KR20200117000A - 컴포넌트 어레인지먼트,그리고/또는 패키지 어레인지먼트를 패키지 및 패키지 어레인지먼트, 및 생성 방법 - Google Patents

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울리 한센
시몬 마우스
올리버 기옌게
라히트 압달라
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엠에스지 리쏘글라스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 컴포넌트 어레인지먼트에 관한 것이며, 이 컴포넌트 어레인지먼트는, 캐리어 기판(1); 설치 공간(1a)을 둘러싸도록, 캐리어 기판 상에 배열되고, 캐리어 기판을 등진 측 상에 아웃렛 개구를 갖는 스페이서(3); 설치 공간에 배열되는 광학 컴포넌트(2); 설치 공간 외부에 배열된 외부 접촉부들에 광학 컴포넌트를 전기 전도성으로 연결하는 접촉부 연결(contact connection); 스페이서 상에 배열되고, 아웃렛 개구가 투광성(light-permeable) 방식으로 커버되게 하는 커버 기판(4); 및 광 반사 표면 상으로 수평 방향으로 방사된 광이 개구 및 커버 기판을 통해 수직 방향으로 방사될 수 있고 그 반대로 방사될 수 있는 방식으로, 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트 상에 형성되고 그리고 설치 공간을 향하는 캐리어 기판의 표면에 대해 약 45°의 각도로 경사진 표면으로서 설치 공간에 배열되는 광 반사 표면(6)을 포함한다. 본 발명은 또한 컴포넌트 어레인지먼트를 생성하는 방법뿐만 아니라 패키지, 패키지 어레인지먼트 및 생성 방법에 관한 것이다.

Description

컴포넌트 어레인지먼트,그리고/또는 패키지 어레인지먼트를 패키지 및 패키지 어레인지먼트, 및 생성 방법
본 발명은 컴포넌트 어레인지먼트, 패키지 및 패키지 어레인지먼트, 및 생성 방법에 관한 것이다.
컴포넌트 어레인지먼트들과 관련하여, 컴포넌트들 예컨대, 광을 방출하거나 흡수하는 광학 컴포넌트들을 하우징에 배열하는 것이 알려져 있다. 컴포넌트 어레인지먼트는 패키지를 생성하는 데 사용될 수 있다.
이러한 컴포넌트 어레인지먼트를 제조하기 위한 방법은 예컨대, 문서 WO 2011/035783 A1로부터 알려져 있다. 컴포넌트가 배열되는 설치 공간을 스페이서가 둘러싸는 방식으로 캐리어 기판 상에 스페이서가 배열된다. 설치 공간은 스페이서 상에 커버 기판을 배치함으로써 폐쇄된다. 커버 기판과 함께, 광 투과성 아웃렛 개구가 제공될 수 있으며, 이를 통해 광이 방출되거나 수신될 수 있다. 설치 공간을 향하는 스페이서의 벽 표면들에는 광 반사 미러 코팅을 제공하기 위해 금속화(metallization)가 제공될 수 있다.
문서 WO 2016/055520 A1은 최하부 표면 및 측벽을 갖는 캐비티를 갖는 캐리어를 포함하는 하우징을 갖는 레이저 컴포넌트를 위한 패키지를 생성하는 방법을 설명한다. 캐비티는 최하부 표면으로부터 넓어지기 시작한다. 캐비티에서, 레이저 칩이 최하부 표면 상에 배열되고 그의 방출 방향은 최하부 표면과 평행하게 배향된다. 반사 엘리먼트가 또한 캐비티에 배열되며, 이 반사 엘리먼트는 최하부 표면과 측벽 사이의 에지 상에 놓인다. 반사 엘리먼트의 반사 표면은 캐비티의 최하부 표면과 45°의 각도를 형성한다. 방출 방향은 또한 반사 엘리먼트의 반사 표면과 45°의 각도를 이룬다.
컴포넌트 어레인지먼트는 문서 WO 2017/149573 A1로부터 또한 알려져 있다.
문서 US 7 177 331 B2에서, 레이저 다이오드는 TO 하우징으로서 알려진 것에 설치된다.
본 발명의 목적은, 광학 컴포넌트를 갖는 설치 공간에서 광 빔들의 개선된 광 전도 또는 편향이 제공되게 하는 컴포넌트 어레인지먼트, 패키지뿐만 아니라 패키지 어레인지먼트, 및 생성 방법들을 제공하는 것이다.
이 목적은 독립항 청구항들 1, 11 및 13에 따른 컴포넌트 어레인지먼트, 패키지 및 패키지 어레인지먼트에 의해 해결된다. 또한, 독립 청구항들 10, 14 및 15에 따른 컴포넌트 어레인지먼트, 패키지 및 패키지 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법들이 제공된다.
일 양상에 따라, 컴포넌트 어레인지먼트가 제공되며, 이 컴포넌트 어레인지먼트는, 캐리어 기판; 설치 공간을 둘러싸도록 캐리어 기판 상에 배열되고, 캐리어 기판을 등진 측 상에 아웃렛 개구를 갖는 스페이서; 설치 공간에 배열되는 광학 컴포넌트; 설치 공간 외부에 배열된 외부 접촉부들에 광학 컴포넌트를 전기 전도성으로 연결하는 접촉부 연결(contact connection); 스페이서 상에 배열되고, 아웃렛 개구가 투광성(light-permeable) 방식으로 커버되게 하는 커버 기판; 및 광 반사 표면 상으로 수평 방향으로 방사된 광이 개구 및 커버 기판을 통해 수직 방향으로 방사될 수 있고 그 반대로 방사될 수 있는 방식으로, 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트 상에 형성되고 그리고 설치 공간을 향하는 캐리어 기판의 표면에 대해 약 45°의 각도로 경사진 표면으로서 설치 공간에 배열되는 광 반사 표면을 갖는다.
추가의 양상들에 따라, 컴포넌트 어레인지먼트 및 컴포넌트 어레인지먼트가 수용되는 하우징을 갖는 패키지뿐만 아니라, 복수의 패키지들의 평면 어레인지먼트를 갖는 패키지 어레인지먼트가 제공된다.
다른 양상은 다음 단계들: 이방성 에칭에 의해 실리콘 단결정으로부터 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트를 생성하는 단계 ― 실리콘 단결정은 약 45°의 기울기(slope)를 갖는 111 결정 평면(crystal plane)이 형성되도록 100 결정 배향에 대해 약 9.7° 기울어짐 ― ; 및 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트를 사용하여 컴포넌트 어레인지먼트를 생성하는 단계 ― 약 45°의 기울기를 갖는 111 결정 평면을 갖는 컴포넌트 어레인지먼트에 광 반사 표면이 형성됨 ― 를 갖는 컴포넌트 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.
부가적인 양상들에 따라, 패키지를 생성하기 위한 방법뿐만 아니라 패키지 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법이 제공되며, 여기서 패키지/패키지 어레인지먼트는 예컨대, 웨이퍼 레벨 패키징에 의해 패널에서 생성된다.
제안된 기술의 도움으로, 수평 방향에 대해 약 45°로 경사진 광 반사 표면에서, 컴포넌트 어레인지먼트에 제공된 설치 공간에서 수평 방향으로 이어지는 광 빔들을 편향시키는 것이 가능하며, 그 반대의 경우도 마찬가지다. 따라서, 광학 컴포넌트에 의해 방출된 광은 아웃렛 개구를 통해 광선들을 방출하기 위해 수평 방향으로부터 수직 방향으로 편향될 수 있다. 반대로, 아웃렛 개구를 통해 수직 방향으로 입사되는 광은 광 반사 표면에서 수평 방향으로 편향될 수 있다. 광 반사 표면에는 이 실리콘 컴포넌트의 표면으로서 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트가 제공된다.
