具有倒装芯片衬底安装的光电子系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有倒装芯片衬底安装的光电子系统。一种光电子系统包含系统衬底、透镜、桥接装置以及安装于所述系统衬底中的腔中的光电子芯片。可为另一芯片、透镜块或插入件的所述桥接装置以倒装芯片定向安装到所述光电子芯片，且提供与所述系统衬底的信号导体的电互连。
【专利说明】具有倒装芯片衬底安装的光电子系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及光电子系统，且更特定来说涉及具有倒装芯片衬底安装的光电子系统。
【背景技术】
[0002]在光通信系统中，通常必须将光纤耦合到光电子发射器、接收器或收发器系统，且又将所述光电子系统耦合到例如切换系统或处理系统等外部电子系统。可通过使收发器或其它光电子系统模块化来促进这些连接。模块化的光电子收发器系统包含例如激光器等光电子光源和例如光电二极管等光电子光接收器，且还可包含与所述激光器和光电二极管相关联的电子电路。举例来说，可包含驱动器电路以用于响应于从外部电子系统接收到的电子信号而驱动激光器。可包含接收器电路以用于处理由光电二极管产生的信号且将输出信号提供到外部电子系统。还通常包含一个或一个以上透镜。
[0003]在光电子收发器模块中，光源、光接收器或收发器(光电子装置)通常安装在例如印刷电路板(PCB)等衬底上，且通过线接合而电连接到PCB上的垫。然而，线接合存在缺点，包含寄生效应和容易受到可影响数据传送速度的噪声的影响。
[0004]所谓的“倒装芯片”安装是对线接合的已知替代方案。在倒装芯片安装中，在芯片制造工艺的最终晶片处理步骤期间在芯片(即，半导体裸片)的上表面上的导电垫上沉积焊料凸块。在芯片已与晶片分离(经由称为切块的工艺)之后，可通过将芯片反转或倒装，使得其上表面上的焊料凸块与衬底的上表面上的对应导电垫对准且接触，来在衬底上安装芯片。随后使用回流焊接工艺来将芯片的焊料凸块附接到衬底的导电垫。
[0005]已经建议在光电子模块中采用倒装芯片安装，方法是将光电子装置安装在例如PCB等衬底的表面上处于PCB中的孔口上方，其中光电子装置的上表面面对PCB的上表面。在光电子装置的上表面上的焊料凸块与PCB的上表面上的导电垫之间形成电连接。在操作中，光信号可通过PCB中的孔口在光电子装置与PCB下方的外部系统之间传送。必须提供穿过PCB或类似衬底的孔口或其它光学路径存在着各种缺点。
[0006]将需要在光电子系统中在不必提供穿过其上安装系统的光电子装置的PCB或其它衬底的光学信号路径的情况下采用倒装芯片安装。
【发明内容】
[0007]本发明的实施例涉及一种光电子系统，其包含系统衬底、透镜、桥接装置以及安装于所述系统衬底中的腔中的光电子芯片。可为例如另一芯片(例如，激光驱动器芯片、信号接收器芯片或类似芯片，本文统称为处理芯片)或具有电迹线的透镜块的桥接装置以相对于光电子芯片的倒装芯片定向安装。
[0008]在示范性实施例中，系统衬底具有大体上平面衬底上表面和大体上平面衬底下表面。衬底下表面具有衬底下部电触点的阵列。衬底上表面具有衬底电导体，包含衬底上部电触点的阵列。光电子芯片具有光电子芯片衬底，其上形成至少一个光信号源、至少一个光信号检测器或光信号源与检测器两者的组合。与此些结构相关联的光信号被传送通过光电子芯片上表面上的区。光电子芯片具有通过其传送光信号的大体上平面光电子芯片上表面，以及由光电子芯片衬底的下表面界定的大体上平面光电子芯片下表面。光电子芯片上表面还具有以与芯片衬底上表面大体上共面的定向而安置的光电子芯片电触点的阵列。可为例如另一芯片(例如，激光驱动器芯片、信号接收器芯片或类似芯片，本文统称为处理芯片)或具有电迹线的透镜块的桥接装置安置于透镜与光电子芯片上表面之间。桥接装置具有大体上平面桥接装置上表面和大体上平面桥接装置下表面。桥接装置下表面具有与衬底上部电触点的阵列的至少一部分接触的第一装置电触点阵列。桥接装置下表面还具有与光电子芯片电触点的阵列的至少一部分接触的第二装置电触点阵列。因此，桥接装置电桥接系统衬底与光电子芯片。
