可光通的集成電路封裝制造技術

提出了一種用于將電路板與光纖相連的可光通的集成電路（ＩＣ）封裝。所述ＩＣ封裝包括具有預先與光纖對準的激光器的光學次組件（ＯＳＡ）。所述ＯＳＡ進一步包括用于連接微芯片的標準電接口和用于連接光纖的標準光接口。還提出了用于將光連接器、光纜與集成電路封裝相連的一套機械概念，其可用于任何類型的光連接器，例如單個光纖套圈、ＭＴ－ＲＪ型光學套圈和二維ＭＴ型光學套圈。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
當前公開的內容涉及用于超高速光互聯應用的集成電路(IC)封裝領域。
技術介紹
在集成電路(或微芯片)與外界之間有效地傳輸數據在過去幾年中已經成為IC封裝制造商的強化(intense)工程學焦點，因為信號 數據率和信號的數量都被推到了電技術的物理極限。典型的工業標準IC封裝例如球柵陣列(BGA)封裝已使數據率 和引腳要求跟不上前沿微芯片設計師的要求，并且在增長的能源消費問題面前，仍然面對更有挑戰性的一系列密度和數據率的標準。這一 問題由于多處理器微芯片架構的發展趨勢而惡化，因為這種架構必須 從外界獲得更多的數據。在通信網絡產業中光互聯的趨勢是建立在距離和數據率之間平 衡的基礎上。因為數據率的增長，光纖已經取代了銅線(在物理距離 相同的條件下)，這樣更高速的信號不會衰減。就是這一趨勢啟發了 光纖到芯片的概念，在這一狀況下微芯片和外界之間的超高速電 信號被光信號取代。通過允許微芯片仍然作為全電處理單元，并且具 有光纖作為向微芯片發送或從其接收數據的高速數據的最終管道，可 以將速度和密度的話題提到下一個十年。在許多例子中，光發射裝置都已經在電封裝中與光纖耦合。由 NEC公司的Photonic and Wireless Device Research Laboratories (光禾口 無線設備研究實驗室)完成的并由專利例如US 6,901,185描述的成果 展示了用于緊湊光模塊的引導和控制光信號的獨一無二的方法。由例 如Intel公司的專利申請例如US 2002/0196997所描述的可選的方法展 示了在一些相同的封裝中將激光器合成在微芯片中的高度集成的方7法。Luxtem公司已經證明了其他將光引導進微芯片的更加積極的裝 置，并且部分它們的技術在專利申請US 2004/0156590中已被闡述。 這個技術利用了在硅中的調制(modulation)效應來直接從處理芯片 生成光的光學脈沖。但是，這些技術均未足夠涉及到半導體市場的模 塊化和產業標準形狀因數(form-factor)。大部分這些竟爭的技術依 賴于非常垂直地集成裝配技術，其中光接口依賴于對準步驟的多個層 面，包括微小的芯片倒裝和精密拾放對準，導致最終封裝對在電和光 信號之間轉化的任務來說非常特殊。并不存在關于使用者確定的微芯 片(例如微處理器或開關)的規定，其中所述微芯片沿著在相同封裝 中的光-電或電-光轉化器模塊直接放置。這些技術同樣嚴重依賴于集 成電路封裝裝配車間的技術成熟度來提供可光通的封裝。將光學與在相同封裝中的微芯片的計算能力接合的能力和使封裝與其他標準封裝在性能和組裝方法上的規范相符合，這將推進電腦 的互聯性。此外，在過去的幾十年中在光纖連接器的標準化和產品發展兩方 面進行了大量的工作。設計出了很多用于將光纖與其他光纖或光電模 塊機械對準并形成永久的和可移除的連接的方法。這樣的成就在用于 標準多模和單模光纖以及塑料光纖和特制光纖的各種標準光連接器 類型和光學殼體中已達到巔峰。它已經生成了多光纖光連接器標準類 型，其中所述光連接器用于提高密度和與光發射和接收部件的1、 2 維陣列相對準。標準光連接器殼體的例子有LC、 FC、 SC和MPO等。 