CN110658597A - 用于硅光子互连的激光组件封装 - Google Patents

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Abstract

本文描述的过程和装置减少了用于结合到计算***中的光子互连的每个激光器的制造时间、零部件成本、以及组装成本。激光组件的输出侧与硅中介层(SiP)的输入侧抵靠放置，使得定位在激光组件输出侧上的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触，该对应的焊料凸点还与定位在SiP输入侧上的相应焊盘相接触。激光组件被配置用于将激光从输出侧发射到SiP的输入光栅中。将焊料凸点加热到液相。当焊料凸点处于液相时，焊料凸点的毛细力将激光组件与SiP重新对准。然后使焊料凸点冷却。

Description

用于硅光子互连的激光组件封装
相关申请的交叉引用
本申请涉及由Ashkan Seyedi(阿什肯赛义迪)、Marco Fiorentino(马尔科菲奥伦蒂诺)、Geza Kurczveil(格察库兹韦尔)和Raymond G.Beausoleil(雷蒙德G.博索莱伊)于2018年4月16日提交的名称为“Comb Laser Arrays for DWDM Interconnects(用于DWDM互连的梳状激光器阵列)”的美国申请15/953,765。美国申请15/953,765的公开内容通过引用结合在此。
背景技术
术语“激光”是通过辐射受激发射的光放大的首字母缩写词。当某些材料(例如，晶体、气体或玻璃)中的原子中的电子吸收来自能量源(例如，电流或另一激光器)的能量时，可以产生激光。由于这种能量吸收，电子从基态移动到激发态。当电子返回到基态时，电子发射具有相对离散波长的光子。
在光纤中，激光可以用作信号传输的介质。光纤电缆提供高带宽、低功率损耗、抗电磁干扰、以及可用于各种应用的其他特性。
附图说明
本发明的各种特征和优点将通过参考附图仅通过示例的方式给出的本发明的示例的以下描述而变得显而易见，在附图中：
图1是用于激光二极管的示例封装方案的截面视图。
图2是用于激光组件的第一示例封装方案的截面视图。
图3是用于激光组件的第二示例封装方案的截面视图。
图4是根据一个示例的用于激光组件和SiP的金属焊盘的示例安排的自顶向下视图。
图5是根据一个示例的用于激光组件、SiP和透镜组件的金属焊盘的示例安排的自顶向下视图。
图6图示了用于将激光组件附接至硅中介层(SiP)的示例过程。
图7图示了用于使用本文描述的装置的示例过程。
具体实施方式
在高性能计算(HPC)***中，各种组件(例如，处理器、高速缓存、存储器、数据存储装置)彼此进行通信以完成计算任务。通常，HPC***应用于由于计算复杂性、大数据集(例如，“大数据”)、硬件限制、时间约束及其他因素而对标准消费性计算机(例如，台式计算机和膝上型计算机)而言不切实际的问题。
使用激光来传输信号(例如，通过光纤电缆)的光子互连具有增加带宽、降低功耗并减少HPC***中组件之间通信的等待时间的潜力。然而，当前用于将光子互连结合到HPC***中的方案面临若干挑战。例如，用于光子互连的当前激光器封装方案较昂贵。例如，当前封装方案中每个激光器的零部件和组装成本约为30美元。每个激光器的这一价格对于HPC***(其可能需要数十万个激光器)而言可能过分昂贵。
光子互连的高成本是由若干因素造成的。首先，当前的封装方案通常包括诸如准直器、反射镜、桶状隔离器、球形透镜和抗反射(AR)涂覆小平面等部件，以用于将激光引导到光纤中。这些部件的成本显著地增加了每个激光器的总成本。此外，AR小平面(facets)通常是光子互连的初始故障点，因为AR小平面上使用的介电材料在暴露于激光器的高光功率水平(例如，大于50毫瓦)下时趋于在分子水平上降解。
其次，激光器封装方案中的部件通常必须彼此非常精确地对准以确保适当的功能。机器人拾放工具(如果在没有附加装备的情况下使用)可能无法以足够的精度将这些部件可靠地对准。存在如下的视觉对准技术：可以使用印在部件上的数字图像和基准标记以帮助工具将这些部件更精确地对准，但是这类技术涉及附加硬件(例如，数码相机)和附加处理时间(例如，用于图像分析)。因此，可能需要两分钟或更长时间来封装每个单独激光器。对于包括数十万个激光器的HPC***而言，每个激光器两分钟可能总计达到相当大的延迟。而且，在现有的激光器封装方案中，一次对准一个激光器。例如，单个机械臂和单个数码相机通常不能同时对准多个激光器。为了同时对准多个激光器，制造商通常将必须为每个要并行对准的附加激光器配备一个附加的机械臂和一个附加的数码相机。
本公开描述了显著降低将光子互连结合到HPC***中的成本的过程和装置。本文描述的过程提供了用于在不使用基准或图像处理技术的情况下以相对较低的成本、较高的亚微米精度对硅光子装置中的激光器进行对准的技术。另外，本文描述的过程提供了使多个激光器同时对准而无需用于每个激光器的单独制造硬件的方式。通过这些过程组装的硅光子装置用作全功能硅光子互连，但不需要现有互连中使用的某些部件。例如，本文描述的装置不需要准直器、反射镜、桶状隔离器、球形透镜或抗反射(AR)涂覆小平面。因此，本文描述的过程和装置显著减少了每个激光器的制造时间、零部件成本、以及组装成本。
图1是用于激光二极管102的示例封装方案100的截面视图。激光二极管102充当封装方案100的载体上芯片(CoC)。虚线107表示从激光二极管102发射的激光的路径。
封装方案100包括非球面准直器103、桶状隔离器104和球形透镜105(例如，直径为2.5毫米的N-BK7球形透镜)，用于将激光引导到平面切割光纤电缆106中。
一旦如所示的那样组装，封装方案100就可以将提供给激光二极管102的电信号转换成光信号，并将光信号(其由激光表示)引导到平面切割光纤电缆106中以进行传输。
虽然封装方案100可以有效地将电信号转换成光纤电缆上的光信号，但是封装方案100存在以上关于现有封装方案所讨论的缺点。具体地，非球面准直器103、桶状隔离器104和球形透镜105增加了封装方案100的各零部件的总成本。而且，用于对封装方案100的部件进行对准和耦接的方法可能相对低效(例如，如果使用图像处理技术的话)。
图2是用于激光组件201的第一示例封装方案200的截面视图。激光组件201包括用于产生激光的激光二极管。具体地，激光组件201可以包括梳状激光器(例如，作为光学频率梳状发生器运作的基于量子点的二极管激光器，该光学频率梳状发生器产生近似等距光谱线的低噪声多光谱输出)。在一些实施例中，激光组件201可以包括多个激光二极管，该多个激光二极管被配置用于产生具有不同光谱带宽的激光。
激光组件201被配置用于在由箭头204a指示的方向(输出方向)上输出激光。激光组件201的发射激光的一侧被称为输出侧。在一个示例中，输出方向与输出侧的表面法向量(例如，在激光离开激光组件201的点处与输出侧的切平面正交的向量)的方向相差二十度或更小。在一个示例中，激光组件201包括在输出方向上发射激光的光栅耦合表面发射激光器(GCSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。具体地，如果使用GCSEL，则可以包括光栅206a(即，激光组件201的输出光栅)以将激光从初始方向重定向到输出方向。
如所示出的，金属焊盘210a至210e定位在激光组件201的输出侧。金属焊盘210a至210e分别与焊料凸点220a至220e相接触。如所示出的，焊料凸点220a至220e也分别与定位在硅中介层(SiP)207上的金属焊盘230a至230e相接触。出于本公开的目的，与相同焊料凸点相接触的两个焊盘被称为“相应”焊盘。例如，焊盘230a是焊盘210a的相应焊盘，焊盘230b是焊盘210b的相应焊盘，依此类推。虽然示出了五对相应焊盘，但是本领域技术人员将认识到相应焊盘的对数可以变化。而且，沿激光组件201的输出侧上的焊盘和SiP 207上的相应焊盘的位置可以变化。
如所示出的，SiP 207可以包括钝化层208a、光学硅层208b、掩埋氧化物层208c和体硅层208d。第一硅层208b包括光栅206b(即，SiP的输入光栅)，该光栅被配置用于将激光重定向以沿由箭头204b指示的方向通过SiP的光学硅层208b。SiP 207还可以包括另一光栅206c(即，SiP的输出光栅)，该光栅被配置用于沿由箭头204c指示的方向将激光重定向通过透镜209，以通过光纤电缆211进行传输。透镜209可以是包括金属焊盘240a至240b的透镜组件的一部分。焊盘240a至240b分别与焊料凸点250a至250b相接触。如所示出的，焊料凸点250a至250b也分别与定位在SiP 207上的金属焊盘260a至260b相接触。
SiP 207还可以包括分别与焊料凸点280a至280e相接触的金属焊盘270a至270e。焊料凸点280a至280e也分别与定位在基板212(例如，电路板)上的金属焊盘290a至290e相接触。
焊盘210a至210b以及相应焊盘230a至230b将激光组件201耦接至SiP 207，但是也可以提供激光组件201、SiP 207与基板212之间的电路路径的多个部分。这种电路路径可以包括分别将焊盘210a至210b连接到焊盘280b至280c的硅通孔(TSV)225a和TSV 225b。例如，焊盘210a可以被配置用于充当电极(例如，阳极或阴极)，用于提供电流以为激光组件201供电。具体地，激光组件201可以被配置用于将电流传输通过激光组件201中包括的激光二极管以产生激光。
电流可以源自连接到基板212的电源。电流的电路路径可以包括焊盘290b、焊料凸点280b、焊盘270b、TSV 225a、焊盘230a、焊料凸点220a和焊盘220a。另外，电流的电路路径可以包括端子213(例如，其可以用作电极)、导线214、焊盘230f、TSV 225c、焊盘270a、焊料凸点280a和焊盘290a。在这个示例中，包括导线214，因为端子213不在激光组件201的输出侧上。然而，在其他示例中，激光组件201可以包括位于输出侧上的阳极焊盘和阴极焊盘两者(例如，如图2所示)。在这样的示例中，可以省略端子213和导线214。
SiP 207还可以包括(多个)传感器218，用于测量与从激光组件201发射的激光相关联的量。例如，(多个)传感器218可以包括被配置用于测量激光组件201的光输出功率的光电二极管和/或被配置用于测量与激光组件相关联的温度的热传感器。
(多个)传感器218可以被配置用于将传感器读数传送到耦接至基板212的专用集成电路(ASIC)219(例如，经由延伸通过TSV 225b的电路路径)。ASIC 219可以被配置用于基于传感器读数确定对激光组件201的操作参数的调整，并将调整传送到激光组件201(例如，经由延伸通过TSV 225b的电路路径)。操作参数可以例如是激光二极管的功率水平。
激光组件201可以通过倒装芯片工艺耦接至SiP 207。例如，如果激光组件201的输出侧最初面向上方，则可以将焊料凸点220a至220e加热到液态并将其沉积在焊盘210a至210e上。通过重力将焊料凸点220a至220e保持在位并使其在输出侧面向上方的同时冷却到固态。然后翻转激光组件201，使得输出侧面向下方并放置在SiP 207上，使得焊料凸点220a至220e与焊盘230a至230e相接触。然后将焊料凸点220a至220e再次加热到液态(即，在回流步骤中)。使焊料凸点220a至220e的毛细力对激光组件201与SiP 207的对准进行微调。一旦由毛细力进行的微调完成，就使焊料凸点220a至220e再次冷却到固态。一旦被冷却，焊料凸点220a至220e将激光组件201耦接至SiP 207。可以使用类似的加热动作、冷却动作和回流动作将SiP 207耦接至基板212和透镜组件(其包括透镜209和焊盘250a至250b)。导线214可以焊接到端子213和焊盘230f上。注意，以下在图6中更详细地描述了用于将激光组件201耦接至SiP 207的过程。
图3是用于激光组件301的第二示例封装方案300的截面视图。像图1中所示的激光组件201一样，激光组件301包括用于产生激光的一个或多个激光二极管，并且被配置用于通过光栅306a沿由箭头204a指示的输出方向输出激光。像图1中所示的焊盘210a至210e一样，焊盘310a至310e分别与焊料凸点220a至220e相接触。SiP 207、基板212、以及图3中所示的其他部件与上文关于图2所提供的描述相匹配。
然而，与激光组件201不同，激光组件301包括附加焊盘310f。附加焊盘310f与附加焊料凸点320f相接触，该附加焊料凸点也与焊盘230f相接触。焊盘310f充当电极(例如，代替图2中所示的端子213)电路路径，用于提供电流以为激光组件301供电。电流的电路路径可以包括焊盘290b、焊料凸点280b、焊盘270b、TSV 225a、焊盘230a、焊料凸点220a和焊盘310a。另外，电流的电路路径可以包括焊盘310f、焊料凸点320f、焊盘230f、TSV 225c、焊盘270a、焊料凸点280a和焊盘290a。由于电路路径中不包括导线，因此避免了附接导线键合的成本和复杂性。
图4是根据一个示例的用于激光组件和SiP的金属焊盘的示例安排400的自顶向下视图。焊盘401和焊盘402定位在SiP的输入侧上，并且可以用于将导线(例如，类似于图2中所示的导线214)附接至激光组件的(多个)端子。方框410表示激光组件的覆盖区域。如所示出的，焊盘411至417定位在光栅418周围。具体地，在这个示例中，焊盘411至417定位在激光组件的输出侧上并且与光栅418的周边的三条边相邻。焊盘411至417的覆盖区域与SiP上的相应焊盘的覆盖区域重叠，使得可以使用焊料凸点将焊盘411至417耦接至相应焊盘。虽然示出了总共九个焊盘，但是可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下使用其他数量的焊盘。
图5是根据一个示例的用于激光组件、SiP和透镜组件的金属焊盘的示例安排500的自顶向下视图。单个激光组件可以包括多个激光子组件；每个激光子组件可以包括激光二极管。方框510a至510c表示三个激光子组件的覆盖区域。焊盘501a和502b定位在SiP的输入侧上，并且可以用于将导线附接至由方框510a框出的激光子组件的端子。类似地，焊盘501b和502b定位在SiP的输入侧上，并且可以用于将导线附接至由方框510b框出的激光子组件的端子。焊盘501c和502c定位在SiP的输入侧上，并且可以用于将导线附接至由方框510c框出的激光子组件的端子。方框530表示SiP的覆盖区域。
如所示出的，焊盘511a至517a定位在光栅518a周围，焊盘511b至517b定位在光栅518b周围，并且焊盘511c至517c定位在光栅518c周围。焊盘511a至517a、511b至517b、和511c至517c的覆盖区域与SiP上的相应焊盘的覆盖区域重叠，使得可以使用焊料凸点将焊盘511a至517a、511b至517b、和511c至517c耦接至相应焊盘。
方框520表示透镜组件的轮廓。焊盘521至526也与SiP上的相应焊盘的覆盖区域重叠，使得可以使用焊料凸点将焊盘521至526耦接至相应焊盘。箭头519a至519c表示激光从光栅518a至518c到光栅517a至517c的路径。透镜组件可以包括分别安装在光栅517a至517c上方的透镜。
虽然安排500仅图示了三个激光子组件的覆盖区域，但是单个激光组件中可以包括更多(或更少)的子组件。透镜组件可以包括透镜，以接收来自每个子组件的激光。单个机械臂可以将激光组件放置在SiP上，并且可以使用单个焊料回流步骤将激光组件(以及其中包括的每个子组件)与SiP对准。这可以降低制造成本，因为可以一次对准多个激光器而无需单独的机械臂来单独地放置每个激光器。
图6图示了用于将激光组件附接至硅中介层(SiP)的示例过程600。如框602中所示，过程600可以包括将激光组件的输出侧与硅中介层(SiP)的输入侧抵靠放置，使得定位在激光组件的输出侧上的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触，该相应的焊料凸点还与定位在SiP的输入侧上的相应焊盘相接触。激光组件包括激光二极管并且被配置用于从输出侧发射激光。SiP包括输入光栅，该输入光栅被配置用于将激光重定向通过SiP的硅层。
在一些实施例中，激光组件可以被配置用于沿输出方向将激光从输出侧发射，该输出方向与输出侧的表面法向量的方向相差二十度或更小。激光组件可以包括输出光栅，以便沿输出方向引导激光。例如，如果激光组件包括最初沿与表面法向量相差超过二十度的方向产生激光的GCSEL，则输出光栅可以将激光重定向为朝向输出方向。定位在激光组件的输出侧上的焊盘可以与输出光栅的周边的至少三条边缘相邻。在另一示例中，激光组件可以包括VCSEL。
激光二极管被配置用于产生具有至少第一光谱带宽的激光。在一个示例中，激光组件包括梳状激光器。激光组件还可以包括第二激光二极管，该第二激光二极管被配置用于产生具有第二光谱带宽的激光。
定位在激光组件的输出侧上的焊盘之一可以被配置用于充当第一电极以向激光组件供应电流。激光组件可以被配置用于将电流传输通过激光二极管以产生激光。与被配置用于充当第一电极的焊盘相接触的焊料凸点还与定位在SiP的输入侧上的相应焊盘相接触。相应焊盘可以与穿过SiP的TSV相接触。
在一个示例中，定位在激光组件的输出侧上的另一焊盘可以被配置用于充当第二电极(例如，其与另一凸点相接触，该另一凸点与同另一TSV相接触的另一相应焊盘相接触)。具体地，定位在激光组件的输出侧上的焊盘之一可以被配置用于充当阳极，并且定位在激光组件的输出侧上的焊盘之一可以被配置用于充当阴极，以便向激光组件供应电流。
在另一示例中，激光组件可以进一步包括定位在激光组件的第二侧上的端子。端子可以被配置用于充当第二电极以向激光组件供应电流。第二侧和输出侧可以是激光组件的相对侧。在这个示例中，过程600可以进一步包括将导线的第一端焊接到定位在SiP的输入侧上的附加焊盘上。附加焊盘可以与穿过SiP的TSV相接触。过程600可以进一步包括将导线的第二端焊接到定位在激光组件的第二侧上的端子上。
SiP可以包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器被配置用于测量与激光相关联的量。例如，SiP可以包括被配置用于测量激光组件的光功率输出的光电二极管或被配置用于测量与激光组件相关联的温度的热传感器(例如，热敏电阻、电阻温度设备或集成电路传感器)。
在SiP包括传感器的示例中，过程600还可以包括将SiP中的第一TSV的第一端焊接到专用集成电路(ASIC)的第一端子上。第一TSV的第二端可以与传感器相接触。传感器被配置用于通过第一TSV将传感器读数传送到ASIC。过程600还可以包括将SiP中的第二TSV的第一端焊接到ASIC的第二端子上。第二TSV的第二端可以与定位在SiP的输入侧上的相应焊盘之一相接触。ASIC可以被配置用于基于传感器读数来确定对激光组件的操作参数的调整，并且通过第二TSV将该调整传送到激光组件。
如框604中所示，过程600可以包括将焊料凸点加热到至少第一温度，在该第一温度下，焊料凸点从固相变为液相。在对焊料凸点进行加热的同时，可以在表面法向量的方向上向激光组件施加力(例如，重力)，以确保焊料凸点仍与定位在激光组件的输出侧上的焊盘和定位在SiP的输入侧上的焊盘相接触。力的大小可以足够小以防止焊料凸点在焊料凸点变为液相时过度平坦化，使得焊料凸点在表面法向量的方向上的直径保持在预定范围(例如，15微米至100微米)内。力的大小也可以足够小以确保：在施加力并且焊料凸点处于液相时，焊料凸点在表面法向量的方向上的直径(即，凸点的次直径(minor diameter))与焊料凸点在与表面法向量正交的方向上的直径(即，凸点的主直径(major diameter))之比落在预定义范围(例如，1/2至4/5)内。
如框606中所示，过程600可以包括：当焊料凸点处于液相时，使焊料凸点的毛细力将激光组件与SiP重新对准。具体地，焊料凸点的毛细力可以减小由定位在激光组件的输出侧上的焊盘与SiP的输入侧上的相应焊盘的未对准导致的焊料凸点的不对称性。当毛细力重塑焊料凸点以减小不对称性时，与通过框602中的放置所实现的相较而言，激光组件和SiP可以移位以便彼此更精确地对准。
如框608中所示，过程600可以包括：将焊料凸点冷却到低于第一温度的第二温度，使得焊料凸点从液相变为固相，其中，焊料凸点在冷却完成时将激光组件耦接至SiP。当冷却完成时，激光组件的输出光栅与SiP的输入光栅之间的距离可以小于100微米。在一个示例中，在激光组件的输出光栅与SiP的输入光栅之间没有准直器，因为它们之间的距离可能使得准直变得不必要。
SiP的输入光栅可以被配置用于将激光重定向通过SiP的硅层到达SiP的输出光栅。SiP的输出光栅可以被配置用于从SiP发射激光。过程600可以进一步包括：将SiP与透镜组件抵靠放置，使得定位在透镜组件的透镜附近的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触，该对应的焊料凸点还与定位在SiP上的与SiP的输出光栅相邻的相应焊盘相接触。过程600还可以包括：将与定位在透镜附近的焊盘相接触的焊料凸点加热到至少第一温度；当与定位在透镜附近的焊盘相接触的焊料凸点处于液相时，使焊料凸点的毛细力将透镜组件与SiP重新对准；以及将与定位在透镜附近的焊盘相接触的焊料凸点冷却到第二温度，以将透镜组件耦接至SiP。
在一些示例中，过程600可以包括：在将激光组件的输出侧与框602中描述的SiP的输入侧抵靠放置之前，将焊料凸点沉积到定位在激光组件的输出侧上的焊盘上。在沉积期间焊料凸点的温度可以是至少第一温度(例如，以确保凸点处于液相)。在框602中描述的放置之前，也可以将焊料凸点冷却到至少第二温度。
可以并行地或以不同的多于一种的顺序来执行关于图6所描述的一些框和动作。例如，可以在SiP耦接至激光组件之前、期间或之后，将SiP耦接至透镜组件。另外，还可以执行附加动作，比如向激光组件与SiP之间的空间中添加粘合剂底层填充材料。
而且，可以使用不同的工具来执行关于图6所描述的动作。例如，可以使用回流炉、红外灯或热空气束来加热焊料凸点。框602中描述的放置可以由拾放机器人或由某个其他代理来执行。
图7图示了用于使用本文描述的装置的示例过程700。如框702中所示，过程700可以包括通过向包括在激光组件中的激光二极管施加电流来产生激光。包括在激光组件中的激光二极管可以结合在GCSEL或VCSEL中。
如框704中所示，过程700可以包括将激光从激光组件的输出侧发射，该激光组件的输出侧通过多个焊料凸点耦接至硅中介层(SiP)的输入侧。
将激光从激光组件的输出侧发射可以通过使激光穿过包括在激光组件中的输出光栅以将激光从初始方向重定向到输出方向来实现。在一个实施例中，输出方向可以与输出侧的表面法向量的方向相差二十度或更小。
而且，在一个示例中，激光组件的输出光栅与定位在SiP的输入侧上的输入光栅之间的距离小于100微米。焊料凸点可以附接至定位在SiP的输入侧上且与SiP的输入光栅的至少三条周边边缘相邻的焊盘。在一个示例中，激光组件的输出光栅与定位在SiP的输入侧上的输入光栅之间未定位准直器。
如框706中所示，过程700可以包括通过定位在SiP的输入侧上的输入光栅将激光重定向通过SiP的硅层朝向SiP的输出光栅。
如框708中所示，过程700可以包括从SiP的输出光栅朝向包括在耦接至SiP的透镜组件中的透镜发射激光。
取决于激光组件和SiP中包括哪些特定部件，过程700还可以包括其他动作。例如，过程700可以包括在结合到SiP中的传感器处测量与激光相关联的量。传感器可以是例如光电二极管或热传感器(例如，热敏电阻、电阻温度设备或集成电路传感器)。与激光相关联的量可以是例如激光组件的光功率输出或温度。
过程700还可以包括通过SiP中的第一硅通孔(TSV)将在测量期间收集的一个或多个传感器读数发送到ASIC。过程700还可以包括在ASIC处基于传感器读数确定对激光组件的操作参数的调整。ASIC可以通过SiP中的第二TSV向激光组件发送该调整的指示。在接收到指示时，激光组件可以根据该调整来更新操作参数。
可以基于传感器读数来调整多个操作参数(例如，激光二极管的功率水平、激光的频率、或某个其他操作参数)。例如，传感器读数可以指示位于SiP中的热敏电阻传感器的温度。在接收到传感器读数时，ASIC可以判定温度是否超过预定义阈值(例如，激光二极管可能表现不佳的温度或者在焊料凸点的熔点的阈值度数内的温度)或者温度升高的速率是否超过预定义阈值。基于这样的判定，ASIC可以确定是否应当减小激光二极管的功率水平以使激光组件或SiP的部件冷却。ASIC可以向激光组件发送信号以相应地减小激光二极管的功率水平。
示例
下文包括以下附加示例以突显本文描述的装置和过程的若干方面。然而，本公开的范围不限于本文描述的这些附加示例或其他示例。
示例1包括一种方法，所述方法包括：将激光组件的输出侧与硅中介层(SiP)的输入侧抵靠放置，使得定位在所述激光组件的所述输出侧上的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触，所述对应的焊料凸点还与定位在所述SiP的所述输入侧上的相应焊盘相接触，其中，所述激光组件包括激光二极管并且被配置用于从所述输出侧发射激光，并且其中，所述SiP包括被配置用于将所述激光重定向通过所述SiP的硅层的输入光栅；将所述焊料凸点加热到至少第一温度，在所述第一温度下，所述焊料凸点从固相变为液相；当所述焊料凸点处于液相时，使所述焊料凸点的毛细力将所述激光组件与所述SiP重新对准；以及将所述焊料凸点冷却到低于所述第一温度的第二温度，使得所述焊料凸点从液相变为固相，其中，所述焊料凸点在冷却完成时将所述激光组件耦接至所述SiP。
示例2包括如示例1所述的方法，其中，所述激光组件被配置用于从所述输出侧沿输出方向发射所述激光，所述输出方向与所述输出侧的表面法向量的方向相差二十度或更小。
示例3包括如示例1或2所述的方法，其中，所述激光组件的所述输出侧包括输出光栅，所述激光组件被配置用于通过所述输出光栅来输出所述激光。
示例4包括如示例3所述的方法，其中，当冷却完成时，所述激光组件的所述输出光栅与所述SiP的所述输入光栅之间的距离小于100微米。
示例5包括如示例1、2、3或4所述的方法，其中，所述激光组件包括光栅耦合表面发射激光器(GCSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
示例6包括如示例3、4或5所述的方法，其中，定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘与所述输出光栅的周边的至少三条边缘相邻。
示例7包括如示例1、2、3、4、5或6所述的方法，其中，定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当第一电极以向所述激光组件供应电流。
示例8包括如示例7所述的方法，其中，与被配置用于充当所述第一电极的所述焊盘相接触的焊料凸点还与定位在所述SiP的所述输入侧上的相应焊盘相接触，并且其中，所述相应焊盘与穿过所述SiP的硅通孔(TSV)相接触。
示例9包括如示例7所述的方法，其中，定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当阳极，并且定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当阴极，以便向所述激光组件供应所述电流。
示例10包括如示例7所述的方法，其中，所述激光组件进一步包括定位在所述激光组件的第二侧上的端子，并且其中，所述端子被配置用于充当第二电极以向所述激光组件供应所述电流。
示例11包括如示例10所述的方法，其中，所述第二侧和输出侧是所述激光组件的相对侧。
示例12包括如示例11所述的方法，进一步包括：将导线的第一端焊接到定位在所述SiP的所述输入侧上的附加焊盘，其中，所述附加焊盘与穿过所述SiP的硅通孔(TSV)相接触；以及将所述导线的第二端焊接到定位在所述激光组件的所述第二侧上的所述端子。
示例13包括如示例7、8、9、10或11所述的方法，其中，所述激光组件被配置用于将所述电流传输通过所述激光二极管以产生所述激光。
示例14包括如示例7、8、9、10、11或12所述的方法，其中，所述SiP包括被配置用于测量与所述激光相关联的量的至少一个传感器。
示例15包括如示例14所述的方法，其中，所述至少一个传感器包括被配置用于测量所述激光组件的光功率输出的光电二极管。
示例16包括如示例14或15所述的方法，其中，所述至少一个传感器包括被配置用于测量与所述激光组件相关联的温度的热传感器。
示例17包括如示例14、15或16所述的方法，进一步包括：将所述SiP中的第一硅通孔(TSV)的第一端焊接到专用集成电路(ASIC)的第一端子上，其中，所述第一TSV的第二端与所述传感器相接触，并且其中，所述传感器被配置用于通过所述第一TSV将传感器读数传送至所述ASIC。
示例18包括如示例17所述的方法，进一步包括：将所述SiP中的第二硅通孔(TSV)的第一端焊接到所述ASIC的第二端子上，其中，所述第二TSV的第二端与定位在所述SiP的所述输入侧上的相应焊盘之一相接触，并且其中，所述ASIC被配置用于：基于所述传感器读数来确定对所述激光组件的操作参数的调整；并且通过所述第二TSV将所述调整传送至所述激光组件。
示例19包括如示例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17或18所述的方法，其中，所述SiP的所述输入光栅被配置用于将所述激光重定向通过所述SiP的所述硅层到达所述SiP的输出光栅，并且其中，所述SiP的所述输出光栅被配置用于从所述SiP发射所述激光。
示例20包括如示例19所述的方法，进一步包括：将所述SiP与透镜组件抵靠放置，使得定位在所述透镜组件的透镜附近的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触，所述对应的焊料凸点还与定位在所述SiP上的与所述SiP的所述输出光栅相邻的相应焊盘相接触；将与定位在所述透镜附近的所述焊盘相接触的所述焊料凸点加热到至少所述第一温度；当与定位在所述透镜附近的所述焊盘相接触的所述焊料凸点处于液相时，使所述焊料凸点的毛细力将所述激光组件与所述SiP重新对准；以及将与定位在所述透镜附近的所述焊盘相接触的所述焊料凸点冷却到所述第二温度，以将所述透镜组件耦接至所述SiP。
示例21包括如示例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19或20所述的方法，进一步包括：在将所述激光组件的所述输出侧与所述SiP的所述输入侧抵靠放置之前，将所述焊料凸点沉积到定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘上，其中，在沉积期间所述焊料凸点的温度为至少所述第一温度；以及在将所述激光组件的所述输出侧与所述SiP的所述输入侧抵靠放置之前，将所述焊料凸点冷却到至少所述第二温度。
示例22包括如示例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20或21所述的方法，其中，所述激光二极管被配置用于产生具有第一光谱带宽的激光，并且其中，所述激光组件包括第二激光二极管，所述第二激光二极管被配置用于产生具有第二光谱带宽的激光。
示例23包括一种装置，所述装置包括：激光组件，所述激光组件被配置用于将激光从所述激光组件的输出侧发射；包括在所述激光组件中的激光二极管，其中，所述激光二极管被配置用于产生所述激光；硅中介层(SiP)，其中，所述SiP的输入侧通过多个焊料凸点耦接至所述激光组件的所述输出侧；包括在所述SiP的所述输入侧上的输入光栅，其中，所述输入光栅被配置用于将所述激光重定向通过所述SiP的硅层。
示例24包括如示例23所述的装置，进一步包括：包括在所述SiP中的输出光栅，其中，所述输入光栅被配置用于将所述激光重定向通过所述硅层到达所述输出光栅。
示例25包括如示例24所述的装置，进一步包括：透镜组件，所述透镜组件通过附加的多个焊料凸点耦接至所述SiP，其中，所述输出光栅被配置用于将所述激光重定向为朝向所述透镜组件中包括的透镜。
示例26包括如示例25所述的装置，进一步包括：耦接至所述透镜组件的光纤套管(fiber ferrule)。
示例27包括如示例23、24或25所述的装置，其中，所述激光组件包括光栅耦合表面发射激光器(GCSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
示例28包括如示例23、24或25所述的装置，进一步包括：穿过所述SiP的硅通孔(TSV)，其中，被配置用于向所述激光二极管提供电流的电路路径包括所述TSV以及所述焊料凸点中的一个焊料凸点。
示例29包括如示例28所述的装置，进一步包括：穿过所述SiP的第二硅通孔(TSV)，其中，所述电路路径包括所述第二TSV。
示例30包括如示例28所述的装置，进一步包括：导线，其中，所述导线的第一端耦接至所述第二TSV并且所述导线的第二端耦接至定位在所述激光组件的附加侧上的电极，并且其中，所述电路路径包括所述导线和所述电极。
示例31包括如示例23、24、25、26、27、28、29或30所述的装置，进一步包括：包括在所述SiP中的传感器，其中，所述传感器被配置用于测量与所述激光相关联的量。
示例32包括如示例31所述的装置，其中，所述传感器是光电二极管或热传感器。
示例33包括如示例31或32所述的装置，进一步包括：穿过所述SiP并耦接至所述传感器的硅通孔(TSV)，其中，所述传感器被配置用于通过所述TSV将传感器读数发送到专用集成电路。
示例34包括如示例23、24、25、26、27、28、29、30、31、32或33所述的装置，其中，所述焊料凸点与定位在所述SiP的所述输入侧上的焊盘相接触，并且其中，所述焊盘与所述输入光栅的至少三条周边边缘相邻。
示例35包括如示例23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33或34所述的装置，其中，所述激光二极管被配置用于产生具有第一光谱带宽的激光，并且其中，所述装置进一步包括：包括在所述激光组件中的第二激光二极管，其中，所述第二激光二极管被配置用于产生具有第二光谱带宽的激光。
示例36包括如示例23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34或35所述的装置，其中，所述激光组件的所述输出侧包括输出光栅，所述激光组件被配置用于通过所述输出光栅来输出所述激光，并且其中，所述激光组件的所述输出光栅与所述SiP的所述输入光栅之间的距离小于100微米。
示例37包括一种方法，所述方法包括：通过向包括在激光组件中的激光二极管施加电流来产生激光；将所述激光从所述激光组件的输出侧发射，其中，所述激光组件的所述输出侧通过多个焊料凸点耦接至硅中介层(SiP)的输入侧；通过定位在所述SiP的所述输入侧上的输入光栅将所述激光重定向通过所述SiP的硅层朝向所述SiP的输出光栅；以及将所述激光从所述SiP的所述输出光栅朝向包括在耦接至所述SiP的透镜组件中的透镜进行发射。
示例38包括如示例37所述的方法，其中，将所述激光从所述激光组件的所述输出侧发射包括：使所述激光穿过包括在所述激光组件中的输出光栅，以将所述激光从初始方向重定向到输出方向。
示例39包括如示例38所述的方法，其中，所述激光组件的所述输出光栅与定位在所述SiP的所述输入侧上的所述输入光栅之间的距离小于100微米。
示例40包括如示例37、38或39所述的方法，其中，所述激光组件包括光栅耦合表面发射激光器(GCSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
示例41包括如示例37、38、39或40所述的方法，其中，所述焊料凸点附接至定位在所述SiP的所述输入侧并与所述SiP的所述输入光栅的至少三条周边边缘相邻的焊盘。
示例42包括如示例37、38、39、40或41所述的方法，进一步包括：在结合到所述SiP中的传感器处测量与所述激光相关联的量；通过所述SiP中的第一硅通孔(TSV)将在测量期间收集的一个或多个传感器读数发送到专用集成电路(ASIC)；在所述ASIC处基于所述传感器读数确定对所述激光组件的操作参数的调整；通过所述SiP中的第二TSV向所述激光组件发送对所述调整的指示；以及根据所述调整来更新所述激光组件处的所述操作参数。
示例43包括如示例42所述的方法，其中，所述传感器包括光电二极管，并且所述量测量所述激光组件的光功率输出。
示例44包括如示例42所述的方法，其中，所述传感器包括热传感器，并且所述量为温度。
示例45包括如示例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21或22所述的方法，其中，所述激光组件的所述输出侧与所述SiP的所述输入光栅之间未定位准直器。
示例46包括如示例23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35或36所述的装置，其中，所述激光组件的所述输出侧与所述SiP的所述输入光栅之间未定位准直器。
示例47包括如示例37、38、39、40、41、42、43或44所述的方法，其中，所述激光组件的所述输出侧与所述SiP的所述输入光栅之间未定位准直器。
示例48包括如示例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22或45所述的方法，其中，所述激光组件和所述SiP都不包括抗反射(AR)涂覆小平面。
示例49包括如示例23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36或46所述的装置，其中，所述装置不包括抗反射(AR)涂覆小平面。
示例50包括如示例37、38、39、40、41、42、43、44或47所述的方法，其中，所述激光组件和所述SiP都不包括抗反射(AR)涂覆小平面。
虽然本文公开的装置和过程可能易受各种修改和替代形式的影响，但应当理解，这些装置和过程不限于本文公开的特定示例。本装置和过程包括落入所附权利要求的真实精神和范围内的所有替代方案、修改和等效方案。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
将激光组件的输出侧与硅中介层(SiP)的输入侧抵靠放置，使得定位在所述激光组件的所述输出侧上的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触，所述对应的焊料凸点还与定位在所述SiP的所述输入侧上的相应焊盘相接触，其中，所述激光组件包括激光二极管并且被配置用于从所述输出侧发射激光，并且其中，所述SiP包括被配置用于将所述激光重定向通过所述SiP的硅层的输入光栅；
将所述焊料凸点加热到至少第一温度，在所述第一温度下，所述焊料凸点从固相变为液相；
当所述焊料凸点处于液相时，使所述焊料凸点的毛细力将所述激光组件与所述SiP重新对准；以及
将所述焊料凸点冷却到低于所述第一温度的第二温度，使得所述焊料凸点从液相变为固相，其中，在冷却完成时所述焊料凸点将所述激光组件耦接至所述SiP。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述激光组件被配置用于沿输出方向从所述输出侧发射所述激光，所述输出方向与所述输出侧的表面法向量的方向相差二十度或更小。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述激光组件的所述输出侧包括输出光栅，所述激光组件被配置用于通过所述输出光栅来输出所述激光，并且其中，当冷却完成时，所述激光组件的所述输出光栅与所述SiP的所述输入光栅之间的距离小于100微米。
4.如权利要求1所述的方法，其中，定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘与所述输出光栅的周边的至少三条边缘相邻。
5.如权利要求1所述的方法，其中，
定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当第一电极以向所述激光组件供应电流；
与被配置用于充当所述第一电极的所述焊盘相接触的焊料凸点还与定位在所述SiP的所述输入侧上的相应焊盘相接触；并且
所述相应焊盘与穿过所述SiP的硅通孔(TSV)相接触。
6.如权利要求5所述的方法，其中，定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当阳极，并且定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当阴极，以便向所述激光组件供应所述电流。
7.如权利要求1所述的方法，其中，
定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当第一电极以向所述激光组件供应电流；
所述激光组件进一步包括定位在所述激光组件的第二侧上的端子；并且
所述端子被配置用于充当第二电极以向所述激光组件供应所述电流。
8.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
将导线的第一端焊接到定位在所述SiP的所述输入侧上的附加焊盘，其中，所述附加焊盘与穿过所述SiP的硅通孔(TSV)相接触；以及
将所述导线的第二端焊接到定位在所述激光组件的所述第二侧上的所述端子。
9.如权利要求1所述的方法，其中，所述SiP包括被配置用于测量与所述激光相关联的量的至少一个传感器。
10.如权利要求1所述的方法，其中，所述激光二极管被配置用于产生具有第一光谱带宽的激光，并且其中，所述激光组件包括第二激光二极管，所述第二激光二极管被配置用于产生具有第二光谱带宽的激光。
11.一种装置，包括：
激光组件，所述激光组件被配置用于从所述激光组件的输出侧发射激光；
包括在所述激光组件中的激光二极管，其中，所述激光二极管被配置用于产生所述激光；
硅中介层(SiP)，其中，所述SiP的输入侧通过多个焊料凸点耦接至所述激光组件的所述输出侧；
包括在所述SiP的所述输入侧上的输入光栅，其中，所述输入光栅被配置用于将所述激光重定向通过所述SiP的硅层。
12.如权利要求11所述的装置，进一步包括：
包括在所述SiP中的输出光栅，其中，所述输入光栅被配置用于将所述激光重定向通过所述硅层到达所述输出光栅；以及
透镜组件，所述透镜组件通过附加的多个焊料凸点耦接至所述SiP，其中，所述输出光栅被配置用于将所述激光重定向为朝向所述透镜组件中包括的透镜。
13.如权利要求11所述的装置，其中，所述激光组件包括光栅耦合表面发射激光器(GCSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。
14.如权利要求11所述的装置，进一步包括：
穿过所述SiP的硅通孔(TSV)，其中，被配置用于向所述激光二极管提供电流的电路路径包括所述TSV以及所述焊料凸点中的一个焊料凸点。
15.如权利要求23所述的装置，进一步包括：
包括在所述SiP中的传感器，其中，所述传感器被配置用于测量与所述激光相关联的量。
16.如权利要求15所述的装置，进一步包括：
穿过所述SiP并耦接至所述传感器的硅通孔(TSV)，其中，所述传感器被配置用于通过所述TSV将传感器读数发送到专用集成电路。
17.如权利要求11所述的装置，其中，所述激光组件的所述输出侧包括输出光栅，所述激光组件被配置用于通过所述输出光栅来输出所述激光，并且其中，所述激光组件的所述输出光栅与所述SiP的所述输入光栅之间的距离小于100微米。
18.如权利要求23所述的装置，其中，所述激光二极管被配置用于产生具有第一光谱带宽的激光，并且其中，所述装置进一步包括：
包括在所述激光组件中的第二激光二极管，其中，所述第二激光二极管被配置用于产生具有第二光谱带宽的激光。
19.一种方法，包括：
通过向包括在激光组件中的激光二极管施加电流来产生激光；
将所述激光从所述激光组件的输出侧发射，其中，所述激光组件的所述输出侧通过多个焊料凸点耦接至硅中介层(SiP)的输入侧；
通过定位在所述SiP的所述输入侧上的输入光栅将所述激光重定向通过所述SiP的硅层并朝向所述SiP的输出光栅；以及
从所述SiP的所述输出光栅朝向包括在耦接至所述SiP的透镜组件中的透镜发射所述激光。
20.如权利要求19所述的方法，进一步包括：
在结合到所述SiP中的传感器处测量与所述激光相关联的量；
通过所述SiP中的第一硅通孔(TSV)将在测量期间收集的一个或多个传感器读数发送到专用集成电路(ASIC)；
在所述ASIC处基于所述传感器读数确定对所述激光组件的操作参数的调整；
通过所述SiP中的第二TSV向所述激光组件发送所述调整的指示；以及
根据所述调整来更新所述激光组件处的所述操作参数。
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