[0009]在示范性实施例中，光电子系统的操作方法包含:通过光电子芯片上表面且通过透镜传送光信号；在外部电子装置与衬底下表面上的衬底下部电触点的阵列之间传送电信号；在所述桥接装置的下表面上的第一装置电触点阵列与衬底上部电触点的阵列之间传送电信号；以及在所述桥接装置的所述下表面上的第二装置电触点阵列与以与系统衬底上表面大体上共面的定向而安置于光电子芯片上表面上的光电子芯片电触点的阵列的至少一部分之间传送电信号。
[0010]所属领域的技术人员在检视以下附图和详细描述后将明了其它系统、方法、特征和优点。希望所有此类额外系统、方法、特征和优点包含在本描述内、说明书的范围内，且由所附权利要求书保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]参考附图可更好地理解本发明。图中的组件不一定是按比例的，而是强调清楚地说明本发明的原理。
[0012]图1是根据本发明的示范性实施例的光电子系统的透视图。
[0013]图2是沿着图1的线2-2截取的截面图。
[0014]图3是说明制作图1的光电子系统的示范性方法中的第一步骤的透视图。
[0015]图4是说明制作图1的光电子系统的示范性方法中的第二步骤的透视图。
[0016]图5是说明制作图1的光电子系统的示范性方法中的第三步骤的透视图。
[0017]图6是说明制作图1的光电子系统的示范性方法中的第四步骤的透视图。
[0018]图7是说明制作图1的光电子系统的示范性方法中的第五步骤的透视图。
[0019]图8是说明制作图1的光电子系统的示范性方法中的第六步骤的透视图。
[0020]图9是说明制作图1的光电子系统的示范性方法中的第七步骤的透视图。
[0021]图10是根据本发明的另一示范性实施例的光电子系统的透视图。
[0022]图11是沿着图10的线11-11截取的截面图。
[0023]图12是说明制作图10的光电子系统的示范性方法中的第一步骤的透视图。
[0024]图13是说明制作图10的光电子系统的示范性方法中的第二步骤的透视图。
[0025]图14是说明制作图10的光电子系统的示范性方法中的第三步骤的透视图。
[0026]图15是说明制作图10的光电子系统的示范性方法中的第四步骤的透视图。
[0027]图16是说明制作图10的光电子系统的示范性方法中的第五步骤的透视图。[0028]图17是根据本发明的再一示范性实施例的光电子系统的透视图。
[0029]图18是沿着图17的线18-18截取的截面图。
[0030]图19是说明制作图17的光电子系统的示范性方法中的第一步骤的透视图。
[0031]图20是说明制作图17的光电子系统的示范性方法中的第二步骤的透视图。
[0032]图21是说明制作图17的光电子系统的示范性方法中的第三步骤的透视图。
[0033]图22是说明制作图17的光电子系统的示范性方法中的第四步骤的透视图。
[0034]图23是根据本发明的又一示范性实施例的光电子系统的透视图。
[0035]图24是沿着图23的线24_24截取的截面图。
[0036]图25是说明制作图23的光电子系统的示范性方法中的第一步骤的透视图。
[0037]图26是说明制作图23的光电子系统的示范性方法中的第二步骤的透视图。
[0038]图27是说明制作图23的光电子系统的示范性方法中的第三步骤的透视图。
[0039]图28是说明制作图23的光电子系统的示范性方法中的第四步骤的透视图。
【具体实施方式】
[0040]如图1到2中所说明，在本发明的说明性或示范性实施例中，光电子系统10包含系统衬底12、光电子芯片14、散热器16、透镜18以及处理芯片20。系统衬底12的下表面具有衬底下部电触点22的阵列(图2)，例如球栅阵列(BGA)，以促进光电子系统10到外部系统的印刷电路板(未图示)的表面的电安装。
[0041]光电子芯片14包含一个或一个以上光信号源，例如激光器。然而，在其它实施例中，此光电子芯片可替代地包含一个或一个以上光信号检测器，例如光电二极管，或者可包含光信号源光信号检测器两者的组合。光信号源的实例是垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。如此项技术中众所周知的，VCSEL芯片包含分层半导体结构或光学区，其是使用光刻或类似技术在例如砷化镓等芯片衬底上形成的。VCSEL结构在垂直于芯片衬底的主平面的方向上从结构内的光学区发射光学(即，光)信号，且穿过光电子(VCSEL)芯片14的上表面上的VCSEL区24。在所说明的实施例中，光电子芯片14具有一阵列或多个此类VCSEL结构以及上表面上的对应VCSEL区24。同样如此项技术中众所周知的，光电二极管芯片或其它光信号检测器(未图示)可类似地包含半导体结构或光学区，其是使用光刻或类似技术在例如砷化镓等衬底上形成的。在具有光电二极管芯片的实施例(未图示)中，光电二极管结构的光学区在垂直于衬底的主平面的方向上通过此光电子(光电二极管)芯片的上表面上的对应区接收光信号。
