CN114975641A - 一种硅光耦合的陶瓷衬底及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光通信技术领域，具体公开了一种硅光耦合的陶瓷衬底，包括：衬底本体，衬底本体的第一侧表面开设有凹槽部，凹槽部内预设有光源安装位，凹槽部内于光源安装位的周围设有若干贯通至衬底本体的第二侧表面的导电件，导电件于凹槽部槽底的一端可与光源电极电连接；其中，衬底本体的第一侧表面与第二侧表面分别为衬底本体相对的两侧表面。光源发光部与硅光芯片的端面耦合器的紧密耦合连接时，衬底本体的第二侧表面朝上，即导电件的第二端朝上设置，从而能够快速、便捷地将外部连接探针连接到导电件的第二端上，以实现对光源的加电操作，进而方便使用。
Description
技术领域
本发明涉及光通信技术领域，尤其涉及一种硅光耦合的陶瓷衬底及制备方法。
背景技术
硅光子学是目前国际上研究热点，着重研究硅基光子器件的工作原理、结构设计以及在光通信领域的应用。硅基光电子集成技术是将光波导、调制器、光电芯片、驱动器与接收器电路进行片上集成，其优点在于制作工艺成熟、体积小、集成度高，在数据中心等中短距离光通信领域有广泛的应用。
现有技术中，硅光芯片在加工成型时，通常会在其衬底处保留有台阶，并在台阶对应一侧设置端面耦合器，同时，外部光源(如半导体激光器等)的发光部通常也设置在靠近其上表面的位置，以使得硅光芯片的台阶对外部光源的底端造成阻挡(如附图1所示)，且外部光源的电极通常设置在上表面和下表面或者均设置在上表面，从而连接使用时只有将外部光源上下翻转180度倒置后，才能满足外部光源与硅光芯片的紧密耦合连接，但是，将外部光源倒置后，外部光源上表面就处于底部，从而不方便对外部光源上表面处设置的电极进行加电操作，进而影响使用。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种硅光耦合的陶瓷衬底，解决现有技术中将外部光源倒置后，不方便对外部光源上表面处设置的电性连接部进行加电操作，进而影响使用的问题。
为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：
一种硅光耦合的陶瓷衬底，包括：衬底本体，所述衬底本体的第一侧表面开设有凹槽部，所述凹槽部内预设有光源安装位，所述凹槽部内于所述光源安装位的周围设有若干贯通至所述衬底本体的第二侧表面的导电件；
其中，所述衬底本体的第一侧表面与第二侧表面分别为所述衬底本体相对的两侧表面。
可选的，所述凹槽部包括第一凹槽和设于所述第一凹槽槽底的第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽形成阶梯槽结构；
所述光源安装位设于所述第二凹槽的槽底，所述导电件包括第一导电件，所述第一导电件从所述第一凹槽的槽底贯通至所述衬底本体的第二侧表面。
可选的，该硅光耦合的陶瓷衬底，还包括：
第一电性连接件，所述第一电性连接件与所述第一导电件上连通所述第一凹槽的一端电连接；
键合金丝，所述键合金丝的两端分别与所述第一电性连接件和光源的电极电连接。
可选的，所述光源的高度尺寸值小于所述凹槽部的槽深尺寸值；所述键合金丝不露出所述凹槽部外。
可选的，所述导电件还包括第二导电件，所述第二导电件从所述光源安装位贯通至所述衬底本体的第二侧表面；
所述光源安装位上也设有与所述第二导电件电连接的所述第一电性连接件。
可选的，所述第一导电件和所述第二导电件的另一端均设有第二电性连接件。
可选的，所述导电件为导电胶材质或者电镀金属材质，所述衬底本体为陶瓷材质。
本发明还提供了一种硅光耦合的陶瓷衬底的制备方法，包括如下步骤：
选取矩形状的衬底本体；
在衬底本体的第一侧表面刻蚀或者研磨加工成型凹槽部，并将所述凹槽部加工至设定深度；
在所述凹槽部内设定光源安装位，并在所述凹槽部内于所述光源安装位的周围设置若干贯通至所述衬底本体的第二侧表面的导电件。
可选的，所述凹槽部的成型步骤包括：
在衬底本体的第一侧表面刻蚀或者研磨加工成型第一凹槽，并将所述第一凹槽加工至设定深度；
在所述第一凹槽的槽底刻蚀或者研磨加工成型第二凹槽，并将所述第二凹槽加工至设定深度，所述第一凹槽和所述第二凹槽形成阶梯槽结构，在所述第二凹槽的槽底设置光源安装位；
所述导电件的设置步骤包括：
在所述第一凹槽内设置若干贯通至所述衬底本体的第二侧表面的第一导电件；
在所述第二凹槽内设置从所述光源安装位贯穿至所述衬底本体的第二侧表面的第二导电件。
可选的，该硅光耦合的陶瓷衬底的制备方法还包括如下步骤：
