专利名称：光学器件和包括该光学器件的电子封装的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及光学器件以及配备有光学器件的半导体器件的领域。
背景技术：
包括集成电路芯片的电子封装是已知的，该集成电路芯片包括安装在提供支撑和电连接的板上的诸如光发射器或检测器之类的光学元件、以及放置在芯片的光学元件的前方并且由固定在支撑板上的轴环(collar)承载的诸如光学裸片(die)或镜片之类的光学元件。然而，当提供必须保持若干相邻集成电路芯片的电子封装是所考虑的问题时，这样的封装不是非常合适。
实用新型内容首先提供了一种光学器件。该光学器件包括至少一个光学裸片和所述光学裸片至少周边地嵌入在其中的由密封材料制成的板，该板的第一面和该光学裸片的第一面位于相同的平面中，该光学裸片的与其第一面相反的第二面至少部分地暴露，从而使得该光学裸片可以从该板的一侧向另一侧透射光。该光学器件可以包括放置在该光学裸片的第二面侧上方并且与其光学地相关联的光学兀件。该光学器件可以在该板中包括两个光学裸片。该光学器件可以在该板中包括光学裸片和通孔、以及与该孔相关联的光学元件。还提供了一种用于制造光学器件的工艺。该工艺包括在模具的表面上放置至少一个光学裸片的第一面；以及在该模具的所述表面上利用密封材料来密封该光学裸片，从而获得比该光学裸片更厚并且具有在该光学裸片的第一面的平面中的第一面的中间包模 (overmolded)层。该工艺还包括执行用于以下的操作从所述中间层的与其第一面相反的第二面侧去除密封材料中的一些到在该光学裸片的与其第一面相反的第二面的至少一部分至少之上，从而暴露该部分，从而获得该光学裸片至少周边地嵌入在其中的板，并且从而该光学裸片可以从该板的一侧向另一侧透射光。该工艺可以包括执行用于以下的操作从中间层的与其第一面相反的第二面侧去除和平面化密封材料至少直至光学裸片的第二面。该工艺可以包括在中间层中产生至少在光学裸片的第二面的至少一部分之上的光阑，从而获得包含该光阑的板。该工艺可以包括在光学裸片的第二面之上安装光学元件。[0014]该工艺可以包括在具有突出部分的模具的表面上密封光学裸片，从而创建中间层中的空洞，去除操作打开该空洞从而形成板中的通孔。该工艺可以包括在所述板中的通孔之上或之中安装光学元件。还提供了一种电子封装。该电子封装包括半导体器件，其包括至少一个集成电路芯片，该集成电路芯片在一侧上包含至少一些光学集成电路；光学器件，其放置为使得光学裸片位于集成电路之上；以及用于将光学器件固定在半导体器件上的装置。该电子封装可以包括由密封材料制成的板，芯片至少周边地嵌入在该板中，留下暴露的所述集成光学元件，半导体器件的板具有用于将一面与另一面电连接的、电连接到该芯片的装置。用于将光学器件固定在半导体器件上的装置可以通过介于它们之间的粘合层来形成。半导体器件包括连接到电连接装置的至少一个无源部件。半导体器件可以包括至少两个光学、集成电路芯片，其中的一个芯片包括光发射器并且其中的一个芯片包括光检测器，并且其中光学器件包括芯片中的一个芯片之上的裸片、以及另一芯片之上的裸片或与光学元件相关联的孔。
现在将通过由附图图示的非限制性例子来描述光学器件、用于制造该光学器件的工艺以及电子封装，在所述附图中[0022]图I示出了一个光学器件的截面；[0023]图2示出了图I中的光学器件的制造中的一个步骤；[0024]图3示出了图I中的光学器件的制造中的另一步骤；[0025]图4示出了图I中的光学器件的制造中的另一步骤；[0026]图5示出了图I中的光学器件的一个变体实施例；[0027]图6示出了图I中的光学器件的另一变体实施例；[0028]图7示出了另一光学器件的截面；[0029]图8示出了图7中的光学器件的变体实施例；[0030]图9示出了另一光学器件的截面；[0031]图10示出了图9中的光学器件的制造中的一个步骤；[0032]图11示出了图9中的光学器件的制造中的另一步骤；[0033]图12示出了图9中的光学器件的制造中的另一步骤；[0034]图13示出了图9中的光学器件的一个变体实施例；以及[0035]图14示出了一个电子封装的截面。
具体实施方式
首先将描述光学器件和允许其制造的操作。参照图1，可以看出光学器件I包括由密封材料(例如环氧树脂)制成的板2，其中嵌入了例如两个光学裸片3和4，光学裸片3和4例如可以是圆柱形、矩形或方形。光学器件I可以包括单个裸片或多于两个裸片。[0038]光学裸片3和4具有第一面3a和4a以及第二面3b和4b,第一面3a和4a与板2 的第一面2a位于相同的平面中，从而形成光学器件I的背面la，第二面3b和4b与板2的第二表面2b位于相同的平面中，从而形成光学器件I的正面lb，这些背面Ia和正面和Ib 平行。从而，板2密封或包裹光学裸片3和4的周边，并且背面形成如下所见的安装面。光学裸片3和4可以由玻璃或塑料制成。它们可以是透明的或被处理为形成滤光片或镜片。为了制造光学器件I，有可能如下进行。如图2中所图示，光学裸片3和4被放置在模具6的平坦表面6a上的位置5中， 光学裸片3和4的第一面3a和4a与该表面6a相对。为了将光学裸片3和4保持在位置中，可以利用可揭除粘合剂7覆盖模具5的表面5a。为了批量制造的目的，其他光学裸片3 和4可以放置在模具6的平坦表面6a上的其他位置5中。接着，如图3中所图示，液体密封材料的层8被浇注或包模在模具6的表面6a上， 该密封材料比光学裸片3和4更厚并且覆盖光学裸片3和4。然后在与光学裸片3和4的第一面3a和4a相同的平面中，与模具6的表面6a相对地形成待制造的板2的第一面2a。接着，在密封材料8已经被固化并且从模具5抽出之后，如图4中所图示，层8的在与第一面2a相反的侧上的部分被去除，直至光学裸片3和4的第二面3b和4b的水平面 9，从而暴露这些第二面3b和4b。可以使用化学、机械或机械-化学侵蚀(例如切削工艺、 磨削工艺、抛光工艺或可能的刻蚀工艺或一些组合)来执行该操作。如果光学裸片3和4中的一个比另一个更厚，则该去除操作还将包括去除最厚的光学裸片的部分，至少直至最薄光学裸片的水平面。在批量制造的情况下，可以例如通过沿划线(scribe line) 10锯开来分离待获得的光学器件I。可以利用与光学裸片3和4中的一个光学地相关联的光学元件、或利用分别与这些光学裸片相关联的光学元件来完成光学器件I。根据图5中所示的一个变体，可以提供镜片11，并且例如通过将镜片11的平坦面粘结到光学裸片4的第二面4b上和/或粘结到板2的围绕光学裸片4的周边的第二面2a 的边缘上，将镜片11固定在与安装面Ia相反的面Ib上。根据图6中所示的另一变体，镜片12可以由轴环13承载，该轴环13例如通过粘结到光学裸片4的第二面4b上和/或粘结到板2的第二面2a上而固定。参照图7，可以看出光学器件14与光学器件I不同在于光学器件14的板2的第二面2b位于光学裸片3和4的第二面3b和4b之上并且与其有一定距离，并且在于板2具有形成在光学裸片3和4的第二面3b和4b之上的其第二面2b中的光阑15和16，从而部分地或全部地暴露这些第二面3b和4b。为了制造光学器件14，参照图3，在形成板2的层8已经被固化并且从模具6抽出之后，可以使用化学、机械或机械-化学侵蚀或使用激光束的作用来产生光阑15和16。进一步地，板2的面2a可以被平面化。如同针对光学器件I的情况那样，光学器件14可以进一步配备与光学裸片3和4 中的一个光学地相关联的光学元件，或配备与这些光学裸片分别相关联的光学元件。例如，如图8中所图示，在板2的光阑15中，镜片17可以放置在光学裸片3的第二正面3b的前面并且直接固定到光学裸片3的第二正面3b，并且放置在裸片4的前面的镜片18可以直接固定到与光学裸片4的第二面4b有一定距离的板2的第二面2b。镜片17 和18可以具有不同的光学属性。镜片17和18中的一个和/或另一个可以被图6中的由轴环承载的镜片12替代。图9中示出了光学器件19，光学器件19与光学器件I不同在于不存在光学裸片 3，并且在于板2替代地具有通孔20。为了制造光学器件19，有可能如下进行。如图10中所图示，在模具22的平坦表面22a上，光学裸片4放置在位置21中，或在批量制造的情况下分别放置在多个位置21中。在该位置21中，模具具有凸出部分23，其周边对应于待获得的通孔20，并且凸出部分23具有比光学裸片4更大的厚度。可以利用可揭除粘合剂24来覆盖表面22a。然后，如图11中所图示，如上所述，液体密封材料的层25被浇注在模具22的表面 22a上，该层25比凸出部分23更厚。模具22的突出部分23则形成层25中的空洞26。接着，在密封材料25已经被固化并且从模块22抽出之后，如图12中所图示的层 25的部分被去除直至光学裸片4的第二面4b的水平面27，以暴露该面4b。该操作允许空洞26的前面打开，从而形成通孔20。然后在锯开之后获得分离的光学器件19。根据变体实施例，有可能如同图7中的例子的情况那样地在光学裸片4之上并且通过空洞26之上的层25在该层25中产生光阑，从而形成通孔20。在该情况下，空洞26的深度可以大于、等于或小于光学裸片4的厚度。如同前述例子中那样，可以利用与光学裸片4或与通孔20光学地相关联的光学元件、或利用分别与光学裸片4和与通孔20相关联的光学元件来完成光学器件19。例如，如图13中所图示，光学器件19可以配备通孔20前面的透明保护薄层19a、 并且配备光学裸片4前面的镜片1%。在变体实施例中，薄层19a可以由镜片替换，并且可以省略镜片1%。薄层或镜片19a可以延伸到通孔20中或放置在通孔20中。参照图14，现在将描述电子封装27。电子封装27包括与半导体器件28和与半导体器件28光学地相关联的光学器件 29。半导体器件28例如包括周边地嵌入在由密封材料(例如环氧树脂)制成的包模板32中的两个集成电路芯片30和31，从而形成重构的晶片33，其平行的正面和背面由集成电路芯片30和31以及板32的正面和背面来定义。半导体器件28可以包括单个集成电路芯片或多于两个集成电路芯片。芯片30和31在其正面上或在其正面中具有光学集成电路34和35以及位于这些集成电路34和35周边的电连接焊盘36和37。根据一个变体实施例，芯片30的集成电路 34可以是光发射器，而芯片31的集成电路35可以是光检测器。半导体器件28包括形成在晶片33的正面33b上的前层45，其不覆盖集成电路34 和35，并且其中集成了前电连接网络38。该电连接网络38选择性地连接到芯片30和31 的连接焊盘36和37。半导体器件28还包括形成在晶片33的背面33a上的背层39，其中集成了背电连接网络40。该电连接网络40被选择性地连接到放置在背层39上的多个外部电连接凸起41。半导体器件28进一步包括多个电连接过孔44，其延伸通过板32并且一端被选择性地连接到电连接网络38而另一端到电连接网络40。此外，半导体器件28还配备有固定在背层39上并且选择性地连接到背电连接网络40的至少一个无源元件43，该无源元件43的厚度至多等于外部电连接凸起41的厚度。 在一个变体实施例中，无源元件43可以被嵌入在板32中的某位置中，以使得其配备电连接装置的面将在板33的面33a上，这些连接装置连接到连接网络40。从而，芯片30和31、外部电连接凸起41和无源元件43可以选择性地连接，从而向芯片30和31提供电源并且例如与凸起41可以连接的印刷电路板交换电信号。在一个变体实施例中，半导体器件28可以包括也连接到电连接网络38的至少一个非光学集成电路芯片。 可以由上述光学器件I、14或19中的任何一个来形成光学器件29，并且以相同的方式组装到半导体器件28。根据图14中所示的例子，由图4中的光学器件I形成光学器件29。根据该例子，光学器件29的背面Ia通过不覆盖集成电路34和35的局部粘合层 42被固定在前层45上。然而，如果该层42由透明粘合剂制成，则可以覆盖集成电路34和 35。光学器件29和半导体器件28被组装在相对位置，以使得光学裸片3位于芯片30 的形成发射器的集成电路34之上，并且在其前面配备镜片11的光学裸片4位于芯片31的形成检测器的集成电路35之上。可以有其他布置。为了制造封装27，可以以若干方式组装半导体器件28和光学器件29。可以单独组装器件28和29。在包括多个器件29的晶片中可以分别在对应于多个器件29的位置中组装单独的器件28，并且反之亦然，该晶片随后被锯开以分离多个封装。分别包括多个器件28和29的晶片可以被组装在合适的位置，这些晶片随后被锯开以分离要获得的多个封装27。本实用新型不限于上面所描述的例子。例如不同地组合器件的实施例的许多其他的变体实施例是可能的，而不从所附权利要求所定义的范围偏离。
