光學器件、用於製造光學器件的工藝和包括該光學器件的電子封裝的製作方法
2023-06-12 10:30:16 2
專利名稱：光學器件、用於製造光學器件的工藝和包括該光學器件的電子封裝的製作方法
技術領域：
本發明涉及光學器件以及配備有光學器件的半導體器件的領域。
背景技術：
包括集成電路晶片的電子封裝是已知的，該集成電路晶片包括安裝在提供支撐和電連接的板上的諸如光發射器或檢測器之類的光學元件、以及放置在晶片的光學元件的前方並且由固定在支撐板上的軸環(collar)承載的諸如光學裸片(die)或鏡片之類的光學元件。然而，當提供必須保持若干相鄰集成電路晶片的電子封裝是所考慮的問題時，這樣的封裝不是非常合適。
發明內容
首先提供了一種光學器件。該光學器件包括至少一個光學裸片和所述光學裸片至少周邊地嵌入在其中的由密封材料製成的板，該板的第一面和該光學裸片的第一面位於相同的平面中，該光學裸片的與其第一面相反的第二面至少部分地暴露，從而使得該光學裸片可以從該板的一側向另一側透射光。該光學器件可以包括放置在該光學裸片的第二面側上方並且與其光學地相關聯的光學元件。該光學器件可以在該板中包括兩個光學裸片。該光學器件可以在該板中包括光學裸片和通孔、以及與該孔相關聯的光學元件。還提供了一種用於製造光學器件的工藝。該工藝包括在模具的表面上放置至少一個光學裸片的第一面；以及在該模具的所述表面上利用密封材料來密封該光學裸片，從而獲得比該光學裸片更厚並且具有在該光學裸片的第一面的平面中的第一面的中間包模 (overmolded)層。該工藝還包括執行用於以下的操作從所述中間層的與其第一面相反的第二面側去除密封材料中的一些到在該光學裸片的與其第一面相反的第二面的至少一部分至少之上，從而暴露該部分，從而獲得該光學裸片至少周邊地嵌入在其中的板，並且從而該光學裸片可以從該板的一側向另一側透射光。該工藝可以包括執行用於以下的操作從中間層的與其第一面相反的第二面側去除和平面化密封材料至少直至光學裸片的第二面。該工藝可以包括在中間層中產生至少在光學裸片的第二面的至少一部分之上的光闌，從而獲得包含該光闌的板。
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該工藝可以包括在光學裸片的第二面之上安裝光學元件。該工藝可以包括在具有突出部分的模具的表面上密封光學裸片，從而創建中間層中的空洞，去除操作打開該空洞從而形成板中的通孔。該工藝可以包括在所述板中的通孔之上或之中安裝光學元件。還提供了一種電子封裝。該電子封裝包括半導體器件，其包括至少一個集成電路晶片，該集成電路晶片在一側上包含至少一些光學集成電路；光學器件，其放置為使得光學裸片位於集成電路之上；以及用於將光學器件固定在半導體器件上的裝置。該電子封裝可以包括由密封材料製成的板，晶片至少周邊地嵌入在該板中，留下暴露的所述集成光學元件，半導體器件的板具有用於將一面與另一面電連接的、電連接到該晶片的裝置。用於將光學器件固定在半導體器件上的裝置可以通過介於它們之間的粘合層來形成。半導體器件包括連接到電連接裝置的至少一個無源部件。半導體器件可以包括至少兩個光學、集成電路晶片，其中的一個晶片包括光發射器並且其中的一個晶片包括光檢測器，並且其中光學器件包括晶片中的一個晶片之上的裸片、以及另一晶片之上的裸片或與光學元件相關聯的孔。
現在將通過由附示的非限制性例子來描述光學器件、用於製造該光學器件的工藝以及電子封裝，在所述附圖中圖1示出了一個光學器件的截面；圖2示出了圖1中的光學器件的製造中的一個步驟；圖3示出了圖1中的光學器件的製造中的另一步驟；圖4示出了圖1中的光學器件的製造中的另一步驟；圖5示出了圖1中的光學器件的一個變體實施例；圖6示出了圖1中的光學器件的另一變體實施例；圖7示出了另一光學器件的截面；圖8示出了圖7中的光學器件的變體實施例；圖9示出了另一光學器件的截面；
