專利名稱：一種光學集成結構及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電子、微電子封裝技術領域，具體涉及一種光學集成結構及其制作方法。
背景技術：
目前光電子組件有兩種集成方式，單片集成和混合單片集成。單片集成則是將光子器件和電子組件集成在同一襯底上，多為系統(tǒng)集成。但其一定的局限性，即不能在硅片中制造出激光器。另外一個是混合集成技術，即允許不同類別的器件分別選擇各自最合適的材料以及最佳的工藝，然后經過封轉技術進行組裝，以便取得最好的性能。在現(xiàn)階段，由于硅基激光器限制，混合集成得到了廣泛的應用。目前基于混合平面光路(PLC)的集成得到了長足的發(fā)展和廣泛的應用，為單片集成提供一個過渡性解決方案，一方面硅基混合平面光路技術成熟，成本低廉，另一方面封裝技術的進度推動了混合集成技術的發(fā)展。目前倒裝 (Flip-chip)技術被廣泛使用，借助于表面貼技術，WDM濾光片、隔離器等也可以倒裝到同一平臺上。目前大多數光收發(fā)器是以分立光學元件組裝在一起，比如現(xiàn)在的BOSA結構。因此對準、調整和可靠性問題將大大增加生產成本、并降低產量。發(fā)明內容
為解決現(xiàn)有技術中存在的制作成本高、工藝復雜等問題，本發(fā)明提供了一種可以有效的降低制作成本、簡化工藝步驟和提高良率的新的光學集成結構及其制作方法。
具體技術方案由如下步驟實現(xiàn)
一種光學集成結構，其特征在于，包括一激光器、一光無源器件和一探測器，所述光無源器件和所述激光器連接，所述光無源器件和外部通過光波導連接，所述光無源器件的底部設有金屬層，所述金屬層通過金屬孔連接到外部，所述激光器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，所述探測器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上。
優(yōu)選地，所述的光學集成結構包括一激光器、一光無源器件和一探測器，，所述光無源器件和所述探測器連接，所述光無源器件和外部通過光波導連接，所述光無源器件的底部設有金屬層，所述金屬層通過金屬孔連接到外部，所述探測器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，所述激光器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上。
優(yōu)選地，所述光無源器件和所述激光器或者所述探測器采用無源耦合方式連接。
優(yōu)選地，所述光無源器件和所述激光器或者所述探測器的無源耦合采用反射鏡或光柵。
優(yōu)選地，所述激光器或所述探測器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過引線鍵合連接。
優(yōu)選地，所述光無源器件為雙向器、雙向以上、陣列波導光柵或無源波分復用器的任--種。
優(yōu)選地，所述光無源器件的襯底為硅、玻璃或SOI。
優(yōu)選地，所述光無源器件與外部連接的波導為硅波導或有機波導。
優(yōu)選地，所述激光器為邊發(fā)射激光器，所述探測器為面接收探測器。
優(yōu)選地，所述激光器為面發(fā)射激光器，所述探測器為邊接收探測器。
優(yōu)選地，所述金屬層與外部連接為開孔金屬互連或導電膠互連。
一種光學集成機構的制作方法，包括如下步驟
A制作光無源器件，將光學無源器件和激光器連接，對準固定在轉接板上；
B將所述激光器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，并塑封封裝在基板上；
C在所述光無源器件底面金屬打孔，所述光無源器件底部的金屬層通過金屬孔連接到外部，填充互連金屬，引出電極，并在封裝頂面形成金屬走線和焊盤；
D在封裝體形成光波導固定結構，所述光無源器件和外部通過光波導連接，將探測器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上，劃片形成單元封裝結構；
E對準光波導和光無源器件。
優(yōu)選地，一種光學集成結構的制作方法，還包括如下步驟
A制作光無源器件，將光學無源器件和探測器連接，對準固定在轉接板上；
B將所述探測器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，并塑封封裝在基板上；
C在所述光無源器件底面金屬打孔，所述光無源器件底部的金屬層通過金屬孔連接到外部，填充互連金屬，引出電極，并在封裝頂面形成金屬走線和焊盤；
D在封裝體形成光波導固定結構，所述光無源器件和外部通過光波導連接，將激光器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上，劃片形成單元封裝結構；
E對準光波導和光無源器件。
優(yōu)選地，所述光無源器件底部的金屬層通過濺射或者電鍍的方法制作。
