CN1601313A - 用于整体封装光电子装置、ic芯片、和光传输线的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开用于封装光通信装置的设备和方法，该光通信装置包括光学基座结构，如硅光学基座(SiOB)。一种光通信设备，包括有形成于其中的电变向通路的基片。光电子(OE)芯片和集成电路(IC)芯片安装在该光学基座上，并用该电变向通路实现电连接。该电变向通路沿与基片表面垂直方向及横向方向两个方向上伸延，以便能够在垂直于光学基座表面上，以非常紧凑的方式安装OE芯片和IC芯片，并用电变向通路实现电连接。更准确地说，OE芯片和IC芯片安装在光学基座上，使OE芯片的光发射表面或光接收表面，基本上垂直于有触点的IC芯片表面，并使平行于基片表面安装的光传输线，能够直接与OE芯片耦合。

Description

用于整体封装光电子装置、IC芯片、
和光传输线的设备和方法
技术领域
本发明一般涉及用于封装光通信装置的设备和方法。
更具体说，本发明涉及光学基座结构，如硅光学基座(SiOB)，用于封装光电子(OE)芯片及驱动电路，和用光学基座把光传输线(如光纤、波导等等)直接耦合至OE芯片。
背景技术
小型、高效的光传输线，如光纤的发展，导致光通信广泛用于要求长距离、高数据速率通信，如远程通信的许多应用中。光纤通常包括透明的纤心，周围包以透明的、折射率比纤心低的包层材料。光纤光传输线提供低价格的、紧凑的、低EMI(electromagneticinterference，电磁干扰)的、和在非常大的距离上的高速传输。
一般说，光通信装置能用光学基座构建，或用SiOB(silicon-optical bench，硅光学基座)结构把光纤耦合至例如光电子部件(发射器和/或接收器)和相关的驱动/控制集成电路(IC)芯片。例如，光电子发射器组件，包括用于与光纤对接的连接器的发射器(光发射器)。一般说，发射器包括上有光源的半导体管芯，该光源响应电信号而发射光信号，然后，光信号通过与之耦合的光纤发送。
光电子发射器装置，可以采用各种发光二极管(LED)和激光器之一作为光源。例如，竖直腔表面发射激光器(VCSEL)是一种专用激光器二极管，专为在光纤中提供改进的效率和增加的数据速度而开发的。由于VCSEL的低功耗和能制成阵列或矩阵形式，是建立并行光通信模块的优秀候选者。VCSEL沿垂直于晶片表面方向发射光。
此外，光电子接收器组件一般包括，用于与光纤对接的连接器的接收器(光检测器)。接收器包括上有光检测器(如光电二极管)的半导体管芯，光检测器从光纤接收光信号，并把光信号转换为电信号。另外，例如，可以用光学基座构建光电子收发器组件，组件包括与与光纤对接的发射器和接收器。
当用OE接收器和/或发射器芯片，设计光通信模块和***时，一般需要使光纤和光电子芯片平行于PCB(印刷电路板)或光学基座精确定位。此时，例如，多个PCB(其上安装了光纤和装置)可能需要相互平行地紧靠一起。
但是，当光纤平行于光电子芯片表面放置时，光电子芯片是垂直于晶片表面发射光或接收光的(从而垂直于光纤的纤心轴)，此时在光纤和光源或光检测器之间耦合光，有各种耦合技术可供采用。
一种耦合技术是在光纤中提供90度弯曲，于是光纤末端能够有效地对着光源或检测器。这种方法，由于例如光纤大的最小弯曲半径，要求PCB间有大的间隔，并导致光损耗的增加，对于各种应用可能是不可接受的。
另一种方法，是用软线连接。例如，可以把VCSEL条粘结在柔性的电连接器(软线)上，该连接器被弯曲90度，以便与光纤的光耦合。软线连接器包括埋在聚酰亚胺膜中的金属导体。由于软线材料的机械性质，要获得90度弯曲，需要不小于一厘米的弯曲半径，使软线上的导线太长，难以与高速信号适应。此外，VCSEL到光纤的耦合需要附加的光学部件(如透镜)，因而不能使光纤充分接近VCSEL。
其他的耦合技术包括“侧耦合”方法，其中，光纤的端部放在光源/检测器邻近，且其中从光源发射的光，垂直于纤心轴，利用放在光纤末端附近的平面反射镜结构，使光耦合进光纤，或者，其中从光纤发出的光，垂直于检测器光接收表面，利用平面反射镜耦合进检测器。在其他的实施例中，可以在光纤末端形成带角度的小面，用作反射表面(或者用在其中形成的反射材料，或者通过TIR(内全反射)，使带角度的光纤末端与对准它的OE装置之间的光，实现耦合。
