本公开提供了一种光电子芯片的混叠集成封装装置及其封装方法，装置包括：光电子芯片，所述光电子芯片上设置有多个功能单元；所述多个功能单元分为需要整体温度稳定与需要局部温度快速调谐两种类型；所述多个功能单元中至少有一个为需要局部温度快速调谐的功能单元；所述需要局部温度快速调谐的功能单元周围刻蚀有空气槽，用于隔离该功能单元与其他功能单元即需要整体温度稳定的功能单元的热量；使得这两种类型的功能单元的热量互不干扰，减少光电子芯片内部不同区域的温度互相串扰。这样的设计满足了光电子芯片对整体温度高稳定与局部温度快速精细调谐的双重要求。部温度快速精细调谐的双重要求。部温度快速精细调谐的双重要求。
【技术实现步骤摘要】
光电子芯片的混叠集成封装装置及其封装方法
[0001]本公开涉及光电子芯片及其封装领域，具体涉及光电子芯片的混叠集成封装装置及其封装方法。
技术介绍
[0002]光电子芯片及集成技术具有低功耗、高速率、高可靠、小体积等突出优势，是5G通信网络、智慧城市、物联网、云计算、大数据、智能制造等基础设施的关键技术，而封装技术是光电子芯片及集成技术走向实用化的关键。
[0003]光电子芯片表现出强烈的温度依赖性，温度变化超过一定程度可以使光电子芯片漂移出其正常运行状态，甚至整个光电子芯片完全失效，因而光电子芯片对整体温度稳定性要求高。同时光电子芯片还需要对芯片内的局部温度进行实时、精细调谐，例如对光电子芯片中某些功能单元芯片进行波长、相位精确控制，需要对这些功能单元芯片的温度进行实时、精细调谐。因而光电子芯片表现出整体温度高稳定与局部温度快速精细调谐的双重要求。
[0004]目前的光电子芯片设计没有根据光电子芯片中各单元的温度特性进行分开设计，导致光电子芯片内部热串扰严重，使得光电子芯片无法正常工作。无法满足上述双重要求，这将导致光电子芯片中某些功能单元甚至整体失效。
技术实现思路
[0005]针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种光电子芯片，其通过在需要整体温度稳定与需要局部温度快速调谐的功能单元之间刻蚀空气槽，使得这两种单元的热量互不干扰，减少光电子芯片内部不同区域的温度互相串扰，保证两种单元的运行效果。从而，整体温度稳定的功能单元、局部温度快速调谐的功能单元以及空气槽的组合满足了光电子芯片对整体温度高稳定与局部温度快速调谐的双重要求。
[0006]一种光电子芯片的混叠集成封装装置，包括：
[0007]光电子芯片，所述光电子芯片上设置有多个功能单元；所述多个功能单元分为需要整体温度稳定与需要局部温度快速调谐两种类型；所述多个功能单元中至少有一个为需要局部温度快速调谐的功能单元；所述需要局部温度快速调谐的功能单元周围刻蚀有空气槽，用于隔离该功能单元与其他功能单元即需要整体温度稳定的功能单元的热量；
[0008]控制芯片，用于接收外部检测装置传递的控制信号，调节所述需要局部温度快速调谐的功能单元上的电压或电流，从而调节所述需要局部温度快速调谐的功能单元的温度；外部检测装置检测所述需要局部温度快速调谐的功能单元的外部参数，并将检测结果转换为控制信号；
[0009]制冷器，用于对所述多个功能单元整体降温；
[0010]热敏电阻，设置于制冷器上且靠近光电子芯片的区域，与装置外部的温度控制器电连接，温度控制器检测热敏电阻的电阻值，将电阻值转换为对应温度，根据检测温度调节
所述制冷器两端的电压或电流。
[0011]可选地，所述空气槽的周围开设有多个波导连接通道，波导连接通道内设置有连接波导，各功能单元通过连接通道以及连接波导相互连接。
[0012]可选地，所述空气槽的深宽比为20∶1。
[0013]可选地，所述光电子芯片为硅晶片。
[0014]可选地，所述需要局部温度快速调谐的功能单元的接触电极处设置有金属凸块，控制芯片通过对接接触电极与金属凸块，控制所述需要局部温度快速调谐的功能单元。
[0015]可选地，所述光电子芯片与制冷器之间设置有第一金属层和第二金属层；所述第一金属层所用材质为Ti，所述第二金属层所用材质为Au。
[0016]可选地，所述制冷器设置于所述光电子芯片下方，所述制冷器下方设置有热沉。
[0017]可选地，还包括印刷电路板，所述印刷电路板一端连接芯片外部的电源，另一端连接所述光电子芯片的直流电极。
[0018]可选地，所述光电子芯片的光栅上连接有阵列光纤。
[0019]一种光电子芯片的混叠集成封装方法，包括以下几个步骤：
[0020]S1将多个功能单元安装于光电子芯片上，按照需求设计，所述多个功能单元分为需要整体温度稳定与需要局部温度快速调谐两种类型，所述多个功能单元中至少有一个为需要局部温度快速调谐的功能单元，在所述多个功能单元中需要局部温度调谐的功能单元周围刻蚀空气槽，将所述多个功能单元通过连接通道以及连接波导连接；
[0021]S2在光电子芯片的下方依次蒸发一层Ti膜和一层Au膜，冷却后即为第一金属膜和第二金属膜；
