專利名稱：一種多路并行光電模塊裝配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及甚短距離多路并行光連技術(shù)及電子封裝領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種多 路并行光電模塊裝配方法，利用焊線的塑性變形和支撐作用，使光電器件相對(duì)于驅(qū)動(dòng)(接 收)芯片直立起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在滿足光電器件與平面光波導(dǎo)或平行于基板的光纖直接耦合的條 件下降低光電模塊的總高度，同時(shí)簡(jiǎn)化光互連結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在高速互連領(lǐng)域，電互連由于其電磁干擾、傳輸損耗等限制，使互連成本隨著互連 帶寬的增加而增加。并行光互連技術(shù)可以克服電互連在高速數(shù)據(jù)傳輸中的物理瓶頸，在現(xiàn) 代超級(jí)計(jì)算機(jī)、高端服務(wù)器、核心路由器等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用潛力。對(duì)于并行光互連技術(shù)，目前主流光電器件是垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)和平面 型PIN光電探測(cè)器。受平面裝配工藝的限制，上述光電器件裝配在基板上后，其出光方向和 受光方向都是垂直于基板的，為了在平行基板的方向進(jìn)行光信號(hào)傳輸，光路必須在出光處 和接收處兩次轉(zhuǎn)折90°角。對(duì)于光纖作為傳輸媒質(zhì)，有的產(chǎn)品利用光纖彎曲來(lái)實(shí)現(xiàn)光路的 轉(zhuǎn)折，但是光纖彎曲會(huì)帶來(lái)光能量的損耗，并且光纖彎曲會(huì)占用額外的空間；對(duì)于平面光波 導(dǎo)作為傳輸媒質(zhì)，一般使用45°反射鏡和微透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)光路的轉(zhuǎn)折與耦合對(duì)準(zhǔn)，因?yàn)檫@些 反射鏡和微透鏡的尺度小至微米量級(jí)，對(duì)準(zhǔn)精度要求非常嚴(yán)格，它們的組裝及繁瑣的光對(duì) 準(zhǔn)工序成為了導(dǎo)致光互連成本居高不下的重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種多路并行光電模塊裝配方法，以簡(jiǎn)化 光互連裝配難度，降低光電模塊的裝配成本。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種多路并行光電模塊裝配方法，該方法包括步驟1 將光電器件裝配在載片上；步驟2 連接載片與該光電器件的驅(qū)動(dòng)芯片或信號(hào)放大芯片；步驟3 通過(guò)焊線的塑性變形使載片連同光電器件相對(duì)于芯片直立起來(lái)并固定；步驟4 將芯片裝配在基板上；步驟5 將光纖與光電器件的耦合對(duì)準(zhǔn)并固定。上述方案中，所述光電器件包括垂直腔面發(fā)射激光器和/或PIN光電探測(cè)器。上述方案中，所述載片具有光纖定位通孔、與光電器件焊接的焊料凸點(diǎn)，以及將光 電器件電極引出的布線。上述方案中，所述載片上的焊盤、電極、線路通過(guò)光刻、金屬濺射或蒸發(fā)工藝實(shí)現(xiàn)， 焊料焊點(diǎn)通過(guò)置球或電鍍焊料凸點(diǎn)工藝實(shí)現(xiàn)。上述方案中，所述載片采用陶瓷片或高平整度半導(dǎo)體晶片。
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上述方案中，步驟1中所述將光電器件裝配在載片上采用倒裝工藝實(shí)現(xiàn)。上述方案中，步驟2中所述連接載片與該光電器件的芯片采用焊線鍵合工藝實(shí) 現(xiàn)。上述方案中，步驟3中所述通過(guò)焊線的塑性變形使載片連同光電器件相對(duì)于芯片 直立起來(lái)并固定，是采用微調(diào)工具使載片相對(duì)于芯片直立起來(lái)，該過(guò)程中焊線將產(chǎn)生塑性 變形并對(duì)載片具有支撐作用；將直立的栽片及芯片整體進(jìn)行固定，例如放置在一銅塊上并 用膠進(jìn)行固定。上述方案中，步驟5中所述將光纖與光電器件耦合對(duì)準(zhǔn)并固定，是利用載片上通 孔的定位，裝配好光纖并固定。上述方案中，所述載片和芯片被整體裝配在PCB板的凹槽里，通過(guò)焊線鍵合工藝 與PCB板連接起來(lái)并固定。(三)有益效果本發(fā)明提供的這種多路并行光電模塊裝配方法，通過(guò)焊線塑性變形使光電器件直 立的光電模塊裝配結(jié)構(gòu)通過(guò)焊線的塑性變形和支撐作用，使光電器件相對(duì)于基板直立起 來(lái)，從而使光發(fā)射方向和光接收方向平行于基板，平行于基板的光纖帶或光波導(dǎo)可以直接 與光電器件進(jìn)行耦合，光路傳輸過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行兩次90°轉(zhuǎn)折，省去了微反射鏡的使用，可 以降低光學(xué)耦合難度，并提高了耦合效率。本發(fā)明適用于倒裝工藝的光電器件和線焊工藝 的VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片和光電探測(cè)器接收芯片。


