利用微结构对准的通过单组装件悬垂倒装芯片光学器件管芯的光学连接制造技术

一种系统包括光学收发机组装件，包括半导体管芯与光子收发机的倒装芯片连接，该半导体管芯在其所连接的衬底之上悬垂。该组装件还包括对准销，该对准销在半导体管芯中的微加工结构处被固定至该半导体管芯。该对准销提供光子收发机与光学透镜的被动对准，该光学透镜将光子收发机对接至一个或多个光学通道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用微结构对准的通过单组装件悬垂倒装芯片光学器件管 芯的光学连接
本专利技术的实施例一般涉及光学连接器，更具体地涉及光学部件之间的被动对准连接。版权声明/许可本专利文档的公开内容的多个部分可能包含受版权保护的资料。版权所有者不反 对任何人复制如呈现在专利和商标局专利文件或记录中的本专利文档或专利公开内容，但 在别的方面无论如何都保留所有版权。本版权声明适用于以下描述及其相关附图中的所有 数据，以及以下描述的任何软件英特尔公司版权所有 2010,保留所有权利。
技术介绍
传统的光学收发机包括光学收发机部件,诸如光电二极管和VCSEL(垂直腔面发射 激光器)以及机械固定的光学透镜。为了获得光学连接器所需要的精确度，透镜的固定是耗 费时间的，而且是昂贵的并且在技术上是有挑战性的。缺乏精确度是限制光学连接器应用 于更小形状因数的一个原因。传统地，收发机组装是耗费时间以及麻烦的过程，该过程通常 需要若干制造步骤，包括管芯安置、引线接合、透镜安置、环氧树脂固化以及可能的其它步 骤。附加地，所得组装件的对准通常是“主动的”，其中在制造过程期间通过光纤发送光以对 准连接器，以能够实现必要的精确度以与标准公差相容。附图说明以下描述包括对附图的讨论，这些附图具有通过本专利技术的实施例的实现的示例的 方式给出的例示。这些附图应被理解成作为示例，而不是作为限制。如本申请中所使用的， 对一个或多个“实施例”的引述应该被理解为描述了本专利技术的至少一个实现方式中所包括 的特定特征、结构或特性。因此，本申请中出现的诸如“在一个实施例中”或“在替代实施例 中”之类的短语描述本专利技术的多个实施例和实现方式，但不一定都指示同一实施例。然而， 它们也不一定是相互排斥的。图1A和IB示出在衬底之上悬垂且包括对准销和沟槽的光子收发机组装件的实施 例的框图的不同视图。图2是具有用于对准销的沟槽的光子收发机组装件的实施例的框图。图3是光子收发机组装件的实施例的框图，该光子收发机组装件具有用于对准销 的沟槽且具有连接至衬底的球栅阵列(BGA)连接。图4A和4B示出光子收发机组装件的实施例的框图的不同视图，该光子收发机组 装件具有用于对准销的沟槽且具有用于将对准销固定至光子管芯的支承件。图5是光子收发机组装件的实施例的框图，该光子收发机组装件具有用于与自由 空间光学透镜对接的对准销。图6A-6E示出制备通过光学透镜与光子收发机组装件对接的光学连接器的实施例。图7是通过经由弹簧力对准和固定的光学透镜与光子收发机组装件对接的光学 连接器的实施例的框图。图8是用于制备光子收发机组装件的过程的实施例的流程图。以下是对某些细节和实现的描述，包括对可描绘部分或全部下述实施例的附图的 描述，以及对此处呈现的专利技术概念的其它潜在实施例或实现的讨论。以下提供了对本专利技术 各实施例的概览，随后是参考附图的更详细的描述。详细描述如本申请中描述，一组装件包括具有倒装芯片连接触点的光学收发机、在连接衬 底之上悬垂的管芯、以及用于被动地对准光学部件的对准特征。在一个实施例中，对准特征 包括该组装件中的一个或多个对准销，该一个或多个对准销与光学收发机半导体管芯中的 微加工结构对接以实现对准销的精确对准，该精确对准进而允许与相应光学部件(例如光 学透镜)的精确被动对准。因此，被动对准可用于实现标准公差相容。利用光学收发机半导体管芯中的微结构，可实现更加针对特定管芯的对准。例如， 如果微结构在半导体管芯的处理期间被正确地处理到光学收发机半导体管芯之中/之上， 则可进一步实现相对于特定管芯的提高的对准针对性。被纳入到半导体管芯之上的对准特 征可提高对准的精确度，而无需之前进行的复杂制造。通过在制造过程中预先提供对准机 构(例如将被动对准与半导体管芯集成)，可减少用于制造光学收发机组装件所需的花费和 时间。此外，利用光学收发机半导体管芯与衬底的倒装芯片连接，可实现更低的轮廓和/ 或形状因数。与引线接合相关的处理步骤可被完全排除。光学透镜与光学收发机的被动对 准允许光学透镜在制造过程中比传统方法所允许的连接更晚地连接。因此，回流焊工艺可 在更晚添加透镜的半导体管芯以及其它部件上使用。这样的方法防止了透镜的翘曲或损 伤，同时仍确保光学透镜的正确对准。如下文更详细描述，其上具有光子收发机的半导体管芯包括该半导体管芯之上的 一个或多个沟槽或其它微结构。在一个实施例中，利用产生光子收发机的一个或多个部件 的处理，在半导体管芯上处理沟槽。因此，该沟槽可相对于光子收发机的光模或波导的刻面 精确地对准。一个或多个对准销或柱(也可称为引导销或柱)与相应的沟槽对接以从半导体管 芯伸出，以提供用于所得的包括半导体管芯、衬底以及对准销的完成光学收发机组装件的 被动对准特征。可包括支承机构以将对准销相对于半导体管芯固定于沟槽处。图1A和IB示出在衬底之上悬垂且包括对准销和沟槽的光子收发机组装件的实施 例的框图的不同视图。首先参考图1A，光子管芯102包括V沟槽130。光子管芯102代表 具有处理到管芯之中和/或之上的光学收发机电路的半导体(例如硅、SiGe或多种II1-V组 合中的任一种)管芯。