具体实施方式

贯穿附图和详细描述，使用共同的附图标记来指示相同或类似的组件。根据以下结合附图进行的详细描述将容易理解本公开的实施例。

如“上方”、“下方”、“向上”、“左侧”、“右侧”、“向下”、“顶部”、“底部”、“竖直”、“水平”、“侧面”、“更高”、“更低”、“上部”、“之上”、“之下”等空间描述是关于某个组件或某组组件或组件或一组组件的某个平面针对所述一或多个组件的朝向而指定的，如相关附图所示。应当理解，本文所使用的空间描述仅仅是出于说明的目的，并且本文所描述的结构的实际实施方案可以在空间上以任何朝向或方式布置，条件是这种布置不偏离本公开的实施例的优点。

本公开提供了具有至少一个导电通孔的衬底，所述衬底将与激光管芯集成以形成光电子封装。然后，光电子封装集成到PIC载体。激光管芯键合到衬底的第一表面，并且可以通过与衬底的第一表面相反的第二表面通过导电通孔接入激光管芯的电连接。然后，光电子封装通过以下连接到PIC载体：将激光管芯嵌入在PIC载体的经过填充的沟槽中并且形成衬底的第二表面与PIC载体之间的电连接。

通过具有本公开描述的封装结构，可以在执行主动对准的同时将激光管芯以面朝下的方式集成。此外，对激光管芯的电气接入布线到衬底的位于激光管芯的主动表面的相反侧的第二表面，从而降低常规方案中的布线复杂度。衬底上的导电通孔和电布线可以为激光管芯提供额外的散热通道。此外，激光管芯嵌入在PIC载体的经过填充的沟槽中。因为激光管芯被经过填充的沟槽中的可固化材料围绕，所以可以使激光管芯更好地免受环境的影响。

参考图1A，图1A展示了根据本公开的一些实施例的光电子封装10A的横截面视图。在图1A中，光电子封装10A包含衬底100和堆叠在衬底100之上的光电子组件101。在一些实施例中，衬底100可以由允许通孔形成的适合材料构成。例如，衬底100可以是硅衬底。衬底100具有第一表面100A和与第一表面100A相反的第二表面100B。通孔103A连接第一表面100A和第二表面100B，以实现所述两个表面上的组件之间的电连接。在一些实施例中，可以在光电子封装10A的衬底100中形成多于一个通孔，以实现所述两个表面上的组件之间的电连接。

在衬底100的第一表面100A之上形成有导电图案1051和1052以将光电子组件101的电极电耦合到通孔103A和103B中的至少一个通孔。参考图1A和图2，从俯视图角度看，导电图案1051和1052可以电分离。导电图案1051可以与导电凸点107和光电子组件101接触，而导电图案1052可以与导电凸点107和光电子组件101分离。可以通过其它方式(例如，引线键合)实现光电子组件101与导电图案1052之间的电耦合。在一些实施例中，导电图案1051和1052可以是包含一或多个导电图案的凸点下金属(UBM)结构。

在一些实施例中，通孔103A包含导电部分103A1和绝缘部分103A2。导电部分103A1电连接到导电图案1051。绝缘部分103A2填充通孔103A的敞开沟槽中的空间的剩余部分。如图1A所示，导电部分103A1和绝缘部分103A2共享与第一表面100A相邻且与导电图案1051接触的共面表面。导电部分103A1覆盖绝缘部分103A2的与第二表面100B相邻的侧面部分并且在第二表面100B之上形成导电图案105B。导电部分103A1暴露绝缘部分103A2的与第二表面100B相邻的中心部分。在一些实施例中，第二表面100B上的导电图案105B可以包含重新分布层(RDL)。

在一些实施例中，通孔103B包含导电部分103B1和绝缘部分103B2。导电部分103B电连接到导电图案1052。绝缘部分103B2填充通孔103B的敞开沟槽中的空间的剩余部分。如图1A所示，导电部分103B1和绝缘部分103B2共享与第一表面100A相邻且与导电图案1052接触的共面表面。导电部分103B1覆盖绝缘部分103B2的与第二表面100B相邻的侧面部分并且在第二表面100B之上形成导电图案105B。导电部分103B1暴露绝缘部分103B2的与第二表面100B相邻的中心部分。在一些实施例中，第二表面100B上的导电图案105B可以包含重新分布层(RDL)。

