一种光电芯片协同封装结构及方法技术

本发明专利技术提供一种光电芯片协同封装结构及方法，所述封装结构包括设置有光子芯片的晶圆，在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设有腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；所述结构还包括用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层、设置在所述金属布线层上并用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球。本发明专利技术能够直接在光子芯片制作工艺过程中将电芯片与光子芯片集成，实现了晶圆级光、电芯片的协同封装，避免传统封装将电芯片和光子芯片分别封装的步骤，适用于批量生产，同传统光、电芯片协同封装工艺相比减少了工艺步骤，使工艺更加简单，节约了生产成本。

A Collaborative Packaging Architecture and Method for Photoelectric Chips

The invention provides a photoelectric chip co-packaging structure and method, which comprises a wafer with photonic chips, a cavity on the wafer with photonic chips and on one side of the photonic chips, and an electric chip is positioned in the cavity; the structure also includes a metal wiring layer for connecting with the chip pad and the photonic chip pad, respectively, and is arranged in the cavity. The metal wiring layer is also used to connect the photonic chip, the electric chip and the external electrical connection bumps or solder balls. The invention can integrate the electric chip and the photonic chip directly in the process of photonic chip manufacturing, realizes the cooperative packaging of wafer-level optical and electrical chips, avoids the steps of traditional packaging to package the electric chip and the photonic chip separately, and is suitable for mass production. Compared with the traditional photonic and electrical chip cooperative packaging technology, the process steps are reduced, the process is simpler and the production is saved. Cost.

