CN218585988U - 半导体封装结构 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种半导体封装结构。该半导体封装结构包括光子芯片，光子芯片主动面设有光学传感器；光学器件，设于光学传感器的上方；透镜，设于光学传感器和光学器件之间，透镜相对于光学传感器或光学器件移动。可以利用磁力来调整透镜的角度，借此来改变光行径的路径以及光径尺寸。

Description

半导体封装结构

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，具体涉及半导体封装结构。

背景技术

在硅光子(Silicon Photonics，SIPH)结构中，光线会在光线阵列单元(FAU，FiberArray Unit)与光子芯片(PIC，photonic integrated circuit)上的光学传感器(PhotoSensor)之间传递与耦合，两者之间的对位必须精准。在一个情形下，为了减少偏差避免影响良率，通常会增加光学传感器的面积，虽然光学传感器面积的增加可以提升光线在光线阵列单元与光学传感器之间传递的成功率，却不利于产品的微小化以及造成无效成本的增加。

此外，为了配合FAU对SIPH外部收发光，PIC的Photo Sensor会设置于邻近边缘处。上述限制都是因为光在FAU与PIC的Photo Sensor之间传递的路径为固定直线传播所造成。在一个情形下，受限于光直线传递且光径无法缩小使得耦光的PIC的Photo Sensor尺寸大小与设置位置受到限制的问题可以借由让改变光传递路径与光径来解决，例如加上镜子(mirror)或透镜(lens)，但在设置上仍有对位的精准度问题。

实用新型内容

本申请提供了一种半导体封装结构，包括：

光子芯片，所述光子芯片主动面设有光学传感器；

光学器件，设于所述光学传感器的上方；

透镜，设于所述光学传感器和所述光学器件之间，所述透镜相对于所述光学传感器或所述光学器件移动。

在一些可选的实施方式中，所述光子芯片具有驱动装置。

在一些可选的实施方式中，所述驱动装置为磁力驱动装置。

在一些可选的实施方式中，所述磁力驱动装置包含电磁线圈，用于将电力转换成磁力。

在一些可选的实施方式中，所述透镜包含对应于所述磁力的磁铁。

在一些可选的实施方式中，所述半导体封装结构还包括：

第一重布线结构，设于所述光子芯片的上方，所述第一重布线结构具有对应所述光子芯片主动面的第一开口。

在一些可选的实施方式中，所述第一重布线结构的导通孔的宽度从所述光学器件朝向所述光子芯片的方向上渐宽。

在一些可选的实施方式中，所述光子芯片具有第二重布线结构，所述第二重布线结构的导通孔的宽度从所述光学器件朝向所述光子芯片的方向上渐窄。

在一些可选的实施方式中，所述光学器件与所述光子芯片分别设置于所述第一重布线结构的相对侧。

在一些可选的实施方式中，所述透镜设置于所述第一重布线结构的第一开口中。

在一些可选的实施方式中，所述光学传感器设置于所述第二重布线结构的第二开口中。

在一些可选的实施方式中，所述透镜改变光学器件发出的光线尺寸。

在一些可选的实施方式中，所述透镜为凸透镜。

在一些可选的实施方式中，所述透镜为双凸透镜。

在一些可选的实施方式中，所述双凸透镜之间有两次成形的结合面。

为了解决由于受限于光直线传递且光径无法缩小使得耦光的PIC的Photo Sensor尺寸大小与设置位置受到限制的问题，本申请提供的半导体封装结构，利用可改变角度的透镜，具体地而言，利用磁力来调整透镜的角度，借此来改变光行径的路径以及光径尺寸。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1至图7是根据本申请实施例的半导体封装结构的第一结构示意图至第七结构示意图；

图7A是根据本申请实施例的半导体封装结构中的透镜的结构尺寸示意图；

图8至图15是根据本申请实施例的半导体封装结构中光子芯片的制造过程中的结构示意图；

图16至图24是根据本申请实施例的半导体封装结构中透镜的制造过程中的结构示意图；

图25至图35是根据本申请实施例的半导体封装结构的制造过程中的结构示意图。

符号说明：

1-光子芯片，101-驱动装置，2-光学器件，3-光学传感器，4-透镜，41-磁铁，5-第一重布线结构，51-第一开口，52-第一层重布线，53-第二层重布线，6-第二重布线结构，61-第二开口，62-第一线路层，63-第二线路层，7-外部电连接件，8-第一填充材，9-电子芯片，10-第二填充材，11-第一粘合层，12-第二粘合层，13-第一载体，14-第二载体，15-晶圆，16-保护材，17-第一介电层，18-种子层，19-光阻层，20-导电材，21-焊料，22-第一有机层，23-第二有机层，24-第三载体，25-网版(screen)，26-互连结构(焊球)，27-第一保护层，28-第二保护层，29-入射光路径。

具体实施方式

下面结合附图和实施例本申请的具体实施方式，通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本申请所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。

需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本申请可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本申请可实施的范畴。

还需要说明的是，本申请的实施例对应的纵向截面可以为对应前视图方向截面，横向截面可以为对应右视图方向截面，而水平截面可以为对应上视图方向截面。

应容易理解，本申请中的“在...上”、“在...之上”和“在...上面”的含义应该以最广义的方式解释，使得“在...上”不仅意味着“直接在某物上”，而且还意味着包括存在两者之间的中间部件或层的“在某物上”。

此外，为了便于描述，本申请中可能使用诸如“在...下面”、“在...之下”、“下部”、“在...之上”、“上部”等空间相对术语来描述一个元件或部件与附图中所示的另一元件或部件的关系。除了在图中描述的方位之外，空间相对术语还意图涵盖装置在使用或操作中的不同方位。设备可以以其他方式定向(旋转90°或以其他定向)，并且在本申请中使用的空间相对描述语可以被同样地相应地解释。

另外，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1是根据本申请实施例的半导体封装结构的第一结构示意图。如图1所示，该半导体封装结构包括光子芯片1，光子芯片1主动面设有光学传感器3，光学器件2设于光学传感器3的上方，透镜4设于光学传感器3和光学器件2之间。

在本实施例中，光学器件2可以用于光通信器件的光波导入和导出，例如可以是光纤阵列单元(FAU，Fiber Array Unit)或激光器(LD，Laser Diode)。光纤阵列单元可以包括多个光纤。

在本实施例中，透镜4可以是为凸透镜4。例如透镜4可以为平凸透镜4。透镜4可以为凸透镜4。透镜4例如可以采用介电材料、透明的有机材。透镜4可以包含对应于磁力的磁铁41，以使透镜4相对于光学传感器3或光学器件2移动。举例而言，透镜4可以为双凸透镜4，双凸透镜4之间可以有两次成形的结合面。可移动的双凸透镜4，使得光源和光学传感器3之间的焦距更短。可移动双凸透镜4也可调整在合适的位置，以使得匹配光学芯片上的光学传感器3。

在本实施例中，光子芯片1可以具有驱动装置101。驱动装置101可以为磁力驱动装置101。磁力驱动装置101可以包含电磁线圈，用于将电力转换成磁力。

在本实施例中，可以利用驱动装置101所产生的磁力来控制透镜4中磁铁41的移动，进而调整透镜4的角度，借此来改变光行径的路径及光径尺寸。即可以通过光子芯片1上的驱动装置101(电磁线圈)与透镜4上的磁铁41之间电场作用来控制可移动透镜4的位置，从而可以控制光路方向。

在一些可选的实施方式中，还可以通过调整驱动装置101提供的磁力大小，来微调透镜4与光学传感器3之间的距离，进而使得光信号可以更加精准地聚焦在光学传感器3。

进一步地，该半导体封装结构还可以包括第一重布线结构5。第一重布线结构5可以设于光子芯片1的上方。第一重布线结构5可以具有对应光子芯片1主动面的第一开口51。第一重布线结构5的导通孔的宽度可以从光学器件2朝向光子芯片1的方向上渐宽。

进一步地，光子芯片1可以具有第二重布线结构6。第二重布线结构6的导通孔的宽度可以从光学器件2朝向光子芯片1的方向上渐窄。光学器件2与光子芯片1可以分别设置于第一重布线结构5的相对侧。透镜4可以设置于第一重布线结构5的第一开口51中。光学传感器3可以设置于第二重布线结构6的第二开口61中。

