一種用于plc平面波導芯片與光電器件耦合的晶圓級封裝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體封裝技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于PLC平面波導芯片與光電器件耦合的晶圓級封裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在寬帶通信中作為信號傳輸介質(zhì)的光導纖維即光纖是跟據(jù)光在折射率不同的兩種介質(zhì)界面產(chǎn)生全反射的原理制造成的。通常是S12(俗稱玻璃)介質(zhì)作芯核的折射率稍大于同樣是S12M料制作的外包層的折射率。PLC平面波導就是利用半導體芯片加工工藝將類似于光纖的波導結(jié)構(gòu)制作在晶圓的表面上。利用光的相干，折射，衍射等物理原理在晶圓上可設(shè)計制作具有各種不同功能的用于光纖網(wǎng)絡(luò)通信的器件光纖通信網(wǎng)絡(luò)傳輸容量大，但在應(yīng)用中離不開光電轉(zhuǎn)換。語音圖像信號首先是轉(zhuǎn)換成電信號，電信號通過光電轉(zhuǎn)換變成光信號后才能上光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)侥康牡?，再?jīng)過光電轉(zhuǎn)換成電信號在用戶接收端才能恢復成語音，視頻信號。目前光電轉(zhuǎn)換器件主要有半導體激光器和光接收器(Photodetector)。光波導與光電轉(zhuǎn)換的耦合是非常關(guān)鍵的一環(huán)。PLC光波導芯片波導的芯結(jié)構(gòu)尺寸只有大約5到6微米左右，光電轉(zhuǎn)換器件的對中精度要求也相當高，微米級的精度。目前在生產(chǎn)上普遍使用的耦合技術(shù)是人工對中。對微調(diào)架實現(xiàn)電機驅(qū)動和計算機閉環(huán)控制的自動化對中耦合技術(shù)有報道但實際生產(chǎn)中很少被運用。
[0003]圖1示意光電器件跟PLC波導芯片的耦合對中原理。光電器件3固定在微調(diào)架上放置在波導2的端面，PLC芯片波導下方為PLC芯片基層I，通過手工對微調(diào)架4調(diào)整讓光電器件與波導對中。波導另一端通入的光線射入光電器件的接收窗口，通過電信號聯(lián)線5將電信號顯示在信號強度表6上，信號強度最大時就是對中的最佳位置。對中后將波導芯片與光電器件固定。固定方法通常是膠結(jié)或者通過金屬鍍層焊接。
[0004]圖2示意的是光電器件在波導表面上的耦合對中，原理與圖1中的相似。所不同的是在波導芯片晶圓的制造工藝中，在波導的端面制作了一個斜面反射鏡7[3]，將波導里傳輸?shù)墓饩€反射到波導芯片的表面。光電器件在表面耦合對中后固定。
[0005]現(xiàn)有的光波導芯片與光電器件的耦合對中技術(shù)主要是依靠操作工對微調(diào)架的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的，一個操作工一次只能耦合對中一對器件，有時為了達到高的耦合指標要花費好幾個小時?，F(xiàn)有技術(shù)依靠人工，耗時太長，生產(chǎn)效率低下；且波導端面斜面反射鏡的制作難度大，生產(chǎn)質(zhì)量控制難度也大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種用于PLC平面波導芯片與光電器件耦合的晶圓級封裝方法，其目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，通過利用一個斜面反射“鏡橋”結(jié)構(gòu)實現(xiàn)波導芯片與光電器件的耦合對中和位置固定，使得每個工藝步驟都可實現(xiàn)自動化批量生產(chǎn)。
