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CN107546194A - 用于具有玻璃顶盖的混合式光学封装的结构和方法 - Google Patents

用于具有玻璃顶盖的混合式光学封装的结构和方法 Download PDF

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CN107546194A CN201710506371.0A CN201710506371A CN107546194A CN 107546194 A CN107546194 A CN 107546194A CN 201710506371 A CN201710506371 A CN 201710506371A CN 107546194 A CN107546194 A CN 107546194A
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Abstract

在此描述一种包含与非光学传感器共同容纳的光学传感器/检测器组对的光学封装以及用于制造这种光学封装的工艺。传统的封装结构需要使用透明的模制化合物，以保护敏感的裸片，但是这种化合物的性能会随着时间和温度而降低。在此描述的光学封装使用特定的玻璃顶盖，该顶盖在所包含的裸片所需要的整个电磁光谱区中都是透明的。

Description

用于具有玻璃顶盖的混合式光学封装的结构和方法
背景技术
例如智能手机、平板电脑、数字多媒体播放器等的电子装置越来越多地应用光学传感器来控制由装置提供的各种功能的操作。例如，光学传感器通常被电子装置用来检测环境光照条件，以便控制装置的显示屏的亮度。类似地，光学传感器通常用于接近及姿态感测应用中。接近及姿态感测能够检测到物理运动(例如“手势”)，而不需要使用者实际接触其中置有感测装置的装置。所检测到的运动能够随后被用作装置的输入指令。
附图说明
参考附图描述详细的说明书。说明书和附图中的不同示例中相同附图标记的使用可表示类似或者相同的项目。
图1A是根据本发明的实施例的、使用包括面板的预模制件和玻璃盖体的光学封装的等距视图。
图1B是根据本发明的实施例的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装的局部侧视截面图。
图1C是根据本发明的实施例的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装的局部侧视截面图。
图2A是示出了用于制造根据本发明的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装的示例性实施例中的工艺的流程图，该光学封装为例如图1A至图1C所示的光学封装。
图2B是示出了用于制造根据本发明的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装的示例性实施例中的工艺的流程图，该光学封装为例如图1A至图1C所示的光学封装。
图3A是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3B是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3C是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3D是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3E是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3F是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3G是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3H是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3I是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3J是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3K是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
