可光通的集成电路封装制造技术

提出了一种用于将电路板与光纤相连的可光通的集成电路（ＩＣ）封装。所述ＩＣ封装包括具有预先与光纤对准的激光器的光学次组件（ＯＳＡ）。所述ＯＳＡ进一步包括用于连接微芯片的标准电接口和用于连接光纤的标准光接口。还提出了用于将光连接器、光缆与集成电路封装相连的一套机械概念，其可用于任何类型的光连接器，例如单个光纤套圈、ＭＴ－ＲＪ型光学套圈和二维ＭＴ型光学套圈。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
当前公开的内容涉及用于超高速光互联应用的集成电路(IC)封装领域。
技术介绍
在集成电路(或微芯片)与外界之间有效地传输数据在过去几年中已经成为IC封装制造商的强化(intense)工程学焦点，因为信号 数据率和信号的数量都被推到了电技术的物理极限。典型的工业标准IC封装例如球栅阵列(BGA)封装已使数据率 和引脚要求跟不上前沿微芯片设计师的要求，并且在增长的能源消费问题面前，仍然面对更有挑战性的一系列密度和数据率的标准。这一 问题由于多处理器微芯片架构的发展趋势而恶化，因为这种架构必须 从外界获得更多的数据。在通信网络产业中光互联的趋势是建立在距离和数据率之间平 衡的基础上。因为数据率的增长，光纤已经取代了铜线(在物理距离 相同的条件下)，这样更高速的信号不会衰减。就是这一趋势启发了 光纤到芯片的概念，在这一状况下微芯片和外界之间的超高速电 信号被光信号取代。通过允许微芯片仍然作为全电处理单元，并且具 有光纤作为向微芯片发送或从其接收数据的高速数据的最终管道，可 以将速度和密度的话题提到下一个十年。在许多例子中，光发射装置都已经在电封装中与光纤耦合。由 NEC公司的Photonic and Wireless Device Research Laboratories (光禾口 无线设备研究实验室)完成的并由专利例如US 6,901,185描述的成果 展示了用于紧凑光模块的引导和控制光信号的独一无二的方法。由例 如Intel公司的专利申请例如US 2002/0196997所描述的可选的方法展 示了在一些相同的封装中将激光器合成在微芯片中的高度集成的方7法。Luxtem公司已经证明了其他将光引导进微芯片的更加积极的装 置，并且部分它们的技术在专利申请US 2004/0156590中已被阐述。 这个技术利用了在硅中的调制(modulation)效应来直接从处理芯片 生成光的光学脉冲。但是，这些技术均未足够涉及到半导体市场的模 块化和产业标准形状因数(form-factor)。大部分这些竟争的技术依 赖于非常垂直地集成装配技术，其中光接口依赖于对准步骤的多个层 面，包括微小的芯片倒装和精密拾放对准，导致最终封装对在电和光 信号之间转化的任务来说非常特殊。并不存在关于使用者确定的微芯 片(例如微处理器或开关)的规定，其中所述微芯片沿着在相同封装 中的光-电或电-光转化器模块直接放置。这些技术同样严重依赖于集 成电路封装装配车间的技术成熟度来提供可光通的封装。将光学与在相同封装中的微芯片的计算能力接合的能力和使封装与其他标准封装在性能和组装方法上的规范相符合，这将推进电脑 的互联性。此外，在过去的几十年中在光纤连接器的标准化和产品发展两方 面进行了大量的工作。设计出了很多用于将光纤与其他光纤或光电模 块机械对准并形成永久的和可移除的连接的方法。这样的成就在用于 标准多模和单模光纤以及塑料光纤和特制光纤的各种标准光连接器 类型和光学壳体中已达到巅峰。它已经生成了多光纤光连接器标准类 型，其中所述光连接器用于提高密度和与光发射和接收部件的1、 2 维阵列相对准。标准光连接器壳体的例子有LC、 FC、 SC和MPO等。 这些连接器典型地使用至少一个经精密加工或精密模塑成型的包括 光纤的部件，例如氧化锆套圏或者微模塑塑料套圏。典型地在精密部 件的一端进行了抛光，以确保光纤的梢部是平的(尽管有时候是圆的 或者有倾斜角度)并且允许最大量的光耦合进出光纤。围绕这一精密 部件的连接器壳体通常具有连接机构例如螺紋管、塑料卡夹或夹子、 或者装有弹簧的浮动组件，以帮助将光纤引导进理想的位置。在 光电模块或无源光适配器上的与连接器相适配的对接壳体将典型地 具有互补的 一 系列特征部，例如经精密加工的中空管或者一套经精密 模塑的定位销孔。壳体或适配器也将具有互补性的一套机械连接特征8部，例如螺紋孔、塑料凹口或槽、或者与连接器壳体扣紧或旋紧的塑 料内适配器。此扣紧机构经常载有弹簧(以目前的螺旋弹簧、弹簧钢 或者可压缩的塑料或橡胶中任一种的某种形式)，并且在光纤和光电模块、其他光纤之间提供正的适配力。这个力用于在两光纤之间维持 恒定的光耦合，以及一 定程度上避免可能渗透接口的碎屑。大多数光连接器包括精密光部件(氧化锆套圏或者微模塑塑料套 圏)和在光缆端部作为单个完整连接器组件的机械连接机构。但是，存在一些独立于精密光部件的机械连接机构。这些外部夹子的例子可以在Kanda等人的题目是Connection Structure for an Optical Waveguide Device and Method of Fabricating the Same (用于光波导管 设备的连接结构和制造方法)的美国专利US5,721,798中找到作为 多光纤光连接器机构的例子，也可在Caron的标题为Fiber Optic Connector (光纤连接器)的美国专利US4,741，590中找到作为单光 纤连接器机构的例子。比这更进一步的是，有多种连接器壳体的例子允许光缆与光电模 块适配使得光纤与激光器或光电探测器对准。