多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构及耦合方法技术

本发明专利技术公开了多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构及耦合方法，该结构包括硅光芯片、多个不同波长的激光器、多个激光器特制二次焊接基板、整个模块特制基板、窗口片及盖板，硅光芯片有多个光波导，其中一个光波导为出射光口，余下的光波导为入射光口，多个不同波长的激光器芯片分别焊接在相适配的激光器特制二次焊接基板上再与硅光芯片共同焊接至整个模块特制基板上，激光器芯片与相适配的激光器特制二次焊接基板电路导通，激光器特制二次焊接基板与整个模块特制基板电路导通。本发明专利技术将多个不同波长的激光器芯片与硅光芯片进行耦合，整体体积明显减小，光耦合效率明显提升，解决目前小型化难、光耦合效率低及制造工艺复杂的问题。艺复杂的问题。艺复杂的问题。

【技术实现步骤摘要】
多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构及耦合方法


[0001]本专利技术属于器件耦合封装
，具体涉及多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构及耦合方法。

技术介绍

[0002]近年来，如何利用硅或与硅工艺兼容的其他材料，开发以光子为载体的微纳米量级信息功能器件，利用光波导将光发射、光耦合、光传输、光调制、光处理以及光接收等器件连接在一起，并将它们在同一硅衬底上集成成为学者们的研究热点。如何将自由空间光与光子芯片进行高效率耦合、高度集成化制作出便携紧凑的光源对现实增强技术、激光投影技术、可穿戴设备等有重要意义。
[0003]光耦合技术是光子芯片的关键技术，目前不仅存在光耦合效率低的问题，还存在集成困难、难以小型化的问题。针对这些问题，目前应用最广泛的解决思路有两种：一种是在芯片上设计端面耦合器、模斑转换器及超透镜等，但制造这些器件需要复杂的制造工艺，且对光刻/电子束曝光机的精度要求很高。另一种思路是在入射光与硅芯片之间放置聚焦透镜，将入射光会聚到光波导中，但这种方法光耦合效率低，且器件体积明显增大，不利于集成化。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构及耦合方法。
[0005]为实现上述目的，达到上述技术效果，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，包括硅光芯片、多个不同波长的激光器、多个激光器特制二次焊接基板、整个模块特制基板、窗口片及用于封装硅光芯片、多个不同波长的激光器、多个激光器特制二次焊接基板、整个模块特制基板的盖板，所述硅光芯片有多个光波导，其中一个光波导作为出射光口，余下的光波导作为入射光口，激光器与激光器特制二次焊接基板一一适配，多个不同波长的激光器芯片分别焊接在相适配的激光器特制二次焊接基板上再与硅光芯片共同焊接至整个模块特制基板上，激光器芯片与相适配的激光器特制二次焊接基板的电路导通，激光器特制二次焊接基板与整个模块特制基板的电路导通，多个不同波长的激光器发射出的光均通过入射光口入射到硅光芯片中，不同波长的光耦合完成后从硅光芯片的出射光口发射出。
[0007]进一步的，所述硅光芯片含有至少三个光波导，包括至少有两个入射光口和一个出射光口。
[0008]进一步的，该结构包括至少两个不同波长的激光器，激光器发射出的光通过硅光芯片的入射光口入射到硅光芯片中，合波后的光束从硅光芯片的出射光口发射出或通过光纤连接器耦合至光纤中实现光纤出光，连接接口为FC/LC/CS等标准或非标接口，每个激光器均匹配一个激光器特制二次焊接基板，所述激光器特制二次焊接基板采用导热良好的材
料且设置有特定形状的导电通道，导电通道的电极材料选用可形成欧姆接触的金属。
[0009]进一步的，所述整个模块特制基板的背面和正面结构相同，导电区域相通，所述整个模块特制基板正面距离边缘一定距离处设有绝缘带，其中正面一侧的绝缘带宽度大于余下侧的绝缘带宽度且其上设置有若干个用于电路导通的铜镀金导电区域。
[0010]进一步的，所述盖板一侧开有通光窗口，所述通光窗口内固定有相适配的窗口片，所述窗口片放置在硅光芯片的出射光口处。
[0011]进一步的，所述盖板体积≤31.96立方毫米，所述窗口片为镀有增透膜的玻璃片，玻璃片面积≤0.6平方毫米。
[0012]进一步的，所述激光器端面和硅光芯片端面之间存在紫外胶层，所述紫外胶在激光器端面和硅光芯片端面之间的两侧呈三角形状。
[0013]多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构的耦合方法，包括以下步骤：
[0014]S1：将激光器焊接在激光器特制二次焊接基板上并打线
[0015]用贴片机分别将已一次贴片过的多个不同波长的激光器芯片焊接到相适配的激光器特制二次焊接基板的焊料上，在二次焊接时的焊接温度小于激光器一次焊接时的焊接温度，为了方便接下来的耦合，激光器与激光器特制二次焊接基板保持水平且激光器端面较激光器特制二次焊接基板长一定距离，约25微米；
[0016]激光器与激光器特制二次焊接基板焊接完成后，通过打线的方式，采用金线等导线将激光器上的电极引到适配的激光器特制二次焊接基板上，使激光器芯片与激光器特制二次焊接基板电路导通，形成激光器模块，方便后续夹持加电耦合；
[0017]S2：夹持激光器芯片与硅光芯片耦合，硅光芯片通过多模光纤连接有功率计，不断移动激光器与多模光纤位置，直至功率计数值达到最大值，将激光器芯片固定
[0018]将硅光芯片固定到真空台上，用加电夹具夹取激光器模块，并通过加电夹具上的导线给激光器加电，再夹取多模光纤用于收光，多模光纤一端对准硅光芯片的出射光口，用于后期在硅光芯片的出射光口波导处通过多模光纤进行收光，另一端连接功率计，激光器放置于硅光芯片的入射光口处，硅光芯片、激光器、多模光纤水平调整完后将真空台和加电夹具固定；
[0019]S3：激光器
‑
硅光芯片
‑
多模光纤耦合与点胶固化
[0020]首先确定多模光纤的大致位置，通过多模光纤输入可见光红光，移动多模光纤，使可见光红光照射到硅光芯片的光波导中；再将多模光纤连接到功率计上，激光器加驱动电流，移动激光器模块，观察功率计数值变化，通过功率计的数值变化，反馈耦合情况，不断调整多模光纤及激光器模块的位置，直至耦合到最佳位置，使功率计数值最大；
[0021]当多模光纤及激光器耦合到最佳位置，功率计数值最大时，在激光器端面与硅光芯片端面点紫外胶，微调多模光纤及激光器，待功率计数值再次达到最大且稳定后，用紫外灯均匀照射固化激光器端面及硅光芯片端面处的紫外胶；
[0022]余下激光器重复步骤S1、S2、S3，最终使得多个不同波长的激光器分别耦合固化到与硅光芯片相适配的光波导处；
[0023]激光器与硅光芯片固化完成后，放置到加热板上加强固化；
[0024]S4：激光器
‑
硅光芯片
‑
整个模块特制基板固化
[0025]将步骤S3所得耦合固化好的激光器
‑
硅光芯片固定到整个模块特制基板上，激光
器端面与整个模块特制基板的边沿对齐；
[0026]S5：激光器特制二次焊接基板
‑
整个模块特制基板打线
[0027]激光器芯片与硅光芯片固化完成后，将激光器
‑
硅光芯片固定到整个模块特制基板上；
[0028]所有激光器芯片耦合固化完成后，分别从多个激光器特制二次焊接基板向整个模块特制基板引金线，将激光器特制二次焊接基板上的电极引至整个模块特制基板上，使得激光器特制二次焊接基板的电路与整个模块特制基板的电路导通，激光器正负极引至整个模块特制基板底面，通过给整个模块特制基板加电即可给激光器加电，与传统加电方式相比，大大节省了空间，整个模块进一步得到小型化；
[0029]S6：将窗口片固定到盖板上，将盖板和窗口片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，其特征在于，包括硅光芯片、多个不同波长的激光器、多个激光器特制二次焊接基板、整个模块特制基板、窗口片及用于封装硅光芯片、多个不同波长的激光器、多个激光器特制二次焊接基板、整个模块特制基板的盖板，所述硅光芯片有多个光波导，其中一个光波导作为出射光口，余下的光波导作为入射光口，激光器与激光器特制二次焊接基板一一适配，多个不同波长的激光器芯片分别焊接在相适配的激光器特制二次焊接基板上再与硅光芯片共同焊接至整个模块特制基板上，激光器芯片与相适配的激光器特制二次焊接基板的电路导通，激光器特制二次焊接基板与整个模块特制基板的电路导通，多个不同波长的激光器发射出的光均通过入射光口入射到硅光芯片中，不同波长的光耦合完成后从硅光芯片的出射光口发射出。2.根据权利要求1所述的多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，其特征在于，所述硅光芯片含有至少三个光波导，包括至少有两个入射光口和一个出射光口。3.根据权利要求1所述的多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，其特征在于，该结构包括至少两个不同波长的激光器，激光器发射出的光通过硅光芯片的入射光口入射到硅光芯片中，合波后的光束从硅光芯片的出射光口发射出或通过光纤连接器耦合至光纤中实现光纤出光，连接接口为FC/LC/CS等标准或非标接口，每个激光器均匹配一个激光器特制二次焊接基板，所述激光器特制二次焊接基板采用导热良好的材料且设置有特定形状的导电通道，导电通道的电极材料选用可形成欧姆接触的金属。4.根据权利要求1所述的多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，其特征在于，所述整个模块特制基板的背面和正面结构相同，导电区域相通，所述整个模块特制基板正面距离边缘一定距离处设有绝缘带，其中正面一侧的绝缘带宽度大于余下侧的绝缘带宽度且其上设置有若干个用于电路导通的铜镀金导电区域。5.根据权利要求1所述的多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，其特征在于，所述盖板一侧开有通光窗口，所述通光窗口内固定有相适配的窗口片，所述窗口片放置在硅光芯片的出射光口处。6.根据权利要求5所述的多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，其特征在于，所述盖板体积≤31.96立方毫米，所述窗口片为镀有增透膜的玻璃片，玻璃片面积≤0.6平方毫米。7.根据权利要求1所述的多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构，其特征在于，所述激光器端面和硅光芯片端面之间存在紫外胶层，所述紫外胶在激光器端面和硅光芯片端面之间的两侧呈三角形状。8.根据权利要求1
‑
7任一所述的多个激光器芯片与硅光芯片端面耦合封装结构的耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将激光器焊接在激光器特制二次焊接基板上并打线将已一次贴片过的激光器芯片焊接到相适配的激光器特制二次焊接基板上，在二次焊接时的焊接温度小于激光器一次焊接时的焊接温度，激光器与激光器特制二次焊接基板保持水平且激光器端面较激光器特制二次焊接基板长一定距离；激光器与激光器特制二次焊接基板焊接完成后，通过打线的方式，采用导线将激光器上的电极引到适配的激光器特制二次焊接基板上，使激光器芯片与激光器特制二次焊接基板电路导通，形成激光器模块；
S2：夹持激光器芯片与硅光芯片耦合，硅光芯片通过多模光纤连接有功率计，不断移动激光器与多模光纤位置，直至功率计数值达到最大值，将激光器芯片固定；S3：激光器
‑
硅光芯片
‑
多模光纤耦合与点胶固化首先确定多模光纤的大致位置，通过多模光纤输入可见光红光，移动多模光纤，使可见光红光照射到硅光芯片的光波导中；再将多模光纤连接到功率计上，激光器加驱动电流，移动激光器模块，观察功率计数值变化，通过功率计的数值变化，反馈耦合情况，不断调整多模光...

【专利技术属性】
技术研发人员：王胜男，王晓峰，朱兵兵，
申请(专利权)人：三序光学科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：