[發明專利]光使能混合半導體封裝

有效

• 申請號: 200580047825.8
• 申請日: 2005-12-07
• 公開（公告）號: CN101180562A
• 公開（公告）日: 2008-05-14
• 發明（設計）人: 戴維·R·羅爾斯頓;托馬斯·馬伊;理查德·梅納迪;傅紹偉;加里·莫斯科維茨
• 申請（專利權）人: 里夫萊克斯光子公司
• 主分類號: G02B6/42
• 分類號: G02B6/42;H01L23/02;H01S5/183;G02B6/12
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所
• 代理人: 羅朋

相關申請

本申請要求享有2004年12月7日提交的美國專利申請第11/005297號的優先權。

發明領域

本發明涉及用于超高速應用的印刷電路板(PCB)領域。特別地，本發明涉及將光學、光電子及電子元件混合集成到標準印刷線路板。

背景技術

光電子封裝與印刷線路板(PWB)集成所面對的主要困難之一是，如何在PWB上提供的光電器件與光波導之間實現有效光耦合。

針對包含垂直腔表面發射激光器(VCSEL)的光電子封裝，已經提出了幾種實施這種集成的方法，但是在某一點上，多數方法包括對準一個相對于VCSEL輸出呈45度的反射鏡的步驟，使VCSEL的光偏轉進入嵌在PCB內的光波導。圖1b示出現有技術中這種實施方式的例子，通過在PWB20內部插入并對準45度反射鏡25，使安裝在空腔朝下球柵陣列(BGA)22空腔內的VCSEL13光耦合至嵌入式光波導18。然而，這種對準步驟難以完成而且耗時。

圖1c示出的另一種提出方法中，集成電路IC封裝12包括插入到用于光耦合至嵌入式光波導18的PWB20凹部內的VCSEL13。圖1a所示的蝶形封裝36為另一種現有技術實施方式，其中光纖19與激光器輸出對準，然后粘接到封裝。同樣，這些現有技術實施方式需要使激光13相對于光波導18或光纖19對準的步驟，這一步驟仍是耗時的工藝。

最近，Rho等人(光波技術期刊，第22卷，第9期，2004年)提出用45度截止的光連接棒作為媒介，將VCSEL發出的光引導至PWB的嵌入式光波導。然而，這種方法仍然包括使棒相對于VCSEL和嵌入式波導對準的步驟，這一步驟很難并且耗時。

發明內容

本發明提供一種用于光電子、光學、光纖、波導、標準電子封裝和標準印刷線路板混合集成的方法及裝置，以制造用于超高速計算和開關應用的光使能印刷電路板(OE-PCB)。

本發明提出的概念直接針對OE-PCB量產的可制造性。根據這些概念，能以可靠方式快速容易地將元件及子元件與印刷線路板和光波導集成，獲得高成品率、高容量的加工后部件。

本發明提供自給式光混合IC(OHIC)封裝，用于光側耦合至印刷線路板(PWB)的光波導。OHIC包括集成電路(IC)封裝。OHIC還包括具有光耦合切面、光電器件和光通道的自給式光學子組件(OSA)；光電器件通過光通道光耦合至光耦合切面，其中OSA電粘接到IC封裝，從而提供光電器件和IC封裝之間的電耦合。最后，所述IC包含對準特征，該對準特征既用于在IC封裝中內部對準OSA，又用于在外部使OHIC與光波導對準，從而實現OHIC經過光耦合切面光側耦合至光波導。

本方法還提供制造自給式光混合IC(OHIC)封裝的方法，該OHIC封裝用于光側耦合至印刷線路板(PWB)的光波導。該方法包括提供集成電路(IC)封裝。該方法包括提供用于粘接到集成電路(IC)封裝并具有光耦合切面的自給式光學子組件(OSA)，其中自給式OSA包括光耦合至光通道的光電器件，光通道在光電器件和光耦合切面之間傳遞光。該方法包括將OSA電粘接到IC封裝，以提供光電器件和IC封裝之間的電耦合，實現經過光耦合切面側耦合至光波導。

本發明還包括制造自給式光混合IC(OHIC)封裝的方法，該OHIC用于光側耦合至印刷線路板(PWB)的光波導。該方法包括：提供包含對準特征的集成電路(IC)封裝；提供具有光耦合切面、光電器件和光通道的自給式光學子組件(OSA)，光電器件經過光通道光耦合至光耦合切面，其中OSA電粘接到IC封裝，從而提供光電器件和IC封裝之間的電耦合；在IC封裝中使用對準特征內部對準OSA，使用對準特征使IC封裝與光波導外部對準；以及將OSA電粘接到IC封裝，從而提供光電器件和IC封裝之間的電耦合，使得經過光耦合切面側耦合至光波導。

本發明還提供光使能印刷電路板(OE-PCB)。OE-PCB包括上文描述的自給式光混合IC(OHIC)封裝。

附圖說明

為使本發明易于理解，通過附圖中的例子說明本發明實施例。

圖1a至1c為現有技術中幾種將激光器發出的光耦合至光波導內的方法的示意性說明：a)為蝶形封裝及其對接耦合光纖的截面，b)為BGA封裝的截面，其中安裝有VCSEL激光器并通過外部45度反射器耦合至嵌入式光波導，以及c)為集成電路(IC)封裝的截面，其包含插入到用于與光波導耦合的PCB凹部的VCSEL；