CN216084896U - 晶圆级玻璃键合光电模组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种晶圆级玻璃键合光电模组，包括：底座组件；晶圆，安装在底座组件上；透明胶液层，包裹在晶圆外，透明胶液层将晶圆与外界隔离；玻璃层，包裹在透明胶液层外，玻璃层将透明胶液层与外界隔离；光学元件层，位于玻璃层顶部；黑色胶液层，包裹在光学元件层、玻璃层、底座组件的侧面；通过将晶圆与玻璃键合并固化成型，使得晶圆外的胶液的热膨胀及湿度膨胀受到玻璃封装的制约和保护，优化了产品的光学性能，提高了模组的可靠性和耐用性；另外，根据模组的不同性能将不同的光学元件键合在玻璃上，增加了光电模组的使用灵活性；另外，可以将不同的晶圆使用不同的键合方式键合在底座组件上，提高了光电模组的封装灵活性。

Description

晶圆级玻璃键合光电模组

本申请要求于2021年7月28日提交中国专利局、申请号为202110854634.3、发明名称为“晶圆级光电模组玻璃键合封装方法及晶圆级光电模组”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种晶圆级玻璃键合光电模组。

背景技术

芯片封装技术就是将芯片包裹起来，以避免芯片与外界接触，防止在模组最后总的组装时受损，也是防止与临近其他芯片模组产生光学和电磁互相干扰，从而降低芯片模组的设计功能。不同的封装技术在制造工序和工艺方面差异很大，封装后对芯片自身性能的发挥也起到至关重要的作用。其中，模压封装工艺是较普遍的一种芯片封装技术。其具体工艺操作为：首先将压焊好的芯片支架放入模具中；然后将上下两副模具用液压机合模；接着将固态环氧放入注胶道的入口加热使其变成液态，并用液压顶杆由上朝下转进将液态环氧压入模具胶道中，使环氧顺着胶道进入模具的各个芯片成型槽中；最后以一定的合模压力及温度使得封胶固化成型，即可完成芯片的封胶。

然而，上述模压封装工艺流程复杂，参数繁多，不易操作，封装过程的良率不稳定。对于有焊线结构的芯片模组来说，由于压印材料的比较大的热膨胀系数和湿度系数，模组的可靠性和耐久性会受到比较大的影响，模组的良率及功能性会下降。并且对于一些传感器或摄像器来说，封装后需要贴加一些光学元件，如果是单独的组装，难度和生产成本就比较大，生产效率也低。

因此，有必要对现有技术予以改良以克服现有技术中的所述缺陷。

实用新型内容

本申请提供了一种晶圆级玻璃键合光电模组，可以解决现有的注塑包胶工艺生产的产品成本过高和成品不良率高的问题。本申请提供如下技术方案：

一种晶圆级玻璃键合光电模组，包括：

底座组件；

晶圆，安装在所述底座组件上；

透明胶液层，包裹在所述晶圆外，所述透明胶液层将所述晶圆与外界隔离；

玻璃层，包裹在所述透明胶液层外，所述玻璃层将所述透明胶液层与所述外界隔离；

光学元件层，位于所述玻璃层顶部；

黑色胶液层，包裹在所述光学元件层、所述玻璃层、所述底座组件的侧面，所述黑色胶液层用于防止所述晶圆级玻璃键合光电模组侧面透光。

可选地，所述底座组件为印刷电路板组件，所述晶圆通过引线正装在所述印刷电路板组件上。

可选地，所述晶圆为倒装芯片，所述底座组件为基板，所述倒装芯片倒装在所述基板上。

可选地，所述玻璃层与所述光学元件层之间设有滤光层。

可选地，所述滤光层为红外滤光层。

可选地，所述透明胶液层的材料为无色复合环氧胶或者无色复合硅胶。

可选地，所述光学元件层包括透镜晶片或者复合光学晶片。

可选地，在将所述玻璃层包裹在所述透明胶液层外之前，将所述玻璃层表面抛光。

本申请的有益效果在于：提供了一种晶圆级玻璃键合光电模组，通过将晶圆与玻璃键合并固化成型，使得晶圆外的胶液的热膨胀及湿度膨胀受到玻璃封装的制约和保护，优化了产品的光学性能，提高了模组的可靠性和耐用性；另外，根据模组的不同性能将不同的光学元件键合在玻璃上，增加了光电模组的使用灵活性；另外，可以将不同的晶圆使用不同的键合方式键合在底座组件上，提高了光电模组的封装灵活性。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装步骤示意图之一；

图2是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装步骤示意图之二；

图3是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装步骤示意图之三；

图4(a)、图4(b)是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装步骤示意图之四；

图5(a)、图5(b)、图5(c)、图5(d)是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装步骤示意图之五；

图6(a)、图6(b)、图6(c)、图6(d)是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装步骤示意图之六；

图7(a)、图7(b)、图7(c)、图7(d)是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装步骤示意图之七；

图8是本申请一个实施例提供的晶圆级玻璃键合光电模组封装工艺流程图。

其中：100-晶圆级玻璃键合光电模组，1-底座组件，11-电路板，12-引线，13-基板，2-晶圆，3-透明胶液层，31-透明胶液，4-玻璃层，41-玻璃，411-玻璃空腔，5-光学元件层，51-透镜晶片，52-复合光学晶片，6-黑色胶液层，61-黑色胶液，7-点胶机，8-保护膜。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

请参考图7(a)至图7(d)，本申请一较佳实施例提供了一种晶圆级玻璃键合光电模组100。如图所示，该光电模组100至少包括由下至上依次设置的底座组件1、晶圆2、透明胶液层3、玻璃层4、光学元件层5以及黑色胶液层6。晶圆2安装在底座组件1上。可选地，晶圆2的类型不唯一。晶圆2可以为普通芯片，也可以为倒装芯片。对应的，晶圆2与底座组件1的安装方式也不唯一。如图7(a)或者图7(b)所示，当晶圆2为普通芯片时，底座组件1为印刷电路板组件，该印刷电路板组件包括电路板11和与电路板11相连的引线12，晶圆2通过引线12正装在电路板11上。如图7(c)或者图7(d)所示，当晶圆2为倒装芯片时，底座组件1为基板13，倒装芯片倒装在基板13上。由此可见，在实际封装时，不需要规定晶圆2的类型，使用不同类型的晶圆2就会有相应的键合方式，提高了光电模组100的封装灵活性。

透明胶液层3包裹在晶圆2外，用于将晶圆3与外界隔离，避免在模组100组装时晶圆3受损或者由于一次性封装多个模组100而相邻模组100之间互相干扰。可选地，透明胶液层3的材料可以为无色复合环氧胶或者为无色复合硅胶。当然，透明胶液层3的材料也可以为其他无色胶液，本申请不对此作限定。

玻璃层4包裹在透明胶液层3外，用于将透明胶液层3与外界隔离，使得晶圆2外的透明胶液的热膨胀及湿度膨胀受到玻璃层4封装的制约和保护。

光学元件层5位于玻璃层4顶部，用以实现模组100的相关性能。在实际封装的过程中，可以根据模组100不同的性能要求，将不同的光学元件键合在玻璃层4上。可选地，光学元件层5包括透镜晶片51或者复合光学晶片52。如图1或者图2所示，当封装后的模组100需要具有凸透镜或者凹透镜等性能时，该光学元件为透镜晶片51。如图3或者图4所示，当封装后的模组100需要具有滤光的性能时，该光学元件为复合光学晶片52。

黑色胶液层6包裹在光学元件层5、玻璃层4、底座组件1的侧面，用于防止光电模组100侧面透光，进而影响光电模组100的性能，提高了光电模组100的良率。

为了提高光电模组100的光学灵敏性及安全性，在其中一个实施例中，玻璃层4与光学元件层5之间设有滤光层(未图示)，该滤光层只允许单色光穿过。示意性地，若滤光层为红外滤光层，则该红外滤光层只允许红外光穿过。

可选地，为了保证玻璃层4表面平整，不影响模组100的性能，在将玻璃层4包裹在透明胶液层3外之前，还需要将玻璃层4表面抛光。

图8是一种晶圆级玻璃键合光电模组封装工艺的流程图。该流程包括：S1、玻璃预处理；S2、在玻璃的其中一面蚀刻出若干个玻璃空腔；S3、在玻璃空腔内注入透明胶液；S4、将若干个晶圆与玻璃键合并固化成型；其中，晶圆与玻璃空腔一一相对；S5、将若干个光学元件键合在玻璃的另一面，初步形成若干个相连的光电模组；其中，晶圆与光学元件一一相对；S6、将初步形成的若干个相连的光电模组切割成独立的光电模组；S7、在初步形成的若干个独立的光电模组表面喷涂黑色不透明胶液并固化成型；S8、去除光电模组顶部的黑色不透明胶液，形成最终的光电模组。

请参考图1至图6(d)，图1至图6(d)是上述封装工艺的每个步骤的示意图。在步骤S1中，玻璃41预处理具体包括：将玻璃41切割出预设形状和预设厚度。其中，预设形状和预设厚度可以根据实际需求具体设置，本申请不对此作限定。可选地，这里的预设形状可以为圆形、方形或者三角形等，预设厚度可以在0.2mm-0.6mm之间任意设置。在本实施例中，玻璃41的形状为方形，厚度为0.2mm。需要说明的是，这里的玻璃41为无色光学玻璃，具有较好的折射率等性能。

在步骤S2中，使用自动激光切割机(未图示)在玻璃41的其中一面蚀刻出若干个玻璃空腔411。在这里，玻璃空腔411的形状、容积以及相邻两个玻璃空腔411之间的间距会根据具体情况具体设置，本申请不对此作限定。

在步骤S3中，使用点胶机7分别在玻璃空腔411内注入透明胶液31。注胶过程具体包括：根据玻璃空腔411的容积预设每个玻璃空腔411的注胶量和注胶时长；按照预设的注胶量和预设的注胶时长向每个玻璃空腔411内注胶。控制每个玻璃空腔411的注胶量和注胶时长，使得点胶机在注胶的过程中，已经注完胶的玻璃空腔411中的胶液31不会干涸，从而影响后续操作。在一个示例中，玻璃空腔411为边长为0.15mm的立方体，此时，预设每个玻璃空腔411的注胶量为0.001mm³，预设注胶时长为1s。

步骤S4具体包括：将若干个晶圆2安装在底板组件1上；将若干个晶圆2与若干个玻璃空腔411一一对准后，底板组件1与玻璃41键合。需要说明的是，若干个晶圆2的安装位置与若干个玻璃空腔411的分布相同，以方便晶圆2与玻璃空腔411对准。

在本实施例中，通过紫外线机(未图示)照射将透明胶液31固化成型。当然，在其他实施例中，也可以通过其他方式将透明胶液31固化成型，比如，通过加热、增压的方式将透明胶液31固化成型。

在步骤S6中，使用全自动切割机(未图示)将初步形成的若干个相连的光电模组100切割成独立的光电模组100。并且在切割完成后，还包括：使用全自动贴片机(未图示)将初步形成的若干个独立的光电模组100互相分离，以方便后续在模组100表面喷涂黑色胶液61，使得模组100表面能被喷涂均匀。其中，喷涂黑色胶液61的目的是为了使得模组100侧面不透光，提高模组100的良率。

而在喷涂的过程中，模组100的侧面和顶部均被喷涂了黑色胶液61，因此，为了实现模组100顶部透光的目的，还需要将模组100顶部的黑色胶液61去除。但是，在去除黑色胶液61的过程中，可能会导致光学元件表面破损，影响最终模组100的性能，因此，为了避免这一情况发生，在步骤S6之前，还包括：在初步形成的光电模组100的顶部粘贴保护膜8，当需要去除模组100顶部的黑色胶液61时，只需要对模组100进行烘烤，使得保护膜8从模组100上脱落，进而去除模组100顶部的黑色胶液61。

综上所述，本实施例提供了一种晶圆级玻璃键合光电模组，通过将晶圆与玻璃键合并固化成型，使得晶圆外的胶液的热膨胀及湿度膨胀受到玻璃封装的制约和保护，优化了产品的光学性能，提高了模组的可靠性和耐用性；另外，根据模组的不同性能将不同的光学元件键合在玻璃上，增加了光电模组的使用灵活性；另外，可以将不同的晶圆使用不同的键合方式键合在底座组件上，提高了光电模组的封装灵活性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，包括：

底座组件；

晶圆，安装在所述底座组件上；

透明胶液层，包裹在所述晶圆外，所述透明胶液层将所述晶圆与外界隔离；

玻璃层，包裹在所述透明胶液层外，所述玻璃层将所述透明胶液层与所述外界隔离；

光学元件层，位于所述玻璃层顶部；

黑色胶液层，包裹在所述光学元件层、所述玻璃层、所述底座组件的侧面，所述黑色胶液层用于防止所述晶圆级玻璃键合光电模组侧面透光。

2.如权利要求1所述的晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，所述底座组件为印刷电路板组件，所述晶圆通过引线正装在所述印刷电路板组件上。

3.如权利要求1所述的晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，所述晶圆为倒装芯片，所述底座组件为基板，所述倒装芯片倒装在所述基板上。

4.如权利要求1所述的晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，所述玻璃层与所述光学元件层之间设有滤光层。

5.如权利要求4所述的晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，所述滤光层为红外滤光层。

6.如权利要求1所述的晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，所述透明胶液层的材料为无色复合环氧胶或者无色复合硅胶。

7.如权利要求1所述的晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，所述光学元件层包括透镜晶片或者复合光学晶片。

8.如权利要求1所述的晶圆级玻璃键合光电模组，其特征在于，在将所述玻璃层包裹在所述透明胶液层外之前，将所述玻璃层表面抛光。

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