一种芯片耦合器件的制作方法

本实用新型涉及光学领域，特别是涉及一种芯片耦合器件。

背景技术：

硅光模块的光引擎封装技术一直以来都是硅光子技术应用的一个难点和重点。目前较为成熟的封装方式有两种：第一种是基于光栅耦合器的垂直耦合，利用“90°弯折光纤阵列”与光栅耦合器进行耦合。这种方式的缺点是耦合损耗较大，且“90°弯折光纤阵列”成本较高；第二种是基于模斑转换器的端面耦合，利用水平光纤阵列与模斑转换器进行耦合。这种方式的优点是耦合损耗较小，水平光纤阵列成本较低，但耦合精度要求较高，有源耦合较为复杂。因此，目前普遍存在硅光传统方案中进行有源耦合的效率低下、耦合工艺复杂的问题。

技术实现要素：

基于此，有必要针对目前有源耦合效率低下和工艺复杂的问题，提供一种芯片耦合器件。

一种芯片耦合器件，包括基板和贴合于所述基板上的芯片；

所述芯片包括硅波导和与所述波导前端连接的模斑转换器；

所述模斑转换器的前端设置有V型沟槽；

所述V型沟槽包括面积相同的第一空隙端面和第二空隙端面；

所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面相对应，且所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面之间具有耦合空隙；

所述耦合空隙在所述V型沟槽延伸方向的宽度满足预设值，所述耦合空隙的面积大于所述模斑转换器的端面面积；

所述第二空隙端面与所述芯片的对应端面对齐；

所述耦合器件还包括光纤，且将所述光纤放入所述V型沟槽后，所述光纤的端面中心与所述模斑转换器的端面中心在所述V型沟槽的延伸方向吻合。

优选的，所述预设值在0至50um之间。优选的，所述芯片包括接收芯片和发射芯片，所述光纤包括发射光纤和接收光纤，所述发射光纤通过所述V型沟槽与所述发射芯片耦合，所述接收光纤通过V型沟槽与所述接收芯片耦合。

优选的，所述发射光纤和接收光纤均具有4根光纤，且所述4根光纤分别通过对应的V型沟槽以及耦合间隙与所述接收芯片和发射芯片中模斑转换器的对应端面耦合。

优选的，所述V型沟槽的两个槽面与芯片上表面之间的夹角在40度与60度之间。优选的，所述芯片耦合器件还包括第一盖板和第二盖板；

所述第一盖板的下侧贴合于所述基板上，所述第一盖板的上侧设置有放置所述光纤的所述V型沟槽；

所述第二盖板用于与贴合于所述第一盖板的上侧以固定所述光纤。

本实用新型中，所述芯片包括硅波导和与所述波导前端连接的模斑转换器；所述模斑转换器的前端设置有V型沟槽；所述V型沟槽包括面积相同的第一空隙端面和第二空隙端面；所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面相对应，且所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面之间具有耦合空隙；所述耦合空隙在所述V型沟槽延伸方向的宽度满足预设值，所述耦合空隙的面积大于所述模斑转换器的端面面积；所述第二空隙端面与所述芯片的对应端面对齐；所述耦合器件还包括光纤，且将所述光纤放入所述V型沟槽后，所述光纤的端面中心与所述模斑转换器的端面中心在所述V型沟槽的延伸方向吻合；由此，本实用新型在将光纤与芯片耦合时，可以直接将光纤固定于芯片中的V型沟槽中，从而使光纤的纤芯端面与模斑转换器的端面直接对齐，然后可以直接在耦合间隙与V型槽中填充光学胶，使光纤端面与模斑转换器的端面完全通信耦合，由此，本实用新型通过V型沟槽可以提升光纤与芯片的耦合效率，通过耦合间隙可以方便填充光学胶，快速使芯片与光纤完成通信耦合。

附图说明

图1为芯片耦合器件的结构图；

图2为图1中V型沟槽的结构图；

图3为芯片耦合器件的侧视图；

图4为纤芯端面与模斑转换器端面的耦合示意图；

图5为发射与接收芯片集成在一个硅光芯片上；

图6为一根光纤的端面与模斑转换器端面对齐后的放大示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1为芯片耦合器件的结构图。如图1所示，该芯片耦合器件包括基板1和贴合于基板1上的芯片3；

芯片3包括硅波导和与波导前端连接的模斑转换器；

模斑转换器的前端设置有V型沟槽7；

V型沟槽7包括面积相同的第一空隙端面和第二空隙端面；

第一空隙端面与模斑转换器的端面相对应，且第一空隙端面与模斑转换器的端面之间具有耦合空隙；

耦合空隙在V型沟槽延伸方向的宽度满足预设值，耦合空隙的面积大于模斑转换器的端面面积；

第二空隙端面与芯片的对应端面对齐；

耦合器件还包括光纤，且将光纤放入V型沟槽后，光纤的端面中心与模斑转换器的端面中心在V型沟槽的延伸方向吻合。

本实用新型中，所述芯片包括硅波导和与所述波导前端连接的模斑转换器；所述模斑转换器的前端设置有V型沟槽；所述V型沟槽包括面积相同的第一空隙端面和第二空隙端面；所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面相对应，且所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面之间具有耦合空隙；所述耦合空隙在所述V型沟槽延伸方向的宽度满足预设值，所述耦合空隙的面积大于所述模斑转换器的端面面积；所述第二空隙端面与所述芯片的对应端面对齐；所述耦合器件还包括光纤，且将所述光纤放入所述V型沟槽后，所述光纤的端面中心与所述模斑转换器的端面中心在所述V型沟槽的延伸方向吻合；由此，本实用新型在将光纤与芯片耦合时，可以直接将光纤固定于芯片中的V型沟槽中，从而使光纤的纤芯端面与模斑转换器的端面直接对齐，然后可以直接在耦合间隙与V型槽中填充光学胶，使光纤端面与模斑转换器的端面完全通信耦合，由此，本实用新型通过V型沟槽可以提升光纤与芯片的耦合效率，通过耦合间隙可以方便填充光学胶，快速使芯片与光纤完成通信耦合。

芯片可以为硅光芯片，其硅波导前端为模斑转换器，模斑转换器的前端对应刻蚀V型沟槽，V型沟槽的外形尺寸、宽度等进行计算并精密加工，保证光纤放置在V型沟槽中并与槽壁相切后，纤芯端面和模斑转换器的端面坐标始终对齐。

本实施例中，芯片耦合器件还可以包括激光器、调制器、TIA及其他元器件，本实施例不再详细说明，可以理解，这些元件可以用于实现本实用新型，但并不用于限定本实施例的具体方案。在实际应用中，硅光芯片可以是发射芯片与接收芯片分开，也可以是发射、接收芯片集成在一个硅光芯片上。光纤阵列可以是由两束4光纤带组成，也可以是由一束8光纤带组成，也可以是其他的组合方式(一般的，一个光纤阵列的MT接头能容纳12根光纤。可根据光引擎的产品设计方案进行光纤带的组合使用)。重点是光纤阵列的组合方式能与芯片的对应通道进行匹配。

其中，预设值在0至50um之间。耦合空隙的宽度可以满足在光纤端面与模斑转换器的端面之间直接填充光学胶，光学胶是透明的，从而使光纤与芯片完全耦合。

如图1所示，芯片1可以包括接收芯片3和发射芯片4，光纤对应的可以包括发射光纤6和接收光纤5，发射光纤通过V型沟槽与发射芯片耦合，接收光纤通过V型沟槽与接收芯片耦合。

进一步如图1所示，其显示了一个4发4收硅光子引擎的示意图，接收芯片为接收硅光芯片，发射芯片为发射硅光芯片。发射光纤和接收光纤均可以具有4根光纤，且4根光纤分别通过对应的V型沟槽以及耦合间隙与接收芯片和发射芯片中模斑转换器的对应端面耦合。

图5为发射与接收芯片集成在一个硅光芯片上，如图5所示，接收芯片与发射芯片为一个硅光芯片。

图2为图1中V型沟槽的结构图。如图2所示，V型沟槽的两个槽面与芯片上表面之间的夹角在40度与60度之间，使用V型沟槽并配合上盖板下压光纤，能保证光纤在V型沟槽中和两个槽面及上盖板相切，能保证光纤有很高的对准精度，能保证光纤固定粘接的牢固性和可靠性。

如图1所示，芯片耦合器件还包括第一盖板8和第二盖板2；其中：

第一盖板的下侧贴合于基板上，第一盖板的上侧设置有放置光纤的V型沟槽；

第二盖板用于与贴合于第一盖板的上侧以固定光纤。

第一基板与第二基板均可以为玻璃盖板。

本实施例中，也可以在第二盖板的下侧设置V型沟槽，并将第一盖板与第二盖板贴合。

本实施例中，光纤阵列通过放置在硅光芯片的V型沟槽内，完成无源精确定位，后续通过点胶并在光纤上方施加一个玻璃盖板完成光纤的可靠封装。第一盖板与第二盖板也通过点胶与基板进行固定，从而避免光纤跳线插拔的力对光纤造成影响。

图3为芯片耦合器件的侧视图；如图3所示，芯片与光纤完整耦合后，可以形成芯片耦合器件。从侧视图可以看出，第一盖板上的V型沟槽与芯片上的V型沟槽在水平方向的高度完全一致，从而保证光纤是水平的，确保光纤与芯片可以完美耦合。

图6为一根光纤的端面与模斑转换器端面对齐的示意图，如图6所示，此时，对于光纤阵列中的一根光纤5，该光纤的纤芯的端面与芯片的对应的一个V型沟槽中的第一空隙端面对齐后，纤芯的端面与模斑转换器10端面之间具有一个耦合空隙9，耦合空隙9中可以填充光学胶，该光学胶为能透射通信波长的“透明”光学胶，从而使光纤与芯片完美耦合。如图6所示，耦合空隙的面积可以大于或等于模斑转换器端面的面积，从而光学胶可以充分填充于模斑转换器端面与芯片端面之间，保证耦合的成功率。需要指出的是，耦合空隙的宽度比较小，避免填充较多的光学胶导致耦合后通信出现问题，通常而言，耦合空隙的宽度在0至50um之间在这里，耦合空隙的宽度指的是：光纤的纤芯的端面与芯片的对应的一个V型沟槽中的第一空隙端面对齐后，纤芯的端面与对应模斑转换器端面之间的距离。

本实施例还提供了一种芯片的耦合方法，该方法包括：

基于与芯片耦合的光纤的端面的尺寸，在芯片的模斑转换器前端刻蚀V型沟槽，V型沟槽包括面积相同的第一空隙端面和第二空隙端面，第一空隙端面与模斑转换器的端面相对应，且第一空隙端面与模斑转换器的端面之间具有耦合空隙，耦合空隙在V型沟槽延伸方向的宽度满足预设值，耦合空隙的面积大于模斑转换器的端面面积，第二空隙端面与芯片的对应端面对齐；

将芯片贴合于基板上的第一预设位置；

提供第一盖板和第二盖板，并在第一盖板上刻蚀V型沟槽后，将第一盖板贴合于基板上的第二预设位置，第二预设位置与第一预设位置相对；

将光纤前部去除涂覆层留下纤芯后放入第一盖板上的V型沟槽，并将第二盖板放置在第一盖板上固定光纤；

将延伸出第一盖板上的V型沟槽的光纤放入芯片中的V型沟槽，使纤芯的端面与第一空隙端面对齐；

在耦合间隙中注满光学胶，使模斑转换器前端与光纤的端面通信耦合。

本实用新型中，所述芯片包括硅波导和与所述波导前端连接的模斑转换器；所述模斑转换器的前端设置有V型沟槽；所述V型沟槽包括面积相同的第一空隙端面和第二空隙端面；所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面相对应，且所述第一空隙端面与所述模斑转换器的端面之间具有耦合空隙；所述耦合空隙在所述V型沟槽延伸方向的宽度满足预设值，所述耦合空隙的面积大于所述模斑转换器的端面面积；所述第二空隙端面与所述芯片的对应端面对齐；所述耦合器件还包括光纤，且将所述光纤放入所述V型沟槽后，所述光纤的端面中心与所述模斑转换器的端面中心在所述V型沟槽的延伸方向吻合；由此，本实用新型在将光纤与芯片耦合时，可以直接将光纤固定于芯片中的V型沟槽中，从而使光纤的纤芯端面与模斑转换器的端面直接对齐，然后可以直接在耦合间隙与V型槽中填充光学胶，使光纤端面与模斑转换器的端面完全通信耦合，由此，本实用新型通过V型沟槽可以提升光纤与芯片的耦合效率，通过耦合间隙可以方便填充光学胶，快速使芯片与光纤完成通信耦合。

本实施例中，第一盖板前部有一定长度的光纤外露，可以用于匹配硅光芯片的V型沟槽无源封装。

图4为纤芯端面与模斑转换器端面的耦合示意图，如图4所示，模斑转换器前端与光纤的端面通信耦合后，模斑转换器的端面与光纤的端面二者的中心在同一方向上相互对齐。

本实施例中，在将光纤与芯片耦合时，，光纤会提前去除涂覆层留下包层及纤芯并由玻璃上下盖板固定。其中的一个盖板是V型槽结构，能保证光纤平行、等间距、稳定的排布在V型槽中，并通过胶水与另一个盖板固定住。光纤前段端面用研磨等处理方式，保证同一个阵列内的光纤端面在同一平面内。

将纤芯部分移入芯片的V型沟槽之前，可以通过耦合夹具将光纤阵列前段外露的光纤与芯片的V型沟槽之间的角度调节平行，再将光纤移入对应的硅光芯片V型沟槽中，调节光纤端面与模斑转换器端面之间的距离，使光纤端面与第一间隙端面对齐。

之后，可以将光学胶点入耦合间隙。将玻璃盖板放置在光纤上表面进行粘接固定，并点胶第一盖板与第二盖板粘接固定。

本实施例中，将延伸出第一盖板上的V型沟槽的光纤放入芯片中的V型沟槽之后，上述方法还包括：

将光纤的端面中心与模斑转换器的端面中心在V型沟槽的延伸方向吻合。

本实施例中，第一盖板与第二盖板可以保证光纤前部的稳定性，利于耦合操作；承担了光模块测试使用过程中的插拔力，能保护敏感脆弱的光纤前端、模斑转换器及V型槽。

本实施例中，芯片贴装一般使用导热胶(如银胶或其他形式的导热胶)；芯片中V型沟槽与光纤之间采用固定光学胶；以及纤芯端面及模斑转换器端面之间的耦合空隙的填充可以使用能透射通信波长的“透明”光学胶；第一盖板与第二盖板可以使用透明、非透明的光学胶或结构胶进行贴合或固定。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。