KR0138843B1

KR0138843B1 - 전극이 양면에 형성된 광소자의 전극연결방법

Info

Publication number: KR0138843B1
Application number: KR1019940023884A
Authority: KR
Inventors: 주관종; 이상환; 한학수; 김홍만; 김동구
Original assignee: 양승택; 한국전자통신연구원; 이계철; 한국전기통신공사
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1998-06-01

Abstract

본 발명의 목적은 두개의 전극이 광소자의 양면에 각각 형성된 광소자를 플립칩 본딩의 방법으로 패키지할 때에 금속막이 입혀진 실리콘 웨이퍼를 전극연결을 위한 장치로 사용함으로써 와이어 본딩 등에 의한 충격을 없애며 광소자의 방열기능 또한 크게 증가시키는 광소자의 전극연결장치를 제공하는데 있다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 실리콘 웨이퍼의 일부분을 플립칩 본딩 된 광소자의 높이만큼 식각한 후 솔더본딩이 가능하도록 금속막 패턴을 형성하고 솔더를 증착한 후 이를 뒤집어서 식각부위는 플립칩 본딩된 광조사의 뒷면에 그리고 식각을 하지 않은 부분은 수등 정렬용 기판에 본딩을 하여 기판과 광소자간에 전극을 연결시킴으로써 상기의 목적을 구현하며, 이의 제조를 위해서는 실리콘 질화물의 형성, 금속막 증착, 실리콘 웨이퍼의 시각, 솔더증착 등의 공정이 요구된다.

Description

[발명의 명칭]

전극이 양면에 형성된 광소자의 전극연결방법

[도면의 간단한 설명]

제1a 내지 1h도는 본 발명의 전극연결용 기판을 제조하는 방법을 도시한 공정 단면도.

제2도는 제1f도의 요부 절개 사시도.

제3도는 본 발명에 의해 양면전극을 구비한 광소자를 배선한 후의 단면도를 나타낸다.

[발명의 상세한 설명]

(발명의 대상)

본 발명은 두개의 전극이 광소자의 양면에 각각 형성된 광소자를 플립칩 본딩하였을 때 윗면에 전극을 연결하기 위하여 와이어 본딩을 하지 않고 외부 회로와 접속을 시키기 위한 플립칩 본딩된 광소자의 전극연결 방법에 관한 것이다.

(종래의 기술)

빛을 전달하는 광섬유를 광소자와 접속시키는 방법은 능동정렬과 수동정렬의 두가지로 크게 나눌 수 있는데 수동정렬을 위해서는 통상 발광소자 등의 광소자를 실리콘 기판위에 플립칩 본딩 등의 방법으로 고정하고 기판에 형성시킨 V형태의 홈에 광섬유를 정렬한다. 이때, V형태의 홈은 실리콘 결정면간의 식각 비율차이를 이용하여 형성하는데 정렬된 광섬유의 중심 코어가 광소자의 도파로와 일치하도록 설계, 제조한다.

V-홈의 정확한 크기 및 플립칩 본딩된 광소자의 위치 안정성에 바탕을 두는 이러한 수동정렬 방법의 광섬유 정렬법은 패키지 작업이 용이하며 와이어 본딩을 배제할 수 있기에 전기적 특성 또는 우수하다는 장점을 갖는다.

그러나, 이를 위해서는 광소자의 음극 및 양극이 플립칩 본딩이 되는 면에 동일하게 형성되어야 하는데, 발광소자와 같이 내부구조가 복잡하며 그 크기가 300~400㎛ 정도로 작은 경우에는 이러한 구조의 소자설계 및 공정이 매우 까다롭다.

따라서, 많은 경우 양극 및 음극이 웨이퍼의 양면에 각각 형성된 보편적인 광소자를 사용하여 플립칩 본딩을 함으로써 솔더범프를 통해 한쪽 전극을 연결하여 광섬유와 정렬을 이룬 후, 노출된 광소자의 뒷면에 와이어 본딩 등의 방법으로 나머지 전극의 연결을 꾀하게 된다.

그러나, 이렇게 할 경우 극도의 주위를 기울이지 않는다면 광섬유와의 정렬을 위하여 정확히 계산된 양의 솔더범프를 사용하여 플립칩 본딩된 광소자가 와이어 본딩시의 충격에 의하여 정렬이 흩어질 우려가 있다.

또한, 발광소자를 플립칩 본딩한 경우 소자의 냉각을 위한 별도의 회로를 설계하지 않으면 기판과의 접촉면적 감소에 따른 방열기능의 저하로 인하여 광소자의 열특성 또한 취약하게 되는 단점이 있다.

(발명의 목적)

본 발명은 상기한 것과 같은 단점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 두개의 전극이 광소자의 양면에 각각 형성된 광소자를 플립칩 본딩의 방법으로 패키지 할 때에 금속전극이 입혀진 실리콘 웨이퍼를 전극연결용 기판으로 사용함으로써 와이어 본딩 등에 의한 충격을 없애며 광소자의 방열기능 또한 크게 증가시킬 수 있는 전극이 양면에 형성된 광소자의 전극연결 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

(발명의 구성)

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 실리콘 웨이퍼의 일부분을 플립칩 본딩된 광소자의 높이만큼 식각한 후 솔더본딩이 가능하도록 금속막 패턴을 형성하고 솔더를 증착한 후 이를 뒤집어서 식각부위는 플립칩 본딩된 광소자의 뒷면에 그리고 식각을 하지 않은 부분은 수동정렬용 기판에 본딩을 함으로써 기판과 광소자간에 전극을 연결시키는 것을 특징으로 한다.

이의 제조를 위해서는 실리콘 질화물의 형성, 금속막 증착, 실리콘 웨이퍼의 식각, 솔더 증착 등의 공정이 요구되는데 이를 이하 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1a 내지 1h도는 본 발명의 전극연결용 기판의 제조방법을 각 단계별로 나타낸 공정 단면도로서 두개의 전극연결용 기판이 서로 마주보고 있는 것이다.

수동정렬용 기판의 제조방법은 증복을 피하기 위하여 생략하였다.

제1공정은 전극연결용 기판의 제작을 위해 실리콘 웨이퍼(11) 위에 실리콘 질화물(12)(또는 실리콘 산화물)을 전면 증착한 것으로 이의 단면도를 제1a도에 나타내었다.

제2공정은 계산된 폭 및 깊이를 갖는 단차(段差) 홈(5) 형성을 위하여 먼저 포토레지스트(3)를 도포하고 노광공정을 통하여 패턴을 정의한 후 실리콘 질화물(2)을 건식식각하여 단차홈(5) 식각용의 개구를 만든다.

이 공정 후의 단면도를 제1b도에 나타내었다.

제3공정에서는 앞서 제2공정에서의 포토레지스트(3)를 제거한 후 실리콘 질화물(2)을 식각방지막으로 하여 단차홈(5) 형성용 개구에 식각공정을 한다.

이때, 식각용액으로는 KOH 등을 사용한다.

형성된 단차홈(5)의 단면도를 제1c도에 나타내었다.

제4공정은 솔더본딩을 위하여 솔더 접착이 가능한 금속층(7)을 형성하는 공정으로서, 레지스트 패턴(6)을 정의한 후 전면(全面)에 금속층을 증착하고(제1d도), 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하여 솔더본딩을 위한 금속층(13)만을 남긴다(제1e도).

이때, 이 금속층(13) 형성을 위하여 전기도금법을 이용하여도 무방하다.

제5공정에서는 광소자와 전극연결용 기판간에 솔더본딩이 되는 부위 이외에 솔더가 점착되는 것을 방지하기 위하여 실리콘 질화물 패턴(7)을 이용하여 솔더 접착면(8) 및 전극 연결패드(9)의 솔더본딩을 위한 금속층을 다시 정의하면 이러한 공정을 거친 단면도를 제1f도에 나타내었다.

제2도는 솔더가 증착되기 전 단계까지 상기의 공정에 의해 형성된 전극연결용 기판의 금속전극(13) 패턴을 나타내기 위한 사시도로서, 단차홈(5)에 형성된 솔더접착면(8)과 전극연결 패드(9)로 이루어진다.

제6공정은 솔더범프 형성을 위한 공정으로서 제4공정에서의 솔더본딩을 위한 금속전극(13) 형성공정과 마찬가지로 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하는데, 이를 위해 후막 포토레지스트(4)를 도포하고 노광을 하여 솔더증착을 위한 패턴을 정의한 후 전면(全面)에 솔더를 증착하고(제1g도), 아세톤 용액중에서 후막 포토레지스트(4) 패턴을 제거하여 솔더본딩을 위한 금속층(13) 위의 전극연결 범프(9') 및 광소자 후면 접착용 솔더범프(8')만을 남긴다.

솔더의 증착을 위하여 리프트-오프(lift-off) 공정 대신에 전기도금법을 이용하여도 무방하다.