图3L是示出了根据图2A和图2B所示的工艺制造光学封装的等距视图，该光学封装为例如图1A至图1C中所示的、包括预模制聚合物面板和玻璃盖体的光学封装。
具体实施方式
概述
具有传感器/检测器组对的传统封装总是采用模制化合物作为密封材料来保护裸片/导线键合部。这些模制化合物通常为人所知的是，随着时间的延长/温度的暴露而滑离。此外，当使用在不同于光学传感器的电磁光谱区域内操作的非光学传感器向已有的光学封装添加新功能的时候，不再能够使用这种模制化合物，原因是它们对于非光学级别传感器而言是不透明的。
因此，在此描述一种包含与非光学传感器共同容纳的光学传感器/检测器组对的光学封装以及用于制造这种光学封装的工艺。传统的封装结构需要使用透明的模制化合物，以保护敏感的裸片，但是这种化合物的性能会随着时间和温度而降低。在此描述的光学封装使用特定的玻璃顶盖，该顶盖在所包含的裸片所需要的整个电磁光谱区中都是透明的。
在一种实施例中，应用本发明的技术的光学封装包括：封装基片，该封装基片包括至少一个通气孔；设置在封装基片上的特定用途集成电路裸片，该特定用途集成电路裸片包括检测器；设置在封装基片上的至少一个非光学裸片检传感器裸片；设置在封装基片上的预模制聚合物面板单元格，该预模制聚合物面板单元格包括至少一个腔和至少一个侧壁，该至少一个侧壁构造成限制特定用途集成电路和至少一个非光学传感器裸片之间的串扰；以及设置在预模制聚合物面板单元格上面的单体玻璃盖体。
在一种实施例中，用于制造应用本发明的技术的光学封装的工艺包括：将特定用途集成电路裸片放置在面板级基片上，该面板级基片包括至少一个通气孔；将至少一个非光学传感器裸片放置在面板级基片上；将预模制聚合物面板结合(粘合)至面板级基片；以及将至少一个单体玻璃盖体结合至预模制聚合物面板。
在一种实施例中，用于制造应用本发明的技术的光学封装的工艺包括：将特定用途集成电路裸片放置在面板级基片上，该面板级基片包括至少一个通气孔；将至少一个非光学传感器裸片放置在面板级基片上；将第一粘合膜元件放置在面板级基片上；将预模制聚合物面板放置在第一粘合膜元件上；将第二粘合膜元件放置在预模制聚合物面板上；将至少一个单体玻璃盖体放置在第二粘合膜元件上；以及固化第一粘合膜元件和第二粘合膜元件。
在此描述的光学封装及方法创新出一种集成封装，其中，通过玻璃罩盖保护裸片免于外部环境。玻璃罩盖被仔细选择成对于封装的光学和非光学传感器而言都是“透明的”。
示例性实施例
图1A至图1C示出了根据本发明的各种实施例实施的光学封装100。本领域技术人员将理解，附图中所示和/或在此描述的实施例可以完全地或者部分地进行组合，从而得到另外的实施例。同样可以进行替换和其它修改而不脱离本发明的范围。因此，所示和所述的实施例应当被理解为示例性的而非对本发明的限制。
光学封装100可包括封装基片102，封装基片102构造成机械地和/或电气地支撑光学封装100。在实施例中，封装基片102可包括，例如，层压板和/或陶瓷材料。在特定示例中，封装基片102可包括具有FR-4玻璃环氧树脂的印刷电路板。在另一特定示例中，封装基片102可包括陶瓷基片。可以预期的是，封装基片102可包括其它材料和组件，例如：金属(例如，铝)芯板、硅基片、复合箔、过孔、铜、信号迹线、介电材料等。在一些实施例中，封装基片102可包括延伸穿过封装基片102的至少一个通气孔106。在这些特定实施例中，至少一个通气孔106可构造成在组件回流工艺期间基片爆起麻粒。至少一个通气孔106可设置在封装基片102的不同位置处，例如接近至少一个非光学传感器裸片116和/或接近特定用途集成电路(ASIC)裸片110。此外，封装基片102可包括至少一个接触垫104和/或接触垫的连接阵列342。