優(yōu)選地，所述光無源器件底部的金屬層和外部的互連通過干法刻蝕、濕法刻蝕或者激光鉆孔三種中的任一一種。
優(yōu)選地，所述金屬孔為環(huán)形或柱形。
本發(fā)明的集成結構具有激光器、探測器、光無源器件、驅動/接收電路集成在一起，并激光器、探測器和光無源器件采用無源耦合的特征。該結構通過塑封方法將各種器件集成在一起。可以用于光收發(fā)器、光電集成模塊，還可以用于三維光電集成，實現(xiàn)一種光電集成結構，通過定位、轉移、塑封等技術達到光電器件混合集成，減少所需工序以提高生產率，降低成本，生產周期和成本大幅下降，同時，用于實現(xiàn)該結構的方法工藝簡單，成本低廉，便于操作，效率高。


圖I :是本發(fā)明實施例提供的一種光學集成結構。
圖2 :是本發(fā)明另一實施例提供的一種光學集成結構。
101、集成電路102、激光器103、探測器104、光波導
105、光無源器件106、光纖107、金屬線
108、金屬層109、金屬孔。
具體實施方式
下面結合具體實施方式
對本發(fā)明進行進一步的詳細描述，給出的實施例僅為了闡明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的范圍。
實施例I
如圖I所示，本實施例提供的光學集成結構中激光器102和光無源器件105集成在一起，集成電路101和探測器103分別的采用倒裝方式安裝，也可以選擇引線鍵合的方式，兩種方式都需要在塑封體上和波導層上表面有焊盤和走線。光無源器件105和外部通過光纖106與外部連接。激光器102背電極和光無源器件105的底部金屬108通過金屬線 107連接；光無源器件105的底部金屬層108通過金屬孔109和外部連接。
實施例2
如圖2所示，本實施例提供的光學集成結構中探測器103和光無源器件105集成在一起，集成電路101和激光器102分別的采用倒裝方式安裝，也可以選擇引線鍵合的方式，兩種方式都需要在塑封體上和波導層上表面有焊盤和走線。光無源器件105和外部通過光纖106與外部連接。探測器103背電極和光無源器件105的底部金屬層108通過金屬線107連接；光無源器件105的底部金屬108通過金屬孔109和外部連接。
實施例3
本實施例參照圖I來介紹光學集成結構的制作方法。
步驟1，制作光無源器件，包括耦合波導、轉向結構、光功能器件、耦合結構，并在頂面和底面形成走線和焊盤。
步驟2，如圖I所示的結構中，激光器102和光無源器件105通過對準固定在轉接板上，當用激光器102發(fā)射場和光無源器件105接收場不匹配的時候，或者Z方向的偏差較大，可以采用在轉接板增加臺階進行調整。通過金屬線107連接激光器102的背電極和光無源器件105底面金屬層108,塑封后光無源器件105底面金屬層108打孔,然后填充互連金屬，引出電極。并在塑封頂面形成金屬走線和焊盤。在塑封體形成光波導固定結構。
步驟3，倒裝集成電路和面接收的探測器，劃片形成單元封裝結構。
步驟4，對準光波導106和光無源器件。
實施例4
本實施例參照圖2來介紹光學集成結構的制作方法。
步驟1，制作光無源器件，包括耦合波導、轉向結構、光功能器件、耦合結構，并在頂面和底面形成走線和焊盤。
步驟2，如圖2所示的結構中，探測器103和光無源器件105通過對準固定在轉接板上，當用探測器103發(fā)射場和光無源器件105接收場不匹配的時候，或者Z方向的偏差較大，可以采用在轉接板增加臺階進行調整。通過金屬線107連接探測器103的背電極和光無源器件105底面金屬層108,塑封后光無源器件105底面金屬層108打孔,然后填充互連金屬，引出電極。并在塑封頂面形成金屬走線和焊盤。在塑封體形成光波導固定結構。
步驟3，倒裝集成電路和面接收的激光器102，劃片形成單元封裝結構。
步驟4，對準光波導106和光無源器件。
本發(fā)明所有集成電路一次封裝，直接在晶圓上進行，設備測試一次完成，利用塑封封裝技術，實現(xiàn)一種光電集成結構，通過定位、轉移、塑封等技術達到光電器件混合集成，減少所需工序以提高生產率，降低成本，生產周期和成本大幅下降。
以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構造、特征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內。
權利要求
1.一種光學集成結構，其特征在于，包括一激光器、一光無源器件和一探測器，所述光無源器件和所述激光器連接，所述光無源器件和外部通過光波導連接，所述光無源器件的底部設有金屬層，所述金屬層通過金屬孔連接到外部，所述激光器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，所述探測器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上。