[0022]S3将光电子芯片以第二金属膜朝下，置于制冷器上方，送入键合机，升温至400～450℃，并施加0.2～0.5MPa的压力，30s后撤出压力，待其冷却至室温，实现键合；
[0023]S4将键合后的光电子芯片与制冷器通过银胶附贴热沉上；
[0024]S5将紫外胶旋涂于阵列光纤的盖板下方，对准光电子芯片上的光栅与阵列光纤，通过紫外曝光，将紫外胶固化，阵列光纤连接于光电子芯片上，实现光学封装；
[0025]S6将控制芯片的接触电极与需要局部温度调谐的功能单元上方的金属凸块对准，使用倒装焊技术，回流焊温度设置为250℃，持续30秒，将控制芯片焊接于光电子芯片的上方；
[0026]S7将印刷电路板置于热沉侧方，使上述光电子芯片的直流电极通过导线与印刷电路板连接，实现对多个功能单元的直流供电，完成电学封装。
[0027]从上述技术方案可以看出，本专利技术中所公开的一种光电子芯片的混叠集成封装装置，通过热敏电阻检测所述多个功能单元的整体温度并将温度信息传递给装置外部的温度控制器，制冷器对所述多个功能单元整体降温，温度控制器通过调节所述制冷器两端的电压或电流，调节制冷器的降温强度，使光电子芯片可以维持正常运行状态；外部检测装置检测需要局部温度快速调谐的功能单元的外部参数，并将外部参数转换为控制信号，将控制信号输入到控制芯片，通过控制芯片调节加载到需要局部温度快速调谐的功能单元上的电压或电流，从而调节所述局部温度快速调谐的功能单元的温度，温度的改变会使得外部参数相应地发生改变，从而外部检测装置、控制芯片、需要局部温度快速调谐的功能单元形成闭环，实现对需要局部温度快速调谐的功能单元的温度快速调谐。同时在需要局部温度快
速调谐的功能单元与其他功能单元也即是需要整体温度稳定的功能单元之间刻蚀空气槽，使得对需要局部温度快速调谐的功能单元进行温度调节时，不影响其他功能单元也即是需要整体温度稳定的功能单元的温度，两个单元的运作互不干扰，减少了光电子芯片内部不同区域的温度互相串扰的现象，保证了需要整体温度稳定与需要局部温度快速调谐两种类型功能单元的运行效果。这样的设计满足了光电子芯片对整体温度高稳定与局部温度快速调谐的双重要求。
[0028]本专利技术中所公开的一种光电子芯片的混叠集成封装装置，通过在光电子芯片与制冷器之间设置第一金属层和第二金属层，Ti与Au构成共晶键合面，同时由于光电子芯片所选用的为硅晶片，从而便于光电子芯片与制冷器实现金硅共晶键合，增强散热性能，提高导热速率和封装的稳定性。
[0029]本专利技术中所公开的一种光电子芯片的混叠集成封装方法，设计合理，可以减小封装体积，提高封装稳定性，同时还可提高制冷器的导热速本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种光电子芯片的混叠集成封装装置，其特征在于，包括：光电子芯片(1)，所述光电子芯片(1)上设置有多个功能单元(2)；所述多个功能单元(2)分为需要整体温度稳定与需要局部温度调谐两种类型；所述多个功能单元(2)中至少有一个为需要局部温度调谐的功能单元；所述需要局部温度调谐的功能单元周围刻蚀有空气槽(3)，用于隔离该功能单元(2)与其他功能单元(2)即需要整体温度稳定的功能单元(2)的热量；控制芯片(12)，用于接收外部检测装置传递的控制信号，调节需要局部温度调谐的功能单元(2)上的电压或电流，从而调节需要局部温度调谐的功能单元(2)的温度；外部检测装置检测所述需要局部温度调谐的功能单元(2)，并将检测结果转换为控制信号；制冷器(10)，用于对所述多个功能单元(2)整体降温；热敏电阻(16)，设置于制冷器(10)上且靠近光电子芯片(1)的区域，与装置外部的温度控制器电连接，温度控制器检测热敏电阻的电阻值，将电阻值转换为对应温度，根据检测温度调节所述制冷器(10)两端的电压或电流；所述空气槽(3)的周围开设有多个波导连接通道(5)，波导连接通道(5)内设置有连接波导(4)，各功能单元(2)通过连接通道(5)以及连接波导(4)相互连接；所述空气槽(3)的深宽比为20∶1；所述光电子芯片(1)为硅晶片；所述需要局部温度调谐的功能单元(2)的接触电极处设置有金属凸块(8)，控制芯片(12)通过对接接触电极与金属凸块(8)，控制所述需要局部温度调谐的功能单元(2)；所述光电子芯片(1)与制冷器(10)之间设置有第一金属层(6)和第二金属层(7)；所述第一金属层(6)所用材质为Ti，所述第二金属层(7)所用材质为Au。所述制冷器(10)设置于所述光电子芯片(1)下方，所述制冷器(10)下方设置有热沉(9)。所述光电子芯片(...
【专利技术属性】
技术研发人员：文花顺，翟鲲鹏，许博蕊，孙甲政，陈伟，王欣，祝宁华，李明，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。