用于硅光子互连的激光组件封装.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910576694.6 (22)申请日 2019.06.28 (30)优先权数据 16/023,596 2018.06.29 US (71)申请人 慧与发展有限责任合伙企业 地址 美国德克萨斯州 (72)发明人 阿什肯赛义迪 马尔科菲奥伦蒂诺 格察库兹韦尔 雷蒙德G博索莱伊 (74)专利代理机构 北京市汉坤律师事务所 11602 代理人 魏小薇吴丽丽 (51)Int.Cl. G02B 6/42(2006.01) (54)发明名称 用于硅光子互连的激光组件封装 (57)摘要 。

2、本文描述的过程和装置减少了用于结合到 计算系统中的光子互连的每个激光器的制造时 间、 零部件成本、 以及组装成本。 激光组件的输出 侧与硅中介层(SiP)的输入侧抵靠放置， 使得定 位在激光组件输出侧上的多个焊盘中的每个焊 盘与对应的焊料凸点相接触， 该对应的焊料凸点 还与定位在SiP输入侧上的相应焊盘相接触。 激 光组件被配置用于将激光从输出侧发射到SiP的 输入光栅中。 将焊料凸点加热到液相。 当焊料凸 点处于液相时， 焊料凸点的毛细力将激光组件与 SiP重新对准。 然后使焊料凸点冷却。 权利要求书3页 说明书12页 附图6页 CN 110658597 A 2020.01.07 CN 11。

3、0658597 A 1.一种方法， 包括： 将激光组件的输出侧与硅中介层(SiP)的输入侧抵靠放置， 使得定位在所述激光组件 的所述输出侧上的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触， 所述对应的焊料凸点 还与定位在所述SiP的所述输入侧上的相应焊盘相接触， 其中， 所述激光组件包括激光二极 管并且被配置用于从所述输出侧发射激光， 并且其中， 所述SiP包括被配置用于将所述激光 重定向通过所述SiP的硅层的输入光栅； 将所述焊料凸点加热到至少第一温度， 在所述第一温度下， 所述焊料凸点从固相变为 液相； 当所述焊料凸点处于液相时， 使所述焊料凸点的毛细力将所述激光组件与所述SiP重 新对准；。

4、 以及 将所述焊料凸点冷却到低于所述第一温度的第二温度， 使得所述焊料凸点从液相变为 固相， 其中， 在冷却完成时所述焊料凸点将所述激光组件耦接至所述SiP。 2.如权利要求1所述的方法， 其中， 所述激光组件被配置用于沿输出方向从所述输出侧 发射所述激光， 所述输出方向与所述输出侧的表面法向量的方向相差二十度或更小。 3.如权利要求1所述的方法， 其中， 所述激光组件的所述输出侧包括输出光栅， 所述激 光组件被配置用于通过所述输出光栅来输出所述激光， 并且其中， 当冷却完成时， 所述激光 组件的所述输出光栅与所述SiP的所述输入光栅之间的距离小于100微米。 4.如权利要求1所述的方法， 其。

5、中， 定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘与 所述输出光栅的周边的至少三条边缘相邻。 5.如权利要求1所述的方法， 其中， 定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当第一电极以向 所述激光组件供应电流； 与被配置用于充当所述第一电极的所述焊盘相接触的焊料凸点还与定位在所述SiP的 所述输入侧上的相应焊盘相接触； 并且 所述相应焊盘与穿过所述SiP的硅通孔(TSV)相接触。 6.如权利要求5所述的方法， 其中， 定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之 一被配置用于充当阳极， 并且定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置 用于充当阴极， 以便向所述激光组件。

6、供应所述电流。 7.如权利要求1所述的方法， 其中， 定位在所述激光组件的所述输出侧上的所述焊盘之一被配置用于充当第一电极以向 所述激光组件供应电流； 所述激光组件进一步包括定位在所述激光组件的第二侧上的端子； 并且 所述端子被配置用于充当第二电极以向所述激光组件供应所述电流。 8.如权利要求7所述的方法， 进一步包括： 将导线的第一端焊接到定位在所述SiP的所述输入侧上的附加焊盘， 其中， 所述附加焊 盘与穿过所述SiP的硅通孔(TSV)相接触； 以及 将所述导线的第二端焊接到定位在所述激光组件的所述第二侧上的所述端子。 9.如权利要求1所述的方法， 其中， 所述SiP包括被配置用于测量与所。