圖1是本發(fā)明提供的多路并行光電模塊裝配的方法流程圖；圖2是12通道的VCSEL陣列的載片示意圖，包括Si基載片101，通孔102，金凸點(diǎn) 103，金線路104。圖3是載片上裝配好VCSEL陣列201的示意圖。圖4是VCSEL載片和VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片通過(guò)金絲焊接的示意圖，圖中301為VCSEL 驅(qū)動(dòng)芯片，302為VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片的焊盤，303為金絲焊線。圖5是將VCSEL載片相對(duì)于VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片直立起來(lái)的示意圖。圖6是從背面觀察的載片和VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片整體裝配圖，圖中標(biāo)注了載片上的光 通孔501。圖7是將VCSEL載片和VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片整體裝配在帶凹槽的PCB601里，并與光纖 帶602完成對(duì)準(zhǔn)耦合。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的多路并行光電模塊裝配的方法流程圖，該方法包 括以下步驟步驟1 采用倒裝工藝將光電器件裝配在載片上；光電器件包括垂直腔面發(fā)射激 光器和/或PIN光電探測(cè)器，載片具有光纖定位通孔、與光電器件焊接的焊料凸點(diǎn)，以及將光電器件電極引出的布線。載片上的焊盤、電極、線路通過(guò)光亥IJ、金屬濺射或蒸發(fā)工藝實(shí)現(xiàn)， 焊料焊點(diǎn)通過(guò)置球或電鍍焊料凸點(diǎn)工藝實(shí)現(xiàn)。載片可采用陶瓷片、Si片或其它高平整度半 導(dǎo)體晶片。步驟2 采用焊線鍵合工藝連接載片與該光電器件的芯片，包括激光器驅(qū)動(dòng)芯片 和光電探測(cè)器的信號(hào)放大芯片；步驟3 通過(guò)焊線的塑性變形使載片連同光電器件相對(duì)于芯片直立起來(lái)，即采用 微調(diào)工具使載片相對(duì)于芯片直立起來(lái)，該過(guò)程中焊線將產(chǎn)生塑性變形并對(duì)載片具有支撐作 用。步驟4 將步驟3形成的整體進(jìn)行固定，例如將該整體放置在一銅塊上并用膠進(jìn)行 固定。步驟5 將光纖與光電器件藕合對(duì)準(zhǔn)并固定，即利用載片上通孔的定位，裝配好光 纖并固定；載片和芯片被整體裝配在PCB板的凹槽里，通過(guò)焊線鍵合工藝與PCB連接起來(lái)并 固定。以下結(jié)合附圖通過(guò)對(duì)具體實(shí)施例的描述，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明利用焊線塑性變 形的光電模塊裝配工藝，以裝配12通道的光發(fā)射模塊為例。參照?qǐng)D2，采用厚度約0. 5mm的Si片作為12通道VCSEL陣列的載片，首先在載片 上采用熱氧化工藝形成1 μ m厚Si02介質(zhì)層，然后通過(guò)光刻、金屬蒸發(fā)等工藝在載片表面形 成金線路104，通過(guò)圓片凸點(diǎn)電鍍工藝形成金凸點(diǎn)103。通過(guò)刻蝕工藝在將要裝配的VCSEL 的出光點(diǎn)位置形成通孔陣列102，通孔陣列用于12通道的光纖帶與VCSEL陣列的對(duì)準(zhǔn)耦合。 金凸點(diǎn)和通孔的位置都是通過(guò)光刻技術(shù)定義的，它們相對(duì)位置的精度可以達(dá)到1 μ m。參照?qǐng)D3，將VCSEL陣列201通過(guò)熱超聲倒裝焊的工藝裝配在載片上，VCSEL陣列 的電極與載片上的金凸點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)。目前倒裝焊精度可以達(dá)到0.5 μ m，結(jié)合金凸點(diǎn)和通孔 之間的高精度相對(duì)位置，可以保證VCSEL陣列的出光面對(duì)準(zhǔn)通孔的中心。參照?qǐng)D4，通過(guò)金絲鍵合工藝，將VCSEL載片上的金線路與VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片上相應(yīng) 的焊盤連接起來(lái)，從而完成VCSEL陣列與驅(qū)動(dòng)芯片的電連接。