圖10示出了圖9中的光學器件的製造中的一個步驟；圖11示出了圖9中的光學器件的製造中的另一步驟；圖12示出了圖9中的光學器件的製造中的另一步驟；圖13示出了圖9中的光學器件的一個變體實施例；以及圖14示出了一個電子封裝的截面。
具體實施例方式首先將描述光學器件和允許其製造的操作。參照圖1，可以看出光學器件1包括由密封材料(例如環氧樹脂)製成的板2，其中嵌入了例如兩個光學裸片3和4，光學裸片3和4例如可以是圓柱形、矩形或方形。光學器件1可以包括單個裸片或多於兩個裸片。光學裸片3和4具有第一面3a和乜以及第二面3b和4b，第一面3a和乜與板2 的第一面加位於相同的平面中，從而形成光學器件1的背面la，第二面北和4b與板2的第二表面2b位於相同的平面中，從而形成光學器件1的正面lb，這些背面Ia和正面和Ib 平行。從而，板2密封或包裹光學裸片3和4的周邊，並且背面形成如下所見的安裝面。光學裸片3和4可以由玻璃或塑料製成。它們可以是透明的或被處理為形成濾光片或鏡片。為了製造光學器件1，有可能如下進行。如圖2中所圖示，光學裸片3和4被放置在模具6的平坦表面6a上的位置5中， 光學裸片3和4的第一面3a和如與該表面6a相對。為了將光學裸片3和4保持在位置中，可以利用可揭除粘合劑7覆蓋模具5的表面fe。為了批量製造的目的，其他光學裸片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。接著，如圖3中所圖示，液體密封材料的層8被澆注或包模在模具6的表面6a上， 該密封材料比光學裸片3和4更厚並且覆蓋光學裸片3和4。然後在與光學裸片3和4的第一面3a和如相同的平面中，與模具6的表面6a相對地形成待製造的板2的第一面加。接著，在密封材料8已經被固化並且從模具5抽出之後，如圖4中所圖示，層8的在與第一面加相反的側上的部分被去除，直至光學裸片3和4的第二面北和4b的水平面 9，從而暴露這些第二面北和4b。可以使用化學、機械或機械-化學侵蝕(例如切削工藝、 磨削工藝、拋光工藝或可能的刻蝕工藝或一些組合)來執行該操作。如果光學裸片3和4中的一個比另一個更厚，則該去除操作還將包括去除最厚的光學裸片的部分，至少直至最薄光學裸片的水平面。在批量製造的情況下，可以例如通過沿劃線(scribe line) 10鋸開來分離待獲得的光學器件1。可以利用與光學裸片3和4中的一個光學地相關聯的光學元件、或利用分別與這些光學裸片相關聯的光學元件來完成光學器件1。根據圖5中所示的一個變體，可以提供鏡片11，並且例如通過將鏡片11的平坦面粘結到光學裸片4的第二面4b上和/或粘結到板2的圍繞光學裸片4的周邊的第二面加的邊緣上，將鏡片11固定在與安裝面Ia相反的面Ib上。根據圖6中所示的另一變體，鏡片12可以由軸環13承載，該軸環13例如通過粘結到光學裸片4的第二面4b上和/或粘結到板2的第二面加上而固定。參照圖7，可以看出光學器件14與光學器件1不同在於光學器件14的板2的第二面2b位於光學裸片3和4的第二面北和4b之上並且與其有一定距離，並且在於板2具有形成在光學裸片3和4的第二面北和4b之上的其第二面2b中的光闌15和16，從而部分地或全部地暴露這些第二面北和4b。為了製造光學器件14，參照圖3，在形成板2的層8已經被固化並且從模具6抽出之後，可以使用化學、機械或機械-化學侵蝕或使用雷射束的作用來產生光闌15和16。進一步地，板2的面加可以被平面化。如同針對光學器件1的情況那樣，光學器件14可以進一步配備與光學裸片3和4 中的一個光學地相關聯的光學元件，或配備與這些光學裸片分別相關聯的光學元件。
例如，如圖8中所圖示，在板2的光闌15中，鏡片17可以放置在光學裸片3的第二正面北的前面並且直接固定到光學裸片3的第二正面3b，並且放置在裸片4的前面的鏡片18可以直接固定到與光學裸片4的第二面4b有一定距離的板2的第二面2b。鏡片17 和18可以具有不同的光學屬性。鏡片17和18中的一個和/或另一個可以被圖6中的由軸環承載的鏡片12替代。圖9中示出了光學器件19，光學器件19與光學器件1不同在於不存在光學裸片 3，並且在於板2替代地具有通孔20。為了製造光學器件19，有可能如下進行。如圖10中所圖示，在模具22的平坦表面2 上，光學裸片4放置在位置21中，或在批量製造的情況下分別放置在多個位置21中。在該位置21中，模具具有凸出部分23，其周邊對應於待獲得的通孔20，並且凸出部分23具有比光學裸片4更大的厚度。可以利用可揭除粘合劑24來覆蓋表面22a。然後，如圖11中所圖示，如上所述，液體密封材料的層25被澆注在模具22的表面 22a上，該層25比凸出部分23更厚。模具22的突出部分23則形成層25中的空洞26。接著，在密封材料25已經被固化並且從模塊22抽出之後，如圖12中所圖示的層 25的部分被去除直至光學裸片4的第二面4b的水平面27，以暴露該面4b。該操作允許空洞26的前面打開，從而形成通孔20。然後在鋸開之後獲得分離的光學器件19。根據變體實施例，有可能如同圖7中的例子的情況那樣地在光學裸片4之上並且通過空洞沈之上的層25在該層25中產生光闌，從而形成通孔20。在該情況下，空洞沈的深度可以大於、等於或小於光學裸片4的厚度。如同前述例子中那樣，可以利用與光學裸片4或與通孔20光學地相關聯的光學元件、或利用分別與光學裸片4和與通孔20相關聯的光學元件來完成光學器件19。例如，如圖13中所圖示，光學器件19可以配備通孔20前面的透明保護薄層19a、 並且配備光學裸片4前面的鏡片19b。在變體實施例中，薄層19a可以由鏡片替換，並且可以省略鏡片1%。薄層或鏡片19a可以延伸到通孔20中或放置在通孔20中。參照圖14，現在將描述電子封裝27。電子封裝27包括與半導體器件觀和與半導體器件觀光學地相關聯的光學器件 29。半導體器件28例如包括周邊地嵌入在由密封材料(例如環氧樹脂)製成的包模板32中的兩個集成電路晶片30和31，從而形成重構的晶片33，其平行的正面和背面由集成電路晶片30和31以及板32的正面和背面來定義。半導體器件觀可以包括單個集成電路晶片或多於兩個集成電路晶片。晶片30和31在其正面上或在其正面中具有光學集成電路34和35以及位於這些集成電路34和35周邊的電連接焊盤36和37。根據一個變體實施例，晶片30的集成電路 34可以是光發射器，而晶片31的集成電路35可以是光檢測器。半導體器件觀包括形成在晶片33的正面3 上的前層45，其不覆蓋集成電路34 和35，並且其中集成了前電連接網絡38。該電連接網絡38選擇性地連接到晶片30和31 的連接焊盤36和37。半導體器件觀還包括形成在晶片33的背面33a上的背層39，其中集成了背電連接網絡40。該電連接網絡40被選擇性地連接到放置在背層39上的多個外部電連接凸起 41。半導體器件28進一步包括多個電連接過孔44，其延伸通過板32並且一端被選擇性地連接到電連接網絡38而另一端到電連接網絡40。此外，半導體器件28還配備有固定在背層39上並且選擇性地連接到背電連接網絡40的至少一個無源元件43，該無源元件43的厚度至多等於外部電連接凸起41的厚度。 在一個變體實施例中，無源元件43可以被嵌入在板32中的某位置中，以使得其配備電連接裝置的面將在板33的面33a上，這些連接裝置連接到連接網絡40。從而，晶片30和31、外部電連接凸起41和無源元件43可以選擇性地連接，從而向晶片30和31提供電源並且例如與凸起41可以連接的印刷電路板交換電信號。在一個變體實施例中，半導體器件觀可以包括也連接到電連接網絡38的至少一個非光學集成電路晶片。可以由上述光學器件1、14或19中的任何一個來形成光學器件四，並且以相同的方式組裝到半導體器件觀。根據圖14中所示的例子，由圖4中的光學器件1形成光學器件四。根據該例子，光學器件四的背面Ia通過不覆蓋集成電路34和35的局部粘合層 42被固定在前層45上。然而，如果該層42由透明粘合劑製成，則可以覆蓋集成電路34和 35。光學器件四和半導體器件28被組裝在相對位置，以使得光學裸片3位於晶片30 的形成發射器的集成電路34之上，並且在其前面配備鏡片11的光學裸片4位於晶片31的形成檢測器的集成電路35之上。可以有其他布置。為了製造封裝27，可以以若干方式組裝半導體器件28和光學器件四。可以單獨組裝器件沘和四。在包括多個器件四的晶片中可以分別在對應於多個器件四的位置中組裝單獨的器件觀，並且反之亦然，該晶片隨後被鋸開以分離多個封裝。分別包括多個器件觀和四的晶片可以被組裝在合適的位置，這些晶片隨後被鋸開以分離要獲得的多個封裝27。本發明不限於上面所描述的例子。例如不同地組合器件的實施例的許多其他的變體實施例是可能的，而不從所附權利要求所定義的範圍偏離。
權利要求
1.一種光學器件，其包括至少一個光學裸片；所述光學裸片至少周邊地嵌入在其中的、由密封材料製成的板；其中所述板的第一面和所述光學裸片的第一面位於相同的平面中，以定義所述光學器件的背面，所述背面包括安裝表面；其中所述光學裸片的與所述光學裸片的第一面相反的第二面至少部分地暴露，從而使得所述光學裸片可以從所述板的一側向所述板的另一側透射光。
2.根據權利要求1所述的光學器件，其包括放置在所述光學裸片的第二面側上方並且與所述光學裸片光學地相關聯的光學元件。
3.根據權利要求1所述的光學器件，其包括至少周邊地嵌入在所述板中的至少兩個光學裸片。
4.根據權利要求1所述的光學器件，其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並且與所述通孔光學地相關聯的光學元件。
5.根據權利要求1所述的光學器件，其中所述安裝表面適於將所述光學器件安裝到半導體器件。
6.一種用於製造光學器件的工藝，其包括在模具的表面上放置至少一個光學裸片的第一面；在所述模具的表面上利用密封材料來密封所述光學裸片，從而獲得中間包模層，所述中間包模層比所述光學裸片更厚並且具有所述包模層的第一面，所述包模層的第一面與所述光學裸片的第一面在相同平面中，以定義所述光學器件的背面，所述背面包括安裝表面； 以及執行以下操作從所述中間包模層的與所述中間包模層的第一面相反的第二面側去除密封材料中的一些，所述密封材料的去除至少執行到在與所述光學裸片的第一面相反的所述光學裸片的第二面的至少一部分之上，從而暴露所述至少一部分並且獲得所述光學裸片至少周邊地嵌入在其中的板，從而所述光學裸片可以從所述板的一側向所述板的另一側透射光。
7.根據權利要求6所述的工藝，其中執行去除的操作包括從所述中間包模層的第二面側平面化所述密封材料，至少直至所述光學裸片的第二面Gb)。
8.根據權利要求6所述的工藝，其進一步包括至少在所述光學裸片的第二面的至少一部分之上在所述中間包模層中產生光闌，從而獲得包含所述光闌的板。
9.根據權利要求8所述的工藝，其進一步包括在所述中間包模層中的光闌之上或之中安裝光學元件。
10.根據權利要求6所述的工藝，其進一步包括在所述至少一個光學裸片之上安裝光學元件。
11.根據權利要求6所述的工藝，其中密封包括在具有突出部分的模具的表面上密封所述光學裸片，從而創建所述中間包模層中的空洞，所述去除操作打開所述空洞從而形成所述板中的通孔。
12.根據權利要求11所述的工藝，其進一步包括在所述板中的所述通孔之上或之中安裝光學元件。
13.根據權利要求11所述的工藝，其中所述安裝表面適配於將所述光學器件安裝到半導體器件，其進一步包括將所述光學器件安裝到所述半導體器件。
14.一種電子封裝，其包括半導體器件，其包括至少一個集成電路晶片，所述集成電路晶片在一側上包含至少一些光學集成電路並且具有正面；光學器件，其包括光學裸片，其中所述光學器件放置為使得所述光學裸片位於所述至少一個集成電路的正面之上；以及被配置為將所述光學器件固定在所述半導體器件的正面上的材料；其中所述光學器件包括由密封材料製成、並且被配置為至少周邊地嵌入所述光學裸片的板； 其中所述板的第一面和所述光學裸片的第一面位於相同的平面中，以定義所述光學器件的背面，所述背面包括待使用所述固定材料安裝到所述半導體器件的正面的安裝表面；其中所述光學裸片的與所述光學裸片的第一面相反的第二面至少部分地暴露，從而使得所述光學裸片可以從所述板的一側向所述板的另一側透射光。
15.根據權利要求14所述的封裝，其中所述半導體器件包括由密封材料製成的板，其中所述晶片至少周邊地嵌入在所述板中，留下暴露的所述集成光學元件，所述半導體器件的板具有被配置為將一面與另一面電連接的電路，並且所述電路電連接到所述晶片。
16.根據權利要求14所述的封裝，其中用於將所述光學器件固定在所述半導體器件上的所述材料可以通過介入的粘合層來形成。
17.根據權利要求14所述的封裝，其進一步包括連接到被配置為進行電連接的所述電路的至少一個無源部件。
18.根據權利要求14所述的封裝，其中所述半導體器件包括至少兩個光學、集成電路晶片。
19.根據權利要求18所述的封裝，其中所述兩個晶片中的一個包括光發射器並且所述兩個晶片中的另一個包括光檢測器。
20.根據權利要求18所述的封裝，其中所述光學器件包括在封裝中位於所述兩個晶片中的一個晶片之上的第一裸片、以及在封裝中位於所述兩個晶片中的另一個晶片之上的第二裸片。
21.根據權利要求18所述的封裝，其中所述光學器件包括在封裝中位於所述兩個晶片中的一個晶片之上的所述光學裸片，以及還包括在所述密封材料的板中形成的、並且在封裝中位於所述兩個晶片中的另一個晶片之上的通孔。
全文摘要
本發明涉及光學器件、用於製造光學器件的工藝和包括該光學器件的電子封裝。一種光學器件包括至少周邊地嵌入在由密封材料製成的板中的至少一個光學裸片(4)，從而使得光學裸片可以從板的一側向另一側透射光。由半導體器件形成電子封裝，該半導體器件包括至少一個光學、集成電路晶片，其中該光學器件放置使得該光學裸片位於在該集成電路晶片中或該集成電路上形成的光集成電路之上。該光學器件被附接在該半導體器件上。
文檔編號G02B6/42GK102455472SQ20111034311
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月27日 優先權日2010年10月28日
發明者R·考菲 申請人:意法半導體(格勒諾布爾2)公司