專利名稱：一種gpon模塊基本單元和其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種GPON(Gigabit-Capable PON)模 塊基本單元和其制造方法。
背景技術(shù)：
GPON技術(shù)起源于1995年，PON是英文“無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)”的縮寫(xiě)， GPON(Gigabit-Capable PON)最早由全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)論壇 FSAN(Full Service Access Networks)組織提出。2001年，F(xiàn)SAN啟動(dòng)了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)工作，旨在規(guī)范工作速率高于lGb/s的 PON網(wǎng)絡(luò)稱為Gigabit-Capable PON(GPON)。GPON除了支持更高的速率之外，還要以很高 的效率支持多種業(yè)務(wù)，提供豐富的功能和良好的擴(kuò)展性。GPON技術(shù)支持完善的OMCI管理機(jī) 制，可遠(yuǎn)程配置、業(yè)務(wù)下發(fā)、升級(jí)等，有效提高運(yùn)營(yíng)商的部署效率。GPON的綜合建網(wǎng)成本優(yōu)于EPON (ΕΡ0Ν 以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò))，2010年，三網(wǎng)融合和運(yùn) 營(yíng)商全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)力成為中國(guó)光纖接入FTTX (Fiber-to-the-x)發(fā)展新的驅(qū)動(dòng) 力，同時(shí)廣電網(wǎng)絡(luò)雙向改造、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新應(yīng)用領(lǐng)域都將帶來(lái)GPON網(wǎng)絡(luò)更廣闊的應(yīng) 用前景。運(yùn)營(yíng)商的重視以及FTTX的發(fā)展趨勢(shì)對(duì)GPON發(fā)展起到了積極的促進(jìn)作用。然而現(xiàn)有技術(shù)中GPON系統(tǒng)所用的核心器件成本仍較高，限制了 GPON的應(yīng)用和發(fā) 展。GPON 模塊所用雙向組件 BOSA (Bi-directional Optical Sub-Assembly)由分立元件 組合而成，組裝復(fù)雜、生產(chǎn)效率較低，成本居高不下?；谑袌?chǎng)方面強(qiáng)勁的需求，以及集成較 多的有源、無(wú)源組件，基于PLCXPlanar light Circuit)技術(shù)的GPON模塊被眾多公司看好。 其優(yōu)點(diǎn)在于允許不同類別的器件分別選擇各自最合適的材料以及最佳的工藝以便取得最 好性能的優(yōu)點(diǎn)。但是硅基板的混合集成技術(shù)在實(shí)際制作工藝和封裝中一直是相當(dāng)復(fù)雜的， 近年來(lái)，一些研究機(jī)構(gòu)針對(duì)傳統(tǒng)倒裝為基礎(chǔ)的混合集成工藝作了改善，取得了較大進(jìn)展。其 中，最引人矚目的成果有兩項(xiàng)第一項(xiàng)是加州大學(xué)圣巴巴拉分校與英特爾公司合作研究的 基于芯片級(jí)結(jié)合的混合集成器件；第二項(xiàng)是比利時(shí)根特大學(xué)的基于芯片和晶圓結(jié)合的混合 集成器件。這兩項(xiàng)技術(shù)分別基于晶圓級(jí)的封裝技術(shù)，晶圓級(jí)的封裝技術(shù)不同于傳統(tǒng)的先切 割晶圓，再組裝測(cè)試的做法，而是先在整片晶圓上進(jìn)行封裝和測(cè)試，然后再切割，它有著更 明顯的優(yōu)勢(shì)首先是工藝工序大大優(yōu)化，晶圓直接進(jìn)入封裝工序，而傳統(tǒng)工藝在封裝之前還 要對(duì)晶圓進(jìn)行切割、分類；所有集成電路一次封裝，刻印工作直接在晶圓上進(jìn)行，設(shè)備測(cè)試 一次完成，有別于傳統(tǒng)組裝工藝；生產(chǎn)周期和成本大幅下降，使芯片所需引腳數(shù)減少，提高 了集成度?，F(xiàn)有技術(shù)中的GPON模塊基本單元采用分立器件，分立器件在組裝、對(duì)準(zhǔn)、封裝等 受到復(fù)雜結(jié)構(gòu)的束縛。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的分立器件在組裝、對(duì)準(zhǔn)、封裝等受到復(fù)雜結(jié)構(gòu)的束縛，因 此有必要提供一種GPON模塊基本單元和其制造方法。
本發(fā)明公開(kāi)了一種GPON基本單元，包括硅基光平臺(tái)101、光波導(dǎo)102、1310nm波段 激光器103、反射鏡202、1490nm波段探測(cè)器104、背光探測(cè)器105、分波/合波器108、用于 光纖固定的V型槽107和用于電氣連接的金屬焊盤(pán)106 ；上述1310nm波段激光器103、反 射鏡202被埋入硅基光平臺(tái)101中，上述1310nm波段激光器103、反射鏡202、1490nm波段 探測(cè)器104分別與光波導(dǎo)102耦合；上述光波導(dǎo)102、1310nm波段激光器103、反射鏡202、 1490nm波段探測(cè)器104、背光探測(cè)器105、分波/合波器108、V型槽107和金屬焊盤(pán)106分 別與硅基光平臺(tái)101耦接。優(yōu)選地，上述光波導(dǎo)102的端面幾何中心和1310nm波段激光器103的發(fā)光面對(duì)準(zhǔn)。上述背光探測(cè)器105通過(guò)耦合光柵201與光波導(dǎo)102耦合。優(yōu)選地，上述光波導(dǎo)102的材料為二氧化硅、氮化硅、硅或透明有機(jī)材料。本發(fā)明還公開(kāi)了一種GPON基本單元的制造方法，其包含以下步驟 步驟一，將1310nm波段激光器103和反射鏡202埋入硅基光平臺(tái)101 ；
步驟二，在硅基光平臺(tái)101光刻或刻蝕，形成光波導(dǎo)102、背光探測(cè)器耦合光柵201和分 波/合波器108 ；上述1310nm波段激光器103與光波導(dǎo)102耦合，光波導(dǎo)102的端面幾何 中心和1310nm波段激光器103發(fā)光面對(duì)準(zhǔn)；
步驟三，在硅基光平臺(tái)101上通過(guò)蒸發(fā)、濺射和電鍍，形成金屬焊盤(pán)106和金屬布線； 步驟四，在硅基光平臺(tái)101上刻蝕用于光纖對(duì)準(zhǔn)和固定的V型槽107 ；步驟五，在硅基 光平臺(tái)101上表貼背光探測(cè)器105，并設(shè)置1490nm波段探測(cè)器104，上述1490nm波段探測(cè) 器104與硅基光平臺(tái)101耦接。優(yōu)選地，上述步驟一中的將1310nm波段激光器103和反射鏡202埋入硅基光平臺(tái) 101具體還包括
步驟1，在子板上將至少一個(gè)1310nm波段激光器103和至少一個(gè)反射鏡202預(yù)固定， 1310nm波段激光器103上帶有焊盤(pán)的上表面和子板接觸，反射鏡202的帶有反射斜面上表 面和子板接觸；
步驟2，在硅基光平臺(tái)101上形成長(zhǎng)、寬、高均大于1310nm波段激光器103幾何尺寸的 凹坑301和長(zhǎng)、寬、高均大于反射鏡202幾何尺寸的凹坑302，上述凹坑301和凹坑302在 硅基光平臺(tái)101上的分布與1310nm波段激光器103和反射鏡202在子板上的分布一一對(duì) 應(yīng)，凹坑301和凹坑302的內(nèi)壁底面涂覆一層用于固定的固定層303 ；將預(yù)固定后的子板和 刻蝕有凹坑并且該凹坑內(nèi)壁底面涂覆有固定層303的硅基光平臺(tái)101面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)后壓合； 步驟3，脫附子板，1310nm波段激光器103和反射鏡202轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的凹坑301和凹坑 302 中。