CN118891715A - 光学系统级封装以及利用其的光模块及光收发器 - Google Patents
光学系统级封装以及利用其的光模块及光收发器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118891715A CN118891715A CN202380028613.3A CN202380028613A CN118891715A CN 118891715 A CN118891715 A CN 118891715A CN 202380028613 A CN202380028613 A CN 202380028613A CN 118891715 A CN118891715 A CN 118891715A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- light emitting
- optical
- laser diode
- emitting laser
- type light
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 476
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 58
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 52
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 42
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 41
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 41
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 37
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 36
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 7
- 230000004308 accommodation Effects 0.000 claims description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 36
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 18
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 16
- 230000006870 function Effects 0.000 description 15
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 12
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 11
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N ethyl methyl carbonate Chemical compound CCOC(=O)OC JBTWLSYIZRCDFO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 6
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 5
- UIAFKZKHHVMJGS-UHFFFAOYSA-N 2,4-dihydroxybenzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=C(O)C=C1O UIAFKZKHHVMJGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 229920006336 epoxy molding compound Polymers 0.000 description 4
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 4
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 4
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 3
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 3
- 239000012778 molding material Substances 0.000 description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005679 Peltier effect Effects 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 235000011449 Rosa Nutrition 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 241000723873 Tobacco mosaic virus Species 0.000 description 1
- FRIKWZARTBPWBN-UHFFFAOYSA-N [Si].O=[Si]=O Chemical compound [Si].O=[Si]=O FRIKWZARTBPWBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 229910000833 kovar Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012858 packaging process Methods 0.000 description 1
- 238000012536 packaging technology Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
- H01L25/167—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits comprising optoelectronic devices, e.g. LED, photodiodes
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B1/00—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements
- G02B1/002—Optical elements characterised by the material of which they are made; Optical coatings for optical elements made of materials engineered to provide properties not available in nature, e.g. metamaterials
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
- G02B27/09—Beam shaping, e.g. changing the cross-sectional area, not otherwise provided for
- G02B27/0916—Adapting the beam shape of a semiconductor light source such as a laser diode or an LED, e.g. for efficiently coupling into optical fibers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/12—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates
- H01L23/13—Mountings, e.g. non-detachable insulating substrates characterised by the shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
- H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
- H01L23/3128—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation the substrate having spherical bumps for external connection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
- H01L23/538—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames the interconnection structure between a plurality of semiconductor chips being formed on, or in, insulating substrates
- H01L23/5384—Conductive vias through the substrate with or without pins, e.g. buried coaxial conductors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/022—Mountings; Housings
- H01S5/0233—Mounting configuration of laser chips
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K1/00—Printed circuits
- H05K1/18—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components
- H05K1/181—Printed circuits structurally associated with non-printed electric components associated with surface mounted components
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/023—Redistribution layers [RDL] for bonding areas
- H01L2224/0237—Disposition of the redistribution layers
- H01L2224/02379—Fan-out arrangement
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
- H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
- H01L2225/06527—Special adaptation of electrical connections, e.g. rewiring, engineering changes, pressure contacts, layout