在一些实施例中，光学封装100可包括设置在封装基片102上的至少一个基座108。在这些可选实施例中，基座108的功能可用来从封装基片102升高裸片和/或传感器，例如用于视场定位。在实施例中，基座108可包括间隔件裸片和/或层压板/陶瓷层。在图1A至图1C所示的实施例中，光学封装100被示出成具有多个基座108。然而，可以预期的是，光学封装100可不包括基座108或者光学封装100可包括具有和不具有基座108的传感器/裸片的组合。
图1A至图1C示出了包括ASIC裸片110的光学封装100。在图1A至图1C所示的实施例中，ASIC裸片110设置在基座108上并且裸片附接垫140设置在基座108上。在其它具体实施例中，ASIC裸片110能够直接设置在封装基片102或位于封装基片102上的裸片附接垫104上。如在此所使用，术语“特定用途集成电路裸片”可指代由下列材料制造的基片，这些材料非限制性地如：硅、二氧化硅、氧化铝、蓝宝石、锗、砷化镓(GaAs)、硅锗合金、和/或磷化铟(InP)。此外，为了本发明的目的，裸片和/或基片可被形成为半导体或者电绝缘体，并且可包括半导体和绝缘材料两者的层。例如，在实施例中，可以使用在其上形成有一层半导体材料的绝缘体、例如二氧化硅来形成裸片/基片，半导体材料为例如硅。电气部件，例如晶体三极管和二极管，能够被制造于半导体中以形成集成电路。例如，ASIC裸片110可包括能够电气地连接至接触垫(例如，接触垫104、裸片附接垫140等)的集成电路。在一种特定实施例中，ASIC裸片110包括方形扁平无引脚(QFN)裸片，尽管可以预期的是ASIC裸片110可包括各种其它类型的集成电路裸片。此外，ASIC裸片110可包括构造为电气连接的至少一个裸片垫，并且ASIC裸片110还可包括其它部件。
此外，ASIC裸片110可包括检测器112。检测器112可包括ASIC裸片110中构造成对例如光线进行探测的一部分。在一种特定示例中，检测器112可包括光电检测器。在另一特定示例中，检测器112可包括红外检测器。可以预期的是，检测器112可包括其它类型的光学和/或非光学检测器。
光学封装100能够包括至少一个非光学传感器裸片116。至少一个非光学传感器裸片116能够直接地设置在封装基片102上和/或裸片附接垫140上，裸片附接垫140设置在封装基片102上和/或基座108上。非光学传感器裸片116的示例可包括惯性传感器、传声器、温度传感器、压力传感器等。在图1A至图1C所示的特定实施例中，非光学传感器裸片116被设置在ASIC裸片110的一部分上(例如，并非在检测器112上)。可以预期的是，可以实施其它构造，例如不具有非光学传感器裸片116的ASIC裸片110。
如图1A至图1C所示，光学封装100能够包括预模制液晶聚合物面板单元格128。预模制聚合物面板单元格128能够包括预模制聚合物面板120的预切割分离部分，该预切割分离部分被联接至封装基片102的一部分并且被设置在该部分之上。此外，预模制聚合物面板单元格128包括能够形成开口130的多个腔122和多个侧壁124。单个侧壁124能够重复地联接至另外的单个侧壁124，从而形成腔122。在实施例中，腔122能够构造成容纳ASIC裸片110、非光学传感器裸片116、和/或其它组件中的至少一个。如图1A至图1C中所示，预模制聚合物面板单元格128包括侧壁124，侧壁124联接在一起以形成容纳ASIC裸片110的第一腔122和容纳多个非光学传感器裸片116的第二腔。预模制聚合物面板单元格128能够包括一种材料，该材料在光学上是不透明的并且其功能是作为遮光材料。在特定实施例中，预模制聚合物面板单元格128包括液晶聚合物(LCP)。可以预期的是，预模制聚合物面板单元格128可包括其它材料，例如陶瓷、硅、环氧树脂等。在一些实施例中，可以使用第一粘合膜元件136来将预模制聚合物面板单元格128联接至封装基片102。第一粘合膜元件136可包括例如紫外线固化胶或粘合剂。可以预期的是，可使用其它材料和/或方法来将预模制聚合物面板单元格128结合至封装基片102。
