本發(fā)明實(shí)施例涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法。
背景技術(shù)：
1、隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)光模塊的傳輸速率、時(shí)延、能效等方面提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的光模塊中光芯片與電芯片分離的結(jié)構(gòu)，已無法滿足當(dāng)前對(duì)高速、高效率信號(hào)傳輸?shù)男枨?。光電合?cpo)結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，其將光芯片與電芯片封裝在同一封裝體內(nèi)，可有效提升信號(hào)傳輸效率和降低功耗。
2、在光電合封結(jié)構(gòu)中，光芯片與光纖模塊的耦合是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。目前常見的耦合方式包括邊緣耦合和表面耦合，且存在以下問題：1.光芯片封裝過程中其脆弱的光口區(qū)域非常容易損壞及污染，因此封裝結(jié)構(gòu)及工藝會(huì)受限，且封裝成本高，良率低；2.cpo封裝后在光芯片上直接耦合光纖模塊的過程中，操作難度大，良率低，無法實(shí)現(xiàn)大量產(chǎn)；3.完成耦合的光電模塊帶著脆弱的光纖尾纖進(jìn)行上板回流，光纖懸垂下易損壞且不可返工；4.光纖模塊與光芯片耦合后不可拆卸，一旦光纖損壞將不可返工，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)光電模塊報(bào)廢；5.當(dāng)封裝中光芯片的數(shù)量成倍增加，封裝及耦合的風(fēng)險(xiǎn)更大，良率更低，無法實(shí)現(xiàn)大量產(chǎn)。
3、為此，光電合封結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)能仍有待提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明實(shí)施例解決的問題是提供一種封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法，提高了封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能，降低了生產(chǎn)成本。
2、為解決上述問題，本發(fā)明實(shí)施提供一種封裝結(jié)構(gòu)，包括：基板；光學(xué)模塊，設(shè)置于基板頂部，光學(xué)模塊包括光芯片以及固定于光芯片中的光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，光芯片中設(shè)置有轉(zhuǎn)換器，且光傳輸通道與轉(zhuǎn)換器對(duì)準(zhǔn)耦合；散熱蓋，固定于基板的頂面，光學(xué)模塊位于散熱蓋與基板圍成的半封閉空間內(nèi)，且半封閉空間露出光學(xué)橋的光傳輸通道。
3、相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供基板；在基板頂部設(shè)置光學(xué)模塊，光學(xué)模塊包括光芯片以及固定于光芯片中的光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，光芯片中設(shè)置有轉(zhuǎn)換器，且光傳輸通道與轉(zhuǎn)換器對(duì)準(zhǔn)耦合；在基板的頂面固定散熱蓋，光學(xué)模塊位于散熱蓋與基板圍成的半封閉空間內(nèi)，且半封閉空間露出光學(xué)橋的光傳輸通道。
4、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
5、本發(fā)明實(shí)施例提供的封裝結(jié)構(gòu)，光學(xué)模塊設(shè)置于基板頂部，光學(xué)模塊包括光芯片以及固定于光芯片中的光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，光芯片中設(shè)置有轉(zhuǎn)換器，且光傳輸通道與轉(zhuǎn)換器對(duì)準(zhǔn)耦合。相較于現(xiàn)有通過在光芯片上直接耦合光連接模塊，光連接模塊與光芯片不可分離的方案，本發(fā)明通過在光芯片中固定光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，使光連接模塊能夠通過可插拔的方式插入光學(xué)橋中，從而使光連接模塊能夠通過光學(xué)橋與光芯片實(shí)現(xiàn)分離，在光連接模塊損壞的情形下，只需更換光連接模塊即可，大大增加了光芯片的使用壽命以及降低了光芯片的使用成本，并且，通過固定于光芯片中的光學(xué)橋，光連接模塊與光芯片實(shí)現(xiàn)了可插拔方式耦合，從而降低了光連接模塊與光芯片的耦合難度，并且也降低了造成光芯片損壞及污染的風(fēng)險(xiǎn)，綜上，通過在光芯片中固定光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，使光連接模塊能夠通過光學(xué)橋與光芯片實(shí)現(xiàn)可插拔方式耦合，降低了光連接模塊與光學(xué)橋的耦合難度，提升了封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品良率，大大增加了光芯片的使用壽命以及降低了光芯片的使用成本，同時(shí)，還降低對(duì)光芯片造成損壞和污染的概率，從而提高了封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)封裝結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)化。
6、本發(fā)明實(shí)施例提供的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法中，光學(xué)模塊設(shè)置于基板頂部，光學(xué)模塊包括光芯片以及固定于光芯片中的光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，光芯片中設(shè)置有轉(zhuǎn)換器，且光傳輸通道與轉(zhuǎn)換器對(duì)準(zhǔn)耦合。相較于現(xiàn)有通過在光芯片上直接耦合光連接模塊，光連接模塊與光芯片不可分離的方案，本發(fā)明通過在光芯片中固定光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，使光連接模塊能夠通過可插拔的方式插入光學(xué)橋中，從而使光連接模塊能夠通過光學(xué)橋與光芯片實(shí)現(xiàn)分離，在光連接模塊損壞的情形下，只需更換光連接模塊即可，大大增加了光芯片的使用壽命以及降低了光芯片的使用成本，并且，通過固定于光芯片中的光學(xué)橋，光連接模塊與光芯片實(shí)現(xiàn)了可插拔方式耦合，從而降低了光連接模塊與光芯片的耦合難度，并且也降低了造成光芯片損壞及污染的風(fēng)險(xiǎn)，綜上，通過在光芯片中固定光學(xué)橋，光學(xué)橋內(nèi)部具有貫穿光學(xué)橋的光傳輸通道，使光連接模塊能夠通過光學(xué)橋與光芯片實(shí)現(xiàn)可插拔方式耦合，降低了光連接模塊與光學(xué)橋的耦合難度，提升了封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品良率，大大增加了光芯片的使用壽命以及降低了光芯片的使用成本，同時(shí)，還降低對(duì)光芯片造成損壞和污染的概率，從而提高了封裝結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)能，降低了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)封裝結(jié)構(gòu)的量產(chǎn)化。
1.一種封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
2.如權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基板具有第一缺口；
3.如權(quán)利要求2所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光芯片倒裝設(shè)置于所述基板的頂部，所述封裝結(jié)構(gòu)還包括：底部填充層，填充于所述光芯片的互連區(qū)和所述基板之間，且包覆所述第一導(dǎo)電凸塊。
4.如權(quán)利要求2所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光耦合區(qū)的光芯片中設(shè)置有多個(gè)沿同一方向延伸的凹槽，且所述光耦合區(qū)露出的所述互連區(qū)的光芯片側(cè)面設(shè)置有轉(zhuǎn)換器；
5.如權(quán)利要求4所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽的形狀呈v型。
6.如權(quán)利要求4所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)還包括：固定膠，包覆所述凸出部和凹槽，適于將所述凸出部固定于所述凹槽中；
7.如權(quán)利要求4所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凹槽在延伸方向上的長(zhǎng)度與所述凸出部在延伸方向上的長(zhǎng)度相等。
8.如權(quán)利要求4所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光學(xué)橋包括固定區(qū)以及位于相鄰所述固定區(qū)之間的光傳輸區(qū)，所述凸出部位于所述固定區(qū)的光學(xué)橋的面上，所述光傳輸通道位于所述光傳輸區(qū)的光學(xué)橋內(nèi)部，且所述凸出部的延伸方向與所述光傳輸通道的延伸方向相同。
9.如權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光學(xué)橋的材料包括陶瓷、樹脂、玻璃和聚合物中一種或多種。
10.如權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光傳輸通道包括光纖通道和光波導(dǎo)中的一種或兩種。
11.如權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)還包括：電芯片，設(shè)置于所述基板上，所述電芯片與所述基板電連接，且所述電芯片與所述光學(xué)模塊相間隔；
12.如權(quán)利要求11所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，當(dāng)基板上設(shè)置有光電共封模塊，所述封裝結(jié)構(gòu)還包括：專用集成電芯片，位于所述光電共封模塊側(cè)部的基板上。
13.如權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)還包括：第二導(dǎo)電凸塊，形成于所述基板的背面；
14.如權(quán)利要求13所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述可拆卸光連接模塊具有多個(gè)光連接插芯，且所述光連接插芯的位置與所述光傳輸通道的位置一一對(duì)應(yīng)，所述可拆卸光連接模塊的光連接插芯插入所述光傳輸通道中。
15.如權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，設(shè)置于所述基板頂部的光學(xué)模塊的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)；
16.一種封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括
17.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述基板上設(shè)置光學(xué)模塊的步驟包括：
18.如權(quán)利要求17所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述提供基板的步驟中，所述基板具有第一缺口；
19.如權(quán)利要求18所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，將所述光芯片倒置且焊接于所述基板上之后，形成方法還包括：在所述光芯片的互連區(qū)和所述基板之間填充底部填充層，底部填充層包覆所述第一導(dǎo)電凸塊。
20.如權(quán)利要求17所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述提供器件晶圓的步驟中，所述光芯片的光耦合區(qū)中形成有多個(gè)沿同一方向延伸的凹槽，且所述光耦合區(qū)露出的所述互連區(qū)的光芯片側(cè)面設(shè)置有轉(zhuǎn)換器；
21.如權(quán)利要求20所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述光耦合區(qū)的光芯片中形成凹槽的工藝包括干法刻蝕工藝。
22.如權(quán)利要求20所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述凹槽的形狀呈v型。
23.如權(quán)利要求20所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，將所述凸出部固定于所述凹槽中，且所述光傳輸通道與所述轉(zhuǎn)換器對(duì)準(zhǔn)耦合的步驟包括：通過固定膠將所述凸出部固定于所述凹槽中；在所述凸出部固定于所述凹槽之后，通過所述光學(xué)膠將所述光傳輸通道與所述轉(zhuǎn)換器對(duì)準(zhǔn)耦合。
24.如權(quán)利要求20所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述凹槽在延伸方向上的長(zhǎng)度與所述凸出部在延伸方向上的長(zhǎng)度相等或不相等。
25.如權(quán)利要求20所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，提供所述光學(xué)橋的步驟中，所述光學(xué)橋包括固定區(qū)以及位于相鄰所述固定區(qū)之間的光傳輸區(qū)，所述凸出部位于所述固定區(qū)的光學(xué)橋的面上，所述光傳輸通道位于所述光傳輸區(qū)的光學(xué)橋內(nèi)部，且所述凸出部的延伸方向與所述光傳輸通道的延伸方向相同。
26.如權(quán)利要求17所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述光芯片設(shè)置于所述基板上之后，在所述光芯片的光耦合區(qū)中固定光學(xué)橋之前，將所述散熱蓋固定于所述基板的頂面，所述光芯片位于所述散熱蓋與基板圍成的半封閉空間內(nèi)，且所述半封閉空間露出所述光芯片的側(cè)部。
27.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述光學(xué)橋的工藝包括3d打印成型工藝、超短脈沖激光直寫工藝和曝光工藝中的一種或多種。
28.如權(quán)利要求27所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述光學(xué)橋的材料包括陶瓷、樹脂、玻璃和聚合物中一種或多種；
29.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述光傳輸通道包括光纖通道和光波導(dǎo)中的一種或兩種。
30.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述基板的頂面固定散熱蓋之前，形成方法還包括：在所述基板上設(shè)置電芯片，所述電芯片與所述基板電連接，且所述電芯片與所述光學(xué)模塊相間隔。
31.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述提供基板的步驟中，所述基板的頂面設(shè)置有電芯片，所述電芯片與所述基板電連接；
32.如權(quán)利要求31所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，當(dāng)所述基板上設(shè)置有光電共封模塊，在所述基板的頂面固定散熱蓋之前，形成方法還包括：在所述基板上設(shè)置專用集成電芯片。
33.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述基板的頂面固定散熱蓋之后，形成方法還包括：
34.如權(quán)利要求33所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，將可拆卸光連接模塊插入所述光學(xué)橋中的步驟包括：提供可拆卸光連接模塊，所述可拆卸光連接模塊具有多個(gè)光連接插芯，且所述光連接插芯的位置與所述光傳輸通道的位置一一對(duì)應(yīng)；將所述可拆卸光連接模塊的光連接插芯插入所述光傳輸通道中。
35.如權(quán)利要求16所述的封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述基板頂部設(shè)置光學(xué)模塊的步驟中，所述光學(xué)模塊的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，多個(gè)所述光學(xué)模塊位于所述基板的同一側(cè)；或者，多個(gè)所述光學(xué)模塊位于所述基板的不同側(cè)。