[發明專利]光電探測器PD芯片與光波導芯片的集成裝置

在審

• 申請號: 201710380603.2
• 申請日: 2017-05-25
• 公開（公告）號: CN108931837A
• 公開（公告）日: 2018-12-04
• 發明（設計）人: 朱虎
• 申請（專利權）人: 中興通訊股份有限公司
• 主分類號: G02B6/12
• 分類號: G02B6/12
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 江舟;董文倩

本發明提供了一種光電探測器PD芯片與光波導芯片的集成裝置，包括：光波導芯片，其中，光波導芯片上設有波導，波導的端面上設有光路轉換結構，光路轉換結構用于將在波導的端面上傳輸的光轉換成垂直于光波導芯片的反射光路；PD芯片，其中，PD芯片的光敏面通過膠水倒裝固定在光波導芯片上，且光敏面與反射光路對準。通過本發明，解決了PD芯片與波導混合集成結構復雜、封裝工藝難度大的問題，進而達到了降低光波導芯片成本，使得光路更可靠的效果。

技術領域

本發明涉及通信領域，具體而言，涉及一種光電探測器PD芯片與光波導芯片的集成裝置。

背景技術

近年來，數據通信市場呈現爆發式增長，其對光模塊的需求也日益苛刻。低成本、低功耗、高速率、高封裝密度成為數據通信光器件的基本要求。目前主流的封裝方案都是基于棱鏡、透鏡、濾光片等分立元件，通過復雜的光路設計和繁瑣的耦合對準工藝實現光路整合輸出。但是隨著400G時代的到來，以透鏡，濾光片為代表的空間光學封裝方案幾乎走到了頭。400G封裝尺寸并沒有增加多少，但是光路集成度增加1倍，唯有集成化的封裝方法才能勝任這種挑戰。

集成技術可以將空間光學中的復用、解復用、調制、濾波、衰減、開關等功能在單一芯片中完成，極大地減少了光路復雜度。目前集成技術主要有硅光集成和可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller，簡稱為PLC)混合集成。它們面臨的最大挑戰之一就是光波導與半導體激光器(Laser Diode，簡稱為LD)/光電二極管(Photo Diode，簡稱為PD)之間的耦合。其中光波導與PD的耦合稍微容易，但仍存在一些問題。目前主要光路結構有直接耦合、光路轉角耦合以及倒裝貼片三種方法。

直接耦合一般將PD安裝在陶瓷載體上，豎起來，使其光敏面正對光波導輸出光路，既可以通過視覺無源對準，也可以實時監控PD光電流，做有源對準。專利(授權公告號：CN205176331 U)《一種光波分復用/解復用封裝組件》中，就是采用的這種方法。

光路轉角耦合是將光波導輸出光路轉換90°，使水平光路變成垂直光路，PD安裝在陶瓷基底上水平放置，PD的光敏面與光波導芯片波導轉角光路對準。如專利(授權公告號：CN 102981223 B)《一種光波導芯片與PD陣列的耦合封裝結構》中，將波導前端面加工成近45°全反射面，實現波導到PD的光路耦合。

倒裝貼片耦合工藝是在光波導前端面刻反射鏡，并在光波導表面鍍金屬電極和焊料。如專利(授權公告號：CN 102540365 B)《一種光學集成結構及其制作方法》中，將PD倒裝在無源器件襯底上，并需要在襯底上制作金屬焊盤。由于PD光敏面尺寸數倍于波導尺寸，且遠大于貼片機貼裝精度，利用貼片機機器視即可將PD光敏面朝下，倒裝放置在波導的反射光路上，實現無源對準，對準完成后用焊料將PD固定。

倒裝貼片耦合克服了直接耦合和光路轉角耦合封裝效率低，封裝結構復雜的缺點，但是仍存在不足：第一：此工藝要求波導上刻蝕反射鏡、鍍電極和焊料，也要求PD背面有相應的對準標記和金屬電極，光波導芯片成本將提高2～3倍。第二：刻蝕形成的反射鏡反射光路很難達到理想狀態，比如刻蝕面不平整或波導崩邊，會使得光路散射增大，惡化耦合效率；第三：PD光敏面和波導之間有未填充的空隙，金屬電極碎屑或者灰塵容易進入這個區域，影響可靠性。

針對上述技術問題，相關技術中尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明實施例提供了一種光電探測器PD芯片與光波導芯片的集成裝置，以至少解決相關技術中PD芯片與波導混合集成結構復雜、封裝工藝難度大的問題。

根據本發明的一個實施例，提供了一種光電探測器PD芯片與光波導芯片的集成裝置，包括：光波導芯片，其中，所述光波導芯片上設有波導，所述波導的端面上設有光路轉換結構，所述光路轉換結構用于將在所述波導的端面上傳輸的光轉換成垂直于所述光波導芯片的反射光路；PD芯片，其中，所述PD芯片的光敏面通過膠水倒裝固定在所述光波導芯片上，且所述光敏面與所述反射光路對準。