具有倒裝芯片襯底安裝的光電子系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有倒裝芯片襯底安裝的光電子系統(tǒng)。一種光電子系統(tǒng)包含系統(tǒng)襯底、透鏡、橋接裝置以及安裝于所述系統(tǒng)襯底中的腔中的光電子芯片?？蔀榱硪恍酒⑼哥R塊或插入件的所述橋接裝置以倒裝芯片定向安裝到所述光電子芯片，且提供與所述系統(tǒng)襯底的信號導體的電互連。
【專利說明】具有倒裝芯片襯底安裝的光電子系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光電子系統(tǒng)，且更特定來說涉及具有倒裝芯片襯底安裝的光電子系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在光通信系統(tǒng)中，通常必須將光纖耦合到光電子發(fā)射器、接收器或收發(fā)器系統(tǒng)，且又將所述光電子系統(tǒng)耦合到例如切換系統(tǒng)或處理系統(tǒng)等外部電子系統(tǒng)。可通過使收發(fā)器或其它光電子系統(tǒng)模塊化來促進這些連接。模塊化的光電子收發(fā)器系統(tǒng)包含例如激光器等光電子光源和例如光電二極管等光電子光接收器，且還可包含與所述激光器和光電二極管相關(guān)聯(lián)的電子電路。舉例來說，可包含驅(qū)動器電路以用于響應于從外部電子系統(tǒng)接收到的電子信號而驅(qū)動激光器?？砂邮掌麟娐芬杂糜谔幚碛晒怆姸O管產(chǎn)生的信號且將輸出信號提供到外部電子系統(tǒng)。還通常包含一個或一個以上透鏡。
[0003]在光電子收發(fā)器模塊中，光源、光接收器或收發(fā)器(光電子裝置)通常安裝在例如印刷電路板(PCB)等襯底上，且通過線接合而電連接到PCB上的墊。然而，線接合存在缺點，包含寄生效應和容易受到可影響數(shù)據(jù)傳送速度的噪聲的影響。
[0004]所謂的“倒裝芯片”安裝是對線接合的已知替代方案。在倒裝芯片安裝中，在芯片制造工藝的最終晶片處理步驟期間在芯片(即，半導體裸片)的上表面上的導電墊上沉積焊料凸塊。在芯片已與晶片分離(經(jīng)由稱為切塊的工藝)之后，可通過將芯片反轉(zhuǎn)或倒裝，使得其上表面上的焊料凸塊與襯底的上表面上的對應導電墊對準且接觸，來在襯底上安裝芯片。隨后使用回流焊接工藝來將芯片的焊料凸塊附接到襯底的導電墊。
[0005]已經(jīng)建議在光電子模塊中采用倒裝芯片安裝，方法是將光電子裝置安裝在例如PCB等襯底的表面上處于PCB中的孔口上方，其中光電子裝置的上表面面對PCB的上表面。在光電子裝置的上表面上的焊料凸塊與PCB的上表面上的導電墊之間形成電連接。在操作中，光信號可通過PCB中的孔口在光電子裝置與PCB下方的外部系統(tǒng)之間傳送。必須提供穿過PCB或類似襯底的孔口或其它光學路徑存在著各種缺點。
[0006]將需要在光電子系統(tǒng)中在不必提供穿過其上安裝系統(tǒng)的光電子裝置的PCB或其它襯底的光學信號路徑的情況下采用倒裝芯片安裝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的實施例涉及一種光電子系統(tǒng)，其包含系統(tǒng)襯底、透鏡、橋接裝置以及安裝于所述系統(tǒng)襯底中的腔中的光電子芯片。可為例如另一芯片(例如，激光驅(qū)動器芯片、信號接收器芯片或類似芯片，本文統(tǒng)稱為處理芯片)或具有電跡線的透鏡塊的橋接裝置以相對于光電子芯片的倒裝芯片定向安裝。
[0008]在示范性實施例中，系統(tǒng)襯底具有大體上平面襯底上表面和大體上平面襯底下表面。襯底下表面具有襯底下部電觸點的陣列。襯底上表面具有襯底電導體，包含襯底上部電觸點的陣列。光電子芯片具有光電子芯片襯底，其上形成至少一個光信號源、至少一個光信號檢測器或光信號源與檢測器兩者的組合。與此些結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的光信號被傳送通過光電子芯片上表面上的區(qū)。光電子芯片具有通過其傳送光信號的大體上平面光電子芯片上表面，以及由光電子芯片襯底的下表面界定的大體上平面光電子芯片下表面。光電子芯片上表面還具有以與芯片襯底上表面大體上共面的定向而安置的光電子芯片電觸點的陣列?？蔀槔缌硪恍酒?例如，激光驅(qū)動器芯片、信號接收器芯片或類似芯片，本文統(tǒng)稱為處理芯片)或具有電跡線的透鏡塊的橋接裝置安置于透鏡與光電子芯片上表面之間。橋接裝置具有大體上平面橋接裝置上表面和大體上平面橋接裝置下表面。橋接裝置下表面具有與襯底上部電觸點的陣列的至少一部分接觸的第一裝置電觸點陣列。橋接裝置下表面還具有與光電子芯片電觸點的陣列的至少一部分接觸的第二裝置電觸點陣列。因此，橋接裝置電橋接系統(tǒng)襯底與光電子芯片。
[0009]在示范性實施例中，光電子系統(tǒng)的操作方法包含:通過光電子芯片上表面且通過透鏡傳送光信號；在外部電子裝置與襯底下表面上的襯底下部電觸點的陣列之間傳送電信號；在所述橋接裝置的下表面上的第一裝置電觸點陣列與襯底上部電觸點的陣列之間傳送電信號；以及在所述橋接裝置的所述下表面上的第二裝置電觸點陣列與以與系統(tǒng)襯底上表面大體上共面的定向而安置于光電子芯片上表面上的光電子芯片電觸點的陣列的至少一部分之間傳送電信號。