광학 컴포넌트는 발광 또는 광 흡수 컴포넌트로서 예컨대, 발광 다이오드 또는 광 흡수 포토다이오드, 예컨대 애벌랜치 포토다이오드 또는 레이저 다이오드로서 설계될 수 있다.
발광 컴포넌트는 지향 및 번들링된 형태로, 예컨대, 선택적인 빔 발산(빔 확장)의 경우에 중심 방출 강도가 최대인 상태의 실질적으로 지향된 레이저 방사선의 형태로 광 빔들을 방출하도록 설계될 수 있다.
제안된 기술은 방출된 광 빔들의 출사(exit) 또는 수신된 광 빔들의 진입이 수직 방향으로 일어날 수 있는 방식으로, 설치 공간에 광학 컴포넌트를 배열하는 것을 가능하게 한다. (캐리어 기판의 표면에 대해) 수직 방향으로 광선들을 방출하기 위해, 종래 기술(예컨대, US 7 177 331 B2 참조)과 달리, 종래 기술에 제공된 바와 같이 설치 공간에 수직 포지션으로 광학 컴포넌트를 배열하는 것이 필수적이지 않다. 제안된 기술의 도움으로, 컴포넌트 어레인지먼트의 전체 높이가 감소될 수 있고 조립이 단순화될 수 있다.
접촉부 연결은 캐리어 기판을 통한 피드스루 연결(feedthrough connection)을 가질 수 있으며, 여기서 외부 접촉부들은 캐리어 기판의 하부 측 상에 배열될 수 있다.
접촉부 연결이 제공될 수 있으며, 이는 예컨대, 특히 캐리어 기판과 스페이서 사이를 통과함으로써 측방향 리드아웃 접촉부 연결(laterally ledout contact connection)이 형성되는 방식으로, 설치 공간을 향하는 캐리어 기판의 표면 상에서 설치 공간으로부터 측방향으로 이어진다. 접촉부 연결은 복수의 개별 접촉부 연결들을 포함할 수 있다.
이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트의 접촉 표면은 설치 공간을 향하는 캐리어 기판의 표면과 실질적으로 평행할 수 있다. 이 실시예에서, 광 반사 표면은 접촉 표면에 대해 약 45°의 각도로 경사진다.
이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트는 스페이서에 의해 둘러싸인 설치 공간에 배열될 수 있다. 여기서, 광 반사 표면이 제공되는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트는, 별개로 그리고 스페이서로부터 거리를 두고, 특히 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트와 설치 공간을 둘러싸는 스페이서 사이에 어떠한 접촉도 존재하지 않는 방식으로 설치 공간에 배열될 수 있다.
스페이서는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 이 대안적인 실시예에서, 이방성으로 에칭된 컴포넌트는 스페이서를 부분적으로 또는 완전히 형성한다. 일 실시예에서, 설치 공간을 둘러싸는 스페이서가 예컨대, 일체형의 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설치 공간 주위에서 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로부터 완전히 형성되는 것이 제공될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 설치 공간을 향하는 스페이서의 내벽 표면은 적어도 광 반사 표면의 구역에서 약 45°의 경사를 갖는다. 이들 또는 다른 실시예들의 경우에, 스페이서는 연속적인 방식으로 설치 공간을 둘러싸는 일체형 프레임으로서 형성될 수 있다.
설치 공간을 향하고 광 반사 표면을 갖는 구역 외부에 배열되는, 스페이서의 제1 벽 표면은 45°와 상이한 제1 각도로 수직 방향에 대해 경사질 수 있다. 설치 공간을 향하는 스페이서의 벽 표면이 광 반사 표면의 구역에서 약 45°의 경사를 갖지만, 광 반사 표면을 갖는 구역 외부의 제1 벽 표면은 그와 상이한 각도, 예컨대 약 64.5°로 경사진다. 스페이서의 제1 벽 표면은 광 반사 표면에 대향하게 배열될 수 있다.
제1 벽 표면과 상이하고 설치 공간을 향하고 광 반사 표면을 갖는 구역 외부에 배열되는, 스페이서의 제2 벽 표면은, 제1 각도와 상이한, 45°와 상이한 제2 각도로 수직 방향에 대해 경사질 수 있다. 45°와 상이한 경사각을 갖는 제1 및/또는 제2 벽 표면은 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트에 의해 형성된 스페이서의 일부에 또는 그러한 부분의 외부에 배열될 수 있다. 예컨대, 제2 각도는 약 55.3°일 수 있다. 제2 벽 표면은 광 반사 표면 및/또는 제1 벽 표면에 인접한 스페이서의 일부에 배열될 수 있다. 서로 대향하는 벽 표면들은 제2 경사각으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 45°와 상이한 벽 표면들은 또한 다른 각도들로 설계될 수 있다.
스페이서는 연속적인 방식으로 설치 공간을 완전히 둘러싸는 일체형 또는 멀티피스 프레임으로서 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트에 의해 형성될 수 있다. 평면도에서, 프레임은 프레임에 의해 둘러싸인 통로의 상위 및/또는 하위 개구의 구역에서 실질적으로 사다리꼴 형상을 가질 수 있다. 상위 및 하위 개구들이 각각 실질적으로 사다리꼴 형상을 갖는 경우, 상위 및 하위 개구들의 에지들은 통로의 하나 이상의 측들 상에서, 특히 또한, 모든 측들 상에서 쌍들로 서로 평행하게 이어질 수 있다. 일 실시예에서, 사다리꼴 형상은 통로의 전체 폭에 걸쳐 형성되는 것이 아니라, 실질적으로 통로의 전체 폭의 1/3 미만의 폭에 걸쳐 형성될 수 있다.
45°미러 평면을 갖는 측 상의 (통로의 코너 구역들의) 개방 각도들은 각각 약 83.2°일 수 있다. 대향하는 측 상에서, 각도들은 각각 약 96.8°이다. 이러한 유형의 복수의 개구들이 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트에 제공되는 설계가 제공될 수 있으며, 이 개구들 각각은 하나 이상의 광학 컴포넌트들을 수용하기 위해 별개로 형성된 설치 공간을 갖는다.
커버 기판은 설치 공간을 적어도 부분적으로 채울 수 있다. 커버 기판은 설치 공간을 부분적으로 또는 완전히 채울 수 있다. 예컨대, 에폭시 수지 또는 실리콘은 커버 기판으로서 설치 공간 내로 도입될 수 있다. 대안적으로, 설치 공간에는 커버 기판이 없고, 설치 공간은 광학 컴포넌트가 로케이팅되는 중공 공간으로서 설계될 수 있다. 특히, 아웃렛 개구 아래의 중공 공간의 일부에는 커버 기판이 없을 수 있다.
광 반사 표면은 표면 측 반사 코팅을 가질 수 있다. 표면 측 반사 코팅은 예컨대, 금속화 또는 유전체 미러에 의해 생성될 수 있다.
