晶圓級(jí)光互連模塊及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶圓級(jí)光互連模塊及制作方法，該模塊包括基板、倒裝與基板上的控制芯片與光電轉(zhuǎn)換芯片，該基板上形成有便于光纖嵌入并固定的凹槽，凹槽的斜坡狀第一端面上形成有反光層，并與光纖端面相對(duì)；光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)位于反光層的上方，且功能區(qū)的表面與基板的表面呈設(shè)定角度，由于光纖嵌入定位于凹槽內(nèi)，反光層與基板表面之間的夾角固定，因此，僅需調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)的表面與基板表面之間的夾角，即可使實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換芯片與光纖的耦合對(duì)準(zhǔn)。本發(fā)明能夠在保證封裝體積小型化的同時(shí)，能夠降低對(duì)準(zhǔn)操作的難度，有效降低人力成本，提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)能。該制作方法采用晶圓級(jí)先整體封裝再切割的工藝，整體成本大大降低。
【專利說明】晶圓級(jí)光互連模塊及制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光互連模塊及制作方法，具體是涉及一種晶圓級(jí)光互連模塊及制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]光通信技術(shù)由于其傳輸損耗低、帶寬極大、抗電磁干擾、傳輸質(zhì)量好、保密性好等特點(diǎn)而廣受人們青睞。而要實(shí)現(xiàn)電信號(hào)與光信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，需要用到光互連模塊，通過包括光電轉(zhuǎn)換芯片、帶有驅(qū)動(dòng)控制芯片和布線電路的電路板(基板)和用于傳輸光信號(hào)的光纖，光電轉(zhuǎn)換芯片連接到該電路板時(shí)，通常其功能面與電路板平行，而用于光信號(hào)傳輸?shù)墓饫w與光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面垂直才能保證耦合效率較高。但是，目前實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換芯片與光纖較好耦合的方法主要有兩種，一種是彎曲光纖，使光纖頭垂直于光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面，一種是在兩者間引入一 45°反射板，使光路偏轉(zhuǎn)90°，連通光纖和光電轉(zhuǎn)換芯片功能面。前一種方法受光纖柔韌度的限制，要求封裝的垂直方向尺寸較大；后一種方法需要光線同時(shí)對(duì)準(zhǔn)光電轉(zhuǎn)換芯片功能區(qū)、反射板及光纖安裝位置，才能確保光路的順利的連通，人力損耗大，生產(chǎn)效率低，影響產(chǎn)能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種晶圓級(jí)光互連模塊及制作方法，能夠?qū)崿F(xiàn)晶圓級(jí)的光互連模塊封裝，且在保證封裝體積小型化的同時(shí)，能夠降低對(duì)準(zhǔn)操作的難度，有效降低人力成本，提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)能。