一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法技术

本发明专利技术公开了一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法，该光封装平台包括基板、龙门架、滑轨、观察镜组、两个电控位移台、用于固定光纤阵列的夹具、曲杆和PCB板，其中，龙门架和两个电控位移台安装在基板上，滑轨安装在龙门架上，观察镜组包括第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头，第一光学放大镜头和第四光学放大镜头安装在滑轨上，第二光学放大镜头和第三光学放大镜头相对设置安装在基板上，曲杆用于连接电控位移台和夹具，PCB板通过支架安装在基板上，PCB板上安装有芯片、陶瓷片和转接板，芯片位于转接板的下方。本发明专利技术的操作更加简单，能够使光封装过程更加自动化和稳定，有利于缩短封装时间。间。间。

【技术实现步骤摘要】
一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法


[0001]本专利技术涉及集成电路的光学封装领域，尤其涉及一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法。

技术介绍

[0002]作为一种间接间隙半导体，硅为二极管激光发射提供了非常低的直接间隙复合。因此，驱动Si光子学所需的光信号必须来自外部激光源，要么是间接的(即来自离散激光器件的光的光纤耦合)，要么是直接的(即在Si PIC上混合/异构集成III V器件/材料)。光封装则用来描述PIC(光子集成电路)和外部之间进行光连接所需的一系列技术和技术能力。大规模硅基光交换芯片具有低功耗、高性能以及低成本等优点，正成为下一代高性能计算机、数据中心以及通信网络中交换节点的潜在候选者。芯片的电学封装及光学封装是硅基光交换芯片实现工作的必经流程。由于芯片曝光面积的限制，随着硅基光交换芯片规模的不断提升，片上光学端口以及电学端口的数量和密度也随之大幅度增加，受限于设备以及制作工艺，直接对芯片上光学端口以及电学端口的进行封装已逐渐难以实现。外部的激光与PIC(光子集成电路)的间接耦合和直接耦合有许多应用，每一种方法都可以通过所采用的耦合方案进一步细分，即光栅耦合、边缘耦合、倏逝耦合等。而在光栅耦合的过程中，光纤阵列被广泛应用，通常采用人工、多次点胶的方法固定光纤阵列与芯片实现耦合，该过程通常会带来较大的附加损耗。因此需要提出一种更加自动化、时间成本更低的封装方法。另外，现有的光纤阵列工艺的限制使得大通道的光纤阵列成品率很低，且大通道的光纤阵列质量过大，难以固定。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：本专利技术实施例第一方便提供了一种用于硅光子芯片的光封装平台，所述光封装平台包括：
[0005]基板；
[0006]龙门架，安装在所述基板上；
[0007]滑轨，安装在所述龙门架的上方；
[0008]观察镜组，包括第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头，所述第一光学放大镜头和第四光学放大镜头安装在所述滑轨上，所述第二光学放大镜头和第三光学放大镜头相对设置安装在基板上；
[0009]两个电控位移台，安装在所述基板上；
[0010]夹具，用于固定光纤阵列；
[0011]曲杆，用于连接所述电控位移台和所述夹具，所述曲杆设置有第一连接部；和
[0012]PCB板，通过支架安装在所述基板上，所述PCB板上安装有芯片、陶瓷片和转接板，
所述芯片位于转接板的下方。
[0013]可选地，所述第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头的光学放大倍率为0.7X
‑
4.5X，变倍比为6.5:1。
[0014]可选地，所述PCB板上还安装有泳池状物块，所述泳池状物块通过固化胶固化在所述陶瓷片上。
[0015]可选地，所述泳池状物块呈封闭结构，所述泳池状物块设置有第一挡接部、两个凸块、两个第二挡接部和第三挡接部，两个所述凸块设置在所述第一挡接部的两端，所述第一挡接部的两端分别与两个第二挡接部的一端相连，所述第三挡接部的两端分别与两个第二挡接部的另一端相连。
[0016]可选地，所述凸块与芯片的侧边相抵接，所述凸块的下表面与转接板的上表面相抵接；
[0017]所述第一挡接部的一侧与芯片的上表面相抵接，所述第一挡接部与转接板的上表面相抵接；
[0018]所述第二挡接部的内侧与陶瓷片的表面相抵接；
[0019]所述第三挡接部位于陶瓷片的上方，且所述第三挡接部的下表面与陶瓷片的上表面相抵接。
[0020]可选地，所述夹具包括主体部，所述主体部上设置有槽体，所述主体部顶端安装在第一连接部上，所述主体部下端固定设有紧固板，所述紧固板上设有若干个定位孔。
[0021]可选地，所述夹具包括主体部和夹持块，所述主体部上设置有槽体，所述主体部的下端设置有安装座，所述夹持块通过螺柱安装在安装座上。
[0022]可选地，所述第一连接部设置有连接座，所述连接座安装在槽体的顶端，且所述连接座的外表面与槽体的内表面相抵接；和/或，
[0023]所述夹具还包括支撑块，所述支撑块位于陶瓷片和夹持块之间。
[0024]本专利技术实施例第二方便提供了一种基于上述的用于硅光子芯片的光封装平台的光封装方法，所述光封装方法包括以下步骤：
[0025](1)在三个轴向xyz上，手动调节第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头的位置、放大倍率、焦距，捕获光纤阵列在xyz三个方向上的视野；
[0026](2)电控位移台在六个维度上调节用于固定光纤阵列的夹具，使得光纤阵列中的各个光纤与芯片表面的光栅对准；
[0027](3)在光纤阵列的最后一个光纤上接一个光功率计，用于监测光纤阵列的耦合损耗；
[0028](4)当光功率计监测到光纤阵列的耦合损耗达到最小值后，通过电控位移台调节夹具沿z轴方向抬高光纤阵列；
[0029](5)在芯片表面的光栅位置处均匀的点固化胶，固化胶的厚度控制在0.5mm；
[0030](6)利用电控位移台调节夹具将光纤阵列沿z轴方向向下缓慢移动复位至原位置，使得固化胶填充光纤阵列与光栅之间的缝隙；
[0031](7)通过电控位移台调节夹具对光纤阵列的位置进行微调至光功率计监测到的耦合损耗值最小时停止；
[0032](8)用紫外灯对芯片与光纤阵列接触的部分进行固化，以确保固化胶完全凝固。
[0033](9)固化完成后拆除夹具，以完成硅光子芯片的光封装。
[0034]可选地，在所述步骤(5)和所述步骤(6)之间还包括步骤(a)：将泳池状物块放置在PCB板的陶瓷片上，在泳池状物块的外部与陶瓷片的贴合处添加微量的固化胶以固定泳池状物块，通过自动点胶机根据预设的胶量向泳池状物块内填充固化胶；和/或
[0035]在所述步骤(7)和所述步骤(8)之间还包括步骤(b)：在陶瓷片上涂抹固化胶，将支撑块放置在陶瓷片上并从夹持块的一侧推入夹持块和陶瓷片之间，用固化胶固化夹持块和支撑块。
[0036]本专利技术的有益效果是，本专利技术通过设计一种光封装平台，能够操作简单的实现硅光子芯片的光封装；通过一种泳池状物块，实现了新的光封装方法，相比较于传统的光封装方法，本专利技术的封装操作难度更为简单，流程更高效，点胶、固化次数仅需一次，且光纤阵列在固化过程中受力均匀，减小了手工点胶造成的胶量不均带来的较高的附加损耗，此外，整个光封装过程的自动化程度更高，稳定性更好，有助于缩短封装时间；通过一对非对称式夹具，以及相应的夹持方式解决了大通道光纤阵列的质量大带来的尾纤应力导致的不稳定的问题，使得整个封装过程中额外的附加损耗较为稳定，适用于大通道硅光子芯片的光封装，相比较于直接使用N通道的光纤阵列，将两个N/2通道的光纤阵列拼接解决了大通道光纤阵列的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述光封装平台包括：基板(1)；龙门架(2)，安装在所述基板(1)上；滑轨(3)，安装在所述龙门架(2)的上方；观察镜组，包括第一光学放大镜头(41)、第二光学放大镜头(42)、第三光学放大镜头(43)和第四光学放大镜头(44)，所述第一光学放大镜头(41)和第四光学放大镜头(44)安装在所述滑轨(3)上，所述第二光学放大镜头(42)和第三光学放大镜头(43)相对设置安装在基板(1)上；两个电控位移台(5)，安装在所述基板(1)上；夹具(6)，用于固定光纤阵列(9)；曲杆(7)，用于连接所述电控位移台(5)和所述夹具(6)，所述曲杆(7)设置有第一连接部(71)；和PCB板(8)，通过支架安装在所述基板(1)上，所述PCB板(8)上安装有芯片(81)、陶瓷片(83)和转接板(84)，所述芯片(81)位于转接板(84)的下方。2.根据权利要求1所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述第一光学放大镜头(41)、第二光学放大镜头(42)、第三光学放大镜头(43)和第四光学放大镜头(44)的光学放大倍率为0.7X
‑
4.5X，变倍比为6.5:1。3.根据权利要求1所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述PCB板(8)上还安装有泳池状物块(82)，所述泳池状物块(82)通过固化胶固化在所述陶瓷片(83)上。4.根据权利要求3所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述泳池状物块(82)呈封闭结构，所述泳池状物块(82)设置有第一挡接部(821)、两个凸块(822)、两个第二挡接部(823)和第三挡接部(824)，两个所述凸块(822)设置在所述第一挡接部(821)的两端，所述第一挡接部(821)的两端分别与两个第二挡接部(823)的一端相连，所述第三挡接部(824)的两端分别与两个第二挡接部(823)的另一端相连。5.根据权利要求4所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述凸块(822)与芯片(81)的侧边相抵接，所述凸块(822)的下表面与转接板(84)的上表面相抵接；所述第一挡接部(821)的一侧与芯片(81)的上表面相抵接，所述第一挡接部(821)与转接板(84)的上表面相抵接；所述第二挡接部(823)的内侧与陶瓷片(83)的表面相抵接；所述第三挡接部(824)位于陶瓷片(83)的上方，且所述第三挡接部(824)的下表面与陶瓷片(83)的上表面相抵接。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述夹具(6)包括主体部(61)，所述主体部(61)上设置有槽体(62)，所述主体部(61)顶端安装在第一连接部(71)上，所述主体部(61)下端固定设有紧固板(63)，所述紧固板...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡辰，王敬好，王震，张萌徕，张瑾，张潜，储涛，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：