一种硅光子芯片的封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体封装领域，特别是涉及一种硅光子芯片的封装结构。
【背景技术】
[0002]硅光子技术是一种基于硅光子学的低成本、高速的光通信技术，用激光束代替电子信号传输数据。
[0003]硅光子技术利用标准硅实现计算机和其它电子设备之间的光信息的发送和接收。与晶体管主要依赖于普通硅材料不同，硅光子技术采用的基础材料是玻璃。由于光对于玻璃来说是透明的，不会发生干扰现象，因此理论上可以通过在玻璃中集成光波导通路来传输信号，很适合于计算机内部和多核之间的大规模通信。硅光子技术最大的优势在于拥有相当高的传输速率，可使处理器内核之间的数据传输速度比目前快100倍甚至更高。
[0004]现有的娃光子芯片封装时，如图1和图2所不，由于娃光子波导110与波导光纤模场不匹配，因此为实现硅光子芯片100上波导光栅光模场直径变换，在接收或反射光信号时，要求光线是掠入射(出射)到娃光子波导光栅親合器120 (光线与波导光栅親合器的表面的法线的夹角β)，以实现硅光子波导与波导光纤耦合器120耦合效率最大。但是，将波导光栅耦合器120直接与光纤130耦合(如需要将光纤的一端的端面研磨，使得水平放置时该面与竖直方向的夹角为Θ )，工艺复杂，且其封装只有对单通道器件进行单独封装，而且封装体积大，集成度低。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种硅光子芯片的封装结构，实现硅光子芯片的表面精确贴装，该封装结构，具有成本低、容易操作、精度高、可集成、易于批量生产等优点。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型提供一种硅光子芯片的封装结构，包括:
[0007]硅光子芯片，所述硅光子芯片用于发射第一光信号；
[0008]波导光栅親合器，所述波导光栅親合器的上表面与所述娃光子芯片的输出端连接，所述波导光栅耦合器接收所述第一光信号，并对其进行光模场直径变换后输出第二光信号;
[0009]光波导阵列部件，所述光波导阵列部件包括多条光波导，所述光波导阵列部件的左端面具有全反射元件，所述光波导阵列部件的左端面与上表面的夹角为锐角，所述波导光栅耦合器的下表面贴装到所述光波导阵列部件的上表面的左端，所述光波导阵列部件将从其上表面接收到的所述第二光信号，经所述全反射元件全反射后，从所述光波导的左端耦合到所述光波导并在其内部传输，由所述光波导的右端输出第三光信号；
[0010]光纤阵列，所述光纤阵列包括多条并排设置的光纤，并与所述光波导阵列部件的右端耦合连接，接收所述第三光信号，所述光纤与所述光波导一一对应并耦合连接。
[0011]优选的，所述光波导阵列部件包括光波导阵列基板、光波导阵列盖板和光纤阵列盖板，其中，所述光波导阵列基板包括:只具有多条光波导的一端为第一光波导基板，和与所述光纤阵列的一端耦合连接的第二光波导基板；所述光波导阵列盖板覆盖在所述第一光波导基板的上表面，所述光纤阵列盖板覆盖在所述耦合进的光纤阵列的上表面。
[0012]优选的，所述第二光波导基板的上表面具有容纳光纤的凹槽，所述凹槽与所述光波导一一对应。
[0013]优选的，所述凹槽为V型槽。
[0014]优选的，所述光波导的中心与所述光波导阵列部件的上表面的距离为30um-50um。
[0015]优选的，所述光波导阵列部件左端面与所述波导阵列部件的上表面所成的锐角的范围是40度到50度。
[0016]优选的，所述全反射元件为薄膜滤波片或全反射膜。
[0017]优选的，所述光波导阵列部件左端面是通过光学冷加工方式研磨得到的。
[0018]优选的，所述光波导阵列部件的横截面的形状为正多边形或圆形。
[0019]本实用新型所提供的硅光子芯片的封装结构，与现有技术相比具有以下优点:
[0020]本实用新型所提供的硅光子芯片的封装结构，包括:硅光子芯片、波导光栅耦合器、光波导阵列部件、光纤阵列，所述硅光子芯片用于发射第一光信号；所述波导光栅耦合器的上表面与所述硅光子芯片的输出端连接，所述波导光栅耦合器接收所述第一光信号，并对其进行光模场直径变换后输出第二光信号；所述光波导阵列部件包括多条光波导，所述光波导阵列部件的左端面具有全反射元件，所述光波导阵列部件的左端面与上表面的夹角为锐角，所述波导光栅耦合器的下表面贴装到所述光波导阵列部件的上表面的左端，所述光波导阵列部件将从其上表面接收到的所述第二光信号，经所述全反射元件全反射后，从所述光波导的左端耦合到所述光波导并在其内部传输，由所述光波导的右端输出第三光信号；所述光纤阵列包括多条并排设置的光纤，并与所述光波导阵列部件的右端耦合连接，接收所述第三光信号，所述光纤与所述光波导一一对应。
[0021]上述为所述硅光子芯片发射光信号时的工作原理，所述硅光子芯片封装结构接收光信号时的工作原理为:所述光纤阵列输出第四光信号，由与所述光纤阵列的光纤一一对应耦合连接的所述光波导阵列部件的光波导的右端，接收所述第四光信号，所述第四光信号在所述光波导内传输，从所述光波导的左端输出所述第四光信号，再经所述全反射元件全反射后，由所述光波导阵列部件的上表面输出第五光信号，所述第五光信号由所述波导光栅耦合器接收后，对所述第五光信号进行光模场直径变换后输出第六光信号，最后由所述硅光子芯片接收所述第六光信号。
[0022]本实用新型使用的光波导阵列部件，是使用半导体工艺生产得到的，工艺易于控制，批次厚度精度高，公差小，可实现所述光波导中心到所述上表面的精确控制，保证耦合效率，且光路实现转向，可实现表面贴装，易于封装，具有成本低，容易操作，精度高，可集成，易于大批量生产等优点。并且所述光波导阵列部件与所述光纤阵列耦合可以使用自动耦合设备，耦合效率高。所述波导光栅耦合器和所述硅光子芯片均采用CMOS工艺实现光互连，工艺简单，制造成本低。
[0023]由于本实用新型所提供的封装结构由于是阵列封装，容易实现多通道集成，容易操作，精度高，封装体积小，易于大批量生产，成本低。
【附图说明】
[0024]图1为现有技术中硅光子芯片封装结构的剖视结构示意图；
[0025]图2为现有技术中硅光子芯片封装结构的俯视结构示意图；
[0026]图3为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】的结构示意图；
[0027]图4为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】中硅光子芯片的发射波长为λ时的剖面结构示意图；
[0028]图5为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】中硅光子芯片的接收波长为λ时的剖面结构示意图；
[0029]图6为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】中硅立体结构示意图；
[0030]图7为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】中光波导阵列部件具有凹槽的结构不意图；
[0031]图8为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】中光波导阵列部件具有凹槽为V型槽时的结构示意图；
[0032]图9为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】中全反射元件为薄膜滤波片时的剖视结构示意图；
[0033]图10为本实用新型提供的实施例的一种【具体实施方式】中全反射元件为薄膜滤波片时的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]正如【背景技术】部分所述，现有技术中的硅光子芯片封装时，工艺复杂，封装体积大，集成度低。
[0035]基于此，本实用新型实施例提供了一种硅光子芯片的封装结构，包括:
[0036]硅光子芯片，所述硅光子芯片用于发射第一光信号；
[0037]波导光栅親合器，所述波导光栅親合器的上表面与所述娃光子芯片的输出端连接，所述波导光栅耦合器接收所述第一光信号，并对其进行光模场直径变换后输出第二光信号;
[0038]光波导阵列部件，所述光波导阵列部件包括多条光波导，所述光波导阵列部件的左端面具有全反射元件，所述光波导阵列部件的左端面与上表面的夹角