【技术实现步骤摘要】
一种光电芯片协同封装结构及方法
本专利技术涉及光通信
，尤其涉及一种光电芯片协同封装结构及方法。
技术介绍
由于云计算的需要和移动设备的广泛使用，网络中的数据流量正在呈现爆炸式增长，尤其是数据中心的数据传输容量需要急剧增加以处理这些大量的数据，所以目前，全世界都在大力研究和发展光通信。随着科技的逐渐发展，人们对光通信的信号传输速度的追求也越来越高。与此同时，人们对于光、电芯片的封装也越来越重视，目前，光、电芯片的协同封装也逐渐成为了重要的研究课题。在现有的光、电芯片协同封装中，一般采用传统芯片的封装方式，将电芯片和光子芯片倒装在基板上，通过凸块或焊球来实现电气连接，或者电芯片和光子芯片焊接在基板上，采用键合线的方式连接到基板上。这种传统的光、电芯片协同封装方法不仅占用了更多的面积，不满足小尺寸封装的发展要求，而且也受限于传输速率的影响。另外，电芯片和光子芯片需先各自固定到基板上才能在基板上实现光、电芯片的信号传输，封装过程复杂，不适合批量化生产。专利CN108091629A介绍了另一种光、电芯片封装方法，将电(光)芯片倒放在基板上，另外的一个光(电)芯片正装放置，两者的焊盘相对应，通过焊球实现光子芯片与电芯片的电气连接，缩短了信号传输路径。但是这种方法需要将光子芯片和电芯片的焊盘精确对准，给封装过程带来了一定的难度，不适用于批量化生产。
技术实现思路
本专利技术提供的光电芯片协同封装结构及方法，能够直接在光子芯片制作工艺过程中就将电芯片与光子芯片集成，实现了晶圆级光、电芯片的协同封装，避免传统封装将电芯片和光子芯片分别封装的步骤，适用于批量生产，同传统光、电芯片协同封装工艺相比减少了工艺步骤，使工艺更加简单，节约了生产成本。第一方面，本专利技术提供一种光电芯片协同封装结构，包括设置有光子芯片的晶圆，在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设有腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；所述结构还包括用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层、设置在所述金属布线层上并用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球。可选地，所述腔体的尺寸与所述电芯片的尺寸相对应，以使将所述电芯片焊盘与光子芯片焊盘位置平齐。可选地，所述电芯片采用导电材料与腔体底部焊接；或者，所述腔室底部通过沉积金属与晶圆的表面连接。可选地，所述光子芯片为边发射或接收的激光器、探测器或调制器时，则所述结构还包括设置在光子芯片发射或接收端一侧的晶圆衬底上且用于光信号传输的凹槽。可选地，所述腔体和所述凹槽采用光刻或刻蚀工艺在所述晶圆级光电芯片协同封装结构内加工形成。可选地，所述结构还包括覆盖在晶圆上的光敏材料，且通过在电芯片焊盘与光子芯片焊盘处对光敏材料进行开窗布线并形成金属布线层。第二方面，本专利技术提供一种光电芯片协同封装方法，包括：在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设置腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；在晶圆上设置用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层；在所述金属布线层上设置用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球；对由至少一个电芯片与至少一个光子芯片所组成的单元进行切割，并形成晶圆级光电芯片协同封装结构。可选地，所述腔体的尺寸与所述电芯片的尺寸相对应，以使将所述电芯片焊盘与光子芯片焊盘位置平齐。可选地，所述电芯片采用导电材料与腔体底部焊接；或者，所述腔室底部通过沉积金属与晶圆的表面连接。可选地，在所述在晶圆上设置用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层之后，所述方法还包括：当所述光子芯片为边发射或接收的激光器、探测器或调制器时，则在光子芯片发射或接收端一侧的晶圆衬底上设置用于光信号传输的凹槽；优选地，所述腔体和所述凹槽采用光刻或刻蚀工艺在所述晶圆级光电芯片协同封装结构内加工形成。本专利技术实施例提供的光电芯片协同封装结构及方法，所述封装结构主要是在晶圆上设置空的腔体，并通过在空腔体内埋入电芯片的方式将光子芯片和电芯片协同封装，不同于传统封装将电芯片和光子芯片分布倒装在基板上，通过凸块或焊球来实现电气连接，本实施例所述协同封装结构通过在设置有光子芯片的晶圆中设置腔体安装电芯片，进而能够直接在光子芯片制作工艺过程中就将电芯片与光子芯片集成，以使所述封装结构的尺寸更小，满足了小尺寸封装的发展要求。同时，本实施例实现了晶圆级光、电芯片的协同封装，避免了传统封装将电芯片和光子芯片分别封装的步骤，适用于批量生产，同传统光、电芯片协同封装工艺相比减少了工艺步骤，使工艺更加简单，节约了生产成本。另外，本实施例所述封装结构还可以通过利用精确的光刻工艺实现挖腔步骤来集成电芯片，避免了传统封装中将封装好的电芯片和光子芯片倒装在基板上的工艺步骤，使封装的机械性能和电性能也较传统光、电芯片协同封装有明显提高。附图说明图1为本专利技术一实施例光电芯片协同封装方法的流程图；图2为本专利技术一实施例在设置有光子芯片的晶圆上设置腔体的结构示意图；图3为本专利技术一实施例在腔体内放置电芯片的结构示意图；图4为本专利技术另一实施例在具有电芯片、光子芯片的晶圆上覆盖光敏材料的结构示意图；图5为本专利技术另一实施例对光敏材料进行开窗后的结构示意图；图6为本专利技术另一实施例在具有电芯片、光子芯片的晶圆上设置金属布线层的结构示意图；图7为本专利技术另一实施例在具有电芯片、光子芯片的晶圆上设置凸块或焊球的结构示意图；图8为本专利技术另一实施例对由至少一个电芯片与至少一个光子芯片所组成的单元进行切割的结构示意图；其中，1、凸块或焊球；2、电芯片；3、腔体；4、金属布线层；5、芯片焊盘；6、光子芯片；7、光敏材料；8、光子芯片衬底；9、V型槽。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供一种光电芯片协同封装结构，如图8所示，所述结构包括设置有光子芯片6的晶圆，在设置有光子芯片6的晶圆上且位于光子芯片一侧设有腔体3，并将电芯片2正放在所述腔体3内；所述结构还包括用于分别与电芯片焊盘5、光子芯片焊盘5连接的金属布线层、设置在所述金属布线层4上并用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球1。本专利技术实施例提供的光电芯片协同封装结构主要是在晶圆上设置空的腔体3，并通过在空腔体3内埋入电芯片2的方式将光子芯片6和电芯片2协同封装，不同于传统封装将电芯片2和光子芯片6分布倒装在基板上，通过凸块或焊球1来实现电气连接，本实施例所述协同封装结构通过在设置有光子芯片6的晶圆中设置腔体3安装电芯片2，进而能够直接在光子芯片6制作工艺过程中就将电芯片2与光子芯片6集成，以使所述封装结构的尺寸更小，满足了小尺寸封装的发展要求。同时，本实施例实现了晶圆级光、电芯片的协同封装，避免了传统封装将电芯片2和光子芯片6分别封装的步骤，适用于批量生产，同传统光、电芯片协同封装工艺相比减少了工艺步骤，使工艺更加简单，节约了生产成本。另外，本实施例所述封装结构还可以通过利用精确的光刻工艺实现挖腔步骤来集成电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电芯片协同封装结构，其特征在于，包括设置有光子芯片的晶圆，在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设有腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；所述结构还包括用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层、设置在所述金属布线层上并用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球。

【技术特征摘要】
1.一种光电芯片协同封装结构，其特征在于，包括设置有光子芯片的晶圆，在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设有腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；所述结构还包括用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层、设置在所述金属布线层上并用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球。2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于，所述腔体的尺寸与所述电芯片的尺寸相对应，以使将所述电芯片焊盘与光子芯片焊盘位置平齐。3.根据权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述电芯片采用导电材料与腔体底部焊接；或者，所述腔室底部通过沉积金属与晶圆的表面连接。4.根据权利要求1-3任一所述的结构，其特征在于，所述光子芯片为边发射或接收的激光器、探测器或调制器时，则所述结构还包括设置在光子芯片发射或接收端一侧的晶圆衬底上且用于光信号传输的凹槽。5.根据权利要求4所述的结构，其特征在于，所述腔体和所述凹槽采用光刻或刻蚀工艺在所述晶圆级光电芯片协同封装结构内加工形成。6.根据权利要求1-5任一所述的结构，其特征在于，所述结构还包括覆盖在晶圆上的光敏材料，且通过在电芯片焊盘与光子芯片焊盘处对光敏材料进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵慢，刘丰满，孙瑜，曹立强，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11