7、述激光相关联的 量的至少一个传感器。 权利要求书 1/3 页 2 CN 110658597 A 2 10.如权利要求1所述的方法， 其中， 所述激光二极管被配置用于产生具有第一光谱带 宽的激光， 并且其中， 所述激光组件包括第二激光二极管， 所述第二激光二极管被配置用于 产生具有第二光谱带宽的激光。 11.一种装置， 包括： 激光组件， 所述激光组件被配置用于从所述激光组件的输出侧发射激光； 包括在所述激光组件中的激光二极管， 其中， 所述激光二极管被配置用于产生所述激 光； 硅中介层(SiP)， 其中， 所述SiP的输入侧通过多个焊料凸点耦接至所述激光组件的所 述输出侧； 包括在所述SiP的。

8、所述输入侧上的输入光栅， 其中， 所述输入光栅被配置用于将所述激 光重定向通过所述SiP的硅层。 12.如权利要求11所述的装置， 进一步包括： 包括在所述SiP中的输出光栅， 其中， 所述输入光栅被配置用于将所述激光重定向通过 所述硅层到达所述输出光栅； 以及 透镜组件， 所述透镜组件通过附加的多个焊料凸点耦接至所述SiP， 其中， 所述输出光 栅被配置用于将所述激光重定向为朝向所述透镜组件中包括的透镜。 13.如权利要求11所述的装置， 其中， 所述激光组件包括光栅耦合表面发射激光器 (GCSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。 14.如权利要求11所述的装置， 进一步包括： 穿过。

9、所述SiP的硅通孔(TSV)， 其中， 被配置用于向所述激光二极管提供电流的电路路 径包括所述TSV以及所述焊料凸点中的一个焊料凸点。 15.如权利要求23所述的装置， 进一步包括： 包括在所述SiP中的传感器， 其中， 所述传感器被配置用于测量与所述激光相关联的 量。 16.如权利要求15所述的装置， 进一步包括： 穿过所述SiP并耦接至所述传感器的硅通孔(TSV)， 其中， 所述传感器被配置用于通过 所述TSV将传感器读数发送到专用集成电路。 17.如权利要求11所述的装置， 其中， 所述激光组件的所述输出侧包括输出光栅， 所述 激光组件被配置用于通过所述输出光栅来输出所述激光， 并且其中。

10、， 所述激光组件的所述 输出光栅与所述SiP的所述输入光栅之间的距离小于100微米。 18.如权利要求23所述的装置， 其中， 所述激光二极管被配置用于产生具有第一光谱带 宽的激光， 并且其中， 所述装置进一步包括： 包括在所述激光组件中的第二激光二极管， 其中， 所述第二激光二极管被配置用于产 生具有第二光谱带宽的激光。 19.一种方法， 包括： 通过向包括在激光组件中的激光二极管施加电流来产生激光； 将所述激光从所述激光组件的输出侧发射， 其中， 所述激光组件的所述输出侧通过多 个焊料凸点耦接至硅中介层(SiP)的输入侧； 通过定位在所述SiP的所述输入侧上的输入光栅将所述激光重定向通过所。

11、述SiP的硅 权利要求书 2/3 页 3 CN 110658597 A 3 层并朝向所述SiP的输出光栅； 以及 从所述SiP的所述输出光栅朝向包括在耦接至所述SiP的透镜组件中的透镜发射所述 激光。 20.如权利要求19所述的方法， 进一步包括： 在结合到所述SiP中的传感器处测量与所述激光相关联的量； 通过所述SiP中的第一硅通孔(TSV)将在测量期间收集的一个或多个传感器读数发送 到专用集成电路(ASIC)； 在所述ASIC处基于所述传感器读数确定对所述激光组件的操作参数的调整； 通过所述SiP中的第二TSV向所述激光组件发送所述调整的指示； 以及 根据所述调整来更新所述激光组件处的所述。

12、操作参数。 权利要求书 3/3 页 4 CN 110658597 A 4 用于硅光子互连的激光组件封装 0001 相关申请的交叉引用 0002 本申请涉及由Ashkan Seyedi(阿什肯赛义迪)、 Marco Fiorentino(马尔科菲奥伦 蒂诺)、 Geza Kurczveil(格察库兹韦尔)和Raymond G.Beausoleil(雷蒙德G.博索莱伊)于 2018年4月16日提交的名称为 “Comb Laser Arrays for DWDM Interconnects(用于DWDM互 连的梳状激光器阵列)” 的美国申请15/953,765。 美国申请15/953,765的公开内。

13、容通过引用 结合在此。 背景技术 0003 术语 “激光” 是通过辐射受激发射的光放大的首字母缩写词。 当某些材料(例如， 晶 体、 气体或玻璃)中的原子中的电子吸收来自能量源(例如， 电流或另一激光器)的能量时， 可以产生激光。 由于这种能量吸收， 电子从基态移动到激发态。 当电子返回到基态时， 电子 发射具有相对离散波长的光子。 0004 在光纤中， 激光可以用作信号传输的介质。 光纤电缆提供高带宽、 低功率损耗、 抗 电磁干扰、 以及可用于各种应用的其他特性。 附图说明 0005 本发明的各种特征和优点将通过参考附图仅通过示例的方式给出的本发明的示 例的以下描述而变得显而易见， 在附图中。

