专利名称：用于将滤光器附加到包封后的封装的方法
技术领域：
本发明涉及用于将滤光器附加到包封后的封装的方法。
背景技术：
通常，光子学，也称为光电子学，涉及对光进行产生、调制、引导、放大和检测的技术。随着越来越多的应用场合中采用光电子器件来增强性能、减小尺寸或降低成本，光子器件正在世界范围内得到越来越多、越来越快的应用。例如，光缆提供了比传统的铜导线高得多的带宽，从而对包括实时多媒体应用在内的更广范围的商业应用提供了支持。
在微电子学领域，“封装”指的是将微电子元件包封成易于连接到电路中的形式，即易于将电子电路——例如集成电路(“IC”)——附加到印刷电路板(“PCB”)、衬底、芯片座或引线框从而得到包封的封装。在光子学领域，封装还可以包括采用例如滤光器来提供光学连接，所述滤光器具有高度的定向性，并需要对电子元件和光子元件之间的位置公差进行特别精密的控制。
光子器件的制造成本已经成为对这种器件进行更广泛应用的障碍。因此，需要使制造光子元件的成本降低以提高其在商业应用中的可行性。光子器件的部分市场涉及做成小体积的高性能元件，它们主要用于军事应用中，成本相对而言不太重要。但是，也需要为商业应用——例如将消费者的电子设备与光网络相连的器件——开发有效的、大体积的制造工艺。据估计，包括使光学元件对准的方法以及对光子元件和电子元件进行集成的方法在内，封装目前占据了光子元件制造成本的60％到80％。
作为示例，图1示出了制造光子器件封装的示例过程。大体上，该过程需要将光学器件附加到包封后的封装上，所述光学器件可以是有源器件例如发送器或接收器，也可以是无源器件例如光纤或隔离器，所述包封后的封装通常可以包括某种透镜和光纤。制造过程始于步骤102的芯片安装，就是将含有单一芯片或多个芯片的硅晶片以机械的方式附加到电路板、衬底、芯片座或引线框上。然后，该过程延伸到步骤104的引线键合处理，该处理用接合线在电子元件与电路板、衬底、芯片座或引线框之间提供电连接。在步骤106，该过程延伸到环氧包封，将电路的封装包封或封装到塑料材料中，塑料材料可以是硅酮基或环氧基的材料。
在接下来步骤108的单个化中，步骤105中生产的包封后的封装中的大量独立器件从实体上分成一个个包封后的封装110，以便由光子元件进行后续封装。此步骤可以通过锯切、冲压或激光单个化来完成。本领域技术人员应当明白，开始的这四个步骤可以是最初在半导体工业中开发的传统工艺。
由光学器件进行的包封处理开始于步骤112，该处理将粘合剂涂敷到单个包封后的封装上。粘合剂可以是胶、环氧树脂、光固化粘合剂和其他连接方式，所述的光固化粘合剂可以包括紫外(“UV”)固化合成物。在步骤114中，可以将光学器件对准并附加到采用了步骤112中涂敷的粘合剂的包封后的封装。光学器件可以是可以在大玻璃衬底上制造的滤光器。一种类型的滤光器是干涉滤光器，其中，成品的滤光器可以包括层叠在一起的多个衬底以产生具有特定需求分辨率的图样。这些滤光器可以以不同尺寸的大玻璃片形式来制造，大玻璃片可以切成圆形、正方形或矩形结构的较小元件。在附加光学器件之后，在步骤116中对整个封装进行固化，在步骤118得到完成的包封后的封装。
图2中示出了通过图1说明的过程生产的单个光子元件200一种示例性实施例的侧面剖视图。光子元件200可以包括衬底202、电子元件204和包封材料206，衬底202可以是塑料或陶瓷材料，或者基于PCB的金属引线框，电子元件204例如集成电路(“IC”)，包封材料206用于对电子器件进行机械方面和环境方面的保护。这三种元件一起形成了包封的电子封装。为了得到电子封装，用粘合剂208将光子元件210(例如滤光器)附加到包封的电子封装上。
可以采用另外的步骤，例如固化、烘烤、封接、测试、打标等，来产生成品。但是，应当明白，图1示出了组装过程的主要步骤。另外，应当明白，在光子元件与电子元件之间产生光学连接是该过程中的难点，因为其需要精密的对准，并且对两种元件之间的相对运动特别敏感。
因此，需要一种制造光子器件的改进方法，该方法更加有效并可以降低与前述制造方法相关的制造成本。
发明内容
总的来说，本发明是这样一种方法，它在单个化之前将光学器件附加到包封的电子封装，以便降低失准问题，从而提高制造过程的效率并降低制造成本。作为一种示例，本方法可以包括将粘合剂涂敷到以具有多个芯片的单个元件形式出现的包封后的电子封装，将光学器件相对于单个元件对准，然后用粘合剂将光学器件附加到单个元件。本方法还可以包括使附加了光学器件的单个元件固化，并将单个元件单个化成多个分开的包封后的封装，这些包封后的封装中每一个都附加有部分光学器件。通过将单个元件与其附加的光学器件一起单个化，可以显著减少工艺周期时间，同时还减少了滤光器与经过单个化的电子封装之间失准相关的问题。
