一种光量子芯片的封装结构及制备方法与流程

本发明实施例涉及半导体芯片封装的，尤其涉及一种光量子芯片的封装结构及制备方法。

背景技术：

1、量子信息技术是各国科技竞争的前沿方向，由于量子力学的叠加性、不确定性以及纠缠等特性，使得量子信息技术可以实现超越经典计算机的存储和计算能力、信息论意义上的无条件安全保密通信以及超越经典分辨率极限的测量精度等优势。量子光学是量子信息技术实现的重要途径和研究基础，大规模集成光量子芯片技术相对于空间光路具有高稳定性、低成本以及可量产等优点，且近年来利用大规模集成光量子芯片技术实现量子信息实验成为研究热点和发展趋势。

2、大规模集成光量子芯片通过发展高性能量子光源、低损耗量子线路、高效率单光子探测器等核心器件，使多光子且高维度的量子纠缠态在芯片上的制备，以及操控、测量和纠缠验证成为可能。但是，大规模集成光量子芯片也对传统的封装形式带来了挑战。一方面，由于大规模集成光量子芯片有着高达上千个的集成元器件，光量子芯片上的引脚数量较多，光量子芯片上的引脚尺寸较小，相邻引脚之间的间距较小，这种引脚排布结构在后续的金丝键合过程中存在较大困难，当用于键合的金丝的数量足够大时，密集的金丝之间会出现交叉短路的问题，传统的封装形式难以避免金丝之间交叉短路的问题的出现。另一方面，光量子芯片的结构尺寸有限，随着集成元器件的数量增加，光量子芯片上的引脚数量也不能无限增多，以及与光量子芯片上的引脚通过金丝键合实现电连接的金属走线设置在基板上，由于制备工艺限制，基板上的金属走线的线宽也不能制作的很细，也即基板上的金属走线数量也不能无限增多，即传统的封装形式难以满足光量子芯片的大规模集成的要求。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种光量子芯片的封装结构及制备方法，第一基板的叠层结构可以有效提高第一金属走线的数量，进而提高光量子芯片上的第一引脚的数量，有利于光量子芯片的封装结构的可靠性、集成化和小型化，降低了光量子芯片的封装成本。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种光量子芯片的封装结构，包括光量子芯片、第一基板模块和半导体制冷器；

3、所述光量子芯片与所述第一基板模块位于所述半导体制冷器的同一侧表面上；

4、所述光量子芯片包括第一表面，所述第一表面包括第一引脚区域，所述第一引脚区域包括多个第一引脚；

5、所述第一基板模块包括依次层叠设置的至少两个第一基板，在第一方向上，所述第一基板在所述半导体制冷器所在平面上的正投影的面积依次减小，且在所述第一基板模块靠近所述光量子芯片的第一边缘的区域，各所述第一基板形成台阶状结构；其中，所述第一方向平行于所述半导体制冷器指向所述光量子芯片的方向，所述光量子芯片的第一边缘为所述光量子芯片靠近所述第一基板的一个边缘；

6、各所述第一基板的表面设置有多个沿第二方向延伸的第一金属走线，所述第一引脚与所述第一金属走线的一端通过金丝键合实现电连接；其中，所述第二方向平行于所述第一基板的表面，且所述第二方向垂直于所述光量子芯片的第一边缘。

7、第二方面，本发明实施例还提供了一种光量子芯片的封装结构的制备方法，包括：

8、提供一半导体制冷器；

9、在所述半导体制冷器的一侧表面上，固定光量子芯片与第一基板模块；其中，所述光量子芯片包括第一表面，所述第一表面包括第一引脚区域，所述第一引脚区域包括多个第一引脚；所述第一基板模块包括依次层叠设置的至少两个第一基板，在第一方向上，所述第一基板在所述半导体制冷器所在平面上的正投影的面积依次减小，且在所述第一基板模块靠近所述光量子芯片的第一边缘的区域，各所述第一基板形成台阶状结构；各所述第一基板的表面设置有多个沿第二方向延伸的第一金属走线；其中，所述第一方向平行于所述半导体制冷器指向所述光量子芯片的方向，所述光量子芯片的第一边缘为所述光量子芯片靠近所述第一基板的一个边缘，所述第二方向平行于所述第一基板的表面，且所述第二方向垂直于所述光量子芯片的第一边缘；

10、利用金丝键合法，使得所述第一引脚与所述第一金属走线的一端通过金丝键合实现电连接。

11、本发明实施例提供了一种光量子芯片的封装结构及制备方法，该封装结构包括光量子芯片、第一基板模块和半导体制冷器；光量子芯片与第一基板模块位于半导体制冷器的同一侧表面上；光量子芯片包括第一表面，第一表面包括第一引脚区域，第一引脚区域包括多个第一引脚；第一基板模块包括依次层叠设置的至少两个第一基板，在第一方向上，第一基板在半导体制冷器所在平面上的正投影的面积依次减小，且在第一基板模块靠近光量子芯片的第一边缘的区域，各第一基板形成台阶状结构；其中，第一方向平行于半导体制冷器指向光量子芯片的方向，光量子芯片的第一边缘为光量子芯片靠近第一基板的一个边缘；各第一基板的表面设置有多个沿第二方向延伸的第一金属走线，第一引脚与第一金属走线的一端通过金丝键合实现电连接；其中，第二方向平行于第一基板的表面，且第二方向垂直于光量子芯片的第一边缘。该封装结构中的第一基板模块包括依次层叠设置的至少两个第一基板，第一基板的叠层结构可以有效提高整个第一基板模块中的第一金属走线的数量，进而对应提高光量子芯片上的第一引脚的数量，使得光量子芯片兼容更多数量的引脚，实现大规模引脚的集成，有利于光量子芯片的封装结构的可靠性、集成化和小型化，各第一基板形成台阶状结构，为光量子芯片的第一引脚与第一金属走线的金丝键合的实现提供了足够的空间，以及，该封装结构由传统的封闭式结构转变为开放式结构，可以适应不同尺寸的光量子芯片的封装测试和响应速度，降低了光量子芯片的封装成本，且光量子芯片的叠层封装结构简单可靠，易于实现，有利于制备出低成本、高稳定性、高可靠性的光量子芯片的封装产品。

技术特征：

1.一种光量子芯片的封装结构，其特征在于，包括光量子芯片、第一基板模块和半导体制冷器；

2.根据权利要求1所述的光量子芯片的封装结构，其特征在于，在所述第一引脚区域中，各所述第一引脚沿所述第二方向以及第三方向呈阵列排布；

3.根据权利要求2所述的光量子芯片的封装结构，其特征在于，在所述第二方向上，相邻两行的所述第一引脚交错排布设置。

4.根据权利要求1所述的光量子芯片的封装结构，其特征在于，还包括第一电路板模块；

5.根据权利要求4所述的光量子芯片的封装结构，其特征在于，在所述第一方向上，同一所述第一硬质电路板上的所述第二金属走线的一端与同一所述第一基板上的所述第一金属走线的另一端通过金丝键合实现电连接，且实现电连接的所述第二金属走线对应的所述第一硬质电路板的层数与所述第一金属走线对应的所述第一基板的层数相同。

6.根据权利要求4所述的光量子芯片的封装结构，其特征在于，所述半导体制冷器与所述第一硬质电路板通过第一导线实现电连接。

7.根据权利要求1所述的光量子芯片的封装结构，其特征在于，还包括第一光纤阵列；

8.一种光量子芯片的封装结构的制备方法，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，利用金丝键合法，使得所述第一引脚与所述第一金属走线的一端通过金丝键合实现电连接之后，还包括：

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述光量子芯片还包括第二表面，所述第二表面包括第一端面耦合波导，所述第二表面与所述光量子芯片的第一边缘在所述半导体制冷器所在平面上的正投影不交叠；

技术总结本发明实施例公开了一种光量子芯片的封装结构及制备方法，该封装结构包括光量子芯片、第一基板模块和半导体制冷器；光量子芯片包括多个第一引脚；第一基板模块包括依次层叠设置的至少两个第一基板，在第一方向上，第一基板在半导体制冷器所在平面上的正投影的面积依次减小，且在第一基板模块靠近光量子芯片的第一边缘的区域，各第一基板形成台阶状结构；各第一基板的表面设置有多个沿第二方向延伸的第一金属走线，第一引脚与第一金属走线的一端通过金丝键合实现电连接。该封装结构使得光量子芯片兼容更多数量的引脚，实现大规模引脚的集成，有利于光量子芯片的封装结构的可靠性、集成化和小型化，且台阶状结构，为金丝键合的实现提供足够的空间。技术研发人员：周兴金,龚攀,葛玉德受保护的技术使用者：合肥硅臻芯片技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26