TW201321815A - 光機總成及光電封裝 - Google Patents

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TW201321815A
TW201321815A TW100142236A TW100142236A TW201321815A TW 201321815 A TW201321815 A TW 201321815A TW 100142236 A TW100142236 A TW 100142236A TW 100142236 A TW100142236 A TW 100142236A TW 201321815 A TW201321815 A TW 201321815A
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Fang-Jeng Lin
Tsu-Hsiu Wu
Shih-Yu Chen
Chien-Chuan Yeh
Kuang-Hui Huang
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Universal Microelectronics Co Ltd
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Abstract

一種光機總成，包含一承載台、至少一光電單元、至少一光波導及一固定座。該承載台上形成有相互連通之至少一承載槽溝及一對位槽溝，該承載槽溝垂直地朝向該對位槽溝之一側延伸而出。該光電單元設置於該對位槽溝之另一側並對位於該承載槽溝。該光波導之一端設置於該承載槽溝內而另一端穿過該固定座所包含之至少一穿孔。

Description

光機總成及光電封裝
本發明係關於一種光電裝置，特別係關於一種不需採用習知光路轉向機構來輸出及/或接收光訊號之光機總成及光電封裝。
光纖與雷射光源或光偵測器(photodetector)間之良好對位可提高傳輸的耦合效率。隨著傳輸容量之提升，同時針對複數光纖與複數雷射光源或光偵測器間進行光耦合的方式成為一重要的研究課題。
請參照第1圖所示，其顯示一種習知光機總成9之立體圖，該光機總成9包含一基板91、一支撐件92、一光路轉向元件93、一光電元件94及複數導線95。該光電元件94設置於該基板91之一上表面，並發出或偵測沿著該基板91之一法限方向n傳輸之光訊號。該等導線95形成於該基板91之該上表面並電性耦接該光電元件94，藉以輸入電訊號至該光電元件94或從該光電元件94輸出電訊號。該支撐件92用以支撐該光路轉向元件93，以使該光路轉向元件93與該光電元件94能夠彼此互相對位。該光路轉向元件93用以將平行該法限方向n傳輸之光訊號轉向為平行該基板91之上表面後，傳輸至外部之一連接器(optical connector)。
請參照第2圖所示，其顯示第1圖之該光路轉向元件93之底面圖，其中，複數V形槽溝931係平行地形成該光路轉向元件93之一底面，複數條光纖932則分別設置於該等V形槽溝931內，且通常會使用黏膠933固定該等光纖932於該等V形槽溝931內。該等光纖932最後連接至一光連接器以將該光電元件94所發出之光訊號傳輸至外部或將外部光訊號傳輸至該光電元件94。
請參照第3圖所示，其顯示第1圖之光機總成9中，沿III-III'線之剖示圖。習知光機總成9中，必須使用該光路轉向元件93將該光電元件94所發出或接收的垂直光訊號轉換為水平光訊號。轉換機制係於該等光纖932之前端面形成一鏡面932S，其與該法線方向n具有45度夾角以對光訊號進行反射。此種結構中，必須對該等光纖932進行研磨拋光，甚至需要於該鏡面932S鍍上金屬層以增加反射率，然而這些步驟均增加了製作複雜度。
有鑑於此，本發明另提出一種光機總成及光電轉換裝置，其不需使用習知光路轉向元件即能夠發出或接收與基板平行之光訊號，因而不需於光波導之前端面形成45度角的鏡面，且不需要於光波導的前端面鍍上任何金屬層，因此可降低製程複雜度。