14、： 0006 图1是用于激光二极管的示例封装方案的截面视图。 0007 图2是用于激光组件的第一示例封装方案的截面视图。 0008 图3是用于激光组件的第二示例封装方案的截面视图。 0009 图4是根据一个示例的用于激光组件和SiP的金属焊盘的示例安排的自顶向下视 图。 0010 图5是根据一个示例的用于激光组件、 SiP和透镜组件的金属焊盘的示例安排的自 顶向下视图。 0011 图6图示了用于将激光组件附接至硅中介层(SiP)的示例过程。 0012 图7图示了用于使用本文描述的装置的示例过程。 具体实施方式 0013 在高性能计算(HPC)系统中， 各种组件(例如， 处理器、 高速缓存、 存。

15、储器、 数据存储 装置)彼此进行通信以完成计算任务。 通常， HPC系统应用于由于计算复杂性、 大数据集(例 如，“大数据” )、 硬件限制、 时间约束及其他因素而对标准消费性计算机(例如， 台式计算机 和膝上型计算机)而言不切实际的问题。 0014 使用激光来传输信号(例如， 通过光纤电缆)的光子互连具有增加带宽、 降低功耗 并减少HPC系统中组件之间通信的等待时间的潜力。 然而， 当前用于将光子互连结合到HPC 系统中的方案面临若干挑战。 例如， 用于光子互连的当前激光器封装方案较昂贵。 例如， 当 说明书 1/12 页 5 CN 110658597 A 5 前封装方案中每个激光器的零部件。

16、和组装成本约为30美元。 每个激光器的这一价格对于 HPC系统(其可能需要数十万个激光器)而言可能过分昂贵。 0015 光子互连的高成本是由若干因素造成的。 首先， 当前的封装方案通常包括诸如准 直器、 反射镜、 桶状隔离器、 球形透镜和抗反射(AR)涂覆小平面等部件， 以用于将激光引导 到光纤中。 这些部件的成本显著地增加了每个激光器的总成本。 此外， AR小平面(facets)通 常是光子互连的初始故障点， 因为AR小平面上使用的介电材料在暴露于激光器的高光功率 水平(例如， 大于50毫瓦)下时趋于在分子水平上降解。 0016 其次， 激光器封装方案中的部件通常必须彼此非常精确地对准以确保。

17、适当的功 能。 机器人拾放工具(如果在没有附加装备的情况下使用)可能无法以足够的精度将这些部 件可靠地对准。 存在如下的视觉对准技术： 可以使用印在部件上的数字图像和基准标记以 帮助工具将这些部件更精确地对准， 但是这类技术涉及附加硬件(例如， 数码相机)和附加 处理时间(例如， 用于图像分析)。 因此， 可能需要两分钟或更长时间来封装每个单独激光 器。 对于包括数十万个激光器的HPC系统而言， 每个激光器两分钟可能总计达到相当大的延 迟。 而且， 在现有的激光器封装方案中， 一次对准一个激光器。 例如， 单个机械臂和单个数码 相机通常不能同时对准多个激光器。 为了同时对准多个激光器， 制造商。

18、通常将必须为每个 要并行对准的附加激光器配备一个附加的机械臂和一个附加的数码相机。 0017 本公开描述了显著降低将光子互连结合到HPC系统中的成本的过程和装置。 本文 描述的过程提供了用于在不使用基准或图像处理技术的情况下以相对较低的成本、 较高的 亚微米精度对硅光子装置中的激光器进行对准的技术。 另外， 本文描述的过程提供了使多 个激光器同时对准而无需用于每个激光器的单独制造硬件的方式。 通过这些过程组装的硅 光子装置用作全功能硅光子互连， 但不需要现有互连中使用的某些部件。 例如， 本文描述的 装置不需要准直器、 反射镜、 桶状隔离器、 球形透镜或抗反射(AR)涂覆小平面。 因此， 本文。

19、描 述的过程和装置显著减少了每个激光器的制造时间、 零部件成本、 以及组装成本。 0018 图1是用于激光二极管102的示例封装方案100的截面视图。 激光二极管102充当封 装方案100的载体上芯片(CoC)。 虚线107表示从激光二极管102发射的激光的路径。 0019 封装方案100包括非球面准直器103、 桶状隔离器104和球形透镜105(例如， 直径为 2.5毫米的N-BK7球形透镜)， 用于将激光引导到平面切割光纤电缆106中。 0020 一旦如所示的那样组装， 封装方案100就可以将提供给激光二极管102的电信号转 换成光信号， 并将光信号(其由激光表示)引导到平面切割光纤电缆1。

