键合结构及用于制造键合结构的方法技术

键合结构(1)包括具有布置在衬底组件(20)的表面(22)上或内的多个第一焊盘(21)的衬底组件(20)，以及具有布置在集成电路组件(10)的表面(12)上或内的多个第二焊盘(11)的集成电路组件(10)。键合结构(1)还包括将第一焊盘(21)物理连接到第二焊盘(11)的多个连接元件(31)。集成电路组件(10)的表面(12)以倾斜角度(α)相对于衬底组件(22)的表面(22)倾斜，该倾斜角度由第一焊盘和第二焊盘(21、11)的表面尺寸的标称变化引起。寸的标称变化引起。寸的标称变化引起。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】键合结构及用于制造键合结构的方法
[0001]本公开涉及倒装芯片键合结构和用于制造倒装芯片键合结构的方法。
[0002]倒装芯片安装是用于将集成电路管芯物理连接到和电连接到诸如电路板之类的衬底的常用方法。在本文中的“倒装”是指管芯的有源面面朝下安装到衬底上。两个组件上的电焊盘相互对齐，并借助于诸如金属焊料球之类的导电连接器来连接。倒装芯片安装方法消除了在两个组件之间的键合线的使用，从而实现了更坚固的管芯
‑
衬底键合，并提高了可靠性。
[0003]同样对于将光子集成电路(PIC)安装到单独的管芯的光学应用，倒装芯片安装已成为一种常用技术。这些应用中的许多应用在第一管芯上采用集成光源(诸如垂直腔面发射激光器VCSEL)，该第一管芯倒装芯片安装到第二管芯，该第二管芯包括另外的光学元件(诸如光学波导结构和例如用于接收来自光源的光并将其耦合到波导结构中的耦合元件)。通常，这些耦合元件被配置为以与耦合元件的垂直方向相差几度的特定耦合角度来操作。由于VCSEL通常沿其管芯表面的垂直方向发射，因此在PIC管芯与包括光源的管芯之间需要倾斜以实现有效操作。常规方法通过采用不同尺寸的连接器(诸如具有不同直径的焊料球)来实现这种倾斜。然而，这导致复杂的制造工艺并且由于形成所述连接器时的缺陷而可能导致不太可靠的结果。
[0004]要实现的目的是为倾斜倒装芯片键合结构和为用于形成这种倒装芯片键合结构的方法提供改进构思。
[0005]该目的利用独立权利要求的主题来实现。该改进构思的实施例和改进方案在从属权利要求中定义。
[0006]改进构思是基于关于其材料、形状和尺寸方面使用单一类型的连接元件，并经由改变要键合的两个管芯上的键合焊盘的表面尺寸来实现标称倾斜角度的思想。特别地，在制造期间的回流工艺中，连接元件分布在键合焊盘的表面上，以使得实现连接元件的变化的竖直范围，从而导致一个管芯相对于另一个管芯的期望倾斜角度。
[0007]根据改进构思的键合结构包括具有布置在衬底组件的表面上或内的多个第一焊盘的衬底组件，以及具有布置在集成电路组件的表面上或内的多个第二焊盘的集成电路组件。键合结构还包括将第一焊盘物理连接到第二焊盘的多个连接元件。集成电路组件的表面相对于衬底组件的表面以倾斜角度倾斜。倾斜角度由第一焊盘和第二焊盘的表面尺寸的标称变化引起。
[0008]例如，衬底组件是半导体衬底，所述半导体衬底可以包括具有例如光子集成电路(PIC)的集成电路部分。PIC可以包括光学波导结构和用于将光学辐射耦合入和/或耦合出光学波导的耦合区域。耦合区域可以是光栅耦合元件，诸如布拉格光栅耦合器。
[0009]衬底组件的表面可以是平行于衬底组件的主延伸平面的加工表面，并且可以称为衬底组件的顶部表面。第一焊盘是布置在所述表面上或所述表面内的键合焊盘，使得它们暴露于衬底组件的环境以键合到集成电路组件。
[0010]例如，集成电路组件包括有源电路，诸如专用集成电路。此外，集成电路组件可以包括光电组件，诸如光源，特别是表面发射器(诸如VCSEL)和/或光电检测器。
[0011]类似于衬底组件，集成电路组件的表面可以是平行于集成电路组件的主延伸平面的加工表面，并且同样可以称为集成电路组件的顶部表面。第二焊盘是布置在所述表面上或所述表面内的键合焊盘，使得它们暴露于集成电路组件的环境以键合到衬底组件。
[0012]连接元件被配置为在第一焊盘与第二焊盘之间建立物理连接。换句话说，连接元件是实现衬底组件与集成电路组件之间的键合的键合元件。例如，连接元件是焊料凸块。
[0013]通常，在建立键合之后，在这些器件中在集成电路组件与衬底组件之间的倾斜角度大于2
°
且小于10
°
。倾斜角度由所有连接元件的相同直径和因此的相同体积以及第一焊盘和第二焊盘的表面的标称变化组合地产生。在本文中的标称是指表面的预期设计差异。
[0014]VCSEL与所有激光器一样，如果部分发射光被背向反射到激光器中，则会失去功率。因此，具有相对于衬底组件倾斜的集成电路组件的键合结构实现了有效防止从集成电路组件的表面到VCSEL中的背向反射。
[0015]在一些实施例中，多个连接元件中的每一个分布在多个第一焊盘中的相应一个和多个第二焊盘中的相应一个的整个表面上。
[0016]在这些实施例中，每个连接元件在相应的第一焊盘和第二焊盘(即连接元件在其之间建立物理连接的那些焊盘)的表面上的分布借助于例如回流焊接工艺来实现。在制造过程中，连接元件的材料被升高到其共晶温度，通常约为200℃，使得连接元件变成液态并因此在冷却时硬化之前遍布第一焊盘和第二焊盘的整个表面。