光学收发机电路包括产生处于活动模式的一个或多个波导110的电 子电路。波导可被视为管芯的“活动区”，而且在其上处理了电路的半导体管芯的表面或面 处或其附近产生。这样的表面可被视为最接近波导的管芯的面。V沟槽130是微结构或微加工结构的一个示例。结构的其它类型可包括使用对准 销可对准的柱(例如排成一行的一系列柱)或墙(例如向半导体管芯的面或沟槽的对面突出的细长结构)。例如，通过蚀刻或通过用锯条制造沟槽，V沟槽130可被处理到半导体管芯 上。此外，通过使用激光切割的精确处理可用于创建沟槽。通过生长晶体结构或通过处理 掉材料以留下微结构，可产生柱或墙。在一个实施例中，V沟槽130被蚀刻到光子管芯102的半导体块之中。在一个实施 例中，利用光刻工艺将沟槽处理到光子管芯102之中，该光刻工艺用于产生光学电子电路 的一个或多个部件。因此，可利用用于产生电路的相同技术来处理沟槽。这样的沟槽将通 过光刻方式与光子器件的波导刻面对准。波导刻面是在光子收发机操作期间管芯发射光或 接收光的面或边缘。沟槽与波导刻面的对准允许对准销与实际被处理的波导的精确对准， 而不是理论或设计的布置。光子管芯102在操作时产生和/或接收光。如本领域普通技术人员所理解，光产 生或接收的区域可被称为波导或光模或活动光学区域。光子管芯102包括一个或多个波导 110。虽然在附图中示出了四个波导，但波导的数量对本申请中讨论的主题并不重要，而且 可以是任何数量。光子管芯102接合至衬底104，该衬底104也可被称为封装衬底。衬底104允许 光子管芯的封装，且可包括光子管芯与电源和可能的其它部件的互连(其它电连接)。与将 光子器件互连到衬底的传统引线接合技术相反，光子管芯102以倒装芯片方式连接至衬底 104。如本领域普通技术人员所理解，倒装芯片连接包括将经处理的半导体集成电路(IC)翻 转以在其上处理了电路的同一面上连接到衬底。因此，光子管芯102的面106是被处理以 产生电路的面，而且面106之上(或其附近)的波导110将是活动的。面106也是包括互连 至衬底104的触本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.27 US 12/844,6561.一种装置，包括封装衬底，提供用于光子收发机的封装底座；包括光子收发机电路的半导体管芯，所述半导体管芯以倒装芯片方式接合至所述封装衬底，所述半导体管芯在所述半导体管芯的将在光子收发机的光模下活动的边缘之上在所述封装衬底上悬垂，所述半导体管芯具有被处理到所述半导体管芯的半导体块中的沟槽， 所述沟槽在所述半导体管芯被接合到封装衬底时面对所述封装衬底；对准销，在所述沟槽处接触所述半导体管芯并且远离所述封装衬底延伸超出所述半导体管芯，以提供光子收发机的光模与光学透镜的被动对准；以及支承件，用于在所述沟槽处将所述对准销固定至所述半导体管芯。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沟槽包括通过用于产生所述电路的一个或多个部件的光刻工艺而蚀刻到所述半导体块中的沟槽。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述沟槽包括通过光刻方式与所述电路的波导刻面对准的沟槽。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沟槽包括V形槽。5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述对准销在所述半导体管芯的悬垂内在所述沟槽处抵靠所述半导体管芯。6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述对准销的直径大于所述沟槽的宽度，而且其中所述支承件具有凹陷部，其中所述对准销将被保持在所述沟槽与所述支承件的凹陷部之间。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述对准销进一步抵靠所述封装衬底。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括底填料接合材料，用于填充半导体管芯、封装衬底和支承件之间以及对准销和半导体管芯周围的空间，用于将封装衬底、半导体管芯、对准销以及支承件固定到一起作为单模块组装件。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括与所述光子收发机对接的光学透镜，所述光学透镜通过弹簧机构与所述光子收发机对接，且在光学透镜中的配合间隙中与所述对准销被动地对准。10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述光学透镜包括扩展和聚焦在光学模式与光纤之间的光学信号的自由空间光学透镜。11.一种装置，包括包括光子收发机电路的半导体管芯，所述半导体管芯包括在所述半导体管芯最接近所述收发机电路的波导的面之上的球栅阵列(BGA)接触接口，所述半导体管芯通过所述BGA 接触接口以倒装芯片方式接合，所述半导体管芯具有与对准销对接...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·H·金，S·S·李，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：
国别省市：