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0005]—種晶圓級(jí)光互連模塊，包括基板、控制芯片、至少一光纖和對(duì)應(yīng)所述光纖的光電轉(zhuǎn)換芯片，所述基板的一表面形成有用于電路互連的金屬布線層，且所述基板的該表面上形成有對(duì)應(yīng)所述光纖的條形凹槽，所述光纖嵌入定位于所述基板上對(duì)應(yīng)的凹槽內(nèi)；所述凹槽具有與所述光纖的端面相對(duì)的斜坡狀第一端面，所述第一端面上形成有一層反光層；所述控制芯片和所述光電轉(zhuǎn)換芯片焊接于所述基板上，其中至少所述光電轉(zhuǎn)換芯片是以倒裝的形式焊接于所述基板上，且所述控制芯片與所述光電轉(zhuǎn)換芯片通過所述金屬布線層電連接；所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)位于所述反光層的上方，且所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)的表面與所述基板的表面呈設(shè)定角度，使光束路線依次經(jīng)過所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)、所述凹槽的第一端面上的反光層和所述凹槽內(nèi)的光纖。
[0006]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光電轉(zhuǎn)換芯片為光電二極管芯片或激光二極管芯片。
[0007]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凹槽垂直長(zhǎng)度方向的截面為V形或方形或倒等腰梯形或上方形下V形的組合或上倒等腰梯形下V形的組合。
[0008]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述基板為各向異性的單晶硅基板，所述凹槽垂直長(zhǎng)度方向的截面為卩形，所述凹槽的兩側(cè)壁和第一端面均與單晶硅基板的表面形成固定夾角。
[0009]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反光層為至少一層的反光金屬膜。
[0010]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述光電轉(zhuǎn)換芯片具有第一焊料凸點(diǎn)，所述控制芯片具有第二焊料凸點(diǎn)，所述金屬布線層上具有對(duì)應(yīng)所述第一焊料凸點(diǎn)和所述第二焊料凸點(diǎn)的第一連接盤和第二連接盤，所述第一、第二焊料凸點(diǎn)焊接于對(duì)應(yīng)的第一、第二連接盤上。
[0011]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凹槽的第一端面與所述光纖的端面之間或/和所述反光層與所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面之間設(shè)有聚焦透鏡。
[0012]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述基板上還形成有用于與外電路電連接的若干個(gè)導(dǎo)電金屬塊，該導(dǎo)電金屬塊通過所述金屬布線層與所述控制芯片電連接。
[0013]一種晶圓級(jí)光互連模塊的制作方法，包括以下步驟:
[0014]￡1、提供一具有若干個(gè)模塊單兀的雙面拋光的各向異性的單晶娃基板，對(duì)應(yīng)每個(gè)所述模塊單元，提供一具有第二焊料凸點(diǎn)的控制芯片、至少一光纖和對(duì)應(yīng)每根所述光纖的具有第一焊料凸點(diǎn)的光電轉(zhuǎn)換芯片，在每個(gè)所述模塊單元上預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)每個(gè)所述光纖的光纖嵌入位置；
[0015]I在單晶硅基板的100面上做掩膜板，并定義該100面為所述模塊單元的主表面，在所述掩膜板上形成對(duì)應(yīng)所述光纖嵌入位置的矩形開口，并暴露出每個(gè)所述模塊單元的主表面；
[0016]0、將步驟6形成的單晶硅基板浸泡在刻蝕液中，從每個(gè)所述模塊單元的每個(gè)所述開口處沿110面方向刻蝕，去除要刻蝕的硅原子，暴露出單晶硅基板的傾角為54.74。的111面，形成垂直長(zhǎng)度方向截面為V形的條形凹槽，且所述凹槽的第一端面與所述模塊單元的主表面之間的夾角也為54.74。；
[0017]么去除所述掩膜板，并在單晶硅基板的主表面上形成絕緣層；
[0018]6、在所述凹槽的第一端面覆蓋一層反光金屬膜，形成反光層；
[0019]？、在每個(gè)所述模塊單元的絕緣層上形成用于電路互連的金屬布線層和用于與外電路電連接的若干個(gè)導(dǎo)電金屬塊，所述金屬布線層上具有對(duì)應(yīng)所述第一、第二焊料凸點(diǎn)的第一、第二連接盤；
