利用光纤保持装置的光纤到硅光子组装方法制造方法及图纸

本公开提供了利用结构化光纤保持装置进行光纤限制的光导纤维到硅光子电路(PIC)组装方法，其中，减小了用于粘合和折射率匹配目的的聚合物填充体积。由于一旦吸收湿气和老化，聚合物材料的体积就会发生变化，因此聚合物体积的减小会造成更小的光学对准变化，从而提高了组装可靠性。在实施例中，该组装方法和装置与常规组装方法相比，光纤和边缘耦合器之间的透明聚合物材料界面的体积减小了50％以上。透明聚合物材料界面的体积减小了50％以上。透明聚合物材料界面的体积减小了50％以上。

【技术实现步骤摘要】
利用光纤保持装置的光纤到硅光子组装方法


[0001]本公开大体涉及光电芯片组件。更具体地，本公开涉及用于光纤到硅光子电路v形槽组件的封装方法。

技术介绍

[0002]硅光子电路(PIC)通过边缘耦合器(EC)的光学输入和输出可以通过对接耦合(butt
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coupling)到光导纤维来实现，光导纤维具有几微米薄而透明的树脂层，为良好的耦合效率提供折射率匹配条件。取决于光纤的模场直径和EC，对标准电信单模光纤(SMF28)的横向对准精度的要求约为1微米。为了保持EC和光纤面不与树脂分层(该分层会导致性能充分改变)，组装后的移位在横向和纵向上应分别小于1微米和几微米。这种组装传统上是通过采用速度慢、制造成本高的主动对准工艺进行的。
[0003]为了提高可制造性，PIC铸造厂已经开发了单片集成硅v形槽结构，在该单片集成硅v形槽结构中，可以利用适当的组装工艺将EC和光纤进行被动对准。将光纤和EC被动组装的成功实现可以有效降低封装成本，尤其是对于并行单模(PSM)光收发器中的高光学输入
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输出计数。尽管PIC上的v形槽为光纤到EC的被动对准提供了基准，但是组件开发包括但可以不限于诸如折射率(RI)匹配的聚合物树脂的可用性、封装对树脂热膨胀和吸湿性的机械稳定性、聚合物粘合强度等因素，以在整个使用寿命内保持光纤对准。
[0004]利用集成v形槽到硅光子的PIC，将光纤被动地定位在腔体中，在腔体顶部具有由玻璃或陶瓷制成的盖板，以保证垂直和横向方向上的定位。光学透明树脂应用于EC和光纤面，以增强光学传输。通常选择光学粘合剂作为填充树脂，以使光纤结合到v形槽，如图1A中的常规结构所示。就在组装工艺之后，初始光纤定位将光纤中心对准PIC光发射，如图1B所示。光学对准的鲁棒性取决于多个环境因素和树脂特性。恶化的常见原因之一是树脂的吸湿性。一旦吸收湿气，树脂特性通常发生改变，例如体积膨胀和粘合性减少。体积膨胀将导致光纤对准时向上移位，如图1C所示，并且光纤粘合到v形槽的结合力的削弱，可使光纤定位在纵向方向上漂移，如图1D所示。
[0005]例如，在非密封封装PSM光学收发器中，PIC和v形槽未与周围环境隔绝。这样就不能避免湿气吸收。聚合物基质的吸水率遵循扩散定律。定义吸水性的两个主要参数是平衡浓度和扩散系数。平衡浓度是环境因素，诸如，半导体设备被存放或工作的相对湿度(RH)。扩散系数决定聚合物达到一定饱和水平的时间段。光学通信行业用来测试设备耐久性的通用测试包括在无偏(un
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biased)湿
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热(uBDH)条件下使用组件中的聚合物。该测试是通过将装置在85℃下暴露在85％RH中长达500至1000小时的时间段以分别用于数据通信和远程通信应用来进行解释。在光子学封装中，图1E中给出了由于过度的对准移位而导致的EC到光纤组装失败发生的普遍共识，作为参考。
[0006]为了了解原因和失败机制，我们可以从考虑光纤中心与PIC EC之间的错位δ开始，通过等式与平面组装结构中的树脂的体积变化(ΔV)相关联，该等式表示为：(参见，图1F)
[0007][0008]其中，ν是树脂的泊松比和截面积(面积)；ΔV与PIC表面和顶盖之间限定的聚合物的体积(V)和吸湿膨胀系数(β)相关，如下所示：
[0009]ΔV＝V
·
β
[0010]因此，正如所解释的，由于湿气吸收，聚合物粘合剂膨胀，这可导致光纤向上抬起，并且光纤中心与EC错位，如图1C所示。这是相似组装结构中突出的失败模式。因此，在目前用于光纤到硅光子的组装和封装工艺中，一旦吸收湿气，这些粘合剂聚合物的材料特性变化可能导致其组装和封装过程工艺中出现失败，所以解决这些变化变得重要。

技术实现思路

[0011]本公开的一方面提供了一种用于对光纤到硅光子组件中的光导纤维进行封装和保持的光纤保持装置，该光纤保持装置包括：用于保持至少一个光导纤维组件的至少一个图案化表面；以及刻在至少一个图案化表面上的多个结构，多个结构中的每一个结构具有用于对组装在光纤到硅光子组件中的至少一个光导纤维组件中的至少一个光导纤维进行保持的结构化形状；其中，即使当光纤保持装置由于环境条件以及材料外在和内在变化导致其粘合剂聚合物材料的材料特性发生变化时，具有结构化形状的多个结构中的每一个结构仍将至少一个光导纤维保持并维持在使至少一个光导纤维的中心与硅光子的光输出对准的定位对准；并且其中，光纤保持装置减小了粘合剂中用于将光纤固定到硅光子组件的粘合剂聚合物材料的体积。
[0012]本公开的实施例提供了光纤保持装置将至少一个光导纤维在硅光子芯片的v形槽中保持对准位置。
[0013]本公开的实施例提供了光纤保持装置的粘合剂聚合物材料的材料特性变化包括由热膨胀和湿气吸收导致的材料膨胀。
[0014]本公开的另一实施例提供了光纤保持装置的粘合剂聚合物材料的材料特性变化包括环境条件(包括相对湿度)以及材料外在和内在变化(包括泊松比、吸湿膨胀系数变化)导致的材料膨胀。
[0015]本公开的实施例提供了刻在光纤保持装置的至少一个图案化表面上的多个结构单独地或组合地包括正方形、长方形、深V形、U形、梯形或六边形中的至少一种或多种。
[0016]本公开的实施例提供了光纤保持装置由合适的粘合剂聚合物树脂制成，粘合剂聚合物树脂包括丙烯酸、环氧树脂。
[0017]本公开的又一实施例提供了光纤保持装置减小了至少50％以上的粘合剂聚合物材料的体积并提高了封装可靠性。
[0018]本公开的另一方面提供了一种光纤到硅光子组件，其包括：至少一个硅光子集成电路(Si
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PIC)；至少一个光导纤维组件；位于至少一个Si
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PIC中的用于与至少一个光导纤维组件中的至少一个光导纤维耦接的至少一个v形槽结构；以及用于将至少一个光导纤维组件保持在至少一个Si
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PIC的v形槽结构中的至少一个光纤保持装置，其中，至少一个光纤保持装置包括：用于将至少一个光导纤维组件保持在至少一个Si
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PIC的v形槽结构中的至少一个图案化表面；以及刻在至少一个图案化表面上的多个结构，多个结构中的每一个结
构具有用于将至少一个光导纤维保持在至少一个Si
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PIC的v形槽结构中的结构化形状；其中，即使当光纤保持装置由于环境条件以及材料外在和内在变化导致其粘合剂聚合物材料的材料特性发生变化时，具有结构化形状的多个结构中的每一个结构仍将至少一个光导纤维保持并维持在使至少一个光导纤维的中心与硅光子的光输出对准的定位对准；并且其中，至少一个光纤保持装置减小了用于在光纤到硅光子组件中将至少一个光导纤维组件与至少一个Si
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PIC进行固定的粘合剂聚合物材料的体积。
[0019]本公开的又一方面提供了一种光纤到硅光子组件，其包括：至少一个硅光子集成电路(Si
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PIC)；至少一个光导纤维组件；位于至少一个S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在光纤到硅光子组件中对光导纤维进行封装和保持的光纤保持装置，包括：至少一个图案化表面，以保持至少一个光导纤维组件；以及多个结构，所述多个结构被刻在所述至少一个图案化表面上，所述多个结构中的每一个结构具有结构化形状，所述结构化形状用于对组装在所述光纤到硅光子组件中的所述至少一个光导纤维组件中的至少一个光导纤维进行保持；其中，即使当所述光纤保持装置由于环境条件以及材料外在和内在变化导致其粘合剂聚合物材料的材料特性发生变化时，具有所述结构化形状的所述多个结构中的每一个结构仍将所述至少一个光导纤维保持并维持在使所述至少一个光导纤维的中心与所述硅光子的光输出对准的定位对准；并且其中，所述光纤保持装置减小了所述粘合剂聚合物材料的体积，所述粘合剂聚合物材料在粘合剂中使用以将所述光导纤维固定到所述硅光子组件。2.根据权利要求1所述的光纤保持装置，其中，所述光纤保持装置将所述至少一个光导纤维在硅光子芯片的v形槽中保持所述定位对准。3.根据权利要求1所述的光纤保持装置，其中，所述粘合剂聚合物材料的材料特性变化包括由热膨胀和湿气吸收导致的材料膨胀。4.根据权利要求3所述的光纤保持装置，其中，所述粘合剂聚合物材料的材料特性变化包括由包括相对湿度的环境条件，以及包括泊松比、吸湿膨胀系数变化的材料外在和内在变化导致的材料膨胀。5.根据权利要求1所述的光纤保持装置，其中，刻在所述至少一个图案化表面上的所述多个结构单独地或组合地包括正方形、长方形、深V形、U形、梯形或六边形中的至少一种或多种。6.根据权利要求1所述的光纤保持装置，其中，所述光纤保持装置由合适的粘合剂聚合物制成，所述粘合剂聚合物包括丙烯酸、环氧树脂。7.根据权利要求1所述的光纤保持装置，其中，所述光纤保持装置减小了至少50％以上的所述粘合剂聚合物材料的体积并提高了封装可靠性。8.一种光纤到硅光子组件，包括：至少一个硅光子集成电路Si
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PIC；至少一个光导纤维组件；至少一个v形槽结构，所述至少一个v形槽结构位于所述至少一个Si
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PIC中用于与所述至少一个光导纤维组件中的至少一个光导纤维耦接；以及至少一个光纤保持装置，以将所述至少一个光导纤维组件保持在所述至少一个Si
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PIC的所述v形槽结构中，其中，所述至少一个光纤保持装置包括：至少一个图案化表面，以将所述至少一个光导纤维组件保持在所述至少一个Si
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PIC中的所述v形槽结构中；以及多个结构，所述多个结构被刻在所述至少一个图案化表面上，所述多个结构中的每一个结构具有结构化形状，所述结构化形状用于对所述至少一个Si
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PIC的所述至少一个v形槽结构中的所述至少一个光导纤维进行保持；其中，即使当所述光纤保持装置由于环境条件以及材料外在和内在变化导致其粘合剂聚合物材料的材料特性发生变化时，具有所述结构化形状的所述多个结构中的每一个结构
仍将所述至少一个光导纤维保持并维持在使所述至少一个光导纤维的中心与所述硅光子的光输出对准的定位对准；并且其中，所述至少一个光纤保持装置减小了所述粘合剂聚合物材料的体积，所述粘合剂聚合物材料用于在所述光纤到硅光子组件中对所述至少一个光导纤维组件与所述至少一个Si
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PIC进行固定。9.根据权利要求8所述的光纤到硅光子组件，其中，所述粘合剂聚合物材料的材料特性变化包括由热膨胀和湿气吸收导致的材料膨胀。10.根据权利要求9所述的光纤到硅光子组件，其中，所述粘合剂聚合物材料的材料特性变化包括由包括相对湿度的环境条件，以及包括泊松比、吸湿膨胀系数变化的材料外在和内在变化导致的材料膨胀。11.根据权利要求9所述的光纤到硅光子组件，其中，刻在所述至少一个图案化表面上的所述多个结构单独地或组合地包括正方形、长方形、深V形、U形、梯形或六边形中的至少一种或多种。12.根据权利要求8所述的光纤到硅光子组件，其中，所述光纤保持装置由合适的粘合剂聚合物制成，所述粘合剂聚合物包括丙烯酸、环氧树脂。13.根据权利要求8所述的光纤到硅光子组件，其中，所述光纤保持装置减小了至少50％以上的所述粘合剂聚合物材料的体积并提高了封装可...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦永强，
申请(专利权)人：东莞云晖光电有限公司，
类型：发明
国别省市：