[0042]虽然为了说明的目的，图1到2中所示的示范性实施例仅包含单一单片光电子芯片14，但其它实施例可包含一个以上此光电子芯片，其各自具有一个或一个以上VCSEL或其它光信号源。在其中若干光电子芯片中的每一者包含光信号源的实施例(未图示)中，每一此光电子芯片的光信号源可与其它光电子芯片的光信号源电隔离。
[0043]系统衬底12可为多层层压结构，其由例如通常称为FR4的合适的有机印刷电路板(PCB)材料制成。如此项技术中众所周知的，此PCB材料是不良热导体。由其上形成VCSEL结构的芯片衬底的下表面界定的光电子芯片14的下表面在VCSEL处于操作中时产生热。此热集中于VCSEL结构的光学区下方的芯片衬底的局部区处。此局部热可损坏VCSEL结构或损害其有效操作。[0044]为了使热离开原地或使热扩散远离VCSEL结构，散热器16安装于系统衬底12的上表面中的凹部或腔26 (图3)的底部处。更具体来说，散热器16的上表面与光电子芯片14的下表面热接触，且散热器16的下表面安装到腔26的底部壁或表面。散热器16可具有大体上平面形状，类似于光电子芯片14的形状，使得散热器16和光电子芯片14关于其主平面是彼此平行的。散热器16可由既是良好热导体也是良好电绝缘体或电介质的材料制成，例如氮化铝(AlN)。氮化铝是一类陶瓷材料且具有大约285瓦/米.开尔文(W/m.K)的导热率。其它导热陶瓷材料(例如，具有大于约100W/m.K的导热率)也可为合适的。
[0045]在其中若干光电子芯片中的每一者包含光信号源的实施例(未图不)中，在散热器上个别地安装此些光电子芯片可帮助使光信号源彼此电隔离。处理芯片20包含用于驱动VCSEL或光电子芯片14的其它光信号源的电路。在包含光信号检测器(未图不)的实施例中，此处理芯片可包含用于接收由光信号检测器产生的信号的电路。处理芯片20电耦合到光电子芯片14以使得处理芯片20的信号驱动器电路将电信号提供到光信号源，且在具有光信号检测器的实施例中，处理芯片20的信号接收器电路接收由光信号检测器产生的电信号。此电稱合是由光电子芯片14的上表面上的与处理芯片20的下表面上的例如导电垫等电触点30的对应阵列(图2)接触的例如焊料凸块等电触点28的阵列(图5)提供。在其它实施例(未图示)中，可采用铜柱或其它电触点技术来替代焊料凸块与导电垫的组
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[0046]处理芯片20还电耦合到系统衬底12的电导体，例如电路迹线和通孔。这些衬底电导体中的一些衬底电导体(包含例如导电垫等电触点32的阵列(图3到5))形成于系统衬底12的上表面上。为了清楚起见而未展示例如电路迹线和通孔等其它此类衬底电导体。电耦合是由处理芯片20的下表面上的与电触点32的对应阵列接触的例如焊料凸块等电触点31的阵列(图2)提供。在其它实施例(未图示)中，可采用铜柱或其它电触点技术来替代焊料凸块与导电垫的组合。
[0047]应注意，处理芯片20通过处理其与光电子芯片14和系统衬底12两者通信的电子信号而用作光电子芯片14与系统衬底12之间的桥接器或接口。在光电子系统10的操作中，处理芯片20响应于处理芯片20从系统衬底12接收到的信号(所述系统衬底12又从系统衬底12安装于其上的外部系统(未图示)接收所述信号)而控制光电子芯片14。处理芯片20还在机械意义上充当桥接器，原因在于其跨接或桥接光电子芯片14和系统衬底
12。此机械桥接通过以下情形来促进:光电子芯片14及其电触点28的阵列的上表面与系统衬底12及其电触点32的阵列的上表面大体上共面或齐平。
