平面光波导型并行光组件与光模块制造技术

本实用新型专利技术公开了一种平面光波导型并行光组件，包含电路板、光波导、激光器阵列、驱动器、光探测器阵列和跨导放大器。光电芯片以倒装键合的方式安装在电路板的第一侧。电路板上设有透光装置，光波导贴在电路板的第二侧，光波导包含45度镜面。本实用新型专利技术还公开了一种平面光波导型并行光模块。本实用新型专利技术的平面光波导型并行光组件和光模块，提高了光互连的带宽密度，光电集成方案工艺简洁，有利于规模化生产。采用倒装键合工艺安装光电芯片，有效降低电寄生效应。光路弯折进入光波导，直接耦合到并行光纤可插拔接口，无需透镜，光学元件少，耦合结构简单，成本较低。本实用新型专利技术选用高分子薄膜作为光波导，具备较小的弯曲半径，提高了便携性。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及光通信领域，尤其涉及一种平面光波导型并行光组件与光模块。
技术介绍
过去十年光收发模块市场经历了空前的增长，光收发模块被广泛应用于电信和数据通信领域。随带宽需求的增加，对外形尺寸小型化和低功率消耗的要求也更进一步，人们更加关注空间能耗效率和端口速率密度。而小型化的并行光纤互连方案则可以通过增加并行数据传输通道实现带宽的无限扩展。并行光互连已逐渐成为数据中心和高性能计算机安装连接的标准方案，包含两个高速并行光收发器的有源光缆被广泛配置。相对于在长距离网络中人们对频谱效率和距离-比特率的关注，在短距离通信如数据中心的内部网络中，用来连接的光纤仅仅从几米到几公里，人们更关注的是空间能耗效率和端口速率密度。并行光纤互连在数据中心内的通信中起到一个很重要的作用，通过增加并行数据传输通道可以实现带宽的无限扩展。由于并行光互连具有极高的带宽、无串扰、长距离、重量轻、功耗低、抗电磁干扰等优点，已经成为高速传输信息最好和最安全的载体。垂直腔面发射激光器(VCSEL)可以充分发挥光子的平行操作能力，在光互连、光通信、图像信号处理、模式识别和神经网络、激光打印、光存储读/写光源等领域具有广阔的应用前景。另外，VCSEL的线宽较窄，其发光波长对温度漂移也较小。VCSEL的阈值电流也较小、功耗较低，并且不容易产生啁啾。由于VCSEL的面发射特性使得它成为并行光收发器的最佳选择，并且并行的数据连接和数据中心的并行处理机制也相匹配。VCSEL具有发射角非常小的圆形光束，与光纤耦合的时候具有更高的耦合效率，集成和封装的成本也会相应降低。然而，VCSEL在光收发模块的应用中，常常需要将电信 号线弯曲90度。目前常用的基于VCSEL的并行光收发模块采用柔性电路板(FPC)将信号线弯曲90度。柔性电路板与陶瓷薄片连接，陶瓷薄片作为VCSEL芯片的基板。VCSEL驱动器芯片安装在陶瓷基底的一个凹槽中。在并行的光收发一体模块中，则将VCSEL芯片阵列、VCSEL驱动器芯片、光探测器芯片阵列和跨导放大器芯片一起粘贴在陶瓷基底上。所有芯片电极与引线框架上对应的电极采用金丝引线键合技术进行电连接。该方案采用的部件较多，工艺较复杂，制造成本高。柔性电路板的采用以及较长的电极引线，也极大的增加了光组件的电寄生效应，限制了系统的传输速率。
技术实现思路
本技术为了克服以上的不足，实现高密度的光子集成，提出了一种平面光波导型并行光组件与光模块。本技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决:一种平面光波导型并行光组件，包含电路板、光波导、激光器阵列、驱动器、光探测器阵列和跨导放大器，所述电路板的第一侧布置有电极阵列，所述激光器阵列、驱动器、光探测器阵列和跨导放大器以倒装键合的方式安装在电路板的第一侧上，并与所述电极阵列电连接，所述电路板上设有透光装置，所述光波导贴在电路板的第二侧上，所述光波导包含45度镜面，所述45度镜面与激光器阵列和光探测器阵列耦合对准，将激光器出射光反射入光波导中，并将光波导传来的光反射入光探测器。在本技术的一个实施例中，所述透光装置为小孔，所述小孔设在与激光器阵列和光探测器阵列对准的位置。在本技术的一个实施例中，所述透光装置为透明的柔性基材。在本技术的一个实施例中，所述透明的柔性基材为聚酰亚胺薄膜。在本技术的一个实施例中，所述聚酰亚胺薄膜的厚度为20-50微米。在本技术的一个实施例中，所述光波导与电路板之间通过透明热压胶粘接。在本技术的一个实施例中，所述光波导为高分子薄膜，包含第一包层、芯层和第二包层。在本技术的一个实施例中，所述高分子薄膜由寡聚物和高分子树脂混掺形成。在本技术的一个实施例中，所述高分子薄膜通过整体干膜热压的方式贴在电路板上。在本技术的一个实施例中，所述高分子薄膜通过如下方式制作形成:先在所述电路板上制作第一包层，将芯层热压上去，对芯层按照预先设定好的光路图案进行曝光和显影，然后压合第二包层。在本技术 的一个实施例中，所述第一包层和第二包层的厚度为30微米，所述芯层的厚度为50微米。本技术还公开了一种平面光波导型并行光模块，包含电路基板、外壳、并行光纤可插拔接口和上述任一权利要求所述的平面光波导型并行光组件。本技术的平面光波导型并行光组件，便于集成，有利于增大光互连的带宽密度。本技术的集成方案适于采用垂直腔面发射激光器(VCSEL)，和底部照射式光探测器(PD)。VCSEL发出的光经电路板上透光装置的透射后，入射到45度镜面。VCSEL的出射光经45度镜面反射后，光路弯折进入光波导，然后耦合到并行光纤可插拔接口。该方案的光学元件实现直接耦合，而无需透镜，并且光学元件少，耦合结构简单，成本较低。本技术选用聚酰亚胺薄膜作为电路板的透明基材，其对VCSEL发出的850nm近红外光的透射率可以达到85%以上。采用寡聚物和高分子树脂混掺形成的高分子薄膜，具备较小的弯曲半径，可以为3毫米左右，经过多次弯曲和折叠，光损耗的增加不明显。柔性的电路板和光波导，极大的提高了便携性，尤其是对于手持式产品，提高了可操作性，降低了制作和应用过程中的损伤。另外，本技术的平面光波导型并行光组件采用倒装键合的工艺安装光电芯片，由于倒装键合的互联线更短，可以有效降低电寄生效应。含45度镜面的平面光波导片被粘贴在电路板的一侧，电路板的另一侧用于制作电子学布线，电路板上制作了透光的小孔或者采用透明的柔性基材，用来实现VCSEL阵列、PD阵列和光波导之间的光耦合，同时实现高速电传输。这种光电集成方案工艺简洁，有利于规模化生产。附图说明图1是本技术的实施例一的平面光波导型并行光组件的侧视图；图2是本技术的平面光波导型并行光组件的光电芯片在电路板上的布置示意图；图3是本技术的平面光波导型并行光组件的光波导的结构示意图；图4是本技术的实施例二和实施例三的平面光波导型并行光组件的侧视图。具体实施方式下面通过具体的实施方式并结合附图对本技术做进一步详细说明。实施例一:如图1和图2所示，本实施例的平面光波导型并行光组件，包含电路板1、光波导2、激光器阵列3、驱动器4、光探测器阵列5和跨导放大器6。激光器阵列3和光探测器阵列5均为并行的四列阵。本实施例的 激光器为垂直腔面发射激光器(VCSEL)。所述电路板I的第一侧11布置有电极阵列7，所述VCSEL阵列3、驱动器4、光探测器阵列5和跨导放大器6以倒装键合的方式安装在电路板I的第一侧11上，并与所述电极阵列7电连接。所述VCSEL阵列3、驱动器4、光探测器阵列5和跨导放大器6在电路板I上的布置如图2所示。如图1所示，所述电路板I上设的透光装置为小孔8，小孔8设在与VCSEL阵列3和光探测器阵列5对准的位置，电路板I本身具备多层电路。所述光波导2贴在电路板I的第二侧12上，所述光波导2包含45度镜面9，与VCSEL阵列3和光探测器阵列5耦合对准，将VCSEL 3出射光反射入光波导2中，并将光波导2传来的光反射入光探测器阵列5。所述光波导2包含12路信道,光波导2的出光端面与并行光纤可插拔接口稱合对准。如图3所示，光波导2为高分子薄膜，光波导2的第一包层21、芯层22和第二包层23的厚度依次为30微米、50微米和3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面光波导型并行光组件，包含电路板、光波导、激光器阵列、驱动器、光探测器阵列和跨导放大器，其特征在于，所述电路板的第一侧布置有电极阵列，所述激光器阵列、驱动器、光探测器阵列和跨导放大器以倒装键合的方式安装在电路板的第一侧上，并与所述电极阵列电连接，所述电路板上设有透光装置，所述光波导贴在电路板的第二侧上，所述光波导包含45度镜面，所述45度镜面与激光器阵列和光探测器阵列耦合对准，将激光器出射光反射入光波导中，并将光波导传来的光反射入光探测器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：侯小珂，张胜利，
申请(专利权)人：深圳新飞通光电子技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：