这样的壳体中最引人注 意的例子是标准光收发器产品，例如SFP 、 XFP和XANPAK收发器 形状因数，这些部件对准双LC终端光缆。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)的产品要约中找到例子。对更高数据率和更大总带宽的要求引导了包括光连接器接口的 混合集成电路封装的发展。这种混合方法直接把光信号带进封装内部 的硅微芯片，由此緩解了高速电信号传输的大量设计和制造所带来的 挑战。尽管已经有许多方法涉及到了在标准和非标准集成电路封装内 布置和对准光发射或接收的光电设备，但是只有非常少的光连接器和 连接器壳体被提出来用于集成电路封装。Kunkel等人的标题为 Assembly for aligning an optical array with optical fibers(用于将光歹寸 阵和光纤对准的组件)的美国专利申请US2003/0031431描述了这样一种夹具设计，即当把光连接器推向封装的光接口时，该夹具包裹在封装壳体周围并保持在封装的背面上。Steijer等人的标题为Spring Clip (弹簧夹)的美国专利US6，511，233是一个将外部夹扣住封装 的类似的方案，同时使用弹簧夹设计把光连接器推到封装的光接口上。
技术实现思路
一方面，当前公开的内容涉及将光、光电和电子元件混合集成进 标准的球栅阵列IC封装中，并且涉及用于将光缆与可光通的集成电 路封装相连的机械机构。为了叙述模块化和形状因数的问题，我们建议充分利用 (leverage)工业标准集成电路(IC )封装的形状因数例如针栅阵列 式封装(PGA)和球栅阵列(BGA)封装，并用平板、模块、光学次 组件将它们扩大。这将形成混合光学IC封装，包括典型IC封装的标 准电连接器以及一个或更多在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将电路板与光纤相连的可光通的集成电路封装，所述封装包括：　ａ．由使用者确定的微芯片；　ｂ．底板，所述底板包括电连接，用于在微芯片和电路板之间传送信号；以及　ｃ．光学次组件（ＯＳＡ），其包括预先与光纤对准的激光器，所 述ＯＳＡ进一步包括将ＯＳＡ和微芯片相连的标准电接口以及用于与光纤相连的标准光接口，由此ＯＳＡ将微芯片与激光器相连，所述激光器又与光纤光学连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-5-5 60/797,747;US 2006-5-8 60/798,301;US 21. 一种用于将电路板与光纤相连的可光通的集成电路封装，所述封装包括a. 由使用者确定的微芯片；b. 底板，所述底板包括电连接，用于在微芯片和电路板之间传送信号；以及c. 光学次组件(OSA)，其包括预先与光纤对准的激光器，所述OSA进一步包括将OSA和微芯片相连的标准电接口以及用于与光纤相连的标准光接口，由此OSA将微芯片与激光器相连，所述激光器又与光纤光学连接。2. 如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述标准电接口包 括用于焊线封装或芯片倒装的金焊盘。3. 如权利要求2所述的封装，其特征在于，进一步包括连接微 芯片和底板的焊线。4. 如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述标准光接口包 括结合有高精密模具和对准定位销的机械转化(MT)多光纤光学套圏。5. 如权利要求1所述的封装，其特征在于，进一步包括固定在 底板上的壳体，并且所述壳体包括定位使用者确定的微芯片的第 一 区 域和定位所述OSA的第二区域。6. 如权利要求5所述的封装，其特征在于，进一步包括遮盖了 微芯片和所述焊线的顶珠封装环氧树脂。7. 如权利要求1所述的封装，其特征在于，所述底板进一步包括用于连接电路板的焊料球。8. —种用于将电路板与光纤相连的可光通的集成电路封装，所 述封装包括a. 由使用者确定的微芯片，所述微芯片通过具有底部填充的微 焊球而形成可控坍塌芯片连接(C4);b. 底板，包括电连接，用于在微芯片和电路板之间传送信号；c. 模具或封装，用于在微芯片上方形成壳体；以及d. 光学次组件(OSA)，包括预先与光纤对准的激光器，所述 OSA进一 步包括将OSA和微芯片相连的标准电接口以及用于与光纤 相连的标准光接口，由此OSA将微芯片与激光器相连，所述激光器 又与光纤光学连接。9. 一种适配夹，用于确保在光连接器和混合可光通的集成电路 封装的光端口之间的连接，所述光连接器具有连接光缆的光缆端以及 具有与光缆端相反的连接器端，所述适配夹包括a. 盖罩，用于大致盖住光连接器，所述盖罩包括允许光缆通过 的开口 ；b. 从所述盖罩延伸的S形弯曲特征部，用于对光缆端施加力；以及c. 钩形特征部，从所述盖罩向所述光连接器的连接器端延伸， 用于固定由所述适配夹和连接到光端口的光连接器形成的组件；其中，在固定适配夹/光连接器组件时，所述钩形特征部与在混 合可光通的集成电路封装内的凹口以及所述光端口上的突起中的至 少一个相互作用。10. 如权利要求10所述的适配夹，其特征在于，进一步包括从 盖罩延伸的翼特征部，用于手动操作所述适配夹固定至所述光端口 。11. 一种使用适配夹的方法，用于确保在光连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴维罗伯特卡梅伦罗尔斯顿，傅绍伟，理查德梅纳迪，
申请(专利权)人：里夫莱克斯光子公司，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]