[0048]透镜18以阵列形成于透镜块34的下表面上。因此，处理芯片20夹在光电子芯片14与透镜块34之间。每一个别透镜18(图2)可包括例如透镜块34的下表面上的凸出鼓起。在操作中，从VCSEL区24的阵列发射的光信号照射在对应透镜18上。透镜18聚焦这些信号或光束，这些信号或光束穿过透镜块34且从透镜块34的上表面发射。
[0049]散热片36安装在系统衬底12的上表面上的腔26上方。另一大体上平面的散热器38可夹在处理芯片20与散热片36之间。也就是说，散热器38的下表面与处理芯片20的上表面热接触，且散热器38的上表面与散热片36的下表面热接触。还可注意到，透镜块34部分地安装在散热片36上且部分地安装在散热器38上。然而，在其它实施例中，此透镜块可仅安装在散热片上或以任何其它合适配置安装。而且，由于此其它散热器38不需要是电绝缘的，因此其可由例如铜等高导热材料制成。在不具有此散热器的实施例中，散热片的下表面可与处理芯片的上表面直接热接触。虽然为了清楚起见而未图示，但可在彼此热接触的元件的邻接表面之间提供导热膏的薄层。
[0050]可参见图3到9描述用于制造光电子系统10的示范性方法。如图3中所说明，首先在系统衬底12中形成腔26。随后使用例如导热环氧树脂在系统衬底12的腔26中安装散热器16。如上文论述，散热器16可由例如氮化铝制成，且系统衬底12可由有机PCB材料制成。随后，如图5中所说明，将例如VCSEL芯片等光电子芯片14安装在散热器16的上表面上，使得光电子芯片14及其电触点28的阵列的上表面与系统衬底12及其电触点32的阵列的上表面大体上共面或齐平。如图6中所说明，随后在系统衬底12和光电子芯片14两者的上表面上安装处理芯片20，使得其跨接或桥接系统衬底12和光电子芯片14。随后，如图7中所说明，在处理芯片20的上表面上安装其它散热器38。如图8中所说明，随后在系统衬底12的上表面上安装散热片36。最终，如图9中所说明，在散热片36和散热器38两者的上表面的若干部分上安装透镜块34。透镜块34可由对由光电子芯片14发射的波长为透明的合适材料制成，例如玻璃或塑料。
[0051]如图10到11中所说明，在本发明的另一示范性实施例中，光电子系统40包含系统衬底42、光电子芯片44、透镜46以及处理芯片48。系统衬底42的下表面具有衬底下部电触点50的阵列(图11)，例如球栅阵列(BGA)，以促进光电子系统40到外部系统的印刷电路板(未图示)的表面的电安装。
[0052]由于光电子芯片44可类似于上述光电子芯片14，因此为了清楚起见而不以类似细节描述光电子芯片44。因此，在此实施例中，光电子芯片44具有一阵列或多个VCSEL结构及其上表面上的对应VCSEL区52。虽然为了说明的目的，图10到11中所示的示范性实施例仅包含单一单片光电子芯片44，但其它实施例可包含一个以上此光电子芯片，其各自具有一个或一个以上VCSEL或其它光信号源。在其中若干光电子芯片中的每一者包含光信号源的实施例(未图示)中，每一此光电子芯片的光信号源可与其它光电子芯片的光信号源电隔离。
[0053]系统衬底42可由导热陶瓷材料制成，例如氮化铝。其它导热陶瓷材料(例如，具有大于约100W/m.Κ的导热率)也可为合适的。光电子芯片44安装于系统衬底42的上表面中的凹部或腔53 (图12)的底部处。
[0054]由于处理芯片48可类似于上述处理芯片20，因此为了清楚起见而不以类似细节描述处理芯片48。类似于上述实施例,处理芯片48的下表面具有例如导电垫等电触点54的阵列(图11)，所述电触点阵列与光电子芯片44的上表面上的例如焊料凸块等电触点56的对应阵列(图13)接触。在其它实施例(未图示)中，可采用铜柱或其它电触点技术来替代焊料凸块(焊料凸块)与导电垫的组合。
[0055]处理芯片48还电耦合到系统衬底42的电导体，例如电路迹线和通孔。这些衬底电导体中的一些衬底电导体(包含例如导电垫等电触点58的阵列(图12到13))形成于系统衬底42的上表面上。电耦合是由处理芯片48的下表面上的与电触点58的对应阵列接触的例如焊料凸块等电触点59的阵列(图11)提供。在其它实施例(未图示)中，可采用铜柱或其它电触点技术来替代焊料凸块与导电垫的组合。
[0056]处理芯片48通过处理其与光电子芯片44和系统衬底42两者通信的电子信号而用作光电子芯片44与系统衬底42之间的桥接器或接口。在光电子系统40的操作中，处理芯片48响应于处理芯片48从系统衬底42接收到的信号(所述系统衬底42又从系统衬底42安装于其上的外部系统(未图示)接收所述信号)而控制光电子芯片44。处理芯片48还在机械意义上充当桥接器，原因在于其跨接或桥接光电子芯片44和系统衬底42。此机械桥接通过以下情形来促进:光电子芯片44及其电触点56的阵列(图13)的上表面与系统衬底42及其电触点58的阵列的上表面的支架状部分大体上共面或齐平。
[0057]透镜46以阵列形成于透镜块60的下表面上。因此，处理芯片48夹在光电子芯片44与透镜块60之间。在操作中，从VCSEL区52的阵列发射的光信号照射在对应透镜46上。透镜46聚焦这些信号或光束，这些信号或光束穿过透镜块60且从透镜块60的上表面发射。
[0058]散热片62安装在系统衬底42的上表面上的腔53上方。如上述实施例中，另一大体上平面的散热器64可夹在处理芯片48与散热片62之间。由于此其它散热器64不需要是电绝缘的，因此其可由例如铜等高导热材料制成。在不具有此散热器的实施例中，散热片的下表面可与处理芯片的上表面直接热接触。
[0059]可参见图12到16描述用于制造光电子系统40的示范性方法。如图12中所说明，首先在系统衬底42中形成腔53。在所说明的实施例中，腔53具有台阶形状，其中腔53的下部部分用以接纳光电子芯片44和处理芯片54。电触点58形成于腔53中的上部台阶或支架上。然而，在其它实施例中，此腔可不具有台阶或具有一个以上台阶。
[0060]如图13中所说明，随后将光电子芯片44安装在腔53的下部部分中，使得光电子芯片44及其电触点56的阵列的上表面与腔53及其电触点58的阵列的上部台阶或表面大体上共面或齐平。如图14中所说明，随后在腔53中的支架和光电子芯片44两者的上表面上安装处理芯片48，使得其跨接或桥接光电子芯片44和系统衬底42的表面。在处理芯片48的上表面上安装了散热器64 (图11)之后，在系统衬底42的上表面上安装散热片62，如图15中所说明。最终，如图16中所说明，在散热片62和散热器64两者的上表面的若干部分上安装透镜块60。
[0061]如图17到18中所说明，在本发明的又一不徂性实施例中，光电子系统70包含系统衬底72、光电子芯片74、透镜76以及处理芯片78。系统衬底72的下表面具有衬底下部电触点80的阵列(图18)，例如球栅阵列(BGA)，以促进光电子系统70到外部系统的印刷电路板(未图示)的表面的电安装。
[0062]由于光电子芯片74可类似于上述光电子芯片14和44，因此为了清楚起见而不以类似细节描述光电子芯片74。因此，在此实施例中，光电子芯片74具有一阵列或多个VCSEL结构及其上表面上的对应VCSEL区82 (图22)。光电子芯片74的上表面具有例如焊料凸块等电触点84的阵列。虽然为了说明的目的，图17到18中所示的示范性实施例仅包含单一单片光电子芯片74，但其它实施例可包含一个以上此光电子芯片，其各自具有一个或一个以上VCSEL或其它光信号源。在其中若干光电子芯片中的每一者包含光信号源的实施例(未图不)中，每一此光电子芯片的光信号源可与其它光电子芯片的光信号源电隔离。
[0063]系统衬底72可由导热陶瓷材料制成，例如氮化铝。其它导热材料(例如，具有大于约100W/m.Κ的导热率)也可为合适的。光电子芯片74安装于系统衬底72的上表面中的凹部或腔86 (图21)的底部处。[0064]由于处理芯片78可类似于上述处理芯片20和48，因此为了清楚起见而不以类似细节描述处理芯片78。处理芯片78的上表面具有例如焊料凸块等电触点88的阵列(图18)。
[0065]虽然为了清楚起见而未图示，但系统衬底72包含例如电路迹线和通孔等各种电导体。这些衬底电导体中的一些衬底电导体(包含例如导电垫等电触点90的阵列(图21))形成于衬底72的上表面上。为了清楚起见而未展示其它此类衬底电导体。
