KR20220024776A - 패키지를 위한 구성요소 조립체를 제조하기 위한 방법, 구성요소 조립체를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법, 구성요소 조립체, 및 패키지 - Google Patents

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울리 한센
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엠에스지 리쏘글라스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 패키지를 위한 구성요소 조립체를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은, - 폴리싱된 웨이퍼 표면(6)을 가지는 반도체 재료로 제조된 웨이퍼(1)를 제공하는 단계; - 이방성 에칭에 의해 웨이퍼에 개구(2, 3)를 형성하는 단계 ─ 이방성으로 에칭된 표면(4)은 개구(2, 3)의 구역에서 제조됨 ─ ; - 상기 이방성으로 에칭된 웨이퍼로부터 구성요소(9)를 다이싱하는 단계 ─ 다이싱된 구성요소는 다음의 영역들: 폴리싱된 웨이퍼 표면(6)의 표면 부분의 구역에 형성되는 광학 영역(7), 및 - 이방성으로 에칭된 표면(4)의 구역에 형성되는 장착 영역(5)과 함께 제조됨 ─ ; 및 - 이방성으로 에칭된 표면(4)이 기판 표면(11)에 본딩되도록, 장착 영역(5)을 사용하여 캐리어 기판(12)의 기판 표면(9) 상에, 다이싱된 구성요소(9)를 장착하는 단계를 포함하며, 광학 표면(7)은 경사 노출된 영역으로서 배열된다. 구성요소 조립체 및 구성요소 조립체를 가지는 패키지가 또한 제공된다.

Description

패키지를 위한 구성요소 조립체를 제조하기 위한 방법, 구성요소 조립체를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법, 구성요소 조립체, 및 패키지
본 발명은 패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법, 구성요소 배열체를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법, 구성요소 배열체, 및 패키지에 관한 것이다.
구성요소 배열체들에 대해, 예를 들어, 구성요소들 또는 요소들, 예를 들어, 광을 방출하거나 수신하는 광학 요소들을 하우징에 배열하는 것이 공지되어 있다. 구성요소 배열체는 패키지, 즉 일반적으로 케이싱 또는 연결 지점들을 포함하는 구성요소 배열체를 수용하는 하우징의 형성부를 제조하는데 사용될 수 있다.
이러한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법은 예를 들어, 문헌 WO 2011/035783 A1에 공지되어 있다. 요소가 배열되는 설치 공간을 스페이서가 둘러싸는 방식으로, 스페이서가 캐리어 기판 상에 배열된다. 스페이서 상에 커버 기판을 배열함으로써, 설치 공간이 폐쇄된다. 커버 기판은, 광이 방출되거나 수신될 수 있는 반투명 유출 개구를 제공할 수 있다. 설치 공간을 향해 지향되는 스페이서의 벽 표면들에는 광-반사 미러 코팅을 제공하기 위해 금속 코팅이 제공될 수 있다.
WO 2016 / 055520 A1은 저부 표면 및 측벽을 가지는 공동을 가지는, 캐리어를 포함하는 하우징을 가지는 레이저 요소를 위한 패키지의 제조를 설명한다. 공동은 저부 표면으로부터 시작하여 팽창된다. 공동에서, 레이저 칩은 저부 표면 상에 배열되며, 레이저 칩의 방출 방향은 저부 표면에 평행하게 배향된다. 저부 표면과 측벽 사이의 에지 상에 접하는 반사 요소는 또한 공동에 배열된다. 반사 요소의 반사 표면은 공동의 저부 표면에 대해 45도의 각도를 포함한다. 방출 방향은 또한 반사 요소의 반사 표면에 대해 45도의 각도를 포함한다.
구성요소 배열체는 WO 2017 / 149573 A1로부터 추가로 공지되어 있다.
US 7 177 331 B2에서, 레이저 다이오드는 소위 TO 패키지에 내장된다.
본 발명의 목적은 구성요소 배열체 및 패키지뿐만 아니라 패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 그리고 패키지를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이며, 이 방법에서, 광학 기능 표면은 보다 효과적인 방식으로 그리고 광학 특성들에 대해 개선된 품질로 제조될 수 있다.
독립항 제1 항 및 제11 항에 따른, 패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법 및 구성요소를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법은, 본 목적을 해결하기 위해 제공된다. 더욱이, 독립항 제12 항에 따른 구성요소 배열체 및 독립항 제13 항에 따른 패키지가 제공된다. 실시예들은 종속항들의 청구 대상이다.
양태에 따르면, 패키지(package)를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법이 제공되며, 본 방법은, 폴리싱된 웨이퍼 표면(polished wafer surface)을 가지는 반도체 재료로 제조된 웨이퍼를 제공하는 단계 ─ 이방성으로 에칭된 표면은 개구의 구역에서 제조됨 ─ ; 이방성 에칭(anisotropic etching)에 의해 웨이퍼에 개구를 형성하는 단계; 이방성으로 에칭된 웨이퍼로부터 구성요소를 분리하는 단계 ─ 분리된 구성요소는 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분의 구역에 형성되는 광학 표면, 및 이방성으로 에칭된 표면의 구역에 형성되는 장착 표면을 가지도록 제조됨 ─ ; 및 장착 표면을 사용하여 캐리어 기판의 기판 표면 상에, 이방성으로 에칭된 표면을 기판 표면에 본딩되는(bonded) 방식으로, 분리된 구성요소를 장착하는 단계를 포함하며, 광학 표면은 경사 노출된 표면으로서 배열된다.
더욱이, 이러한 구성요소 배열체를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법이 제공되며, 본 방법에서, 적어도 분리된 구성요소가 수용되는 하우징 구성요소에 의해 하우징이 제조된다.
추가의 양태에 따르면, 반도체 재료로 제조된 웨이퍼로부터 분리되어 있는 구성요소 배열체에는 캐리어 기판 및 그 위에 배열되는 구성요소가 제공된다. 부품은 이방성으로 에칭된 표면에 장착 표면을 가지며 장착 표면을 사용하여 캐리어 기판의 기판 표면에 장착된다. 구성요소는 웨이퍼의 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분에서 광학 표면이 경사 노출된 표면으로서 배열되는 광학 표면을 갖는다.
더욱이, 이러한 구성요소 배열체를 가지는 패키지가 제공되며, 하우징은 하우징 구성요소에 의해 형성되며, 하우징에, 적어도 구성요소가 수용된다.
광학 표면은, 입사 광 빔들에 대해 적어도 부분적으로 광-반사, 광-분산 및/또는 광-흡수하도록 형성될 수 있다. 광학 표면은 또한, 입사 광을 편광(광편광)시키도록 형성될 수 있다.
이방성 에칭은 습식 화학적 에칭에 의해, 예를 들어 가성 칼륨(caustic potash)(KOH)으로의 에칭에 의해 실행될 수 있다. 이방성 에칭을 위한 추가의 유용한 에칭 용액들은, 예를 들어 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 또는 특히 실리콘과 조합된, 피로카테콜 및 피라진의 혼합물(EDP, 에틸렌디아민-피로카테콜)과 에틸렌디아민 및 물의 혼합물이다. 그러나, 건식 에칭이 또한 사용될 수 있다.
이방성으로 에칭된 평면들의 표면 마감(surface finish)을 개선하기 위해, 하나 또는 복수의 첨가제들, 예를 들어, 염들이 에칭 용액에 부가될 수 있다. 이소프로판올과 같은 알코올 기반 첨가제들은 또한 여기에 사용될 수 있다. 보충제들은 또한 에칭될 결정 평면들의 에칭 속도들의 선택성을 증가시킬 수 있다.
폴리싱된 표면 자체는, 즉, 그 위에 층 재료를 증착하거나 배열하지 않고 광학 표면을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
광학 표면이 광학 기능 표면을 가지도록 제조될 수 있으며, 이에 의해 광학 기능 층은, 폴리싱된 웨이퍼 표면의 광학 특성들은 표면 부분에서 변경되는 방식으로 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분에 적용된다. 광학 기능 층(광학 기능 층에 의해, 광학 기능 표면이 폴리싱된 웨이퍼 표면의 구역에 형성됨)은, 특별히 광학 기능 층이 없이, 즉, 폴리싱된 웨이퍼 표면의 상태에서 이의 광학 특성들에 대해 표면 부분의 광학 특성들을 변경시킨다. 광학 기능 층에 의해, 상이한 광학 특성들, 특히 광-반사, 광-흡수 및/또는 광-분산에 대한 거동은 표면 부분에 제공될 수 있다. 광학 기능 표면은 입사 광 빔들에 대한 적어도 부분적으로 광-반사, 광-분산 및/또는 광-흡수하도록 형성될 수 있다. 폴리싱된 웨이퍼 표면의 구역에서의 광학 기능 표면의 제조는, 이에 의해 광학 기능 층이 기판, 즉 폴리싱된 웨이퍼 표면 상에 적용되는 이점을 가지며, 이 폴리싱된 웨이퍼 표면은 재현가능한 방식으로 특히 이의 평활도(smoothness)에 관한 요망되는 표면 특성들을 가지는 웨이퍼 레벨 상으로 제조될 수 있다.
광학 기능 층을 가지는 광학 기능 표면은 분리 전에 웨이퍼 레벨에 적용될 수 있다. 복수의 개별 광학 기능 표면들은 폴리싱된 웨이퍼 표면의 구역에서 웨이퍼 레벨로 제조될 수 있으며, 이 폴리싱된 웨이퍼 표면은 그 후, 분리 동안 분리된 구성요소들에 대한 광학 기능 표면들로서 역할을 한다. 광학 기능 표면(들)을 웨이퍼 레벨로 적용하는 것에 대한 대안예로서, 광학 기능 표면은 분리 후에 제조될 수 있다.
광학 기능 표면은 미세구조화된 층을 가지도록 제조될 수 있다. 미세구조화된 층을 사용하여, 요망되는 광학 특성들을 갖는 광학 기능 표면 또는 층을 제공하는 것이 가능하다. 예를 들어, 미세구조화된 층이 포커싱/팽창 및/또는 분산 방식으로 입사 광 빔들을 반사하는 것이 의도될 수 있다. 미세구조화된 층의 구역에서, 프레넬 렌즈들은 적어도 일부 구역들에서 제공될 수 있다.
광학 기능 층을 형성하기 위해, 유리 또는 플라스틱과 같은 층 재료가 폴리싱된 웨이퍼 표면에 적용될 수 있다. 광학 기능 층의 미세구조화는, 예를 들어, 코팅 재료에서 하나 또는 복수의 렌즈들(예를 들어, 트로프(들))을 제조하기 위한 다음의 그룹: 형성, 엠보싱, 몰딩, 에칭, 3D 프린팅 및 플라즈마 처리로부터의 복수의 방법들에 의한 처리를 포함할 수 있다. 대안적으로, 폴리싱된 웨이퍼 표면은 예를 들어 적어도 하나의 렌즈를 제조하기 위해, 즉, 광학 기능 층을 적용하지 않고 웨이퍼 레벨로 처리될 수 있다. 그 후, 제조된 미세구조에는 다른 실시예들에서 미러 코팅이 제공될 수 있다.
광학 기능 층은 다층 시스템으로서 적용될 수 있다. 다층 시스템들은 광학 기능 층에 의해 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분의 구역에 제공되는 요망되는 광학 특성들의 형성을 추가로 지지한다. 예를 들어, 유전체 미러가 이러한 방식으로 적용될 수 있다. 이러한 또는 다른 미러 층들로, 예를 들어 알루미늄, 은, 구리 또는 금으로 제조된 금속 층을 미러로서 채택하도록 의도될 수 있다.
광학 기능 층은, 예를 들어, IR 스펙트럼 범위(IR - 적외선)의 적용들을 위해 빔-분할 기능으로 실행될 수 있다.
이방성으로 에칭된 표면은 폴리싱된 웨이퍼 표면에 대해 대략 45도의 경사각을 가지도록 제조될 수 있다. 광학 기능 표면은 캐리어 기판의 표면(및 폴리싱된 웨이퍼 표면)에 대해 약 45도의 경사각을 가질 수 있다. (예를 들어, 실리콘 결정의 100 배향을 위한 틸팅하는) 적절하게 제조된 결정들로, 대부분 임의의 경사각이 정밀하게 조정될 수 있다.
실리콘으로 제조된 웨이퍼는 이방성 방식으로 제공되고 그리고 에칭될 수 있다.
장착 표면은 장착 표면의 구역에 제조된 장착 기능 층을 가지도록 형성될 수 있다.
장착 기능 층은 납땜가능한 금속 코팅을 가지도록 제조될 수 있다. 분리된 구성요소를 캐리어 기판의 기판 표면 상에 장착할 때, 구성요소는 그 후, 납땜가능한 금속 코팅을 사용하여 납땜된다. 장착 기능 층은 접착 층을 가지도록 제조될 수 있다.
장착 기능 층은 분리 전에 웨이퍼 레벨로 적용될 수 있다. 이방성으로 에칭된 표면들의 구역에서, 복수의 별도 장착 기능 층들은, 분리 후, 이 장착 기능 층들이 상이한 구성요소들에 대한 개개의 장착 기능 층의 역할을 하는 방식으로 상이한 구역들에서 제조될 수 있으며, 이는 특정 분리된 구성요소를 장착하는 것을 가능하게 한다. 장착 기능 층이 이방성으로 에칭된 표면들의 상이한 부분들에서 제조되는 경우, 이는 분리 후 구성요소들을 제공하는 것을 가능하게 하며, 여기서, 광학 기능 표면은 폴리싱된 웨이퍼와 관련하여 상이한 경사각들을 갖는다. 이는 에칭 동안 발생하는 상이한 경사각들을 활용한다. 웨이퍼 레벨로 장착 기능 층(들)을 적용하는 것에 대한 대안예로서, 장착 기능 층은 분리 후에 제조될 수 있다.
패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법과 연관되어 이전에 설명된 구성들은, 패키지를 제조하기 위한 방법, 구성요소 배열체, 및 패키지와 연관되어 대응하여 제공될 수 있다.
구성요소 배열체 또는 패키지에서, 광학 기능 표면은 광학 요소, 예를 들어, 발광 다이오드에 의해 방출된 광 빔들을 구성요소 배열체 또는 패키지로부터 광 빔들이 방출되는 방식으로 재지향시키거나 반사시키는 역할을 할 수 있다. 대조적으로, 캐리어 기판 상의 분리된 구성요소 상의 광학 기능 표면은 외부로부터 수광(light-receiving) 또는 감광(light-sensitive) 요소, 예를 들어, 발광 다이오드 또는 트랜지스터까지 구성요소 배열체 상의 또는 패키지 상의 입사하는 광 빔들을 커플링하는데 활용될 수 있다. 광학 기능 표면을 가지는 분리 요소가 하우징에 수용되는 패키지의 경우에, 하우징 구성요소는, 광 빔들이 방출될 수 있고 그리고/또는 수신될 수 있는 광학 창을 갖는다.
제안된 기술을 사용하여, 수직 방향에서 약 45도 경사진 광학 기능 표면으로 패키지에 제공되는 설치 공간에서 수평 방향으로 그리고 그 반대로 통과하는 광 빔들을 재지향시키는 것이 가능하다. 광학 요소에 의해 방출된 광은 광학 창을 통해 광 빔들을 방출하기 위해 수평 방향으로부터 수직 방향까지 재지향될 수 있다. 대조적으로, 광학 창을 통해 수직 방향으로 입사하는 광은 광학 기능 표면에서 수평 방향으로 재지향될 수 있다.