[0010]所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員在檢視以下附圖和詳細描述后將明了其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點。希望所有此類額外系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點包含在本描述內(nèi)、說明書的范圍內(nèi)，且由所附權(quán)利要求書保護。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]參考附圖可更好地理解本發(fā)明。圖中的組件不一定是按比例的，而是強調(diào)清楚地說明本發(fā)明的原理。
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的光電子系統(tǒng)的透視圖。
[0013]圖2是沿著圖1的線2-2截取的截面圖。
[0014]圖3是說明制作圖1的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第一步驟的透視圖。
[0015]圖4是說明制作圖1的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第二步驟的透視圖。
[0016]圖5是說明制作圖1的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第三步驟的透視圖。
[0017]圖6是說明制作圖1的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第四步驟的透視圖。
[0018]圖7是說明制作圖1的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第五步驟的透視圖。
[0019]圖8是說明制作圖1的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第六步驟的透視圖。
[0020]圖9是說明制作圖1的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第七步驟的透視圖。
[0021]圖10是根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實施例的光電子系統(tǒng)的透視圖。
[0022]圖11是沿著圖10的線11-11截取的截面圖。
[0023]圖12是說明制作圖10的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第一步驟的透視圖。
[0024]圖13是說明制作圖10的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第二步驟的透視圖。
[0025]圖14是說明制作圖10的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第三步驟的透視圖。
[0026]圖15是說明制作圖10的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第四步驟的透視圖。
[0027]圖16是說明制作圖10的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第五步驟的透視圖。[0028]圖17是根據(jù)本發(fā)明的再一示范性實施例的光電子系統(tǒng)的透視圖。
[0029]圖18是沿著圖17的線18-18截取的截面圖。
[0030]圖19是說明制作圖17的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第一步驟的透視圖。
[0031]圖20是說明制作圖17的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第二步驟的透視圖。
[0032]圖21是說明制作圖17的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第三步驟的透視圖。
[0033]圖22是說明制作圖17的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第四步驟的透視圖。
[0034]圖23是根據(jù)本發(fā)明的又一示范性實施例的光電子系統(tǒng)的透視圖。
[0035]圖24是沿著圖23的線24_24截取的截面圖。
[0036]圖25是說明制作圖23的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第一步驟的透視圖。
[0037]圖26是說明制作圖23的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第二步驟的透視圖。
[0038]圖27是說明制作圖23的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第三步驟的透視圖。
[0039]圖28是說明制作圖23的光電子系統(tǒng)的示范性方法中的第四步驟的透視圖。
【具體實施方式】
[0040]如圖1到2中所說明，在本發(fā)明的說明性或示范性實施例中，光電子系統(tǒng)10包含系統(tǒng)襯底12、光電子芯片14、散熱器16、透鏡18以及處理芯片20。系統(tǒng)襯底12的下表面具有襯底下部電觸點22的陣列(圖2)，例如球柵陣列(BGA)，以促進光電子系統(tǒng)10到外部系統(tǒng)的印刷電路板(未圖示)的表面的電安裝。
[0041]光電子芯片14包含一個或一個以上光信號源，例如激光器。然而，在其它實施例中，此光電子芯片可替代地包含一個或一個以上光信號檢測器，例如光電二極管，或者可包含光信號源光信號檢測器兩者的組合。光信號源的實例是垂直腔表面發(fā)射激光器(VCSEL)。如此項技術(shù)中眾所周知的，VCSEL芯片包含分層半導體結(jié)構(gòu)或光學區(qū)，其是使用光刻或類似技術(shù)在例如砷化鎵等芯片襯底上形成的。VCSEL結(jié)構(gòu)在垂直于芯片襯底的主平面的方向上從結(jié)構(gòu)內(nèi)的光學區(qū)發(fā)射光學(即，光)信號，且穿過光電子(VCSEL)芯片14的上表面上的VCSEL區(qū)24。在所說明的實施例中，光電子芯片14具有一陣列或多個此類VCSEL結(jié)構(gòu)以及上表面上的對應VCSEL區(qū)24。同樣如此項技術(shù)中眾所周知的，光電二極管芯片或其它光信號檢測器(未圖示)可類似地包含半導體結(jié)構(gòu)或光學區(qū)，其是使用光刻或類似技術(shù)在例如砷化鎵等襯底上形成的。在具有光電二極管芯片的實施例(未圖示)中，光電二極管結(jié)構(gòu)的光學區(qū)在垂直于襯底的主平面的方向上通過此光電子(光電二極管)芯片的上表面上的對應區(qū)接收光信號。
[0042]雖然為了說明的目的，圖1到2中所示的示范性實施例僅包含單一單片光電子芯片14，但其它實施例可包含一個以上此光電子芯片，其各自具有一個或一個以上VCSEL或其它光信號源。在其中若干光電子芯片中的每一者包含光信號源的實施例(未圖示)中，每一此光電子芯片的光信號源可與其它光電子芯片的光信號源電隔離。
[0043]系統(tǒng)襯底12可為多層層壓結(jié)構(gòu)，其由例如通常稱為FR4的合適的有機印刷電路板(PCB)材料制成。如此項技術(shù)中眾所周知的，此PCB材料是不良熱導體。由其上形成VCSEL結(jié)構(gòu)的芯片襯底的下表面界定的光電子芯片14的下表面在VCSEL處于操作中時產(chǎn)生熱。此熱集中于VCSEL結(jié)構(gòu)的光學區(qū)下方的芯片襯底的局部區(qū)處。此局部熱可損壞VCSEL結(jié)構(gòu)或損害其有效操作。[0044]為了使熱離開原地或使熱擴散遠離VCSEL結(jié)構(gòu)，散熱器16安裝于系統(tǒng)襯底12的上表面中的凹部或腔26 (圖3)的底部處。更具體來說，散熱器16的上表面與光電子芯片14的下表面熱接觸，且散熱器16的下表面安裝到腔26的底部壁或表面。散熱器16可具有大體上平面形狀，類似于光電子芯片14的形狀，使得散熱器16和光電子芯片14關(guān)于其主平面是彼此平行的。散熱器16可由既是良好熱導體也是良好電絕緣體或電介質(zhì)的材料制成，例如氮化鋁(AlN)。氮化鋁是一類陶瓷材料且具有大約285瓦/米.開爾文(W/m.K)的導熱率。其它導熱陶瓷材料(例如，具有大于約100W/m.K的導熱率)也可為合適的。
[0045]在其中若干光電子芯片中的每一者包含光信號源的實施例(未圖不)中，在散熱器上個別地安裝此些光電子芯片可幫助使光信號源彼此電隔離。處理芯片20包含用于驅(qū)動VCSEL或光電子芯片14的其它光信號源的電路。在包含光信號檢測器(未圖不)的實施例中，此處理芯片可包含用于接收由光信號檢測器產(chǎn)生的信號的電路。處理芯片20電耦合到光電子芯片14以使得處理芯片20的信號驅(qū)動器電路將電信號提供到光信號源，且在具有光信號檢測器的實施例中，處理芯片20的信號接收器電路接收由光信號檢測器產(chǎn)生的電信號。此電稱合是由光電子芯片14的上表面上的與處理芯片20的下表面上的例如導電墊等電觸點30的對應陣列(圖2)接觸的例如焊料凸塊等電觸點28的陣列(圖5)提供。在其它實施例(未圖示)中，可采用銅柱或其它電觸點技術(shù)來替代焊料凸塊與導電墊的組
口 ο
[0046]處理芯片20還電耦合到系統(tǒng)襯底12的電導體，例如電路跡線和通孔。這些襯底電導體中的一些襯底電導體(包含例如導電墊等電觸點32的陣列(圖3到5))形成于系統(tǒng)襯底12的上表面上。為了清楚起見而未展示例如電路跡線和通孔等其它此類襯底電導體。電耦合是由處理芯片20的下表面上的與電觸點32的對應陣列接觸的例如焊料凸塊等電觸點31的陣列(圖2)提供。在其它實施例(未圖示)中，可采用銅柱或其它電觸點技術(shù)來替代焊料凸塊與導電墊的組合。
