專利名稱：光接收器封裝件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及光電子封裝件，更具體地，本發(fā)明涉及光接收器封裝件。
背景技術(shù)：
使用晶片加工技術(shù)，可以有效地制造半導(dǎo)體光電子器件，例如用于光發(fā)射器的激光二極管和用于光接收器的光傳感器)。通常，晶片加工技術(shù)在一個(gè)晶片上同時(shí)形成大量(例如，幾千個(gè))器件。隨后切割該晶片以分離獨(dú)立的芯片。同時(shí)制造大量芯片使每個(gè)芯片的成本保持很低，但是，每個(gè)獨(dú)立的芯片都必須被封裝和/或裝配到一個(gè)系統(tǒng)中，所述系統(tǒng)保護(hù)該芯片并為芯片上的器件的使用提供電接口和光接口。
因?yàn)樾枰獙⒍鄠€(gè)光學(xué)元件與半導(dǎo)體器件對(duì)準(zhǔn)，所以裝配含有半導(dǎo)體光電子器件的光學(xué)子組件(OSA)或封裝件通常是高成本的。例如，光收發(fā)器芯片的接收器端可以包括傳感器，該傳感器從光纖接收光信號(hào)，并且將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在光纖和傳感器之間可能需要另外的光學(xué)元件以將光信號(hào)聚焦到傳感器的光敏部分上。傳感器、光纖和介于中間的光學(xué)器件的對(duì)準(zhǔn)可能是費(fèi)時(shí)且昂貴的過(guò)程。此外，通常必須對(duì)每個(gè)封裝件獨(dú)立地進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)和裝配過(guò)程。
晶片級(jí)封裝是一種用于減少集成電路封裝的尺寸和成本的有前途的技術(shù)。借助晶片級(jí)封裝，傳統(tǒng)上獨(dú)立被形成或被固定到獨(dú)立封裝件上的部件被替代地制造在對(duì)應(yīng)于多個(gè)封裝件的一個(gè)晶片上或被應(yīng)用到對(duì)應(yīng)于多個(gè)封裝件的一個(gè)晶片上。所得的結(jié)構(gòu)可以被切割以分離獨(dú)立的封裝件?？梢詼p少被封裝的光電子器件的尺寸和/或成本的封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)是人們所尋找的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于光電子器件的封裝件將傳感器包圍在底座和頂罩之間所形成的腔中。底座可以包括被連接到傳感器的無(wú)源或有源電部件。具體地說(shuō)，底座可以包括向傳感器提供功率的跡線和用于從傳感器輸出的電數(shù)據(jù)信號(hào)的放大器電路。頂罩包括形成了包圍芯片的腔的凹陷，并且腔可以被密閉地密封，以保護(hù)芯片免受外界破壞。封裝件還包括在傳感器光敏區(qū)域上方的頂罩上的柱，并且所述柱用作校準(zhǔn)元件。
可以使所述柱尺寸適于配合到套筒中，該套筒還容納光纖連接器。所述柱被插入套筒的一端，而光纖連接器被插入套筒的另一端，這提供了對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)連接。在光纖抵靠所述柱的情況下，所以柱的長(zhǎng)度控制了光纖和傳感器的間距，并且柱和連接器在套筒中的緊密配合控制了對(duì)準(zhǔn)。因此，裝配接收器光學(xué)子組件(ROSA)不需要復(fù)雜的對(duì)準(zhǔn)過(guò)程。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，將光聚焦到傳感器光敏區(qū)域上的透鏡可以被集成到含有傳感器的芯片上。在一個(gè)特定實(shí)施例中，倒裝芯片接合工藝將芯片固定到底座上，使得芯片的背面朝向光信號(hào)的源頭。隨后可以在芯片的背面上形成透鏡，以將輸入光信號(hào)聚焦到傳感器的光敏區(qū)域上。
本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例是包括底座、管芯、頂罩和對(duì)準(zhǔn)柱的器件。管芯包括被電連接到底座的光傳感器。頂罩被固定到底座上以便形成包圍管芯的腔，優(yōu)選地形成密閉密封的腔，并且對(duì)準(zhǔn)柱被固定到頂罩上并覆蓋在光傳感器的傳感器區(qū)域之上。具有尺寸適合在孔的一端緊密地容納對(duì)準(zhǔn)柱的孔的套筒，還可以在孔的另一端容納光纖連接器，從而將光傳感器與提供所接收的光信號(hào)的光纖對(duì)準(zhǔn)。
管芯可以被固定到底座上的接合焊盤(pán)上，使得管芯的正面與底座相鄰。在管芯背面上所形成的透鏡隨后將所接收的信號(hào)穿過(guò)管芯聚焦到光傳感器的光敏區(qū)域上?；蛘?，透鏡可以被集成到對(duì)準(zhǔn)柱和光傳感器光敏區(qū)域之間的頂罩中。
可以使用晶片加工技術(shù)來(lái)制造底座，并且底座通常包括在腔內(nèi)部并且被電連接到管芯內(nèi)部端子，以及在腔之外是可連接的并且被電連接到內(nèi)部端子的外部端子。底座的外部端子可以直接連接到柔性或剛性電路板。底座還可以包括操作光傳感器的電輸出信號(hào)的有源電路。具體地說(shuō)，底座中的有源電路可以包括放大器。
本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施例是包括底座、頂罩和管芯的器件。管芯的正面具有用于在管芯正面上的光傳感器的光敏區(qū)域，以及形成在管芯背面上的透鏡。透鏡可以是將光穿過(guò)管芯聚焦到敏感區(qū)域上的折射光學(xué)元件。管芯被電連接到底座上，使得管芯的正面和敏感區(qū)域與底座相鄰。頂罩固定到底座上以便形成包圍管芯的腔，但是頂罩可將光信號(hào)傳輸?shù)角恢械耐哥R?？蛇x地，可以沿著到光傳感器的光路徑，將柱固定到頂罩上。
本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施例是包括半導(dǎo)體底座和管芯的器件，其中所述管芯包含光傳感器。半導(dǎo)體底座包括諸如放大器的有源電路，可以使用集成電路處理將所述放大器集成到半導(dǎo)體底座中。管芯上的光傳感器被電連接到有源電路，允許有源電路放大或以其他方式處理來(lái)自光傳感器的輸出信號(hào)。將頂罩固定到底座上，以將管芯包圍在腔中。
本發(fā)明的另一個(gè)特定實(shí)施例是用于制造包含光傳感器的封裝件的方法。所述方法包括制造含有多個(gè)底座區(qū)域的第一晶片，并將管芯各自電連接到底座區(qū)域。頂罩被接合到第一晶片上，以將管芯包圍在第一晶片和各自的頂罩之間的各自的腔中。每個(gè)管芯都包含被定位以接收穿過(guò)頂罩收到的光信號(hào)的光傳感器。得到的結(jié)構(gòu)被分割成包含管芯的獨(dú)立封裝件。
第一晶片可以被制造為在底座區(qū)域的每個(gè)中包括諸如放大器的有源電路。管芯可以如下形成處理襯底以形成在襯底正面具有光敏區(qū)域的傳感器，并在襯底背面上形成透鏡。透鏡將光分別聚焦到光敏區(qū)域上。頂罩可以作為第二晶片的區(qū)域而被形成，使得將頂罩接合到第一晶片上的步驟包括將第二晶片接合到第一晶片。在分割結(jié)構(gòu)以形成獨(dú)立封裝件之后，可以沿著光信號(hào)到封裝件中的管芯的路徑，將對(duì)準(zhǔn)柱固定到封裝件上。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例是用于制造器件的工藝。所述工藝包括處理襯底以形成在襯底正面具有光敏區(qū)域的傳感器；以及在襯底的背面上形成透鏡，所述透鏡將光信號(hào)聚焦到光敏區(qū)域上。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的接收器光學(xué)子組件(ROSA)的橫截面圖，其中對(duì)傳感器使用倒裝芯片(flip-chip)電連接；圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的ROSA的橫截面圖，其中對(duì)傳感器使用引線接合電連接；圖3A示出了包含圖1的ROSA的光學(xué)組件；圖3B示出了經(jīng)由柔性電路與剛性電路板相連接的圖3的光學(xué)組件；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的底座的布局，其中在底座中包括了集成的有源電路；圖5A、圖5B和圖5C圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于制造封裝件的頂罩的過(guò)程；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在晶片級(jí)封裝期間所形成的結(jié)構(gòu)的一部分的橫截面，其中將倒裝芯片結(jié)構(gòu)用于電連接。
在不同附圖中使用的相同參考標(biāo)號(hào)指示類似或等同的器件。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，光收發(fā)器的接收器部分包括一個(gè)封裝件，其中傳感器被密封在一個(gè)腔中。該腔可以形成在頂罩和底座之間，其中頂罩包括對(duì)在所接收的光信號(hào)中使用的光的頻率透明的部分。倒裝芯片技術(shù)可以將傳感器固定到襯底上，使得傳感器的光敏區(qū)域在底座附近且透鏡在傳感器的背面。可以在光敏區(qū)域上方將對(duì)準(zhǔn)柱固定到頂罩上，以便與該對(duì)準(zhǔn)柱對(duì)準(zhǔn)的光纖將把所接收的信號(hào)傳送給傳感器。
封裝件可以使用晶片級(jí)封裝工藝形成，其中在底座晶片中形成底座，在頂罩晶片中形成頂罩。在頂罩晶片接合到底座晶片之前，多個(gè)管芯被固定到底座晶片上。隨后可以切割所接合的結(jié)構(gòu)以分離單個(gè)封裝件。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的光學(xué)子組件或封裝件100。封裝件100包括被電連接到底座120的傳感器110。傳感器110是能夠接收光信號(hào)并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電子傳感器。這種類型的光電子傳感器是本領(lǐng)域所公知的，普遍用于光收發(fā)器中。
在封裝件100中，使用倒裝芯片封裝技術(shù)將傳感器110固定到底座120上。具體地說(shuō)，底座120包括導(dǎo)電柱或?qū)щ妷K122，這些導(dǎo)電柱或?qū)щ妷K122具有與傳感器110上的接合焊盤(pán)112相同的圖案。塊122和接合焊盤(pán)112相互接觸，并且可以使用回流焊工藝被固定在一起?？梢詰?yīng)用底流(underflow)樹(shù)脂(未示出)來(lái)提高傳感器110到底座120的固定的機(jī)械完整性。利用倒裝芯片技術(shù)，傳感器110的正面與底座120的頂部表面相鄰。
底座120優(yōu)選地是可以使用傳統(tǒng)集成電路制造工藝制造的襯底。底座120具體地包括用于以倒裝芯片方式接合到傳感器110的導(dǎo)電柱122、用于外部電連接的外部端子124和導(dǎo)電跡線(未示出)。如下文所進(jìn)一步公開(kāi)的，底座120還可以包括有源電路元件，例如，在傳感器110的操作中有用的放大器。
被固定到底座120上的頂罩130形成了容納傳感器110的腔140。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，頂罩130和底座120之間的焊料層將頂罩130和底座120接合在一起，以密閉地密封腔140，從而保護(hù)傳感器110不受外界環(huán)境損害?；蛘?，可以使用粘合、熱壓接合或者為腔140提供理想密封的任何其他技術(shù)來(lái)接合頂罩130和底座120。
頂罩130提供用于所接收的光數(shù)據(jù)信號(hào)的光路徑，其中傳感器110上的傳感器將該光數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電數(shù)據(jù)信號(hào)。因此，頂罩130的至少一部分對(duì)在光信號(hào)中所使用的光波長(zhǎng)透明。因?yàn)楣鑼?duì)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光透明，所以對(duì)于相對(duì)較長(zhǎng)的波長(zhǎng)(例如，約1100nm或更長(zhǎng))，頂罩130可以由硅制成。當(dāng)采用硅的時(shí)候，傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件制造工藝可以通過(guò)刻蝕硅晶片來(lái)形成對(duì)應(yīng)于腔140的凹陷，以同時(shí)形成大量頂罩130。
封裝件100還包括透鏡150，透鏡150將所接收的光信號(hào)聚焦到傳感器110的光敏區(qū)域上。對(duì)于封裝件100的結(jié)構(gòu)，其上形成了接合焊盤(pán)112和光敏區(qū)域(未示出)的傳感器110的正面與底座120相鄰，并且透鏡150在傳感器110的背面上。透鏡150從而將穿過(guò)容納傳感器110的管芯的光信號(hào)聚焦到光敏區(qū)域上，并且根據(jù)管芯的厚度來(lái)選擇透鏡150的焦距。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以將透鏡150制造在從其切割出傳感器110的晶片的背面上。優(yōu)選地使用半導(dǎo)體器件制造工藝來(lái)制造透鏡150。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，用于形成透鏡150的過(guò)程開(kāi)始于在透鏡150的區(qū)域中形成光致抗蝕劑區(qū)。隨后，加熱可以引起光致抗蝕劑區(qū)熔化，并形成具有期望的透鏡形狀的小珠。隨后可以使光致抗蝕劑硬化，以從光致抗蝕劑形成透鏡150?；蛘撸耘c去除下面晶片的材料相同的速率去除光致抗蝕劑的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)或其他各向異性刻蝕工藝可以去除光致抗蝕劑區(qū)，并將光致抗蝕劑區(qū)的透鏡形狀轉(zhuǎn)移到晶片的表面。將透鏡形狀轉(zhuǎn)移到下面的晶片上的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是得到的透鏡150是由晶片材料(例如，硅)制成的，其可以具有比光致抗蝕劑大得多的折射率。
柱160被固定(例如，用環(huán)氧樹(shù)脂粘接或膠接)到透鏡150之上的頂罩130上。對(duì)于柱160的定位與固定過(guò)程，通?？梢允褂靡曈X(jué)線索(visualcues)來(lái)以足夠的精度將柱160定位在透鏡150之上。然而，另一種工藝在測(cè)試封裝件100期間將光信號(hào)發(fā)射穿過(guò)柱160，并且按照需要移動(dòng)柱160以輸出適當(dāng)?shù)碾娦盘?hào)。
柱160用作對(duì)準(zhǔn)元件，其簡(jiǎn)化了含有封裝件100的光學(xué)組件的制造。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，柱160是內(nèi)徑大于所接收的光信號(hào)的預(yù)期光束輪廓的中空?qǐng)A柱體。于是，柱160可以由例如金屬或硅的任何適當(dāng)?shù)哪途貌牧现瞥?。或者，?60可以是提供光路徑的光學(xué)透明材料的實(shí)心結(jié)構(gòu)，例如圓柱體或球體。在共同遞交的序列號(hào)未知，題目為“Alignment Postfor Optical Subassemblies Made With Cylindrical Rods，Tubes，Spheres，orSimilar Features”，代理卷號(hào)10030442-1的美國(guó)專利申請(qǐng)中進(jìn)一步描述了用于包含光器件的封裝件的對(duì)準(zhǔn)柱。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的封裝件200，其中使用引線接合將傳感器210電連接到底座220上。與傳感器110類似，傳感器210是能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的光電子器件，但是傳感器210位于具有接合焊盤(pán)212的管芯上，其中接合焊盤(pán)212被設(shè)計(jì)用于引線接合。接合引線215于是將傳感器210上的接合焊盤(pán)212連接到底座220上的接合焊盤(pán)222上。導(dǎo)電跡線和/或有源電路元件將接合焊盤(pán)222連接到外部端子224。
利用引線接合，傳感器210的背面與底座220相鄰，并且透鏡250可以被集成到頂罩230中，以將所接收的光信號(hào)聚焦到光敏區(qū)域上。這種配置避免了將光信號(hào)發(fā)射穿過(guò)傳感器210，這優(yōu)選用于較短的波長(zhǎng)。具體而言，硅對(duì)較短波長(zhǎng)不透明。為了傳輸較短的波長(zhǎng)，頂罩230包括玻璃或?qū)庑盘?hào)波長(zhǎng)透明的另外的材料的板234。支架環(huán)232界定腔240，其中支架環(huán)232可以使用標(biāo)準(zhǔn)晶片加工技術(shù)由硅制成。
當(dāng)光信號(hào)使用硅對(duì)其透明的波長(zhǎng)時(shí)，分開(kāi)加工支架環(huán)232和板234也有益處。具體而言，對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)，板234可以是使用傳統(tǒng)晶片加工技術(shù)被處理的硅襯底，以形成光學(xué)元件250，例如衍射透鏡。支架環(huán)232則可以由金屬、硅或化學(xué)上與機(jī)械上適當(dāng)?shù)娜魏纹渌牧现瞥伞?br> 與封裝件100類似，封裝件200包括用于在光學(xué)組件中對(duì)準(zhǔn)封裝件的柱160。圖3A示出了包含封裝件100的光學(xué)組件300的一部分。光學(xué)組件300包括光纖連接器，光纖連接器包括在套管310中的光纖320。光纖連接器可以是傳統(tǒng)的連接器，其可以從多個(gè)來(lái)源的任何一個(gè)購(gòu)買獲得。相應(yīng)地，套管310通常具有約1.25mm或2.5mm的直徑?；旧蠟橛山饘佟⑺芰匣蛉魏纹渌m當(dāng)?shù)哪途貌牧现瞥傻闹锌請(qǐng)A柱體的套筒330接納封裝件100的柱160和光纖320兩者。
柱160的頂部表面用作光纖限位器，并控制光纖320相對(duì)于傳感器110上的光敏區(qū)域的“z”向位置。在套筒330中貼合地配合的套管310和柱160的外徑規(guī)定了柱160和光纖320在x-y面中的位置。以這種方式，光纖320被定位在柱160的中心，從而將從光纖320接收的光信號(hào)集中到透鏡150上。因此，在制造封裝件100的過(guò)程中正確定位具有期望長(zhǎng)度的柱160，簡(jiǎn)化了為將來(lái)自光纖320的光信號(hào)有效地耦合到傳感器110而對(duì)光纖320進(jìn)行的對(duì)準(zhǔn)。
組件300的外部端子124通常被連接到包含光收發(fā)器或光接收器的其他部件的電路板上。圖3B示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中端子124連接到柔性電路340。柔性電路340通常是包含導(dǎo)電跡線的柔性帶或襯底，其中導(dǎo)電跡線可以以傳統(tǒng)的方式被焊接到外部端子124上。可以形成一個(gè)孔洞穿過(guò)柔性電路340，來(lái)容納頂罩130和/或柱160。其上安裝有光接收器或收發(fā)器的其他部件352的剛性電路板350通過(guò)柔性電路340和底座120被電連接到傳感器。在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，如果套筒330的最終方向便于連接光纖連接器的話，則OSA 300的外部端子124可以被直接連接到剛性電路板上。
上面描述的封裝件中的底座可以包含無(wú)源或有源電路。圖4圖示了包含襯底410的底座400的布局，其中在襯底410上已制造了前置放大器電路420。前置放大器電路420可以操作來(lái)自被固定到底座400上的管芯上的傳感器的輸出數(shù)據(jù)信號(hào)。襯底410是半導(dǎo)體襯底，標(biāo)準(zhǔn)IC加工技術(shù)可以在其上制造前置放大器電路420。一旦設(shè)置了前置放大器電路420，則用于連接外界的接合焊盤(pán)430和用于固定光電子器件管芯的倒裝芯片焊盤(pán)440被形成，并被連接到前置放大器電路420。
在圖4所圖示的實(shí)施例中，外部焊盤(pán)630接納I/O信號(hào)，例如將要連接到內(nèi)部焊盤(pán)440的PIN光電二極管的穩(wěn)定電壓Vpin、負(fù)電壓或地電壓Vee、電源信號(hào)Vcc，以及互補(bǔ)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)DATA和DATA。前置放大器420可以操作以將來(lái)自PIN光電二極管的模擬輸出轉(zhuǎn)換為可能處于或低于常規(guī)CMOS級(jí)別的互補(bǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)DATA和DATA。
在前置放大器電路420和外部接合焊盤(pán)430之間形成用于固定頂罩的焊環(huán)450。其尺寸適于允許連接外部接合焊盤(pán)430的單個(gè)頂罩可以被固定到焊環(huán)450上?；蛘撸诙鄠€(gè)頂罩被制造在一個(gè)頂罩晶片中的晶片級(jí)封裝工藝中，頂罩晶片被固定到底座晶片上。頂罩晶片的局部刻蝕在被接合到底座晶片上的頂罩晶片的一側(cè)形成鋸槽，并且允許從相對(duì)一側(cè)鋸開(kāi)頂罩晶片而不損壞下面的結(jié)構(gòu)。可以類似地使用晶片加工技術(shù)制造圖1和圖2的頂罩130和230。特別地，對(duì)于較長(zhǎng)光波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)刻蝕硅晶片以形成腔和鋸槽，可以形成頂罩晶片。
圖5A、5B和5C圖示了用于形成包括支架環(huán)510和背襯板520的頂罩500的過(guò)程。如上所述，例如頂罩500的多層頂罩的優(yōu)點(diǎn)在于，可以以不同方式加工和/或由不同材料制成層510和520。具體地說(shuō)，可以使用標(biāo)準(zhǔn)硅晶片處理來(lái)制造支架環(huán)510，而板520可以由諸如玻璃之類的對(duì)期望的光波長(zhǎng)透明的材料制成。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)楫?dāng)前VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)一般產(chǎn)生具有硅能吸收的波長(zhǎng)(例如，850nm)的光，而由諸如玻璃(例如，含鈉)之類的材料制成的晶片可能不適于許多硅晶片制造設(shè)備。
圖5A圖示了在制造支架環(huán)510的過(guò)程中所創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)。制造過(guò)程開(kāi)始于薄硅襯底512(例如，275μm厚的硅晶片)。在襯底512上形成厚度約0.5μm的二氧化硅(SiO2)或能夠充當(dāng)硅的刻蝕停止層的其他材料的層514。
