具有受控塌陷芯片连接的光子集成电路的制作方法

所描述的实施方案整体涉及光子集成电路。更具体地，本发明实施方案涉及用于生产可使用受控塌陷芯片连接来组装的光子集成电路的系统和方法。

背景技术：

1、光子集成电路包括采用发射和/或吸收诸如可见光或红外光之类的光信号的光子部件的集成光学电路。光子集成电路可以包括诸如激光发射器之类的光发射器，并且可以使用诸如微机械加工和光刻之类的微制造技术来制造以在衬底上创建光子电路的特征。光子部件(诸如激光器)可在制造过程中的各个阶段与电路耦接，并且可在添加光子部件(诸如涂层)之后执行一个或多个步骤以帮助保护这些部件免受污染或损坏。一旦组装好，光子集成电路可互连到其他半导体设备。

技术实现思路

1、实施方案涉及一种光学设备，该光学设备包括第一衬底，该第一衬底限定表面和沿着该表面的一部分形成凹陷的沟槽；以及第二衬底，该第二衬底与表面耦接并且从表面延伸以围绕沟槽形成凸起部分。光学设备还可以包括激光器管芯，该激光器管芯定位在沟槽内以使得激光器管芯被第二衬底包围；以及光学材料，该光学材料定位在激光器管芯和第二衬底之间的区域内。光学设备还可以包括第三衬底，该第三衬底与第二衬底耦接以使得第二衬底定位在第一衬底和第三衬底之间。第二衬底可被配置为至少部分地将激光器管芯与施加在光学设备上的机械应力隔离。

2、在一些实施方案中，光学设备还包括光学输出部，定位在第一衬底与第二衬底之间的填充材料，以及被配置为保持填充材料以使得其不覆盖光学输出部的填充坝。在一些情况下，光学设备包括与第三衬底耦接并且朝向第一衬底延伸的填充坝。在一些情况下，填充坝的底部边缘与第一衬底偏离。填充坝可被配置为将填充材料保持在第一衬底和第三衬底之间的空间内。在一些实施方案中，光学设备包括定位在第三衬底上的由导电材料形成的互连件。在一些情况下，第三衬底包括面向第一衬底的第一表面以及与第一表面相对的第二表面，并且互连件定位在第二表面上。在另外的示例中，互连件电耦接到激光器管芯。

3、本文所述的实施方案还涉及一种制造光学设备的方法，其中该方法包括在第一衬底中形成沟槽，该沟槽沿着第一衬底的表面限定凹陷；以及围绕沟槽形成包括第二衬底的凸起特征部。凸起特征部可以从表面延伸。该方法还可以包括将激光器管芯耦接到第一衬底，使得激光器管芯被定位在沟槽内并且被凸起特征部包围，以及将第一光学材料引入到凸起特征部和激光器管芯之间的第一区域。该方法还可以包括将第三衬底耦接到凸起特征部，使得凸起特征部被定位在第一衬底与第三衬底之间，以及将第二材料引入到至少部分地由第一衬底、凸起特征部和第三衬底限定的第二区域中。

4、在一些实施方案中，该方法还可以包括在第三衬底上形成填充坝，该填充坝朝向第一衬底延伸并且当第二衬底耦接到凸起特征部时与第一衬底偏离。在一些情况下，该方法可包括在第二衬底上形成互连件，其中互连件被定位在第三衬底的外表面上并耦接到凸起特征部。

5、本文所述的实施方案还涉及一种光学设备，该光学设备包括：第一衬底，该第一衬底限定包括第一电触点的表面；以及沟槽，该沟槽沿着表面的一部分形成凹陷。光学设备还可包括定位在沟槽内并且与第一电触点耦接的激光器管芯，以及与激光器管芯和第一衬底的至少一部分耦接的第一材料。第二衬底可耦接到第一衬底并且围绕激光器管芯形成腔，并且第二衬底可包括电耦接到第一电触点的第二电触点。电互连件可耦接到第二衬底的外表面并且与第二电触点电耦接。

