晶片级封装光电组件以及具有它的收发器模块制造技术

本发明专利技术涉及一种光电组件、光电收发器模块以及用于制造光电组件的方法。所述光电组件包括：携载有源光电子元件的硅通孔互连基板层；以及夹心盖子，接合到所述硅通孔互连基板层。所述夹心盖子包括布置在所述硅通孔互连基板层上方的底部间隔层、所述底部间隔层上方的玻璃层、以及所述玻璃层上方的上部间隔层；腔体，形成于所述底部间隔层内，且被配置用于容纳所述有源光电子元件；至少一个第一透镜，形成于所述玻璃层上，并且与所述有源光电子元件相耦合。对准特征在所述上部间隔层上形成。

【技术实现步骤摘要】

本专利申请总的涉及光电子技术，更具体地涉及一种晶片级封装的光电组件、用于制造该光电组件的方法、以及具有该光电组件的光电收发器模块。
技术介绍
基于VCSEL的短程光学通讯适用于数据中心和消费设备市场，其需求预期会显著增长。创新性的对光电收发器的光电子封装设计亟被需要以满足预期增长，并进一步促进市场对光电收发器的采用。将光电子元件封装成光电收发器模块的主要方法现有两种。一种是利用具有透明窗口的同轴封装(TO-CAN)来密闭地封装有源光电子元件，其有以下缺点：高成本的封装基板(submount)、非效率的单件生产、低精度的手动对准等；另一种直接将有源光电子元件和驱动器IC接合到印刷电路板(PCB)，其有以下缺点：如装配聚合物透镜组件的单件处理、以及老化测试中的单件处理等。因此亟需一种用于封装光电子元件和驱动器IC的高精度封装结构，同时亟需这种封装结构的制造工艺可支持批量生产，可确保高精度的对准，可提供密闭封装，并具有较高的产量。
技术实现思路
本专利技术涉及一种光电组件。在一个方面，所述光电组件包括：携载有源光电子元件的硅通孔互连(Through-SiliconVia，TSV)基板层；以及夹心盖子，接合到所述硅通孔互连基板层；所述夹心盖子包括布置在所述硅通孔互连基板层上方的底部间隔层、所述底部间隔层上方的玻璃层、以及所述玻璃层上方的上部间隔层；腔体，形成于所述底部间隔层内，且被配置用于容纳所述有源光>电子元件；至少一个第一透镜，形成于所述玻璃层上，并且与所述有源光电子元件相耦合；以及形成于所述上部间隔层上的对准特征。所述对准特征可以是贯通的光学窗口，与所述底部间隔层的腔体相对，且与所述第一透镜相耦合。所述至少一个第一透镜可以形成于所述玻璃层面对所述底部间隔层的腔体的一侧。所述的光电组件可以进一步包括在晶片级工艺中形成于所述硅通孔互连基板层的一侧的多个焊球。所述的光电组件可以进一步包括布置在所述硅通孔互连基板层上方的第一金属层、以及布置在所述硅通孔互连基板层下方的第二金属层，其中所述第一金属层和所述第二金属层分别包括金属焊盘和布线迹线，且由铝、铜、或金制成，所述第一金属层包括被配置用于精确地放置所述有源光电子元件的对准标记。所述硅通孔互连基板层可以包括具有金属沉积于侧壁的第一孔连接被金属填充的第二孔，致使所述硅通孔互连基板层内的硅通孔密封，以实现密闭封装。所述第一透镜可以通过晶片级加工形成于所述玻璃层上，并且被配置用于收集最多的光线，并使所述光准直。所述的光电组件可以进一步包括金属密封环和用于光学对准的金属基准标记，所述金属密封环布置在所述硅通孔互连基板层上，由金或共晶焊料制成，且被配置用于与所述底部间隔层形成密闭封装并将所述底部间隔层电势接地。所述腔体的侧壁可以是倾斜的或直的。所述的光电组件可以进一步包括IC驱动器，所述IC驱动器被容纳在所述腔体内。所述的光电组件可以进一步包括IC驱动器，所述IC驱动器通过倒装芯片集成在所述光电组件的底部。在另一方面，一种光电收发器模块包括：光电组件，所述光电组件包括携载有源光电子元件的硅通孔互连基板层、以及夹心盖子，所述夹心盖子具有光学窗口和耦合所述有源光电子元件的对准特征；采用所述对准特征可拆卸地安装到所述光电组件的跨接件；以及可拆卸地安装到所述跨接件的光纤；其中：所述夹心盖子包括布置在所述硅通孔互连基板层上方的底部间隔层、所述底部间隔层上方的玻璃层、以及所述玻璃层上方的上部间隔层；腔体形成于所述底部间隔层内，且被配置用于容纳所述有源光电子元件；至少一个第一透镜形成于所述玻璃层面对所述腔体的一侧；以及至少一个第二透镜形成于所述跨接件朝向所述第一透镜的底部表面。所述的光电收发器模块可以进一步包括至少一个第三透镜，所述第三透镜形成于所述跨接件的45度表面，且被配置用于改变光学路径，并进一步聚焦来自所述光电组件的光线。所述跨接件可以以自对准方式与光电组件的对准特征可拆卸地安装。在又一方面，一种用于制造光电组件的方法包括：以晶片级工艺准备硅通孔互连基板层；进行晶片级芯片贴合和引线焊接，以安装有源光电子元件至所述硅通孔互连基板层；以晶片级阳极键合形成具有光学窗口和对准特征的夹心盖子；以及以晶片级热压键合将所述夹心盖子接合至所述硅通孔互连基板层；其中：所述夹心盖子包括布置在所述硅通孔互连基板层上方的底部间隔层、所述底部间隔层上方的玻璃层、以及所述玻璃层上方的上部间隔层；腔体形成于所述底部间隔层内，且被配置用于容纳所述有源光电子元件；第一透镜或透镜阵列，以晶片级工艺形成于所述玻璃层面对所述腔体的一侧。所述对准特征可以形成于所述上部间隔层上，用于自对准方式可拆卸地安装跨接件，所述跨接件连接到光纤。所述方法可以进一步包括在晶片级工艺中，在所述硅通孔互连基板层的一侧上形成多个焊球。附图说明图1是根据本专利申请的实施例的光电收发器模块的截面图。图2是图1中所描述的光电收发器模块的透视图。图3是图1中所描述的光电收发器模块的部分近视截面图。图4是光电收发器模块沿图3中所描述的线AA的截面图。图5是图3中所描述的光电收发器模块的细节A部分的放大截面图。图6是图3中所描述的光电收发器模块的细节B部分的放大截面图。图7示出如图6中所描述的三透镜系统的模拟结果。图8是图3中所描述的光电收发器模块的细节C部分的放大截面图。图9是根据本专利申请的实施例的光电组件的前侧透视图。图10是图9中所描述的光电组件的后侧透视图。图11是图9中所描述的光电组件的爆炸图。图12是图9中所描述的光电组件的另一个爆炸图。图13是图9中所描述的光电组件的截面图。图14是根据本专利申请的另一个实施例的光电组件的截面图。图15是根据本专利申请的另一个实施例的光电组件的截面图。图16是根据本专利申请的另一个实施例的光电组件的截面图。图17阐述了图1中所描述的光电收发器模块的组件。图18是TSV基底层晶片的截面图，阐述了根据本专利申请的实施例的制造光电组件的步骤。图19是图18所描述的晶片的截面图，阐述了制造光电组件的另一个步骤。图20是图18所描述的晶片的截面图，阐述了制造光电组件的另一个步骤。图21是具有第一透镜的玻璃层和底部间隔层的晶片截面图，阐述了制造光电组件的另一步骤。图22是光电组件的夹心盖子晶片截面图，阐述了制造光电组件的另一步骤。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电组件，其特征在于，包括：携载有源光电子元件的硅通孔互连基板层；以及夹心盖子，接合到所述硅通孔互连基板层；其中：所述夹心盖子包括布置在所述硅通孔互连基板层上方的底部间隔层、所述底部间隔层上方的玻璃层、以及所述玻璃层上方的上部间隔层；腔体，形成于所述底部间隔层内，且被配置用于容纳所述有源光电子元件；至少一个第一透镜，形成于所述玻璃层上，并且与所述有源光电子元件相耦合；以及形成于所述上部间隔层上的对准特征。