[0007]—種用于封裝的鏡橋晶圓，包括晶圓及設(shè)置在晶圓上的光刻工藝定位標記、光電器件對位標記以及波導芯片對位標記；
[0008]所述光電器件對位標記及波導芯片對位標記分別設(shè)置在由晶圓切割后所形成的鏡橋芯片的上面。
[0009]還包括設(shè)置在晶圓上的鍵合部件，所述鍵合部件為銅柱鍵或錫球。
[0010]【鍵合部件用于將光電器件和波導芯片依據(jù)對位標記固定在鏡橋芯片上或由鏡橋芯片切割后的鏡橋組件上?！?br>[0011]所述鍵合部件為錫球時，所述鏡橋晶圓上還設(shè)置有垂直定位臺階。
[0012]在晶圓里設(shè)置有斜面。
[0013]【所述波導芯片發(fā)出的光線通過斜面的反射，被鍵合在鏡橋晶圓上的光電器件接收?！?br>[0014]所述斜面上設(shè)置有斜面鏡。
[0015]—種制作所述的鏡橋晶圓的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0016]步驟1:依據(jù)幾何光學原理在晶圓上設(shè)置光刻工藝定位標記、光電器件對位標記以及波導芯片對位標記；
[0017]步驟2:利用晶圓加工工藝中的光刻工藝、金屬濺射或電鍍工藝在步驟I得到的晶圓上設(shè)置鍵合部件。
[0018]通過以下步驟在晶圓上設(shè)置斜面，斜面的設(shè)置步驟如下:
[0019]步驟1.1:利用晶圓加工工藝中的光刻工藝，將感光膠涂附在設(shè)置完定位標記與對位標記的晶圓表面，經(jīng)過勻膠機勻膠后，再進行軟烘干；
[0020]步驟1.2:利用曝光機，將步驟1.1獲得的晶圓在預先制作好的掩膜板下曝光，再經(jīng)過顯影處理后，晶圓上預先設(shè)定的腐蝕區(qū)域形成腐蝕窗口 ；
[0021]步驟1.3:將經(jīng)過硬烘干后的晶圓放置在容器中進行濕化腐蝕處理，在窗口的邊緣形成斜面，斜面的角度為單晶硅晶面角54.7°。
[0022]步驟1.4:對腐蝕后的晶圓進行清洗和去膠處理。
[0023]通過以下步驟在晶圓上設(shè)置斜面，斜面的設(shè)置步驟如下:
[0024]步驟2.1:用石英玻璃或普通玻璃作為晶圓基層；
[0025]步驟2.2:利用帶斜面的切割刀具在晶圓基層上用斜面刀刃切割而獲得斜面，用干腐等方法獲得凹區(qū)平面。
[0026]采用光刻和物理濺射工藝在所述斜面上沉積一層金屬膜，獲得斜面鏡。
[0027]鏡橋晶圓的加工還可以采用在石英玻璃，普通玻璃或其他材料做基層，用感光膠經(jīng)光刻工藝加工出臺階，再用干蝕或在臺階角落點膠，膠液流動在表面張力及毛吸效應(yīng)作用下形成斜面。
[0028]—種適用于PLC平面波導芯片與光電器件耦合的晶圓級封裝方法，采用所述的鏡橋晶圓進行封裝，包括以下步驟:
[0029]步驟A:利用芯片反貼鍵合自動裝貼工藝，依據(jù)光電器件上的對位標記和鏡橋晶圓上的光電器件對位標記，將光電器件裝貼在鏡橋晶圓上；
[0030]步驟B:利用切割機依據(jù)在鏡橋晶圓上設(shè)置的切割標記，對裝貼好光電器件的鏡橋晶圓進行切割，得到鏡橋組件；
[0031]步驟C:將鏡橋組件從鏡橋晶圓中提取出來，進行翻轉(zhuǎn)；
[0032]步驟D:將翻轉(zhuǎn)后的鏡橋組件依據(jù)設(shè)置的波導對位標記在波導晶圓上貼裝，完成親合;
[0033]通過對波導晶圓切割，然后將切割后的波導晶圓在粘膜框架上重組使得所述波導晶圓的波導端面暴露。
[0034]有益效果
