TWI507752B - 光學元件封裝結構 - Google Patents

光學元件封裝結構 Download PDF

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TWI507752B TW100144734A TW100144734A TWI507752B TW I507752 B TWI507752 B TW I507752B TW 100144734 A TW100144734 A TW 100144734A TW 100144734 A TW100144734 A TW 100144734A TW I507752 B TWI507752 B TW I507752B
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
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Description

光學元件封裝結構
本發明涉及一種封裝結構，尤其涉及一種光學元件封裝結構。
近年來，光通信有高速化、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，用光纖維發送光訊號，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)製程。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，將透鏡覆蓋於光學元件上。為達到所要求之透鏡與光學元件對準精度，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。
一種光學元件封裝結構，包括襯底及依次間隔裝設於襯底上之電子模組、光學模組及傳輸模組，該電子模組與該光學模組電性連 接，該光學模組用於轉換光電訊號，該傳輸模組用於傳輸光訊號，該傳輸模組包括光波導陣列及光纖維。該光波導陣列包括有反射面，該反射面位於該光學模組之上，該光學模組發出之光訊號經該反射面改變方向能夠到達該光纖維進行傳輸；該光學模組能夠接收到該光纖維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，該光波導陣列形成有反射面，該光學模組發出之光訊號能夠經該反射面改變方向後到達光纖維進行遠距離傳輸。同樣，光纖維接收之光訊號經反射面反射後垂直到達光學模組件。該封裝結構不需要用透鏡對光學元件進行對準，即使增加光學模組之並列數目，也不會影響對準精度。通過光波導陣列傳遞光訊號，簡化了封裝結構及封裝制程，對準精度高，提高了產品之良率。
100‧‧‧封裝結構
10‧‧‧襯底
11‧‧‧基板
13‧‧‧襯墊
131‧‧‧表面
15‧‧‧固定層
30‧‧‧電子模組
31‧‧‧第一電子元件
35‧‧‧第二電子元件
50‧‧‧光學模組
51‧‧‧發光元件
53‧‧‧受光元件
60‧‧‧連接線
70‧‧‧傳輸模組
71‧‧‧固定陣列
73‧‧‧光波導陣列
731‧‧‧底面
733‧‧‧反射面
735‧‧‧傳輸面
737‧‧‧頂面
75‧‧‧連接器
77‧‧‧光纖維
圖1係本發明實施方式之封裝結構之剖面圖。
圖2係本發明實施方式之封裝結構之另一剖面圖。
請參閱圖1與圖2，本實施方式之光學元件封裝結構100，用於轉換及傳輸光電訊號。封裝結構100包括襯底10及依次間隔裝設於襯底10上之電子模組30、光學模組50及傳輸模組70。電子模組30與光學模組50電性連接。
襯底10大致呈板狀，其用於支撐固定電子模組30、光學模組50及傳輸模組70。襯底10包括基板11、襯墊13、覆蓋形成於襯墊13上之固定層15。基板11上可佈設電路，以用於驅動和控制電子模組30與光學模組50工作。襯墊13形成於基板11上欲封裝電子模組30 、光學模組50及傳輸模組70之位置。襯墊13由銅、鎳、金、銀或合金等導電金屬性材質製成，其可以通過焊接形成於基板11上。襯墊13具有一背離基板11之表面131。電子模組30及光學模組50可打線連接至襯墊13之表面131，並通過襯墊13電性連接至基板11。固定層15藉由共晶結合之方法形成於襯墊13上。此方法藉由於表面131與電子模組30、光學模組50及傳輸模組70朝向襯墊13之一面上均塗覆一層薄膜金屬，再於表面131上進行黏晶(Die bond)，接著藉由鐳射進行加熱實現共晶結合。於本實施方式中，薄膜金屬材料為金屬錫。通過共晶結合之方式形成之固定層15不容易發生位置偏移及產生嚴重傾斜角之問題。可理解，固定層15也可以通過滴膠形成封膠層。
電子模組30鋪設於固定層15上，用於傳遞接收電訊號。電子模組30包括並列設置之第一電子元件31(請參見圖1)及第二電子元件35(請參見圖2)。第一電子元件31用於將電訊號傳遞給光學模組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用於接收光學模組50傳遞過來之電訊號。於本實施方式中，第二電子元件35為轉移阻抗放大器(Trans-impedance Amplifer，TIA)。
光學模組50鄰近電子模組30鋪設於固定層15上，並與電子模組30電性連接。光學模組50包括發光元件51(請參見圖1)及受光元件53(請參見圖2)。發光元件51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基板11向上。於本實施方式中，發光元件51為垂直面射型雷射器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,VCSEL) 。受光元件53對應第二電子元件35，用於將傳輸模組70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53為檢光二極體(Photo Diode,PD)。發光元件51與受光元件53通過打線(Wire-Bond)之方式形成連接線60與電子模組30進行電性連接。
傳輸模組70鄰近光學模組50並遠離電子模組30鋪設於固定層15上，用於傳輸光訊號。傳輸模組70包括固定陣列71、光波導陣列73、連接器75及光纖維77。固定陣列71鋪設於固定層15上，用於固定支撐光波導陣列73、連接器75及光纖維77。光波導陣列73平行基板11裝設於固定陣列71上，用於傳輸光訊號。光波導陣列73之截面大致呈直角梯形。光波導陣列73包括底面731、反射面733、傳輸面735及頂面737。底面731鄰近固定陣列71設置，光訊號能夠從底面731入射或出射。反射面733、傳輸面735由底面731兩端延伸彎折形成。反射面733用於改變光訊號之方向。光訊號能夠從傳輸面735入射或出射。本實施方式中，反射面733與底面731間之夾角等於45度，傳輸面735與底面731之夾角等於90度。頂面737與底面731平行設置。光波導陣列73設有傳輸面735一端固定於該固定陣列71上鄰近光學模組50之一端，設有反射面733之一端延伸至光學模組50上方。於本實施方式中，光波導陣列73為半導體光波導陣列。連接器75固定裝設於固定陣列71上遠離光學模組50之一端。連接器75一端對準傳輸面735，另一端與光纖維77連接。本實施方式中，連接器75為光纖連接器。光纖維77與連接器75遠離光波導陣列73之一端對準連接，用於傳輸及接收光訊號。
當需要傳遞訊號時，電訊號傳遞到第一電子元件31上，第一電子元件31將電訊號再傳遞到發光元件51。發光元件51將電訊號轉換為光訊號。發光元件51垂直向上發出光訊號。光訊號垂直入射底面731，並到達反射面733，經反射後改變方向成為平行基板11之光訊號到達傳輸面735。光訊號從傳輸面735射出，進入連接器75再進入光纖維77，即可進行遠距離傳輸。
當需要接收訊號時，光纖維77接收到光訊號。光訊號經連接器75傳輸到光波導陣列73，再經反射面733反射後改變方向垂直向下從底面731出射傳遞到受光元件53。受光元件53將光訊號轉換成電訊號，傳遞給第二電子元件35，即完成訊號之接收。
本發明提供之光學元件封裝結構100，光波導陣列73位於光學模組50上方之一端形成有反射面733。發光元件51發出之光訊號能夠垂直向上，經反射面733反射後，成為平行基板11之光訊號到達光纖維77進行遠距離傳輸。同樣，光纖維77之光訊號經反射面733反射後垂直到達受光元件53。即使增加發光元件51及受光元件53之並列數目，也不會影響對準精度。傳輸模組70不需要用透鏡進行對準，而通過光波導陣列傳遞光電訊號，簡化了封裝結構及封裝制程，對準精度高，提高了產品之良率。另外，固定層15藉由共晶結合之方式形成，不容易發生位置偏移及產生嚴重傾斜角之問題。
可理解，傳輸模組70中之固定陣列71可省略，而直接將光波導陣列73直接固定裝設於襯底10上。
可理解，傳輸模組70中之連接器75可省略，即直接將光纖維對準光波導陣列73之傳輸面735。
可理解，光波導陣列73不僅限於直角梯形之形狀，其只需形成反射面733，而反射面733能夠將來自光學模組50之光訊號方向改變傳遞至光纖維77，或將來自光纖維77之光訊號方向改變傳遞至光學模組50。
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，於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‧‧‧封裝結構
10‧‧‧襯底
11‧‧‧基板
13‧‧‧襯墊
131‧‧‧表面
15‧‧‧固定層
30‧‧‧電子模組
31‧‧‧第一電子元件
50‧‧‧光學模組
51‧‧‧發光元件
60‧‧‧連接線
70‧‧‧傳輸模組
71‧‧‧固定陣列
73‧‧‧光波導陣列
731‧‧‧底面
733‧‧‧反射面
735‧‧‧傳輸面
737‧‧‧頂面
75‧‧‧連接器
77‧‧‧光纖維