- H01L2225/06531—Non-galvanic coupling, e.g. capacitive coupling
- H01L2225/06534—Optical coupling
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Geometry (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种光学系统级封装以及利用其的光模块及光收发器，其在封装内包括边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)，将平面光波回路(PLC)芯片直接组装在重布线层(RDL)上或通过主印刷电路板(PCB)组装。本发明的光学系统级封装(O‑SIP)的特征在于，包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用光学系统级封装(O-SIP)的光模块，更具体地涉及一种如下利用光学系统级封装(O-SIP)的光模块及光收发器：在成型本体封装内包括边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)，将平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)直接组装在重布线层上或通过印刷电路板(PCB)组装。
背景技术
半导体芯片可制造成起到逻辑或驱动集成电路(IC)的作用且能够对光做出反应的受光器件或发射光的发光器件。这种光器件用于多种领域，作为一例，可用于负责服务器之间的光连接的光收发器，或可用于在电视(TV)与机顶盒之间或虚拟现实(VR，virtualreality)眼镜与图形处理单元(GPU)之间传递影像数据的光模块。
并且，作为光器件的其他应用例，应用于发光器件包括在内的访问传感器、飞行时间(TOF，Time Of Flight)传感器、机载激光雷达(LIDAR，Light Detection And Ranging)等。
光器件应与对其进行驱动或形成接口的电子器件一同使用，以此将光信号转换成电子信号的形态。作为一例，在传输光数据的领域中，可为了将光信号转换成数字信号的模块而一同使用光器件和电子器件。作为其他例，在光传感器领域中，将所接收的光的特性转换成影像数据或深度(Depth)数据的器件可与光器件一同使用。
以上应用以往大部分都使用制造有布线图案的印刷电路板(PCB)安装多个芯片并通过引线键合(wire-bonding)进行连接。这是普通板上芯片(CoB，Chip-on-Board)方式的封装。
并且，代替使用印刷电路板(PCB)的封装，可通过使用基于扇出晶圆级封装(FOWLP，Fan Out Wafer Level Package)方式的半导体封装方式来将光/电器件封装成晶圆级，这是一种可制造超薄型封装的同时使用高精密重布线层(RDL)提高性能的技术。
另一方面，光通信系统通常在电信系统及数据通信系统等多种系统中用于发送数据。电信系统通常包括跨越几英里到数千英里范围的远距离的数据发送。数据通信通常包括通过数据中心进行的数据发送。此类系统包括跨越几米到数百米范围距离的数据发送。
一般情况下，300m以内的短距离光通信通过使用多模垂直腔面发射激光器(VCSEL；Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser)作为发光器件来实现，但是垂直腔面发射激光器(VCSEL)无法进行例如10Km以上的长距离发送。
即，需要在300m以上到数十Km距离的长距离上传输大量数据的光网络的骨干网或数据中心中采用的至少100G级光收发器的光发送模块(TOSA)需要执行将不同波长(频率)的4个通道的信号收集并通过一根光纤传输的波分复用器(WDM MUX)功能。
这种波分复用器(WDM MUX)需要将能够长距离发送的4个单模(Single mode)边缘型发光器件与具有一个单模波导以进行波分复用(WDM)传输的阵列波导光栅(AWG，ArrayedWaveguide Grating)进行对准。
尤其，当使用长距离用或高输出激光二极管时，使用输出单模的激光，其在大部分情况下具有从芯片侧面发光的边缘型发光激光二极管形态。因此需要一种可以有效封装这种器件的方式。
为了对沿能够长距离发送的芯片的边缘(edge)方向发射光的边缘型发光器件与具有单模波导(single mode waveguide)的阵列波导光栅进行光学对准，需要在x、y、z方向上均实现亚微米(sub-micron)单位的光学对准。
但是，很难完全解决器件之间的布线造成的高度公差，以通过在晶圆级自动实现边缘型发光器件、光学部件(即，阵列波导光栅)与光纤之间的所有x、y、z方向上的光学对准，从而在使用无源对准(Passive Alignment)的同时解决组装难度。
并且，通常使用硅光子(Silicon Photonics)来制造用于机载激光雷达(LIDAR)传感器的光学相阵列(OPA，Optical Phase Array)或者用于光通信的调制器(Modulator)，在此情况下，需要与激光二极管和激光驱动电路一起组装。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的问题在于，为了使用长距离用或高输出激光二极管进行光/电封装，设计一种在使用边缘型发光激光二极管时可通过形成平面光波回路(PLC，PlanarLight Circuit)芯片的硅光子(SiPh；Silicon Photonics)芯片或具有光学功能的光部件或者光纤进行良好光学耦合的结构，并通过共封装(Co-package)激光二极管和电子驱动器件来改善性能以及实现低功率。
当使用硅光子(Silicon Photonics)芯片进行光学耦合时，主要使用光栅耦合器。在此情况下，需要将光沿几乎垂直方向(或80～90度之间)入射到硅光子(SiliconPhotonics)芯片的表面。但是在单模激光二极管(Single Mode Laser Diode)的情况下，光沿水平方向入射到芯片的表面，因此为了改变光的方向，还需要使用透镜及镜子等，这增加组装的复杂性和成本。
并且，为了硅光子(Silicon Photonics)芯片的电工作，需要连接驱动芯片，此时需要将外部驱动芯片的布线距离设置成非常短，这样才能以优异的性能进行工作而没有信号损失。
即使不使用硅光子(Silicon Photonics)芯片，通常也需要连接边缘型发光激光二极管和光部件/光纤。在此情况下，通常也同样需要使用透镜等复杂的光学系统，本发明提出一种容易且精密地实现这些部件之间的集成的封装方法。
尤其，当使用边缘型发光激光二极管等光学芯片时，散热结构的设计非常重要，这是因为光学芯片不仅会产生大量的热量，而且光学芯片的发光条件或受光条件等往往对温度敏感，因此散热设计是非常重要的部分。在所有使用板上芯片(CoB)或半导体封装的现有方式中，若在发光的封装面放置散热结构，例如与散热器(Heat Sink)或金属外罩(MetalHousing)连接的结构物，则光学路径将被遮蔽，因而通常会将其放置于相反面。
因此，大部分散热路径由封装的端子焊盘所在的面构成，在此情况下，由于形成有封装的端子焊盘的面与光收发器的主印刷电路板(PCB)相连接，因而在大部分情况下封装的散热通过主印刷电路板(PC B)的热通孔(Thermal VIA)产生。因此，现有方式存在散热结构与芯片之间的散热路径受到印刷电路板(PCB)阻碍的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种如下利用光学系统级封装(O-SIP)的光模块及光收发器：在封装内包括边缘型发光激光二极管和作为电子驱动器件的驱动器集成电路(IC)(Driver IC)，将平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)芯片直接组装在重布线层(RDL)上或通过主印刷电路板(PCB)组装。
技术方案
为了实现上述目的，本发明一实施例的光学系统级封装(O-SIP)的特征在于，包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在上述下部面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
上述基座还包括从倾斜面向上部面延伸而成的金属电极，上述边缘型发光激光二极管可以具有连接在上述金属电极的电极端子。
本发明一实施例的光学系统级封装(O-SIP)还可以包括：驱动器集成电路(IC)，成型在上述成型本体的内部，使得焊盘暴露在上述第二面，用于驱动上述边缘型发光激光二极管；以及散热用金属结构物，上部面与上述驱动器集成电路(IC)的下部面面接触，下部面暴露于第二面。
并且，本发明一实施例的光学系统级封装(O-SIP)还可以包括：多个导电穿模通孔(TMV，Through Mold Via)，一端部与上述重布线层的连接线相连接，另一端部贯通上述成型本体并暴露于第二面；以及多个外部联接端子，与暴露在上述第二面的多个导电穿模通孔(TM V，Through Mold Via)的另一端部相连接，设置于第二面。
本发明一实施例的光学系统级封装(O-SIP)的特征在于，包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第二面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
本发明一实施例的光模块的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；以及平面光波回路(PLC，Planar LightCircuit)，安装在上述光学系统级封装(O-SIP)的第一面，具有光栅耦合器，上述光栅耦合器设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于接收从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号，上述光学系统级封装(O-SIP)包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在上述下部面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
当从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号入射到上述平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)的光栅耦合器时，上述基座的倾斜面可以具有82度的倾斜角。
并且，上述平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)可以包括：平板形本体，由硅光子(Silicon Photonics)构成；光栅耦合器，设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置的本体内部，用于接收从上述边缘型发光激光二极管发射的光；以及波导管，设置在上述平板形本体的内部，一端部与上述光栅耦合器相连接。
并且，本发明一实施例的光模块的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；印刷电路板(PCB)，在下部面安装有上述光学系统级封装(O-SIP)，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)，安装在上述印刷电路板(PCB)的上部面，具有光栅耦合器，上述光栅耦合器设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于通过上述光通过窗口接收从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号。