這些連接器典型地使用至少一個經精密加工或精密模塑成型的包括 光纖的部件，例如氧化鋯套圏或者微模塑塑料套圏。典型地在精密部 件的一端進行了拋光，以確保光纖的梢部是平的(盡管有時候是圓的 或者有傾斜角度)并且允許最大量的光耦合進出光纖。圍繞這一精密 部件的連接器殼體通常具有連接機構例如螺紋管、塑料卡夾或夾子、 或者裝有彈簧的浮動組件，以幫助將光纖引導進理想的位置。在 光電模塊或無源光適配器上的與連接器相適配的對接殼體將典型地 具有互補的 一 系列特征部，例如經精密加工的中空管或者一套經精密 模塑的定位銷孔。殼體或適配器也將具有互補性的一套機械連接特征8部，例如螺紋孔、塑料凹口或槽、或者與連接器殼體扣緊或旋緊的塑 料內適配器。此扣緊機構經常載有彈簧(以目前的螺旋彈簧、彈簧鋼 或者可壓縮的塑料或橡膠中任一種的某種形式)，并且在光纖和光電模塊、其他光纖之間提供正的適配力。這個力用于在兩光纖之間維持 恒定的光耦合，以及一 定程度上避免可能滲透接口的碎屑。大多數光連接器包括精密光部件(氧化鋯套圏或者微模塑塑料套 圏)和在光纜端部作為單個完整連接器組件的機械連接機構。但是，存在一些獨立于精密光部件的機械連接機構。這些外部夾子的例子可以在Kanda等人的題目是Connection Structure for an Optical Waveguide Device and Method of Fabricating the Same (用于光波導管 設備的連接結構和制造方法)的美國專利US5,721,798中找到作為 多光纖光連接器機構的例子，也可在Caron的標題為Fiber Optic Connector (光纖連接器)的美國專利US4,741，590中找到作為單光 纖連接器機構的例子。比這更進一步的是，有多種連接器殼體的例子允許光纜與光電模 塊適配使得光纖與激光器或光電探測器對準。這樣的殼體中最引人注 意的例子是標準光收發器產品，例如SFP 、 XFP和XANPAK收發器 形狀因數，這些部件對準雙LC終端光纜。可以在由例如Finisar公司 (http:〃www.finisar.com ) 、 Bookham公司(http:〃www.bookham.com/) 和 Intel 公司 (http:〃www.intel.com/design/network/products/optical/ lc—transceivers.htm)的產品要約中找到例子。對更高數據率和更大總帶寬的要求引導了包括光連接器接口的 混合集成電路封裝的發展。這種混合方法直接把光信號帶進封裝內部 的硅微芯片，由此緩解了高速電信號傳輸的大量設計和制造所帶來的 挑戰。盡管已經有許多方法涉及到了在標準和非標準集成電路封裝內 布置和對準光發射或接收的光電設備，但是只有非常少的光連接器和 連接器殼體被提出來用于集成電路封裝。Kunkel等人的標題為 Assembly for aligning an optical array with optical fibers(用于將光歹寸 陣和光纖對準的組件)的美國專利申請US2003/0031431描述了這樣一種夾具設計，即當把光連接器推向封裝的光接口時，該夾具包裹在封裝殼體周圍并保持在封裝的背面上。Steijer等人的標題為Spring Clip (彈簧夾)的美國專利US6，511，233是一個將外部夾扣住封裝 的類似的方案，同時使用彈簧夾設計把光連接器推到封裝的光接口上。
技術實現思路