[0066]透镜76以阵列形成于透镜块92的上表面上。透镜块92包含例如电路迹线等电导体，其形成于透镜块92的下表面上，但为了清楚起见而未图示。如图19到20中所说明，这些透镜块电导体包含透镜块92的下表面上的电触点94、96和98的阵列。在此实施例中，透镜块92用作光电子芯片74与处理芯片78之间以及还有处理芯片78与系统衬底72之间的桥接器或接口，因为透镜块电导体在光电子芯片74、处理芯片78与系统衬底72之间路由电子信号。系统衬底72与透镜块电导体之间的电耦合是由透镜块92的下表面上的与系统衬底72的上表面上的电触点90的阵列接触的电触点94的阵列提供。光电子芯片74与透镜块电导体之间的电耦合是由透镜块92的下表面上的与光电子芯片74的上表面上的电触点84的阵列接触的电触点96的阵列提供，。处理芯片78与透镜块电导体之间的电耦合是由透镜块92的下表面上的与处理芯片78的上表面上的电触点88的阵列接触的电触点98的阵列提供。在光电子系统70的操作中，处理芯片78响应于处理芯片78经由透镜块92的电子导体从系统衬底72接收到的信号而控制光电子芯片74。
[0067]应注意，在此实施例中，透镜块92还在机械意义上充当桥接器，原因在于其安装于系统衬底72、光电子芯片74和处理芯片78之上且跨越系统衬底72、光电子芯片74和处理芯片78。此机械桥接通过以下情形来促进:光电子芯片74及其电触点84的阵列(图18)的上表面与处理芯片78及其电触点88的阵列的上表面大体上共面或齐平，以及与系统衬底72及其电触点94、96和98的阵列的上表面大体上共面或齐平。
[0068]因此，光电子芯片74和处理芯片78夹在系统衬底72与透镜块92之间。在操作中，从VCSEL区82的阵列(图22)发射的光信号穿过透镜块92且照射在对应透镜76上。透镜76聚焦且发射这些信号或光束。
[0069]可参见图19到22描述用于制造光电子系统70的示范性方法。如图19中所说明，制造透镜块92，包含提供导电迹线和电触点94、96和98的阵列，或其它透镜块电导体。随后，如图20中所说明，在透镜块92的下表面上倒装芯片地安装光电子芯片74和处理芯片78。如图21中所说明，还制造系统衬底72，包含提供导电迹线和电触点90的阵列，或其它衬底电导体。还在系统衬底72中形成腔86 (图21)。随后在系统衬底72的上表面上、光电子芯片74和处理芯片78上方安装透镜块92，如图22中所说明。
[0070]如图23到24中所说明，在本发明的再一示范性实施例中，光电子系统100包含系统衬底102、光电子芯片104、透镜106以及处理芯片108。系统衬底102的下表面具有衬底下部电触点110的阵列(图24)，例如球栅阵列(BGA)，以促进光电子系统100到外部系统的印刷电路板(未图示)的表面的电安装。
[0071]由于光电子芯片104可类似于上述光电子芯片14、44和74，因此为了清楚起见而不以类似细节描述光电子芯片104。因此，在此实施例中，光电子芯片104具有一阵列或多个VCSEL结构及其上表面上的对应VCSEL区(为了清楚起见而未图示)。光电子芯片104的上表面具有例如焊料凸块等电触点112的阵列(图24)。虽然为了说明的目的，图23到24中所示的示范性实施例仅包含单一单片光电子芯片104，但其它实施例可包含一个以上此光电子芯片，其各自具有一个或一个以上VCSEL或其它光信号源。在其中若干光电子芯片中的每一者包含光信号源的实施例(未图示)中，每一此光电子芯片的光信号源可与其它光电子芯片的光信号源电隔离。
[0072]由于处理芯片108可类似于上述处理芯片20、48和78，因此为了清楚起见而不以类似细节描述处理芯片108。处理芯片108的下表面具有例如焊料凸块等电触点114的阵列(图24)。
[0073]系统衬底102可由导热陶瓷材料制成，例如氮化铝。其它导热陶瓷材料(例如，具有大于约100W/m-K的导热率)也可为合适的。光电子芯片104安装于系统衬底102的上表面中的凹部或腔116的底部处。腔116具有台阶形状，其中腔116的下部部分用以接纳光电子芯片104和处理芯片108。然而，在其它实施例中，此腔可不具有台阶或具有一个以上台阶。虽然为了清楚起见而未图示，但系统衬底102包含例如电路迹线和通孔等电导体。这些衬底电导体包含腔116中的上部台阶或支架上的例如导电垫等电触点的阵列(为了清楚起见而未图示)。
