TWI434094B - 固定模組及其應用 - Google Patents
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Description
本發明是有關於一種光學件及其應用，且特別是有關於一種固定模組及其封裝結構。
光學元件的封裝是影響光電元件、光電模組良率及封裝成本的關鍵技術之一。請參見圖1，圖1係根據習知技術所繪示的一種光學元件封裝結構100的示意圖。其中，光學元件封裝結構100包含：基板(例如印刷電路基板)101、光電模組晶片103、光纖(fiber)104(亦可為波導(waveguide))、光纖承載件102以及蓋板106。
其中，光纖承載件102設於基板101之上。光電模組晶片103設於光纖承載件102上。用來傳輸光線105的光纖104，則置放於光纖承載件102上。藉由光纖承載件102的反射面102a，可將光線105傳輸至光電模組晶片103中。
由於，光纖104、反射面102a與光電模組晶片103三者必須精準對位，因此必須在顯微鏡下，輔以特殊治具，來調整蓋板106的位置，以將光纖104固定於光纖承載件102上，再進行後續的封裝步驟。此作法需要具高度技術之人工，方能達成上述工作。不僅成本偏高，且製程穩健性(robustness)低。因此有需要提供一種先進的固定模組，使光學元件的封裝製程更為便利，並改善製程穩健性與良率。
有鑑於此，本發明之一實施例提供一種固定模組，用以使至少一個導光件和至少一個光電模組(optical interconnect module)光耦合，此固定模組包括：第一構件以及第二構件。其中第一構件具有至少一個凹槽；第二構件具有至少一個凸塊，且凹槽係與凸塊結合，用以固定導光件於第一構件與第二構件之間。
本發明之另一實施例提供一種光學元件封裝結構，此光學元件封裝結構包括：第一導光件、第一光電模組以及固定模組。其中，固定模組包括第一構件以及第二構件。第一構件具有至少一個凹槽；第二構件具有至少一個凸塊。凹槽係與凸塊結合，第一導光件被固定於第一構件與第二構件之間，用以光耦合第一導光件和第一光電模組。
根據上述實施例，本發明的實施例，是提供一種用來光耦合導光件和光電模組的固定模組，以及運用此一固定模組的光學元件封裝結構。此一固定模組包括：具有至少一個凹槽的第一構件，以及具有至少一個凸塊的第二構件。其中凹槽係與凸塊結合，可將導光件固定於第一構件與第二構件之間。
藉由凸塊與凹槽的結合，可以輕易地讓第一構件以及第二構件精準對位，不僅能降低人工成本，更具有防呆(Fool-proofing)效果，可提高製程穩健性，具有增進光電元件與光電模組的封裝良率的優勢。
本發明是在提供一種用來光耦合導光件和光電模組的固定模組，以及運用此一固定模組的光學元件封裝結構，藉由固定模組的被動對準設計，提高製程穩健性，降低製造成本。為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉數個固定模組及光學元件封裝結構作為實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
請參照圖2A至圖2C，圖2A係根據本發明的一實施例所繪示之光學元件封裝結構200的立體結構分解圖。圖2B係根據圖2A所繪示之光學元件封裝結構200的立體結構組合圖。圖2C係沿著圖2B的切線IIC所繪示之光學元件封裝結構200的結構剖面圖。
其中光學元件封裝結構200包含至少一個導光件和一個光電模組202，以及用來將導光件和光電模組202光耦合的固定模組203。在本發明的實施例中，導光件可以是光纖或波導。為了方便說明起見，在本實施例之中，係以複數條光纖201a和201b來代表導光件。
固定模組203設於基板209(較佳為印刷電路板)之上。固定模組203包括：第一構件203a和第二構件203b。在本實施例之中，第一構件203a為一種用來承載光纖201a和201b及光電模組202的承載件，第二構件203b係一種用來固定光纖201a和201b的蓋件。
其中，第一構件203a具有一個承載表面203c，複數個形成於承載表面203c上，用以容置光纖201a和201b的溝槽207，一個反射面208，其可具有繞射光學件(Diffractive Optical Element，DOE)或只是平面的反射面，以及至少一個凹槽205。第二構件203b具有至少一個凸塊206以及一個內表面203d。其中凸塊206係用來與第一構件203a的凹槽205卡合，以使第一構件203a和第二構件203b精準結合，進而讓第二構件203b的內表面203d將光纖201a和201b固定於第一構件203a的溝槽207之中。在本實施例中，至少一凹槽205的數量為四個，至少一凸塊206的數量為四個，但本發明皆不以此為限。
在本發明的一實施例中，溝槽207可為V型溝槽。但在其他實施例之中，溝槽207的形狀不限於V型溝槽，亦可為其他形狀的溝槽。光纖201a和201b的直徑例如為125um，V型溝槽的深度可介於50um至200um之間，而內表面203d可為一平面或是配合第一構件之V型溝槽所設計的一凹凸表面。藉此，使內表面203d可藉由壓迫方式，將光纖201a和201b固定於第一構件203a的溝槽207之中。舉例來說，若光纖201a和201b凸出於V型溝槽207，則內表面203d為一凹凸表面，並使內表面203d的凹陷部對應光纖201a和201b的位置，以配合V型溝槽207將光纖201a和201b固定於其中；反之，若光纖201a和201b陷入於V型溝槽207，則內表面203d亦為一凹凸表面，並使內表面203d的凸出部對應光纖201a和201b的位置，以配合V型溝槽207將光纖201a和201b固定於其中。
構成第一構件203a的材料，可以是半導體。在本發明的一些實施例中，構成第一構件203a的材料例如為矽。構成第二構件203a的材料，可以是半導體、塑膠、玻璃及陶瓷所組成之一群組。若構成第二構件203b的材料為塑膠，則第二構件203b的凸塊206可由射出成型的方式所形成。在本發明的一些實施例中，構成第二構件203b的材料例如為半導體。
在本發明的一實施例之中，第一構件203a和第二構件203b係由多晶矽材質所構成。而第一構件203a的溝槽207、反射面208和凹槽205以及第二構件203b的凸塊206，皆係藉由蝕刻製程(例如濕式蝕刻)所形成。
請參照圖2D，圖2D係根據本發明的一實施例所繪示之固定模組203的部分結構剖面放大圖。凹槽205具有一底面205a及至少一凹槽側面205b；凸塊206具有一頂面206a及至少一凸塊側面206b，其中底面205a與頂面206a相對，且凹槽側面205b與一垂直面S1的夾角θ1不等於凸塊側面206b與垂直面S1的夾角θ2，而垂直面S1實質垂直底面205a及頂面206a。具體地來說，夾角θ2實質上可大於或小於夾角θ1，藉以使凸塊206可以被緊迫卡合於凹槽205之中。在本實施例中，夾角θ1例如為45度，夾角θ2例如為54.7度。
當第一構件203a和第二構件203b皆由多晶矽材質所構成時，由於多晶矽具有面心立方(Face-Centered Cubic，FCC)晶格結構。因此，經由蝕刻製程所形成的凸塊206較佳具有由<111>晶格面與<100>晶格面相交而成，實質為54.7度的夾角θ2；經由蝕刻製程所形成的凹槽205，較佳亦具有由<110>晶格面與<100>晶格面相交而成，實質為45度的夾角θ1。
在本發明的另一實施例之中，夾角θ2’可實質小於夾角θ1’。請參照圖3，圖3係根據本發明的另一實施例所繪示的固定模組303部分剖面放大圖。其中第二構件303b的凸塊306具有由<110>晶格面與<100>晶格面相交而成，實質為45度的夾角θ2’；第一構件303a的凹槽305具有由<111>晶格面與<100>晶格面相交而成，實質為54.7度的夾角θ1’。
又，為了讓第一構件303a和第二構件303b更緊密結合，較佳更會在第一構件303a與第二構件303b之間填充，例如矽膠(silicone based glue)、壓克力膠(UV glue)及環氧樹脂膠(Epoxy)等膠材313(請參照圖3)。
另外值得注意的是，雖然圖2A至圖2D的固定模組203係以具有凹槽205的第一構件203a做為承載件，來承載光纖201a和201b；並使用具有凸塊206的第二構件203b作為蓋件，來固定光纖201a和201b。但在本發明的另一實施例中，固定模組403，則可以使用具有凸塊406的第一構件403a做為承載件，來承載光纖201a和201b；並使用具有凹槽405的第二構件403b作為蓋件，來固定光纖201a和201b(請參照圖4)。
請再參照圖2B和圖2C，光電模組202係裝設於第一構件203a之上，並且與複數條光纖201a光耦合。其中，光電模組202可為光發射模組或光接收模組。在本發明的一實施例中，光電模組202包括一光接收模組213及一光發射模組214，且光接收模組213及光發射模組214皆設置於第一構件203a上，而光發射模組214例如可為垂直共振腔面雷射二極體(Vertical Cavity Surface Emitting Lasers，VCSEL)。需說明地是，在其他實施例中，光電模組可僅包含一光發射模組或是一光接受模組，其數量與種類皆視需求而定，本發明皆不以此為限。
由積體電路晶片210所產生的電子訊號，經由打線211及設置於第一構件203a的傳輸線212傳遞到垂直共振腔面雷射二極體(光發射模組214)；再由垂直共振腔面雷射二極體(光發射模組214)轉換成光線204，經過反射面208反射之後，進入光纖201a而向外傳遞。
另外，在本實施例之中，光接收模組213鄰設於光發射模組214之一側，並與另外複數條光纖201b光耦合(如圖2A和圖2B所繪示)。由外部輸入的光線(未繪示)，可經由光纖201b和反射面208傳遞到光接收模組213，轉換成電子訊號後，經由打線211傳送至積體電路晶片210進行處理。
根據上述實施例，本發明的實施例，是提供一種用來光耦合導光件和光電模組的固定模組，以及運用此一固定模組的光學元件封裝結構。此一固定模組包括：具有至少一個凹槽的第一構件，以及具有至少一個凸塊的第二構件。其中凹槽係與凸塊結合，可將導光件固定於第一構件與第二構件之間。
藉由，凸塊與凹槽的結合，可以輕易地讓第一構件以及第二構件精準對位，不僅能降低人工成本，更具有防呆效果，可提高製程穩健性，具有增進光電元件與光電模組的封裝良率的優勢。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何該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，當可作些許之更動與潤飾，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。
100‧‧‧光學件封裝結構
101‧‧‧基板
102‧‧‧光纖承載件
102a‧‧‧反射面
103‧‧‧光電模組晶片
104‧‧‧光纖
105‧‧‧光線
106‧‧‧蓋板
200‧‧‧光學元件封裝結構
201a‧‧‧光纖
201b‧‧‧光纖
202‧‧‧光電模組
203‧‧‧固定模組
203a‧‧‧第一構件
203b‧‧‧第二構件
203c‧‧‧承載表面
203d‧‧‧內表面
204‧‧‧光線
205‧‧‧凹槽
205a‧‧‧底面
205b‧‧‧凹槽側面
206‧‧‧凸塊
206a‧‧‧頂面
206b‧‧‧凸塊側面
207‧‧‧溝槽
208‧‧‧反射面
209‧‧‧基板
210‧‧‧積體電路晶片
211‧‧‧打線
212‧‧‧傳輸線
213‧‧‧光接收模組
214‧‧‧光發射模組
303‧‧‧固定模組
303a‧‧‧第一構件
303b‧‧‧第二構件
305‧‧‧凹槽
306‧‧‧凸塊
313‧‧‧膠材
403‧‧‧固定模組
403a‧‧‧第一構件
403b‧‧‧第二構件
405‧‧‧凹槽
406‧‧‧凸塊
S1‧‧‧垂直面
θ1、θ2、θ1’、θ2’‧‧‧夾角
IIC‧‧‧切線
圖1係根據習知技術所繪示的一種光學元件封裝結構的立體透視圖。
圖2A係根據本發明的一實施例，所繪示之光學元件封裝結構的立體結構分解圖。
圖2B係根據圖2A所繪示之光學元件封裝結構的立體結構組合圖。
圖2C係沿著圖2B的切線IIC所繪示之光學元件封裝結構的結構剖面圖。
圖2D係根據本發明的一實施例所繪示之固定模組的部分結構剖面放大圖。
圖3係根據本發明的另一實施例所繪示的固定模組部分結構剖面放大圖。
圖4係根據本發明的又一實施例所繪示的固定模組部分結構剖面放大圖。
200．．．光學元件封裝結構
201a．．．光纖
201b．．．光纖
202．．．光電模組
203．．．固定模組
203a．．．第一構件
203b．．．第二構件
203c．．．承載表面
203d．．．內表面
205．．．凹槽
206．．．凸塊
207．．．溝槽
208．．．反射面
209．．．基板
210．．．積體電路晶片
211．．．打線
212．．．傳輸線
213．．．光接收模組
214．．．光發射模組
Claims (15)
- 一種固定模組，用以使至少一導光件和至少一光電模組光耦合，包括：一第一半導體構件，具有至少一蝕刻凹槽；以及一第二半導體構件，具有至少一蝕刻凸塊，其中該蝕刻凹槽係與該蝕刻凸塊結合，用以固定該導光件於該第一半導體構件與該第二半導體構件之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的固定模組，其中該蝕刻凹槽具有一底面及至少一凹槽側面，該蝕刻凸塊具有一頂面及至少一凸塊側面，該底面與該頂面相對，其中該凹槽側面與一垂直面的夾角不等於該凸塊側面與該垂直面的夾角，該垂直面實質垂直該底面及該頂面。
- 如申請專利範圍第2項所述的固定模組，其中該凹槽側面與該垂直面的該夾角實質為54.7度或45度。
- 如申請專利範圍第3項所述的固定模組，其中該凸塊側面與該垂直面的該夾角實質為45度或54.7度。
- 如申請專利範圍第1項所述的固定模組，其中該至少一蝕刻凹槽的數量為四個，該至少一蝕刻凸塊的數量為四個。
- 如申請專利範圍第1項所述的固定模組，其中該第一半導體構件具有至少一溝槽，用以容置該導光件，該第二半導體構件具有一內表面，用以配合該溝槽而將該導光件固定於該溝槽之中。
- 如申請專利範圍第6項所述的固定模組，其中該光 電模組係裝設於該第一半導體構件上。
- 一種光電元件封裝結構，包括：至少一導光件；至少一光電模組；以及一固定模組，包括：一第一半導體構件，具有至少一蝕刻凹槽；以及一第二半導體構件，具有至少一蝕刻凸塊，其中該蝕刻凹槽係與該蝕刻凸塊結合，該導光件被固定於該第一半導體構件與第二半導體構件之間，用以光耦合該導光件和該光電模組。
- 如申請專利範圍第8項所述的光電元件封裝結構，其中構成該第一半導體構件的材料及構成該第二半導體構件的材料皆為矽。
- 如申請專利範圍第8項所述的光電元件封裝結構，其中該蝕刻凹槽具有一底面及至少一凹槽側面，該蝕刻凸塊具有一頂面及至少一凸塊側面，該底面與該頂面相對，其中該凹槽側面與一垂直面的夾角不等於該凸塊側面與該垂直面的夾角，該垂直面實質垂直該底面及該頂面。
- 如申請專利範圍第10項所述的光電元件封裝結構，其中該凹槽側面與該垂直面的該夾角實質為54.7度或45度。
- 如申請專利範圍第11項所述的光電元件封裝結構，其中該凸塊側面與該垂直面的該夾角實質為45度或54.7度。
- 如申請專利範圍第8項所述的光電元件封裝結構，其中該第一半導體構件具有至少一溝槽，該溝槽容置該導光件，該第二半導體構件具有一內表面，該內表面配合該溝槽而將該導光件固定於該溝槽之中。
- 如申請專利範圍第8項所述的光電元件封裝結構，其中該至少一光電模組包括一光接收模組及一光發射模組。
- 如申請專利範圍第14項所述的光電元件封裝結構，其中該光接收模組及該光發射模組皆設置於該第一半導體構件上。
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