TWI504959B - 光學元件封裝結構及其封裝方法 - Google Patents

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Description

光學元件封裝結構及其封裝方法
本發明涉及一種封裝結構及封裝方法，尤其涉及一種光學元件封裝結構及其封裝方法。
近年來，資訊通信有高速化、大容量化之發展趨勢。一般來說，於光通信中，需要將電訊號轉換為光訊號，用光波導發送光訊號，再將接收之光訊號轉換為電訊號。利用光學元件進行電訊號及光訊號之轉換。
一般之光學元件封裝主要採取板上晶片封裝(Chip on Board,COB)。於COB製程中，通常需要用透鏡對光學元件進行耦光。完成黏晶(Die Bond)後，將透鏡覆蓋於晶粒上對準光學元件。為達到所要求之對準精度，需要將透鏡間之間距預先設計好，再覆蓋於晶粒之上。然而，通常覆上透鏡時，透鏡之間距總會發生偏移，故無法對所有之光學元件進行精確定位。且隨著對傳輸量越來越高之需求，勢必會增加光學元件之並列數目，亦增加了製程之難度，從而影響了產品之良率。
鑒於上述內容，有必要提供一種對準精度高之光學元件封裝結構及其封裝方法。
一種光學元件封裝結構，包括光波導陣列層及固定裝設於該光波導陣列層上之至少一光學組件與至少一光波導，該至少一光學組件用於光電訊號之轉換。該光波導陣列層形成有反射部及與該反射部相鄰的安裝部，該反射部形成有反射槽，該反射槽具有一反射面，該至少一光波導裝設於該安裝部上，該至少一光學組件發出之光訊號經該反射面改變方向能夠到達該至少一光波導進行傳輸；該至少一光學組件能夠接收到該至少一光波導經該反射面改變方向傳遞過來之光訊號。
一種光學元件封裝方法，其包括如下步驟：提供或製備一光波導陣列層，該光波導陣列層形成有反射部及與該反射部相鄰的安裝部；於該反射部上藉由蝕刻形成反射槽，該反射槽具有一反射面；提供或製備至少一光學組件，並將該至少一光學組件之一端藉由倒裝晶片方式鄰近該反射槽封裝固定於該光波導陣列層上；提供或製備至少一光波導，並將該至少一光波導固定裝設於該安裝部上，以使該至少一光學組件發出之光訊號經該反射面改變方向能夠到達該至少一光波導進行傳輸；該至少一光學組件能夠接收到該至少一光波導經該反射面改變方向傳遞過來之光訊號。
本發明提供之光學元件封裝結構及封裝方法，於光波導陣列層形成有一反射槽，該反射槽具有一反射面，該至少一光學組件發出之光訊號經該反射面能夠到達該至少一光波導進行傳輸。同樣，光波導接收到之光訊號經反射面改變方向到達該至少一光學組件。該光學元件封裝結構不需要透鏡對光學元件進行對準，而直接藉由光波導陣列實現光電訊號之傳輸，對準精度高。且即使增加光學元件之並列數目，亦不會影響對準精度。
100‧‧‧光學模組
10‧‧‧襯底
11‧‧‧基板
13‧‧‧襯墊
131‧‧‧第一襯墊
135‧‧‧第二襯墊
15‧‧‧固定層
30‧‧‧電學模組
31‧‧‧第一電子元件
35‧‧‧第二電子元件
50‧‧‧封裝結構
51‧‧‧光波導陣列層
511‧‧‧裝設部
513‧‧‧反射部
5131‧‧‧反射槽
5135‧‧‧反射面
517‧‧‧安裝部
53‧‧‧導電層
55‧‧‧光學組件
551‧‧‧發光元件
553‧‧‧受光元件
57‧‧‧光波導
60‧‧‧連接導線
80‧‧‧連接塊
圖1係本實施方式之封裝結構之側視圖。
圖2係圖1之封裝結構之另一側視圖。
圖3係本實施方式之光學元件之封裝方法之流程圖。
請參閱圖1與圖2，本實施方式之光學模組100，用於轉換及傳輸光電訊號。光學模組100包括襯底10及鋪設於襯底10上之電學模組30與光學元件封裝結構50。電學模組30與光學元件封裝結構50電性連接。
襯底10大致呈板狀，其用於支撐固定電學模組30及光學元件封裝結構50。襯底10包括基板11、襯墊13、覆蓋於襯墊13上之固定層15。基板11可用樹脂、玻璃或陶瓷等具有絕緣性之材料形成。基板11亦可用金屬等具有導電性之材料形成，或者選擇於需安裝積體電路晶片之安裝面上形成一層絕緣膜。基板11優選具有很高之熱傳導性材料。襯墊13通常為銅箔，其包括間隔設於基板11上之第一襯墊131及第二襯墊135。固定層15用於將電子元件及光學元件固定於襯墊13上。於本實施方式中，固定層15為散熱性較好之封膠層。
電學模組30包括並列設置於第一襯墊131之固定層15上之至少一第一電子元件31(請參見圖1)及至少一第二電子元件35(請參見圖2)。第一電子元件31用於將電訊號傳遞給光學元件封裝結構50。於本實施方式中，第一電子元件31為驅動積體電路板(Integrated Circuit，IC)。第二電子元件35用於接收封裝結構50傳遞過來之電訊號。本實施方式中，第二電子元件35為轉移阻 抗放大器(Trans-impedance Amplifer，TIA)。
封裝結構50間隔電學模組30鋪設於襯底10之固定層15上，並與電學模組30電性連接。光學元件封裝結構50包括光波導陣列層51、導電層53、至少一光學組件55及至少一光波導57。
光波導陣列層51固定於第二襯墊135上之固定層15上，用於傳輸光電訊號。光波導陣列層51包括依次連接設置之裝設部511、反射部513及安裝部517。反射部513形成有大致呈V形之反射槽5131。於本實施方式中，反射槽5131為90度V形槽，其藉由蝕刻形成。反射槽5131包括有一反射面5135，用於改變光波導57傳遞過來之光訊號或光學組件55傳遞過來之光訊號之方向。反射面5135為反射槽5131遠離安裝部517之一面。安裝部517之高度比裝設部511要小，用於裝設光波導57，使光波導57對準反射面5135。於本實施方式中，光波導陣列層51為半導體光波導陣列。
導電層53鋪設於裝設部511，用於電學模組30與光學組件55電性連接。導電層53鄰近電學模組30之一端，藉由打線(Wire Bond)之方式形成連接導線60與電學模組30進行導電性連接。於本實施方式中，導電層53為傳輸線。
光學組件55與襯底10平行設置，並位於光波導陣列層51之上。光學組件55與導電層53鄰近反射部513一端導電連接，另一端位於反射槽5131之上。光學組件55藉由晶片倒裝(Flip-Chip)方式封裝固定於導電層53上。此步驟藉由於導電層53上沉積錫鉛球，再將光學組件55所於晶片翻轉並利用熔融之錫鉛球與導電層53相結合。光學組件55包括並列設置之發光元件551(請參見圖1)與受光元件553(請參見圖2)。發光元件551對應第一電子元件31， 用於將第一電子元件31傳遞過來之電訊號轉換為光訊號，其發出之光訊號垂直襯底10。發光元件551通常採用面發光元件，特別是面發光雷射器。發光元件551與導電層53藉由打線之方式形成連接導線60進行電性連接。本實施方式中，發光元件551為垂直面射型雷射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL)。受光元件553對應電學模組30之第二電子元件35，其能夠接收反射面5135反射過來之光訊號，用於將光波導57傳遞過來之光訊號轉換為電訊號。於本實施方式中，受光元件553為光電二極體(Photo Diode,PD)，其藉由球焊(Ball-Bond)方式形成連接塊80與導電層53電性連接。
光波導57固定於光波導陣列層51之安裝部517上，並與光學組件55平行設置。光波導57藉由反射面5135能夠接收發光元件551之光訊號，或是藉由反射面5135將光訊號傳輸給受光元件553。本實施方式中，光波導57為光波導纖維，且一光波導57對應一發光元件551或一受光元件553。
當需要傳遞訊號時，電訊號傳遞到電學模組30之第一電子元件31上，第一電子元件31將電訊號再傳遞到光學元件封裝結構50之導電層53，接著到達發光元件551。發光元件551將電訊號轉換為光訊號。發光元件551發出垂直襯底10之光訊號，光訊號到達反射面5135，經反射後成為平行襯底10之光訊號到達光波導57，即可進行遠距離傳輸。
光波導57接收到光訊號時，光訊號經反射面5135改變方向垂直向上到達受光元件553。受光元件553將光訊號轉換成電訊號，傳遞給導電層53，再傳遞到第二電子元件35，即完成訊號之接收。
請參閱圖3，本發明提供一種光學元件封裝方法，其包括以下步驟。
步驟S201：提供或製備一光波導陣列層51，光波導陣列層51包括依次連接設置之裝設部511、反射部513及安裝部517，其中，安裝部517之高度比裝設部511之要小。
步驟S202：於反射部513上藉由蝕刻形成反射槽5131。本實施例中，反射槽5131為90度V形槽。
步驟S203：於裝設部511上形成導電層53。
步驟S204：提供或製備包含有發光元件551及受光元件553之至少一光學組件55。
步驟S205：光學組件55之發光元件551及受光元件553之一端面藉由倒裝晶片之方式鄰近反射部513並列固定於導電層53上。
步驟S206：發光元件551與導電層53藉由打線之方式形成連接導線60進行導電性連接，受光元件553與導電層53藉由球焊之方式形成連接塊80進行導電性連接。
步驟S207：提供或製備至少一光波導57，將光波導57平行發光元件551及受光元件553固定裝設於安裝部517上，以使該至少一光學元件發出之光訊號經該反射面改變方向能夠到達該至少一光波導進行傳輸；該至少一光學元件能夠接收到該至少一光波導經該反射面改變方向傳遞過來之光訊號。
本發明提供之光學元件封裝結構50及其封裝方法，其於光波導陣列層51形成一反射槽5131，反射槽5131具有一反射面5135。發光 元件551及受光元件553藉由晶片倒裝之方式並列固定於導電層53鄰近反射槽5131之一端上。發光元件551發出之光訊號經反射面5135反射後到達光波導57進行遠距離傳輸。同樣，光波導57之光訊號經反射面5135反射後到達受光元件553。即使增加光學組件55之並列之數目，亦不會影響對準精度。封裝結構50不需要用透鏡進行對準，而藉由光波導陣列層51傳遞光電訊號，簡化了封裝結構及封裝製程，對準精度高，提高了產品之良率。
可理解，電學模組30與光學元件封裝結構50之間之電性連接，並不僅限於用打線之方式。
可理解，反射槽5131並不僅限於V形狀，其還可設置為圓弧形，只要其能夠將光訊號之方向改變方向並傳遞給光波導57或光學組件55。
可理解，導電層53可省略，即將電學模組30與光學組件55直接藉由打線之方式進行電性連接。
可理解，步驟S202後，可省略步驟S203及步驟S206，而步驟S205中即可直接將光學組件55之發光元件551及受光元件553之一端面藉由倒裝晶片之方式鄰近反射部513並列設於光波導陣列層51上。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。
100‧‧‧光學模組
10‧‧‧襯底
11‧‧‧基板
13‧‧‧襯墊
131‧‧‧第一襯墊
135‧‧‧第二襯墊
15‧‧‧固定層
30‧‧‧電學模組
31‧‧‧第一電子元件
50‧‧‧封裝結構
51‧‧‧光波導陣列層
511‧‧‧裝設部
513‧‧‧反射部
5131‧‧‧反射槽
5135‧‧‧反射面
517‧‧‧安裝部
53‧‧‧導電層
55‧‧‧光學組件
551‧‧‧發光元件
57‧‧‧光波導
60‧‧‧連接導線
80‧‧‧連接塊

Claims (10)

  1. 一種光學元件封裝結構，包括光波導陣列層及固定裝設於該光波導陣列層上之至少一光學組件與至少一光波導，該至少一光學組件用於光電訊號之轉換，其改良在於：該光波導陣列層形成有反射部及與該反射部相鄰的安裝部，該反射部形成有反射槽，該反射槽具有一反射面，該至少一光波導裝設於該安裝部上，該至少一光學組件發出之光訊號經該反射面改變方向能夠到達該至少一光波導進行傳輸；該至少一光學組件能夠接收到該至少一光波導經該反射面改變方向傳遞過來之光訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該光波導陣列層還包括裝設部，該反射部位於該裝設部及安裝部之間，該安裝部之高度比裝設部要小，該至少一光學組件固定裝設於該裝設部鄰近該反射部之一端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之封裝結構，其中該至少一光波導與該至少一光學組件及光波導陣列層平行設置。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之封裝結構，其中每一光學組件包括發光元件，該發光元件固定於該光波導陣列層之上，該發光元件發出之光訊號能夠經反射面進入光波導。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之封裝結構，其中該每一光學組件還包括受光元件，該受光元件與該發光元件並列設置於該光波導陣列層之上，該受光元件能夠接收到該光波導經該反射面傳遞過來之光訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之封裝結構，其中該封裝結構還包括導電層，該導電層鋪設於該裝設部上，該發光元件及該受光元件之一端藉由晶片倒裝之方式固定於該導電層上鄰近該反射部之一端，另一端位於該反射槽之上。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之封裝結構，其中該導電層與該發光元件及受光元件電性連接。
  8. 一種光學元件封裝方法，其包括如下步驟：提供或製備一光波導陣列層，該光波導陣列層形成有反射部及與該反射部相鄰的安裝部；於該反射部上藉由蝕刻形成反射槽，該反射槽具有一反射面；提供或製備至少一光學元件，並將該至少一光學組件之一端藉由倒裝晶片方式鄰近該反射槽封裝固定於該光波導陣列層上；提供或製備至少一光波導，並將該至少一光波導固定裝設於該安裝部上，以使該至少一光學組件發出之光訊號經該反射面改變方向能夠到達該至少一光波導進行傳輸，該至少一光學組件能夠接收到該至少一光波導經該反射面改變方向傳遞過來之光訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學元件封裝方法，其中該光波導陣列層上藉由蝕刻形成反射槽之步驟後，該封裝方法還包括於該光波導陣列層上鄰近該反射槽並遠離裝設該至少一光波導之一端形成一導電層之步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光學元件封裝方法，其中該至少一光學組件之一端藉由倒裝晶片方式鄰近該反射槽封裝固定於該導電層上。
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