CN102081192B - 用于阵列波导光栅芯片的切缝方法 - Google Patents

Abstract

一种用于阵列波导光栅芯片的切缝方法是：芯片开槽：首先设定AWG芯片有图形的一面为正面，在预备切缝的AWG芯片切缝位置处的背面，用刀片开一个第一凹槽，所述第一凹槽位置为AWG芯片罗兰圆或阵列波导或者输入输出波导处背面，对应于AWG芯片切缝位置；芯片粘接：将开完凹槽的芯片粘接在一块基板上，所述基板材料的热膨胀系数小于芯片的热膨胀系数；芯片切缝：在所述第一凹槽所对应的芯片的正面，采用刀片对芯片表面沿着第一凹槽中间位置的平行方向进行切缝，形成表面细缝。本发明减小了芯片切缝处崩边，并有效降低了芯片的插入损耗，保证切割后缝的内侧壁光滑平整。

Description

用于阵列波导光栅芯片的切缝方法

技术领域

本发明涉及一种用于阵列波导光栅芯片的切缝方法。特别是涉及一种能够减小芯片切缝处崩边，并实现有效降低芯片插入损耗的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法。

背景技术

光密集波分复用(DWDM)加光纤放大器(EDFA)的高速、大容量光纤传输系统已经成为包括中国在内的世界各国光纤网络建设的首选方案。作为建设大容量光传输网的最佳手段，DWDM技术已获得长足发展。在DWDM系统中，从多波长激光器或激光器阵列中发出的单波长多路信号经调制后进入复用器，进行合波，形成一路多波长信号，经光纤放大器对光信号放大后进入光纤干路进行长距离传输。在接收端，多波长信号进入解复用器，然后按波长分成多路信号进入探测器，完成整个DWDM系统的功能。从上面的结构论述可知，复用器和解复用器是DWDM系统中的关键器件，目前能够完成此功能的器件主要有AWG，薄膜滤光片和光纤光栅。从目前市场和技术上来看，AWG(阵列波导光栅)和薄膜滤光片占绝对主导地位，但由于AWG是被制作在硅片上的，硅的折射率随温度的变化而改变，从而导致AWG的各个通道的波长随温度而变化。为了使AWG在通信系统中工作时保持稳定的ITUI波长，必须给它加热，使它在固定的高温度下工作，一般的温度为50-80摄氏度。给AWG加热不仅带来成本上的增加，而且对AWG本身的稳定性也有不良影响。为了解决这个问题，人们提出了许多无热AWG的方案，但输入平板波导(SLAB)移动的方法是目前商用方案之一：根据AWG的工作原理，当输入平板波导被一分为二(称为A部分和B部分)，且二者之间相互平行移动时，会导致AWG各个通道的波长的变化。设A部分相对B部分平行向左方向移动时，AWG通道波长变小，则反之变大。当温度升高时，AWG的各个通道波长向长波方向移动，这时通过自动调节装置，使A部分相对B部分平行向左方向移动，使AWG的通道波长变小，从而补偿由温度引起的波长的变大，最终实现波长的不变。当温度降低时A部分相对B部分平行向右方向移动即可。

当然，从AWG原理上讲，实现上述无热AWG方案，可以将输入平板波导物理上分为两部分，也可以将阵列波导或输出平板波导物理上分成两个部分或多个部分，然后再相互之间平行移动，实现AWG的波长温度自动补偿。

无论上述何种方案，都需要将AWG芯片从物理上切开而分成两部分或多部分。AWG芯片是在硅片上制作的芯片，如图1所示，是很多厂家选择的AWG掩膜板图形，其优点在于最大限度地利用了掩膜板衬底的空间，有利于降低芯片成本。并可以通过曲线切割技术，将每一个AWG图形切割下来使用。硅片厚度500～1000um，在硅片的正面沉积上二氧化硅薄膜，大约60微米厚，AWG芯片图案就制作在这60微米厚的二氧化硅里面。对于AWG芯片的切缝，主要关注对这60微米薄膜的切缝。另外，AWG芯片在被切缝前，需要粘接在基板上，如图2所示。以保证在切缝后AWG芯片图案的完整性，从而保证AWG芯片的功能基本不变。

目前市场上用于切割AWG芯片的方法很多，如激光切割，水切，圆形刀片切割等。为了在厚度500-1000微米左右的硅基芯片上切缝，并且保证切断。市场上商用切割机通常会采用切割深度较深的金刚石圆形刀片。且这类型的刀片的厚度，典型值为30um。但用这样的刀片切断AWG芯片，缝的宽度典型值超过40um，比预计期望达到的值要宽很多，直接导致芯片的插入损耗增加较多。

为了保证在AWG芯片上切缝后的芯片指标，对切缝主要有如下技术要求：缝的宽度要窄，一般要求在30微米之内，这样才能保证芯片的损耗不显著增加；缝内侧要光滑平整，不能有太多或较大的缺口或崩边。如何实现符合上述要求的AWG芯片切缝技术，没有文献或专利报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种减小芯片切缝处崩边，并实现有效降低芯片插入损耗，保证切割后缝的内侧壁光滑平整的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法。

本发明所采用的技术方案是：一种用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，包括如下步骤：

1)芯片开槽：首先设定阵列波导光栅芯片有图形的一面为正面，在预备切缝的阵列波导光栅芯片切缝位置处的背面，用刀片开一个第一凹槽，所述第一凹槽位置为阵列波导光栅芯片罗兰圆或阵列波导或者输入输出波导处背面，对应于阵列波导光栅芯片切缝位置，所述的第一凹槽的槽宽度大于芯片切缝缝宽；

2)芯片粘接：将开完凹槽的芯片粘接在一块基板上，所述基板材料的热膨胀系数小于芯片的热膨胀系数。

3)芯片切缝：在所述第一凹槽所对应的芯片的正面，采用刀片对芯片表面沿着第一凹槽中间位置的平行方向进行切缝，形成表面细缝。

所述的第一凹槽的深度是芯片厚度的L倍，其中，1/10＜L＜1。

所述的第一凹槽的最佳槽宽度是500～1500um。

所述的第一凹槽的深度与第一凹槽的宽度之比为M∶N，其中1＜M＜5，5＜N＜10。

所述的基板的材料是硅片或者玻璃片或者陶瓷片或者金属片。

所述的基板上在与所粘接的阵列波导光栅芯片上的细缝相对应处开有一个第二凹槽，所述第二凹槽与所述第一凹槽上下相对平行设置，且第一凹槽位于第二凹槽的中间部分。

所述的芯片上表面的细缝位置处覆盖并且粘接有盖片。

所述的盖片是玻璃盖片或者是硅片。

步骤3中所述的在芯片正表面上所切的缝还包括是具有一定倾斜角度的细缝，所述的细缝的角度是0-90°范围内的任一倾斜角度。

本发明的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，减小了芯片切缝处崩边，并有效降低了芯片的插入损耗，保证切割后缝的内侧壁光滑平整。具有如下特点：

1、在芯片背面开凹槽，使对应于凹槽正面的芯片局部厚度减薄，可以使用更为精细的、刀缝更薄的刀片对芯片表面切缝。从而实现窄小的切缝宽度，使得切缝后带来的插入损耗更小。

2、在芯片背面开凹槽，可以防止切割过程中刀片直接接触基板，而可能带来的刀片崩裂，以及切缝过程中芯片出现崩坏。

附图说明

图1是衬底上AWG芯片图形分布；

图2是粘接基板的AWG芯片；

图3是本发明公开的一实施例的结构示意图；

图4是图3中沿垂直切缝的截面图；

图5是本发明公开的第二实施例的结构示意图；

图6是本发明公开的第三实施例的结构示意图；

图7是本发明公开的第四实施例的结构示意图。

其中：

1：芯片            2：基板

3、3″：细缝       4：盖片

5：第一凹槽        6：第二凹槽

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法做出详细说明。

本发明的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，如图3、图4所示，包括如下步骤：

1)芯片开槽：首先设定AWG芯片1有图形的一面为正面，在预备切缝的AWG芯片1切缝位置处的背面，切缝位置可以是AWG芯片的输入端、输出端、阵列波导光栅以及罗兰园部分的背面，用刀片开一个第一凹槽5，所述第一凹槽5开至AWG芯片1罗兰圆或者阵列波导、输入输出波导处背面，对应于AWG芯片切缝位置。

所述第一凹槽5的深度可以根据芯片厚度不同进行设置，开凹槽深度太深会带来芯片切缝过程中的崩裂或崩坏，太浅会无法达到芯片减薄的效果，第一凹槽5的深度位置最佳范围可以是芯片厚度的L倍，其中1/10＜L＜1，第一凹槽5的槽宽度大于30um；所述的第一凹槽5的宽度大于芯片切缝缝宽，最佳槽宽度是500～1500um。凹槽宽度过窄或者过宽，同样也可能导致芯片在正表面切细缝过程中出现崩裂或者崩坏，为了保证芯片1不容易折断，所述第二凹槽5的深度和所述凹槽宽度可以具有一个适合的比例，所述的第一凹槽5的深度与第一凹槽5的宽度之比为M∶N，其中1＜M＜5，5＜N＜10。

2)芯片粘接：将开完凹槽的芯片1粘接在一块基板2上，所述的基板2的材料是硅片或者玻璃片或者陶瓷片或者金属片，材料的热膨胀系数小于芯片的热膨胀系数；

3)芯片切缝：在所述第一凹槽5所对应的芯片的上表面，采用刀片对芯片表面沿着第一凹槽5中间位置的平行方向进行切缝，形成表面细缝3。所述表面细缝3的位置位于第二凹槽5对应的芯片表面中间位置。

由于第二凹槽5可以将位于第一凹槽位置的AWG芯片局部厚度减薄，在局部厚部减薄的位置进行切缝操作，可以使用更为精细的、刀缝更薄的刀片对芯片表面切缝，从而实现窄小的切缝宽度，可以很容易实现切至30um以内宽度范围的细缝，使得切缝后的AWG芯片插入损耗很小。在AWG芯片背面开凹槽，还可以防止切割过程中刀片直接接触基板使刀片崩裂，以及切缝过程中AWG芯片出现崩坏。

如图5所示，在本发明的上述方法中还可以包括：在所述的基板2上在与所粘接的AWG芯片1上的细缝3相对应处开有一个第二凹槽6，所述第二凹槽6与所述第一凹槽5上下相对平行设置，并保证芯片上的第一凹槽5位于基板上的第二凹槽6的中间部分。基板上所开第二凹槽6可以防止由于AWG芯片背面凹槽过浅而造成的AWG芯片粘接过程中，部分胶黏附于AWG芯片背面凹槽里，防止之后芯片切缝中可能出现的AWG芯片或者刀片损坏，另外也保证了AWG芯片与基板之间粘接胶的均匀性。

如图6所示，在本发明的上述方法中还可以在切缝步骤之前，在所述的芯片1上表面的细缝3位置处覆盖并且粘接有盖片4。所述的盖片4是玻璃盖片或者是硅片。所述盖片作用是用于降低由于芯片背面开凹槽而导致的表面切缝可能带来的芯片崩边以及崩裂状况。

如图7所示，还可以在所述的AWG芯片1开第二凹槽5处的正表面上切出具有一定倾斜角度的细缝3″，所述细缝3″角度可以是0-90度之间的任一角度，其目的是用于满足特殊的应用需求，如：细缝内需要插入非正入射的半波片，用来消除光的偏振相关性等。

Claims (9)

1.一种用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)芯片开槽：首先设定阵列波导光栅芯片(1)有图形的一面为正面，在预备切缝的阵列波导光栅芯片(1)切缝位置处的背面，用刀片开一个第一凹槽(5)，所述第一凹槽(5)位置为阵列波导光栅芯片罗兰圆或阵列波导或者输入或输出波导处背面，对应于阵列波导光栅芯片切缝位置，所述的第一凹槽(5)的槽宽度大于芯片切缝缝宽；

2)芯片粘接：将开完凹槽的芯片(1)粘接在一块基板(2)上，所述基板材料的热膨胀系数小于芯片的热膨胀系数；

3)芯片切缝：在所述第一凹槽(5)所对应的芯片的正面，采用刀片对芯片表面沿着第一凹槽(5)中间位置的平行方向进行切缝，形成表面细缝(3)。

2.根据权利要求1所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，所述的第一凹槽(5)的深度是芯片厚度的L倍，其中，1/10＜L＜1。

3.根据权利要求1所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，所述的第一凹槽(5)的最佳槽宽度是500～1500um。

4.根据权利要求1所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，所述的第一凹槽(5)的深度与第一凹槽(5)的宽度之比为M∶N，其中1＜M＜5，5＜N＜10。

5.根据权利要求1所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，所述的基板(2)的材料是硅片或者玻璃片或者陶瓷片或者金属片。

6.根据权利要求1所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，所述的基板(2)上在与所粘接的阵列波导光栅芯片(1)上的细缝(3)相对应处开有一个第二凹槽(6)，所述第二凹槽(6)与所述第一凹槽(5)上下相对平行设置，且第一凹槽(5)位于第二凹槽(6)的中间部分。

7.根据权利要求1所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，所述的芯片(1)上表面的细缝(3)位置处覆盖并且粘接有盖片(4)。

8.根据权利要求8所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，所述的盖片(4)是玻璃盖片或者是硅片。

9.根据权利要求1所述的用于阵列波导光栅芯片的切缝方法，其特征在于，步骤3中所述的在芯片(1)正表面上所切的缝还包括是具有一定倾斜角度的细缝(3″)，所述的细缝(3″)的角度是0-90°范围内的任一倾斜角度。

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