[0020]8、通過所述第二焊料凸點(diǎn)與所述第二連接盤焊接的方式，將所述控制芯片倒扣安裝在所述金屬布線層上；
[0021]11、通過所述第一焊料凸點(diǎn)與所述第一焊料凸點(diǎn)焊接的方式，將所述光電轉(zhuǎn)換芯片倒扣安裝在所述金屬布線層上，并使所述光電轉(zhuǎn)換芯片位于所述凹槽的第一端面的上方，使所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面與所述模塊單元的主表面形成19.48。的夾角，使所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面朝向所述凹槽的第一端面上的反光層；
[0022]1、切割單晶硅基板，形成單個(gè)模塊單元，將每個(gè)模塊單元的每個(gè)所述光纖裝入對(duì)應(yīng)的凹槽中，并固定，形成若干個(gè)晶圓級(jí)光互連模塊。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，包括在所述凹槽的第一端面與所述光纖的端面之間或/和在所述反光層與所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面之間定位設(shè)有聚焦透鏡的步驟。
[0024]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供一種晶圓級(jí)光互連模塊及制作方法，該晶圓級(jí)光互連模塊，將控制芯片與光電轉(zhuǎn)換芯片通過倒裝焊芯片(打如-⑶如)技術(shù)倒裝于基板上，且在該基板上形成對(duì)應(yīng)光纖且便于光纖嵌入其中并固定的凹槽，在凹槽與光纖端面相對(duì)的斜坡狀第一端面上形成一層反光層；并使光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)位于反光層的上方，使光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)的表面與基板的表面呈設(shè)定角度，這樣，通過調(diào)節(jié)該設(shè)定角度，即可使光束路線依次經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)、凹槽的第一端面上的反光層和凹槽內(nèi)的光纖。上述設(shè)計(jì)能夠使該晶圓級(jí)光互連模塊在封裝前后尺寸接近1:1 ；較佳的，基板為單晶硅基板，由于單晶硅從100面沿110面濕法刻蝕，將形成特定傾角的V形凹槽及其第一端面，即可確定反光層與單晶硅基板表面的夾角，此時(shí)，僅需調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換芯片功能面與硅基板表面(或反光層面)之間的夾角，便可確定光傳播的路線，連通光路，因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)晶圓級(jí)的光互連模塊封裝，且在保證封裝體積小型化的同時(shí)，能夠降低對(duì)準(zhǔn)操作的難度，有效降低人力成本，提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)能。該制作方法采用晶圓級(jí)先整體封裝再切割的工藝，相對(duì)于目前的傳統(tǒng)封裝工藝，整體成本大大降低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2為圖1中1-1方向的剖面視圖；
[0027]圖3為圖2中光路連通部分的放大視圖；
[0028]圖4為圖1中方向的剖面視圖；
[0029]圖5為本發(fā)明中光電轉(zhuǎn)換芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖6為本發(fā)明中凹槽的一種實(shí)施結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖7為本發(fā)明中凹槽的另一種實(shí)施結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0032]結(jié)合附圖，作以下說明:
[0033]1——基板2——控制芯片
[0034]21——第二焊料凸點(diǎn)3——光纖
[0035]31-纖芯32-包層
[0036]4——光電轉(zhuǎn)換芯片 41——第一焊料凸點(diǎn)
[0037]42——光發(fā)射區(qū) 43——有效出光區(qū)
[0038]5-金屬布線層 6-凹槽
[0039]61——第一端面62——第二端面
[0040]7——反光層8——聚焦透鏡
[0041]9——導(dǎo)電金屬塊10——光束

【具體實(shí)施方式】
[0042]如圖1、圖2、圖3和圖4所不,一種晶圓級(jí)光互連|旲塊，包括基板1、控制芯片2、至少一光纖3和對(duì)應(yīng)所述光纖的光電轉(zhuǎn)換芯片4，所述基板的一表面形成有用于電路互連的金屬布線層5，且所述基板的該表面上形成有對(duì)應(yīng)所述光纖的條形凹槽6，所述光纖嵌入定位于所述基板上對(duì)應(yīng)的凹槽內(nèi)；所述凹槽具有與所述光纖的端面相對(duì)的斜坡狀第一端面61，所述第一端面上形成有一層反光層7；所述控制芯片和所述光電轉(zhuǎn)換芯片均以倒裝的形式焊接于所述基板上，且所述控制芯片與所述光電轉(zhuǎn)換芯片通過所述金屬布線層電連接；所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)位于所述反光層的上方，且所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)的表面與所述基板的表面呈設(shè)定角度，使光束路線依次經(jīng)過所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)、所述凹槽的第一端面上的反光層和所述凹槽內(nèi)的光纖。上述結(jié)構(gòu)中，由于斜坡狀第一端面上的反光層與基板表面之間的夾角固定，通過調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)的表面與基板的表面之間的夾角，即可使光束路線依次經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)、凹槽的第一端面上的反光層和凹槽內(nèi)的光纖，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換芯片與光纖耦合對(duì)準(zhǔn)的功能，相比傳統(tǒng)耦合對(duì)準(zhǔn)方法調(diào)整多個(gè)耦合對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，本發(fā)明只需調(diào)節(jié)一個(gè)耦合對(duì)準(zhǔn)點(diǎn)，能夠在保證封裝體積小型化的同時(shí)，有效降低對(duì)準(zhǔn)操作的難度，降低人力成本，提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)能。優(yōu)選的，所述光電轉(zhuǎn)換芯片為光電二極管芯片或激光二極管芯片。光電轉(zhuǎn)換芯片為光電二極管(91101:0111)10(16^1))芯片時(shí)，用于接收光纖的光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)，晶圓級(jí)光互連模塊作為信號(hào)接收端；光電轉(zhuǎn)換芯片為激光二極管(110(16, 10)芯片時(shí),用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)并發(fā)射給光纖傳送，此時(shí)，晶圓級(jí)光互連模塊作為信號(hào)發(fā)射端；當(dāng)然，晶圓級(jí)光互連模塊同時(shí)具有一個(gè)作為接收端的光電轉(zhuǎn)換芯片和一個(gè)作為發(fā)射端的光電轉(zhuǎn)換芯片，形成具有收發(fā)功能的光互連模塊。
[0043]優(yōu)選的，所述凹槽垂直長(zhǎng)度方向的截面為V形或方形或倒等腰梯形或上方形下V形的組合或上倒等腰梯形下V形的組合。這樣，凹槽的槽底可以為線也可以為面，凹槽的槽底與基板的表面可以平行也可以不平行，凹槽的形狀可根據(jù)光纖相對(duì)基板表面高低的需求設(shè)定，達(dá)到調(diào)整定位于凹槽內(nèi)的光纖的高度的目的，比如采用上方形下V形的組合時(shí)，可以使光纖低于基板的表面的同時(shí)，不形成較大的開口，凹槽深度具體可通過光刻工藝開口大小實(shí)施。
