专利名称：稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种阵列波导光栅芯片的封装结构。特别是涉及一种稳定曲线阵 列波导光栅芯片中心波长的封装结构。
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。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 改为如图1所示的曲线型芯片。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。对于芯片的温度敏感性，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。对于芯片的应力敏感性，由于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，从而导致器件的中心波长的变化，因此，相对于方形的AWG芯片，解决芯片 由于外界应力作用导致芯片的形变变得至关重要，通常采用两种方案来解决，方案一如图 2所示，将整个芯片紧密贴接在一个平整的方形加强板上。该方案可以解决出方形加强板以 外的其它外力带来的芯片形变，如带状光纤的推力或拉力，但是不能解决粘结过程产生的 应力导致的芯片光学指标的变化，对粘接工艺要求很高；方案二 如图3所示，将芯片的输 入和输出波动两端粘结在横梁上，再将粘了横梁的芯片用导热硅脂和硅橡胶紧密贴在加热 片上。该方案也可以解决出方形加强板以外的其它外力带来的芯片形变，同时由于芯片最 敏感的阵列波导部分用的是导热硅脂和硅橡胶粘接，因此，粘接所带来的应力较小，对粘接 工艺的要求也相应降低。但这种方法工艺复杂，成本也有所提高。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种可以克服曲线形阵列波导光栅芯片 的波长敏感性，解决芯片和加热片粘接力带来的光学指标的变化，同时提高阵列波导光栅 芯片与光纤阵列耦合端面的长期稳定性的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结 构。本实用新型所采用的技术方案是一种稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封 装结构，包括有固定在加热模块上的曲线型AWG芯片，与曲线型AWG芯片的一端耦合对准并 连接的单芯光纤阵列，与曲线型AWG芯片的一另端耦合对准并连接的多芯光纤阵列，所述 的多芯光纤阵列的另一端连接有带状光纤，所述加热模块位于多芯光纤阵列那一侧的下表 面连接石英玻璃片一端的上表面，所述石英玻璃片另一端的上表面上设置有带状纤垫块， 所述的带状纤垫块位于所述的带状光纤的下方。所述的曲线型AWG芯片与加热模块通过导热硅脂固定连接。所述的带状光纤通过硅橡胶固定在所述的带状纤垫块的上表面上。[0010]所述的加热模块包括有由上至下依次设置的使热场均勻的低热阻衬底、加热器 和高热阻垫块，以及嵌入在低热阻衬底中部的中间位置内的热敏电阻。所述的带状纤垫块与加热模块之间的间距为15 30mm。所述的石英玻璃片的厚度与高热阻垫快的厚度保持一致。所述的带状纤垫块为金属材料，且表面平整。所述的带状纤垫块为玻璃材料，且表面平整。还设置有封装盒，所述的连接有曲线型AWG芯片、石英玻璃片和带状纤垫块的加 热模块，以及与曲线型AWG芯片的一端耦合对准并连接的单芯光纤阵列，与曲线型AWG芯片 的一另端耦合对准并连接的多芯光纤阵列均安装在封装盒内，所述的带状光纤从封装盒带 状光纤输出端口输出。本实用新型的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，结构简单，成本 低廉，便于使用，可以减少封装过程中，加热模块和芯片粘接的应力，降低对芯片光学指标 的影响；可以避免带状光纤和封装盒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；由于带状光纤被固定在热膨胀系数相当的石 英玻璃片上，所以在外界环境温度变化时，芯片和光纤阵列端面的粘接面受力较小，提高了 器件耦合端面的长期可靠性。
[0017]图1是曲线型芯片外观示意图；[0018]图2是目前常用的采用方形加强板粘接后的芯片外型图；[0019]图3是目前常用的采用横梁粘接后的芯片外型图；[0020]图4是本使用新型的器件封装外观示意图；[0021]图5是图4的纵剖面结构示意图。[0022]其中[0023]1 曲线型AWG芯片2 带状光纤[0024]3 带状光纤粘接处4 单芯光纤阵列[0025]5 多芯光纤阵列6 加热模块[0026]6-1 加热器6-2 热敏电阻[0027]6-3 低热阻衬底6-4 高热阻垫块[0028]7 封装盒8 石英玻璃片[0029]9 带状纤垫块
