一种光学探头封装结构的制作方法

本发明涉及封装结构，特别涉及一种光学探头封装结构。

背景技术：

1、平面光学组件是基于光波导技术的光学组件，它制作在各种类型的平面基板上。基于该光波导技术的光学芯片可以包含三类组件(包括被动、主动与电子组件)，其中，被动组件包括光波导、方向耦合器、马赫─曾德尔干涉仪、环型共振腔等单个组件，或可以是由多种组件和功能组成的光子集成电路。这些光学芯片是在平面基板上制造的。通常，单个芯片在由例如硅(si)或磷化铟(inp)制成的半导体晶圆上批量制造。这些晶圆经过各种制造步骤，如材料沉积和蚀刻，通常涉及光蚀刻，以在基板材料中或基板顶部形成分立光学组件。

2、在现有技术中，晶圆级的平面光学组件的检测通常是通过表面耦光来达成，将光耦合到芯片中以利用与晶圆的电连接进行标准的晶圆上光讯号测试。然而，欲达成表面耦光，平面光学组件必须在耦光面制作光栅结构，并用光纤数组连接器对准耦光，但由于光栅结构的耦合效率难以提升，使得上述现有技术难以有所突破。并且就对准角度的准确度而言，光栅耦合方式的光纤不仅要在水平方向与光栅保持一定的间距，在垂直方向也要保证一定的高度，这就需要设计特殊的结构来保证垂直耦合的精度，造成成本以及测试组件的尺寸大幅增加。

3、在现有技术中，另一种检测方式为利用晶圆代工制作出端面耦光积体光学组件，以在晶圆切割抛光后通过光纤进行检测，然而此种检测方式除成本高且费时之外，也无法在第一时间分析组件制程良率并改善制程，容易产生额外的制作成本及增加产品的开发周期。此外，晶圆级的平面光学组件的测试中如果是使用人工手动进行耦合，所能进行测试的结构将受到极大的限制，且测试效率亦低。如果需要将芯片大规模生产，则必须实现一种高速、有效、可靠的检测方案。

4、有鉴于上述缺点，发明人乃针对上述缺点研究改进，终于有本发明产生。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种光学探头封装结构，应用于未切割晶圆一体形成有光学芯片的测试环境中，其中，该光学探头封装结构的底部设置有刻面，该光学探头封装结构的厚度介于0.4mm至0.8mm，且该刻面具有刻面角度使光纤传输的光讯号产生全反射，全反射后的光讯号通过微透镜进入光学芯片的光波导，通过该刻面将模场转换后的该光讯号耦光至晶圆上的光学芯片。因此，提供一种可以在晶圆切割抛光之前即可深入光学芯片进行测试的光学探头封装结构，实现在第一时间分析组件制程良率并改善制程，减少产生额外的制作成本及产品的开发周期，同时提升端面耦光的检测精准度及便利性，兼具广泛适用性及高度准确性。

2、本发明的另一目的在于提供一种光学探头封装结构，其中，该光学探头封装结构的材料与光学芯片的材料一致，并通过模场转换波导结构转换光讯号的模场直径(mode-field diameter,mfd)，使得光讯号的传播场型与光学芯片的传播场型匹配，大幅提高光学探头封装结构与光学芯片的耦合效率。此外，由于光波导的通道数不受限制，非常适合大量生产，藉以解决上述习用技术的所有问题。

3、本发明的又一目的在于提供一种光学探头封装结构，其中，该光学探头封装结构上设置有光纤定位区，光纤定位区包含有多个v型槽，每个v型槽最多只容置单一光纤，并通过光学探头封装结构确保光纤对晶圆上的光学芯片测试时的角度及位置，保证垂直耦合的精度，从而提升对准精度及检测效率，并减少容差及校正对准时间。

4、为达成上述目的及功效，本发明提供一种光学探头封装结构，其应用于测试一晶圆上的多个光学芯片的测试环境中，该光学接头包含有：一本体；多个光纤，该多个光纤耦接于该本体，该多个光纤设置于一基板上，该多个光纤该多个用于传输沿一第一方向传输的一光讯号；一光纤定位区，该光纤定位区设置于该本体上，该光纤定位区包含有多个v型槽，该多个v型槽中的每一个容置该多个光纤中的其中之一，并由该多个v型槽定位该多个光纤；一模场转换波导结构，该模场转换波导结构设置于该本体上并且耦接于该多个光纤，该模场转换波导结构该多个用于接收该多个光纤中的该光讯号，并且转换该光讯号的一模场直径，该模场转换波导结构具有一入射端，该光纤传输的该光讯号由该入射端进入该模场转换波导结构；一光波导，该光波导设置于该本体上并耦接于该模场转换波导结构，该光波导具有一发射端，且该发射端设置有一刻面，该刻面具有一刻面角度；其中，该刻面角度使得模场转换后的该光讯号产生全反射，并沿一第二方向从该光波导的该发射端输出，全反射后的该光讯号进入该多个光学芯片。

