然后将生瓷层压，最后 将生瓷切割后进行低温共烧，得到开有腔体的LTCC基板。LTCC基板开腔截面示意图见图5 所示。
[0061] 4)将带有复合波导的硅片通过粘接剂粘接到LTCC基板的空腔内，将第一反射镜 7、第二反射镜6组装在硅片2上，且第一反射镜7位于复合波导的一端，第二反射镜6位于 复合波导的另一端；在VCSEL器件10和第一反射镜7之间设置第一微透镜阵列8-1，在 器件11和第二反射镜6之间设置第二微透镜阵列8-2 ;VCSEL器件10和器件11通过粘 接剂粘接在LTCC基板1另一侧，VCSEL器件10发射的光束通过孔垂直射入第一微透镜阵 列8-1中，经第一反射镜反射后水平射入复合波导19中，经复合波导19的光束再经第二反 射镜反射后，透过第二微透镜阵列被ro器件接收。
[0062] 本发明通过先在硅片上制造复合波导，复合波导端面经准分子激光切割，性能达 到传输要求，划片分离；硅片腐蚀方法制造第一反射镜和第二反射镜，表面金属化后经粘接 工艺固定于复合波导两端；LTCC基板开腔打孔，制作完成的复合波导和第一反射镜上粘接 第一微透镜阵列，复合波导和第二反射镜上粘接第二微透镜阵列，经粘接工艺组装于LTCC 基板上；如图1所示，第一微透镜阵列和第二微透镜阵列均包括设置在LTCC基板上和硅片 上的微透镜，LTCC基板上组装的微透镜、波导上的微透镜与LTCC基板另一侧开设的孔耦合 对准；LTCC基板另一面上组装发射组件、接收组件及无源元件13,通过传输线14完成电气 互连。
[0063] 本发明采用硅片上复合波导和反射镜制造，经VCSEL、ro等光电组件和驱动电路 组装，微透镜聚焦耦合，在LTCC基板上实现了光互连。本发明具有体积小、重量轻、集成密 度高的特点，可使用于航天器和军用计算机，大幅提高传输带宽和传输速率，满足现代国防 和军事武器对高速数据传输的需求，具有重要的国防和军事意义。
【主权项】
1. 一种用于航天器和军用计算机上的光互连基板，其特征在于，包括第一反射镜（7)、 第二反射镜（6)、第一微透镜阵列（8-1)、第二微透镜阵列（8-2)、发射组件、接收组件、单面 抛光的硅片（2)以及一侧开设有空腔的LTCC基板（1);其中，发射组件集成了VCSEL器件 (io)、vcsel接口电路板和驱动电路芯片；接收组件集成了ro器件（ii)、ro接口电路板、驱 动电路芯片；所述LTCC基板（1)的空腔内设置有单面抛光的硅片（2)，单面抛光的硅片（2) 的抛光面上设置有复合波导（19);复合波导（19)的一端设置第一反射镜（7)，另一端设置 第二反射镜（6); 发射组件、接收组件组装在LTCC基板（1)的另一侧，且LTCC基板（1)的另一侧开设 有孔，VCSEL器件（10)和器件（11)组装在LTCC基板（1)的另一侧开孔处，VCSEL器件 (10)和第一反射镜（7)之间设置第一微透镜阵列（8-1)，^)器件（11)和第二反射镜（6)之 间设置有第二微透镜阵列（8-2) ;VCSEL器件（10)垂直激发的光束透过孔后穿过第一微透 镜阵列（8-1)、经第一反射镜（7)水平反射入复合波导（19)，光束经复合波导（19)全反射 传输后水平传输给第二反射镜（6)，由第二反射镜（6)垂直反射入第二微透镜阵列（8-2)， 最后光束经第二微透镜阵列（8-2)、穿过孔进入器件（11)中，实现光互连。
2. 根据权利要求1所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板，其特征在于，所 述单面抛光的硅片（2)抛光面的表面粗糙度小于30A。
3. 根据权利要求1所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板，其特征在于，所 述复合波导（19)包括上包覆层（4)、下包覆层（5)以及设置在上包覆层（4)、下包覆层（5) 之间的波导芯层（3)。
4. 根据权利要求3所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板，其特征在于，所 述波导芯层（3)材质为SU-8,上包覆层（4)、下包覆层（5)材质均为PDMS。
5. 根据权利要求1所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板，其特征在于，所 述第一反射镜（7)、第二反射镜（6)的反射面上沉积有A1或Au。
6. 根据权利要求1或5所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板，其特征在于， 所述第一反射镜（7)和第二反射镜（6)均通过粘接剂（9)粘接在单面抛光的硅片（2)上； VCSEL器件（10)和器件（11)通过粘接剂粘接在LTCC基板（1)上。
7. -种用于航天器和军用计算机上的光互连基板的制造方法，其特征在于，包括以下 步骤： 1) 制造复合波导： 首先在单片抛光的硅片（2)上制作复合波导（19)，复合波导（19)包括上包覆层（4)、 下包覆层（5)、以及设置在上包覆层（4)、下包覆层（5)之间的波导芯层（3)，其中，波导芯层 (3)的宽为10ym，高为10ym，长为20mm，上包覆层⑷和下包覆层（5)的厚度均为60ym; 2) 制造反射镜： 将第一反射镜（7)和第二反射镜（6)组装在硅片（2)上，且第一反射镜（7)和第二反 射镜（6)分别位于复合波导（19)的两端； 3. LTCC基板开腔、打孔： 在LTCC基板一侧开设台阶状空腔，并在LTCC基板另一侧进行打孔； 4) 将带有复合波导（19)的硅片通过粘接剂粘接到LTCC基板的空腔内；将发射组件和 接收组件组装到LTCC基板的另一侧，其中，发射组件集成了VCSEL器件（10)、VCSEL接口 电路板和驱动电路芯片；接收组件集成了ro器件（11)、ro接口电路板、驱动电路芯片；在 VCSEL器件（10)和第一反射镜（7)之间设置第一微透镜阵列（8-1)，在ro器件（11)和第二 反射镜（6)之间设置第二微透镜阵列（8-2) ;VCSEL器件（10)发射的光束通过孔垂直射入 第一微透镜阵列（8-1)中，由第一微透镜阵列（8-1)射向第一反射镜（7)，第一反射镜（7) 将光束水平射入复合波导（19)中，经复合波导（19)的光束水平射向第二反射镜（6)，由第 二反射镜（6)射入第二微透镜阵列（8-2)，第二微透镜阵列（8-2)将光束射入器件（11) 中。
8. 根据权利要求7所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板的制造方法，其特 征在于，所述第一反射镜（7)和第二反射镜（6)的具体制备方法如下：在〈100>晶向并且厚 度为500ym的双面抛光硅片的正反两面通过LPCVD淀积厚度为1 〇〇〇A的Si3N4，作为腐蚀 时的掩膜，再采用负胶光刻在硅片上制作待刻蚀图形，然后通过等离子刻蚀技术刻蚀Si3N4， 湿法腐蚀制作出反射面，再采用磷酸去除硅片正反两面的Si3N4，得到第一反射镜（7)和第 二反射镜（6);第一反射镜（7)与第二反射镜（6)的反射面上沉积有A1或Au;所述步骤3) 中波导芯层（3)材质为SU-8,上包覆层（4)、下包覆层（5)材质均为PDMS。
9. 根据权利要求8所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板的制造方法，其特 征在于，所述波导芯层（3)通过以下方法制得：首先，将衬底材料硅片清洗后先于500rpm转 速下匀胶l〇s，再于3000rpm转速下匀胶30s，然后于70°C下进行前烘5min，再于270W、光强 为2. 7mW/cm2下曝光380s后于70°C下烘烤，然后显影30s，最后98°C烘烤固化5min，得到 波导芯层SU-8。
10. 根据权利要求7所述的用于航天器和军用计算机上的光互连基板的制造方法，其 特征在于，所述步骤2)中刻蚀采用的反应气体CFJP0 2，且CF4、02的流量分别为65SCCm、 38SCCm，刻蚀功率为100W，采用的腐蚀液为K0H、DI水、异丙醇的混合溶液，且KOH:DI水：异 丙醇=200g:400mL:40mL。
【专利摘要】一种用于航天器和军用计算机上的光互连基板及其制造方法，包括发射组件、接收组件以及一侧开设有空腔的LTCC基板，所述LTCC基板的空腔内设置有单面抛光的硅片，硅片的抛光面上设置有复合波导；复合波导的一端设置第一反射镜，另一端设置第二反射镜；LTCC基板的另一侧组装有发射组件中的VCSEL器件和接收组件中的PD器件，VCSEL器件和第一反射镜之间设置第一微透镜阵列，PD器件和第二反射镜之间设置有第二微透镜阵列；本发明的LTCC光互连基板具有体积小、重量轻、集成密度更高的特点，非常适合制造用于航天器和军用计算机中，且更容易实现与光电组件的组装工艺。
【IPC分类】G02B6-43
【公开号】CN104698552
【申请号】CN201510114954
【发明人】姜伟, 郑东飞, 李建国
【申请人】中国航天科技集团公司第九研究院第七七一研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月16日