CN114114563A - 光电器件耦合夹具、耦合装置及耦合方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种光电器件耦合夹具、耦合装置及耦合方法，所述光电器件耦合夹具包括：固定组件，用于固定第一光电器件；移动组件，与所述固定组件连接，用于将所述第一光电器件移动至待耦合位置与第二光电器件耦合；探针，与所述固定组件连接；所述探针用于在移动所述第一光电器件的过程中，与所述第一光电器件电接触，并提供使所述第一光电器件工作的电信号；其中，所述第一光电器件和所述第二光电器件在耦合状态下，能够基于所述电信号产生检测信号。

Description

光电器件耦合夹具、耦合装置及耦合方法

技术领域

本申请属于光电子器件及光通信领域，具体涉及但不限于一种光电器件耦合夹具、耦合装置及耦合方法。

背景技术

随着5G技术的逐渐商用，人们对云计算和移动互联网的需求越来越大，随之而来的是高速光通信的需求也越来越大，光器件的集成度越来越高，而芯片的异质集成难度较大，良率较低。

目前小型化光器件的研究属于热门方向，尤其是集成光器件。在相关领域中，使用混合集成方式来克服传输速率和器件大小成为主要解决方案，而其中的光耦合是需要解决的重要问题之一。因此，对光电器件耦合的研究具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种光电器件耦合夹具、耦合装置及耦合方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种光电器件耦合夹具，包括：

固定组件，用于固定第一光电器件；

移动组件，与所述固定组件连接，用于将所述第一光电器件移动至待耦合位置与第二光电器件耦合；

探针，与所述固定组件连接；所述探针用于在移动所述第一光电器件的过程中，与所述第一光电器件电接触，并提供使所述第一光电器件工作的电信号；其中，所述第一光电器件和所述第二光电器件在耦合状态下，能够基于所述电信号产生检测信号。

在一些实施例中，所述探针，包括：

探头，位于所述探针的一端，用于与所述第一光电器件电接触；

伸缩件，与所述探头连接，用于调整所述探头与所述第一光电器件的相对距离。

在一些实施例中，所述伸缩件具有可调的第一长度；

若所述第一长度小于所述预设值，所述探头与所述第一光电器件不接触；

若所述第一长度等于预设值，所述探头与所述第一光电器件之间具有电接触；

若所述第一长度大于所述预设值，所述探头用于向所述第一光电器件施加压力，以释放所述第一光电器件。

在一些实施例中，所述固定组件包括：

腔体，所述腔体的一端包括开口；其中，所述探针位于所述腔体内，且能够通过所述开口与所述第一光电器件接触。

在一些实施例中，所述固定组件还包括：

伸缩密封组件，位于所述腔体远离所述开口的另一端；所述伸缩密封组件与所述探针连接，用于向所述探针施加外力，以使所述探针伸缩；所述伸缩密封组件还与所述腔体连接，用于使所述探针与所述腔体之间密封。

在一些实施例中，所述固定组件还包括：

真空阀，位于所述腔体表面；在所述真空阀开启的情况下，所述腔体内产生负压，以使所述第一光电器件固定。

在一些实施例中，所述探针还包括：

绝缘卡口，位于所述探针上，与所述腔体的内侧壁连接，用于将所述探针固定在所述腔体内。

在一些实施例中，所述固定组件还包括：

绝缘垫片，位于所述开口周围，用于使所述第一光电器件与所述腔体电绝缘，和/或使所述探针与所述腔体电绝缘。

在一些实施例中，所述固定组件还包括：

通电开关，与所述探针和外部电源连接；其中，在所述通电开关开启的情况下，所述探针带电。

另一方面，本申请实施例还提供了一种光电器件耦合装置，包括：

基座；

耦合台，位于所述基座上，用于承载待耦合的光电器件；

上述实施例中的所述光电器件耦合夹具，位于所述基座上。

在一些实施例中，所述光电器件耦合装置还包括：

耦合检测组件，连接所述耦合台并与待测的所述第二光电器件对准，用于检测所述第一光电器件和所述第二光电器件在所述耦合状态下基于所述电信号输出的所述检测信号。

在一些实施例中，所述光电器件耦合装置还包括：

视觉相机，用于获取所述第一光电器件与所述第二光电器件的相对位置参数；

视觉相机位移台，位于所述基座上，连接所述视觉相机，用于根据所述相对位置参数移动所述视觉相机。

在一些实施例中，所述光电器件耦合装置包括至少两个所述视觉相机；

所述至少两个视觉相机之间具有预设角度。

在一些实施例中，所述光电耦合夹具根据所述耦合状态和/或所述相对位置参数来调整所述第一光电器件与所述第二光电器件的相对位置。

在一些实施例中，所述光电器件耦合装置还包括：

激光器，位于所述耦合台上方，用于对待键合的所述第一光电器件与所述第二光电器件进行激光直写，以使所述第一光电器件与所述第二光电器件完成引线键合。

本申请实施例还提供了一种光电器件耦合方法，包括：

将所述第一光电器件移动至待耦合位置与第二光电器件耦合；

在移动所述第一光电器件的过程中，利用探针与所述第一光电器件电接触，并提供使所述第一光电器件工作的电信号；

根据所述电信号，检测所述第一光电器件和所述第二光电器件是否耦合成功。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在所述第一光电器件和所述第二光电器件耦合成功的情况下，对所述第一光电器件与所述第二光电器件进行激光直写，以使所述第一光电器件与所述第二光电器件完成引线键合。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在所述第一光电器件与所述第二光电器件之间的引线区域上覆盖第一介电材料，以形成绝缘层。

在一些实施例中，所述引线区域由第二介电材料组成；

所述第一介电材料的折射率小于所述第二介电材料的折射率。

本申请实施例提供的光电器件耦合夹具，可以在移动第一光电器件的过程中，通过探针向所述第一光电器件提供电信号，以使第一光电器件处于工作状态，从而可以检测第一光电器件和所述第二光电器件是否耦合成功。这样既减少了耦合操作的步骤和耦合损耗，又可以提升光耦合的效率，从而改善了产品可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种光电器件耦合夹具的示意图；

图2为本申请实施例提供的一种探针的可选的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种固定组件的可选的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种固定组件的可选的结构示意图；

图5A为本申请实施例提供的一种探针的可选的结构示意图；

图5B为本申请实施例提供的一种探针的可选的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种光电器件耦合装置的可选的示意图；

图7A为本申请实施例提供的一种激光器芯片的可选的示意图；

图7B为本申请实施例提供的一种耦合芯片的可选的示意图；

图8A为本申请实施例提供的一种光电器件耦合装置的可选的示意图；

图8B为本申请实施例提供的一种光电器件耦合装置的可选的示意图；

图9A为本申请实施例提供的一种初步耦合的可选的示意图；

图9B为本申请实施例提供的一种引线键合的可选的示意图；

图10为本申请实施例提供的一种光电器件耦合方法的流程步骤图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在一些实施例中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里可以不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

一般地，术语可以至少部分地从上下文中的使用来理解。例如，至少部分地取决于上下文，如本文中所用的术语“一个或多个”可以用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或者可以用于以复数意义描述特征、结构或特性的组合。类似地，诸如“一”或“所述”的术语同样可以被理解为传达单数用法或传达复数用法，这至少部分地取决于上下文。另外，属于“基于”可以被理解为不一定旨在传达排他的一组因素，并且可以替代地允许存在不一定明确地描述的附加因素，这同样至少部分地取决于上下文。

除非另有定义，本文所使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本申请，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本申请的技术方案。本申请的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本申请还可以具有其他实施方式。

在本申请实施例中，光电器件是指可以实现光信号和电信号之间相互转换的电子元器件。通过将多个光电器件光耦合可以提高集成度，从而适应高速光通信、云计算以及移动互联网等技术的需求。这里的光耦合是对同一波长的光功率进行分路或合路，从而传输信号以及实现各型号光电器件之间的光电转换等。

示例性地，现阶段最典型的是激光器芯片与其他集成芯片(例如，半导体芯片、光子芯片或主板芯片等)之间的光耦合。在一些实施例中，激光器芯片与其他集成芯片之间的耦合方式通常是先将两颗芯片粘贴在耦合台上，然后在两颗芯片之间通过单透镜或者双透镜进行光路互联，通过调整透镜的方向以及角度来使耦合损耗达最小。该耦合方式的缺点在于透镜耦合方式所带来的耦合步骤繁琐、效率低(尤其是双透镜耦合)，并且耦合损耗较大。

有鉴于此，如图1所示，本申请实施例提供了一种光电器件耦合夹具10，包括：

固定组件100，用于固定第一光电器件；

移动组件200，与所述固定组件100连接，用于将所述第一光电器件移动至待耦合位置与第二光电器件耦合；

探针300，与所述固定组件100连接；所述探针300用于在移动所述第一光电器件的过程中，与所述第一光电器件电接触，并提供使所述第一光电器件工作的电信号；其中，所述第一光电器件和所述第二光电器件在耦合状态下，能够基于所述电信号产生检测信号。

在本申请实施例中，固定组件可以是机械手、真空吸盘或夹头等结构，用于使待耦合的第一光电器件与所述光电器件耦合夹具保持不动(相对静止)。这里的第一光电器件主要针对上述激光器芯片，下文将以激光器芯片作为第一光电器件进行说明。当然，可以理解的是，本申请实施例中的固定组件也可以用于固定其他集成芯片等。

需要说明的是，激光器芯片在工作过程中会产生大量热量，因此通常将其封装在热沉上。这里的热沉可以微型散热片，具有较大的导热率，例如金属铜、氧化铍陶瓷或其他高导热率材料等，从而能较快地将激光器芯片工作时产生的热量导出。示例性地，激光器芯片可以通过共晶焊的方式粘贴在热沉上。其中，共晶焊又被称为共晶贴片，是利用共晶合金的特性来完成焊接的工艺。这里，有多种共晶合金可以作为共晶焊的焊料，如金锗(AuGe)、金锡(AuSn)以及金硅(AuSi)等。具体地，可以在热沉表面的预设位置形成附着的一层金属薄层，接着利用贴片机进行封装，该设备在显示器上能直观地看到激光器芯片与热沉的位置，并且通过控制能将激光器芯片准确地放到热沉的预定封装位置上。本申请实施例采用的共晶焊工艺操作简单快捷，可以避免激光器芯片受到高温热损坏，并且实现激光器芯片与热沉之间高强度、高导热的连接。

进一步地，在进行共晶焊操作后，可以将激光器芯片的正极与热沉一侧进行金丝键合，将负极与热沉的另外一侧的绝缘璧粘接，从而实现激光器芯片与热沉之间的导通。其中，金丝键合又称金丝球焊或金丝引线，是通过细微的、纯度高的金丝将芯片内电流的输入或输出键合点与热沉的内接触点之间实现电气连接；粘接是指利用相应的粘剂将激光器芯片与热沉的表面进行连接的工艺。

在本申请实施例中，移动组件可以机械地连接上述固定组件，从而控制固定组件的移动。这里的移动组件可以是云台、机械滑轨或其他可移动设备，且在移动的过程中，固定组件与移动组件间保持相对静止，这样可以减少因为设备移动所产生的位置误差。进一步地，利用移动组件，可以将激光器芯片移动至预先设置好的位置，即待耦合位置，与第二光电器件进行耦合操作。这里的第二光电器件主要针对上述其他集成芯片，下文将以其他集成芯片作为第二光电器件进行说明。

在本申请实施例中，探针是指用于电接触和电测试的传输介质，其形状类似于针头，可以由金属、半导体或其他导电材料组成。示例性地，上述探针可以与固定组件粘接或卡接，并且可以位于与固定组件相同的一侧，即固定组件的周围或固定组件的内部。这样，在移动激光器芯片的过程中，探针可以保持与固定组件的相对位置不变，同样可以减少位置偏移误差。

另一方面，本申请实施例中的固定组件在固定激光器芯片移动到待耦合位置的过程中，可以利用探针与热沉接触，并通过探针向热沉提供电信号，从而实现探针与激光器芯片的电接触，使得激光器芯片处于工作状态。进一步地，处于工作状态的激光器芯片会将接收到的上述电信号转换为光信号，再通过波导进行传输，并与其他集成芯片上的波导进行光耦合。因此，在其他集成芯片波导的输出端可以获得对应的检测信号(例如光信号或电信号)，并将该检测信号与预设值进行比对，可以判断耦合是否成功。可以理解的是，上述耦合过程的检测也可以不通过波导实现，其他利用探针提供的电信号来判断耦合是否成功的方案也应属于本申请实施例所要求保护的范围。在另一些实施例中，所述光电器件耦合夹具也可以根据检测信号来判断激光器芯片与其他集成芯片是否耦合成功。

在本申请实施例中，上述光电器件耦合夹具是用于固定和移动相关光电器件的，例如激光器芯片、半导体芯片或其他集成芯片，进而用于后续各光电器件之间(例如激光器芯片与耦合芯片)的耦合。本申请实施例提供的光电器件耦合夹具可以在移动第一光电器件的过程中，通过探针向所述第一光电器件提供电信号，以使第一光电器件处于工作状态，从而可以检测第一光电器件和所述第二光电器件是否耦合成功。这样既减少了耦合操作的步骤和耦合损耗，又可以提升光耦合的效率，从而改善了产品可靠性。

在一些实施例中，如图2所示，所述探针300，包括：

探头310，位于所述探针300的一端，用于与所述第一光电器件电接触；

伸缩件320，与所述探头310连接，用于调整所述探头310与所述第一光电器件的相对距离。

本申请实施例中的探针可以通过其顶部的探头与热沉表面接触，从而实现与激光器芯片的电接触。这里的探头形状可以为球形、金字塔形或其他形状，本申请实施例不做过多限制。示例性地，探头可以是圆柱形，这样在与热沉表面接触时可以增大接触面积和受力面积，且不会对热沉表面产生损伤。可以理解的是，探头的材料可以与探针其他部件的材料相同或不同，例如，可以选用导电性能较好或接触损耗较小的导体材料。

在本申请实施例中，探针还包括可以控制探针伸缩的伸缩件。这里的伸缩件可以是通过机械连接实现伸缩，也可以通过电连接实现伸缩等。示例性地，如图2所示，伸缩件可以是个两个内外嵌套的金属筒状结构，其内部通过螺纹连接，通过机械转动可以实现伸缩件的伸长与收缩。在伸长伸缩件时，可以减小探头与激光器芯片的相对距离，直至探头与热沉表面接触时，可以向激光器芯片提供电信号；在缩短伸缩件时，可以增加探头与激光器芯片的相对距离，以断开电接触。

因此，本申请实施例通过可以自主伸缩的探针与激光器芯片实现电接触，以使激光器芯片处于工作状态；且是否提供电信号可以通过探头与激光器芯片的相对距离来实现，这样可以减小位置偏移带来的耦合误差，提升了耦合的效率，改善了可靠性。

在一些实施例中，所述伸缩件具有可调的第一长度；

若所述第一长度小于所述预设值，所述探头与所述第一光电器件不接触；

若所述第一长度等于预设值，所述探头与所述第一光电器件之间具有电接触；

若所述第一长度大于所述预设值，所述探头用于向所述第一光电器件施加压力，以释放所述第一光电器件。

在本申请实施例中，伸缩件的伸长与缩短可以改变其长度，即上述第一长度，并且在初始位置时，探头与热沉表面具有对应的预设距离，即上述预设值。这里的预设值是可以根据实际情况测量得到的，在后续调整伸缩件的过程中，可以将此预设值作为参考。

示例性地，若伸缩件伸长或缩短较小一端距离，使得调整后的第一长度仍小于预设值，则说明探头还未与热沉表面接触。若伸缩件伸长的距离恰好使得探头与热沉表面接触，则说明调整后的第一长度等于预设值，此时，利用探针可以向激光器芯片提供电信号，以使激光器芯片处于工作状态。若伸缩件伸长的距离继续增大，则探头会给热沉施加外力，在所述外力大于固定组件提供的外力时，激光器芯片会从固定组件上释放。需要说明的是，本申请实施例中的探针与固定组件位于同一侧，因此，探头施加的外力与固定组件提供的外力是方向相反的两组力，当受力不平衡时，激光器芯片被释放。

本申请实施例中的探头既可以提供电信号，又可以通过施加外力来释放激光器芯片，这样在节约成本的同时，又可以提升耦合的效率。

在一些实施例中，如图3所示，所述固定组件100包括：

腔体110，所述腔体110的一端包括开口120；其中，所述探针300位于所述腔体110内，且能够通过所述开口120与所述第一光电器件接触。

在本申请实施例中，固定组件为一个腔体结构，其形状可以是圆柱、长方体或其他立方结构，本申请实施例不做过多限制。示例性地，如图3所示，本申请实施例可以采用长方体腔体。此外，在腔体的一端的表面上可以用激光切割或刻蚀的方式形成一个开口，这里的开口形状也可以包括但不限于圆形、长方形或三角形等。示例性地，如图3所示，本申请实施例可以采用圆形开口。进一步地，上述探针位于腔体的内部，并且与开口的位置对应，因此，探针在伸缩时可以通过开口与热沉表面接触。

需要说明的是，上述腔体可以由导电材料或者绝缘材料组成，需要具有一定的硬度，以固定激光器芯片。其中，导电材料可以是硬质合金、金属或其他固体导电材料，绝缘材料可以是陶瓷、聚合物或其他固定绝缘材料等。可以理解的是，若腔体可以导电，则上述探针与腔体之间应该保持电绝缘。

在本申请实施例中，如图3所示，上述探针可以包括一个或多个，且位于腔体内，这里不做过多限制。可以理解的是，上述腔体内具有至少一个探针的方案都应该属于本申请实施例所要求保护的范围。

在一些实施例中，如图3所示，所述固定组件100还包括：

伸缩密封组件130，位于所述腔体110远离所述开口120的另一端；所述伸缩密封组件130与所述探针300连接，用于向所述探针300施加外力，以使所述探针300伸缩；所述伸缩密封组件130还与所述腔体110连接，用于使所述探针300与所述腔体110之间密封。

在本申请实施例中，腔体若为长方形，开口位于腔体上的一个表面，则伸缩密封组件位于与开口表面相对的一面，即所述腔体远离开口的另一端。进一步地，探针上具有探头的一端可以通过开口与激光器芯片电接触，对应地，远离探头的一端可以与伸缩密封组件连接。

在本申请实施例中，伸缩密封组件可以机械地连接上述探针，并且向探针施加外力。这里，伸缩密封组件可以包括但不限于液压装置、转动装置或其他可以提供外力的装置，并且，所述外力既可以是压力，也可以是拉力或其他效果力。示例性地，若通过调整伸缩密封组件向探针施加压力，则可以使探针伸长，直至探针与热沉表面接触，并提供电信号；若继续施加压力，则可以使探针继续伸长，直至探针给热沉表面施加的压力大于固定组件提供的拉力，以释放激光器芯片。

另一方面，伸缩密封组件还可以与腔体连接，以使得探针与腔体之间形成密封，这样可以保持腔体的完整性。示例性地，伸缩密封组件可以是密封圆形连接器，又被称为工业连接器。其基本结构为圆柱形，并且具有近似圆形配合面的连接器，内部可以通过螺纹与探针连接。可以理解的是，伸缩密封组件可以由合金等导电材料组成，以向探针传递电信号。

在一些实施例中，如图3所示，所述固定组件100还包括：

通电开关140，与所述探针300和外部电源(图中未示出)连接；其中，在所述通电开关140开启的情况下，所述探针300带电。

本申请实施例中，探针的另一端可以连接一个通电开关，并且进一步地连接外部电源。这里的外部电源不仅用于向光电器件耦合夹具提供电信号，还可以向其他装置及组件提供电信号。示例性地，外部电源通过电路连接线与通电开关连接，在通道开关闭合的情况下，电路接通，电信号通过电路连接线传输到探针上使所述探针带电。在另一些实施例中，通电开关还可以与伸缩密封组件电接触，即探针远离开口的一端既与通电开关连接，也与伸缩密封组件密封。这样可以减少探针受到的电干扰。

在一些实施例中，如图3所示，所述固定组件100还包括：

真空阀150，位于所述腔体110表面；在所述真空阀150开启的情况下，所述腔体110内产生负压，以使所述第一光电器件固定。

在本申请实施例中，固定组件可以通过负压的方式来固定激光器芯片且气压的调节可以通过上述真空阀来控制。这里，真空阀可以以焊接或其他方式设置于腔体的表面，且真空阀可以是简单的旋钮，也可以是多部件的阀门等。因此，除上述开口外，所述真空阀也可以实现腔体内部与外部的连接。

具体地，在真空阀开启的情况下，可以利用外部抽气装置抽出腔体内的气体，以使腔体内部气压小于外部气压，从而产生负压，使得热沉被吸附到腔体开口处。需要说明的是，本申请实施例中的对激光器芯片的固定是利用在垂直热沉吸附面的方向上，外部气体对热沉提供的支持力来实现的。

示例性地，在上述伸缩密封组件的作用下，可以使探针伸缩件的长度逐渐增加，从而产生对热沉的推力，直至所述推力大于负压产生的支持力，激光器芯片被固定组件释放。

本申请实施例采用负压的方式固定激光器芯片，以及通过探针对热沉的推力来释放激光器芯片，可以减少对芯片的损坏，并且操作简单。

在一些实施例中，如图3所示，所述固定组件100还包括：

绝缘垫片160，位于所述开口120周围，用于使所述第一光电器件与所述腔体110电绝缘，和/或使所述探针300与所述腔体110电绝缘。

在本申请实施例中，若上述腔体由导电材料组成，则固定后的激光器芯片需要与腔体保持电绝缘，此时，可以在开口的周围设置对应的绝缘垫片。这里的开口周围是指热沉表面与腔体对应接触的地方，且上述绝缘垫片可以由氧化物、氮化物、高分子化合物或其他绝缘材料组成。

在另一些实施例中，固定组件移动的过程中，探针若产生位移，则会与腔体接触，从而产生短路，损坏器件。因此，在开口上设置对应的绝缘垫片还可以使得探针与腔体电绝缘，提升器件可靠性。

在另一些实施例中，如图4所示，上述腔体110靠近开口120的一端还可以分别具有两个夹头170。这里的夹头可以用于夹持热沉，进一步地，再通过上述真空阀吸附热沉表面，从而固定激光器芯片。可以理解的是，夹头可以以机械连接或焊接等方式固定于腔体上，并在固定激光器芯片的过程中保持相对静止，这样可以增加固定组件的稳定性。

在一些实施例中，如图5A所示，所述探针300还包括：

绝缘卡口330，位于所述探针300上，与所述腔体110的内侧壁连接，用于将所述探针300固定在所述腔体100内。

在上述实施例中，探针位于腔体内部，且探针具有一定的长度。因此，在移动固定组件的过程中，探针可能会产生位置偏移，从而影响电信号的稳定性。因此，本申请实施例可以利用探针上的绝缘卡口将探针固定在腔体内，从而实现探针与固定组件的连接。

示例性地，本申请实施例中的绝缘卡口的形状可以与腔体的横截面形状相同，从而使绝缘开口的外边缘与腔体的内侧壁贴合，这样可以增大接触面积，以摩擦力的形式将探针固定在腔体内。在另一些实施例中，腔体的内侧壁上还可以具有承载架，上述绝缘卡口的外边缘可以位于承载架上，从而保证探针与腔体的相对静止。可以理解的是，以上述任一方案或其他形式固定探针，以使探针在所述腔体内部保持相对静止的方案都应属于本申请实施例所要求保护的范围。

需要说明的是，若所述探针较长，则绝缘开口可以具有两个及两个以上，以使探针位置保持稳定。另一方面，上述真空阀位于腔体的表面，若真空阀位于腔体靠近开口的一端，可以实现腔体内负压；若真空阀位于腔体远离开口的一端，则真空阀与开口间被绝缘开口间隔，无法产生负压。

因此，在另一些实施例中，如图5B所示，上述绝缘卡口330上还可以具有至少一个通孔340。这里的通孔用于使腔体内的气体流通，以使腔体内部产生负压。

本申请实施例中的绝缘开口可以保持探针在移动过程的中相对稳定，从而减少位置偏移误差和电信号的干扰，提升了耦合的准确度。

如图6所示，本申请实施例还提供了一种光电器件耦合装置1000，包括：

基座20；

耦合台30，位于所述基座20上，用于承载待耦合的光电器件；

上述实施例中的所述光电器件耦合夹具10，位于所述基座20上。

在本申请实施例中，上述基座是指进行耦合操作或其他操作的工作平台，可以由硬质合金等材料组成，且表面水平。在所述基座上可以包括本申请实施例提供的光电器件耦合夹具、耦合操作台或其他工具台等，因此该基座具有较大的面积，可以容纳较多组件以实现相关操作。

示例性地，进行芯片耦合操作的耦合台可以以焊接的方式固定在上述基座上。这里的耦合台可以是承载台，即用于承载基板，并且在其承载面上进行耦合操作或耦合测试操作。

需要说明的是，在本申请实施例中，如图7A所示，激光器芯片100a可以通过共晶焊的方式粘贴在热沉100b上。其中，激光器芯片表面正极与热沉一侧金丝键合导通，背面负极与热沉另外一侧粘接导通。

另一方面，如图7B所示，上述其他集成芯片200a在耦合过程中可以封装在对应的基板200b上。具体地，其他集成芯片可以通过粘接工艺与基板连接，并进一步地通过金丝键合的方式与基板上的电路引线连接。此外，上述基板还可以与外部电路连接，从而实现集成芯片与外部电路之间的电互连。

本申请实施例中的基板指封装基板(Package Substrate，PKG)，用于将各种光电器件以贴片或其他封装形式固定在其表面，从而为各光电器件提供电连接、保护、支撑和散热等功能，可以包括但不限于单层基板、多层基板或HDI(High Density Interconnector)基板等。可以理解的是，本申请实施例中基板还用于与上述封装激光器芯片的热沉粘接，以使所述激光器芯片与其他集成芯片在基板上实现耦合。因此，在下文中，其他集成芯片又可被称为耦合芯片。

另一方面，本申请实施例提供的光电器件耦合夹具也可以粘接、卡接或其他方式固定与上述基座上，并且在将激光器芯片移动至耦合台上对应的待耦合位置的过程中，可以通过探针向激光器芯片提供电信号，以使激光器芯片处于工作状态，从而检测激光器芯片与耦合芯片是否耦合成功。这样既减少了耦合操作的步骤和耦合损耗，又可以提升光耦合的效率，从而改善了产品可靠性。

在一些实施例中，所述光电器件耦合装置还包括：

耦合检测组件，连接所述耦合台，并与待测的所述第二光电器件对准，用于检测所述第一光电器件和所述第二光电器件在所述耦合状态下基于所述电信号输出的所述检测信号。

在本申请实施例中，可以通过与耦合芯片对准的耦合检测组件来判断激光器芯片与耦合芯片之间是否完成耦合。这里，所述电信号使得激光器芯片处于工作状态，从而波导提供光信号，并传输到耦合芯片对应的波导上。因此，可以在耦合状态下测得耦合芯片输出端的检测信号。可以理解的是，上述检测信号可以是电信号，也可以是光信号。其中，若为电信号，则耦合检测组件也可以与耦合芯片通过电路连接线连接。

示例性地，本申请实施例中的耦合检测组件可以是光检测器，其根据检测耦合芯片输出端的光信号来判断耦合过程是否完成。具体地，在光检测器中可以根据实际耦合精度设定第一预设值，若输出光信号小于或等于第一预设值，则说明耦合完成；若输出光信号大于第一预设值，则说明耦合未完成，需要继续调整激光器芯片与耦合芯片之间的相对位置。可以理解的是，上述第一预设值也可以是光信号或者电信号，本申请不做过多限制。

在一些实施例中，如图8A所示，所述光电器件耦合装置1000还包括：

视觉相机40，用于获取所述第一光电器件与所述第二光电器件的相对位置参数；

视觉相机位移台50，位于所述基座20上，连接所述视觉相机40，用于根据所述相对位置参数移动所述视觉相机40。

在本申请实施例中，视觉相机可以通过镜头分别获取耦合台上耦合芯片以及激光器芯片的位置信息。这里的位置信息可以是空间坐标系下的坐标参数，并且以投影的方式在视觉相机中的镜头上显示，之后再将通过镜头投影到传感器的图像传送到能够储存、分析和/或显示的机器设备(例如计算机设备)上，从而得到激光器芯片与耦合芯片之间的相对位置。进一步地，在实际耦合过程中，需要设置一个第二预设值用于判断耦合是否完成，因此，可以将上述机器设备中获得的相对位置值(即坐标参数值)与第二预设值进行比对。若相对位置值小于等于第二预设值，则激光器芯片与耦合芯片实现耦合；若相对位置值大于第二预设值，则可以继续调整耦合台和移动台的相对位置，从而调整激光器芯片与耦合芯片之间的相对位置值，直至实现耦合。

示例性地，上述视觉相机可以固定在对应的视觉相机位移台上。这里的视觉相机位移台可以以焊接的方式固定在基座上，并且可以包括但不限于云台、机械臂或其他设备等。在本申请实施例中，视觉相机位移台用于在耦合操作之前调整视觉相机的位置，以使其与耦合台之间保持相对静止，这样可以减少后续耦合操作中的位置误差，提高耦合的精度。

在一些实施例中，所述光电器件耦合装置包括至少两个所述视觉相机；

所述至少两个视觉相机之间具有预设角度。

本申请实施例可以包括两个视觉相机，且分别对应地位于视觉相机位移台上。这里，至少两个视觉相机可以位于耦合台的两侧或同侧，并且相互之间具有预设角度，这样可以获取至少两个方向上的坐标参数，从而提高激光器芯片与耦合芯片之间的相对位置精度。

示例性地，如图8B所示，两个视觉相机40可以分布位于耦合台30的两侧，且这里的两个视觉相机40的输出图像可以传输到同一个计算机设备中。其中，两个视觉相机分别可以以斜对的方式对准耦合台上的预定位置，这样可以从两个角度分别获取两个投影图像。进一步地，计算机设备可以将两个投影图像的坐标参数进行匹配，从而确定激光器芯片与耦合芯片之间的相对位置值。

需要说明的是，本申请实施例在进行耦合操作之前，仍需要对至少两个视觉相机的中心坐标点进行对准，以减少因为投影到镜头坐标系下的图像位置偏移所带来的误差。

本申请实施例可以通过至少两个具有预设角度的视觉相机来获取激光器芯片与耦合芯片之间的相对位置，从而进行后续调整。这样可以提高耦合的精度和耦合容差，改善产品可靠性。

在一些实施例中，所述光电耦合夹具根据所述耦合状态和/或所述相对位置参数来调整所述第一光电器件与所述第二光电器件的相对位置。

在本申请中，上述实施例提供了两种调整激光器芯片与耦合芯片之间相对位置的示例，即通过耦合检测组件的输出以及通过视觉相机反馈的图像坐标。可以理解的是，本申请实施例中的光电耦合夹具可以连接对应的计算机设备，以根据上述两种结果来移动激光器芯片，直至实现耦合。

本申请实施例可以采用单种或同步地采用多种方式来对耦合状态进行检测，这样可以减少了耦合操作的步骤和耦合损耗，又可以提升光耦合的效率和准确度，从而改善了产品可靠性。

可以理解的是，上述实施例示出了耦合台固定且调整光电耦合夹具实现初步耦合的方案。在另一些实施例中，调整激光器芯片与耦合芯片的相对位置也可以固定光电耦合夹具，移动耦合台；或耦合台和光电耦合夹具都可以分别独立移动。因此，上述可以通过相对位置的调整，实现耦合操作，也应该属于本申请实施例所要求保护的范围。

在一些实施例中，所述光电器件耦合装置还包括：

激光器，位于所述耦合台上方，用于对待键合的所述第一光电器件与所述第二光电器件进行激光直写，以使所述第一光电器件与所述第二光电器件完成引线键合。

需要说明的是，在本申请实施例中，上述耦合过程属于初步耦合，即通过激光器芯片上的波导以及耦合芯片上的波导是否对准和/或激光器芯片以及耦合芯片是否处于基板上的预定位置来判断耦合是否完成。这里，如图9A所示，激光器芯片100a与耦合芯片200a之间还未实现连接。

因此，在本申请实施例中，完成初步耦合后的激光器芯片与耦合芯片还可以进行激光直写，从而实现引线键合。这里，激光直写可以是双光子激光直写，又被称为双光子聚合(Two-photon polymerization，2PP)技术，是通过物质对光的吸收发生的一种聚合现象。其中，绝大多数物质对光的吸收都是将一个光子作为基础单位进行吸收的，但在某些特殊物质中，由于其能级跃迁模式的不同，可以同时吸收多个(几个或几十个)光子，从而使得激光照射的物质表面逐渐变性和固化。本申请实施例采用激光直写取代透镜耦合，可以改善耦合的精度，提高耦合的质量和效率，并且自动化程度高。

另一方面，本申请实施例中的引线键合是利用双光子曝光工艺制作三维聚合物波导的光学引线键合(Photonic Wire Bonding，PWB)，即在激光器芯片与耦合芯片之间形成连接且耦合的波导。

示例性地，如图9B所示，可以采用紫外飞秒激光器进行上述激光直写操作，并且可以利用紫外光固化胶实现激光器芯片100a与耦合芯片200a之间的引线键合。这里的紫外光固化胶是一种单组分、不含溶剂且能吸收紫外光迅速发生固化的粘接胶，其具有折射率n1，可以使得光线在内部传输，用于激光器芯片与耦合芯片之间的光对准和光耦合。

需要说明的是，在一些实施例中，引线键合后还可以在上述紫外光固化胶的外围覆盖一层折射率为n2(n2<n1)的材料，例如胶水、涂料或油墨等折射率小于紫外光固化胶的材料。这样，可以使得光信号更好地被束缚在引线区域的介质中(紫外光固化胶)传输，同时可以保护引线结构，增加稳定性；另一方面，还可以降低耦合损耗，提高耦合容差以及耦合效率。

如图10所示，本申请实施例还提供了一种光电器件耦合方法，包括：

步骤S101、将所述第一光电器件移动至待耦合位置与第二光电器件耦合；

步骤S102、在移动所述第一光电器件的过程中，利用与所述第一光电器件电接触，并提供使所述第一光电器件工作的电信号；

步骤S103、根据所述电信号，检测所述第一光电器件和所述第二光电器件是否耦合成功。

在本申请实施例中，可以通过真空吸盘或夹头等结构固定激光器芯片，再通过云台、机械滑轨或机械手等装置将激光器芯片移动至待耦合位置，并进一步地与其他集成芯片进行耦合操作。

示例性地，在移动的过程中，可以同步地调整探针的伸缩，以实现探针与激光器芯片上热沉的电接触，从而向激光器芯片提供电信号。

在本申请实施例中，激光器芯片上获得的电信号可以通过波导耦合到对应的其他集成芯片上，并在其他集成芯片波导的输出端获得耦合状态。这样，可以用于检测激光器芯片与其他集成芯片是否耦合成功。可以理解的是，上述检测方法并不局限于光信号或电信号的检测，还可以通过投影图像或位置坐标的形式来判断耦合是否成功。

本申请实施例可以在移动激光器芯片的过程中，通过探针向所述激光器芯片提供电信号，从而可以检测激光器芯片和其他集成芯片是否耦合成功。这样既减少了耦合操作的步骤和耦合损耗，又可以提升光耦合的效率，从而改善了产品可靠性。

在一些实施例中，所述光电器件耦合方法还包括：

在所述第一光电器件和所述第二光电器件耦合成功的情况下，对所述第一光电器件与所述第二光电器件进行激光直写，以使所述第一光电器件与所述第二光电器件完成引线键合。

在本申请实施例中，初步耦合后的激光器芯片与其他集成芯片之间还需要实现引线键合。这里可以通过双光子激光直写的方式，实现物质的聚合，从而形成激光器芯片与耦合芯片之间相互连接的波导。示例性地，上述激光直写操作可以采用紫外飞秒激光器实现。

在一些实施例中，所述方法还包括：

在所述第一光电器件与所述第二光电器件之间的引线区域上覆盖第一介电材料，以形成绝缘层。

在一些实施例中，所述引线区域由第二介电材料组成；

所述第一介电材料的折射率大于所述第二介电材料的折射率。

在本申请实施例中，可以利用紫外光固化胶，即上述第二介电材料实现引线键合。示例性地，这里的引线区域可以是指激光直写后，利用紫外光固化胶形成的波导结构。

进一步地，形成紫外光固化胶波导后，本申请实施例还可以在上述紫外光固化胶波导的外围覆盖一层绝缘材料，即上述第一介电材料，例如胶水、涂料或油墨等，从而形成绝缘层。这里的绝缘层包裹引线区域，形成了双层结构的波导。

在本申请实施例中，第一介电材料的折射率还可以小于第二介电材料的折射率，以使得光信号被更好地限制在上述紫外光固化胶波导中。

由此，本申请实施例提供的光电器件耦合方法，采用激光直写取代了透镜耦合，可以改善耦合的精度，提高耦合的质量和效率，并且自动化程度；另一方面，在激光器芯片与其他集成芯片之间形成双层结构的波导，可以保护引线结构，增加稳定性，降低耦合损耗，提高耦合容差。

需要说明的是，本申请所提供的几个方法或设备实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种光电器件耦合夹具，其特征在于，包括：

固定组件，用于固定第一光电器件；

移动组件，与所述固定组件连接，用于将所述第一光电器件移动至待耦合位置与第二光电器件耦合；

探针，与所述固定组件连接；所述探针用于在移动所述第一光电器件的过程中，与所述第一光电器件电接触，并提供使所述第一光电器件工作的电信号；其中，所述第一光电器件和所述第二光电器件在耦合状态下，能够基于所述电信号产生检测信号。

2.根据权利要求1所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述探针，包括：

探头，位于所述探针的一端，用于与所述第一光电器件电接触；

伸缩件，与所述探头连接，用于调整所述探头与所述第一光电器件的相对距离。

3.根据权利要求2所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述伸缩件具有可调的第一长度；

若所述第一长度小于所述预设值，所述探头与所述第一光电器件不接触；

若所述第一长度等于预设值，所述探头与所述第一光电器件之间具有电接触；

若所述第一长度大于所述预设值，所述探头用于向所述第一光电器件施加压力，以释放所述第一光电器件。

4.根据权利要求1所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述固定组件包括：

腔体，所述腔体的一端包括开口；其中，所述探针位于所述腔体内，且能够通过所述开口与所述第一光电器件接触。

5.根据权利要求4所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述固定组件还包括：

伸缩密封组件，位于所述腔体远离所述开口的另一端；所述伸缩密封组件与所述探针连接，用于向所述探针施加外力，以使所述探针伸缩；所述伸缩密封组件还与所述腔体连接，用于使所述探针与所述腔体之间密封。

6.根据权利要求4所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述固定组件还包括：

真空阀，位于所述腔体表面；在所述真空阀开启的情况下，所述腔体内产生负压，以使所述第一光电器件固定。

7.根据权利要求4所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述探针还包括：

绝缘卡口，位于所述探针上，与所述腔体的内侧壁连接，用于将所述探针固定在所述腔体内。

8.根据权利要求4所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述固定组件还包括：

绝缘垫片，位于所述开口周围，用于使所述第一光电器件与所述腔体电绝缘，和/或使所述探针与所述腔体电绝缘。

9.根据权利要求1所述的光电器件耦合夹具，其特征在于，所述固定组件还包括：

通电开关，与所述探针和外部电源连接；其中，在所述通电开关开启的情况下，所述探针带电。

10.一种光电器件耦合装置，其特征在于，包括：

基座；

耦合台，位于所述基座上，用于承载待耦合的光电器件；

权利要求1-9任一所述光电器件耦合夹具，位于所述基座上。

11.根据权利要求10所述的光电器件耦合装置，其特征在于，所述光电器件耦合装置还包括：

耦合检测组件，连接所述耦合台并与待测的所述第二光电器件对准，用于检测所述第一光电器件和所述第二光电器件在所述耦合状态下基于所述电信号输出的所述检测信号。

12.根据权利要求11所述的光电器件耦合装置，其特征在于，所述光电器件耦合装置还包括：

视觉相机，用于获取所述第一光电器件与所述第二光电器件的相对位置参数；

视觉相机位移台，位于所述基座上，连接所述视觉相机，用于根据所述相对位置参数移动所述视觉相机。

13.根据权利要求12所述的光电器件耦合装置，其特征在于，所述光电器件耦合装置包括至少两个所述视觉相机；

所述至少两个视觉相机之间具有预设角度。

14.根据权利要求12所述的光电器件耦合装置，其特征在于，所述光电耦合夹具根据所述耦合状态和/或所述相对位置参数来调整所述第一光电器件与所述第二光电器件的相对位置。

15.根据权利要求10所述的光电器件耦合装置，其特征在于，所述光电器件耦合装置还包括：

激光器，位于所述耦合台上方，用于对待键合的所述第一光电器件与所述第二光电器件进行激光直写，以使所述第一光电器件与所述第二光电器件完成引线键合。

16.一种光电器件耦合方法，其特征在于，包括：

将所述第一光电器件移动至待耦合位置与第二光电器件耦合；

在移动所述第一光电器件的过程中，利用探针与所述第一光电器件电接触，并提供使所述第一光电器件工作的电信号；

根据所述电信号，检测所述第一光电器件和所述第二光电器件是否耦合成功。

17.根据权利要求16所述的光电器件耦合方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述第一光电器件和所述第二光电器件耦合成功的情况下，对所述第一光电器件与所述第二光电器件进行激光直写，以使所述第一光电器件与所述第二光电器件完成引线键合。

18.根据权利要求17所述的光电器件耦合方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述第一光电器件与所述第二光电器件之间的引线区域上覆盖第一介电材料，以形成绝缘层。

19.根据权利要求18所述的光电器件耦合方法，其特征在于，所述引线区域由第二介电材料组成；

所述第一介电材料的折射率小于所述第二介电材料的折射率。

Images