权利要求1.一种光学器件，其特征在于，包括至少一个光学裸片；所述光学裸片至少周边地嵌入在其中的由密封材料制成的板；其中所述板的第一面和所述光学裸片的第一面位于相同的平面中，以定义所述光学器件的背面，所述背面包括安装表面；其中所述光学裸片的与所述光学裸片的第一面相反的第二面至少部分地暴露，从而使得所述光学裸片可以从所述板的一侧向所述板的另一侧透射光。
2.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在于，包括放置在所述光学裸片的第二面侧上方并且与所述光学裸片光学地相关联的光学元件。
3.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在于，包括至少周边地嵌入在所述板中的至少两个光学裸片。
4.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在于，包括在所述板中形成的通孔、以及放置在所述通孔上方或所述通孔中并且与所述通孔光学地相关联的光学元件。
5.根据权利要求I所述的光学器件，其特征在于，其中所述安装表面适于将所述光学器件安装到半导体器件。
6.—种电子封装,其特征在于,包括半导体器件，其包括至少一个集成电路芯片，所述集成电路芯片在一侧上包含至少一些光学集成电路并且具有正面；光学器件，其包括光学裸片，其中所述光学器件放置为使得所述光学裸片位于所述至少一个集成电路的正面之上；以及被配置为将所述光学器件固定在所述半导体器件的正面上的材料；其中所述光学器件包括由密封材料制成、并且被配置为至少周边地嵌入所述光学裸片的板；其中所述板的第一面和所述光学裸片的第一面位于相同的平面中，以定义所述光学器件的背面，所述背面包括待使用所述固定材料安装到所述半导体器件的正面的安装表面； 其中所述光学裸片的与所述光学裸片的所述第一面相反的第二面至少部分地暴露，从而使得所述光学裸片可以从所述板的一侧向所述板的另一侧透射光。
7.根据权利要求6所述的封装，其特征在于，其中所述半导体器件包括由密封材料制成的板，其中所述芯片至少周边地嵌入在所述板中，留下暴露的所述集成光学元件，所述半导体器件的板具有被配置为将一面与另一面电连接的电路，并且所述电路电连接到所述芯片。
8.根据权利要求6所述的封装，其特征在于，其中用于将所述光学器件固定在所述半导体器件上的所述材料可以通过介入的粘合层来形成。
9.根据权利要求6所述的封装，其特征在于进一步包括连接到被配置为进行电连接的所述电路的至少一个无源部件。
10.根据权利要求6所述的封装，其特征在于，其中所述半导体器件包括至少两个光学、集成电路芯片。
11.根据权利要求10所述的封装，其特征在于，其中所述两个芯片中的一个包括光发射器并且所述两个芯片中的另一个包括光检测器。
12.根据权利要求10所述的封装，其特征在于，其中所述光学器件包括在封装中位于所述两个芯片中的一个芯片之上的第一裸片、以及在封装中位于所述两个芯片中的另一个芯片之上的第二裸片。
13.根据权利要求10所述的封装，其特征在于，其中所述光学器件包括在封装中位于所述两个芯片中的一个芯片之上的所述光学裸片，以及还包括在所述密封材料的板中形成的、并且在封装中位于所述两个芯片中的另一个芯片之上的通孔。
专利摘要本实用新型涉及光学器件和包括该光学器件的电子封装。一种光学器件包括至少周边地嵌入在由密封材料制成的板中的至少一个光学裸片(4)，从而使得光学裸片可以从板的一侧向另一侧透射光。由半导体器件形成电子封装，该半导体器件包括至少一个光学、集成电路芯片，其中该光学器件放置使得该光学裸片位于在该集成电路芯片中或该集成电路上形成的光集成电路之上。该光学器件被附接在该半导体器件上。
文档编号H01L23/31GK202351465SQ20112042992
公开日2012年7月25日 申请日期2011年10月27日 优先权日2010年10月28日
发明者R·考菲 申请人:意法半导体(格勒诺布尔2)公司