用倾斜壁基座进行的被动对齐制造技术

提供一种装置（１０），它包括具有多个焊接隆起部（２０）和多个形成在预定部位的凹部（１８）的第一芯片（１２）。一第二芯片（１４）设置有多个焊接垫片（２６）和凸起（２４）。多个焊接结合剂（３０）连接在第一和第二芯片之间。凹部和凸起中的至少一方包括倾斜壁，在焊接结合剂进行软熔过程中用于捕获和引导另一方，使得第一芯片在焊接结合剂的表面张力的作用于相对所述第二芯片对齐。如果需要，在软熔过程中，对第一和第二芯片施加振动波，以辅助凸起相对凹部移动。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总的涉及光电子/光子器件，更具体地说，本专利技术涉及将一光电子/光子器件与一匹配基体被动地对齐、紧贴和结合在一起的方法和装置。2.论述电子元件混合涉及到将一基体上的光学元件与光电子/光子器件整合在一起。该技术包括用电气和机械手段使光电子/光子器件与基体上的光学元件(例如波导、光栅等等)连接在一起。光子元件混合的一个基本问题是器件相对基体的精确定位。确保这种定位精度的企图包括主动和被动对齐工艺。广泛使用的被动对齐工艺包括使用倒装焊接法。美国专利5,499,312公开了一种用倒装焊接工艺将光电子元件被动对齐和封装到光波导的方法。该方法完全依赖于焊料表面张力和可湿垫片的设计，使波导与光电子元件对齐。在该结合顺序中，用一抓取和放置机构，使一上面形成有多个焊接隆起部的芯片(例如器件)在一基体上大致对齐，然后将组装件的温度上升到焊料熔化温度之上，焊料熔化时，在所有的界面出现表面张力，使芯片运动到最低势能点上，该点对应于与基体对齐。一旦芯片被对齐，即冷却焊料。测试显示，这种被动对齐工艺的精度由于在焊料结合过程中的振动而在亚微米级到10微米以上的范围。而目前对光子元件混合的精度要求在X、Y和Z方向约在0.5微米。这样一来，这种工艺的精度的不确定导致它不适合用在光子组件中。为了取消对焊料结合过程的对齐精度的依赖，所用的一些工艺中采用止动件和支座(standoff)。例如，德国专利19 644 758 A1公开了一种工艺，其中要连接的芯片具有插入基体上的凹部的凸起，以形成精确配合。凸起和凹部的尺寸精度取决于光刻术或微铣或微钻公差，通常小于一微米。被动对齐技术的另一个例子公开在美国专利5,077,878中。在该工艺中，在一个芯片的表面上设置两个前基座和一个侧基座，在另一芯片上设置一垂直的侧壁。在安装时，第二芯片的前表面接触第一芯片的两个前基座，第二芯片的侧壁与第一芯片的侧基座匹配。在理论上它能使两个芯片精确对齐。尽管测试显示，用上述的工艺可获得一些很好的结果，但结果仍然取决于在一个芯片上的止动件与在另一芯片上的边缘或凹部之间的摩擦力。这对于批量生产是一个严重的缺陷。为了该缺陷，有些制造商就采用主动对齐工艺。主动对齐工艺的一类是采用能够进行很精密和准确的放置的抓取和放置机构。采用市场上有售的抓取和放置机构的主动对齐证实了准确度公差约为0.5微米。但是，这种抓取和放置机构很昂贵。同样，这种主动对齐工艺是不合算的。除了机器的价格之外，使用这样的机器不允多芯片结合。这导致生产率很低。因此，使用这种机器的制造过程不仅成本高，而且生产率低。由此可见，需要提供一种将芯片对齐和结合到一基体上的方法和装置，而这种方法和装置克服了已有技术的缺陷。专利技术概要上述和其它的目的可通过一具有多个焊接隆起部和多个在相对于多个焊接隆起部的预定部位的凹部的第一芯片来实现。一第二芯片设置有多个焊接垫片和多个在相对于多个焊接垫片的预定部位的凸起。多个焊接结合剂置于多个焊接隆起部与多个焊接垫片之间和多个凸起与多个凹部之间的至少一个之间。多个凹部和多个凸起中的至少一方包括倾斜壁，在焊接结合剂进行软熔过程中用于捕获和引导多个凹部和多个凸起中的另一方，使得第一芯片在焊接结合剂的表面张力的作用下相对第二芯片对齐。根据本专利技术的另一方面，在软熔过程中对第一和第二芯片施加振动波，以辅助多个凸起相对多个凹部移动。附图简要说明为了更清楚地理解本专利技术的优点和目的，下面参考在附图中示出的具体的实施例来详细地说明本专利技术。要理解的是，这些附图仅仅示出了本专利技术的较佳实施例，因此，不能认为它们是限制本专利技术的范围的，因此将用附图和附加的特征和细节来描述和说明本专利技术，附图中附图说明图1是本专利技术的一被被动地对齐、紧贴和结合的光电子/光子器件和匹配的基体的侧视图2是图1的器件和基体在预对齐之后但在结合之前的侧视图；图3是基体上一凸起与器件的另一实施例的凹部啮合的侧视图；图4是器件上的另一实施例的凸起与基体的倾斜壁凹部啮合的侧视图；图5是器件的凸起与基体的另一实施例的凹部啮合的侧视图；图6a-6b示出了器件的凸起进入基体的另一实施例的凹部；图7a-7c示出了在振动波的辅助下器件的凸起进入基体的凹部；图8a-8c示出了在振动波和湿润材料的辅助下另一实施例的器件的凸起进入基体的凹部；图9a-9c示出了器件的其上沉积焊料球的凸起进入基体的凹部；图10a-10c示出了器件的呈放大的焊料球形式的凸起进入基体的凹部；图11a-11f示出了器件的凸起在振动波和一机械止动件的辅助下进入基体的凹部；图12a-12b示出了根据本专利技术多个光电子/光子器件固定于一通用基体；以及图13a-13b示出了根据本专利技术多个光电子/光子器件固定于一定制的基体。较佳实施例的详细说明本专利技术涉及用机械和电气手段使光电子器件与支承光学元件的基体互连。根据本专利技术的内容，形成在器件和/或基体上的多个凸起和多个凹部中，至少有一个包括带角度的壁，以捕获和引导其它凹部和凸起，从而在互连用的焊接结合剂软熔的过程中，该器件相对基体对齐。根据本专利技术的另一个方面，对器件和基体施加振动波，以辅助凸起相对凹部对齐。参阅附图，图1示出按照本