作为在单个化之前将光学器件附加到包封的电子封装的方法的另一种示例，本方法可以包括将具有多个光学器件的未单个化光学器件分成多个分开的光学器件，将粘合剂涂敷到单个元件上，将每个分开的光学器件相对于单个元件对准，并用粘合剂将每个分开的光学器件附加到单个元件。本方法还可以包括使附加了多个分开的光学器件的单个元件固化，然后将附加了多个分开的光学器件的单个元件单个化成为多个分开的包封后的封装，对于每个分开的包封后的封装都有分开的光学器件附加到包封后的电子封装的单个芯片。本方法也显著减少了工艺周期时间，以及失准和搬运损坏的问题。
通过分析下面的附图和详细说明，本领域技术人员会明白本发明的其他系统、方法和特征。所有这些其他的系统、方法和特征以及优点都应当认为包括在本说明的范围内，属于本发明的范围，并由权利要求保护。
参考下面的附图可以更好地理解本发明。附图中的元件不一定按比例绘制，而是将重点放在对本发明的原理进行说明上。在附图中，相同的标号在所有的不同视图中表示相应的部分。
图1是用于组装光子元件的传统过程示例的流程图。
图2是图1所示过程生产的光子元件的示例性实施例的侧面剖视图。
图3是根据本发明来组装光子元件的过程的实施方式示例的流程图。
图4是图3所示过程产生的一个封装中多个光子元件在即将通过单个化进行分离之前的示例性实施例的剖视图。
图5是根据本发明来组装光子元件的过程的实施方式另一种示例的流程图。
图6是图5所示过程产生的一个封装中多个光子元件在即将通过单个化进行分离之前的示例性实施例的剖视图。
具体实施例方式
下面对示例实施例进行的说明中，参考了构成本文一部分的附图，附图通过例证来图示了可以用于实施本发明的具体实施例。在不脱离本发明范围的情况下，也可以采用其他实施方式并进行结构上的改变。
总的来说，本发明是这样一种方法，它在单个化之前将光学器件附加到包封的电子封装，以便降低失准问题，从而提高制造过程的效率并降低制造成本。
图3中示出了用于组装光子元件的过程的一种实施方式示例的流程图。步骤302、304和306分别与图1的步骤102、104和106类似。此过程始于步骤302，将电子元件(例如含有多个芯片的硅晶片)附加到电路板、衬底、芯片座或引线框上。然后，该过程延伸到步骤304的引线键合处理，该处理用接合线在电子元件与电路板、衬底、芯片座或引线框之间提供电连接。在步骤306，该过程延伸到环氧包封，将电路包封或封装到塑料材料中，塑料材料可以是硅酮基或环氧基的材料。在步骤308中，将粘合剂涂敷到步骤306中生产的包封后的封装。同样，粘合剂可以是胶、环氧树脂、光固化粘合剂和其他连接方式，所述的光固化粘合剂可以包括紫外(“UV”)固化合成物。
在步骤310，将单个的大光学器件对准并附加到包封后的封装。例如，光学器件可以是大玻璃衬底上制造的滤光器，并可以包括层叠在一起的多个衬底。滤光器也可以包括干涉滤光器，这样的滤光器在衬底上具有多个介质材料层(薄涂层)，其中各层的材料和厚度选择为提供具体定制的分辨率图样，即光在期望波长处的反射率或透射率。大玻璃片可以按期望的规格来制造，然后分成各种结构的较小元件。在这种示例中，玻璃片可以设计成图4所示那样完全覆盖包封后的封装(将在下面进行说明)。
在步骤312，对带有附加的光学器件的包封后的封装进行固化。固化可以包括施加热量，或者根据所用的粘合剂类型采用短波长的光进行照射。
固化之后，在步骤314对包封后的封装进行单个化。本领域技术人员应当明白，单个化有各种方法，例如激光划线和金刚石砂轮锯切。例如，可以采用锯切对包封后的封装的表面进行部分切割或划线，然后使包封后的封装沿锯线断裂；也可以完全切透包封后的封装。另一种示例是干法切开，用金刚石划线机在包封后的封装上产生应力线，并用切断机构使包封后的封装沿应力线裂开。这种处理的优点在于切口更窄，且包封后的封装中各侧的残余应力较小。
过程在步骤316结束，通过对包封后的封装的单个化得到了多个光子元件。这些光子元件中的每一个可能需要另外的处理(例如测试、打标等)来得到最终产品。打标可以包括用喷墨打标或激光打标在光子元件上设置公司及产品标记。
图4示出了图3所示过程产生的具有多个光子元件的一个未单个化的封装400在图3的步骤314中进行单个化之前的示例性实施例的剖视图。图4中，用包封材料406将电子元件404附加到衬底402。电子元件404与衬底402一起形成了包封后的封装412。光学器件414可以通过粘合剂416或其他附加方式附加到包封后的封装412，光学器件414在此示例中可以是光纤。