[0047]應注意，處理芯片20通過處理其與光電子芯片14和系統(tǒng)襯底12兩者通信的電子信號而用作光電子芯片14與系統(tǒng)襯底12之間的橋接器或接口。在光電子系統(tǒng)10的操作中，處理芯片20響應于處理芯片20從系統(tǒng)襯底12接收到的信號(所述系統(tǒng)襯底12又從系統(tǒng)襯底12安裝于其上的外部系統(tǒng)(未圖示)接收所述信號)而控制光電子芯片14。處理芯片20還在機械意義上充當橋接器，原因在于其跨接或橋接光電子芯片14和系統(tǒng)襯底
12。此機械橋接通過以下情形來促進:光電子芯片14及其電觸點28的陣列的上表面與系統(tǒng)襯底12及其電觸點32的陣列的上表面大體上共面或齊平。
[0048]透鏡18以陣列形成于透鏡塊34的下表面上。因此，處理芯片20夾在光電子芯片14與透鏡塊34之間。每一個別透鏡18(圖2)可包括例如透鏡塊34的下表面上的凸出鼓起。在操作中，從VCSEL區(qū)24的陣列發(fā)射的光信號照射在對應透鏡18上。透鏡18聚焦這些信號或光束，這些信號或光束穿過透鏡塊34且從透鏡塊34的上表面發(fā)射。
[0049]散熱片36安裝在系統(tǒng)襯底12的上表面上的腔26上方。另一大體上平面的散熱器38可夾在處理芯片20與散熱片36之間。也就是說，散熱器38的下表面與處理芯片20的上表面熱接觸，且散熱器38的上表面與散熱片36的下表面熱接觸。還可注意到，透鏡塊34部分地安裝在散熱片36上且部分地安裝在散熱器38上。然而，在其它實施例中，此透鏡塊可僅安裝在散熱片上或以任何其它合適配置安裝。而且，由于此其它散熱器38不需要是電絕緣的，因此其可由例如銅等高導熱材料制成。在不具有此散熱器的實施例中，散熱片的下表面可與處理芯片的上表面直接熱接觸。雖然為了清楚起見而未圖示，但可在彼此熱接觸的元件的鄰接表面之間提供導熱膏的薄層。
[0050]可參見圖3到9描述用于制造光電子系統(tǒng)10的示范性方法。如圖3中所說明，首先在系統(tǒng)襯底12中形成腔26。隨后使用例如導熱環(huán)氧樹脂在系統(tǒng)襯底12的腔26中安裝散熱器16。如上文論述，散熱器16可由例如氮化鋁制成，且系統(tǒng)襯底12可由有機PCB材料制成。隨后，如圖5中所說明，將例如VCSEL芯片等光電子芯片14安裝在散熱器16的上表面上，使得光電子芯片14及其電觸點28的陣列的上表面與系統(tǒng)襯底12及其電觸點32的陣列的上表面大體上共面或齊平。如圖6中所說明，隨后在系統(tǒng)襯底12和光電子芯片14兩者的上表面上安裝處理芯片20，使得其跨接或橋接系統(tǒng)襯底12和光電子芯片14。隨后，如圖7中所說明，在處理芯片20的上表面上安裝其它散熱器38。如圖8中所說明，隨后在系統(tǒng)襯底12的上表面上安裝散熱片36。最終，如圖9中所說明，在散熱片36和散熱器38兩者的上表面的若干部分上安裝透鏡塊34。透鏡塊34可由對由光電子芯片14發(fā)射的波長為透明的合適材料制成，例如玻璃或塑料。
[0051]如圖10到11中所說明，在本發(fā)明的另一示范性實施例中，光電子系統(tǒng)40包含系統(tǒng)襯底42、光電子芯片44、透鏡46以及處理芯片48。系統(tǒng)襯底42的下表面具有襯底下部電觸點50的陣列(圖11)，例如球柵陣列(BGA)，以促進光電子系統(tǒng)40到外部系統(tǒng)的印刷電路板(未圖示)的表面的電安裝。
[0052]由于光電子芯片44可類似于上述光電子芯片14，因此為了清楚起見而不以類似細節(jié)描述光電子芯片44。因此，在此實施例中，光電子芯片44具有一陣列或多個VCSEL結(jié)構(gòu)及其上表面上的對應VCSEL區(qū)52。雖然為了說明的目的，圖10到11中所示的示范性實施例僅包含單一單片光電子芯片44，但其它實施例可包含一個以上此光電子芯片，其各自具有一個或一個以上VCSEL或其它光信號源。在其中若干光電子芯片中的每一者包含光信號源的實施例(未圖示)中，每一此光電子芯片的光信號源可與其它光電子芯片的光信號源電隔離。
[0053]系統(tǒng)襯底42可由導熱陶瓷材料制成，例如氮化鋁。其它導熱陶瓷材料(例如，具有大于約100W/m.Κ的導熱率)也可為合適的。光電子芯片44安裝于系統(tǒng)襯底42的上表面中的凹部或腔53 (圖12)的底部處。
[0054]由于處理芯片48可類似于上述處理芯片20，因此為了清楚起見而不以類似細節(jié)描述處理芯片48。類似于上述實施例,處理芯片48的下表面具有例如導電墊等電觸點54的陣列(圖11)，所述電觸點陣列與光電子芯片44的上表面上的例如焊料凸塊等電觸點56的對應陣列(圖13)接觸。在其它實施例(未圖示)中，可采用銅柱或其它電觸點技術(shù)來替代焊料凸塊(焊料凸塊)與導電墊的組合。