Claims (8)

  1. 一種光學元件封裝結構，包括襯底及依次間隔裝設於襯底上之電子模組、光學模組及傳輸模組，該電子模組與該光學模組電性連接，該光學模組用於轉換光電訊號，該傳輸模組用於傳輸光訊號，該傳輸模組包括光波導陣列及光纖維，其改良在於：該襯底包括基板、形成於該基板上之襯墊及由共晶結合之方法形成於該襯墊上之固定層，該固定層位於該襯墊及該光學模組之間，該襯墊由導電金屬性材質製成且其通過焊接形成於該基板上，該光波導陣列包括有反射面，該反射面位於該光學模組之上，該光學模組發出之光訊號經該反射面改變方向能夠到達該光纖維進行傳輸；該光學模組能夠接收到該光纖維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，其中該傳輸模組還包括固定陣列，該固定陣列固定裝設於該襯底上，該光波導陣列平行襯底裝設於該固定陣列上，該光波導陣列還包括底面，該底面平行該襯底，光訊號能夠從該底面入射或出射。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之封裝結構，其中該光波導陣列大致呈直角梯形，該光波導陣列還包括傳輸面，該傳輸面與該反射面由該底面兩側邊緣延伸彎折形成，該傳輸面與該底面之夾角等於90度，該傳輸面對準該光纖維。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之封裝結構，其中該反射面與該底面之夾角等於45度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之封裝結構，其中該傳輸模組還包括連接器，該連接器位於該光波導陣列及該光纖維之間，該連接器一端對準該傳輸 面，另一端對準連接該光纖維。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該電子模組與該光學模組通過打線進行電性連接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之封裝結構，其中該電子模組上包括並列設置之第一電子元件及第二電子元件，該第一電子元件用於向該光學模組傳輸電訊號，該第二電子元件用於接收該光學模組傳輸過來之電訊號，該第一電子元件與該光學模組通過打線進行電性連接，該第二電子元件與該光學模組通過打線進行電性連接。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該光學模組上並列設置有發光元件及受光元件，該發光元件用於將電訊號轉為光訊號傳遞至該反射面，該受光元件用於將該傳輸模組經該反射面傳遞過來之光訊號轉為電訊號。
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