20、06中以进行传输。 0021 虽然封装方案100可以有效地将电信号转换成光纤电缆上的光信号， 但是封装方 案100存在以上关于现有封装方案所讨论的缺点。 具体地， 非球面准直器103、 桶状隔离器 104和球形透镜105增加了封装方案100的各零部件的总成本。 而且， 用于对封装方案100的 部件进行对准和耦接的方法可能相对低效(例如， 如果使用图像处理技术的话)。 0022 图2是用于激光组件201的第一示例封装方案200的截面视图。 激光组件201包括用 于产生激光的激光二极管。 具体地， 激光组件201可以包括梳状激光器(例如， 作为光学频率 梳状发生器运作的基于量子点的二极管激光器， 。

21、该光学频率梳状发生器产生近似等距光谱 线的低噪声多光谱输出)。 在一些实施例中， 激光组件201可以包括多个激光二极管， 该多个 激光二极管被配置用于产生具有不同光谱带宽的激光。 0023 激光组件201被配置用于在由箭头204a指示的方向(输出方向)上输出激光。 激光 说明书 2/12 页 6 CN 110658597 A 6 组件201的发射激光的一侧被称为输出侧。 在一个示例中， 输出方向与输出侧的表面法向量 (例如， 在激光离开激光组件201的点处与输出侧的切平面正交的向量)的方向相差二十度 或更小。 在一个示例中， 激光组件201包括在输出方向上发射激光的光栅耦合表面发射激光 器(G。

22、CSEL)或垂直腔表面发射激光器(VCSEL)。 具体地， 如果使用GCSEL， 则可以包括光栅 206a(即， 激光组件201的输出光栅)以将激光从初始方向重定向到输出方向。 0024 如所示出的， 金属焊盘210a至210e定位在激光组件201的输出侧。 金属焊盘210a至 210e分别与焊料凸点220a至220e相接触。 如所示出的， 焊料凸点220a至220e也分别与定位 在硅中介层(SiP)207上的金属焊盘230a至230e相接触。 出于本公开的目的， 与相同焊料凸 点相接触的两个焊盘被称为 “相应” 焊盘。 例如， 焊盘230a是焊盘210a的相应焊盘， 焊盘230b 是焊盘21。

23、0b的相应焊盘， 依此类推。 虽然示出了五对相应焊盘， 但是本领域技术人员将认识 到相应焊盘的对数可以变化。 而且， 沿激光组件201的输出侧上的焊盘和SiP 207上的相应 焊盘的位置可以变化。 0025 如所示出的， SiP 207可以包括钝化层208a、 光学硅层208b、 掩埋氧化物层208c和 体硅层208d。 第一硅层208b包括光栅206b(即， SiP的输入光栅)， 该光栅被配置用于将激光 重定向以沿由箭头204b指示的方向通过SiP的光学硅层208b。 SiP 207还可以包括另一光栅 206c(即， SiP的输出光栅)， 该光栅被配置用于沿由箭头204c指示的方向将激光重定。

24、向通过 透镜209， 以通过光纤电缆211进行传输。 透镜209可以是包括金属焊盘240a至240b的透镜组 件的一部分。 焊盘240a至240b分别与焊料凸点250a至250b相接触。 如所示出的， 焊料凸点 250a至250b也分别与定位在SiP 207上的金属焊盘260a至260b相接触。 0026 SiP 207还可以包括分别与焊料凸点280a至280e相接触的金属焊盘270a至270e。 焊料凸点280a至280e也分别与定位在基板212(例如， 电路板)上的金属焊盘290a至290e相 接触。 0027 焊盘210a至210b以及相应焊盘230a至230b将激光组件201耦接至Si。

25、P 207， 但是也 可以提供激光组件201、 SiP 207与基板212之间的电路路径的多个部分。 这种电路路径可以 包括分别将焊盘210a至210b连接到焊盘280b至280c的硅通孔(TSV)225a和TSV 225b。 例如， 焊盘210a可以被配置用于充当电极(例如， 阳极或阴极)， 用于提供电流以为激光组件201供 电。 具体地， 激光组件201可以被配置用于将电流传输通过激光组件201中包括的激光二极 管以产生激光。 0028 电流可以源自连接到基板212的电源。 电流的电路路径可以包括焊盘290b、 焊料凸 点280b、 焊盘270b、 TSV 225a、 焊盘230a、 焊料。