2.一種光學集成結構，其特征在于，包括一激光器、一光無源器件和一探測器，，所述光無源器件和所述探測器連接，所述光無源器件和外部通過光波導連接，所述光無源器件的底部設有金屬層，所述金屬層通過金屬孔連接到外部，所述探測器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，所述激光器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上。
3.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述光無源器件和所述激光器或者所述探測器采用無源耦合方式連接。
4.根據權利要求3所述的光學集成結構，其特征在于，所述光無源器件和所述激光器或者所述探測器的無源耦合采用反射鏡或光柵。
5.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述集成電路與所述激光器或者所述探測器通過倒裝或者弓I線鍵合方式連接。
6.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述激光器或所述探測器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過引線鍵合連接。
7.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述光無源器件為雙向器、 雙向以上、陣列波導光柵或無源波分復用器的任一一種。
8.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述光無源器件的襯底為硅、玻璃或SOI。
9.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述光無源器件與外部連接的波導為娃波導或有機波導。
10.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述激光器為邊發(fā)射激光器，所述探測器為面接收探測器。
11.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述激光器為面發(fā)射激光器，所述探測器為邊接收探測器。
12.根據權利要求I或2所述的光學集成結構，其特征在于，所述金屬層與外部連接為開孔金屬互連或導電膠互連。
13.一種光學集成機構的制作方法，其特征在于，包括如下步驟A制作光無源器件，將光學無源器件和激光器連接，對準固定在轉接板上；B將所述激光器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，并塑封封裝在基板上；C在所述光無源器件底面金屬打孔，所述光無源器件底部的金屬層通過金屬孔連接到外部，填充互連金屬，引出電極，并在封裝頂面形成金屬走線和焊盤；D在封裝體形成光波導固定結構，所述光無源器件和外部通過光波導連接，將探測器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上，劃片形成單元封裝結構；E對準光波導和光無源器件。
14.一種光學集成機構的制作方法，其特征在于，包括如下步驟A制作光無源器件，將光學無源器件和探測器連接，對準固定在轉接板上；B將所述探測器的背電極和所述光無源器件底部的金屬層通過金屬線連接，并塑封封裝在基板上；C在所述光無源器件底面金屬打孔，所述光無源器件底部的金屬層通過金屬孔連接到外部，填充互連金屬，引出電極，并在封裝頂面形成金屬走線和焊盤；D在封裝體形成光波導固定結構，所述光無源器件和外部通過光波導連接，將激光器與集成電路連接，并塑封封裝在基板上，劃片形成單元封裝結構；E對準光波導和光無源器件。
15.根據權利要求13或14所述的制作方法，其特征在于，所述光無源器件底部的金屬層通過濺射或者電鍍的方法制作。
16.根據權利要求13或14所述的制作方法，其特征在于，所述光無源器件底部的金屬層和外部的互連通過干法刻蝕、濕法刻蝕或者激光鉆孔三種中的任一一種。
17.根據權利要求13或14所述的制作方法，其特征在于，所述金屬孔為環(huán)形或柱形。
全文摘要
本發(fā)明公開一種可以有效的降低制作成本，簡化工藝步驟，提高良率的新的光學集成結構，包括一激光器、一光學無源器件和一探測器，光學無源器件和激光器或者探測器連接，光無源器件和外部通過光波導連接，光無源器件的底部金屬通過金屬孔連接到外部，激光器或探測器的背電極和光無源器件的底部金屬通過金屬線連接，本發(fā)明實現(xiàn)一種光電集成結構，通過定位、轉移、塑封等技術達到光電器件混合集成，減少所需工序以提高生產率，降低成本，生產周期和成本大幅下降，同時，用于實現(xiàn)該結構的方法工藝簡單，成本低廉，便于操作，效率高。
文檔編號G02B6/42GK102540365SQ20121004036
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月20日 優(yōu)先權日2011年12月14日
發(fā)明者萬里兮, 劉豐滿 申請人:中國科學院微電子研究所