CN111123430B - 一种相控光波导芯片的封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种相控光波导芯片的封装方法，包括：将光波导芯片与半导体制冷器焊接在一起；将带有电路结构的第一双面金属陶瓷基板和第二双面金属陶瓷基板、带有光波导芯片的半导体制冷器、反射镜支架及光纤垫块一起焊接到管壳内部；在管壳上对应光波导芯片的位置上的反射镜支架上安装反射镜；将光波导芯片上的焊盘与第一双面金属陶瓷基板和第二双面金属陶瓷基板通过引线进行互联，将第一双面金属陶瓷基板和第二双面金属陶瓷基板上的焊盘与管壳上的焊盘通过引线进行互联；对光波导芯片的光路进行耦合；将耦合后的管壳表面进行滤波片的封焊。本发明可以在相对较低的成本下实现了相控光波导芯片的耦合及封装，并具有可操作性和良好的可靠性。

Description

一种相控光波导芯片的封装方法
技术领域
本发明涉及芯片封装技术领域，具体涉及一种相控光波导芯片的封装方法。
背景技术
芯片通过芯片上的接点与外部讯号进行电学、光学连接，再通过外壳或塑封体将芯片包裹，形成一个具有特定功能的整体，这个过程叫做芯片的封装。封装的目的在于防止芯片受到潮气、额外热量、噪声的影响，并提供芯片与外部电路之间电性连接的媒介。
光学元件在封装制造过程中，又增加了进一步的光纤与光电芯片之间的耦合，一般而言，芯片大多采用光纤的点对点的耦合，且多为TO型的封装，鲜有端面光耦合的方式，如果没有合适的支撑很难保证耦合精度达到最佳状态。
由于相控光波导芯片的原理是通过电信号的改变来控制光输出的偏转，因此芯片本身需要多路信号输入，也决定了其本身存在多管脚的输出控制，因此无法采用传统的TO型封装，需要封装于带有管脚的管壳内部，多种材料之间的互联为封装带来了很大的难度。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种相控光波导芯片的封装方法，在相对较低的成本下实现了相控光波导芯片的电学信号的引出及光信号的输入，并具有可操作性和良好的可靠性。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种相控光波导芯片的封装方法，包括以下步骤：将光波导芯片与半导体制冷器焊接在一起，以使所述半导体制冷器覆盖所述波导芯片的发热区域；将带有电路结构的第一双面金属陶瓷基板和第二双面金属陶瓷基板、带有所述光波导芯片的所述半导体制冷器、反射镜支架及光纤垫块按预设顺序一起焊接到管壳内部，将所述第一双面金属陶瓷基板的焊盘与所述光波导芯片的焊盘通过引线进行互联，并将所述半导体制冷器的两端引线与所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板上的焊盘通过引线进行互联；在所述管壳上对应所述光波导芯片的位置上的反射镜支架上安装反射镜；将所述光波导芯片上的焊盘与所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板通过引线进行互联，将所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板上的焊盘与所述管壳上的焊盘引线互联；对所述光波导芯片的光路进行光纤耦合；将耦合后的管壳表面进行滤波片的封焊，以保持所述管壳内部结构的气密性。
根据本发明实施例的相控光波导芯片的封装方法，在相对较低的成本下实现了相控光波导芯片的电学信号的引出及光信号的输入，并具有可操作性和良好的可靠性。
另外，根据本发明上述实施例的相控光波导芯片的封装方法还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述将光波导芯片与半导体制冷器焊接在一起的步骤，具体包括：采用预成型焊片，并采用真空加还原性气体将所述光波导芯片和所述半导体制冷器进行焊接。
可选地，将所述光波导芯片和所述半导体制冷器进行焊接的焊接最高温度为320℃，维持15～20秒。
可选地，还包括：所述第一双面金属陶瓷基板的焊盘之间焊接热敏电阻。
可选地，采用引线键合的方式将将所述光波导芯片上的焊盘与所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板连接。
可选地，所述将所述光波导芯片的光路进行耦合的步骤，具体包括：使用带有玻璃尾纤的光纤穿过管壳，将尾纤的玻璃块留在管壳内部，用来进行光路耦合；通过工装将所述玻璃尾纤固定；在所述光纤垫块的表面均匀涂一层光学胶；将夹具固定在高精度手动调整台上进行位置上的调整，并通过监测光的输出功率以调整所述管壳的位置；在位置调整完毕后进行紫外光照射固化；移除夹具后进行补胶，以提升所述光波导芯片的光路的耦合强度。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明一个实施例的相控光波导芯片的封装方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的光波导芯片与半导体制冷器焊接后的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的将双面金属陶瓷基板焊接到管壳后的结构示意图；
图4是本发明一个实施例的第一双面金属陶瓷基板焊接热敏电阻后的结构示意图；
图5是本发明一个实施例的半导体制冷器与双面金属陶瓷基板连接的示意图；
图6是本发明一个实施例的在管壳内安装反射镜的示意图；
图7是本发明一个实施例的光波导芯片与双面金属陶瓷基板进行引线键合的示意图；
图8是本发明一个实施例的管壳结构进行光路耦合后的示意图；
图9是本发明一个实施例的管壳结构进行滤波片封装后的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述本发明。
图1是本发明一个实施例的相控光波导芯片的封装方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的相控光波导芯片的封装方法，包括以下步骤：
S1：将光波导芯片与半导体制冷器焊接在一起，以使半导体制冷器覆盖波导芯片的发热区域。
具体地，将波导芯片1与半导体制冷器2通过高温焊料焊接在一起。芯片背面镀层金属为金，半导体制冷器表面镀层金属为金，一般采用Au80Sn20的预成型焊片将其焊接在一起。
在本发明的一个实施例中，为保证焊接质量，采用真空加还原性气体进行焊接，焊接最高温度为320℃，维持15～20s。
图2是本发明一个实施例的光波导芯片与半导体制冷器焊接后的结构示意图。如图2所示，半导体制冷器2面积可覆盖芯片发热区域即可，也可以将波导芯片1的下表面完全覆盖。
S2：将带有电路结构的第一双面金属陶瓷基板3和第二双面金属陶瓷基板4、带有光波导芯片1的半导体制冷器2、反射镜支架7及光纤垫块5按预设顺序一起焊接到管壳6内部，将第一双面金属陶瓷基板与光波导芯片1的焊盘通过引线进行互联，并将半导体制冷器2的两端引线与第一双面金属陶瓷基板3和第二双面金属陶瓷基板4的焊盘通过引线进行互联。
图3是本发明一个实施例的将双面金属陶瓷基板焊接到管壳后的结构示意图。如图3所示，将带有电路结构的第一双面金属陶瓷基板3和第二双面金属陶瓷基板4、带有光波导芯片1的半导体制冷器2、反射镜支架7(带有Sn镀层)及光纤垫块5(带有Sn镀层)按预设顺序一起焊接到管壳6内部。焊料采用Sn77.2In20Ag2.8预成型焊片，焊接同样采用真空加还原性气体进行焊接，焊接最高温度为200℃，维持15～20s。双面金属陶瓷基板正面带有电路结构，焊片与管壳内壁的焊盘一一对应且与光波导芯片上的焊片也一一对应。
在本发明的一个实施例中，还包括：第一双面金属陶瓷基板3的焊盘之间焊接热敏电阻8。图4是本发明一个实施例的第一双面金属陶瓷基板焊接热敏电阻后的结构示意图。如图4所示，用Sn77.2In20Ag2.8焊膏将热敏电阻8焊接在第一双面金属陶瓷基板的焊盘之间。
图5是本发明一个实施例的半导体制冷器与双面金属陶瓷基板连接的示意图。如图5所示，半导体制冷器1两端的引线9与第一双面金属陶瓷基板3和第二双面金属陶瓷基板4采用Sn77.2In20Ag2.8焊膏焊接。
S3：在管壳6上对应光波导芯片1位置上的反射镜支架7上安装反射镜10。
图6是本发明一个实施例的在管壳内安装反射镜的示意图。如图6所示，将反射镜10粘接到反射镜支架7上，在本实施例中，采用粘接性较好的硅胶进行粘接。
S4：将光波导芯片1上的焊盘与第一双面金属陶瓷基板3和第二双面金属陶瓷基板4通过引线进行互联，将第一双面金属陶瓷基板3和第二双面金属陶瓷基板4上的焊盘与管壳6上的焊盘引线互联。
图7是本发明一个实施例的光波导芯片与双面金属陶瓷基板进行引线键合的示意图。如图7所示。在本发明的一个实施例中，采用引线键合的方式将光波导芯片1上的焊盘与第一双面金属陶瓷基板3和第二双面金属陶瓷基板4通过引线11连接。
