CN110010485A - 一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，包括如下步骤：101）键合处理步骤、102）玻璃板处理步骤、103）底座处理步骤、104）盖板处理步骤、105）密封步骤；本发明提供光电芯片的完全密闭的一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体的说，它涉及一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺。
背景技术
通常卫星搭载的载荷有相控阵雷达、高清相机、惯性导航及各类传感器，随着载荷性能的逐渐提高，对于数据传输的速率要求逐渐增加，光纤数传由于具有重量轻、电磁屏蔽特性好、通信容量大、易于复用集成等优点，成为了数据传输中高频电缆线的良好替代品。
但是在某些特定环境中，苛刻的过热或者过冷条件以及未知的辐射会严重影响到光芯片对光纤内光子的感应和传输，甚至对高速工作的光芯片带来致命的伤害。对于此类光模块，一般会用耐辐射的光纤来做，但是对于光芯片来说，则需要通过密封工艺对其进行保护，使其具备隔热防冻以及防辐射等功能。
传统的密封工艺，不管是陶瓷管壳还是金属壳体都是将光电芯片通过粘接的方式固定在底座上，这样就要求光纤要垂直光电芯片，而对于光电模组来讲，则有相当一部分结构需要光纤和芯片表面平行放置，这样只能做垂直放置的结构可以满足的实际应用较小。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供光电芯片的完全密闭的一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺。
本发明的技术方案如下：
一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，具体处理包括如下步骤：
101）键合处理步骤：包括玻璃板和底座，玻璃板和底座通过晶圆级键合的方式键合，键合温度在200到500度之间，键合方式采用胶键合、金属共晶键合或阳极键合；
102）玻璃板处理步骤：在玻璃板上表面通过干法刻蚀或者湿法刻蚀的工艺制作凹槽；凹槽其侧面图为倒三角形，整体为三角柱或者凹槽为倒金字塔型；
103）底座处理步骤：底座通过光刻、干法刻蚀的工艺制作TSV通孔；其中底座厚度范围在10um到600um，若底座厚度大于600um，则进行减薄处理；TSV通孔的直径在10um到10000um；
在底座的表面制作RDL，其先制作绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到1000um，其材质采用氧化硅或者氮化硅；再通过光刻、电镀工艺在底座的表面制作RDL，RDL包括走线和键合功能的焊盘；此处焊盘包括做晶圆键合用的围堰焊盘；
104）盖板处理步骤：在盖板表面，制作绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到1000um，其材质采用氧化硅或者氮化硅；再通过光刻、电镀工艺在绝缘层上做焊盘，焊盘的金属采用铜、铝、镍、银、金或锡，焊盘本身结构为一层或多层，焊盘要开窗的直径为10um到10000um；
通过光刻、干法刻蚀工艺在盖板表面制作凹坑，凹坑为立方形、倒梯形、圆柱形或者半球形，其尺寸范围在10um到10000um之间，凹坑尺寸包括立方形、倒梯形的长宽高或者圆柱形、半球形的直径、高度；
105）密封步骤：把功能芯片贴装在底座上，盖板和底座进行晶圆级键合完成密封，键合温度在200到500度，切割得到单一模组，并把单一模组安装在带有光纤的PCB板上完成光路联通。
进一步的，盖板、底座、玻璃板采用统一尺寸，其采用4，6，8，12寸中的一种尺寸，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃板、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂或聚氨酯。
进一步的，凹槽、TSV通孔里面填充透光物质，透光物质为环氧树脂、聚氨酯或氧化硅、氮化硅，通过表面CMP工艺只保留凹槽或TSV通孔内物质。
进一步的，在底座的RDL表面覆盖绝缘层，在绝缘层上开窗露出焊盘；此处RDL的金属采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种或者多种，RDL本身结构采用一层或多层，RDL的厚度范围为10nm到1000um；焊盘开窗直径为10um到10000um。
进一步的，切割方式采用激光切割或者刀具切割，切割位置位于凹坑填铜位置的中间。
本发明相比现有技术优点在于：本发明通过晶圆键合的方式把玻璃或其他透明材料跟硅空腔结合在一起，并在光传导层加入光路转换装置，实现了光电芯片的完全密闭，还通过改变光路方向，使模组结构可以在光电芯片的种类上增大可选择范围。
附图说明
图1为本发明的底座设置凹槽的示意图；
图2为本发明的图1填充物质后的示意图；
图3为本发明的图2设置TSV通孔的示意图；
图4为本发明的图3填充物质后的示意图；
图5为本发明的盖板示意图；
图6为本发明的底座盖板键合的示意图；
图7为本发明的结构示意图；
图8为本发明的底座的示意图；
图9为本发明的玻璃板和底座键合的示意图；
图10为本发明的图9设置凹槽的示意图；
图11为本发明的安装芯片后的示意图；
图12为本发明的另一种结构示意图。