图4中示出了即将进入图3所示步骤314之前的一个未单个化的封装400。锯线420指示了将要对这个未单个化的封装400进行切割的位置。如上所述，单个化可以采用多种方法来进行，包括例如用金刚石锯片完全切透这个未单个化的封装400，或者部分切开这个未单个化的封装400然后再使其裂开。图4中，沿锯线420锯切产生了沿这个未单个化的封装400的X轴方向的切口。应当明白，还可以造成沿Y轴的其他切口来完成单个化处理。在一种示例方法中，这种方式可以通过对这个未单个化的封装400进行90°旋转，并沿这个未单个化的封装400的Y轴重复锯切来实现。
图5中示出了用于组装光子元件的过程的另一种实施方式示例的流程图。步骤502、504和506分别与图1的步骤102、104和106类似。此过程适于步骤502，将电子元件(例如含有多个芯片的硅晶片)附加到电路板、衬底、芯片座或引线框上。然后，该过程延伸到步骤504的引线键合处理，该处理用接合线在电子元件与电路板、衬底、芯片座或引线框之间提供电连接。在步骤506，该过程延伸到环氧包封，将电路包封或封装到塑料材料中，塑料材料可以是硅酮基或环氧基的材料。在步骤508中，将粘合剂涂敷到步骤506中生产的包封后的封装。同样，粘合剂可以是胶、环氧树脂、光固化粘合剂和其他连接方式，所述的光固化粘合剂可以包括紫外(“UV”)固化合成物。
在步骤510，对单个的大光学器件进行单个化，使之成为多个分开的较小光学器件。例如，大光学器件可以是大玻璃衬底上制造的滤光器，并可以包括层叠在一起的多个衬底，较小的光学器件可以是圆形、正方形或矩形结构。
然后，此过程前进到步骤512，步骤510中生产的较小光学器件各自对准并附加到步骤506中生产的包封后的封装。在步骤512，例如，较小的光学器件可以沿包封后的封装500的X轴和Y轴等间距布置以进行最优的单个化；即，较小的光学器件在包封后的封装上的定位可以使每个包封后的封装产生的元件数目最多，或者使对包封后的封装进行单个化所需的锯切数目最少。
在步骤514，对带有附加的光学器件的包封后的封装进行固化。固化可以包括施加热量，或者根据所用的粘合剂类型采用短波长的光进行照射。固化之后，在步骤516对包封后的封装进行单个化。本领域技术人员应当明白，单个化有各种方法，例如激光划线和金刚石砂轮锯切。例如，可以采用锯切对包封后的封装的表面进行部分切割或划线，然后使包封后的封装沿锯线断裂；也可以完全切透包封后的封装。
过程在步骤518结束，通过对包封后的封装的单个化得到了多个光子元件。这些光子元件中的每一个可能需要另外的处理(例如测试、打标等)来得到最终产品。打标可以包括用喷墨打标或激光打标在光子元件上设置公司及产品标记。
图6中示出了图5所述过程生产的具有多个光子元件的一个未单个化封装600在图5所示步骤516中进行单个化之前的另一种示例性实施例的剖视图。这个未单个化的封装600与图4的那个未单个化的封装400类似，不同之处是设在包封后的封装612上的光学器件可以包括多个较小的单独光学器件614，与之相比，图4示出的是一个大光学器件414。图6中，用包封材料606将电子元件604附加到衬底602。电子元件604与衬底602一起形成了包封后的封装612。多个光学器件614可以通过粘合剂616或其他附加方式附加到包封后的封装412，光学器件614在此示例中可以是光纤。
图6中示出了即将进入图5所示步骤516之前的一个未单个化的封装600。锯线620指示了将要对这个未单个化的封装600进行切割的位置。如上所述，单个化可以采用多种方法来进行，包括例如用金刚石锯片完全切透这个未单个化的封装600，或者部分切开这个未单个化的封装600然后再使其裂开。图6中，沿锯线620锯切产生了沿这个未单个化的封装600的X轴方向的切口。应当明白，还可以造成沿Y轴的其他切口来完成单个化处理。在一种示例方法中，这种方式可以通过对这个未单个化的封装600进行90°旋转，并沿这个未单个化的封装600的Y轴重复锯切来实现。
如图6所示，在分别进行图5的粘合剂固化步骤514和单个化步骤516之前，将多个分开的光学器件614分别对准并附加到包封后的封装612。分开的光学器件614可以沿这个未单个化的封装600的X轴和Y轴等间距布置以进行最优的单个化，最优的单个化包括这样的对准情况，即产生指定数目的成品元件所需的锯线数目最少，或者每个包封后的封装612产生的元件数目最多。
应当明白，前述多种实施方式是为了例证和说明目的而介绍的，并不是穷尽性的，也不将请求保护的发明限制为所公开的精确形式。考虑到上述说明，或者根据对本发明的实践，可以产生各种更改和变化。权利要求及其等同物限定了本发明的范围。
权利要求
