專利名稱：封裝的發(fā)射和接收組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用樹脂或塑料材料制成的光發(fā)射和接收組件的封裝或包裝及其制造方法，該組件包括硅基片上的光元件和通常為密封的光電元件。
背景技術(shù)：
帶有相關(guān)波導(dǎo)的密封的光元件、連接裝置等目前很貴，這妨礙了光通信技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。元件成本高的一個(gè)主要原因是對帶波導(dǎo)的光電元件和帶另一波導(dǎo)的元件中的波導(dǎo)進(jìn)行對準(zhǔn)時(shí)機(jī)械精度的要求很高。今天的安裝方法不能允許電子電路以有作用且有效的方式裝在管殼中和/或有效地與光電元件一起安裝在電路板上。
為了能夠低成本地制造光發(fā)射和接收組件，利用用于光和微電子器件的普通“微結(jié)構(gòu)方法”情況將會有所改善，由此開辟了光通信的新應(yīng)用和新市場。
目前，為了獲得一微米數(shù)量級精度的器件定位方法，人們對微結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行了深入細(xì)致地研究工作。這種工作的一個(gè)目標(biāo)是用批量生產(chǎn)的零部件例如硅的零部件替換今天用于光元件安裝中的昂貴零部件。
同時(shí)還有一種致力于更有效地安裝和密封集成光器件的研究。一種明顯的研究思路是為此目的而利用聚合物膜，通常是聚酰亞胺膜。由于可以在這種薄膜上利用涂敷和腐蝕制造導(dǎo)電引線，并使用具有包括導(dǎo)電體和底層平面的幾層的夾層結(jié)構(gòu)(“多層技術(shù)”)，使阻抗匹配，所以可以把幾塊芯片一起安裝在基片或基底材料上，無需附加任何要求。而且，用例如聚合物膜等樹脂密封可以替代傳統(tǒng)的由薄金屬板構(gòu)成的引線框的作用。金屬化或可能金屬化的連接腿可以從由載體膜構(gòu)成的封殼壁突出來，以便實(shí)現(xiàn)電路與外部的電連接。另外目前已可以將類似于此的外金屬化表面用于TAB安裝中。
具有引線部分的柔韌樹脂帶可以用于電子多芯片封裝中，如美國專利5245215所述。這種帶的柔韌性最初被用于芯片的高密度封裝。
屬于同一申請人/受讓人的1995年3月20日申請的國際專利申請PCT/SE95/00281、1995年10月19日申請的PCT/SE95/01232和PCT/SE95/01233皆描述了用樹脂或塑料材料低成本封裝光電元件的方法。這些方法依靠的是將用于混合安裝了光元件的基片高精度地定位于將由塑料過模制(overmoulded)的模具型腔中。利用傳移模塑封裝光元件，從而同時(shí)利用基片上的V形槽和模具中的導(dǎo)向針獲得封殼壁中的光界面。導(dǎo)電引線框可以用于建立與電子電路的電接觸。引線框通常由沖壓或蝕刻的金屬件構(gòu)成，例如薄銅或鋁片。
現(xiàn)有技術(shù)用塑料同時(shí)密封光元件和帶硅基片上定位波導(dǎo)和光電元件的電子電路的方法早已是眾所周知的。
所以，歐洲專利申請公開EP-A10600645中，公開了一種用塑料密封的SIP(單列直插式封裝)光電組件，其中包括設(shè)置于硅基片上的電子元件和光元件。
在歐洲專利申請公開EP-A20596163中，公開了連接光纖維6與“光單元”更確切地說通過“光單元”連接“電子部件”的連接組件。所述光單元可以包括可能為硅的基底13，其上具有電極和微距鏡4a，還包括光探測器4，見圖6a-7b。該光單元與電子部件例如通過支撐基板13上的電極與電子部件9上的導(dǎo)電區(qū)9a的引線鍵合而連接(圖5a和5b)，其中電子部件可以是半導(dǎo)體集成電路。然而，此連接組件未用塑料密封。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種密封的光元件及其制造方法，可以使電信號和驅(qū)動電路以有作用且有效的方式容納于封殼中。
本發(fā)明的另一目的是提供一種密封的光元件及其制造方法，可以使電子電路與光電子元件一起以簡單且有作用的方式設(shè)置于電路板上。
本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)這些目的，所附的權(quán)利要求書顯示出其范圍和特征。
因此，在一個(gè)實(shí)施例中，按用塑料封裝的有效方式，還可以將例如接收/驅(qū)動電子電路等電子電路設(shè)置于封殼內(nèi)。由此，由于整個(gè)密封的元件在電路板上所占空間較小，并可以獲得相對于密封的光組件的標(biāo)準(zhǔn)電界面，所以可以獲得更小型化的組件。電路板的設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)新電路板時(shí)不必特別考慮封殼內(nèi)裝光元件的問題。電子電路的光電轉(zhuǎn)換器件間的距離較短，提供了短電流通道，并由此提供了高調(diào)制速度的可能性。
如果除光元件外，現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)常以硅板形式提供的上述基片或基板還包含必需的電子器件，那么基片變得相當(dāng)大，這從上述歐洲申請EP-A10600645的公開中可以看出。由于為了將基片保持在精確校正的位置上需要更大的力，所以使基板在模具型腔中的定位更加困難。由于然后有更大的力作用于基片上，可使基片從其精確確定的位置上移動，這在將用于密封元件的樹脂注入模具型腔時(shí)表現(xiàn)更為突出。由于經(jīng)常用大量處理技術(shù)制造硅板形式的基片，所以按每單位面積計(jì)算，這種形式的基片也較昂貴，因此自然一個(gè)目標(biāo)就是盡可能減小基片。
為此，將電子電路安裝于機(jī)械上與用于光元件的載體或基板分開的專用載體或基板上，或安裝于至少未與光元件的載體或基板剛性連接的專用載體或基板上。
由于測試方法和用于各元件的載體的制造中及密封時(shí)不同步驟的變化，另外需要在光元件和電子元件間提供某種程度的模件化，這可以通過提供分開的分別用于光元件和純電子單元的載體或載體部件實(shí)現(xiàn)。
可以采用上述現(xiàn)有技術(shù)中已知的那種混合型光載體，見透視

圖1，那是一種例如單晶硅的較小的高精度零部件，該單晶硅具有設(shè)置于其上的集成波導(dǎo)或波導(dǎo)，并且包括設(shè)置于光載體表面上的光電元件。這種包括波導(dǎo)和光電元件的光載體或光支撐板形式的光元件組件連接且附著于薄膜載體的相應(yīng)承載區(qū)上，薄膜載體包括附著于其上并與之電連接的用于驅(qū)動、接收、發(fā)射、調(diào)節(jié)等的電子電路。由此，可以獲得適于用塑料至少局部封裝的組合單元。
利用作為薄膜載體一部分的彈性舌簧可以實(shí)現(xiàn)具有安裝于其上的驅(qū)動器電子器件的薄膜載體的電和機(jī)械連接。這種帶有其最外部分的舌簧可以粘結(jié)于例如光元件的下側(cè)，這樣便可以將它們彼此作為一個(gè)整體進(jìn)行處理。在與之連接時(shí)或連接后，可以在例如適于光元件上的合適導(dǎo)電面等電極和舌簧上的導(dǎo)電體間通過合適的方法建立電連接，合適的方法例如類似于具有金屬焊料或?qū)щ娬辰Y(jié)劑的島或“凸點(diǎn)”的“倒裝芯片”法。另外，可以用分散的導(dǎo)線，使用引線焊接-摩擦熔焊(frictionwelding)金屬絲和不同的導(dǎo)電表面。
在進(jìn)行封裝時(shí)，即在將塑料或樹脂材料注入到合適的模具型腔中時(shí)， 模具中至少設(shè)置有一個(gè)載體，載體的一部分是舌簧，舌簧的機(jī)械彈性可以使光載體盡可能地定位于其精確確定的位置。舌簧具有機(jī)械彈性是由于舌簧可以比承載體的某些區(qū)域窄很多和/或細(xì)很多，舌簧由此載體延伸，特別是從所述的這些區(qū)域延伸，這些區(qū)域準(zhǔn)備用作光元件組件和電子電路中的一個(gè)或兩個(gè)。這樣，光載體板便可以活動地懸于并附著于舌簧上。
在一個(gè)實(shí)施例中，電子電路可以設(shè)置于封裝之外，這樣除其前側(cè)外便可以包封整個(gè)光元件組件，光界面位于其前側(cè)。然后利用“球面-頂(globe-top)”封裝保護(hù)電子電路。這樣設(shè)計(jì)的封殼的好處是相對于附著于電路板上電子部件組件的良好密封的光部件的機(jī)械彈性很好，這相當(dāng)有利于光部件與剛性安裝于同一電路板上的另一光器件的連接。
這樣，一般情況下，利用最好為薄膜載體一部分的“彈性舌簧”，電和機(jī)械連接具有波導(dǎo)、如LD陣列和電極等光電元件的最好是硅的光載體或光支撐板與具有驅(qū)動器電子電路的薄膜載體。此舌簧首先粘結(jié)于光載體的一側(cè)如下側(cè)，然后通過如光載體的電極與舌簧上的導(dǎo)電體之間的引線鍵合進(jìn)行電連接。此后，用塑料密封整個(gè)單元，或除電子電路外的整個(gè)單元，即，將電子電路設(shè)置于封殼之外。
因此，密封的光電元件包括一個(gè)光元件組件。該組件可以在其一個(gè)側(cè)面或表面有光界面，并可以在相反側(cè)或表面的旁邊設(shè)置用于電連接的區(qū)域。而且，實(shí)際上提供由具有可設(shè)于其同一表面上的不同區(qū)域的絕緣材料構(gòu)成的如適合構(gòu)形的片或膜的載體。其中一個(gè)區(qū)域用于光元件組件的固定，該區(qū)域的旁邊有合適的用于與光元件組件上的區(qū)域電連接及與外部電連接的導(dǎo)電體連接區(qū)。密封殼至少包封光元件組件的主要部分。載體的一部分連接載體的用于固定光元件組件的區(qū)域和載體的其余部分，此部分至少在垂直于穿過載體的其它部分的平面的上下方向上有彈性。特別是，彈性部分與其余部分連接的區(qū)域可以是固定電子電路單元的地方。為此，還為電子電路單元上的區(qū)域的電連接提供在載體上的導(dǎo)電體。
有利的是，光元件組件自身可以包括用于相對具有相應(yīng)導(dǎo)向裝置的另一光器件定位該組件的機(jī)械導(dǎo)向裝置，例如形成于光元件組件上的平行導(dǎo)向槽，用于與導(dǎo)向針配合。
彈性部分可以是載體的一部分，比該部分與之連接的載體其余部分的那些固定區(qū)域中至少一個(gè)的邊緣窄很多，和/或比該區(qū)域細(xì)很多，這樣載體上便存在強(qiáng)度更高的區(qū)，從而可以在被操作時(shí)使其自身有足夠的剛性和穩(wěn)定性。
為了用光元件供電和通信，在彈性部分上設(shè)置合適的導(dǎo)電體，例如用于向和/或從光元件組件傳輸電驅(qū)動器電壓和信號的導(dǎo)體。
附圖簡述下面結(jié)合附圖用非限定性的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，其中圖1是光元件載體的透視圖；圖2是具有安裝于其上的電子電路的薄膜載體的平面圖；圖3a是根據(jù)圖2的設(shè)置于模具型腔或封殼中的薄膜載體的平面圖，所述模具型腔或封殼中還具有設(shè)置于其上的光元件載體和導(dǎo)向針；圖3b是根據(jù)圖3a的薄膜載體的立視圖；圖3c和3d是薄膜載體與光元件載體連接的兩種不同的可能形式的垂直剖面圖；圖4是含有各元件且設(shè)置于封殼中的薄膜載體的透視圖；圖5是具有用于驅(qū)動器電子電路的活動設(shè)置的部件的封殼的另一實(shí)施例的示圖。
優(yōu)選實(shí)施例詳述圖2中示出了實(shí)際由介質(zhì)或絕緣體、如聚酰亞胺膜等聚合物材料制成的薄膜載體1。該載體為一般的矩形。載體1的框架部分3的寬度基本上是均勻的，且圍繞著載體的圓周延伸?？蚣?內(nèi)部，為電子電路設(shè)置了承載區(qū)5，該區(qū)域?yàn)榫匦螀^(qū)域或部分，其邊緣平行于載體1的外緣。電路電路承載區(qū)5的上表面和表面層是不導(dǎo)電的。導(dǎo)電體或腿7從電子電路承載體5的三個(gè)邊緣或側(cè)邊的區(qū)域延伸至框架部分3，用于電子電路的電連接。腿7包括例如涂在構(gòu)成薄膜載體1的基底膜的某些部分上合適的導(dǎo)電材料。沒有導(dǎo)電腿7從電子電路承載區(qū)5的第四邊緣延伸。在此第四邊緣處，設(shè)置具有基本上寬度均勻的彈性舌簧9，其寬度遠(yuǎn)小于第四邊緣的長度。舌簧9中心地從電子承載體5的此邊緣向上延伸至薄膜載體1的區(qū)域10，此處將安裝光載體，圖中未示出。這里，區(qū)域10是舌簧9的最外端部分，這樣舌簧9和光載體區(qū)域10有相同的寬度。在舌簧9上設(shè)置彼此平行且與舌簧9邊緣平行的導(dǎo)電體11，它們從電子電路載體5的邊緣延伸到舌簧9的最外部分，上至為光載體預(yù)備的區(qū)域10。電子電路載體5上設(shè)置有電子電路13，例如合適的集成電路，它們利用例如合適的粘結(jié)劑中心地粘結(jié)在電子電路載體區(qū)5上。
電子電路13以合適的方式與用于組件與外部電連接的腿7、及與舌簧9上的導(dǎo)電體路徑11電連接。這種電連接可以利用導(dǎo)電粘結(jié)劑的“焊料凸點(diǎn)”或島形成，它們在該連接之前設(shè)置于電路載體區(qū)5上的合適形狀的導(dǎo)電面上。然后，在把電路13設(shè)置于具有定位于“凸點(diǎn)”或粘結(jié)劑島上的電連接區(qū)的合適位置后，加熱這些凸點(diǎn)或島。另外，當(dāng)然也可以用連接金屬絲(未示出)的引線鍵合法，盡管這可能會需要大量的人工操作。
光載體可以大于舌簧9上預(yù)定的光載體區(qū)10，且可以是示于圖1中的現(xiàn)有技術(shù)中的光載體14。此光載體14為硅矩形板，其上具有在兩相對側(cè)緣旁邊的平行V形槽15。在內(nèi)部，板表面上，設(shè)置有光電元件17，它們與波導(dǎo)19精密地光連接。波導(dǎo)19設(shè)置于光載體板14上或內(nèi)，且平行于V形槽15向上延伸至板14的一個(gè)邊緣。光元件17與電極區(qū)21的電連接也可以通過合適的方式在板14的表面上完成，例如一般可利用引線鍵合法，按優(yōu)選方式，可以通過利用合適形狀和設(shè)置的焊料島或?qū)щ娬辰Y(jié)劑島的倒裝芯片法，在光元件17即其下側(cè)與光載體間的接觸面進(jìn)行。
光元件載體14上的電極面21與薄膜載體1的舌簧9上的導(dǎo)電體11間的電接觸也可以通過分散的或分開的、分立鍵合線22實(shí)現(xiàn)，如圖3c所示。這里，還示出了這種情況下的導(dǎo)電體11設(shè)置于舌簧的聚合物層9’上的情況，及將安裝光元件載體的舌簧上的區(qū)域10只在光元件載體14下延伸較短距離的情況，此處粘結(jié)劑的接合部10’保留于光元件載體14上。
另外，按優(yōu)選方式，可以通過直接連接舌簧9上的導(dǎo)電通道11與光元件載體14上的電極區(qū)21進(jìn)行光元件載體14的電連接，如圖3d所示。此實(shí)施例需要舌簧9上的導(dǎo)電體11設(shè)置于其下側(cè)，在聚合物層9”的下側(cè)上。利用常規(guī)的焊接法、基本類似于引線鍵合法但不用分散的金屬絲進(jìn)行合適地焊接操作的“TAB連接”，或利用導(dǎo)電粘結(jié)劑，可以獲得導(dǎo)電通道11和電極區(qū)21間的接合部22’。接合部22’同時(shí)可以保持整個(gè)光元件載體14固定于舌簧9的區(qū)域10上。
圖3a和3b示出了具有設(shè)置于其中的薄膜載體1和光載體15的密封的元件25或等效的模具型腔的剖面。這里去掉了薄膜載體1的框架部分5，以便用于電連接電子電路13的腿7從封殼25突出。導(dǎo)向針27插在封殼25中的導(dǎo)向孔中，并設(shè)置成與光載體15上的導(dǎo)向槽17接觸。光載體15設(shè)置在封殼25一側(cè)，其一個(gè)表面為波導(dǎo)21端部。
由于舌簧9由薄彈性聚合物材料制成，不必太精確地測量舌簧9的長度，只要舌簧稍小于在模具型腔中定位整個(gè)組件的至少某些部分時(shí)所需要的長度即可。舌簧9可以是彎曲的或在電子電路載體部分5和為光載體14預(yù)備且光載體14將粘結(jié)于其上的舌簧9的區(qū)域10之間彎曲，如側(cè)視圖3b所示。
密封的元件25還示于透視圖4中。這里，腿7在封裝或封殼25的外側(cè)向下折疊，使其外部彎曲，這樣便可以與封裝25下側(cè)同平面設(shè)置腿7。由此，可以利用例如表面安裝等合適的方法實(shí)現(xiàn)與下層電路板的電連接。而且，在此圖中，孔29可視，由于對導(dǎo)向針15的支撐，該孔穿過封殼，形成于模制塑料封殼期間，見上述同一申請人/受讓人的國際專利申請。導(dǎo)向針27的導(dǎo)向孔31從頭至尾延伸至橫向孔29。
圖5中，示出了另一種安裝方法，其中，只有薄膜載體1的前部，即包括為光載體預(yù)備的舌簧9的區(qū)域10的前端部分，及與該區(qū)鄰近的那部分舌簧9，及具有設(shè)置于其上的元件的載體14已模制到塑料材料。具有安裝于其上的電子電路13的電子電路載5未被塑料封裝保護(hù)，但必須以另一種方式進(jìn)行保護(hù)，例如利用“球面-頂(globe-top)”密封保護(hù)。包括密封的光元件和利用彈性裝置連接的電子驅(qū)動單元的這種組件的優(yōu)點(diǎn)在于，光元件可以相對于剛性地附著于電路板上的元件的電子部件位移，這會極有益于光元件封殼和特別是其光界面精確地設(shè)置于電路板的精確位置上，用于與具有類似或相應(yīng)光界面的其它器件的連接。
權(quán)利要求
1.一種密封的光電元件，包括-光元件組件，該組件在其一側(cè)面或邊緣處具有光界面，并具有用于電連接的區(qū)域；-載體，該載體包括絕緣材料，還包括用于安裝光元件組件的區(qū)域，還包括用于與光元件組件的區(qū)域及與外部電連接的導(dǎo)電體；-密封殼，用于至少密封光元件組件的主要部分；其特征在于，載體的用于安裝光元件組件的區(qū)域通過載體的彈性部分與載體的其它部分連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的元件，其特征在于，-電路單元；-載體還包括用于安裝電路單元的區(qū)域，及用于與電路單元的區(qū)域電連接的導(dǎo)電體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的元件，其特征在于，載體的彈性部分基本上從載體的用于安裝電路單元的區(qū)域延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的元件，其特征在于，光元件組件包括用于相對于具有相應(yīng)的導(dǎo)向裝置的另一光器件定位該組件的機(jī)械導(dǎo)向裝置，具體是形成于光元件組件上用于與導(dǎo)向針配合的平行導(dǎo)向槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的元件，其特征在于，彈性部分由載體的一部分構(gòu)成，該部分比至少一個(gè)安裝區(qū)域的邊緣窄很多，該部分在此與載體的其余部分連接，和/或比該區(qū)域細(xì)很多。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的元件，其特征在于，彈性部分包括設(shè)置于其上的用于向和/或從光元件組件傳輸電驅(qū)動電壓和信號的導(dǎo)電體。
7.一種制造密封的光電元件的方法，該元件包括光元件組件，該組件在其一側(cè)面或表面具有光界面，并具有用于電連接的區(qū)域，其特征在于-制造載體，該載體包括絕緣材料并具有用于安裝光元件組件的區(qū)域、用于與光元件組件上的電連接區(qū)及與外部電連接的導(dǎo)電體；-制造為連接安裝載體的光元件組件的區(qū)域與載體的其余部分的載體的連接部分，該連接部分至少在與載體的大表面基本垂直的方向上有彈性；-把光元件組件附著到載體上其區(qū)域上，并進(jìn)行電連接；-在模具型腔中設(shè)置至少光元件組件和與之相鄰的那部分載體，模具型腔的邊緣或側(cè)面有光界面；-向模具型腔注入封裝材料，至少封裝光元件組件的主要部分及附著于組件上的那部分載體。
8.如權(quán)利要求7的方法，在密封的元件還包括電表面單元時(shí)，其特征在于，-制造載體，該載體還包括用于安裝電路單元的區(qū)域和用于與電路單元上的電連接區(qū)電連接的導(dǎo)電體；-制造載體的連接部分，使之從其用于安裝電路的區(qū)域延伸；-把電路單元附著于載體上其區(qū)域上并進(jìn)行電連接。
9.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于，在模具型腔中設(shè)置光元件組件時(shí)，通過將光元件組件設(shè)置于機(jī)械觸點(diǎn)中或與機(jī)械導(dǎo)向裝置相配合，特別是與裝配在組件上的槽中的平行的導(dǎo)向針配合，在預(yù)定位置精確地定位該光元件組件。
10.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于，由比載體的其余主要部分更細(xì)的材料，特別是由比載體的準(zhǔn)備用作安裝電路單元的部分更細(xì)的材料制造連接部分。
11.如權(quán)利要求7的方法，其特征在于，把連接部分制造成比載體的其它部分窄或細(xì)很多的材料舌簧，所述連接部分從該處延伸。
全文摘要
一種密封的光元件包括在一側(cè)具有光界面的光元件組件(14),組件(14)包括用于定位連接的光元件或光連接體的導(dǎo)向針(27)。組件(14)附著于彈性舌簧(9)的最外部分(10)上,該舌簧是如聚合物載體等介質(zhì)載體(7)整體上的一部分。在載體和其舌簧(9)上或內(nèi),設(shè)置與光組件(14)及與驅(qū)動器電路組件(13)中的電驅(qū)器動電路連接的導(dǎo)電通道,使載體具有常規(guī)引線框的功能。用密封塑料材料(25)模制整個(gè)器件。在模制操作期間,由于彈性舌簧(9)的存在,容易進(jìn)行光組件在精確確定的位置的定位及其余部分在其位置的定位,不會受例如注入的密封材料可能會使相當(dāng)大的驅(qū)動電路組件(13)和載體(7)上的固定區(qū)(5)位移的影響。這種構(gòu)形還可能只進(jìn)行光組件的密封,而以其它方式保護(hù)驅(qū)動器電路,從而暴露出彈性舌簧(9)。這種設(shè)計(jì)方便了光元件組件在電路板的精確定位。
文檔編號H01L23/28GK1183170SQ9619358
公開日1998年5月27日 申請日期1996年4月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月28日
發(fā)明者O·施泰耶, J·巴克斯特, P·埃里克森 申請人:艾利森電話股份有限公司