例如，图1a和1b画出常规的侧耦合方法，借助沿光纤末端提供的锐角切割，使光经过光纤的侧面，耦合进光纤或从光纤耦合出来。如图1a和1b所示，由纤心(2)及包围它的透明的包层材料(3)构成的光纤(1)，包括形成在光纤的末端的反射的锐角小面(4)，该小面(4)用作平面反射镜，把侧耦合的光耦合进光电子装置(5)(如顶表面或底表面的发射器光源、检测器)和/或从光电子装置(5)耦合出来。光纤(1)被带到平行于光电子装置(5)的表面(或平行于模块、芯片、光学基座，包括装置(5)等等的表面)，该表面基本上平行于光纤轴(6)，以便使光电子装置(5)对准光纤(1)侧面附近，对着反射小面(4)向内的表面。反射材料淀积在小面(4)的外表面。
利用图1a和1b所示的侧耦合方法，垂直于光纤中心轴(6)发射的光，最好基本上平行于光纤中心轴(6)反射进纤心(2)。再有，光纤内平行于光纤轴(6)向着反射角切割面(4)传播的光，被反射出纤心(2)，通过包层(3)到达检测器。如图1a所示，呈曲面的光纤光学包层材料(3)，位于光电子装置(5)和纤心(2)切割端(4)内表面之间，该包层材料(3)起柱面透镜的作用，使来自光源的光部分地准直，进入纤心(2)，同时缩小从光纤向着检测器(5)传播的光的发散度。
在光学基座上使用光学平面反射镜，或在光纤上形成反射小面，会增加光电子组件制作的时间、成本、和复杂性。此外，例如使用诸如平面反射镜这样的附加部件，更会使降低OE装置和光纤对准精度的因素增加，难以提供足够的耦合光并增加光学串扰。
随着光通信***操作速度的增加，要求有较低的光耦合损耗。因此，非常需要开发用于封装光电子装置和光纤的装置和方法，这些装置和方法提供有效和精确的对准，便于OE装置和光纤的直接耦合，以及为高速运转和空间的有效利用，提供紧凑的设计。
发明内容
本发明示范性的实施例，一般包括用于封装光通信装置的设备及方法。示范性的实施例还包括光学基座结构，如硅光学基座(SiOB)，用于封装光电子(OE)芯片和驱动电路，并用该光学基座直接把光传输线(诸如光纤、波导，等等)耦合到OE芯片。
在本发明的一个示范性实施例中，提供的一种光通信设备，包括在其上形成电变向通路的基片。光电子(OE)芯片和集成电路(IC)芯片安装在光学基座上，并用该电变向通路实现电连接。该电变向通路沿与基片表面垂直方向及横向方向两个方向上伸延，以便能够在垂直于光学基座表面上，以非常紧凑的方式安装OE芯片和IC芯片，并用电变向通路实现电连接。更准确地说，OE芯片和IC芯片安装在光学基座上，使OE芯片的光发射表面或光接收表面，基本上垂直于有触点的IC芯片表面，并使平行于基片表面安装的光传输线，能够直接与OE芯片耦合。
在本发明的另一个示范性实施例中，提供一种光学基座，包括有第一表面、第二表面、和第三表面的基片，和形成在基片内的导电通路，其中的第一和第二表面定义两个基本上平行的平面，而其中的第三表面定义的平面，基本上垂直于第一和第二表面定义的平面。该导电通路包括露出在第三表面上的第一端部，和露出在第二表面上的第二端部。
在另一个示范性实施例中，光学基座包括一空腔，空腔有由第三表面定义的侧壁。当OE芯片安装到光学基座上时，该空腔侧壁与第一表面定义了OE芯片止推对准的边缘。当OE芯片安装到光学基座上时，该空腔侧壁表面用于OE芯片的止推对准。此外，光学基座包括靠近该边缘的表面上形成的对准标记。
在又一个实施例中，光学基座包括光传输线，例如，在基片第一表面蚀刻的V形槽沟道中安装的光纤，或在第一表面上形成的波导结构。光学基座能够装填一个或多个OE芯片和IC芯片，以便封装成光电子发射器、光电子接收器、或光电子收发器。
在本发明的另一个实施例中，提供一种用于制作光学基座的方法，包括：提供有第一表面、第二表面、和第三表面的基片，该第一和第二表面定义两个基本上平行的平面；蚀刻一通路孔，在该第一和第二表面之间穿过基片；在第一表面蚀刻第一空腔，其中，该第一空腔与露出在第一表面上的通路孔的第一端部重叠；以导体填充该通路孔和第一空腔，形成导电通路。
本发明的这些和其他示范性实施例、特征、方面、和优点，下面将加以说明，并将从下面示范性实施例的详细说明中变得更明显，这些实施例应结合附图阅读。
附图说明
图1a和1b是示意图，画出光纤和光电子装置之间光的侧耦合的常规方法。