광학 컴포넌트는 측방향 광학 아웃렛/인렛를 가질 수 있으며, 이 측방향 광학 아웃렛/인렛을 통해 광이 수평 방향으로 빠져나가고/진입할 수 있다. 입사 또는 진출 광선들은 수평 방향과 수직 방향 사이의 또는 수직 방향과 수평 방향 사이의 편향이 발생하는 방식으로 광 반사 표면에서 편향된다. 광학 컴포넌트가 발광 다이오드로서 설계되는 경우, 방출된 광 빔들은 측방향 광학 아웃렛을 통해 빠져나간다. 광학 컴포넌트가 포토다이오드로서 설계되는 경우, 입사 광선들은 측방향 광학 인렛 예컨대, 진입 윈도우를 통해 수평 방향으로 진입한다.
광학 컴포넌트는 캐리어 기판 상에 배열되는 서브마운트(submount) 상에 배열될 수 있다. 서브마운트는 예컨대, 실리콘 탄화물 또는 알루미늄 질화물로 제조될 수 있다.
컴포넌트 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법에서, 습식 화학적 에칭 예컨대, 수산화 칼륨 용액(KOH)을 사용한 에칭에 의해 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트를 생성하는 것이 제공될 수 있다. 실리콘의 이방성 에칭을 위한 다른 적합한 에칭 용액은 예컨대, 테트라메틸암모늄 하이드록사이드(TMAH)이다.
패키지를 생성하고 그리고/또는 패키지 어레인지먼트를 생성하는 경우에, 이러한 목적을 위해 패널에서 또는 웨이퍼 레벨에서 패키징을 사용하는 것이 제공될 수 있다.
웨이퍼 레벨 프로세스들을 사용한 생성의 경우에, 하나 이상의 원주 실리콘 프레임(circumferential silicon frame)들, 전체 캡 기판들 및/또는 45°로 경사진 반사 표면을 갖는 단일 또는 다수의 엘리먼트들이 웨이퍼 레벨에서 생성될 수 있다. 이점은, 다수의 컴포넌트들/캡들이 웨이퍼 레벨에서 동시에 생성될 수 있다는 것이다. 패키징을 위한 개별 캡들은 분리 후, 예컨대 캡 기판을 절단함으로써 생성된다. 컴포넌트는, 칩 또는 컴포넌트가 미리 조립된 보드에 분리된 캡을 적용함으로써 패키징될 수 있다. 컴포넌트는 또한 패널에서 미리 조립될 수 있는데, 즉, 복수의 컴포넌트들이 캐리어 기판 상에 이미 장착되고 그 후 단일 캡들 또는 캡 어레이들(웨이퍼 레벨에서 생성된 캡 기판으로부터 복수의 캡 구조들을 갖는 분리된 패널들)을 적용함으로써 패키징된다. 여기서 사용되는 의미의 웨이퍼 레벨 패키징은 이후 웨이퍼 형태의 커버 기판으로 웨이퍼 상의 모든 컴포넌트들을 한 단계에서 패킹(패키징)하는 것을 지칭한다. 예컨대, 이는, 컴포넌트들이 관통-도금된 기판(through-plated substrate) 예컨대, 웨이퍼 형태의 실리콘 기판 상에 완전히 미리 조립되고 그 후 모든 컴포넌트들이 캡 웨이퍼의 본딩에 의해 동시에 패키징되는 경우에 해당할 수 있다. 개별 패키지들은 그 후, 합성물의 후속 분리에 의해 제공된다.
패키지와 관련하여, 컴포넌트 어레인지먼트가 수용되는 하우징에 대해, 하우징의 최상부 측에서 볼 때, 광은, 실질적으로 아웃렛 개구/인렛 개구의 구역 중앙에서 빠져나가거나 진입한다는 것이 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 실질적으로 중앙의 광 방출/광 흡수가 패키지에 대해 실현된다.
커버 기판은, 예컨대, 보로실리케이트 유리 이를테면, Schott AG로부터의 Bofofloat33 또는 Mempax, 석영 유리, 사파이어 유리 또는 또한, 다른 유리들 이를테면, Schott AG로부터의 AF32, D263T, BK7 또는 B270; Corning으로부터의 Eagle XG 또는 Pyrex; Hoya로부터의 SD2 또는 또한 Asahi로부터의 ENA1로 구성될 수 있다. 그러나 커버 기판은 또한, 예컨대, IR 범위의 애플리케이션들을 위해 실리콘 또는 게르마늄으로 제조될 수 있다. 커버 기판은 부가적으로, 기판 코팅, 예컨대 반사 방지 코팅을 가질 수 있다. 코팅들은 상이한 파장 범위들에 대해 설계될 수 있고 하나의 또는 둘 모두의 측들 상에 제공될 수 있다. 상이한 파장 범위들에 대한 필터 코팅들 및/또는 불투명 어퍼처 구조들이 또한 제공될 수 있다.
또한, 일 실시예에서, 광학 엘리먼트들의 통합, 예컨대, 커버 기판 상의 렌즈들이 제공될 수 있다. 여기서 예컨대, 중합체, 유리-유사 재료들, 실리콘 또는 게르마늄으로 제조된 볼록 렌즈들이 고려될 수 있다. 미세구조 프레넬 렌즈들의 사용이 또한 가능하다.
하나 이상의 관통 접촉부들이 광학 컴포넌트의 전기적 접촉을 위해 캐리어 기판에 제공된다. 후방 측 상의 접촉부들은 예컨대, 주석/은 웨이브 납땜 또는 전기 전도성 접착제들을 사용한 조립에 의해 SMD 구조에의 추후의 조립을 허용한다.
캐리어 기판은 예컨대, 실리콘, 세라믹들 이를테면, 알루미늄 질화물, 실리콘 탄화물, 알루미늄 산화물, LTTC 세라믹들(Low Temperature Cofired Ceramics) 또는 HTCC 세라믹들(High Temperature Cofired Ceramics), 유리 또는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판들로 구성될 수 있다. 또한, 금속 기판들, 예컨대 구리, 알루미늄 또는 다른 금속들로 제조된 IMS(Insulated Metal Substrates)의 사용이 제공될 수 있다. FR4와 같이 플라스틱들로 제조된 캐리어 기판들의 사용이 또한 고려 가능하다.
스페이서와 캐리어 기판 사이의 연결은 예컨대, 솔더 본드에 의해, 바람직하게는 공융(eutectic) 본드를 통해 이루어질 수 있다. 이를 위해, 바람직하게는, 공융 조성물 내의 금속 조합 예컨대, 금과 주석, 구리와 주석, 금과 게르마늄, 주석과 은, 금과 인듐, 구리 및 은 또는 금과 실리콘이 캐리어 기판 또는 스페이서의 후방 측에 적용되며, 납땜 프로세스에서 공융 결합 페이즈(phase)를 형성하고 스페이서를 캐리어 기판에 연결한다. 스페이서 및 캐리어 기판에는 납땜 프로세스를 위한 적절한 베이스 금속화가 제공된다. 공융 결합을 위한 금속 조합은 예컨대, 프리폼(preform)으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 금속 조합은 결합 파트너들 중 하나에 갈바닉 방식으로(galvanically) 또는 페이스트로서 적용될 수 있다.
예컨대, 얇은 금속 층들의 경우에 실제 결합 페이즈 하에서 합금 정지부로서 알려진 것을 배열하는 것이 제공될 수 있다. 이에 따라, 예컨대, 크롬 및 니켈 합금들 또는 백금 또는 니켈의 층들은 금 및 주석의 공융 결합에 적합하다.
Ra < 1nm의 매우 높은 표면 품질들을 사용함으로써, 직접 본딩 방법이 또한 사용될 수 있다. 이는 본드 파트너들의 표면 성질과 관련하여 소수성 또는 친수성인 직접 융합 본드일 수 있다. 2개의 본드 파트너들이 먼저, 프리본드(pre-bond)를 통해 판데르발스(van der Waals) 본드들에 의해 서로 연결된다. 후속 어닐링 단계에서, 공유 본드(covalent bond)들이 그 후, 본드 인터페이스에 형성된다. 융합 본드는 또한 플라즈마로 활성화될 수 있다. 이는, 어닐링 동안 온도 부하를 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다. 양극 본딩(anodic bonding)은 추가의 직접 본딩 방법으로서 제공될 수 있다.
설명된 방법들에 대한 대안으로서, 반응성 본딩 프로세스가 또한 사용될 수 있다. 반응성 본드에서, 교호하는 층들의 금속 스택이 적용된다. 이 금속 스택은 예컨대, 스퍼터링과 같은 증착 프로세스들에 의해 또는 필름들의 형태로 제공될 수 있다. 전기 또는 레이저 유도 펄스는 두 본드 파트너들을 함께 "용접"하는 단기간의 고온 반응의 생성으로 이어진다. 예컨대, 팔라듐 및 알루미늄 또는 구리 산화물 및 알루미늄의 금속 층들은 이중층 피리어드(bilayer period)들이다.
또한, 예컨대, 금과 인듐, 금과 주석 또는 구리와 주석의 금속 조합들로부터 고체-액체 상호확산 본딩(solid-liquid interdiffusion bonding)이 사용될 수 있다. 이 방법에서, 본딩 프로세스는 다른 본딩 파트너로의 하나의 본딩 파트너의 확산에 의해 어닐링 단계 동안 결정된다. 그 후, 실제 결합 페이즈는 나중에 더 높은 온도에 저항한다. 또한, 예컨대, (예컨대) 열 압착 본딩에 의해 금과 금, 구리와 구리 또는 알루미늄과 알루미늄을 결합함으로써 영구적인 연결부들이 제조될 수 있다. 유리 프릿 본딩이 또한 제공할 수 있다.
투명 기판들의 경우에, 레이저 용접 방법은, 결합 표면들의 표면 품질이 적절한 경우, 캐리어 기판 및 스페이서를 연결하는 데 사용될 수 있다. 에폭시 수지들, 실리콘들 또는 다른 접착제들을 사용하는 것이 또한 고려 가능하다.
예컨대, 스페이서 및 커버 기판을 연결하기 위해 직접 본딩 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법들은 예컨대, 양극 본딩 또는 융합 본딩이다. 반응성 본딩 또는 접착제 본딩이 또한 사용될 수 있다. 또한, 고체-액체 상호확산 본딩이 여기에서 또한 사용될 수 있다. 레이저 용접은 또한 스페이서와 커버 기판을 결합하는 데 적합하다. 여기에서, 2개의 기판들은 "광학 접촉"이 되고 그 후 레이저를 사용하여 함께 용접된다. 또한, 스페이서 및 커버 기판을 결합하기 위해 스페이서 및 캐리어 기판에 대해 위에서 언급된 모든 결합 방법들을 사용하는 것이 고려 가능하다.
컴포넌트 어레인지먼트와 관련하여 설명된 실시예들은 이에 따라, 컴포넌트 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법과 함께 제공될 수 있다.
추가의 예시적인 실시예들은 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 광학 컴포넌트가 설치 공간에 배열되고 캐리어 기판을 통한 접촉부 연결을 통해 외부 접촉부들에 연결되는 컴포넌트 어레인지먼트를 도시한다.
도 2는 광학 컴포넌트가 설치 공간에 배열되고 측방향으로 이어지는 접촉부 연결을 통해 외부 접촉부들에 연결되는 컴포넌트 어레인지먼트를 도시한다.
도 3은 광학 컴포넌트를 갖는 설치 공간이 커버 기판으로 채워진 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 4는 클래딩이 커버 기판으로 형성되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시하며, 이 커퍼 기판으로 광학 컴포넌트를 갖는 설치 공간이 채워진다.
도 5는 광 반사 표면이 스페이서로부터 거리를 두고 설치 공간에 배열되는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트에 의해 설치 공간에 제공되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 6은 프레임으로서 형성된 스페이서의 개략도를 도시하며, 이 스페이서는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트에 의해 형성된다.
도 7a는, 마스킹 개구가 이방성 습식 화학적 에칭 프로세스를 위해 선택되며 보상 구조를 갖는, 에칭된 프레임 구조의 광 현미경으로부터의 평면도를 도시한다.
도 7b는, 마스킹 개구가 이방성 습식 화학적 에칭 프로세스를 위해 선택되며 보상 구조를 갖는, 추가의 에칭된 프레임 구조의 광 현미경으로부터의 평면도를 도시한다.
도 8은, 각각이 캡 어레이를 생성하기 위해 컴포넌트 어레인지먼트를 형성하는 데 사용될 수 있는 복수의 개구들을 갖는 웨이퍼의 섹션의 개략도를 도시한다.
도 9는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로 각각 형성된 스페이서들의 개략도를 도시하며, 여기서 프레임 기하학적 구조에서 미러 표면들의 중앙 포지셔닝은 광의 중앙 출사/진입을 허용한다.
도 10은 커버 기판이 배열되는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트에 의해 형성된 스페이서를 포함하는 어레인지먼트의 개략도를 도시하며, 스페이서는 하부 측 상에 후방 측의 구조화된 본딩 표면, 예컨대, 금속화부를 갖는다.
도 11은 광을 커플링/언커플링하기 위해 유리 섬유의 일부가 광 반사 표면에 대향하여 배열되는 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 12는 2개의 개별 미러 엘리먼트들이 하우징에 배열되는 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 13은 패널에 또는 웨이퍼 레벨 패키징에 의해 제조된 2개의 컴포넌트들의 개략도를 도시한다.
도 14는 약 54.7°의 미러 표면들의 플랭크 각도(flank angle)를 갖는 스페이서 엘리먼트에 의해 설치 공간이 형성되는 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 15는 스페이서 엘리먼트 및 캐리어 기판이 일체형으로 제조되고 관통 접촉부들이 건식 에칭 프로세스에 의해 제공되는 컴포넌트의 개략도를 도시한다.
도 16은 스페이서 엘리먼트 및 캐리어 기판이 일체형으로 제조되고 관통 접촉부들이 습식 에칭 프로세스에 의해 제공되는 컴포넌트의 개략도를 도시한다.
도 17은 45°미러 평면을 제외하고 설치 공간의 벽들이 대략 수직인 컴포넌트의 개략도를 도시한다.
도 18은 렌즈가 커버 기판 상에 배열되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 19는 단일 미러 엘리먼트와 함께 미러 평면을 갖는 원주 스페이서 엘리먼트를 갖는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 20은 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 스페이서의 하위 개구가 거의 수직 챔퍼(chamfer)를 갖도록 설계되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 21은 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 스페이서의 하위 개구가 스페이서의 표면에 대해 언더컷으로 설계되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다.
도 1은 설치 공간(1a)에서 캐리어 기판(1) 상에 광학 컴포넌트(2)가 배열되는 컴포넌트 어레인지먼트를 도시한다. 광학 컴포넌트(2)는, 예컨대 발광 또는 수광 다이오드, 예컨대 레이저 다이오드 또는 포토다이오드이다. 실리콘으로 구성된 스페이서(3)가 제공된다. 커버 기판(4)이 스페이서(3) 상에 배열된다.
광학 컴포넌트(2)는 예시적인 실시예에서 서브마운트(5), 예컨대 실리콘 탄화물 또는 알루미늄 질화물로 제조된 서브마운트에 장착된다. 대안적으로, 광학 컴포넌트(2)는 캐리어 기판(1) 상에 직접 배열될 수 있다. 광학 컴포넌트(2)는 예컨대, 금 및 주석의 공융 납땜에 의해 캐리어 기판(1) 상에 직접 또는 서브마운트(5) 상에 장착된다. 그러나 금 또는 인듐 본딩 또는 소결 본딩과 같은 다른 프로세스들이 또한 사용될 수 있다. 칩은 와이어 본드들과 결합된 접지 접촉 또는 와이어 본드들과의 접촉에 의해 플립-칩 프로세스에 의해 장착될 수 있다.
실리콘 스페이서(3)는 약 9.7° 만큼 경사진 실리콘 단결정으로부터 100 결정 배향(오프-배향됨(offoriented))으로 이방성 KOH 에칭에 의해 생성된다. 결과적으로, 표면에 대해 약 45°각도의 기울기(6)를 갖는 111 결정 평면이 형성된다. 대향하는 평면은 그 후, 약 64.5°각도를 형성한다. 측(side)의 결정 평면들은 예컨대, 약 55.3°의 각도를 가질 수 있다.
이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 스페이서(3)는 도시된 실시예에서 금속 미러 코팅(6a)을 갖는다. 대안적으로, 다른 광학(광 반사) 층, 예컨대 특정 파장들에 대한 유전체 미러가 제공될 수 있다. 선택적인 금속 미러 코팅(6a)에 대해, 알루미늄은 UV 범위에서, 은은 가시 범위에서, 그리고 금은 IR/NIR 범위에서 사용된다. 금속성 구리 미러 코팅은 "적색" 파장 범위(약 600nm보다 큰 파장들)에서 유리하다. 대안적으로, 캐비티의 기울어진 측벽들은 또한 다른 코팅들을 갖도록 제공될 수 있다. 예컨대, 45°와 상이한 측벽들에는 설치 공간에서의 반사들을 회피하기 위해 원하는 파장 범위에 대해 특히 불투명한/광 흡수 층이 제공될 수 있다.
45°로 경사지고 위에서 설명된 습식 화학적 에칭 프로세스에 의해 생성된 자연 성장 단결정 111 평면들(광 반사 표면들/미러 표면들)은 기계 가공 또는 건식 에칭 방법들과 같은 다른 생성 방법들에 비해 매우 부드럽다. 이는 매우 낮은 산란 및 낮은 손실로 빔의 편향을 발생시킨다.
캐리어 기판(1) 상에 장착된 광학 컴포넌트(2)는 측-방출(side-emitting) 컴포넌트 예컨대, 레이저 다이오드일 수 있다. 45°의 기울기(6)는 광학 컴포넌트(2)로부터 수평으로 측방향으로 빠져나가는 광이 적절한 편향에 의해 수직으로 방출되는 것을 가능하게 한다.
커버 기판(4)은, 예컨대, 보로실리케이트 유리 이를테면, Schott AG로부터의 Borofloat33 또는 Mempax, 석영 유리, 사파이어 유리 또는 또한, 다른 유리들 이를테면, Schott AG로부터의 AF32, D263T, BK7 또는 B270; Corning으로부터의 Eagle XG 또는 Pyrex; Hoya로부터의 SD2 또는 Asahi로부터의 EN-A1로 구성될 수 있다. 커버 기판(4)은 또한 예컨대, IR 범위의 애플리케이션들을 위해 실리콘 또는 게르마늄으로 구성될 수 있다. 커버 기판(4)은 부가적으로, 기판 코팅, 예컨대 반사 방지 또는 필터 코팅을 가질 수 있다. 코팅들은 단면 또는 양면으로 상이한 파장 범위들에 대해 설계되고 필요한 경우 구조화될 수 있다. 또한, 예컨대, 어퍼처들을 형성하기 위해 파장 범위들에 대해 불투명한 구조화된 코팅들이 사용될 수 있다.
또한, 광학 엘리먼트들의 통합 예컨대, 커버 기판(4) 상의 렌즈가 일 실시예에서 제공될 수 있다. 예컨대, 중합체, 유리들 또는 다른 유리 유사 재료들, 실리콘 또는 게르마늄(도 18 참조)으로 제조된 볼록 렌즈들이 여기서 고려될 수 있다. 미세구조 프레넬 렌즈들의 사용이 또한 가능하다.
캐리어 기판(1)에서, 하나 이상의 본딩 연결부들(2a)에 연결되는 관통 접촉부들(7)이 광학 컴포넌트(2)의 전기적 접촉을 위해 제공된다. 본 실시예의 본딩 연결부(2a)에 추가하여, 접지 접촉부(2b)가 제공되며, 이는 또한 관통 접촉부(7)에 연결된다. 후방 측의 접촉부들(8)은 예컨대, 주석-은 웨이브 납땜에 의해 SMD 구조에 추후에 장착이 가능하다.
캐리어 기판(1)은 예컨대, 실리콘, 세라믹들 이를테면, 알루미늄 질화물, 실리콘 탄화물, 알루미늄 산화물, LTTC 세라믹들(Low Temperature Cofired Ceramics) 또는 HTCC 세라믹들(High Temperature Cofired Ceramics), 유리 또는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판들로 구성될 수 있다. 또한, 금속 기판들, 예컨대 구리, 알루미늄 또는 다른 금속들로 제조된 IMS(Insulated Metal Substrates)의 사용이 제공될 수 있다. FR4와 같이 플라스틱들로 제조된 캐리어 기판들의 사용이 또한 고려 가능하다.
스페이서(3)와 캐리어 기판(1) 사이의 연결(9)이 예컨대, 솔더 본드에 의해, 바람직하게는 공융 본드에 의해 이루어질 수 있다. 이를 위해, 금과 주석, 구리와 주석, 금과 게르마늄, 주석과 은, 금과 인듐, 구리와 은, 은이 섞인 주석과 구리 또는 금과 실리콘과 같은 적절한 공융 조성물과의 금속 조합이 스페이서(3)의 후방 측 또는 캐리어 기판(1)에 적용된다. 이는, 추후의 납땜 프로세스에서 스페이서(3)와 캐리어 기판(1) 사이에 공융 결합 페이즈를 형성한다. 캐리어 기판(1) 또는 스페이서(3) 상의 금속 조합들의 층 접착을 가능한 한 양호하게 달성하기 위해, 순수 티타늄, 텅스텐 티타늄 또는 또한, 텅스텐 티타늄 질화물의 층이 적용된 금속 스택 아래에 배열될 수 있다. 후자는 금과 관련하여 확산 장벽을 제공하는 이점을 갖는다. 결합 파트너에는 납땜 프로세스 동안 형성되는 결합 페이즈의 양호한 습윤을 보장하기 위해 결합 프로세스를 위한 카운터 금속화부가 제공되어야 한다.
원칙적으로, 납을 함유하는 땜납들이 캐리어 기판(1) 및 스페이서(3)를 결합하기 위해 또한 사용될 수 있다. 은 또는 금 소결과 같은 소결 프로세스가 결합을 위한 추가의 방법으로서 제공될 수 있다.
또한, 실제 결합 페이즈 아래에 합금 정지부로서 알려진 것을 배치하기 위해 예컨대, 얇은 금속 층들이 제공될 수 있다. 예컨대, 금 및 주석을 사용한 공융 본딩의 경우에, 백금, 니켈 또는 크롬 및 니켈의 합금들의 층들이 이러한 목적에 적합하다.
Ra < 1nm의 매우 높은 표면 품질들을 사용함으로써, 직접 본딩 방법이 또한 사용될 수 있다. 이는 본드 파트너들의 표면 성질과 관련하여 소수성 또는 친수성인 직접 융합 본드일 수 있다. 두 본드 파트너들이 먼저, 프리본드를 통해 판데르발스(van der Waals) 본드들에 의해 서로 연결된다. 후속 어닐링 단계에서, 공유 본드(covalent bond)들이 그 후, 본드 인터페이스에 형성된다. 융합 본드는 또한 플라즈마-활성화될 수 있다. 이는, 어닐링 동안 온도 부하를 상당히 감소시키는 것을 가능하게 한다. 양극 본딩은 또한 추가의 직접 본딩 방법으로서 제공될 수 있다. 후자의 방법의 이점은, 본드 파트너들의 표면 품질 요건들이 융합 본딩에 비해 덜 까다롭다는 것이다.
설명된 방법들에 대한 대안으로서, 반응성 본딩 프로세스가 또한 사용될 수 있다. 반응성 본딩에서, 교호하는 금속 층들의 금속 스택이 적용된다. 전기 또는 레이저 유도 펄스는 2개의 본드 파트너들을 함께 "용접"하는 단기간의 고온 반응으로 이어진다. 예컨대, 팔라듐 및 알루미늄으로 제조되거나 구리 산화물 및 알루미늄으로 제조되는 금속 층들은 이중층 피리어드(bilayer period)들이다. 또한, 예컨대, 금과 인듐, 금과 주석 또는 구리와 주석의 금속 조합들과의 고체-액체 상호확산 본딩이 또한 가능하다. 이 방법에서, 본딩 프로세스는 하나의 본딩 파트너의, 다른 본딩 파트너로의 확산에 의해 어닐링 단계 동안 결정된다. 그 후, 실제 연결 페이즈는 나중에 더 높은 온도들에 저항한다. 대안적으로, 유리 프릿 본딩이 또한 제공될 수 있다.
예컨대, 스페이서(3) 및 커버 기판(4)의 연결(10)을 위해 직접 본딩 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법들은 예컨대, 양극 본딩 또는 융합 본딩이다. 양극 본드의 경우에, 알칼리 유리로 제조된 커버 기판에 대한 실리콘의 직접 결합이 제공될 수 있다. 대안적으로, 알칼리 유리로 제조된 커버 기판에 대한 알루미늄의 양극 결합이 또한 가능하다. 이 경우에, 45°미러 표면 상의 미러링은 구조화되지 않는데 즉, 실리콘 스페이서의 최상부 측은 알루미늄으로 완전히 코팅된다.
반응성 본딩 또는 접착제 본딩이 또한 사용될 수 있다. 또한, 여기에서 고체-액체 상호확산 본딩이 또한 가능하다. 레이저 용접은 부가적으로 스페이서와 커버 기판을 결합하는 데 적합하다. 여기에서, 2개의 기판들은 "광학 접촉"이 되고 그 후 레이저를 사용하여 함께 용접된다. 스페이서 및 커버 기판의 결합은 또한, 예컨대 금과 금, 구리와 구리 또는 알루미늄과 알루미늄의 금속 조합들의 열 압착 본드로서 실현될 수 있다.
본딩 방법에 의존하여, 하우징은 밀폐형 또는 준밀폐형이다.
도 2는 측방향으로 실현된 접촉을 갖는 광학 컴포넌트(2)의 어레인지먼트를 도시한다. 여기서, 도체 트레이스들(11)은 캐리어 기판(1)에 적용되고 스페이서(3) 아래에서 외향으로 유도된다. 스페이서(3) 및 실현된 접촉은 전기 절연 층(12)에 의해 서로 분리된다. 이 층은 예컨대, SiOx 또는 실리콘 질화물로 구성될 수 있다. 캡 및 보드 또는 절연 층 사이의 연결은 예컨대, 공융 금속 본드에 의해 설정된다.
도 3은 커버 기판(4)이 없는 컴포넌트 어레인지먼트를 도시한다. 이 경우에, 설치 공간(1a)은 예컨대, 에폭시 수지 또는 실리콘으로 채워지고 준밀폐형이다. 이 어레인지먼트는 예컨대, 단펄스 레이저들과 함께 사용될 수 있다. 캐리어 기판에 대한 연결은 또한, 접착제 본딩에 의해 이루어질 수 있다.
도 4는 또한 커버 기판이 없는 컴포넌트 어레인지먼트를 도시한다. 이 실시예에서, 설치 공간(1a)이 채워질 뿐만 아니라 전체 컴포넌트가 오버몰딩(overmold)된다.
도 5는 예컨대, 세라믹 패키지의 측-방출 컴포넌트의 어레인지먼트를 도시한다. 이 패키지에서, 단일의 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트(50)가 빔의 편향을 위해 설치 공간(1a)에 제공되고 미러 엘리먼트로서 역할을 한다. 이러한 유형의 어레인지먼트는 클래식 TO 하우징들에 대해 또한 제공될 수 있다.
도 6은 미러 프레임(60)의 이방성으로 에칭된 구조의 평면도를 도시한다. 상위 개구(61a)의 구역과 하위 개구(61b)의 구역 둘 모두에서, 결정의 경사로 인한 실리콘 내의 통로(61)는 사다리꼴이고, 일 방향으로 축방향으로 대칭적이다. 45°미러 평면을 갖는 더 긴 측 상의 코너 각도들은 각각 약 83.2°이다. 대향하는 더 짧은 측 상에서, 각도들은 각각 약 96.8°이다. 상위 및 하위 개구들(61a, 61b)의 에지들은 쌍들로 서로 평행하게 이어진다.
도 7a는 미러 프레임(70)의 이방성으로 에칭된 구조의 평면도를 도시한다. 이 경우에, 이방성 에칭 프로세스를 위한 마스킹 개구는 사다리꼴의 111 결정 평면들(도 6 참조)을 따라 선택되는 것이 아니라, 보상 구조로 형성된다. 결과적으로, 통로(71)에서, (하위 개구(71b)와 대조적으로) 에칭 피트(etch pit)의 상위 개구(71a)는 도 6에 비해 완전하게 사다리꼴이 아니라, 그의 범위가 일 방향에서 제한된다. 이러한 방식으로, 통로(71)의 측방향 치수를 감소시키고 따라서 실리콘 기판 상에 더 많은 수의 에칭된 구조들을 배열하는 것이 가능하다. 애플리케이션에 의존하여, 상이한 보상 구조들이 제공될 수 있다.
