用于光電組件的晶圓級(jí)封裝的模制玻璃蓋的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種光電組件，該光學(xué)組件包括用于支持多個(gè)相互連接的光學(xué)和電氣元件的基底20(通常為硅或玻璃）。密封材料層22被設(shè)置成勾勒基底的限定周邊區(qū)域的輪廓。模制玻璃蓋10被設(shè)置在基底上并與基底結(jié)合，其中模制玻璃蓋被配置為產(chǎn)生與基底的限定周邊區(qū)域相匹配的占用區(qū)。模制玻璃蓋的底表面包括與基底的密封材料層相接觸的結(jié)合材料層，一旦接觸，則產(chǎn)生結(jié)合組件。在一種形式中，提出了一種晶圓級(jí)組裝工藝，其中多個(gè)光電組件被設(shè)置在硅晶圓上，且多個(gè)玻璃蓋被模制在之后被結(jié)合到硅晶圓的單片玻璃上。
【專利說(shuō)明】用于光電組件的晶圓級(jí)封裝的模制玻璃蓋
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求2011年10月19日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/548,974的優(yōu)先權(quán)，且以 引用方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開(kāi)一般涉及光電組件的晶圓級(jí)封裝，具體地，涉及在制造過(guò)程中模制玻璃蓋 的利用。

【背景技術(shù)】
[0004] 許多類型的光電模塊包括多個(gè)需要相對(duì)于彼此精確放置的單獨(dú)的光學(xué)和電氣元 件。硅（或玻璃）載體基底（有時(shí)被稱為中介層）通常用作支持結(jié)構(gòu)以固定元件的位置， 且有時(shí)還可提供所選元件之間所需的電氣或光學(xué)信號(hào)路徑。當(dāng)元件被組裝到中介層上時(shí)， 可能需要進(jìn)行主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)來(lái)確保維持光學(xué)信號(hào)路徑的完整性。在大多數(shù)情況下，這些光 電模塊被構(gòu)建為單個(gè)單元，且因此，在逐個(gè)單元基礎(chǔ)上執(zhí)行主動(dòng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的需求是昂貴且 費(fèi)時(shí)的。
[0005] 實(shí)際上，隨著對(duì)光電模塊的需求持續(xù)增加，單個(gè)單元組裝方法已成為問(wèn)題。晶圓 級(jí)封裝被認(rèn)為是一種更有效且劃算的方法，其中2012年5月3日提交的序列號(hào)為13/463， 408的我們的共同未決申請(qǐng)中公開(kāi)了一種晶圓級(jí)封裝的示例性布置且以通過(guò)引用方式結(jié)合 于此。
[0006] 在我們的共同未決申請(qǐng)中，硅晶圓被用作在其上安裝或集成多個(gè)光電模塊的所 有元件的"平臺(tái)"（即中介層），其中硅中介層的頂表面用作限定單獨(dú)的光學(xué)元件之間的 光學(xué)信號(hào)路徑的參考平面。使用單個(gè)硅晶圓作為大量單獨(dú)模塊的平臺(tái)允許晶圓級(jí)組裝工 藝在相對(duì)較短的時(shí)間段內(nèi)高效地組裝大量模塊。一些現(xiàn)有技術(shù)布置描述了使用玻璃中介 層來(lái)代替硅晶圓中介層，同時(shí)保留同時(shí)組裝多個(gè)光電模塊的能力。參見(jiàn)，例如，由授權(quán)給 V.V.Sundaram并于2012年5月3日公開(kāi)的美國(guó)專利公開(kāi)2012/0106117,其公開(kāi)了基于玻 璃中介層的三維互連結(jié)構(gòu)。
[0007] 在大多數(shù)情況下，"蓋子"需要被放置并附連到填充的中介層元件上。在示例性的 現(xiàn)有技術(shù)布置中，蓋子被形成為兩個(gè)獨(dú)立的零部件，即附連到中介層頂表面上的"側(cè)壁"部 分，和結(jié)合到側(cè)壁部分上的平坦的"頂"部。側(cè)壁的高度通常由設(shè)置在中介層上的元件所需 的空間，以及用于將側(cè)壁結(jié)合到中介層上的粘結(jié)材料層限定。在其他情況下，側(cè)壁由在中介 層上形成的"邊緣"與在蓋子上形成的"邊緣"的組合限定，其中兩個(gè)邊緣稍后連接以形成 側(cè)壁。迄今為止，制造設(shè)置有邊緣的蓋子被認(rèn)為是昂貴的并且需要對(duì)玻璃板進(jìn)行機(jī)械加工。 這種消減技術(shù)是昂貴的并且不適于晶圓級(jí)組裝工藝。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008] 包括在本公開(kāi)中并構(gòu)成本公開(kāi)的一部分的附圖圖示說(shuō)明本發(fā)明的各種實(shí)施例。在 附圖中：
[0009] 圖1是光電模塊組件的等距視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明可用于封裝組件的模制玻璃 蓋；
[0010] 圖2是圖1的布置的視圖，其中模制玻璃蓋被適當(dāng)安裝在光電模塊上；
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明形成的示例性模制玻璃蓋的等距視圖；
[0012] 圖4是圖3的蓋子的視圖，在此例中涂覆抗反射材料；
[0013] 圖5示出了可以用于晶圓級(jí)加工以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)模制玻璃蓋的示例性玻璃基底；
[0014] 圖6是圖5的基底的一部分的放大視圖，示出了在每個(gè)單獨(dú)的管芯位置內(nèi)形成的 豐旲制部件；以及
[0015] 圖7(a)_(c)示出了根據(jù)本發(fā)明用于形成模制玻璃基底以包括多個(gè)玻璃蓋的一組 示例性步驟。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 概述
[0017] 提供了一種光電組件，其包括用于支持多個(gè)相互連接的光學(xué)和電氣元件的基底 (通常為硅或玻璃）。密封材料層被設(shè)置成勾勒基底的限定周邊區(qū)域的輪廓。模制玻璃蓋 被設(shè)置在基底上并與基底結(jié)合，其中模制玻璃蓋被配置為產(chǎn)生與基底的限定周邊區(qū)域相匹 配的占用區(qū)。模制玻璃蓋的底表面包括與基底的密封材料層相接觸的結(jié)合材料層，一旦接 觸，則產(chǎn)生結(jié)合組件。在一種形式中，提出了一種晶圓級(jí)組裝工藝，其中多個(gè)光電組件被設(shè) 置在硅（或玻璃）晶圓上并且多個(gè)玻璃蓋被模制在之后被結(jié)合到硅晶圓的單片玻璃上。 [0018] 示例實(shí)施例
[0019] 以下詳細(xì)描述參照附圖。在任何可能的情況下，附圖和以下描述中使用相同的參 考數(shù)字以指代相同或相似的元件。盡管本發(fā)明的實(shí)施例被描述，但是修改、改寫(xiě)和其他實(shí)施 方式也是可能的。例如，可以對(duì)附圖中所示的元件進(jìn)行替換、添加，或修改，并且本文所述的 方法可以通過(guò)對(duì)所公開(kāi)的方法進(jìn)行替換、重新排序，或添加階段進(jìn)行修改。此外，以下詳細(xì) 描述并不限制本發(fā)明。相反，本發(fā)明的正確范圍由所附權(quán)利要求限定。
[0020] 圖1是光電模塊組件的等距視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的可用于封裝組件的模制玻 璃蓋10。在這種情況下，光電模塊包括被設(shè)置成填充中介層（載體）基底20的多個(gè)光學(xué)和 電氣兀件，其中中介層20可包括娃或玻璃材料?？墒褂酶鞣N眾所周知的方法將光學(xué)和電氣 元件適當(dāng)?shù)毓潭ǖ街薪閷?0上的各自的開(kāi)口 /位置處。特別是，可以使用環(huán)氧基、共晶結(jié) 合或其他布置可以被用來(lái)將元件永久地附接到其各自的位置上。應(yīng)當(dāng)理解的是，可能需要 建立適當(dāng)?shù)臏囟鹊燃?jí)以確保在其他潛在高溫后處理操作過(guò)程中接合處的穩(wěn)定性。
[0021] 密封層22被示為圍繞中介層20的周界形成。此密封層，其可包括玻璃粉材料、金 錫（AuSn)焊料，或任何其它合適的材料，用于將模制玻璃蓋10結(jié)合到填充的中介層20上。 如圖1所示，玻璃模制蓋10被配置為沿著由密封層22的圖案引導(dǎo)的中介層20的外周。另 夕卜，蓋子10的底表面12被涂覆一種或多種特定材料以與密封層22結(jié)合并形成光電模塊的 不透水封裝。在一個(gè)實(shí)施例中，表面12上可以涂覆鈦、銅和金的多層布置。
[0022] 在圖1所示的特定實(shí)施例中，模制玻璃蓋10被特別配置為還包括開(kāi)口 30,其允許 光學(xué)輸入和輸出信號(hào)進(jìn)入封裝的光電模塊。如圖2所示，例如，開(kāi)口 30用于允許光學(xué)連接 器40插入。在這種情況下，玻璃蓋10的側(cè)壁14可能需要進(jìn)行額外加工（諸如，拋光和/ 或蝕刻）以產(chǎn)生通過(guò)此障礙物傳送由設(shè)置在中介層20上的光學(xué)元件接收的光學(xué)信號(hào)所需 的"光學(xué)級(jí)"表面。有時(shí)，此玻璃蓋10的側(cè)壁14被稱為"光學(xué)窗口"。
[0023] 圖2是圖1的布置的視圖，其中模制玻璃蓋合適地安裝在光電模塊上。中介層20 本身被示為設(shè)置在電路基底50(有時(shí)稱為"有機(jī)基底"）上，其中球柵陣列（BGA)形式的電 氣互連體52設(shè)置在基底50的下面，并用來(lái)提供與電信號(hào)及電源（未示出）的接觸。圖2 還示出光學(xué)連接器40,其設(shè)置在蓋子10的開(kāi)口 30中且定位在中介層20的頂表面上。在此 特定實(shí)施例中，纖維陣列元件42被附接到光學(xué)連接器40且用于支持光學(xué)信號(hào)的傳輸。
[0024] 為了將光學(xué)信號(hào)從中介層20上的光學(xué)元件傳輸?shù)焦鈱W(xué)連接器40,優(yōu)選的是模制 玻璃蓋10的側(cè)壁部分14是光學(xué)平滑的，且限制散射和其他類型的光學(xué)信號(hào)損失（有時(shí)稱 為"光學(xué)級(jí)"表面）。圖3是根據(jù)本發(fā)明形成的示例性模制玻璃蓋的等距視圖。在此，圖3 示出光學(xué)級(jí)側(cè)壁部14的位置。正如下面將要討論的，模制玻璃蓋10可由呈現(xiàn)出低熔化溫 度的任何合適的玻璃材料形成，從而允許玻璃被"軟化"并被模制。硼硅酸鹽玻璃是一種示 例性類型的玻璃，其可用于形成根據(jù)本發(fā)明的模制玻璃蓋。然后，在模制過(guò)程之后，可以加 工（例如，拋光和/或蝕刻）側(cè)壁光學(xué)窗口部14,以產(chǎn)生光學(xué)級(jí)表面。
[0025] 在大多數(shù)情況下，希望控制封裝在蓋10內(nèi)的元件和各種外部元件之間的光學(xué)信 號(hào)的進(jìn)入/輸出。參照?qǐng)D2,準(zhǔn)許的光學(xué)信號(hào)路徑是沿著光學(xué)連接器40。在一些實(shí)施例中， 模制玻璃蓋10的外表面16涂覆抗反射（AR)材料，以防止雜散的光學(xué)信號(hào)干擾光電模塊的 操作。氟化鎂是一種眾所周知的可用于實(shí)現(xiàn)此目的的AR涂覆材料。圖4是圖3的蓋子的 視圖，在此情況下涂覆抗反射材料。特別是，圖4示出模制玻璃蓋10,如圖3所示，但在此例 中，還包括被涂敷以覆蓋模制玻璃蓋10的外表面16的AR涂層18,除了側(cè)壁部分14-被限 定為光學(xué)窗口的區(qū)域之外。
[0026] 如上面提到的，利用晶圓級(jí)組裝技術(shù)，采用硅或玻璃晶圓作為載體基底（在本文 中也稱為中介層）提供制造效率方面的顯著改善，而不犧牲各個(gè)元件之間的必要的精確光 學(xué)對(duì)準(zhǔn)的完整性，其中多個(gè)光電模塊同時(shí)形成在載體基底上。由于典型的晶圓的直徑大約 為8英寸，此晶圓可以支持產(chǎn)生多個(gè)模塊（例如，穿過(guò)晶圓表面的幾十個(gè)管芯）。根據(jù)本發(fā) 明，類似的優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)利用晶圓尺寸的玻璃基底以形成在單個(gè)制造步驟中結(jié)合到在中介 層晶圓上形成的多個(gè)模塊上的多個(gè)蓋子得到。實(shí)際上，通過(guò)利用能夠被模制的低溫玻璃材 料，可以廉價(jià)加工玻璃基底以形成這些光電模塊的蓋子。
[0027] 圖5示出了可以在晶圓級(jí)加工中使用以同時(shí)產(chǎn)生多個(gè)模制玻璃蓋的示例性的玻 璃基底。圖5示出玻璃基底100,其可以用作同時(shí)形成與光電模塊20數(shù)目相同的多個(gè)模制 玻璃蓋10的結(jié)構(gòu)。如圖所示，大量單獨(dú)蓋子位置10被限定在晶圓100上。
[0028] 圖6是圖5的基底的一部分的放大圖，示出在每個(gè)單獨(dú)的管芯位置內(nèi)形成模制部 件。為了清楚起見(jiàn)，只有三個(gè)這樣的位置10被特別示出為具有模制蓋的形式。
[0029] 在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，使用微模制過(guò)程來(lái)軟化并模制玻璃基底100使其包括 特定蓋子結(jié)構(gòu)所需的各種腔室和開(kāi)口。圖7(a)_(c)示出了根據(jù)本發(fā)明用于形成模制玻璃 基底使其包括多個(gè)玻璃蓋的一組示例性步驟。
[0030] 首先形成模具200,使其包括限定特定蓋子幾何形狀（諸如蓋子10)所需的各種 壓痕。諸如金剛石車削機(jī)床（未示出）之類的設(shè)備被認(rèn)為能夠在必要的精度下形成模具壓 痕。參照?qǐng)D7(a)，玻璃基底100被定位在固定平臺(tái)或支持構(gòu)件210上，并被加熱到使玻璃 開(kāi)始軟化的溫度。在硼硅玻璃的情況下，軟化溫度是約450°C。一旦玻璃已經(jīng)具有可塑性， 模具200就在足以使玻璃重新成形的力下與玻璃基底100的上表面110接觸，并產(chǎn)生模制 蓋所需的腔室，如圖7(b)所示。一旦形成，模具200就被升高，如圖7(c)所示，這樣就產(chǎn)生 了多個(gè)模制蓋10。最終的模制玻璃基底100被冷卻，使其可結(jié)合到包含上述光電模塊的晶 圓。
[0031] 一旦模制玻璃基底100被連接到元件晶圓，結(jié)合結(jié)構(gòu)就被切割以形成最終單獨(dú)的 光電模塊。優(yōu)選激光切割工藝，但是應(yīng)該理解，也可以使用將結(jié)合晶圓分離成獨(dú)立的收發(fā)器 模塊的任何其它合適的工藝。
[0032] 雖然本發(fā)明已就不同的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本 發(fā)明可以利用被認(rèn)為落入最好由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的各種 修改來(lái)實(shí)施。此外，盡管本說(shuō)明書(shū)已經(jīng)以特定于結(jié)構(gòu)特征和/或方法動(dòng)作的語(yǔ)言進(jìn)行了描 述，但是權(quán)利要求并不限于上述特征或動(dòng)作。相反，上述特定特征和動(dòng)作被公開(kāi)作為本發(fā)明 的實(shí)施例的示例。
【權(quán)利要求】
1. 一種光電組件，包括： 支持多個(gè)相互連接的光學(xué)和電氣元件的基底，所述基底包括被設(shè)置成勾勒其頂表面的 限定區(qū)域的輪廓的密封材料層；以及 被設(shè)置在所述基底上并與所述基底結(jié)合的模制玻璃蓋，所述模制玻璃蓋被配置為產(chǎn)生 與所述基底的限定區(qū)域相匹配的占用區(qū)，且在底表面上包括結(jié)合材料層，一旦將所述模制 玻璃蓋放置在所述基底上，則該結(jié)合材料層與所述密封材料層相接觸產(chǎn)生結(jié)合組件。
2. 如權(quán)利要求1所述的光電組件，其中所述模制玻璃蓋被涂覆抗反射材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的光電組件，其中所述抗反射材料包括氟化鎂。
4. 如權(quán)利要求1所述的光電組件，其中所述模制玻璃蓋的預(yù)定側(cè)壁部分被限定為在所 述基底上的光學(xué)元件與外部光學(xué)元件之間提供光傳輸?shù)墓鈱W(xué)窗口。
5. 如權(quán)利要求4所述的光電組件，其中除了所述光學(xué)窗口之外，所述模制玻璃蓋的所 有區(qū)域都被涂覆抗反射材料。
6. 如權(quán)利要求1所述的光電組件，其中所述基底上的所述密封層包括金錫焊接材料。
7. 如權(quán)利要求6所述的光電組件，其中所述模制玻璃蓋上的所述結(jié)合材料層包括產(chǎn)生 與金錫焊接材料的焊接密封的金屬化合物。
8. 如權(quán)利要求7所述的光電組件，其中所述金屬化合物包括鈦、銅和金。
9. 如權(quán)利要求1所述的光電組件，其中所述基底包括硅基底。
10. 如權(quán)利要求1所述的光電組件，其中所述基底包括玻璃基底。
11. 一種晶圓級(jí)光電組件，包括： 在獨(dú)立的管芯位置填充有多個(gè)光電模塊的硅晶圓，其中獨(dú)立的密封層被配置成圍繞每 個(gè)單個(gè)的光電模塊；以及 玻璃基底，該玻璃基底被模制成包括在獨(dú)立的管芯位置的多個(gè)蓋封裝，每個(gè)蓋封裝包 括在其頂表面上的結(jié)合材料，使得當(dāng)所述玻璃基底被倒轉(zhuǎn)并附接至硅晶圓時(shí)，所述蓋封裝 結(jié)合材料接觸相關(guān)聯(lián)的密封層，在其間產(chǎn)生結(jié)合并且形成多個(gè)封裝的光電模塊。
12. 如權(quán)利要求11所述的晶圓級(jí)光電組件，其中所述玻璃基底被涂覆抗反射材料。
13. 如權(quán)利要求11所述的晶圓級(jí)光電組件，其中每個(gè)蓋封裝被配置成包括沿其一部分 的光學(xué)窗口。
14. 一種制造光電組件的模制玻璃蓋的方法，所述方法包括： 提供包括限定預(yù)定蓋子結(jié)構(gòu)的部件的模具； 提供玻璃材料的基底； 將所述玻璃材料加熱至所述玻璃開(kāi)始軟化的溫度； 將所述模具按壓到軟化的玻璃中，以在所述軟化的玻璃內(nèi)產(chǎn)生壓痕，所述壓痕限定所 述預(yù)定蓋子結(jié)構(gòu)； 將所述模具從所述軟化的玻璃上移除； 將模制的玻璃冷卻至硬化狀態(tài)，形成模制玻璃蓋；以及 將結(jié)合材料涂覆到所述模制玻璃蓋的底表面上。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中低熔化溫度的玻璃被使用。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中硼硅酸鹽玻璃被使用。
17. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述模制玻璃蓋的底表面被涂覆鈦、銅和金的沉 積層。
18. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中所述方法按照晶圓級(jí)工藝來(lái)執(zhí)行，其中模具被配 置成包括多個(gè)蓋子壓痕區(qū)域，以及晶圓尺寸的玻璃基底被模制形成多個(gè)獨(dú)立的玻璃模制 蓋。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述方法包括以下步驟： 將所述晶圓尺寸的玻璃基底結(jié)合到光電模塊的基底上；以及 切割結(jié)合的布置以形成多個(gè)封裝的光電模塊。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述晶圓尺寸的玻璃基底在結(jié)合到光電模塊的所 述基底之前被涂覆抗反射材料。
【文檔編號(hào)】G02B6/42GK104220914SQ201280062753
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月19日
【發(fā)明者】基紹·德塞, 拉文德·卡齊魯, 威普庫(kù)馬·帕特爾, 拜平·達(dá)瑪, 卡爾潘都·夏斯特里, 索哈姆·帕塔克 申請(qǐng)人:思科技術(shù)公司