[发明专利]用倾斜壁基座进行的被动对齐

说明书

有关申请的参照

本申请要求2000年2月10日申请的欧洲申请00400283.8的利益。

发明背景

1.技术领域

本发明总的涉及光电子/光子器件，更具体地说，本发明涉及将一光电子/光子器件与一匹配基体被动地对齐、紧贴和结合在一起的方法和装置。

2.论述

电子元件混合涉及到将一基体上的光学元件与光电子/光子器件整合在一起。该技术包括用电气和机械手段使光电子/光子器件与基体上的光学元件(例如波导、光栅等等)连接在一起。光子元件混合的一个基本问题是器件相对基体的精确定位。确保这种定位精度的企图包括主动和被动对齐工艺。

广泛使用的被动对齐工艺包括使用倒装焊接法。美国专利5,499,312公开了一种用倒装焊接工艺将光电子元件被动对齐和封装到光波导的方法。该方法完全依赖于焊料表面张力和可湿垫片的设计，使波导与光电子元件对齐。在该结合顺序中，用一抓取和放置机构，使一上面形成有多个焊接隆起部的芯片(例如器件)在一基体上大致对齐，然后将组装件的温度上升到焊料熔化温度之上，焊料熔化时，在所有的界面出现表面张力，使芯片运动到最低势能点上，该点对应于与基体对齐。一旦芯片被对齐，即冷却焊料。

测试显示，这种被动对齐工艺的精度由于在焊料结合过程中的振动而在亚微米级到10微米以上的范围。而目前对光子元件混合的精度要求在X、Y和Z方向约在0.5微米。这样一来，这种工艺的精度的不确定导致它不适合用在光子组件中。

为了取消对焊料结合过程的对齐精度的依赖，所用的一些工艺中采用止动件和支座(standoff)。例如，德国专利19 644 758 A1公开了一种工艺，其中要连接的芯片具有插入基体上的凹部的凸起，以形成精确配合。凸起和凹部的尺寸精度取决于光刻术或微铣或微钻公差，通常小于一微米。

被动对齐技术的另一个例子公开在美国专利5,077,878中。在该工艺中，在一个芯片的表面上设置两个前基座和一个侧基座，在另一芯片上设置一垂直的侧壁。在安装时，第二芯片的前表面接触第一芯片的两个前基座，第二芯片的侧壁与第一芯片的侧基座匹配。在理论上它能使两个芯片精确对齐。

尽管测试显示，用上述的工艺可获得一些很好的结果，但结果仍然取决于在一个芯片上的止动件与在另一芯片上的边缘或凹部之间的摩擦力。这对于批量生产是一个严重的缺陷。为了该缺陷，有些制造商就采用主动对齐工艺。

主动对齐工艺的一类是采用能够进行很精密和准确的放置的抓取和放置机构。采用市场上有售的抓取和放置机构的主动对齐证实了准确度公差约为0.5微米。但是，这种抓取和放置机构很昂贵。同样，这种主动对齐工艺是不合算的。除了机器的价格之外，使用这样的机器不允多芯片结合。这导致生产率很低。因此，使用这种机器的制造过程不仅成本高，而且生产率低。

由此可见，需要提供一种将芯片对齐和结合到一基体上的方法和装置，而这种方法和装置克服了已有技术的缺陷。

发明概要

上述和其它的目的可通过一具有多个焊接隆起部和多个在相对于多个焊接隆起部的预定部位的凹部的第一芯片来实现。一第二芯片设置有多个焊接垫片和多个在相对于多个焊接垫片的预定部位的凸起。多个焊接结合剂置于多个焊接隆起部与多个焊接垫片之间和多个凸起与多个凹部之间的至少一个之间。多个凹部和多个凸起中的至少一方包括倾斜壁，在焊接结合剂进行软熔过程中用于捕获和引导多个凹部和多个凸起中的另一方，使得第一芯片在焊接结合剂的表面张力的作用下相对第二芯片对齐。根据本发明的另一方面，在软熔过程中对第一和第二芯片施加振动波，以辅助多个凸起相对多个凹部移动。

附图简要说明

为了更清楚地理解本发明的优点和目的，下面参考在附图中示出的具体的实施例来详细地说明本发明。要理解的是，这些附图仅仅示出了本发明的较佳实施例，因此，不能认为它们是限制本发明的范围的，因此将用附图和附加的特征和细节来描述和说明本发明，附图中：

图1是本发明的一被被动地对齐、紧贴和结合的光电子/光子器件和匹配的基体的侧视图；

图2是图1的器件和基体在预对齐之后但在结合之前的侧视图；

图3是基体上一凸起与器件的另一实施例的凹部啮合的侧视图；

图4是器件上的另一实施例的凸起与基体的倾斜壁凹部啮合的侧视图；

图5是器件的凸起与基体的另一实施例的凹部啮合的侧视图；