S5：对光波导芯片1的光路进行光纤耦合。
图8是本发明一个实施例的管壳结构进行光路耦合后的示意图。如图8所示，在本发明的一个实施例中，步骤S5具体包括：采用端面的方式进行光耦合，使用带有玻璃尾纤12的光纤与相控光波导芯片进行端面耦合，光纤先穿过管壳，将玻璃尾纤12的玻璃块留在管壳6内部，用来进行光路耦合，如下图8。通过工装将玻璃尾纤12固定，然后将夹具固定在高精度手动调整台上进行位置上的调整，并通过监测光的输出功率来确定调整的位置是否合适，需要注意的是光纤垫块5的厚度应略小于玻璃尾纤12中玻璃片与相控光波导芯片1对其的厚度，并在调整前应当现在光纤垫块5的表面均匀涂一层光学胶(本实施例中采用紫外胶进行粘接)，这样，在调整的过程中，玻璃尾纤12中的玻璃块底部与紫外胶接触，但并没有固化，待调整完毕再进行紫外光照射固化。移除夹具后再进行二次补胶，确保耦合的强度。
S6：将耦合后的管壳6表面进行滤波片的封焊，以保持管壳6内部结构的气密性。
图9是本发明一个实施例的管壳结构进行滤波片封装后的结构示意图。如图9所示，封焊以后气密性良好。
根据本发明实施例的相控光波导芯片的封装方法，采用端面耦合的方式进行光纤与相控光波导芯片进行耦合；将热敏电阻封装在管壳内部，可以对管壳内部的温度进行实时监测，从而对模块进行温度调节；光纤玻璃块下方加垫块来对光纤的高度进行补偿，封装前先在垫块表面涂上光学胶，再进行耦合，保证尾纤玻璃块下表面与胶接触，这样，在调整到合适的位置时可以直接对光学胶进行固化保证耦合精度。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种相控光波导芯片的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
将光波导芯片与半导体制冷器焊接在一起，以使所述半导体制冷器覆盖所述波导芯片的发热区域；
将带有电路结构的第一双面金属陶瓷基板和第二双面金属陶瓷基板、带有所述光波导芯片的所述半导体制冷器、反射镜支架及光纤垫块按预设顺序一起焊接到管壳内部，将所述第一双面金属陶瓷基板的焊盘与所述光波导芯片的焊盘通过引线进行互联，并将所述半导体制冷器的两端引线与所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板上的焊盘通过引线进行互联；
在所述管壳上对应所述光波导芯片位置上的反射镜支架上安装反射镜；
将所述光波导芯片上的焊盘与所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板通过引线进行互联，将所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板上的焊盘与所述管壳上的焊盘引线互联；
对所述光波导芯片的光路进行光纤耦合；
将耦合后的管壳表面进行滤波片的封焊，以保持所述管壳内部结构的气密性；
其中，所述方法还包括：所述第一双面金属陶瓷基板的焊盘之间焊接热敏电阻；
所述将所述光波导芯片的光路进行光纤耦合的步骤，具体包括：
使用带有玻璃尾纤的毛细管光纤穿过管壳，将尾纤的玻璃块留在管壳内部，用来进行光路耦合；
通过工装将所述玻璃尾纤固定；
在所述光纤垫块的表面均匀涂一层光学胶；
将夹具固定在高精度耦合调整台上进行位置上的调整，并通过监测光的输出功率以调整所述管壳与光纤的相对位置；
在位置调整完毕后进行紫外光照射固化；
移除夹具后进行补胶，以提升所述光波导芯片的光路的耦合强度。
2.根据权利要求1所述的相控光波导芯片的封装方法，其特征在于，所述将光波导芯片与半导体制冷器焊接在一起的步骤，具体包括：
采用预成型焊片，并采用真空加还原性气体将所述光波导芯片和所述半导体制冷器进行焊接。
3.根据权利要求2所述的相控光波导芯片的封装方法，其特征在于，将所述光波导芯片和所述半导体制冷器进行焊接，焊接最高温度为320℃，维持15～20秒。
4.根据权利要求1所述的相控光波导芯片的封装方法，其特征在于，采用硅胶将所述反射镜粘接在所述管壳上对应所述光波导芯片位置上的反射镜支架上。
5.根据权利要求1所述的相控光波导芯片的封装方法，其特征在于，采用引线键合的方式将将所述光波导芯片上的焊盘与所述第一双面金属陶瓷基板和所述第二双面金属陶瓷基板连接。
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