專利名稱：可光通的集成電路封裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
當(dāng)前公開的內(nèi)容涉及用于超高速光互聯(lián)應(yīng)用的集成電路(IC)封
裝領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在集成電路(或微芯片)與外界之間有效地傳輸數(shù)據(jù)在過去幾年
中已經(jīng)成為IC封裝制造商的強(qiáng)化(intense)工程學(xué)焦點(diǎn)，因?yàn)樾盘?數(shù)據(jù)率和信號的數(shù)量都被推到了電技術(shù)的物理極限。
典型的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IC封裝例如球柵陣列(BGA)封裝已使數(shù)據(jù)率 和引腳要求跟不上前沿微芯片設(shè)計(jì)師的要求，并且在增長的能源消費(fèi)
問題面前，仍然面對更有挑戰(zhàn)性的一系列密度和數(shù)據(jù)率的標(biāo)準(zhǔn)。這一 問題由于多處理器微芯片架構(gòu)的發(fā)展趨勢而惡化，因?yàn)檫@種架構(gòu)必須 從外界獲得更多的數(shù)據(jù)。
在通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)中光互聯(lián)的趨勢是建立在距離和數(shù)據(jù)率之間平 衡的基礎(chǔ)上。因?yàn)閿?shù)據(jù)率的增長，光纖已經(jīng)取代了銅線(在物理距離 相同的條件下)，這樣更高速的信號不會(huì)衰減。就是這一趨勢啟發(fā)了 "光纖到芯片"的概念，在這一狀況下微芯片和外界之間的超高速電 信號被光信號取代。通過允許微芯片仍然作為全電處理單元，并且具 有光纖作為向微芯片發(fā)送或從其接收數(shù)據(jù)的高速數(shù)據(jù)的最終管道，可 以將速度和密度的話題提到下一個(gè)十年。
在許多例子中，光發(fā)射裝置都已經(jīng)在電封裝中與光纖耦合。由 NEC公司的Photonic and Wireless Device Research Laboratories (光禾口 無線設(shè)備研究實(shí)驗(yàn)室)完成的并由專利例如US 6,901,185描述的成果 展示了用于緊湊光模塊的引導(dǎo)和控制光信號的獨(dú)一無二的方法。由例 如Intel公司的專利申請例如US 2002/0196997所描述的可選的方法展 示了在一些相同的封裝中將激光器合成在微芯片中的高度集成的方
7法。Luxtem公司已經(jīng)證明了其他將光引導(dǎo)進(jìn)微芯片的更加積極的裝 置，并且部分它們的技術(shù)在專利申請US 2004/0156590中已被闡述。 這個(gè)技術(shù)利用了在硅中的調(diào)制(modulation)效應(yīng)來直接從處理芯片 生成光的光學(xué)脈沖。但是，這些技術(shù)均未足夠涉及到半導(dǎo)體市場的模 塊化和產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形狀因數(shù)(form-factor)。大部分這些竟?fàn)幍募夹g(shù)依 賴于非常垂直地集成裝配技術(shù)，其中光接口依賴于對準(zhǔn)步驟的多個(gè)層 面，包括微小的芯片倒裝和精密拾放對準(zhǔn)，導(dǎo)致最終封裝對在電和光 信號之間轉(zhuǎn)化的任務(wù)來說非常特殊。并不存在關(guān)于使用者確定的微芯 片(例如微處理器或開關(guān))的規(guī)定，其中所述微芯片沿著在相同封裝 中的光-電或電-光轉(zhuǎn)化器模塊直接放置。這些技術(shù)同樣嚴(yán)重依賴于集 成電路封裝裝配車間的技術(shù)成熟度來提供可光通的封裝。
將光學(xué)與在相同封裝中的微芯片的計(jì)算能力接合的能力和使封
裝與其他標(biāo)準(zhǔn)封裝在性能和組裝方法上的規(guī)范相符合，這將推進(jìn)電腦 的互聯(lián)性。
此外，在過去的幾十年中在光纖連接器的標(biāo)準(zhǔn)化和產(chǎn)品發(fā)展兩方 面進(jìn)行了大量的工作。設(shè)計(jì)出了很多用于將光纖與其他光纖或光電模 塊機(jī)械對準(zhǔn)并形成永久的和可移除的連接的方法。這樣的成就在用于 標(biāo)準(zhǔn)多模和單模光纖以及塑料光纖和特制光纖的各種標(biāo)準(zhǔn)光連接器 類型和光學(xué)殼體中已達(dá)到巔峰。它已經(jīng)生成了多光纖光連接器標(biāo)準(zhǔn)類 型，其中所述光連接器用于提高密度和與光發(fā)射和接收部件的1、 2 維陣列相對準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)光連接器殼體的例子有LC、 FC、 SC和MPO等。 這些連接器典型地使用至少一個(gè)經(jīng)精密加工或精密模塑成型的包括 光纖的部件，例如氧化鋯套圏或者微模塑塑料套圏。典型地在精密部 件的一端進(jìn)行了拋光，以確保光纖的梢部是平的(盡管有時(shí)候是圓的 或者有傾斜角度)并且允許最大量的光耦合進(jìn)出光纖。圍繞這一精密 部件的連接器殼體通常具有連接機(jī)構(gòu)例如螺紋管、塑料卡夾或夾子、 或者裝有彈簧的"浮動(dòng)"組件，以幫助將光纖引導(dǎo)進(jìn)理想的位置。在 光電模塊或無源光適配器上的與連接器相適配的對接殼體將典型地 具有互補(bǔ)的 一 系列特征部，例如經(jīng)精密加工的中空管或者一套經(jīng)精密 模塑的定位銷孔。殼體或適配器也將具有互補(bǔ)性的一套機(jī)械連接特征
8部，例如螺紋孔、塑料凹口或槽、或者與連接器殼體扣緊或旋緊的塑 料內(nèi)適配器。此扣緊機(jī)構(gòu)經(jīng)常載有彈簧(以目前的螺旋彈簧、彈簧鋼 或者可壓縮的塑料或橡膠中任一種的某種形式)，并且在光纖和光電
模塊、其他光纖之間提供正的適配力。這個(gè)力用于在兩光纖之間維持 恒定的光耦合，以及一 定程度上避免可能滲透接口的碎屑。
大多數(shù)光連接器包括精密光部件(氧化鋯套圏或者微模塑塑料套 圏)和在光纜端部作為單個(gè)完整連接器組件的機(jī)械連接機(jī)構(gòu)。但是，
存在一些獨(dú)立于精密光部件的機(jī)械連接機(jī)構(gòu)。這些"外部"夾子的例
子可以在Kanda等人的題目是"Connection Structure for an Optical Waveguide Device and Method of Fabricating the Same (用于光波導(dǎo)管 設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)和制造方法)"的美國專利US5,721,798中找到作為 多光纖光連接器機(jī)構(gòu)的例子，也可在Caron的標(biāo)題為"Fiber Optic Connector (光纖連接器)"的美國專利US4,741，590中找到作為單光 纖連接器機(jī)構(gòu)的例子。
比這更進(jìn)一步的是，有多種連接器殼體的例子允許光纜與光電模 塊適配使得光纖與激光器或光電探測器對準(zhǔn)。這樣的殼體中最引人注 意的例子是標(biāo)準(zhǔn)光收發(fā)器產(chǎn)品，例如SFP 、 XFP和XANPAK收發(fā)器 形狀因數(shù)，這些部件對準(zhǔn)雙LC終端光纜?？梢栽谟衫鏔inisar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)的產(chǎn)品要約中找到例子。
