TW202414009A - 高溫可相容光纖陣列封裝方法 - Google Patents

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Abstract

一種封裝組件包含光子積體電路晶片，該光子積體電路晶片包含光纖附接區。該封裝組件亦包含位於光纖附接區內的至少一光纖。該封裝組件亦包含配置在至少一光纖上方的蓋結構。該封裝組件亦包含將蓋結構固定至光子積體電路晶片的複數焊接連接部。該複數焊接連接部係配置用以將蓋結構拉向光子積體電路晶片，以便將蓋結構壓靠在至少一光纖，從而機械性地將至少一光纖固持抵靠在光纖附接區。該封裝組件亦包含封裝元件，在形成複數焊接連接部之後，該封裝元件倒晶附接至光子積體電路晶片。

Description

高溫可相容光纖陣列封裝方法
本文係關於一種封裝組件的製造方法，尤其是關於一種光纖陣列封裝方法。
光學數據通訊系統係藉由調變雷射光來運作，以編碼數位數據模式。經調變的雷射光透過光數據網路從發送節點傳輸到接收節點。到達接收節點的調變雷射光便被解調變以獲得原始數位數據模式。透過光數據網路的光傳輸包含透過光纖的光傳輸以及透過光纖與光子積體電路之間的光傳輸。因此，光學數據通訊系統的實現和操作係取決於具有用於光學連接光纖與光子積體電路之可靠且高效率的解決方案。正是在這種背景下出現了本揭露之實施例。
在示例性實施例中，揭露了一種封裝組件。此封裝組件包含光子積體電路晶片，該光子積體電路晶片包含光纖附接區。該封裝組件亦包含位於光纖附接區內的至少一光纖。該封裝組件亦包含配置在至少一光纖上方的蓋結構。該封裝組件亦包含將蓋結構固定至光子積體電路晶片的複數焊接連接部。該複數焊接連接部係配置用以將蓋結構拉向光子積體電路晶片，以便將蓋結構壓靠在至少一光纖，從而機械性地將至少一光纖固持抵靠在光子積體電路晶片的光纖附接區。
在示例性實施例中，揭露了一種將光纖附接至光子積體電路晶片的方法。此方法步驟包含具有包含光纖附接區的光子積體電路晶片。此方法還包含將至少一光纖配置於光纖附接區內。此方法還包含將蓋結構配置在至少一光纖上方。此方法還包含在蓋結構及光子積體電路晶片之間形成焊接連接部，俾使在焊接連接部冷卻時，蓋結構會被拉向光子積體電路晶片，使得蓋結構壓靠在至少一光纖，從而機械性地將至少一光纖固持抵靠在光子積體電路晶片之光纖附接區。
在示例性實施例中，揭露了一種封裝組件的製造方法。此方法步驟包含具有包含光纖附接區的光子積體電路晶片。此方法還包含將至少一光纖配置於光纖附接區內。此方法還包含將蓋結構配置在至少一光纖上方。此方法還包含執行第一焊料回焊製程，以在蓋結構及光子積體電路晶片之間形成第一組焊接連接部，俾使在第一組焊接連接部冷卻時，蓋結構壓靠在至少一光纖，從而機械性地將至少一光纖固持抵靠在光子積體電路晶片的光纖附接區。此方法還包含執行第二焊料回焊製程，以在光子積體電路晶片及封裝元件之間形成第二組焊接連接部。第二焊料回焊製程係在第一組焊接連接部形成之後執行。
在以下描述中，闡述了許多具體細節以便提供對本揭露內容的透徹理解。然而，對於熟習本技藝者顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節中的一些或全部的情況下實踐本揭露內容。在其他情況下，不詳細描述為人熟知之製程操作，以免不必要地模糊所揭露之實施例。
本文所揭露之諸多實施例係關於光學數據通訊。整合光子平台對於感測和光學數據通訊等廣泛應用變得越來越有吸引力，這些應用乃受益於在光子積體電路(PIC)半導體晶片（PIC晶片）內實現的多種光學功能。具體來說，矽光子平台已成為一項關鍵技術，因為它們允許在單一基板上實現電氣和光學功能，並且可以使用現有且成熟的互補式金屬氧化物半導體（CMOS）製程來製造。矽光子系統還包含具有高折射率對比度的整合光波導，從而實現緊密的彎曲半徑和緊湊的光學系統涵蓋面積。
圖1顯示光纖到晶片/封裝組件的圖，其中光纖101係透過黏合劑107連接到PIC晶片103。在一些實施例中，黏合劑107為環氧樹脂。PIC晶片103係透過多個焊球連接部111附接到封裝元件109，例如在倒晶附接製程中。在用於建立焊球連接部111以將PIC晶片103附接至封裝元件109的焊料回焊製程期間，黏合劑107易受彈性及/或塑性變形的影響，這可能不利地影響光纖101和PIC晶片103之間的光學對準。
在一些實施例中，光纖101係光學耦合到PIC晶片103內的各別光斑尺寸轉換器，例如光柵結構或其他光學耦合裝置。在一些實施例中，黏合劑107為紫外線(UV)或熱固化的黏合劑，例如環氧樹脂等，其玻璃轉變溫度(Tg)在約100°C到約200°C的範圍內。為了使光纖101在PIC晶片103倒晶接合到封裝元件109之前附接到PIC晶片103，PIC晶片103、封裝元件109和光纖附接件（黏合劑107附接件）必須能夠承受約260°C或更高的正常焊料回焊溫度。在一些實施例中，對於熱壓接合(TCB)或雷射輔助接合，由於使用更局部的加熱，PIC晶片103上之光纖附接區的溫度可能略低於約260℃。然而，即使在TCB或雷射輔助接合中，PIC晶片103上之光纖附接區的溫度仍然有可能超過先前用於將光纖101附接到PIC晶片103之黏合劑107的玻璃轉變溫度(Tg)。在將PIC晶片103倒晶接合到封裝元件109的焊料回焊製程期間，用於將光纖101連接到PIC晶片103(光纖101到PIC晶片103之介面處的黏合劑107）的黏合劑107可能會經歷機械模數和各別彈性及/或塑性變形的降低，這可能對光纖101和PIC晶片103上之各別光斑尺寸轉換器之間的光學對準產生不利影響，且進而導致光纖101和PIC晶片103之間的光學連接品質相應下降，如此造成當光在光纖101和PIC晶片103上之各別光斑尺寸轉換器之間傳輸時，光學訊號的損耗會相應增加。
本文揭露了用於將光纖與PIC晶片封裝在一起的諸多實施例，其能夠在PIC晶片藉由例如焊料回焊、TCB、雷射輔助接合或另一種高溫接合製程(例如倒晶附接製程)等高溫附接製程連接至封裝元件之前實現可靠且可持續地將光纖附接至PIC晶片。吾人應理解，本文所指的封裝元件基本上可以是半導體業中使用之任何類型的半導體封裝元件或組件。且在諸多實施例中，本文所引用的封裝元件可以是插入器、場可程式閘陣列（FPGA）、專用積體電路（ASIC）及/或另一類型的半導體晶片或結構。此外，本文所指的光纖可以是任何類型的光纖，包含單模光纖、多模光纖和專用光纖，以及基本上任何其他類型的光纖。
圖2A顯示根據一些實施例中之封裝組件的垂直剖面圖，其中光纖201透過使用蓋結構205而附接至PIC晶片203。蓋結構205也稱為頂蓋結構。在一些實施例中，PIC晶片203為CMOS晶片。在一些實施例中，PIC晶片203為SOI(絕緣體上矽)晶片。吾人應理解，PIC晶片203為包含電學元件和光學元件的半導體晶片。在一些實施例中，PIC晶片是由Ayar Labs, Inc. 提供的TeraPHY TM晶片，例如在美國專利申請案號第17/184,537中所描述，該專利申請案出於所有目的藉由引用而整體併入本文。然而，吾人應理解，本文所指的PIC晶片203可以是光學連接到外部光纖201並且電連接到封裝元件209之任何類型的光子/電子晶片。
在一些實施例中，每一光纖201係光學耦合到PIC晶片203內的各別光斑尺寸轉換器，例如光柵結構或其他光學耦合裝置。在一些實施例中，光纖201包含在光纖陣列單元(FAU)215中。在一些實施例中，光纖201包含在光纖帶中。另外，在一些實施例中，當光纖201接近PIC晶片203時，光纖201係被固定在玻璃纖維陣列區塊217中。光纖201係於形成在PIC晶片203上的光纖附接區204內附接到PIC晶片203。
圖2E顯示根據一些實施例中之PIC晶片203朝光纖附接區204看的側視圖。多個V形槽202形成在PIC晶片203的光纖附接區204內以用於分別容納光纖201。在一些實施例中，光纖201係與形成在PIC晶片203上之光纖附接區204內的各別V形槽202對準。在一些實施例中，光纖附接區204內的V形槽202係配置用以提供光纖201之核心與PIC晶片203內之各別光斑尺寸轉換器208的被動光學對準，光斑尺寸轉換器208在PIC晶片203的外部端面處可光學存取。在一些實施例中，光纖附接區204內的V形槽202係配置用以使得光纖201的核心能夠光學邊緣耦合到PIC晶片203的各別光斑尺寸轉換器208。在一些實施例中，光纖附接區204內的V形槽202係配置用以使得光纖201的核心能夠光學耦合到PIC晶片203的各別垂直光柵耦合器。
PIC晶片203透過高溫接合製程(例如倒晶附接製程)而附接至封裝元件209。在諸多實施例中，封裝元件209為插入器、FPGA、ASIC或半導體業中使用之另一種類型的半導體晶片、半導體封裝或基板結構中的一或多種。在一些實施例中，PIC晶片203係透過多個焊接連接部211附接到封裝元件209。在諸多實施例中，光纖201係在PIC晶片203透過高溫接合製程附接至封裝元件209之前先附接到PIC晶片203的光纖附接區204內。為了能夠在PIC晶片203進行高溫接合製程之前將光纖201附接到PIC晶片203上，並避免光纖201周圍的黏合劑彈性及/或塑性變形所造成的上述問題，蓋結構205的設置係用以將光纖201牢固地保持在PIC晶片203的光纖附接區204內。具體地，蓋結構205係設置在PIC晶片203之光纖附接區204內的光纖201上方，使得蓋結構205向光纖201施加機械力，以將光纖201牢固地保持在PIC晶片203的光纖附接區204內，例如保持在V形槽202內，並維持光纖201的核心與暴露在PIC晶片203之外部端面處的各別光斑尺寸轉換器208光學對準。吾人應當理解，當光纖201固定在蓋結構205和PIC晶片203之間時，光纖201係與相應之光斑尺寸轉換器208(例如PIC晶片203內的光柵結構或類似的光學端口裝置)光學對準。