本發明之一目的在提供一種光機總成及光電封裝，其用以對至少一光電晶片與至少一光波導進行光耦合，且不需採用習知光路轉向機構來輸出或接收光訊號。
本發明之另一目的在提供一種可簡化製成之光機總成及光電封裝，且其光電晶片與光波導間具有良好的耦合效率。
為達上述目的，本發明提供一種光機總成，包含一承載台、至少一光電單元、至少一光波導及一固定座。該承載台之一上表面形成有相互連通之至少一承載槽溝及一對位槽溝，該承載槽溝垂直地朝向該對位槽溝之一側延伸而出。該光電單元包含兩電極及一光電晶片，並具有一水平面及一操作面，其中該兩電極自該水平面延伸至該操作面，該光電晶片設置於該操作面並耦接該兩電極，該光電單元設置於該對位槽溝之另一側且該光電晶片對位於該承載槽溝。該光波導之一端設置於該承載槽溝內。該固定座設有至少一穿孔供該光波導之另一端穿設而過。
本發明另提供一種光電封裝，包含一基板、一控制晶片及一光機總成。該控制晶片設置於該基板上。該光機總成設置於該基板上並耦接該控制晶片以輸出或接收光訊號，該光機總成包含一承載台、至少一光電單元、至少一光波導及一固定座。該承載台之一上表面形成有相互連通之至少一承載槽溝及一對位槽溝，該承載槽溝垂直地朝向該對位槽溝之一側延伸而出。該光電單元包含兩電極及一光電晶片，並具有一水平面及一操作面，其中該兩電極自該水平面延伸至該操作面，該光電晶片設置於該操作面並耦接該兩電極以輸出或接收該光訊號，該光電單元設置於該對位槽溝之另一側且該光電晶片對位於該承載槽溝，該兩電極分別經一導線耦接該控制晶片。該光波導之一端設置於該承載槽溝內。該固定座設有至少一穿孔供該光波導之另一端穿設而過。
本發明之光機總成及光電封裝中，該光電晶片為一雷射晶片或一光偵測器；該光波導為包覆有光纖套圈以及夾具之一光纖。
本發明之光機總成及光電封裝中，該水平面為該光電單元之一上表面或一下表面，且該水平面平行該承載台之該上表面；該兩電極位於該水平面之部分分別連接該等導線。
本發明之光機總成及光電封裝中，該對位槽溝之一橫截面為一倒ㄇ字型；該水平面與該操作面具90度夾角。
本發明之光機總成及光電封裝中，該光波導之一前端面垂直該承載台之該上表面。
本發明之光機總成及光電封裝中，由於該光電單元所發出的光訊號平行於基板，因而可直接針對光電晶片及光纖進行對位。此外，由於該對位槽溝之橫切面係形成為倒ㄇ字型，可使光電晶片及光纖間之距離非常接近，藉以增加耦合效率。
為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此合先敘明。
請參照第4及5圖所示，第4圖顯示本發明實施例之光電封裝之分解圖，第5圖顯示本發明實施例之光電封裝之立體圖。本發明實施例之光電封裝1包含一基板10、一控制晶片12及一光機總成14。
該基板10較佳為一印刷電路基板(PCB基板)，用以提供該控制晶片12及該光機總成14運作時所需之電力，且其上形成有複數導線及貫孔用以傳遞電訊號；其中，於PCB基板上形成導線及通孔的方式已為習知，故於此不再贅述。此外，可以了解的是，該基板10上之電路配置係相對於該光機總成14之運作及功能而有所不同。例如，相對該光機總成14用以發出光訊號或接收光訊號，該基板10具有不同之電路配置。
該控制晶片12設置於該基板10之一上表面，用以輸出電訊號至該光機總成16或接收該光機總成14偵測之電訊號。
該光機總成14包含一承載台(bench)141、至少一光電單元142、至少一光波導145、至少一夾具(holder)146及一固定座(mount)147；其中，每一光電單元142包含兩電極143、143'及一光電晶片144，並具有一水平面142H及一操作面142V。
該承載台141較佳為一矽基板，於其上表面透過蝕刻(etching)的方式形成有至少一承載槽溝1411及一對位槽溝1412。該承載槽溝1411用以承載該光波導145，其尺寸及數目則根據所需承載的光波導145決定，例如其數目係根據該光機總成14所能傳輸的頻道數目決定。該對位槽溝1412係用以讓該光波導145的前端能夠盡量靠近該光電晶片144，以有效提高耦合效率，其係經過黃光製程以及鑽石刀切割而成(容詳述於後)。本實施例中，該承載槽溝1411與該對位槽溝1412相連通，且大致垂直並延伸於該對位槽溝1412之一側(如朝向該控制晶片12側延伸)。此外，由於PCB基板的表面並不平整，而矽基板一般具有較平整的表面，故設置該承載台141的優點在於，可令設置於其上的其他元件能夠精確對位，以增加耦合效率(coupling efficiency)。
該光電單元142設置於該承載台141之上表面並位於該對位槽溝1412之另一側(如遠離該控制晶片12之側)，並具有一水平面142H及一操作面142V，其中該水平面142H可為該光電單元142之上表面或下表面，其大致平行於該承載台141之上表面；該操作面142V面向該承載槽溝1411。該光電單元142之數目較佳相等於該承載槽溝1411之數目。該光電單元142例如可為一六面體，例如為一正方體或一長方體，但並不以此為限；只要是包含該水平面142H平行該承載台141之上表面以及包含該操作面142V面向該承載槽溝1411的任何形狀均可，並無特定限制。該水平面142H與該操作面142V較佳大致具有90度夾角。
該兩電極143及143'形成於該光電單元142上，並自該水平面142H延伸至該操作面142V，並電性耦接該光電晶片144。該兩電極143及143'分別透過一導線16(例如金線，但不以此限)耦接至該基板10上之控制晶片12，其中該等導線16可形成於該基板10或透過打線的方式連接於該控制晶片12及該兩電極143及143'位於該水平面142H之部分，並無特定限制。由於該光電單元142之該水平面142H與該操作面142V大致具90度夾角，該兩電極143及143'具有夾角90度的兩部分，其中位於該水平面142H之部分利於與該基板10上之控制晶片12耦接，位於該操作面142V之部分利於與該光電晶片144電性耦接。
該光電晶片144例如可為一雷射晶片(laser chip)或一光偵測器(photodetector)，其設置於該光電單元142之該操作面142H並電性連接該兩電極143及143'。換句話說，該光電晶片144正面對位於該承載槽溝1411以平行於該承載台141之上表面發出或接收光訊號。
該光波導145例如為一具有陶瓷光纖套圈(ferrule)之光纖，其設置於該承載台141之承載槽溝1411內並對位於該光電晶片144。該光波導145除了承載於該承載槽溝1411內之前端部分外，其他部分則可以一夾具(holder)146包覆，以便與該光機總成14外部連接。換句話說，本實施例中所述光波導145係可指包覆有光纖套圈及夾具146者，或指僅包覆有光纖套圈者。可以了解的是，該光波導145與該光電晶片144之對位係指該光波導145前端之光訊號輸出/入孔對位於雷射晶片之光輸出面或光偵測器之光感測面。可以了解的是，其他實施例中，該光電單元142可不需正對於該承載槽溝1411，只要該光電晶片144對位於該光波導145即可。此外，亦可能於一個體積較大的光電單元上形成複數光電晶片，並不限定為一個光電單元對應單一頻道。
該固定座147用以固定該光波導145，其具有至少一穿孔1471供該光波導145穿設而過；其中，穿過該固定座147之穿孔1471之光波導145則可用以連接至一外部的光連接件(optical connector)。可以了解的是，該固定座147之該穿孔1471之尺寸係剛好供該光波導145(或夾具146)穿過以利固定。
請參照第6圖所示，其顯示本發明實施例之光電封裝1之製作流程圖，其包含下列步驟：提供一承載台，其上形成有一對位槽溝及自該對位槽溝之一側垂直延伸出的至少一承載槽溝(步驟S21)；於該承載台上該對位槽溝之另一側形成至少一光電單元面對該承載槽溝(步驟S22)；將至少一光波導之一端設置於該承載台之該承載槽溝內(步驟S23)；提供具有至少一穿孔之一固定座供該光波導之另一端自該穿孔穿設而過以形成一光機總成(步驟S24)；將該光機總成設置於一基板上(步驟S25)；於該基板上設置一控制晶片(步驟S26)；以及電性連接該控制晶片及該光機總成之該光電單元之一水平面上之兩電極(步驟S27)。
