基于金属键合的光电器件封装结构及其制造方法技术

公开了一种基于金属键合的光电器件封装结构及其制造方法。根据实施例，一种光电器件封装结构可以包括光电芯片和封装基底。光电芯片包括：衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面；在衬底上形成的光电器件；以及在第一表面上形成的用于光电器件的电极。封装基底具有彼此相对的第一表面和第二表面，并包括从第一表面延伸到第二表面的导电通道。光电芯片以其第一表面面向封装基底的方式与封装基底叠置在一起，且光电芯片的第一表面上形成的电极与封装基底中的相应导电通道键合在一起。

【技术实现步骤摘要】
基于金属键合的光电器件封装结构及其制造方法
本公开涉及光电器件封装，具体地，涉及基于金属键合的光电器件封装结构及其制造方法。
技术介绍
在常规的背入式光电器件封装中，通常在裸芯的电极上植锡球，由此焊接到封装印刷电路板(PCB)上。为了增加可靠性，可以在裸芯与封装PCB板之间填充填料。由于常规封装PCB材料和裸芯材料(Si)热膨胀系数相差很大，很容易在温度变化时开裂。另外，从其后续使用而言，一般需要将封装后的背入式光电器件再次焊接在相应的电路板上。也即，存在二次焊接问题。采用常规焊锡，植球存在二次融化过程。而如采用低温焊锡，对焊接工艺和焊料要求很高，极容易出现焊接问题。需要提供新的封装技术来至少部分地解决上述问题。
技术实现思路
有鉴于此，本公开的目的至少部分地在于提供一种基于金属键合的光电器件封装结构及其制造方法。根据本公开的一个方面，提供了一种光电器件封装结构，包括光电芯片和封装基底。光电芯片包括：衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面；在衬底上形成的光电器件；以及在第一表面上形成的用于光电器件的电极。封装基底具有彼此相对的第一表面和第二表面，并包括从第一表面延伸到第二表面的导电通道。光电芯片以其第一表面面向封装基底的方式与封装基底叠置在一起，且光电芯片的第一表面上形成的电极与封装基底中的相应导电通道键合在一起。根据本公开的另一方面，提供了一种封装光电芯片的方法。光电芯片包括：衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面；在衬底上形成的光电器件；以及在第一表面上形成的用于光电器件的电极。该方法包括：提供封装基底，该封装基底具有彼此相对的第一表面和第二表面，并包括从第一表面延伸到第二表面的导电通道；将光电芯片以其第一表面面向封装基底的方式叠置到封装基底上；以及将光电芯片的第一表面上形成的电极与封装基底中的相应导电通道键合在一起。根据本公开的实施例，不仅可以降低封装工艺和使用难度，还可以有效提高器件的可靠性和光电转化效率。附图说明通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：图1是示出了根据本公开实施例的光电芯片的示意截面图；图2是示出了根据本公开实施例的封装基底的示意截面图；图3是示出了根据本公开实施例的对光电芯片和封装基底进行键合的示意图；图4是示出了根据本公开实施例的光电器件封装结构的示意截面图。贯穿附图，相同或相似的附图标记表示相同或相似的部件。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。图1是示出了根据本公开实施例的光电芯片的示意截面图。如图1所示，根据该实施例的光电芯片100例如是在衬底100上制造光电器件之后尚未封装的裸芯。衬底100可以是半导体衬底如硅衬底，并包括彼此相对的第一表面101-1S和第二表面101-2S。第一表面101-1S和第二表面101-2S可以彼此大致平行。例如，可以在硅晶圆上通过半导体工艺制造光电器件，并将硅晶圆切片，切片后的晶圆部分形成衬底100，且衬底100上包括制造的光电器件(以及可能存在的外围部件)。这些光电器件可以包括相应的电极区域103，例如，在光电二极管的情况下，阳极和阴极。这些电极区域103例如可以是衬底101中的掺杂区，如p型掺杂区或n型掺杂区。在衬底101的第一表面101-1S一侧，可以形成有电极107，用以将光电器件的电极区域103引出到外部，以便进行适当的电连接。根据半导体制造工艺，可以在第一表面101-1S一侧形成金属化叠层(metalization)，电极107可以包括在这种金属化叠层中。例如，金属化叠层可以包括一层或多层层间介质层105，可以在层间介质层105中形成通孔或沟槽，并在其中填充导电材料如金属，从而形成导电通道。