隨后在刻蝕停止層514上沉積薄多晶硅層516(例如，約1μm或更小)。多晶硅層516充當(dāng)用于形成光學(xué)元件530的基底，但是它薄得足夠?qū)υ谒邮展庑盘?hào)中所使用的光波長(zhǎng)透明。在所圖示的示例中，例如，通過(guò)構(gòu)建交替的多晶硅和氧化物層來(lái)實(shí)現(xiàn)衍射透鏡或折射透鏡的期望形狀或特性，來(lái)在層516上形成透鏡530。
由諸如TEOS之類的材料形成的平坦化的透明層518被沉積在透鏡530上，以提供平坦表面，用于接合到背襯板520。背襯板520由玻璃或其他透明材料制成，并且例如在背襯板520是由鈉玻璃制成時(shí)，通過(guò)陽(yáng)極接合，將背襯板520接合到層518。最后，襯底512背面的一部分被向下刻蝕到刻蝕停止層512，以形成如圖5C所示的腔540。在腔540之上剩余的硅的厚度很薄，并且允許期望波長(zhǎng)的光穿過(guò)光學(xué)元件530。
板520的接合和襯底510和520的刻蝕通常在晶片級(jí)別完成，其中同時(shí)形成大量頂罩500。隨后可以在接合到底座之前或之后，從接合的晶片切出獨(dú)立的頂罩500。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在晶片級(jí)封裝工藝期間所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)600。結(jié)構(gòu)600包括用于光信號(hào)的多個(gè)傳感器110。每個(gè)傳感器110都位于在底座晶片620和頂罩晶片630之間形成的腔140的一個(gè)中。使用傳統(tǒng)倒裝芯片封裝設(shè)備將傳感器110固定并連接到底座晶片620的期望位置處。諸如透鏡或棱鏡的光學(xué)元件150可以被固定到或被集成進(jìn)每個(gè)傳感器110的背面。
底座晶片620包括用于多個(gè)底座的電路元件。對(duì)于每個(gè)底座，接合焊盤(pán)122和電跡線或過(guò)孔(未示出)將相關(guān)聯(lián)的傳感器110連接到各自的外部端子124。圖6示出了一個(gè)實(shí)施例，其中外部端子124位于底座晶片120的頂面上，但是，外部端子或者可以被提供在底座晶片的底面上。此外，諸如參考圖4所描述的放大器之類的有源器件(未示出)可以被包含在底座晶片620中。
頂罩晶片630被制造為在與底座晶片620上的傳感器110相對(duì)應(yīng)的區(qū)域中包括凹陷或腔140。頂罩晶片630包括硅、石英、玻璃或?qū)庑盘?hào)透明且適于形成腔140的任何材料。腔140可以以多種方法來(lái)形成，包括但不限于成形、模壓、超聲波加工以及(各向同性、各向異性或等離子)刻蝕。或者，頂罩晶片630可以是如參考圖5A、圖5B和圖5C所描述的多層結(jié)構(gòu)，并且頂罩晶片630還可以包括諸如透鏡(未示出)的集成光學(xué)元件。
底座晶片620和頂罩晶片630被對(duì)準(zhǔn)并接合到一起。眾所周知有多種晶片接合技術(shù)，包括熱接合、焊接和膠接，可以采用這些晶片接合技術(shù)來(lái)固定晶片620和630。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，使用金/錫共晶焊料的焊接將晶片620和630互相固定，并且密閉地密封腔140。對(duì)腔140的密閉密封保護(hù)了所封裝的管芯110免受外界破壞。
在接合了晶片620和630之后，可以切割結(jié)構(gòu)100，以產(chǎn)生單個(gè)封裝件，每個(gè)封裝件都包括被密閉地密封在腔140中的傳感器110。如圖6中所圖示的那樣，可以在頂罩晶片630中形成鋸槽640，以允許在外部端子124之上鋸開(kāi)晶片630，而不會(huì)損壞外部端子124。線632指示在頂罩晶片630中切割的位置。隨后可以在線622處切割底座晶片620以分離出單個(gè)封裝件。