图2是根据本申请实施例的半导体封装结构的第二结构示意图。图3是根据本申请实施例的半导体封装结构的第三结构示意图。图2和图3显示出两种不同的保护固定光学器件2的方法。如图2所示，利用模封工艺，形成包覆光学器件2的第一保护层27。第一保护层27例如可以是环氧树脂(Epoxy resin)、填充物(Filler)、催化剂(Catalyst)、颜料(Pigment)、脱模剂(Release Agent)、阻燃剂(Flame Retardant)、耦合剂(CouplingAgent)、硬化剂(Hardener)、低应力吸收剂(Low Stress Absorber)、粘合促进剂(AdhesionPromoter)、离子捕获剂(Ion Trapping Agent)等模封材。如图3所示，利用灌封工艺，形成包覆光学器件2的第二保护层28。

图4是根据本申请实施例的半导体封装结构的第四结构示意图。图1和图4显示出两种不同的透镜4设计。图1所示的结构可以包含单个透镜4。图4所示的结构可以包含多个透镜4。

图5是根据本申请实施例的半导体封装结构的第五结构示意图。相对于图1中的透镜4上的磁铁41与第一重布线结构5之间可以没有其他部件。图5中透镜4上的磁铁41与第一重布线结构5之间可以存在其他部件。

图6是根据本申请实施例的半导体封装结构的第六结构示意图。图7是根据本申请实施例的半导体封装结构的第七结构示意图。图1所示的结构中的光学器件2可以与透镜4接触。图6所示的结构的光学器件2可以与第一重布线结构5接触。并且第一重布线结构5中的第一重布线层52的长度大于第二重布线层53的长度，以使第一重布线层52与第二重布线结构6接触。图7所示的结构的光学器件2可以与第一重布线结构5接触。并且第一重布线结构5中的第一重布线层52的长度小于第二重布线层53的长度，以使第二重布线层53与第二重布线结构6接触。

在一个实施例中，电子元件(光子芯片1&电子芯片9)的尺寸可以在20μm～200μm之间。第一粘合层11的厚度可以在10μm～50μm。第二粘合层12的厚度可以在2μm～50μm之间。第一重布线层52的厚度可以在10μm～200μm之间。透镜4中的介电材的厚度可以在2μm～20μm之间。第一填充材8的厚度可以是在20μm～50μm之间。驱动装置101(电磁线圈)的厚度可以在1μm～20μm之间。互连结构26的直径可以在10μm～30μm之间。互连结构26的间距(pitch)可以在15μm～60μm之间。外部电连接件7的直径可以在30μm～500μm之间。外部电连接件7的间距(pitch)可以在50μm～1mm之间。

参见图7A，透镜4的曲率半径R₁可以在5μm～150μm之间。透镜4的曲率半径R₂可以在5μm～150μm之间。透镜4的厚度d可以在5μm～50μm。透镜4的焦距f(Focal distance)可以在10μm～200μm之间。入射光可以沿入射光路径29穿过透镜4。即使未能准确射向光学传感器3，经过透镜4的折射后，使得入射光路径也能准确地进入到光学传感器3内。

图8至图15是根据本申请实施例的半导体封装结构中光子芯片1的制造过程中的结构示意图。

如图8所示，提供晶圆15，晶圆15具有光学传感器3。在晶圆15上形成第一线路层62。在第一线路层62形成第二开口61，光学传感器3从第一开口51露出。在第一开口51形成包覆光学传感器3的保护材16。

如图9所示，可以利用层压工艺在第一线路层62上形成第一介电层17，并对第一介电层17进行曝光工艺。

如图10所示，对第一介电层17进行显影工艺。再于显影后的第一介电层17上沉积种子层18。

如图11所示，采用层压工艺形成光阻层19，并对光阻层19进行曝光工艺。

如图12所示，对光阻层19进行显影工艺。于第一介电层17中电镀导电材20(第一介电层17和导电材20共同形成图13中的第二线路层63)，在显影后的光阻层19中依次形成导焊料21。

如图13所示，去除图12中的光阻层19。图12中的第一线路层62与第二线路层63共同形成第二重布线结构6。

如图14所示，移除图13中的保护层。再将图13中的结构翻转。

如图15所示，单体化切割，得到图15中的结构。该结构包括具有光学传感器3的光子芯片1、光子芯片1上设有第二重布线结构6，第二重布线结构6具有第二开口61以供光学传感器3露出，第二重布线结构6上设有焊料21。

图16至图24是根据本申请实施例的半导体封装结构中透镜4的制造过程中的结构示意图。

如图16所示，提供第一载体13。在第一载体13上形成第一有机层22。

如图17所示，图案化第一有机层22。

如图18所示，提供第二载体14。在第二载体14上形成第二有机层23。将第二有机层23设置于第一有机层22上。

如图19所示，加热进行固化工艺。

如图20所示，移除第二载体14。

如图21所示，图案化第二有机层23。图案化后的第一有机层22和图案化后的第二有机层23共同形成透镜4。

如图22所示，在图21中结构的上方设置网版25，进行锡膏印刷(Paste Printing)形成磁铁41。

如图23所示，加热进行固化工艺。

如图24所示，在透镜4上形成磁铁41。

图25至图35是根据本申请实施例的半导体封装结构的制造过程中的结构示意图

如图25所示，提供第三载体24。在第三载体24上形成第一重布线结构5。在第一重布线结构5上形成第一开口51。

如图26所示，将图15中包括光学器件2和光学传感器3(包含驱动装置101)的结构键合于图25中的第一重布线结构5上。

如图27所示，进行毛细底部填胶(Capillary Underfill，CUF)制程。在互连结构26(焊球)和第一重布线结构5之间填充第一填充材8。

如图28所示，在第一重布线结构5上设置外部电连接件7。

如图29所示，移除第三载体24。

如图30所示，将图24中包括磁铁41和透镜4的结构设置于第一重布线结构5上。

如图31所示，去除第一载体13。

如图32所示，将电子芯片9键合至第一重布线结构5。

如图33所示，进行毛细底部填胶(Capillary Underfill，CUF)制程。在电子芯片9的底部与第一重布线结构5及透镜4之间填充第二填充材10。

如图34所示，利用第一粘合层11将光学器件2固定于透镜4上。

如图35所示，单体化切割，得到图35中的半导体封装结构。

本实施例中的制造半导体封装结构的方法能够实现与前述半导体封装结构类似的技术效果，这里不再赘述。

尽管已参考本申请的特定实施例描述并说明本申请，但这些描述和说明并不限制本申请。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本申请的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本申请中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本申请的其它实施例。应将说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本申请的目标、精神以及范围。所有此些修改都落入在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本申请中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本申请的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本申请中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本申请。

Claims (10)

1.一种半导体封装结构，其特征在于，包括：

光子芯片，所述光子芯片主动面设有光学传感器；

光学器件，设于所述光学传感器的上方；

透镜，设于所述光学传感器和所述光学器件之间，所述透镜相对于所述光学传感器或所述光学器件移动。

2.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其中，所述光子芯片具有驱动装置。

3.根据权利要求2所述的半导体封装结构，其中，所述驱动装置为磁力驱动装置，所述磁力驱动装置包含电磁线圈，用于将电力转换成磁力。

4.根据权利要求3所述的半导体封装结构，其中，所述透镜包含对应于所述磁力的磁铁。

5.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其中，所述半导体封装结构还包括：

第一重布线结构，设于所述光子芯片的上方，所述第一重布线结构具有对应所述光子芯片主动面的第一开口。

6.根据权利要求5所述的半导体封装结构，其中，所述光学器件与所述光子芯片分别设置于所述第一重布线结构的相对侧，所述透镜设置于所述第一重布线结构的第一开口中。

7.根据权利要求5所述的半导体封装结构，其中，所述光子芯片具有第二重布线结构，所述第二重布线结构的导通孔的宽度从所述光学器件朝向所述光子芯片的方向上渐窄，所述光学传感器设置于所述第二重布线结构的第二开口中。

8.根据权利要求1所述的半导体封装结构，其中，所述透镜改变光学器件发出的光线尺寸。

9.根据权利要求8所述的半导体封装结构，其中，所述透镜为凸透镜。

10.根据权利要求9所述的半导体封装结构，其中，所述透镜为双凸透镜，所述双凸透镜之间有两次成形的结合面。

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