一种高互连高集成化激光雷达芯片封装结构及封装工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高互连高集成化激光雷达芯片封装结构及封装工艺，属于集成电路封装技术领域，解决了现有技术中集成度低、电气互连性弱、回波损耗低的问题，包括封装体，封装体内沿水平方向设置有光芯片，光芯片尾部上方设有电芯片，光芯片和电芯片之间通过铜柱互连结构连接，铜柱互连结构包括沿光芯片尾部水平方向均匀分布的多个电气通孔件。本发明专利技术中将电芯片、光芯片以及基片设置于同一封装体内，三者紧密叠层设置，有效提高激光雷达封装的集成度，将封装体设置为具有透镜形貌的封装材料，直接作为光信号传递路径，进一步提高激光雷达芯片的集成度，通过电气通孔配合RDL布线层，实现光芯片、电芯片以及基片之间的电气互连。电芯片以及基片之间的电气互连。电芯片以及基片之间的电气互连。

【技术实现步骤摘要】
一种高互连高集成化激光雷达芯片封装结构及封装工艺


[0001]本专利技术属于集成电路封装
，具体地说，尤其涉及一种高互连高集成化激光雷达芯片封装结构及封装工艺。

技术介绍

[0002]在自动驾驶、自动机器人等应用中，激光雷达是一个关键部件，随着激光雷达设备的普及，激光雷达芯片封装也变得集成化、小型化。在集成电路的高密度封装领域，通常希望能够实现封装芯片厚度和尺寸的进一步小型化，与过往的封装结构相比，出现2.5D和3D等先进的芯片封装技术，这样先进的封装技术可以实现芯片更低功耗、更小尺寸以及更优异的兼容性。鉴于这些优点，使用这样的先进封装技术是必须的。在先进的封装中，设计电气通孔(铜柱互连)是一项关键技术。该技术有着多项优点，比如改善电迁移电阻、改善导电和导热性、简化下凸点金属化(UBM)以及更高的I/O(输入/输出)密度，铜柱互连技术配合微凸块制备技术可以替代引线键合技术，实现封装结构的集成化和小型化。铜柱互连技术与过往的封装技术相比，有着封装后封装体尺寸小、功耗低、三维方向堆叠密度大等多项优势，因此，这项技术在各种高速电路以及小型化系统中普及，成为目前优异的电子封装技术之一。但由于激光雷达工作时，需要应用于恶劣环境，如高辐射、高温度波动等，故封装结构的可靠性需得到保证，而电气互连则是高密度封装技术的关键。
[0003]在高速互连的情况，芯片之间的互连引线引起的传输损耗、串扰和反射是不能忽略的，并且互连引线的寄生电感也较大影响性能，目前的光、电芯片的封装结构和封装方法，通常是将光，电芯片分别封装，光芯片封装在带有光窗的塑料或陶瓷封装中，然后再以透镜和发射镜来辅助光芯片实现特定方向的发射和接收，对应的控制电芯片封装在另外的封装体内，最后用引线键合封装技术使两者实现互连。这不仅使得整个激光雷达的封装体体积大、集成度低，而且IO规模小、寄生电感高。同时，传统的电气通孔几何形状为矩形、圆柱等，这些电气通孔存在着全尺寸大，使得电气通孔整体的电气性能降低，这些电气通孔电容大，在高频情况下，有着低增益、低回波损耗和电气互连性能低的缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供了一种集成度高、电气互连性强、高回波损耗的高互连高集成化激光雷达芯片封装结构及封装工艺。
[0005]为了实现上述技术目的，本专利技术高互连高集成化激光雷达芯片封装结构及封装工艺采用的技术方案为：
[0006]一种高互连高集成化激光雷达芯片封装结构，包括封装体，所述封装体内沿水平方向设置有条状光芯片，所述光芯片尾部上方设有置于封装体内的电芯片，所述光芯片和电芯片之间通过铜柱互连结构连接，所述铜柱互连结构包括沿光芯片尾部水平方向均匀分布的多个电气通孔件，所述电气通孔件内径由顶部和底部同时向中部收窄，形成一体连接的上下等径圆锥台和中部窄径圆柱，所述电气通孔件包括由内往外依次套设的电气通孔铜
层和二氧化硅层，所述二氧化硅层内部形成贯通的电气通孔，所述电气通孔件上下内表面分别设有上焊接盘和下焊接盘，所述上焊接盘表面焊接有上焊球，所述上焊球另一面与横置于封装体内的电芯片相焊接，所述电芯片表面叠设有散热金属片，所述电芯片侧部与封装体内壁之间紧密填充透明封装材料体，所述封装材料体使光信号稳定传输，所述封装材料体表面叠设有镀膜层，所述下焊接盘底部焊接有下焊球，所述下焊球另一面与横置于封装体内的基片相焊接，所述基片底部经焊接盘焊接有多个底焊球。
[0007]优选的，所述光芯片为发射光芯片或接收光芯片，其尾部上下端分别设有多个电气通孔，所述电芯片用于对光芯片进行处理和控制。
[0008]优选的，所述光芯片、电芯片以及基片经叠层布置于同一封装体内，所述电芯片倒晶焊接在所述光芯片上，所述光芯片焊接在基片上。
[0009]优选的，所述光芯片上下表面以及基片内均设有布线RDL。
[0010]优选的，所述散热金属片为铜片，其镀接于电芯片表面且紧贴于封装体上表面的塑封层。
[0011]优选的，所述封装体材料为具有透镜形貌的塑封料。