技术实现思路
组装的装置10。该装置10包括一呈光电子/光子器件12形式的第一芯片，一呈光学元件支承基体14的第二芯片与之对置。器件12包括一本体16，在该本体16中形成多个凹部18。凹部18最好形成在相对于和本体16相连的多个粘接或焊接隆起部20的预选定位置。基体14包括一基部22和多个伸出基部的凸起24。这些凸起24最好位于相对于和基部22相连的多个粘接或焊接垫26的预选定位置。选定凸起24的数量和位置，使之与器件12中的凹部18的数量和位置相匹配。凸起24包括与器件12的相邻凹部18啮合的倾斜壁28。通过改变倾斜壁28的斜度和/或凹部18的大小来控制器件12相对基体14的取向。呈焊接结合剂30形式的结合部分置于每一焊接隆起部20与焊接垫片26之间，使器件12和基体14互连。如下面将要详细描述的，在软熔过程中利用焊接结合剂30的表而张力，使器件12相对基体14移动，同时通过凸起24与器件12的相邻凹部18的相互作用而使器件12相对基体14对齐。下面参阅图2，描述用机械和电气手段使器件12和基体14互连的方法。器件12设置有多个最好用干刻工艺形成的凹部18。凹部18的直径尺寸取决于光刻和蚀刻参数。器件12的各向异性蚀刻(anisotropic etching)与高精度的光刻术相组合更有利于获取精确形状的凹部8。然后将焊接隆起部20连接到器件12上。可用各种工艺制造欠压实冶金(under bump metallurgy)和焊接隆起部20。例如，可用电镀、热蒸发、模板印刷或焊料喷射来沉积焊接隆起部20。最好用光刻术和蒸发/电镀的组合来形成欠压实冶金部。用湿或干刻工艺在基体14上形成凸起24。为了获得所需的几何形状，为基体14选择材料是很重要的。已经在硅树脂制成的基体14用湿刻工艺获得精确成形的倾斜凸起24。凸起24的倾斜角度通过硅树脂的结晶结构控制，而不取决于蚀刻过程。然后将焊接垫片26连接于基体14。可用电镀、热蒸发、模板印刷或焊料喷射以及其它工艺来沉积焊接垫片26。可用光刻术和蒸发/电镀的组合来形成欠压实冶金部。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一装置，它包括：一第一芯片，其上形成有多个结合块，所述第一芯片中还形成多个在相对于多个结合块的预定部位的凹部；一第二芯片，其上形成有多个结合垫片，所述第二芯片还包括多个在相对于所述多个结合垫片的预定部位伸出的凸起；以及多个结合部 分连接在所述多个结合块与所述多个结合垫片之间和所述多个凸起与所述第二芯片的相邻的所述多个凹部之间的至少一种之间；其中所述多个凹部和所述多个凸起中的至少一方包括倾斜壁，在所述结合部分进行软熔过程中用于捕获和引导所述多个凹部和所述多个凸起中 的另一方，使得所述第一芯片相对所述第二芯片对齐。

【技术特征摘要】
EP 2000-2-2 00400283.81.一装置，它包括一第一芯片，其上形成有多个结合块，所述第一芯片中还形成多个在相对于多个结合块的预定部位的凹部；一第二芯片，其上形成有多个结合垫片，所述第二芯片还包括多个在相对于所述多个结合垫片的预定部位伸出的凸起；以及多个结合部分连接在所述多个结合块与所述多个结合垫片之间和所述多个凸起与所述第二芯片的相邻的所述多个凹部之间的至少一种之间；其中所述多个凹部和所述多个凸起中的至少一方包括倾斜壁，在所述结合部分进行软熔过程中用于捕获和引导所述多个凹部和所述多个凸起中的另一方，使得所述第一芯片相对所述第二芯片对齐。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个凸起还包括多个圆锥形件和角锥形件中的一种。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个凹部还包括多个圆锥形、角锥形和弯曲形凹部的一种。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个凸起还包括所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：I凯雷富尔克，C普萨尔拉，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]