專利名稱：平面光波電路的電氣互聯(lián)的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及在一個(gè)集成組件中的光學(xué)部件與電子部件的連接，尤其涉及光學(xué)部件與電學(xué)部件的電氣互聯(lián)。
背景技術(shù)：
隨著光纖在通訊系統(tǒng)中應(yīng)用的增加，在光纖的應(yīng)用中越來越需要高光學(xué)部件和電學(xué)部件有較高的集成度。此外，部件本身也越來越復(fù)雜。傳統(tǒng)的導(dǎo)線連接通常使用直徑為25到33微米(μm)的金線來連接電氣線路，例如平面光波電路連接到集成組件的引腳。例如直徑為25微米、長(zhǎng)度為2.5mm的導(dǎo)線的機(jī)械諧振頻率約為2.2kHz。質(zhì)量控制測(cè)試，如Bellcore質(zhì)量鑒定測(cè)試，要求從10Hz到2kHz頻率范圍內(nèi)的振動(dòng)測(cè)試。采用現(xiàn)有技術(shù)中相對(duì)長(zhǎng)的導(dǎo)線，隨著接近或達(dá)到振動(dòng)頻率時(shí)，由于振動(dòng)而導(dǎo)致導(dǎo)線接頭可能斷開或松開，從而引起封裝的部件的故障。為了緩和該問題，將互聯(lián)導(dǎo)體的長(zhǎng)度縮短為大約1mm，使這種導(dǎo)體的振動(dòng)頻率上升到大約5kHz。現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域的該技術(shù)被稱為“縫合”，雖然減少或消除了因振動(dòng)而引起的部件故障，但是它增加了接頭的數(shù)目，并需要用于較短串聯(lián)耦合導(dǎo)體互聯(lián)的島焊點(diǎn)。
連接光學(xué)部件與電學(xué)部件的另一方法是使用饋線，該饋線是印在沿集成組件延伸的襯底上的導(dǎo)體。對(duì)于諸如熱-光8×8開關(guān)的部件，能夠產(chǎn)生超過200個(gè)電氣連接。線路必須具有足以保持其相對(duì)低電阻的尺寸，以避免寄生加熱，而同時(shí)在鄰近的線路之間必須有足夠的空間，以防止電串?dāng)_。這些因素導(dǎo)致集成組件可觀數(shù)量表面積的消耗，而減少了因利用分離電導(dǎo)體而引發(fā)的一些內(nèi)在的問題，使用平行饋線不能產(chǎn)生緊湊的混合集成組件。
因此，就需要適用于單個(gè)集成組件中光學(xué)/電學(xué)器件的封裝技術(shù)和結(jié)構(gòu)，該集成組件能緩和現(xiàn)有技術(shù)中導(dǎo)線粘結(jié)和連接技術(shù)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的互聯(lián)系統(tǒng)提供了光/電部件的集成組件，光/電部件包括一個(gè)光學(xué)部件和一個(gè)或多個(gè)與光學(xué)部件相間隔的絕緣材料的橋。電學(xué)部件裝配在與光學(xué)部件相反一側(cè)的橋上。通過穿過電橋延伸的電鍍通孔連接，實(shí)現(xiàn)電學(xué)部件與面向光學(xué)部件一側(cè)橋上的導(dǎo)體的電連接。使用相對(duì)短的電導(dǎo)體，使光學(xué)部件與電學(xué)部件互聯(lián)，并且使光學(xué)或電學(xué)部件與集成組件延伸出的連接引腳相連接。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，設(shè)置了一個(gè)或多個(gè)橋，使得橋的電導(dǎo)體直接接觸耦合到連接引腳。該連接引腳使用導(dǎo)電粘結(jié)媒介，如導(dǎo)電膠材料或焊料。橋第二側(cè)上的電觸點(diǎn)采用穿過橋的電鍍通孔連接耦合到橋的第一側(cè)，并耦合到電學(xué)部件，該電學(xué)部件通過相對(duì)短的導(dǎo)線連接耦合到光學(xué)部件。
在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，電橋包括集成組件中面向光學(xué)部件一側(cè)上的多個(gè)電導(dǎo)體或觸點(diǎn)。使用導(dǎo)電粘結(jié)媒介，如導(dǎo)電膠或焊料，直接完成光學(xué)器件和面向光學(xué)部件的橋表面上的觸點(diǎn)與連接器引腳之間的電接觸。通孔連接將橋第一側(cè)上的導(dǎo)體與裝配在橋第二側(cè)上的電學(xué)部件耦合。該結(jié)構(gòu)去除了電學(xué)部件和光學(xué)部件之間以及這兩種部件與連接器引腳之間的導(dǎo)線連接。在每個(gè)實(shí)施例中，可大大減小或去除了電/光集成組件中導(dǎo)線接頭的數(shù)目，產(chǎn)生了更經(jīng)濟(jì)更可靠的部件。
在以下詳細(xì)描述中將進(jìn)一步給出本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)，通過以下結(jié)合權(quán)利要求和附圖所述發(fā)明的討論和理解使本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。
應(yīng)該理解到以上描述僅僅是本發(fā)明的舉例，它試圖提供理解如所述本發(fā)明的特性和特征的概述。所包含的附圖用于提供對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步的理解，并作為本說明書的一部分。


了本發(fā)明的各種特征和實(shí)施例，它和描述一起用于解釋本發(fā)明的原理和操作。

圖1是使用本發(fā)明的平面光波電路的局部透視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例平面光波電路的集成組件的局部頂視圖；圖3是沿圖2中剖面線III-III截取的，如圖2所示平面光波電路封裝的局部示意性的剖面圖；
圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例平面光波電路的集成組件的局部頂視圖；圖5是沿圖4中剖面線V-V截取的，如圖4所示集成組件第二實(shí)施例的剖面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例平面光波電路的集成組件的局部頂視圖；和圖7是沿圖6中剖面線VII-VII截取的，圖6中所示集成組件實(shí)施例的剖面圖。
較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述本發(fā)明涉及諸如光學(xué)開關(guān)等平面光波電路的封裝，該電路主要包括必須在其中進(jìn)行電連接的電學(xué)部件，如電阻加熱器。此外，經(jīng)常將這些器件與其它電學(xué)部件，如發(fā)光二極管、電阻器、電容器或其它無源電學(xué)部件，封裝在一起，在通訊網(wǎng)絡(luò)中，平面光波電路耦合到這些電學(xué)部件。圖1顯示了馬赫-曾德耳結(jié)構(gòu)的2×2光學(xué)開關(guān)10，用以說明本發(fā)明可以使用的平面光波電路類型。
如圖1所示，開關(guān)10包括可覆蓋石英包層14的硅襯底12。一對(duì)波導(dǎo)16和18嵌入在包層14中。第一輸入光纖20和第二輸入光纖22分別耦合到波導(dǎo)16和18。在耦合器24中波導(dǎo)16和18粘結(jié)，耦合器24構(gòu)成了馬赫-曾德耳干涉儀的一部分。通過電連接29和31向熱阻元件28施加來自電源(表示為電池32)的電功率，使得熱阻元件28的選擇性地控制干涉儀一條腿的長(zhǎng)度，用于將輸入I1或輸入I2切換到輸出O1或輸出O2。第二耦合器34使馬赫-曾德耳干涉儀26的一條腿粘結(jié)，使得輸出波導(dǎo)36和38分別耦合到第一輸出光纖40和第二輸出光纖42。眾所周知，通過將電功率施加到熱阻元件28，可以將光纖20上的輸入信號(hào)從光纖40的輸出端切換到光纖42，類似地，輸入光纖22的輸入信號(hào)可以被切換到輸出端40或42。
在該2×2開關(guān)中，在熱阻元件28上安排兩個(gè)電氣互聯(lián)。對(duì)2×8的開關(guān)來說，就會(huì)有7個(gè)熱阻元件，并需要14個(gè)連接，而在更復(fù)雜的開關(guān)中，如8×8的開關(guān)，就有112個(gè)加熱元件并需要224個(gè)電連接。因此，隨著諸如電路10的平面光波電路尺寸的增加以及復(fù)雜性的增加，平面光波電路自身的電連接的數(shù)目也增加。此外，采用這種電路，諸如電阻器、電容器、LED等無源電學(xué)部件或與平面光波電路一同使用并與器件同一集成組件中的其它分離電學(xué)部件的數(shù)目會(huì)顯著增加。
過去，正如背景中所提到的，分離的電連接的實(shí)現(xiàn)采用了提供這種連接的相當(dāng)長(zhǎng)金線、較短“縫合”導(dǎo)線，或印刷饋線的導(dǎo)線粘結(jié)的電路板。本發(fā)明的系統(tǒng)提供了獨(dú)特的集成組件，它消除了導(dǎo)線粘結(jié)斷開的問題和加熱產(chǎn)生的問題，并提供了光/電部件的高密度封裝。
現(xiàn)在參考圖2，其中顯示了實(shí)施本發(fā)明的封裝光/電部件50，其中去除了頂蓋，使得能夠清楚地看見集成組件內(nèi)部。集成組件包括由鐵、鎳、鈷的合金Kovar制成的鍍金外殼52。然而，外殼也可以由其它材料制成，包括合適的聚合材料。外殼52具有多個(gè)導(dǎo)電引腳54，通常引腳54穿過集成組件50中的貫通絕緣體51延伸，以實(shí)現(xiàn)集成組件50內(nèi)部部件的電連接。集成組件包括耦合到光學(xué)部件的輸入光纖束56和輸出光纖束58，光學(xué)部件諸如開關(guān)60的平面光波電路，它可以是具有如圖1所示的馬赫-曾德耳結(jié)構(gòu)的2×2開關(guān)，或者是具有多個(gè)輸入端和輸出端的多種開關(guān)，或者是需要連接到電導(dǎo)體的任何其它光學(xué)部件?？烧{(diào)光纖布拉格光柵和光學(xué)放大器僅僅是這種光學(xué)部件的實(shí)例。
集成組件50包括帶有絕緣材料墊片62的肩64(圖3)，它位于光學(xué)部件60的相對(duì)側(cè)，用于支撐接觸引腳54。肩64還支撐一對(duì)平面橋70、71，在相符的實(shí)施例中，平面橋包括由鋁(Al2O3)、陶瓷、玻璃或其它諸如光纖環(huán)氧的合適材料組成的絕緣材料。橋70、71通過適當(dāng)?shù)恼澈蟿┕潭ㄔ谕鈿?2的肩64上。在所示的實(shí)施例中，橋構(gòu)成了一般的平面矩形部件，其寬度略小于集成組件50的內(nèi)部寬度，它位于肩64上，選擇其長(zhǎng)度以支撐耦合到光學(xué)部件60或引腳54所期望數(shù)目的電學(xué)部件或?qū)w，在較佳實(shí)施例中，橋的厚度約為0.5到1mm。橋70、71具有位于光學(xué)開關(guān)60上的第一表面72，光學(xué)開關(guān)和第一表面間隔距離約為25到100μm，以及相對(duì)的或上表面74可以容納電學(xué)部件80，如電阻器、電容器、互阻抗放大器、光電二極管等等。橋70包括一對(duì)允許導(dǎo)體填入的通孔導(dǎo)體76，如短線導(dǎo)體75(＜1mm)將圖3所示的連接器引腳54之一耦合到連接通孔導(dǎo)體76的表面導(dǎo)體77，用于將電信號(hào)或功率從引腳饋送至橋70的下表面72上的導(dǎo)體78。使用通孔導(dǎo)體75將提供橋70的相對(duì)表面72、74之間較短的、無故障的直接耦合，使得連接器引腳54可以通過諸如長(zhǎng)度小于大約1mm的導(dǎo)體75這樣較短的導(dǎo)體耦合到表面72或78上形成的圖形導(dǎo)體以通過附加的通孔連接器耦合到其它引腳連接器或部件。在橋70、71上按要求提供孔隙的地方形成通孔導(dǎo)體，其中采用導(dǎo)電材料來電鍍孔隙的邊緣，如在一些應(yīng)用中為采用銅或金。通過絲網(wǎng)印刷、掩膜沉積或其它常規(guī)的工藝，形成橋表面上的導(dǎo)體77和78。
在圖2和3所示的實(shí)例中，導(dǎo)體75與橋70上表面74上的導(dǎo)體77、79相耦合，導(dǎo)體77、79還電耦合到通孔導(dǎo)體76和橋70下表面72上的導(dǎo)體78。導(dǎo)體79通過短線(小于1mm)導(dǎo)體73耦合到光學(xué)開關(guān)60上第一電阻加熱膜66的一端61。膜66的另一端通過短線67(圖2)耦合到橋71上的導(dǎo)體77’，并通過另一短線68耦合到連接器引腳54。因此，橋70，71提供了方便于印刷導(dǎo)體和部件的安裝平臺(tái)，以消除了較長(zhǎng)的或多線連接，并允許將來自一對(duì)連接器引腳54的控制信號(hào)饋送至光學(xué)部件60的控制加熱器66。正如圖2和3所示，第二加熱器66’通過橋70、71類似地耦合到與加熱器66’關(guān)聯(lián)的連接器引腳54。
除了將連接器引腳54耦合到光學(xué)部件60的電觸點(diǎn)之外，橋70、71還提供了將另外的電學(xué)部件及其與光學(xué)部件60電連接的物理安裝平臺(tái)。在圖2中，例如電阻器80安裝在橋70的表面74上，并耦合在上導(dǎo)體79和79’之間。可以類似地安裝其它電學(xué)部件，并通過較短的電導(dǎo)體和通孔導(dǎo)體耦合到橋70、71表面上的導(dǎo)體。因此，通過使用橋70和從橋的第一表面延伸到第二相對(duì)表面的通孔導(dǎo)體，允許較少的、相對(duì)短的導(dǎo)體將集成組件的外部引腳連接器耦合到光學(xué)開關(guān)。
可以理解，可以將多個(gè)部件安裝在相對(duì)大的橋70上表面74，橋70為這些部件提供了較大的安裝表面。在該實(shí)施例中，雖然使用較短的電導(dǎo)體，但是70、71使集成組件的尺寸最小化，而使電學(xué)部件的數(shù)量最大化，這些電學(xué)部件可以相對(duì)于光學(xué)部件接近地配置，通過提供電學(xué)和光學(xué)部件之間的短線連接，使得它們間很容易地互聯(lián)起來。
在圖4和5所示的另一實(shí)施例中，與圖2和3中所示的相同或類似的部分采用了相同的標(biāo)號(hào)。在圖4和5所示的實(shí)施例中，通過采用導(dǎo)電粘合劑100、102印刷在橋70下表面72上的電學(xué)導(dǎo)體90、92的接合，使得用于連接在橋70上的電接觸直接向外延伸到引腳連接器54，以形成引腳連接器54和成對(duì)導(dǎo)體90、92之間的電接觸。粘合劑100、102可以是任何合適的導(dǎo)電膠，例如填充銀的環(huán)氧如EPO-Tek H20E。通過XY定位器上的膠劑分配注射器，或者通過絲網(wǎng)印刷術(shù)涂覆，將環(huán)氧覆蓋到橋70下表面72上的適當(dāng)導(dǎo)體90、92。一旦覆蓋了環(huán)氧，將橋70(和橋71)對(duì)準(zhǔn)地配置在集成組件52上，并且允許橋固化，以提供橋上電導(dǎo)體和連接引腳54之間的機(jī)械或電接觸，該橋具有預(yù)定圖形的導(dǎo)體90、92，該導(dǎo)體對(duì)應(yīng)于并與如圖2和3中的實(shí)施例中所示電鍍通孔導(dǎo)體76通信。正如第一實(shí)施例，橋70的上表面74可以支撐多個(gè)電學(xué)部件80，這些電學(xué)部件可通過短線73、73’耦合到光學(xué)開關(guān)或其它光學(xué)部件60。通孔導(dǎo)體76通過上表面印刷導(dǎo)體79、79’向部件80提供外部連接器引腳54和導(dǎo)體90、92間的連接。應(yīng)該理解到，對(duì)多極開關(guān)來說，只要用重復(fù)的方式來實(shí)現(xiàn)多個(gè)連接。在實(shí)施例通過將導(dǎo)體90、92直接粘結(jié)到連接器引腳54，去除了圖2和3實(shí)施例中的短線連接75。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，采用了圖6和7所示的結(jié)構(gòu)，完全去除了之前實(shí)施例中所用的相對(duì)短線導(dǎo)體。在該實(shí)施例中，使用單個(gè)橋70，它基本覆蓋了光學(xué)部件。導(dǎo)體90、92的圖形印刷在橋70的下表面上，并通過通孔導(dǎo)體76選擇性地與橋70的上表面或相反表面74上的電學(xué)部件80通信。采用如圖4和5實(shí)施例中的導(dǎo)電膠100、102，導(dǎo)體90、92的圖形直接耦合到集成組件50的外部連接引腳54。此外，這些導(dǎo)體通過104、106處的導(dǎo)電膠直接耦合到例如光學(xué)開關(guān)60上電阻元件66、66’的電接觸65。
因此，在橋70下表面72上的導(dǎo)體90、92上的導(dǎo)電膠圖形提供了光學(xué)部件與導(dǎo)體90、92的電連接，以及從導(dǎo)體90、92到外部連接引腳54的電連接，因此去除了所有分離的線連接。電鍍通孔導(dǎo)體76在橋70下表面72上的導(dǎo)體90、92之間延伸到上表面74上的導(dǎo)體79、79’，在上表面上安裝了電學(xué)部件，如電阻器80。橋70的下表面與光學(xué)部件60的間隔約為75到100μm，以確保粘合劑接觸導(dǎo)體90、92，并將導(dǎo)體90、92粘結(jié)到引腳54和光學(xué)部件60中電阻元件66、66’的觸點(diǎn)65。采用與第二實(shí)施例中所使用相同的粘合劑并使用注射器或絲網(wǎng)印刷的工藝來涂覆。
在每個(gè)實(shí)施例中，在光學(xué)部件上光學(xué)部件集成組件的外殼中對(duì)準(zhǔn)地配置一個(gè)或多個(gè)橋，使橋上的電導(dǎo)體、光學(xué)部件上的接觸板和從集成組件延伸的連接器引腳之間的導(dǎo)線互聯(lián)最小化。通孔導(dǎo)體在橋的相對(duì)表面之間延伸，使得安裝在橋表面上的電導(dǎo)體和部件可能電耦合到光學(xué)部件。在本發(fā)明推符的實(shí)施例中，面對(duì)光學(xué)部件的橋表面具有導(dǎo)體，該導(dǎo)體使用導(dǎo)電膠可以直接耦合到光學(xué)部件的電觸點(diǎn)和外部接觸引腳，以去除各個(gè)光學(xué)和電學(xué)部件之間的導(dǎo)線連接。