本專利文件涉及如下同時(shí)遞交的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)未知，題目為“Alignment Post for Optical Subassemblies Made With Cylindrical Rods，Tubes，Spheres，or Similar Features”，代理卷號(hào)10030442-1；序列號(hào)未知，題目為“Wafer-Level Packaging of Optoelectronic Devices”，代理卷號(hào)10030489-1；序列號(hào)未知，題目為“Integrated Optics and Electronics”，代理卷號(hào)10030566-1；序列號(hào)未知，題目為“Methods to Make DiffractiveOptical Elements”，代理卷號(hào)10030769-1；序列號(hào)未知，題目為“Optoelectronic Device Packaging With Hermetically Sealed Cavity andIntegrated Optical Element”，代理卷號(hào)10030386-1；序列號(hào)未知，題目為“Optical Device Package With Turning Mirror and Alignment Post”，代理卷號(hào)10030768-1；序列號(hào)未知，題目為“Surface Emitting Laser PackageHaving Integrated Optical Element And Alignment Post”，代理卷號(hào)10030807-1。
盡管已經(jīng)參考具體實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是所述描述僅僅是本發(fā)明的應(yīng)用的示例，而不應(yīng)作為限制。所公開(kāi)的實(shí)施例的特征的各種修改與組合在如所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種器件，包括底座；管芯，所述管芯包含被電連接到所述底座的傳感器；頂罩，所述頂罩被固定到所述底座上，以便形成包圍所述管芯的腔；和對(duì)準(zhǔn)柱，所述對(duì)準(zhǔn)柱沿著到所述傳感器的光路徑被固定到所述頂罩上。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括套筒，所述套筒具有孔，所述孔的尺寸適于在所述孔的第一端容納所述對(duì)準(zhǔn)柱并在所述孔的第二端容納光纖連接器。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述管芯被固定到所述底座上，使得所述管芯的正面與所述底座相鄰。
4.如權(quán)利要求3所述的器件，還包括在所述管芯背面上形成的透鏡，所述透鏡聚焦于所述傳感器的光敏區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括被集成到在所述對(duì)準(zhǔn)柱和所述光傳感器之間的所述頂罩中的透鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述底座包含有源電路，所述有源電路操作所述傳感器的電輸出信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的器件，其中，所述有源電路包括放大器。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，包圍所述管芯的所述腔是被密閉密封的。
9.如權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述底座包括內(nèi)部端子，所述內(nèi)部端子在所述腔之內(nèi)，并且被電連接到所述管芯；和外部端子，所述外部端子在所述腔之外是可連接的，并且被電連接到所述內(nèi)部端子。
10.如權(quán)利要求9所述的器件，還包括被連接到所述外部端子的柔性電路。
11.一種器件，包括底座；管芯，所述管芯包含在所述管芯正面具有光敏區(qū)域的傳感器，所述管芯被固定到所述底座上，使得所述管芯的所述正面與所述底座相鄰；頂罩，所述頂罩被固定到所述底座上，以便形成包圍所述管芯的腔，所述頂罩允許光信號(hào)傳輸?shù)剿銮恢?；和在所述管芯背面上的透鏡，所述透鏡將所述光信號(hào)聚焦到所述傳感器的所述光敏區(qū)域上。
12.如權(quán)利要求11所述的器件，還包括柱，所述柱沿著到所述傳感器的所述光敏區(qū)域的光路徑被固定到所述頂罩上。
13.如權(quán)利要求12所述的器件，還包括套筒，所述套筒具有孔，所述孔的尺寸適合在所述孔的第一端容納所述對(duì)準(zhǔn)柱并在所述孔的第二端容納光纖連接器。
14.如權(quán)利要求11所述的器件，其中，所述底座包含有源電路，所述有源電路操作所述傳感器的電輸出信號(hào)。
15.如權(quán)利要求14所述的器件，其中，所述有源電路包括放大器。
16.如權(quán)利要求11所述的器件，其中，包圍所述管芯的所述腔是被密閉密封的。
17.如權(quán)利要求11所述的器件，其中，所述底座包括內(nèi)部端子，所述內(nèi)部端子在所述腔之內(nèi)，并且被電連接到所述管芯；和外部端子，所述外部端子在所述腔之外是可連接的，并且被電連接到所述內(nèi)部端子。
18.如權(quán)利要求17所述的器件，還包括被連接到所述外部端子的柔性電路。
19.一種器件，包括半導(dǎo)體底座，所述半導(dǎo)體底座包括被集成到所述半導(dǎo)體底座中的有源電路；管芯，所述管芯包含被電連接到所述有源電路的光傳感器；和頂罩，所述頂罩被固定到所述底座上，以便形成包圍所述管芯的腔。
20.如權(quán)利要求19所述的器件，其中所述有源電路操作所述光傳感器的電輸出信號(hào)。
21.如權(quán)利要求19所述的器件，其中，所述有源電路包括放大器。
22.如權(quán)利要求19所述的器件，其中，包圍所述管芯的所述腔是被密閉密封的。
23.如權(quán)利要求19所述的器件，其中，光信號(hào)穿過(guò)所述頂罩進(jìn)入所述腔。
24.如權(quán)利要求19所述的器件，其中，所述底座包括內(nèi)部端子，所述內(nèi)部端子在所述腔之內(nèi)，并且被電連接到所述管芯；和外部端子，所述外部端子在所述腔之外是可連接的，并且被電連接到所述內(nèi)部端子。
25.如權(quán)利要求24所述的器件，還包括被連接到所述外部端子的柔性電路。
26.一種用于制造包含光傳感器的封裝件的方法，包括制造含有多個(gè)底座區(qū)域的第一晶片；將多個(gè)管芯各自固定并電連接到所述底座區(qū)域上，其中每個(gè)所述管芯包含光傳感器；將頂罩接合到所述第一晶片，其中所述管芯被包圍在所述第一晶片和所述各自的頂罩之間的各自的腔中，并且對(duì)于每個(gè)所述管芯，所述管芯上的所述光傳感器被定位以接收光信號(hào)；以及分割所述得到的結(jié)構(gòu)，以分離出含有所述管芯的多個(gè)封裝件。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，制造所述第一晶片的步驟包括在所述底座區(qū)域的每個(gè)中形成有源電路。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中，所述有源電路是用于被連接到所述底座區(qū)域的所述光傳感器的輸出信號(hào)的放大器。
29.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括處理襯底以形成所述光傳感器，所述光傳感器在所述襯底的正面包括光敏區(qū)域；以及在所述襯底的背面上形成透鏡，以將光聚焦到所述光敏區(qū)域上。
30.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括將柱固定到所述封裝件上，其中每個(gè)柱是沿著光信號(hào)到所述封裝件中的所述管芯的路徑的。
31.如權(quán)利要求26所述的方法，其中，所述頂罩包括第二晶片的各自的區(qū)域，以及將所述頂罩接合到所述第一晶片的步驟包括將所述第二晶片接合到所述第一晶片。
32.如權(quán)利要求26所述的方法，還包括將柱固定在所述封裝件的一個(gè)上，其中所述柱是沿著所述光信號(hào)進(jìn)入所述腔的光路徑的。
33.一種用于制造器件的方法，包括處理襯底以形成傳感器，所述傳感器在所述襯底的正面含有光敏區(qū)域；以及在所述襯底的背面上形成透鏡，所述透鏡將光信號(hào)聚焦到所述光敏區(qū)域上。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述透鏡是衍射光學(xué)元件。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種光接收器封裝件。用于光收發(fā)器接收部分中的管芯的子組件或封裝件包括半導(dǎo)體底座和頂罩，所述底座被電連接到管芯上，所述頂罩被接合到底座上，以密閉地密封腔中的管芯。管芯可以以倒裝芯片方式被接合到底座上，并且可以包括在管芯背面上所制造的衍射光學(xué)元件。有源電路元件可以被集成到底座中，所述有源電路元件例如是用于來(lái)自管芯上的光傳感器輸出信號(hào)的放大器。對(duì)于光學(xué)子組件，可以沿著光信號(hào)到光傳感器的路徑，將一個(gè)柱固定到封裝件上。該柱促進(jìn)光纖的對(duì)準(zhǔn)。柔性或剛性電路可以被焊接到底座的外部端子上。
文檔編號(hào)H04B10/02GK1599059SQ200410062478
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月19日
發(fā)明者肯德拉·蓋洛普, 布倫頓·A·鮑, 羅伯特·E·威爾遜, 詹姆斯·A·馬修斯, 詹姆斯·H·威廉斯 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司