专利名称：用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方法
技术领域：
本发明涉及一种阵列波导光栅芯片的封装方法。特别是涉及一种可以减少芯片形变 造成的光学指标变化，并提高中心波长稳定性的用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片 的封装方法。
背景技术：
阵列波导光栅(AWG)器件为光通信市场上需求量很大的一种光器件，为密集波分复 用/解复用器的一种。由于芯片材料为硅基二氧化硅，材料本身对温度、应力都非常敏感。 因此通常通过加热模块对芯片进行加温和温度控制，降低器件对外接环境温度的敏感性。 这里所述的加热模块包含加热器、用于温度反馈的热敏电阻或RTD、用于改善加热器热场 和提高导热性的热沉。
目前，各光器件厂家为了降低芯片成本，将原来的芯片外型由方形改为曲线型芯片。 图l为方形芯片的示意图，图2为曲线型芯片的示意图。从图2中可以看出，相同面积 的硅片可以制作更多的芯片，但是曲线芯片比方形芯片更加敏感，其原因如下
根据AWG芯片的工作原理。AWG中心波长的光在整个芯片光路中满足光程差必须是波
长的整数倍，即满足
m入alXaXd+ALXn2+nlXbXd
其中，m是整数，A是中心波长，nl是自由空间内的折射系数，n2是波导内的折射 系数，a是输入光的波阵面的倾角，b是输出光的波阵面的倾角。d是相邻波导之间的间 隔，AL是相邻波导之间的长度差。式中，nl、 n2、 d、 △ L都是由AWG器件本身的特性 所决定的。a是由输入波导的位置所决定的，b由输出波导的位置决定。
当芯片由原来的方形变成曲线型后，轻微受力后外型极易发生形变，从而导致AL 发生明显变化，并引起A变化，即器件的中心波长发生变化。
造成曲线芯片形变的原因之一是由于和芯片粘接的加热模块表面材料的热膨胀系数 不一致造成的。具体来说，在将AWG芯片固定在加热模块上后，由于器件的温度的变化 以及加热模块和芯片的热膨胀系数不一致，加热模块会对芯片造成内部应力，从而造成 芯片光学指标的变化。具体表现在，器件工作在同样的环境温度下，中心波长发生整体 偏移，即芯片的温度系数发生变化。
针对加热模块和芯片的热膨胀系数不一致带来的问题，常用的解决方法是采用热膨 胀系数与芯片接近的热沉材料，如ALN材料。这种方法对加热模块或加热模块上的热沉 选择上做了限制，并且成本很高。
造成曲线芯片形变的另外一个重要原因是带状光纤对芯片产生的拉力或推力。带状纤对芯片产生的拉力或推力来自两个方面， 一方面为外界推拉带状光纤带来的对芯片的 拉力或推力，表现为在同样的环境温度下，中心波长发生偏移；另一方面为由于带状光 纤和盒体的热膨胀系数不一致导致的热应力，最终表现在封装好的AWG器件在不同的环 境温度下中心波长不同，即中心波长的温度稳定性大大降低。针对这一问题，在美国专 利US20080080806A1中通过添加一些特殊结构来增加中心波长稳定性。这种方法工艺复 杂，成本也有所提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服曲线形阵列波导光栅芯片的波长敏感性， 提供一种不仅能克服芯片和加热模块本身热膨胀系数不一致带来芯片形变，从而导致器 件工作时中心波长的整体偏移以及光学指标的变化，而且还能克服由于外力或封装方式 带来的其它原因的芯片形变，提高中心波长的温度稳定性的用于外型为曲线型的阵列波 导光栅芯片的封装方法。
本发明所采用的技术方案是 一种用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方 法，其特征在于，包括有如下步骤
1) 将单芯光纤阵列和多芯光纤阵列分别与曲线型AWG芯片两端耦合对准，耦合端面
采用紫外固化胶粘接；
2) 在曲线型AWG芯片底部均匀涂上导热硅脂，并将该曲线型AWG芯片固定在加热模
块上；
3) 在曲线型AWG芯片与加热模块接触的周边区域，除去多芯输出端和耦合端面区域 外，均采用硅橡胶粘接；
4) 等待步骤3中使用的硅橡胶完全固化后，将多芯输出端对应曲线型AWG芯片的上 边缘位置或者下边缘位置点胶固化；
5) 将粘接好曲线型AWG芯片的加热模块安装到封装盒内。
