一種硅光子芯片的封裝結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體封裝領域，特別是涉及一種硅光子芯片的封裝結構。
【背景技術】
[0002]硅光子技術是一種基于硅光子學的低成本、高速的光通信技術，用激光束代替電子信號傳輸數據。
[0003]硅光子技術利用標準硅實現計算機和其它電子設備之間的光信息的發送和接收。與晶體管主要依賴于普通硅材料不同，硅光子技術采用的基礎材料是玻璃。由于光對于玻璃來說是透明的，不會發生干擾現象，因此理論上可以通過在玻璃中集成光波導通路來傳輸信號，很適合于計算機內部和多核之間的大規模通信。硅光子技術最大的優勢在于擁有相當高的傳輸速率，可使處理器內核之間的數據傳輸速度比目前快100倍甚至更高。
[0004]現有的娃光子芯片封裝時，如圖1和圖2所不，由于娃光子波導110與波導光纖模場不匹配，因此為實現硅光子芯片100上波導光柵光模場直徑變換，在接收或反射光信號時，要求光線是掠入射(出射)到娃光子波導光柵親合器120 (光線與波導光柵親合器的表面的法線的夾角β)，以實現硅光子波導與波導光纖耦合器120耦合效率最大。但是，將波導光柵耦合器120直接與光纖130耦合(如需要將光纖的一端的端面研磨，使得水平放置時該面與豎直方向的夾角為Θ )，工藝復雜，且其封裝只有對單通道器件進行單獨封裝，而且封裝體積大，集成度低。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提供一種娃光子芯片的封裝結構，實現娃光子芯片的表面精確貼裝，該封裝結構，具有成本低、容易操作、精度高、可集成、易于批量生產等優點。
[0006]為解決上述技術問題，本發明提供一種硅光子芯片的封裝結構，包括:
[0007]硅光子芯片，所述硅光子芯片用于發射第一光信號；
[0008]波導光柵親合器，所述波導光柵親合器的上表面與所述娃光子芯片的輸出端連接，所述波導光柵耦合器接收所述第一光信號，并對其進行光模場直徑變換后輸出第二光信號;
[0009]光波導陣列部件，所述光波導陣列部件包括多條光波導，所述光波導陣列部件的左端面具有全反射元件，所述光波導陣列部件的左端面與上表面的夾角為銳角，所述波導光柵耦合器的下表面貼裝到所述光波導陣列部件的上表面的左端，所述光波導陣列部件將從其上表面接收到的所述第二光信號，經所述全反射元件全反射后，從所述光波導的左端耦合到所述光波導并在其內部傳輸，由所述光波導的右端輸出第三光信號；
[0010]光纖陣列，所述光纖陣列包括多條并排設置的光纖，并與所述光波導陣列部件的右端耦合連接，接收所述第三光信號，所述光纖與所述光波導一一對應并耦合連接。
[0011]優選的，所述光波導陣列部件包括光波導陣列基板、光波導陣列蓋板和光纖陣列蓋板，其中，所述光波導陣列基板包括:只具有多條光波導的一端為第一光波導基板，和與所述光纖陣列的一端耦合連接的第二光波導基板；所述光波導陣列蓋板覆蓋在所述第一光波導基板的上表面，所述光纖陣列蓋板覆蓋在所述耦合進的光纖陣列的上表面。
[0012]優選的，所述第二光波導基板的上表面具有容納光纖的凹槽，所述凹槽與所述光波導一一對應。
[0013]優選的，所述凹槽為V型槽。
[0014]優選的，所述光波導的中心與所述光波導陣列部件的上表面的距離為30um-50um。
[0015]優選的，所述光波導陣列部件左端面與所述波導陣列部件的上表面所成的銳角的范圍是40度到50度。
[0016]優選的，所述全反射元件為薄膜濾波片或全反射膜。
[0017]優選的，所述光波導陣列部件左端面是通過光學冷加工方式研磨得到的。
[0018]優選的，所述光波導陣列部件的橫截面的形狀為正多邊形或圓形。
[0019]本發明所提供的硅光子芯片的封裝結構，與現有技術相比具有以下優點:
[0020]本發明所提供的硅光子芯片的封裝結構，包括:硅光子芯片、波導光柵耦合器、光波導陣列部件、光纖陣列，所述硅光子芯片用于發射第一光信號；所述波導光柵耦合器的上表面與所述硅光子芯片的輸出端連接，所述波導光柵耦合器接收所述第一光信號，并對其進行光模場直徑變換后輸出第二光信號；所述光波導陣列部件包括多條光波導，所述光波導陣列部件的左端面具有全反射元件，所述光波導陣列部件的左端面與上表面的夾角為銳角，所述波導光柵耦合器的下表面貼裝到所述光波導陣列部件的上表面的左端，所述光波導陣列部件將從其上表面接收到的所述第二光信號，經所述全反射元件全反射后，從所述光波導的左端耦合到所述光波導并在其內部傳輸，由所述光波導的右端輸出第三光信號；所述光纖陣列包括多條并排設置的光纖，并與所述光波導陣列部件的右端耦合連接，接收所述第三光信號，所述光纖與所述光波導一一對應。
[0021]上述為所述硅光子芯片發射光信號時的工作原理，所述硅光子芯片封裝結構接收光信號時的工作原理為:所述光纖陣列輸出第四光信號，由與所述光纖陣列的光纖一一對應耦合連接的所述光波導陣列部件的光波導的右端，接收所述第四光信號，所述第四光信號在所述光波導內傳輸，從所述光波導的左端輸出所述第四光信號，再經所述全反射元件全反射后，由所述光波導陣列部件的上表面輸出第五光信號，所述第五光信號由所述波導光柵耦合器接收后，對所述第五光信號進行光模場直徑變換后輸出第六光信號，最后由所述硅光子芯片接收所述第六光信號。
[0022]本發明使用的光波導陣列部件，是使用半導體工藝生產得到的，工藝易于控制，批次厚度精度高，公差小，可實現所述光波導中心到所述上表面的精確控制，保證耦合效率，且光路實現轉向，可實現表面貼裝，易于封裝，具有成本低，容易操作，精度高，可集成，易于大批量生產等優點。并且所述光波導陣列部件與所述光纖陣列耦合可以使用自動耦合設備，耦合效率高。所述波導光柵耦合器和所述硅光子芯片均采用CMOS工藝實現光互連，工藝簡單，制造成本低。
[0023]由于本發明所提供的封裝結構由于是陣列封裝，容易實現多通道集成，容易操作，精度高，封裝體積小，易于大批量生產，成本低。
【附圖說明】
[0024]圖1為現有技術中硅光子芯片封裝結構的剖視結構示意圖；
[0025]圖2為現有技術中硅光子芯片封裝結構的俯視結構示意圖；
[0026]圖3為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】的結構示意圖；
[0027]圖4為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】中硅光子芯片的發射波長為λ時的剖面結構示意圖；
[0028]圖5為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】中硅光子芯片的接收波長為λ時的剖面結構示意圖；
[0029]圖6為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】中硅立體結構示意圖；
[0030]圖7為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】中光波導陣列部件具有凹槽的結構示意圖；
[0031]圖8為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】中光波導陣列部件具有凹槽為V型槽時的結構示意圖；
[0032]圖9為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】中全反射元件為薄膜濾波片時的剖視結構示意圖；
[0033]圖10為本發明提供的實施例的一種【具體實施方式】中全反射元件為薄膜濾波片時的立體結構示意圖。
【具體實施方式】
[0034]正如【背景技術】部分所述，現有技術中的硅光子芯片封裝時，工藝復雜，封裝體積大，集成度低。
[0035]基于此，本發明實施例提供了一種硅光子芯片的封裝結構，包括:
[0036]硅光子芯片，所述硅光子芯片用于發射第一光信號；
[0037]波導光柵親合器，所述波導光柵親合器的上表面與所述娃光子芯片的輸出端連接，所述波導光柵耦合器接收所述第一光信號，并對其進行光模場直徑變換后輸出第二光信號;
[0038]光波導陣列部件，所述光波導陣列部件包括多條光波導，所述光波導陣列部件的左端面具有全反射元件，所述光波導陣列部件的左端面與上表面的夾角為銳角，所述波導光柵耦合器的下