CN105607196B - 一种光学芯片、制备方法及应用该光学芯片的光互连模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种光学芯片、制备方法及应用该光学芯片的光互连模块，其中的光学芯片包括：基板，包括第一表面和与所述第一表面相垂直的第二表面；至少一个光学单元，设置在所述第一表面；以及，至少一个焊盘组，设置在所述第二表面，其中的每个焊盘组与一个所述光学单元电连接。本发明实施例提供的光学芯片、制备方法及应用该光学芯片的光互连模块，解决了现有光学芯片的装配结构复杂、光耦合实现难度大的问题。

Description

一种光学芯片、制备方法及应用该光学芯片的光互连模块

技术领域

本发明涉及光电互连技术领域，具体涉及一种光学芯片、制备方法及应用该光学芯片的光互连模块。

背景技术

数据中心和服务器机房需要使用大量中短距离(小于300m)的光互连传输产品，此类产品的核心部件包括一个光学芯片(例如，激光器发光芯片或探测器芯片)和与该光学芯片电连接的集成芯片(例如，激光器驱动芯片或探测器放大芯片)。图1所示为现有技术中的一种光学芯片的结构示意图。如图1所示，该光学芯片包括光学单元11(例如，发光单元或探测单元)、金属线12和焊盘13，其中光学单元11和焊盘13位于同一平面内。该光学芯片在装配使用时，一般需要首先通过焊盘13固定在一个转接板上，再进一步通过该转接板上的金属布线层和焊盘实现与集成芯片之间的电连接。

在现有光互连模块的结构设计中，为了避免光纤弯曲以实现整个产品的小型化，光学芯片可与外接光纤平行设置。为了使得光纤与光学芯片之间能够形成光学通路，有两种现有的方法来实现光路的90度转向。一种是采用45度光反射镜实现光路的90度转向(如美国专利US 7543994 B2)，然而这会使得装配难度增加，同时增加的光学部件会引起额外的损耗，导致光耦合效率降低。虽然可将光纤端部裸露纤芯被加工成45°光学平面(如中国专利ZL03128028.5)，然而这需要光纤端面研磨和角度控制，同时耦合效率也没有光纤端面直接耦合高。另一种方法是利用柔性印制电路板的可绕折特性，将柔性印制电路板弯折90度，实现电路的90度转向(如美国专利US 6712527 B1)，但柔性印制电路板的制作成熟度还远不及刚性印制电路板，目前柔性印制电路板的层数不多(2-4层)，板材的高频特性也没有刚性板材好，价格较贵，成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光学芯片、制备方法及应用该光学芯片的光互连模块，解决了现有光学芯片的装配结构复杂、光耦合实现难度大的问题。

本发明一实施例提供了一种光学芯片，包括基板，包括第一表面和与所述第一表面相垂直的第二表面；

至少一个光学单元，设置在所述第一表面；以及，

至少一个焊盘组，设置在所述第二表面，其中的每个焊盘组与一个所述光学单元电连接。

进一步地，所述至少一个光学单元为发光单元或光电探测单元。

进一步地，所述焊盘组包括两个焊盘，分别用作所述光学芯片的阴极和阳极。

本发明一实施例提供一种制备权利要求1所述光学芯片的方法，包括：

制备或获取基板，所述基板包括第一表面和与所述第一表面相垂直的第二表面，所述第一表面上制备有至少一个光学单元；

在所述第一表面上刻蚀与所述至少一个光学单元分别一一对应的至少一个盲孔组；

在所述第一表面上制备金属布线层，并在所述至少一个盲孔组中填充金属材料，其中每个光学单元通过所述金属布线层与一个所述盲孔组中填充的金属材料电连接；以及，

沿与所述第二表面相平行的方向刻蚀所述基板，以露出所述至少一个盲孔组中填充的金属材料。

进一步地，所述在所述第一表面上制备金属布线层，并在所述至少一个盲孔组中填充金属材料包括：

在所述第一表面制备光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的第一表面形成金属布线层图案，并裸露出所述至少一个盲孔组；以及，

