TWI842485B - 可插拔式光學封裝結構 - Google Patents

Abstract

一種可插拔式光學封裝結構，包括：一基板、一承載環、至少一光學連接組件，及一蓋板，該基板上設有至少一電子晶粒及至少一光學晶粒；該承載環位在該基板上，該電子晶粒與該光學晶粒於該承載環合圍的區域內；該光學連接組件包括插座、接頭、複數根光纖及光纖陣列連接器，該插座位在該承載環局部區段，該接頭插入該插座內，該複數根光纖一端耦接於該接頭，另一端耦接於該光纖陣列連接器，並由該光纖陣列連接器與該光學晶粒相耦接；該蓋板位在該承載環上，且向內延伸至該光學晶粒上方，藉此結構有於利於在封裝作業中無光纖外露情形，有助於組裝作業的進行且能提升良率。

Description

可插拔式光學封裝結構

本發明為一種有關光學封裝結構的技術領域，尤其指一種涉及光學晶粒與電子晶粒同時封裝在一起的可插拔式光學封裝結構。

「應用特定積體電路」，全稱為(Application-Specific Integrated Circuit，簡稱ASIC)。它是一種積體電路晶片，由設計者按照特定應用的需求進行設計和定制，因此具有高度的定制性和專業性。ASIC可以用於多種領域，如通信、電腦、汽車電子、醫療器械等，具有較高的性能和可靠性。隨著運算速率的不斷要求，有些ASIC中會同時具備具光子積體電路(Photonic Integrated Circuit，簡稱PIC)以及電子積體電路(Electronic Integrated Circuit，簡稱EIC)，使得原本電訊號得以轉換為光信號，以應付不斷要求提昇的運算速率。

在光學封裝結構中，電子積體電路將訊號耦接於光子積體電路，使電訊號轉換光訊號，連接於光子積體電路的光纖陣列用以將光訊號接收或向外傳輸，光訊號的傳輸主要介質為光纖，但若在最初的光學封裝結構中，就存在著許多外露的光纖線，此將造成封裝作業的難度提高，不良率升高，因為封裝過程中須於各工作站之間不斷移動，過程中不小心的拉扯或碰觸就可能造成光纖斷裂或其他構件損壞。另外此類光學封裝結構中，光訊號對準作業是非常重要且困難的課題，因為精準度要求嚴格，在組裝過程中任何一構件如光子積 體電路、光纖陣列連接器、插座連接器安裝上出現錯位，就必須耗費大量的時間進行校正，不慎費時又費工，如何簡化組裝上的難度，又能維持對位的精準度，也是本發明必須研究改良的課題，為此本發明提供一種可插拔式光學封裝結構，以解決此問題。

為實現前述目的，本發明採用了如下技術方案：本發明為一種可插拔式光學封裝結構，包括：一基板、一承載環、至少一光學連接組件以及一蓋板，該基板上設有至少一電子晶粒及至少一光學晶粒；該承載環位在該基板上，該電子晶粒與該光學晶粒於該承載環合圍的區域內；該光學連接組件包括至少一插座、至少一接頭、複數根光纖及至少一光纖陣列連接器，該插座位在該承載環局部區段，該接頭設置在該插座內，該複數根光纖一端耦接於該接頭，另一端耦接於該光纖陣列連接器，並由該光纖陣列連接器與該光學晶粒相耦接；該蓋板位在該承載環上，且向內延伸至該光學晶粒上方。

作為較佳優選實施方案之一，還包括一散熱單元，該蓋板中央具有一窗口，該散熱單元位於該窗口內且與該電子晶粒接觸。

作為較佳優選實施方案之一，該散熱單元為一散熱片，由該散熱片位在該電子晶粒上。

作為較佳優選實施方案之一，該插座具有至少一個對接室，該接頭設置於該對接室內。

作為較佳優選實施方案之一，該承載環具有至少一缺口，該插座設置於該缺口。

作為較佳優選實施方案之一，該承載環包括上下依序堆疊的數固定片及一底環，該底環為封閉的環形且位於該基板上，數個該固定片設置於該底環上且形成至少一缺口，該插座位在該缺口。