패키지의 광학 부품은 발광 또는 흡광(light-absorbing) 구성요소, 예를 들어, 발광 다이오드 또는 흡광 포토다이오드(light-absorbing photodiode), 예를 들어, 애벌런치(avalanche) 포토다이오드, Si 포토멀티플러(photomultiplier) 또는 레이저 다이오드로 형성될 수 있다. 발광 구성요소는 예를 들어 선택적으로 존재하는 빔 발산(빔 확장)과 함께 강도 최대의 중심 방출로 지향되고 그리고 번들링된 형태로, 예를 들어, 실질적으로 지향된 레이저 방사의 형태로 광 빔들을 방출하도록 설계될 수 있다.
제안된 기술은, 수신될 방출되는 광 빔들의 출력 또는 광 빔들의 입력이 수직 방향으로 발생할 수 있는 방식으로, 광학 요소가 패키지의 설치 공간에 배열되는 것을 허용한다. (캐리어 기판의 표면을 참조하여) 수직 방향으로 광 빔들을 방출하기 위해, 종래 기술과는 대조적으로, 종래 기술(예를 들어 US 7 177 331 B2와 비교함)에서 의도된 바와 같이 설치 공간에 광학 요소를 직립 방식으로 배열하는 것이 필수적이지 않다. 제안된 기술을 사용하여, 구성요소 배열체 및 패키지의 높이는 감소될 수 있으며, 그리고 장착이 단순화될 수 있다.
접촉 연결부들은 캐리어 기판을 통한 관통 연결부를 가질 수 있으며, 외부 접촉부들은 캐리어 기판의 저부측 상에 배열될 수 있다. 설치 공간 밖으로 측방향으로 이어지는 접촉 연결부는, 예를 들어, 설치 공간을 향해 지향되는 캐리어 기판의 표면 상에, 특히 캐리어 기판과 스페이서 사이의 측방향으로 이어지는 접촉 연결부가 이를 통해 형성되는 방식으로 제공될 수 있다. 접촉 연결부는 복수의 개별 접촉 연결부들을 포함할 수 있다.
광학 요소는 캐리어 기판 상에 배열되는 서브마운트(submount) 상에 배열될 수 있다. 서브마운트는 예를 들어 실리콘 카바이드, 알루미늄 나이트라이드, 알루미늄 옥사이드 또는 실리콘으로 형성될 수 있다.
패키지를 제조하기 위해, 패키징은 패널에서 또는 웨이퍼 레벨에서 사용될 수 있다.
웨이퍼 레벨 프로세스들을 사용하여 제조할 때, 45도 경사진 광학 기능 표면을 가지는 단일 또는 복수의 요소들이 웨이퍼 레벨로 제조될 수 있다. 이점은, 많은 요소들이 웨이퍼 레벨로 동시에 제조될 수 있다는 점이다. 그 후, 개별 요소들, 예를 들어, 미러 요소들은 분리 후에 예를 들어 기판을 소잉(sawing) 함으로써 생성된다. 요소의 인클로저는 칩 또는 요소, 예를 들어 미러 요소를 가지는 광학 요소가 미리-장착되는 보드 상에 별도 캡을 배치함으로써 성취될 수 있다. 요소들은 또한 패널에 사전장착될 수 있으며, 즉, 복수의 요소들은 캐리어 기판 상에 이미 장착되며, 그 후, 이 요소들은 개별 캡들 또는 캡 어레이들을 적용함으로써 수납된다(구별된 패널은 웨이퍼 레벨로 제조된 캡 기판으로부터 복수의 캡 구조물들을 가짐).
이러한 맥락에서 사용되는 바와 같은 웨이퍼 레벨 패키징은, 웨이퍼 형태의 커버 기판으로 하나의 단계로 웨이퍼 상의 모든 구성요소들을 패킹(packing)("패키징")하는 것을 지칭한다. 이것이 요소들이 관통-연결된 기판, 예를 들어, 웨이퍼 형태의 실리콘 기판 상에 완전히 사전장착된 경우일 수 있으며, 그리고 그 후 모든 구성요소들은 캡 웨이퍼, 예를 들어 미러 요소를 가지는 광학 요소를 본딩함으로써 동시에 수납된다. 그 후, 개별 패키지들은 화합물을 후속하여 분리시킴으로써 생성된다.
패키지와 연관되어, 구성요소 배열체가 수용되는 하우징과 관련하여, 하우징의 상부 측면에 대해, 광이 실질적으로 유출 개구/유입 개구의 구역에서 중심으로 나가거나 진입하는 것이 제공될 수 있다. 이에 의해, 실질적으로 중심에 있는 발광/흡광이 패키지에 대해 실현된다.
특히 구역에서의 또는 유출 및/또는 유입 개구를 형성하기 위한 커버 기판은 예를 들어, 붕규산염 유리, 예를 들어 Schott AG로부터의 Bofofloat33 또는 Mempax, 석영 유리, 사파이어 유리 또는 Schott AG로부터의 AF32, D263T, BK7 또는 B270; Corning으로부터의 Eagle XG 또는 Pyrex; Asahi의 Hoya orEN-A1로부터의 SD2와 같은 다른 유리로 구성될 수 있다. 커버 기판은 또한, 예를 들어, IR 범위의 적용들을 위해 실리콘 또는 게르마늄으로 제조될 수 있다. 커버 기판은 또한, 기판 코팅, 예를 들어, 반사-방지 코팅을 가질 수 있다. 코팅들은 상이한 파장 범위들에 대해 설계될 수 있고 그리고 하나 또는 둘 모두의 측면들 상에서 실행될 수 있다. 필터 코팅들 및/또는 불투명한 애퍼처 구조물들은 또한, 상이한 파장 범위들에 대해 제공될 수 있다.
더욱이, 광학 요소들, 예를 들어 커버 기판 상의 렌즈의 통합은 실시예에서 제공될 수 있다. 예를 들어, 폴리머, 유리형 재료들, 실리콘 또는 게르마늄으로 제조된 볼록 렌즈들이 사용될 수 있다. 미세구조화된 프레넬 렌즈들의 활용이 또한 가능한다.
하나 또는 복수의 관통-연결부들이 광학 요소의 전기적 접촉을 위해 캐리어 기판에 제공된다. 후방측 접촉들은, 예를 들어, 주석/은 유동 납땜 또는 전기 전도성 접착제들로의 장착에 의해 SMD 설계에서 후속 장착을 허용한다.
캐리어 기판은, 예를 들어, 실리콘, 알루미늄 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 알루미늄 옥사이드와 같은 세라믹, LTTC 세라믹(저온 동시 소성 세라믹) 또는 HTCC 세라믹(고온 동시 소성 세라믹), 유리 또는 DBC(Direct Bonded Copper) 기판들로 구성될 수 있다. 더욱이, 금속 기판들, 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 다른 금속들로 제조된 IMS(Insulated Metal Substrates)의 활용이 제공될 수 있다. FR4와 같은 플라스틱 캐리어 기판들의 사용이 또한 고려가능하다. 캐리어 기판은 3D 구조화된 세라믹일 수 있다. 따라서, 이 경우에, 스페이서는 캡에서 형성되지 않을 수 있지만, 캐리어 기판에서 형성될 수 있다. 하우징을 폐쇄하기 위해, 세라믹 공동에 요소들을 장착한 후, 공동은, 플레이트렛(platelet)에 의해, 예를 들어, 유리 플레이트렛에 의해 폐쇄될 수 있다. 이 경우에, 세라믹 상부 측면 및 플레이트렛은 대응하는 납땜가능한 금속 코팅을 가지는 것이 일반적이다. 그러나, 특정 적용들에서, 접착제의 사용은 또한 여기서 제공될 수 있다.
광학 창/유리 플레이트렛은 유리 솔더 또는 레이저 용접 프로세스에 의해 세라믹/하우징에 연결될 수 있다. 광학 창은 (R) 렌즈로 또는 (R) 렌즈로서 설계될 수 있다. 이는, 전자기 복사가 시준되거나 분산된 방식으로 패키지로부터 출력되는 것을 허용한다.
캡 또는 하우징(또는 광학 창을 3D 세라믹 내로 삽입할 때)과 패키지의 캐리어 기판 사이의 연결은 예를 들어 솔더 본드, 바람직하게는 공융 본드에 의해 성취될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 바람직하게는 공융 조성을 갖는 금속 조합물(예를 들어, 금 및 주석, 구리 및 주석, 금 및 게르마늄, 주석 및 은, 금 및 인듐, 구리 및 은 또는 금 및 실리콘)이 캐리어 기판 또는 하우징 캡의 스페이서의 후방 측면에 적용되어, 납땜 프로세스에서 공융 연결 단계를 형성하고 그리고 스페이서를 캐리어 기판에 연결시킨다. 스페이서 및 캐리어 기판에는 납땜 프로세스를 위한 대응하는 베이스 금속 코팅이 제공된다. 예를 들어, 공융 결합을 위한 금속 조합물은 프리폼으로서 제공될 수 있다. 대안적으로, 금속 조합물은 결합 파트너들 중 하나에 페이스트(paste)로서 또는 갈바니 방식으로(galvanically) 적용될 수 있다.
예를 들어, 얇은 금속 시트들에 대해, 소위 합금 정지부는 실제 연결 단계 아래에 배열될 수 있다. 예를 들어, 백금 또는 니켈의 층들 또는 크롬 및 니켈의 합금들은 금 및 주석의 공융 결합에 대해 적합하다. 여기서 설명된 결합 층의 금속 조합물들은 또한, 납땜가능한 장착 기능 층을 위한 실행물로서 적합하다. 미러 및 보드의 연결부는 이전에 언급된 금속 조합물들과의 솔더 본드 또는 공융 본드에 의해 또한 달성될 수 있다. 주석/은 납땜들, 예를 들어, SAC305는 납땜 본드에 대해 사용될 수 있다.
직접 결합 방법은 또한 Ra ＜ 1nm의 매우 높은 표면 마감들을 활용함으로써 채택될 수 있다. 이는 본드 파트너들의 표면 특성들에 대해 소수성 또는 친수성 방식으로 실행되는 직접 융합 본드일 수 있다. 2개의 본드 파트너들은 처음에 프리-본드를 통해 반 데르 발스(van der Waals) 본드들에 의해 연결된다. 후속 어닐링(annealing) 단계를 통해, 그 후, 공유 결합들(covalent bonds)이 본드 인터페이스에서 형성된다. 융합 본드는 또한 플라즈마 활성화될(plasma activated) 수 있다. 이는 어닐링 동안 온도의 상당한 감소를 허용한다. 에노딕 본딩(anodic bonding)은 추가적인 직접 본딩 방법으로서 제공될 수 있다.
설명된 방법에 대한 대안예로서, 반응성 본딩 프로세스가 또한 사용될 수도 있다. 반응성 본드에서, 교대 층들의 금속 스택이 적용된다. 이 금속 스택은 예를 들어, 스퍼터링과 같은 증착 방법들에 의해 또는 호일(foil) 형태로 제공될 수 있다. 전기 또는 레이저-유도식 펄스는 2개의 본드 파트너들을 함께 "용접"하는 고열 반응의 단기 생성으로 이어진다. 예를 들어 팔라듐 및 알루미늄 또는 산화구리 및 알루미늄으로 제조되는 금속 층들은 이중층 주기들(bilayer periods)이다.
또한, 고체-액체 상호확산 본딩은 예를 들어 금 및 인듐, 금 및 주석 또는 구리 및 주석의 금속 조합들로부터 또한 가능한다. 이 방법에서, 어닐링 단계 동안의 본딩 프로세스는, 다른 본딩 파트너 내로의 하나의 본딩 파트너의 확산에 의해 결정된다. 실제 연결 단계는 그 후, 보다 높은 온도들에 저항한다. 더욱이, 영구 연결부들은 (예를 들어) 열적 압축 본딩에 의해 금과 금, 구리와 구리 또는 알루미늄과 알루미늄을 결합함으로써 제조될 수 있다. 유리 프리트 본딩(Glass frit bonding)은 또한 제공될 수 있다.
투명 기판들의 경우에서, 결합 표면들의 표면 마감이 대응한다면, 레이저 용접 방법은 캐리어 기판 및 스페이서를 연결시키기 위해 활용될 수 있다. 에폭시 수지들, 실리콘들 또는 다른 접착제들의 사용이 또한 고려가능하다.
예를 들어, 직접 본딩 방법이 스페이서 및 커버 기판을 연결시키기 위해 활용될 수 있다(예를 들어, 캡 웨이퍼를 제조함). 이러한 방법들은 예를 들어, 애노드 본드 또는 융합 본드이다. 반응성 본딩 또는 접착 본드가 또한 활용될 수 있다. 더욱이, 고체-액체 상호확산 본딩 또는 공융 납땜 본드가 또한 여기에 사용될 수 있다. 레이저 용접은 또한 스페이서 및 커버 기판을 결합하기 위해 적합하다. 이에 의해, 2개의 기판들은 "광학 접촉" 상태가 되고 그리고 그 후 레이저로 용접된다. 스페이서들 및 커버 기판들의 결합을 위해 또한 스페이서 및 캐리어 기판을 위한 이전에 언급된 결합 방법들 모두를 사용하는 것이 고려가능하다.
추가 실시예들은 도면들을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 단면의 웨이퍼의 개략도이다.
도 2는, 개구들이 웨이퍼 레벨로 이방성(anisotropic) 방식으로 이제 에칭되는, 단면의 도 1의 웨이퍼의 개략도이다.
도 3은 단면의 도 2로부터의 웨이퍼의 개략도이며, 장착 기능 층은 이방성으로 에칭되는 표면들의 구역의 웨이퍼 레벨로 제조되며 그리고 광학 기능 표면들은 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분들의 구역에 제조된다.
도 4는 도 3의 웨이퍼로부터의 분리에 의해 제조되는 분리된 요소이다.
도 5는 도 4로부터의 분리된 요소가 캐리어 기판 상에 장착되는 패키지의 개략적인 단면도이다.
도 6은 분리된 요소에 대한 상이한 실시예들의 개략도이다.
도 7은 광학 구성요소를 가지는 배열체의 개략도이며, 광학 구성요소의 방출된 광은 평탄 표면 상에서 반사된다.
도 8은 광학 구성요소를 가지는 배열체의 개략도이며, 광학 구성요소의 방출된 광은 평행 빔으로 변환된다.
도 9는 분리된 요소 및 광학 구성요소는 서브마운트의 오목부에 배열되는 패키지의 개략적인 단면도이며, 그리고
도 10은 분리된 요소 및 광학 구성요소가 서브마운트 상에 배열되는 패키지의 개략적인 단면도이다.
도 1은 단면의 웨이퍼(1)의 개략도를 도시한다.
도 2는 단면의 도 1로부터의 웨이퍼(1)의 개략도를 도시하며, 여기서 웨이퍼(1)는, 개구들(2, 3)이 형성되는 방식으로 이방성으로 에칭되며, 개구들은 도시된 실시예에서 관통-개구들로서 설계된다.
도 2의 웨이퍼(1)는 이방성으로 에칭된 표면들(4)을 가지며, 이 표면들에 대해, 특정 장착 기능 층(5)은 도 3에 따른 구역들에서 적용되며, 특정 장착 기능 층은 도시된 실시예에서 납땜가능한 금속 코팅으로 형성된다. 도 3에 따르면, 6개의 광학 기능 표면들(7)은 또한, 예를 들어 다층 시스템으로서 특정 광학 기능 층(8)을 적용함으로써 폴리싱된 웨이퍼 표면의 구역에서 제조된다. 광학 기능 뷰(optical functional view)(8)에 의해, 예를 들어 유전체 미러가 제공될 수 있다. 광학 기능 표면(7)에 의해, 폴리싱된 웨이퍼 표면(6)의 광학 특성들은 광학 기능 층(8)이 없는 상태와 비교하여, 예를 들어 광 반사, 광 분산 및/또는 광 흡수에 관해 변경된다. 광학 기능 층(8)은 예를 들어 광학 기능 표면(7)에 프레넬 렌즈들(Fresnel lenses)을 제공하기 위해 미세구조화될 수 있다. 이러한 미세구조화는, 플러싱된 웨이퍼 표면(6)이 충분히 매끄러운 기판을 제공하기 때문에 가능하다.
그 후, 도 4에 따르면, 웨이퍼(1)를 분리함으로써 요소 또는 구성요소(9)가 제조된다.
분리된 요소(9)는 그 후, 납땜에 의해 캐리어 기판(12)의 기판 표면(11) 상의 패키지(10)에 도 5에 따라 장착될 수 있으며, 이에 의해, 장착 기능 층(5)의 납땜가능한 금속 코팅은 캐리어 기판(12) 상에 분리된 요소(9)를 장착하는데 사용된다.
광학 기능 표면(7)은 기판 표면(11)에 대한 예를 들어 약 45도의 경사각을 가지는, 도 5에 따른 노출된 표면으로서 배열된다. 단일 또는 멀티-피스 설계일 수 있는 하우징 구성요소(13)의 경우, 기판 표면(11) 상에 또한 장착되는 광학 구성요소(15)뿐만 아니라 분리된 요소(9)가 예를 들어 납땜 또는 본딩(bonding)에 의해 배열되는 설치 공간(14)이 제공된다. 멀티-피스 설계의 경우에, 하우징 구성요소(13)는 예를 들어 스페이서들(13a, 13b) 및 커버 구성요소 또는 커버 기판(13c)으로 형성된다.
광학 기능 표면(7) 상에서 입사하는 광 빔들(16)은 적어도 부분적으로 반사된다. 이러한 방식으로, 광학 요소(9)에 의해 방출된 광 빔들을 광학 창(17)을 통해 패키지(10)로부터 분리하는 것 또는 광학 요소(9)에 전달하기 위해 이에 의해 광 빔들을 수신하는 것이 가능하며, 이 광학 요소는 따라서 예를 들어 발광(light-emitting) 또는 감광 다이오드(light-sensitive diode)일 수 있다. 특히, 유전체 미러를 가지는 광학 기능 표면(7)의 형성은 이러한 광 재지향 또는 전도를 허용한다.
도 6은 상이한 실시예들에서 분리된 구성요소 또는 요소(9)의 개략도를 도시한다. 도 6의 좌측 상의 설계에서, 상부 에지(9a)는 기계적 처리, 예를 들어, 쏘잉(sawing)에 의해 제조되었다. 도 6의 중간 예시의 상부 에지(9a)는 에칭에 의해 제조된다. 예를 들어, 64도의 경사각이 형성된다. 도 6의 우측 상의 설계에서, 상부 에지(9a)는 45도 각도로 에칭된다. 이는, 예를 들어 둘 모두 측면들로부터 이방성으로 동시에 에칭함으로써 달성될 수 있다. 이 목적을 위해, 예를 들어, LPCVD 질화물로 제조된 에치 마스킹(etch masking)은 둘 모두의 측면들 상에서 서로 정렬되게 구조화되고 그리고 그 후 기판은 예를 들어 KOH에서 에칭된다.
상부 에지(9a)는 장착 표면에 평행하게 엠보싱될 수 있다. 이는, 구성요소가 표준화된 픽앤플레이스 기계들(Pick & Place machines)로 처리될 수 있는 경우에서와 같이, 이후의 조립 프로세스에서 구성요소(9)를 효과적으로 다루는 것을 가능하게 한다.
도 6의 좌측 및 중간 예시들에 따른 구성요소(9)의 제조 방법을 도 6의 우측 예시에 대해 이전에 설명된 제조와 조합하는 것이 또한 고려가능하다. 결과적인 에지(9a)는 도 6의 좌측 및 중간 예시에 도시된 바와 같이, 이의 우측 상에 장착 표면에 평행하게 이어지는 부분 및 좌측 상에 이에 대해 경사진 부분을 갖는다. 이는, 부품(9)이 보드 상에서 이의 후속 장착 동안 정확히 위치결정되고 그리고 유지될 수 있는 방식으로 구성요소(9)의 초점이 긍정적으로 영향을 받는 있다는 이점을 갖는다.
도 6에 도시된 실시예들에 대해 대안적으로, 광학 기능 층(8) 및/또는 장착 기능 층(5)은 생략될 수 있다. 그 후, 광학 기능 표면(7)은 광학 기능 층(8)이 없다. 광학 특성들, 예를 들어, 반사율은 폴리싱된 웨이퍼 표면(6)의 반사율에 대응할 수 있다. 이 때 도포된 접착제는 장착 동안 대안적인 장착 기능 층(5)의 역할을 할 수 있다.
도 7 및 도 8은 광을 방출하는 광학 구성요소(15) 및 분리된 요소(9)를 가지는 배열체에 대한 상이한 설계들을 도시한다. 광학 부품(15)에 의해 방출된 광은, 광 빔이 개방 각도를 가져 방출되는 방식으로 도 7에 따른 평탄 광학 기능 표면 상에서 반사된다. 도 8의 설계에서, 광학 기능 표면(7)은, 평행 빔이 빔 형성에 의해 방출되는 방식으로 트로프(렌즈)와 함께 형성된다.
도 9 및 도 10은 분리된 요소(9) 및 광학 요소(15)가 서브마운트로서 설계되는 캐리어 기판(12) 상에 배열되는 패키지의 개략적인 단면도들을 도시한다. 광학 요소(16)는 관통-연결부들(30)에 의해 연결된다. 도 9의 설계에서, 캐리어 기판(12)은 오목부(20)를 갖는다. 도 10의 실시예에서, 커버 기판(13c)은 캐리어 기판(12) 상에 장착되는 스페이서들(13a, 13b)에 의해 캐리어 기판(12)으로부터 이격된다. 이러한 스페이서들은 오목부(20)를 측방향으로 제한하는 캐리어 기판(서브마운트)(12) 자체의 측방향 부분들(12a, 12b)에 의해 도 9의 설계에서 형성된다.
위의 설명, 청구항들 및 도면들에서 개시되는 특징들은 개별적으로 그리고 또한 임의의 조합 둘 모두로 상이한 실시예들을 구현하는 것과 관련될 수 있다.

Claims (13)

  1. 패키지(package)를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
    - 폴리싱된 웨이퍼 표면(polished wafer surface)을 가지는 반도체 재료의 웨이퍼를 제공하는 단계;
    - 이방성 에칭(anisotropic etching)에 의해 상기 웨이퍼에 개구를 형성하는 단계 ─ 이방성으로 에칭된 표면은 상기 개구의 구역에서 제조됨 ─ ;
    - 상기 이방성으로 에칭된 웨이퍼로부터 구성요소를 분리하는 단계 ─ 분리된 구성요소는 다음의 표면들:
    - 상기 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분의 구역에 형성되는 광학 표면, 및
    - 상기 이방성으로 에칭된 표면의 구역에 형성되는 장착 표면을 가지도록 제조됨 ─ ; 및
    - 상기 장착 표면을 사용하여 지지 기판의 기판 표면 상에, 상기 이방성으로 에칭된 표면을 상기 기판 표면에 본딩되는(bonded) 방식으로, 상기 분리된 구성요소를 장착하는 단계를 가지며, 이에 의해 상기 광학 표면은 경사 노출된 표면으로서 배열되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 광학 표면이 광학 기능 표면을 가지도록 제조되며, 이에 의해 광학 기능 층은, 상기 폴리싱된 웨이퍼 표면의 광학 특성들은 상기 표면 부분에서 변경되는 방식으로 상기 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분에 적용되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광학 기능 표면이 분리 전에 웨이퍼 레벨(wafer level)로 적용되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  4. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 광학 기능 표면은 미세구조화된 층을 가지도록 제조되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  5. 제2 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광학 기능 층은 다층 시스템으로서 적용되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이방성으로 에칭된 표면은 상기 폴리싱된 웨이퍼 표면에 대해 약 45도의 경사각을 가지도록 제조되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실리콘(silicon)으로 제조된 웨이퍼가 제공되고 그리고 이방성 방식으로 에칭되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  8. 제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장착 표면은 상기 장착 표면의 구역에서 제조된 장착 기능 층을 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 장착 기능 층은 납땜가능한 금속 코팅(solderable metal coating)을 가지도록 제조되는 것을 특징으로 하는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  10. 제8 항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 장착 기능 층은 분리 전에 웨이퍼 레벨로 적용되는,
    패키지를 위한 구성요소 배열체를 제조하기 위한 방법.
  11. 제1 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는, 구성요소 배열체를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 하우징은 하우징 구성요소에 의해 제조되며, 상기 하우징에 적어도 분리된 구성요소가 수용되는 것을 특징으로 하는,
    구성요소 배열체를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법.
  12. 구성요소 배열체로서,
    - 캐리어 기판(carrier substrate) 및
    - 반도체 재료로 제조된 웨이퍼로부터 분리되어 있는, 상기 캐리어 기판 상에 배열되는 구성요소를 가지며,
    - 상기 구성요소는 이방성으로 에칭된 표면 상에 장착 표면을 가지고;
    - 상기 구성요소는 상기 장착 표면을 사용하여 상기 캐리어 기판의 기판 표면 상에 장착되며;
    - 상기 구성요소는 상기 웨이퍼의 폴리싱된 웨이퍼 표면의 표면 부분에 형성되는 광학 표면을 가지고; 그리고
    - 상기 광학 표면은 경사 노출된 표면으로서 배열되는 것을 특징으로 하는,
    구성요소 배열체.
  13. 패키지로서,
    상기 패키지는 제12 항에 따른 구성요소 배열체를 가지며,
    하우징은 하우징 구성요소에 의해 형성되며, 상기 하우징에 적어도 상기 구성요소가 수용되는 것을 특징으로 하는,
    패키지.
KR1020227002001A 2019-06-24 2020-06-22 패키지를 위한 구성요소 조립체를 제조하기 위한 방법, 구성요소 조립체를 가지는 패키지를 제조하기 위한 방법, 구성요소 조립체, 및 패키지 KR20220024776A (ko)

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