請同時參照第6及7A~7H圖，接著說明本發明實施例之光電封裝1之製作方式。首先，提供一基板(如矽基板)以作為一承載台141，並於其上透過蝕刻的方式形成該承載槽溝1411及該對位槽溝1412，如第7A圖(步驟S21)；其中，該承載槽溝1411係垂直地朝向該對位槽溝141之一側延伸而出。
接著，於該承載台141之上表面該對位槽溝1412之另一側設置至少一光電單元142(此處顯示為4個)；其中，該光電單元142上已事先形成有兩電極143及143'自該光電單元142之一水平面142H延伸至一操作面142V，該操作面142V上並事先形成有一光電晶片144。於此步驟中，該光電晶片144係對位該承載槽溝1411，如第7B圖所示(步驟S22)。換句話說，該光電晶片144並不需位於該光電單元412之操作面142V中間，只要是能使該光電晶片144對位該承載槽溝1411的適當位置即可。
接著，將至少一光波導145之一端設置於該承載台141之承載槽溝1411內(第7C圖)。請參照第8A及8B圖所示，一般利用蝕刻所形成之槽溝截面會如圖第8A圖所示的斜面槽溝，如此會造成該光波導145與該光電晶片144對位時具有較大的距離D1；因此，本實施例中該對位槽溝1411的形成過程係先用蝕刻形成斜面槽溝後，再接著以鑽石刀將該斜面槽溝進一步切割成橫截面大致成矩形(倒ㄇ字型)之對位槽溝1412，如第8B圖所示。藉此，在針對該光波導145與該光電晶片145進行對位時，可縮短兩者間的距離，以提高光耦合效率。接著，再將夾具146夾設於該光波導145之另一端未承載於該承載槽溝1411的部分，較佳使該夾具146前端的一部分抵接於該承載台141，以利固定該光波導145，如第7D圖所示(步驟S23)。可以了解的是，其他實施例中，亦可事先將該夾具146套設於該光波導145後，再置放於該承載槽溝1411；換句話說，可將套設有該夾具146之光波導145整體視為本實施例所述之光波導。
接著，提供具有至少一穿孔1471(此處顯示為4個)之一固定座147，供該光波導145之另一端穿設而過以進行固定，如第7E圖所示；其中，第7E圖所示結構即為本實施例所稱之光機總成(步驟S24)。
接著，將該光機總成結合於一基板10，如第7E圖所示；其中，兩者結合的方式可例如黏合、卡接或利用固定件來進行結合，並無特定限制(步驟S25)。
接著，於該基板10上設置一控制晶片12，如第7G圖所示；其中，設置一晶片於一基板之方式已為習知，故於此不再贅述(步驟S26)。
最後，利用打金線或於該基板10上設置導線的方式電性連接該控制晶片12及該光電單元142之該水平面142H上之該兩電極143及143'，如第7H圖所示；其中，雖然第7H圖中該水平面142H顯示為該光電單元142之上表面，但其並非用以限定本發明。例如，該水平面142H亦可為該光電單元142之下表面(步驟S27)。
本實施例中，透於該光電單元142形成兩電極143及143'自其水平面142H延伸至其操作面142V，可同時利於與該控制晶片12電性連接並能夠直接產生平行該承載台141之光訊號。因此，該光波導145之前端面不需研磨成45度角，其可垂直該承載台141之上表面來進行設置。本實施例中，該承載台10之上表面係平行於該基板10之表面。
綜上所述，習知光機總成中必須使用光路轉向機構來輸出及接收光訊號，且必須於光纖上形成一45度角的反射鏡面，因而具有較複雜的製作程序。本發明另提供一種光機總成及光電封裝(第4、5圖)，其可直接產生平行基板之光訊號，並具有低製作複雜度及良好的光耦合效率。
雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1．．．光電封裝
