一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及方法，该装置包括转接板，转接板包括本体、第一连接部及第二连接部；第一连接部与激光器芯片连接、第二连接部与硅基光电子芯片连接；该方法包括：根据波导的位置信息，并利用激光器芯片和硅基光电子芯片工艺过程中的停止层精确确定待形成的凹槽的深度，在激光器芯片上刻蚀出第一凹槽、在硅基光电子芯片上刻蚀出第二凹槽；在转接板上刻蚀出第一凸起和第二凸起，将激光器芯片装配到转接板上，再将上述转接板装配到硅基光电子芯片上；本发明专利技术基于精密的微纳加工工艺保证了激光器芯片与硅基光电子芯片的精确对准，无需考虑后续的加电和散热等问题，极大降低了封装工艺难度。

A Coupled Alignment Device and Method for Laser Chip and Silicon-based Photoelectronic Chip

【技术实现步骤摘要】
一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及方法
本专利技术涉及硅基光电子器件封装
，更为具体来说，本专利技术为一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及方法。
技术介绍
硅是间接带隙半导体，其发光效率不高，所以，硅一直以来被认为不适合制作光源材料；因而对于硅基光电子技术来说，光源的引入便成为了一项非常重要的工作。目前，硅基光电子技术的光源引入方式一般为：在硅基光电子芯片上直接贴装光源，一般通过倒装芯片(Flipchip)等方式将激光器芯片直接贴装于硅基光电子芯片上，然后通过端面耦合或者光栅耦合方式将激光器芯片的波导与硅基光电子芯片的波导进行耦合对准，比如，具体采用气密封装方案将光源光栅耦合进硅波导，或通过机械反复定位方案实现对准；显然地，现有技术必须要同时考虑固定、加电、散热、对准等问题，因而直接贴装激光器芯片的过程难以保证耦合精度，反复进行对准的过程导致了耦合工作效率过低的问题，高精密的设备带来了封装成本过高问题，据历史统计数据显示，集成光子芯片的耦合封装成本占据最终器件总成本的80％左右，而且，硅基光电子芯片的耦合相关损耗占据了整个器件总消耗的50％左右。因此，如何显著地提高激光器芯片和硅基光电子芯片的耦合对准效率以及精度，并在保证耦合对准的可靠性的前提下有效降低耦合对准成本，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的激光器芯片和硅基光电子芯片的耦合对准效率低、精度低、成本高等问题，本专利技术创新地提供了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及方法，基于对转接板结构的设计和连接结构的改进，本专利技术能够高效、高精度且低成本地完成激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准工作，而且本专利技术显著降低了加工工艺难度，从而较好地解决了现有技术存在的诸多问题。为实现上述的技术目的，本专利技术公开了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，该装置包括转接板，所述转接板包括本体、第一连接部及第二连接部，所述第一连接部、所述第二连接部均与所述本体固定连接；所述第一连接部用于与激光器芯片上的第一配合部固定连接，所述第二连接部用于与硅基光电子芯片上的第二配合部固定连接，从而使激光器芯片的第一波导层光场与硅基光电子芯片的第二波导层光场耦合对准。基于上述的技术方案，本专利技术创新地通过具有简易结构的转接板完成激光器芯片与硅基光电子芯片的自对准，而且可通过成熟的工艺完成连接结构的加工，具有效率高、精度高、成本低等优点。进一步地，所述第一连接部为第一凸起，所述第一配合部为第一凹槽，所述第一凸起卡入所述第一凹槽中。进一步地，所述第二连接部为第二凸起，所述第二配合部为第二凹槽，所述第二凸起卡入所述第二凹槽中。进一步地，所述第一连接部和所述第二连接部均处于本体的下方，所述硅基光电子芯片上开设有用于放入所述激光器芯片的容纳仓。基于上述改进的技术方案，本专利技术能够保证激光器芯片和硅基光电子芯片在六个维度上的自对准，从而极大地降低了激光器芯片和硅基光电子芯片的耦合对准难度。进一步地，激光器芯片的底面与容纳仓的底面之间通过导热材料连接。进一步地，第一连接部和/或第二连接部的横截面为多边形。进一步地，所述本体、第一连接部及第二连接部为一体结构。为实现上述技术目的，本专利技术还公开了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法，该方法包括如下步骤；步骤1，根据激光器芯片的第一停止层确定激光器芯片上的第一凹槽的深度，根据硅基光电子芯片的第二停止层确定硅基光电子芯片的第二凹槽的深度，并根据第一凹槽的深度和激光器芯片的第一波导层的高度确定待形成于转接板上的第一凸起的高度，以及根据第二凹槽的深度和硅基光电子芯片的第二波导层的高度确定待形成于转接板上的第二凸起的高度；步骤2，在激光器芯片上刻蚀出用于耦合对准的多个第一凹槽，精确停止在第一停止层的上表面；在硅基光电子芯片上刻蚀出用于耦合对准的多个第二凹槽，精确停止在第二停止层的上表面；步骤3，在转接板上刻蚀出在水平方向上与多个第一凹槽一一对应的多个第一凸起和在水平方向上与多个第二凹槽一一对应的多个第二凸起；其中，第一凸起数量与第一凹槽数量相同，第二凸起数量与第二凹槽数量相同，第一凸起的高度大于第一凹槽的深度，第二凸起的高度大于第二凹槽的深度；步骤4，通过所述多个第一凹槽与所述多个第一凸起一一对应固定的方式将所述激光器芯片装配到所述转接板上；步骤5，通过所述多个第二凸起与所述多个第二凹槽一一对应固定的方式将带有所述激光器芯片的转接板装配到所述硅基光电子芯片上，从而完成激光器芯片的第一波导层光场与硅基光电子芯片的第二波导层光场耦合对准。基于上述的技术方案，本专利技术创新地通过具有简易结构的转接板完成激光器芯片与硅基光电子芯片的自对准流程，而且可通过成熟的刻蚀工艺完成连接结构的加工，具有效率高、精度高、成本低等优点。进一步地，步骤4中，令各第一凸起的顶端面与各第一凹槽的底面一一对应贴合；步骤5中，令各第二凸起的顶端面与各第二凹槽的底面一一对应贴合。进一步地，步骤2中，第一凹槽的底面为激光器芯片的第一停止层上表面，第二凹槽的底面为硅基光电子芯片的第二停止层上表面；步骤3中，通过如下方式计算第一凸起的顶端面与第二凸起的顶端面的高度差；Δh＝h1-h2-t1-0.5·t2+0.5·t3；其中，Δh表示第一凸起的顶端面与第二凸起的顶端面的高度差，h1表示硅基光电子芯片的第二停止层中心与第二波导层中心之间的高度差，h2表示激光器芯片与硅基光电子芯片最佳耦合时第一波导层中心与第二波导层中心的高度差，t1表示激光器芯片的第一停止层厚度，t2表示激光器芯片的第一波导层厚度，t3表示硅基光电子芯片的第二停止层厚度。本专利技术的有益效果为：本专利技术能够通过专门设计的转接板保证激光器芯片与硅基光电子芯片的自对准，从而极大降低两类芯片连接处的对准、加电、散热等要求，大大地降低了不同类芯片间耦合对准的工艺难度。附图说明图1为激光器芯片、硅基光电子芯片及转接板三者间装配关系的爆炸结构示意图。图2为第一连接部、第二连接部的横截面均为方形的转接板的立体结构示意图。图3为第一连接部、第二连接部的横截面均为方形的转接板的纵剖面结构示意图。图4为横截面均呈三角形的第一连接部和第一配合部的连接结构示意图。图5为横截面均呈多边形的第一连接部和第一配合部的连接结构示意图。图6为具有第一凹槽的激光器芯片的立体结构示意图。图7为具有第二凹槽和容纳仓的硅基光电子芯片的立体结构示意图。图8为耦合对准后的激光器芯片、硅基光电子芯片及转接板三者间的装配关系示意图。图9为图8中A-A向的截面结构示意图。图10为激光器芯片与硅基光电子芯片的相对位置关系的示意图。图11为激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法的流程示意图。图中，1、转接板；11、本体；12、第一连接部；13、第二连接部；2、激光器芯片；21、第一配合部；22、第一波导层；23、第一停止层；3、硅基光电子芯片；31、第二配合部；32、容纳仓；33、第二波导层；34、第二停止层。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术提供的一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及方法进行详细的解释和说明。如图1-10所示，本实施例公开了一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：该装置包括转接板(1)，所述转接板(1)包括本体(11)、第一连接部(12)及第二连接部(13)，所述第一连接部(12)、所述第二连接部(13)均与所述本体(11)固定连接；所述第一连接部(12)用于与激光器芯片(2)上的第一配合部(21)固定连接，所述第二连接部(13)用于与硅基光电子芯片(3)上的第二配合部(31)固定连接，从而使激光器芯片(2)的第一波导层(22)光场与硅基光电子芯片(3)的第二波导层(33)光场耦合对准。

【技术特征摘要】
1.一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：该装置包括转接板(1)，所述转接板(1)包括本体(11)、第一连接部(12)及第二连接部(13)，所述第一连接部(12)、所述第二连接部(13)均与所述本体(11)固定连接；所述第一连接部(12)用于与激光器芯片(2)上的第一配合部(21)固定连接，所述第二连接部(13)用于与硅基光电子芯片(3)上的第二配合部(31)固定连接，从而使激光器芯片(2)的第一波导层(22)光场与硅基光电子芯片(3)的第二波导层(33)光场耦合对准。2.根据权利要求1所述的激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：所述第一连接部(12)为第一凸起，所述第一配合部(21)为第一凹槽，所述第一凸起卡入所述第一凹槽中。3.根据权利要求2所述的激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：所述第二连接部(13)为第二凸起，所述第二配合部(31)为第二凹槽，所述第二凸起卡入所述第二凹槽中。4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：所述第一连接部(12)和所述第二连接部(13)均处于本体(11)的下方，所述硅基光电子芯片(3)上开设有用于放入所述激光器芯片(2)的容纳仓(32)。5.根据权利要求4所述的激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：激光器芯片(2)的底面与容纳仓(32)的底面之间通过导热材料连接。6.根据权利要求4所述的激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：第一连接部(12)和/或第二连接部(13)的横截面为多边形。7.根据权利要求1至3、5至6中任一权利要求所述的激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准装置，其特征在于：所述本体(11)、第一连接部(12)及第二连接部(13)为一体结构。8.一种激光器芯片与硅基光电子芯片的耦合对准方法，其特征在于：该方法包括如下步骤；步骤1，根据激光器芯片的第一停止层确定激光器芯片上的第一凹槽的深度，根据硅基光电子芯片的第二停止层确定硅基光电子芯片的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯俊波，郭进，赵恒，彭超，胡志朋，肖志雄，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆,50