이때, 솔더는 광소자의 플립칩 본딩에 사용된 솔더 즉, 광소자의 전면전극 접속을 위한 수동정렬용 기판 상에 형성된 솔더(24) 보다 용융점이 낮은 것을 사용하여야 한다.

그 이유는 광소자의 후면전극과의 배선을 위해 상기 전극연결용 기판상에 형성된 솔더범프(8')와의 본딩시에 이미 본딩된 광소자의 전면 전극이 영향을 받지 않도록 하기 위해서다.

이때, 만역 저온 용융 솔더의 선택폭이 넓지 않은 경우는 솔더 대신에 전기가 통할 수 있는 에폭시(예를 들면 은(銀)이 채원진 에폭시) 등을 사용하여도 무방하다.

제7공정에서는 증착된 솔더의 조성 균일화를 위하여 질소(혹은 수소) 분위기의 오븐에서 리플로우(reflow) 공정을 하는데 솔더가 리플로우 되면 용융된 솔더의 표면장력으로 인하여 상기 솔더범프들(8',9')의 형태가 둥글게 되며 이를 제1h도에 나타내었다.

제3도는 상기의 공정을 통하여 제작된 전극연결용 기판(10)을 사용하여 이미 수동정렬용 기판(20)에 플립-칩 본딩된 광소자(15)를 배선한 후의 단면도를 나타낸다.

광소자 본딩용의 솔더범프(8')가 위치한 솔더접착면(8)은 광소자(15)의 위에 그리고, 전극연결 범프(9')는 이미 상응하는 패턴이 형성되어 있는 수동정렬용기판(20) 상의 전극연결패드(22)에 접착되도록 본딩을 한다.

이때, 주의하여야 할 것은 전극연결용 기판의 본딩에 사용되는 솔더범프(8')의 조성으로서 광소자(15)의 플립칩 본딩에 사용되었던 솔더범프(24)가(예를 들면 96.5 Sn/3.5Ag, 공정합금 용융점 221℃) 용융되지 않는 온도에서 본딩을 할 수 있는 솔더(즉, 37Pb/63Sn 솔더, 공정합금 용융점 183℃)를 사용하여야 한다.

(발명의 효과)

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 웨이퍼로 만든 전극연결용 기판을 사용하여 플립칩 본딩된 광소자의 기판의 회로를 연결시킴으로써 광소자의 정렬을 흩어뜨릴 수 있는 와이어 본딩을 피하며, 열발산력이 우수한 실리콘 웨이퍼를 광소자에 직접 접촉시킴으로써 발광소자와 같이 열이 많이 발생하는 경우 열특성을 개선하고, 와이어 본딩에 의한 전송선 보다 훨씬 넓은 선으로 단거리에 연결함으로써 전기적 특성 또한 높일 수 있으며, 이러한 기판의 제작을 광소자와 광섬유의 수동정렬을 위한 기판제작공정 중에 동시에 할 수 있어 별도의 공정을 수행할 필요가 없으므로 비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.

Claims

수동정렬용 기판에 플립-칩(flip-chip) 본딩된 광소자의 전극연결 방법에 있어서,

상기 광소자에 대응하는 실리콘 웨이퍼의 일부분을 플립칩 본딩된 광소자의 높이만큼 식각하여 단차홈을 형성하는 단계'

상기 실리콘 웨이퍼의 전면에 솔더본딩을 위한 금속전극을 형성하고, 이 금속전극을 소정의 실리콘 질화물 패턴을 이용하여 상기 단차홈을 갖는 식각부위는 솔더접착면으로 식각되지 않은 부위는 전극연결 패드부로 각각 정의하는 단계;

상기 솔더접착면의 전극에 광소자 후면접착용 솔더펌프를, 상기 전극연결 패드에는 전극연결 범프를 각각 형성하는 단계; 및 상기 단계를 거쳐 제작된 전극연결용 기판을 뒤집어서 상기 솔더범프는 플립칩 본딩된 광소자의 뒷면에, 상기 전극연결 범프는 수동정렬용 기판에 각각 접속될 수 있도록 일치시킨 후, 솔더본딩 시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 양면전극을 구비한 광소자의 전극연결 방법.
제1항에 있어서,

상기 솔더본딩시 플립칩 본딩이 되어 있는 광소자의 정렬을 흩어뜨리지 않는 온도에서 본딩을 하기 위하여, 상기 광소자 후면 접착용 솔더범프는 솔더조성을 플립칩 본딩에 사용된 솔도보다 용융점이 낮은 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 양면전극을 구비한 광소자의 전극연결 방법.