10．．．基板
12．．．控制晶片
14．．．光機總成
141．．．承載台
1411．．．承載槽溝
1412．．．對位槽溝
142．．．光電單元
142H．．．光電單元之水平面
142V．．．光電單元之操作面
143、143'．．．電極
144．．．光電晶片
145．．．光波導
146．．．夾具
147．．．固定座
1471．．．穿孔
16、95．．．導線
9．．．光機總成
91．．．基板
92．．．支撐件
93．．．光路轉向元件
931．．．V形槽溝
932．．．光纖
932S．．．鏡面
933．．．黏膠
94．．．光電元件
S21~S27．．．步驟
D1、D2．．．光波導與光電晶片距離
第1圖顯示習知光機總成之立體示意圖。
第2圖顯示第1圖之光機總成之光路轉向元件之底面圖。
第3圖為第1圖之光機總成中沿III-III'線之剖示圖。
第4圖顯示本發明實施例之光電封裝之分解圖。
第5圖顯示本發明實施例之光電封裝之立體圖。
第6圖顯示本發明實施例之光電封裝之製作流程圖。
第7A~7H圖顯示本發明實施例之光電封裝之組裝示意圖。
第8A~8B圖顯示本發明實施例之光機總成之側面視圖。
1．．．光電封裝
10．．．基板
12．．．控制晶片
14．．．光機總成
141．．．承載台
142．．．光電單元
145．．．光波導
146．．．夾具
147．．．固定座
16．．．導線

Claims (8)

  1. 一種光機總成，包含：一承載台，該承載台之一上表面形成有相互連通之至少一承載槽溝及一對位槽溝，該承載槽溝垂直地朝向該對位槽溝之一側延伸而出；至少一光電單元，包含兩電極及一光電晶片，並具有一水平面及一操作面，其中該兩電極自該水平面延伸至該操作面，該光電晶片設置於該操作面並耦接該兩電極，該光電單元設置於該對位槽溝之另一側且該光電晶片對位於該承載槽溝；至少一光波導，其一端設置於該承載槽溝內；以及一固定座，設有至少一穿孔供該光波導之另一端穿設而過。
  2. 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該光電晶片為一雷射晶片或一光偵測器；該光波導為包覆有光纖套圈以及夾具之一光纖。
  3. 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該水平面為該光電單元之一上表面或一下表面且平行該承載台之該上表面。
  4. 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該對位槽溝之一橫截面為一倒ㄇ字型；該水平面與該操作面具90度夾角。
  5. 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該光波導之一前端面垂直該承載台之該上表面。
  6. 一種光電封裝，包含：一基板；一控制晶片，設置於該基板上；以及一光機總成，設置於該基板上並耦接該控制晶片以輸出或接收光訊號，該光機總成包含：一承載台，該承載台之一上表面形成有相互連通之至少一承載槽溝及一對位槽溝，該承載槽溝垂直地朝向該對位槽溝之一側延伸而出；至少一光電單元，包含兩電極及一光電晶片，並具有一水平面及一操作面，其中該兩電極自該水平面延伸至該操作面，該光電晶片設置於該操作面並耦接該兩電極以輸出或接收該光訊號，該光電單元設置於該對位槽溝之另一側且該光電晶片對位於該承載槽溝，該兩電極分別經一導線耦接該控制晶片；至少一光波導，其一端設置於該承載槽溝內；及一固定座，設有至少一穿孔供該光波導之另一端穿設而過。
  7. 依申請專利範圍第6項之光電封裝，其中該光電晶片為一雷射晶片或一光偵測器；該光波導為包覆有光纖套圈及夾具之一光纖。
  8. 依申請專利範圍第6項之光電封裝，其中該水平面為該光電單元之一上表面或一下表面且平行該承載
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