[发明专利]一种光波导芯片与PD阵列的耦合封装结构

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种光波导芯片和PD(Photo-Diode光电二极管)阵列耦合封装结构，本发明属于通信领域。

 

背景技术

随着高速信息化技术的发展，集成光学器件的发展已成为未来光通信、光计算、光传感等各领域交错发展的必然趋势。随着信息容量不断变大，其传输速率也不断提高，这样对系统中器件的集成度和稳定性要求也不断提高。高速光通信的发展越来越迅速，其中一个很重要的特点是器件集成度提高，光电子集成技术将更广泛的应用在系统中。100G光通信中采用PM-QPSK调制，PM-QPSK是一种偏振的复用及相位的调制，其接收机的电速率达25Gbps。因为光探测器的带宽与半导体材料内载流子穿越时间和信号处理电路响应时间有关，所以与低速PD相比高速PD光电探测器具有更小的穿越时间，其光敏面也更小，其对准操作的难度也更大，同时对光斑的相对位置偏离也更敏感。这样，保证接收机的整体稳定性，同时提升其生产效率也就尤为重要。

影响接收机稳定性的外界因素主要是周围环境温度的变化，如何减少环境温度对接收机性能的影响成为接收机制作过程中需要克服的一个难题。由于器件选用的材料，结构或制造封装工艺方面存在着某些缺陷和不足，不同的材料的热膨胀冷缩造成器件内部结构的变化，引起内部光路的某些变动或偏离，这种变动或偏离可能是可逆的，也有可能是永久的，这取决于材料、结构、工艺等多种因素。这样，我们就需要一个方法来消除这种偏离，使耦合结构稳定。

在光学接收机中，光信号经过波导芯片进入PD中实现光到电的转换，光信号从波导芯片到PD的耦合设计是光学接收机中一个关键技术，它直接影响到接收机的插入损耗、共模抑制比、回波损耗等性能指标。而通常在光电子器件进行光信号耦合过程中，我们并不会考虑温度对光电器件性能的影响。器件在常温下能够正常工作，如果把光电子器件应用在较宽的温度范围内，波导芯片和PD的相对位置就有可能发生偏移，这样就会大大降低耦合效率，同时会影响后续电路中电信号的输出结果，更严重的可能导致产品不合格。

在文章“Packaging for a 40 channel Parallel Optical Interconnection Module with An Over 25 Gbit/s Throughput”中，作者提出了一种波导芯片与PD阵列耦合封装结构，这种结构在-5～75度温度范围内，由于各个材料膨胀系数不同，波导芯片与PD阵列的相对位置最大发生微米级别的偏差，位置的偏差将直接导致耦合效率下降，甚至会影响到整个模块的正常工作。基于上述的系统稳定性要求和实际样品缺陷，我们经过长时间的研究和实验，终于找到了解决的办法。

 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的技术问题，提出了一种具有改善了温度特性及良好机械稳定性的光波导芯片和PD(Photo-Diode光电二极管)阵列耦合封装结构 。

本发明所采用的技术方案是：

 一种光波导芯片和PD阵列的耦合封装装置，所述的耦合封装装置包括有底板、设置在底板上的波导支撑架、固定于波导支撑架上的波导芯片、设置在底板上的基板； 所述的波导芯片由衬底、下包层、供光信号传输的芯层、上包层所构成，其输出端面设置成具有倾斜角度且其上镀有全反射薄膜的斜面，其衬底背面设置有第三标识线面；所述的基板上分别设置有第一标识线面和第二标识线面，其第一标识线面处粘接有光敏面向上的PD阵列，其第二标识线面处粘接有开口向上的U型垫块，所述U型垫块的槽宽与波导芯片的宽度相同；所述的波导芯片以其第三标识线面同所述第二标识线面宽度相对应贯穿设置于所述U型垫块的U型槽内且位于所述PD阵列的正上方。

所述第三标识线面与波导芯片斜边边缘距离L为：L=x1+L1-h1*tan(90-2*A)；式中：x1为PD阵列光敏面光敏面位置距第一标识线面的右侧标识线距离，L1为第一标识线面与第二标识线面之间的间距，h1为波导芯片与PD阵列之间的高度差，A为波导芯片输出端面的倾斜角度。

所述的波导芯片输出端面的倾斜角A为：40°<A<43°或者47°<A<50°。

所述的U型垫块的U型槽高度h为：h>x3+x2；式中：x3为波导芯片的最大振幅，x2为PD阵列的高度。

所述的全反射薄膜为多层介质氧化物薄膜或者是溅射的金属膜。

所述U型垫块的材质为石英。

所述的波导芯片与波导支撑架之间由硅橡胶粘接。