JP2012147007A - デバイスパッケージ、ならびにその製造方法および試験方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッケージは、ベース基体であって、前記ベース基体の表面上のオプトエレクトロニクスデバイス12の取り付け領域10と、蓋200の取り付け領域とを含むベース基体を含む。ベース基体と蓋との間に密閉容積が形成され、オプトエレクトロニクスデバイスは密閉容積内にある。前記蓋は、前記オプトエレクトロニクスデバイスを出入りする光路に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を有し、前記蓋取り付け領域の少なくとも一部は、前記ベース基体の表面より下で前記光路より下の深さで光路に沿って配置される。
【選択図】図5A
Description
本出願は、米国特許法第119条(e)の下に2003年9月15日に提出された特許文献1の利益を主張し、その記載内容を本明細書に援用する。
(1.微細機械加工されたマイクロベンチフィーチャーの配置)
これより図1A〜1C、2A、および2Bを参照すると、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージ500のベースとして使用される例示的な光学マイクロベンチ100が示されている。図1A〜1Cにおいてマイクロベンチ100は分離したコンポーネントとして示されているが、マイクロベンチ100は、ベースウエハ(グリッド)110の一部であってもよいし、図4Aに示されるように完全なベースウエハ110の上に複数の光学マイクロベンチ100が形成されてもよい。マイクロベンチの基体材料は、マイクロベンチ100に形成されるフィーチャーと関連して選択される。たとえば、マイクロベンチ材料は、熱伝導性微細成形プラスチック、およびスリップ−キャストセラミックを含むことができ、微細機械加工されたマスターウエハから複製することができる。マイクロベンチ100に特に好適な材料の1つは単結晶性シリコンであり、これを確立されたフォトリソグラフィー技術を使用した異方性方法によってエッチングして、マイクロベンチ100上に正確な方向でコンポーネントを提供することができる。限定ではなく説明の目的で、異方性エッチングが可能な単結晶材料を含むものとして、以下でマイクロベンチ100が説明されるが、光学マイクロベンチ100の構造を実現することができる他の材料および方法も本発明で考慮されることを理解されたい。
オプトエレクトロニクスデバイス12、18に電気接続を提供するため、図1Bに示されるように、導電性リード線14の形態の電気接続を、マイクロベンチ100の上面70の選択された領域上にパターン形成することができる。図5Aおよび5Bに示されるように、デバイス取り付け領域10と、デバイス取り付け領域10を覆い密閉する気密封止された蓋200の外側のマイクロベンチ100の領域との間で電気的に導通するように、導電性リード線14の方向を決めることができる。たとえば、蓋200の一部は後部蓋取り付けチャネル64内に取り付けられるので、導電性リード線14は後部蓋取り付けチャネル64の表面61、63に沿って延在することができる。したがって、電気的信号は、後部取り付けチャネル64内に取り付けられる蓋200の縁端部下の導電性リード線14に沿って伝達することができる。導電性リード14に沿って選択された位置において、たとえばデバイス取り付け領域10内の導電性リード線14の終端などにはんだパッド16を提供することができる。
図1A〜1Cに戻ると、必要である場合、マイクロベンチ100に設置された光学系を光ビームが通過するためのクリアランスを提供するために、別のくぼんだフィーチャーを光学マイクロベンチ100中に提供することができる。くぼんだクリアランス面50、52、54は、クリアランス面50、52、54におけるマイクロベンチ100の領域を光ビームが自由に通過でき、これらの領域において光学マイクロベンチ100にビームが衝突することがないように、光路に沿った位置に提供される。たとえば、図1Cに示されるように、第1のくぼんだクリアランス面50は第1のピット20と隣接して形成され、第2のくぼんだクリアランス面52は第2のピット30と隣接して形成され、第3のくぼんだクリアランス面54は第2のピット30とファイバー溝40との間に形成される。くぼんだクリアランス面の深さは、光ビームをクリアにするために必要な深さによって最小値が決定され、エッチングされたフィーチャーと、エッチングされたフィーチャー内に接合された光学素子との間の接触点の深さによって最大値が決定される。
