一种集成光子封装结构及其形成方法与流程

本发明涉及集成电路，特别涉及一种集成光子封装结构及其形成方法。

背景技术：

1、目前的光子封装方式主要包括片上集成(chip-on-substrate，cos)和片外光源(如激光二极管)集成。其中，cos的封装方式存在缺乏防潮(moisture protection，msl)保护以及机械搬运保护，后端组装方式并非smt(surface mounted)，以及不适合光学平台的集成。片外光源封装方式存在光源缺乏散热，缺乏封装内的光学互连(例如光源的z光轴控制)。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于，提供一种集成光子封装结构及其形成方法，可以实现封装内的光学互连。

2、本发明的另一目的在于，提供一种集成光子封装结构及其形成方法，可以在封装内实现对光源的散热。

3、为了解决以上问题，本发明提供一种集成光子封装结构，包括封装在塑封层中的电信号模块、硅光子单元、发光单元和微光学耦合器，

4、所述电信号模块分别与所述硅光子单元和发光单元电连接，并用于向所述硅光子单元和发光单元提供电信号，所述硅光子单元、发光单元和微光学耦合器间隔设置，且所述硅光子单元位于所述发光单元和微光学耦合器之间，所述发光单元用于提供水平向光线，且通过所述硅光子单元和微光学耦合器将所述水平向光线垂直传递并射出所述集成光子封装结构。

5、可选的，所述微光学耦合器具有多个波导，每个所述波导均具有相互垂直且光连通的输入端和输出端，所述水平向光线经过所述硅光子单元处理并从所述输入端水平进入所述波导中且从所述输出端垂直射出。

6、进一步的，所述波导包括第一段和第二段，所述第一段和第二段垂直设置，且所述第一段与第二段相交处设置有反射镜，所述反射镜分别与所述第一段和第二段所夹的锐角为45°，且所述第一段远离所述反射镜的一端为所述输入端，所述第二段远离所述反射镜的一端为输出端，使得所述水平向光线从所述输入端进入所述波导，并在所述反射镜处经过反射改变为垂直向光线并从所述输出端射出。

7、进一步的，所述输入端匹配所述硅光子单元的模式和相位，所述输出端匹配光纤的模式和相位，以使得所述水平向光线能水平射入所述波导并垂直射出所述波导。

8、进一步的，所述输出端位于所述微光学耦合器的上表面，所述塑封层的上表面形成有下陷区域，所述下陷区域暴露出所述输出端，且所述微光学耦合器在所述下陷区域与光纤连接。

9、进一步的，所述电信号模块包括第一电信号单元和第二电信号单元，所述第一电信号单元位于所述硅光子单元上，且与所述硅光子单元电连接，所述第二电信号单元间隔设置在所述硅光子单元、微光学耦合器和发光单元的外侧。

10、进一步的，还包括封装在塑封层中的光界面结构，所述光界面结构设置在所述输入端和所述硅光子单元之间以及所述硅光子单元和出光区之间，以将所述光单元发出的水平向光线传导至所述硅光子单元，并将经过所述硅光子单元处理的水平向光线传导至所述输入端。

11、可选的，还包括封装在塑封层中的第一基座和第二基座，所述第一基座位于所述硅光子单元下方，所述第二基座位于所述发光单元下方，所述塑封层的下表面暴露出所述第一基座的下表面，还暴露出所述第二基座的下表面。

12、可选的，还包括封装在所述塑封层中的散热结构，所述散热结构位于所述发光单元上，且所述塑封层暴露出所述散热结构的上表面，所述散热结构在上表面处与外部的系统级散热器连接。