[0017]在一些实施例中，多个连接元件的直径变化小于5％，特别是小于2％。
[0018]由于所采用的所有连接元件的直径和/或体积都等于可能高达5％的制造公差，因此仅焊盘表面的标称变化会导致所需的倾斜角度。
[0019]在一些实施例中，多个连接元件中的相应一个的从衬底组件的表面在垂直方向上测得的竖直范围取决于通过所述连接元件彼此连接的第一焊盘和第二焊盘的表面尺寸。
[0020]如果连接元件被配置为分布在相应的第一焊盘和第二焊盘的表面上，则其竖直范围是连接元件的直径和/或体积以及所述第一焊盘和第二焊盘的表面尺寸的函数。例如，与相同直径和/或体积的另一连接元件的标称更大的第一焊盘和第二焊盘相比，标称更小的第一焊盘和第二焊盘导致所述焊盘之间的相应连接元件的更大竖直范围。因此，不同连接元件的焊盘尺寸的标称变化会导致键合后的预期倾斜角度。
[0021]在一些实施例中，第一焊盘和第二焊盘的表面尺寸的标称变化是由于第一焊盘和第二焊盘中的至少一个相对于其余的第一焊盘和第二焊盘的标称尺寸增大或减小所导致的。
[0022]为了实现期望的倾斜角度，仅改变第一焊盘和第二焊盘中的单个焊盘的表面尺寸可能就足够了。例如，第一焊盘中的一个具有标称的第一表面尺寸，而其余的第一焊盘和/或第二焊盘具有标称的第二表面尺寸。在这些实施例中，第一表面尺寸可以小于或大于第二表面尺寸以实现标称倾斜角度。替代地，第二焊盘中的一个可以具有标称的第一表面尺寸，而其余的第二焊盘和/或第一焊盘具有标称的第二表面尺寸。替代地，第一焊盘和第二焊盘中的一个以上可以具有与其余焊盘相比不同的表面。
[0023]在一些实施例中，连接元件是焊料元件，例如焊料球或焊盘。
[0024]对于键合，焊料元件(诸如预成型的锡焊料球或焊盘)能够方便地以自动化批量生产的方式布置在键合焊盘上。例如，将焊料元件放置在衬底组件的第一焊盘上，随后进行第
一回流工艺以熔化焊料元件并填充第一焊盘的可用表面尺寸。随后，将集成电路组件面朝下布置并对准，以使得第二焊盘对准并接触焊料元件。第二回流工艺再次熔化焊料元件，以现在填充第一焊盘和第二焊盘的可用表面尺寸。由于在回流工艺期间焊料元件的表面能最小化，这种回流方法具有执行衬底组件和集成电路组件相对于彼此的自对准的其他优点。
[0025]在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种键合结构(1)，其包括
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衬底组件(20)，其具有设置在所述衬底组件(20)的表面(22)上或内的多个第一焊盘(21)；
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集成电路组件(10)，其具有设置在所述集成电路组件(10)的表面(12)上或内的多个第二焊盘(11)；以及
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多个连接元件(31)，其将所述第一焊盘(21)物理连接到第二焊盘(11)，其中，
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所述集成电路组件(10)的表面(12)以倾斜角度(α)相对于所述衬底组件(20)的表面(22)倾斜；
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所述倾斜角度(α)由第一焊盘和第二焊盘(21、11)的表面尺寸的标称变化产生。2.根据权利要求1所述的键合结构(1)，其中，所述多个连接元件(31)中的每一个分布在所述多个第一焊盘(21)中的相应一个和所述多个第二焊盘(11)中的相应一个的整个表面上。3.根据权利要求1或2所述的键合结构(1)，其中，所述多个连接元件(31)的直径变化小于5％。4.根据权利要求1至3之一所述的键合结构(1)，其中，所述多个连接元件(31)中的相应一个的从衬底组件(20)的表面(22)在垂直方向上测得的竖直范围取决于通过所述连接元件(31)彼此连接的第一焊盘(21)和第二焊盘(11)的表面尺寸。5.根据权利要求1至4之一所述的键合结构(1)，其中，所述第一焊盘和第二焊盘(21、11)的表面尺寸的标称变化由所述第一焊盘和第二焊盘(21、11)中的至少一个相对于其余第一焊盘和第二焊盘(21、11)的标称尺寸增大或减小引起。6.根据权利要求1至5之一所述的键合结构(1)，其中，所述连接元件(31)是焊料元件，诸如焊料球或焊料盘。7.根据权利要求1至6之一所述的键合结构(1)，其中，所述多个连接元件(31)的一部分还将所述第一焊盘(21)电连接到第二焊盘(11)。8.根据权利要求1至7之一所述的键合结构(1)，其中，所述衬底组件(20)包括光学波导(24)和用于将光学辐射耦合入和/或耦合出所述光学波导(24)的耦合区域(23)。9.根据权利要求8所述的键合结构(1)，其中，所述倾斜角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：约亨，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：