[0044]優(yōu)選的，所述基板為各向異性的單晶硅基板，所述凹槽垂直長(zhǎng)度方向的截面為V形，所述凹槽的兩側(cè)壁和第一端面均與單晶硅基板的表面形成固定夾角。參見圖4，利用單晶硅111方向穩(wěn)定，100晶面、110晶面相比有極其低的刻蝕速率的特點(diǎn)，從單晶硅100面沿110面濕法刻蝕，將形成特定傾角的V形凹槽及其第一端面3形凹槽可完全刻蝕出111面，呈標(biāo)準(zhǔn)的“V”形，也可不刻蝕完全，使凹槽槽底為一平面。這樣，能夠準(zhǔn)確確定反光層與硅基板表面的夾角，進(jìn)而可確定光傳播的路線，此時(shí)，僅通過調(diào)節(jié)光電轉(zhuǎn)換芯片功能面與硅基板表面(或反光層面)之間的夾角，便可連通光路，對(duì)準(zhǔn)操作方便且精度高，有效降低了人力成本，提高了生產(chǎn)效率，增加了產(chǎn)能。
[0045]優(yōu)選的，所述反光層為至少一層的反光金屬膜，用以反射光線，改變光路方向。
[0046]優(yōu)選的，所述光電轉(zhuǎn)換芯片具有第一焊料凸點(diǎn)41，所述控制芯片具有第二焊料凸點(diǎn)21，所述金屬布線層上具有對(duì)應(yīng)所述第一焊料凸點(diǎn)和所述第二焊料凸點(diǎn)的第一連接盤和第二連接盤，所述第一、第二焊料凸點(diǎn)焊接于對(duì)應(yīng)的第一、第二連接盤上。這樣，控制芯片和光電轉(zhuǎn)換芯片通過倒裝焊芯片(打如-⑶如)技術(shù)可倒裝于金屬布線層上對(duì)應(yīng)的第一、第二連接盤上，實(shí)現(xiàn)兩種芯片的電性連接。
[0047]優(yōu)選的，所述凹槽的第一端面與所述光纖的端面之間或/和所述反光層與所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面之間設(shè)有聚焦透鏡8。通過聚焦透鏡的聚焦作用，可使光線平行進(jìn)入嵌在凹槽內(nèi)的光纖中。
[0048]優(yōu)選的，所述基板上還形成有用于與外電路電連接的若干個(gè)導(dǎo)電金屬塊9，該導(dǎo)電金屬塊通過所述金屬布線層與所述控制芯片電連接。這樣，導(dǎo)電金屬塊一方面通過基板表面用于電路互連的布線層與控制芯片連接，另一方面通過引線鍵合等方式實(shí)現(xiàn)與外電路的電連接。
[0049]優(yōu)選的，所述控制芯片以倒裝的形式或鍵合引線的形式焊接于所述基板上，與所述金屬布線層電性相連。
[0050]一種晶圓級(jí)光互連模塊的制作方法，包括以下步驟:
[0051]1提供一具有若干個(gè)模塊單元的雙面拋光的各向異性的單晶硅基板，對(duì)應(yīng)每個(gè)所述模塊單元，提供一具有第二焊料凸點(diǎn)的控制芯片、至少一光纖和對(duì)應(yīng)每根所述光纖的具有第一焊料凸點(diǎn)的光電轉(zhuǎn)換芯片，在每個(gè)所述模塊單元上預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)每個(gè)所述光纖的光纖嵌入位置；
[0052]I在單晶硅基板的100面上做掩膜板，并定義該100面為所述模塊單元的主表面，在所述掩膜板上形成對(duì)應(yīng)所述光纖嵌入位置的矩形開口，并暴露出每個(gè)所述模塊單元的主表面；
[0053]0、將步驟6形成的單晶硅基板浸泡在刻蝕液中，從每個(gè)所述模塊單元的每個(gè)所述開口處沿110面方向刻蝕，去除要刻蝕的硅原子，暴露出單晶硅基板的傾角為54.74。的111面，形成垂直長(zhǎng)度方向截面為V形的條形凹槽，且所述凹槽的第一端面與所述模塊單元的主表面之間的夾角也為54.74。；
[0054]么去除所述掩膜板，并在單晶硅基板的主表面上形成絕緣層；針對(duì)各向異性刻蝕單晶硅基板，掩膜板的材料一般可用金屬層，也可采用氧化硅層與金屬層的組合或氮化硅層與金屬層的組合，如果采用金屬層做掩膜板，該步驟中，需要去除整個(gè)掩膜板，再覆蓋絕緣層；如果采用氧化硅層、氮化硅層與金屬層的組合做掩膜，僅需去除上層金屬層，下層的氧化硅層或氮化硅層可不去除，作為絕緣層使用；