在一些实施例中，光电子组件101通过导电凸点107/107'堆叠在第一表面100A之上。在一些实施例中，导电凸点107/107'包含AuSn焊料凸点。在一些实施例中，导电凸点107/107'包含AuSn焊料层107和金层107'。然而，在本公开中可以应用其它合适的导电材料，并且所述导电材料充当光电子组件101与通孔103A之间的导电介质。参考图1A和图2，从俯视图角度看，导电凸点107/107'的面积可以大于光电子组件101的面积。在一些实施例中，从俯视图角度看，导电凸点107/107'的面积可以基本上等于光电子组件101的面积。在一些实施例中，通孔103A与光电子组件101的投影不重叠，可替代地，通孔103A与导电凸点107/107'的投影不重叠。在如图7F所述的制造操作期间，通过执行从衬底100的第二表面100B照射的激光加热操作，使导电凸点转变为熔融状态。在这种操作中应用的激光对硅衬底透明，由此不可以将可以吸收所应用激光的能量的其它材料安置在衬底100中的激光传播路径上。为了使激光从第二表面100B进入衬底100并从第一表面100A离开衬底，可以分别在第二表面100B和第一表面100A上形成抗反射涂层102B和102A。

在一些实施例中，光电子组件101是边缘发射激光器。第一电极101A与光电子组件101的底部相邻并且通过导电凸点107'/107电耦合到导电图案1051。第二电极101B与光电子组件101的顶部相邻并且通过键合线111电耦合到导电图案1052。导电图案1051进一步通过通孔103A的导电部分103A1将电子信号从衬底100的第一表面100A传递到第二表面100B。类似地，导电图案1052进一步通过通孔103B的导电部分103B1将电子信号从衬底100的第一表面100A传递到第二表面100B。

图1B展示了根据本公开的一些实施例的光电子封装10B的横截面视图。光电子封装10B与光电子封装10A类似，除了图1B中的通孔103A的结构不同于图1A中的通孔103A的结构之外。如图1B所示，通孔103A包含导电部分103A1和绝缘部分103A2。导电部分103A1电连接到导电图案1051。绝缘部分103A2填充通孔103A的敞开沟槽中的空间的剩余部分。如图1B所示，导电部分103A1和绝缘部分103A2共享与第一表面100A相邻且与导电图案1051接触的共面表面。导电部分103A1覆盖绝缘部分103A2的与第二表面100B相邻的侧面部分并且在第二表面100B之上形成导电图案105B。通孔103A的中心部分用导电部分103A1填充。相比图1A中的通孔，图1B中的通孔103A提供散热性更好通道和更低的电阻，因此可以应用于需要优越的散热性能和更好的电连接的光电子封装上。

图1C展示了根据本公开的一些实施例的光电子封装10C的横截面视图。光电子封装10C与光电子封装10B类似，除了光电子组件101是通过导电凸点107/107'而不是键合线电连接到导电图案1052之外。如图1C所示，第一电极101A和第二电极101B两者都位于光电子组件101(例如，边缘发射激光二极管)的底部。光电子组件101被布置成跨相邻的导电图案1051和1052安置，从而通过第一导电凸点107/107'将第一电极101A连接到导电图案1051，并且通过第二导电凸点107/107'将电极101B连接到导电图案1052。与前述描述类似，第一导电凸点107/107'和第二导电凸点107/107'与通孔103A和103B中的任何通孔都不重叠。

图2展示了根据本公开的一些实施例的光电子封装的俯视图。参考图1A和图2，光电子组件101键合或电连接到衬底100的第一表面100A之上的导电图案1051。导电图案1052与导电图案1051分离并且通过如键合线等其它连接构件电连接到光电子组件101。在如图1C所示的一些实施例中，光电子组件101横跨导电图案1051与导电图案1052之间的间隔，从而通过两个单独的导电凸点连接到导电图案1051和1052中的每个导电图案。

图3展示了根据本公开的一些实施例的光子集成电路(PIC)30的横截面视图。PIC30包含载体30，所述载体具有收纳光电子封装10A的上表面300A。载体30具有在上表面300A处敞开的经过填充的沟槽301。在一些实施例中，经过填充的沟槽301用如UV胶等聚合物材料填充，所述聚合物材料对从光电子组件101发射的电磁信号透明。UV胶在UV处理后凝固并且对光电子封装10A提供机械支撑。经过填充的沟槽301中的经过固化的聚合物材料拥有与载体300的上表面300A基本上共面的上表面。PIC 30进一步包含与经过填充的沟槽301相邻且与上表面300A相邻的波导303。在一些实施例中，波导303嵌入或至少部分地嵌入在载体300中。波导303与光电子封装10A的光电子组件101侧向对准。换言之，当光电子组件101(例如，边缘发射激光二极管)从左侧边缘发射激光束(虚线)时，激光束随后根据侧向对准布置进入波导303。

