一種應(yīng)用于光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，包括：管殼或熱沉；半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片；半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底；光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列；分光棱鏡；分光棱鏡支架；探測(cè)器陣列芯片；光學(xué)聚焦透鏡陣列；光纖陣列；光纖陣列支架。本發(fā)明在光耦合部分通過(guò)安裝一個(gè)分光棱鏡將經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列準(zhǔn)直的半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片輸出的部分光信號(hào)引入各自對(duì)應(yīng)的探測(cè)器陣列芯片中，克服了在半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片耦合封裝中因微波微帶電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無(wú)法安置背光探測(cè)器陣列芯片的困難，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片光信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】一種應(yīng)用于光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微波光子學(xué)及光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體說(shuō)是一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子 集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002] 光電子集成技術(shù)是光纖通信最前沿、最有前途的領(lǐng)域，是未來(lái)高速率、大容量信息 網(wǎng)絡(luò)體系中的主體技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)分立的器件，光子集成芯片降低了成本和復(fù)雜性，因而 能以更低的成本構(gòu)建一個(gè)具有更多節(jié)點(diǎn)的全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0003] 單片集成多波長(zhǎng)激光器陣列芯片是實(shí)現(xiàn)高速率數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮诵?，?duì)單片集成多波 長(zhǎng)激光器陣列芯片的耦合封裝顯得尤為重要。通常情況下，需要在半導(dǎo)體激光器芯片背面 安裝探測(cè)器，以監(jiān)測(cè)半導(dǎo)體激光器芯片的發(fā)光情況，從而進(jìn)行反饋控制使之工作在穩(wěn)定狀 態(tài)。對(duì)于一些特定情況，為了滿足通信需要的高頻性能，在單片集成多波長(zhǎng)激光器陣列芯片 背面安置有復(fù)雜的微波微帶電路，此時(shí)沒(méi)有足夠的空間安置背光探測(cè)器。若重新布局微波 微帶電路，不僅過(guò)程復(fù)雜，對(duì)封裝后的單片集成多波長(zhǎng)激光器陣列芯片的高頻性能影響也 很大。此外，對(duì)于需要雙端耦合的半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片如光調(diào)制器陣列芯片、半導(dǎo)體 光放大器陣列芯片等，安置背光探測(cè)器的方案也不再適用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] (一）要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的 光耦合設(shè)備。該設(shè)備能在沒(méi)有足夠空間安置背光探測(cè)器陣列芯片的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)半導(dǎo)體 光電子器件陣列芯片光信號(hào)的監(jiān)測(cè)。
[0006] (二）技術(shù)方案
[0007] 本發(fā)明一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，該陣列光耦合 設(shè)備包括：一管殼或熱沉；一半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片，該陣列芯片可以是單片集成多 波長(zhǎng)激光器陣列芯片或是光調(diào)制器陣列芯片或是半導(dǎo)體光放大器陣列芯片，用于輸出激光 信號(hào)；一半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底，用于安放半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片；一光學(xué) 準(zhǔn)直透鏡陣列，用于將半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片輸出的發(fā)散光轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄?；一分光?鏡，用于將經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列后的平行光分為相互垂直的兩個(gè)傳播方向；一分光棱鏡 支架，用于安放分光棱鏡；一探測(cè)器陣列芯片，用于探測(cè)經(jīng)過(guò)分光棱鏡后向下90度轉(zhuǎn)向的 激光；一光學(xué)聚焦透鏡陣列，用于將直接通過(guò)分光棱鏡的激光會(huì)聚到光纖陣列中；一光纖 陣列，用于耦合經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦透鏡陣列聚焦后出射的激光信號(hào)；一光纖陣列支架，用于安放 和固定光纖陣列。
[0008] (三）有益效果
[0009] 利用本發(fā)明提出的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，可克服 在半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片耦合封裝中因微波微帶電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無(wú)法安 置背光探測(cè)器陣列芯片的困難，通過(guò)在光耦合部分安裝一個(gè)分光棱鏡將經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡 陣列準(zhǔn)直的半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片輸出的部分光信號(hào)引入各自對(duì)應(yīng)的探測(cè)器陣列芯 片中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片光信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō) 明，其中：
[0011] 圖1是本發(fā)明一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備的示意 圖。
[0012] 圖2是本發(fā)明中探測(cè)器陣列芯片安放位置示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014] 本發(fā)明提出一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，圖1為該 設(shè)備的示意圖，圖2為探測(cè)器陣列芯片安放位置示意圖。在圖1和圖2中，各附圖標(biāo)記的含 義如下：
[0015] 1-管殼或熱沉； 2-半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片；