本发明一实施例的光模块还可以包括微透镜，在上述光学系统级封装(O-SIP)的上部面形成为一体，具有对从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号进行聚焦(Focusing)的功能。
本发明一实施例的光模块的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；印刷电路板(PCB)，在下部面安装有上述光学系统级封装(O-SIP)，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及透镜块，安装在上述印刷电路板(PCB)的上部面，具有倾斜面，上述倾斜面设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于在从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号通过上述光通过窗口入射时使其弯曲成90度。
本发明一实施例的光模块还可以包括：微透镜，设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的上述透镜块的下部面，用于对从上述边缘型发光激光二极管产生并入射的光信号进行聚焦(Focusing)；以及准直(Collimation)透镜，用于将从上述透镜块的出口发射的光信号转换成平行光以使其直线发射。
并且，本发明一实施例的光模块的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；引导块，安装在上述光学系统级封装(O-SIP)的上部面，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及透镜块，安装在上述引导块的上部面，具有倾斜面，上述倾斜面设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于在从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号通过上述光通过窗口入射时使其弯曲成90度。
上述倾斜面可以设置于形成在本体上部面的正三角形凹槽部的斜边，以在上述倾斜面通过利用折射率差的全反射将光路径转换成直角。
本发明一实施例的光模块的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射多个通道的光信号的多个边缘型发光激光二极管；印刷电路板(PCB)，在下部面安装有上述光学系统级封装(O-SIP)，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有结合槽；以及阵列波导光栅(AWG，Arrayed Waveguide Grating)，具有当从上述发光部发射的光信号入射时使其弯曲成90度的反射面的前端部与上述结合槽结合，用于通过执行波分复用(WDM)将多个通道的光信号传递到光纤，上述光学系统级封装(O-SIP)包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在下部面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
本发明一实施例的光模块的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射多个通道的光信号的多个边缘型发光激光二极管；以及阵列波导光栅(AWG，Arrayed Waveguide Grating)，安装在上述光学系统级封装(O-SIP)的上部面，具有当从上述发光部发射的光信号入射时使其弯曲成90度的反射面的前端部结合在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分，用于通过执行波分复用(WDM)将多个通道的光信号传递到光纤，上述光学系统级封装(O-SIP)包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在上述下部面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
本发明一实施例的光收发器的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；印刷电路板(PCB)，在下部面安装有上述光学系统级封装(O-SIP)，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及LC插座，在后端部的收容空间收纳安装有上述光学系统级封装(O-SIP)的印刷电路板(PCB)，前端部与光纤结合，上述光学系统级封装(O-SIP)包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在上述下部面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
上述LC插座可以包括：本体，在后端部侧具有能够收容由光学系统级封装(O-SIP)和印刷电路板(PCB)构成的光模块的收容空间，在前端部侧突出有圆柱形结合突起，在上述圆柱形结合突起的中心部形成有与光纤结合的光纤结合凹槽；以及光学透镜，在上述收容空间的前方与本体形成为一体。
本发明一实施例的光收发器还可以包括光纤支架，在后端部具有用于使上述圆柱形结合突起插入并结合的结合槽，上述光纤支撑在中心部。
本发明一实施例的光收发器的特征在于，包括：光学系统级封装(O-SIP)，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；印刷电路板(PCB)，在下部面安装有上述光学系统级封装(O-SIP)，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及LC插座，后端部与上述印刷电路板(PCB)结合，前端部与光纤结合，上述光学系统级封装(O-SIP)包括：成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；基座，成型在上述成型本体的内部，在上述下部面具有倾斜面；边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
本发明提出一种如下方法：可以通过自动实现能够长距离发送的单模(Singlemode)边缘型发光器件与具有单膜波导以进行波分复用(WDM)传输的阵列波导光栅(AWG，Arrayed Waveguide Grating)之间的所有x、y、z方向上的光学对准，从而在使用无源对准(Passive Alignment)的同时解决组装难度。
并且，为此，本发明提出一种如下方案：在没有单独的光学部件的情况下，利用基座(submount)将从边缘型发光激光二极管芯片的侧面(边缘面)发光的光路径变更为光学系统级封装(O-SIP)的垂直方向。
尤其，本发明提出一种在封装内包括边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)的光学系统级封装(O-SIP，Optical System In Package)，以及利用其的光模块及光收发器。上述光学系统级封装(O-SIP)可以构成光引擎模块。
尤其，在本发明中，为了有效使用形成平面光波回路(PLC，Planar LightCircuit)芯片的硅光子的光栅耦合器，提出一种通过利用基座(submount)将边缘型发光激光二极管立于半导体封装内来进行封装的方式。在此情况下，可以按原样使用，而无需改变普通边缘型发光激光二极管的结构及工艺。
并且，为了有效进行激光二极管、电子驱动器件(即，包括驱动器集成电路(IC)的电子集成电路(Electronic IC)与硅光子之间的电连接，采用如下方式：通过半导体封装方式将激光二极管和电子驱动器件封装在扇出晶圆级封装(FOWLP)内，并在扇出晶圆级封装(FO WLP)上层叠硅光子芯片来进行电连接，从而无需引线键合(wire-bo nding)即可最小化布线长度。
上述边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)成型在封装内，并且以使集成电路(IC)中具有端子焊盘和发光部的面朝向重布线层的方式成型。重布线层位于成型本体上，外部联接端子位于上述重布线层或成型本体的背面。通过额外的微机电系统(MEMS，Micro Electro Mechanical System)或压印(Imprint)工艺，可以在上述重布线层上按晶圆级(wafer level)制造微透镜、光学系统、超表面(Met a-surface)或具有多种图案的层。
以往，通过折射光来使图像变得明显，或将玻璃用作实现放大的透镜。但是，起到超透镜(Metalens)作用的超表面(Meta-surface)由纳米大小的柱子或销等结构构成，从而可以聚焦光而不会导致图像失真。
在以如上所述的扇出晶圆级封装(FOWLP)形态进行封装的情况下，例如，若将封装表面安装(SMT：Surface Mount Technology)在内置于光收发器的主印刷电路板(PCB)上，则会出现发光部被上述主印刷电路板(PCB)遮蔽的情况。为此，在本发明中，可通过在主印刷电路板(PCB)形成贯通孔(through hole)或通过使用透明材料制造光出入口来解决这种问题。之后，可将所需的透镜及光纤等的光学部件组装在主印刷电路板上。
尤其，在本发明中，为了对上述驱动器集成电路(IC)进行散热，可以在成型的驱动器集成电路(IC)的下部设置散热用金属(Metal)结构物。上述金属结构物面被开放(open)，以使得金属结构物暴露在与扇出晶圆级封装(FOWLP)的重布线层相向的封装的相反面，上述暴露的金属结构物面通过与散热器(Heat Sink)或热界面材料(TIM，Thermal InterfaceMaterial)等散热结构物相连接来形成散热路径(Pa th)。
并且，为了电连接上述驱动器集成电路(IC)的下部，可使上述金属结构物与位于扇出晶圆级封装(FOWLP)的上部面的重布线层相连接。在此情况下，可在按晶圆级在整个扇出晶圆级封装(FOWLP)的下部面形成(Deposition)金属来形成金属连接层后，通过导电性通孔(VIA)连接金属结构物和扇出晶圆级封装(FOWLP)的重布线层，或通过上述金属连接层电连接金属结构物之间。
本发明公开一种光学系统级封装(O-SIP，Optical System In Package)，其使边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)位于呈系统级封装(SIP，System In Package)形态的封装内部，而不使用单独的基板，在上述边缘型发光激光二极管和系统级封装的外部之间形成光路径。由于不使用基板，因此本发明的光学系统级封装(O-SIP)可实现更小、更便宜的光收发器。
在本发明中，利用倒装芯片(flip chip)封装技术对上述边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)进行集成而不进行引线键合，同时采用在不使用基板的情况下对多个器件进行集成且向外部引出输入输出(I/O)端子并拉伸输入输出端子的扇出技术，也就是以扇出晶圆级封装(FOWLP，Fan Out Wafer Level Package)方式对上述边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)进行封装，从而可以实现薄型的光学系统级封装(O-SIP)。
上述光学系统级封装(O-SIP)为系统级封装(SIP，System In Package)技术的一种，该技术不使用印刷电路板(PCB)等的基板，而使用环氧树脂模塑料(EMC；Epoxy MoldCompound)等封装物质来进行封装以固定芯片(裸片)，从而与现有封装相比，可以小型化及薄型化至1/16左右，并可降低成本。