图2按照本发明的一个示范性实施例，画出一种光学设备的示意图，图上表明已装填的光学基座，在该光学基座上有一根或多根光传输线、一个或多个光电子装置、和一片或多片IC。
图3按照本发明的一个示范性实施例，示意画出一种光学基座的三维透视图。
图4A按照本发明的一个示范性实施例，示意画出一种光电子装置的顶视图，该装置有对准结构，能实现光电子装置与光学基座的被动对准。
图4B画出图4A的光电子装置的截面侧视图，取自图4A的AB线。
图5示意画出图2光学设备的三维透视图。
图6A-6F是示意图，按照本发明的一个示范性实施例，画出制作光学基座的方法，其中：
图6A是截面侧视图，表明硅基片中形成的贯通的通路：
图6B是图6A的截面侧视图，表明在基片表面蚀刻了空腔之后，通路的顶端和下端；
图6C是图6B在通路和空腔填充了金属后的截面侧视图；
图6D是图6C在基片表面上部和下部淀积了绝缘层后的截面侧视图；
图6E是图6D在蚀刻容纳OE装置的空腔，和蚀刻安装光纤的V形槽后的截面侧视图；和
图6F是图6E在金属填充的空腔露出部分涂敷焊料凸块后的截面侧视图。
图7按照本发明另一个示范性实施例，示意画出光学基座的三维透视图。
图8按照本发明另一个示范性实施例，示意画出光学基座的侧视图。
图9按照本发明另一个示范性实施例，示意画出一种光电子装置的顶视图，该光电子装置有对准结构，能实现该光电子装置与图8示范性光学基座的被动对准。
具体实施方式
本发明示范性的实施例，包括用于封装光通信装置的设备及方法，特别是光学基座，如硅光学基座(SiOB)的结构，用于封装光电子(OE)芯片和驱动电路，并用该光学基座直接把光传输线(诸如光纤、波导，等等)耦合到OE芯片，这些实施例将参照图2-9详细说明，其中，用相同的参考数字表示相同的或类似的结构。
图2按照本发明一个示范性实施例，画出一种光学设备的示意图。一般说，该光学设备包括光学基座(10)，用于封装多种光学部件，包括：光电子装置，诸如VCSEL条(20)；一片或多片控制/支持IC芯片，诸如驱动VCSEL的LDD(激光二极管驱动器)IC芯片(30)；和一根或多根光传输线，诸如以光信号形式传输光数据的光纤(40)，光信号例如从VCSEL条(20)接收。在图2的示范性实施例中，VCSEL(20)包括有突沿部分(21a)的膜层(21)，形成在VCSEL的光发射表面上，当VCSEL(20)安装到光学基座(10)上时，该突沿提供止推被动对准机构，下面还要说明。
按照本发明的光学基座结构，如图1的示范性光学基座(10)，能实现OE芯片如VCSEL(20)与光传输线如光纤(40)的直接耦合，从而消除侧耦合必须的常规软线连接或反射镜。此外，该示范性光学基座(10)的结构，能使VCSEL(20)比常规结构更靠近LDD IC芯片(30)，在常规结构中，VCSEL芯片(20)和LDD(30)是倒装的，并相互邻接地粘结。还有，该示范性光学基座(10)包括对准机构，例如能使光纤(40)精确对准(被动的和主动的)VCSEL(20)。
现在将参照图3和图5，详细讨论图2画出的示范性光学基座(10)，图3示意画出光学基座(10)的三维透视图，图5示意画出图2已装填的光学基座(10)的三维透视图。在一个示范性实施例中，该光学基座(10)是SiOB(硅光学基座)，包括：经过多个制作过程，在其上形成一个或多个电变向通路(12)的硅基片(11)；在基片(11)的顶部和底部的绝缘层(13)；容纳OE装置(例如VCSEL条(20))的空腔(14)；蚀刻在基片(11)中的一条或多条V形槽沟道(15)，用于安装光纤(40)；及在绝缘层(13)蚀刻的开孔中形成的一块或多块涂敷的焊料凸块(18)，用于把变向通路(12)连接到LDD(30)。此外，涂敷的焊料凸块，形成在光学基座(10)竖直侧壁(14b)的通路(12)的露出部分，用于把变向通路(12)连接到VCSEL条(20)。下面将参照例如图6A-6F，讨论按照一个示范性实施例的制作光学基座(10)的方法。