[0016] 3-光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列； 4-半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底；
[0017] 5-分光棱鏡； 6-分光棱鏡支架；
[0018] 7-探測(cè)器陣列芯片； 8-光學(xué)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(fā)明提出的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合 設(shè)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(dǎo)體光電子集成陣列芯片2,該半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片2可以是單片集成 多波長(zhǎng)激光器陣列芯片或是光調(diào)制器陣列芯片或是半導(dǎo)體光放大器陣列芯片，通過(guò)錫焊固 定在半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底4上，用于輸出激光信號(hào)。其中各個(gè)芯片單元依次縱 向等間隔排列，間距與數(shù)量根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定，在芯片制作工藝允許的情況下，可以為任意 值，并不局限于圖1所示的五個(gè)。
[0023] 半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底4,該半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底4為長(zhǎng)條 形，通過(guò)焊錫或銀膠縱向固定在管殼或熱沉1上，用于安放半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片2。
[0024] 光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列3,該光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列3是以硅或石英為材質(zhì)的一整體結(jié)構(gòu) 的條形透鏡，該光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列3外部可做金屬外套用于保護(hù)和焊接，其中該整體的條 形透鏡上包括多個(gè)準(zhǔn)直透鏡單元，準(zhǔn)直透鏡單元的數(shù)量與半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片單元 的數(shù)量相同。各個(gè)準(zhǔn)直透鏡單元也是等間距縱向排列，間距與半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片 單元的排列間隔相同，保證半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片2中各個(gè)芯片單元和準(zhǔn)直透鏡單元 進(jìn)行相對(duì)，二者之間的連線是水平方向的，也就是各個(gè)準(zhǔn)直透鏡單元以特定間距縱向排列， 與半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片2單元一一對(duì)應(yīng)。該光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列3通過(guò)激光焊或紫外 膠固定在管殼或熱沉1上，用于將半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片2輸出的發(fā)散光轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫?光。
[0025] 分光棱鏡5,該分光棱鏡5為石英或玻璃材質(zhì)，該分光棱鏡5形狀為一矩形，分光長(zhǎng) 度與半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片2出射光區(qū)域相匹配，通過(guò)激光焊或紫外膠固定在分光棱 鏡支架6上，用于將經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列后的光信號(hào)分為相互垂直的兩個(gè)傳播方向，大 部分光按原方向直接通過(guò)該分光棱鏡5,另一小部分光向下轉(zhuǎn)向90度入射到位于分光棱鏡 5下方的探測(cè)器陣列芯片7中。
[0026] 分光棱鏡支架6,該分光棱鏡支架6可由可閥或石英加工，通過(guò)激光焊或紫外膠固 定在管殼或熱沉1上，用于安放分光棱鏡5,該分光棱鏡支架6由兩平行的條形墊腳組成，兩 墊腳的高度應(yīng)足以保證在分光棱鏡5的下方可以安放探測(cè)器陣列芯片7。
[0027] 探測(cè)器陣列芯片7,該探測(cè)器陣列芯片7通過(guò)錫焊或銀膠固定在管殼或熱沉1上， 位于分光棱鏡5的下方，該探測(cè)器陣列芯片7接收的是經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列3準(zhǔn)直的部 分平行光，每個(gè)探測(cè)器陣列芯片單元等間距縱向排列，間距與半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片 單元的排列間隔相同，所接收的平行光與半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片2單元一一對(duì)應(yīng)。
[0028] 光學(xué)聚焦透鏡陣列8,該光學(xué)聚焦透鏡陣列8是以硅或石英為材質(zhì)的一整體結(jié)構(gòu) 的條形透鏡，該光學(xué)聚焦透鏡陣列外部可做金屬外套用于保護(hù)和焊接，該光學(xué)聚焦透鏡陣 列8結(jié)構(gòu)與光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列類似，由多個(gè)聚焦透鏡單元組成，聚焦透鏡單元的數(shù)量與半 導(dǎo)體光電子器件陣列芯片單元的數(shù)量相同。各個(gè)聚焦透鏡單元也是等間距縱向排列，間距 與半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片單元的排列間隔相同。也就是，光學(xué)聚焦透鏡陣列8上的每 個(gè)聚焦透鏡單元以特定間距縱向排列，與光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列3單元一一對(duì)應(yīng)。該光學(xué)聚焦 透鏡陣列8通過(guò)激光焊或紫外膠固定在管殼或熱沉1上，用于將直接通過(guò)分光棱鏡5的光 信號(hào)會(huì)聚到光纖陣列9中。
[0029] 光纖陣列9,該光纖陣列9通過(guò)激光焊或紫外膠固定在光纖陣列支架10上，用于耦 合經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦透鏡陣列8聚焦后出射的激光信號(hào)，該光纖陣列9接收的每一束激光信號(hào) 與光學(xué)聚焦透鏡陣列8中的每一個(gè)聚焦透鏡單元相對(duì)應(yīng)。
[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(zhǎng)條形，通過(guò)激光 焊或紫外膠縱向固定在管殼或熱沉1上，用于安放陣列光纖9。
[0031] 需要說(shuō)明的是，根據(jù)封裝器件性能的要求，本實(shí)施例中管殼或熱沉1(包括引腳、 光輸入端、電輸入端等，在圖中并未畫出）可以有不同的設(shè)計(jì)，并不局限于圖中所示；管殼 或熱沉1上各元件的位置應(yīng)精細(xì)調(diào)整，以保證光耦合效率最大；半導(dǎo)體光電子集成陣列芯 片2與探測(cè)器陣列芯片7應(yīng)通過(guò)引腿或金絲與管殼或熱沉1引腳焊接相連，在圖中沒(méi)有畫 出這些連接。