所述的曲线型AWG芯片的多芯输出端采用步骤3中所述硅橡胶以外的胶完全固定在 加热模块的表面，此胶的特点是使多芯输出端被固定后，多芯输出端不能相对加热模 块表面移动；而曲线型AWG芯片其它部分采用硅橡胶粘接后，仍然可以相对加热模块表 面轻微移动。
所述的多芯输出端可以采用带状光纤，所述的多芯输出端是指曲线型AWG芯片中输 出波导所在的一端。
所述的曲线型AWG芯片同所述加热模块大小一致。
步骤4中所述的在多芯输出端所对应的曲线型AWG芯片的上边缘位置或者下边缘位 置使用的胶采用热固化胶或者紫外胶。
所述的加热模块是由使热场均匀的低热阻衬底、加热器、高热阻垫块从上至下依次 设置构成，在所述的热沉中部的中间位置内还设置有热敏电阻。本发明的用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方法，可以克服器件封装过 程中，加热模块和芯片的热膨胀系数不一致带来的芯片的温度系数的变化，还可以克服 带状光纤和封装方式及热膨胀系数不一样带来的芯片形变，以及高低温循环过程中的波 长漂移，提高器件的波长稳定性，该方法结构简单，成本低廉，便于使用。
图l是方形芯片外观示意图2是曲线型芯片外观示意图3是本发明的器件封装外观示意图4是图3的纵剖面结构示意图。
其中
1:曲线型AWG芯片 1-1: AWG芯片的多芯输出端
2:带状光纤 3、 8:多芯输出端侧面点胶位置
4:单芯光纤阵列 5:多芯光纤阵列
6:加热模块 6-1:加热器
6-2:热敏电阻 6-3:低热阻衬底
6-4:高热阻垫块 7:封装盒
具体实施例方式
下面结合实施例附图对本发明的做出详细说明。
如图3所示，本发明的用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方法，包括有
如下步骤
1) 将单芯光纤阵列4和多芯光纤阵列5分别与曲线型AWG芯片1两端耦合对准后， 用紫外固化胶将耦合端面粘接；
2) 在曲线型AWG芯片l底部均匀的涂上导热硅脂，并通过夹具将该曲线型AWG芯片 l固定在加热模块6上；
3)在曲线型AWG芯片1与加热模块6接触的芯片周边区域，除去多芯输出端(1-1) 和耦合端面区域外，均采用硅橡胶粘接；
4) 等待步骤3中使用的硅橡胶完全固化后，将多芯输出端(1-1)对应曲线型AWG 芯片1的上边缘位置或者下边缘位置点胶固化，即在如图3中所示的多芯输出端(1-1) 侧面点胶位置3和位置8处点胶固化。所述的在多芯输出端(1-1)对应的曲线型AWG芯 片1的上边缘位置或者下边缘位置使用的胶采用热固化胶或者紫外胶。
5) 将粘接好曲线型AWG芯片1的加热模块6安装到封装盒7内，安装时保证带状光 纤的水平输出。
在上述的方法中，所述的曲线型AWG芯片1的多芯输出端1-1采用步骤3中所述硅橡胶以外的弹性系数较小的胶完全固定在加热模块6的表面，此胶的特点是多芯输出 端1-1被固定后，多芯输出端1-1不能相对加热模块6表面移动。而曲线型AWG芯片1 其它部分采用弹性系数大的硅橡胶粘接后，仍然可以相对加热片表面轻微移动。，所述 的多芯输出端1-1耦合的光纤阵列可以采用带状光纤。
本发明的用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方法，由于曲线型AWG芯片 底部为导热硅脂，为乳状物，曲线型AWG芯片可以沿着加热模块表面任意活动，再用柔 软的硅橡胶将四周粘接后，对曲线型AWG芯片的活动加以限制，使曲线型AWG芯片可以 沿加热模块表面轻微活动，这样，当器件温度变化时，可以消除加热模块表面和曲线型 AWG芯片的热膨胀系数不完全一样产生热应力，从而消除对光学指标和曲线型AWG芯片的 温度系数。同时，要求加热模块的大小与曲线型AWG芯片本身大小相当，提高器件的抗 机械冲击和振动的性能。
由于带状光纤本身为石英材料，热膨胀系数非常小，因此，会存在带状光纤与封装 盒的热膨胀系数不一样。在外界环境温度变化时，封装盒对带状纤产生的外力不可避免。 在本发明的用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方法中，由于曲线型AWG芯片 的多通道输出端的一侧用胶完全固定在加热模块表面，因此，当有外力拉推带状纤时， 外力通过胶被转移到加热模块上，减少了曲线型AWG芯片的型变，从而提高了器件的在 高低温循环过程中的波长稳定性。单芯输入端两侧则只采用硅橡胶固定，其原因是，曲 线型AWG芯片的多通道输出端被固定，曲线型AWG芯片微移时可以朝单芯输入端移动， 单芯光纤较软，可以弯曲，不会象带状光纤一样对芯片造成热应力。
本发明的曲线型AWG芯片1同所述加热模块6大小一致。如图4所示，所述的加热 模块6是由低热阻衬底6-3、加热器6-1、高热阻垫块6-4从上至下依次设置构成，在所 述的热沉6-3中部的中空位置内还设置有热敏电阻6-2。
加热器6-1在通电后发热，将曲线型AWG芯片加热到工作温度。热敏电阻6-2用于 反馈曲线型AWG芯片的实际温度，通过外围温度控制电路，可以将曲线型AWG芯片工作 在固定的温度下。低热阻衬底6-3用于改善加热器本身的热场均匀性，通常使用热阻率 较低的材料，如金属等。高热阻垫块6-4位于加热器下方，热阻高。根据热导原理，热 量朝热阻低的 传输，因此，加热模块的设计，使加热器的温度传向AWG芯片，从而 降低器件的功耗要求。
权利要求
1.一种用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方法，其特征在于，包括有如下步骤1)将单芯光纤阵列(4)和多芯光纤阵列(5)分别与曲线型AWG芯片(1)两端耦合对准，耦合端面采用紫外固化胶粘接；2)在曲线型AWG芯片(1)底部均匀涂上导热硅脂，并将该曲线型AWG芯片(1)固定在加热模块(6)上；3)在曲线型AWG芯片(1)与加热模块(6)接触的周边区域，除去多芯输出端(1-1)和耦合端面区域外，均采用硅橡胶粘接；4)等待步骤3中使用的硅橡胶完全固化后，将多芯输出端(1-1)对应曲线型AWG芯片(1)的上边缘位置或者下边缘位置点胶固化；5)将粘接好曲线型AWG芯片(1)的加热模块(6)安装到封装盒(7)内。
2. 根据权利要求l所述的用于外型为曲线阵列波导光栅芯片的封装方法，其特征在 于，所述的曲线型AWG芯片(1)的多芯输出端(1-1)采用步骤3中所述硅橡胶以外的 胶完全固定在加热模块(6)的表面，此胶的特点是使多芯输出端(1-1)被固定后， 多芯输出端(1-1)不能相对加热模块(6)表面移动；而曲线型AWG芯片(1)其它部分 采用硅橡胶粘接后，仍然可以相对加热模块(6)表面轻微移动。
3. 根据权利要求l所述的用于外型为曲线阵列波导光栅芯片的封装方法，其特征在 于，所述的多芯输出端(1-1)可以采用带状光纤，所述的多芯输出端(1-1)是指曲线 型AWG芯片(1)中输出波导所在的一端。
4. 根据权利要求l所述的用于外型为曲线阵列波导光栅芯片的封装方法，其特征在 于，所述的曲线型AWG芯片(1)同所述加热模块(6)大小一致。
5. 根据权利要求l所述的用于外型为曲线阵列波导光栅芯片的封装方法，其特征在 于，步骤4中所述的在多芯输出端(1-1)所对应的曲线型AWG芯片(1)的上边缘位置 或者下边缘位置使用的胶采用热固化胶或者紫外胶。
6. 根据权利要求l所述的用于外型为曲线阵列波导光栅芯片的封装方法，其特征在 于，所述的加热模块(6)是由使热场均匀的低热阻衬底(6-3)、加热器(6-1)、高热 阻垫块(6-4)从上至下依次设置构成，在所述的热沉(6-3)中部的中间位置内还设置 有热敏电阻(6-2)。
全文摘要
本发明公开一种用于外型为曲线型的阵列波导光栅芯片的封装方法，有如下步骤1.将单芯光纤阵列和多芯光纤阵列分别与曲线型AWG芯片两端耦合对准，耦合端面采用紫外固化胶粘接；2.在曲线型AWG芯片底部均匀涂上导热硅脂，并将该曲线型AWG芯片固定在加热模块上；3.在曲线型AWG芯片与加热模块接触的周边区域，除去多芯输出端和耦合端面区域外，均采用硅橡胶粘接；4.等待步骤3中使用的硅橡胶完全固化后，将多芯输出端对应曲线型AWG芯片的上边缘位置或者下边缘位置点胶固化；5.将粘接好曲线型AWG芯片的加热模块安装到封装盒内。本发明可以克服器件封装过程中，加热模块和芯片的热膨胀系数不一致带来的芯片的温度系数的变化，提高器件的波长稳定性。
文档编号G02B6/34GK101625442SQ20091006999
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者宋琼辉, 涛 杨, 王文敏, 勇 罗 申请人:武汉光迅科技股份有限公司