優(yōu)選地，上述GPON模塊單元的制造方法是基于晶圓的。優(yōu)選地，上述述1310nm波段激光器103和上述反射鏡202間隔排列。本發(fā)明的有益效果為與現(xiàn)有的GPON模塊常用的分立器件組件相比有數(shù)項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。 首先，本發(fā)明擺脫了傳統(tǒng)的分立器件的組裝、對(duì)準(zhǔn)、封裝等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的束縛，站在封裝的角 度，將器件集成。第二，直接利用晶圓級(jí)封裝技術(shù)形成GPON模塊基本單元，使GPON模塊基 本單元以硅為基材制作完成，工藝成熟、可大規(guī)模生產(chǎn)，價(jià)格相對(duì)便宜。第三，理論分析，本 發(fā)明適用于各種速率標(biāo)準(zhǔn)下的GPON模塊制作，也適用于單纖雙向器件和單纖三項(xiàng)器件，在FTTX領(lǐng)域得到重要應(yīng)用。


圖1為GPON基本單元結(jié)構(gòu)圖。圖2為所示的包含耦合光柵和反射鏡的GPON基本單元。圖3為將1310nm波段激光器103和反射鏡202埋入硅基光平臺(tái)101后的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種GPON基本單元，包括硅基光平臺(tái)101、光波導(dǎo)102、 被埋入硅基光平臺(tái)101中的1310nm波段激光器103、被埋入硅基光平臺(tái)101中的反射鏡 202U490nm波段探測(cè)器104、背光探測(cè)器105、分波/合波器108、用于光纖固定的V型槽 107和用于電氣連接的金屬焊盤(pán)106 ；所述1310nm波段激光器103、反射鏡202、1490nm波段 探測(cè)器104分別與光波導(dǎo)102耦合；所述光波導(dǎo)102、1310nm波段激光器103、反射鏡202、 1490nm波段探測(cè)器104、背光探測(cè)器105、分波/合波器108、V型槽107和金屬焊盤(pán)106分 別與硅基光平臺(tái)101耦接。所述背光探測(cè)器105用于檢測(cè)1310nm波段激光器103的出光 功率。優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)102的端面幾何中心和1310nm波段激光器103的發(fā)光面對(duì) 準(zhǔn)。光波導(dǎo)102的高度位置(Z方向)由1310nm波段激光器103發(fā)光面在凹坑內(nèi)的深度。優(yōu)選地，所述背光探測(cè)器105通過(guò)耦合光柵201與光波導(dǎo)102耦合。為使得附圖明晰，在不影響本發(fā)明的前提下，該單個(gè)硅基GPON模塊單元在硅基光 平臺(tái)101上的金屬布線和反射鏡202未畫(huà)出。硅基光平臺(tái)101是單個(gè)GPON模塊基本單元 的襯底。優(yōu)選地，所述光波導(dǎo)102的材料為二氧化硅、氮化硅、硅或透明有機(jī)材料。如圖2所示的包含耦合光柵和反射鏡的GPON基本單元，本發(fā)明還公開(kāi)了一種GPON 基本單元的制造方法，其包含以下步驟
步驟一，將1310nm波段激光器103和反射鏡202埋入硅基光平臺(tái)101。步驟二，在硅基光平臺(tái)101上通過(guò)光刻或刻蝕等微電子工藝，形成光波導(dǎo)102、背 光探測(cè)器耦合光柵201和分波/合波器108。1310nm波段激光器103與光波導(dǎo)102耦合， 光波導(dǎo)102的端面幾何中心和1310nm波段激光器103發(fā)光面對(duì)準(zhǔn)，波導(dǎo)高度位置(Z方向) 取決于激光器發(fā)光面在凹坑內(nèi)的位置(深度)。步驟三，在硅基光平臺(tái)101上通過(guò)蒸發(fā)、濺射和電鍍等微電子工藝，形成金屬焊盤(pán) 106和金屬布線，所述金屬焊盤(pán)106和金屬布線用于GPON模塊單元上的電氣連接。為使得 附圖明晰，在不影響本發(fā)明的前提下，圖2中的金屬布線未畫(huà)出。步驟四，在硅基光平臺(tái)101上刻蝕用于光纖對(duì)準(zhǔn)和固定的V型槽107。步驟五，在硅基光平臺(tái)101上表貼背光探測(cè)器105，并設(shè)置1490nm波段探測(cè)器 104，所述1490nm波段探測(cè)器104與硅基光平臺(tái)101耦接。優(yōu)選地，如圖3所示的將1310nm波段激光器103和反射鏡202埋入硅基光平臺(tái) 101后的結(jié)構(gòu)圖，所述步驟一中的將1310nm波段激光器103和反射鏡202埋入硅基光平臺(tái)101具體還包括
步驟1，在子板上將至少一個(gè)1310nm波段激光器103和至少一個(gè)反射鏡202按照一定 的間距預(yù)固定，1310nm波段激光器103上帶有焊盤(pán)的上表面和子板接觸，反射鏡202的帶有 反射斜面上表面和子板接觸，1310nm波段激光器103的間距應(yīng)根據(jù)兩個(gè)相鄰GPON模塊單元 尺寸而定，既滿足單個(gè)模塊的尺寸也要盡量的利用母板的硅面積。所述子板可以是硅晶圓 片、玻璃片或陶瓷片等，但不限于此；子板與1310nm波段激光器103的接觸面平整、均勻。步驟2，利用干法或者濕法刻蝕，在硅基光平臺(tái)101上形成長(zhǎng)、寬、高均大于1310nm 波段激光器103幾何尺寸的凹坑301和長(zhǎng)、寬、高均大于反射鏡202幾何尺寸的凹坑302，所 述凹坑301和凹坑302在硅基光平臺(tái)101上的分布與1310nm波段激光器103和反射鏡202 在子板上的分布一一對(duì)應(yīng)，凹坑301和凹坑302的內(nèi)壁底面涂覆一層用于1310nm波段激光 器103和反射鏡202固定的固定層303 ；將預(yù)固定1310nm波段激光器103和反射鏡202的 子板和刻蝕有凹坑并且該凹坑內(nèi)壁底面涂覆有固定層303的硅基光平臺(tái)101面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)后 壓合。通過(guò)固定層303將1310nm波段激光器103固定在硅基光平臺(tái)101上對(duì)應(yīng)的凹坑內(nèi)。步驟3，脫附子板，1310nm波段激光器103和反射鏡202轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的凹坑301和 凹坑302中。優(yōu)選地，所述GPON模塊單元的制造方法是基于晶圓的。優(yōu)選地，所述1310nm波段激光器103和所述反射鏡202在子板上間隔排列。使用 反射鏡轉(zhuǎn)變光傳輸方向完成光路耦合，相比于光柵耦合效率更高。使用分立的反射鏡，減少 硅基集成反射鏡加工工藝的難度。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種GPON基本單元，其特征在于包括硅基光平臺(tái)(101)、光波導(dǎo)(102)、1310nm波 段激光器(103)、反射鏡(202)、1490nm波段探測(cè)器(104)、背光探測(cè)器(105)、分波/合波器 (108)、用于光纖固定的V型槽(107)和用于電氣連接的金屬焊盤(pán)(106)；所述1310nm波段 激光器(103)、反射鏡(202)被埋入硅基光平臺(tái)(101)中，所述1310nm波段激光器(103)、反 射鏡(202)、1490nm波段探測(cè)器(104)分別與光波導(dǎo)(102)耦合；所述光波導(dǎo)(102)、13IOnm 波段激光器(103)、反射鏡(202)、1490nm波段探測(cè)器(104)、背光探測(cè)器(105)、分波/合波 器(108)、V型槽107和金屬焊盤(pán)106分別與硅基光平臺(tái)(101)耦接。
2.如權(quán)利要求1所述的GPON基本單元，其特征在于所述光波導(dǎo)(102)的端面幾何中心 和1310nm波段激光器(103)的發(fā)光面對(duì)準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求2所述的GPON基本單元，其特征在于所述背光探測(cè)器(105)通過(guò)耦合光 柵(201)與光波導(dǎo)(102)耦合。
4.如權(quán)利要求3所述的GPON基本單元，其特征在于所述光波導(dǎo)(102)的材料為二氧化 硅、氮化硅、硅或透明有機(jī)材料。
5.如權(quán)利要求1所述的GPON基本單元的制造方法，其包含以下步驟步驟一，將1310nm波段激光器(103)和反射鏡(202)埋入硅基光平臺(tái)(101)；步驟二，在硅基光平臺(tái)(101)光刻或刻蝕，形成光波導(dǎo)(102)、背光探測(cè)器耦合光柵 (201)和分波/合波器(108)；所述1310nm波段激光器(103)與光波導(dǎo)(102)耦合，光波導(dǎo) (102)的端面幾何中心和1310nm波段激光器(103)發(fā)光面對(duì)準(zhǔn)；步驟三，在硅基光平臺(tái)(101)上通過(guò)蒸發(fā)、濺射和電鍍，形成金屬焊盤(pán)(106)和金屬布線. 步驟四，在硅基光平臺(tái)(101)上刻蝕用于光纖對(duì)準(zhǔn)和固定的V型槽(107);步驟五，在硅 基光平臺(tái)(101)上表貼背光探測(cè)器(105)，并設(shè)置1490nm波段探測(cè)器(104)，所述1490nm 波段探測(cè)器(104 )與硅基光平臺(tái)(101)耦接。
6.如權(quán)利要求5所述的GPON基本單元的制造方法，其特征在于所述步驟一中的將 1310nm波段激光器(103)和反射鏡(202)埋入硅基光平臺(tái)(101)具體還包括步驟1，在子板上將至少一個(gè)1310nm波段激光器(103)和至少一個(gè)反射鏡(202)預(yù)固 定，1310nm波段激光器(103)上帶有焊盤(pán)的上表面和子板接觸，反射鏡(202)的帶有反射斜 面上表面和子板接觸；步驟2，在硅基光平臺(tái)(101)上形成長(zhǎng)、寬、高均大于1310nm波段激光器(103)幾何尺 寸的凹坑(301)和長(zhǎng)、寬、高均大于反射鏡(202)幾何尺寸的凹坑(302)，所述凹坑(301)和 凹坑(302)在硅基光平臺(tái)(101)上的分布與1310nm波段激光器(103)和反射鏡(202)在 子板上的分布一一對(duì)應(yīng)，凹坑(301)和凹坑(302)的內(nèi)壁底面涂覆一層用于固定的固定層 (303);將預(yù)固定后的子板和刻蝕有凹坑并且該凹坑內(nèi)壁底面涂覆有固定層303的硅基光平 臺(tái)(101)面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)后壓合；步驟3，脫附子板，1310nm波段激光器(103)和反射鏡(202)轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的凹坑(301) 和凹坑(302)中。
7.如權(quán)利要求6所述的GPON基本單元的制造方法，其特征在于所述GPON模塊單元的 制造方法是基于晶圓的。
8.如權(quán)利要求7所述的GPON基本單元的制造方法，其特征在于所述述1310nm波段激光器(103)和所述反射鏡(202)間隔排列。
全文摘要
本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明公開(kāi)了一種GPON基本單元和其制造方法，一種基于半導(dǎo)體晶圓封裝技術(shù)制作GPON模塊基本單元的方法，包括利用成熟的半導(dǎo)體干法和濕法刻蝕、電鍍、鍵合、轉(zhuǎn)移技術(shù)等微電子加工工藝和封裝技術(shù)，形成GPON模塊基本單元。用此種方法制作的GPON模塊基本單元較分立器件組合而成的模塊制作成本低、可大規(guī)模生產(chǎn)，可取代傳統(tǒng)的GPON模塊應(yīng)用于光網(wǎng)絡(luò)中，加工工藝與現(xiàn)有微電子工藝兼容。
文檔編號(hào)G02B6/42GK102062911SQ20111000965
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者萬(wàn)里兮, 劉豐滿, 李寶霞, 陳少武 申請(qǐng)人:成都銳華光電技術(shù)有限責(zé)任公司