[0055]6、在所述凹槽的第一端面覆蓋一層反光金屬膜，形成反光層；
[0056]？、在每個(gè)所述模塊單元的絕緣層上形成用于電路互連的金屬布線層和用于與外電路電連接的若干個(gè)導(dǎo)電金屬塊，所述金屬布線層上具有對(duì)應(yīng)所述第一、第二焊料凸點(diǎn)的第一、第二連接盤，并在金屬布線層上形成保護(hù)層，防止金屬布線層被氧化，并在保護(hù)層上金屬布線層的連接盤位置處設(shè)開口；
[0057]8、通過所述第二焊料凸點(diǎn)與所述第二連接盤焊接的方式，將所述控制芯片倒扣安裝在所述金屬布線層上；
[0058]11、通過所述第一焊料凸點(diǎn)與所述第一連接盤焊接的方式，將所述光電轉(zhuǎn)換芯片倒扣安裝在所述金屬布線層上，并使所述光電轉(zhuǎn)換芯片位于所述凹槽的第一端面的上方，使所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面與所述模塊單元的主表面形成19.48。的夾角，使所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面朝向所述凹槽的第一端面上的反光層；
[0059]1、切割單晶硅基板，形成單個(gè)模塊單元，將每個(gè)模塊單元的每個(gè)所述光纖裝入對(duì)應(yīng)的凹槽中，并固定，形成若干個(gè)晶圓級(jí)光互連模塊。
[0060]優(yōu)選的，上述步驟還包括在所述凹槽的第一端面與所述光纖的端面之間或/和在所述反光層與所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面之間定位設(shè)有聚焦透鏡的步驟。
[0061]以下以光電轉(zhuǎn)換芯片為激光二極管(10)芯片為例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施進(jìn)行進(jìn)一步的說明:
[0062]參見圖1和圖2所不，一種晶圓級(jí)光互連模塊，包括一單晶娃基板1、若干導(dǎo)電金屬塊9、一控制芯片(1(:芯片)2和四個(gè)光電轉(zhuǎn)換芯片1，在此為⑶芯片，⑶芯片的結(jié)構(gòu)如圖5所示，03芯片的功能面具有光發(fā)射區(qū)42、有效出光區(qū)43和用于電性連接的兩個(gè)第一焊料凸點(diǎn)41，其中，有效出光區(qū)43位于光發(fā)射區(qū)42的中心，兩個(gè)第一焊料凸點(diǎn)位于光發(fā)射區(qū)的一側(cè)。該晶圓級(jí)光互連模塊還包括四條卩形的凹槽6、四根光纖3和四個(gè)聚焦透鏡8。在此實(shí)施例中，^形凹槽的兩側(cè)壁和兩端面具有相同的傾斜角54.74。，V形凹槽的槽底可以為線或一平面，參見圖6和圖7 ；在此實(shí)施例中，光纖包括纖芯31和包層32?；迳蟈芯片與導(dǎo)電金屬塊、X芯片與⑶芯片的電性連接均通過基板表面的金屬布線層5實(shí)現(xiàn)的(圖1未標(biāo)出)，其中，⑶芯片通過第一焊料凸點(diǎn)倒扣焊接于金屬布線層的第一連接盤上；10芯片通過第二焊料凸點(diǎn)倒扣焊接于金屬布線層的第二連接盤上；四根光纖3分別嵌入對(duì)應(yīng)的四個(gè)V形凹槽6中，光纖3與凹槽的接觸位置對(duì)應(yīng)圖4中光纖的包層32與凹槽6的切點(diǎn)位置，光纖的端面與凹槽的第一端面相對(duì)，并相距設(shè)定距離。四個(gè)聚焦透鏡8定位于對(duì)應(yīng)的四個(gè)^形凹槽的第一端面61與光纖的端面之間，光纖的端面距離聚焦透鏡8的距離約為透鏡的焦距。在⑶芯片的第一焊料凸點(diǎn)41倒扣于金屬布線層5的第一連接盤的過程中，設(shè)定10芯片的功能面與基板表面夾角為19.48。，使10芯片的光發(fā)射區(qū)42面對(duì)基板上V形凹槽的第一端面61上的反光層7，其有效出光區(qū)43發(fā)射出的光經(jīng)過反光層7的反射及聚焦透鏡8聚焦，可平行進(jìn)入嵌在V形凹槽6的光纖3中，光束10傳輸如圖3所不。
[0063]該晶圓級(jí)光互連模塊的制作主要包括:
[0064]首先，在單晶硅基板上刻蝕^形凹槽6，利用單晶硅111方向穩(wěn)定，100、110晶面相比有極其低的刻蝕速率的特點(diǎn)，在單晶硅基板的100面上做掩膜板，并形成四個(gè)平行的矩形開口，露出單晶硅基板的100表面，刻蝕液沿著110方向刻蝕，暴露出傾角為54.74。的111面，從而形成V形凹槽，且V形凹槽的兩端面也為傾斜的111面，V形凹槽可完全刻蝕出111面，呈標(biāo)準(zhǔn)的^形，也可不刻蝕完全，使槽底為一平面，參見圖6和圖7。
[0065]然后，在V形凹槽的第一端面61覆蓋反光金屬膜，形成反光層7，用以反射光線，改變光路方向。
[0066]再然后，在單晶硅基板的100面上形成金屬布線層5及導(dǎo)電金屬塊9，導(dǎo)電金屬塊9也可以為焊料凸點(diǎn)，通過引線鍵合方式連接外電路。
[0067]之后，將X芯片倒扣安裝在單晶硅基板上的金屬布線層5上；將03芯片倒裝在V形凹槽的第一端面61位置附近的金屬布線層5的連接盤上，與X芯片2電性連接山0芯片的功能面與單晶硅基板的100表面形成19.48。的夾角，且光發(fā)射區(qū)42面對(duì)著V形凹槽的第一端面61的反光層7。
[0068]可選的，在V形凹槽內(nèi)的第一端面10附近安裝一聚焦透鏡8，會(huì)聚光束，提高光傳輸質(zhì)量。
[0069]再之后，切割單晶硅基板，形成若干個(gè)模塊單元，單個(gè)模塊的V形凹槽的第二端面62與相對(duì)應(yīng)的第一端面61分離，即切割位置截面為“V”形。
[0070]最后，將光纖或光纖組通過按壓方式嵌入對(duì)應(yīng)V形凹槽中，并固定，形成若干個(gè)晶圓級(jí)光互連模塊，其中形凹槽內(nèi)的光纖端面與透鏡距離約為透鏡焦距。
[0071]以上實(shí)施例是參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員通過對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種形式上的修改或變更，但不背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)的情況下，都落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓級(jí)光互連模塊，包括基板(I)、控制芯片(2)、至少一光纖(3)和對(duì)應(yīng)所述光纖的光電轉(zhuǎn)換芯片(4),其特征在于:所述基板的一表面形成有用于電路互連的金屬布線層(5)，且所述基板的該表面上形成有對(duì)應(yīng)所述光纖的條形凹槽￠)，所述光纖嵌入定位于所述基板上對(duì)應(yīng)的凹槽內(nèi)；所述凹槽具有與所述光纖的端面相對(duì)的斜坡狀第一端面(61)，所述第一端面上形成有一層反光層(7);所述控制芯片和所述光電轉(zhuǎn)換芯片焊接于所述基板上，其中至少所述光電轉(zhuǎn)換芯片是以倒裝的形式焊接于所述基板上，且所述控制芯片與所述光電轉(zhuǎn)換芯片通過所述金屬布線層電連接；所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)位于所述反光層的上方，且所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)的表面與所述基板的表面呈設(shè)定角度，使光束路線能經(jīng)過所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能區(qū)、所述凹槽的第一端面上的反光層和所述凹槽內(nèi)的光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓級(jí)光互連模塊，其特征在于:所述光電轉(zhuǎn)換芯片為光電二極管芯片或激光二極管芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)光互連模塊，其特征在于:所述凹槽垂直長(zhǎng)度方向的截面為V形或方形或倒等腰梯形或上方形下V形的組合或上倒等腰梯形下V形的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)光互連模塊，其特征在于:所述基板為各向異性的單晶硅基板，所述凹槽垂直長(zhǎng)度方向的截面為V形，所述凹槽的兩側(cè)壁和第一端面均與單晶娃基板的表面形成固定夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓級(jí)光互連模塊，其特征在于:所述反光