倒装芯片集成

将激光器直接集成到硅晶圆上的一种直接方法是芯片封装技术，称为倒装芯片工艺，顾名思义。

芯片的电气连接在顶部，最上层的互连终止于金属焊盘。倒装芯片技术依赖于连接到这些焊盘上的焊球。然后将芯片翻转过来，使焊料与芯片封装上的相应焊盘对齐（或者在例子中是另一个芯片上）。然后焊料熔化，将芯片粘合到封装上。

当试图将激光芯片键合到硅光子芯片时，这个概念是相似的，但更为严格。边缘发射激光器在晶圆上进行全面加工，切割成单独的芯片，并由供应商进行测试。然后使用高精度版本的倒装芯片工艺将单个激光芯片键合到目标硅光子晶圆上，一次一个激光芯片。困难的部分是确保边缘发射的激光输出与硅光子芯片的输入对齐。使用称为对接耦合的工艺，其中激光器放置在硅的凹陷部分，因此它横向邻接硅光子波导的蚀刻面。

为此，倒装芯片工艺需要在所有三个维度上都达到亚微米级的对准精度。在过去的几年里，已经开发出专门的倒装芯片焊接工具来完成这项工作。利用使用机器视觉来保持jingque对准的先进拾取和放置工具，可以在短短几十秒内放置和键合精度优于 500 纳米的激光设备。

2021年，还建立了晶圆级硅光子工艺，以提高这一性能。它将机械对准基座和更jingque蚀刻的对接耦合接口添加到硅芯片上，以实现优于几百纳米的垂直对准。使用这些技术，在 300 毫米硅光子晶圆上组装了某些激光设备。来自每个设备的 50 毫瓦激光中有多达 80% 被耦合到与其相连的硅光子芯片中。在最坏的情况下，整个晶圆上的耦合度仍然在 60% 左右。这些结果可与主动对准实现的耦合效率相媲美，主动对准是一个更耗时的过程，其中来自激光器本身的光用于引导对准过程。

倒装芯片方法的一个显着优势是配对芯片类型的简单性和灵活性。因为它们可以在现有的生产线上生产，附加工程有限，所以它们每个都可以从多个制造商处采购。而且，随着市场需求的增加，越来越多的供应商提供倒装芯片组装服务。另一方面，该过程的顺序性质——每个激光芯片都需要单独拾取和放置——是一个重大缺陷。从长远来看，它限制了制造吞吐量和大幅降低成本的潜力。这对于成本敏感的应用（如消费产品）以及每个芯片需要多个激光设备的系统尤为重要。

使用倒装芯片方法的高精度版本将激光芯片连接到硅光子芯片上。