[0074]插入件118安装于光电子芯片104和处理芯片108之上。插入件118可具有大体上平面或芯片状形状，且可由例如硅制成。插入件118包含例如电路迹线等电导体，其形成于插入件118的下表面上，但为了清楚起见而未图示。如图25到26中所说明，这些插入件电导体包含插入件118的下表面上的电触点120、122和124的阵列。在此实施例中，插入件118用作光电子芯片104与处理芯片108之间以及还有处理芯片108与系统衬底102之间的桥接器或接口，因为插入件电导体在光电子芯片104、处理芯片108与系统衬底102之间路由电子信号。系统衬底102与插入件电导体之间的电耦合是由插入件118的下表面上的与系统衬底102的上表面上的电触点的阵列(未图示)接触的电触点120的阵列提供。光电子芯片104与插入件电导体之间的电稱合是由插入件118的下表面上的与光电子芯片104的上表面上的电触点112的阵列(图24)接触的电触点122的阵列提供。处理芯片108与插入件电导体之间的电耦合是由插入件118的下表面上的与处理芯片108的上表面上的电触点114的阵列(图24)接触的电触点124的阵列提供。在光电子系统100的操作中，处理芯片108响应于处理芯片108经由插入件118的电导体从系统衬底102接收到的信号而控制光电子芯片104。
[0075]应注意，在此实施例中，插入件118还在机械意义上充当桥接器，原因在于其安装于系统衬底102、光电子芯片104和处理芯片108之上且跨越系统衬底102、光电子芯片104和处理芯片108。此机械桥接通过以下情形来促进:光电子芯片104及其电触点的阵列(未图示)的上表面与处理芯片108及其电触点的阵列(未图示)的上表面大体上共面或齐平，以及与系统衬底102及其电触点120、122和124的阵列的上表面大体上共面或齐平。
[0076]透镜106以阵列形成于透镜块126的上表面上。透镜块126安装于插入件118的顶部上。插入件118具有孔口 128的阵列，其与光电子芯片104的上表面上的VCSEL区(未图示)的阵列垂直对准。在操作中，从VCSEL区的阵列发射的光信号穿过孔口 128且进入透镜块126，其中信号撞击在对应透镜106上。透镜106聚焦且发射这些信号或光束。
[0077]可参见图25到28描述用于制造光电子系统100的示范性方法。如图25中所说明，制造插入件118，包含提供导电迹线和电触点120、122和124的阵列，或其它插入件电导体。随后，如图26中所说明，在插入件118的下表面上倒装芯片地安装光电子芯片104和处理芯片108。还制造系统衬底102，包含在其上表面上提供导电迹线和电触点的阵列(未图示)。还在系统衬底102中形成腔116 (图24)。如图27中所说明，随后在腔116中安装包括插入件118、光电子芯片104和处理芯片108的组合件。如图28中所说明，随后在插入件118上安装透镜块126，使得其透镜块106与插入件118中的对应孔口 128对准。
[0078]上文已描述本发明的一个或一个以上说明性实施例。然而应了解，本发明由所附权利要求书界定且不限于所描述的具体实施例。
【权利要求】
1.一种光电子系统，其包括: 系统衬底，其具有大体上平面的衬底上表面和大体上平面的衬底下表面，所述衬底下表面具有衬底下部电触点阵列，所述衬底上表面具有衬底电导体和将所述衬底电导体的至少一部分互连的衬底上部电触点阵列，所述衬底具有从所述衬底上表面延伸到所述衬底的内部的腔； 光电子芯片，其安装于所述腔中，所述光电子芯片包括光电子芯片衬底，所述光电子芯片衬底上形成有用于发射光信号的光信号源和用于接收光信号的光信号检测器中的至少一者，光电子芯片具有大体上平面的光电子芯片上表面和大体上平面的光电子芯片下表面，所述光电子芯片下表面由所述光电子芯片衬底的下表面界定，所述光电子芯片具有经配置以用于将光信号传送穿过所述光电子芯片上表面的至少一个光学区，所述光电子芯片上表面进一步具有以与所述衬底上表面大体上共面的定向而安置的光电子芯片电触点阵列； 透镜，其与所述至少一个光学区光学对准；以及 桥接装置，其安置于所述透镜与所述光电子芯片上表面之间，所述桥接装置具有大体上平面的桥接装置上表面和大体上平面的桥接装置下表面，所述桥接装置下表面具有与所述衬底上部电触点阵列的至少一部分接触的第一装置电触点阵列，所述桥接装置下表面进一步具有与所述光电子芯片电触点阵列的至少一部分接触的第二装置电触点阵列，所述桥接装置进而电桥接所述衬底和所述光电子芯片。
2.根据权利要求1所述的光电子系统，其中所述系统衬底包括有机印刷电路板材料。
3.根据权利要求2所述的光电子系统，其进一步包括与所述光电子芯片下表面和所述系统衬底在所述衬底腔内的表面热接触的散热器。
4.根据权利要求3所述的光电子系统，其中所述系统衬底包括导热陶瓷材料。
