[发明专利]晶片级封装的光学组件以及具有该光学组件的收发模块

说明书

技术领域

本专利申请总的涉及光电子学技术，更具体地说，涉及一种晶片级封装的光学组件、制造该光学组件的方法、以及具有该光学组件的收发模块。

背景技术

用于光学收发器模块的光电子构件的封装通常主要遵循两种方法。一种方法使用具有透明窗口的金属罐（metal-can）封装来真空密封有源光电子元件。这种系统具有以下缺点：昂贵的金属罐封装，封装过程一次只能处理一个模块，真空密封要求使用很慢的激光焊接过程，以及要求使用很慢的手工有源对准过程来固定外部镜头盖以实现最佳耦合。另一种方法直接将有源光学构件和驱动IC接合在印刷电路板（PCB）上。但是它具有以下缺点：需要采用专业的高精度透镜接合设备来将聚合体透镜接合到PCB上；聚合体透镜构件不提供真空密封；封装过程一次仅处理一个模块；以及筛选出薄弱激光构件的老化（burnin）过程只能在模块级执行。

发明内容

本专利申请涉及一种晶片级封装的光学组件。在一个方面，晶片级封装的光学组件包括：基板元件，所述基板元件包括顶层、以及与顶层接合的基层；顶窗盖，与所述基板元件的顶层接合；以及多个有源光电子元件，设置在所述基板元件内。所述顶层和基层在所述基板元件内形成至少一个主腔，所述主腔被配置得用于容纳有源光电子元件。围绕所述至少一个主腔形成多个外围腔，所述外围腔作为外部光机零件的对准特征。

有源光电子元件可包括单件形式的或者阵列形式的激光二极管或者光电探测器。晶片级封装光学组件可进一步包括多个上部导电衬垫。所述上部导电衬垫可以布置在主腔的底面，并配置用于接合到有源光电元件上。晶片级封装光学组件可进一步包括多个下部导电衬垫。所述下部导电衬垫设置在光学组件的下部外周面上。导孔可以形成于基层上，填充有金属且分别与所述下部导电衬垫连接。下部导电衬垫可以与焊球连接，所述焊球被配置成允许所述光学组件被连接到电路板上。

多个光学元件可以形成于所述顶窗盖上。所述光学元件可以与所述有源光电元件对准，并配置成便于耦合所述有源光电元件和外部光纤之间的光学信号。

多个开口可形成于所述顶窗盖上，每个所述开口可以与一个外围腔对准。每个开口的尺寸可以大于与所述开口对准的外围腔的尺寸。

所述主腔在所述顶窗盖上的投影可以是方形，所述外围腔在所述顶窗盖上的投影可以是圆形。

所述主腔在所述顶窗盖上的投影可以是方形，所述外围腔在所述顶窗盖上的投影可以是方形。所述主腔和外围腔的侧壁可不垂直于所述顶窗盖的表面平面。

所述晶片级封装光学组件可进一步包括接口IC和多个焊料凸块（solder bump）。所述接口IC可以是接合到所述基层的后侧的倒装晶片，而所述焊料凸块布置在所述基层的后侧且与所述接口IC电连接。

在另一方面，本专利申请提供了一种制造光学组件的方法。所述方法包括：制造顶层硅片，所述顶层硅片包括顶层的多个单独单元；制造基层硅片，所述基层硅片包括基层的多个单独单元；将所述顶层硅片与基层硅片对准并接合，从而形成第一晶片组件；将多个有源光电元件组装到所述第一晶片组件上；制造玻璃晶片；将所述玻璃晶片与所述第一晶片组件对准并结合，从而形成第二晶片组件；以及将所述第二晶片组件切割成单个的光学组件。制造所述顶层晶片的步骤包括蚀刻顶层的每个单独单元的主腔和多个外围腔。所述有源光电元件被组装在所述第一晶片组件的主腔内。

制造顶层硅片的步骤可进一步包括晶片薄化、以及沉积氧化层以用于晶片接合。制造基层硅片的步骤可进一步包括晶片薄化、以及蚀刻贯穿的导孔，沉积氧化层以用于绝缘、沉积金属以填充导孔、在基层硅片的顶面和底面上沉积金属图案、以及表面抛光以促使构件接合。所述方法还包括将焊接凸起连接到所述第二晶片组件的后侧。

在另一方面，本专利申请提供了一种收发模块，包括：至少电路基板、至少一个光电接口IC、光学组件、以及被配置用于将所述光学组件与光纤交接以进行光学信号传输的光纤插座，所述光学组件包括：基板元件，所述基板元件包括顶层、以及与顶层接合的基层；顶窗盖，与所述基板元件的顶层接合；以及多个有源光电子元件，设置在所述基板元件内。所述顶层和基层在所述基板元件内形成至少一个主腔，所述主腔被配置得用于容纳有源光电子元件。围绕所述至少一个主腔形成多个外围腔，所述外围腔作为外部光机零件的对准特征。所述光学组件和接口IC安装在所述电路基板上。所述光电子接口IC通过高速导电迹线电连接到光学组件模块。

光纤插座可包括对准块和光纤阵列。对准块可包括光纤安装部分和组件安装部分，可以采用粘合剂将光纤阵列固定在对准块上。光纤安装部分可以与光学组件的配合方向同轴。