一种倒装封装的发光芯片及其制备方法、倒装封装结构与流程

本发明涉及光电共封装，尤其涉及一种倒装封装的发光芯片及其制备方法、倒装封装结构。

背景技术：

1、随着人工智能技术的快速发展，数据中心对高速互联的需求日益迫切，高带宽、高速率、低能耗、低延时的信号传输已成为必须。在许多800g或1.6t光模块中，传输单字节的能耗已降低至数个皮焦耳（pj）或者亚皮焦耳的极小数量级。在此背景下，光模块的封装形式也在不断演进，依照核心计算芯片（asic）距离i/o端的横向距离之远近，依次可分为可插拔光学（pluggable optics）、板上光学（on-board optics）、基于vcsel芯片的近封装光学（npo，near package optics）以及基于硅基光子学（siph）的共封装光学（cpo, co-packaged optics）。随着晶粒尺寸的不断缩小以及在横向排列和竖向堆叠上日益紧凑的布局，多芯片、多元器件的系统集成对半导体封装提出了更高的要求。

2、传统3d传感所用的发光芯片，常采用to（金属圆壳晶体管外壳，transistoroutline）或smd（表面贴装器件，surface mounted device）封装形式，即将独立的发光芯片单独封装，其尺寸相对较大。芯片与金属焊盘（pad）之间的连接多采用引线键合（wirebonding）方式。无论是端面发射激光芯片（eml，edge emitting laser）还是面发射激光芯片（vcsel，vertical cavity surface emitting laser），to式封装在与透镜、光纤连接器等其他光学元器件一同密封于同一个tosa（光发射次模块，transmitter optical sub-assembly）管壳内时，均会使得整个tosa显得十分臃肿，难以满足日益增长的紧凑化、高密度集成需求。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种倒装封装的发光芯片及其制备方法、倒装封装结构，以在保证激光芯片光学性能的前提下，缩小封装尺寸、提高集成度、缩短芯片间互连距离，实现激光芯片及光学元器件的高密度系统级封装。

2、根据本发明的一方面，提供了一种倒装封装的发光芯片，包括：

3、衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面；

4、外延结构，设置于所述衬底的第一表面，所述外延结构至少包括依次远离所述衬底的第一布拉格反射镜、有源发光层和第二布拉格反射镜；

5、介质膜组，覆盖于所述外延结构之上，所述介质膜组中开设有与所述外延结构中的第一接触区相对应的第一导通孔，以及与所述外延结构中的第二接触区相对应的第二导通孔；

6、第一电极和第二电极，分别设置于所述第一导通孔和第二导通孔内，并与对应的所述第一接触区和第二接触区形成欧姆接触；其中，所述第一电极通过所述第一接触区与所述第一布拉格反射镜电连接，所述第二电极通过所述第二接触区与所述第二布拉格反射镜电连接；

7、导电柱体结构，至少包括第一焊接柱和第二焊接柱，至少部分的所述第一焊接柱和至少部分的所述第二焊接柱嵌设于所述介质膜组中，所述第一焊接柱的一端与所述第一电极电连接，另一端用于与外部电路或转接板倒装焊接；所述第二焊接柱的一端与所述第二电极电连接，另一端用于与外部电路或转接板倒装焊接。

8、根据本发明的另一方面，提供了一种倒装封装的发光芯片的制备方法，用于制备本发明任一实施例所述的倒装封装的发光芯片，所述制备方法包括：

9、提供衬底，在所述衬底的第一表面上形成外延结构，所述外延结构至少包括依次远离所述衬底的第一布拉格反射镜、有源发光层和第二布拉格反射镜；

10、沉积介质膜组，并对所述介质膜组中的第一绝缘介质层图形化，形成与所述外延结构中的第一接触区相对应的第一导通孔，以及与所述外延结构中的第二接触区相对应的第二导通孔；

11、在所述第一导通孔内制备第一电极，使所述第一电极通过所述第一接触区与所述第一布拉格反射镜电连接；在所述第二导通孔内制备第二电极，使所述第二电极通过所述第二接触区与所述第二布拉格反射镜电连接；

12、在所述介质膜组中的至少一层绝缘介质层中形成导电柱体结构，所述导电柱体结构至少包括第一焊接柱和第二焊接柱，所述第一焊接柱与所述第一电极电连接，所述第二焊接柱与所述第二电极电连接。

13、根据本发明的另一方面，提供了一种倒装封装结构，包括：

14、转接板，所述转接板上设置有再分布层；

15、如本发明任一实施例所述的发光芯片，所述发光芯片通过所述导电柱体结构以倒装方式焊接于所述转接板的第一表面；

16、驱动芯片和/或电学芯片，以倒装方式焊接于所述转接板的第一表面，并通过所述转接板的再分布层与所述发光芯片电连接。

17、本发明实施例提供的技术方案，将导电柱体结构（第一焊接柱和第二焊接柱）嵌设于介质膜组中并用于与外部电路或转接板进行倒装焊接，省去了传统的引线键合方式，避免了引线键合带来的较大寄生电感和寄生电阻，显著缩短了芯片与外部的互连路径，从而有效降低了信号传输延迟和功耗；在此基础上，通过导电柱体结构的倒装焊接方式，发光芯片能够与驱动芯片、电学芯片等同芯片一起共封装于同一转接板之上，实现了多芯片之间的短距离互联和紧凑的系统级封装，大幅提升了系统集成度，并可根据需要灵活选择背面出光或正面出光的方式，以适配不同的应用场景，从而有效解决了传统to或smd封装方式下芯片尺寸大、集成度低、互连距离长、寄生参数大的技术问题。

18、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

1.一种倒装封装的发光芯片，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，所述外延结构远离所述衬底的一侧的表面具有发光台；所述发光台为台柱体或圆柱体结构；所述发光台至少包括所述第二布拉格反射镜和所述有源发光层；

3.根据权利要求2所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，所述第一布拉格反射镜设置为第一导电类型，所述第二布拉格反射镜设置为第二导电类型，所述第二导电类型与所述第一导电类型不同；所述外延结构还包括：

4.根据权利要求2所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，所述发光芯片的出光方向为所述外延结构指向所述衬底的方向；

5.根据权利要求4所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，所述发光芯片的出光方向为所述衬底指向所述外延结构的方向；

7.根据权利要求6所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，所述导电柱体结构还包括至少两个不具有电连接功能的辅助导电柱，所述辅助导电柱与所述第一焊接柱以及所述第二焊接柱同层设置；

9.根据权利要求7所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，所述介质膜组包括依次设置于所述外延结构之上的第一绝缘介质层、第二绝缘介质层和第三绝缘介质层；

10.根据权利要求7所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，所述介质膜组包括依次设置于所述外延结构之上的第一绝缘介质层、第二绝缘介质层、第三绝缘介质层和第四绝缘介质层；

11.根据权利要求1所述的倒装封装的发光芯片，其特征在于，

12.一种倒装封装的发光芯片的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1~11任一所述的倒装封装的发光芯片，所述制备方法包括：

13.根据权利要求12所述的倒装封装的发光芯片的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底的第一表面上形成外延结构之后，还包括：

14.根据权利要求13所述的倒装封装的发光芯片的制备方法，其特征在于，所述发光芯片的出光方向为所述外延结构指向所述衬底的方向；所述第二电极为圆形，所述第一电极为环形，所述第二电极与第一电极同心设置；所述介质膜组包括第一绝缘介质层和第二绝缘介质层；

15.根据权利要求14所述的倒装封装的发光芯片的制备方法，其特征在于，还包括：

16.根据权利要求13所述的倒装封装的发光芯片的制备方法，其特征在于，所述发光芯片的出光方向为所述衬底指向所述外延结构的方向；所述第一电极和所述第二电极均为环形，且同心设置；所述方法还包括：

17.根据权利要求16所述的倒装封装的发光芯片的制备方法，其特征在于，所述介质膜组包括依次设置于所述外延结构之上的第一绝缘介质层、第二绝缘介质层和第三绝缘介质层；所述方法还包括：

18.一种倒装封装结构，其特征在于，包括：

19.根据权利要求18所述的倒装封装结构，其特征在于，