一種光纖模組用的結構支架及其製作方法與流程

2023-04-30 16:33:39

本發明涉及光通信技術領域，特別是一種光纖模組用的結構支架。

背景技術：

近幾年通信網絡發展迅速，隨著光纖通信的廣泛普及，通信網絡面臨著提供更快傳輸速率、更短時延、更高頻帶以及更低運營成本的迫切需求。由於目前光纖資源緊張，新鋪設費用高，且基站分布距離較遠，因此小型可插拔（SFP+） 封裝的單纖雙向光收發模塊的需求逐步增大。

單纖雙向光纖收發器是採用波分復用技術，在一根光纖上實現數據的發送和接收，將網絡電信號和光信號互相轉換的光電轉換設備。SFP單纖雙向光收發模塊分為光接收和光發射兩部分，其中光接收部分由光接收器、跨阻放大器、限幅放大器以及相應的供電器件組成；光發射部分主要由光源、驅動電路、控制電路、光檢測器以及雷射發射器構成。在實際生產中，光接收器、跨阻放大器、限幅放大器、光纖、光源、驅動電路、控制電路、光檢測器和雷射發射器等都是獨立的器件，需要一個支架來把這些獨立的器件組合在一個模組裡面，從而使各部分器件都能發揮各自的作用。

在模組製作過程中，比較先進的做法是先做好具有焊接作用的載體，然後在載體上焊接光接收和光發射部分的器件，最後插入光纖，而光纖端的固定通常還需要有V型槽等設計，結構比較複雜。

技術實現要素：

本發明需要解決的技術問題是提供一種結構簡單的光纖模組用的結構支架以及該結構支架的製作方法，以簡化後續光纖模組中光接收部分和光發射部分器件的焊接工藝。

為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案如下。

一種光纖模組用的結構支架，包括鍵合在一起的至少兩塊晶圓，晶圓相對面上開設有光纖溝槽，兩晶圓的光纖溝槽相配裝形成光纖通道；對應光纖通道接口的上層晶圓側壁以及上層晶圓上表面均設置有焊盤；下層晶圓與上層晶圓設置有焊盤的同一側壁也設置有焊盤；所述光纖模組的光信號收發晶片焊接在兩晶圓側壁的焊盤上，光纖模組的電晶片焊接在頂層晶圓上表面的焊盤上。

上述一種光纖模組用的結構支架，所述焊盤上自下而上依次為銅層、鎳層、鈀層和金層，所述鎳層的厚度為2um~10um，鈀層的厚度為100nm~10um，金層的厚度為50nm~100nm。

上述一種光纖模組用的結構支架，所述光纖溝槽的橫截面為三角形、方形、半圓形或梯形中的一種。

一種光纖模組用的結構支架的製作方法，其特徵在於，包括以下步驟：

A.在晶圓上表面製作焊盤和矽通孔TSV；

B.在晶圓表面開設光纖溝槽，通過鍵合工藝使兩片晶圓結合在一起形成光纖通道；

C.通過光刻和刻蝕工藝使側壁焊點露出並使支架從晶圓上分離

D. 在支架上焊接光信號收發晶片和電晶片。

上述一種光纖模組用的結構支架的製作方法，步驟A具體包括：

A1.通過光刻工藝在晶圓表面定義出表面焊盤，並刻蝕出焊盤，焊盤深度1um~100um；

A2.在晶圓一端通過光刻和刻蝕定義出矽通孔TSV，TSV深度10um~500um；TSV直徑10um~500um；

A3. 通過電鍍工藝使TSV和焊盤表面沉積銅金屬，通過CMP研磨，使焊盤露出晶圓表面，

A4. 化鍍使焊盤表面沉積鎳鈀金；鎳的厚度2um~10um，鈀的厚度100nm~10um，金厚度50nm~100nm。

上述一種光纖模組用的結構支架的製作方法，步驟C的具體步驟為：對鍵合後晶圓的上層晶圓進行光刻和刻蝕工藝，使矽通孔TSV的側壁和底部金屬露出來，同時對晶圓底部進行減薄，使支架分離出來。

由於採用了以上技術方案，本發明所取得技術進步如下。

本發明通過鍵合法將兩個表面帶有光纖溝槽結構的晶圓面對面結合形成光纖通道，然後通過光刻和電鍍工藝在晶圓表面和側面做光接收和光發射部分器件的焊盤，使該支架具有接收和發射兩種功能，大大簡化了後續的模組焊接工藝，提高了生產效率。

附圖說明

圖1為本發明步驟A所形成的晶圓第一形態；

圖2、3為本發明步驟B所形成的晶圓第二形態的俯視圖；

圖4、8、9、10為本發明步驟B所形成的晶圓第二形態的側視圖；

圖5為本發明步驟C所形成的晶圓第三形態的側視圖；

圖6為本發明步驟D所形成的晶圓第四形態的側視圖；

圖7為本發明焊接光纖模組器件後的側視圖；

圖11為本發明實施例2中步驟C所形成的晶圓側視圖；

圖12為本發明實施例2中焊接光纖模組器件後的側視圖；

圖13為本發明實施例2應用於金手指上的機構示意圖。

其中：101.晶圓，102.光纖溝槽，103.TSV側壁，104.TSV底部，105.電晶片，106.光信號收發晶片，107.打線，108.焊盤，109.金手指，110.矽通孔TSV。

具體實施方式

下面將結合附圖和具體實施例對本發明進行進一步詳細說明。

一種光纖模組用的結構支架，包括鍵合在一起的至少兩塊晶圓101，晶圓相對面上開設有光纖溝槽102，如圖2和圖3所示，兩晶圓的光纖溝槽相配裝形成光纖通道，光纖溝槽的橫截面可以為三角形、方形、半圓形或梯形中的一種，如圖4、8、9、10所示；光纖溝槽的寬度為100um~1000um，光纖溝槽可以是等寬的，如圖2所示，也可以是梯形的，如圖3所示。

對應光纖通道接口的上層晶圓側壁以及上層晶圓上表面均設置有焊盤108，下層晶圓與上層晶圓設置有焊盤的同一側壁也設置有焊盤，如圖7所示，焊盤上自下而上依次有銅層、鎳層、鈀層和金層，鎳層的厚度為2um~10um，鈀層的厚度為100nm~10um，金層的厚度為50nm~100nm。

光纖模組的光信號收發晶片106焊接在兩晶圓側壁的焊盤上，光纖模組的電晶片105焊接在頂層晶圓上表面的焊盤上，如圖7和圖12所示。

一種光纖模組用的結構支架的製作方法，包括的主要步驟為：在晶圓上表面製作焊盤和矽通孔TSV；在晶圓表面開設光纖溝槽，通過鍵合工藝使兩片晶圓結合在一起形成光纖通道；通過光刻和刻蝕工藝使側壁焊點露出並使支架從晶圓上分離；在支架上焊接光信號收發晶片和電晶片。

實施例1

本實施例中，光纖模組用的結構支架由兩塊晶圓製作而成，上層晶圓的下表面和下層晶圓的上表面分別開設有光纖溝槽102，兩晶圓的光纖溝槽相配裝形成光纖通道，對應光纖通道接口的上層晶圓側壁以及上層晶圓上表面均設置有焊盤，下層晶圓與上層晶圓設置有焊盤的同一側壁也設置有焊盤；光纖模組的光信號收發晶片焊接在兩晶圓側壁的焊盤上，光纖模組的電晶片焊接在頂層晶圓上表面的焊盤上，如圖7所示。

本實施例的具體製作方法如下。

A.在晶圓上表面製作焊盤和矽通孔TSV。

A1.如圖1所示，首先通過光刻工藝在上層晶圓的上表面表面定義出表面焊盤，並刻蝕出焊盤，焊盤深度1um~100um。焊盤可以分為兩種，一種是上表面做晶片焊接，另一種是做打線，本實施例中用於做晶片焊接。

A2.在上層晶圓一端通過光刻和刻蝕定義出矽通孔TSV，TSV深度10um~500um；TSV直徑10um~500um。

A3.通過電鍍工藝使TSV和焊盤表面沉積銅金屬，通過CMP研磨，使焊盤露出晶圓表面。

A4.化鍍使焊盤表面沉積鎳鈀金；鎳的厚度2um，鈀的厚度100nm，金厚度50nm。

矽通孔TSV在化鍍過程中，可以鍍滿；也可以鍍一層銅後，繼續進行孔底完全填充，填充高度在孔深的十分之一到二分之一之間。

B.在晶圓表面開設光纖溝槽，通過鍵合工藝使兩片晶圓結合在一起形成光纖通道。如圖2所示，通過光刻定義在上層晶圓的下表面和下層晶圓的上表面分別定義出光纖溝道，溝道寬度在100um，溝道是等寬的；通過幹法刻蝕或者溼法刻蝕工藝在晶圓表面進行作用使光纖溝槽102形成；光纖溝槽的截面可以是三角形、方形、半圓形或者梯形，本實施例中，光纖溝槽為方形，如圖4所示；通過鍵合工藝使兩個晶圓鍵合在一起，鍵合工藝可以是矽矽直接鍵合，也可以是銅銅鍵合等。

對於鍵合後的上層晶圓，其上表面有焊盤，此處光纖溝槽在焊盤面的另一側；對於下層鍵合晶圓，則光纖溝槽可以在焊盤面的同一側，也可以在另一側。

C. 對鍵合後晶圓的上層晶圓進行光刻和刻蝕工藝，使矽通孔TSV的側壁103和底部金屬104露出來，如圖5所示，同時對晶圓底部進行減薄，使支架分離出來，如圖6所示。

D. 通過焊接工藝在對應光纖溝槽的上層晶圓和下層晶圓側壁上焊接光信號收發晶片106，同時在上層晶圓的上表面焊接電晶片105，使支架具有光信號收發功能，如圖7所示。

實施例2

本實施例與實施例1的不同之處在於：包含多片上下層疊的晶圓，相鄰晶圓之間通過鍵合工藝裝配在一起，中間層晶圓與頂層晶圓結構相同，且所有晶圓的矽通孔TSV都能對上層晶圓中的焊點，如圖11所示，以便能夠將電信號引導到最上面有焊盤的頂層晶圓上。光纖模組的光信號收發晶片焊接在相鄰兩晶圓側壁的焊盤上，光纖模組的電晶片焊接在頂層晶圓上表面的焊盤上，如圖12所示。

本實施例應用於金手指上的結構如圖13所示，將焊接好的支架直接跟帶有金手指109的PCB一起粘結在基板底座上，通過打線工藝使支架上的打線107焊盤跟金手指互聯，達到電聯通的目的。