作為較佳優選實施方案之一，該缺口還具有至少一定位槽，該插座相對位置具有至少一凸耳，在該插座設置於該缺口，該凸耳亦在該定位槽內。

作為較佳優選實施方案之一，該光纖陣列連接器具有至少一第一耦合部，該光學晶粒頂部的相對位置具有至少一第二耦合部，在該光纖陣列連接器設置於該光學晶粒上時，該第一耦合部耦合於該第二耦合部。

與現有技術相比，本發明可插拔式光學封裝結構利用該光學連接組件作為對外對接的媒介，在該基板上由該承載環及該蓋板所合圍的區域內包圍且遮蔽該光學晶粒及該電子晶粒，如此能避免封裝作業中出現光纖外露的情形，提高封裝作業的良率，另外本發明各構件之間利用定位槽或相對形狀的對接結構，以被動對準的組裝方式，能大幅減少各構件之間的校正對準時間，減短組裝時間，有助於提高產品良率。

10:基板

11:光學晶粒

12:電子晶粒

13:電子晶粒

20:承載環

21:底環

22:固定片

23:缺口

231:定位槽

30:光學連接組件

31:插座

311:對接室

312:凸耳

32:接頭

33:光纖

34:光纖陣列連接器

40:蓋板

41:窗口

50:散熱單元

80:光纖插頭

圖1為本發明的立體圖。

圖2為本發明去除蓋板後之內部結構示意圖。

圖3為本發明的分解圖。

圖4為本發明另一實施例的分解圖。

圖5為本發明光學連接組件的分解示意圖。

圖6為本發明之剖面圖。

圖7為本發明實際使用的示意圖。

下面將結合具體實施例和附圖，對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述。需要說明的是，當元件被稱為「安裝於或固定於」另一個元件，意指它可以直接在另一個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是「連接」另一個元件，意指它可以是直接連接到另一個元件或者可能同時存在居中元件。在所示出的實施例中，方向表示上、下、左、右、前和後等是相對的，用於解釋本案中不同部件的結構和運動是相對的。當部件處於圖中所示的位置時，這些表示是恰當的。但是，如果元件位置的說明發生變化，那麼認為這些表示也將相應地發生變化。

除非另有定義，本文所使用的所有技術和科學術語與屬於本發明技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中所使用的術語只是為了描述具體實施例的目的，不是旨在限制本發明。本文所使用的術語「和/或」包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1、圖2及圖3所示，為本發明可插拔式光學封裝結構的立體圖及內部結構示意圖。本發明可插拔式光學封裝結構，包括一基板10、一承載環20、數個光學連接組件30及一蓋板40。該基板10上設有至少一光學晶粒11及至少一電子晶粒12、13。該承載環20位在該基板10上，該光學晶粒11與該電子晶粒12、13於該承載環20合圍的區域內。該光學連接組件30包括至少一插座31、至少一接頭32、複數根光纖33以及至少一光纖陣列連接器34，該插座31位在該承載環20局部 區段，該接頭32設置於該插座31內，該複數根光纖33一端耦接於該接頭32，另一端耦接於該光纖陣列連接器34，並由該光纖陣列連接器34與該光學晶粒11相耦接。該蓋板40位在該承載環20上，且向內延伸至該光學晶粒11上方。

藉此本發明可插拔式光學封裝結構是利用多個外露的插座31作為訊號對接的媒介，並由該蓋板40遮蔽頂面大部份區域，如此在封裝作業過程中，就暫時不存在許許多多光纖線外露的情形，在封裝作業結束後欲進行測試時，再將連接測試設備的光纖插頭插入該插座31內，並與內部該接頭32相對接，如此能大幅減少封裝過程中，發生因不小心拉扯而造成光纖斷裂或損壞的情形，能簡化封裝製程的難度，提升生產的良率。

