专利名称：一种gpon模块基本单元和其制造方法
技术领域：
本发明涉及微电子器件技术领域，尤其涉及一种GPON(Gigabit-Capable PON)模 块基本单元和其制造方法。
背景技术：
GPON技术起源于1995年，PON是英文“无源光网络”的缩写， GPON(Gigabit-Capable PON)最早由全业务接入网论坛 FSAN(Full Service Access Networks)组织提出。2001年，FSAN启动了一项标准工作，旨在规范工作速率高于lGb/s的 PON网络称为Gigabit-Capable PON(GPON)。GPON除了支持更高的速率之外，还要以很高 的效率支持多种业务，提供丰富的功能和良好的扩展性。GPON技术支持完善的OMCI管理机 制，可远程配置、业务下发、升级等，有效提高运营商的部署效率。GPON的综合建网成本优于EPON (ΕΡ0Ν 以太无源光网络)，2010年，三网融合和运 营商全业务运营带来的竞争动力成为中国光纤接入FTTX (Fiber-to-the-x)发展新的驱动 力，同时广电网络双向改造、物联网、云计算等新应用领域都将带来GPON网络更广阔的应 用前景。运营商的重视以及FTTX的发展趋势对GPON发展起到了积极的促进作用。然而现有技术中GPON系统所用的核心器件成本仍较高，限制了 GPON的应用和发 展。GPON 模块所用双向组件 BOSA (Bi-directional Optical Sub-Assembly)由分立元件 组合而成，组装复杂、生产效率较低，成本居高不下。基于市场方面强劲的需求，以及集成较 多的有源、无源组件，基于PLCXPlanar light Circuit)技术的GPON模块被众多公司看好。 其优点在于允许不同类别的器件分别选择各自最合适的材料以及最佳的工艺以便取得最 好性能的优点。但是硅基板的混合集成技术在实际制作工艺和封装中一直是相当复杂的， 近年来，一些研究机构针对传统倒装为基础的混合集成工艺作了改善，取得了较大进展。其 中，最引人瞩目的成果有两项第一项是加州大学圣巴巴拉分校与英特尔公司合作研究的 基于芯片级结合的混合集成器件；第二项是比利时根特大学的基于芯片和晶圆结合的混合 集成器件。这两项技术分别基于晶圆级的封装技术，晶圆级的封装技术不同于传统的先切 割晶圆，再组装测试的做法，而是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后再切割，它有着更 明显的优势首先是工艺工序大大优化，晶圆直接进入封装工序，而传统工艺在封装之前还 要对晶圆进行切割、分类；所有集成电路一次封装，刻印工作直接在晶圆上进行，设备测试 一次完成，有别于传统组装工艺；生产周期和成本大幅下降，使芯片所需引脚数减少，提高 了集成度。现有技术中的GPON模块基本单元采用分立器件，分立器件在组装、对准、封装等 受到复杂结构的束缚。
发明内容
针对现有技术中存在的分立器件在组装、对准、封装等受到复杂结构的束缚，因 此有必要提供一种GPON模块基本单元和其制造方法。
本发明公开了一种GPON基本单元，包括硅基光平台101、光波导102、1310nm波段 激光器103、1490nm波段探测器104、背光探测器105、分波/合波器108、用于光纤固定的 V型槽107和用于电气连接的金属焊盘106 ；上述1310nm波段激光器103埋入硅基光平台 101中；上述1310nm波段激光器103、1490nm波段探测器104分别与光波导102耦合；上述 光波导102、1310nm波段激光器103、1490nm波段探测器104、背光探测器105、分波/合波 器108、V型槽107和金属焊盘106都分别与硅基光平台101耦接。优选地，上述背光探测器105通过耦合光栅201与光波导102耦合。优选地，上述1490nm波段探测器104通过耦合光栅202与光波导102耦合。优选地，上述光波导102的材料为二氧化硅、氮化硅、硅或透明有机材料。本发明还公开了一种GPON基本单元的制造方法，其包含以下步骤 步骤一，将1310nm波段激光器103埋入硅基光平台101 ；
步骤二，在硅基光平台101上形成光波导102、背光探测器耦合光栅201、1490nm波段探 测器耦合光栅202和分波/合波器108 ；
步骤三，在硅基光平台101上形成金属焊盘106和金属布线；
步骤四，在硅基光平台101上刻蚀用于光纤对准和固定的V型槽107 ；
步骤五，在硅基光平台101上表贴背光探测器105，并设置1490nm波段探测器104。优选地，上述步骤一具体还包括
步骤1，在子板上将至少一个1310nm波段激光器103预固定，1310nm波段激光器103 上带有焊盘的上表面和子板接触；
步骤2，在硅基光平台101上形成长、宽、高均大于1310nm波段激光器103几何尺寸的 凹坑，上述凹坑在硅基光平台101上的分布与1310nm波段激光器103在子板上的分布一一 对应，凹坑的内壁底面涂覆一层用于1310nm波段激光器103固定的固定层301 ；将预固定 1310nm波段激光器103的子板和刻蚀有凹坑并且该凹坑内壁底面涂覆有固定层301的硅基 光平台101面对面对准后压合。步骤3，脱附子板，1310nm波段激光器103转移到对应的凹坑中。优选地，上述GPON模块单元的制造方法是基于晶圆的。本发明的有益效果为与现有的GPON模块常用的分立器件组件相比有数项优点。 首先，本发明摆脱了传统的分立器件的组装、对准、封装等复杂结构的束缚，站在封装的角 度，将器件集成。第二，直接利用晶圆级封装技术形成GPON模块基本单元，使GPON模块基 本单元以硅为基材制作完成，工艺成熟、可大规模生产，价格相对便宜。第三，理论分析，本 发明适用于各种速率标准下的GPON模块制作，也适用于单纤双向器件和单纤三项器件，在 FTTX领域得到重要应用。
图1为一种GPON基本单元的结构图。图2为包含耦合光栅的GPON基本单元结构图。图3为将1310nm波段激光器埋入硅基光平台后的结构图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。如图1所示，本发明公开了一种GPON基本单元，包括硅基光平台101、光波导102、 被埋入硅基光平台101中的1310nm波段激光器103、1490nm波段探测器104、背光探测器 105、分波/合波器108、用于光纤固定的V型槽107和用于电气连接的金属焊盘106 ；所述 1310nm波段激光器103、1490nm波段探测器104分别与光波导102耦合；所述光波导102、 1310nm波段激光器103、1490nm波段探测器104、背光探测器105、分波/合波器108、V型槽 107和金属焊盘106都分别与硅基光平台101耦接。所述背光探测器105用于检测1310nm 波段激光器103的出光功率。优选地，所述光波导102的端面几何中心和1310nm波段激光器103的发光面对 准。光波导102的高度位置(Z方向)由1310nm波段激光器103发光面在凹坑内的深度。优选地，所述背光探测器105通过耦合光栅201与光波导102耦合。优选地，所述1490nm波段探测器104通过耦合光栅202与光波导102耦合。为使得附图明晰，在不影响本发明的前提下，该单个硅基GPON模块单元在硅基光 平台101上的金属布线未画出。硅基光平台101是单个GPON模块基本单元的衬底。优选 地，所述光波导102的材料为二氧化硅、氮化硅、硅或透明有机材料。如图2所示的包含耦合光栅的GPON基本单元，本发明还公开了一种GPON基本单 元的制造方法，其包含以下步骤
步骤一，将1310nm波段激光器103埋入硅基光平台101 ；
步骤二，在硅基光平台101上通过光刻或刻蚀等微电子工艺，形成光波导102、背光探 测器耦合光栅201、1490nm波段探测器耦合光栅202和分波/合波器108。1310nm波段激光 器103与光波导102间通过端面耦合，光波导102端面几何中心和1310nm波段激光器103 发光面对准，波导高度位置(Z方向)取决于激光器发光面在凹坑内的位置(深度)。步骤三，在硅基光平台101上通过蒸发、溅射和电镀等微电子工艺，形成金属焊盘 106和金属布线，所述金属焊盘106和金属布线用于GPON模块单元上的电气连接。为使得 附图明晰，在不影响本发明的前提下，图2中的金属布线未画出。步骤四，在硅基光平台101上刻蚀用于光纤对准和固定的V型槽107。步骤五，在硅基光平台101上表贴背光探测器105，并设置1490nm波段探测器 104，所述1490nm波段探测器104与在硅基光平台101耦接。优选地，如图3所示的将1310nm波段激光器103埋入硅基光平台101后的结构图， 所述步骤一中的将1310nm波段激光器103埋入硅基光平台101具体还包括
步骤1，在子板上将至少一个1310nm波段激光器103按照一定的间距预固定，1310nm 波段激光器103上带有焊盘的上表面和子板接触，1310nm波段激光器103的间距应根据两 个相邻GPON模块单元尺寸而定，既满足单个模块的尺寸也要尽量的利用母板的硅面积。所 述子板可以是硅晶圆片、玻璃片或陶瓷片等，但不限于此；子板与1310nm波段激光器103的 接触面平整、均勻。步骤2，利用干法或者湿法刻蚀，在硅基光平台101上形成长、宽、高均大于1310nm 波段激光器103几何尺寸的凹坑，所述凹坑在硅基光平台101上的分布与1310nm波段激光器103在子板上的分布一一对应，凹坑的内壁底面涂覆一层用于1310nm波段激光器103固 定的固定层301 ；将预固定1310nm波段激光器103的子板和刻蚀有凹坑并且该凹坑内壁底 面涂覆有固定层301的硅基光平台101面对面对准后压合。通过固定层301将1310nm波 段激光器103固定在硅基光平台101上对应的凹坑内。步骤3，脱附子板后，1310nm波段激光器103转移到对应的凹坑中。优选地，所述GPON模块单元的制造方法是基于晶圆的。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
1.一种GPON基本单元，包括硅基光平台(101)、光波导(102)、1310nm波段激光器(103)、1490歷波段探测器(104)、背光探测器(105)、分波/合波器(108)、用于光纤固定的 V型槽(107)和用于电气连接的金属焊盘(106)；所述1310nm波段激光器(103)埋入硅基 光平台(101)中；所述1310nm波段激光器(103)、1490nm波段探测器(104)分别与光波导(102)耦合；所述光波导(102)、1310nm波段激光器(103)、1490nm波段探测器(104)、背光 探测器(105)、分波/合波器(108)、V型槽(107)和金属焊盘(106)分别与硅基光平台(101) 華禹接。
2.如权利要求1所述的GPON基本单元，所述背光探测器(105)通过耦合光栅(201)与 光波导(102)耦合。
3.如权利要求2所述的GPON基本单元，所述1490nm波段探测器(104)通过耦合光栅 (202)与光波导(102)耦合。
4.如权利要求3所述的GPON基本单元，所述光波导(102)的材料为二氧化硅、氮化硅、 硅或透明有机材料。
5.如权利要求1所述的GPON基本单元的制造方法，其包含以下步骤 步骤一，将1310nm波段激光器(103)埋入硅基光平台(101)；步骤二，在硅基光平台(101)上形成光波导(102)、背光探测器耦合光栅(201 )、1490nm 波段探测器耦合光栅(202)和分波/合波器(108)；步骤三，在硅基光平台(101)上形成金属焊盘(106)和金属布线；步骤四，在硅基光平台(101)上刻蚀用于光纤对准和固定的V型槽(107 )；步骤五，在硅基光平台(101)上表贴背光探测器(105)，并设置1490nm波段探测器(104)。
6.如权利要求5所述的GPON基本单元的制造方法，其特征在于所述步骤一具体还包括步骤1，在子板上将至少一个1310nm波段激光器(103)预固定，1310nm波段激光器(103)上带有焊盘的上表面和子板接触；步骤2，在硅基光平台(101)上形成长、宽、高均大于1310nm波段激光器(103)几何尺寸 的凹坑，所述凹坑在硅基光平台(101)上的分布与1310nm波段激光器(103)在子板上的分 布一一对应，凹坑的内壁底面涂覆一层用于1310nm波段激光器(103)固定的固定层(301); 将预固定1310nm波段激光器(103)的子板和刻蚀有凹坑并且该凹坑内壁底面涂覆有固定 层(301)的硅基光平台(101)面对面对准后压合；步骤3，脱附子板，1310nm波段激光器(103)转移到对应的凹坑中。
7.如权利要求6所述的GPON基本单元的制造方法，所述GPON模块单元的制造方法是 基于晶圆的。
全文摘要
本发明属于微电子器件技术领域，本发明公开了一种GPON基本单元和其制造方法，一种基于半导体晶圆封装技术制作GPON模块基本单元的方法，包括利用成熟的半导体干法和湿法刻蚀、电镀、键合、转移技术等微电子加工工艺和封装技术，形成GPON模块基本单元。用此种方法制作的GPON模块基本单元较分立器件组合而成的模块制作成本低、可大规模生产，可取代传统的GPON模块应用于光网络中，加工工艺与现有微电子工艺兼容。
文档编号G02B6/42GK102062910SQ201110009630
公开日2011年5月18日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者万里兮, 刘丰满, 李宝霞, 陈少武 申请人:成都锐华光电技术有限责任公司