26、凸点220a和焊盘220a。 另外， 电流的电路路径 可以包括端子213(例如， 其可以用作电极)、 导线214、 焊盘230f、 TSV 225c、 焊盘270a、 焊料 凸点280a和焊盘290a。 在这个示例中， 包括导线214， 因为端子213不在激光组件201的输出 侧上。 然而， 在其他示例中， 激光组件201可以包括位于输出侧上的阳极焊盘和阴极焊盘两 者(例如， 如图2所示)。 在这样的示例中， 可以省略端子213和导线214。 0029 SiP 207还可以包括(多个)传感器218， 用于测量与从激光组件201发射的激光相 关联的量。 例如， (多个)传感器218可以包括被配置。

27、用于测量激光组件201的光输出功率的 光电二极管和/或被配置用于测量与激光组件相关联的温度的热传感器。 0030 (多个)传感器218可以被配置用于将传感器读数传送到耦接至基板212的专用集 成电路(ASIC)219(例如， 经由延伸通过TSV 225b的电路路径)。 ASIC 219可以被配置用于基 说明书 3/12 页 7 CN 110658597 A 7 于传感器读数确定对激光组件201的操作参数的调整， 并将调整传送到激光组件201(例如， 经由延伸通过TSV 225b的电路路径)。 操作参数可以例如是激光二极管的功率水平。 0031 激光组件201可以通过倒装芯片工艺耦接至SiP 2。

28、07。 例如， 如果激光组件201的输 出侧最初面向上方， 则可以将焊料凸点220a至220e加热到液态并将其沉积在焊盘210a至 210e上。 通过重力将焊料凸点220a至220e保持在位并使其在输出侧面向上方的同时冷却到 固态。 然后翻转激光组件201， 使得输出侧面向下方并放置在SiP 207上， 使得焊料凸点220a 至220e与焊盘230a至230e相接触。 然后将焊料凸点220a至220e再次加热到液态(即， 在回流 步骤中)。 使焊料凸点220a至220e的毛细力对激光组件201与SiP 207的对准进行微调。 一旦 由毛细力进行的微调完成， 就使焊料凸点220a至220e再次冷。

29、却到固态。 一旦被冷却， 焊料凸 点220a至220e将激光组件201耦接至SiP 207。 可以使用类似的加热动作、 冷却动作和回流 动作将SiP 207耦接至基板212和透镜组件(其包括透镜209和焊盘250a至250b)。 导线214可 以焊接到端子213和焊盘230f上。 注意， 以下在图6中更详细地描述了用于将激光组件201耦 接至SiP 207的过程。 0032 图3是用于激光组件301的第二示例封装方案300的截面视图。 像图1中所示的激光 组件201一样， 激光组件301包括用于产生激光的一个或多个激光二极管， 并且被配置用于 通过光栅306a沿由箭头204a指示的输出方向输出。

30、激光。 像图1中所示的焊盘210a至210e一 样， 焊盘310a至310e分别与焊料凸点220a至220e相接触。 SiP 207、 基板212、 以及图3中所示 的其他部件与上文关于图2所提供的描述相匹配。 0033 然而， 与激光组件201不同， 激光组件301包括附加焊盘310f。 附加焊盘310f与附加 焊料凸点320f相接触， 该附加焊料凸点也与焊盘230f相接触。 焊盘310f充当电极(例如， 代 替图2中所示的端子213)电路路径， 用于提供电流以为激光组件301供电。 电流的电路路径 可以包括焊盘290b、 焊料凸点280b、 焊盘270b、 TSV 225a、 焊盘230a。

31、、 焊料凸点220a和焊盘 310a。 另外， 电流的电路路径可以包括焊盘310f、 焊料凸点320f、 焊盘230f、 TSV 225c、 焊盘 270a、 焊料凸点280a和焊盘290a。 由于电路路径中不包括导线， 因此避免了附接导线键合的 成本和复杂性。 0034 图4是根据一个示例的用于激光组件和SiP的金属焊盘的示例安排400的自顶向下 视图。 焊盘401和焊盘402定位在SiP的输入侧上， 并且可以用于将导线(例如， 类似于图2中 所示的导线214)附接至激光组件的(多个)端子。 方框410表示激光组件的覆盖区域。 如所示 出的， 焊盘411至417定位在光栅418周围。 具体地。

32、， 在这个示例中， 焊盘411至417定位在激光 组件的输出侧上并且与光栅418的周边的三条边相邻。 焊盘411至417的覆盖区域与SiP上的 相应焊盘的覆盖区域重叠， 使得可以使用焊料凸点将焊盘411至417耦接至相应焊盘。 虽然 示出了总共九个焊盘， 但是可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下使用其他数量的焊 盘。 0035 图5是根据一个示例的用于激光组件、 SiP和透镜组件的金属焊盘的示例安排500 的自顶向下视图。 单个激光组件可以包括多个激光子组件； 每个激光子组件可以包括激光 二极管。 方框510a至510c表示三个激光子组件的覆盖区域。 焊盘501a和502b定位在SiP的输 。