光学基座(10)包括一条或多条导电的变向通路(12)，在LDDIC(30)和VCSEL条(20)之间提供电连接，LDD IC(30)安装在光学基座(10)的下表面，VCSEL条(20)安装在基片(11)蚀刻的空腔(14)中。变向通路(12)包括竖直部分(12a)及水平部分(12a)和(12c)(或“弯曲触点”)，竖直部分(12a)竖直地从硅基片(11)的底部伸延至顶部(即，沿垂直于基片(11)下表面和上表面平面的z轴)，水平部分(12a)和(12c)弯曲90度，从竖直部分(12a)沿横向伸延，基本上平行于基片(11)下表面和上表面定义的平面。换句话说，弯曲的触点(12a)和(12c)本质上是竖直通路部分(12a)的横向伸延。
在一个如图3所示的示范性实施例中，一条或多条变向通路(12)上部弯曲触点(12a)的侧面部分，露出在基片(10)的竖直侧壁(14b)上，该竖直侧壁(14b)定义了蚀刻的空腔(14)。露出的上部弯曲触点(12a)部分，在其上涂敷了焊料凸块，用于VCSEL条(20)与变向通路(12)之间的电连接。例如，为了说明的目的，图3的示范性实施例，画出两对变向通路(12)，上部弯曲触点(12a)露出在竖直侧壁(14b)上。图4A示意画出VCSEL条(20)的顶(光发射)表面(22)，有两个VCSEL(激光二极管)(24)及对应的两对P/N接触衬垫(25)。图4A中的VCSEL条(20)能够安装在光学基座(10)的空腔(14)中，然后对准(使用本文说明的机构)，使VCSEL(24)的每一对P/N接触衬垫(25)，能够连接至露出在侧壁(14b)上对应的一对上部弯曲触点(12a)部分。
此外，如图2所示，变向通路(12)下部弯曲触点(12c)，有形成于其上的焊料凸块(18)，用于与LDD IC芯片(30)的接触衬垫实现电连接。在一个示范性实施例中，弯曲触点(12a)和(12c)要尽可能短，使变向通路(12)的长度与基片(11)的厚度相近，例如约500微米。如此短的引线，为从LDD(30)到VCSEL条(20)传送驱动信号，提供非常高速的电特性。
应当指出，例如图2和3画出的变向通路(12)，仅作为一个示范性实施例的举例，因此，与应用及设计有关，可以形成各种类型的变向通路。例如，某些变向通路(12)可以没有底部弯曲触点(12c)，比如在不需要布线且竖直部分(12b)的底部直接与芯片衬垫连接的情形。底部弯曲触点(12c)能实现LDD(30)的安装，使它从VCSEL条(20)偏移(就是说，不直接在空腔(14)下面)，为了防止VCSEL条(20)受LDD IC芯片(30)热耗散的影响，这样做是需要的。无论如何，最好使LDD(30)与VCSEL条(20)尽可能近，以减小连接该两种部件的变向通路(12)的长度。
还有，变向通路(12)可以包括LDD(30)发送数据信号的通路，以便驱动VCSEL条(20)的光发射VCSEL(24)，或提供功率和/或接地连接。此外，在另一个示范性实施例中，可以在基片(11)每一对馈电给VCSEL的变向通路之间形成屏蔽通路(或接地通路)，据此实现每一VCSEL与其近邻的电屏蔽，并减小沟道间的电串扰。
例如，再参考图2、3和5，形成在基片(11)中的空腔(14)，用于容纳VCSEL条(20)(或其他类型的OE装置)。空腔(14)由底面(14a)和竖直侧面(14b)定义。从基片(11)上表面以下到空腔(14)底面(14a)，空腔(14)蚀刻至需要的深度(d)。此外，在基片(11)中蚀刻V形槽阵列(15)，以便在其中安装光纤(40)。
例如，如图2所示的示范性实施例，VCSEL条(20)和光纤(40)安装在光学基座(10)之上，使VCSEL条(20)的上表面(22)(即光发射表面)面对光纤(40)的端部(就是说，VCSEL条(20)的上表面(22)，基本上垂直于纤心的纵轴安装)。据此，垂直于VCSEL条(20)上表面(22)从VCSEL(24)发射的光，直接耦合进光纤(40)的纤心(假定已适当对准)。
光学基座(10)结构，能使光纤(40)端部精确定位，非常接近VCSEL(24)，在光从VCSEL(24)传播至纤心时，能以最小光发散度实现光的直接耦合。
按照本发明各示范性实施例，提供了各种对准机构，提供OE装置与安装在光学基座上的光传输线精确的三维对准，本文记为Z方向、Y方向、和X方向。例如，如图3和5所示，Z方向由垂直于基片(11)上下表面的轴定义，并沿竖直方向伸延，X方向由平行于基片(11)表面的轴定义，并沿例如横跨V形槽沟道(15)的方向伸延，Y方向由平行于基片(11)表面的轴定义，并沿V形槽沟道(15)的纵向伸延。
例如，参照示范性实施例2-5，光学基座(10)包括多个用作止停的表面，当VCSEL条(20)被放进空腔(14)时，提供Z和Y方向的被动(止推)对准。例如，光学基座(10)的上表面(即上部绝缘层(13)的上表面)与竖直侧壁(14b)会合，形成沿X方向伸延的边缘。当VCSEL条(20)从侧面安装进光学基座(10)的空腔(14)时(即，VCSEL条(20)的上表面(22)，垂直于基片表面上下平面)，通过使止推膜(21)的下突沿部分(21a)与光学基座(10)的上表面顺着边缘接触，能够获得光纤(40)与VCSEL条(20)VCSEL(24)沿Z方向的被动(止推)对准。
事实上，例如，如图4A和4B所示，从止推薄膜(21)的下突沿部分(21a)到VCSEL(24)的中心轴的距离“z”，能够用光刻方法在VCSEL条(20)的表面(22)上形成的膜(21)精确定义。因此，当止推膜(21)的下突沿部分(21a)顺着边缘靠在光学基座(10)的上表面时，VCSEL发射区(24)中心将是在该上表面之上的距离“z”。知道了这一距离及采用的光纤直径，能够形成有给定深度的V形槽沟道，当光纤安装在V形槽沟道中时，纤心的中心沿Z对准VCSEL(24)的中心，就是说，纤心的中心是在上表面距离“z”之上。
此外，光学基座(10)提供一种沿Y方向被动(止推)对准的机构，以便把光纤(40)端部放在离VCSEL(24)预定的需要的距离。在一个示范性实施例中，当VCSEL条(22)的上表面(22)与竖直侧壁(14b)接触时，沿Y方向的对准，借助用作止停平面的空腔(14)竖直侧壁(14b)获得。光纤(40)端部到VCSEL(24)的距离，将随各种因素变化，诸如：V形槽的宽度(对给定的沟道，它限制这些槽是否能在基片(11)中对应的上部弯曲触点之间形成；膜(21)的厚度(它应足够厚，以便形成有足够的结构尺寸及完整的突沿(21a)，以便止推对准)；变向通路(12)的厚度；等等。
再有，在另一个示范性实施例中，沿X方向的对准，可以用适当的对准工具，在VCSEL条(20)靠在边缘上时，沿X方向滑移VCSEL条(20)，主动地把形成在VCSEL条(20)上或止推膜(21)(图4A)上的对准标记，对准蚀刻在表面(17)中的对准标记获得。在该示范性实施例中，虽然有绝缘层(13)形成在基片表面(17)上，但对准标记(16)仍然可用于对准识别。例如，绝缘层(13)可以用透明材料构成。如果绝缘层是不透明的，那么蚀刻的对准标记结构依然能传递到绝缘层(13)的表面，从而能识别该标记(16)。在一个示范性实施例中，对准标记(16)是与V形槽(15)共同蚀刻的，以便提供精确的标志。
图5示意画出图2光学设备的三维透视图。图5画出的SiOB(10)装填了直接耦合至并对准光纤(40)的VCSEL条(20)，还把激光二极管驱动器(LDD)芯片(30)安装在SiOB(10)的底部并经过变向通路(12)连接至VCSEL条(20)。VCSEL条(20)与光纤(40)的对准，是当把上部弯曲触点(12a)的露出部分焊接到PN接触衬垫上时，使用焊料牵引(被动对准)获得的。
虽然图5的示范性实施例，画出的是安装了光纤的光电子发射器组件，其中的LDD IC芯片(30)产生控制信号，驱动VCSEL条(20)产生光数据信号，从VCSEL条(20)发射并耦合进光纤(40)，以便传输至接收器，但是应当指出，该实施例仅仅是举例，因此，本领域熟练人员容易根据本文的教导，想像出各种光通信组件的实施例。
例如，类似于图2和5实施例的光通信设备，可以用V形槽沟道形成，但在其中不安装光纤。在该实施例中，该设备可以与另一个安装了光纤的有相匹配V形槽阵列的基片连接。
再有，可以实施用于构建光电子接收器组件的光学基座(10)，其中的OE装置包括光电二极管阵列，而支持/控制电路包括光电二极管放大器IC芯片(如TIA(互阻抗放大器))。在该实施例中，光电二极管阵列把从光纤(40)接收的光信号，转换为电信号，随后通过与光电二极管输出端连接的变向通路(12)，发送至放大器IC芯片(安装在光学基座(10)的底部)。在另一个实施例中，可以实施用于构建集成收发器组件的光学基座(10)，该组件中有发射器和接收器OE装置，以及支持控制/驱动器/放大器的电路。