在图1B中所示的特定实施例中，预模制聚合物面板单元格128包括多个侧壁124，多个侧壁124形成具有中间侧壁124的外周边，中间侧壁124限定了两个腔122。ASIC裸片110设置在第一腔122中，并且至少一个非光学传感器裸片116设置在第二腔122中。在类似的特定实施例中，如图1C所示，中间侧壁124包括搁板结构132。搁板结构132能够形成在中间侧壁124的顶部(例如，远离封装基片102)处并且可包括悬臂构造和/或悬凸部。在实施例中，搁板结构132能够悬垂在一个或多个腔上方。在一些实施例中，搁板结构132还可以包含有预模制聚合物面板单元格128的周边侧壁124。
单体玻璃盖体134设置在预模制聚合物面板单元格128上。如图1A至图1C所示，能够使用粘合剂、例如第二粘合膜元件138来将单体玻璃盖体134粘合性地结合至预模制聚合物面板单元格128。在一种情况中，第二粘合膜元件138和/或其它粘合剂可包括紫外线固化胶。第二粘合膜元件138可被形成为面板级粘合剂，该面板级粘合剂在切割分离前被放置在预模制聚合物面板单元格128上。单体玻璃盖体134可包括对于光学封装100内的非光学传感器裸片116(多个非光学传感器裸片116)、ASIC裸片110、和/或其它部件透明的玻璃材料。
示例工艺
下面的讨论是对用于操作光学封装100、例如图1A至图1C中所示的那些光学封装的示例性技术的描述。图2A和图2B示出了用于制造光学封装100的示例工艺200和示例工艺210。图3A至图3L示出了在制造期间光学封装以及面板级光学封装阵列126(例如图1A到1C所示的光学封装100)的一部分300。
在图2A中所示的工艺200中，特定用途集成电路(ASIC)裸片被放置在面板级基片上(框202)。如图3A至图3D所示，将具有检测器312的ASIC裸片310放置到面板级基片318上可包括装载具有至少一个裸片附接垫340、至少一个接触垫304、连接阵列342、和至少一个通气孔306的基片(例如，印刷电路板、层压面板、陶瓷面板等)。在一些实施例中，装载面板级基片318可包括装载具有形成在面板级基片318上的至少一个基座308的面板级基片318。基座308可构造成提升裸片(例如，非光学传感器裸片316、ASIC裸片310等)，通常出于视场的因素。在一些特定实施例中，装载面板级基片318可包括形成至少一个基座308，这可进一步包括放置和/或形成间隔件裸片、层压材料、和/或陶瓷材料。此外，放置ASIC裸片310可包括使用贴装工艺来将ASIC裸片310放置和/或联接至裸片附接垫340、基座308和/或面板级基片318。
随后，至少一个非光学传感器裸片被放置在面板级基片上(框204)。如图3C中所示，至少一个非光学传感器裸片316可被放置在面板级基片318上。放置至少一个非光学传感器裸片316可包括使用贴装工艺来将至少一个非光学传感器裸片316放置和/或附接在面板级基片318、裸片附接垫340、和/或基座308上。至少一个非光学传感器裸片316可被放置并定位在面板级基片318上，使得当预模制聚合物面板320被放置时，至少一个非光学传感器裸片316可被设置在与ASIC裸片310不同的腔322中。在一些特定情况中，非光学传感器裸片316被放置在ASIC裸片310上，这可能包括贴装工艺。
预模制聚合物面板被结合至面板级基片(框206)。如图3E至图3H所示，能够使用例如贴装工艺来将预模制聚合物面板320结合和联接至面板级基片318。在一些实施例中，能够使用粘合剂、例如紫外线固化胶来将预模制聚合物面板320联接至面板级基片318。此外，结合和联接预模制聚合物面板320能够包括使预模制聚合物面板320与面板级基片318对齐。图3G示出了局部的面板级基片318、局部的预模制聚合物面板320、和局部的面板级光学封装阵列326。图3H示出了预模制聚合物面板单元格328，其示出了具有搁板结构332的侧壁324。将预模制聚合物面板320放置在面板级基片318上限定了光学开口330。
接着，至少一个单体玻璃盖体被结合至预模制聚合物面板(框208)。在实施例中，多个单体玻璃盖体334能够被结合和联接至预模制聚合物面板320和预模制聚合物面板单元格328。结合至少一个单体玻璃盖体334能够包括结合在由ASIC裸片310和非光学传感器裸片316所检测的电磁光谱区透明的单体玻璃盖体334。
在图2B所示的工艺210中，特定用途集成电路(ASIC)裸片被放置在面板级基片上(框212)。如图3A至图3D所示，将ASIC裸片310放置在面板级基片318上能够包括装载具有至少一个裸片附接垫340、至少一个接触垫304、和至少一个通气孔306的基片(例如，印刷电路板、层压面板、陶瓷面板等)。在一些实施例中，装载面板级基片318可包括装载具有形成在面板级基片318上的至少一个基座308的面板级基片318。基座308可构造成提升裸片(例如，非光学传感器裸片316、ASIC裸片310等)，通常出于视场的因素。在一些特定实施例中，装载面板级基片318可包括形成至少一个基座308，这可进一步包括放置和/或形成间隔件裸片、层压材料、和/或陶瓷材料。此外，放置ASIC裸片310可包括使用贴装工艺来将ASIC裸片310放置和/或联接至裸片附接垫340、基座308和/或面板级基片318。
随后，至少一个非光学传感器裸片被放置在面板级基片上(框214)。如图3C中所示，至少一个非光学传感器裸片316可被放置在面板级基片318上。放置至少一个非光学传感器裸片316可包括使用贴装工艺来将至少一个非光学传感器裸片316放置和/或附接在面板级基片318、裸片附接垫340、和/或基座308上。至少一个非光学传感器裸片316可被放置并定位在面板级基片318上，使得当预模制聚合物面板320被放置时，至少一个非光学传感器裸片316可被设置在与ASIC裸片310不同的腔322中。在一些特定情况中，非光学传感器裸片316被放置在ASIC裸片310上，这可能包括贴装工艺。
第一粘合膜元件被放置在面板级基片上(框216)。在图3J和3L所示的实施例中，放置第一粘合剂膜元件336可包括放置预形成的面板级粘合元件，该预形成的粘合元件被形成和/或放置在面板级基片318上。在其它特定实施例中，放置第一粘合膜元件336可包括将凝胶和/或液体粘合剂放置在面板级基片318上。
接着，预模制聚合物面板被放置在第一粘合膜元件并且结合至面板级基片(框218)。如图3J和图3L所示，可以使用例如贴装工艺来将预模制聚合物面板320结合并联接至第一粘合膜元件336和面板级基片318。此外，结合并联接预模制聚合物面板320能够包括使预模制聚合物面板320与第一粘合膜元件336对齐。
随后地，第二粘合膜元件被放置在预模制聚合物面板上(框220)。在图3K和图3L所示的实施例中，放置第二粘合膜元件338能够包括放置预形成的面板级粘合元件，该预形成的粘合元件被形成和/或放置在预模制聚合物面板320上。在其它特定实施例中，放置第一粘合膜元件336能够包括将凝胶和/或液体粘合剂放置在预模制聚合物面板320上。
单体玻璃盖体被放置在第二粘合膜元件、预模制聚合物面板和第一粘合膜元件上(框222)。能够使用例如贴装工艺来将单体玻璃盖体334放置在第二粘合膜元件338上。在实施例中，多个单体玻璃盖体334可被结合和联接至第二粘合膜元件338和预模制聚合物面板单元格328(例如，预模制聚合物面板320的一部分)。结合至少一个单体玻璃盖体334能够包括结合在被ASIC裸片310和非光学传感器裸片316所检测的电磁光谱区透明的单体玻璃盖体334。
随后，第一粘合膜元件和第二粘合膜元件被固化(框224)。固化第一粘合膜元件336和/或第二粘合膜元件338可包括使用加热和/或紫外线(UV)辐照工艺来固化和硬化面板级上的每种粘合剂。
一种额外的工艺包括从面板级光学封装阵列126切割分离单体光学封装100。在示例中，切割分离面板级光学封装阵列326可包括使用切割机来切割每个单体光学封装100。此外，光学封装100可被联接至其它装置(例如，印刷电路板、微处理器)，以形成更大的电子装置/系统。