13、进一步的，所述散热结构包括硅塞块，所述散热块通过热界面材料层安装在所述发光单元上。

14、进一步的，所述散热块具有散热孔，所述散热孔厚度方向贯通所述散热块，且所述散热孔中填充有金属材料。

15、进一步的，所述散热块的材料为硅，所述金属材料为铜，所述塑封层的材料为不透光的树脂材料。

16、进一步的，所述第二电信号单元、硅光子单元和发光单元的下表面均具有电连接区域，所述塑封层暴露出所述第二电信号单元、硅光子单元和发光单元的所述电连接区域。

17、进一步的，还包括互连结构，所述互连结构所述塑封层的下表面上，且所述互连结构分别与所述第二电信号单元、硅光子单元和发光单元电连接。

18、进一步的，所述互连结构的下表面具有多个焊垫，多个所述焊垫上形成有锡球。

19、可选的，所述发光单元具有出光区，所述出光区朝向所述发光单元和微光学耦合器设置。

20、另一方面，本发明提供一种集成光子封装结构的形成方法，制备所述的集成光子封装结构，包括以下步骤：

21、将电信号模块、硅光子单元、发光单元、阻挡模型和微光学耦合器固定于一临时载板上，其中，所述电信号模块分别与所述硅光子单元和发光单元电连接，并用于向所述硅光子单元和发光单元提供电信号，所述硅光子单元、发光单元和微光学耦合器间隔设置，且所述硅光子单元位于所述发光单元和微光学耦合器之间，所述发光单元用于提供水平向光线，且通过所述硅光子单元和微光学耦合器将所述水平向光线垂直传递并射出所述集成光子封装结构；

22、在所述电信号模块、硅光子单元、发光单元、阻挡模型和微光学耦合器之间填充塑封材料，并固化所述塑封材料以形成塑封层。

23、可选的，将电信号模块、硅光子单元、发光单元和微光学耦合器固定于一临时载板上的步骤具体包括：

24、提供一临时载板，所述载板的一面形成有一粘接剂层；

25、将第一基座和第二基座间隔设置于所述临时载板上；

26、将所述硅光子单元组装在所述第一基座上，将所述发光单元组装在所述第二基座上，所述硅光子单元和发光单元间隔且相邻设置；

27、将所述电信号模块、微光学耦合器、阻挡模型和散热结构置于所述临时载板、硅光子单元和发光单元上；

28、在所述硅光子单元和所述微光学耦合器输入端之间，以及在所述硅光子单元和所述发光单元的出光区之间分配并固化光界面的指数匹配环氧树脂，以形成光界面结构。

29、进一步的，所述电信号模块包括第一电信号单元和第二电信号单元，将所述电信号模块、微光学耦合器和散热结构置于所述临时载板、硅光子单元和发光单元上包括：

30、将所述第一电信号单元通过三维集成封装方式封装在所述硅光子单元上，以使得所述第一电信号单元与所述硅光子单元电连接；

31、将所述第二电信号单元和微光学耦合器置于所述硅光子单元和发光单元的外侧，且所述硅光子单元位于所述微光学耦合器和发光单元之间，所述发光单元位于所述硅光子单元和第二电信号单元之间，且所述微光学耦合器的输出端朝向所述硅光子单元设置，所述发光单元的出光区朝向所述硅光子单元设置；

32、将所述阻挡模型置于所述微光学耦合器的上表面；

33、将散热结构组装经过热界面材料层组装在所述发光单元的上表面。

34、可选的，形成塑封层的方法包括：

35、在所述电信号模块、硅光子单元、发光单元、阻挡模型和微光学耦合器之间填充塑封材料，并固化所述塑封材料以形成塑封层，其中，所述塑封层覆盖所述微光学耦合器的上表面，并暴露出所述微光学耦合器的下表面；

36、移除所述阻挡模型和临时载板，并在所述微光学耦合器的上表面形成凹陷区域，所述凹陷区域暴露出所述微光学耦合器的上表面。

37、可选的，在形成塑封层之后还包括：

38、从所述塑封层的下表面侧，在所述塑封层中形成沟槽，所述沟槽暴露出所述发光单元和硅光子单元的电连接区域，并在所述沟槽中填充导电材料；

39、在所述塑封层的下表面形成互连结构，所述互连结构分别与所述导电材料和第二电信号单元的电连接区域电连接，所述互连结构的下表面具有焊垫，所述焊垫上形成有锡珠。

40、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

41、本发明提供一种集成光子封装结构及其形成方法，集成光子封装结构包括封装在塑封层中的电信号模块、硅光子单元、发光单元和微光学耦合器，所述电信号模块分别与所述硅光子单元和发光单元电连接，并用于向所述硅光子单元和发光单元提供电信号，所述硅光子单元、发光单元和微光学耦合器间隔设置，且所述硅光子单元位于所述发光单元和微光学耦合器之间，所述发光单元用于提供水平向光线，且通过所述硅光子单元和微光学耦合器将所述水平向光线垂直传递并射出所述集成光子封装结构，以实现封装内的光学互连。