對(duì)本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員顯而易見的是，不脫離以下權(quán)利要求書所定義本發(fā)明的精神和范圍，可以實(shí)現(xiàn)這里所述本發(fā)明較佳實(shí)施例的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，它包括光學(xué)部件的外殼；光學(xué)部件，位于所述外殼中，并且其上具有至少一個(gè)電觸點(diǎn)；絕緣材料的平面構(gòu)件，它安裝在所述外殼中，間隔地對(duì)準(zhǔn)所述光學(xué)部件，所述構(gòu)件包括面向所述電學(xué)部件的第一表面，和所述第一表面上的導(dǎo)體；以及導(dǎo)電粘結(jié)材料，它將所述導(dǎo)體直接耦合到所述光學(xué)部件的所述觸點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，還包括至少一個(gè)通孔連接器，它在所述第一表面和所述構(gòu)件的相反表面之間延伸，用于將電導(dǎo)體與所述構(gòu)件相反側(cè)上的部件相互耦合。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，還包括電學(xué)部件，它安裝在所述構(gòu)件的所述相反側(cè)上，并耦合到所述通孔連接器。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，還包括連接器引腳，它從所述外殼延伸，用于耦合到所述電學(xué)部件和所述光學(xué)部件。
5.如權(quán)利要求4所述的光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，所述構(gòu)件的所述第一表面上的所述導(dǎo)體向一個(gè)連接器引腳上延伸，并直接耦合到該引腳。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，所述一個(gè)連接器引腳和所述導(dǎo)體通過導(dǎo)電粘結(jié)材料電耦合。
7.如權(quán)利要求6所述的光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，所述粘結(jié)材料是導(dǎo)電膠。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)/電學(xué)器件，其特征在于，所述粘結(jié)材料是導(dǎo)電膠。
9.一種封裝光學(xué)/電學(xué)部件的方法，其特征在于，包括以下步驟將具有電觸點(diǎn)的光學(xué)部件設(shè)置在外殼中；在絕緣材料橋上形成電導(dǎo)體；將所述絕緣材料橋間隔地對(duì)準(zhǔn)光學(xué)部件；以及將所述橋上的所述電導(dǎo)體粘結(jié)到所述光學(xué)部件的所述電觸點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，還包括將電學(xué)部件安裝與所述光學(xué)部件相反的所述橋表面上。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，還包括在橋的相反表面之間延伸至少一個(gè)通孔連接器。
全文摘要
電學(xué)/光學(xué)部件的集成組件包括光學(xué)部件(60)和間隔光學(xué)部件(60)安裝的一個(gè)或多個(gè)絕緣材料的橋(70,71)。將電學(xué)部件安裝在橋上與光學(xué)部件相反的一側(cè)上。通過穿過橋延伸的電鍍通孔連接,實(shí)現(xiàn)從電學(xué)部件到面向光學(xué)部件橋一側(cè)上導(dǎo)體的電連接。使用相對(duì)短的電連接器(73、73’、75、75’),使光學(xué)部件與橋上形成的導(dǎo)體互聯(lián),并連接到從集成組件延伸的連接引腳(54)。
文檔編號(hào)G02B6/42GK1379863SQ00814537
公開日2002年11月13日 申請(qǐng)日期2000年9月15日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月19日
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