采用金属溅射工艺填充所述第一表面裸露的部分和所述至少一个盲孔组，然后去除所述光刻胶层。

进一步地，所述第一表面上制备有至少一个光学单元包括：所述第一表面上制备有呈阵列布置的至少一个光学单元；其中，

在所述第一表面上刻蚀与所述至少一个光学单元分别一一对应的至少一个盲孔组包括：将相邻两列光学单元所对应的所有盲孔呈平行的两列设置；以及，沿与所述第二表面相平行的方向刻蚀所述基板包括：刻蚀掉每相邻两列盲孔之间的基板部分。

本发明一实施例提供一种光互连模块，包括：

光学芯片，采用如前所述的光学芯片结构，其中的每个光学单元与一根外接光纤光学耦合；以及，

集成芯片，所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组电连接。

进一步地，所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组电连接包括：

所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组采用金属绑定线实现电连接；或，

所述集成芯片倒装在所述光学芯片的至少一个焊盘组上；或，

所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组直接采用焊盘键合的方式实现电连接。

进一步地，所述光学芯片为发光芯片，所述集成芯片为激光器驱动芯片；或，

所述光学芯片为探测器芯片，所述集成芯片为探测器放大芯片。

进一步地，所述光互连模块进一步包括：光纤固定块，所述光学固定块包括至少一个光纤通道，其中的每个光纤通道呈V型槽形状，用于固定一根外接光纤。

本发明实施例提供的一种光学芯片、制备方法及应用该光学芯片的光互连模块，该光学芯片在装配使用时可被立着设置在产品的电路板上，这样第一表面与外接光纤垂直，第一表面上的光学单元可直接与外接光纤实现耦合，光耦合实现难度低。此外，由于焊盘所在的平面与光学单元所在的平面相互垂直，焊盘处于与产品电路板相平行的第二表面，使得该光学芯片与集成芯片之间的电连接更为便利，避免了在转接板上进行额外的电路设计，简化了装配结构，提高了可靠性。

附图说明

图1所示为现有技术中的一种光学芯片的结构示意图。

图2a所示为本发明一实施例提供的光学芯片的结构俯视图。

图2b所示为图2a所示光学芯片的结构正视图。

图3所示为本发明一实施例提供的一种光互连模块的结构示意图。

图4a～图4d所示为本发明一实施例提供的光学芯片的制备过程的分解示意图。

图5a～图5d所示为本发明另一实施例提供的光学芯片的制备过程的分解示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2a所示为本发明一实施例提供的光学芯片的结构俯视图。图2b所示为图2a所示光学芯片的结构正视图。如图2a和2b所示，该光学芯片1包括：基板10、至少一个光学单元11(图中2a和2b示出4个)和至少一个焊盘组13(图2a和2b中示出4个焊盘组13，每个焊盘组13包括两个焊盘)。

基板10包括第一表面A和与第一表面A相垂直的第二表面B。至少一个光学单元11设置在第一表面A。至少一个焊盘组13设置在第二表面B，其中的每个焊盘组13与一个光学单元11电连接。在本发明一实施例中，每个焊盘组13可通过第一表面A上的金属布线层12与一个光学单元11实现电连接。

应当理解，上述的每个焊盘组13是与一个光学单元11相对应的，但焊盘组13的数量和光学单元11的数量可根据所要实现的光互连结构而调整，本发明对焊盘组13和光学单元11的数量不做限定。此外，一个焊盘组13中所具体包括的焊盘数量也同样不受限定。例如，在一实施例中，每个焊盘组13可仅包括两个焊盘，分别用作该光学单元的阴极和阳极。

图3所示为本发明一实施例提供的一种光互连模块的结构示意图。从图3中可以看出，该光互连模块包括：本发明实施例所提供的光学芯片1，以及与该光学芯片1电连接的集成芯片2。应当理解，该光互连模块中光学芯片1和集成芯片2的数量可根据模块实际需求确定，因此本发明对该光互连模块中光学芯片1和集成芯片2的具体数量不做具体限定。

光学芯片1中的每个光学单元11与一根外接光纤3光学耦合，集成芯片2与光学芯片1上的至少一个焊盘组13电连接。应当理解，本发明实施例所提供的光学芯片1中的光学单元11可为发光单元或光电探测单元。当光学单元11为发光单元时，该光学芯片1为激光器发光芯片，对应的集成芯片2为激光器驱动芯片。当光学单元11为光电探测单元时，该光学芯片1为探测器芯片，对应的集成芯片2为探测器放大芯片。本发明对光学单元11的具体种类不做限定。

在本发明一实施例中，集成芯片2与光学芯片1上的至少一个焊盘组13可采用金属绑定线实现电连接，或集成芯片2倒装在光学芯片1的至少一个焊盘组13上。在一进一步实施例中，为了进一步精简装配结构，也可不采用金属绑定线或芯片倒装的方式，而是将集成芯片2与光学芯片1上的至少一个焊盘组13直接采用焊盘键合的方式实现电连接。

在本发明一实施例中，为了固定外接光纤3以提高产品可靠性，该光互连模块还可进一步包括：光纤固定块4，该光纤固定块4包括至少一个光纤通道，其中的每个光纤通道用于固定一根外接光纤3。在一进一步实施例中，光纤通道可呈V型槽形状。

基于本发明实施例所提供的光学芯片1结构，该光学芯片1在装配使用时可被立着设置在产品的电路板5上，这样第一表面A与外接光纤3相垂直，第一表面A上的光学单元11可直接与外接光纤3实现耦合，光耦合实现难度低。此外，由于焊盘所在的平面与光学单元11所在的平面相互垂直，焊盘处于与产品电路板5相平行的第二表面B，使得该光学芯片1与集成芯片2之间的电连接更为便利，避免了在转接板上进行额外的电路设计，简化了装配结构，提高了可靠性。

在本发明一实施例中，该光学芯片1还可与光纤或波导管直接耦合，以形成一种带有侧面焊盘的亚封装体，这会更有利于该光学芯片1在一个光互连模块中的集成。

图4a～图4d所示为本发明一实施例提供的光学芯片1的制备过程的分解示意图。如图4a～图4d所示，该光学芯片1的制备方法包括：

步骤101：制备或获取基板10，基板10包括第一表面A和与第一表面A相垂直的第二表面B，第一表面A上制备有至少一个光学单元11，如图4a所示。应当理解，光学单元11在基板10上的布置是没有规律限制的，可以根据实际需求合理设计。在一个实施例中，这些光学单元11可在基板10上布置成阵列。

步骤102：在第一表面A上刻蚀与至少一个光学单元11分别一一对应的至少一个盲孔组14，如图4b所示。该至少一个盲孔组14与要制备的至少一个焊盘组13一一对应，其中的每个盲孔对应一个要制备的焊盘。当基板10上制备的光学单元11呈阵列式布置时，与每个光学单元11对应的盲孔也可呈一列设置，这样相邻两列光学单元11所对应的盲孔也可呈相互平行的两列。

步骤103：在第一表面A上制备金属布线层12，并在至少一个盲孔组14中填充金属材料15，其中每个光学单元11通过金属布线层12与一个盲孔组14中填充的金属材料15电连接，如图4c所示。具体地，光学单元11上可以已经设置有接触电极，例如欧姆接触，此时焊盘13以及金属布线12可以与该光学单元11上的接触电极相连。

具体而言，可先在第一表面A制备光刻胶层。然后对光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的第一表面A形成金属布线层图案，并裸露出至少一个盲孔组14。接着采用金属溅射工艺填充第一表面裸露的部分和至少一个盲孔组14，然后去除光刻胶层。这样第一表面A上所填充的金属材料便构成了金属布线层12，盲孔中所填充的金属材料15则用于形成焊盘。在一进一步实施例中，为了提高金属电互连性能，上述金属溅射工艺所形成的金属材料15可以包括粘附层(例如Ti)和阻挡层(例如Ni)。