6、在一些实施方案中，第一材料形成覆盖激光器管芯和第一衬底的至少一部分的层，第二衬底可以是硅晶片，并且可以从硅晶片蚀刻出腔。电互连件可包括焊料基材料，该焊料基材料被配置为将激光器管芯与电子电路电耦接。在一些情况下，第一材料包括覆盖激光器管芯和第一衬底的至少一部分的保形涂层。在一些示例中，第二衬底由硅材料形成，并且第二衬底包括延伸穿过硅材料的通孔。通孔可包含包括第二电触点的导电材料。在一些情况下，电互连件至少部分地定位在第二衬底的外表面上。

7、本文所述的实施方案包括一种形成光学设备的方法，其中该方法包括在第一衬底中形成沟槽，该沟槽沿着第一衬底的表面限定凹陷。该方法可以包括将第一电触点沉积到第一衬底上，使得第一电触点的第一部分位于沟槽中，以及将激光器管芯耦接到第一衬底，使得激光器管芯被定位在沟槽内。第一材料可被施加在激光器管芯和第一衬底的至少一部分上。在一些情况下，该方法还包括将第二衬底耦接到第一衬底，使得第二衬底的第二电触点与第一电触点电耦接。第二衬底可以围绕激光器管芯形成腔。该方法还可以包括在第二衬底的外表面上形成电互连件，使得电互连件电耦接到第二电触点。

8、在一些实施方案中，第二衬底是硅材料，并且该方法还可以包括蚀刻第二衬底以在硅材料中形成腔的至少一部分。在一些情况下，使用球落工艺在第二衬底上沉积焊料基材料来形成电互连件。

技术特征：

1.一种光学设备，所述光学设备包括：

2.根据权利要求1所述的光学设备，还包括：

3.根据权利要求1所述的光学设备，其中所述第三衬底限定填充坝，所述填充坝耦接到所述第一衬底或朝向所述第一衬底延伸。

4.根据权利要求3所述的光学设备，其中所述填充坝的底部边缘与所述第一衬底偏离。

5.根据权利要求3所述的光学设备，其中所述填充坝被配置为将填充材料保持在所述第一衬底和所述第三衬底之间的空间内。

6.根据权利要求1所述的光学设备，还包括互连件，所述互连件由导电材料形成并定位在所述第三衬底上。

7.根据权利要求6所述的光学设备，其中：

8.根据权利要求6所述的光学设备，其中所述互连件电耦接到所述激光器管芯。

9.一种制造光学设备的方法，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述第三衬底上形成填充坝，所述填充坝朝向所述第一衬底延伸并且当所述第三衬底耦接到所述凸起特征部时与所述第一衬底偏离。

11.根据权利要求9所述的方法，还包括在所述第三衬底上形成互连件，其中：

12.一种光学设备，所述光学设备包括：

13.根据权利要求12所述的光学设备，其中：

14.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述第一材料包括围绕所述激光器管芯的至少一部分和所述第一衬底的至少一部分定位的底层填料材料。

15.根据权利要求12所述的光学设备，其中：

16.根据权利要求15所述的光学设备，其中所述通孔包含包括所述第二电触点的导电材料。

17.根据权利要求12所述的光学设备，其中所述电互连件至少部分地定位在所述第二衬底的外表面上。

18.一种形成光学设备的方法，所述方法包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述第二衬底是硅材料，所述方法还包括蚀刻所述第二衬底以在所述硅材料中形成所述腔的至少一部分。

20.根据权利要求18所述的方法，其中导电材料被沉积在所述电互连件上并且被配置为形成倒装芯片连接。

技术总结
实施方案涉及一种光子设备，该光子设备包括限定表面和沿着该表面的一部分形成凹陷的沟槽的第一衬底，以及与表面耦接并且从表面延伸以围绕沟槽形成凸起部分的第二衬底。该光子设备还可包括定位在沟槽内以使得激光器管芯被第二衬底包围的激光器管芯，以及定位在激光器管芯和第二衬底之间的区域内的光学材料。该光子设备还可包括第三衬底，该第三衬底与第二衬底耦接以使得第二衬底定位在第一衬底和第三衬底之间，使得第二衬底被配置为至少部分地将激光器管芯与施加在光学设备上的机械应力隔离。

技术研发人员：S·李,B·索耶,C-T·周,J·拜尔德,H·阿贝迪阿索
受保护的技术使用者：苹果公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12