一種硅光子芯片的封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域,特別是涉及一種硅光子芯片的封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]硅光子技術(shù)是一種基于硅光子學(xué)的低成本、高速的光通信技術(shù),用激光束代替電子信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)。
[0003]硅光子技術(shù)利用標(biāo)準(zhǔn)硅實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和其它電子設(shè)備之間的光信息的發(fā)送和接收。與晶體管主要依賴于普通硅材料不同,硅光子技術(shù)采用的基礎(chǔ)材料是玻璃。由于光對(duì)于玻璃來(lái)說(shuō)是透明的,不會(huì)發(fā)生干擾現(xiàn)象,因此理論上可以通過(guò)在玻璃中集成光波導(dǎo)通路來(lái)傳輸信號(hào),很適合于計(jì)算機(jī)內(nèi)部和多核之間的大規(guī)模通信。硅光子技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)在于擁有相當(dāng)高的傳輸速率,可使處理器內(nèi)核之間的數(shù)據(jù)傳輸速度比目前快100倍甚至更高。
[0004]現(xiàn)有的娃光子芯片封裝時(shí),如圖1和圖2所不,由于娃光子波導(dǎo)110與波導(dǎo)光纖模場(chǎng)不匹配,因此為實(shí)現(xiàn)硅光子芯片100上波導(dǎo)光柵光模場(chǎng)直徑變換,在接收或反射光信號(hào)時(shí),要求光線是掠入射(出射)到娃光子波導(dǎo)光柵親合器120 (光線與波導(dǎo)光柵親合器的表面的法線的夾角β),以實(shí)現(xiàn)硅光子波導(dǎo)與波導(dǎo)光纖耦合器120耦合效率最大。但是,將波導(dǎo)光柵耦合器120直接與光纖130耦合(如需要將光纖的一端的端面研磨,使得水平放置時(shí)該面與豎直方向的夾角為Θ ),工藝復(fù)雜,且其封裝只有對(duì)單通道器件進(jìn)行單獨(dú)封裝,而且封裝體積大,集成度低。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種娃光子芯片的封裝結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)娃光子芯片的表面精確貼裝,該封裝結(jié)構(gòu),具有成本低、容易操作、精度高、可集成、易于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明提供一種硅光子芯片的封裝結(jié)構(gòu),包括:
[0007]硅光子芯片,所述硅光子芯片用于發(fā)射第一光信號(hào);
[0008]波導(dǎo)光柵親合器,所述波導(dǎo)光柵親合器的上表面與所述娃光子芯片的輸出端連接,所述波導(dǎo)光柵耦合器接收所述第一光信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行光模場(chǎng)直徑變換后輸出第二光信號(hào);
[0009]光波導(dǎo)陣列部件,所述光波導(dǎo)陣列部件包括多條光波導(dǎo),所述光波導(dǎo)陣列部件的左端面具有全反射元件,所述光波導(dǎo)陣列部件的左端面與上表面的夾角為銳角,所述波導(dǎo)光柵耦合器的下表面貼裝到所述光波導(dǎo)陣列部件的上表面的左端,所述光波導(dǎo)陣列部件將從其上表面接收到的所述第二光信號(hào),經(jīng)所述全反射元件全反射后,從所述光波導(dǎo)的左端耦合到所述光波導(dǎo)并在其內(nèi)部傳輸,由所述光波導(dǎo)的右端輸出第三光信號(hào);
[0010]光纖陣列,所述光纖陣列包括多條并排設(shè)置的光纖,并與所述光波導(dǎo)陣列部件的右端耦合連接,接收所述第三光信號(hào),所述光纖與所述光波導(dǎo)一一對(duì)應(yīng)并耦合連接。
[0011]優(yōu)選的,所述光波導(dǎo)陣列部件包括光波導(dǎo)陣列基板、光波導(dǎo)陣列蓋板和光纖陣列蓋板,其中,所述光波導(dǎo)陣列基板包括:只具有多條光波導(dǎo)的一端為第一光波導(dǎo)基板,和與所述光纖陣列的一端耦合連接的第二光波導(dǎo)基板;所述光波導(dǎo)陣列蓋板覆蓋在所述第一光波導(dǎo)基板的上表面,所述光纖陣列蓋板覆蓋在所述耦合進(jìn)的光纖陣列的上表面。
[0012]優(yōu)選的,所述第二光波導(dǎo)基板的上表面具有容納光纖的凹槽,所述凹槽與所述光波導(dǎo)一一對(duì)應(yīng)。
[0013]優(yōu)選的,所述凹槽為V型槽。
[0014]優(yōu)選的,所述光波導(dǎo)的中心與所述光波導(dǎo)陣列部件的上表面的距離為30um-50um。
[0015]優(yōu)選的,所述光波導(dǎo)陣列部件左端面與所述波導(dǎo)陣列部件的上表面所成的銳角的范圍是40度到50度。
[0016]優(yōu)選的,所述全反射元件為薄膜濾波片或全反射膜。
[0017]優(yōu)選的,所述光波導(dǎo)陣列部件左端面是通過(guò)光學(xué)冷加工方式研磨得到的。
[0018]優(yōu)選的,所述光波導(dǎo)陣列部件的橫截面的形狀為正多邊形或圓形。
[0019]本發(fā)明所提供的硅光子芯片的封裝結(jié)構(gòu),與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0020]本發(fā)明所提供的硅光子芯片的封裝結(jié)構(gòu),包括:硅光子芯片、波導(dǎo)光柵耦合器、光波導(dǎo)陣列部件、光纖陣列,所述硅光子芯片用于發(fā)射第一光信號(hào);所述波導(dǎo)光柵耦合器的上表面與所述硅光子芯片的輸出端連接,所述波導(dǎo)光柵耦合器接收所述第一光信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行光模場(chǎng)直徑變換后輸出第二光信號(hào);所述光波導(dǎo)陣列部件包括多條光波導(dǎo),所述光波導(dǎo)陣列部件的左端面具有全反射元件,所述光波導(dǎo)陣列部件的左端面與上表面的夾角為銳角,所述波導(dǎo)光柵耦合器的下表面貼裝到所述光波導(dǎo)陣列部件的上表面的左端,所述光波導(dǎo)陣列部件將從其上表面接收到的所述第二光信號(hào),經(jīng)所述全反射元件全反射后,從所述光波導(dǎo)的左端耦合到所述光波導(dǎo)并在其內(nèi)部傳輸,由所述光波導(dǎo)的右端輸出第三光信號(hào);所述光纖陣列包括多條并排設(shè)置的光纖,并與所述光波導(dǎo)陣列部件的右端耦合連接,接收所述第三光信號(hào),所述光纖與所述光波導(dǎo)一一對(duì)應(yīng)。
[0021]上述為所述硅光子芯片發(fā)射光信號(hào)時(shí)的工作原理,所述硅光子芯片封裝結(jié)構(gòu)接收光信號(hào)時(shí)的工作原理為:所述光纖陣列輸出第四光信號(hào),由與所述光纖陣列的光纖一一對(duì)應(yīng)耦合連接的所述光波導(dǎo)陣列部件的光波導(dǎo)的右端,接收所述第四光信號(hào),所述第四光信號(hào)在所述光波導(dǎo)內(nèi)傳輸,從所述光波導(dǎo)的左端輸出所述第四光信號(hào),再經(jīng)所述全反射元件全反射后,由所述光波導(dǎo)陣列部件的上表面輸出第五光信號(hào),所述第五光信號(hào)由所述波導(dǎo)光柵耦合器接收后,對(duì)所述第五光信號(hào)進(jìn)行光模場(chǎng)直徑變換后輸出第六光信號(hào),最后由所述硅光子芯片接收所述第六光信號(hào)。
[0022]本發(fā)明使用的光波導(dǎo)陣列部件,是使用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)得到的,工藝易于控制,批次厚度精度高,公差小,可實(shí)現(xiàn)所述光波導(dǎo)中心到所述上表面的精確控制,保證耦合效率,且光路實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向,可實(shí)現(xiàn)表面貼裝,易于封裝,具有成本低,容易操作,精度高,可集成,易于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。并且所述光波導(dǎo)陣列部件與所述光纖陣列耦合可以使用自動(dòng)耦合設(shè)備,耦合效率高。所述波導(dǎo)光柵耦合器和所述硅光子芯片均采用CMOS工藝實(shí)現(xiàn)光互連,工藝簡(jiǎn)單,制造成本低。
[0023]由于本發(fā)明所提供的封裝結(jié)構(gòu)由于是陣列封裝,容易實(shí)現(xiàn)多通道集成,容易操作,精度高,封裝體積小,易于大批量生產(chǎn),成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中硅光子芯片封裝結(jié)構(gòu)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖;
[0025]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中硅光子芯片封裝結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖;
[0026]圖3為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0027]圖4為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】中硅光子芯片的發(fā)射波長(zhǎng)為λ時(shí)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
[0028]圖5為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】中硅光子芯片的接收波長(zhǎng)為λ時(shí)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;
[0029]圖6為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】中硅立體結(jié)構(gòu)示意圖;
[0030]圖7為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】中光波導(dǎo)陣列部件具有凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0031]圖8為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】中光波導(dǎo)陣列部件具有凹槽為V型槽時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0032]圖9為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】中全反射元件為薄膜濾波片時(shí)的剖視結(jié)構(gòu)示意圖;
[0033]圖10為本發(fā)明提供的實(shí)施例的一種【具體實(shí)施方式】中全反射元件為薄膜濾波片時(shí)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]正如【背景技術(shù)】部分所述,現(xiàn)有技術(shù)中的硅光子芯片封裝時(shí),工藝復(fù)雜,封裝體積大,集成度低。
[0035]基于此,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種硅光子芯片的封裝結(jié)構(gòu),包括:
[0036]硅光子芯片,所述硅光子芯片用于發(fā)射第一光信號(hào);
[0037]波導(dǎo)光柵親合器,所述波導(dǎo)光柵親合器的上表面與所述娃光子芯片的輸出端連接,所述波導(dǎo)光柵耦合器接收所述第一光信號(hào),并對(duì)其進(jìn)行光模場(chǎng)直徑變換后輸出第二光信號(hào);
[0038]光波導(dǎo)陣列部件,所述光波導(dǎo)陣列部件包括多條光波導(dǎo),所述光波導(dǎo)陣列部件的左端面具有全反射元件,所述光波導(dǎo)陣列部件的左端面與上表面的夾角為銳角,所述波導(dǎo)光柵耦合器的下