步骤104：沿与第二表面B相平行的方向刻蚀基板10，以露出至少一个盲孔组14中填充的金属材料15，如图4d所示。露出的金属材料15便构成了第二表面B上的焊盘。

在本发明一实施例中，如图5a～5d所示，当光学单元11在基板10上布置成阵列时，相邻两列光学单元11所对应的所有盲孔也可呈平行的两列设置。这样在后续刻蚀基板10的过程中，仅需要刻蚀掉该平行的两列盲孔的中间部分即可得到两列光学芯片1的焊盘组13，然后再将该两列光学芯片1分割开即可。这样便可实现该光学芯片1的批量制备，可进一步提高生产效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光学芯片，其特征在于，包括：

基板，包括第一表面和与所述第一表面相垂直的第二表面；

至少一个光学单元，设置在所述第一表面；以及，

至少一个焊盘组，设置在所述第二表面，其中的每个焊盘组与一个所述光学单元只通过布设于第一表面上的金属布线层建立电连接；其中，所述光学单元、所述焊盘组、所述金属布线层一体成型在所述基板上；

所述至少一个光学单元为发光单元或光电探测单元；所述焊盘组包括两个焊盘，分别用作所述光学单元的阴极和阳极。

2.一种制备权利要求1所述光学芯片的方法，其特征在于，包括：

制备或获取基板，所述基板包括第一表面和与所述第一表面相垂直的第二表面，所述第一表面上制备有至少一个光学单元，所述至少一个光学单元为发光单元或光电探测单元；

在所述第一表面上刻蚀与所述至少一个光学单元分别一一对应的至少一个盲孔组，所述盲孔组包括两个盲孔，分别用于形成所述光学单元的阴极和阳极；

在所述第一表面上制备金属布线层，并在所述至少一个盲孔组中填充金属材料，其中每个光学单元只通过所述金属布线层与一个所述盲孔组中填充的金属材料电连接；以及，

沿与所述第二表面相平行的方向刻蚀所述基板，以露出所述至少一个盲孔组中填充的金属材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在所述第一表面上制备金属布线层，并在所述至少一个盲孔组中填充金属材料包括：

在所述第一表面制备光刻胶层；

对所述光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的第一表面形成金属布线层图案，并裸露出所述至少一个盲孔组；以及，

采用金属溅射工艺填充所述第一表面裸露的部分和所述至少一个盲孔组，然后去除所述光刻胶层。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一表面上制备有至少一个光学单元包括：所述第一表面上制备有呈阵列布置的至少一个光学单元；其中，

在所述第一表面上刻蚀与所述至少一个光学单元分别一一对应的至少一个盲孔组包括：将相邻两列光学单元所对应的所有盲孔呈平行的两列设置；以及，沿与所述第二表面相平行的方向刻蚀所述基板包括：刻蚀掉每相邻两列盲孔之间的基板。

5.一种光互连模块，其特征在于，包括：

如权利要求1所述的光学芯片，其中的每个光学单元与一根外接光纤光学耦合；以及，

集成芯片，所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组电连接。

6.根据权利要求5所述的光互连模块，其特征在于，所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组电连接包括：

所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组采用金属绑定线实现电连接；或，

所述集成芯片倒装在所述光学芯片的至少一个焊盘组上；或，

所述集成芯片与所述光学芯片上的至少一个焊盘组直接采用焊盘键合的方式实现电连接。

7.根据权利要求5或6所述的光互连模块，其特征在于，所述光学芯片为发光芯片，所述集成芯片为激光器驱动芯片；或，

所述光学芯片为探测器芯片，所述集成芯片为探测器放大芯片。

8.根据权利要求5或6所述的光互连模块，其特征在于，进一步包括：光纤固定块，所述光纤固定块包括至少一个光纤通道，其中的每个光纤通道呈V型槽形状，用于固定一根外接光纤。