5.根据权利要求4所述的光电子系统，其中所述导热陶瓷材料包括氮化铝。
6.根据权利要求2所述的光电子系统，其中所述透镜形成于透镜块的下表面上，且所述桥接装置安置于所述光电子芯片与所述透镜块之间。
7.根据权利要求2所述的光电子系统，其中所述桥接装置包括处理芯片，所述处理芯片具有电耦合到所述光信号源的信号驱动器和电耦合到光信号接收器的信号接收器中的至少一者。
8.根据权利要求7所述的光电子系统，其进一步包括热耦合到所述衬底上表面和所述桥接装置上表面的散热片。
9.根据权利要求8所述的光电子系统，其中所述散热片经由具有散热器下表面和散热器上表面的散热器而热耦合到所述桥接装置上表面，所述散热器下表面与所述桥接装置上表面热接触，所述散热器上表面与所述散热片热接触。
10.根据权利要求9所述的光电子系统，其中所述透镜形成于透镜块的下表面上，且所述透镜块至少部分地安装在所述散热片上。
11.根据权利要求1所述的光电子系统，其中所述系统衬底包括导热陶瓷材料。
12.根据权利要求11所述的光电子系统，其中所述导热陶瓷材料包括氮化铝。
13.根据权利要求12所述的光电子系统，其中所述光电子芯片下表面与所述系统衬底在所述衬底腔内的氮化铝表面热接触。
14.根据权利要求1所述的光电子系统，其中所述桥接装置包括由对所述光信号透明的材料制成的透镜块，且所述透镜形成于所述桥接装置上表面上，所述桥接装置下表面具有连接所述衬底上部电触点阵列的至少一部分和所述光电子芯片电触点阵列的至少一部分的电导体。
15.根据权利要求14所述的光电子系统，其进一步包括处理芯片，所述处理芯片安装于所述系统衬底的所述腔中，且具有电耦合到所述光信号源的信号驱动器和电耦合到所述光信号接收器的信号接收器中的至少一者，所述处理芯片具有大体上平面的处理芯片上表面和大体上平面的处理芯片下表面，所述处理芯片上表面以与所述衬底上表面大体上共面的定向而安置。
16.根据权利要求1所述的光电子系统，其中: 所述桥接装置包括单片插入件，所述单片插入件具有与所述至少一个光学区和所述透镜光学对准的孔口，所述桥接装置下表面具有连接所述衬底上部电触点阵列的至少一部分和所述光电子芯片电触点阵列的至少一部分的电导体；且 所述透镜形成于由对所述光信号透明的材料制成的透镜块的上表面上，所述透镜块具有安装于所述桥接装置上表面上的下表面。
17.—种在光电子系统中的操作方法，所述光电子系统包括系统衬底、透镜、桥接装置以及安装于所述系统衬底中的腔中的光电子芯片，所述桥接装置安置于所述透镜与所述光电子芯片之间，所述方法包括: 在所述光电子芯片的大体上平面的光电子芯片上表面处且通过所述透镜传送光信号; 在外部电子装置与所述系统衬底的大体上平面的衬底下表面上的衬底下部电触点阵列之间传送电信号； 在所述桥接装置的大体上平面的下表面上的第一装置电触点阵列与所述系统衬底的大体上平面的衬底上表面上的衬底上部电触点阵列之间传送电信号；以及 在所述桥接装置的所述下表面上的第二装置电触点阵列与以与所述衬底上表面大体上共面的定向而安置于所述光电子芯片上表面上的光电子芯片电触点阵列的至少一部分之间传送电信号。
18.根据权利要求17所述的方法，其中由有机印刷电路板材料制成所述系统衬底，且所述方法进一步包括以下步骤:安置于所述腔中的散热器将从所述光电子芯片下表面发射的热散布远离所述光电子芯片的光电子芯片衬底。
19.根据权利要求17所述的方法，其中由导热陶瓷材料制成所述系统衬底，且所述方法进一步包括以下步骤:所述系统衬底将从所述光电子芯片下表面发射的热散布远离所述光电子芯片的光电子芯片衬底。
20.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括在所述第二装置电触点阵列的一部分与以一定向安装于所述系统衬底的所述腔中的处理芯片的上表面上的对应触点阵列之间传送电信号，在所述定向中，所述处理芯片的所述上表面与所述衬底上表面和所述光电子芯片上表面大体上共面。
【文档编号】H01L31/024GK103579376SQ201310344064
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月8日 优先权日:2012年8月8日
【发明者】钟-伊·苏, 达·库·王 申请人:安华高科技通用Ip(新加坡)公司