接著就各構件的結構作一詳細的說明：該基板10為矽基板(substrate)，該基板10上設有至少一光學晶粒11(Photonic Integrated Circuit，簡稱PIC)及至少一個電子晶粒(Electronic Integrated Circuit，簡稱EIC)。在本實施例中包括多種不同功能的電子晶粒12、電子晶粒13，例如中央處理器、圖形處理器、轉換器等。該光學晶粒11提供光訊號與電訊號的轉換功能。該電子晶粒13與該光學晶粒11設置於該基板10上，可透過該基板10上的單層或內部的多層線路讓晶粒進行訊號傳輸，該電子晶粒13也可直接設置於該光學晶粒11上。在本實施例中並不限制該光學晶粒11及電子晶粒12的種類及數目，其中數個該光學晶粒11主要分佈位置接近於該基板10周邊，即所在位置鄰近該承載環20，該電子晶粒12、13則設置於中央區域。

如圖3所示，該承載環20設置於該基板10上，用以增加該基板10的剛性，以利半導體製程的順利進行，在本實施例中該承載環20為正方形或長方形的環狀框。在本實施例中該承載環20包括一底環21及數固定片22，該數個固定片22設置於該底環21上且形成至少一缺口23，如圖2所示，該缺口23供該插座31 安裝於此，該缺口23還可設有定位槽231。該定位槽231使該插座31更精準地及便利地安裝於此。

如圖4所示，為本發明的另一實施例，在本實施例中該承載環20是直接成型於該基板10上，且直接讓該承載環20上具有數個該缺口23，該缺口23用以供該插座31安裝於此，該缺口23也形成有特定形狀的定位槽231。在本實施中該基板10是在半導體製程中，直接成型出該承載環20的結構，藉此能減少工序，也能讓後續構件對準或組裝上，更為精確及方便。

如圖5所示，該光學連接組件30用以耦接該光學晶粒11，以及供外部插頭與之對接。該光學連接組件30包括該插座31、該接頭32、該複數根光纖33及該光纖陣列連接器34。該插座31呈中空扁平狀具有至少一個貫穿的對接室311，該對接室311數目對應該接頭32，但貫穿空間長度大於該接頭32，因此當該接頭32固定於該對接室311後，在測試時，外部插頭可由該對接室311的另一方向插入，使得光訊號相互對準而完成對接。該插座31周圍還具有複數個凸耳312，該凸耳312形狀對應該定位槽231內，藉此縮短該插座31安裝於該承載環20的時間，且能確保組裝的精準度。該複數根光纖33一端連接於該接頭32，另一端耦接於該光纖陣列連接器34。該接頭32負責對外的訊號對接，該光纖陣列連接器34則負責耦接於該光學晶粒11。圖中該光纖陣列連接器34為運用本發明先前設計的專利結構，此圖中僅以簡易示意圖。該光纖陣列連接器34內部具有數V型槽供該複數根光纖33黏固於此，並設有全反射的光波導透鏡341。另外為了縮短校正對接時間，該光纖陣列連接器34底部具有至少一第一耦合部342，在本實施中該第一耦合部342數目為兩個且為向下凸起的凸條，另外該光學晶粒11頂部的相對位置也具有至少一第二耦合部111，本實施例中該第二耦合部111數目為兩個且為凹 槽，組裝對準時，是先將該光纖陣列連接器34由上而下設置於該光學晶粒11上，使該第一耦合部342位於該第二耦合部111內，以被動對準方式完成複數根光纖33經該光纖陣列連接器34與該光學晶粒11的對準作業，後續經微調校正再黏固。之後將該接頭32插入在該承載環20上的該插座31內再固定，藉此能大幅縮短組裝及對準時間，快速完成構件的組裝作業。

