一种倒装硅光芯片的耦合封装结构及方法与流程

本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种倒装硅光芯片的耦合封装结构及方法。

背景技术：

近年来，随着cmos工艺的不断发展，ic芯片流片工艺的特征尺寸越来越小，这为以亚微米尺寸光波导为基础的硅光子学提供了广阔的发展空间。目前为止，硅光子工艺，除了光源，基本上可以集成了包括光发送、调制、接收等近上百个有源和无源光元件。与传统的inp集成光电子芯片相比，硅光芯片具有尺寸小、集成度高、成本低廉等众多优势，已成为目前片上光互联最有前途的解决方案之一。目前在100g相干通信领域方面，硅光芯片已有商用，随着更小体积更高速率的发展，传统的打线封装形式已经不能满足封装的需求，倒装芯片封装因其具有更小的封装体积，更高的传输速率和更好的带宽性能，已成为下一代400g通信的封装趋势。

硅光芯片，因其波导横截面尺寸小于1微米，要实现与plc或者光纤的耦合，常常是比较困难的事情。常规的耦合有垂直光栅耦合和端面ssc的耦合，垂直耦合往往效率不高，端面ssc耦合较为常见。为避免光口ssc的损伤，光口端面处都有台阶。常规的光纤阵列fa没法靠近光口，耦合效率较低。此外，对于倒装硅光芯片，底部是通过焊料球连接到电路基板上，焊点的高度和回流工艺相关，高度很难控制到非常的一致，因此也很难确定好光口与底部基板之间的高度。且硅波导的ssc光口位于底部，距离焊接底版太近，不方便耦合。对于膨胀系数较大点的多层电路板，光路如果直接固定在电路板侧，可能还会造成光路的不稳定。

技术实现要素：

本申请实施例通过提供一种倒装硅光芯片的耦合封装结构及方法，解决了现有技术中倒装硅光芯片的端面耦合困难，耦合效率较低、耦合结构不够稳定的问题。

本申请实施例提供一种倒装硅光芯片的耦合封装结构，包括：倒装硅光芯片、光纤、玻璃毛细管、l型玻璃块、多层电路板；

所述倒装硅光芯片的正面包括位于两端的光口，所述多层电路板靠近所述光口的区域设置有凹槽，所述倒装硅光芯片正面朝下焊接在所述多层电路板上，所述l型玻璃块的第一侧面固定在所述倒装硅光芯片的背面上，所述光纤插入到所述玻璃毛细管中，所述玻璃毛细管位于所述凹槽的上方，所述玻璃毛细管粘接到所述l型玻璃块的第二侧面。

优选的，所述光纤的部分涂覆层剥离，端面切割整齐，所述光纤的涂覆层与裸纤的分界处深入至所述玻璃毛细管的锥形孔中，所述锥形孔处点有紫外胶用于固定。

优选的，所述l型玻璃块的第一侧面通过紫外胶粘接到所述倒装集成硅光芯片的背面，所述玻璃毛细管通过紫外胶粘接到所述l型玻璃块的第二侧面。

另一发明，本申请实施例提供一种倒装硅光芯片的耦合封装方法，包括以下步骤：

步骤1：将光纤的部分涂覆层剥离，端面切割整齐；

步骤2：将所述光纤插入到玻璃毛细管中，并通过紫外胶进行固定；

步骤3：将倒装硅光芯片正面朝下焊接在设置有凹槽的多层电路板上；

步骤4：将所述玻璃毛细管置于所述凹槽的上方，移动所述玻璃毛细管，使所述玻璃毛细管靠近所述倒装硅光芯片的光口处，使所述光纤的前端面与所述倒装硅光芯片的光口进行粗对准；

步骤5：移动l型玻璃块，使所述l型玻璃块的第二侧面靠近所述玻璃毛细管的一侧，将所述l型玻璃块的第一侧面固定在所述倒装硅光芯片的背面上；

步骤6：将所述光纤的前端面与所述倒装硅光芯片的光口进行精确对准，在所述玻璃毛细管与所述l型玻璃块的第二侧面之间点上紫外胶进行固定，完成单个通道的耦合；

步骤7：重复步骤4-步骤6的操作，完成所有耦合通道的光纤与所述倒装硅光芯片的对准及固定。

优选的，所述光纤的涂覆层与裸纤的分界处深入至所述玻璃毛细管的锥形孔中，在所述锥形孔处点上紫外胶进行固定。

优选的，进行所述粗对准之前，将所述多层电路板安装到上电夹具上，将所述上电夹具固定到耦合平台上，给所述多层电路板上的电极加电，以监控电学参数；通过监控电学参数，使所述光纤的前端面与所述倒装硅光芯片的光口进行粗对准；通过监控电学参数，将所述光纤的前端面与所述倒装硅光芯片的光口进行精确对准。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在本申请实施例中，将倒装硅光芯片焊接到互连的多层电路板上，多层电路板靠近倒装硅光芯片的光口的区域设置有凹槽，凹槽为光路的耦合避让了空间，伸出毛细管部分的裸光纤可以较好地靠近倒装硅光芯片的光口；采用l型玻璃块将光纤及玻璃毛细管组成的耦合结构固定到倒装硅光芯片的背面，使得光纤及玻璃毛细管组成的耦合结构与倒装硅光芯片通过膨胀系数接近的材料固定在一起，避免了热应力造成的光路不稳定问题。综上，本发明操作灵活，成本低廉，可较好地解决倒装硅光芯片耦合的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种倒装硅光芯片的耦合封装结构中倒装硅光芯片的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种倒装硅光芯片的耦合封装结构中多层电路板的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种倒装硅光芯片的耦合封装结构中光纤和玻璃毛细管的连接示意图；

图4为本发明实施例提供的一种倒装硅光芯片的耦合封装结构的前视图；

图5为本发明实施例提供的一种倒装硅光芯片的耦合封装结构的俯视图。

其中，1-倒装硅光芯片、2-光纤、3-玻璃毛细管、4-l型玻璃块、5-紫外胶、6-多层电路板；

11-光口、61-电极。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明提供一种倒装硅光芯片的耦合封装结构，如图4、图5所示，包括：倒装硅光芯片1、光纤2、玻璃毛细管3、l型玻璃块4、多层电路板6。其中，如图1、图4所示，所述倒装硅光芯片1的正面包括位于两端的光口11。如图2、图4、图5所示，所述多层电路板6靠近所述光口11的区域设置有凹槽。具体的，每个所述光口11的一侧均设置有一个所述凹槽，即所述凹槽为两个。所述倒装硅光芯片1以光口面朝下焊接在所述多层电路板6上，所述凹槽的作用是方便所述光纤2与所述光口11的耦合。

耦合用的所述光纤2插入到所述玻璃毛细管3中，并用紫外胶5进行固定，形成光纤耦合结构，如图3所示。具体的，所述光纤2的部分涂覆层剥离，端面切割整齐，所述光纤2的涂覆层与裸纤的分界处深入至所述玻璃毛细管3的锥形孔中，所述锥形孔处点有紫外胶用于固定。

所述光纤耦合结构位于所述凹槽的上方，所述玻璃毛细管3通过所述紫外胶5粘接到所述l型玻璃块4的第二侧面，所述l型玻璃块4的第一侧面通过所述紫外胶5固定在所述倒装硅光芯片1的背面上，即所述光纤耦合结构通过所述l型玻璃块4固定到所述倒装硅光芯片1的背面，如图4、图5所示。

所述多层电路板6上设置有电极61，如图5所示。耦合封装中涉及所述光纤2的前端面与所述倒装硅光芯片1的所述光口11进行粗对准、精确对准的过程。具体操作中，在进行所述粗对准之前，将所述多层电路板6安装到上电夹具上，将所述上电夹具固定到耦合平台上，给所述多层电路板6上的所述电极61加电，以监控电学参数。通过监控电学参数，使所述光纤2的前端面与所述倒装硅光芯片1的所述光口11进行粗对准、精确对准。

本发明还提供这种倒装硅光芯片的耦合封装结构的具体实现方法，步骤如下：

步骤1：提供至少一根耦合用的光纤，将所述光纤的一端剥离部分涂覆层，端面切割整齐，使裸纤伸出适当长度。

步骤2：提供至少一个玻璃毛细管，将所述玻璃毛细管水平放置并固定住，将所述光纤穿入到所述玻璃毛细管中，使剥纤的前端面伸出所述玻璃毛细管适当长度，所述光纤的涂覆层和裸纤分界处深入到所述玻璃毛细管的锥形孔中，在所述锥形孔处点胶固定住，形成光纤耦合结构。

步骤3：将倒装硅光芯片贴装到设置有凹槽的多层电路板上，加热回流，使所述倒装硅光芯片焊接到所述多层电路板上。

步骤4：将贴装完成后的多层电路板安装到上电夹具上，整体固定到耦合平台上，给多层电路板上相应的电极加电，用相关设备监控电流等指标。

步骤5：将所述光纤耦合结构用夹具固定，移动所述光纤耦合结构以靠近所述倒装硅光芯片1的所述光口11处，调整所述光纤耦合结构，监控电流参数值使所述光纤耦合结构中所述光纤2的前端面与所述倒装硅光芯片1的所述光口11进行粗对准。

步骤6：在所述倒装硅光芯片1的背面，且距离所述光纤耦合结构侧面的适当位置处放置所述l型玻璃块4，使所述l型玻璃块4的一侧与所述光纤耦合结构的一侧靠近，留适当缝隙。压住所述l型玻璃块4置于所述倒装硅光芯片1背面的一端，并在所述l型玻璃块4和所述倒装硅光芯片1的接触面处点所述紫外胶5，使所述紫外胶5胶渗入到两者的界面缝隙中，用紫外灯照射固化，使所述l型玻璃块4固定在所述倒装硅光芯片1的背面。

步骤7：微调所述光纤耦合结构，监控电流值，将所述光纤耦合结构中所述光纤2的前端面与所述倒装硅光芯片1的所述光口11进行精确对准，控制所述光纤2的前端面与所述倒装硅光芯片1耦合端面间距，在所述玻璃毛细管3与所述l型玻璃块4之间的缝隙处点所述紫外胶5，通过紫外灯固化，使所述光纤耦合结构粘接到所述l型玻璃块4的侧面，完成单个通道的耦合。

步骤8：重复步骤5-步骤7的操作完成另一端的光口耦合。

当有两个以上的光口时，同样重复步骤5-步骤7完成所有耦合通道的光纤与硅光芯片的对准及固定。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。