半导体封装结构

摘要

本发明涉及光子半导体领域，其提供了一种半导体封装结构。在本发明的实施方式中，所述半导体封装结构包括：光源器件，其用于产生并发出光；光芯片，其用于对所述光源器件发出的光进行处理；光耦合组件，其用于将所述光源器件发出的光耦合至所述光芯片中；以及制冷器，其与所述光源器件热连接，用于对所述光源器件进行散热处理。本发明通过将光源集成到光芯片封装里面，避免了现有技术因光纤阵列产生的缺陷。

权利要求

1.一种半导体封装结构，其特征在于，所述半导体封装结构包括：光源器件，其用于产生并发出光；

光芯片，其用于对所述光源器件发出的光进行处理；

转接板，所述光芯片的上表面安装在所述转接板的下表面上；

电芯片，所述电芯片安装在所述转接板的上表面上；

光耦合组件，其用于将所述光源器件发出的光耦合至所述光芯片中，所述光耦合组件包括转光镜；以及制冷器，其与所述光源器件热连接，用于对所述光源器件进行散热处理；

散热板，所述散热板包括光源安装区域和光芯片安装区域，所述制冷器安装在所述散热板的所述光源安装区域上，所述光源器件设置在所述制冷器上，所述光芯片安装在所述散热板的所述光芯片安装区域；其中，‑6

所述散热板采用导热系数大于或等于23W/(mK)，热膨胀系数低于或等于7.7×10 的材料制成。

2.如权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，还包括基板；

在所述基板上设有开口；

所述散热板及其上的所述制冷器和所述光芯片位于所述开口中并由所述转接板支承于所述基板。

3.如权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述散热板包括陶瓷板。

4.如权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，在所述制冷器与所述光源器件之间设置有光源承载板。

5.如权利要求2所述的半导体封装结构，其特征在于，所述转接板将所述电芯片与所述光芯片电连接。

6.如权利要求2所述的半导体封装结构，其特征在于，所述转接板具有开口；

在所述转接板的开口中，所述转光镜设置在所述光芯片的上表面上，以将来自所述光源器件的光耦合到所述光芯片中。

7.如权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述光源器件包括激光器芯片。

8.如权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述制冷器为热电制冷器。

说明书

半导体封装结构

技术领域

[0001] 本发明涉及光子半导体技术领域，更为具体而言，涉及一种半导体封装结构。

背景技术

[0002] 在光子计算中使用的光芯片通常需要激光器提供光源。在现有技术中，激光器与光芯片是设置在不同的封装结构中，采用光纤阵列通过边耦合和光栅耦合两种方式将外部设置的激光器产生的光输入到光芯片封装结构中。

[0003] 在现有的光纤耦合中，由于光芯片需要开口来让尾纤通过，对芯片封装不利，影响设备性能。并且，光纤阵列的高度较大，占用的空间较大。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种半导体封装结构，其将光源集成到光芯片封装里面，避免了现有技术因光纤阵列产生的缺陷。

[0005] 在本发明的实施方式中，所述半导体封装结构包括光源器件、光芯片、光耦合组件、以及制冷器。其中，所述光源器件用于产生并发出光；所述光耦合组件用于将所述光源器件发出的光耦合至所述光芯片中；所述光芯片用于对所述光源器件发出的光进行处理；以及所述制冷器与所述光源器件热连接，用于对所述光源器件进行散热处理。

[0006] 根据本发明实施方式，通过将光源器件集成到光芯片的封装结构中，减小了空间占用，增加了集成度。并且通过制冷器对光源器件进行散热，有效提高了元器件运行的稳定性。

[0007] 在本发明的一种实施方式中，所述半导体封装结构还包括基板和转接板；所述制冷器安装在所述基板上，所述光源器件设置在所述制冷器上；所述光芯片安装在转接板上，所述转接板安装在所述基板上。

[0008] 在一些实施方式中，所述基板上设有开口；所述光芯片的上表面安装在所述转接板的下表面上；所述光芯片位于所述基板的开口中并由所述转接板支承于所述基板。

[0009] 在一些实施方式中，所述半导体封装结构还包括电芯片，所述电芯片安装在所述转接板的上表面上，并且所述转接板将所述电芯片与所述光芯片电连接。

[0010] 在一些实施方式中，所述光耦合组件包括转光镜；所述转接板具有开口；在所述转接板的开口中，所述转光镜设置在所述光芯片的上表面上，以将来自所述光源器件的光耦合到所述光芯片中。可选的，所述转光镜包括棱镜。

[0011] 在一些实施方式中，所述光源器件包括激光器芯片。可选的，在所述制冷器与所述光源器件之间设置有光源承载板。

[0012] 在本发明的另一种实施方式中，所述半导体封装结构除了包括光源器件、光芯片、光耦合组件、以及制冷器，还包括散热板。所述散热板包括光源安装区域和光芯片安装区域；所述制冷器安装在所述散热板的光源安装区域上，所述光源器件设置在所述制冷器上；所述光芯片安装在所述光芯片安装区域。可选的，所述散热板包括陶瓷板。

[0013] 在一些实施方式中，所述半导体封装结构还包括基板和转接板；在所述基板上设有开口；所述光芯片的上表面安装在所述转接板的下表面上；所述散热板及其上的所述制冷器和所述光芯片位于所述开口中并由所述转接板支承于所述基板。

[0014] 在一些实施方式中，所述半导体封装结构还包括电芯片，所述电芯片安装在所述转接板的上表面上，并且所述转接板将所述电芯片与所述光芯片电连接。

[0015] 在一些实施方式中，所述光耦合组件包括转光镜；所述转接板具有开口；在所述转接板的开口中，所述转光镜设置在所述光芯片的上表面上，以将来自所述光源器件的光耦合到所述光芯片中。可选的，所述转光镜包括棱镜。

[0016] 在一些实施方式中，所述光源器件包括激光器芯片。可选的，在所述制冷器与所述光源器件之间设置有光源承载板。

[0017] 在一些实施方式中，所述制冷器为热电制冷器。

[0018] 根据本发明的上述实施方式可知，相比于采用光纤阵列输入外部光源的结构，本发明的半导体封装结构将激光器集成到芯片封装中，减小了空间占用，增加了集成度。此外，在光芯片下面设置一个陶瓷板，将激光器安装到陶瓷板上，可以解决散热问题并且可保持稳定的耦合性能。

[0019] 本发明实施方式的各个方面、特征、优点等将在下文结合附图进行具体描述。根据以下结合附图的具体描述，本发明的上述方面、特征、优点等将会变得更加清楚。

附图说明

[0020] 图1是本发明的一种实施方式的半导体封装结构的俯视图。

[0021] 图2是图1所示的半导体封装结构的A‑A截面图。

[0022] 图3是本发明的另一种实施方式的半导体封装结构的俯视图。

[0023] 图4是图3所示的半导体封装结构的A‑A截面图。

[0024] 图5是作为比较例的半导体封装结构的俯视图。

[0025] 图6是图5所示的半导体封装结构的A‑A截面图。

具体实施方式

[0026] 为了便于理解本发明技术方案的各个方面、特征以及优点，下面结合附图对本发明进行具体描述。应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限制本发明的保护范围。

[0027] (第一实施方式)

[0028] 图1和图2示出了本发明的半导体封装结构的一种实施方式。在本实施方式中，所述半导体封装结构包括光源器件100、光芯片200、光耦合组件300、以及制冷器400(例如热电制冷器)。光源器件100用于产生并发出光，光耦合组件300用于将所述光源器件100发出的光耦合至所述光芯片200中，光芯片200用于对所述光源器件发出的光进行处理，制冷器400与所述光源器件100热连接，以对所述光源器件100进行散热处理。在一些实施方式中，作为光源组件100的示例可以包括激光器芯片，作为光耦合组件300的示例可以包括诸如棱镜之类的转光镜。作为制冷器400的示例，可以包括半导体制冷器(TEC)、热敏电阻(Thermistor)。

[0029] 在一些实施方式中，光源器件100、光芯片200、光耦合组件300、以及制冷器400通过支撑结构支承并封装在单个封装结构中。

[0030] 在本实施方式中，所述半导体封装结构还包括基板500和转接板600。所述基板500和转接板600可以作为所述支撑结构的示例。所述基板500可以是有机基板，例如，环氧基板。所述制冷器400安装在所述基板500上，所述光源器件100设置在所述制冷器400上，在所述制冷器400与所述光源器件100之间可设置有光源承载板800。在可选的实施方式，可以省略所述光源承载板800。在本实施方式中，所述光芯片200安装在转接板600上，所述转接板600安装在所述基板500上。具体地，所述基板500上设有开口501，所述光芯片200的上表面安装在所述转接板600的下表面上，即所述光芯片200倒装在所述转接板600的下表面，所述光芯片200位于所述基板500的开口501中并由所述转接板600支承于所述基板500。

[0031] 在本实施方式中，所述转接板600具有开口601。在所述转接板的开口601中，光耦合组件300设置在所述光芯片200的上表面上，以将来自所述光源器件100的光耦合到所述光芯片200中。在本实施方式中，所述光源器件100、光源承载板800和制冷器400也位于所述开口601中。在可选的实施方式中，只需使光耦合组件300能够接收到光源器件100发出的光即可，所述光源器件100、光源承载板800和制冷器400不是必须要设置在所述转接板的开口601中，可以相对于所述转接板300配置成其他任何合适的结构。

[0032] 在本实施方式中，所述半导体封装结构还包括电芯片700，所述电芯片700安装在所述转接板600的上表面上，并且所述转接板600将所述电芯片700与所述光芯片200电连接。

[0033] 在可选的实施方式中，所述半导体封装结构不是必须包括电芯片700。也就是说，电芯片700可以配置在包括所述光源器件100和光芯片200的半导体封装结构的外部，并通过其他连接结构与所述光芯片200电连接。相应的，所述基板500可以不具有所述开口501，所述光芯片200也可以安装在所述转接板600的上表面。

[0034] (第二实施方式)

[0035] 图3和图4示出了本发明的半导体封装结构的另一种实施方式。在本实施方式中，所述半导体封装结构除了包括光源器件100、光芯片200、光耦合组件300、制冷器400(例如，热电制冷器)、基板500、转接板600、电芯片700、以及光源承载板800外，还包括散热板900。所述散热板900包括光源安装区域和光芯片安装区域，所述制冷器400安装在所述散热板
900的光源安装区域上，所述光源器件100设置在所述制冷器400上；所述光芯片200安装在所述散热板900的光芯片安装区域。在一些实施方式中，所述制冷器400和光芯片200可以通过绝缘导热胶粘贴在所述散热板900上。

[0036] 在所述基板500上设有开口501，所述光芯片200的上表面安装在所述转接板600的下表面上，并且所述散热板900及其上的所述制冷器400和所述光芯片200位于所述开口501中，从而由所述转接板600支承于所述基板500。所述转接板600具有开口601，在所述转接板的开口601中，所述光耦合组件300设置在所述光芯片200的上表面上，以将来自所述光源器件100的光耦合到所述光芯片200中。

[0037] 在本实施方式中，所述电芯片700安装在所述转接板600的上表面上，并且所述转接板600将所述电芯片700与所述光芯片200电连接。在可选的实施方式中，所述半导体封装结构可以省略电芯片700，而将电芯片700设置在该半导体封装结构的外部，并通过其他连接结构与所述光芯片200电连接。相应的，所述基板500可以不具有所述开口501，所述光芯片200也可以安装在所述转接板600的上表面。

[0038] 在一些实施方式中，作为散热板900的示例，可以包括陶瓷板。基板500通常为环氧基板，如果将光源器件设置在基板500上，基板500可能会因为光源器件散发的热量而发生热膨胀或翘曲，进而导致光耦合不稳定。本本实施方式将光源器件和光芯片设置在陶瓷板上，由于陶瓷板导热系数高，热膨胀系数低，刚度大，可以避免因热膨胀或翘曲导致光耦合稳定性变差的问题。并且，由于光源器件和光芯片安装在同一陶瓷板上，即使有微小的形变，光源器件和光芯片两者会有相近的形变趋势，对光耦合稳定性的影响相对较小。此外，由于光源器件和光芯片安装在同一陶瓷板上，可以将光源器件与光芯片上的耦合光口设置得足够近，以进一步减小空间占用，提高封装结构的集成度。应当理解，本发明对散热板的材质不做特别限定，只要其导热系数和热膨胀系数满足散热需求和光耦合稳定性要求即可。在可选的实施方式中，可以采用导热系数大于或等于23W/(mK)，热膨胀系数低于或等于‑67.7×10 (常温～800℃)的材料制成的散热板，所述材料可以包括金属材料和非金属材料。

[0039] (比较例)

[0040] 图5和图6示出了作为比较例的已有的半导体封装结构。对于作为比较例的半导体封装结构，将激光器设置在该封装结构的外部，通过光纤阵列300’将激光器发出的光导入至光芯片中。采用这种光纤耦合，光芯片上必须拖有尾纤301’，因此芯片上盖需要开口，这对芯片封装不利。另外，光纤阵列高度较大，占用大量的空间，不利于设备小型化、紧凑化。相对于此，本发明将光源器件(例如，激光器)与光芯片集成在单个封装结构内，由于激光器比较小，减小了空间占用，提高了集成度。并且，本发明的封装结构不需要拖尾纤，有利于芯片封装，提高了设备的稳定性和可靠性。此外，在光芯片下面粘贴陶瓷板，并将激光器安装到陶瓷板上，这不仅解决了散热问题，而且，由于陶瓷板不易热膨胀，使得耦合性能能够保持稳定。

[0041] 本领技术人员应当理解，以上所公开的仅为本发明的实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，依本发明实施方式所作的等同变化，仍属本发明权利要求所涵盖的范围。例如，在本发明的实施方式中，光芯片是倒装在转接板的下表面，而在可选的实施方式中，光芯片也可以安装在转接板的上表面，将电芯片倒装在转接板的下表面。