一種應用於光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備的製作方法
2023-06-29 02:16:51
一種應用於光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，包括：管殼或熱沉；半導體光電子集成陣列晶片；半導體光電子集成陣列晶片襯底；光學準直透鏡陣列；分光稜鏡；分光稜鏡支架；探測器陣列晶片；光學聚焦透鏡陣列；光纖陣列；光纖陣列支架。本發明在光耦合部分通過安裝一個分光稜鏡將經過光學準直透鏡陣列準直的半導體光電子集成陣列晶片輸出的部分光信號引入各自對應的探測器陣列晶片中，克服了在半導體光電子集成陣列晶片耦合封裝中因微波微帶電路複雜或需雙端光耦合而無法安置背光探測器陣列晶片的困難，實現了對半導體光電子集成陣列晶片光信號的實時監測。
【專利說明】一種應用於光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備
【技術領域】
[0001] 本發明屬於微波光子學及光通信【技術領域】，更具體說是一種應用於半導體光電子 集成陣列晶片封裝的光耦合設備。
【背景技術】
[0002] 光電子集成技術是光纖通信最前沿、最有前途的領域，是未來高速率、大容量信息 網絡體系中的主體技術。相對於傳統分立的器件，光子集成晶片降低了成本和複雜性，因而 能以更低的成本構建一個具有更多節點的全新的網絡結構。
[0003] 單片集成多波長雷射器陣列晶片是實現高速率數據傳輸的核心，對單片集成多波 長雷射器陣列晶片的耦合封裝顯得尤為重要。通常情況下，需要在半導體雷射器晶片背面 安裝探測器，以監測半導體雷射器晶片的發光情況，從而進行反饋控制使之工作在穩定狀 態。對於一些特定情況，為了滿足通信需要的高頻性能，在單片集成多波長雷射器陣列晶片 背面安置有複雜的微波微帶電路，此時沒有足夠的空間安置背光探測器。若重新布局微波 微帶電路，不僅過程複雜，對封裝後的單片集成多波長雷射器陣列晶片的高頻性能影響也 很大。此外，對於需要雙端耦合的半導體光電子器件陣列晶片如光調製器陣列晶片、半導體 光放大器陣列晶片等，安置背光探測器的方案也不再適用。
【發明內容】
[0004] (一）要解決的技術問題
[0005] 有鑑於此，本發明的目的在於提供一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的 光耦合設備。該設備能在沒有足夠空間安置背光探測器陣列晶片的情況下，實現對半導體 光電子器件陣列晶片光信號的監測。
[0006] (二）技術方案
[0007] 本發明一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，該陣列光耦合 設備包括：一管殼或熱沉；一半導體光電子集成陣列晶片，該陣列晶片可以是單片集成多 波長雷射器陣列晶片或是光調製器陣列晶片或是半導體光放大器陣列晶片，用於輸出雷射 信號；一半導體光電子集成陣列晶片襯底，用於安放半導體光電子集成陣列晶片；一光學 準直透鏡陣列，用於將半導體光電子集成陣列晶片輸出的發散光轉變為平行光；一分光稜 鏡，用於將經過光學準直透鏡陣列後的平行光分為相互垂直的兩個傳播方向；一分光稜鏡 支架，用於安放分光稜鏡；一探測器陣列晶片，用於探測經過分光稜鏡後向下90度轉向的 雷射；一光學聚焦透鏡陣列，用於將直接通過分光稜鏡的雷射會聚到光纖陣列中；一光纖 陣列，用於耦合經過光學聚焦透鏡陣列聚焦後出射的雷射信號；一光纖陣列支架，用於安放 和固定光纖陣列。
[0008] (三）有益效果
[0009] 利用本發明提出的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，可克服 在半導體光電子集成陣列晶片耦合封裝中因微波微帶電路複雜或需雙端光耦合而無法安 置背光探測器陣列晶片的困難，通過在光耦合部分安裝一個分光稜鏡將經過光學準直透鏡 陣列準直的半導體光電子集成陣列晶片輸出的部分光信號引入各自對應的探測器陣列芯 片中，實現了對半導體光電子集成陣列晶片光信號的實時監測。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 為進一步說明本發明的技術內容，以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說 明，其中：
[0011] 圖1是本發明一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備的示意 圖。
[0012] 圖2是本發明中探測器陣列晶片安放位置示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0014] 本發明提出一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，圖1為該 設備的示意圖，圖2為探測器陣列晶片安放位置示意圖。在圖1和圖2中，各附圖標記的含 義如下：
[0015] 1-管殼或熱沉； 2-半導體光電子集成陣列晶片；
