一种用于plc平面波导芯片与光电器件耦合的晶圆级封装方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体封装技术领域，涉及一种用于PLC平面波导芯片与光电器件耦合的晶圆级封装方法。
【背景技术】
[0002]在宽带通信中作为信号传输介质的光导纤维即光纤是跟据光在折射率不同的两种介质界面产生全反射的原理制造成的。通常是S12(俗称玻璃)介质作芯核的折射率稍大于同样是S12M料制作的外包层的折射率。PLC平面波导就是利用半导体芯片加工工艺将类似于光纤的波导结构制作在晶圆的表面上。利用光的相干，折射，衍射等物理原理在晶圆上可设计制作具有各种不同功能的用于光纤网络通信的器件光纤通信网络传输容量大，但在应用中离不开光电转换。语音图像信号首先是转换成电信号，电信号通过光电转换变成光信号后才能上光纤网络传输到目的地，再经过光电转换成电信号在用户接收端才能恢复成语音，视频信号。目前光电转换器件主要有半导体激光器和光接收器(Photodetector)。光波导与光电转换的耦合是非常关键的一环。PLC光波导芯片波导的芯结构尺寸只有大约5到6微米左右，光电转换器件的对中精度要求也相当高，微米级的精度。目前在生产上普遍使用的耦合技术是人工对中。对微调架实现电机驱动和计算机闭环控制的自动化对中耦合技术有报道但实际生产中很少被运用。
[0003]图1示意光电器件跟PLC波导芯片的耦合对中原理。光电器件3固定在微调架上放置在波导2的端面，PLC芯片波导下方为PLC芯片基层I，通过手工对微调架4调整让光电器件与波导对中。波导另一端通入的光线射入光电器件的接收窗口，通过电信号联线5将电信号显示在信号强度表6上，信号强度最大时就是对中的最佳位置。对中后将波导芯片与光电器件固定。固定方法通常是胶结或者通过金属镀层焊接。
[0004]图2示意的是光电器件在波导表面上的耦合对中，原理与图1中的相似。所不同的是在波导芯片晶圆的制造工艺中，在波导的端面制作了一个斜面反射镜7[3]，将波导里传输的光线反射到波导芯片的表面。光电器件在表面耦合对中后固定。
[0005]现有的光波导芯片与光电器件的耦合对中技术主要是依靠操作工对微调架的调节来实现的，一个操作工一次只能耦合对中一对器件，有时为了达到高的耦合指标要花费好几个小时。现有技术依靠人工，耗时太长，生产效率低下；且波导端面斜面反射镜的制作难度大，生产质量控制难度也大。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种用于PLC平面波导芯片与光电器件耦合的晶圆级封装方法，其目的在于克服上述现有技术的缺点，通过利用一个斜面反射“镜桥”结构实现波导芯片与光电器件的耦合对中和位置固定，使得每个工艺步骤都可实现自动化批量生产。
[0007]—种用于封装的镜桥晶圆，包括晶圆及设置在晶圆上的光刻工艺定位标记、光电器件对位标记以及波导芯片对位标记；
[0008]所述光电器件对位标记及波导芯片对位标记分别设置在由晶圆切割后所形成的镜桥芯片的上面。
[0009]还包括设置在晶圆上的键合部件，所述键合部件为铜柱键或锡球。
[0010]【键合部件用于将光电器件和波导芯片依据对位标记固定在镜桥芯片上或由镜桥芯片切割后的镜桥组件上。】
[0011]所述键合部件为锡球时，所述镜桥晶圆上还设置有垂直定位台阶。
[0012]在晶圆里设置有斜面。
[0013]【所述波导芯片发出的光线通过斜面的反射，被键合在镜桥晶圆上的光电器件接收。】
[0014]所述斜面上设置有斜面镜。
[0015]—种制作所述的镜桥晶圆的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0016]步骤1:依据几何光学原理在晶圆上设置光刻工艺定位标记、光电器件对位标记以及波导芯片对位标记；
[0017]步骤2:利用晶圆加工工艺中的光刻工艺、金属溅射或电镀工艺在步骤I得到的晶圆上设置键合部件。
[0018]通过以下步骤在晶圆上设置斜面，斜面的设置步骤如下:
[0019]步骤1.1:利用晶圆加工工艺中的光刻工艺，将感光胶涂附在设置完定位标记与对位标记的晶圆表面，经过匀胶机匀胶后，再进行软烘干；
[0020]步骤1.2:利用曝光机，将步骤1.1获得的晶圆在预先制作好的掩膜板下曝光，再经过显影处理后，晶圆上预先设定的腐蚀区域形成腐蚀窗口 ；
[0021]步骤1.3:将经过硬烘干后的晶圆放置在容器中进行湿化腐蚀处理，在窗口的边缘形成斜面，斜面的角度为单晶硅晶面角54.7°。
[0022]步骤1.4:对腐蚀后的晶圆进行清洗和去胶处理。
[0023]通过以下步骤在晶圆上设置斜面，斜面的设置步骤如下:
[0024]步骤2.1:用石英玻璃或普通玻璃作为晶圆基层；
[0025]步骤2.2:利用带斜面的切割刀具在晶圆基层上用斜面刀刃切割而获得斜面，用干腐等方法获得凹区平面。
[0026]采用光刻和物理溅射工艺在所述斜面上沉积一层金属膜，获得斜面镜。
[0027]镜桥晶圆的加工还可以采用在石英玻璃，普通玻璃或其他材料做基层，用感光胶经光刻工艺加工出台阶，再用干蚀或在台阶角落点胶，胶液流动在表面张力及毛吸效应作用下形成斜面。
[0028]—种适用于PLC平面波导芯片与光电器件耦合的晶圆级封装方法，采用所述的镜桥晶圆进行封装，包括以下步骤:
[0029]步骤A:利用芯片反贴键合自动装贴工艺，依据光电器件上的对位标记和镜桥晶圆上的光电器件对位标记，将光电器件装贴在镜桥晶圆上；
[0030]步骤B:利用切割机依据在镜桥晶圆上设置的切割标记，对装贴好光电器件的镜桥晶圆进行切割，得到镜桥组件；
[0031]步骤C:将镜桥组件从镜桥晶圆中提取出来，进行翻转；
[0032]步骤D:将翻转后的镜桥组件依据设置的波导对位标记在波导晶圆上贴装，完成親合;
[0033]通过对波导晶圆切割，然后将切割后的波导晶圆在粘膜框架上重组使得所述波导晶圆的波导端面暴露。
[0034]有益效果
[0035]相对与现有技术，本发明提供了一种用于PLC平面波导芯片与光电器件耦合的晶圆级封装方法，通过巧妙的设计出镜桥晶圆的结构，并利用镜桥晶圆来实现封装，根据现有的半导体芯片组装技术所能达到的加工精度，利用精密的晶圆加工中的光刻技术和市场上现有的半导体封装设备，制作出镜桥晶圆，并利用镜桥晶圆作为桥梁，实现波导芯片与光电器件芯片的耦合对中和位置固定，通过这个结构将光波导芯片与光电器件芯片之间的耦合对中转变成两者分别与镜桥晶圆的定位对中，实现光波导芯片与光电器件芯片在晶圆平台上的耦合与集成，达到微米级的对中精度；由于镜桥晶圆是利用半导体光刻工艺批量加工，同时保持很高的对位精度，晶圆材料可以广泛选择，如普通玻璃，石英玻璃，陶瓷等，也可以是硅等，可以实现自动化大规模生产，能大大降低生产成本提高生产效率。
【附图说明】
[0036]图1为光电器件与PLC波导芯片的耦合对中示意图；
[0037]图2为是光电器件在波导表面上的耦合对中示意图；
[0038]图3为镜桥晶圆的结构不意图；
[0039]图4为采用无斜面镜的镜桥晶圆封装结构示意图；
[0040]图5为采用带斜面镜的镜桥晶圆封装结构示意图；
[0041]图6为本发明所述封装方法的工艺流程图；
[0042]图7为镜桥晶圆的斜面加工不意图；
[0043]图8为镜桥晶圆贴装夹具不意图一；
[0044]图9为镜桥晶圆贴装夹具不意图一.；
[0045]标号说明:1-PLC芯片基层，2-PLC波导芯片，3-光电器件，4-微调架不意图，5-电信号联线，6-电信号强度表，7-波导斜面反射镜，8-腐蚀区域，9-光刻工艺定位对位标记，10-光电器件对位标记，11-波导芯片对位标记，12-光波导芯片基层，13-光波导，14-镜桥晶圆，15-键合部件，16-接收/发射窗口在端面的光电芯片，17-模块封装底座板，18-底座板与组建的联接层，19-晶圆基层，20-切割刀具，21-台阶区，22-粘膜框架，23-粘膜，24-波导晶圆板块。
【具体实施方式】
[0046]下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
[0047]如图3所示，一种用于封装的镜桥晶圆14，包括晶圆及设置在晶圆上的光刻工艺定位标记9、光电器件对位标记10以及波导芯片对位标记11 ;
[0048]所述光电器件对位标记及波导芯片对位标记分别设置在由晶圆切割后所形成的镜桥芯片的上面。
[0049]还包括设置在晶圆上的键合部件，所述键合部件15为铜柱键或锡球。
[0050]【键合部件用于将光电器件和波导芯片依据对位标记固定在镜桥芯片上或由镜桥芯片切割后的镜桥组件上。】
[0051]所述键合部件为锡球时，所述镜桥晶圆上还设置有垂直定位台阶。
[0052]在晶圆里设置有斜面。
[0053]【所述波导芯片2发出的光线通过斜面的反射，被键合在镜桥晶圆上的光电器件接收。】
[0054]所述斜面上设置有斜面镜。
[0055]—种制作所述的镜桥晶圆的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0056]步骤1:依据几何光学原理在晶圆上设置光刻工艺定位标记、光电器件对位标记以及波导芯片对位标记；
[0057]步骤2:利用晶圆加工工艺中的光刻工艺、金属溅射或电镀工艺在步骤I得到的晶圆上设置键合部件。
[0058]通过以下步骤在晶圆上设置斜面，斜面的设置步骤如下: