CPO光模块封装结构及其晶圆级封装方法
本发明涉及光学封装技术领域，具体公开了一种CPO光模块封装结构及其晶圆级封装方法，包括：提供电芯片组件、光芯片组件、基板组件以及光纤阵列组件，电芯片组件包括多个电芯片单元，光芯片组件包括至少两个镜像组合的光芯片单元，且相邻两个光芯片单元之间形成间隔槽；在每相邻两个电芯片单元之间预设区域刻蚀形成通孔；将光芯片组件与电芯片组件键合获得键合晶圆；对键合晶圆进行划片，获得多个独立光电共封芯片；将独立光电共封芯片与基板组件键合形成多个键合结构；将光纤阵列组件与键合结构中的光芯片单元耦合，获得CPO光模块封装结构。本发明提供的CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法能够有效避免光芯片组件的光I/O口被遮挡。
发明专利
CN202410524912.2
2024-04-28
CN118426118A
2024-08-01
G02B6/42(2006.01)
芯立汇科技(无锡)有限公司%无锡芯光互连技术研究院有限公司
于圣韬;刘军;葛崇祜;郝沁汾
214000 江苏省无锡市锡山区安镇街道兖矿信达大厦A栋802-3;
无锡市观知成专利商标代理事务所(特殊普通合伙)
陈丽丽
江苏;32
1.一种CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，包括： 提供电芯片组件、光芯片组件、基板组件以及光纤阵列组件，所述电芯片组件包括多个电芯片单元，所述光芯片组件包括至少两个镜像组合的光芯片单元，且相邻两个光芯片单元之间形成间隔槽；其中， 在每相邻两个所述电芯片单元之间预设区域刻蚀形成通孔，且所述通孔的孔径大于所述间隔槽的孔径； 将所述光芯片组件与所述电芯片组件键合获得键合晶圆，其中所述键合晶圆中的所述通孔与所述间隔槽位置对应； 对所述键合晶圆在所述间隔槽位置并沿所述间隔槽的深度方向进行划片，获得多个独立光电共封芯片； 将每个所述独立光电共封芯片分别与所述基板组件键合形成多个键合结构，其中所述独立光电共封芯片中的电芯片单元与所述基板组件键合，所述光芯片单元位于所述电芯片单元背离所述基板组件的表面； 将所述光纤阵列组件与所述键合结构中的光芯片单元耦合，获得CPO光模块封装结构。 2.根据权利要求1所述的CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，还包括：制备电芯片组件， 所述制备电芯片组件包括： 提供临时衬底基板、电芯片器件以及TSV基板，其中在所述临时衬底基板表面形成光致释放层，所述电芯片器件至少包括跨阻放大器和驱动器； 将所述电芯片器件和TSV基板设置在所述临时衬底基板表面的光致释放层上形成临时共封芯片，并在所述临时共封芯片的所述电芯片器件和TSV基板表面填充注塑材料，以完成塑封； 在所述临时共封芯片的所述电芯片器件和TSV基板均完成塑封后的晶圆表面制备第一重布线层； 去除所述临时衬底基板，并在晶圆翻转后的背离所述电芯片器件和TSV基板的表面制备第二重布线层； 其中所述第一重布线层和所述第二重布线层均能够连接所述电芯片组件的表面金属层。 3.根据权利要求2所述的CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，在所述临时共封芯片的所述电芯片器件和TSV基板均完成塑封后的晶圆表面制备第一重布线层，包括： 对完成塑封后的晶圆表面进行减薄，以使得所述电芯片器件的晶背以及所述TSV基板内的电性连接件均被露出表面； 对减薄后露出电芯片器件的晶背以及TSV基板内的电性连接件的晶圆表面制备第一重布线层； 其中，所述第一重布线层能够实现所述电芯片器件与所述基板组件的电性连接；所述第一重布线层朝向所述基板组件的表面设置第一表面金属层，所述电芯片器件通过多条第一散热路径与所述第一表面金属层连接，且每条第一散热路径均由第一重布线层中的部分线路构成。 4.根据权利要求2所述的CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，去除所述临时衬底基板，并在晶圆翻转后的背离所述电芯片器件和TSV基板的表面制备第二重布线层，包括： 将制备第一重布线层后的晶圆翻转后释放临时衬底基板，以使得所述电芯片器件的电性连接件以及所述TSV基板内的电性连接件均被露出； 在晶圆翻转后的背离所述电芯片器件和TSV基板的表面制备第二重布线层； 其中，所述第二重布线层能够实现所述电芯片器件与所述光芯片组件的电性连接；所述第二重布线层朝向所述光芯片组件的表面设置第二表面金属层，所述电芯片器件通过多条第二散热路径与第二表面金属层连接，且每条第二散热路径均由第二重布线层中的部分线路构成。 5.根据权利要求1至4中任意一项所述的CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，将所述光芯片组件与所述电芯片组件键合获得键合晶圆，包括： 将所述光芯片组件的间隔槽与所述电芯片组件的通孔位置对应； 对所述电芯片组件加热，以使得所述电芯片组件的电性连接件与所述光芯片组件的电性连接件键合，获得键合晶圆。 6.根据权利要求1至4中任意一项所述的CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，所述封装方法还包括在所述对所述键合晶圆进行划片的步骤前进行的： 在所述光芯片组件的侧面设置金属块，以使得所述金属块与所述电芯片组件的第二表面金属层连接； 对所述光芯片组件与所述电芯片组件之间进行底部填充； 对完成底部填充后光芯片组件背离所述电芯片组件的一侧的晶圆表面进行注塑和抛光，以使得所述光芯片组件的晶背与所述金属块的上表面暴露出。 7.一种CPO光模块封装结构，通过权利要求1至6中任意一项所述的CPO光模块封装结构的晶圆级封装方法封装获得，其特征在于，所述CPO光模块封装结构包括： 基板组件； 独立光电共封芯片，与所述基板组件键合形成键合结构； 光纤阵列组件，与所述键合结构中的光芯片单元耦合连接，获得CPO光模块封装结构； 其中，所述独立光电共封芯片为通过对键合晶圆在间隔槽位置并沿所述间隔槽的深度方向进行划片后形成的，所述键合晶圆中的通孔与间隔槽的位置对应，所述键合晶圆包括电芯片组件和与所述电芯片组件键合的光芯片组件； 所述通孔为在每相邻两个电芯片单元之间预设区域刻蚀形成，且所述通孔的孔径大于所述间隔槽的孔径； 多个电芯片单元形成电芯片组件，至少两个镜像组合的光芯片单元形成光芯片组件，且相邻两个光芯片单元之间形成间隔槽； 所述独立光电共封芯片中的电芯片单元与所述基板组件键合，所述光芯片单元位于所述电芯片单元背离所述基板组件的表面。 8.根据权利要求7所述的CPO光模块封装结构，其特征在于，所述电芯片单元包括电芯片器件、第一重布线层和第二重布线层， 所述第一重布线层位于所述电芯片器件朝向所述基板组件的表面，所述第一重布线层能够实现所述电芯片器件与所述基板组件的电性连接，所述第一重布线层朝向所述基板组件的表面设置第一表面金属层，所述电芯片器件通过多条第一散热路径与所述第一表面金属层连接，且每条第一散热路径均由第一重布线层中的部分线路构成； 所述第二重布线层位于所述电芯片器件朝向所述光芯片单元的表面，所述第二重布线层能够实现所述电芯片器件与所述光芯片单元的电性连接，所述第二重布线层朝向所述光芯片组件的表面设置第二表面金属层，所述电芯片器件通过多条第二散热路径与第二表面金属层连接，且每条第二散热路径均由第二重布线层中的部分线路构成。 9.根据权利要求8所述的CPO光模块封装结构，其特征在于，所述电芯片单元背离所述基板组件的表面设置金属块，所述金属块位于所述光芯片单元的侧面且与所述第二表面金属层连接。 10.根据权利要求8所述的CPO光模块封装结构，其特征在于，所述电芯片单元还包括：与所述电芯片器件塑封在同一层的TSV基板，所述TSV基板通过部分第二重布线层与所述光芯片单元电性连接，以及通过部分第一重布线层与所述基板组件电性连接。