通过将本发明的光学系统级封装(O-SIP)安装在主板(PCB)或模块板(PCB)而得到的光模块不仅整体上形成超薄结构，还可通过附着在光学系统级封装(O-SIP)的背面的散热用金属结构物，通过散热器(Heat Sink)或由金属构成的本体外罩实现散热，而不是通过主板(PCB)，从而可防止性能下降。
发明的效果
如上所述，本发明提出一种如下方法：在没有单独的光学部件的情况下，利用边缘型发光激光二极管的基座(submount)将从芯片的侧面(边缘面)发光的光路径变更为垂直方向。
并且，本发明的半导体封装可以提高部件性能、降低组装成本、最小化部件大小。
本发明设计出如下结构：当使用长距离用或高输出激光二极管，即边缘型发光激光二极管进行光/电封装时，可通过硅光子芯片或具有光学功能的光部件或光纤进行良好的光学耦合。并且可通过共封装边缘型发光激光二极管和驱动器集成电来改善性能以及实现低功率。
当使用硅光子芯片进行光学耦合时，主要使用光栅耦合器(Grating Coupler)。在此情况下，需要将光沿几乎垂直方向(或80～90度之间)入射到硅光子芯片的表面。尤其，当使用上述光栅耦合器(Grating Coupler)接收从边缘型发光激光二极管发射的光时，若以相对于垂直轴的8度的倾斜角入射，则可使光学耦合效果最大化。
但是在单模(Single Mode)激光二极管的情况下，光沿水平方向，即芯片的边缘(edge)方向入射到芯片的表面，因此为了改变光的方向，还需要使用透镜及镜子等，这增加组装的复杂性和成本。
为了解决上述问题，在本发明中，提出一种通过将边缘型发光激光二极管立于半导体封装内来进行封装以有效使用硅光子的光栅耦合器的方式。结果，可以按原样使用，而无需改变普通边缘型发光激光二极管的结构及工艺。
并且，为了有效进行边缘型发光激光二极管、驱动器集成电路(IC)、硅光子(SiPh)之间的电连接，通过半导体封装方式将激光二极管和驱动器集成电路(IC)封装在扇出晶圆级封装(FOWLP)内，然后在上述扇出晶圆级封装(FOWLP)的成型本体上部的重布线层上层叠硅光子芯片并利用重布线层进行电连接，从而无需引线键合(wire-bonding)即可最小化布线长度。
尤其，为了上述硅光子芯片的电工作，需要连接驱动芯片，此时需要将外部驱动芯片的布线距离设置成非常短，这样才能以优异的性能进行工作而没有信号损失。
即使不使用硅光子芯片，通常也需要连接边缘型发光激光二极管和光部件/光纤。在此情况下，通常也同样需要使用透镜等复杂的光学系统，本发明可以容易且精密地封装这些部件之间的集成。
本发明可以制造与通过板上芯片(CoB，Chip-on-Board)方式及扇出晶圆级封装(FOWLP，Fan Out Wafer Level Packaging)制造的光学产品相比表现出优异的散热性能的产品。不仅如此，当使用本发明的封装结构时，如以下实施例中所述，可以根据每种应用来制造出具有最小厚度的光模块。
附图说明
图1为根据本发明第一实施例以扇出晶圆级封装(FOWLP)方式对边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)进行封装，并在重布线层上组装平面光波回路(PLC，PlanarLight Circuit)芯片的光学系统级封装(O-SIP)的剖视图。
图2为图1所示的光学系统级封装(O-SIP)的俯视图。
图3a至图3g分别为示出使用扇出晶圆级封装(FOWLP)方式制造图1所示的光学系统级封装(O-SIP)的制造工艺的工艺剖视图。
图4为示出根据本发明第二实施例在激光二极管(LD)的电极设置于芯片的上部和下部时的封装方法的光学系统级封装(O-SIP)的剖视图。
图5为示出根据本发明第三实施例将外部联接端子形成在重布线层的封装方法的光学系统级封装(O-SIP)的剖视图。
图6为示出根据本发明第四实施例在根据图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有具有光通过窗口的印刷电路板(PC B)和平面光波回路的光模块的剖视图。
图7为示出根据本发明第五实施例在根据图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有具有光通过窗口的印刷电路板(PC B)和透镜块的光模块的剖视图。
图8a及图8b分别为示出根据本发明第五实施例的光模块的简要剖视图以及示出利用根据第五实施例的光模块制成的光收发器的剖视图。
图9为示出根据本发明第六实施例在根据图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有透镜块的光模块的剖视图。
图10为示出根据本发明第七实施例在根据第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有印刷电路板(PCB)和阵列波导光栅(AWG)的光模块的剖视图。
图11为示出根据本发明第八实施例在根据第一实施例的光模块结合有阵列波导光栅(AWG)而不是平面光波回路(PLC)的光模块的剖视图。
图12为示出在根据图5所示的第九实施例的光学系统级封装(O-SIP)中边缘型发光激光二极管的光发射方向设置为相反方向的第九实施例的剖视图。
图13a及图13b分别为示出利用LC插座(LC receptacle)连接应用本发明的光学系统级封装(O-SIP)的光模块与光纤的光收发器的剖视图，图13a为采用塑料材质的LC插座的实施例，图13b为采用金属材质的LC插座的实施例。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的优选实施例。
在此过程中，为了说明的明确性和便捷性，可夸张示出附图中所示的结构要的大小或形状等。并且，考虑到本发明的结构及作用而特别定义的多个术语可根据使用人员、操作人员的意图或惯例发生变化。这种术语应基于本说明书的全文内容来被定义。
本发明涉及一种设置在光收发器等的光学系统级封装(Optical System InPackage)，上述光学系统级封装(Optical System In Package)可以安装在主印刷电路板(PCB)以构成光模块，上述光模块可以内置于光收发器。
可在上述主印刷电路板(PCB)大体装载用于光发送子组件(TO SA；TransmitterOptical Sub-Assembly)的激光二极管驱动器(LDD)及时钟数据恢复电路(CDR，Clock DataRecovery)、用于光接收子组件(ROSA；Receiver Optical Sub-Assembly)的跨阻放大器(TIA，Tr ansimpedance Amplifier)/限幅放大器(LA，Limiting Amplifier)及时钟数据恢复电路(CDR)、用于执行光收发器的整体收发控制的微控单元(MCU)。
上述主印刷电路板(PCB)具有模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)，通过微控单元(MCU)和现场可编程门阵列(FPGA)来以数字方式进行信号处理，或者还可以通过由数字信号处理装置(数字信号处理)和驱动器构成来驱动光发送子组件(TOSA)和光接收子组件(ROSA)。并且，上述主印刷电路板(PCB)也可由除此之外的多种方式构成。
本发明提出一种如下的实现光学系统级封装(O-SIP)的结构：在下部及上部形成有平坦的第一面及第二面的成型本体内部成型有边缘型发光激光二极管和用于驱动上述边缘型发光激光二极管或形成接口的驱动器集成电路(IC)，并产生光信号。上述光学系统级封装(O-SI P)可以构成光引擎模块。
当描述本发明的实施例时，光学系统级封装(O-SIP)和扇出晶圆级封装(FOWLP)可以具有相同含义。
所附的图1为根据本发明第一实施例以扇出晶圆级封装(FOWLP)方式对边缘型发光激光二极管和驱动器集成电路(IC)进行封装，并在重布线层上组装平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)芯片的光学系统级封装(O-SIP)的剖视图，图2为图1所示的光学系统级封装(O-SIP)的俯视图，图3a至图3g分别为示出使用扇出晶圆级封装(FOWLP)方式制造图1所示的光学系统级封装(O-SIP)的制造工艺的工艺剖视图。
参照图1，将描述本发明第一实施例的通过使用通孔(VIA)的扇出晶圆级封装(FOWLP)方式实现光学系统级封装(O-SIP)的实施例。
在本发明第一实施例的光学系统级封装(O-SIP)100中，以扇出晶圆级封装(FOWLP，Fan Out Wafer Level Package)方式在由环氧树脂模塑料(EMC；Epoxy MoldCompound)形成的成型本体110内部封装边缘型发光激光二极管130和驱动器集成电路(IC)150，在上述成型本体110的第一面112设置有重布线层(RDL：ReDistribution Layer)120。
上述成型本体110具有上部及下部平坦的第一面112和第二面114。在此情况下，上述边缘型发光激光二极管130的光向第一面112发射，在第二面114设置有用于与外部连接的多个外部联接端子180。在此情况下，如图2所示，上述外部联接端子180可以设置成扇出形态。
在上述重布线层120上组装有平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)300芯片。
多个导电穿模通孔(TMV，Through Mold Via)182、184从第一面112到第二面114贯通设置于上述成型本体110。在上述成型本体110的背面，即第二面114形成有通过导电穿模通孔(TMV，Through Mold Via)182与上述重布线层120的连接线124a、124c相连接的例如由焊球构成的外部联接端子180。
并且，在上述成型本体110的一侧设置边缘型发光激光二极管130作为发光器件，上述发光器件沿能够长距离发送的芯片的边缘(edge)方向发射光，在另一侧设置有用于驱动边缘型发光激光二极管130的驱动器集成电路(IC)150。
尤其，本发明第一实施例的光学系统级封装(O-SIP)100可以由与驱动器集成电路(IC)150一起进行集成电路总线(I2C)通信的数字信号处理器(DSP，Digital SignalProcessing)、时钟数据恢复电路(CDR，Clock Data Recovery)、均衡器(Equalizer)、跨阻放大器(TIA，Transimpedance Amplifier)等单独的集成电路(IC)及一体化的集成电路(IC)构成，还可以包括具有存储器(Memory)、逻辑(Log ic)、模拟驱动器(AnalogueDriver)等多种功能的器件。
本发明第一实施例的光学系统级封装(O-SIP)100为通过作为一种先进半导体封装(Advanced Semiconductor Package)方式的扇出晶圆级封装(FOWLP，Fan Out WaferLevel Package)方式对边缘型发光激光二极管130、驱动器集成电路(IC)150、平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)300芯片进行封装并组装的实施例。
在本发明中，作为沿能够长距离发送的芯片的边缘(edge)方向发射光的发光器件，边缘型发光激光二极管130以垂直立于扇出晶圆级封装(FOWLP)的成型本体110内部的方式成型，为此，使用基座(Submount)140。
在本发明中，平面光波回路(PLC，Planar Light Circuit)300起到光集成电路板的作用，可以使用硅光子(Silicon Photonics)芯片，当进行光学耦合时，主要使用光栅耦合器320。在此情况下，需要沿几乎垂直于硅光子(Silicon Photonics)芯片表面的方向(或与成型本体110底面之间的倾斜角θ为80～90度之间)入射光。从上述边缘型发光激光二极管130发射的激光和光具有较强的直线发射性，因此可能被光栅耦合器320反射，为了减少这种反射并提高光学耦合效果，优选地，将光的入射角度设置在80～90度之间。