1.一种方法，用于将光学器件附加到具有多个包封后的电子封装的单个元件，所述方法包括将粘合剂涂敷到所述单个元件；将所述光学器件相对于所述单个元件对准；用所述粘合剂将所述光学器件附加到所述单个元件；使附加了所述光学器件的所述单个元件固化；以及将所述单个元件单个化成为多个分开的包封后的封装，每个所述包封后的封装附加有部分所述光学器件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，附加到所述单个元件的所述光学器件是滤光器。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，附加到所述单个元件的所述滤光器是具有多个衬底的干涉滤光器，所述干涉滤光器能够产生预定分辨率的图样。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述单个元件进行单个化还包括对所述单个元件进行锯切。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述单个元件进行单个化还包括对所述单个元件进行部分锯切；并将经过所述部分锯切的单个元件分裂成所述多个分开的包封后的封装。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，对所述单个元件进行单个化还包括用干法切开使所述单个元件成为所述多个分开的包封后的封装。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，涂敷到所述单个元件的所述粘合剂是环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，涂敷到所述单个元件的所述粘合剂是紫外固化合成物。
9.根据权利要求9所述的方法，其中，所述固化包括对带有所述附加的光学器件的所述单个元件施加紫外光。
10.一种方法，用于将光学器件附加到具有多个包封后的电子封装的单个元件，所述方法包括将具有多个光学器件的未单个化光学器件单个化成为多个分开的光学器件；将粘合剂涂敷到所述单个元件；使所述多个分开的光学器件中的每一个相对于所述单个元件对准；用所述粘合剂将所述多个分开的光学器件中的每一个附加到所述单个元件；使附加了所述多个分开的光学器件的所述单个元件固化；以及将附加了所述多个分开的光学器件的所述单个元件单个化成为多个分开的包封后的封装，所述单个化之后，每个分开的包封后的封装都附加有分开的光学器件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述对准还包括将所述多个分开的光学器件在所述单个元件上定位以使所述单个元件最优地单个化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述未单个化光学器件是滤光器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述滤光器是具有多个衬底的干涉滤光器，所述干涉滤光器能够产生预定分辨率的图样。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，对所述单个元件进行单个化还包括对附加了所述多个分开的光学器件的所述单个元件进行锯切。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，对所述单个元件进行单个化还包括对所述单个元件进行部分锯切；并使经过所述部分锯切的、附加了所述多个分开的光学器件的单个元件分裂。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，对所述单个元件进行单个化还包括用干法切开附加了所述多个分开的光学器件的所述单个元件。
17.根据权利要求11所述的方法，其中，涂敷到所述单个元件的所述粘合剂是环氧树脂。
18.根据权利要求11所述的方法，其中，涂敷到所述单个元件的所述粘合剂是紫外固化合成物。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述固化还包括对带有所述附加的光学器件的所述单个元件施加紫外光。
20.根据权利要求11所述的方法，还包括对每个分开的包封后的封装进行打标。
全文摘要
本发明公开了一种用于将光学器件附加到包封后的电子封装的方法。本方法包括将光学器件对准未单个化的包封后的电子封装并用粘合剂进行附加，以及对整个封装进行固化。本方法还可以包括在固化之后，对附加了光学器件的未单个化包封后的电子封装进行单个化。
文档编号H01L21/50GK1937189SQ20061012780
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月20日 优先权日2005年9月20日
发明者郭建裕, 陈文杰, 蔡梁洛, 陈勇强 申请人:安华高科技Ecbu Ip(新加坡)私人有限公司