對更高數(shù)據(jù)率和更大總帶寬的要求引導(dǎo)了包括光連接器接口的 混合集成電路封裝的發(fā)展。這種混合方法直接把光信號帶進(jìn)封裝內(nèi)部 的硅微芯片，由此緩解了高速電信號傳輸?shù)拇罅吭O(shè)計(jì)和制造所帶來的 挑戰(zhàn)。
盡管已經(jīng)有許多方法涉及到了在標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)集成電路封裝內(nèi) 布置和對準(zhǔn)光發(fā)射或接收的光電設(shè)備，但是只有非常少的光連接器和 連接器殼體被提出來用于集成電路封裝。Kunkel等人的標(biāo)題為 "Assembly for aligning an optical array with optical fibers(用于將光歹寸 陣和光纖對準(zhǔn)的組件)"的美國專利申請US2003/0031431描述了這樣一種夾具設(shè)計(jì)，即當(dāng)把光連接器推向封裝的光接口時(shí)，該夾具包裹
在封裝殼體周圍并保持在封裝的背面上。Steijer等人的標(biāo)題為"Spring Clip (彈簧夾)"的美國專利US6，511，233是一個(gè)將外部夾扣住封裝 的類似的方案，同時(shí)使用彈簧夾設(shè)計(jì)把光連接器推到封裝的光接口上。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，當(dāng)前公開的內(nèi)容涉及將光、光電和電子元件混合集成進(jìn) 標(biāo)準(zhǔn)的球柵陣列IC封裝中，并且涉及用于將光纜與可光通的集成電 路封裝相連的機(jī)械機(jī)構(gòu)。
為了敘述模塊化和形狀因數(shù)的問題，我們建議充分利用 (leverage)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)集成電路(IC )封裝的形狀因數(shù)例如針柵陣列 式封裝(PGA)和球柵陣列(BGA)封裝，并用平板、模塊、光學(xué)次 組件將它們擴(kuò)大。這將形成混合光學(xué)IC封裝，包括典型IC封裝的標(biāo) 準(zhǔn)電連接器以及一個(gè)或更多在封裝側(cè)面上的光端口，以允許光信號輸 送進(jìn)微芯片幾毫米的范圍內(nèi)。這些新的"可光通的(optically enabled")，，封裝將用標(biāo)準(zhǔn)組裝技術(shù)連續(xù)進(jìn)行組裝，例如夾附、焊線 封裝、芯片倒裝、頂珠封裝、焊料球法以及焊料回流技術(shù)，以避免干 涉建立好的工業(yè)IC封裝產(chǎn)品線。此外，微芯片設(shè)計(jì)者和制造商不用 必須修改它們的架構(gòu)或物理布圖，因?yàn)楣鈱W(xué)轉(zhuǎn)化將在微芯片之外發(fā) 生。但是，由于光學(xué)轉(zhuǎn)化發(fā)生在距離微芯片僅僅幾毫米的地方，那么 仍然可以實(shí)現(xiàn)非常高的數(shù)據(jù)率而不用在全電信號傳輸?shù)那闆r下提高
功率指數(shù)。進(jìn)一步地，由于光信號的保真性以及它們對串?dāng)_和電磁效 應(yīng)的免疫，因此相對于全電信號傳輸?shù)那闆r，微芯片消耗電能的比率 下降。原因是當(dāng)大于1Gb/s時(shí)光信號所要求的信號條件和信號修正要 遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于(晶體管總數(shù)更少)同等純電信號傳輸方法。這使得每千兆 比特每秒每瓦特的成本更低。
當(dāng)前7>開內(nèi)容的一些方面如下1)因?yàn)楣鈱W(xué)次組件已經(jīng)光學(xué)預(yù) 對準(zhǔn)并可以通過電互連例如焊線封裝簡單地"下落(drop)"就位并 與微芯片相連，從而消除了 IC封裝組件和印刷電路板(PCB)組件
10的光學(xué)對準(zhǔn)問題；2)光學(xué)次組件具有用于IC封裝內(nèi)的微芯片的標(biāo)準(zhǔn) 電接口和用于外部光纜的標(biāo)準(zhǔn)光接口； 3)芯片設(shè)計(jì)者和芯片制造商 不必改變它們的架構(gòu)和生產(chǎn)方法；4)由于光學(xué)轉(zhuǎn)化僅僅距離微芯片 幾毫米發(fā)生，那么可以直接向微芯片輸送或從其接收非常密集和高速 的數(shù)據(jù)率；5)不再需要與封裝相連的典型的高速銅跡線，從而簡化 了主板設(shè)計(jì)并消除了設(shè)計(jì)中的額外組件例如光收發(fā)器；以及6)為了 向IC封裝輸入或從其輸出更快的信號，降低了電能消耗率。
此外，提出了一套用于將光連接器和光纜連接到集成電路封裝的 機(jī)械概念，其以混合可光通的集成電路(IC)封裝為目標(biāo)。這些原理 最初是基于用于平行帶狀光纖一維陣列的多終端(MT)光學(xué)套圏(由 NTT發(fā)明)而設(shè)計(jì)的。但是，可以想到用于任何類型光連接器(包括 單光纖套圏、MT-RJ型光學(xué)套圏和二維MT型光學(xué)套圏)的相似構(gòu)造。
在一實(shí)施方式中，采用的方案是圍繞混合可光通的IC封裝的光 端口提供簡單特征部，并且提供簡單的連接夾以在MT光學(xué)套圈和在 混合光學(xué)IC封裝側(cè)面的光端口之間提供適配力?？紤]到IC封裝和圍 繞的印刷電路板(PCB)，這必須在最小量物理侵入的情況下完成。 PCB設(shè)計(jì)者和PCB組裝者都希望將在PCB的物理布圖上的任何光連 接裝置尺寸最小化，因?yàn)樵赑CB上為非電子的并且不會(huì)直接與PCB 相連接的部件預(yù)留(reserving)面積不是有效利用空間的方法。所希 望的是整個(gè)光學(xué)組件僅僅稍大于MT光學(xué)套圏自身，并且不需要對在 PCB上的其他組件(例如散熱器、風(fēng)扇、插槽或適配器)進(jìn)行明顯的 重新定位。
與PCB組件的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐保持一致，將光端口和適配夾設(shè)計(jì)成在 板或設(shè)備組裝的最后階段進(jìn)行連接，并且不需要特殊的組裝工具。根 據(jù)這一方面，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以手動(dòng)將光纜與IC封裝相連。光 纜應(yīng)當(dāng)因此與電腦機(jī)箱中的更傳統(tǒng)的電纜連接器具有相同的特性。此 外，適配夾允許幾種形式的光端口設(shè)計(jì)，并且如果定位在IC封裝的 周圍，也可以允許每個(gè)IC封裝具有多個(gè)光端口。
根據(jù)一實(shí)施方式，提供一種用于將電路板與光纖相連的可光通的
集成電路封裝。所述封裝包括由使用者確定的微芯片；包括電連接的底板，用于在微芯片和電路板之間傳送信號；以及光學(xué)次組件 (OSA),具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器，所述OSA進(jìn)一步包括將 O S A和微芯片相連的標(biāo)準(zhǔn)電接口以及用于與光纖相連的標(biāo)準(zhǔn)光接口 ， 由此OSA將微芯片與激光器相連，所述激光器又與光纖光學(xué)連接。 根據(jù)一實(shí)施方式，提供一種用于將電路板與光纖相連的可光通的
集成電路封裝。所述封裝包括由使用者確定的微芯片，所述微芯片 通過具有底部填充(underfill)的微焊球而形成可控坍塌芯片連接 (C4);包括電連接的底板，用于在微芯片和電路板之間傳送信號； 用于在微芯片上形成殼體的模具或封裝；以及光學(xué)次組件(OSA)， 具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器，所述OSA進(jìn)一步包括將OSA和微芯 片相連的標(biāo)準(zhǔn)電接口以及用于與光纖相連的標(biāo)準(zhǔn)光接口 ，由此OSA 將微芯片與激光器相連，所述激光器又與光纖光學(xué)連接。
根據(jù)一 實(shí)施方式，當(dāng)前公開的內(nèi)容描述了 一種用于將電路板與光
纖連接的可光通的集成電路封裝。所述封裝包括由使用者確定的微 芯片；插入板(在微芯片和外界之間傳遞信號)；金屬背襯(或熱擴(kuò) 散板)；將微芯片和金屬背襯相連的焊線；覆蓋了微芯片和焊線的頂 珠封裝環(huán)氧樹脂；用于連接電路板的焊料球(典型為直徑0.8mm,呈 ;現(xiàn)則的矩形陣列，在兩個(gè)方向上均間隔1.27mm);以及光學(xué)次組件 (OSA) (100),用于將微芯片與激光器相連，激光器又與光纖相 光學(xué)連接，所述OSA具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器，所述OSA進(jìn)一 步包括用于連接微芯片的標(biāo)準(zhǔn)電接口和用于連接光纖的標(biāo)準(zhǔn)光接口 。 根據(jù)一實(shí)施方式，當(dāng)前公開的內(nèi)容描述了一種用于將電路板與光 纖連接的可光通的集成電路封裝。所述封裝包括由使用者確定的微 芯片，所述微芯片通過(具有底部填充的)微焊球而形成可控坍塌芯 片連接(C4);插入板(在微芯片和外界之間傳遞信號)；用于在微 芯片上形成殼體的模具或封裝(也可以包括 一 些量的頂珠封裝環(huán)氧樹 脂)；用于連接電路板的焊料球(典型為直徑0.8mm,呈規(guī)則的矩形 陣列，在兩個(gè)方向上均間隔1.27mm);以及使用焊線封裝或者芯片 倒裝而與插入板相連的光學(xué)次組件(OSA),所述光學(xué)次組件用于將 微芯片與激光器相連，激光器又可光通的地與光纖相連，所述OSA具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器，所述OSA進(jìn)一步包括用于連接微芯 片的標(biāo)準(zhǔn)電接口和用于連接光纖的標(biāo)準(zhǔn)光接口 。
根據(jù)一實(shí)施方式，提供一種適配夾，用于確保在光連接器和混合 可光通的集成電路封裝的光端口之間的連接，所述光連接器具有連接 在光纜上的光纜端并具有與光纜端相反的連接器端。所述適配夾包 括用于大致蓋住光連接器的蓋罩，所述蓋罩包括允許光纜通過的開 口；從所述蓋罩延伸的S形彎曲特征部，用于對光纜端施加力；以及 鉤形特征部，從所述蓋罩向光連接器的連接器端延伸，用于將由適配 夾和光連接器形成的組件固定連接到光端口；其中，在固定適配夾/ 光連接器組件時(shí)，鉤形特征部與在混合可光通的集成電路封裝內(nèi)的凹 口以及所述光端口上的突起中的至少 一個(gè)相互作用。
根據(jù)一實(shí)施方式，提供一種使用適配夾的方法，用于確保在光連 接器和混合可光通的集成電路封裝的光端口之間的連接。所述方法包 括提供一適配夾，具有從其延伸的鉤形特征部；將光連接器插入適 配夾中，由此形成適配夾/光連接器組件；以及通過鉤形特征部與在 混合可光通的集成電路封裝內(nèi)的凹口和所述光端口上的突起中的至 少一個(gè)相互作用，確保適配夾/光連接器組件與光端口相連。
根據(jù)一實(shí)施方式，提供一種組裝封裝的方法，所述封裝用于將電 路板與光纖相連，所述方法包括提供包括電連接的底板，用于在使 用者確定的微芯片和電路板之間傳送信號；提供具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn) 的激光器的光學(xué)次組件(OSA),所述光學(xué)次組件進(jìn)一步包括用于將 O S A與使用者確定的微芯片相連的標(biāo)準(zhǔn)電接口和用于連接光纖的光 接口；提供盒狀殼體，其包括用于插入微芯片的第一區(qū)域和用于插入 OSA的第二區(qū)域；將殼體連接到底板的頂面上；以及將OSA側(cè)向劃 動(dòng)并穿過第二區(qū)域，直到標(biāo)準(zhǔn)電接口開始突出進(jìn)入第一區(qū)域。
根據(jù)一實(shí)施方式，提供一種裝配封裝的方法，所述封裝用于將電 路板與光纖相連，所述方法包括提供包括電連接的底板，用于在使 用者確定的微芯片和電路板之間傳送信號，所述底板包括焊盤；提供 具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器的光學(xué)次組件(OSA),所述OSA進(jìn) 一步包括將OSA與使用者確定的微芯片相連的標(biāo)準(zhǔn)電接口和用于連接光纖的光接口；通過將標(biāo)準(zhǔn)電接口與底板的電連接對準(zhǔn)，從而將 OSA連接到底板上；使用微焊球?qū)⑹褂谜叽_定的微芯片連接到焊盤 上；以及使用殼體將使用者確定的微芯片和OSA密封。


為了更好地理解本發(fā)明，將通過附圖中的例子來解釋本發(fā)明的實(shí) 施方式。
圖1是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的DFB平板OSA的示意透視圖； 圖2a是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于OSA的VCSEL從前方看的示意透 視圖2b是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的基于OSA的VCSEL從后方看的示意透 視圖3是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的雙列直插式封裝的示意透視圖； 圖4是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的針柵陣列式封裝的示意透視圖； 圖5是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的四側(cè)引腳扁平封裝的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意透視
圖6是依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的空腔區(qū)向上的球柵陣列封裝的示意透視
圖7a是依據(jù)一實(shí)施方式的完整可光通的空腔區(qū)向下的球柵陣列 封裝從底部看的示意透視圖7b是依據(jù)一實(shí)施方式的完整可光通的空腔區(qū)向下的球柵陣列 封裝從頂部看的示意透視圖8a是依據(jù)一實(shí)施方式的可光通的空腔區(qū)向下的球柵陣列封裝 從底部看的示意透視圖，其中OSA尚未插入并且插入板與金屬背襯 分離；
圖8b是依據(jù)一實(shí)施方式的可光通的空腔區(qū)向下的球柵陣列封裝 從底部看的示意透視圖，其中微芯片已經(jīng)放置并被焊線封裝，并且 OSA已經(jīng)插入金屬背襯，插入板與金屬背襯分離；
圖9是依據(jù)一實(shí)施方式的可光通的空腔區(qū)向下的球柵陣列封裝 從后面看的不具有頂珠封裝的二維示意圖，顯示了在微芯片和插入板
14上的手指之間的焊線，以及顯示了在OSA和微芯片之間的焊線；
圖10a是依據(jù)一實(shí)施方式的完整可光通的空腔區(qū)向上的FC-BGA 封裝從底部看的示意透視圖10b是依據(jù)一實(shí)施方式的完整可光通的空腔區(qū)向上的FC-BGA 封裝從頂部看的示意透視圖11是依據(jù)一實(shí)施方式的可光通的空腔區(qū)向下的BGA插入板的 示意透視圖，包括用于微芯片的微焊球焊盤和用于OSA的連接焊盤 和這些OSA的輪廓；
圖12是依據(jù)一實(shí)施方式的微芯片和OSA的示意透視圖，其中在 插入板上布置有底部填充；
圖13是依據(jù) 一 實(shí)施方式的芯片倒裝O S A模塊的 一 種可能形式的 示意透視圖，顯示了在氧化鋁底板的背面上的焊料球；
圖14是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的典型成型模具的示意透視圖，顯示了在 模具中的腔；
圖15是依據(jù)一實(shí)施方式的經(jīng)過改進(jìn)的成型模具的示意透視圖， 所述透視圖朝向成型后的FC-BGA插入板并顯示了 OSA所需的額外 腔；
圖16是依據(jù)一實(shí)施方式的示意透視圖，顯示了一種可能的實(shí)施 框架，以在才莫塑前準(zhǔn)確地將OSA定位在FC-BGA插入^反上；
圖17是依據(jù)一實(shí)施方式的芯片倒裝OSA的示意透視圖，在 FC-BGA插入板上定位有更長的用于位置靈活性的光纖帶；
圖18是依據(jù)一實(shí)施方式的預(yù)制件和圍繞MT套圏的墊片的示意 透視圖，它們都定位在FC-BGA插入板上，用于在成型過程中密封在 成型模具和MT套圈之間的接縫；
圖19是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的1 x 12的MT套圈和帶狀光纜組件的示 意透視圖20是依據(jù)一實(shí)施方式的混合光學(xué)集成電路封裝的示意透視
圖21是依據(jù)一實(shí)施方式的適配夾的透視圖，所述適配夾用于將 1 x 12的MT套圈固定在混合光學(xué)集成電路封裝中；圖22是依據(jù)一實(shí)施方式的空腔區(qū)向下的集成電路封裝從其底部 所示的示意透視圖，具有其光端口的剖面圖23是依據(jù)一實(shí)施方式的空腔區(qū)向下的集成電路封裝從其底部 所示的示意透視圖，具有其光端口和適配夾和MT套圏的剖面圖，其 中光纖連接進(jìn)光端口中；
圖24是依據(jù)一實(shí)施方式的空腔區(qū)向下的集成電路封裝從其頂部 所示的示意透一見圖，具有光端口、適配夾、MT套圏和連4妻進(jìn)光端口 的光纖，其中集成電路封裝已經(jīng)安裝在印刷電路板上；
圖25是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有電力部分和光學(xué)部分的光學(xué)次組件 的透視圖26是依據(jù)一實(shí)施方式的空腔區(qū)向上的集成電路封裝的示意透 視圖，在周界周圍具有四個(gè)光端口，并且光端口的一部分已經(jīng)用環(huán)氧 樹脂進(jìn)行頂珠封裝，并且微芯片的中央已經(jīng)用環(huán)氧樹脂進(jìn)行頂珠封 裝；
圖27是依據(jù)一實(shí)施方式的光學(xué)次組件的透視圖，所述光學(xué)次組 件已經(jīng)擴(kuò)大以在光端口部分上包括側(cè)面擴(kuò)展，用于使用于外部光適配 技術(shù)；
圖28a、 28b和28c是依據(jù)一實(shí)施方式的擴(kuò)大的光學(xué)次組件的三 個(gè)可能方向的三個(gè)頂部視圖，顯示了可能的對準(zhǔn)位置； 圖29是依據(jù)一實(shí)施方式的替代適配夾設(shè)計(jì)的透視圖； 圖30是依據(jù)一實(shí)施方式的空腔區(qū)向上的集成電路封裝的透視 圖，其中其光端口中的一個(gè)連接有替代的適配夾和MT套圏；以及 圖31是依據(jù)一實(shí)施方式的使用適配夾的方法的框圖。 通過下面的詳細(xì)描述，將非常清楚本發(fā)明更加詳細(xì)的內(nèi)容及其優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
在下面對實(shí)施方式的描述中，通過對可實(shí)施本發(fā)明的一個(gè)例子進(jìn) 行解釋的方式對附圖進(jìn)行參考。應(yīng)當(dāng)明白的是，在不脫離本發(fā)明公開 的范圍內(nèi)，可以采用其他的實(shí)施方式。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，提出了一種經(jīng)改進(jìn)的空腔區(qū)向下的
球柵陣列(BGA)集成電路(IC)封裝，其結(jié)合有用于模塊光學(xué)次組 件的機(jī)械間隙。所述光學(xué)次組件(OSA)是模塊化的、小輪廓的、低 成本的部件，具有標(biāo)準(zhǔn)的電接口和標(biāo)準(zhǔn)的光接口 ，其被布置在IC封 裝內(nèi)并在使用者確定的微芯片和IC封裝的側(cè)面之間。在IC封裝側(cè)面 的標(biāo)準(zhǔn)的光接口還包括用于將光接纜直接夾住或?qū)?及退出)封裝 側(cè)面的裝置。完成的光通球柵陣列集成電路封裝接下來可以通過標(biāo)準(zhǔn) 組裝裝置被安裝到印刷電路板(PCB)上，其中光接口的連接安裝是 在稍后獨(dú)立于PCB組件進(jìn)行的。
光學(xué)次組件(OSA)
當(dāng)前公開的內(nèi)容中用于使IC封裝光通的光學(xué)次組件(OSA)是 作為模塊形成的，可以在電信號和光信號之間互相轉(zhuǎn)化。它可以是放
置在IC封裝中的光對準(zhǔn)模塊，具有緊湊、小輪廓的特點(diǎn)，具有標(biāo)準(zhǔn) 電接口(例如用于焊線封裝或芯片倒裝的金焊盤)和標(biāo)準(zhǔn)光接口(例
如機(jī)械轉(zhuǎn)換(MT)多光纖光套圏，其最初由NTT研發(fā)，合成有高精 密模具和對準(zhǔn)定位銷)。
由OSA發(fā)射或接收光的本質(zhì)只依賴于所使用的設(shè)備的類型。在 一實(shí)施方式中可以使用豎直空腔表面發(fā)射LASER (VCSEL)，其中 所述LASER (VCSEL)具有大約850納米的光波長。但是，也可以 想到用其他光發(fā)射設(shè)備，例如具有較長的約為1550納米的分布反饋
(DFB )激光器。在由Karnacewicz等人發(fā)明的美國專利申請 #6,862,378中給出了這樣較長波長OSA的例子(參見圖1),所述 OSA在光學(xué)硅平臺上與單模光纖對準(zhǔn)。
在下列美國專利申請中描述了用于光通集成電路封裝的基于 OSA的VCSEL的例子Rolston等人的美國專利申請2005/0121820
"Encapsulated Optical Package (密封光學(xué)封裝)"、美國專利申請 2005/0018993 " Optical Ferrule (光學(xué)套圏)"和美國專利申請 2005/0018974 "Optical Connector Assembly (光連接器組件)"。參 照圖2a和2b,這種特殊的OSA基于在單個(gè)芯片底板(1)上的間距
17250樣i米的砷化4家(GaAs )1x12 VCSEL陣列(在850納米波長發(fā)生 作用)。所述1 x 12陣列VCSEL芯片粘在氧化鋁底板(3 )上并焊線 封裝至氧化鋁上金跡線(5)的式樣。V槽硅套圏(7)固定了以250 微米準(zhǔn)確間隔的多模光纖的平行帶狀光纖陣列，并且具有45度的前 倒角和銀涂層(9)以形成鏡子，從而能夠90度地反射來自VCSEL 陣列的光并將光耦合進(jìn)多模光纖(11)中。多模光纖的平行帶狀光纖 陣列的另一端使用十二通道MT套圈(13)端接(參見圖02a和圖02b )。 整個(gè)組件僅有16mm長x 2.44mm高x 7mm寬，通過形成式樣的金跡 線的端部提供電連接。相似的OSA用于光探測，但是使用1 x 12的 光探測器陣列。
在一實(shí)施方式中，用于光通集成電路封裝的OSA可以完全密封， 典型地使用標(biāo)準(zhǔn)類型的環(huán)氧樹脂。需要密封是因?yàn)閷C封裝安裝到 印刷電路板(PCB)上時(shí)伴有非常高的溫度。在典型的約215°C的焊 料回流溫度下，在IC封裝的密封中的任何氣隙都可能會(huì)因?yàn)闅庀吨?的過熱濕度而爆炸。因此使用微透鏡的OSA的技術(shù)(其中在激光器 和透鏡間具有氣隙)不能很好地適用于IC封裝的光通性質(zhì)。
OSA組件的另 一個(gè)細(xì)節(jié)是在OSA的光接口上方包括灰塵/污染物 蓋罩。例如，小的密封連接的橡膠蓋子或者粘著片可以固定在OSA 的光接口上方，以在將光通的IC封裝組裝和最終集成到PCB上的整 個(gè)過程中維持表面的清潔。這也可以在PCB組件的焊料回流過程中 保護(hù)光接口。在將帶狀光纜連接到封裝的側(cè)面之前，可以將所述蓋罩 移除。
集成電路(IC)封裝
有很多微芯片制造商可以采用的標(biāo)準(zhǔn)類型的IC封裝。這些封裝
歸類于尺寸、功率耗散能力、引腳數(shù)和每針腳最大數(shù)據(jù)率等等。雙列
直插式封裝(DIP)(參見圖03)是低針腳數(shù)、低速度封裝的例子， 而針柵陣列式封裝(PGA)是高針腳數(shù)、中速度封裝(參見圖04)的 例子。典型地，微芯片制造商基于尺寸和性能選擇IC封裝。如圖5 所示，IC封裝組件包括使用環(huán)氧樹脂或者焊料回流技術(shù)將微芯片(15 )布置和連接在IC封裝的中央?yún)^(qū)域。它通過在首先由IBM在20世紀(jì) 60年代發(fā)明的被稱為可控坍塌芯片連接(C4)的過程中的焊線(17) 或者微焊球回流電連接到外界。在IC封裝中的一套內(nèi)部電跡線(19) 從微芯片引出到在外界的外部針腳或連接件；在圖05中顯示了四側(cè) 引腳扁平(QFP)封裝的例子。
根據(jù)一實(shí)施方式， 一個(gè)或更多的預(yù)對準(zhǔn)的OSA模塊沿著"用戶 確定的"微芯片的側(cè)面被布置在標(biāo)準(zhǔn)(或半標(biāo)準(zhǔn))IC封裝中。通過 與用于將微芯片布置在IC封裝內(nèi)的"拾放"技術(shù)相同的基本原理， 這些OSA被布置在IC封裝內(nèi)。并且，既然OSA已經(jīng)經(jīng)過光學(xué)預(yù)對 準(zhǔn)(用以同時(shí)提供標(biāo)準(zhǔn)光接口和電接口 )，那么就消除了通過IC封 裝制造商或者PCB組件進(jìn)行的任何精確光對準(zhǔn)的必要性。應(yīng)當(dāng)注意 的是典型的IC或者PCB組件技術(shù)具有大于± 100微米的對準(zhǔn)公差。 而對于合適的光學(xué)均勻性和分光比而言，在OSA中所需的典型對準(zhǔn) 公差即使是多模光纖，也在±5微米以下。因此，預(yù)對準(zhǔn)的OSA消除 了 IC或者PCB制造商的準(zhǔn)確定位工作。于是光通的IC封裝不僅允 許微芯片實(shí)現(xiàn)IC封裝的普通電連接，還允許其實(shí)現(xiàn)經(jīng)由OSA的光學(xué) 連接。然后封裝可以被焊接到標(biāo)準(zhǔn)PCB上并且稍后光接纜也可被連 接其上。
雖然根據(jù)各種實(shí)施方式，實(shí)際上任何類型的IC封裝都可以被光 通，當(dāng)前公開的內(nèi)容顯示了一種球柵陣列(BGA) IC封裝(參見圖 06)。選擇BGA封裝是因?yàn)樗堑湫偷赜糜诜浅４蟮奶幚砦⑿酒?高密度高速度的封裝。BGA封裝也分為幾種類型，其中的兩種是空 腔區(qū)向上和空腔區(qū)向下的封裝風(fēng)格。 一種BGA封裝可以由陶瓷材料 或者有機(jī)材料(例如FR-4)制成，并且也可以包含多種芯片例如多 芯片模塊(MCM)封裝。
在下列光通的BGA集成電路封裝的實(shí)施方式中，光學(xué)次組件 (OSA)的數(shù)目將被限于兩個(gè)；典型地是一個(gè)發(fā)射器OSA和一個(gè)接 收器OSA。應(yīng)當(dāng)明白的是，取決于使用者確定的微芯片的需要，還可 能是每個(gè)OSA都具有更高或更低通道數(shù)目，以及不同的發(fā)射或接收 方向的多個(gè)OSA。 IC封裝的總體尺寸、可靠性、性能和組裝方法由
19JEDEC Solid State Technology Association ( JEDEC固態(tài)電子元件4支術(shù) 協(xié)會(huì))，曾經(jīng)是Joint Electron Device Engineering Council (聯(lián)合電子 設(shè)備工程協(xié)會(huì))的規(guī)范(http:〃wwwjedec.org )進(jìn)行了概述，這里提 出的光通的IC封裝將在一定程度上與其相符合。
可光通的空腔區(qū)向下BGA集成電路封裝
光通的空腔區(qū)向下BGA集成電路封裝(參見圖07a、 07b、 08a、 08b和09)的一個(gè)形式由下列各個(gè)次部件組成
a. 插入板(21)(用以在微芯片和外界之間傳遞信號)
b. 金屬背襯(23)(或者散熱板)
c. 使用者確定的微芯片(47)
d. 焊線封裝(49)
e. 頂珠封裝環(huán)氧樹脂(25)
f. 焊料球(27)(典型為直徑0.8mm,呈有規(guī)則的矩形陣列， 在兩個(gè)方向上均間隔1.27mm)
g. —個(gè)或更多光學(xué)次組件(OSA) (100)。 所述插入板(21)(參見圖08a)(也被稱為底板)與金屬背襯
(23)尺寸相同，并在中央具有方形開口，開口的周圍具有可焊線封 裝的金"手指"(31)。所述插入板具有多層層疊，包括底層、電力 層和跡線，其中跡線布置在中央方形開口周圍的粘接手指和在陣列
(33)中的各個(gè)焊料球焊盤之間。
金屬背襯(23)(參見圖08a)是薄的矩形鋁金屬塊，尺寸為45mm x45mmx3.5mm。所述金屬背襯具有兩個(gè)特定區(qū)域。第一區(qū)域(區(qū)域 1) (35)是對準(zhǔn)在插入件中央的方形開口的凹陷空腔區(qū)，就是使用 者確定的微芯片放置的區(qū)域。第二區(qū)域(區(qū)域2) (37)是另一個(gè)放 置OSA的凹陷空腔區(qū)。區(qū)域2在微芯片和封裝的外側(cè)之間提供了用 于OSA的空間，還具有額外的特征(39),例如用于在OSA周圍布 置適配的夾子組件的凹槽，以及用于在OSA周圍進(jìn)行環(huán)氧樹脂密封 的注射孔(41 )。
雖然有多種方法組裝此封裝，在 一 實(shí)施方式中的組裝方法是將插入件(21)層壓(laminate)在金屬背襯(23)上作為組裝過程的第 一步，因?yàn)閷訅嚎赡軗p傷OSA。這一實(shí)施方式因此為OSA模塊提供 了側(cè)面的插入方法，通過將OSA滑過由金屬背襯和插入板形成的在 封裝側(cè)面的(參見圖08b)開口通路(43)來插入。由與其適配的夾 子組件(45)圍繞的OSA ( 100)滑進(jìn)封裝的側(cè)面，并在OSA的底面 和金屬背襯之間具有合適的粘接環(huán)氧樹脂。所述OSA滑進(jìn)封裝足夠 遠(yuǎn)，這樣氧化鋁底板及其金跡線(5)稍微突出進(jìn)區(qū)域1 (35),其 中使用者確定的微芯片可以接觸到這些跡線。 一旦所述OSA插入， 在OSA周圍的空閑空間被環(huán)氧樹脂密封填滿，但是不會(huì)蓋住在氧化 鋁底板端部的金跡線，環(huán)氧樹脂也不會(huì)填滿區(qū)域1。
IC封裝此時(shí)只是部分完成了 ，并且還包括在封裝外面具有連接器 夾子(45)的標(biāo)準(zhǔn)MT光學(xué)套圈接口 (13)。標(biāo)準(zhǔn)IC封裝組裝技術(shù) 現(xiàn)在可以不用考慮在封裝內(nèi)的光學(xué)部件而應(yīng)用到封裝中。
使用者確定的微芯片(47)用導(dǎo)電/導(dǎo)熱環(huán)氧樹脂固定在區(qū)域1 中，并焊線封裝(49)于插入板中央開口周圍的金手指(31 )以及在 氣化鋁底板上的金跡線(5),由此與光端口電接觸(參見圖09)。 在組裝此類型IC封裝中的典型步驟是下面在內(nèi)空腔的周圍做個(gè)小的 環(huán)氧樹脂壩，并且接下來用環(huán)氧樹脂(25)填滿整個(gè)區(qū)域l的空腔， 以完全覆蓋微芯片和焊線，導(dǎo)致在封裝的中央具有稍微凸起、硬的并 且平坦的環(huán)氧樹脂表面。
建立IC封裝的最后一步是將焊料球布置在插入板的焊盤陣列 上。這可以使用多種低科技或高科技的方法完成，但是實(shí)質(zhì)上焊料球 被回流以連接在插入板上。然后最終的可光通的BGA集成電路封裝 準(zhǔn)備被送往PCB組裝車間，在那里封裝能通過標(biāo)準(zhǔn)裝置被安裝到PCB 上。
可光通的空腔區(qū)向上的芯片倒裝B G A集成電路封裝
可光通的空腔區(qū)向上的芯片倒裝(FC) BGA集成電路封裝 (FC-BGA)(參見圖10a、 10b、 11和12)允許非常高的引腳密度 和引腳數(shù)以及更高的數(shù)據(jù)率，因?yàn)樗蕾囉谠谑褂谜叽_定的微芯片上的可控坍塌芯片連接(C4)的方法。C4是一種有效的在使用者確定 的微芯片和插入板之間連接微焊球的方法。
可光通的FC-BGA封裝的一個(gè)形式基本包括下面的次部件，盡管 也可添加可選的熱發(fā)散部件例如平^1:
a. 插入板(51)(用以在微芯片和外界之間傳遞信號)
b. 使用者確定的微芯片(61),使用(具有底部填充的)微焊 球進(jìn)行可控坍塌芯片連接(C4)
c. 模塑或密封(55),用于在微芯片上方形成殼體(還可包括 一些量的頂珠封裝環(huán)氧樹脂)
d. 焊料球(53)(典型為直徑0.8mm,呈規(guī)則的矩形陣列，在 兩個(gè)方向上均間隔1.27mm)
e. —個(gè)或更多光學(xué)次組件(OSA) (100)，通過焊線封裝或者 芯片倒裝連接在插入板上。
插入板(51)是剛性的方形平板，封裝的所有次部件都布置在上 面。它可以由陶瓷或有才幾底^！(如FR-4或者聚酰亞胺)制成，它可 以具有多個(gè)層，其中具有電力層、接地面(ground planes)、通孔以 及在微芯片和焊盤之間傳遞信號的信號線。封裝的空腔區(qū)向上的芯片 倒裝意味著在封裝和PCB之間用于連接的焊盤設(shè)在布置有微芯片的 相反一側(cè)上。焊料球陣列(53)也可蓋住插入板的整個(gè)一側(cè)(例如 32行乘32列的總共1024個(gè)焊料球的矩陣)。焊盤陣列(59)顯示 在插入板(51)的中間，并且微芯片放置在其上，所述焊盤陣列具有 焊盤，所述焊盤在尺寸和間距上與微芯片上的連接點(diǎn)相匹配，因此這 些焊盤更小并且間距更緊密(參見圖11)。微芯片(或者整個(gè)晶片) 在式樣上與微焊球(例如金屬銦)相符合，然后與在插入板中間的焊 盤陣列(59)對準(zhǔn)并回流(參見圖12)。然后用環(huán)氧樹脂(63)對 芯片倒裝微芯片(61)底部填充，用以幫助穩(wěn)定用于CTE不匹配的 連接并幫助堵住濕氣。
類似于上述類型的光學(xué)次組件(OSA) (100)(參見圖12)接 下來放置在插入板上，并且對準(zhǔn)在插入板上的匹配OSA電連接點(diǎn) (65)。信號在芯片倒裝的微芯片和OSA之間僅僅運(yùn)行幾毫米，從不會(huì)離開插入板。雖然上面描述的OSA意味著在插入板和OSA之間 使用焊線封裝(圖中未顯示)，還可以想像另一種方法，即在OSA
(參見圖13)，如果氧化鋁底板也可以使用孔(69)構(gòu)建的話。
當(dāng)模制標(biāo)準(zhǔn)的FC-BGA時(shí)，使用了一種不銹鋼模具(71 )，其具 有最終鑄件的"負(fù)像"的機(jī)加工空腔(73)(參見圖14)。當(dāng)FC-BGA 插入板被放置在這樣的模具中時(shí)，使用模塑化合物例如環(huán)氧樹脂來填 充模具以形成大的固體的矩形形態(tài)以完全密封微芯片和焊線(參見圖 06)。
在可光通的FC-BGA封裝的情況下，模具必須允許模塑化合物在 插入板上方成形，而不會(huì)蓋住OSA的光接口 。因此，模具必須包括 額外的空腔(75)以接入OSA的光接口 (參見圖15)。
在模制前，OSA必須物理地連接在插入板上并且電連接。在這種 情況下不止一個(gè)OSA被布置在插入板上，這些OSA必須很好地對準(zhǔn) 模具的空腔。所述OSA可以使用精密拾放技術(shù)來高精度地布置，或 者使用將這些OSA的MT-側(cè)固定在正確位置的具有良好公差的框架 (77)來定位(參見圖16)。接下來這些OSA的金手指可以焊線封 裝于插入板。
對于OSA的芯片倒裝形式來說，OSA在插入板上的位置通過在 插入板上的芯片倒裝點(diǎn)來固定。因此，OSA的MT側(cè)可以不與模具對 準(zhǔn)。 一種解決辦法是通過在MT和VCSEL/PD裝置之間使用稍長的帶 狀光纖(79)來提供MT套圏的更高的位置靈活性，這樣當(dāng)模具被定 位在插入^反上方時(shí)，可以允許MT連4妄器的小的側(cè)向移位(參見圖 17)。
在模制過程中另 一個(gè)需要考慮的問題是在模具與MT套圈的接縫 (81)處的模塑化合物閃光(flash)(從接縫中噴出環(huán)氧樹脂)的可 能性。這樣就會(huì)需要特定的預(yù)成型件(83)和/或墊片(85)。在MT 套圏上方的這種預(yù)成型件也可以用作光接纜所需的適配夾(87)的一 部分(參見圖18)?？蛇x地，墊片可以被薄層的環(huán)氧樹脂(或硅或 類似物質(zhì))替代，所述環(huán)氧樹脂將把MT套圈預(yù)成型件硬化密封在模
23具上。然后可以用模塑化合物填充模具而不會(huì)發(fā)生任何閃光。當(dāng)然，
在更加集成化的方法中，MT套圈、MT套圈預(yù)成型件和適配夾將都 是單片生產(chǎn)的單塊集成電路塑料部件，這將減少組裝步驟的數(shù)目。
在插入板上方塑造殼體之后，最終步驟是使用在各個(gè)焊盤上的焊 料球?qū)α?一個(gè)側(cè)面進(jìn)行板上組裝。這可以使用各種低科技或高科技的 方法完成，但是本質(zhì)上是將焊料球回流以連接在插入板上。然后最終 的可光通的FC-BGA集成電路封裝準(zhǔn)備送往PCB組裝車間，在那里 可以用標(biāo)準(zhǔn)的裝置將封裝安裝到PCB上。
圖19-24中描述了依據(jù)各種實(shí)施方式的內(nèi)部光學(xué)適配。
在一個(gè)實(shí)施方式中，提出了一種適配夾，其合成有與光連接器適 配的機(jī)械特征部件和具有混合可光通的集成電路(IC)封裝的側(cè)面光 端口的光纜組件。在一實(shí)施方式中，該適配夾可以是彈簧鋼適配夾。 也可以考慮其他材料例如各種不同的塑料和金屬。
如注明現(xiàn)有技術(shù)的圖19所示，光連接器是1 x 12的MT套圈 (102 ),用于使用平行帶狀光纜(104 )。
如圖20所示，在IC封裝(108)上的光端口 (106)與MT套圈 相類似，但是除了光接口 (110)以外，所述IC封裝的光端口具有機(jī) 械特征部件，當(dāng)對MT套圏的后部和光纜組件施加適配力的時(shí)候，其 允許被適配夾扣住并且固定。
如圖21所示，適配夾(200)設(shè)計(jì)用于大致圍繞MT套圏并部分 圍繞在IC封裝的MT套圏和光端口之間的前部光接口 。這種遮蓋特 征部件(112)保護(hù)了在光接口 ( 110)和MT套圏(102)之間的"接 縫"或者"非常小的間隙"(114),使其免于灰塵或碎片的滲透。 也可以在光接口的上方設(shè)置額外的屏障(圖中未顯示)，以幫助密封 接口，所述屏障可以是墊圏、O形環(huán)、密封帶或粘在MT夾子內(nèi)表面 的絨墊，該屏障可以是獨(dú)立的部件也可以是與適配夾集成在一起。
在適配夾后部的S形彎曲特征部(116)被用在圖21所示的彈簧 鋼設(shè)計(jì)中。這些特征部向后偏離，從而當(dāng)其-皮向上推并4氐住IC封裝 的光端口時(shí)在MT套圈的后部產(chǎn)生適配力。S形彎曲特征部(116) 的設(shè)計(jì)必須允許MT套圈以及IC封裝的光端口在長度上的變化。在
24兩個(gè)接口其中 一 個(gè)的光學(xué)刻面上的拋光程序可以導(dǎo)致各個(gè)部件在長
度上的不同，并且當(dāng)施加適配力時(shí)，彈簧特征部件必須抵消(account for)這些公差。
雖然有很多可能用于IC封裝的光端口內(nèi)部特征部的機(jī)械設(shè)計(jì)， 圖22顯示了一種IC封裝的光端口的剖面圖，所述IC封裝在光端口 中具有固體的永久的不移動(dòng)壁(118)和凹口 (120)。圖22中顯示 的IC封裝與普通方式的IC封裝上下顛倒，它將被焊接連接到印刷電 路板上。注意，在IC封裝上移動(dòng)部件(可彎曲的夾子或彈簧)不僅 是對標(biāo)準(zhǔn)IC封裝非常異常的，它還可能是發(fā)生機(jī)械故障的原因，而 這些故障將使得整個(gè)IC封裝失效。
如圖23所示的適配夾(200)使用它的突起前鉤(122)扣住在 1C封裝的光端口中的凹口 (120),這些鉤稍向內(nèi)偏離，并且一旦#: 稍孩i推向凹口的前方就會(huì)彈回位置。
適配夾(200 )已經(jīng)設(shè)計(jì)有其他特征部分，這些特征部分使得在 MT套圈和光端口之間產(chǎn)生適配力的任務(wù)被簡單化。 一 旦IC封裝被焊 接到PCB上，就會(huì)使用定位銷(124 )將MT套圏(102 )(和其帶 狀光纖(104) —起)被適配到光端口上，如圖19所示，并且被輕輕 地向前滑動(dòng)以與光端口的接口適配。由于適配夾(200 )在底面(126) 上是開口的，它可以在帶狀光纖(104)上方開槽且被向上推到MT 套圏(102)上方，該MT套圏(102)將前鉤(122)和IC封裝光端 口中的壁(118)、凹口(120)(如圖22所示)排成一排。在適配 夾(200)的側(cè)面上的翼特征部(128)允許適配夾被輕易地手動(dòng)向前 推動(dòng)(而不用推動(dòng)位于必須向后彎曲的后部的S形特征部)。然后適 配夾(200)被推進(jìn)光端口，直到鉤(122)扣住了 IC封裝的內(nèi)部凹 口 (120)并且S形彈簧在MT套圏的后部施加作用力。
圖24顯示了 MT套圏和光纜，適配夾和光學(xué)IC封裝的最后組件， 其中所述IC封裝正面朝上，并且已經(jīng)安裝到印刷電路板(130)上。 機(jī)械特征部、壁和凹口都在IC封裝的殼體內(nèi)。IC封裝內(nèi)的特征都可 以使用各種IC封裝制造過程例如機(jī)加工工序、注射模塑工序或沖壓 工序來冗成。
25適配過程的另一個(gè)方面是要保護(hù)IC封裝上的光端口，使其免于
物理損害。由于IC封裝將典型地永久焊接在PCB上，那么當(dāng)然不希 望在PCB組裝的過程中對光端口的前刻面造成損害，因?yàn)樵谇翱堂?上的劃痕可能導(dǎo)致光功率耦合的下降。為了有助于避免對光端口的前 刻面造成損害，在最初的制造過程中，可以把對準(zhǔn)定位銷(124)(如 圖19所示)固定在IC封裝的光端口內(nèi)并就位。這些定位銷主要用于 對準(zhǔn)MT套圏，但是它們也可以用作當(dāng)MT套圏和光纜插入時(shí)的保護(hù) 屏障。有兩個(gè)定位銷擋在路上，就更難劃傷光端口的表面。其次，將 光端口從IC封裝的側(cè)面突起而不是凹陷在IC封裝內(nèi)的空腔區(qū)中可以 更令人合意。盡管與大部分光模塊(例如SFP、 XFP、 SNAP-12收 發(fā)器模塊)的典型戰(zhàn)略(光學(xué)刻面位于殼體內(nèi)的空腔區(qū)中)相反，但 是突起在IC封裝內(nèi)的光學(xué)刻面極大地改善了清潔光端口的能力，尤 其是一旦IC封裝已經(jīng)被焊接在PCB上之后。這也方便了將任何在光 端口上方的保護(hù)蓋罩或者橡膠保護(hù)罩移除，這些保護(hù)蓋罩或者橡膠保 護(hù)罩作為光連接MT套圈的部件必須被移除。
圖25-30根據(jù)各種實(shí)施方式描述了外部學(xué)光適配。
可選的用于混合可光通的IC封裝的光耦合機(jī)構(gòu)是基于上述對可 光通的集成電路封裝的描述和基于美國專利申請10/625,905中描述 的光學(xué)次組件(OSA)與IC封裝風(fēng)格，所述專利申請是Rolston等人 的日期為2003年7月24日，題目是"OPTICAL FERRULE (光學(xué)套 圈)，，的申請，在此被結(jié)合進(jìn)本申請中以供參考。
如圖25所示，使用"光學(xué)套圏"中的總體結(jié)構(gòu)以及在上文和圖 7a-18中所提出的各種結(jié)構(gòu)，可以得到只依賴于IC封裝的光端口來完 成光適配的光適配技術(shù)。
在圖26中所示的特殊類型的IC封裝是芯片倒裝、有機(jī)底板 (132)、空腔向上的IC封裝，這種封裝可以容納微芯片(134)和 在1C封裝周圍的多個(gè)光學(xué)次組件(0SA)模塊(136)。圖27中顯示了 經(jīng)改進(jìn)的適當(dāng)?shù)腛SA模塊(136)，其被改進(jìn)為在各個(gè)側(cè)面包括突起 的外展部(138)以協(xié)助夾裝機(jī)構(gòu)。
圖27所示的OSA除了額外的將光適配特征部(138)合成進(jìn)OSA模塊的概念以外，總體結(jié)構(gòu)與上述參考文獻(xiàn)中描述的相似，且并不依 賴于IC封裝的主體部上方的特征部來實(shí)現(xiàn)適配。
在圖26中，作為IC封裝組裝中的標(biāo)準(zhǔn)工序，OSA模塊(136) 和微芯片(134)已經(jīng)用環(huán)氧樹脂(142)制成了頂珠。注意，各個(gè) OSA模塊的至少一部分的位置是固定的(在頂珠之下)并且相對較好 地相對于IC封裝的有機(jī)底板機(jī)械定位，主要是因?yàn)樵贠SA和有機(jī)底 板之間需要電連接。
圖28b顯示了如果所有的次部件都完美地對準(zhǔn)并定位，光學(xué)次組 件理想的樣子。但是也可能因?yàn)榇尾考姆胖煤退鼈兾恢霉畹睦鄯e 錯(cuò)誤，光端口接口 ( 110)可能不會(huì)很好地與它自己的電力部分相互 指引，如圖28a和28c所示。這會(huì)導(dǎo)致在一OSA中，其電力部分很 好地參照IC封裝定位，而其光端口接口并未很好地相對于IC封裝的 有機(jī)底板進(jìn)行相互指引。因此只需要在獨(dú)立于IC封裝的有機(jī)底板的 光端口接口上包括機(jī)械特征部。因此，該OSA已經(jīng)凈皮擴(kuò)大以包括在 其側(cè)面上的特征部，這些特征部不直接是IC封裝的部件。通過使用 適配夾，側(cè)面的外展部(138)允許MT套圏和光纜與OSA的光端口 形成光適配，但并不需要將光端口接口與IC封裝完美地配準(zhǔn)。如圖 29所示，經(jīng)改進(jìn)的適配夾(144)與第一實(shí)施方式類似，^f旦是鉤(140) 指向內(nèi)側(cè)，以扣住在光端口的側(cè)面上的特征部，即外展部(138)。
圖30顯示了 MT套圈和光纜、適配夾和IC封裝的最終組件。這 種類型的設(shè)計(jì)可以在低成本、低公差組裝技術(shù)上非常有利，這些技術(shù) 均被用于OSA的光學(xué)對準(zhǔn)和IC封裝的組裝。
現(xiàn)在參照圖31,顯示了本文所描述的方法1300,該方法使用適 配夾來確保在光連接器和混合的可光通的集成電路封裝的光端口之 間的連接。
方法1300包括提供一適配夾，具有從其延伸的鉤形特征部(步 驟1310);將光連接器插進(jìn)適配夾中，由此形成適配夾/光連接器組 件(步驟1320 );通過使用在鉤形特征部和在混合的可光通的集成 電路封裝內(nèi)的凹口以及光端口上的突起之間的至少 一個(gè)相互作用，將 適配夾/光連接器組件與光端口固定(步驟1330 )。上面描述的實(shí)施方式只是用于解釋。因此描述的范圍僅將受到所 附權(quán)利要求的范圍限制。
權(quán)利要求
1. 一種用于將電路板與光纖相連的可光通的集成電路封裝，所述封裝包括a. 由使用者確定的微芯片；b. 底板，所述底板包括電連接，用于在微芯片和電路板之間傳送信號；以及c. 光學(xué)次組件(OSA)，其包括預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器，所述OSA進(jìn)一步包括將OSA和微芯片相連的標(biāo)準(zhǔn)電接口以及用于與光纖相連的標(biāo)準(zhǔn)光接口，由此OSA將微芯片與激光器相連，所述激光器又與光纖光學(xué)連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)電接口包 括用于焊線封裝或芯片倒裝的金焊盤。
3. 如權(quán)利要求2所述的封裝，其特征在于，進(jìn)一步包括連接微 芯片和底板的焊線。
4. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)光接口包 括結(jié)合有高精密模具和對準(zhǔn)定位銷的機(jī)械轉(zhuǎn)化(MT)多光纖光學(xué)套圏。
5. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，進(jìn)一步包括固定在 底板上的殼體，并且所述殼體包括定位使用者確定的微芯片的第 一 區(qū) 域和定位所述OSA的第二區(qū)域。
6. 如權(quán)利要求5所述的封裝，其特征在于，進(jìn)一步包括遮蓋了 微芯片和所述焊線的頂珠封裝環(huán)氧樹脂。
7. 如權(quán)利要求1所述的封裝，其特征在于，所述底板進(jìn)一步包括用于連接電路板的焊料球。
8. —種用于將電路板與光纖相連的可光通的集成電路封裝，所 述封裝包括a. 由使用者確定的微芯片，所述微芯片通過具有底部填充的微 焊球而形成可控坍塌芯片連接(C4);b. 底板，包括電連接，用于在微芯片和電路板之間傳送信號；c. 模具或封裝，用于在微芯片上方形成殼體；以及d. 光學(xué)次組件(OSA)，包括預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器，所述 OSA進(jìn)一 步包括將OSA和微芯片相連的標(biāo)準(zhǔn)電接口以及用于與光纖 相連的標(biāo)準(zhǔn)光接口，由此OSA將微芯片與激光器相連，所述激光器 又與光纖光學(xué)連接。
9. 一種適配夾，用于確保在光連接器和混合可光通的集成電路 封裝的光端口之間的連接，所述光連接器具有連接光纜的光纜端以及 具有與光纜端相反的連接器端，所述適配夾包括a. 蓋罩，用于大致蓋住光連接器，所述蓋罩包括允許光纜通過 的開口 ；b. 從所述蓋罩延伸的S形彎曲特征部，用于對光纜端施加力；以及c. 鉤形特征部，從所述蓋罩向所述光連接器的連接器端延伸， 用于固定由所述適配夾和連接到光端口的光連接器形成的組件；其中，在固定適配夾/光連接器組件時(shí)，所述鉤形特征部與在混 合可光通的集成電路封裝內(nèi)的凹口以及所述光端口上的突起中的至 少一個(gè)相互作用。
10. 如權(quán)利要求10所述的適配夾，其特征在于，進(jìn)一步包括從 蓋罩延伸的翼特征部，用于手動(dòng)操作所述適配夾固定至所述光端口 。
11. 一種使用適配夾的方法，用于確保在光連接器和混合可光通的集成電路封裝的光端口之間的連接，所述方法包括a. 提供一適配夾，具有從其延伸的鉤形特征部；b. 將光連接器插入所述適配夾中，由此形成適配夾/光連接器組 件；以及c. 通過所述鉤形特征部與在混合可光通的集成電路封裝內(nèi)的凹 口和光端口上的突起中的至少一個(gè)相互作用，將所述適配夾/光連接器組件固定至所述光端口 。
12. —種裝配封裝的方法，用于將電路板與光纖相連，所述方法 包括提供包括電連接的底板，用于在使用者確定的微芯片和電路板之 間傳送信號；提供光學(xué)次組件(OSA),具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器，所述 光學(xué)次組件進(jìn)一步包括用于將OSA與使用者確定的微芯片相連的標(biāo) 準(zhǔn)電接口和用于連接光纖的光接口 ；提供盒狀殼體，包括用于插入微芯片的第 一 區(qū)域和用于插入OS A 的第二區(qū)域；將所述殼體連接到底板的頂面上；并且將所述OSA側(cè)向地劃行穿過第二區(qū)域，直到所述標(biāo)準(zhǔn)電接口開 始突出進(jìn)入第一區(qū)域。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述連接包括將 所述殼體層壓在所述底板上。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所 述OSA的底面粘結(jié)在所述殼體上。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用 環(huán)氧樹脂填充第二區(qū)域中的所述光學(xué)次組件周圍的空閑空間。
16. 如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用 傳導(dǎo)環(huán)氧樹脂將所述使用者確定的微芯片固定在所述第 一 區(qū)域中。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將使 用者確定的微芯片焊線封裝在所述OSA的所述標(biāo)準(zhǔn)電接口和所述底 才反的所述電連接上。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括使用 環(huán)氧樹脂遮蓋住所述使用者確定的微芯片和所述焊線，其中所述焊線 通過焊線封裝形成。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所 述焊料球放置在所述底板的所述電路板上。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括將所 述封裝安裝在PCB上。
21. —種組裝封裝的方法，用于將電路板與光纖相連，所述方法 包括提供包括電連接的底板，用于在使用者確定的微芯片和電路板之 間傳送信號，所述底板包括焊盤；提供光學(xué)次組件(OSA),所述光學(xué)次組件具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn) 的激光器，所述OSA進(jìn)一步包括將OSA與使用者確定的微芯片相連 的標(biāo)準(zhǔn)電口和用于連4妄光纖的標(biāo)準(zhǔn)光口 ；通過將所述標(biāo)準(zhǔn)電接口與所述底板的所述電連接對準(zhǔn)，從而將所 述OSA連接到底板上；使用微焊球?qū)⑺鍪褂谜叽_定的微芯片連接到所述焊盤上；以及使用所述殼體將所述使用者確定的微芯片和所述OSA密封。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述連接包括用環(huán)氧樹脂將所述使用者確定的微芯片進(jìn)行底部填充。
23.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括用焊料球覆蓋住所述底一反的底面。
全文摘要
提出了一種用于將電路板與光纖相連的可光通的集成電路(IC)封裝。所述IC封裝包括具有預(yù)先與光纖對準(zhǔn)的激光器的光學(xué)次組件(OSA)。所述OSA進(jìn)一步包括用于連接微芯片的標(biāo)準(zhǔn)電接口和用于連接光纖的標(biāo)準(zhǔn)光接口。還提出了用于將光連接器、光纜與集成電路封裝相連的一套機(jī)械概念，其可用于任何類型的光連接器，例如單個(gè)光纖套圈、MT-RJ型光學(xué)套圈和二維MT型光學(xué)套圈。
文檔編號G02B6/42GK101473258SQ200780016344
公開日2009年7月1日 申請日期2007年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月5日
發(fā)明者傅紹偉, 戴維·羅伯特·卡梅倫·羅爾斯頓, 理查德·梅納迪 申請人:里夫萊克斯光子公司