在所述第一导电件和所述第二导电件于所述凹槽部内的一端设置第一电性连接件；
在所述第一导电件和所述第二导电件于所述衬底本体的第二侧表面的另一端设置第二电性连接件。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种硅光耦合的陶瓷衬底，使用时，导电件的第一端置于凹槽部内，第二端置于衬底本体的第二侧表面上，通过将光源电极与导电件的第一端电连接，当外部光源与硅光芯片进行端面耦合时，通过使用夹具将衬底本体及光源翻转180度使其倒置，就能够避免光源与硅光芯片的台阶产生阻碍的情况，从而令光源发光部与硅光芯片的端面耦合器紧密耦合，且此时衬底本体的第二侧表面朝上，即此时导电件的第二端朝上设置，从而能够快速、便捷地将外部连接探针连接到导电件的第二端上，以实现对光源的加电操作，进而方便使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为现有的硅光芯片与外部光源的示意图；
图2为本发明提供的一种硅光耦合的陶瓷衬底的结构示意图；
图3为本发明提供的装载有外部光源的陶瓷衬底的截面示意图，此时外部光源的上下表面均设有电极；
图4为本发明提供的装载有外部光源的陶瓷衬底的截面示意图，此时外部光源仅上表面设有电极；
图5为本发明提供的装载有外部光源的陶瓷衬底的倒置示意图。
上述图中：3、衬底本体；31、凹槽部；311、第一凹槽；312、第二凹槽；4、导电件；41、第一导电件；42、第二导电件；5、第一电性连接件；6、第二电性连接件；7、键合金丝。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
需要理解的是，在本发明的描述中，具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。其中，示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法；虽然流程图将各项操作或步骤处理描述形成一定的顺序，但是其中的许多操作或步骤是能够被并行地、并发地或者同时实施的，且各项操作的顺序可以被重新安排。当其操作或步骤完成时，对应处理可以被终止，还可以具有未包括在附图中的附加步骤。前面所述的处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案；可以理解的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
请结合参考附图1至附图5，本发明实施例提供了一种硅光耦合的陶瓷衬底，包括：衬底本体3，衬底本体3的第一侧表面开设有凹槽部31，凹槽部31内预设有光源安装位，凹槽部31内于光源安装位的周围设有若干贯通至衬底本体3的第二侧表面的导电件4；
其中，衬底本体3的第一侧表面与第二侧表面分别为衬底本体3相对的两侧表面。
使用时，导电件4的第一端置于凹槽部31内，第二端置于衬底本体3的第二侧表面上，通过将光源电极与导电件4的第一端电连接，当外部光源与硅光芯片进行端面耦合时，通过使用夹具将衬底本体3及光源翻转180度使其倒置，就能够避免光源与硅光芯片的台阶产生阻碍的情况，从而令光源发光部与硅光芯片的端面耦合器紧密耦合，且此时衬底本体3的第二侧表面朝上，即此时导电件4的第二端朝上设置，从而能够快速、便捷地将外部连接探针连接到导电件4的第二端上，以实现对光源的加电操作，进而方便使用。
具体的，为了方便对光源进行固定安装，并便于实现光源电极与导电件41进行电连接，凹槽部31包括第一凹槽311和设于第一凹槽311槽底的第二凹槽312，第一凹槽311和第二凹槽312形成阶梯槽结构；
光源安装位设于第二凹槽312的槽底，导电件4包括第一导电件41，第一导电件41从第一凹槽311的槽底贯通至衬底本体3的第二侧表面。
具体的，为了便于实现光源电极与第一导电件41的电连接，以满足使用需求，该硅光耦合的陶瓷衬底，还包括：
第一电性连接件5，第一电性连接件5与第一导电件41上连通第一凹槽311的一端电连接；
键合金丝7，键合金丝7的两端分别与第一电性连接件5和光源的电极电连接。
本实施例中，键合金丝7的两端可以通过焊接的方式分别固定连接与第一电性连接件5和光源电极上。光源顶面与第一凹槽311槽底之间的高度差为±100微米，以方便光源电极与第一电性连接件5电连接，并保证键合金丝7的稳定、可靠性能。第一电性连接件5优选为焊盘。
