一种可见光器件圆片级封装结构和方法技术

本发明专利技术提供一种可见光圆片级封装结构和方法，所述方法至少包括步骤：提供透明封装基板，在所述透明封装基板表面键合硅晶圆，所述硅晶圆中制造有暴露所述透明封装基板的腔体；在所述腔体中四周的底部和侧壁表面、以及硅晶圆的背面制备互连结构；采用凸点技术将所述可见光器件倒装焊接在所述腔体底部的互连结构上；在所述硅晶圆背面的互连结构上形成外凸点；最后进行划片形成独立的封装器件。本发明专利技术的封装方法采用两次倒装焊的技术，实现可见光器件芯片到晶圆的圆片级封装，避免了不同的可见光器件由于衬底材料、制造工艺、使用限制等因素带来的技术困难。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种可见光圆片级封装结构和方法，所述方法至少包括步骤：提供透明封装基板，在所述透明封装基板表面键合硅晶圆，所述硅晶圆中制造有暴露所述透明封装基板的腔体；在所述腔体中四周的底部和侧壁表面、以及硅晶圆的背面制备互连结构；采用凸点技术将所述可见光器件倒装焊接在所述腔体底部的互连结构上；在所述硅晶圆背面的互连结构上形成外凸点；最后进行划片形成独立的封装器件。本专利技术的封装方法采用两次倒装焊的技术，实现可见光器件芯片到晶圆的圆片级封装，避免了不同的可见光器件由于衬底材料、制造工艺、使用限制等因素带来的技术困难。【专利说明】
本专利技术涉及光学器件封装领域，特别是涉及。
技术介绍
光电器件广泛应用与国民经济的各个领域，例如遥感、光谱仪、图像传感等，其发展前景十分广阔，用于可见光波段的光电器件是其重要的组成部分。该类器件在封装时要求形成必需的光通路，以便形成可见光与器件之间的耦合。这就要求器件的有源面向上进行封装，满足这种要求的方法为引线键合和垂直通孔互连。引线键合(wire bonding)技术是最常见的互连方式之一,发展的最为成熟,其特点是工艺简单、成本低。但是其缺点也显而易见，例如互连密度低、可靠性相对较低、封装效率低等。垂直通孔互连(Through-substrate via interconnection)技术是圆片级封装中实现圆片级芯片尺寸封装的可靠选择之一，在各类器件中作为先进的封装技术已经得到了广泛的应用。这种电互连较传统的互连方式如引线键合的优点在于电连接距离短，互连密度高，寄生、串扰等效应小，此外还可实现器件的三维立体封装。如图1所示，为采用引线键合方式进行封装的可见光器件，可见光器件04,通过引线OiT与封装基板08 Z进行互连，使有源面向上。如图2所示，为采用垂直通孔互连方式进行封装的可见光器件，可见光器件04"先与载片08"进行键合，再通过垂直通孔09"实现互连，该方式能够实现圆片级封装。尽管这两种方式各有自己的特点，其缺点也很明显，第一种利用引线键合的可见光器件的封装结构虽然成熟简单、成品率高，但是存在互连密度低、I/O数目有限、封装体积较大等问题；第二种采用垂直通孔互连的可见光封装结构具有互连密度高、体积小等优势，但是其制造工艺复杂、成本高，这两种封装结构各自的缺点极大限制了它们的应用。因此，提供一种新型的可见光器件圆片级封装结构和方法是本领域技术人员需要解决的课题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决现有技术中引线键合和垂直通孔互连方式中互连密度、工艺难度、集成度、成本等因素的平衡的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种可见光器件圆片级封装方法，所述可见光器件圆片级封装方法至少包括步骤:I)提供透明封装基板，在所述透明封装基板上键合硅晶圆，所述硅晶圆中制造有暴露所述透明封装基板的腔体；2)在所述腔体中四周的底部和侧壁表面、以及硅晶圆的背面制备互连结构；3)采用凸点技术将所述可见光器件倒装焊接在所述腔体底部的互连结构上；4)在所述硅晶圆背面的互连结构上形成外凸点；5)最后进行划片形成独立的封装器件。优选地，所述透明封装基板为玻璃。优选地，所述腔体的底部尺寸小于腔体的开口尺寸。优选地，所述硅晶圆的厚度范围为450?750 μ m。优选地，所述步骤I)中采用直接键合或间接键合的方法将所述透明封装基板和硅晶圆进行键合。优选地，所述步骤I)还包括对所述透明封装基板进行光学处理的步骤。优选地，所述步骤I)中采用湿法腐蚀工艺在所述硅晶圆中开设腔体。优选地，所述步骤2)中采用薄膜、光刻、电镀和腐蚀工艺形成互连结构。优选地，所述步骤3)中所述凸点技术为激光植球法或电镀法。优选地，所述步骤I)中凸点的熔点温度范围为210?230°C ;所述步骤4)中外凸点的熔点温度范围为183?210°C。本专利技术还提供一种可见光器件圆片级封装结构，所述封装结构至少包括:透明封装基板；硅晶圆，键合在所述透明封装基板上；腔体，制造在所述硅晶圆中，所述腔体暴露出所述透明封装基板；互连结构，制造并结合于所述腔体中四周的底部和侧壁表面、以及硅晶圆的背面；可见光器件，通过凸点技术倒装焊接在所述腔体底部的互连结构上；外凸点，形成于在所述硅晶圆背面的互连结构上。优选地，所述腔体的底部尺寸小于腔体的开口尺寸。优选地，所述硅晶圆的厚度范围为450?750 μ m。如上所述，本专利技术的可见光器件圆片级封装结构和方法，包括步骤:提供透明封装基板，在所述透明封装基板表面键合硅晶圆，所述硅晶圆中制造有暴露所述透明封装基板的腔体；在所述腔体中两四侧的底部和侧壁表面、以及硅晶圆的背面制备互连结构；采用凸点技术将所述可见光器件倒装焊接在所述腔体底部的互连结构上；在所述硅晶圆背面的互连结构上形成外凸点；最后进行划片形成独立的封装器件。本专利技术的的可见光器件圆片级封方法是在圆片级工艺和倒装焊技术的基础上实现了可见光芯片的可靠封装。本专利技术中提出的封装工艺及其形成的结构避开对可见光芯片的直接操作形成了芯片到晶圆的晶圆级封装，有效的保护的可见光芯片。【专利附图】【附图说明】图1是现有技术中采用引线键合方式实现的可见光器件的封装结构；图2是现有技术中采用垂直通孔互连方式实现的可见光器件的封装结构；图3A是本专利技术的可见光器件圆片级封装方法步骤I)中透明封装基板与硅晶圆键合后呈现的结构示意图。图3B是本专利技术的可见光器件圆片级封装方法步骤I)中在硅晶圆中开设腔体后呈现的结构示意图。图3C是本专利技术的可见光器件圆片级封装方法步骤2)中制备互连结构后呈现的结构示意图。图3D是本专利技术的可见光器件圆片级封装方法步骤4)中倒装焊接可见光器件后呈现的结构示意图。图3E是本专利技术的可见光器件圆片级封装方法步骤5)中形成外凸点后呈现的结构示意图。元件标号说明SI ~S5步骤 01透明封装基板02硅晶圆03互连结构04、04'04〃可见光器件05内凸点06外凸点07腔体08 '引线键合基板09 '引线09"垂直通孔【具体实施方式】以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图3A至3E。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术提供一种可见光器件圆片级封装方法，所述可见光器件圆片级封装方法至少包括以下步骤:SI，提供透明封装基板，在所述透明封装基板上键合硅晶圆，所述硅晶圆中制造有暴露所述透明封装基板的腔体；S2，在所述腔体中四周的底部和侧壁表面、以及硅晶圆的背面制备互连结构；S3，采用凸点技术将所述可见光器件倒装焊接在所述腔体底部的互连结构上；S4，在所述硅晶圆背面的互连结构上形成外凸点；S5，最后进行划片形成独立的封装器件。下面结合附图详细描述本专利技术提供的可见光圆片级封装方法。首先执行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可见光器件圆片级封装方法，其特征在于，所述可见光器件圆片级封装方法至少包括步骤：1）提供透明封装基板，在所述透明封装基板上键合硅晶圆，所述硅晶圆中制造有暴露所述透明封装基板的腔体；2）在所述腔体中四周的底部和侧壁表面、以及硅晶圆的背面制备互连结构；3）采用凸点技术将所述可见光器件倒装焊接在所述腔体底部的互连结构上；4）在所述硅晶圆背面的互连结构上形成外凸点；5）最后进行划片形成独立的封装器件。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王双福，罗乐，徐高卫，叶交托，韩梅，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31