5、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，其中，该刻面角度介于37度至45度之间。

6、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，其中，该光讯号转换前的模场直径介于3um至10um之间，该光讯号转换后的模场直径介于0.2um至0.9um之间。

7、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，其中，该光学探头封装结构的材料包含有硅材料。

8、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，其中，该多个光纤包含有一膜层以及一芯部，该膜层包覆该芯部，该光讯号于该芯部内传输。

9、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，其中，该光学探头封装结构的材料与该光学芯片的材料一致。

10、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，其进一步包含多个微透镜，该多个微透镜设置于该模场转换波导结构的该发射端上，该多个微透镜聚焦从该刻面全反射的该光讯号，使得全反射后的该光讯号通过该多个微透镜聚焦进入该多个光学芯片。

11、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，其中，该多个光学芯片具有一切割道，该切割道该多个用于供该光学探头封装结构插入，使得该光学探头封装结构耦接于该晶圆上的该多个光学芯片。

12、较佳地，根据本发明的光学探头封装结构，进一步包含有一定位块，该定位块该多个设置于该本体前端，该定位块的形状该多个对应于该切割道。

13、综上，本发明所提供的光学探头封装结构，通过模场转换波导结构的底部设置有刻面，该光学探头封装结构的厚度介于0.4mm至0.8mm，且该刻面具有刻面角度使光纤传输的光讯号产生全反射，全反射后的光讯号通过微透镜进入光学芯片的光波导，通过该刻面将模场转换后的该光讯号耦光至晶圆上的光学芯片。因此，提供一种可以在晶圆切割抛光之前即可深入光学芯片进行测试的光学探头封装结构，实现在第一时间分析组件制程良率并改善制程，减少产生额外的制作成本及产品的开发周期，同时提升端面耦光的检测精准度及便利性，兼具广泛适用性及高度准确性。此外，由于光学探头封装结构的材料与光学芯片的材料一致，并通过光波导以及模场转换波导结构转换光讯号的传播场型与光学芯片场型匹配，因此，提高光学探头封装结构与光学芯片的耦合效率外，由于光波导的通道数不受限制，非常适合大量生产。

技术特征：

1.一种光学探头封装结构，其特征在于，应用于测试一晶圆上的多个光学芯片的测试环境中，该光学接头包括：

2.根据权利要求1所述的光学探头封装结构，其特征在于，该刻面角度介于37度至45度之间。

3.根据权利要求1所述的光学探头封装结构，其特征在于，该光讯号转换前的模场直径介于3um至10um之间，该光讯号转换后的模场直径介于0.2um至0.9um之间。

4.根据权利要求1所述的光学探头封装结构，其特征在于，该光学探头封装结构的材料包含有硅材料。

5.根据权利要求1所述的光学探头封装结构，其特征在于，该多个光纤包括有一膜层以及一芯部，该膜层包覆该芯部，该光讯号于该芯部内传输。

6.根据权利要求5所述的光学探头封装结构，其特征在于，该光学探头封装结构的材料与该光学芯片的材料一致。

7.根据权利要求1所述的光学探头封装结构，其特征在于，还包括：多个微透镜，该多个微透镜设置于该模场转换波导结构的该发射端上，该多个微透镜聚焦从该刻面全反射的该光讯号，使得全反射后的该光讯号通过该多个微透镜聚焦进入该多个光学芯片。

8.根据权利要求1所述的光学探头封装结构，其中其特征在于，该多个光学芯片具有一切割道，该切割道用于供该光学探头封装结构插入，使得该光学探头封装结构耦接于该晶圆上的该多个光学芯片。

9.根据权利要求8所述的光学探头封装结构，其特征在于，还包括：一定位块，该定位块设置于该本体前端，该定位块的形状对应于该切割道。

技术总结
本发明提供了一种光学探头封装结构，其应用于测试晶圆上的多个光学芯片的测试环境中，该光学探头封装结构包含有：本体、光纤、光纤定位区、模场转换波导结构、光波导。其中，该模场转换波导结构用于转换该光讯号的传播场型，并且该模场转换波导结构传输的该光讯号进入该光波导，该光波导具有一发射端，且该发射端设置有一刻面，该刻面具有一刻面角度，该刻面角度使得模场转换后的该光讯号产生全反射并沿一第二方向输出，全反射后的该光讯号进入该多个光学芯片。因此，本发明提供一种可以在晶圆切割抛光之前即进行测试的光学探头封装结构，实现一种高速、有效、可靠的检测方案。

技术研发人员：胡顶达,萧旭良,吴柏逸
受保护的技术使用者：上诠光纤通信股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16