도 7b는 미러 프레임(70)의 다른 이방성으로 에칭된 구조의 평면도를 도시한다. 동일한 특징들에 대해, 도 7a에서와 동일한 참조 부호들이 도 7b에서 사용된다. 이 표현은, (상위 개구(71a)뿐만 아니라) 하위 개구(71b)에 대해, 형성된 사다리꼴은 통로(71)의 전체 폭에 걸쳐 연장되는 것이 아니라, 실질적으로 통로의 전체 폭의 적어도 2/3의 폭에 걸쳐 연장되는 방식으로, 마스킹 개구의 크기 및 형상이 선택되는 에칭된 실리콘 컴포넌트의 설계에 기초한다. 이 경우에, 경사진 결정으로 인해, 에칭 프로세스에 의해 상위 및 또한, 하위 개구들(71a, 71b)의 완전히 직선 측들(즉, 어떠한 굽은 구역들도 없이, 연속적인 사다리꼴 형상)을 생성하는 것이 가능하지 않다. 상위 및 하위 개구들(71a, 71b)(도 6 참조)의 구역에 평행한 에지들을 형성하기 위해, 포스트프로세싱을 제공하는 것이 가능하다. 적합한 기판 두께들로, 실리콘 웨이퍼 상의 에칭된 구조들의 수는 마스킹의 특정한 측방향 개구 크기들에 대해 추가로 증가될 수 있다.
도 8은 어레이(80)의 형태의 복수의 개구들의 어레인지먼트를 도시한다. 이러한 어레인지먼트의 결과로서, 복수의 컴포넌트들이 패널에서 동시에 캡슐화될 수 있고, 이에 따라 공간을 절약하고 예컨대, 컴포넌트 어레인지먼트의 광 수율을 증가시킨다. 이는 높은 광 출력을 갖는 시스템들에 대해 특히 유용하다. 어레이(80)는 45°미러 표면을 갖는 캡슐화 패널로서 커버 기판과 결합하여 또는 단지 45°미러 표면을 갖는 스페이서들(3)로만 구성된 패널로서 설계될 수 있다.
도 9는 45°미러 표면을 갖는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 원주 스페이서(3)를 도시한다. 이 실시예에서, 스페이서(3)는 광 빔이 패키지를 중앙에서 빠져나가거나 진입할 수 있는 방식으로("중앙 방출") 설계된다. 이러한 스페이서들(3)은 또한 캡슐화로서 커버 기판을 갖도록 설계될 수 있다(도 10 참조).
도 10은 45°미러 표면 및 커버 기판을 갖는 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 스페이서(3)로 구성된 반제품을 도시한다. 캐리어 기판(1)에 결합하기 위해, 구조화된 본딩 표면 예컨대, 금속화부가 제공될 수 있다. 스페이서(3) 및 캐리어 기판(1)을 연결하기 위한 이러한 어레인지먼트 및 대응하는 방법들의 상이한 실시예들이 도 1에 대한 실시예들에서 설명된다. 이는 스페이서(3) 및 커버 기판의 결합에 유사하게 적용된다.
도 11은 도파관을 커플링하기 위해 45°미러 표면을 가진 실리콘 엘리먼트 예컨대, 유리 섬유가 사용되는 어레인지먼트를 도시한다. 이러한 방식으로, 광은 패키지에서 언커플링되거나 다른 도파관에 커플링될 수 있다(신호의 재지향).
도 12는 예컨대, 세라믹 패키지에서, 측-방출 컴포넌트 예컨대, 레이저 다이오드 또는 LED의 어레인지먼트를 도시한다. 도 5와 비교하여, 이 실시예에서, 45°미러 표면들을 갖는 복수의 실리콘 엘리먼트들의 배치가 제공된다. 이는 측-방출 컴포넌트가 다수의 방향들로 측방향으로 광을 방출하는 경우에 유리하다. 예컨대, 패키지에 설치된 다른 모니터 포토다이오드를 통해 레이저 다이오드를 교정하기 위해, 일 방향의 측방향으로 방출되는 광 빔들이 또한 제공될 수 있다.
도 13은, 컴포넌트들(130, 131)이, 인접하고 별개로 형성된 설치 공간들(132, 133)에 배열되는 어레인지먼트를 도시한다. 이 실시예에서, 컴포넌트들(130, 131)은 웨이퍼 레벨에서 패키징된다. 이를 위해, 예컨대 실리콘으로 제조된 캐리어 기판이 제공될 수 있다. 실리콘 캐리어 기판(1)에는 관통 접촉부들(7)이 준비된다. 관통 접촉부들(7)은 예컨대, 건식 또는 습식 에칭에 이어, 전기도금 프로세스에 의한 홀들의 금속 충전으로 실현될 수 있다. 또한, 컴포넌트에 대한 접촉부들이 캐리어 기판의 전방 측 상에 제공되고 SMD 기술에서 추후 장착을 위한 접촉부들이 후방 측 상에 제공된다. 관통 접촉부들의 전기 절연을 위해, 실리콘으로 제조된 캐리어 기판(1)이 접촉부들의 생성 및 전기 도금 이전에 무기 층에 의해 패시베이팅되는 것이 제공될 수 있다. 이를 위해, 실리콘의 열 산화, 예컨대 절연 층들의 증착을 위해 LPCVD 프로세스 또는 다른 CVD 프로세스들(예컨대, PECVD 플라즈마 강화 CVD)에서 질화물 층의 증착이 고려 가능하다. 관통 접촉부들의 금속 충전의 전기 도금 이전에, 전기 전도성 시드 층이 이전에 증착된 패시베이션 층에 적용되어야 한다. 이는 예컨대, 스퍼터링 프로세스들로 행해질 수 있다.
이 실시예에서, 매우 다수의 컴포넌트들이 먼저, 웨이퍼 또는 직사각형 패널 형태로 존재할 수 있는 준비된 캐리어 기판(1) 상에 직렬로 장착되고 그 후 웨이퍼 레벨에서 또는 패널로서 캡 웨이퍼 또는 캡 어레이를 적용함으로써 추가의 단계에서 결합된다. 이러한 방식으로, 매우 다수의 캡슐화된 컴포넌트들이 동시에 형성된다. 개별 패키지들은 그 후 합성물이 분리될 때 제공된다.
도 14는 스페이서(3)가 100 배향으로 경사지지 않는 단결정의 실리콘으로부터 이방성 습식 화학적 에칭에 의해 생성되는 어레인지먼트를 도시한다. 결과적으로, 111 결정 평면들은 모두 약 54.7°의 각도로 형성된다. 이 실시예에서, 다수의 방향들로 패키지로부터의 상향 광 방출이 선호된다. 도 13에서 이전에 설명된 바와 같이, 생성은 또한 웨이퍼 레벨 패키징을 통해 패키징되는 것으로 표현될 수 있다.
도 15는 스페이서(3) 및 캐리어 기판(1)이 완전히 일 편의 실리콘으로 제조되는 어레인지먼트를 도시한다. 이 방법에서, 이방성 습식 화학 구조화에 의해 전방 측 상의 실리콘 기판 내에 캐비티가 에칭된다. 이 캐비티는 후방 측 상에서 건식 에칭된 관통 접촉부들에 연결된다. 실리콘 기판(1)은 도 13에 대해 설명된 바와 같이 전기적으로 절연된다.
도 16은 스페이서(3) 및 캐리어 기판(1)이 완전히 일 편의 실리콘으로 제조되는 어레인지먼트를 도시한다. 이 방법에서, 이방성 습식 화학 구조화에 의해 전방 측 상의 실리콘 기판 내에 캐비티가 에칭된다. 이 캐비티는 후방 측 상에서 관통 접촉부들(7)(이는 도 15와 달리 이방성 습식 화학적 에칭에 의해 생성됨)에 연결된다. 실리콘 기판(1)은 도 13에서 설명된 바와 같이 전기적으로 절연된다.