參照?qǐng)D5和圖6，用微調(diào)工具將載片相對(duì)于VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片直立起來(lái)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證 實(shí)，用于載片與VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片焊接的25根金絲塑性變形后能夠很好地支撐起整個(gè)載片， 并且不會(huì)互相接觸導(dǎo)致短路。參照?qǐng)D7，將VCSEL載片和VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片整體裝配在PCB板601的凹槽里，凹槽 周圍同樣分布著與VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片相對(duì)應(yīng)的焊盤，通過(guò)金絲鍵合工藝將VCSEL驅(qū)動(dòng)芯片與 PCB連接起來(lái)。直立的載片可以立在PCB板上，并通過(guò)粘結(jié)劑固定在PCB板上，最后在顯微 鏡下通過(guò)光學(xué)微調(diào)架將12通道的光纖帶602從VCSEL載片背面插入通孔，完成光纖帶的耦 合對(duì)準(zhǔn)，并固定光纖。整體裝配結(jié)構(gòu)如圖7所示。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，該方法包括步驟1將光電器件裝配在載片上；步驟2連接載片與該光電器件的驅(qū)動(dòng)芯片或信號(hào)放大芯片；步驟3通過(guò)焊線的塑性變形使載片連同光電器件相對(duì)于芯片直立起來(lái)并固定；步驟4將芯片裝配在基板上；步驟5將光纖與光電器件耦合對(duì)準(zhǔn)并固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，所述光電器件包 括垂直腔面發(fā)射激光器和/或PIN光電探測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，所述載片具有光 纖定位通孔、與光電器件焊接的焊料凸點(diǎn)，以及將光電器件電極引出的布線。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，所述載片上的焊 盤、電極、線路通過(guò)光刻、金屬濺射或蒸發(fā)工藝實(shí)現(xiàn)，焊料焊點(diǎn)通過(guò)置球或電鍍焊料凸點(diǎn)工 藝實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，所述載片采用陶 瓷片或或高平整度半導(dǎo)體晶片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，步驟1中所述將光 電器件裝配在載片上采用倒裝工藝實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，步驟2中所述連接 載片與該光電器件的芯片采用焊線鍵合工藝實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，步驟3中所述通過(guò) 焊線的塑性變形使載片連同光電器件相對(duì)于芯片直立起來(lái)并固定，是采用微調(diào)工具使載片 相對(duì)于芯片直立起來(lái)，該過(guò)程中焊線將產(chǎn)生塑性變形并對(duì)載片具有支撐作用。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，步驟5中所述將光 纖與光電器件耦合對(duì)準(zhǔn)并固定，是利用載片上通孔的定位，裝配好光纖并固定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路并行光電模塊裝配方法，其特征在于，所述載片和芯片 被整體裝配在PCB板的凹槽里，通過(guò)焊線鍵合工藝與PCB板連接起來(lái)并固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及多路并行光電模塊的裝配工藝，公開了一種多路并行光電模塊裝配方法，該方法包括步驟1將光電器件裝配在載片上；步驟2連接載片與該光電器件的驅(qū)動(dòng)芯片或信號(hào)放大芯片；步驟3通過(guò)焊線的塑性變形使載片連同光電器件相對(duì)于芯片直立起來(lái)并固定；步驟4將芯片裝配在基板上；步驟5將光纖與光電器件耦合對(duì)準(zhǔn)并固定。本發(fā)明的裝配工藝可省去傳統(tǒng)多路并行光電模塊裝配所需要的光路轉(zhuǎn)折，將光路轉(zhuǎn)折變?yōu)殡娐忿D(zhuǎn)折，降低了模塊的高度。同時(shí)可以節(jié)省光學(xué)元件，簡(jiǎn)化模塊裝配難度，降低成本。
文檔編號(hào)H05K1/02GK101907753SQ200910085879
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2009年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月3日
發(fā)明者萬(wàn)里兮, 李志華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所