ミクロ光学デバイスパッケージ500は蓋200を備えてもよく、これは、蓋取り付け領域、たとえば、存在するなら、蓋取り付けチャネル62、64、66、68内でマイクロベンチ100上に配置することで、レーザーダイ12、第1のレンズ22、フォトダイオード18、および第1のくぼんだクリアランス面50の周囲で封止された筐体が提供される。蓋200は、たとえば、長方形のキャビティ230を蓋200内部に形成するために、4つの側壁220およびルーフ250を含むことができる。別の代表的実施形態では、蓋200は1つのアーチ型の側壁を含むことができ、または屈折力を得るためにレンズ型の蓋側壁を含むことができる。典型的に、蓋200のルーフ250は厚さが10〜100ミクロンの範囲である。ルーフ250の厚さの、キャビティ230の最長寸法(スパン)に対する比率は、典型的には1/10〜1/50である。このような比率であれば、気密性の変化または低下に応答して、ルーフ250が十分湾曲することができる。このような湾曲を測定して、パッケージの気密性の指標を得ることができる。たとえば、キャビティ全長が1mmの蓋200の場合、蓋の厚さが40ミクロンであれば、一般に十分なたわみおよび耐久性を得ることができる。典型的に、蓋キャビティの深さは、くぼんだトレンチ(存在する場合)の深さおよび中に入るコンポーネントの高さによって決定される。典型的な蓋の深さは、たとえば100〜600ミクロンである。
ミクロ光学デバイスパッケージ500は、オプトエレクトロニクスの種々のシステム構成に使用することができ、たとえばプリント配線基板(PWB)などの電子デバイス基体に搭載したり、コネクターが取り付けられたデバイスの一部として使用することができる。たとえば、図10Aおよび10Bに示されるように、本発明によるミクロ光学デバイスパッケージ500を受け入れるコネクター520を提供することによって、ミクロ光学デバイスパッケージ500を他のシステムのコンポーネントと光学的に結合させることができる。本発明のミクロ光学デバイスパッケージは小さな寸法を実現することが可能なため、ミクロ光学デバイスパッケージ500は、コネクター520の内部キャビティ512の内部に収容することができる。さらに、本発明のミクロ光学デバイスパッケージは、現在市販されているコネクター内に組み込むのによく適している。たとえば、コネクター520は、LCコネクターまたはその他の好適なコネクターであってよい。したがって、本発明の光学マイクロベンチを含むコネクターは、光ファイバーコネクターを光学的な送信機、受信機、またはトランシーバーとして機能させることができる。
(1.導電性リード線を有するマイクロベンチ)
図12Aおよび12Bを参照すると、本発明による導電性リード線14を有する光学マイクロベンチ100を製造するための代表的方法のフローチャートが示されている。このフローチャートおよび方法は、1つの光学マイクロベンチ100をベースウエハ110上に製造することに関する例として説明するものであり、実際には、1つのベースウエハ110またはウエハから取り出したグリッドの上に複数の光学マイクロベンチ100を製造することが望ましいことを理解されたい。
(a.異方性エッチ)
図13A〜13Cを参照すると、本発明による気密封止された導電性ビア90を有する光学マイクロベンチ100の例示的な製造方法のフローチャートが提供されている。この方法は図14A〜14Gに示されている。この方法は、図12Aおよび12Bに示される導電性リード線14を有するミクロ光学デバイスパッケージ500の製造方法といくつかの点で類似しているであろう。したがって、類似の工程ステップが含まれる場合、図12Aおよび12Bに使用されている同じ参照番号が、図13A〜13Cでも使用されている。しかしながら、同じ参照番号を特定のステップで使用することができるが、このようなステップはビアプロセスおよびリード線プロセスの両方で完全に同じである必要はなく、考え得るいくつかの差異について以下に示す。リード線プロセスと同様に、ビアのフローチャートおよびプロセスは、ベースウエハ110上に1つの光学マイクロベンチ100を製造することに関する例として説明される。しかし実際には、1つのベースウエハ110上に複数の光学マイクロベンチ100を製造し、組み立てて、試験することが望ましいことを理解されたい。
図15A〜15Hは、複数のアパーチャが内部に形成されている導電性で気密封止されたビアを製造するための本発明による別の方法を概略的に示している。図15Aを参照すると、エッチストップ層602がウエハ610上に形成される。エッチストップ層602は、後のビア形成エッチング中にエッチストップとして効率的に機能することができる材料である。エッチストップ層は、たとえば熱酸化によって生成される二酸化ケイ素などの酸化ケイ素、またはその他の公知の材料であってよい。エッチストップ層は、後のエッチング工程中に完全には腐食しないような厚さで堆積される。典型的にはこの厚さは0.5〜2ミクロンであり、たとえば1〜2ミクロンである。
シリコン蓋ウエハ210から蓋200をエッチングして、図4Bに示される蓋200のグリッドを提供することができる。このグリッドは、キャビティ230のグリッドを含み、各キャビティ230は側壁で囲まれている。例示される実施形態では、4つの側壁220がそれぞれの側壁端部で交差して、各キャビティ230を画定する長方形の境界を形成する。図4Bの上面図に示されるように、側壁220は、紙面から離れる方向に延在している。各蓋200の間のスペースも、場合によっては蓋キャビティ230と同じ深さまで、エッチングまたはダイシングまたはその両方で除去して、蓋200の間で分離したチャネル228を提供することができる。
本発明による蓋グリッドを製造するための第1の方法は、シリコン蓋ウエハ210のドライエッチング、たとえば、異方性ドライエッチングを含む。シリコンウエハ210は、(100)、(110)、または(111)シリコンなどの任意の標準的な方位を含むことができる。ドライエッチングは、たとえばボッシュ法を使用して、パッシベーションおよびエッチングサイクルを交互に実施することができる。典型的には、これらのサイクルは比較的間隔が短く、比較的速度が遅い。任意に、所望の表面粗さレベルを実現しやすくするために、後研磨処理を使用することができる。このような研磨は、たとえば、酸化およびストリッピング法、または等方性化学研磨を含むことができる。
前述の方法と同様の方法で、蓋200のグリッドは、SOI蓋ウエハ210のドライエッチング、たとえば、異方性ドライエッチングによって製造することができる。SOI蓋ウエハ210は、たとえば、ハンドル層(たとえば厚さ400ミクロン)とデバイス層(たとえば厚さ40ミクロン)との間に厚い酸化物層(たとえば厚さ1ミクロン)を含むことができる。蓋ルーフ250はデバイス層から形成され、蓋側壁220はハンドル層から形成される。
本発明による蓋を製造するための第3の方法は、(110)シリコンの結晶学的エッチングを含み、マスクアパーチャの選択された縁端部の位置合わせは[110]軸に沿って行われる。次に、結晶学的エッチは、たとえばKOHおよびEDPに基づくものなどの公知の結晶学的エッチを使用してマスク開口部を通してエッチングすることによって実施することができる。(110)ウエハの表面に適切に位置合わせされると、エッチングによって複数の蓋キャビティが形成され、各キャビティは、蓋ウエハの面に対して実質的に垂直であるとともに非常に平滑な側壁表面を有する、平面が平行な2つの対向する側壁を有する。
さらに別の蓋製造方法として、前述の湿式結晶学的エッチング方法においてSOIウエハ(前述の種類のもの)を使用することができる。SOIの場合、絶縁層をエッチストップとして使用することができる。SOIウエハの結晶学的エッチングによって、シリコンウエハエッチング技術よりも、均一な蓋ルーフ厚さが得られ、光ビームが蓋ルーフ250を通過するために好適な平滑性を得ることができる。
本発明によるさらに別の蓋製造方法として、前述のSOIウエハについて、ディープ反応性イオンエッチングなどのドライエッチを行い、続いてウェットエッチステップを行うことができる。この方法は、「シリコンのSOIドライエッチング」に関して前述したような第1のドライエッチステップを含むことができる。このドライエッチステップは、光学的に平滑であり蓋ウエハ210の面と垂直である側壁220、221を提供する方法で実施することができる。ドライエッチはマスクを結晶軸に位置合わせして注意深く実施され、それによって次のウェットエッチステップでは最小の表面不規則性の除去が必要とされるのみである。
図16A〜16Dを参照すると、本発明によるさらに別の蓋の製造方法は、「ベネチアンブラインド」法を利用する。この方法は、一連の薄い長方形のピット231が蓋ウエハ210に互いに近接してエッチングされるウェットエッチ(湿式異方性結晶学的エッチ)を含む。蓋ウエハ210は、たとえば(110)シリコンを含むことができる。図16Aに示されるように、ピット231は、蓋ウエハ210の表面にパターン形成され、各キャビティ230が形成されるシリコン蓋ウエハ210の領域が覆われる。図16Aに示されるように、薄い分離壁233が、それぞれのスロットの組の間に配置される。典型的には、分離壁233の厚さはたとえば0〜50ミクロンである。マスク上のエッチングされるピット開口部の間隔は、エッチングプロセスの終了時近くに、分離壁233が破壊される、および/またはエッチングにより除去されるように選択することができる。あるいは、等方性エッチを使用して分離壁233を除去することもできるが、光学信号の伝達に使用される2つの側壁221上の表面粗さが増大しうるので、これはあまり望ましくない。
本発明によるさらに別の例示的な蓋製造方法として、図17Aおよび17Bに示されるように<110>方向に対して45°の角度にあるマスクを使用する(100)シリコンの結晶学的エッチを使用することができる。
本発明のさらに別の態様によると、デバイスパッケージの気密性を好都合に試験することができる。気密性の変化または低下に応答するルーフ250のたわみが測定可能な程度となるように、蓋の寸法が選択される。この目的のために干渉計などの測定装置を使用することができる。製造中に蓋をふくらませるため、このパッケージにヘリウムまたは窒素などの不活性ガスを充填する。ルーフ250の厚さの、キャビティ230の最長寸法(全長)に対する比率は、典型的には1/10〜1/50である。たとえば、キャビティ全長が1mmである蓋200の場合、蓋の厚さが40ミクロンであれば、十分なたわみおよび耐久性を得ることができる。蓋の厚さは典型的には20〜100ミクロンの間である。蓋のふくらみの程度は、パッケージ内の圧力と関連するので、蓋のふくらみの変化の程度が、気密性および漏洩率の指標となる。
11 モニター溝
12 オプトエレクトロニクスデバイス
13 端面
14 導電性リード線
16 はんだパッド
18 オプトエレクトロニクスデバイス
20 ピット
22 レンズ
30 ピット
32 レンズ
33 側壁
34 封入剤
40 ファイバー溝
41 側壁
42 光ファイバー
43 端面
44 フェルール
50 くぼんだクリアランス面
52 くぼんだクリアランス面
54 くぼんだクリアランス面
56 くぼんだクリアランス面
60 蓋取り付け領域
61 表面
62 前部蓋取り付けチャネル
63 側壁
64 後部蓋取り付けチャネル
65 側壁
66 蓋取り付けチャネル
67 間隙
68 蓋取り付けチャネル
70 上面
72 下面
74 冷却キャビティ
76 冷却構造
77 ヒートシンク
78 熱伝導性材料
80 光線
90 ビア
100 光学マイクロベンチ
110 ベースウエハ
200 蓋
209 全長
210 ファイバーフェルール
219 蓋ウエハ
220 側壁
221 蓋側壁
222 破線
226 封止面
228 分離チャネル
230 キャビティ
231 ピット
232 開口部
233 分離壁
235 ファセット
237 キャビティ
240 接合材料
241 キャビティ
242 ピット
250 ルーフ
300 蓋
301 ハードマスク
302 膜
303 ピット
304 開口部
305 側壁
306 窒化物シェルフ
307 ビア開口部
308 窒化物層
309 金属層
310 表面
311 誘電性材料
321 側壁
326 蓋封止面
351 アパーチャ
500 ミクロ光学デバイスパッケージ
502 フェルールばね
503 前端
505 後端
506 ハウジングマウント
507 ショルダー
508 フェルールハウジング
509 ショルダー
510 フレックス回路
512 キャビティ
519 コネクターハウジング裏面
520 コネクター
530 コネクター
532 スロット
540 ヒートシンク
541 近接端部
542 フィン
543 通路
545 ヒートシンク
546 フィン
602 エッチストップ層
603 エッチストップパターン
604 構造用コーティング
605 誘電層
606 ビアホール
608 膜
609 アパーチャ
610 ウエハ
612 金属層
616 表面
B ビーム
Claims (5)
- ベースウエハまたはベースグリッドであって、各々がオプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域および蓋取り付け領域を含む複数のベースダイを含むベースウエハまたはベースグリッドと、
前記オプトエレクトロニクスデバイス取り付け領域のそれぞれの上に取り付けられたオプトエレクトロニクスデバイスと、
前記ベースウエハまたはベースグリッドに取り付けられた蓋ウエハまたは蓋グリッドであって、前記蓋ウエハまたは蓋グリッドは複数の蓋ダイを含み、各蓋ダイは、それぞれの前記蓋取り付け領域上に取り付けられて、前記ベースダイと前記蓋ダイとの間に密閉容積を形成する蓋ウエハまたは蓋グリッドと、
を含み、
それぞれのオプトエレクトロニクスデバイスは密閉容積内にあり、各蓋ダイは、前記オプトエレクトロニクスデバイスへのまたは前記オプトエレクトロニクスデバイスからの光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を有する、ウエハまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ。 - 前記蓋ウエハまたはグリッドが、シリコン層の間に配置されたガラス層を含むシリコン−オン−インシュレータウエハを含み、さらに各蓋ダイがシリコン側壁と、ガラスを含むルーフとを含む請求項1記載のウエハまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ。
- 複数のダイを含むシリコンウエハまたはグリッドであって、各ダイが複数の側壁と、前記側壁と連結されたルーフとを含んで、キャビティを形成し、ここで1以上の側壁が、前記側壁を通過する光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を含むシリコンウエハまたはグリッドを含む、
ウエハレベルまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ蓋。 - 前記光伝送領域上に反射防止コーティングをさらに含む請求項3記載のウエハレベルまたはグリッドレベルオプトエレクトロニクスデバイスパッケージ蓋。
- ウエハまたはグリッドレベル上にオプトエレクトロニクスデバイス蓋を形成する方法であって、
複数のダイを含むシリコンウエハまたはグリッドを提供するステップと、
前記ウエハまたはグリッドをエッチングして、複数の蓋構造を形成するステップであって、前記複数の蓋構造のそれぞれが複数の側壁と前記側壁と連結されたルーフとを含みキャビティを形成するステップと、
を含み、各蓋構造の1以上の側壁が、前記側壁を通過する光軸に沿って所与の波長の光を伝送するのに好適な光伝送領域を含む方法。
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