为此，设置有边缘型发光激光二极管130的基座(Submount)140的侧面需要具有80～90度之间的倾斜角θ，优选地需要形成为82度。
在上述基座(Submount)140设置有从基座(Submount)140的侧面沿上部面连续的金属图案142、142a，以与边缘型发光激光二极管130及重布线层120的连接线124b连接。
在此情况下，边缘型发光激光二极管130的电极端子132a、132b连接到侧面金属图案142，重布线层120的连接线124b连接到上部面金属图案142a。结果，边缘型发光激光二极管130可以通过金属图案142、142a与重布线层120的连接线124b相连接。
在此情况下，边缘型发光激光二极管130与基座(Submount)140之间的电连接能够以共晶键合(Eutectic bonding)、焊接(Soldering)、银膏(Silver Paste)固化等各种方式实现。
在本发明的光学系统级封装(O-SIP)100中，设置于基座(Sub mount)140的边缘型发光激光二极管130和作为电气器件的驱动器集成电路(IC)150成型在成型本体110内，上述边缘型发光激光二极管130的电极端子132a、132b通过金属图案142、142a与重布线层120相连接，上述驱动器集成电路(IC)150的端子焊盘152、154通过成型本体110的重布线层120进行连接。
上述光学系统级封装(O-SIP)100的重布线层120设置于成型本体110的第一面112，以能够负责成型本体110内部的器件之间的连接、与由光学系统级封装(O-SIP)100的球栅阵列(BGA，Ball Grid Arr ay)构成的外部联接端子180的连接、与设置在光学系统级封装(O-SIP)100外部的平面光波回路300芯片的电连接。
在上述成型本体110的重布线层120设置有平面光波回路300，其对用于接收从边缘型发光激光二极管130发射的光的光栅耦合器320与边缘型发光激光二极管130的发光部136的位置进行对准。并且，通过将平面光波回路300的端子焊盘218与重布线层120上部的连接焊盘126电连接，使得驱动器集成电路(IC)150可以通过连接线124b驱动平面光波回路300。
由于在上述平面光波回路300的本体310的平板形芯片形成有波导管(Waveguide)330，因而可以起到执行复用(MUX)、解复用(DEMUX)、调制(Modulation)、光束控制(BeamSteering)、分束器(beam splitter)、波分复用(WDM；Wavelength DivisionMultiplexing)等多种功能的光集成电路板的作用，并且上述平面光波回路300可以用滤光器(Optical Filter)、自由空间(Free Space)复用(MUX)/解复用(DEMUX)等多种光学器件来实现。
当使用硅光子(Silicon Photonics)芯片作为上述平面光波回路300来进行光学耦合时，光栅耦合器320主要设置在与边缘型发光激光二极管130相向的位置。
作为上述平面光波回路300，可以采用使用硅光子的芯片、使用二氧化硅(Silica)或氮化硅(SiN)等的芯片。
图2为图1所示的光学系统级封装(O-SIP)的俯视图。
参照图2，在本发明第一实施例的光学系统级封装(O-SIP)100中，例如，边缘型发光激光二极管130a-130d分别安装于4个或1个基座(Submount)140，并在成型成型110内垂直竖立且并排设置，以实现4个通道(4CH)，以与4个边缘型发光激光二极管130a-130d隔开间隔的方式设置有一个驱动器集成电路(IC)150，在上述驱动器集成电路(IC)150中集成并内置有用于驱动边缘型发光激光二极管130a-130d的4个驱动器。
在上述一个驱动器集成电路(IC)150的两侧面分别设置有多个端子焊盘152、154。多个端子焊盘152、154与重布线层120的连接线124a-124c相连接。
并且，上述连接线124a-124c通过形成在成型本体110的背面两端部的多个导电穿模通孔(TMV，Through Mold Via)182、184与设置在成型本体110的第二面114的多个外部联接端子180相连接。
以下，将参照图3a至图3g来描述通过使用扇出晶圆级封装(FO WLP)方式来制造图1所示的光学系统级封装(O-SIP)的制造工艺。
首先，如图3a所示，制造基座(Submount)140。上述基座(Submount)140可以使用多种材质来制成，例如硅(Silicon)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Aluminum oxide)、科伐合金(COVAR)等。
通过在上述基座(Submount)140的上部面和侧面电镀(Plating)金属，使得金属图案142、142a从侧面沿上部面连续连接。在此情况下，可通过在附着边缘型发光激光二极管130的基座(Submount)140的上部面形成角度，来调节激光束以使其沿与垂直方向形成0～10度，优选约8度的角度的方向发光而不是垂直方向。
接着，如图3b所示，将边缘型发光激光二极管130以倒装(Flip)形态电连接到准备好的基座(Submount)140。
然后，如图3c所示，通过使驱动器集成电路(IC)150和基座(Submount)140的金属图案142a朝向底部来放置于准备好的载体(Carr ier)190上。在此情况下，将两面胶带192层压(Lamination)在载体190上，以固定取放(Pick and Place)的芯片。
并且，在上述驱动器集成电路(IC)150的上部面预先附着散热用金属结构物160。
然后，如图3d所示，使用成型材料来成型驱动器集成电路(IC)150、基座(Submount)140及边缘型发光激光二极管130。上述成型可以使用P-Mold或C-Mold方法等，成型材料可以使用环氧模塑料(EMC；Epoxy Mold Compound)。
即，为了成型驱动器集成电路(IC)150、基座(Submount)140及边缘型发光激光二极管130，可以使用环氧模塑料(EMC，Epoxy Mold Compound)、环氧(Epoxy)树脂等，在成型步骤中，能够以晶圆(Wafer)及面板(Panel)级别一次性成型多个单元(cell)。在固化成型材料之后，使用CMP方法对上部面进行平坦化，直到暴露金属结构物160的表面。
然后，在从成型的形态中去除载体190和两面胶带192后，若将其翻转，则如图3e所示，端子焊盘152、154朝上，在此状态下，如图3f所示，进行形成重布线层120的工艺。
在上述成型本体110的第一面112上形成重布线层120，如图4的第二实施例所示，上述重布线层120包括通过导电穿模通孔(TMV，Through Mold Via)182、184形成在成型本体110的第二面114的外部联接端子180，或者如图5的第三实施例所示，在重布线层120上可以设置外部联接端子180。
当平面光波回路300芯片安装在重布线层120上时，如图4的第二实施例所示，在成型本体110的背面，即第二面114包括外部联接端子180，如图6所示，当平面光波回路300芯片安装在主印刷电路板(PCB)200并且主印刷电路板(PCB)200直接安装在重布线层120上时，如图5的第三实施例所示，优选地，在重布线层120上设置外部联接端子180。
当如第一实施例及第二实施例在成型本体110的背面，即第二面114形成外部联接端子180时，光学系统级封装(O-SIP)100可以安装在主印刷电路板(PCB)200的上部。
为了形成用于上述重布线层120的绝缘膜122，可以使用聚酰亚胺(Polyimide)、二氧化硅(SiO2)、环氧(Epoxy)类的多种物质，为了形成连接线124a-124c图案，可以使用光刻(photo-lithography)工艺。在此情况下，连接线124a-124c的物质本身可以起到可显影光致抗蚀剂(PR)的作用，在进一步涂覆光致抗蚀剂(PR)之后，可以蚀刻布线层。在形成绝缘膜122之后，经过沉积(deposition)金属膜的过程，当形成重布线层120的连接线124a-124c时所使用的金属可以由Cu、Al、Au、Ag等多种金属物质或其化合物形成。形成在上述重布线层120的外部联接端子180可通过如焊盘栅格阵列(LGA，Land GridArray)类型将重布线层120的金属面直接暴露于外部，或者如球栅阵列(BGA，Ball Grid Array)类型将焊球(SolderBall)安装在成型本体110的上部来制造。
然后，如图3g所示，通过将外部平面光波回路(PLC)300芯片固定在扇出晶圆级封装(FOWLP)上来完成光模块400。
另一方面，在本发明中，为了进一步散热，可在驱动器集成电路(IC)150的下部形成金属结构物160。上述金属结构物160的大小可以大于或小于驱动器集成电路(IC)150。形成金属结构物160的方法如下：在驱动器集成电路(IC)150的下部附着金属结构物160之后，以附着有与驱动器集成电路(IC)150面接触的金属结构物160的状态进行扇出晶圆级封装(FOWLP)工艺。
在此情况下，为了附着驱动器集成电路(IC)150和金属结构物160，可以使用粘合剂(Adhesive)，作为上述粘合剂，可以使用银环氧树脂(Silver Epoxy)或环氧树脂、碳酸甲乙酯(EMC)、碳纳米管(CNT)化合物。为了获得最佳的散热性能和导电性，使用银环氧树脂等导电物质。在本发明中，为了在成型本体110的下部面施加电信号，也可以使用金属结构物160。
当要将安装在上述基座(Submount)140的边缘型发光激光二极管130与驱动器集成电路(IC)150及重布线层120连接时，需要在成型本体110形成通孔(VIA)形态的导电结构。上述通孔(VIA)形态的导电结构在进行扇出晶圆级封装(FOWLP)工艺时，使用包括导电性通孔(Via)的印刷电路板(PCB)或Cu块与其他边缘型发光激光二极管130及驱动器集成电路(IC)150一起成型，在使上部/下部金属(Metal)暴露后，可以通过与集成电路(IC)下部的金属结构物电连接来进行布线。在此情况下，能够在晶圆级沉积(Deposition)金属(Metal)来连接而无需图案，也可以在扇出晶圆级封装(FOWLP)晶圆的重布线层120相反面形成其他重布线层120来连接两面的重布线层120。
图4为示出根据本发明第二实施例在将边缘型发光激光二极管130的电极设置于芯片的上部和下部时的封装方法的光学系统级封装(O-SIP)的剖视图。
参照图4，本发明第二实施例的光学系统级封装(O-SIP)100为在边缘型发光激光二极管130的电极位于芯片的上部和下部时的封装方法。在此情况下，在制造基座(Submount)140的步骤(图3b)之后，可通过使用键合线134的引线键合(wire-bonding)来连接基座(Submount)140的金属图案144和边缘型发光激光二极管130的相反面电极。然后，以同样的方式进行封装过程即可。
图5为示出根据本发明第三实施例外部联接端子180形成在重布线层120上的封装方法的光学系统级封装(O-SIP)。
参照图5，本发明第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)100为将外部联接端子180和重布线层120均形成在成型本体110的第一面112的结构，而无需使用贯通成型本体110的导电穿模通孔(TMV，Th rough Mold Via)182、184。
如图6所示，上述第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)100可以与主印刷电路板(PCB)200结合来构成光模块400。
在此情况下，主印刷电路板(PCB)200的固定位置可能如图6所示的第四实施例发生变化。并且，进一步示出如下实施例：通过将具有对从边缘型发光激光二极管130发射的光进行聚焦(Focusing)的功能的微透镜(Microlens)170制造在成型本体110上的重布线层120，从而聚集从边缘型发光激光二极管130发射的光。