这些导电通道可以包括过孔(via)和/或金属互连(interconnect)。例如，可以通过大马士革工艺来形成金属化叠层。这些导电通道可以构成电极107，各电极107可以与相应的电极区域103电连接。根据本公开的实施例，电极107可以包括Au或Ti。此外，在形成金属化叠层时，可以在各电极107之间保留一些导电材料109(但是与电极107分离，以避免不必要的电连接)。残留的导电材料109可以与电极107在相同的工艺中形成，故而它们的上表面可以大致共面。这些导电材料109在后继键合时有助于保持光电芯片100与封装基底之间的距离，从而有助于增强机械强度。在该示例中，光电芯片100可以是背入式的，即，入射光可以从第二表面101-2S一侧入射。这样，在第一表面101-1S一侧形成的各种部件如电极等不会影响光的入射。图2是示出了根据本公开实施例的封装基底的示意截面图。如图2所示，根据该实施例的封装基底200可以包括绝缘基底，例如玻璃基底、陶瓷基底等。为了保证可靠性，特别是为了应对温度变化，封装基底200的热膨胀系数可以与衬底101的热膨胀系数基本上一致。例如，在衬底101为硅衬底的情况下，封装基底200可以包括硼硅玻璃。这样，可以减小在温度变化时芯片100与封装基底200之间开裂的可能性。封装基底200可以具有彼此相对的第一表面201-1S和第二表面201-2S。第一表面201-1S和第二表面201-2S可以彼此大致平行。在封装基底200中，可以形成从第一表面201-1S延伸到第二表面201-2S的导电通道203。例如，可以形成从第一表面201-1S延伸到第二表面201-2S贯穿封装基底200的通孔T，并在通孔T中填充导电材料如金属来形成导电通道203。根据本公开的实施例，导电通道203可以包括AuPbTi或AuTi。在图2的示例中，导电材料形成于通孔T的底部和侧壁上。但是，本公开不限于此，例如，导电材料可以填满通孔T。在本公开的技术中，封装基板200随后将以第二表面201-2S面向光电芯片100的方式叠置到光电芯片100上。因此，第二表面201-2S一侧优选地可以是平坦的。也即，导电通道203的底面可以与封装基板200的第二表面201-2S基本上共面。另外，在第一表面201-1S一侧，导电通道203可以延伸到第一表面201-1S上，以便随后进行电连接，例如焊接到电路板。封装基底200可以是针对光电芯片100专门设计的专用封装基底。例如，封装基底200上导电通道203的布局可以与光电芯片100上电极107的布局实质上相同。于是，当封装基底200与光电芯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电器件封装结构，包括：光电芯片，包括：衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面；在衬底上形成的光电器件；以及在第一表面上形成的用于光电器件的电极；以及封装基底，具有彼此相对的第一表面和第二表面，并包括从第一表面延伸到第二表面的导电通道，其中，光电芯片以其第一表面面向封装基底的方式与封装基底叠置在一起，且光电芯片的第一表面上形成的电极与封装基底中的相应导电通道键合在一起。

【技术特征摘要】
1.一种光电器件封装结构，包括：光电芯片，包括：衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面；在衬底上形成的光电器件；以及在第一表面上形成的用于光电器件的电极；以及封装基底，具有彼此相对的第一表面和第二表面，并包括从第一表面延伸到第二表面的导电通道，其中，光电芯片以其第一表面面向封装基底的方式与封装基底叠置在一起，且光电芯片的第一表面上形成的电极与封装基底中的相应导电通道键合在一起。2.根据权利要求1所述的光电器件封装结构，其中，光电芯片的厚度为50-140μm。3.根据权利要求1所述的光电器件封装结构，其中，电极包括在衬底上形成的金属化叠层中。4.根据权利要求1或3所述的光电器件封装结构，其中，电极包括Au或Ti。5.根据权利要求1所述的光电器件封装结构，其中，封装基底的热膨胀系数与衬底的热膨胀系数基本上一致。6.根据权利要求5所述的光电器件封装结构，其中，衬底包括硅，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文剑，张清军，李元景，陈志强，赵自然，刘以农，刘耀红，邹湘，何会绍，李树伟，白楠，
申请(专利权)人：清华大学，同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11