[0055]處理芯片48還電耦合到系統(tǒng)襯底42的電導體，例如電路跡線和通孔。這些襯底電導體中的一些襯底電導體(包含例如導電墊等電觸點58的陣列(圖12到13))形成于系統(tǒng)襯底42的上表面上。電耦合是由處理芯片48的下表面上的與電觸點58的對應陣列接觸的例如焊料凸塊等電觸點59的陣列(圖11)提供。在其它實施例(未圖示)中，可采用銅柱或其它電觸點技術(shù)來替代焊料凸塊與導電墊的組合。
[0056]處理芯片48通過處理其與光電子芯片44和系統(tǒng)襯底42兩者通信的電子信號而用作光電子芯片44與系統(tǒng)襯底42之間的橋接器或接口。在光電子系統(tǒng)40的操作中，處理芯片48響應于處理芯片48從系統(tǒng)襯底42接收到的信號(所述系統(tǒng)襯底42又從系統(tǒng)襯底42安裝于其上的外部系統(tǒng)(未圖示)接收所述信號)而控制光電子芯片44。處理芯片48還在機械意義上充當橋接器，原因在于其跨接或橋接光電子芯片44和系統(tǒng)襯底42。此機械橋接通過以下情形來促進:光電子芯片44及其電觸點56的陣列(圖13)的上表面與系統(tǒng)襯底42及其電觸點58的陣列的上表面的支架狀部分大體上共面或齊平。
[0057]透鏡46以陣列形成于透鏡塊60的下表面上。因此，處理芯片48夾在光電子芯片44與透鏡塊60之間。在操作中，從VCSEL區(qū)52的陣列發(fā)射的光信號照射在對應透鏡46上。透鏡46聚焦這些信號或光束，這些信號或光束穿過透鏡塊60且從透鏡塊60的上表面發(fā)射。
[0058]散熱片62安裝在系統(tǒng)襯底42的上表面上的腔53上方。如上述實施例中，另一大體上平面的散熱器64可夾在處理芯片48與散熱片62之間。由于此其它散熱器64不需要是電絕緣的，因此其可由例如銅等高導熱材料制成。在不具有此散熱器的實施例中，散熱片的下表面可與處理芯片的上表面直接熱接觸。
[0059]可參見圖12到16描述用于制造光電子系統(tǒng)40的示范性方法。如圖12中所說明，首先在系統(tǒng)襯底42中形成腔53。在所說明的實施例中，腔53具有臺階形狀，其中腔53的下部部分用以接納光電子芯片44和處理芯片54。電觸點58形成于腔53中的上部臺階或支架上。然而，在其它實施例中，此腔可不具有臺階或具有一個以上臺階。
[0060]如圖13中所說明，隨后將光電子芯片44安裝在腔53的下部部分中，使得光電子芯片44及其電觸點56的陣列的上表面與腔53及其電觸點58的陣列的上部臺階或表面大體上共面或齊平。如圖14中所說明，隨后在腔53中的支架和光電子芯片44兩者的上表面上安裝處理芯片48，使得其跨接或橋接光電子芯片44和系統(tǒng)襯底42的表面。在處理芯片48的上表面上安裝了散熱器64 (圖11)之后，在系統(tǒng)襯底42的上表面上安裝散熱片62，如圖15中所說明。最終，如圖16中所說明，在散熱片62和散熱器64兩者的上表面的若干部分上安裝透鏡塊60。
[0061]如圖17到18中所說明，在本發(fā)明的又一不徂性實施例中，光電子系統(tǒng)70包含系統(tǒng)襯底72、光電子芯片74、透鏡76以及處理芯片78。系統(tǒng)襯底72的下表面具有襯底下部電觸點80的陣列(圖18)，例如球柵陣列(BGA)，以促進光電子系統(tǒng)70到外部系統(tǒng)的印刷電路板(未圖示)的表面的電安裝。
[0062]由于光電子芯片74可類似于上述光電子芯片14和44，因此為了清楚起見而不以類似細節(jié)描述光電子芯片74。因此，在此實施例中，光電子芯片74具有一陣列或多個VCSEL結(jié)構(gòu)及其上表面上的對應VCSEL區(qū)82 (圖22)。光電子芯片74的上表面具有例如焊料凸塊等電觸點84的陣列。雖然為了說明的目的，圖17到18中所示的示范性實施例僅包含單一單片光電子芯片74，但其它實施例可包含一個以上此光電子芯片，其各自具有一個或一個以上VCSEL或其它光信號源。在其中若干光電子芯片中的每一者包含光信號源的實施例(未圖不)中，每一此光電子芯片的光信號源可與其它光電子芯片的光信號源電隔離。
[0063]系統(tǒng)襯底72可由導熱陶瓷材料制成，例如氮化鋁。其它導熱材料(例如，具有大于約100W/m.Κ的導熱率)也可為合適的。光電子芯片74安裝于系統(tǒng)襯底72的上表面中的凹部或腔86 (圖21)的底部處。[0064]由于處理芯片78可類似于上述處理芯片20和48，因此為了清楚起見而不以類似細節(jié)描述處理芯片78。處理芯片78的上表面具有例如焊料凸塊等電觸點88的陣列(圖18)。
[0065]雖然為了清楚起見而未圖示，但系統(tǒng)襯底72包含例如電路跡線和通孔等各種電導體。這些襯底電導體中的一些襯底電導體(包含例如導電墊等電觸點90的陣列(圖21))形成于襯底72的上表面上。為了清楚起見而未展示其它此類襯底電導體。
[0066]透鏡76以陣列形成于透鏡塊92的上表面上。透鏡塊92包含例如電路跡線等電導體，其形成于透鏡塊92的下表面上，但為了清楚起見而未圖示。如圖19到20中所說明，這些透鏡塊電導體包含透鏡塊92的下表面上的電觸點94、96和98的陣列。在此實施例中，透鏡塊92用作光電子芯片74與處理芯片78之間以及還有處理芯片78與系統(tǒng)襯底72之間的橋接器或接口，因為透鏡塊電導體在光電子芯片74、處理芯片78與系統(tǒng)襯底72之間路由電子信號。系統(tǒng)襯底72與透鏡塊電導體之間的電耦合是由透鏡塊92的下表面上的與系統(tǒng)襯底72的上表面上的電觸點90的陣列接觸的電觸點94的陣列提供。光電子芯片74與透鏡塊電導體之間的電耦合是由透鏡塊92的下表面上的與光電子芯片74的上表面上的電觸點84的陣列接觸的電觸點96的陣列提供，。處理芯片78與透鏡塊電導體之間的電耦合是由透鏡塊92的下表面上的與處理芯片78的上表面上的電觸點88的陣列接觸的電觸點98的陣列提供。在光電子系統(tǒng)70的操作中，處理芯片78響應于處理芯片78經(jīng)由透鏡塊92的電子導體從系統(tǒng)襯底72接收到的信號而控制光電子芯片74。
[0067]應注意，在此實施例中，透鏡塊92還在機械意義上充當橋接器，原因在于其安裝于系統(tǒng)襯底72、光電子芯片74和處理芯片78之上且跨越系統(tǒng)襯底72、光電子芯片74和處理芯片78。此機械橋接通過以下情形來促進:光電子芯片74及其電觸點84的陣列(圖18)的上表面與處理芯片78及其電觸點88的陣列的上表面大體上共面或齊平，以及與系統(tǒng)襯底72及其電觸點94、96和98的陣列的上表面大體上共面或齊平。
[0068]因此，光電子芯片74和處理芯片78夾在系統(tǒng)襯底72與透鏡塊92之間。在操作中，從VCSEL區(qū)82的陣列(圖22)發(fā)射的光信號穿過透鏡塊92且照射在對應透鏡76上。透鏡76聚焦且發(fā)射這些信號或光束。
[0069]可參見圖19到22描述用于制造光電子系統(tǒng)70的示范性方法。如圖19中所說明，制造透鏡塊92，包含提供導電跡線和電觸點94、96和98的陣列，或其它透鏡塊電導體。隨后，如圖20中所說明，在透鏡塊92的下表面上倒裝芯片地安裝光電子芯片74和處理芯片78。如圖21中所說明，還制造系統(tǒng)襯底72，包含提供導電跡線和電觸點90的陣列，或其它襯底電導體。還在系統(tǒng)襯底72中形成腔86 (圖21)。隨后在系統(tǒng)襯底72的上表面上、光電子芯片74和處理芯片78上方安裝透鏡塊92，如圖22中所說明。
[0070]如圖23到24中所說明，在本發(fā)明的再一示范性實施例中，光電子系統(tǒng)100包含系統(tǒng)襯底102、光電子芯片104、透鏡106以及處理芯片108。系統(tǒng)襯底102的下表面具有襯底下部電觸點110的陣列(圖24)，例如球柵陣列(BGA)，以促進光電子系統(tǒng)100到外部系統(tǒng)的印刷電路板(未圖示)的表面的電安裝。
[0071]由于光電子芯片104可類似于上述光電子芯片14、44和74，因此為了清楚起見而不以類似細節(jié)描述光電子芯片104。因此，在此實施例中，光電子芯片104具有一陣列或多個VCSEL結(jié)構(gòu)及其上表面上的對應VCSEL區(qū)(為了清楚起見而未圖示)。光電子芯片104的上表面具有例如焊料凸塊等電觸點112的陣列(圖24)。雖然為了說明的目的，圖23到24中所示的示范性實施例僅包含單一單片光電子芯片104，但其它實施例可包含一個以上此光電子芯片，其各自具有一個或一個以上VCSEL或其它光信號源。在其中若干光電子芯片中的每一者包含光信號源的實施例(未圖示)中，每一此光電子芯片的光信號源可與其它光電子芯片的光信號源電隔離。
[0072]由于處理芯片108可類似于上述處理芯片20、48和78，因此為了清楚起見而不以類似細節(jié)描述處理芯片108。處理芯片108的下表面具有例如焊料凸塊等電觸點114的陣列(圖24)。
[0073]系統(tǒng)襯底102可由導熱陶瓷材料制成，例如氮化鋁。其它導熱陶瓷材料(例如，具有大于約100W/m-K的導熱率)也可為合適的。光電子芯片104安裝于系統(tǒng)襯底102的上表面中的凹部或腔116的底部處。腔116具有臺階形狀，其中腔116的下部部分用以接納光電子芯片104和處理芯片108。然而，在其它實施例中，此腔可不具有臺階或具有一個以上臺階。雖然為了清楚起見而未圖示，但系統(tǒng)襯底102包含例如電路跡線和通孔等電導體。這些襯底電導體包含腔116中的上部臺階或支架上的例如導電墊等電觸點的陣列(為了清楚起見而未圖示)。
[0074]插入件118安裝于光電子芯片104和處理芯片108之上。插入件118可具有大體上平面或芯片狀形狀，且可由例如硅制成。插入件118包含例如電路跡線等電導體，其形成于插入件118的下表面上，但為了清楚起見而未圖示。如圖25到26中所說明，這些插入件電導體包含插入件118的下表面上的電觸點120、122和124的陣列。在此實施例中，插入件118用作光電子芯片104與處理芯片108之間以及還有處理芯片108與系統(tǒng)襯底102之間的橋接器或接口，因為插入件電導體在光電子芯片104、處理芯片108與系統(tǒng)襯底102之間路由電子信號。系統(tǒng)襯底102與插入件電導體之間的電耦合是由插入件118的下表面上的與系統(tǒng)襯底102的上表面上的電觸點的陣列(未圖示)接觸的電觸點120的陣列提供。光電子芯片104與插入件電導體之間的電稱合是由插入件118的下表面上的與光電子芯片104的上表面上的電觸點112的陣列(圖24)接觸的電觸點122的陣列提供。處理芯片108與插入件電導體之間的電耦合是由插入件118的下表面上的與處理芯片108的上表面上的電觸點114的陣列(圖24)接觸的電觸點124的陣列提供。在光電子系統(tǒng)100的操作中，處理芯片108響應于處理芯片108經(jīng)由插入件118的電導體從系統(tǒng)襯底102接收到的信號而控制光電子芯片104。
[0075]應注意，在此實施例中，插入件118還在機械意義上充當橋接器，原因在于其安裝于系統(tǒng)襯底102、光電子芯片104和處理芯片108之上且跨越系統(tǒng)襯底102、光電子芯片104和處理芯片108。此機械橋接通過以下情形來促進:光電子芯片104及其電觸點的陣列(未圖示)的上表面與處理芯片108及其電觸點的陣列(未圖示)的上表面大體上共面或齊平，以及與系統(tǒng)襯底102及其電觸點120、122和124的陣列的上表面大體上共面或齊平。
[0076]透鏡106以陣列形成于透鏡塊126的上表面上。透鏡塊126安裝于插入件118的頂部上。插入件118具有孔口 128的陣列，其與光電子芯片104的上表面上的VCSEL區(qū)(未圖示)的陣列垂直對準。在操作中，從VCSEL區(qū)的陣列發(fā)射的光信號穿過孔口 128且進入透鏡塊126，其中信號撞擊在對應透鏡106上。透鏡106聚焦且發(fā)射這些信號或光束。
[0077]可參見圖25到28描述用于制造光電子系統(tǒng)100的示范性方法。如圖25中所說明，制造插入件118，包含提供導電跡線和電觸點120、122和124的陣列，或其它插入件電導體。隨后，如圖26中所說明，在插入件118的下表面上倒裝芯片地安裝光電子芯片104和處理芯片108。還制造系統(tǒng)襯底102，包含在其上表面上提供導電跡線和電觸點的陣列(未圖示)。還在系統(tǒng)襯底102中形成腔116 (圖24)。如圖27中所說明，隨后在腔116中安裝包括插入件118、光電子芯片104和處理芯片108的組合件。如圖28中所說明，隨后在插入件118上安裝透鏡塊126，使得其透鏡塊106與插入件118中的對應孔口 128對準。
[0078]上文已描述本發(fā)明的一個或一個以上說明性實施例。然而應了解，本發(fā)明由所附權(quán)利要求書界定且不限于所描述的具體實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種光電子系統(tǒng)，其包括: 系統(tǒng)襯底，其具有大體上平面的襯底上表面和大體上平面的襯底下表面，所述襯底下表面具有襯底下部電觸點陣列，所述襯底上表面具有襯底電導體和將所述襯底電導體的至少一部分互連的襯底上部電觸點陣列，所述襯底具有從所述襯底上表面延伸到所述襯底的內(nèi)部的腔； 光電子芯片，其安裝于所述腔中，所述光電子芯片包括光電子芯片襯底，所述光電子芯片襯底上形成有用于發(fā)射光信號的光信號源和用于接收光信號的光信號檢測器中的至少一者，光電子芯片具有大體上平面的光電子芯片上表面和大體上平面的光電子芯片下表面，所述光電子芯片下表面由所述光電子芯片襯底的下表面界定，所述光電子芯片具有經(jīng)配置以用于將光信號傳送穿過所述光電子芯片上表面的至少一個光學區(qū)，所述光電子芯片上表面進一步具有以與所述襯底上表面大體上共面的定向而安置的光電子芯片電觸點陣列； 透鏡，其與所述至少一個光學區(qū)光學對準；以及 橋接裝置，其安置于所述透鏡與所述光電子芯片上表面之間，所述橋接裝置具有大體上平面的橋接裝置上表面和大體上平面的橋接裝置下表面，所述橋接裝置下表面具有與所述襯底上部電觸點陣列的至少一部分接觸的第一裝置電觸點陣列，所述橋接裝置下表面進一步具有與所述光電子芯片電觸點陣列的至少一部分接觸的第二裝置電觸點陣列，所述橋接裝置進而電橋接所述襯底和所述光電子芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)襯底包括有機印刷電路板材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電子系統(tǒng)，其進一步包括與所述光電子芯片下表面和所述系統(tǒng)襯底在所述襯底腔內(nèi)的表面熱接觸的散熱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電子系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)襯底包括導熱陶瓷材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電子系統(tǒng)，其中所述導熱陶瓷材料包括氮化鋁。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電子系統(tǒng)，其中所述透鏡形成于透鏡塊的下表面上，且所述橋接裝置安置于所述光電子芯片與所述透鏡塊之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光電子系統(tǒng)，其中所述橋接裝置包括處理芯片，所述處理芯片具有電耦合到所述光信號源的信號驅(qū)動器和電耦合到光信號接收器的信號接收器中的至少一者。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電子系統(tǒng)，其進一步包括熱耦合到所述襯底上表面和所述橋接裝置上表面的散熱片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光電子系統(tǒng)，其中所述散熱片經(jīng)由具有散熱器下表面和散熱器上表面的散熱器而熱耦合到所述橋接裝置上表面，所述散熱器下表面與所述橋接裝置上表面熱接觸，所述散熱器上表面與所述散熱片熱接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光電子系統(tǒng)，其中所述透鏡形成于透鏡塊的下表面上，且所述透鏡塊至少部分地安裝在所述散熱片上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)襯底包括導熱陶瓷材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電子系統(tǒng)，其中所述導熱陶瓷材料包括氮化鋁。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光電子系統(tǒng)，其中所述光電子芯片下表面與所述系統(tǒng)襯底在所述襯底腔內(nèi)的氮化鋁表面熱接觸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子系統(tǒng)，其中所述橋接裝置包括由對所述光信號透明的材料制成的透鏡塊，且所述透鏡形成于所述橋接裝置上表面上，所述橋接裝置下表面具有連接所述襯底上部電觸點陣列的至少一部分和所述光電子芯片電觸點陣列的至少一部分的電導體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光電子系統(tǒng)，其進一步包括處理芯片，所述處理芯片安裝于所述系統(tǒng)襯底的所述腔中，且具有電耦合到所述光信號源的信號驅(qū)動器和電耦合到所述光信號接收器的信號接收器中的至少一者，所述處理芯片具有大體上平面的處理芯片上表面和大體上平面的處理芯片下表面，所述處理芯片上表面以與所述襯底上表面大體上共面的定向而安置。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電子系統(tǒng)，其中: 所述橋接裝置包括單片插入件，所述單片插入件具有與所述至少一個光學區(qū)和所述透鏡光學對準的孔口，所述橋接裝置下表面具有連接所述襯底上部電觸點陣列的至少一部分和所述光電子芯片電觸點陣列的至少一部分的電導體；且 所述透鏡形成于由對所述光信號透明的材料制成的透鏡塊的上表面上，所述透鏡塊具有安裝于所述橋接裝置上表面上的下表面。
17.—種在光電子系統(tǒng)中的操作方法，所述光電子系統(tǒng)包括系統(tǒng)襯底、透鏡、橋接裝置以及安裝于所述系統(tǒng)襯底中的腔中的光電子芯片，所述橋接裝置安置于所述透鏡與所述光電子芯片之間，所述方法包括: 在所述光電子芯片的大體上平面的光電子芯片上表面處且通過所述透鏡傳送光信號; 在外部電子裝置與所述系統(tǒng)襯底的大體上平面的襯底下表面上的襯底下部電觸點陣列之間傳送電信號； 在所述橋接裝置的大體上平面的下表面上的第一裝置電觸點陣列與所述系統(tǒng)襯底的大體上平面的襯底上表面上的襯底上部電觸點陣列之間傳送電信號；以及 在所述橋接裝置的所述下表面上的第二裝置電觸點陣列與以與所述襯底上表面大體上共面的定向而安置于所述光電子芯片上表面上的光電子芯片電觸點陣列的至少一部分之間傳送電信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中由有機印刷電路板材料制成所述系統(tǒng)襯底，且所述方法進一步包括以下步驟:安置于所述腔中的散熱器將從所述光電子芯片下表面發(fā)射的熱散布遠離所述光電子芯片的光電子芯片襯底。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中由導熱陶瓷材料制成所述系統(tǒng)襯底，且所述方法進一步包括以下步驟:所述系統(tǒng)襯底將從所述光電子芯片下表面發(fā)射的熱散布遠離所述光電子芯片的光電子芯片襯底。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其進一步包括在所述第二裝置電觸點陣列的一部分與以一定向安裝于所述系統(tǒng)襯底的所述腔中的處理芯片的上表面上的對應觸點陣列之間傳送電信號，在所述定向中，所述處理芯片的所述上表面與所述襯底上表面和所述光電子芯片上表面大體上共面。
【文檔編號】H01L31/024GK103579376SQ201310344064
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月8日
【發(fā)明者】鐘-伊·蘇, 達·庫·王 申請人:安華高科技通用Ip(新加坡)公司