图中标识：凹槽101、底座102、玻璃板103、透光物质104、TSV通孔105、凸柱106、盖板201、凹坑202。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明而不能作为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科技术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样的定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明的各实施方式中提到的有关于步骤的标号，仅仅是为了描述的方便，而没有实质上先后顺序的联系。各具体实施方式中的不同步骤，可以进行不同先后顺序的组合，实现本发明的发明目的。
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1至图7所示，一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，包括玻璃板103、底座102和盖板201，盖板201、底座102、玻璃板103采用统一尺寸，其采用4，6，8，12寸中的一种尺寸，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝等无机材料，也可以是环氧树脂、聚氨酯等有机材料，其主要功能是提供支撑作用。具体处理包括如下步骤：
101）键合处理步骤：包括玻璃板103和底座102，玻璃板103和底座102通过晶圆级键合的方式键合，键合温度在200到500度之间，键合方式采用胶键合、金属共晶键合或阳极键合等。
102）玻璃板103处理步骤：在玻璃板103上表面通过干法刻蚀或者湿法刻蚀的工艺制作凹槽101。凹槽101其侧面截图为倒三角型，可以是一个长的凹槽101，也可以是倒金字塔型。凹槽101里面还可以填充透光物质104，可以是环氧树脂，聚氨酯等有机材料，也可以是通过化学气象工艺填充氧化硅氮化硅等，然后通过表面CMP工艺除去多余物，只保留凹槽101内物质。
103）底座102处理步骤：底座102通过光刻、干法刻蚀的工艺制作TSV通孔105。其中底座102厚度范围在10um到600um，若底座102厚度大于600um，则进行减薄处理。TSV通孔105的直径在10um到10000um。即如果底座102硅片厚度过大，则要先对晶圆做减薄处理。减薄后的硅片厚度范围在10um到600um，通孔的直径在10um到10000um。TSV通孔105里面还可以填充透光物质104，可以是环氧树脂，聚氨酯等有机材料，也可以是通过化学气象工艺填充氧化硅氮化硅等，然后通过表面CMP工艺除去多余物，只保留TSV通孔105内物质。
在底座102的表面制作RDL，其先制作绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到1000um，其材质采用氧化硅或者氮化硅。再通过光刻、电镀工艺在底座102的表面制作RDL，RDL包括走线和键合功能的焊盘。此处焊盘包括做晶圆键合用的围堰焊盘。其中也可以在RDL表面覆盖绝缘层，在绝缘层上开窗露出焊盘。此处RDL金属可以是铜，铝，镍，银，金，锡等材料，可以是一层也可以是多层，其厚度范围为10nm到1000um。焊盘开窗处的直径为10um到10000um。
104）盖板201处理步骤：在盖板201表面，制作绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到1000um，其材质采用氧化硅或者氮化硅。再通过光刻、电镀工艺在绝缘层上做焊盘，焊盘的金属采用铜、铝、镍、银、金或锡，焊盘本身结构为一层或多层，焊盘要开窗的直径为10um到10000um。
通过光刻、干法刻蚀工艺在盖板201表面制作凹坑202，凹坑202为立方形、倒梯形、圆柱形或者半球形，其尺寸范围在10um到10000um之间，凹坑202尺寸包括立方形、倒梯形的长宽高或者圆柱形、半球形的直径、高度。
105）密封步骤：把功能芯片贴装在底座102 设置有TSV通孔105的表面上，盖板201和底座102进行晶圆级键合完成密封，键合温度在200到500度，切割得到单一模组，并把单一模组安装在带有光纤的PCB板上完成光路联通。
即如图6、图7所示，把功能芯片通过贴装的方式焊接在底座102硅片的焊盘上，且功能芯片的发光或者光接收区域跟底座102硅片的通孔互联。把盖板201硅片和底座102硅片进行晶圆级键合完成密封，键合温度在200到500度。切割得到单一模组，把模组安装在带有光纤的PCB板上完成光路联通。
实施例2：
如图8至图12所示，一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，包括玻璃板103、底座102和盖板201，盖板201、底座102、玻璃板103采用统一尺寸，其采用4，6，8，12寸中的一种尺寸，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃、石英、碳化硅、氧化铝等无机材料，也可以是环氧树脂、聚氨酯等有机材料，其主要功能是提供支撑作用。具体步骤如下：
201）底座102表面刻蚀通孔。在底座102硅片通过光刻、干法刻蚀的工艺制作TSV通孔105。
如果底座102硅片厚度过大，则要先对晶圆做减薄处理。减薄后的硅片厚度范围在10um到600um，通孔的直径在10um到10000um。
202）在玻璃板103上制作凸柱106，把玻璃板103和底座102硅片键合在一起。
如图9所示，通过光刻、干法刻蚀或者湿法刻蚀的工艺在玻璃板103表面加工制作凸柱106，凸柱106可以是圆形，方形或者倒梯形的。其直径或者边长范围在10um到1000um，其高度在10um到500um。
玻璃板103跟底座102硅片通过晶圆级键合的方式键合在一起，键合温度在200到500度之间。键合方式可以是胶键合，金属共晶键合以及阳极键合等。
通过减薄，使底座102硅片厚度达到要求。减薄后的底座102厚度范围在10um到600um，通孔的直径在10um到10000um。再通过光刻，干法刻蚀或者湿法刻蚀工艺，对底座102硅片做硅通孔工艺进行修整。
203）在玻璃板103表面制作倒三角型凹槽101。
在玻璃板103表面通过干法刻蚀或者湿法刻蚀的工艺制作倒三角型凹槽101。凹槽101其侧面截图为倒三角型，可以是一个长的凹槽101，也可以是倒金字塔型。凹槽101里面还可以填充透光物质104，可以是环氧树脂，聚氨酯等有机材料，也可以是通过化学气象工艺填充氧化硅氮化硅等，然后通过表面CMP工艺除去多余物，只保留凹槽101内透光物质104。
204）在底座102硅片表面制作RDL，焊盘。
在底座102硅片的表面制作RDL，其过程包括制作绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到1000um，其材质可以是氧化硅或者氮化硅。通过光刻，电镀工艺在硅片表面制作RDL。RDL包括走线和键合功能的焊盘。也可以在RDL表面覆盖绝缘层，在绝缘层上开窗露出焊盘。此处RDL金属可以是铜，铝，镍，银，金，锡等材料，可以是一层也可以是多层，其厚度范围为10nm到1000um。焊盘开窗处直径为10um到10000um。此处焊盘还包括做晶圆键合用的围堰焊盘。
205）在盖板201硅片上制作凹坑202。
在盖板201硅片表面，通过光刻，干法刻蚀工艺在硅片表面制作凹坑202，可以是立方形，倒梯形也可以是圆柱形或者半球形。其尺寸范围在10um到10000um之间，此处尺寸包括立方形，倒梯形的长宽高或者圆柱形，半球形的直径或高度。
206）把功能芯片贴装在底座102硅片上，把盖板201硅片和底座102硅片进行晶圆级键合完成密封，切割得到单一模组，把模组安装在带有光纤的PCB板上完成光路联通。即如图11所示，把功能芯片通过贴装的方式焊接在底座102硅片的焊盘上，且功能芯片的发光或者光接收区域跟底座102硅片的通孔互联。把盖板201硅片和底座102硅片进行晶圆级键合完成密封，键合温度在200到500度。如图12所示，切割得到单一模组，把模组安装在带有光纤的PCB板上完成光路联通。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。
Claims (5)
1.一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，其特征在于，具体处理包括如下步骤：
101）键合处理步骤：包括玻璃板和底座，玻璃板和底座通过晶圆级键合的方式键合，键合温度在200到500度之间，键合方式采用胶键合、金属共晶键合或阳极键合；
102）玻璃板处理步骤：在玻璃板上表面通过干法刻蚀或者湿法刻蚀的工艺制作凹槽；凹槽其侧面图为倒三角形，整体为三角柱或者凹槽为倒金字塔型；
103）底座处理步骤：底座通过光刻、干法刻蚀的工艺制作TSV通孔；其中底座厚度范围在10um到600um，若底座厚度大于600um，则进行减薄处理；TSV通孔的直径在10um到10000um；
在底座的表面制作RDL，其先制作绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到1000um，其材质采用氧化硅或者氮化硅；再通过光刻、电镀工艺在底座的表面制作RDL，RDL包括走线和键合功能的焊盘；此处焊盘包括做晶圆键合用的围堰焊盘；
104）盖板处理步骤：在盖板表面，制作绝缘层，绝缘层厚度范围在10nm到1000um，其材质采用氧化硅或者氮化硅；再通过光刻、电镀工艺在绝缘层上做焊盘，焊盘的金属采用铜、铝、镍、银、金或锡，焊盘本身结构为一层或多层，焊盘要开窗的直径为10um到10000um；
通过光刻、干法刻蚀工艺在盖板表面制作凹坑，凹坑为立方形、倒梯形、圆柱形或者半球形，其尺寸范围在10um到10000um之间，凹坑尺寸包括立方形、倒梯形的长宽高或者圆柱形、半球形的直径、高度；
105）密封步骤：把功能芯片贴装在底座上，盖板和底座进行晶圆级键合完成密封，键合温度在200到500度，切割得到单一模组，并把单一模组安装在带有光纤的PCB板上完成光路联通。
2.根据权利要求1所述的一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，其特征在于：盖板、底座、玻璃板采用统一尺寸，其采用4，6，8，12寸中的一种尺寸，厚度范围为200um到2000um，材料采用硅片、玻璃板、石英、碳化硅、氧化铝、环氧树脂或聚氨酯。
3.根据权利要求1所述的一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，其特征在于：凹槽、TSV通孔里面填充透光物质，透光物质为环氧树脂、聚氨酯或氧化硅、氮化硅，通过表面CMP工艺只保留凹槽或TSV通孔内物质。
4.根据权利要求1所述的一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，其特征在于：在底座的RDL表面覆盖绝缘层，在绝缘层上开窗露出焊盘；此处RDL的金属采用铜、铝、镍、银、金、锡中的一种或者多种，RDL本身结构采用一层或多层，RDL的厚度范围为10nm到1000um；焊盘开窗直径为10um到10000um。
5.根据权利要求1所述的一种具有光路转换功能的密闭型光电模块制作工艺，其特征在于：切割方式采用激光切割或者刀具切割，切割位置位于凹坑填铜位置的中间。
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