CN106405754B - 一种光纤模组用的结构支架及其制作方法 - Google Patents

一种光纤模组用的结构支架及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光纤模组用的结构支架及其制作方法，所述结构支架包括键合在一起的至少两块晶圆，晶圆相对面上开设有光纤沟槽，两晶圆的光纤沟槽相配装形成光纤通道；对应光纤通道接口的上层晶圆侧壁以及上层晶圆上表面均设置有焊盘；下层晶圆与上层晶圆设置有焊盘的同一侧壁也设置有焊盘；所述光纤模组的光信号收发芯片焊接在两晶圆侧壁的焊盘上，光纤模组的电芯片焊接在顶层晶圆上表面的焊盘上。本发明的结构支架结构简单，能够简化后续光纤模组中光接收部分和光发射部分器件的焊接工艺，提高生产效率。

Description

一种光纤模组用的结构支架及其制作方法
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，特别是一种光纤模组用的结构支架。
背景技术
近几年通信网络发展迅速，随着光纤通信的广泛普及，通信网络面临着提供更快传输速率、更短时延、更高频带以及更低运营成本的迫切需求。由于目前光纤资源紧张，新铺设费用高，且基站分布距离较远，因此小型可插拔（SFP+） 封装的单纤双向光收发模块的需求逐步增大。
单纤双向光纤收发器是采用波分复用技术，在一根光纤上实现数据的发送和接收，将网络电信号和光信号互相转换的光电转换设备。SFP单纤双向光收发模块分为光接收和光发射两部分，其中光接收部分由光接收器、跨阻放大器、限幅放大器以及相应的供电器件组成；光发射部分主要由光源、驱动电路、控制电路、光检测器以及激光发射器构成。在实际生产中，光接收器、跨阻放大器、限幅放大器、光纤、光源、驱动电路、控制电路、光检测器和激光发射器等都是独立的器件，需要一个支架来把这些独立的器件组合在一个模组里面，从而使各部分器件都能发挥各自的作用。
在模组制作过程中，比较先进的做法是先做好具有焊接作用的载体，然后在载体上焊接光接收和光发射部分的器件，最后***光纤，而光纤端的固定通常还需要有V型槽等设计，结构比较复杂。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种结构简单的光纤模组用的结构支架以及该结构支架的制作方法，以简化后续光纤模组中光接收部分和光发射部分器件的焊接工艺。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种光纤模组用的结构支架，包括键合在一起的至少两块晶圆，晶圆相对面上开设有光纤沟槽，两晶圆的光纤沟槽相配装形成光纤通道；对应光纤通道接口的上层晶圆侧壁以及上层晶圆上表面均设置有焊盘；下层晶圆与上层晶圆设置有焊盘的同一侧壁也设置有焊盘；所述光纤模组的光信号收发芯片焊接在两晶圆侧壁的焊盘上，光纤模组的电芯片焊接在顶层晶圆上表面的焊盘上。
上述一种光纤模组用的结构支架，所述焊盘上自下而上依次为铜层、镍层、钯层和金层，所述镍层的厚度为2um~10um，钯层的厚度为100nm~10um，金层的厚度为50nm~100nm。
上述一种光纤模组用的结构支架，所述光纤沟槽的横截面为三角形、方形、半圆形或梯形中的一种。
一种光纤模组用的结构支架的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.在晶圆上表面制作焊盘和硅通孔TSV；
B.在晶圆表面开设光纤沟槽，通过键合工艺使两片晶圆结合在一起形成光纤通道；
C.通过光刻和刻蚀工艺使侧壁焊点露出并使支架从晶圆上分离
D. 在支架上焊接光信号收发芯片和电芯片。
上述一种光纤模组用的结构支架的制作方法，步骤A具体包括：
A1.通过光刻工艺在晶圆表面定义出表面焊盘，并刻蚀出焊盘，焊盘深度1um~100um；
A2.在晶圆一端通过光刻和刻蚀定义出硅通孔TSV，TSV深度10um~500um；TSV直径10um~500um；
A3. 通过电镀工艺使TSV和焊盘表面沉积铜金属，通过CMP研磨，使焊盘露出晶圆表面，
A4. 化镀使焊盘表面沉积镍钯金；镍的厚度2um~10um，钯的厚度100nm~10um，金厚度50nm~100nm。
上述一种光纤模组用的结构支架的制作方法，步骤C的具体步骤为：对键合后晶圆的上层晶圆进行光刻和刻蚀工艺，使硅通孔TSV的侧壁和底部金属露出来，同时对晶圆底部进行减薄，使支架分离出来。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明通过键合法将两个表面带有光纤沟槽结构的晶圆面对面结合形成光纤通道，然后通过光刻和电镀工艺在晶圆表面和侧面做光接收和光发射部分器件的焊盘，使该支架具有接收和发射两种功能，大大简化了后续的模组焊接工艺，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明步骤A所形成的晶圆第一形态；
图2、3为本发明步骤B所形成的晶圆第二形态的俯视图；
图4、8、9、10为本发明步骤B所形成的晶圆第二形态的侧视图；
图5为本发明步骤C所形成的晶圆第三形态的侧视图；
图6为本发明步骤D所形成的晶圆第四形态的侧视图；
图7为本发明焊接光纤模组器件后的侧视图；
图11为本发明实施例2中步骤C所形成的晶圆侧视图；
图12为本发明实施例2中焊接光纤模组器件后的侧视图；
图13为本发明实施例2应用于金手指上的机构示意图。
其中：101.晶圆，102.光纤沟槽，103.TSV侧壁，104.TSV底部，105.电芯片，106.光信号收发芯片，107.打线，108.焊盘，109.金手指，110.硅通孔TSV。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
一种光纤模组用的结构支架，包括键合在一起的至少两块晶圆101，晶圆相对面上开设有光纤沟槽102，如图2和图3所示，两晶圆的光纤沟槽相配装形成光纤通道，光纤沟槽的横截面可以为三角形、方形、半圆形或梯形中的一种，如图4、8、9、10所示；光纤沟槽的宽度为100um~1000um，光纤沟槽可以是等宽的，如图2所示，也可以是梯形的，如图3所示。
对应光纤通道接口的上层晶圆侧壁以及上层晶圆上表面均设置有焊盘108，下层晶圆与上层晶圆设置有焊盘的同一侧壁也设置有焊盘，如图7所示，焊盘上自下而上依次有铜层、镍层、钯层和金层，镍层的厚度为2um~10um，钯层的厚度为100nm~10um，金层的厚度为50nm~100nm。
光纤模组的光信号收发芯片106焊接在两晶圆侧壁的焊盘上，光纤模组的电芯片105焊接在顶层晶圆上表面的焊盘上，如图7和图12所示。
一种光纤模组用的结构支架的制作方法，包括的主要步骤为：在晶圆上表面制作焊盘和硅通孔TSV；在晶圆表面开设光纤沟槽，通过键合工艺使两片晶圆结合在一起形成光纤通道；通过光刻和刻蚀工艺使侧壁焊点露出并使支架从晶圆上分离；在支架上焊接光信号收发芯片和电芯片。
实施例1
本实施例中，光纤模组用的结构支架由两块晶圆制作而成，上层晶圆的下表面和下层晶圆的上表面分别开设有光纤沟槽102，两晶圆的光纤沟槽相配装形成光纤通道，对应光纤通道接口的上层晶圆侧壁以及上层晶圆上表面均设置有焊盘，下层晶圆与上层晶圆设置有焊盘的同一侧壁也设置有焊盘；光纤模组的光信号收发芯片焊接在两晶圆侧壁的焊盘上，光纤模组的电芯片焊接在顶层晶圆上表面的焊盘上，如图7所示。
本实施例的具体制作方法如下。
A.在晶圆上表面制作焊盘和硅通孔TSV。
A1.如图1所示，首先通过光刻工艺在上层晶圆的上表面表面定义出表面焊盘，并刻蚀出焊盘，焊盘深度1um~100um。焊盘可以分为两种，一种是上表面做芯片焊接，另一种是做打线，本实施例中用于做芯片焊接。
A2.在上层晶圆一端通过光刻和刻蚀定义出硅通孔TSV，TSV深度10um~500um；TSV直径10um~500um。
A3.通过电镀工艺使TSV和焊盘表面沉积铜金属，通过CMP研磨，使焊盘露出晶圆表面。
A4.化镀使焊盘表面沉积镍钯金；镍的厚度2um，钯的厚度100nm，金厚度50nm。
硅通孔TSV在化镀过程中，可以镀满；也可以镀一层铜后，继续进行孔底完全填充，填充高度在孔深的十分之一到二分之一之间。
B.在晶圆表面开设光纤沟槽，通过键合工艺使两片晶圆结合在一起形成光纤通道。如图2所示，通过光刻定义在上层晶圆的下表面和下层晶圆的上表面分别定义出光纤沟道，沟道宽度在100um，沟道是等宽的；通过干法刻蚀或者湿法刻蚀工艺在晶圆表面进行作用使光纤沟槽102形成；光纤沟槽的截面可以是三角形、方形、半圆形或者梯形，本实施例中，光纤沟槽为方形，如图4所示；通过键合工艺使两个晶圆键合在一起，键合工艺可以是硅硅直接键合，也可以是铜铜键合等。
对于键合后的上层晶圆，其上表面有焊盘，此处光纤沟槽在焊盘面的另一侧；对于下层键合晶圆，则光纤沟槽可以在焊盘面的同一侧，也可以在另一侧。
C. 对键合后晶圆的上层晶圆进行光刻和刻蚀工艺，使硅通孔TSV的侧壁103和底部金属104露出来，如图5所示，同时对晶圆底部进行减薄，使支架分离出来，如图6所示。
D. 通过焊接工艺在对应光纤沟槽的上层晶圆和下层晶圆侧壁上焊接光信号收发芯片106，同时在上层晶圆的上表面焊接电芯片105，使支架具有光信号收发功能，如图7所示。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于：包含多片上下层叠的晶圆，相邻晶圆之间通过键合工艺装配在一起，中间层晶圆与顶层晶圆结构相同，且所有晶圆的硅通孔TSV都能对上层晶圆中的焊点，如图11所示，以便能够将电信号引导到最上面有焊盘的顶层晶圆上。光纤模组的光信号收发芯片焊接在相邻两晶圆侧壁的焊盘上，光纤模组的电芯片焊接在顶层晶圆上表面的焊盘上，如图12所示。
本实施例应用于金手指上的结构如图13所示，将焊接好的支架直接跟带有金手指109的PCB一起粘结在基板底座上，通过打线工艺使支架上的打线107焊盘跟金手指互联，达到电联通的目的。

Claims (6)

1.一种光纤模组用的结构支架，其特征在于：包括键合在一起的至少两块晶圆（101），晶圆相对面上开设有光纤沟槽（102），两晶圆的光纤沟槽相配装形成光纤通道；对应光纤通道接口的上层晶圆侧壁以及上层晶圆上表面均设置有焊盘（108）；下层晶圆与上层晶圆设置有焊盘的同一侧壁也设置有焊盘；
所述光纤模组的光信号收发芯片（106）焊接在两晶圆侧壁的焊盘上，光纤模组的电芯片（105）焊接在顶层晶圆上表面的焊盘上。
2.根据权利要求1所述的一种光纤模组用的结构支架，其特征在于：所述焊盘上自下而上依次为铜层、镍层、钯层和金层，所述镍层的厚度为2um~10um，钯层的厚度为100nm~10um，金层的厚度为50nm~100nm。
3.根据权利要求1所述的一种光纤模组用的结构支架，其特征在于：所述光纤沟槽（102）的横截面为三角形、方形、半圆形或梯形中的一种。
4.如权利要求1所述的一种光纤模组用的结构支架的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.在晶圆上表面制作焊盘和硅通孔TSV；
B.在晶圆表面开设光纤沟槽，通过键合工艺使两片晶圆结合在一起形成光纤通道；
C.通过光刻和刻蚀工艺使侧壁焊点露出并使支架从晶圆上分离
D. 在支架上焊接光信号收发芯片和电芯片。
5.根据权利要求4所述的一种光纤模组用的结构支架的制作方法，其特征在于，步骤A具体包括：
A1.通过光刻工艺在晶圆表面定义出表面焊盘，并刻蚀出焊盘，焊盘深度1um~100um；
A2.在晶圆一端通过光刻和刻蚀定义出硅通孔TSV，TSV深度10um~500um；TSV直径10um~500um；
A3. 通过电镀工艺使TSV和焊盘表面沉积铜金属，通过CMP研磨，使焊盘露出晶圆表面，
A4. 化镀使焊盘表面沉积镍钯金；镍的厚度2um~10um，钯的厚度100nm~10um，金厚度50nm~100nm。
6.根据权利要求4所述的一种光纤模组用的结构支架的制作方法，其特征在于，步骤C的具体步骤为：对键合后晶圆的上层晶圆进行光刻和刻蚀工艺，使硅通孔TSV的侧壁和底部金属露出来，同时对晶圆底部进行减薄，使支架分离出来。
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