33、入侧上， 并且可以用于将导线附接至由方框510a框出的激光子组件的端子。 类似地， 焊盘 501b和502b定位在SiP的输入侧上， 并且可以用于将导线附接至由方框510b框出的激光子 组件的端子。 焊盘501c和502c定位在SiP的输入侧上， 并且可以用于将导线附接至由方框 说明书 4/12 页 8 CN 110658597 A 8 510c框出的激光子组件的端子。 方框530表示SiP的覆盖区域。 0036 如所示出的， 焊盘511a至517a定位在光栅518a周围， 焊盘511b至517b定位在光栅 518b周围， 并且焊盘511c至517c定位在光栅518c周围。 焊盘511a至51。

34、7a、 511b至517b、 和 511c至517c的覆盖区域与SiP上的相应焊盘的覆盖区域重叠， 使得可以使用焊料凸点将焊 盘511a至517a、 511b至517b、 和511c至517c耦接至相应焊盘。 0037 方框520表示透镜组件的轮廓。 焊盘521至526也与SiP上的相应焊盘的覆盖区域重 叠， 使得可以使用焊料凸点将焊盘521至526耦接至相应焊盘。 箭头519a至519c表示激光从 光栅518a至518c到光栅517a至517c的路径。 透镜组件可以包括分别安装在光栅517a至517c 上方的透镜。 0038 虽然安排500仅图示了三个激光子组件的覆盖区域， 但是单个激光组件。

35、中可以包 括更多(或更少)的子组件。 透镜组件可以包括透镜， 以接收来自每个子组件的激光。 单个机 械臂可以将激光组件放置在SiP上， 并且可以使用单个焊料回流步骤将激光组件(以及其中 包括的每个子组件)与SiP对准。 这可以降低制造成本， 因为可以一次对准多个激光器而无 需单独的机械臂来单独地放置每个激光器。 0039 图6图示了用于将激光组件附接至硅中介层(SiP)的示例过程600。 如框602中所 示， 过程600可以包括将激光组件的输出侧与硅中介层(SiP)的输入侧抵靠放置， 使得定位 在激光组件的输出侧上的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸点相接触， 该相应的焊料 凸点还与定位在Si。

36、P的输入侧上的相应焊盘相接触。 激光组件包括激光二极管并且被配置 用于从输出侧发射激光。 SiP包括输入光栅， 该输入光栅被配置用于将激光重定向通过SiP 的硅层。 0040 在一些实施例中， 激光组件可以被配置用于沿输出方向将激光从输出侧发射， 该 输出方向与输出侧的表面法向量的方向相差二十度或更小。 激光组件可以包括输出光栅， 以便沿输出方向引导激光。 例如， 如果激光组件包括最初沿与表面法向量相差超过二十度 的方向产生激光的GCSEL， 则输出光栅可以将激光重定向为朝向输出方向。 定位在激光组件 的输出侧上的焊盘可以与输出光栅的周边的至少三条边缘相邻。 在另一示例中， 激光组件 可以包括。

37、VCSEL。 0041 激光二极管被配置用于产生具有至少第一光谱带宽的激光。 在一个示例中， 激光 组件包括梳状激光器。 激光组件还可以包括第二激光二极管， 该第二激光二极管被配置用 于产生具有第二光谱带宽的激光。 0042 定位在激光组件的输出侧上的焊盘之一可以被配置用于充当第一电极以向激光 组件供应电流。 激光组件可以被配置用于将电流传输通过激光二极管以产生激光。 与被配 置用于充当第一电极的焊盘相接触的焊料凸点还与定位在SiP的输入侧上的相应焊盘相接 触。 相应焊盘可以与穿过SiP的TSV相接触。 0043 在一个示例中， 定位在激光组件的输出侧上的另一焊盘可以被配置用于充当第二 电极(。

38、例如， 其与另一凸点相接触， 该另一凸点与同另一TSV相接触的另一相应焊盘相接 触)。 具体地， 定位在激光组件的输出侧上的焊盘之一可以被配置用于充当阳极， 并且定位 在激光组件的输出侧上的焊盘之一可以被配置用于充当阴极， 以便向激光组件供应电流。 0044 在另一示例中， 激光组件可以进一步包括定位在激光组件的第二侧上的端子。 端 子可以被配置用于充当第二电极以向激光组件供应电流。 第二侧和输出侧可以是激光组件 说明书 5/12 页 9 CN 110658597 A 9 的相对侧。 在这个示例中， 过程600可以进一步包括将导线的第一端焊接到定位在SiP的输 入侧上的附加焊盘上。 附加焊盘可。