一方面，當前公開的內容涉及將光、光電和電子元件混合集成進 標準的球柵陣列IC封裝中，并且涉及用于將光纜與可光通的集成電 路封裝相連的機械機構。為了敘述模塊化和形狀因數的問題，我們建議充分利用 (leverage)工業標準集成電路(IC )封裝的形狀因數例如針柵陣列 式封裝(PGA)和球柵陣列(BGA)封裝，并用平板、模塊、光學次 組件將它們擴大。這將形成混合光學IC封裝，包括典型IC封裝的標 準電連接器以及一個或更多在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于將電路板與光纖相連的可光通的集成電路封裝，所述封裝包括：　ａ．由使用者確定的微芯片；?。猓装?，所述底板包括電連接，用于在微芯片和電路板之間傳送信號；以及　ｃ．光學次組件（ＯＳＡ），其包括預先與光纖對準的激光器，所 述ＯＳＡ進一步包括將ＯＳＡ和微芯片相連的標準電接口以及用于與光纖相連的標準光接口，由此ＯＳＡ將微芯片與激光器相連，所述激光器又與光纖光學連接。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】US 2006-5-5 60/797,747;US 2006-5-8 60/798,301;US 21. 一種用于將電路板與光纖相連的可光通的集成電路封裝，所述封裝包括a. 由使用者確定的微芯片；b. 底板，所述底板包括電連接，用于在微芯片和電路板之間傳送信號；以及c. 光學次組件(OSA)，其包括預先與光纖對準的激光器，所述OSA進一步包括將OSA和微芯片相連的標準電接口以及用于與光纖相連的標準光接口，由此OSA將微芯片與激光器相連，所述激光器又與光纖光學連接。2. 如權利要求1所述的封裝，其特征在于，所述標準電接口包 括用于焊線封裝或芯片倒裝的金焊盤。3. 如權利要求2所述的封裝，其特征在于，進一步包括連接微 芯片和底板的焊線。4. 如權利要求1所述的封裝，其特征在于，所述標準光接口包 括結合有高精密模具和對準定位銷的機械轉化(MT)多光纖光學套圏。5. 如權利要求1所述的封裝，其特征在于，進一步包括固定在 底板上的殼體，并且所述殼體包括定位使用者確定的微芯片的第 一 區 域和定位所述OSA的第二區域。6. 如權利要求5所述的封裝，其特征在于，進一步包括遮蓋了 微芯片和所述焊線的頂珠封裝環氧樹脂。7. 如權利要求1所述的封裝，其特征在于，所述底板進一步包括用于連接電路板的焊料球。8. —種用于將電路板與光纖相連的可光通的集成電路封裝，所 述封裝包括a. 由使用者確定的微芯片，所述微芯片通過具有底部填充的微 焊球而形成可控坍塌芯片連接(C4);b. 底板，包括電連接，用于在微芯片和電路板之間傳送信號；c. 模具或封裝，用于在微芯片上方形成殼體；以及d. 光學次組件(OSA)，包括預先與光纖對準的激光器，所述 OSA進一 步包括將OSA和微芯片相連的標準電接口以及用于與光纖 相連的標準光接口，由此OSA將微芯片與激光器相連，所述激光器 又與光纖光學連接。9. 一種適配夾，用于確保在光連接器和混合可光通的集成電路 封裝的光端口之間的連接，所述光連接器具有連接光纜的光纜端以及 具有與光纜端相反的連接器端，所述適配夾包括a. 蓋罩，用于大致蓋住光連接器，所述蓋罩包括允許光纜通過 的開口 ；b. 從所述蓋罩延伸的S形彎曲特征部，用于對光纜端施加力；以及c. 鉤形特征部，從所述蓋罩向所述光連接器的連接器端延伸， 用于固定由所述適配夾和連接到光端口的光連接器形成的組件；其中，在固定適配夾/光連接器組件時，所述鉤形特征部與在混 合可光通的集成電路封裝內的凹口以及所述光端口上的突起中的至 少一個相互作用。10. 如權利要求10所述的適配夾，其特征在于，進一步包括從 蓋罩延伸的翼特征部，用于手動操作所述適配夾固定至所述光端口 。11. 一種使用適配夾的方法，用于確保在光連接...

【專利技術屬性】
技術研發人員：戴維羅伯特卡梅倫羅爾斯頓，傅紹偉，理查德梅納迪，
申請(專利權)人：里夫萊克斯光子公司，
類型：發明
國別省市：CA[加拿大]