如圖1及圖6所示，該蓋板40是設置在該承載環20上，用以遮蔽該光學晶粒11上方的空間，用以在封裝作業中，避免其他雜物進入內部，進而造成內部構件損壞。在本實施例中該蓋板40中央還具有一窗口41，該窗口41所在位置為該電子晶粒12、13的上方。本發明還包括一散熱單元50，在本實施例中該散熱單元50為熱傳導係數佳的散熱片，例如石墨烯(Graphene)薄片，也可稱之為集成散熱器(Inegrated Heat Spreader，簡稱IHS)，集成散熱器它是由晶片處理器廠商在製造晶片處理器時直接安裝在晶片頂部的一層金屬材料，通常是銅或鋁，它能夠幫助散熱並分散晶片處理產生的熱量，運作時配合風扇，能更有效地散熱。如圖6所示，組裝時該散熱單元50是直接黏貼在該電子晶粒12、13頂面，藉此該電子晶粒12、13運算時所產生熱，能快速經該散熱單元50快速傳導出去。

如圖7所示，為本發明實際應用的結構示意圖。本發明可插拔式光學封裝結構是由多個外露的該光學連接組件30作為對接結構，較具體正確的說法是利用凸出的該插座31，以該對接室311供外部的光纖插頭80插入，並與內部該接頭32對接，即可完成對接作業，該光纖插頭80在測試時是連接測試設備，在實際運作時連接於一雷射光產生器。因此本發明可插拔式光學封裝結構在封裝作業過程中，並不需要同時連接著許多光纖，即封裝作業中不會有外露的光纖 線，如此封裝設備廠就能以原本的機械設備進行相關作業，不須重新開發新的機器，能減少設備的投資，且運用原本技術生產，良率相對提升。

以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施例之範圍。即凡依本發明申請專利範圍所作的均等變化及修飾，皆為本發明之專利範圍所涵蓋。

10:基板

20:承載環

21:底環

22:固定片

30:光學連接組件

31:插座

40:蓋板

41:窗口

50:散熱單元

Claims (8)

1. 一種可插拔式光學封裝結構，包括：一基板，設有至少一電子晶粒及至少一光學晶粒；一承載環，位在該基板上，該電子晶粒與該光學晶粒於該承載環合圍的區域內；至少一光學連接組件，該光學連接組件包括至少一插座、至少一接頭、複數根光纖及至少一光纖陣列連接器，該插座位在該承載環局部區段，該接頭固定在該插座內，該複數根光纖一端耦接於該接頭，另一端耦接於該光纖陣列連接器，並由該光纖陣列連接器與該光學晶粒相耦接；一蓋板，位在該承載環上，且向內延伸至該光學晶粒上方。
2. 如請求項1所述之可插拔式光學封裝結構，還包括一散熱單元，該蓋板中央具有一窗口，該散熱單元位於該窗口內且與該電子晶粒接觸。
3. 如請求項2所述之可插拔式光學封裝結構，該散熱單元為一散熱片，由該散熱片位在該電子晶粒上。
4. 如請求項1所述之可插拔式光學封裝結構，該插座具有至少一個對接室，該接頭設置於該對接室內。
5. 如請求項1所述之可插拔式光學封裝結構，該承載環具有至少一缺口，該插座設置於該缺口。
6. 如請求項1所述之可插拔式光學封裝結構，該承載環包括上下依序堆疊的數固定片及一底環，該底環為封閉的環形且位於該基板上，數個該固定片設置於該底環上且形成至少一缺口，該插座位在該缺口。
7. 如請求項5或6所述之可插拔式光學封裝結構，該缺口還具有至少一定位槽，該插座相對位置具有至少一凸耳，在該插座設置於該缺口，該凸耳亦在該定位槽內。
8. 如請求項1所述之可插拔式光學封裝結構，該光纖陣列連接器具有至少一第一耦合部，該光學晶粒頂部的相對位置具有至少一第二耦合部，在該光纖陣列連接器設置於該光學晶粒上時，該第一耦合部耦合於該第二耦合部。

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