀刻、机加工或形成沟槽。在一些情况下，可基于将至少部分地位于沟槽内的光子设备(诸如激光器管芯)的大小来限定沟槽的深度。沟槽可形成腔的包围激光器管芯的第一部分。在一些情况下，可使用蚀刻、机加工或其他合适技术在第一衬底中形成光学小面。

在704处，方法700可包括将第一电触点沉积到第一衬底上，使得电触点的至少一部分位于沟槽中。在一些情况下，第一电触点可包括定位在沟槽中的一根或多根导电迹线，该导电迹线用于将激光器管芯耦接到一个或多个驱动器电路。第一电触点可以从沟槽并且沿着第一衬底的一部分延伸到例如来自另一层的通孔将与第一衬底接口的位置。

在706处，方法700可包括将激光器管芯耦接到第一衬底，使得激光器管芯被定位在由第一衬底限定的沟槽内。在一些情况下，激光器管芯可以与位于沟槽内的第一电触点/迹线耦接。激光器管芯可以部分地被沟槽包围。

在708处，方法700可以包括在激光器管芯和第一衬底的至少一部分上施加第一材料。在一些情况下，第一材料可以包括覆盖激光器管芯的保形涂层。可以选择第一材料以保护激光器管芯免受诸如灰尘、碎屑或水分之类的污染。

在710处，方法700可包括将第二衬底耦接到第一衬底，使得第二衬底的第二电触点与第一电触点电耦接。在一些情况下，第二衬底可以具有包括第二电触点的通孔，并且该通孔可以与第一电触点对准以提供从激光器管芯到第二衬底的外表面的电路径。

在712处，方法700可包括在第二衬底的外表面上形成电互连件，使得电互连件电耦接到第二电触点。互连件可包括焊料基材料或可用于使用倒装芯片(C4)、铜柱、金螺柱凸块或其他接合技术将光学设备耦接到其他设备的其他合适的导电材料。

图8示出了光学设备800的示例性框图，该光学设备在一些情况下可采取参考图1至图7所述的光学设备中的任一者的形式。光学设备可以包括处理器802、输入/输出(I/O)机构804(例如，输入/输出设备，诸如触摸屏、冠或按钮、输入/输出端口或触觉接口)、一个或多个光学单元806(例如，光子设备，诸如激光器管芯)、存储器808、传感器810(例如，光学感测系统)以及电源812(例如，可再充电电池)。处理器802可控制光学设备800的一些或所有操作。处理器802可以直接或间接地与光学设备800的一些或所有部件通信。例如，系统总线或其他通信机构814可提供处理器802、I/O机构804、光学单元806、存储器808、传感器810和电源812之间的通信。

处理器802可被实现为能够处理、接收或传输数据或指令的任何电子设备。例如，处理器802可为微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或此类设备的组合。如本文所述，术语“处理器”意在涵盖单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或一个或多个其他合适的计算元件。

应当指出的是，光学设备800的部件可由多个处理器控制。例如，光学设备800的选择部件(例如，传感器810)可由第一处理器控制并且光学设备800的其他部件(例如，光学单元806)可由第二处理器控制，其中第一处理器和第二处理器可以或可以不彼此通信。

I/O机构804可将数据传输到用户或另一个电子设备和/或从用户或另一个电子设备接收数据。I/O设备可包括显示器、触摸感测输入表面、一个或多个按钮(例如，图形用户界面“主页”按钮)、一个或多个相机、一个或多个麦克风或扬声器、一个或多个端口诸如麦克风端口和/或键盘。除此之外或另选地，I/O设备或端口可以经由通信网络诸如无线和/或有线网络连接发送电信号。无线和有线网络连接的示例包括但不限于蜂窝网络、Wi-Fi、蓝牙、IR和以太网连接。

存储器808可以存储可以由光学设备800使用的电子数据。例如，存储器808可以存储电数据或内容，诸如例如音频文件和视频文件、文档和应用程序、设备设置和用户偏好、定时信号、控制信号以及数据结构或数据库。存储器808可被配置为任何类型的存储器。仅以举例的方式，存储器808可以被实现为随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、可移动存储器、其他类型的存储元件或此类设备的组合。

光学设备800还可包括基本上被定位在光学设备800上的任何位置处的一个或多个传感器810。传感器810可被配置为感测一个或多个类型的参数，诸如但不限于压力数据、光数据、触摸数据、热数据、移动数据、相对运动数据、生物计量数据(例如，生物参数)等。例如，传感器810可包括热传感器、位置传感器、光或光学传感器、加速度计、压力换能器、陀螺仪、磁力仪、健康监测传感器等。此外，一个或多个传感器810可利用任何合适的感测技术，包括但不限于电容、超声波、电阻、光学、超声、压电和热感测技术。

电源812可以用能够向光学设备800提供能量的任何设备来实现。例如，电源812可以是一个或多个电池或可再充电电池。附加地或另选地，电源812可以是将光学设备800连接到另一电源(诸如壁装电源插座)的电源连接器或电源线。

为了说明的目的，前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，不需要具体细节，以便实践所述实施方案。因此，出于例示和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，鉴于上面的教导内容，许多修改和变型是可行的。

Claims (20)

