本申請(qǐng)涉及光電子封裝件，其包括光電探測(cè)器以及至少一個(gè)光源(諸如激光二極管或發(fā)光二極管(LED))。

背景技術(shù)：

各種光電子器件是包括光電檢測(cè)器(PD)以及至少一個(gè)光源的封裝器件。常規(guī)的光電子封裝件包括將光從光源反射到PD的反射鏡。該P(yáng)D可以與光源在相同的襯底上，或者在封裝件的另一側(cè)上與光源橫向偏移。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在所描述的光電子封裝件的實(shí)施例中，內(nèi)部較小的PD封裝件在外部較大的(母體)封裝件內(nèi)。具有第一和第二外部鍵合焊盤的內(nèi)部封裝件被取向?yàn)樯舷碌怪?封蓋朝下)與光源直線對(duì)準(zhǔn)(in a direct line of sight)，以便從具有第一和第二電極的至少一個(gè)光源(例如，VCSEL)接收光。不需要常規(guī)的反射鏡將來自光源的光反射到PD。因此所公開的實(shí)施例相對(duì)于常規(guī)光電子封裝件方案簡化了PD的對(duì)準(zhǔn)并顯著地降低了裝配成本。

PD管芯具有通過布線連接到第一外部鍵合焊盤的第一觸點(diǎn)和通過布線連接到第二外部鍵合焊盤的第二觸點(diǎn)。第一鍵合線將PD管芯的第一外部鍵合焊盤連接到外部封裝件的第一端子。第二鍵合線將PD管芯的第二外部鍵合焊盤連接到外部封裝件的第二端子。第三鍵合線將光源管芯的第一電極連接到外部封裝件的第三端子。第四鍵合線將光源管芯的第二電極連接到外部封裝件的第四端子。

附圖說明

圖1A是適用于作為所公開的光電子封裝件的外部封裝件之中的內(nèi)部封裝件的第一示例PD封裝件的示圖。

圖1B是適用于作為所公開的光電子封裝件的外部封裝件之中的內(nèi)部封裝件的第二示例PD封裝件的示圖。

圖1C是適用于作為所公開的光電子封裝件的外部封裝件之中的內(nèi)部封裝件的包括過孔(through-via)連接件的第三示例PD封裝件的示圖。

圖1D是適用于作為所公開的光電子封裝件的外部封裝件之中的內(nèi)部封裝件的第四示例PD封裝件的示圖。

圖2A是根據(jù)示例實(shí)施例包括在圖1A中示出在外部封裝件之中的PD封裝件的示例光電子封裝件的示圖。

圖2B是根據(jù)示例實(shí)施例包括在圖1A中示出在外部封裝件之中的PD封裝件的另一示例光電子封裝件的示圖。

圖3是根據(jù)示例實(shí)施例包括在圖1A中示出在外部封裝件之中的PD封裝件的又一示例光電子封裝件的示圖。

具體實(shí)施方式

附圖不必按比例繪制。所公開的實(shí)施例認(rèn)識(shí)到具有反射鏡以將來自光源的光反射到光電檢測(cè)器(PD)的常規(guī)光電子封裝件導(dǎo)致顯著的信號(hào)損失和光學(xué)串?dāng)_、PD對(duì)準(zhǔn)的對(duì)準(zhǔn)問題以及組件純?cè)椿奶魬?zhàn)(包括對(duì)定制組件的需要)。

圖1A是根據(jù)一個(gè)示例實(shí)施例適合作為所公開的光電子封裝件的外部(母體)封裝件之中的內(nèi)部封裝件的示例PD封裝件100的示圖。PD管芯110包括第一觸點(diǎn)和第二觸點(diǎn)，該第一觸點(diǎn)包括通過包含內(nèi)部鍵合線115的布線連接到第一外部鍵合焊盤(FEBP)111的前觸點(diǎn)110a，該第二觸點(diǎn)包括通過包含背面金屬層102的布線連接到第二外部鍵合焊盤(SEBP)112的后觸點(diǎn)110b。

PD封裝件100包括多層第一電介質(zhì)襯底，所述多層第一電介質(zhì)襯底包括第一電介質(zhì)層級(jí)101、在第一電介質(zhì)層級(jí)101上方的第二電介質(zhì)層級(jí)106以及在第二電介質(zhì)層級(jí)106上方的第三電介質(zhì)層級(jí)107。所述多層第一電介質(zhì)襯底可以是整體的(單件式)襯底，使得第一電介質(zhì)層級(jí)101、第二電介質(zhì)層級(jí)106和第三電介質(zhì)層級(jí)107連同任何中間金屬層一起不需要任何粘合劑來配置。例如，陶瓷封裝件具有堆積層，所述堆積層允許集成金屬連接件橫向地和垂直地達(dá)到封裝件的外表面。

當(dāng)被包括在公開的光電子封裝件中時(shí)，PD封裝件100在本文中一般被稱為“內(nèi)部封裝件100”。第一電介質(zhì)層級(jí)101包括頂面101a和在第一電介質(zhì)層級(jí)101的底面101c上的FEBP 111和SEBP 112，該頂面101a包括具有在其上延伸到PD封裝件100的第一外緣103a的背面金屬層102的第一管芯附連區(qū)101b。第二電介質(zhì)層級(jí)106在第一電介質(zhì)層級(jí)101上方形成，構(gòu)建出包括具有延伸到PD封裝件100的第二外緣103b的第二金屬層119的引線鍵合區(qū)的管芯附連區(qū)101b。第一金屬跡線116在PD封裝件100的第二外緣103b上將第二金屬層119連接到FEBP 111。第二金屬跡線117在PD封裝件100的第一外緣103a上將背面金屬層102連接到SEBP 112。

PD管芯110包括前觸點(diǎn)110a(例如，連接到n+區(qū)域的鍵合焊盤金屬)。后觸點(diǎn)110b(例如，連接到p+區(qū)域的鍵合焊盤金屬)在管芯附連區(qū)101b上。后觸點(diǎn)110b可以是PD管芯100的整個(gè)底部。PD封裝件100內(nèi)的內(nèi)部鍵合線115將前觸點(diǎn)110a連接到第二金屬層119。

PD管芯110可以包括任意合適的前端被照明的PD(包括光電二極管、光電晶體管或電荷耦合器件(CCD))，所有這些都可以是成品PD管芯。在一個(gè)實(shí)施例中，PD管芯包括具有第一導(dǎo)電性(例如，n+)的第一有源層、具有與第一導(dǎo)電性相反的第二導(dǎo)電性(例如，p+)的第二有源層以及分離第一和第二有源層的本征層(pin二極管)。

PD封裝件可以包括陶瓷封裝件或塑料封裝件。陶瓷封裝件的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是具有氣密密封的能力。PD封裝件100被示出為沒有蓋子，因?yàn)椴恍枰w子來保持PD管芯上下顛倒。然而，如果蓋子是光學(xué)透明的，則該蓋子可以被包含在PD封裝件中。PD封裝件100的封裝類型支撐襯底觸點(diǎn)(示出為后觸點(diǎn)110b)，其連接到PD管芯110的底部并且到前觸點(diǎn)100a。然后電學(xué)觸點(diǎn)以某種方式被路由到SEBP 112和FEBP 111，諸如穿過陶瓷襯底。可替代地，通常任意塑料封裝件可以與定制引線框一起使用以提供所需布線。

圖1B是根據(jù)示例實(shí)施例適用于作為所公開的光電子封裝件的外部封裝件之中的內(nèi)部封裝件的示例PD封裝件100’的示圖，其中PD管芯110包括通過包括第一內(nèi)部鍵合線115₁的布線連接到FEBP 111的第一前觸點(diǎn)110a1和通過包括第二內(nèi)部鍵合線115₂的布線連接到SEBP 112的第二前觸點(diǎn)110a2。

圖1C是根據(jù)示例實(shí)施例適用于作為所公開的光電子封裝件的外部封裝件之中的內(nèi)部封裝件且包括過孔連接件的示例PD封裝件100”的示圖。PD管芯110包括通過包括第一內(nèi)部鍵合線115₁的布線連接到FEBP 111的第一前觸點(diǎn)110a1以及通過包括第二內(nèi)部鍵合線115₂的布線連接到SEBP 112的第二前觸點(diǎn)110a2，其包括過孔連接件。過孔連接件被示出為包括過孔118a和118b，其分別將第一背面金屬部分102a和102b連接到FEBP 111和SEBP 112。

過孔連接件還被示出為包括過孔118c和118d，其將第二金屬層部分119a和119b分別連接到第一背面金屬部分102a和102b并且分別連接到FEBP 111和SEBP 112。相比于單個(gè)過孔，被示出為穿過第一電介質(zhì)層級(jí)101的并行過孔連接件用于降低阻抗。

圖1D是根據(jù)示例實(shí)施例適用于作為所公開的光電子封裝件的外部封裝件之中的內(nèi)部封裝件的示例PD封裝件100”’的示圖，其中PD管芯110包括通過包括連接到第一背面金屬部分102a的硅過孔(TSV)的布線連接到FEBP 111的前觸點(diǎn)110a1和由后觸點(diǎn)110b提供的通過包括第二背面金屬部分102b的布線連接到SEBP 112的第二觸點(diǎn)。TSV 113通常包括電介質(zhì)襯墊(未示出)。

圖2A是根據(jù)示例實(shí)施例的示例光電子封裝件200的示圖，該光電子封裝件200包括圖1A中示出的PD封裝件作為組裝在外部封裝件170(母體封裝件)之中的內(nèi)部封裝件100。外部封裝件(OP)170包括陶瓷襯底171，陶瓷襯底171具有底座部分171a，其中在陶瓷襯底171的凸起外部部分上的低鍵合線(金屬化)區(qū)176a、176b分別連接到第三端子193和第四端子194，并且在陶瓷襯底171的其它凸起外部部分上的高鍵合線區(qū)177a、177b分別連接到第一端子191和第二端子192。

包括第一電極181和第二電極182的至少一個(gè)光源管芯180在底座部分171a上(例如，附連到底座部分171a)定位成面對(duì)PD管芯110，使得PD管芯110與光源管芯180的發(fā)射區(qū)直線對(duì)準(zhǔn)(in a direct line of sight)。在一個(gè)實(shí)施例中可包括硅管芯的第一型腔模152被示出為直接在光源管芯180的頂部上位于第一電極181和第二電極182的內(nèi)側(cè)。

光源管芯180可以包括垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，VCSEL是具有與其頂表面正交的發(fā)射的一類半導(dǎo)體激光二極管，其包括的電極包含n+電觸點(diǎn)和p+電觸點(diǎn)。VCSEL可以由寬范圍材料系統(tǒng)形成以產(chǎn)生特定的器件特性。特別地，各種材料系統(tǒng)可以被調(diào)整以發(fā)射不同的波長，諸如1550nm、1310nm、850nm、670nm等等。所公開的實(shí)施例通常還可以使用任意垂直發(fā)射光源，諸如其他激光二極管或發(fā)光二極管(LED)。

光電子封裝件200包括第一鍵合線161和第二鍵合線162，第一鍵合線161將FEBP 111連接到高鍵合線區(qū)177a，高鍵合線區(qū)177a被耦接到OP 170的第一端子191，而第二鍵合線162將SEBP 112連接到高鍵合線區(qū)177b，高鍵合線區(qū)177b被耦接到OP 200的第二端子192。第三鍵合線165將第一電極181連接到低鍵合線區(qū)176a，低鍵合線區(qū)176a被耦接到OP 170的第三端子193。第四鍵合線166將第二電極182連接到低鍵合線區(qū)176b，低鍵合線區(qū)176b被耦接到OP170的第四端子194。

圖2B是根據(jù)另一示例實(shí)施例的包括在OP 170之中的圖1A所示的內(nèi)部封裝件100的另一示例電子封裝件250的示圖。OP 170可以包括陶瓷封裝件或塑料封裝件。包圍內(nèi)部封裝件100的OP 170包括陶瓷襯底171，并且第一安裝襯底151在陶瓷襯底171的底座部分171a上。第一型腔模152在第一安裝襯底151上，其限定了第二管芯附連區(qū)153。光源管芯180被附連到第二管芯附連區(qū)153中的第一安裝襯底151并被定位成面對(duì)PD管芯110，使得PD管芯110與光源管芯180的發(fā)射區(qū)直線對(duì)準(zhǔn)。

第一鍵合線161連接內(nèi)部封裝件100的FEBP 111和高鍵合線區(qū)177a。第二鍵合線162將內(nèi)部封裝件100的SEBP 112連接到高鍵合線區(qū)177b。至少第三鍵合線(示出為鍵合線163、165)在包括鍵合焊盤159和155以及金屬跡線154的路徑中，該金屬跡線154在第一安裝襯底151上將鍵合焊盤159耦接到鍵合焊盤155，該路徑將第一電極181連接到第一低鍵合線區(qū)176a。至少第四鍵合線(示出為164、166)在包括鍵合焊盤156、158和另一金屬跡線157的路徑中，該金屬跡線157在第一安裝襯底151上將鍵合焊盤156耦接到鍵合焊盤158，該路徑將第二電極182連接到低鍵合線區(qū)176b。示出了可以氣密地封住OP 170的蓋子174。

圖3是根據(jù)示例實(shí)施例包括OP 170內(nèi)部的圖1A中示出的內(nèi)部封裝件100的又一示例光電子封裝件300的示圖。在此實(shí)施例中，內(nèi)部封裝件100在第二安裝襯底351上，第二安裝襯底351包括由示出的金屬跡線357耦接在一起的鍵合焊盤352和353以及由示出的金屬跡線358耦接在一起的鍵合焊盤354和355。鍵合線161a將FEBP 111連接到鍵合焊盤353，并且鍵合線161b將鍵合焊盤352連接到高鍵合線區(qū)177a。鍵合線162a將SEBP 112連接到鍵合焊盤354，并且鍵合線162b將鍵合焊盤355連接到高鍵合線區(qū)177b。

光電子封裝件300包括具有電極181和182的光源管芯180以允許圖3中示出的偏置(例如，電動(dòng)泵送)，該偏置由來自低鍵合焊盤區(qū)176a(連接到第三端子193)的鍵合線165并由來自低鍵合焊盤區(qū)176b(連接到第三端子194)的鍵合線166提供。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，光源管芯180可以包括VCSEL。光學(xué)管芯321(其為四分之一波片濾光器)過濾來自光源管芯180的光并且被示出在第一型腔模152上。第二型腔模被示出在光學(xué)管芯321上。顯示為管芯331(其為四分之一波片濾光器)和管芯322(其為線偏振片)的其他管芯被示出在可包括光學(xué)玻璃(諸如硼硅酸鹽玻璃(例如BOROFLOAT 33))的第二安裝襯底351上。

內(nèi)部封裝件100的電介質(zhì)襯底可以是塑料的或陶瓷的。在裝配示例光電子封裝件的方法中，該示例電子封裝件包括圖1C中示出的PD封裝件100”，該P(yáng)D封裝件100”被稱為OP封裝件170之中的內(nèi)部封裝件100，內(nèi)部封裝件100”首先被形成或被提供，其包括具有頂面101a的第一電介質(zhì)層級(jí)101，該第一電介質(zhì)層級(jí)101包括在第一電介質(zhì)層級(jí)101的頂面101a上的第一金屬層部分102a和102b。FEBP 111和SEBP 112在第一電介質(zhì)層級(jí)101的底面101c上。

過孔118a將第一背面金屬部分102a連接到FEBP 111。另一個(gè)過孔118b將第二背面金屬部分102a連接到SEBP 112。第二電介質(zhì)層級(jí)106被應(yīng)用到第一電介質(zhì)層級(jí)101上方，其構(gòu)建出第一管芯附連區(qū)101b。過孔118c和118d被形成為穿過第二電介質(zhì)層級(jí)106，然后被金屬填充，其分別連接到第一背面金屬部分102a和102b，并分別連接到FEBP 111和SEBP 112。然后第二金屬層部分119a和119b被形成在第二電介質(zhì)層級(jí)106上。

包括至少一個(gè)前觸點(diǎn)110a和至少一個(gè)后觸點(diǎn)110b的PD管芯110被安裝以使其后觸點(diǎn)在管芯附連區(qū)101b上。內(nèi)部鍵合線115₁和115₂被鍵合在第一封裝件內(nèi)，將前觸點(diǎn)110a1連接到第二金屬層部分119a并將前觸點(diǎn)110a2連接到第二金屬層部分119b。

然后內(nèi)部封裝件100可以被放置在OP 170中的第一安裝襯底151上，該第一安裝襯底151包括內(nèi)部鍵合焊盤、外部鍵合焊盤以及將內(nèi)部鍵合焊盤和外部鍵合焊盤連接于其上的金屬跡線。包括第一電極181和第二電極182的至少一個(gè)光源管芯180被附連到第一安裝襯底151。第一電極181和第二電極182被引線鍵合到襯底151上的內(nèi)部鍵合焊盤。第一型腔模152被放置在第一安裝襯底151上，其限定第二管芯附連區(qū)153。內(nèi)部封裝件100被放置在第一型腔模152上，使得PD 110和光源管芯180的發(fā)射區(qū)直線對(duì)準(zhǔn)。在圖3中示出的其他組件可以被選擇性地插入到PD 110和光源管芯180之間。

引線鍵合可以包括將FEBP 111連接到OP 170的第一端子191的第一鍵合線161、將SEBP 112連接到OP 170的第二端子的第二鍵合線162、連接到外部鍵合焊盤(其通過金屬跡線連接到第一電極181并連接到OP 170的第三端子193)的第三鍵合線165以及連接到外部鍵合焊盤(其通過金屬跡線連接到第二電極182并連接到OP 170的第四端子194)的第四鍵合線166。然后可以附連蓋子174以氣密地密封OP 170。

所公開的實(shí)施例的應(yīng)用一般包括具有光源(諸如激光二極管以及內(nèi)置監(jiān)測(cè)光電檢測(cè)器)的所有應(yīng)用。一個(gè)具體的示例是磁力計(jì)物理封裝件。其他示例包括原子鐘。所公開的實(shí)施例可以被整合為各種裝配流程(assembly flow)以形成各種不同的光電子器件和相關(guān)產(chǎn)品。

在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，在所描述的實(shí)施例中可能進(jìn)行修改，并且可能存在其他實(shí)施例。