[0016] 3-光學準直透鏡陣列； 4-半導體光電子集成陣列晶片襯底；
[0017] 5-分光稜鏡； 6-分光稜鏡支架；
[0018] 7-探測器陣列晶片； 8-光學聚焦透鏡陣列；
[0019] 9-光纖陣列； 10-光纖陣列支架。
[0020] 圖1和圖2所示，本發明提出的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合 設備包括：
[0021] 管殼或熱沉1，該管殼或熱沉1為可閥、鎢銅或陶瓷材料。
[0022] 半導體光電子集成陣列晶片2,該半導體光電子集成陣列晶片2可以是單片集成 多波長雷射器陣列晶片或是光調製器陣列晶片或是半導體光放大器陣列晶片，通過錫焊固 定在半導體光電子集成陣列晶片襯底4上，用於輸出雷射信號。其中各個晶片單元依次縱 向等間隔排列，間距與數量根據實際需求設定，在晶片製作工藝允許的情況下，可以為任意 值，並不局限於圖1所示的五個。
[0023] 半導體光電子集成陣列晶片襯底4,該半導體光電子集成陣列晶片襯底4為長條 形，通過焊錫或銀膠縱向固定在管殼或熱沉1上，用於安放半導體光電子器件陣列晶片2。
[0024] 光學準直透鏡陣列3,該光學準直透鏡陣列3是以矽或石英為材質的一整體結構 的條形透鏡，該光學準直透鏡陣列3外部可做金屬外套用於保護和焊接，其中該整體的條 形透鏡上包括多個準直透鏡單元，準直透鏡單元的數量與半導體光電子器件陣列晶片單元 的數量相同。各個準直透鏡單元也是等間距縱向排列，間距與半導體光電子器件陣列晶片 單元的排列間隔相同，保證半導體光電子器件陣列晶片2中各個晶片單元和準直透鏡單元 進行相對，二者之間的連線是水平方向的，也就是各個準直透鏡單元以特定間距縱向排列， 與半導體光電子集成陣列晶片2單元一一對應。該光學準直透鏡陣列3通過雷射焊或紫外 膠固定在管殼或熱沉1上，用於將半導體光電子集成陣列晶片2輸出的發散光轉變為平行 光。
[0025] 分光稜鏡5,該分光稜鏡5為石英或玻璃材質，該分光稜鏡5形狀為一矩形，分光長 度與半導體光電子集成陣列晶片2出射光區域相匹配，通過雷射焊或紫外膠固定在分光稜 鏡支架6上，用於將經過光學準直透鏡陣列後的光信號分為相互垂直的兩個傳播方向，大 部分光按原方向直接通過該分光稜鏡5,另一小部分光向下轉向90度入射到位於分光稜鏡 5下方的探測器陣列晶片7中。
[0026] 分光稜鏡支架6,該分光稜鏡支架6可由可閥或石英加工，通過雷射焊或紫外膠固 定在管殼或熱沉1上，用於安放分光稜鏡5,該分光稜鏡支架6由兩平行的條形墊腳組成，兩 墊腳的高度應足以保證在分光稜鏡5的下方可以安放探測器陣列晶片7。
[0027] 探測器陣列晶片7,該探測器陣列晶片7通過錫焊或銀膠固定在管殼或熱沉1上， 位於分光稜鏡5的下方，該探測器陣列晶片7接收的是經過光學準直透鏡陣列3準直的部 分平行光，每個探測器陣列晶片單元等間距縱向排列，間距與半導體光電子器件陣列晶片 單元的排列間隔相同，所接收的平行光與半導體光電子集成陣列晶片2單元一一對應。
[0028] 光學聚焦透鏡陣列8,該光學聚焦透鏡陣列8是以矽或石英為材質的一整體結構 的條形透鏡，該光學聚焦透鏡陣列外部可做金屬外套用於保護和焊接，該光學聚焦透鏡陣 列8結構與光學準直透鏡陣列類似，由多個聚焦透鏡單元組成，聚焦透鏡單元的數量與半 導體光電子器件陣列晶片單元的數量相同。各個聚焦透鏡單元也是等間距縱向排列，間距 與半導體光電子器件陣列晶片單元的排列間隔相同。也就是，光學聚焦透鏡陣列8上的每 個聚焦透鏡單元以特定間距縱向排列，與光學準直透鏡陣列3單元一一對應。該光學聚焦 透鏡陣列8通過雷射焊或紫外膠固定在管殼或熱沉1上，用於將直接通過分光稜鏡5的光 信號會聚到光纖陣列9中。
[0029] 光纖陣列9,該光纖陣列9通過雷射焊或紫外膠固定在光纖陣列支架10上，用於耦 合經過光學聚焦透鏡陣列8聚焦後出射的雷射信號，該光纖陣列9接收的每一束雷射信號 與光學聚焦透鏡陣列8中的每一個聚焦透鏡單元相對應。
[0030] 光纖陣列支架10,該光纖陣列支架10可由可閥或石英加工，呈長條形，通過雷射 焊或紫外膠縱向固定在管殼或熱沉1上，用於安放陣列光纖9。
[0031] 需要說明的是，根據封裝器件性能的要求，本實施例中管殼或熱沉1(包括引腳、 光輸入端、電輸入端等，在圖中並未畫出）可以有不同的設計，並不局限於圖中所示；管殼 或熱沉1上各元件的位置應精細調整，以保證光耦合效率最大；半導體光電子集成陣列芯 片2與探測器陣列晶片7應通過引腿或金絲與管殼或熱沉1引腳焊接相連，在圖中沒有畫 出這些連接。
[0032] 至此，已經結合附圖對本發明一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦 合設備進行了詳細描述。依據以上描述，本領域技術人員應當對本發明一種應用於半導體 光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備有了清楚的認識。
[0033] 此外，上述對各元件和方法的定義並不僅限於實施方式中提到的各種具體結構、 形狀或方式，本領域的普通技術人員可對其進行簡單地熟知地替換。
[0034] 綜上所述，本發明一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，可 克服在半導體光電子集成陣列晶片耦合封裝中因微波微帶電路複雜或需雙端光耦合而無 法安置背光探測器陣列晶片的困難，在光耦合部分通過安裝分光稜鏡將一部分光信號引入 探測器陣列晶片中，實現了對半導體光電子器件陣列晶片光信號的實時監測。
[0035] 以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在 本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護 範圍之內。
【權利要求】
1. 一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，該設備包括：半導體光 電子集成陣列晶片，該陣列晶片是單片集成多波長雷射器陣列晶片或是光調製器陣列晶片 或是半導體光放大器陣列晶片，用於輸出雷射信號；導體光電子集成陣列晶片襯底，用於安 放半導體光電子集成陣列晶片；光學準直透鏡陣列，用於將半導體光電子集成陣列晶片輸 出的發散光轉變為平行光；分光稜鏡，用於將經過光學準直透鏡陣列後的平行光分為相互 垂直的兩個傳播方向；分光稜鏡支架，用於安放分光稜鏡；探測器陣列晶片，用於探測經過 分光稜鏡後向下90度轉向的雷射；光學聚焦透鏡陣列，用於將直接通過分光稜鏡的雷射會 聚到光纖陣列中；光纖陣列，用於耦合經過光學聚焦透鏡陣列聚焦後出射的雷射信號；光 纖陣列支架，用於安放和固定光纖陣列。
2. 根據權利要求1所述的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，其特 徵在於，所述半導體光電子集成陣列晶片是單片集成多波長雷射器陣列晶片或是光調製陣 列晶片或是半導體光放大器陣列晶片，其輸出光經過光學準直透鏡陣列後轉變為平行光， 該平行光經過分光稜鏡後，小部分平行光被向下折射90度進入探測器陣列晶片，大部分平 行光進入光學聚焦透鏡陣列，經過光學聚焦透鏡陣列聚焦後，耦合進入光纖陣列。
3. 根據權利要求1所述的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，其特 徵在於，所述光學準直透鏡陣列是以矽或石英為材質的一整體結構的條形透鏡，其中每個 準直透鏡單元以特定間距與所述半導體光電子集成陣列晶片單元一一對應。
4. 根據權利要求1所述的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，其特 徵在於，所述分光稜鏡形狀為一矩形，分光長度與半導體光發射器件陣列晶片出射光區域 相匹配。
5. 根據權利要求1所述的一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備， 其特徵在於，所述分光稜鏡支架由兩平行的條形墊腳組成，兩墊腳的高度保證在分光稜鏡 下方能夠安放探測器陣列晶片。
6. 根據權利要求1所述的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，其特 徵在於，該設備進一步包括管殼或熱沉，所述管殼或熱沉為可閥、鎢銅或陶瓷材料，所述探 測器陣列晶片位於分光稜鏡的下方，通過錫焊固定在管殼或熱沉上，每個探測器陣列晶片 單元所接收的平行光與半導體光電子集成陣列晶片單元一一對應。
7. 根據權利要求1所述的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，其特 徵在於，所述光學聚焦透鏡陣列是以矽或石英為材質的一整體結構的條形透鏡，其中每個 聚焦透鏡單元以特定間距與光學準直透鏡陣列單元一一對應。
8. 根據權利要求1所述的應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備，其特 徵在於，所述半導體光電子集成陣列晶片襯底、光學準直透鏡陣列、分光稜鏡支架、光學聚 焦透鏡陣列、光纖陣列支架通過雷射焊或紫外膠固定在管殼或熱沉上。
9. 根據權利要求1所述的一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設備， 其特徵在於，所述半導體光電子集成陣列晶片通過錫焊固定在半導體光電子集成陣列晶片 襯底上。
10. 根據權利要求1所述的一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設 備，其特徵在於，所述光纖陣列通過雷射焊或紫外膠固定在光纖陣列支架上。
11. 根據權利要求1所述的一種應用於半導體光電子集成陣列晶片封裝的光耦合設 備，其特徵在於，所述分光稜鏡通過雷射焊或紫外膠固定在分光稜鏡支架上。
【文檔編號】G02B6/32GK104122636SQ201410344629
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】王欣, 鄧曄, 劉建國, 祝寧華 申請人:中國科學院半導體研究所