一种三维集成的Chiplet封装结构及封装方法与流程

本申请涉及先进封装，具体涉及一种三维集成的chiplet封装结构及封装方法。

背景技术：

1、随着传输速率越来越高，除了长距离采用光互连，机柜间、板间甚至芯片间的互连也将采用更高速的光互连方式。因此需要将光电芯片通过系统级封装方式集成在一颗封装体中，实现光电转换，组装在主板上。然而硅光芯片是无法发光的，激光器是三五族半导体器件，激光器是作为光源，如何将激光器与硅光芯片、电芯片集成是关键。

2、相关技术中，一种光电芯片集成封装结构，其是直接先将激光器芯片倒装焊接在载板上，然后将光芯片倒装焊接在载板上，再将电芯片焊接在载板上，最终形成光电芯片集成封装结构。

3、但是，这种将激光器芯片、光芯片的波导进行端面耦合时对x轴、y轴和z轴三方向上对准精度要求非常高，以及激光器芯片、电芯片散热效率低，在封装的过程中各器件的集成度以及封装效率较低。

4、因此，有必要设计一种新的三维集成的chiplet封装结构及封装方法，以克服上述问题。

技术实现思路

1、本申请提供一种三维集成的chiplet封装结构及封装方法，可以解决相关技术中将激光器芯片、光芯片和电芯片分别单独封装的方式，在封装的过程中各器件的集成度以及封装效率较低的技术问题。

2、第一方面，本申请实施例提供一种三维集成的chiplet封装结构，其包括：导电层；chiplet结构单元，所述chiplet结构单元包括第一基板，所述第一基板上集成有激光器芯片、光芯片和电芯片，且所述chiplet结构单元整体倒装至所述导电层，使所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片均与所述导电层电连接；以及第二基板，所述chiplet结构单元通过所述导电层整体倒装至所述第二基板，使所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片通过所述导电层与所述第二基板实现电连接。

3、结合第一方面，在一种实施方式中，所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片远离所述第一基板的一侧均具有安装面，所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片通过所述安装面安装至所述导电层；定义沿所述chiplet结构单元与所述导电层的组装方向为垂直方向，所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片的安装面沿所述垂直方向的高度差小于或者等于2um。

4、结合第一方面，在一种实施方式中，定义沿所述chiplet结构单元与所述导电层的组装方向为垂直方向，所述激光器芯片、所述光芯片与所述电芯片沿所述垂直方向的厚度均相等。

5、结合第一方面，在一种实施方式中，所述第一基板的一侧设置有导热层，所述导热层与所述电芯片分别贴附于所述第一基板的相对两侧；所述三维集成的chiplet封装结构还包括盖设于所述第一基板外的外壳，所述外壳与所述导热层贴合，且所述外壳与所述第二基板固定，使所述第一基板、所述激光器芯片、所述光芯片、所述电芯片和所述导电层封装于所述外壳内。

6、结合第一方面，在一种实施方式中，所述外壳外还盖设有热沉。

7、结合第一方面，在一种实施方式中，所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片均固设有导电微凸起，且所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片均通过所述导电微凸起与所述导电层电连接。

8、结合第一方面，在一种实施方式中，所述激光器芯片内具有第一波导结构，且所述激光器芯片于所述第一波导结构处设有第一耦合端面；所述光芯片内具有第二波导结构，且所述光芯片于所述第二波导结构处设有第二耦合端面，所述第二波导结构的轴线与所述第一波导结构的轴线位于同一水平线上，所述第二耦合端面与所述第一耦合端面互相面对且平行。

9、结合第一方面，在一种实施方式中，所述导电层与所述第二基板之间通过导电凸起电连接，所述第二基板的底部还设置有导电球；所述导电球沿所述垂直方向的高度大于所述导电凸起沿所述垂直方向的高度，且所述导电凸起沿所述垂直方向的高度大于所述导电微凸起沿所述垂直方向的高度。

10、结合第一方面，在一种实施方式中，所述激光器芯片、所述光芯片和所述电芯片均固设有导电微凸起，所述导电层的底部设置有导电凸起，且所述导电层内设置有导电孔，所述导电凸起与所述导电微凸起通过所述导电孔电连接。

11、第二方面，本申请实施例提供了一种三维集成的chiplet封装方法，其包括以下步骤：

12、将激光器芯片、光芯片和电芯片一起集成于第一基板，形成chiplet结构单元；

13、将chiplet结构单元整体倒装至导电层；

14、将chiplet结构单元通过导电层整体倒装至第二基板，使激光器芯片、光芯片和电芯片通过导电层与第二基板实现电连接。

15、结合第二方面，在一种实施方式中，所述将激光器芯片、光芯片和电芯片一起集成于第一基板，形成chiplet结构单元，包括：

16、将激光器芯片、光芯片和电芯片的厚度调整为相等；

17、将激光器芯片、光芯片和电芯片一起固定至第一基板的上表面，形成chiplet结构单元。

18、结合第二方面，在一种实施方式中，所述电芯片包括驱动电芯片和/或跨阻放大器电芯片。

19、本申请实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

20、通过将激光器芯片、光芯片和电芯片均集成在第一基板上形成整体的chiplet结构单元，可以提高激光器芯片、光芯片和电芯片的集成度，且在封装的过程中直接将chiplet结构单元整体倒装至导电层即可，再把chiplet结构单元与导电层一起整体倒装至第二基板，实现chiplet封装结构，不需要将激光器芯片、光芯片和电芯片分多次单独进行封装，整体封装的方式可以提高封装效率，解决了相关技术中各器件的集成度以及封装效率较低的技术问题。

技术特征：

1.一种三维集成的chiplet封装结构，其特征在于，其包括：

2.如权利要求1所述的三维集成的chiplet封装结构，其特征在于，

3.如权利要求1所述的三维集成的chiplet封装结构，其特征在于，

4.如权利要求1所述的三维集成的chiplet封装结构，其特征在于，

5.如权利要求4所述的三维集成的chiplet封装结构，其特征在于，所述外壳(7)外还盖设有热沉(8)。

6.如权利要求1-5任一项所述的三维集成的chiplet封装结构，其特征在于，

7.如权利要求1所述的三维集成的chiplet封装结构，其特征在于，

8.一种三维集成的chiplet封装方法，其特征在于，其包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的三维集成的chiplet封装方法，其特征在于，所述将激光器芯片(22)、光芯片(23)和电芯片(24)一起集成于第一基板(21)，形成chiplet结构单元(2)，包括：

10.如权利要求8所述的三维集成的chiplet封装方法，其特征在于，

技术总结
本申请涉及一种三维集成的Chiplet封装结构及封装方法，三维集成的Chiplet封装结构包括：导电层；Chiplet结构单元，Chiplet结构单元包括第一基板，第一基板上集成有激光器芯片、光芯片和电芯片，且Chiplet结构单元整体倒装至导电层，使激光器芯片、光芯片和电芯片均与导电层电连接；以及第二基板，Chiplet结构单元通过导电层整体倒装至第二基板，使激光器芯片、光芯片和电芯片通过导电层与第二基板实现电连接。本申请可以提高激光器芯片、光芯片和电芯片的集成度且提高封装效率。本申请巧妙借助于第一基板实现激光器芯片与光芯片的无源高效端面耦合，且包含电芯片共同形成Chiplet结构单元，然后通过倒装键合于导电层上，可有效解决散热困难以及体积过大等问题。

技术研发人员：陈世平,傅焰峰,王栋,窦鸿程,冯之航,杨明
受保护的技术使用者：武汉光谷信息光电子创新中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25