39、以与穿过SiP的TSV相接触。 过程600可以进一步包括将导 线的第二端焊接到定位在激光组件的第二侧上的端子上。 0045 SiP可以包括一个或多个传感器， 该一个或多个传感器被配置用于测量与激光相 关联的量。 例如， SiP可以包括被配置用于测量激光组件的光功率输出的光电二极管或被配 置用于测量与激光组件相关联的温度的热传感器(例如， 热敏电阻、 电阻温度设备或集成电 路传感器)。 0046 在SiP包括传感器的示例中， 过程600还可以包括将SiP中的第一TSV的第一端焊接 到专用集成电路(ASIC)的第一端子上。 第一TSV的第二端可以与传感器相接触。 传感器被配 置用于通过第一TSV将。

40、传感器读数传送到ASIC。 过程600还可以包括将SiP中的第二TSV的第 一端焊接到ASIC的第二端子上。 第二TSV的第二端可以与定位在SiP的输入侧上的相应焊盘 之一相接触。 ASIC可以被配置用于基于传感器读数来确定对激光组件的操作参数的调整， 并且通过第二TSV将该调整传送到激光组件。 0047 如框604中所示， 过程600可以包括将焊料凸点加热到至少第一温度， 在该第一温 度下， 焊料凸点从固相变为液相。 在对焊料凸点进行加热的同时， 可以在表面法向量的方向 上向激光组件施加力(例如， 重力)， 以确保焊料凸点仍与定位在激光组件的输出侧上的焊 盘和定位在SiP的输入侧上的焊盘相接。

41、触。 力的大小可以足够小以防止焊料凸点在焊料凸 点变为液相时过度平坦化， 使得焊料凸点在表面法向量的方向上的直径保持在预定范围 (例如， 15微米至100微米)内。 力的大小也可以足够小以确保： 在施加力并且焊料凸点处于 液相时， 焊料凸点在表面法向量的方向上的直径(即， 凸点的次直径(minor diameter)与 焊料凸点在与表面法向量正交的方向上的直径(即， 凸点的主直径(major diameter)之比 落在预定义范围(例如， 1/2至4/5)内。 0048 如框606中所示， 过程600可以包括： 当焊料凸点处于液相时， 使焊料凸点的毛细力 将激光组件与SiP重新对准。 具体地，。

42、 焊料凸点的毛细力可以减小由定位在激光组件的输出 侧上的焊盘与SiP的输入侧上的相应焊盘的未对准导致的焊料凸点的不对称性。 当毛细力 重塑焊料凸点以减小不对称性时， 与通过框602中的放置所实现的相较而言， 激光组件和 SiP可以移位以便彼此更精确地对准。 0049 如框608中所示， 过程600可以包括： 将焊料凸点冷却到低于第一温度的第二温度， 使得焊料凸点从液相变为固相， 其中， 焊料凸点在冷却完成时将激光组件耦接至SiP。 当冷 却完成时， 激光组件的输出光栅与SiP的输入光栅之间的距离可以小于100微米。 在一个示 例中， 在激光组件的输出光栅与SiP的输入光栅之间没有准直器， 因为。

43、它们之间的距离可能 使得准直变得不必要。 0050 SiP的输入光栅可以被配置用于将激光重定向通过SiP的硅层到达SiP的输出光 栅。 SiP的输出光栅可以被配置用于从SiP发射激光。 过程600可以进一步包括： 将SiP与透镜 组件抵靠放置， 使得定位在透镜组件的透镜附近的多个焊盘中的每个焊盘与对应的焊料凸 点相接触， 该对应的焊料凸点还与定位在SiP上的与SiP的输出光栅相邻的相应焊盘相接 触。 过程600还可以包括： 将与定位在透镜附近的焊盘相接触的焊料凸点加热到至少第一温 度； 当与定位在透镜附近的焊盘相接触的焊料凸点处于液相时， 使焊料凸点的毛细力将透 镜组件与SiP重新对准； 以及。

44、将与定位在透镜附近的焊盘相接触的焊料凸点冷却到第二温 说明书 6/12 页 10 CN 110658597 A 10 度， 以将透镜组件耦接至SiP。 0051 在一些示例中， 过程600可以包括： 在将激光组件的输出侧与框602中描述的SiP的 输入侧抵靠放置之前， 将焊料凸点沉积到定位在激光组件的输出侧上的焊盘上。 在沉积期 间焊料凸点的温度可以是至少第一温度(例如， 以确保凸点处于液相)。 在框602中描述的放 置之前， 也可以将焊料凸点冷却到至少第二温度。 0052 可以并行地或以不同的多于一种的顺序来执行关于图6所描述的一些框和动作。 例如， 可以在SiP耦接至激光组件之前、 期间或。

45、之后， 将SiP耦接至透镜组件。 另外， 还可以执 行附加动作， 比如向激光组件与SiP之间的空间中添加粘合剂底层填充材料。 0053 而且， 可以使用不同的工具来执行关于图6所描述的动作。 例如， 可以使用回流炉、 红外灯或热空气束来加热焊料凸点。 框602中描述的放置可以由拾放机器人或由某个其他 代理来执行。 0054 图7图示了用于使用本文描述的装置的示例过程700。 如框702中所示， 过程700可 以包括通过向包括在激光组件中的激光二极管施加电流来产生激光。 包括在激光组件中的 激光二极管可以结合在GCSEL或VCSEL中。 0055 如框704中所示， 过程700可以包括将激光从激。

46、光组件的输出侧发射， 该激光组件 的输出侧通过多个焊料凸点耦接至硅中介层(SiP)的输入侧。 0056 将激光从激光组件的输出侧发射可以通过使激光穿过包括在激光组件中的输出 光栅以将激光从初始方向重定向到输出方向来实现。 在一个实施例中， 输出方向可以与输 出侧的表面法向量的方向相差二十度或更小。 0057 而且， 在一个示例中， 激光组件的输出光栅与定位在SiP的输入侧上的输入光栅之 间的距离小于100微米。 焊料凸点可以附接至定位在SiP的输入侧上且与SiP的输入光栅的 至少三条周边边缘相邻的焊盘。 在一个示例中， 激光组件的输出光栅与定位在SiP的输入侧 上的输入光栅之间未定位准直器。 。

47、0058 如框706中所示， 过程700可以包括通过定位在SiP的输入侧上的输入光栅将激光 重定向通过SiP的硅层朝向SiP的输出光栅。 0059 如框708中所示， 过程700可以包括从SiP的输出光栅朝向包括在耦接至SiP的透镜 组件中的透镜发射激光。 0060 取决于激光组件和SiP中包括哪些特定部件， 过程700还可以包括其他动作。 例如， 过程700可以包括在结合到SiP中的传感器处测量与激光相关联的量。 传感器可以是例如光 电二极管或热传感器(例如， 热敏电阻、 电阻温度设备或集成电路传感器)。 与激光相关联的 量可以是例如激光组件的光功率输出或温度。 0061 过程700还可以包。

48、括通过SiP中的第一硅通孔(TSV)将在测量期间收集的一个或多 个传感器读数发送到ASIC。 过程700还可以包括在ASIC处基于传感器读数确定对激光组件 的操作参数的调整。 ASIC可以通过SiP中的第二TSV向激光组件发送该调整的指示。 在接收 到指示时， 激光组件可以根据该调整来更新操作参数。 0062 可以基于传感器读数来调整多个操作参数(例如， 激光二极管的功率水平、 激光的 频率、 或某个其他操作参数)。 例如， 传感器读数可以指示位于SiP中的热敏电阻传感器的温 度。 在接收到传感器读数时， ASIC可以判定温度是否超过预定义阈值(例如， 激光二极管可 能表现不佳的温度或者在焊料。

49、凸点的熔点的阈值度数内的温度)或者温度升高的速率是否 说明书 7/12 页 11 CN 110658597 A 11 超过预定义阈值。 基于这样的判定， ASIC可以确定是否应当减小激光二极管的功率水平以 使激光组件或SiP的部件冷却。 ASIC可以向激光组件发送信号以相应地减小激光二极管的 功率水平。 0063 示例 0064 下文包括以下附加示例以突显本文描述的装置和过程的若干方面。 然而， 本公开 的范围不限于本文描述的这些附加示例或其他示例。 0065 示例1包括一种方法， 所述方法包括： 将激光组件的输出侧与硅中介层(SiP)的输 入侧抵靠放置， 使得定位在所述激光组件的所述输出侧上。

50、的多个焊盘中的每个焊盘与对应 的焊料凸点相接触， 所述对应的焊料凸点还与定位在所述SiP的所述输入侧上的相应焊盘 相接触， 其中， 所述激光组件包括激光二极管并且被配置用于从所述输出侧发射激光， 并且 其中， 所述SiP包括被配置用于将所述激光重定向通过所述SiP的硅层的输入光栅； 将所述 焊料凸点加热到至少第一温度， 在所述第一温度下， 所述焊料凸点从固相变为液相； 当所述 焊料凸点处于液相时， 使所述焊料凸点的毛细力将所述激光组件与所述SiP重新对准； 以及 将所述焊料凸点冷却到低于所述第一温度的第二温度， 使得所述焊料凸点从液相变为固 相， 其中， 所述焊料凸点在冷却完成时将所述激光组件。