層為至少一層的反光金屬膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓級(jí)光互連模塊，其特征在于:所述光電轉(zhuǎn)換芯片具有第一焊料凸點(diǎn)(41)，所述控制芯片具有第二焊料凸點(diǎn)(21)，所述金屬布線層上具有對(duì)應(yīng)所述第一焊料凸點(diǎn)和所述第二焊料凸點(diǎn)的第一連接盤和第二連接盤，所述第一、第二焊料凸點(diǎn)焊接于對(duì)應(yīng)的第一、第二連接盤上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓級(jí)光互連模塊，其特征在于:所述凹槽的第一端面與所述光纖的端面之間或/和所述反光層與所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面之間設(shè)有聚焦透鏡(8)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述晶圓級(jí)光互連模塊，其特征在于，所述基板上還形成有用于與外電路電連接的若干個(gè)導(dǎo)電金屬塊(9)，該導(dǎo)電金屬塊通過所述金屬布線層與所述控制芯片電連接。
9.一種晶圓級(jí)光互連模塊的制作方法，其特征在于，包括以下步驟: a、提供一具有若干個(gè)模塊單元的雙面拋光的各向異性的單晶硅基板，對(duì)應(yīng)每個(gè)所述模塊單元，提供一具有第二焊料凸點(diǎn)的控制芯片、至少一光纖和對(duì)應(yīng)每根所述光纖的具有第一焊料凸點(diǎn)的光電轉(zhuǎn)換芯片，在每個(gè)所述模塊單元上預(yù)設(shè)對(duì)應(yīng)每個(gè)所述光纖的光纖嵌入位置； b、在單晶硅基板的100面上做掩膜板，并定義該100面為所述模塊單元的主表面，在所述掩膜板上形成對(duì)應(yīng)所述光纖嵌入位置的矩形開口，并暴露出每個(gè)所述模塊單元的主表面； C、將步驟b形成的單晶硅基板浸泡在刻蝕液中，從每個(gè)所述模塊單元的每個(gè)所述開口處沿110面方向刻蝕，去除要刻蝕的硅原子，暴露出單晶硅基板的傾角為54.74 °的111面，形成垂直長(zhǎng)度方向截面為V形的條形凹槽，且所述凹槽的第一端面與所述模塊單元的主表面之間的夾角也為54.74° ； d、去除所述掩膜板，并在單晶硅基板的主表面上形成絕緣層； e、在所述凹槽的第一端面覆蓋一層反光金屬膜,形成反光層； f、在每個(gè)所述模塊單元的絕緣層上形成用于電路互連的金屬布線層和用于與外電路電連接的若干個(gè)導(dǎo)電金屬塊，所述金屬布線層上具有對(duì)應(yīng)所述第一、第二焊料凸點(diǎn)的第一、第二連接盤； g、通過所述第二焊料凸點(diǎn)與所述第二連接盤焊接的方式，將所述控制芯片倒扣安裝在所述金屬布線層上； h、通過所述第一焊料凸點(diǎn)與所述第一連接盤焊接的方式，將所述光電轉(zhuǎn)換芯片倒扣安裝在所述金屬布線層上，并使所述光電轉(zhuǎn)換芯片位于所述凹槽的第一端面的上方，使所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面與所述模塊單元的主表面形成19.48°的夾角，使所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面朝向所述凹槽的第一端面上的反光層； 1、切割單晶硅基板，形成單個(gè)模塊單元，將每個(gè)模塊單元的每個(gè)所述光纖裝入對(duì)應(yīng)的凹槽中，并固定，形成若干個(gè)晶圓級(jí)光互連模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述晶圓級(jí)光互連模塊的制作方法，其特征在于:包括在所述凹槽的第一端面與所述光纖的端面之間或/和在所述反光層與所述光電轉(zhuǎn)換芯片的功能面之間定位設(shè)有聚焦透鏡的步驟。
【文檔編號(hào)】G02B6/42GK104465855SQ201410682641
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月24日
【發(fā)明者】萬里兮, 黃小花, 王曄曄, 沈建樹, 翟玲玲, 錢靜嫻, 范俊 申請(qǐng)人:華天科技（昆山）電子有限公司