由于从上述光学系统级封装(O-SIP)100发射的光在通过主印刷电路板(PCB)200时其路径变长，因此在主印刷电路板(PCB)200的内部形成光通过窗口220之后，通过插入微透镜(Microlens)170等一部分透镜结构物来减小微透镜170与光学系统级封装(O-SIP)100之间的距离，从而可以防止光的扩散。
图6为示出在根据图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有具有光通过窗口的主印刷电路板(PCB)和平面光波回路的第四实施例。
参照图6，第四实施例的光模块400示出如下实施例：在主印刷电路板(PCB)200中钻孔后，在具有光通过窗口220的主印刷电路板(PCB)200上设置平面光波回路300。
具有上述结构的光学系统级封装(O-SIP)100能够以如图6所示的方式安装在主印刷电路板(PCB)200的下部，在此情况下，可以使用表面组装技术(SMT，Surface MountTechnology)。在主印刷电路板(PCB)200的下部安装光学系统级封装(O-SIP)100之后，可在主印刷电路板(PCB)200的内部形成出入光学系统级封装(O-SIP)100的发光部136的光路径。
在此情况下，通过贯通主印刷电路板(PCB)200或制造局部槽来形成光路径。为了形成上述光路径，可以通过在主印刷电路板(PCB)200中加工贯通孔(hole)来形成光通过窗口220，或者通过用透明材料形成印刷电路板(PCB)的部分或整个表面来形成光路径。
并且，若在上述主印刷电路板(PCB)200内部或主印刷电路板(PCB)200表面存在可以传递光学信号的结构，则无需使光信号贯通主印刷电路板(PCB)200，即可将光信号传递(连接)到位于主印刷电路板(PCB)200的光学结构物(参照图10)。
在此情况下，在上述主印刷电路板(PCB)200中，基板本体210不仅可以包括例如由FR4制成的多层印刷电路板(PCB)，还可以包括利用硅(Si)或玻璃(Glass)形成在基板内部的连接线216以及与上述连接线216连接的端子焊盘212、214、218。
安装在上述主印刷电路板(PCB)200上的平面光波回路300可以通过重布线层120的连接线124c、外部联接端子180、主印刷电路板(PCB)200的连接线216与驱动器集成电路(IC)150电连接。
在上述第四实施例的光模块400中，光纤可以通过适配器与平面光波回路300的前端部配合。
图7为示出根据本发明第五实施例在根据图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有具有光通过窗口的印刷电路板(PC B)和透镜块的光模块，图8a及图8b分别为示出根据本发明第五实施例的光模块的简要剖视图以及示出利用根据第五实施例的光模块制成的光收发器的剖视图。
参照图7，在本发明第五实施例的光模块400中，在具有光通过窗口220的主印刷电路板(PCB)200的下部安装有如图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)100，透镜块302结合在上述主印刷电路板(PCB)200的上部。
本发明第五实施例的光模块400与第四实施例的光模块400之间的区别在于，透镜块302结合在上述主印刷电路板(PCB)200的上部，而不是平面光波回路300，其他部分相同。
将省略第五实施例的光模块400与第四实施例的光模块400之间的相同部分，而仅描述不同部分。
如下所述，上述透镜块302作为用于在光模块400收纳于光收发器的外罩时将光路径P沿与上述外罩相同的方向转换90度的光学部件，在两面由平坦面构成的本体340的上部面设置有倾斜面344，上述倾斜面用于在从光学系统级封装(O-SIP)100发射的光通过主印刷电路板(PCB)200的光通过窗口220并向上时，将光路径P沿平行于主印刷电路板(PCB)200的方向弯曲成直角。
上述透镜块302的本体340可以由塑料或玻璃制成，可以将正三角形凹槽部342形成在本体340的上部面，以通过利用上述倾斜面344的折射率差异的全反射将光路径P转换成直角。
在此情况下，正三角形凹槽部342的斜边形成45度倾斜面，上述倾斜面344被设置为位于从光学系统级封装(O-SIP)100产生的垂直方向的光信号与平行于主印刷电路板(PCB)200的方向相交的位置。
在上述倾斜面344中从光学系统级封装(O-SIP)100产生的垂直方向的光信号入射的位置处，用于聚焦(Focusing)光的微透镜350可以形成在上述透镜块302的下部面，以聚焦光。
并且，在上述透镜块302的出口还可以形成有用于将所发射的光信号形成为平行光以使其直线发射而不扩散的准直(Collimation)透镜352。
如图8a所示，在以如上所述的方式构成的本发明第五实施例的光模块400中，在具有光通过窗口220的主印刷电路板(PCB)200的下部安装有光学系统级封装(O-SIP)100，透镜块302结合在上述主印刷电路板(PCB)200的上部。
利用根据第五实施例的光模块400制造的光收发器500可以实现为如图8b所示。
参照图8b，其示出本发明的光收发器500的如下示例：通过将光模块400组装在由上部外罩410和下部外罩420构成的外罩内部来制造的光收发器500或有源光缆(AOC，Active Optical Cable)。在此情况下，上述光收发器500的后端部与一侧终端等的本体相连接，前端部与光缆的连接器结合。
在此情况下，为了散热，可以在光收发器的由金属制成的下部外罩420与光学系统级封装(O-SIP)100的散热用金属结构物160之间插入热界面材料(TIM，Thermal InterfaceMaterial)280来进行散热。
在组装在由上述上部外罩410和下部外罩420构成的外罩内部的光模块400中，光纤结合支架(Fiber Block)430物理结合在透镜块302的前端部，光纤结合支架430可以通过尾纤(pigtail fiber)452与包括LC插座(LC receptacle)432的光缆连接器相连接。并且，与LC与光缆(未示出)的插头结合的插座结合部434从插座432的前端部突出。
在上述实施例的描述中，例示了用于长距离传输的边缘型发光激光二极管130安装在基座140的示例，但作为成型在光学系统级封装(O-SIP)100的光子集成电路(IC)，可以使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)。在此情况下，上述光学系统级封装(O-SIP)100可以用作光引擎模块，上述光引擎模块用于通过多模光纤(Multi-mode Fiber)连接100m～300m内短距离的光收发器500的发送器((TX)。
图9为示出根据本发明第六实施例在根据图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有透镜块的光模块的剖视图。
参照图9，本发明第六实施例的光模块400具有透镜块302结合在图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)100上部的结构。
本发明第六实施例的光模块400与图7所示的第五实施例的区别在于，设置有具有光通过窗口382的引导块380，而不是具有光通过窗口220的主印刷电路板(PCB)200，其余相同。
将省略对第六实施例的光模块400与第五实施例的光模块400之间相同部分的描述，而仅描述不同部分。
第六实施例的光模块400中使用的透镜块302作为用于将光路径P弯曲成90度的光学部件，具有倾斜面344，上述倾斜面344用于在从光学系统级封装(O-SIP)100发射的光通过主印刷电路板(PCB)200的光通过窗口220并向上时，将光路径P沿平行于主印刷电路板(PCB)200的方向弯曲成直角。
第六实施例的光模块400中使用的透镜块302与第五实施例相同，45度倾斜面344被设置为位于从光学系统级封装(O-SIP)100产生的垂直方向的光信号与平行于主印刷电路板(PCB)200的方向相交的位置。
并且，在上述透镜块302的下部面形成有用于聚焦(Focusing)光的微透镜350，以聚焦光，在透镜块302的出口还可以形成用于将所发射的光信号形成为平行光以使其直线发射而不扩散的准直(Collimatio n)透镜352。
插入在上述透镜块302与光学系统级封装(O-SIP)100之间的引导块380具有光通过窗口382，上述光通过窗口382从上述微透镜350突出。上述引导块380起到最小化微透镜350与光学系统级封装(O-SIP)100之间的距离并安全地保护微透镜350的作用。
图10为示出根据本发明第七实施例在根据第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)结合有印刷电路板(PCB)和阵列波导光栅(AWG)的光模块的剖视图。
参照图10，本发明第七实施例的光模块400具有如下结构：在一侧边形成有结合槽230的主印刷电路板(PCB)200的下部安装光学系统级封装(O-SIP)100，阵列波导光栅(AWG，Arrayed Waveguide Grating)304的前端部插入并结合在上述结合槽230。
在第七实施例的光模块400中，在主印刷电路板(PCB)200的一侧面设置有能够收纳阵列波导光栅304的前端部的槽形结合槽230，光学系统级封装(O-SIP)100安装于主印刷电路板(PCB)200的下部面，使得边缘型发光激光二极管130的发光部136与结合槽230配合。
在此情况下，与重布线层120的连接线124a连接且由焊球制成的外部联接端子180连接到设置于上述主印刷电路板(PCB)200下部的端子焊盘212。
上述阵列波导光栅304作为光发送子组件(TOSA)的光子集成电路(IC)，起到通过对从边缘型发光激光二极管130产生的例如4个通道的光信号执行波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)功能并传递到光纤452的作用。
上述阵列波导光栅304例如可以包括：光学复用器部，执行光学复用(Multiplexing)功能；多个输入波导，连接到上述光学复用器部的前端部，用于使从多个发光器件入射的多个光信号输入；以及单模输出波导，连接到上述光学复用器部的后端部，用于在多个光信号复用后输出一个光信号。
在此情况下，在上述阵列波导光栅304中，将与边缘型发光激光二极管130相向的端部加工成形成有角度的倾斜面354，使得由4个发光器件产生的4个通道的光信号可在阵列波导光栅304的末端沿垂直方向弯曲，并通过阵列波导光栅304的4个输入波导入射。在暴露于空气中的上述阵列波导光栅304的倾斜面354发生全反射和折射。
由此，光发送用光模块400可以实现每通道25Gbps×4个通道＝100Gbps的波分复用器(WDM MUX)。并且，光发送用光模块400还可以实现每通道10Gbps×10个通道＝100Gbps的波分复用器(WDM MUX)。
可以通过将上述第七实施例的光模块400组装在由如图8b所示的上部外罩410和下部外罩420构成的外罩内部来制造光收发器500或有源光缆(AOC，Active OpticalCable)。在此情况下，上述光收发器500的后端部与一侧终端等的本体相连接，前端部与光缆的连接器结合。
图11为示出根据本发明第八实施例在根据第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)中结合阵列波导光栅(AWG)的光模块的剖视图。
参照图11，其示出如下实施例：本发明第八实施例的光模块400不使用主印刷电路板(PCB)200，第一实施例的光学系统级封装(O-SIP)100中直接结合阵列波导光栅304来代替平面光波回路300。