图3的光电子封装10A中的相同附图标记对应于图1A的光电子封装中的实质等效组件并且可以以其作为参考。电连接到导电图案1051的导电部分103A1覆盖绝缘部分103A2的与第二表面100B相邻的侧面部分并且在第二表面100B之上形成导电图案105B。导电部分103A1暴露绝缘部分103A2的与第二表面100B相邻的中心部分。在一些实施例中，第二表面100B上的导电图案105B可以包含重新分布层(RDL)。导电图案105B通过导电通道(例如，键合线302A)进一步连接到载体300的上表面300A上的导电衬垫305A。类似地，电连接到导电图案1052的导电部分103B1覆盖绝缘部分103B2的与第二表面100B相邻的侧面部分并且在第二表面100B之上形成导电图案105B。导电部分103B1暴露绝缘部分103B2的与第二表面100B相邻的中心部分。在一些实施例中，第二表面100B上的导电图案105B可以包含重新分布层(RDL)。导电图案105B通过导电通道(例如，键合线302B)进一步连接到载体300的上表面300A上的导电衬垫305B。如图3所示，导电图案1051电连接到通孔103A的导电部分103A1，并且导电图案1052电连接到通孔103B的导电部分103B1。

图4展示了根据本公开的一些实施例的PIC 40的横截面视图。PIC 40与PIC 30类似，除了可以任选地在光电子封装10A与波导303之间将光学元件安置在经过填充的沟槽301中之外。在一些实施例中，光学元件包含透镜401和旋转器403。光学元件可以固定在经过固化的聚合物材料中并且安置在从光电子组件101发射的束路径上。在一些实施例中，光学组件的底部可以或不可以接触经过填充的沟槽301的底部，因为经过固化的聚合物材料可以对光学元件提供机械支撑。

图5展示了根据图4中的PIC 40的PIC的俯视图。参考图4和图5，载体300的上表面300A上的接触衬垫305A可以通过键合线302A电耦合到光电子封装10A的导电图案105B和导电图案1051。类似地，载体300的上表面300A上的导电衬垫305B通过键合线302B电耦合到光电子封装10A的导电图案105B和导电图案1052。在一些实施例中，光电子封装10A的邻近通孔103A的第一部分堆叠在载体300的上表面300A上。光电子封装10B的邻近通孔103B和光电子组件101的第二部分堆叠在经过填充的沟槽301的上表面300A上。任选地，透镜401和旋转器403安置在波导303与光电子封装10A之间。

图6展示了根据本公开的一些实施例的PIC 60的横截面视图。光电子封装10B通过倒装芯片键合安置在印刷电路板(PCB)600上。通孔103A的导电部分103A1通过焊料凸点1053或其等效物连接到PCB上的接触衬垫600A，并且通孔103B的导电部分103B1通过焊料凸点1053或其等效物连接到接触衬垫600B。接触衬垫600A通过包含焊料凸点1053、通孔103A的导电部分1031A、导电图案1051和导电凸点107/107'的导电路径电耦合到第一电极101A。类似地，接触衬垫600B通过包含焊料凸点1053、通孔103B的导电部分1031B、导电图案1052和键合线302B的导电路径电耦合到第二电极101B。光电子组件101产生的热可以分别从通孔103A、103B的导电部分103A1和103B1高效地消散。

如图6所示，光电子组件101安置在衬底100的第一表面100A上，从而通过光纤603的连接与光学元件605侧向对准。光学元件605安置在PCB 600的衬底601上以便与光电子组件101侧向对准。光学开关607可以安置在衬底601上并且通过光纤603连接与光学元件605对准。在一些实施例中，衬底的厚度是考虑到光电子封装10B的厚度而设计的。

图7A到图7F展示了根据本公开的一些实施例的光电子封装在各种制造操作期间的横截面视图。在图7A中，衬底100具有第一表面100A和与第一表面100A相反的第二表面100B。在图7B中，通过合适的操作在第一表面100A和第二表面100B之上形成抗反射涂层102A和102B。在图7C中，通过毯覆式沉积导电层在第一表面100A上形成导电图案1051和1052，随后是用于对此类导电层进行图案化的光刻操作。返回参考图2，在光刻操作之后，导电图案1051和1052可以是两个离散的导电图案。在一些实施例中，导电图案1051和1052是凸点下金属(UBM)结构。在导电图案1051和1052中的至少一个导电图案上形成有导电凸点107/107'。导电凸点107/107'可以包含AuSn焊料层107和金层107'。形成导电凸点107/107'的方法包含电镀或化学镀操作。

在图7D中，在衬底100中形成至少一个通孔。例如，通过执行深反应离子蚀刻(DRIE)形成通孔沟槽，直到暴露导电图案1051和/或导电图案1052。随后，在通孔沟槽中沉积钝化材料，从而在通孔沟槽的侧壁和底部上形成衬里。然后，通过光刻操作去除通孔沟槽的底部的钝化材料，以暴露导电图案1051和/或1052，由此形成绝缘部分103A2和/或103B2。然后，在通孔沟槽中沉积导电材料，从而在绝缘部分103A2和/或103B2的侧壁和通孔沟槽的底部上形成衬里。导电材料与之前暴露的导电图案1051和/或1052接触。导电材料在衬底100的第二表面100B之上延伸，从而形成第二导电图案105B或重新分布层(RDL)。随后，再次在通孔沟槽中沉积钝化材料，从而填充通孔沟槽的剩余空间，由此分别形成被导电部分103A1和/或103B1围绕的绝缘部分103A2和/或103B2。

在图7E中，通过衬底100的第一表面100A上的导电凸点107/107'将光电子组件101键合到衬底100。通过从衬底100的第二表面100B照射激光束701执行激光加热操作。由于预先形成的抗反射涂层102B，激光束以最小的反射进入衬底100。激光横穿衬底100的厚度方向，而基本上没有衰减，这是因为衬底的材料(例如，硅)对激光能量透明。然后，激光到达AuSn合金层，从而使共晶AuSn合金熔化，并且当激光关闭时，AuSn合金凝固并且键合操作完成。由于激光束701必须横穿衬底100的厚度方向并且到达AuSn合金层，所以通孔103A和103B中的任何通孔都与AuSn合金层的投影或导电凸点107/107'的一部分不重叠。

在图7F中，形成键合线111以连接光电子封装的第一电极(图7F中未示出)和导电图案1052以及通孔103B。

图8A到图8D展示了根据本公开的一些实施例的PIC在各种制造操作期间的横截面视图。在图8A中，提供具有上表面300A的载体300。波导303嵌入或部分地嵌入在载体300中并且邻近上表面300A。在图8B中，从载体300的上表面300A形成沟槽301'。在图8C中，将可固化聚合物材料(例如，UV胶)填充到沟槽301'中，直到聚合物材料的上表面与载体300的上表面300A基本上共面。在图8D中，在固化聚合物材料之前，将光电子封装10A部分地安置在载体300的上表面300A之上，其中光电子组件101嵌入在聚合物材料中。在一些实施例中，进行主动对准操作以使光电子组件101与波导303对准，然后使聚合物材料在经过填充的沟槽301中固化。随后，通过例如引线键合操作随后形成通孔103A与导电衬垫305A以及通孔103B与导电衬垫305B之间的连接。在一些实施例中，键合线302A将光电子封装10A上的重新分布层连接到接触衬垫305A，并且键合线302B将光电子封装10A上的RDL连接到接触衬垫305B。

如本文所使用的并且未另外定义的，术语“基本上”、“基本”、“大约”和“约”被用来描述和解释小变化。当结合事件或情形使用时，所述术语可以涵盖事件或情形精确发生的实例以及事件或情形接近发生的实例。例如，当结合数值使用时，所述术语可以涵盖小于或等于所述数值的±10％，如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或者小于或等于±0.05％的变化范围。术语“基本上共面”可以指两个表面沿同一平面定位的位置差处于数微米内，如沿同一平面定位的位置差处于40μm内、30μm内、20μm内、10μm内或1μm内。

如本文所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一个/种(a/an)”和“所述(the)”可以包含复数指代物。在一些实施例的描述中，设置在一个组件“上”或“上方”的另一个组件可以涵盖前一组件直接位于后一组件上(例如，与其物理接触)的情况以及在前一组件与后一组件之间定位有一或多个中间组件的情况。

虽然已经参考本公开的具体实施例描述和展示了本公开，但是这些描述和图示并非限制性的。本领域技术人员应当理解，在不脱离如由权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可以作出各种改变并且可以取代等同物。图示可能不一定按比例绘制。由于制造工艺和公差，本公开中的艺术再现与实际装置之间可能存在区别。可能存在未具体展示的本公开的其它实施例。说明书和附图应被认为是说明性而非限制性的。可以作出修改以使特定情况、材料、物质构成、方法或过程适于本公开的目标、精神和范围。所有这种修改均旨在落入所附权利要求的范围内。虽然已经参考以特定顺序执行的特定操作描述了本文所公开的方法，但是应理解，可以在不脱离本公开的教导的情况下对这些操作进行组合、细分或重新排列以形成等效方法。因此，除非本文中另有明确指示，否则操作的顺序和分组并非限制。