[0035]相對與現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供了一種用于PLC平面波導芯片與光電器件耦合的晶圓級封裝方法，通過巧妙的設(shè)計出鏡橋晶圓的結(jié)構(gòu)，并利用鏡橋晶圓來實現(xiàn)封裝，根據(jù)現(xiàn)有的半導體芯片組裝技術(shù)所能達到的加工精度，利用精密的晶圓加工中的光刻技術(shù)和市場上現(xiàn)有的半導體封裝設(shè)備，制作出鏡橋晶圓，并利用鏡橋晶圓作為橋梁，實現(xiàn)波導芯片與光電器件芯片的耦合對中和位置固定，通過這個結(jié)構(gòu)將光波導芯片與光電器件芯片之間的耦合對中轉(zhuǎn)變成兩者分別與鏡橋晶圓的定位對中，實現(xiàn)光波導芯片與光電器件芯片在晶圓平臺上的耦合與集成，達到微米級的對中精度；由于鏡橋晶圓是利用半導體光刻工藝批量加工，同時保持很高的對位精度，晶圓材料可以廣泛選擇，如普通玻璃，石英玻璃，陶瓷等，也可以是硅等，可以實現(xiàn)自動化大規(guī)模生產(chǎn)，能大大降低生產(chǎn)成本提高生產(chǎn)效率。
【附圖說明】
[0036]圖1為光電器件與PLC波導芯片的耦合對中示意圖；
[0037]圖2為是光電器件在波導表面上的耦合對中示意圖；
[0038]圖3為鏡橋晶圓的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0039]圖4為采用無斜面鏡的鏡橋晶圓封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖5為采用帶斜面鏡的鏡橋晶圓封裝結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖6為本發(fā)明所述封裝方法的工藝流程圖；
[0042]圖7為鏡橋晶圓的斜面加工不意圖；
[0043]圖8為鏡橋晶圓貼裝夾具不意圖一；
[0044]圖9為鏡橋晶圓貼裝夾具不意圖一.；
[0045]標號說明:1-PLC芯片基層，2-PLC波導芯片，3-光電器件，4-微調(diào)架不意圖，5-電信號聯(lián)線，6-電信號強度表，7-波導斜面反射鏡，8-腐蝕區(qū)域，9-光刻工藝定位對位標記，10-光電器件對位標記，11-波導芯片對位標記，12-光波導芯片基層，13-光波導，14-鏡橋晶圓，15-鍵合部件，16-接收/發(fā)射窗口在端面的光電芯片，17-模塊封裝底座板，18-底座板與組建的聯(lián)接層，19-晶圓基層，20-切割刀具，21-臺階區(qū)，22-粘膜框架，23-粘膜，24-波導晶圓板塊。
【具體實施方式】
[0046]下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
[0047]如圖3所示，一種用于封裝的鏡橋晶圓14，包括晶圓及設(shè)置在晶圓上的光刻工藝定位標記9、光電器件對位標記10以及波導芯片對位標記11 ;
[0048]所述光電器件對位標記及波導芯片對位標記分別設(shè)置在由晶圓切割后所形成的鏡橋芯片的上面。
[0049]還包括設(shè)置在晶圓上的鍵合部件，所述鍵合部件15為銅柱鍵或錫球。
[0050]【鍵合部件用于將光電器件和波導芯片依據(jù)對位標記固定在鏡橋芯片上或由鏡橋芯片切割后的鏡橋組件上?！?br>[0051]所述鍵合部件為錫球時，所述鏡橋晶圓上還設(shè)置有垂直定位臺階。
[0052]在晶圓里設(shè)置有斜面。
[0053]【所述波導芯片2發(fā)出的光線通過斜面的反射，被鍵合在鏡橋晶圓上的光電器件接收。】
[0054]所述斜面上設(shè)置有斜面鏡。
[0055]—種制作所述的鏡橋晶圓的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0056]步驟1:依據(jù)幾何光學原理在晶圓上設(shè)置光刻工藝定位標記、光電器件對位標記以及波導芯片對位標記；
[0057]步驟2:利用晶圓加工工藝中的光刻工藝、金屬濺射或電鍍工藝在步驟I得到的晶圓上設(shè)置鍵合部件。
[0058]通過以下步驟在晶圓上設(shè)置斜面，斜面的設(shè)置步驟如下: