CN116646346A - 一种光电混合集成的光电封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种光电混合集成的光电封装结构，包括：基板、光集成芯片、电集成芯片以及硅片，硅片上开设硅通孔，硅片焊接在基板上，电集成芯片通过倒装焊贴在硅片与光集成芯片上。含硅通孔的硅片的引入，可实现基板与电集成芯片之间高速电信号的传递，光集成芯片则无需硅通孔工艺，进而使得光集成芯片的制作工艺中可用深槽刻蚀工艺来制作端面耦合器的悬臂梁结构，有利于提升光集成芯片和光纤阵列的光耦合效率。
Description
技术领域
本发明涉及光电混合封装技术领域，尤其涉及一种光电混合集成的光电封装结构。
背景技术
光通信因其传输容量大、传输信号带宽高、传输距离远等优势，成为高速通信的发展重点。提升光通信光传输容量的方式有多种，如增加信号波特率，增加光信号通道数量，采用高级调制格式等。
随着光信号的波特率越来越高，不仅对光芯片和电芯片本身的带宽提出更高的要求，对封装也要求越来越高。比如，当信号速率较低时，采用传统的金丝打线对信号影响较小；而对于高速信号(比如>50Gbaud)则会因金丝带来的寄生参数而产生高频影响。
为解决上述技术问题，本领域技术人员采取将电集成芯片倒装焊到光集成芯片上，光集成芯片中制作有硅通孔用于和衬底进行电学连接，以适应高速信号的工作场景。但是上述方式存在的问题是，为了提高光集成芯片和光纤阵列之间的光耦合效率，光集成芯片的端面耦合器结构往往采用带深槽刻蚀的悬臂梁结构，这会为后续的硅通孔技术的实现增加制作难度。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种光电混合集成的光电封装结构。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种光电混合集成的光电封装结构，包括：基板以及电集成芯片，还包括：硅片，用于所述基板与所述电集成芯片之间的电信号连接；
所述硅片上开设硅通孔，所述硅片焊接在所述基板上，所述电集成芯片的其中一部分通过倒装焊贴在所述硅片上。
进一步的，所述的一种光电混合集成的光电封装结构，还包括：设置于所述基板上的光集成芯片，所述电集成芯片的另一部分通过倒装焊贴在所述光集成芯片上；所述光集成芯片包括：电光调制器和/或光电探测器，且至少具有1个通道。
进一步的，所述硅片与所述光集成芯片的上表面的高度差Δ满足：－10um＜Δ＜+10um。
进一步的，所述硅片与所述光集成芯片之间的间距公差d满足：－15um＜d＜+15um。
进一步的，所述的一种光电混合集成的光电封装结构，还包括：与所述光集成芯片耦合的光纤阵列，用于所述光集成芯片与外部激光器之间的光信号连接，以及所述光集成芯片上光信号向外界的输出。
进一步的，所述电集成芯片的电学pad上制作有铜柱，用于与所述硅片及所述光集成芯片的电信号连接。
进一步的，所述电集成芯片包括：驱动放大器和/或跨阻放大器，且至少具有1个通道。
进一步的，所述硅片通过锡球焊接在所述基板上，以与所述基板进行电信号连接。
进一步的，所述基板作为该光电封装结构的衬底，采用有机基板或陶瓷基板。
本发明所带来的有益效果：
1.高速电信号的传输通路中不再依赖于较长的金丝，寄生参数小，有利于高频信号的传输；
2.光集成芯片采用常规的正面布局，无需倒装焊，光集成芯片与光纤阵列的耦合工艺可采用传统的耦合工艺，方便可靠；
3.含硅通孔的硅片的引入，可实现基板与电集成芯片之间高速电信号的传递，光集成芯片则无需硅通孔工艺，进而使得光集成芯片的制作工艺中可用深槽刻蚀工艺来制作端面耦合器的悬臂梁结构，有利于提升光集成芯片和光纤阵列的光耦合效率，且结构简单，易于制备。
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，下面将对实施例或现有技术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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一种光电混合集成的光电封装结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，在一些说明性的实施例中，本发明提供一种光电混合集成的光电封装结构，包括：基板1、电集成芯片2、硅片3、光集成芯片4、光纤阵列5、铜柱6。
基板1作为该光电封装结构的衬底，采用有机基板或陶瓷基板。
陶瓷基板一般是采用三氧化二铝陶瓷或者AIN陶瓷晶体，散热性好，具有良好的绝缘性。有机基板主要应用于塑封元器件，由于其成本上的优势，是目前应用最为广泛的SiP封装基板，其与陶瓷基板相比，不需要烧结，加工难度较小，并且可制作大型基板。同时有机基板具有成本优势，有机基板介电常数低，有利于高速信号的传输。
光集成芯片4，设置于基板1上，主要用于完成光电信号的转换，具体是将高速电信号转化为光信号和/或将接收到的光信号转化为电信号。光集成芯片4包括：电光调制器和/或光电探测器，且至少具有1个通道，具体数值与信道的数量有关。
电集成芯片2包括：驱动放大器和/或跨阻放大器，且至少具有1个通道，具体数值与信道的数量有关。
硅片3，作为过渡件，片上制作有硅通孔301，用于实现基板1与电集成芯片2之间的电信号连接。硅片3通过锡球7焊接在基板1上，以与基板1进行电信号连接。电集成芯片2的其中一部分通过倒装焊贴在硅片3上，电集成芯片2的另一部分通过倒装焊贴在光集成芯片4上，即电集成芯片2并非完全贴在硅片3上，其有一边的pad通过倒装焊与光集成芯片4的pad实现连接，用于高速电信号的传递。此封装架构中，带硅通孔(TSV)的硅片的引入，解决了基板和电集成芯片之间的电信号连接的问题，光集成芯片无需再制作TSV。
本实施例的封装结构适用高速光模块以及光收发组件，带硅通孔301的硅片3的引入，使得高频电信号传输无需经过较长的金丝，高频电信号衰减变小；光集成芯片4可采用常规的正面布置，无需倒装焊，方便光集成芯片4和光纤阵列5的耦合封装；光集成芯片4自身无需硅通孔或铜柱等工艺，光集成芯片4的端面耦合器可使用深槽刻蚀工艺，以提高光集成芯片4与光纤阵列5的光耦合效率。
实际封装中，为保证组件的最终效果，光集成芯片4和硅片3的上表面应尽量做到齐平，即硅片3与光集成芯片4的上表面的高度差Δ满足：－10um＜Δ＜+10um，如此，电集成芯片2在倒装焊时才能较好的同硅片3与光集成芯片4上的pad均实现良好的接触。
实际封装中，为保证组件的最终效果，光集成芯片4和硅片3的间距应做到精确控制，比如间距公差控制在±15um以内，即硅片3与光集成芯片4之间的间距公差d满足：－15um＜d＜+15um，如此，电集成芯片2在倒装焊时才能较好的同硅片3与光集成芯片4上的pad均实现良好接触。
光纤阵列5，与光集成芯片4耦合。众多光纤按一定的顺序将端面排列成需要的几何形状，组成光纤阵列5，用于光集成芯片4与外部激光器之间的光信号连接，以及光集成芯片4上光信号向外界的输出。
电集成芯片2的电学pad上制作有铜柱6，用于与硅片3及光集成芯片4的电信号连接，其中，铜柱6常称为copperpillar，为电集成芯片2在wafer级别通过后道工艺制作在电学pad上。
硅片，也可以为SOI片，硅片更具有价格优势。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种光电混合集成的光电封装结构，包括：基板以及电集成芯片，其特征在于，还包括：硅片，用于所述基板与所述电集成芯片之间的电信号连接；
所述硅片上开设硅通孔，所述硅片焊接在所述基板上，所述电集成芯片的其中一部分通过倒装焊贴在所述硅片上。
2.根据权利要求1所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，还包括：设置于所述基板上的光集成芯片，所述电集成芯片的另一部分通过倒装焊贴在所述光集成芯片上；所述光集成芯片包括：电光调制器和/或光电探测器，且至少具有1个通道。
3.根据权利要求2所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，所述硅片与所述光集成芯片的上表面的高度差Δ满足：－10um＜Δ＜+10um。
4.根据权利要求3所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，所述硅片与所述光集成芯片之间的间距公差d满足：－15um＜d＜+15um。
5.根据权利要求4所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，还包括：与所述光集成芯片耦合的光纤阵列，用于所述光集成芯片与外部激光器之间的光信号连接，以及所述光集成芯片上光信号向外界的输出。
6.根据权利要求5所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，所述电集成芯片的电学pad上制作有铜柱，用于与所述硅片及所述光集成芯片的电信号连接。
7.根据权利要求6所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，所述电集成芯片包括：驱动放大器和/或跨阻放大器，且至少具有1个通道。
8.根据权利要求7所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，所述硅片通过锡球焊接在所述基板上，以与所述基板进行电信号连接。
9.根据权利要求8所述的一种光电混合集成的光电封装结构，其特征在于，所述基板作为该光电封装结构的衬底，采用有机基板或陶瓷基板。
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