耦合结构的制作方法

1.本技术涉及光电设备领域，尤其涉及一种耦合结构。


背景技术：

2.硅光子技术是一种基于硅光子学的光通信技术，其用激光束代替电子信号传输数据。硅光子技术的实现架构主要包括硅基激光器、硅基光电集成芯片(以下简称硅光芯片)、主动光学组件和光纤。在使用硅光子技术进行数据传输过程中，电流从一片硅光芯片的计算核心流出，通过光电效应转换为光信号发射到光纤上，光信号经过光纤传输到另一块硅光芯片后再转换为电信号。
3.硅光芯片需要和光纤耦合以传递其工作过程中产生的光信号，硅光芯片和光纤耦合可以采用硅光芯片的端面和光纤的端面直接耦合的端面耦合的方式，具体包括有源耦合和无源耦合的方式。有源耦合的结构复杂，成本较高，无源耦合因其结构简单而被广泛采用，但是无源耦合要求的精度较高，硅光芯片和光纤耦合对准的难度较大，导致产品的良品率低。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术实施例提供一种耦合结构，以解决如何降低硅光芯片和光纤耦合难度的问题。
5.为达到上述目的，本技术实施例的技术方案是这样实现的：
6.本技术实施例提供一种耦合结构，包括：基板，包括底面和与所述底面相对设置的第一台阶面，所述第一台阶面包括第一顶面、第二顶面和连接所述第一顶面和所述第二顶面的第一连接面，所述第一顶面高于所述第二顶面，所述第一顶面开设有延伸至所述第一连接面的凹槽；硅光芯片，设置在所述第二顶面的上方并与所述第二顶面固定连接，所述硅光芯片的一端具有耦合接口，所述一端与所述第一连接面抵接，所述耦合接口与所述凹槽连通；光纤，至少部分位于所述凹槽内，所述光纤的一端贴合于所述耦合接口。
7.进一步地，所述基板还包括：定位台阶，设置于所述第二顶面上方，所述定位台阶的顶面低于所述第一顶面；所述硅光芯片设置在所述定位台阶的顶面。
8.进一步地，所述定位台阶包括：第一定位台阶，与所述第一连接面相邻设置；第二定位台阶，远离所述第一连接面设置；其中，所述第一定位台阶的顶面和所述第二定位台阶的顶面均与所述硅光芯片的底面抵接。
9.进一步地，所述第一定位台阶的数量为多个并且间隔设置；和/或，所述第二定位台阶从所述第二顶面的一端延伸到相对的另一端，所述第二定位台阶的延伸方向与所述凹槽的延伸方向呈预设角度。
10.进一步地，所述硅光芯片的底面通过焊料和所述第二顶面固定连接，且所述焊料位于所述第一定位台阶和第二定位台阶之间。
11.进一步地，所述凹槽的底端位于所述底面和所述第二顶面之间，所述凹槽与所述
第二顶面相邻的端面与所述光纤的所述一端抵接以使所述一端贴合于所述耦合接口。
12.进一步地，所述凹槽的横截面为v型或u型。
13.进一步地，所述第二顶面具有与所述耦合接口沿所述凹槽的延伸方向对齐的对准标记。
14.进一步地，还包括：盖板，所述盖板覆盖所述光纤并固定连接于所述第一顶面。
15.进一步地，所述硅光芯片的底面为第二台阶面，所述第二台阶面包括第一底面，第二底面和连接第一底面和第二底面的第二连接面，所述第一底面高于所述第二底面；其中，所述第二底面与所述第二顶面焊接，所述第二连接面设置所述耦合接口。
16.本技术实施例提供的耦合结构，包括基板、硅光芯片以及光纤，基板具有底面和相对设置的第一台阶面，第一台阶面的第一顶面开设有凹槽；硅光芯片设置于第一台阶面的第二顶面的上方，硅光芯片一端的耦合接口与凹槽连通，光纤设置在凹槽中，硅光芯片的耦合接口与光纤的一端贴合。本技术实施例通过设置第一台阶面，利用台阶的设置将硅光芯片的位置进行定位，利用凹槽的设置，将硅光芯片的一端的耦合端口和光纤的位置进行定位，从而方便快速的实现光纤的一端与硅光芯片的耦合，有效降低了光纤和硅光芯片的耦合难度。
附图说明
17.图1为本技术实施例提供的耦合结构的正视图的示意图；
18.图2为本技术实施例提供的基板的立体结构示意图；
19.图3为本技术实施例提供的基板的俯视图示意图；
20.图4为本技术实施例提供的硅光芯片的正视图的示意图；
21.图5为本技术实施例提供的硅光芯片的仰视图的示意图；
22.图6为本技术实施例提供的光纤的结构截面示意图；
23.图7为本技术实施例提供的耦合结构的俯视图的透视示意图。
24.附图标记说明
25.1-基板；11-底面；12-第一台阶面；121-第一顶面；122-第二顶面；123-第一连接面；13-凹槽；14-定位台阶；141-第一定位台阶；142-第二定位台阶；15-焊接点；16-对准标记；2-硅光芯片；21-耦合接口；22-第二台阶面；221-第一底面；222-第二底面；223-第二连接面；23-焊料；24-定位标记；3-光纤；4-盖板；5-粘接剂。
具体实施方式
26.在具体实施方式中所描述的各个实施例中的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以进行各种组合，例如通过不同的具体技术特征的组合可以形成不同的实施方式，为了避免不必要的重复，本技术中各个具体技术特征的各种可能的组合方式不再另行说明。
27.在本技术实施例记载中，需要说明的是，除非另有说明和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
28.需要说明的是，本技术实施例所涉及的术语“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定
的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的本技术的实施例可以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
29.如图1所示，本技术的实施例提供了一种耦合结构，这种耦合结构用于硅光芯片与光纤的端面耦合。耦合结构包括：基板1、硅光芯片2以及光纤3。
30.如图2所示，基板1包括底面11和与底面11相对设置的第一台阶面12，第一台阶面12包括第一顶面121、第二顶面122以及第一连接面123，第一顶面121高于第二顶面122，第一连接面123连接于第一顶面121和第二顶面122。具体的，基板1的底面11置于水平面上的状态下，第一台阶面12则位于底面11的上方，并且第一台阶面12为呈台阶状的面，其中的第一顶面121和第二顶面122均为平行或大致平行于水平面的面，大致平行于水平面指的是和水平面之间的夹角小于或等于10
°
，即第一顶面121和第二顶面122和水平面之间的夹角均小于或等于10
°
；并且第一顶面121高于第二顶面122，即第一顶面121和底面11之间的距离大于第二顶面122和底面11之间的距离；其中的第一连接面123为垂直或大致垂直于水平面的面，大致垂直水平面指的是和水平面之间的夹角大于或等于80
°
，且小于或等于100
°
，即第一连接面123和水平面之间的夹角为80
°
至100
°
。第一顶面121上开设有延伸至第一连接面123的凹槽13，凹槽13从第一顶面121的一端延伸至另一端，凹槽13的一端终止于第一连接面123。
31.如图3所示，硅光芯片2具有耦合接口21，具体的，耦合接口21可以为悬臂波导，通过控制悬臂波导的弯曲情况，可以控制与其耦合的光纤中的光信号变化，从而利用悬臂波导可以将硅光芯片产生的光信号有效传递至光纤。耦合接口21设置于硅光芯片2的一端以便于硅光芯片2和光纤耦合。如图1所示，硅光芯片2设置于第二顶面122的上方并固定连接于第二顶面122。硅光芯片2的一端具有耦合接口21(如图3所示)，该端抵接于第一连接面123，即通过第一连接面123对硅光芯片2的位置进行限位。如图4所示，光纤3至少部分位于凹槽13内，利用凹槽13的宽度，深度和形状，可以对光纤3在竖直方向的位置进行定位，方便对光纤3的位置进行确定。如图5所示，光纤3贴合于硅光芯片2的耦合接口21，有效提高光纤3和硅光芯片2耦合的精度。
32.本技术实施例提供的耦合结构，包括基板、硅光芯片以及光纤，基板具有底面和相对设置的第一台阶面，第一台阶面的第一顶面开设有凹槽；硅光芯片设置于第一台阶面的第二顶面的上方，硅光芯片一端的耦合接口与凹槽连通，光纤设置在凹槽中，硅光芯片的耦合接口与光纤的一端贴合。本技术实施例通过设置第一台阶面，利用台阶的设置将硅光芯片的位置进行定位，利用凹槽的设置，将硅光芯片的一端的耦合端口和光纤的位置进行定位，从而方便快速的实现光纤的一端与硅光芯片的耦合，有效降低了光纤和硅光芯片的耦合难度。
33.如图1和图2所示，在本技术的一些实施例中，基板1还包括定位台阶14，定位台阶14设置于第二顶面122的上方，即定位台阶14设置于第二顶面122上背离底面11的一侧。定位台阶14的顶面低于第一顶面121，即定位台阶14的顶面和基板1的底面11之间的距离小于第一顶面121和基板1的底面11之间的距离。硅光芯片2设置在定位台阶14的顶面。具体的，硅光芯片2贴合于定位台阶14的顶面，定位台阶14可以对硅光芯片2和基板1底面11的距离进行限定，从而定位台阶14可以确定硅光芯片2的高度，以使硅光芯片2的耦合接口21连通于凹槽13与光纤3的一端贴合。
34.如图2和图6所示，在本技术的一些实施例中，定位台阶14包括第一定位台阶141和第二定位台阶142。其中，第一定位台阶141与第一连接面123相邻设置。需要说明的是，相邻设置可以是两者的表面接触，例如，图2所示的第一定位台阶141的左侧表面与第一连接面123紧密接触；也可以是两者相隔最近的表面之间具有一定的间隙，但是间隙中没有其他实体部件，第一定位台阶141的左侧表面与第一连接面123之间也可以有宽度微小的间隙。第二定位台阶142远离第一连接面123设置；需要说明的是，远离第一连接面123是相对于第一定位台阶141到第一连接面123的距离而言，第二定位台阶142到第一连接面123具有较大的距离，具体可以根据实际情况设置。第一定位台阶141的顶面和第二定位台阶142的顶面均与硅光芯片2的底面抵接。即硅光芯片2架设于第一定位台阶141和第二定位台阶142上方，第一定位台阶141和第二定位台阶142可以设置于第二顶面122的不同位置，从而可以多个点对硅光芯片2的位置进行限制，以确定硅光芯片2在工作状态下不发生倾斜。
35.如图2和图6所示，在本技术的一些实施例中，第一定位台阶141的设置为多个，例如两个，不同的定位台阶14之间间隔设置。具体的，第一定位台阶141可以设置于凹槽13的两侧，从而不会对光纤造成遮挡，以便于光纤和耦合接口贴合。
36.如图2和图6所示，在本技术的一些实施例中，第二定位台阶142从第二顶面122的一端延伸到相对的另一端，并且第二定位台阶142的延伸方向与凹槽13的延伸方向呈预设角度。具体的，该预设角度可以为60-120
°
也可以进一步限定为90
°
，即第二定位台阶142的延伸方向垂直于凹槽13的延伸方向。例如，图2所示，第二定位台阶142沿前后方向延伸，凹槽13沿左右方向延伸。在此状态下，进一步方便将硅光芯片设置在定位台阶14上，确定硅光芯片的位置。
37.如图1所示，在本技术的一些实施例中，硅光芯片2的底面通过焊料23和第一台阶面12固定连接，即硅光芯片2通过焊接的方式固定连接于第一台阶面12，具体的，硅光芯片2固定连接于第一台阶面12中的第二顶面。在此状态下，外界结构便可以连电气连接于基板1，便可以和硅光芯片2进行电气连接。并且焊料23位于第一定位台阶141和第二定位台阶142之间(如图1和图2所示)，从而焊料23填充于第二顶面122和硅光芯片2的底面之间，通过调节第一定位台阶141和第二定位台阶142的高度，可以调节硅光芯片2的底面和第二顶面122之间的间距，从而可以有效调节焊料23的高度，以保障焊料23可以将硅光芯片2牢固地固定于第二顶面122，并可以便于硅光芯片2和外界结构的电气连接。具体的，第二顶面122上设置的焊接点15可以设置为多个(如图2和图6所示)，焊接点15对应与焊料23对准，从而实现硅光芯片2相对于第二顶面122的位置对准。
38.如图2所示，在本技术的一些实施例中，凹槽13的底端位于底面11和第二顶面122之间，也就是说，凹槽13从第一顶面121向下开设，并没有延伸到基板1的底面11，而是凹槽13的底端高于底面11并低于第二顶面122。通过这样的设置，光纤3设置在凹槽13中，光纤3的上端部分突出于凹槽13(如图4所示)，对应的，光纤3的高度和硅光芯片2设置的高度匹配以使得光纤3的端面与耦合接口21贴合(如图5所示)。凹槽13和第二顶面122相邻的端面抵接于光纤3一端的部分，光纤3一端的另外部分贴合于耦合接口21，以实现和耦合接口21的耦合。凹槽13和第二顶面122相邻的端面为光纤3在凹槽13延伸方向上的位置提供定位，以使光纤3易于固定于预设的位置，方便实现光纤3和硅光芯片2的耦合。
39.如图5所示，在本技术的一些实施例中，凹槽13的横截面为v型或u型。在凹槽13的
横截面为v型的情况下，凹槽13易于开设，并且由于开口较大，便于将光纤3放入至凹槽13内。在凹槽13的横截面为u型的情况，光纤3可以贴合于凹槽13的底面11，从而不易产生形变。
40.如图2和图6所示，在本技术的一些实施例中，第二顶面122具有与耦合接口21沿凹槽13的延伸方向对其的对准标记16，由于硅光芯片2的底面具有定位标记24(如图3所示)，利用该定位标记24对准该对准标记16，可以在将硅光芯片2固定于基板1上的时候有效识别硅光芯片2的位置，从而有效提高硅光芯片2固定于基板1上的位置的精度。
41.如图1和图5所示，在本技术的一些实施例中，这种耦合结构还包括盖板4，盖板4覆盖光纤3并固定连接于第一顶面121(结合图2所示)。具体的，盖板4可以通过粘接等方式固定连接于第一顶面121，例如通过粘接剂5(例如uv胶)粘接于第一顶面121(如图5所示)，也可以通过卡扣等结构固定连接于第一顶面121。盖板4紧密贴合于光纤3，利用摩擦力将光纤3固定于凹槽13内，以有利于光纤3的位置稳定，提升光纤3和硅光芯片2耦合效果的稳定性。
42.如图7所示，在本技术的一些实施例中，硅光芯片2的底面为第二台阶面22，第二台阶面22包括第一底面221、第二底面222和第二连接面223。具体的，如图1所示，基板1的底面11放置于水平面上的状态下，第二台阶面22则位于底面11的上方，其中，第一底面221和第二底面222均为平行或大致平行于水平面的面，大致平行于水平面指的是和水平面之间的夹角小于或等于10
°
，即第一底面221和第二底面222和水平面之间的夹角均小于或等于10
°
；并且，第一底面221高于第二底面222，即第一底面221和基板1的底面11的距离大于第二底面222和基板1的底面11的距离；第二连接面223连接于第一底面221和第二底面222，第二连接面223为垂直或大致垂直于水平面的面，大致垂直水平面指的是和水平面之间的夹角大于或等于80
°
，且小于或等于100
°
，即第二连接面223和水平面之间的夹角为80
°
至100
°
。第二底面222与第二顶面122焊接，即第二底面222为硅光芯片2上用于固定连接于第二顶面122的面。第二连接面223设置耦合接口21，即耦合接口21位于第二连接面223，由于第二连接面223正对凹槽13的一端，从而便于凹槽13和耦合接口21耦合。
43.本技术的实施例还提供了一种硅光芯片和光纤耦合的方法，包括如下步骤：
44.s1、对光纤进行平整加工。具体的，可以采用研磨或激光切割等方式，使光纤的一端保持平整，并且将光纤上用于耦合的一端的涂覆层剥除，以光纤的上用于耦合的一端满足耦合要求。
45.s2、将硅光芯片倒贴在基板上。具体的，可以采用高清图像的高精度贴片设备进行操作，操作时，使硅光芯片的第二连接面抵接于基板的第一连接面，并且使硅光芯片的底面贴合于定位台阶，同时使硅光芯片的定位标记和基板上的对准标记吻合，之后保持硅光芯片和基板之间的相对位置固定。具体的，为了判断硅光芯片是否抵接于第一连接面且是否贴合于定位台阶，可以在基板的夹持装置的水平方向和竖直方向配置压力传感器，在检测到两个方向上的压力均达到第一预设值之后，即可以判定硅光芯片抵接于第一连接面并且体和与定位台阶。
46.s3、将硅光芯片焊接于基板上。具体的，对硅光芯片上的焊料进行加热，以使焊料可以热熔后固定连接于基板上的焊接点。
47.s4、将光纤放入至基板的凹槽内，并使光纤抵接于凹槽和第二顶面相邻的端面。具体的，可以利用配置在基板的夹持装置的水平方向的压力传感器判定光纤是否抵接于凹槽
和第二顶面相邻的端面，在检测到水平方向上的压力传感器的压力达到第二预设值之后，即可以判定光纤抵接于凹槽和第二顶面相邻的端面。
48.s5、将盖板固定于光纤的上方。具体的，可以利用粘接剂(例如uv胶)将盖板固定粘接于基板上，并且保持基板紧密贴合于光纤，既可利用摩擦力对光纤的位置进行固定，实现光纤和硅光芯片的无源耦合。
49.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。