도 17은 설치 공간이 건식 에칭 방법들을 사용하여 대략 수직으로 먼저 에칭되는 어레인지먼트를 도시한다. 후속 습식 화학 이방성 에칭 단계에서, 미러 평면으로서 사용될 수 있는 45°표면이 그 후 형성된다. 이 설계의 이점은 상이한 에칭 방법들을 결합함으로써 기판의 영역 커버리지가 추가로 증가될 수 있다는 것이다.
도 18은 렌즈 어레인지먼트(180)가 커버 기판(4) 상에 추가로 배열되는 컴포넌트를 도시한다. 이 실시예는 도 1과 관련하여 더 상세히 설명된다.
도 19는 45°의 미러 평면이 원주 스페이서(3)(실리콘 프레임) 상에 제공되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다. 마찬가지로 45°의 경사면(191)을 갖는, 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 추가의 엘리먼트(190)는, 캡이 거기에 장착되기 전에 캐리어 기판(1) 상에 배열된다. 경사면(191)과 관련하여, 도시된 실시예에서 미러 코팅(191a)을 갖는 광 반사 표면이 제공된다.
도 20은 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 스페이서(3)의 하위 개구(200)가, 도시된 예에서 실질적으로 수직으로 배향되는 챔퍼(201)를 갖도록 설계되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다. 한편으로, 이는 설치 공간(1a)의 감소 및 이에 따른 패키지의 전체 크기의 감소의 이점을 갖고, 다른 한편으로, 측-방출 컴포넌트가 광 반사 미러 표면에 더 가깝게 배열될 수 있게 한다. 이는, 제공된 미러 표면 상에서 가능한 빔 발산에 의해 확대되는 광 빔의 영향에 유리하다. 이러한 방식으로, 컴포넌트로부터 측방향으로 빠져나가는 광은 설치 공간(1a)으로부터 훨씬 더 효율적으로 안내될 수 있고 컴포넌트 높이는 추가로 더욱 감소될 수 있다. 이 실시예에서, 스페이서(3)의 하위 개구(200)에서의 챔퍼(201)는 예컨대, 건식 에칭 프로세스에 의해 실현된다. 그러나, 스페이서(3)의 습식 화학적 오버에칭에 의해 챔퍼(201)를 달성하는 것이 또한 제공될 수 있는데, 그 이유는, 이방성 에칭 프로세스에서, 100 배향과 관련하여 실질적으로 수직인 결정 평면들이 실리콘 스페이서(3)의 볼록한 에지들에서 달성되기 때문이다.
도 21은 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로서 설계된 스페이서(3)의 하위 개구(210)가 스페이서(3)의 표면에 대해 언더컷(211)을 갖도록 설계되는 컴포넌트 어레인지먼트의 개략도를 도시한다. 이는 도 20에 대해 이미 설명된 것과 동일한 이점들을 제공한다. 언더컷(211)은 한편으로는, 적합한 건식 에칭 프로세스들에 의해 도 20에서 설계된 바와 같이 달성될 수 있고, 다른 한편으로는 스페이서(3)의 후방 측의 습식 화학 이방성 에칭이 제공되며, 개구 및 이에 따른 언더컷(211)은 대응하는 마스킹에 의해 미리 결정된다.
위의 설명, 청구항들 및 도면에서 개시된 특징들은 개별적으로 또는 임의의 결합으로 다양한 실시예들을 실현하는 것과 관련될 수 있다.

Claims (15)

  1. 컴포넌트 어레인지먼트(component arrangement)로서,
    캐리어 기판;
    설치 공간을 둘러싸도록 상기 캐리어 기판 상에 배열되고, 상기 캐리어 기판을 등진 측 상에 아웃렛 개구(outlet opening)를 갖는 스페이서;
    상기 설치 공간에 배열되는 광학 컴포넌트;
    상기 설치 공간 외부에 배열된 외부 접촉부들에 상기 광학 컴포넌트를 전기 전도성으로 연결하는 접촉부 연결(contact connection);
    상기 스페이서 상에 배열되고, 상기 아웃렛 개구가 투광성(light-permeable) 방식으로 커버되게 하는 커버 기판; 및
    광 반사 표면 상으로 수평 방향으로 방사된 광이 상기 개구 및 상기 커버 기판을 통해 수직 방향으로 방사될 수 있고 그 반대로 방사될 수 있는 방식으로, 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트 상에 형성되고 그리고 상기 설치 공간을 향하는 상기 캐리어 기판의 표면에 대해 약 45°의 각도로 경사진 표면으로서 상기 설치 공간에 배열되는 상기 광 반사 표면을 포함하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트는 상기 스페이서에 의해 둘러싸인 설치 공간에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트로 적어도 부분적으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 설치 공간을 향하고 상기 광 반사 표면을 갖는 구역 외부에 배열되는, 상기 스페이서의 제1 벽 표면은 45°와 상이한 제1 각도로 상기 수직 방향에 대해 경사지는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 벽 표면과 상이하고 상기 설치 공간을 향하고 상기 광 반사 표면을 갖는 구역 외부에 배열되는, 상기 스페이서의 제2 벽 표면은, 상기 제1 각도와 상이한, 45°와 상이한 제2 각도로 상기 수직 방향에 대해 경사지는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 커버 기판은 상기 설치 공간을 적어도 부분적으로 채우는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광 반사 표면은 표면 측 미러 코팅을 갖는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 컴포넌트는 광이 상기 수평 방향으로 빠져나가고/진입할 수 있는 측방향 광학 아웃렛/인렛을 갖는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 컴포넌트는 상기 캐리어 기판 상에 배열되는 서브마운트(submount) 상에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트.
  10. 컴포넌트 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법으로서,
    이방성 에칭에 의해 실리콘 단결정으로부터 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트를 생성하는 단계 ― 상기 실리콘 단결정은 약 45°의 기울기(slope)를 갖는 111 결정 평면이 형성되도록 100 결정 배향에 대해 약 9.7° 만큼 경사짐 ― ; 및
    상기 이방성으로 에칭된 실리콘 컴포넌트를 사용하여 제1 항 내지 제9 항 중 적어도 하나에 따른 컴포넌트 어레인지먼트를 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 약 45°의 기울기를 갖는 111 결정 평면을 갖는 컴포넌트 어레인지먼트에 광 반사 표면이 형성되는,
    컴포넌트 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법.
  11. 제1 항 내지 제9 항 중 적어도 하나에 따른 컴포넌트 어레인지먼트, 및 상기 컴포넌트 어레인지먼트가 수용되는 하우징을 갖는 패키지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 하우징에 대해, 상기 하우징의 최상부 측에서 볼 때, 상기 아웃렛 개구의 구역의 실질적으로 중앙 광 출구/입구가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    컴포넌트 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법.
  13. 제11 항 또는 제12 항에 따른 복수의 패키지들의 평면 어레인지먼트를 갖는 패키지 어레인지먼트.
  14. 제10 항 또는 제11 항에 따른 패키지를 생성하기 위한 방법으로서,
    상기 패키지는 웨이퍼 레벨 패키징에 의해 생성되는,
    패키지를 생성하기 위한 방법.
  15. 제13 항에 따른 패키지 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법으로서,
    상기 패키지 어레인지먼트는 웨이퍼 레벨 패키징에 의해 생성되는,
    패키지 어레인지먼트를 생성하기 위한 방법.
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