在本发明的又一个示范性实施例中，光纤(40)可以用其他类型的光传输线代替，例如硅波导结构。作为例子，波导可以在基片上部淀积适当的氧化物和硅层，整体地形成在光学基座的基片之上。在本发明再一个示范性实施例中，光纤(40)可以用其他类型的光传输线代替，例如聚合物波导结构。作为例子，波导可以在基片上部淀积适当的聚合物包层和聚合物的心材料，整体地形成在光学基座的基片之上。按照本发明，包括波导结构的光学基座的各种示范性实施例，将在下面参照例如图7-8所示示范性结构，加以说明。
现在参照图6A-6F，图上画出按照一个示范性实施例的构建光学基座的方法。为说明的目的，6A-6F所示的示范性方法，例如将涉及构建图2-5所示的光学基座(10)。但是，应当指出，本领域的一般人员，容易利用6A-6F所示的示范性方法，根据指定的应用，想像出其他的光学基座结构/设计。
首先参照图6A，图上画出在常规的基片(51)，如硅基片上，用本领域一般人员熟知的方法，形成一条或多条竖直贯通的通路(50)。这些竖直贯通通路(50)，用于构成如上所述的变向通路(12)的竖直部分(12a)。如上面所指出，变向通路可以为各种用途而形成，诸如接地、功率、和数据信号。此外，如上面所指出，为减小沟道间的串扰，可以形成附加的接地通路，以便与邻近的VCSEL实现电屏蔽。
在一个示范性实施例中，基片(51)的厚度t约为500μm。虽然为保持OE装置与支持芯片尽量靠近，使基片(51)的厚度成为最小，并使变向通路长度成为最小，是最理想的，但是，正如本领域一般人员所知，基片的厚度，依赖于诸如基片结构的整体性、和用流行的现有技术可以获得的贯通通路(50)需要的纵横比等因素。
下面参照图6B，空腔(53)用本领域一般人员所知的适当的掩模和蚀刻技术，形成在基片(51)的上表面和下表面，与露出在基片表面的通路(50)末端重叠。如上所述，空腔(53)用于形成变向通路(12)的90度弯曲的触点。事实上，形成的空腔是用于沿横越基片表面的方向，横向伸延通路(50)。通路(50)和空腔(53)的表面用适当材料，如二氧化硅、氮化硅等等镶衬，形成绝缘层。
其次，如图6C所示，通路(50)和空腔(53)用熟知的技术填充金属，形成有竖直部分(54b)和上部及下部弯曲触点(54a)和(54c)的电变向通路(54)。例如，通路(50)和空腔(53)可以用金属涂敷填充，接着用化学机械抛光(CMP)，从基片的上表面和下表面除去任何过量金属。
在本发明的另一个实施例中，通路(50)可以用蚀刻然后填充金属(用涂敷和CMP)形成。然后，在基片(51)的上表面和下表面，平行于基片表面形成两根粗的金属线。每一粗金属线的末端与通路金属连接。粗金属线与填充空腔轮廓的金属相配。该处理过程免除了必须蚀刻空腔(53)，代价是因粗金属线产生的表面形态问题。
下面参照图6D，绝缘膜(55a)和(55b)用熟知的技术，分别形成在基片(51)的上表面和下表面。绝缘膜(55a)和(55b)可以包括介电材料，如氧化物或氮化物。
下面参照图6E，在基片(51)的上表面的一部分，蚀刻一条或多条V形槽(56)，并使V形槽沟道开槽的表面钝化。可以用适当的掩模，通过对硅基片(51)进行各向异性湿蚀刻，形成V形槽(56)。更准确地说，用热KOH(氢氧化钾)或TMAH(氢氧化四甲基铵)和水溶液，进行初始的各向异性湿蚀刻处理。例如，开始时用[100]取向的单晶硅基片，槽的掩模边缘与(100)方向对齐，使各向异性湿蚀刻产生受(111)平面限制的V形槽，该(111)平面形成向内倾斜的壁，与晶片表面成54.75°。对KOH和水，可以用氮化硅层作掩模层，对TMAH和水的蚀刻溶液，可以用氧化硅或氮化硅层作掩模层。V形槽的宽度，由掩模层的开孔尺寸和掩模的任何基蚀(under cutting)确定，假定掩模平行或垂直于(100)方向，那么在各向异性蚀刻时会出现基蚀。V形槽的深度，由定义V形槽的掩模层开孔的宽度确定，因为当111平面露出时，蚀刻自行终止。当把光纤安装进V形槽中时，知道了V形槽沟道与光纤直径之间的几何关系，根据光纤直径、V形槽沟倾斜的侧壁、和沟的宽度，可以确定纤心的中心轴超出基片表面的距离“z”。
此外，如上所述，用于指示纤心中心的X轴的对准标记(如图3中的标记16)，可以与V形槽共同蚀刻。
再有，容纳OE装置(如VCSEL条20)的空腔(57)，是在基片(51)中蚀刻的，例如，在基片上形成掩模图形，再用RIE(反应离子蚀刻)，在基片表面下蚀刻出需要的深度(或绝缘层(55a)的上表面。蚀刻过程产生竖直侧壁(57a)底部表面(57a)，其中，弯曲触点(54a)的侧壁部分露出在空腔侧壁(57b)之上。此外，用适当技术，使底部绝缘层(55b)形成图形，形成通向弯曲触点(54c)的开孔，以便涂敷底部触点。
现在参照图6F，之后，在弯曲触点(54a)和(54c)露出的金属上，涂敷焊料，分别形成焊料凸块(59)和(60)。露出的金属用作涂敷的金属的种子。这样能使涂敷的焊料与金属的露出部分自行对准。
现在参照图7，图上按照本发明的另一个示范性实施例，示意画出光学基座的三维透视图。图7画出的示范性光学基座(70)，除了包括在其上形成的波导结构，而不是安装光纤的V形槽沟道阵列之外，与例如图3画出的示范性光学基座(10)类似。特别是光学基座(70)包括一个或多个波导心(71)，被波导包层(72)包围。如图7所示，在光学基座(70)上使用波导结构，能使波导心(71)末端基本上对着OE装置(如VCSEL)。
可以采用本领域一般人员熟知的各种技术，在按照本发明的光学基座(70)上整体地形成波导结构。例如，可以通过淀积和处理薄膜，应用层叠的层，等等，形成波导。更具体地说，作为例子，图7画出的波导结构，一般可以通过在基片(11)表面淀积氧化物层，接着淀积心材料并对心材料(如硅、氮化物)刻图，形成心(71)，然后再淀积另一层氧化物，覆盖心(71)，并封装心(71)，形成包层(72)。如在本领域所熟知，可以使用的心材料类型，将视光的波长而变化。还有，心材料必须比包层材料有更高的折射率。
此外，在其他的示范性实施例中，心(71)可以先淀积一层氧化物，然后在氧化物上刻出定义心的掩模图形，并用掩模进行离子注入，把离子(如锗)注入氧化物中一定深度，从而在氧化物层内形成波导的心，接着淀积另一层氧化物，覆盖已注入离子的波导心的第一层氧化物。
图8按照本发明另一个示范性实施例，示意画出一种光学基座的结构。具体说，图8是光学基座(80)一部分的侧视图，画出开槽空腔的竖直侧壁(81)，空腔有变向通路的上部弯曲触点(82)的露出部分，和包含多个波导心(83)的波导结构，波导心(83)以交替的深度形成在波导包层(84)之内。图8示范性实施例画出的波导结构，是用两层波导形成的，本领域一般人员是清楚的。交替的心的深度，能实现更高的密度和更紧凑的阵列。应当指出，可以用光纤以交替的V形槽深度，例如使V形槽沟道深浅交替变化，获得与图8所示类似的光学基座结构。
图9按照本发明另一个示范性实施例，示意画出一种光电子装置的顶视图，该光电子装置有对准结构，能实现光电子装置对光学基座装置的被动对准。更准确地说，图9画出VCSEL条(90)上表面的视图，该VCSEL条能用于与图8的示范性光学基座(80)对接。VCSEL条(90)的光发射表面(93)包括多个VCSEL(91)，各有P/N接触衬垫(92)与图8所示露出的触点(82)接触。VCSEL阵列的VCSEL布局，能实现更密的阵列，本领域一般人员是清楚的。此外，光发射表面(93)包括止推薄膜(94)，它能使VCSEL与波导心(83)沿Z方向对准，同时，对准VCSEL(91)中心的对准标记(95)，能以上述相同方式，实现X方向对准。
虽然已经参照附图，说明举出的各实施例，但是，应当指出，本发明不受那些准确的实施例的限制，本领域熟练人员在不偏离本发明的范围或精神下，能够作出各种其他的变化和修改。所有这类变化和修改，都将被认为包括在本发明的范围之内，本发明的范围由后面的权利要求书定义。

Claims (36)

1.一种光通信设备，包括：
包含基片的光学基座，基片有形成于其内的电变向通路；
光电子(OE)芯片；和
集成电路(IC)芯片，
其中OE芯片和IC芯片安装在光学基座上，并用电变向通路实现电连接。
2.按照权利要求1的设备，其中OE芯片包括竖直腔表面发射激光器条(VCSEL)。
3.按照权利要求1的设备，其中IC芯片包括激光器驱动器。
4.按照权利要求1的设备，其中OE芯片包括光电检测器阵列。
5.按照权利要求1的设备，其中IC芯片包括放大器。
6.按照权利要求1的设备，其中设备包括OE接收器组件、OE发射器组件、或OE收发器组件。