在一些實施例中，蓋結構205由矽形成。此外，在一些實施例中，蓋結構205配置為板。在諸多實施例中，蓋結構205係配置成以基本類似的方式，例如在接觸面積和接觸力方面，來接觸每一光纖201。蓋結構205係透過焊接連接部213的佈置而直接附接到PIC晶片203。當將蓋結構205附接到PIC晶片203的焊料冷卻並收縮時，蓋結構205便被拉向PIC晶片203，這相應地導致蓋結構205向光纖201施加機械力，從而將光纖201壓靠在PIC晶片203的光纖附接區204，例如壓入V形槽202中。依此方式，即使在隨後執行高溫接合製程以將PIC晶片203附接至封裝元件209期間，蓋結構205也會將光纖201牢固地保持在PIC晶片203之光纖附接區204內的適當位置。吾人應當理解，光纖201係位於蓋結構205和PIC晶片203之間，使得當蓋結構205焊接到PIC晶片203時光纖201被蓋結構205壓靠在PIC晶片203上。蓋結構205和PIC晶片203之間的焊接連接部213能夠承受將PIC晶片203接合到封裝元件209的後續倒晶接合期間的高溫。在一些實施例中，用於將蓋結構205附接到PIC晶片203的焊接連接部213係使用熔點約為300°C的Au80-Sn20焊接材料形成。在一些實施例中，用於將蓋結構205附接到PIC晶片203的焊接連接部213係使用在約260°C的溫度下回焊的錫-銀-銅（SAC)焊接材料所形成，尤其是當TCB或雷射輔助接合用於將PIC晶片203附接到封裝元件209的倒晶附接時。
圖2F顯示根據一些實施例中在PIC晶片203朝著光纖附接區204看的仰視圖中之焊接連接部213的示例性佈置。吾人應理解，圖2F所示之焊接連接部213的佈置是以示例的方式提供，描述使用蓋結構205到PIC晶片203之焊接連接部的原理，以將光纖201機械性地固定在PIC晶片203的光纖附接區204內。吾人應理解，在諸多其他實施例中，用於將蓋結構205固定到PIC晶片203之焊接連接部213的數量和位置可以與圖2F所示的示例不同，只要蓋結構205在焊接連接部213冷卻和收縮時向每一光纖201施加足夠的機械力，以將光纖201牢固地保持在PIC晶片203之光纖附接區204內的適當位置。
在一些實施例中，光學指數匹配之底部填充黏合劑207(例如光學環氧樹脂)係設置在蓋結構205和PIC晶片203之間存在的間隙空間內，以及在PIC晶片203之光纖附接區204內的光纖201周圍。在一些實施例中，光學指數匹配之底部填充黏合劑207為UV或熱固化黏合劑，例如光學環氧樹脂，其具有在約100°C到約200°C範圍內的玻璃轉變溫度(Tg)。在一些實施例中，光學指數匹配之底部填充黏合劑207的光學折射率基本上與光纖201的核心以及光纖附接區204內之PIC晶片203外露端面處的光斑尺寸轉換器208的光學折射率相符，這有利於光學性能。而且，在一些實施例中，設置在蓋結構205和PIC晶片203間存在之間隙空間內的光學指數匹配之底部填充黏合劑207乃有助於將光纖201機械性地固定到PIC晶片203。
在一些實施例中，載體元件206的設置係協助用以將光纖201與其所連接到之PIC晶片203以相對之固定空間關係來支撐光纖201。在一些實施例中，載體元件206由矽形成。在一些實施例中，載體元件206由金屬或金屬合金形成，例如鋁或不銹鋼等。在一些實施例中，載體元件206係透過導熱附接材料218固定到PIC晶片203。在諸多實施例中，導熱附接材料218為焊料/焊膏、導熱環氧樹脂或另一種導熱材料中的一或多種。在一些實施例中，載體元件206係形成為板結構或平面基板結構。在將光纖201附接至PIC晶片203期間，載體元件206既提供光纖201的機械應力釋放，又提供PIC晶片203平台。在一些實施例中係使用蓋結構205和載體元件206兩者。然而，在一些實施例中，使用蓋結構205而不使用載體元件206。在一些實施例中，如圖2A和圖2B所示，載體元件206係設置成與PIC晶片203和玻璃纖維陣列區塊217兩者連接。在一些實施例中，使用接合材料216(例如環氧樹脂)將載體元件206附接至玻璃纖維陣列區塊217。在圖2A的示例性實施例中，載體元件206係配置並附接到PIC晶片203，使得留下PIC晶片203之部分219外露。PIC晶片203之部分219的尺寸係設計為在隨後的高溫接合製程（例如回焊製程）期間提供熱源和PIC晶片203之部分219間的熱接觸，以將PIC晶片203固定到封裝元件209。
圖2B顯示根據一些實施例中圖2A之封裝組件的垂直剖面圖，其中圖2A的載體元件206由完整延伸在PIC晶片203上方的載體元件206A取代。在一些實施例中，載體元件206A由矽形成。在一些實施例中，載體元件206A由金屬或金屬合金形成，例如鋁或不銹鋼等。在一些實施例中，載體元件206A係透過導熱附接材料218固定到PIC晶片203。
圖2C顯示根據一些實施例中圖2A之封裝組件的垂直剖面圖，其中玻璃纖維陣列區塊217被移除且圖2A的載體元件206被直接附接至FAU 215的載體元件206B取代。載體元件206B係被成形為附接至PIC晶片203和FAU 215兩者。在一些實施例中，載體元件206B由矽形成。在一些實施例中，載體元件206B由金屬或金屬合金形成，例如鋁或不銹鋼等。載體元件206B係經配置並附接至PIC晶片203，以便使PIC晶片203之部分219外露以在隨後的高溫接合製程（例如回焊製程）期間施加熱源，以將PIC晶片203固定到封裝元件209。在一些實施例中，載體元件206B係透過導熱附接材料218固定到PIC晶片203。而且，在一些實施例中，使用接合材料221(例如環氧樹脂)將載體元件206B附接到FAU 215。
圖2D顯示根據一些實施例中圖2C之封裝組件的垂直剖面圖，其中圖2C的載體元件206B被載體元件206C取代，載體元件206C係直接附接到FAU 215且完整延伸在PIC晶片203上方。在一些實施例中，載體元件206C由矽形成。在一些實施例中，載體元件206C由金屬或金屬合金形成，例如鋁或不銹鋼等。在一些實施例中，載體元件206C係透過導熱附接材料218固定至PIC晶片203。
圖3顯示根據一些實施例中形成如圖2A-2F所示之封裝組件的示例性製程的開始。PIC晶片203係透過導熱附接材料218而固定到圖2B的載體元件206A，其中PIC晶片203的光纖附接區204背向載體元件206A。吾人應理解，需要的話可以使用任何其他上述載體元件206、206B和206C來取代圖3中的載體元件206A。在一些實施例中，銅柱凸塊303係設置在PIC晶片203上以使得能夠將PIC晶片203隨後倒晶附接至封裝元件209。
圖4顯示根據一些實施例中從圖3之製程的延續，其中光纖201係定位在PIC晶片203的光纖附接區204中，而蓋結構205係定位在光纖201上方。在諸多實施例中，將焊料401（例如焊球或焊膏）施加到設置在PIC晶片203上的導電焊墊及/或蓋結構205上的導電焊墊403，以促進將蓋結構205焊接到PIC晶片203。在一些實施例中，當銅柱凸塊303如圖3所示的設置在PIC晶片203上時，用於將蓋結構205附接至PIC晶片203的焊料401則設置在PIC晶片203上。在一些實施例中，光纖201分別定位在PIC晶片203之光纖附接區204內形成的V形槽202內，如箭頭405所示。在一些實施例中，V形槽202提供光纖201的核心到PIC晶片203之各別光斑尺寸轉換器208的被動對準。一旦光纖201定位在V形槽202內，蓋結構205就被定位在光纖201上方，如箭頭407所示，以準備將蓋結構205焊接到PIC晶片203。在一些實施例中，在將蓋結構205焊接到PIC晶片203之前，將蓋結構205定位成與光纖201實體接觸。然而，在一些實施例中，在將蓋結構205焊接到PIC晶片203之前，焊料401的尺寸可能導致在蓋結構205和光纖201之間存在小間隙。
圖5顯示根據一些實施例中從圖4之製程的延續，其中施加熱源409到蓋結構205，如箭頭411所示，以引起焊料401的回焊。在諸多實施例中，熱源409是熱頭(thermal head)、熱板(hot plate)或類似類型的加熱裝置，其係配置用以直接向蓋結構205施加熱量以引起焊料401的回焊，焊料401係用於形成蓋結構205和PIC晶片203之間的焊接連接部213。在一些實施例中，TCB及/或雷射輔助接合係取代熱源409或與熱源409結合，而用於回焊焊料401以在蓋結構205和PIC晶片203之間形成焊接連接部213。
圖6顯示根據一些實施例中從圖5之製程的延續，其中在焊料回焊製程結束時將熱源409從蓋結構205移除，如箭頭413所示。當從蓋結構205移除熱源409時，蓋結構205和PIC晶片203之間的焊料401便會冷卻並相應的收縮以形成焊接連接部213。蓋結構205和PIC晶片203間之焊料401的這種收縮乃使得蓋結構205將光纖201壓入V形槽202中，如箭頭415所示，使得蓋結構205將光纖201牢固地保持在V形槽202中。以此種方式，光纖201便透過與蓋結構205和PIC晶片203的V形槽202兩者的摩擦而保持就位，以便提供光纖201到PIC晶片203的「壓合」附接。
圖7顯示根據一些實施例中在完成將蓋結構205附接至PIC晶片203的焊料回焊製程之後從圖6之製程的延續。圖7也顯示設置在蓋結構205和PIC晶片203之間存在的間隙空間內以及光纖201周圍的光學指數匹配之底部填充黏合劑207。
圖8顯示根據一些實施例中從圖7之製程的延續，其中設置接合材料216以將玻璃纖維陣列區塊217固定到載體元件206A。在諸多實施例中，接合材料216可以在光學指數匹配之底部填充黏合劑207設置在蓋結構205和PIC晶片之間之前、同時或之後設置在玻璃纖維陣列區塊217和載體元件206A之間。且，在使用載體元件206代替載體元件206A的其他實施例中，接合材料216係設置在玻璃纖維陣列區塊217和載體元件206之間，如圖2A所示。且，在使用載體元件206B代替載體元件206A的其他實施例中，接合材料216係設置在載體元件206B和FAU 215之間，如圖2C所示。且，在使用載體元件206C代替載體元件206A的其他實施例中，接合材料216係設置在載體元件206C和FAU 215之間，如圖2D所示。