[0012]一种高互连高集成化激光雷达芯片封装工艺，包括以下步骤：
[0013](1)在光芯片右部分进行硅通孔，形成电气通孔件，同时在光芯片和基片上下表面进行RDL布线，RDL布线层与电气通孔件连通；
[0014](2)将电芯片倒晶焊接在光芯片表面，光芯片焊接在基片表面，在电芯片表面镀上散热金属片，形成具有透镜形貌的封装体，封装体包裹基片、光芯片，并覆盖电芯片表面，散热金属片紧密贴合封装体内壁；
[0015](3)基片底部RDL布线层将电性引入封装体底部的塑封层，并经底焊球与电路板连接；
[0016](4)对封装体表面除散热金属片覆盖外部分镀膜，提高光信号透过率以及过滤无用光。
[0017]所述步骤(1)中RDL布线工艺，包括以下步骤：
[0018]S1对带有电气通孔的光芯片和基片进行清洗、烘干；
[0019]S2在光芯片和基片表面溅射铜种子层；
[0020]S3甩正胶，随后涂布一层光刻胶，正胶为AZ系列，光刻机按布线走势进行图案化；
[0021]S4将金属铜沉积于其中，实现电镀铜；
[0022]S5去光刻胶和种子层，形成RDL布线层。
[0023]所述步骤(2)中封装体的制备为：在模具上进行透镜图案化处理，再向模具内填充透明塑封料，形成整个透镜形貌封装体。
[0024]所述步骤(4)中镀膜层为溶胶凝胶法制备后再经酸催化制得二氧化硅增透膜，其透光率超过95％，二氧化硅薄膜的工作波长范围为200～2000nm，折射率为1.46。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、本专利技术中将电芯片、光芯片以及基片设置于同一封装体内，三者紧密叠层设置，有效提高激光雷达封装的集成度，而且将封装体设置为具有透镜形貌的封装材料，直接作为光信号传递路径，进一步提高激光雷达芯片的集成度，避免了其他形状透镜与封装体结构不符的问题；
[0027]2、本专利技术中光芯片作为中介层，内部设计高互连电气通孔，通过电气通孔配合RDL布线层，实现光芯片、电芯片以及基片之间的电气互连，同时代替传统工艺中的引线键合；
[0028]3、本专利技术中电气通孔件内置二氧化硅层，缓解电气通孔释放的热应力，提高电气通孔的可靠性，同时电气通孔上下为圆锥性，利用锥形电容的低电容特性，实现高回波损耗，有效提升芯片间的电气互连性和可靠性。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的结构示意图；
[0030]图2是本专利技术中电气通孔件的结构示意图；
[0031]图3是本专利技术中电气通孔与传统圆柱型电气通孔的回波损耗对比图。
[0032]图中：1.封装体；2.光芯片；3.电芯片；4.电气通孔件；5.上焊接盘；6.下焊接盘；7.上焊球；8.散热金属片；9.封装材料体；10.镀膜层；11.下焊球；12.基片；13.焊接盘；14.底焊球；
[0033]401.电气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高互连高集成化激光雷达芯片封装结构，包括封装体，所述封装体内沿水平方向设置有条状光芯片，所述光芯片尾部上方设有置于封装体内的电芯片，其特征在于：所述光芯片和电芯片之间通过铜柱互连结构连接，所述铜柱互连结构包括沿光芯片尾部水平方向均匀分布的多个电气通孔件，所述电气通孔件内径由顶部和底部同时向中部收窄，形成一体连接的上下等径圆锥台和中部窄径圆柱，所述电气通孔件包括由内往外依次套设的电气通孔铜层和二氧化硅层，所述二氧化硅层内部形成贯通的电气通孔，所述电气通孔件上下内表面分别设有上焊接盘和下焊接盘，所述上焊接盘表面焊接有上焊球，所述上焊球另一面与横置于封装体内的电芯片相焊接，所述电芯片表面叠设有散热金属片，所述电芯片侧部与封装体内壁之间紧密填充透明封装材料体，所述封装材料体使光信号稳定传输，所述封装材料体表面叠设有镀膜层，所述下焊接盘底部焊接有下焊球，所述下焊球另一面与横置于封装体内的基片相焊接，所述基片底部经焊接盘焊接有多个底焊球。2.根据权利要求1所述高互连高集成化激光雷达芯片封装结构，其特征在于：所述光芯片为发射光芯片或接收光芯片，其尾部上下端分别设有多个电气通孔，所述电芯片用于对光芯片进行处理和控制。3.根据权利要求1所述高互连高集成化激光雷达芯片封装结构，其特征在于：所述光芯片、电芯片以及基片经叠层布置于同一封装体内，所述电芯片倒晶焊接在所述光芯片上，所述光芯片焊接在基片上。4.根据权利要求3所述高互连高集成化激光雷达芯片封装结构，其特征在于：所述光芯片上下表面以及基片内均设有布线RDL。5.根据权利要求1所述高互连高集成化激光雷达芯片封装结构，其特征在于：所述散热金属片为铜片，其镀接于电芯片表面且紧贴于封装体...

【专利技术属性】
技术研发人员：单肖楠，陈志朋，张家荣，程立文，叶淑娟，付芳芳，
申请(专利权)人：扬州扬芯激光技术有限公司，
类型：发明
国别省市：