在本发明第八实施例的光模块400中，与上述光学系统级封装(O-SIP)100的边缘型发光激光二极管130相向的阵列波导光栅304的末端部加工成形成有角度的倾斜面354，使得由4个发光器件产生的4个通道的光信号在阵列波导光栅304的末端沿垂直方向弯曲，并通过阵列波导光栅304的4个输入波导入射。在暴露于空气中的上述阵列波导光栅304的倾斜面354发生全反射和折射。
在本发明第八实施例的光模块400中，与重布线层120的连接线124a连接且由焊球制成的外部联接端子180连接到光学系统级封装(O-SIP)100的下部面。
图12为示出在根据图5所示的第三实施例的光学系统级封装(O-SIP)中边缘型发光激光二极管的光发射方向设置为相反方向的第九实施例的剖视图。
参照图12，其示出图5的边缘型发光激光二极管130的光发射方向形成为相反方向的情况。在第九实施例中，可以在成型本体110的下侧设置重布线层120，在重布线层120形成外部联接端子180，在外部联接端子180安装主印刷电路板(PCB)200。
第九实施例的光学系统级封装(O-SIP)100为如下结构：可以在将主印刷电路板(PCB)200仍然放置于底面的同时，无需在成型本体110内部使用导电穿模通孔(TMV，Through Mold Via)182，即可将光的发射方向朝向上侧。
第九实施例的光学系统级封装(O-SIP)100可能需要以面朝上(Face Up)的方式进行扇出晶圆级封装(FOWLP)工艺，在此情况下，可以在驱动器集成电路(IC)150上增设由Cu螺柱金属(Stud Metal)制成的金属结构物160。
图13a及图13b分别示出耦合本发明的光学系统级封装(O-SIP)和光纤的LC插座(LC receptacle)的结合结构，作为可以应用于5G网络的光收发器的剖视图，图13a示出采用由塑料制成的LC插座的实施例，图13b示出采用由金属材质制成的LC插座的实施例。
本发明的光收发器500具有利用LC插座360将应用第一实施例的光学系统级封装(O-SIP)100的光模块400与光纤410结合的结构，可以应用于5G网络。
首先，将第一实施例的光学系统级封装(O-SIP)100安装在形成有贯通孔220的主印刷电路板(PCB)200之后，组装并固定于LC插座360的后端部。
将上述光学系统级封装(O-SIP)100安装在主印刷电路板(PCB)200的光模块400与LC插座360的结合方法可以通过以下两种方法之一进行。
首先，上述LC插座360在本体361的后端部侧具有可以收容光模块400的收容空间362，在收容空间362的前方一体形成有光学透镜364，在上述本体361的前端部侧突出有圆柱形结合突起，在上述圆柱形结合突起的中心部形成有与光纤410结合的光纤结合凹槽363。
光纤支架370以可拆装的方式与上述圆柱形结合突起结合，在上述光纤支架370的后端部具有用于使上述圆柱形结合突起插入并结合的结合槽，上述光纤410支撑在中心部。
由此，若将光纤支架370组装到本体361的圆柱形结合突起，则光纤410的前端部收容于光纤结合凹槽363的同时，可以实现与上述光学透镜364的光轴对准。
将上述光模块400与LC插座360结合的方法如下：如图13a所示，在将光模块400的主印刷电路板(PCB)200插入于LC插座360后端部的收容空间362的同时，以压入结合的方式固定。
图13a所示的LC插座360由塑料制成。
在此情况下，LC插座360与主印刷电路板(PCB)200之间的固定可以使LC插座360包围主印刷电路板(PCB)200，如图13a所示，还可以将主印刷电路板(PCB)200制造成比LC插座360大，从而将LC插座360附着于主印刷电路板(PCB)200上。通过主印刷电路板(PCB)200的光可以通过位于LC插座360的光学透镜364向光纤410侧聚焦。
为了光学对准，可以使用主动(active)对准方式，该方式将光纤410插入于LC插座360之后将LC插座360固定在测量光纤410的光量时获得最佳光亮的位置。
可以在上述光学系统级封装(O-SIP)100的后部面附着用于调节温度的热电冷却器(TEC，Thermo Electric Cooler)。在此情况下，可以扩大光学系统级封装(O-SIP)100的工作温度区间。上述热电冷却器(TEC)作为利用珀耳帖效应(Peltier effect)在两种材料接点之间产生热通量的冷却器，其根据电流方向消耗电能的同时，通过将热量从装置的一侧传递到另一侧来实现冷却。
作为一例，当使用垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为发光器件时，使用温度被限制在约0℃～70℃，但当通过附着热电冷却器(TEC)来使用时，工作稳定可以从-40℃扩展到85℃。这种热电冷却器(TEC)的使用可以同样应用于上述光学系统级封装(O-SIP)100的实施例结构。当使用热电冷却器(TEC)时，可以在光学系统级封装(O-SIP)100内部内置用于测量温度的热敏电阻(Thermistor)。
用于将上述光模块400与LC插座360结合的另一种方法如下：如图13b所示，将光模块400的光学系统级封装(O-SIP)100和主印刷电路板(PCB)200均插入于LC插座360的后端部的收容空间362的同时，将主印刷电路板(PCB)200的外周部压入结合，并在LC插座360的后端部组装密封用盖365。
图13b所示的LC插座360由金属制成，若在LC插座360的后端部组装密封用盖365之后进行焊接(Welding)，则可以进行固定及气密(Hermetic)密封。
以上，以特定的优选实施例为例来示出及说明了本发明，但本发明并不限定于上述实施例，可在不脱离本发明的思想的范围内由该本发明所属技术领域的普通技术人员实施多种变更和修改。
产业上的可利用性
本发明可以应用于实现利用光学系统级封装(O-SIP)的光模块及光收发器，其在封装内包括边缘型发光激光二极管和作为电子驱动器件的驱动器集成电路(IC)(DriverIC)，将平面光波回路(PLC，Pla nar Light Circuit)芯片直接组装在重布线层(RDL)上或通过主印刷电路板(PCB)组装。
上述光模块能够以多种方式用于光通信及光传感器产业。为了实现光通信，可用于光收发器，上述光收发器用于数据中心内部服务器之间的通信、5G及6G通信网络。
不仅如此，由于上述光模块在封装内部实现了小型化、集成化，因而还可用于车载光通信(On-board optical communication)、芯片间光通信(Chip-to-chip opticalcommunication)。
尤其，通过实现硅光学相阵列(OPA；Optical Phase Array)，可以在芯片上实现光束控制(Beam steering)，这可用于车辆用机载激光雷达(LIDAR)等。
Claims (20)
1.一种光学系统级封装，其特征在于，包括：
成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；
基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；
边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及
重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
2.根据权利要求1所述的光学系统级封装，其特征在于，上述基座还包括从倾斜面向上部面延伸而成的金属电极，上述边缘型发光激光二极管具有连接在上述金属电极的电极端子。
3.根据权利要求1所述的光学系统级封装，其特征在于，还包括：
驱动器集成电路，成型在上述成型本体的内部，使得焊盘暴露在上述第一面，用于驱动上述边缘型发光激光二极管；以及
散热用金属结构物，上部面与上述驱动器集成电路的下部面面接触，下部面暴露于第二面。
4.根据权利要求1所述的光学系统级封装，其特征在于，还包括：
多个导电穿模通孔，一端部与上述重布线层的连接线相连接，另一端部贯通上述成型本体并暴露于第二面；以及
多个外部联接端子，与暴露在上述第二面的多个导电穿模通孔的另一端部相连接，设置于第二面。
5.根据权利要求1所述的光学系统级封装，其特征在于，上述基座的倾斜面与上述下部面形成80度至90度的倾斜角。
6.一种光学系统级封装，其特征在于，包括：
成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；
基座，成型在上述成型本体的内部，平坦的上部面与上述第一面重合并暴露，在一侧面具有倾斜面；
边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及
重布线层，形成在上述成型本体的第二面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
7.一种光模块，其特征在于，
包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；以及
平面光波回路，安装在上述光学系统级封装的第一面，具有光栅耦合器，上述光栅耦合器设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于接收从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号，
上述光学系统级封装包括：
成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；
基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；
边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及
重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
8.根据权利要求6所述的光模块，其特征在于，
当从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号入射到上述平面光波回路的光栅耦合器时，上述基座的倾斜面与上述下部面形成82度的倾斜角，
上述平面光波回路包括：
平板形本体，由硅光子形成；
光栅耦合器，设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置的本体内部，用于接收从上述边缘型发光激光二极管发射的光；以及
波导管，设置在上述平板形本体的内部，一端部与上述光栅耦合器相连接。
9.一种光模块，其特征在于，包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；
印刷电路板，在下部面安装有上述光学系统级封装，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及
平面光波回路，安装在上述印刷电路板的上部面，具有光栅耦合器，上述光栅耦合器设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于通过上述光通过窗口接收从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号。
10.根据权利要求9所述的光模块，其特征在于，还包括微透镜，在上述光学系统级封装的上部面形成为一体，具有对从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号进行聚焦的功能。
11.一种光模块，其特征在于，包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；
印刷电路板，在下部面安装有上述光学系统级封装，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及
透镜块，安装在上述印刷电路板的上部面，具有倾斜面，上述倾斜面设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于在从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号通过上述光通过窗口入射时使其弯曲成90度。
