三维封装光模块

本发明涉及光模块，具体涉及一种三维封装光模块。

背景技术：

1、传统的光模块通常采用二维或2.5维的封装方案来实现模块内部的电互联，电芯片和光芯片在一个平面内，常见于800 gb/s及以下光模块。目前，针对800 gb/s、1.6 tb/s甚至更高速率的光模块来说，需要考虑三维封装技术。

2、三维封装是指利用倒装键合、硅通孔（through silicon via，tsv）等技术实现电芯片和光芯片的垂直互联，电芯片和光芯片不在一个平面内，使得光模块获得更高的封装密度。然而，三维封装光模块存在的最大问题就是散热问题，由于封装密度高，光模块内部电芯片和激光器芯片产生的大量热量通常无法迅速散掉，严重影响光模块的性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了提高封装密度和散热性能的三维封装光模块。

2、根据本发明提供的三维封装光模块，包括pcb板、光集成芯片、电芯片以及散热块；所述光集成芯片位于所述pcb板上，且与所述pcb板电连接；所述电芯片位于所述光集成芯片上，且与所述光集成芯片电连接；所述散热块与所述光集成芯片背向所述电芯片的一侧连接；其中，所述光集成芯片上设置有多个tsv导电孔和多个tsv导热孔，所述电芯片通过多个所述tsv导电孔与所述pcb板电连接，所述电芯片通过多个所述tsv导热孔与所述散热块导热连接。

3、根据本发明的实施例，所述光集成芯片包括衬底、功能层以及绝缘层；所述功能层位于所述衬底上；所述绝缘层位于所述功能层上，所述绝缘层内设置有再布线层；其中，所述电芯片与所述再布线层电连接，所述再布线层通过多个所述tsv导电孔与所述pcb板电连接。

4、根据本发明的实施例，所述tsv导热孔贯穿所述功能层和所述衬底。

5、根据本发明的实施例，所述三维封装光模块包括第一球栅阵列和第二球栅阵列；多个所述tsv导电孔通过所述第一球栅阵列与所述pcb板电连接，多个所述tsv导热孔通过所述第二球栅阵列与所述散热块导热连接。

6、根据本发明的实施例，所述光集成芯片还包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层位于所述衬底和所述功能层之间，所述第二包覆层位于所述功能层和所述绝缘层之间；其中，所述第一包覆层的折射率和所述第二包覆层的折射率均小于所述功能层的折射率。

7、根据本发明的实施例，所述三维封装光模块还包括光纤阵列，所述光纤阵列与所述功能层互联。

8、根据本发明的实施例，所述三维封装光模块还包括微凸点阵列，所述电芯片通过所述微凸点阵列与所述再布线层电连接。

9、根据本发明的实施例，所述光集成芯片包括锗硅探测器阵列芯片和位于所述锗硅探测器阵列芯片两侧的硅基调制器阵列芯片。

10、根据本发明的实施例，所述三维封装光模块还包括基座、热沉、dfb激光器阵列芯片以及透镜阵列；所述基座位于所述散热块上；所述热沉位于所述基座上；所述dfb激光器阵列芯片通过焊料层与所述热沉连接；所述透镜阵列位于所述基座上；其中，所述dfb激光器阵列芯片发出的光载波通过所述透镜阵列后被所述硅基调制器阵列芯片接收。

11、根据本发明的实施例，所述电芯片包括跨阻放大器芯片和位于所述跨阻放大器芯片两侧的驱动器芯片，所述跨阻放大器芯片用于对所述锗硅探测器阵列芯片产生的光电流进行放大，所述驱动器芯片用于对所述硅基调制器阵列芯片进行驱动。

12、根据本发明的实施例，所述三维封装光模块还包括外壳，所述散热块与所述外壳连接。

13、本发明的有益效果：本发明实施例提供的三维封装光模块包括pcb板、光集成芯片、电芯片以及散热块；光集成芯片位于pcb板上，且与pcb板电连接；电芯片位于光集成芯片上，且与光集成芯片电连接；散热块与光集成芯片背向电芯片的一侧连接；其中，光集成芯片上设置有多个tsv导电孔和多个tsv导热孔，电芯片通过多个tsv导电孔与pcb板电连接，电芯片通过多个tsv导热孔与散热块导热连接；本发明通过将电芯片设置在光集成芯片上，通过光集成芯片中的多个tsv导电孔与pcb板电连接，实现了光电子集成芯片的三维封装，不仅提高了封装密度，还减小了电互联的长度，可以实现更高的数据互联速率；另外，电芯片产生的热量可以通过光集成芯片中的多个tsv导热孔传导到散热块中，可以提高三维封装光模块的散热性能，同时降低光电子集成芯片的电串扰和热串扰，从而提高三维封装光模块的高频性能。

技术特征：

1.一种三维封装光模块，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的三维封装光模块，其特征在于，所述光集成芯片包括：

3.根据权利要求2所述的三维封装光模块，其特征在于，所述tsv导热孔贯穿所述功能层和所述衬底。

4.根据权利要求3所述的三维封装光模块，其特征在于，所述三维封装光模块包括第一球栅阵列和第二球栅阵列；

5.根据权利要求2所述的三维封装光模块，其特征在于，所述光集成芯片还包括第一包覆层和第二包覆层，所述第一包覆层位于所述衬底和所述功能层之间，所述第二包覆层位于所述功能层和所述绝缘层之间；

6.根据权利要求2所述的三维封装光模块，其特征在于，所述三维封装光模块还包括光纤阵列，所述光纤阵列与所述功能层互联。

7.根据权利要求2所述的三维封装光模块，其特征在于，所述三维封装光模块还包括微凸点阵列，所述电芯片通过所述微凸点阵列与所述再布线层电连接。

8.根据权利要求1所述的三维封装光模块，其特征在于，所述光集成芯片包括锗硅探测器阵列芯片和位于所述锗硅探测器阵列芯片两侧的硅基调制器阵列芯片。

9.根据权利要求8所述的三维封装光模块，其特征在于，所述三维封装光模块还包括：

10.根据权利要求8所述的三维封装光模块，其特征在于，所述电芯片包括跨阻放大器芯片和位于所述跨阻放大器芯片两侧的驱动器芯片，所述跨阻放大器芯片用于对所述锗硅探测器阵列芯片产生的光电流进行放大，所述驱动器芯片用于对所述硅基调制器阵列芯片进行驱动。

11.根据权利要求1所述的三维封装光模块，其特征在于，所述三维封装光模块还包括外壳，所述散热块与所述外壳连接。

技术总结本发明提供一种三维封装光模块，包括PCB板、光集成芯片、电芯片以及散热块；本发明通过将电芯片设置在光集成芯片上，通过光集成芯片中的多个TSV导电孔与PCB板电连接，实现了光电子集成芯片的三维封装，不仅提高了封装密度，还减小了电互联的长度，可以实现更高的数据互联速率；另外，电芯片产生的热量可以通过光集成芯片中的多个TSV导热孔传导到散热块中，可以提高三维封装光模块的散热性能，同时降低光电子集成芯片的电串扰和热串扰，从而提高三维封装光模块的高频性能。技术研发人员：李明,杜金峰,李伟,杨先超,任之良,赵志勇,孙雨舟,李方萍,关梦圆,曹旭华,谢毓俊,祝宁华受保护的技术使用者：中国科学院半导体研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/2