7.按照权利要求1的设备，其中基片包括硅基片。
8.按照权利要求1的设备，还包括安装在或形成在光学基座上的光传输线。
9.按照权利要求8的设备，其中OE芯片和光传输线放置在光学基座上，使光传输线的中心轴基本上垂直于OE芯片的光发射或光接收表面。
10.按照权利要求8的设备，其中光学基座包括蚀刻在基片上的对准标记，用于使OE芯片对准光传输线。
11.按照权利要求10的设备，其中OE芯片包括与基片中蚀刻的对准标记相配的对准标记。
12.按照权利要求8的设备，其中光传输线包括安装在光学基座上的光纤。
13.按照权利要求8的设备，其中光传输线包括形成在基片表面的波导结构。
14.按照权利要求1的设备，其中光学基座还包括：用于安装光纤的蚀刻在基片中的V形槽沟道，和随V形槽沟道共同蚀刻的对准标记。
15.按照权利要求1的设备，其中OE芯片包括在其表面上的突沿结构，用于在安装到光学基座上时，提供止推对准。
16.按照权利要求15的设备，其中光学基座还包括蚀刻的空腔，用于可安装地安放OE芯片，该蚀刻空腔包括与OE芯片突沿结构接触的台阶结构。
17.按照权利要求1的设备，其中电变向通路以焊料凸块终接。
18.按照权利要求1的设备，其中电变向通路包括至少一个90度的弯曲。
19.按照权利要求1的设备，其中电变向通路，有第一端部露出在基片第一表面，和第二端部露出在基片第二表面，该第一和第二表面定义基本上垂直的两个平面。
20.按照权利要求1的设备，其中OE芯片和IC芯片，安装在光学基座上，使OE芯片的光发射或光接收表面，基本上垂直于有触点的IC芯片表面。
21.一种光学基座，包括：
有第一表面、第二表面、和第三表面的基片，其中第一和第二表面定义两个基本上平行的平面，而其中第三表面定义的平面基本上垂直于第一和第二表面定义的平面；和
形成在基片内的导电通路，该导电通路有第一端部露出在该第三表面上，和第二端部露出在该第二表面上。
22.按照权利要求21的光学基座，还包括形成在该第一表面上的第一绝缘层，和形成在该第二表面上的第二绝缘层，其中第二绝缘层有一开孔到露出在该第二表面上的导电通路的第二端部。
23.按照权利要求21的光学基座，其中光学基座包括一空腔，该空腔有由第三表面定义的侧壁。
24.按照权利要求23的光学基座，其中空腔侧壁和第一表面定义一边缘。
25.按照权利要求24的光学基座，其中当把OE芯片安装在光学基座上时，所述边缘用于该OE芯片的止推对准。
26.按照权利要求23的光学基座，其中对准标记形成在光学基座上，靠近该边缘。
27.按照权利要求23的光学基座，其中当把OE芯片安装在光学基座上时，空腔侧壁用于该OE芯片的止推对准。
28.按照权利要求21的光学基座，还包括蚀刻在该第一表面中的V形槽沟道，和对应的共同蚀刻的对准标记。
29.按照权利要求21的光学基座，还包括形成在第一表面上的波导结构。
30.按照权利要求21的光学基座，其中该光学基座的结构，适于封装光电子发射器、光电子接收器、或光电子收发器。
31.一种制作光学基座的方法，包括如下步骤：
提供有第一表面和第二表面的基片，该第一和第二表面定义基本上平行的两个平面；
蚀刻一通路孔，在该第一和第二表面之间贯通基片；
在第一表面蚀刻第一空腔，其中该第一空腔与露出在第一表面上的通路孔第一端部重叠；
以导体填充该通路孔和第一空腔，形成导电通路。
32.按照权利要求31的方法，还包括在第二表面蚀刻第二空腔，其中该第二空腔与露出在第二表面上的通路孔第二端部重叠，并以导体填充该第二空腔。
33.按照权利要求31的方法，还包括在基片第一表面下蚀刻一空腔，露出第一空腔中该空腔侧壁的一部分导体，该空腔侧壁基本上垂直于该第一和第二表面。
34.按照权利要求33的方法，还包括在第一空腔露出的导体部分上形成一焊料凸块。
35.按照权利要求31的方法，还包括：
在基片的第一和第二表面上，形成绝缘层；
在该第二表面的绝缘层中形成一开孔，露出基片第二表面上导电通路的第二端部；和
在露出的导电通路的第二端部上形成焊料凸块。
36.按照权利要求31的方法，还包括：
在基片第一表面中，蚀刻一V形槽，以便容纳光纤；和
在基片第一表面中，蚀刻一对准标记，与该蚀刻的V形槽对应。
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