12.根据权利要求11所述的光模块，其特征在于，还包括：
微透镜，设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的上述透镜块的下部面，用于对从上述边缘型发光激光二极管产生并入射的光信号进行聚焦；以及
准直透镜，用于将从上述透镜块的出口发射的光信号转换成平行光以使其直线发射。
13.一种光模块，其特征在于，包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；
引导块，安装在上述光学系统级封装的上部面，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及
透镜块，安装在上述引导块的上部面，具有倾斜面，上述倾斜面设置在与上述边缘型发光激光二极管相向的位置，用于在从上述边缘型发光激光二极管发射的光信号通过上述光通过窗口入射时使其弯曲成90度。
14.根据权利要求13所述的光模块，其特征在于，上述倾斜面设置于形成在本体上部面的正三角形凹槽部的斜边，以在上述倾斜面通过利用折射率差的全反射将光路径转换成直角。
15.一种光模块，其特征在于，
包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射多个通道的光信号的多个边缘型发光激光二极管；
印刷电路板，在下部面安装有上述光学系统级封装，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有结合槽；以及
阵列波导光栅，具有当从上述发光部发射的光信号入射时使其弯曲成90度的反射面的前端部与上述结合槽结合，用于通过执行波分复用将多个通道的光信号传递到光纤，
上述光学系统级封装包括：
成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；
基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；
边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及
重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
16.一种光模块，其特征在于，
包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射多个通道的光信号的多个边缘型发光激光二极管；以及
阵列波导光栅，安装在上述光学系统级封装的上部面，具有当从上述发光部发射的光信号入射时使其弯曲成90度的反射面的前端部结合在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分，用于通过执行波分复用将多个通道的光信号传递到光纤，
上述光学系统级封装包括：
成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；
基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；
边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及
重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
17.一种光收发器，其特征在于，
包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；
印刷电路板，在下部面安装有上述光学系统级封装，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及
LC插座，在后端部的收容空间收纳安装有上述光学系统级封装的印刷电路板，前端部与光纤结合，
上述光学系统级封装包括：
成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；
基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；
边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及
重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
18.根据权利要求17所述的光收发器，其特征在于，上述LC插座包括：
本体，在后端部侧具有能够收容由光学系统级封装和印刷电路板构成的光模块的收容空间，在前端部侧突出有圆柱形结合突起，在上述圆柱形结合突起的中心部形成有与光纤结合的光纤结合凹槽；以及
光学透镜，在上述收容空间的前方与本体形成为一体。
19.根据权利要求18所述的光收发器，其特征在于，还包括光纤支架，在后端部具有用于使上述圆柱形结合突起插入并结合的结合槽，上述光纤支撑在中心部。
20.一种光收发器，其特征在于，
包括：
光学系统级封装，在内部具有用于发射光信号的边缘型发光激光二极管；
印刷电路板，在下部面安装有上述光学系统级封装，在与上述边缘型发光激光二极管的发光部对应的部分具有光通过窗口，上述光通过窗口在从上述发光部沿垂直方向产生光信号时形成光路径；以及
LC插座，后端部与上述印刷电路板结合，前端部与光纤结合，
上述光学系统级封装包括：
成型本体，在上部及下部具有平坦的第一面及第二面；
基座，成型在上述成型本体的内部，在一侧面具有倾斜面；
边缘型发光激光二极管，成型在上述成型本体的内部，安装在上述基座的倾斜面，用于向上述第一面发射光信号；以及
重布线层，形成在上述成型本体的第一面，与多个外部联接端子相连接，上述多个外部联接端子用于将上述边缘型发光激光二极管与外部电连接。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2022-0036215 | 2022-03-23 | ||
| KR20220036215 | 2022-03-23 | ||
| PCT/KR2023/003868 WO2023182832A1 (ko) | 2022-03-23 | 2023-03-23 | 광 시스템-인-패키지, 이를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118891715A true CN118891715A (zh) | 2024-11-01 |
Family
ID=88101869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202380028613.3A Pending CN118891715A (zh) | 2022-03-23 | 2023-03-23 | 光学系统级封装以及利用其的光模块及光收发器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230138434A (zh) |
| CN (1) | CN118891715A (zh) |
| WO (1) | WO2023182832A1 (zh) |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006196505A (ja) * | 2005-01-11 | 2006-07-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体レーザ装置 |
| JP5318978B2 (ja) * | 2012-01-23 | 2013-10-16 | 日本特殊陶業株式会社 | 光電気混載パッケージ及びその製造方法、光素子付き光電気混載パッケージ、光電気混載モジュール |
| JP2014164110A (ja) * | 2013-02-25 | 2014-09-08 | Rohm Co Ltd | 光通信モジュールおよびその製造方法 |
| US9443835B2 (en) * | 2014-03-14 | 2016-09-13 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Methods for performing embedded wafer-level packaging (eWLP) and eWLP devices, packages and assemblies made by the methods |
| US9541717B2 (en) * | 2015-01-30 | 2017-01-10 | Avago Technologies General IP (Singapore) Pta. Ltd. | Optoelectronic assembly incorporating an optical fiber alignment structure |
| KR101964853B1 (ko) * | 2015-11-11 | 2019-04-02 | 주식회사 지파랑 | 광 인터페이스를 가지는 반도체 칩 패키지 |
| KR101918197B1 (ko) | 2017-02-24 | 2018-11-13 | 주식회사 지파랑 | 슬림형 커넥터 플러그, 이를 이용한 액티브 광 케이블 조립체 및 그의 제조방법 |
-
2023
- 2023-03-23 KR KR1020230038171A patent/KR20230138434A/ko not_active Application Discontinuation
- 2023-03-23 CN CN202380028613.3A patent/CN118891715A/zh active Pending
- 2023-03-23 WO PCT/KR2023/003868 patent/WO2023182832A1/ko unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023182832A1 (ko) | 2023-09-28 |
| KR20230138434A (ko) | 2023-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11163126B2 (en) | Light source assembly supporting direct coupling to an integrated circuit | |
| US10454586B2 (en) | Integrated transceiver with lightpipe coupler | |
| Tekin | Review of packaging of optoelectronic, photonic, and MEMS components | |
| CN113841075B (zh) | 连接器插头及利用其的有源光缆组装体 | |
| CN113364525A (zh) | 光模块 | |
| US20240259103A1 (en) | Subminiature optical transmission module and method for manufacturing same by using semiconductor packaging scheme | |
| CN118891715A (zh) | 光学系统级封装以及利用其的光模块及光收发器 | |
| KR20230122572A (ko) | 광 시스템-인-패키지를 이용한 광모듈 및 광 트랜시버 | |
| CN116088106A (zh) | 一种光模块 | |
| CN116088091A (zh) | 一种光模块 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |