CN113281840B - 半导体封装结构及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体封装结构及其形成方法。半导体封装结构包括：光集成电路；光纤阵列单元，与光集成电路横向间隔布置；连接结构，横跨在光集成电路和光纤阵列单元之间；以及胶体，设置在光集成电路和连接结构之间；其中，光集成电路和连接结构的相对表面中的至少一个表面上设有凹部，并且胶体填入凹部内，以使得光集成电路和连接结构之间的距离小于5微米。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体来说，涉及一种半导体封装结构及其形成方法。
背景技术
在现行硅光子(siliconphotonics)产品中，因为光集成电路(PIC)与光纤阵列元件(fiber arrayunit，FAU)必须进行六轴对位接合，因而设计了连接结构(shelf)接合在芯片上并与FAU连接，以加快对位的速度，达到降低FAU附接制程成本的目的，由于连接件可视为FAU的延伸。因此，为了光学的精准对位、接合与传输，X、Y轴的精度必须被控制在例如6-8微米之内，且Z轴精度则必须小于例如5微米；由于现行使用的接合技术与机台使用施加力来控制接合机制，而不是以高度进行控制，且其所使用的胶材都含有大于5微米的填充物(filler)成分，以至于很难将接合的胶材厚度控制在5微米以内，且为了使FAU与透镜(Lens)可以顺利接合，并且胶材更不能溢出(no bleed out)芯片的边界，故需要一种新的方案来完成上述的挑战与限制。
发明内容
针对相关技术中的上述问题，本发明提出一种半导体封装结构及其形成方法，以使得胶材厚度可以小于5微米，并且可避免胶材溢出芯片边界的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
根据本发明的一个方面，提供了一种半导体封装结构，包括：光集成电路；光纤阵列单元，与光集成电路横向间隔布置；连接结构，横跨在光集成电路和光纤阵列单元之间；以及胶体，设置在光集成电路和连接结构之间。其中，光集成电路和连接结构的相对表面中的至少一个表面上设有凹部，并且胶体填入凹部内，以使得光集成电路和连接结构之间的距离小于5微米。
在一些实施例中，凹部为矩形的凹陷区域。
在一些实施例中，凹部为细长延伸的凹槽，其中，凹槽具有两个第一支部和第二支部，每个第一支部在第一方向上延伸，第二支部在垂直于第一方向的第二方向上延伸且连接每个第一支部的一端。
在一些实施例中，胶体不超出光集成电路的侧壁。
在一些实施例中，半导体封装结构还包括透镜，透镜横向上位于光集成电路和光纤阵列单元之间，并且连接结构跨越透镜。连接结构具有用于容纳透镜并与凹部间隔布置的另一凹部。
根据本发明的另一个方面，提供了一种半导体封装结构，包括：光集成电路；光纤阵列单元，与光集成电路横向间隔布置；连接结构，横跨在光集成电路和光纤阵列单元之间；以及胶体，设置在光集成电路和连接结构之间。其中，光集成电路与连接结构相对设置的上表面设置有围绕胶体的突出部。
在一些实施例中，突出部为围绕在光集成电路的边缘设置的突出部。
在一些实施例中，突出部为金属材料。
在一些实施例中，突出部为介电材料。
根据本发明的又一个方面，提供了一种形成半导体封装结构的方法，包括：提供光集成电路；将胶体设置于光集成电路上；借由热压接合(TC bonding)设备将连接结构压制在胶体上，使得光集成电路与连接结构之间的距离小于5微米。
在一些实施例中，胶体中具有填充物，填充物的尺寸小于5微米。
在一些实施例中，胶体为借由分配(dispensing)方式设置的粘合物。
在一些实施例中，胶体为借由涂布(inkjetting)方式设置的环氧树脂(epoxy)。环氧树脂在涂布期间的同时，借由紫外光进行固化。
在一些实施例中，光集成电路和连接结构的相对表面中的至少一个表面上设有凹部。在一些实施例中，凹部为矩形的凹陷区域。在一些实施例中，凹部为细长延伸的凹槽，其中，凹槽具有两个第一支部和第二支部，每个第一支部在第一方向上延伸，第二支部在垂直于第一方向的第二方向上延伸且连接每个第一支部的一端。
在一些实施例中，光集成电路与连接结构相对设置的表面设置有围绕胶体的突出部，其中，胶体是设置于突出部远离光集成电路的边缘的中间区域。
在一些实施例中，突出部为围绕在光集成电路的边缘设置的突出部，突出部为金属材料或介电材料。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的半导体封装结构的示意图。
图2是根据本发明实施例的形成半导体封装结构的方法的流程图。
图3A至图3C是根据本发明实施例的形成半导体封装结构的多个阶段的示意图。
图4A至图4C是根据本发明另一实施例的形成半导体封装结构的多个阶段的示意图。
图5A和图5B是根据本发明实施例的光集成电路的结构示意图。
图6A和图6B是根据本发明实施例的连接结构的结构示意图。
图7是根据本发明实施例的光集成电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了便于理解本发明，首先对图1的根据本发明实施例的半导体封装结构进行说明。如图1所示，光纤阵列单元(FAU)130与光集成电路120横向间隔布置。连接结构110横跨在光集成电路120和FAU 130之间。胶体125设置在光集成电路120和连接结构110之间，以接合光集成电路120和连接结构110。透镜140横向上位于光集成电路120和光纤阵列单元130之间，并且连接结构110跨越透镜140。
图2是根据本发明实施例的形成半导体封装结构的方法的流程图。在形成半导体封装结构的方法中，在步骤S202处，提供光集成电路。在步骤S204处，将胶体设置于光集成电路上。然后，在步骤S206处，借由热压接合(TC bonding)设备将连接结构压制在胶体上，使得光集成电路与连接结构之间的距离小于5微米。
本发明上述形成半导体封装结构的方法，利用热压接合设备取代现行的芯片接合设备，以热压接合设备具有的下压力精准控制高度，能够精准控制连接结构的精度与高度，大幅加速FAU六轴对位的速度，有效降低制程成本而提升产品良率与竞争力。
图3A至图3C是根据本发明实施例的形成半导体封装结构的多个阶段的示意图。如图3A所示，提供光集成电路120，并借由点胶机(dispensing machine)312将胶体125喷涂在光集成电路120上(图2中的步骤S202、S204)。在本实施例中，胶体125可以采用非导电胶。胶体125中可以具有尺寸小于5微米的填充物。
然后，如图3B所示，将连接结构110放置在光集成电路120上方，使用热压接合设备316在连接结构110的表面上加压并加热(图2中的步骤S206)，以固化胶体125并控制其高度。在图3C中，完成光集成电路120与连接结构110的接合，光集成电路120与连接结构110之间的距离(即，胶体125的厚度)可以小于5微米，并且胶体125不会溢出光集成电路120的侧壁。
图4A至图4C是根据本发明另一实施例的形成半导体封装结构的多个阶段的示意图。如图4A所示，提供光集成电路120，并借由喷涂设备314将胶体125喷涂(inkjetting)在光集成电路120上(图2中的步骤S202、S204)。在本实施例中，胶体125可以采用环氧树脂(epoxy)。在涂布环氧树脂的同时，使用紫外(UV)光315将环氧树脂进行第一阶段固化(未完全硬化)。
然后，如图4B所示，将连接结构110放置在光集成电路120上方，使用热压接合设备316在连接结构110的表面上加压并加热(图2中的步骤S206)，以再次固化环氧树脂并控制其高度。在图4C中，完成光集成电路120与连接结构110的接合，光集成电路120与连接结构110之间的距离(即，胶体125的厚度)可以小于5微米，并且胶体125不会溢出光集成电路120的侧壁。
此外，在一些实施例中，如图5A和图5B所示，光集成电路120(图1)与连接结构110(图1)相对的上表面上可以具有凹部510。在一些实施例中，可以通过等离子蚀刻来形成凹部510。在图5A中，凹部510为矩形的凹陷区域。在图5B中，凹部510为细长延伸的凹槽。具体的，凹槽具有两个第一支部511和第二支部512，每个第一支部511在第一方向(横向方向)上延伸，第二支部512在垂直于第一方向的第二方向上延伸，且第二支部512连接每个第一支部511的一端。第一支部511的另一端邻近光集成电路120的位于连接结构110(图1)下方的侧壁。图5A和图5B中的凹部510仅是示例性的，在其他实施例中，凹部510也可以采用其他任何适当的形状配置。
在一些实施例中，连接结构110(图1)与光集成电路120(图1)相对的下表面可以具有凹部610，如图6A和图6B所示。连接结构110还具有用于容纳透镜140(图1)的另一凹部620，另一凹部620与凹部610间隔地相邻布置。在一些实施例中，可以通过等离子蚀刻来形成凹部610。在图6A中，凹部610为矩形的凹陷区域。在图6B中，凹部610为细长延伸的凹槽。具体的，凹槽具有两个第一支部611和第二支部612，每个第一支部611在第一方向(横向)上延伸，第二支部612在垂直于第一方向的第二方向上延伸，且第二支部612连接每个第一支部611的一端。第二支部612邻近另一凹部620设置。图6A和图6B中的凹部610仅是示例性的，在其他实施例中，凹部610也可以采用其他任何适当的形状配置。
通过在光集成电路120上形成凹部510或在连接结构110上形成凹部610，可以使多余的胶体125填入凹部而避免胶体125从光集成电路120的侧壁溢出。
在一些实施例中，如图7所示，可以在光集成电路120(图1)与连接结构110(图1)相对设置的上表面处设置突出部710，以利用突出部710围绕胶体125。突出部710为围绕在光集成电路120的边缘延伸的突出部710。具体的，突出部710具有两个第一支部711和第二支部712，每个第一支部711在第一方向(横向)上延伸，第二支部712在垂直于第一方向的第二方向上延伸，且第二支部712连接每个第一支部711的一端。第二支部712邻近光集成电路120的位于连接结构110(图1)下方的侧壁。
突出部710为金属材料或介电材料。胶体125可以设置在突出部710远离光集成电路120的边缘的中间区域。可选的，也可以在连接结构110的与光集成电路120相对的下表面处设置类似结构的突出部710。在一些实施例中，突出部710的高度可以小于5微米。图7中的突出部710仅是示例性的，在其他实施例中，突出部710也可以采用其他任何适当的形状配置。
通过在光集成电路120或连接结构110相对表面的一个表面上设置突出部710，可以避免胶体溢出光集成电路的侧壁。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (20)
1.一种半导体封装结构，其特征在于，包括：
光集成电路；
光纤阵列单元，与所述光集成电路横向间隔布置；
连接结构，横跨在所述光集成电路和所述光纤阵列单元之间；以及
胶体，设置在所述光集成电路和所述连接结构之间；
其中，所述光集成电路和所述连接结构的相对表面中的至少一个表面上设有凹部，并且所述胶体填入所述凹部内，所述连接结构是借由热压接合设备压制在所述胶体上，以使得所述光集成电路和所述连接结构之间的距离小于5微米。
2.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凹部为矩形的凹陷区域。
3.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凹部为细长延伸的凹槽，其中，所述凹槽具有两个第一支部和第二支部，每个所述第一支部在第一方向上延伸，所述第二支部在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸且连接每个所述第一支部的一端。
4.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，所述胶体不超出所述光集成电路的侧壁。
5.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其特征在于，还包括透镜，所述透镜横向上位于所述光集成电路和所述光纤阵列单元之间，并且所述连接结构跨越所述透镜。
6.根据权利要求5所述的半导体封装结构，其特征在于，所述连接结构具有用于容纳所述透镜并与所述凹部间隔布置的另一凹部。
7.一种半导体封装结构，其特征在于，包括：
光集成电路；
光纤阵列单元，与所述光集成电路横向间隔布置；
连接结构，横跨在所述光集成电路和所述光纤阵列单元之间；以及
胶体，设置在所述光集成电路和所述连接结构之间；
其中，所述光集成电路与所述连接结构相对设置的上表面设置有围绕所述胶体的突出部，并且所述连接结构是借由热压接合设备压制在所述胶体上，使得所述光集成电路与所述连接结构之间的距离小于5微米。
8.根据权利要求7所述的半导体封装结构，其特征在于，所述突出部为围绕在所述光集成电路的边缘设置的突出部。
9.根据权利要求7所述的半导体封装结构，其特征在于，所述突出部为金属材料。
10.根据权利要求7所述的半导体封装结构，其特征在于，所述突出部为介电材料。
11.一种形成半导体封装结构的方法，其特征在于，包括：
提供光集成电路；
将胶体设置于所述光集成电路上；
借由热压接合设备将连接结构压制在所述胶体上，使得所述光集成电路与所述连接结构之间的距离小于5微米，其中，所述光集成电路和所述连接结构的相对表面中的至少一个表面上设有凹部，所述胶体填入所述凹部内。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述胶体中具有填充物，所述填充物的尺寸小于5微米。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述胶体为借由分配方式设置的粘合物。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述胶体为借由涂布方式设置的环氧树脂。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述环氧树脂在所述涂布期间的同时，借由紫外光进行固化。
16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述凹部为矩形的凹陷区域。
17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述凹部为细长延伸的凹槽，其中，所述凹槽具有两个第一支部和第二支部，每个所述第一支部在第一方向上延伸，所述第二支部在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸且连接每个所述第一支部的一端。
18.一种形成半导体封装结构的方法，其特征在于，包括：
提供光集成电路；
将胶体设置于所述光集成电路上；
借由热压接合设备将连接结构压制在所述胶体上，使得所述光集成电路与所述连接结构之间的距离小于5微米，其中，所述光集成电路与所述连接结构相对设置的表面设置有围绕所述胶体的突出部。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述胶体是设置于所述突出部远离所述光集成电路的边缘的中间区域。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述突出部为围绕在所述光集成电路的边缘设置的突出部，所述突出部为金属材料或介电材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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