具体实施方式
以下结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的稳定曲线阵列波导光栅 芯片中心波长的封装结构是如何实现的。如图4、图5所示，本实用新型的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结 构，包括有通过导热硅脂固定在加热模块6上的曲线型AWG芯片1，与曲线型AWG芯片1的 一端耦合对准并连接的单芯光纤阵列4，与曲线型AWG芯片1的一另端耦合对准并连接的 多芯光纤阵列5，所述的多芯光纤阵列5的另一端连接有带状光纤2，所述加热模块6位于多芯光纤阵列5那一侧的下表面连接石英玻璃片8 —端的上表面，所述石英玻璃片8另一 端的上表面上设置有带状纤垫块9，并且所述的带状纤垫块9与加热模块6之间的间距为 15 30mm。所述的带状纤垫块9还位于所述的带状光纤2的下方，且所述的带状光纤2通 过硅橡胶固定在所述的带状纤垫块9的上表面上。所述的带状纤垫块9可采用金属材料，且表面平整。所述的带状纤垫块9还可以 采用玻璃材料，且表面平整。还设置有封装盒7，所述的连接有曲线型AWG芯片1、石英玻璃片8和带状纤垫块9 的加热模块6，以及与曲线型AWG芯片1的一端耦合对准并连接的单芯光纤阵列4，与曲线 型AWG芯片1的一另端耦合对准并连接的多芯光纤阵列5均安装在封装盒7内，所述的带 状光纤2从封装盒带状光纤输出端口输出。如图5所示，所述的加热模块6包括有由上至下依次设置的使热场均勻的低热阻 衬底6-3、加热器6-1和高热阻垫块6-4，以及嵌入在低热阻衬底6-3中部的中间位置内的 热敏电阻6-2。所述的石英玻璃片8的厚度与高热阻垫快6-4的厚度保持一致。下面结合图5说明本实用新型的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结 构的制作过程，包括有如下步骤1)将石英玻璃片8的一端粘接在加热模块6的下表面，石英玻璃片8的另一端伸 出加热模块6。石英玻璃片8的厚度与高热阻垫快6-4的厚度一致。2)在石英玻璃片8伸出加热模块6部分的正上方距离加热模块边缘15 30mm的 位置粘接有一个带状纤垫块9，该带状纤垫块9的表面应平整，从而使带状光纤平整输出。 带状纤垫块9材料可为金属或玻璃材料。距离15 30mm的距离目的是使带状纤垫块9位 置位于带状光纤2下方，而非光纤阵列5下方。3)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；4)在曲线型AWG芯片1底部均勻的涂上导热硅脂，并通过夹具将该曲线型AWG芯 片1固定在加热模块6上，同时保证带状光纤2在带状纤垫块9的正上方；5)在曲线型AWG芯片1与加热模块6接触的芯片周边区域，除去和耦合端面区域 外，均采用硅橡胶粘接；6)带状光纤2和带状纤垫块9之间采用硅橡胶固定。7)将粘接好AWG芯片1、石英玻璃片8和带状纤垫块9的加热模块6安装到封装 盒7内，安装时使带状光纤从封装盒带状光纤输出端口输出。在上述结构中，所述的曲线型AWG芯片1采用导热硅脂和弹性系数大的硅橡胶粘 接，曲线型AWG芯片可以相对加热片表面轻微移动。粘接应力较小，对芯片的光学指标影响 很小。上述结构中的曲线型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勻性，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，热量朝热阻低的方向传输，从而降低器件的功耗要求。在上述结构中，带状光纤被固定在热膨胀系数非常接近的石英玻璃片上。目前常 用的AWG的封装盒有主要有两种，一种为金属，以铝合金居多，铝合金的热膨胀系数约为 23ppm ；另一种常用的AWG封装盒为塑料封装盒，热膨胀系数相差较大，在10 lOOppm之 间。而光纤的材料为熔融石英，熔融石英的热膨胀系数通常为0.5ppm。在AWG的通常工作 环境温度范围为-15 65摄氏度，由于环境温度带来的位移为初步计算可到毫米量级，芯 片的形变会由于芯片形状和粘接强度不同，带来的形变不一，但只要有形变就会导致器件 的中心波长的变化。采用本实用新型的结构后，带状光纤带来的外力引起的芯片形变很小， 对中心波长的影响可以忽略，同时芯片和光纤阵列的耦合端面受力很小，可提高耦合端面 长期可靠性。本实用新型的本实用新型的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构基 本原理在于1、曲线型AWG芯片1和加热模块6的接触面使用导热硅脂，由于导热脂为乳状物， 曲线型AWG芯片可以在加热模块上自由滑动，基本上不会产生应力。曲线型AWG芯片四周 全部采用硅橡胶粘接，由于硅橡胶柔软，曲线型AWG芯片和加热模块之间粘接应力很小。2、由于光纤的原材料为石英材料，热膨胀系数非常小，在外界环境温度变化时，封 装盒由于热膨胀系数较大，会对带状光纤产生的外力作用。此外力通过带状光纤传到光纤 阵列和曲线型AWG芯片的耦合粘接端面上，对端面的长期可靠性有一定影响，另外，此外力 还会传到曲线型AWG芯片上，使曲线型AWG芯片产生形变，导致器件的中心波长发生变化。 而在本结构中，带状光纤通过带状纤垫块9固定在石英玻璃片8上，外力在带状光纤粘接处 得到释放，同时由于光纤的热膨胀系数与石英玻璃片的热膨胀系数相当，因此，石英玻璃片 8对光纤的外力很小，芯片产生的形变也很小，从而改善的器件的高低温波长特性和耦合断 面的长期可靠性。
权利要求一种稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，包括有固定在加热模块(6)上的曲线型AWG芯片(1)，与曲线型AWG芯片(1)的一端耦合对准并连接的单芯光纤阵列(4)，与曲线型AWG芯片(1)的一另端耦合对准并连接的多芯光纤阵列(5)，所述的多芯光纤阵列(5)的另一端连接有带状光纤(2)，其特征在于，所述加热模块(6)位于多芯光纤阵列(5)那一侧的下表面连接石英玻璃片(8)一端的上表面，所述石英玻璃片(8)另一端的上表面上设置有带状纤垫块(9)，所述的带状纤垫块(9)位于所述的带状光纤(2)的下方。
2.根据权利要求1所述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，所述的曲线型AWG芯片⑴与加热模块(6)通过导热硅脂固定连接。
3.根据权利要求1所述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，所述的带状光纤(2)通过硅橡胶固定在所述的带状纤垫块(9)的上表面上。
4.根据权利要求1所述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，所述的加热模块(6)包括有由上至下依次设置的使热场均勻的低热阻衬底(6-3)、加 热器(6-1)和高热阻垫块(6-4)，以及嵌入在低热阻衬底(6-3)中部的中间位置内的热敏电 阻(6-2)。
5.根据权利要求1所述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，所述的带状纤垫块(9)与加热模块(6)之间的间距为15 30mm。
6.根据权利要求4所 述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，所述的石英玻璃片(8)的厚度与高热阻垫快(6-4)的厚度保持一致。
7.根据权利要求1所述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，所述的带状纤垫块(9)为金属材料，且表面平整。
8.根据权利要求1所述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，所述的带状纤垫块(9)为玻璃材料，且表面平整。
9.根据权利要求1所述的稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，其特征在 于，还设置有封装盒(7)，所述的连接有曲线型AWG芯片(1)、石英玻璃片(8)和带状纤垫块 (9)的加热模块(6)，以及与曲线型AWG芯片⑴的一端耦合对准并连接的单芯光纤阵列 (4)，与曲线型AWG芯片(1)的一另端耦合对准并连接的多芯光纤阵列(5)均安装在封装盒 (7)内，所述的带状光纤(2)从封装盒带状光纤输出端口输出。
专利摘要本实用新型公开一种稳定曲线阵列波导光栅芯片中心波长的封装结构，包括有固定在加热模块上的曲线型AWG芯片，与曲线型AWG芯片的一端耦合对准并连接的单芯光纤阵列，与曲线型AWG芯片的一另端耦合对准并连接的多芯光纤阵列，所述的多芯光纤阵列的另一端连接有带状光纤，所述加热模块位于多芯光纤阵列那一侧的下表面连接石英玻璃片一端的上表面，所述石英玻璃片另一端的上表面上设置有带状纤垫块，所述的带状纤垫块位于所述的带状光纤的下方。所述的加热模块包括有由上至下依次设置的使热场均匀的低热阻衬底、加热器和高热阻垫块，以及嵌入在低热阻衬底中部的中间位置内的热敏电阻。本实用新型结构简单，成本低廉，便于使用，提高器件的波长稳定性。
文档编号G02B6/34GK201607540SQ201020128158
公开日2010年10月13日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者宋琼辉, 王文敏 申请人:武汉光迅科技股份有限公司