[发明专利]一种光电芯片协同封装结构及方法

说明书

本发明提供一种光电芯片协同封装结构及方法，所述封装结构包括设置有光子芯片的晶圆，在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设有腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；所述结构还包括用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层、设置在所述金属布线层上并用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球。本发明能够直接在光子芯片制作工艺过程中将电芯片与光子芯片集成，实现了晶圆级光、电芯片的协同封装，避免传统封装将电芯片和光子芯片分别封装的步骤，适用于批量生产，同传统光、电芯片协同封装工艺相比减少了工艺步骤，使工艺更加简单，节约了生产成本。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种光电芯片协同封装结构及方法。

背景技术

由于云计算的需要和移动设备的广泛使用，网络中的数据流量正在呈现爆炸式增长，尤其是数据中心的数据传输容量需要急剧增加以处理这些大量的数据，所以目前，全世界都在大力研究和发展光通信。随着科技的逐渐发展，人们对光通信的信号传输速度的追求也越来越高。与此同时，人们对于光、电芯片的封装也越来越重视，目前，光、电芯片的协同封装也逐渐成为了重要的研究课题。

在现有的光、电芯片协同封装中，一般采用传统芯片的封装方式，将电芯片和光子芯片倒装在基板上，通过凸块或焊球来实现电气连接，或者电芯片和光子芯片焊接在基板上，采用键合线的方式连接到基板上。这种传统的光、电芯片协同封装方法不仅占用了更多的面积，不满足小尺寸封装的发展要求，而且也受限于传输速率的影响。另外，电芯片和光子芯片需先各自固定到基板上才能在基板上实现光、电芯片的信号传输，封装过程复杂，不适合批量化生产。

专利CN108091629A介绍了另一种光、电芯片封装方法，将电(光)芯片倒放在基板上，另外的一个光(电)芯片正装放置，两者的焊盘相对应，通过焊球实现光子芯片与电芯片的电气连接，缩短了信号传输路径。但是这种方法需要将光子芯片和电芯片的焊盘精确对准，给封装过程带来了一定的难度，不适用于批量化生产。

发明内容

本发明提供的光电芯片协同封装结构及方法，能够直接在光子芯片制作工艺过程中就将电芯片与光子芯片集成，实现了晶圆级光、电芯片的协同封装，避免传统封装将电芯片和光子芯片分别封装的步骤，适用于批量生产，同传统光、电芯片协同封装工艺相比减少了工艺步骤，使工艺更加简单，节约了生产成本。

第一方面，本发明提供一种光电芯片协同封装结构，包括设置有光子芯片的晶圆，在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设有腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；

所述结构还包括用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层、设置在所述金属布线层上并用于将所述光子芯片、电芯片与外界电气进行连接的凸块或焊球。

可选地，所述腔体的尺寸与所述电芯片的尺寸相对应，以使将所述电芯片焊盘与光子芯片焊盘位置平齐。

可选地，所述电芯片采用导电材料与腔体底部焊接；

或者，所述腔室底部通过沉积金属与晶圆的表面连接。

可选地，所述光子芯片为边发射或接收的激光器、探测器或调制器时，则所述结构还包括设置在光子芯片发射或接收端一侧的晶圆衬底上且用于光信号传输的凹槽。

可选地，所述腔体和所述凹槽采用光刻或刻蚀工艺在所述晶圆级光电芯片协同封装结构内加工形成。

可选地，所述结构还包括覆盖在晶圆上的光敏材料，且通过在电芯片焊盘与光子芯片焊盘处对光敏材料进行开窗布线并形成金属布线层。

第二方面，本发明提供一种光电芯片协同封装方法，包括：

在设置有光子芯片的晶圆上且位于光子芯片一侧设置腔体，并将电芯片正放在所述腔体内；

在晶圆上设置用于分别与电芯片焊盘、光子芯片焊盘连接的金属布线层；