圖9顯示根據一些實施例在將蓋結構205固定到PIC晶片203之後且在將PIC晶片203倒晶接合到封裝元件209之前，使用測試探針卡901對PIC晶片203以及光纖201和PIC晶片203之間的光學連接提供功能測試。在一些實施例中，使用精準插座來促進測試探針卡901與PIC晶片203的銅柱凸塊303的對準和電連接。在一些實施例中，測試探針卡901包含配置用以電接觸PIC晶片203之各別銅柱凸塊303的探針。以此種方式，可以在將PIC晶片203附接到封裝元件209之前驗證並可選地最佳化PIC晶片203到光纖201的光學連接性。且以此方式，可以在將PIC晶片203附接到封裝元件209之前測試和驗證PIC晶片203的光學和電氣功能，如此可用於防止因PIC晶片203故障而損失良好的封裝元件209。
圖10A顯示根據一些實施例中從圖8之製程的延續，且可選地從圖9之測試的延續，其中PIC晶片203係倒晶附接至封裝元件209。將熱源1001施加到PIC晶片203上之銅柱凸塊303正上方位置處的載體結構206A，如箭頭1003所示。熱源1001輸出的熱量乃通過載體元件以及導熱附接材料218並通過PIC晶片203，以引起與PIC晶片203之銅柱凸塊303交界的焊料材料的回焊，並在PIC晶片203和封裝元件209之間相應地形成焊接連接部211。在諸多實施例中，熱源1001是熱頭、熱板或類似類型的加熱裝置，其係配置用以直接向載體元件206A施加熱量，以引起用於在PIC晶片203和封裝元件209之間形成焊接連接部211的焊接材料的回焊。在一些實施例中，TCB及/或雷射輔助接合係取代熱源1001或與熱源1001結合，而用於回焊焊接材料以在PIC晶片203和封裝元件209之間形成焊接連接部211。在一些實施例中，載體元件206A係被載體元件206C取代，如圖2D所示。在一些實施例中，用於形成PIC晶片203和封裝元件209之間之焊接連接部211的焊接材料具有低於用於形成蓋結構205和PIC晶片203之間之焊接連接部213的焊接材料的回焊溫度。在一些實施例中，在約260°C的溫度下回焊的SAC焊接材料係用於將PIC晶片203的每一銅柱凸塊303連接到封裝元件209上的多個導電焊墊中的各別者。然而，吾人應理解，在其他實施例中，基本上可以使用任何其他合適的焊接材料來將PIC晶片203的銅柱凸塊303附接至封裝元件209的導電焊墊。
圖10B顯示根據一些實施例中在完成將PIC晶片203附接至封裝元件209的焊料回焊製程之後從圖10A之製程的延續。圖10B的封裝組件基本上與圖2B的封裝組件相同，但具有封裝元件209到基板1005的額外可選附接。
圖11A顯示根據一些實施例中從圖8之製程的延續，且可選地從圖9的測試延續，其中圖8之組件中的載體元件206A係由圖2A所示之載體元件206所取代。在本實施例中，載體元件206係配置用以使PIC晶片203的部分219外露。熱源1001係直接施加到PIC晶片203上之銅柱凸塊303正上方位置處之PIC晶片203的外露部分219，如箭頭1003所示。熱源1001輸出的熱量乃通過PIC晶片203以引起與PIC晶片203之銅柱凸塊303交界的焊料材料的回焊，並在PIC晶片203和封裝元件209之間相應地形成焊接連接部211。在一些實施例中，載體元件206係由載體元件206B取代，如圖2C所示。
圖11B顯示根據一些實施例中在完成將PIC晶片203附接至封裝元件209的焊料回焊製程之後從圖11A之製程的延續。圖11B的封裝組件基本上與圖2A的封裝組件相同，但具有封裝元件209到基板1005的額外可選附接。
根據前述內容，本文揭露了封裝組件的諸多實施例。此封裝組件包含了含有光纖附接區204的PIC晶片203。此封裝組件還包含位於光纖附接區204內的至少一光纖201。此封裝組件還包含設置在至少一光纖201上方的蓋結構205。在一些實施例中，蓋結構205係由矽形成。該封裝組件還包含將蓋結構205固定到PIC晶片203的複數焊接連接部213。在一些實施例中，複數焊接連接部213位於光纖附接區204周圍和外部。複數焊接連接部213係配置用以將蓋結構205拉向PIC晶片203，以便將蓋結構205壓靠在至少一光纖201上，從而將至少一光纖201機械性地固持抵靠在PIC晶片203的光纖附接區204。在一些實施例中，複數焊接連接部213係形成為在形成複數焊接連接部213的回焊製程完成之後冷卻收縮。在一些實施例中，PIC晶片203和蓋結構205中的一或兩者包含對應於複數焊接連接部213的導電焊墊結構403。在一些實施例中，封裝組件包含封裝元件209，其中PIC晶片203係在形成複數焊接連接部213以將蓋結構205固定至PIC晶片203之後倒晶附接至封裝元件209。
在一些實施例中，PIC晶片203的光纖附接區204包含複數V形槽202的陣列。在這些實施例中，至少一光纖201是分別位於複數V形槽202內的複數光纖201。在一些實施例中，PIC晶片203包含複數光斑尺寸轉換器208。複數光斑尺寸轉換器208中的每一者係暴露在複數V形槽202之各別者的內部端(PIC晶片203的刻面表面)處，其中該內部端係相對於PIC晶片203的外周界而位於內部。在這些實施例中，複數光纖201中的每一者都具有與複數光斑尺寸轉換器208之各別者光學對準的核心。
圖12顯示根據一些實施例中用於將光纖201附接到PIC晶片203的方法流程圖。此方法包含用於使PIC晶片203包含光纖附接區204的操作1201。該方法還包含用於將至少一光纖201設置在光纖附接區204內的操作1203。該方法還包含用於將蓋結構205設置在至少一光纖201上方的操作1205。在一些實施例中，蓋結構205由矽形成。該方法還包含用於在蓋結構205和PIC晶片203之間形成焊接連接部213的操作1207，使得在焊接連接部213冷卻時，蓋結構205會被拉向PIC晶片203，導致蓋結構205壓靠至少一光纖201，以將至少一光纖201機械性地固持抵靠在光纖附接區204。在一些實施例中，焊接連接部213形成在光纖附接區204周圍以及外側的位置處。在一些實施例中，操作1207包含執行高溫焊料回焊製程。在一些實施例中，操作1207包含將焊球401設置在PIC晶片203上並且將蓋結構205內的導電焊墊結構403分別與焊球401對準。
在圖12之方法的一些實施例中，光纖附接區204包含複數V形槽202的陣列。在這些實施例中，操作1203包含分別將複數光纖201設置在複數V形槽202內。且在這些實施例中，PIC晶片203包含複數光斑尺寸轉換器208，其中複數光斑尺寸轉換器208中的每一者都暴露在複數V形槽202中之各別者的內部端處。在這些實施例中，該方法包含在執行操作1207之前將複數光纖201中之每一者的核心與複數光斑尺寸轉換器208中之各別者光學對準，以在蓋結構205和PIC晶片203之間形成焊接連接部213。另外，在一些實施例中，該方法包含在形成複數焊接連接部213以將蓋結構205固定到PIC晶片203之後，將PIC晶片203倒晶附接到封裝元件209，使得倒晶附接不會干擾到蓋結構205和PIC晶片203之間的焊接連接部213。
圖13顯示根據一些實施例中用於製造封裝組件之方法的流程圖。此方法包含用於使PIC晶片203包含光纖附接區204的操作1301。該方法還包含用於將至少一光纖201佈置在光纖附接區204內的操作1303。該方法還包含用於將蓋結構205設置在至少一光纖201上方的操作1305。該方法還包含操作1307，用於執行第一焊料回焊製程以在蓋結構205和PIC晶片203之間形成第一組焊接連接部213，使得當第一組焊接連接部213冷卻時，蓋結構205壓靠在至少一光纖201，以將至少一光纖201機械性地固持抵靠在光纖附接區204。該方法還包含在操作1307之後(在形成第一組焊接連接部213之後)執行的操作1309。操作1309包含執行第二焊料回焊製程以在PIC晶片203和封裝元件209之間形成第二組焊接連接部211。在一些實施例中，執行操作1309的第二焊料回焊製程以避免第一組焊接連接部213的干擾，進而藉由蓋結構205將至少一光纖201機械性地固持抵靠在光纖附接區204。在一些實施例中，該方法還包含用於將載體元件206 、206A、206B、206C附接到與光纖附接區204相對之PIC晶片203表面的操作。在這些實施例中，載體元件206、206A、206B、206C係附接到包含至少一光纖201的光纖陣列單元215或是玻璃纖維陣列區塊217。
在圖13之方法的一些實施例中，光纖附接區204係包含複數V形槽202的陣列，且PIC晶片203包含複數光斑尺寸轉換器208。複數光斑尺寸轉換器208中的每一者係暴露在複數V形槽202之各別者的內部端處。在這些實施例中，用於將至少一光纖201設置在光纖附接區204內的操作1303係包含分別將複數光纖201設置在複數V形槽202內。且在這些實施例中，該方法還包含在執行操作1307之第一焊料回焊製程以在蓋結構205和PIC晶片203之間形成第一組焊接連接部213之前，先將複數光纖201中之每一者的核心與複數光斑尺寸轉換器208中的各別者光學對準。
前述對於實施例的描述是為了說明和描述的目的而提供，並非旨在窮舉或限制性的。特定實施例的各個元件或特徵通常不限於該特定實施例，而是在適用的情況下是可互換的且可以在選定的實施例中使用，即使沒有具體顯示或描述。以此種方式，本文所揭露之一或多個實施例中之一或多個特徵可以與本文所揭露之一或多個其他實施例的一或多個特徵結合，以形成本文未明確揭露但卻隱含揭露的另一實施例。此其他實施例也可以以多種方式變更。此種實施例變型不應被視為悖離本文所揭露的內容，且所有此種實施例變型及修改均欲納入本文提供之揭露內容的範圍內。
儘管一些方法操作在本文中係以特定順序進行描述，但吾人應當理解可以在方法操作之間執行其他內部管理操作，及/或可以調整方法操作，使得它們在稍微不同的時間或同時發生，或者可以分佈在允許與處理相關聯的諸多間隔時發生處理操作的系統中，只要方法操作的處理係以提供該方法之成功實現的方式執行即可。
儘管出於清楚理解的目的已經相當詳細地描述了前述實施例，但是顯然可以在所附申請專利範圍內實施某些改變和修改。因此，本文所揭露的實施例應被認為是說明性的而非限制性的，且因此不僅限於本文所給予的細節，而是可以在所附申請專利範圍的範圍和均等物內進行修改。
101:光纖 103:PIC晶片 107:黏合劑 109:封裝元件 111:焊球連接部 201:光纖 202:V形槽 203:PIC晶片 204:光纖附接區 205:蓋結構 206、206A、206B、206C:載體元件 207:光學指數匹配之底部填充黏合劑 208:光斑尺寸轉換器 209:封裝元件 211:焊接連接部 213:焊接連接部 215:光纖陣列單元 (FAU) 216:接合材料 217:玻璃纖維陣列區塊 218:導熱附接材料 219:PIC晶片203之部分 221:接合材料 303:銅柱凸塊 401:焊料、焊球 403:導電焊墊結構 405:箭頭 407:箭頭 409:熱源 411:箭頭 413:箭頭 415:箭頭 901:測試探針卡 1001:熱源 1003:箭頭 1005:基板 1201:操作 1203:操作 1205:操作 1207:操作 1301:操作 1303:操作 1305:操作 1307:操作 1309:操作
圖1顯示了光纖到晶片/封裝組件的示意圖，其中光纖係透過黏合劑黏附到PIC晶片上。
圖2A顯示根據一些實施例中之封裝組件的垂直剖面視圖，其中光纖係透過使用蓋結構附接到PIC晶片。
圖2B顯示根據一些實施例中圖2A之封裝組件的垂直剖面視圖，其中圖2A的載體元件由完全延伸在PIC晶片上的載體元件取代。
圖2C顯示圖2A之封裝組件的垂直剖面視圖，其中根據一些實施例，玻璃纖維陣列區塊被移除且圖2A之載體元件被直接附接至光纖陣列單元的另一載體元件所取代。
圖2D顯示圖2C之封裝組件的垂直剖面視圖，其中根據一些實施例，圖2C的載體元件被直接附接至光纖陣列單元且完整延伸在PIC晶片上方的載體元件所取代。
圖2E顯示根據一些實施例中PIC晶片朝光纖附接區看的側視圖。
圖2F顯示根據一些實施例中在PIC晶片朝光纖附接區看的仰視圖中焊接連接部的示例性佈置。
圖3顯示根據一些實施例中形成如圖2A-2F所示之封裝組件的示例性製程的開始。
圖4顯示根據一些實施例中圖3之製程的延續，其中光纖係定位在PIC晶片的光纖附接區中，而蓋結構係定位在光纖之上。
圖5顯示根據一些實施例從圖4之製程的延續，其中將熱源施加到蓋結構以引起PIC晶片和蓋結構之間的焊料回焊。
圖6顯示根據一些實施例從圖5之製程的延續，其中在焊料回焊製程結束時從蓋結構移除熱源。
圖7顯示根據一些實施例在完成將蓋結構附接至PIC晶片的焊料回焊製程之後從圖6之製程的延續。
圖8顯示根據一些實施例從圖7之製程的延續，其中設置接合材料以將玻璃纖維陣列區塊固定到載體元件。
圖9顯示根據一些實施例在將蓋結構固定到PIC晶片之後且在將PIC晶片倒晶附接到封裝元件之前，使用測試探針卡對PIC晶片以及光纖和PIC晶片之間的光學連接進行功能測試。
圖10A顯示根據一些實施例從圖8之製程的延續，且可選地從圖9之測試的延續，其中PIC晶片被倒晶附接至封裝元件。
圖10B顯示根據一些實施例在完成將PIC晶片附接至封裝元件的焊料回焊製程之後從圖10A之製程的延續。
圖11A顯示根據一些實施例從圖8之製程的延續，且可選地從圖9之測試的延續，其中圖8之組件中的載體元件係由圖2A所示之載體元件取代。
圖11B顯示根據一些實施例在完成將PIC晶片附接至封裝元件的焊料回焊製程之後從圖11A之製程的延續。
圖12顯示根據一些實施例中用於將光纖附接至PIC晶片之方法流程圖。
圖13顯示根據一些實施例中用於製造封裝組件之方法流程圖。
201:光纖
203:PIC晶片
204:光纖附接區
205:蓋結構
206:載體元件
207:光學指數匹配之底部填充黏合劑
209:封裝元件
211:焊接連接部
213:焊接連接部
215:光纖陣列單元(FAU)
216:接合材料
217:玻璃纖維陣列區塊
218:導熱附接材料
219:PIC晶片203之部分

Claims (20)

  1. 一種封裝組件，包含： 一光子積體電路晶片，包含一光纖附接區； 位於該光纖附接區內的至少一光纖； 配置在該至少一光纖上方之一蓋結構；以及 將該蓋結構固定至該光子積體電路晶片的複數焊接連接部，該複數焊接連接部係配置用以將該蓋結構拉向該光子積體電路晶片，以便將該蓋結構壓靠在該至少一光纖，從而機械性地將該至少一光纖固持抵靠在該光纖附接區。
  2. 如請求項1之封裝組件，其中該蓋結構由矽形成。
  3. 如請求項1之封裝組件，其中該複數焊接連接部係位於該光纖附接區周圍及外側。
  4. 如請求項1之封裝組件，其中該複數焊接連接部係形成為在回焊製程完成之後冷卻收縮，該回焊製程係形成該複數焊接連接部。
  5. 如請求項1之封裝組件，其中該光子積體電路晶片以及該蓋結構的其中之一或兩者係包含對應於該複數焊接連接部的導電焊墊結構。
  6. 如請求項1之封裝組件，其中該光纖附接區係包含複數V形槽的一陣列，且其中該至少一光纖為分別定位於該複數V形槽內之複數光纖。
  7. 如請求項6之封裝組件，其中該光子積體電路晶片包含複數光斑尺寸轉換器，該複數光斑尺寸轉換器中的每一者係暴露於該複數V形槽之各別者的一內部端處，其中該複數光纖中的每一者係具有與該複數光斑尺寸轉換器之各別者光學對準的一核心。
  8. 如請求項1之封裝組件，其進一步包含： 一封裝元件，在形成該複數焊接連接部以將該蓋結構固定至該光子積體電路晶片之後，該光子積體電路晶片倒晶附接至該封裝元件。
  9. 一種將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其步驟包含： 具有包含一光纖附接區的一光子積體電路晶片； 將至少一光纖配置於該光纖附接區內； 將一蓋結構配置在該至少一光纖上方；以及 在該蓋結構及該光子積體電路晶片之間形成複數焊接連接部，俾使在該複數焊接連接部冷卻時，該蓋結構會被拉向該光子積體電路晶片，使得該蓋結構壓靠在該至少一光纖，以機械性地將該至少一光纖固持抵靠在該光纖附接區。
  10. 如請求項9之將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其中該蓋結構由矽形成。
  11. 如請求項9之將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其中該複數焊接連接部係形成在位於該光纖附接區周圍及外側的位置處。
  12. 如請求項9之將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其中形成該等焊接連接部的該步驟包含執行一高溫焊料回焊製程。
  13. 如請求項9之將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其中形成該等焊接連接部的該步驟包含將焊球配置在該光子積體電路晶片上，且將位於該蓋結構內之導電焊墊結構分別對準該等焊球。
  14. 如請求項9之將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其中該光纖附接區包含複數V形槽的一陣列，且其中將該至少一光纖配置於該光纖附接區內的該步驟包含將複數光纖分別配置於該複數V形槽內。
  15. 如請求項14之將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其中該光子積體電路晶片包含複數光斑尺寸轉換器，該複數光斑尺寸轉換器中的每一者係暴露於該複數V形槽之各別者的一內部端處，其中該方法包含在該蓋結構及該光子積體電路晶片之間形成該等焊接連接部之前，將該複數光纖中的每一者的一核心與該複數光斑尺寸轉換器之各別者光學對準。
  16. 如請求項9之將光纖附接至光子積體電路晶片的方法，其步驟進一步包含： 在形成該複數焊接連接部以將該蓋結構固定至該光子積體電路晶片之後，將該光子積體電路晶片倒晶附接至一封裝元件，俾使該倒晶附接不影響到在該蓋結構及該光子積體電路晶片之間的該複數焊接連接部。
  17. 一種封裝組件的製造方法，其步驟包含： 具有包含一光纖附接區的一光子積體電路晶片； 將至少一光纖配置於該光纖附接區內； 將一蓋結構配置在該至少一光纖上方； 執行第一焊料回焊製程，以在該蓋結構及該光子積體電路晶片之間形成第一組焊接連接部，俾使在該第一組焊接連接部冷卻時，該蓋結構壓靠在該至少一光纖，以機械性地將該至少一光纖固持抵靠在該光纖附接區；以及 在形成該第一組焊接連接部之後，執行第二焊料回焊製程，以在該光子積體電路晶片及一封裝元件之間形成第二組焊接連接部。
  18. 如請求項17之封裝組件的製造方法，其中該第二焊料回焊製程的執行係用以避免干擾該第一焊料回焊製程，俾使藉由該蓋結構來維持將該至少一光纖抵靠在該光纖附接區的機械性固持。
  19. 如請求項17之封裝組件的製造方法，其步驟進一步包含： 將一載體元件附接至該光子積體電路晶片中與該光纖附接區相對的一表面；以及 將該載體元件附接至一光纖陣列單元，該一光纖陣列單元包含該至少一光纖。
  20. 如請求項17之封裝組件的製造方法，其中該光纖附接區包含複數V形槽的一陣列，其中該光子積體電路晶片包含複數光斑尺寸轉換器，該複數光斑尺寸轉換器中的每一者係暴露於該複數V形槽之各別者的一內部端處，且其中將該至少一光纖配置於該光纖附接區內的該步驟包含將複數光纖分別配置於該複數V形槽內，且其中該方法進一步包含在執行該第一焊料回焊製程以形成該第一組焊接連接部之前，將該複數光纖之每一者的一核心與該複數光斑尺寸轉換器之各別者光學對準。
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