[0032] 至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦 合設(shè)備進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)本發(fā)明一種應(yīng)用于半導(dǎo)體 光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備有了清楚的認(rèn)識(shí)。
[0033] 此外，上述對(duì)各元件和方法的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)、 形狀或方式，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單地熟知地替換。
[0034] 綜上所述，本發(fā)明一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，可 克服在半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片耦合封裝中因微波微帶電路復(fù)雜或需雙端光耦合而無(wú) 法安置背光探測(cè)器陣列芯片的困難，在光耦合部分通過(guò)安裝分光棱鏡將一部分光信號(hào)引入 探測(cè)器陣列芯片中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)半導(dǎo)體光電子器件陣列芯片光信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0035] 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在 本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，該設(shè)備包括：半導(dǎo)體光 電子集成陣列芯片，該陣列芯片是單片集成多波長(zhǎng)激光器陣列芯片或是光調(diào)制器陣列芯片 或是半導(dǎo)體光放大器陣列芯片，用于輸出激光信號(hào)；導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底，用于安 放半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片；光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列，用于將半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片輸 出的發(fā)散光轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄猓环止饫忡R，用于將經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列后的平行光分為相互 垂直的兩個(gè)傳播方向；分光棱鏡支架，用于安放分光棱鏡；探測(cè)器陣列芯片，用于探測(cè)經(jīng)過(guò) 分光棱鏡后向下90度轉(zhuǎn)向的激光；光學(xué)聚焦透鏡陣列，用于將直接通過(guò)分光棱鏡的激光會(huì) 聚到光纖陣列中；光纖陣列，用于耦合經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦透鏡陣列聚焦后出射的激光信號(hào)；光 纖陣列支架，用于安放和固定光纖陣列。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，其特 征在于，所述半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片是單片集成多波長(zhǎng)激光器陣列芯片或是光調(diào)制陣 列芯片或是半導(dǎo)體光放大器陣列芯片，其輸出光經(jīng)過(guò)光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列后轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄猓?該平行光經(jīng)過(guò)分光棱鏡后，小部分平行光被向下折射90度進(jìn)入探測(cè)器陣列芯片，大部分平 行光進(jìn)入光學(xué)聚焦透鏡陣列，經(jīng)過(guò)光學(xué)聚焦透鏡陣列聚焦后，耦合進(jìn)入光纖陣列。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，其特 征在于，所述光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列是以硅或石英為材質(zhì)的一整體結(jié)構(gòu)的條形透鏡，其中每個(gè) 準(zhǔn)直透鏡單元以特定間距與所述半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片單元一一對(duì)應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，其特 征在于，所述分光棱鏡形狀為一矩形，分光長(zhǎng)度與半導(dǎo)體光發(fā)射器件陣列芯片出射光區(qū)域 相匹配。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備， 其特征在于，所述分光棱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棱鏡 下方能夠安放探測(cè)器陣列芯片。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，其特 征在于，該設(shè)備進(jìn)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(cè)器陣列芯片位于分光棱鏡的下方，通過(guò)錫焊固定在管殼或熱沉上，每個(gè)探測(cè)器陣列芯片 單元所接收的平行光與半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片單元一一對(duì)應(yīng)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，其特 征在于，所述光學(xué)聚焦透鏡陣列是以硅或石英為材質(zhì)的一整體結(jié)構(gòu)的條形透鏡，其中每個(gè) 聚焦透鏡單元以特定間距與光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列單元一一對(duì)應(yīng)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備，其特 征在于，所述半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片襯底、光學(xué)準(zhǔn)直透鏡陣列、分光棱鏡支架、光學(xué)聚 焦透鏡陣列、光纖陣列支架通過(guò)激光焊或紫外膠固定在管殼或熱沉上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè)備， 其特征在于，所述半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片通過(guò)錫焊固定在半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片 襯底上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè) 備，其特征在于，所述光纖陣列通過(guò)激光焊或紫外膠固定在光纖陣列支架上。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)用于半導(dǎo)體光電子集成陣列芯片封裝的光耦合設(shè) 備，其特征在于，所述分光棱鏡通過(guò)激光焊或紫外膠固定在分光棱鏡支架上。
【文檔編號(hào)】G02B6/32GK104122636SQ201410344629
【公開(kāi)日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年7月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月18日
【發(fā)明者】王欣, 鄧曄, 劉建國(guó), 祝寧華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所