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