1.一种光学设备，所述光学设备包括：

第一衬底，所述第一衬底限定：

表面；以及

沟槽，所述沟槽沿着所述表面的一部分形成凹陷；

第二衬底，所述第二衬底与所述表面耦接并且从所述表面延伸以围绕所述沟槽形成凸起部分；

激光器管芯，所述激光器管芯定位在所述沟槽内，使得所述激光器管芯被所述第二衬底包围，

光学材料，所述光学材料定位在所述激光器管芯、所述第一衬底和所述第二衬底之间的区域内；以及

第三衬底，所述第三衬底与所述第二衬底耦接，使得所述第二衬底定位在所述第一衬底和所述第三衬底之间；其中：

所述第二衬底被配置为至少部分地将所述激光器管芯与施加在所述光学设备上的机械应力隔离。

2.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：

光学输出部；

底层填料材料，所述底层填料材料定位在所述第一衬底和所述第二衬底之间；以及

填充坝，所述填充坝被配置为保持所述底层填料材料，使得所述底层填料材料不覆盖所述光学输出部。

3.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第三衬底限定填充坝，所述填充坝耦接到所述第一衬底或朝向所述第一衬底延伸。

4.根据权利要求3所述的光学设备，其中所述填充坝的底部边缘与所述第一衬底偏离。

5.根据权利要求3所述的光学设备，其中所述填充坝被配置为将填充材料保持在所述第一衬底和所述第三衬底之间的空间内。

6.根据权利要求1所述的光学设备，还包括互连件，所述互连件由导电材料形成并定位在所述第三衬底上。

7.根据权利要求6所述的光学设备，其中：

所述第三衬底包括面向所述第一衬底的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；并且

所述互连件定位在所述第二表面上。

8.根据权利要求6所述的光学设备，其中所述互连件电耦接到所述激光器管芯。

9.一种制造光学设备的方法，所述方法包括：

在第一衬底中形成沟槽，所述沟槽沿着所述第一衬底的表面限定凹陷；

围绕所述沟槽形成凸起特征部，所述凸起特征部包括从所述表面延伸的第二衬底；

将激光器管芯耦接到所述第一衬底，使得所述激光器管芯被定位在所述沟槽内并且被所述凸起特征部包围；

将第一光学材料引入到所述凸起特征部和所述激光器管芯之间的第一区域；

将第三衬底耦接到所述凸起特征部，使得所述凸起特征部被定位在所述第一衬底与所述第三衬底之间；以及

将第二材料引入到至少部分地由所述第一衬底、所述凸起特征部和所述第三衬底限定的第二区域。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述第三衬底上形成填充坝，所述填充坝朝向所述第一衬底延伸并且当所述第三衬底耦接到所述凸起特征部时与所述第一衬底偏离。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述第三衬底上形成互连件，其中：

所述互连件定位在所述第三衬底的外表面上；并且

所述互连件耦接到所述凸起特征部。

12.一种光学设备，所述光学设备包括：

第一衬底，所述第一衬底限定：

包括第一电触点的表面；以及

沟槽，所述沟槽沿着所述表面的一部分形成凹陷；

激光器管芯，所述激光器管芯定位在所述沟槽内并且与所述第一电触点互连；

第一材料，所述第一材料与所述激光器管芯和所述第一衬底的至少一部分耦接；

第二衬底，所述第二衬底耦接到所述第一衬底并且围绕所述激光器管芯形成腔，所述第二衬底包括电耦接到所述第一电触点的第二电触点；以及

电互连件，所述电互连件耦接到所述第二衬底的外表面并且与所述第二电触点电耦接。

13.根据权利要求12所述的光学设备，其中：

所述第一材料形成覆盖所述激光器管芯和所述第一衬底的至少一部分的层；

所述第二衬底是硅晶片，并且所述腔是从所述硅晶片蚀刻出的；并且

所述电互连件包括焊料基材料，所述焊料基材料被配置为将所述激光器管芯与电子电路电耦接。

14.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述第一材料包括围绕所述激光器管芯的至少一部分和所述第一衬底的至少一部分定位的底层填料材料。

15.根据权利要求12所述的光学设备，其中：

所述第二衬底由硅材料形成；并且

所述第二衬底包括延伸穿过所述硅材料的通孔。

16.根据权利要求15所述的光学设备，其中所述通孔包含包括所述第二电触点的导电材料。

17.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述电互连件至少部分地定位在所述第二衬底的外表面上。

18.一种形成光学设备的方法，所述方法包括：

在第一衬底中形成沟槽，所述沟槽沿着所述第一衬底的表面限定凹陷；

将第一电触点沉积到所述第一衬底上，使得所述第一电触点的第一部分位于所述沟槽中；

将激光器管芯耦接到所述第一衬底，使得所述激光器管芯定位在所述沟槽内；

在所述激光器管芯和所述第一衬底的至少一部分上施加第一材料；

将第二衬底耦接到所述第一衬底，使得所述第二衬底的第二电触点与所述第一电触点电耦接，所述第二衬底围绕所述激光器管芯形成腔；以及

在所述第二衬底的外表面上形成电互连件，使得所述电互连件电耦接到所述第二电触点。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二衬底是硅材料，所述方法还包括蚀刻所述第二衬底以在所述硅材料中形成所述腔的至少一部分。

20.根据权利要求18所述的方法，其中导电材料被沉积在所述电互连件上并且被配置为形成倒装芯片连接。

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