【技术特征摘要】
2014.11.06 US 14/535,3101.一种光电组件，其特征在于，包括：
携载有源光电子元件的硅通孔互连基板层；以及
夹心盖子，接合到所述硅通孔互连基板层；其中：
所述夹心盖子包括布置在所述硅通孔互连基板层上方的底部间隔层、所述
底部间隔层上方的玻璃层、以及所述玻璃层上方的上部间隔层；
腔体，形成于所述底部间隔层内，且被配置用于容纳所述有源光电子元件；
至少一个第一透镜，形成于所述玻璃层上，并且与所述有源光电子元件相
耦合；以及
形成于所述上部间隔层上的对准特征。
2.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，所述对准特征是贯通
的光学窗口，与所述底部间隔层的腔体相对，且与所述第一透镜相耦合。
3.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，所述至少一个第一透
镜形成于所述玻璃层面对所述底部间隔层的腔体的一侧。
4.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，进一步包括在晶片级
工艺中形成于所述硅通孔互连基板层的一侧的多个焊球。
5.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，进一步包括布置在所
述硅通孔互连基板层上方的第一金属层、以及布置在所述硅通孔互连基板层下
方的第二金属层，其中所述第一金属层和所述第二金属层分别包括金属焊盘和
布线迹线，且由铝、铜、或金制成，所述第一金属层包括被配置用于精确地放
置所述有源光电子元件的对准标记。
6.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，所述硅通孔互连基板
层包括具有金属沉积于侧壁的第一孔连接被金属填充的第二孔，致使所述硅通
孔互连基板层内的硅通孔密封，以实现密闭封装。
7.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，所述第一透镜通过晶
片级加工形成于所述玻璃层上，并且被配置用于收集最多的光线，并使所述光
准直。
8.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，进一步包括金属密封
环和用于光学对准的金属基准标记，所述金属密封环布置在所述硅通孔互连基
板层上，由金或共晶焊料制成，且被配置用于与所述底部间隔层形成密闭封装
并将所述底部间隔层电势接地。
9.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，所述腔体的侧壁是倾
斜的或直的。
10.根据权利要求1所述的光电组件，其特征在于，进一步包括IC驱...

【专利技术属性】
技术研发人员：马薇，洪伟，弗兰西斯·G·甘博，俞晓鸣，唐德杰，
申请(专利权)人：新科实业有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港;81