一种高效耦合的光电器件及其封装方法与流程

本发明涉及半导体光电器件封装，具体涉及一种高效耦合的光电器件及其封装方法。

背景技术：

1、光通信领域的光电子器件包括光发射器、光探测器、光放大器等多种器件。各类光电子器件与外界之间多利用一种具有某种标准规格的光纤来进行光的传导，以实现外界与光电子器件之间光信号与光能量的传递。

2、对于光发射器和光探测器来说，一般采用有源对准方式，是通过检测器件输出光功率/电流与调整光纤xyz位置来实现的。由工作人员使用高精度位移台在相对较小的范围在xyz方向上移动光纤，直到从器件芯片检测到的光功率/电流达到最大值，然后把光纤固定起来。这种方法可实现微米甚至亚微米准确度的光纤-芯片耦合。当前技术工艺的难点是如何能快速精准地完成光纤感光/出光面与芯片出光/感光面对准，并且在光纤与芯片不发生相对移动的情况下固定光纤。现有技术工艺一般是通过芯片正上方的ccd相机观察光纤与芯片的水平相对位置，调节光纤xyz位置，找到最佳耦合点再进行光纤焊接固定。

3、图1为一种常规的光电器件斜面光纤耦合内部结构示意图。如图1所示，管壳内安装有基板和光电芯片。管壳侧壁设计尾管，方便光纤组件通过尾管进入管壳内部与光电芯片进行耦合。光纤在管壳外由夹具夹持，夹具配有高精度位移台，调节位移台可以实现高精度的光纤移动。在光纤-芯片耦合时，调节位移台使光纤出光/感光面与芯片感光/出光面相对应，并且微调位移台直至芯片输出电流/光功率到达最大值。此时对光纤和管壳尾管进行焊接固定完成耦合。以上介绍的未使用45度反射镜和的光纤耦合结构及方法，光纤、芯片均位于管壳中，由于管壳四壁的遮挡，无法从水平方向上观察光纤与芯片的垂直距离，在光纤伸入管壳过程中无法观察光纤与基板上的元器件垂直距离，难以保证光纤不与基板上的元器件相碰撞，而且无法保证光纤出光/感光面与芯片感光/出光面平行，这不利于快速找到合适的耦合点。另外寻找到耦合点后直接对光纤和管壳尾管进行焊接固定，也会因为焊接热应力使光纤与芯片产生相对移动，最终导致光电器件耦合效率降低。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种高效耦合的光电光电器件及其封装方法。

2、为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、在本发明的第一方面，公开了一种高效耦合的光电器件。

4、具体地说，该光电器件包括管壳、光纤、光电芯片和基板；

5、所述管壳包括管壳侧壁和安装在所述管壳侧壁一端的管壳底板；所述管壳侧壁上设置有尾管；管壳为一上端开口的长方体腔体，管壳侧壁为长方体腔体的四周，管壳底板为长方体腔体的底部。

6、所述基板置于所述管壳底板上；所述光电芯片置于所述基板上；

7、所述光纤通过所述尾管穿入所述管壳内，且所述光纤的端头位于所述光电芯片上方；所述光纤为斜面光纤，其位于所述管壳内的端头设置有反射斜面，反射斜面将光信号反射到所述光电芯片上；

8、所述基板上安装有45度反射镜，所述45度反射镜位于所述光电芯片的一侧；所述45度反射镜，用于耦合时，观察光纤与光电芯片的垂直间距，使光纤感光/出光面与光电芯片出光/感光面对准。

9、进一步的，所述45度反射镜上方设置有ccd相机；

10、所述ccd相机，用于接收45度反射镜反射上来的芯片与光纤的像，确定芯片与光纤在水平方向上的相对位置。

11、进一步的，对所述的光电芯片通光、通电，光电芯片输出电流/光信号，通过仪表检测芯片的输出电流/光功率，并调节光纤位置使输出电流为最大值，此时可以进行光纤的固定。

12、进一步的，所述光纤具有两个点胶固定位置，分别为第一固定位置和第二固定位置；所述第一固定位置，用于光纤与基板的点胶固定；所述第二固定位置，用于光纤与尾管的点胶固定。

13、进一步的，所述光纤采用玻璃化温度大于178℃的紫外胶与所述基板进行固定相连；

14、所述光纤采用环氧胶与所述尾管进行固定相连。

15、进一步的，所述尾管设置有点胶窗口；

16、所述点胶窗口，用于光纤与尾管进行环氧胶点胶固定。

17、进一步的，所述尾管设置有焊接窗口；

18、所述焊接窗口，位于第一固定位置和第二固定位置之间，用于光纤与尾管的焊接固定。

19、在本发明的第二方面，公开了一种上述光电器件的封装方法。该方法采用先点胶后焊接的方式。

20、具体地说，该方法包括：

21、s1、将光纤伸入到尾管中，使光纤的端头位于光电芯片上方，确定光纤耦合点；

22、s2、确定点胶位置，在点胶位置进行点胶、固化处理，使光纤通过点胶固化固定在尾管中；

23、s3、确定焊接位置，对光纤与尾管进行焊接固定。

24、进一步的，所述“将光纤伸入到尾管中，使光纤的端头位于光电芯片上方，确定光纤耦合点；”，包括：

25、s11、将组装好基板、光电芯片的管壳置于管壳夹具上，将管壳固定，管壳在耦合过程中不再移动；

26、s12、光纤由光纤夹具固定在位移台上，在耦合过程中，调节固定光纤的位移台，使光纤由管壳侧壁尾管伸入管壳，并靠近管壳内待耦合的光电芯片；

27、s13、通过管壳内45度反射镜观察光纤与光电芯片的垂直距离，确保光纤与光电芯片间保留安全距离；

28、s14、调节位移台使光纤伸入到光电芯片上方；

29、s15、通过ccd相机观察光电芯片和光纤在水平方向上的相对位置，并配合调节位移台使光纤出光/感光面与光电芯片感光/出光面重合，确定光纤耦合点。

30、进一步的，所述“确定点胶位置，在点胶位置进行点胶、固化处理，使光纤通过点胶固化固定在尾管中”，包括：

31、s21、确定点胶位置，所述点胶位置包括两个，一个在管壳内的管壳底板上，一个在尾管内；

32、s22、对管壳内的光纤以及管壳尾管中的光纤进行点胶，点胶完成后对点胶进行固化。

33、和现有技术相比，本发明的优点为：

34、(1)本发明采用45度反射镜进行光纤耦合对准和先点胶后焊接固定的方法对光纤与尾管进行固定，通过使用45度反射镜，能够将光路90度翻转，从而可以观察到原本由于管壳侧壁的遮挡，而无法直接观察的光纤与芯片在垂直方向上的相对位置，进而防止在光纤伸入管壳过程中光纤与光电芯片相互碰撞，并且有利于在管壳内控制光纤与光电芯片保持平行，有利于快速找到最佳耦合点，有效缩短光纤耦合时间。

35、(2)本发明采用先点胶后焊接的方法对光纤与管壳进行固定，在点胶过程中采用了双端点胶的固定方式，先使用高玻璃化温度的紫外胶进行光纤与基板间的固定，再使用环氧胶将光纤与尾管进行固定，这样不仅使用了非常少量的紫外胶，避免了高低温不一致的问题，还通过环氧胶加固了紫外胶的预固定，解决了少量紫外胶固定强度有限的问题。这种双端点胶的方式为光纤焊接提供了十分可靠的预固定，使光纤尾管焊接的应力影响降到最小，有效提高了产品的良率。