可以预期的是，在制造光学封装100时，可以实施其它工艺，例如：焊接和回流、放置额外的粘合剂和/或玻璃盖体、在单体玻璃盖体334上放置光纤等。
结论
尽管本主题已针对各结构特征和/或各工艺操作而用语言进行描述，但将被理解的是，在所附的权利要求中限定的主题不必限制于上述的具体特征或动作。更确切地，上述的具体特征和动作是作为实施各权利要求的实例的形式被公开的。

Claims (20)

1.一种光学封装，包括：
封装基片；
设置在所述封装基片上的特定用途集成电路裸片，所述特定用途集成电路裸片包括检测器；
设置在所述封装基片上的至少一个非光学传感器裸片；
设置在所述封装基片上的预模制聚合物面板单元格，所述预模制聚合物面板单元格包括至少一个腔和至少一个侧壁，所述至少一个侧壁构造成限制所述特定用途集成电路与所述至少一个非光学传感器裸片之间的串扰；和
设置在所述预模制聚合物面板单元格上的玻璃盖体。
2.根据权利要求1所述的光学封装，其特征在于，所述封装基片包括延伸穿过所述封装基片的至少一个通气孔。
3.根据权利要求1所述的光学封装，其特征在于，所述封装基片包括层压板。
4.根据权利要求1所述的光学封装，其特征在于，所述封装基片包括陶瓷。
5.根据权利要求1所述的光学封装，进一步包括：
至少一个基座，其中，所述特定用途集成电路裸片或所述至少一个非光学传感器基片中的至少一个被设置在所述至少一个基座上。
6.根据权利要求5所述的光学封装，其特征在于，所述至少一个基座包括间隔件裸片。
7.根据权利要求1所述的光学封装，进一步包括：
第一粘合膜元件，所述第一粘合膜元件设置在所述预模制聚合物面板单元格和所述封装基片之间。
8.根据权利要求1所述的光学封装，进一步包括：
第二粘合膜元件，所述第二粘合膜元件设置在所述预模制聚合物面板单元格和所述玻璃盖体之间。
9.一种用于制造光学封装的方法，包括：
将特定用途集成电路裸片放置在面板级基片上；
将至少一个非光学传感器裸片放置在所述面板级基片上；
将预模制聚合物面板结合至所述面板级基片；以及
将至少一个玻璃盖体结合至所述预模制聚合物面板。
10.根据权利要求9所述的用于制造光学封装的方法，其特征在于，所述面板级基片包括延伸穿过所述面板级基片的至少一个通气孔。
11.根据权利要求9所述的用于制造光学封装的方法，其特征在于，封装基片包括层压板。
12.根据权利要求9所述的用于制造光学封装的方法，其特征在于，封装基片包括陶瓷。
13.根据权利要求9所述的用于制造光学封装的方法，进一步包括：
将所述特定用途集成电路裸片或所述至少一个非光学传感器裸片中的至少一个放置在至少一个基座上。
14.根据权利要求9所述的用于制造光学封装的方法，进一步包括：
将所述至少一个非光学传感器裸片放置在所述特定用途集成电路裸片上。
15.根据权利要求9所述的用于制造光学封装的方法，进一步包括：
从所述面板级基片切割分离所述光学封装。
16.一种用于制造光学封装的方法，包括：
将特定用途集成电路裸片放置在面板级基片上，所述面板级基片包括至少一个通气孔；
将至少一个非光学传感器裸片放置在所述面板级基片上；
将第一粘合膜元件放置在所述面板级基片上；
将预模制聚合物面板放置在所述第一粘合膜元件上；
将第二粘合膜元件放置在所述预模制聚合物面板上；
将至少一个玻璃盖体放置在所述第二粘合膜元件上；以及
固化所述第一粘合膜元件和所述第二粘合膜元件。
17.根据权利要求16所述的用于制造光学封装的方法，其特征在于，所述面板级基片包括至少一个通气孔。
18.根据权利要求16所述的用于制造光学封装的方法，进一步包括：
从所述面板级基片切割分离所述光学封装。
19.根据权利要求16所述的用于制造光学封装的方法，其特征在于，所述封装基片包括层压板。
20.根据权利要求16所述的用于制造光学封装的方法，其特征在于，所述封装基片包括陶瓷。
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