光发射装置与光接收装置的制作方法

1.本技术有关于一种光发射装置与光接收装置，尤指一种具有光纤容置槽的光发射芯片与光接收芯片。


背景技术：

2.光收发器用于发送和接收用于各种应用的光信号，包括互联网数据中心、有线电视宽带和光纤到户(fiber to the home，ftth)应用等。光收发器可以包括用于发送和接收光信号的光发射模块(transmitteroptical subassemblies，tosa)和光接收模块(receiver optical subassemblies，rosa)。传统光发射模块在组装时，必须分别与透镜、光隔离器以及光纤阵列进行光学耦合程序，导致制程繁复并影响产品的可靠度。


技术实现要素：

3.有鉴于此，在本技术一实施例中，在芯片上集成激光器模块、光隔离器以及光波导，并加入光纤容置槽且使用透镜光纤，以简化光学耦合程序。
4.本技术一实施例揭露一种光发射装置，包括基板、光发射芯片以及光传递构件。光发射芯片设置于基板，包括本体部与延伸部。本体部具有激光器阵列、光波导以及光复用器，延伸部具有一容置槽。光传递构件设置于容置槽，并耦合于光发射芯片，光传递构件包括光纤缆线，光纤缆线的一端具有耦合于光发射芯片的聚光透镜。
5.本技术一实施例揭露一种光接收装置，包括基板、光接收芯片以及光传递构件。光接收芯片设置于基板，包括本体部与延伸部，本体部具有光检测器阵列、光波导以及光解复用器，延伸部具有一容置槽。光传递构件设置于容置槽，并耦合于光接收芯片，光传递构件包括光纤缆线，光纤缆线的一端具有耦合于光接收芯片的聚光透镜。
6.根据本技术一实施例，上述本体部具有一光输出面，与上述基板的延伸面正交，上述延伸部与上述光输出面接触，上述容置槽朝上述光输出面延伸并对准上述本体部的出光部。
7.根据本技术一实施例，上述本体部相对于上述基板具有一第一厚度，上述延伸部相对于上述基板具有一第二厚度，上述第一厚度大于上述第二厚度。
8.根据本技术一实施例，上述本体部更包括一光隔离器，设置于上述激光器阵列以及上述光复用器之间。
9.根据本技术一实施例，更包括一盖板，设置于上述延伸部并覆盖上述光纤缆线。
10.根据本技术实施例所述的光发射装置与光接收装置，将激光器模块、光复用器与光隔离器集成在同一光电芯片、以及将光检测器模块、光解复用器与光隔离器集成在同一光电芯片，可减少光耦合的次数。再者，透过在光芯片延伸部设计容置槽，并将光纤缆线直接置于容置槽，无需使用传统结构复杂的光纤阵列。另外，光纤缆线一端配置聚光透镜，省去了光纤与聚光透镜光耦合的程序，并透过光芯片阶梯型的设计以容置盖板来保护光纤缆线，有效提高产品的可靠度。透过本技术实施例所述的设计，因为光电芯片高度积集化的缘
故，组件设置更加紧密，更可提升光耦合效率，且有效简化产品的复杂度以及组装效率。
附图说明
11.图1a显示根据本技术一实施例所述的光发射装置的方块示意图。
12.图1b显示根据本技术一实施例所述的光接收装置的方块示意图。
13.图2显示根据本技术一实施例所述的光发射装置的外观图。
14.图3显示根据本技术一实施例所述的光发射芯片与基板的侧视图。
15.图4显示根据图2所示的光发射装置中，区域38a的放大图。
16.图5显示根据本技术一实施例所述的光接收装置的外观图。
17.图6显示根据本技术一实施例所述的光接收芯片与基板的侧视图。
18.图7显示根据图5所示的光发射装置中，区域38b的放大图。
19.主要元件符号说明
20.10a：光发射模块
21.10b：光接收模块
22.11a、22a：光发射接口
23.11b、22b：光接收接口
24.12a、36a：光复用器
25.12b、36b：光解复用器
26.14a、32a：激光器模块
27.14b、32b：光检测器模块
28.16a：发送处理电路
29.16b：接收处理电路
30.20a、20b：基板
31.24a、24b：光纤缆线
32.30a：光发射芯片
33.30b：光接收芯片
34.34a、34b：光隔离器
35.35a、35b：聚光透镜
36.38a、38b：区域
37.39a、39b：盖板
38.40a、40b：本体部
39.42a、42b：延伸部
40.44a、44b：容置槽
41.h1、h2：厚度
42.rx_d1、rx_d2、rx_d3、rx_d4、tx_d1、tx_d2、tx_d3、tx_d4：电数据信号
43.l1、l2：光信号
44.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
45.为了便于本发明技术领域的技术人员理解和实施本发明，下面结合附图与实施例对本发明进一步的详细描述，应当理解，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。本发明技术领域的技术人员可利用这些实施例或其他实施例所描述的细节及其他可以利用的结构，逻辑和电性变化，在没有离开本发明的精神与范围之下以实施发明。
46.本发明说明书提供不同的实施例来说明本发明不同实施方式的技术特征。其中，实施例中的各元件的配置是为说明之用，并非用以限制本发明。且实施例中图式标号的部分重复，是为了简化说明，并非意指不同实施例之间的关联性。其中，图示和说明书中使用的相同的元件编号表示相同或类似的元件。本说明书的图示为简化的形式且并未以精确比例绘制。为清楚和方便说明起见，方向性用语(例如顶、底、上、下以及对角)是针对伴随的图示说明。而以下说明所使用的方向性用语在没有明确使用在以下所附的申请专利范围时，并非用来限制本发明的范围。
47.再者，在说明本技术一些实施例中，说明书以特定步骤顺序说明本技术的方法以及(或)程序。然而，由于方法以及程序并未必然根据所述的特定步骤顺序实施，因此并未受限于所述的特定步骤顺序。本发明技术领域的技术人员可知其他顺序也为可能的实施方式。因此，于说明书所述的特定步骤顺序并未用来限定申请专利范围。再者，本技术针对方法以及(或)程序的申请专利范围并未受限于其撰写的执行步骤顺序，且本发明技术领域的技术人员可了解调整执行步骤顺序并未跳脱本发明的精神以及范围。
48.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。下面结合附图，对本技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
49.图1a显示根据本技术一实施例所述的光发射装置的方块示意图。根据本技术实施例，光发射装置包括光发射接口11a以及光发射模块(transmitter optical subassembly，tosa)10a。光发射模块10a包括发送处理电路16a、激光器模块14a以及光复用器12a。光发射装置透过光发射接口11a与光纤缆线连接。图1b显示根据本技术一实施例所述的光接收装置的方块示意图。根据本技术实施例，光接收装置包括光接收接口11b以及光接收模块(receiver optical subassembly，rosa)10b。光接收模块10b包括光解复用器12b、光检测器模块14b以及接收处理电路16b。光接收装置透过光接收接口11b与光纤缆线连接。在本实施例中，光发射接口11a以及光接收接口11b可以是st型、sc型、fc型、与lc型等形式。
50.密集波长分波多任务(dense wavelength division multiplexing，dwdm)技术利用单模光纤的带宽以及低损耗的特性，采用多个波长作为载波，允许各载波信道在光纤内同时传输。本技术一实施例利用密集波长分波多任务技术，光模块装置可以使用四个不同的通道波长(λ1、λ2、λ3、λ4)来接收或发送四个通道，因此，光发射接口11a所发射的光信号l1可以具有λ1、λ2、λ3、λ4等四种波长，而光接收接口11b所接收的光信号l2可以具有λ1、λ2、λ3、λ4等四种波长，而光检测器模块14b的光检测组件以及激光器模块14a的激光组件个数也与信道的个数对应配置。虽然本实施利是以四个信道配置为例，但是其他信道配置(例
waveguide)传送光信号。激光器模块32a将所接收的电数据信号调制为光信号，并传送至光复用器36a，光复用器36a将光信号转换为不同波长的光信号，并传送至光纤缆线24a。在激光器模块32a与光复用器36a之间，可设置光隔离器34a。光隔离器是一种非互易光学元件，它只容许光束沿激光器模块32a至光复用器36a的方向通过，对反射光有很强的阻挡作用。激光器模块32a所发出的光信号是透过光波导在光发射芯片30a内部传递。透过光波导传递光信号的技术为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述以精简说明。另外，光纤缆线24a设置于延伸部42a上，而盖板39a同样设置于延伸部42a并覆盖光纤缆线24a的一部份。
56.图3显示根据本技术一实施例所述的光发射芯片与基板的侧视图。根据本技术一实施例，光发射芯片30a大致呈阶梯形式，包括本体部40a与延伸部42a。本体部40a的底面与基板20a连接，与底面相邻的其中一侧面为光输出面，此光输出面与基板20a的延伸面正交，而延伸部42a与本体部40a的光输出面连接。根据本技术一实施例，本体部40a相对于基板20a具有厚度h1，延伸部42a相对于基板20a具有厚度h2，厚度h1大于厚度h2。光纤缆线24a的一端具有聚光透镜35a，与本体部40a的光输出面连接。
57.图4显示根据图2所示的光发射装置中，区域38a的放大图。延伸部42a具有一容置槽44a，容置槽44a朝本体部40a的光输出面延伸并对准本体部40a的出光部。根据本技术一实施例，容置槽44a可为u形槽或v形槽，供光纤缆线24a放置。光纤缆线24a与容置槽44a之间，可透过黏着层固定。另外，容置槽44a的尺寸可根据光纤缆线24a的线径而对应设计，在其他实施例中，也可以将光纤缆线24a置于容置槽44a部份的外层绝缘层剥离，以减小容置槽44a的尺寸。如图4所示，当光纤缆线24a放置于容置槽44a并使聚光透镜35a抵接于本体部40a的光输出面，由于容置槽44a已对准本体部40a的出光部，即图4中的光发射芯片的光波导末端，因此即可完成光纤缆线24a的聚光透镜35a与光发射芯片的光学对准程序。
58.图5显示根据本技术一实施例所述的光接收装置的外观图。如图5所示，根据本技术一实施例所述的光接收装置的为一种硅光模块封装，包括基板20b、光接收芯片30b、以及光传递构件。光传递构件包括光接收接口22b以及光纤缆线24b。光接收接口22b透过光纤缆线24b光耦合至光接收芯片30b。光纤缆线24b用以将经由光接收接口22b所接收的光信号传送至光接收芯片30b。根据本技术一实施例，光接收芯片30b可透过黏着层贴在基板20b上，并执行打线接合(wire bonding)、卷带自动接合(tape automated bonding，tab)、覆晶接合(flip chip，fc)等电性连接程序。基板20b可用不同的材料制作，如塑料材料、环氧材料、复合材料、fr-4材料或陶瓷材料制作。基板20b上具有预先设计的内连线结构、透过网版印刷方式形成的印刷电路以及用来实施光信号发射或接收功能所必要的电路元件，此为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述以精简说明。
59.光接收芯片30b包括本体部40b与延伸部42b。本体部40b整合了光检测器模块32b、光隔离器34b以及光解复用器36b，并透过光波导(optical waveguide)传送光信号。光解复用器36b将所接收的光信号区分为不同波长的光信号，并传送至光检测器模块32b。光检测器模块32b检测光信号并产生对应的电信号。在光解复用器36b与光检测器模块32b之间，可设置光隔离器34b。光隔离器是一种非互易光学元件，它只容许光束沿光解复用器36b至光检测器模块32b的方向通过，对反射光有很强的阻挡作用。光信号可透过光波导在光接收芯片30b内部传递。透过光波导传递光信号的技术为本领域技术人员所熟知，在此不予赘述以精简说明。另外，光纤缆线24b设置于延伸部42b上，而盖板39b同样设置于延伸部42b并覆盖
光纤缆线24b的一部份。
60.图6显示根据本技术一实施例所述的光接收芯片与基板的侧视图。根据本技术一实施例，光接收芯片30b大致呈阶梯形式，包括本体部40b与延伸部42b。本体部40b的底面与基板20b连接，与底面相邻的其中一侧面为光接收面，此光接收面与基板20b的延伸面正交，而延伸部42b与本体部40b的光接收面连接。根据本技术一实施例，本体部40b相对于基板20b具有厚度h1，延伸部42b相对于基板20b具有厚度h2，厚度h1大于厚度h2。光纤缆线24b的一端具有聚光透镜35b，与本体部40b的光接收面连接。
61.图7显示根据图5所示的光发射装置中，区域38b的放大图。延伸部42b具有一容置槽44b，容置槽44b朝本体部40b的光输入面延伸并对准本体部40b的入光部。根据本技术一实施例，容置槽44b可为u形槽或v形槽，供光纤缆线24b放置。光纤缆线24b与容置槽44b之间，可透过黏着层固定。另外，容置槽44b的尺寸可根据光纤缆线24b的线径而对应设计，在其他实施例中，也可以将光纤缆线24b置于容置槽44b部份的外层绝缘层剥离，以减小容置槽44b的尺寸。如图7所示，当光纤缆线24b放置于容置槽44b并使聚光透镜35b抵接于本体部40b的光输入面，由于容置槽44b已对准本体部40b的入光部，即图7中的光接收芯片的光波导末端，因此即可完成光纤缆线24b的聚光透镜35b与光接收芯片的光学对准程序。
62.根据本技术实施例所述的光发射装置与光接收装置，将激光器模块、光复用器与光隔离器集成在同一光电芯片、以及将光检测器模块、光解复用器与光隔离器集成在同一光电芯片，可减少光耦合的次数。再者，透过在光芯片延伸部设计容置槽，并将光纤缆线直接置于容置槽，无需使用传统结构复杂的光纤阵列。另外，光纤缆线一端配置聚光透镜，省去了光纤与聚光透镜光耦合的程序，并透过光芯片阶梯型的设计以容置盖板来保护光纤缆线，有效提高产品的可靠度。透过本技术实施例所述的设计，因为光电芯片高度积集化的缘故，组件设置更加紧密，更可提升光耦合效率，且有效简化产品的复杂度以及组装效率。
63.以上概述之许多实施例的特征使得本领域的普通技术人员能够更了解本发明之范围。本领域的普通技术人员能够以本揭露为基础而设计或修改其他制程以及结构，以实现在本发明之实施例所介绍的相同特征及/或达成相同的优点。本领域的普通技术人员也了解，这些等效的结构并不背离本揭露之精神与范围，并且他们也能够在不背离本发明之精神与范围的情况下，改变、替换、以及变动本发明之特征，而这些改变和调整都应属于本发明权利要求的保护范围。