具体的，为了能够更加有效的对键合金丝7进行保护，以避免键合金丝受到外力作用而影响使用，光源的高度尺寸值小于凹槽部31的槽深尺寸值；键合金丝7不露出凹槽部31外。
具体的，为了便于对光源的下表面进行通电操作，导电件4还包括第二导电件42，第二导电件42从光源安装位贯通至衬底本体3的第二侧表面；
光源安装位上也设有与第二导电件42电连接的第一电性连接件5。
本实施例中，光源可以通过导电银浆粘接固定或者通过共晶焊的方式焊接固定于光源安装位上，以满足使用需求。
具体的，为了便于实现外部探针与第一导电件41和第二导电件42的电连接，以满足使用需求，第一导电件41和第二导电件42的另一端均设有第二电性连接件6。第二电性连接件6优选为焊盘，且焊盘上设有能够与外部探针配合连接的连接孔。
具体的，为了更好的实现对外部光源2进行加电操作，导电件4为导电胶材质或者电镀金属材质，衬底本体3为陶瓷材质，如氮化铝、氧化铝、氮化硅等材质，则可以避免多个第一电性连接件5和/或多个第二电性连接件6之间形成短路连接。
本实施例中，导电件4既可以为实心的导电柱体，也可以为空心的导电通孔。
本发明实施例还提供了一种硅光耦合的陶瓷衬底的制备方法，包括如下步骤：
选取矩形状的衬底本体3；
在衬底本体3的第一侧表面刻蚀或者研磨加工成型凹槽部31，并将凹槽部31加工至设定深度；
在凹槽部31内设定光源安装位，并在凹槽部31内于光源安装位的周围设置若干贯通至衬底本体3的第二侧表面的导电件4。
具体的，凹槽部31的成型步骤包括：
在衬底本体3的第一侧表面刻蚀或者研磨加工成型第一凹槽311，并将第一凹槽311加工至设定深度；
在第一凹槽311的槽底刻蚀或者研磨加工成型第二凹槽312，并将第二凹槽312加工至设定深度，第一凹槽311和第二凹槽312形成阶梯槽结构，在第二凹槽312的槽底设置光源安装位；
导电件4的设置步骤包括：
在第一凹槽311内设置若干贯通至衬底本体3的第二侧表面的第一导电件41；
在第二凹槽312内设置从光源安装位贯穿至衬底本体3的第二侧表面的第二导电件42。
本实施例中，凹槽部31和导电件41的加工顺序并不是唯一固定的，其顺序可以进行适当组合。例如：既可以是，先加工成型第一凹槽311，再加工第二凹槽312，然后再依次加工设置第一导电件41和第二导电件42；也可以是，先加工成型第一凹槽311，然后加工设置第一导电件41，再加工成型第二凹槽312，然后才加工设置第二导电件42。
具体的，该硅光耦合的陶瓷衬底的制备方法还包括如下步骤：
在第一导电件41和第二导电件42于凹槽部31内的一端设置第一电性连接件5；
在第一导电件41和第二导电件42于衬底本体3的第二侧表面的另一端设置第二电性连接件6。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种硅光耦合的陶瓷衬底，其特征在于，包括：衬底本体(3)，所述衬底本体(3)的第一侧表面开设有凹槽部(31)，所述凹槽部(31)内预设有光源安装位，所述凹槽部(31)内于所述光源安装位的周围设有若干贯通至所述衬底本体(3)的第二侧表面的导电件(4)；
其中，所述衬底本体(3)的第一侧表面与第二侧表面分别为所述衬底本体(3)相对的两侧表面。
2.根据权利要求1所述的硅光耦合的陶瓷衬底，其特征在于，所述凹槽部(31)包括第一凹槽(311)和设于所述第一凹槽(311)槽底的第二凹槽(312)，所述第一凹槽(311)和所述第二凹槽(312)形成阶梯槽结构；
所述光源安装位设于所述第二凹槽(312)的槽底，所述导电件(4)包括第一导电件(41)，所述第一导电件(41)从所述第一凹槽(311)的槽底贯通至所述衬底本体(3)的第二侧表面。
3.根据权利要求2所述的硅光耦合的陶瓷衬底，其特征在于，还包括：
第一电性连接件(5)，所述第一电性连接件(5)与所述第一导电件(41)上连通所述第一凹槽(311)的一端电连接；
键合金丝(7)，所述键合金丝(7)的两端分别与所述第一电性连接件(5)和光源的电极电连接。
4.根据权利要求3所述的硅光耦合的陶瓷衬底，其特征在于，所述光源的高度尺寸值小于所述凹槽部(31)的槽深尺寸值；
所述键合金丝(7)不露出所述凹槽部(31)外。
5.根据权利要求3所述的硅光耦合的陶瓷衬底，其特征在于，所述导电件(4)还包括第二导电件(42)，所述第二导电件(42)从所述光源安装位贯通至所述衬底本体(3)的第二侧表面；
所述光源安装位上也设有与所述第二导电件(42)电连接的所述第一电性连接件(5)。
6.根据权利要求5所述的硅光耦合的陶瓷衬底，其特征在于，所述第一导电件(41)和所述第二导电件(42)的另一端均设有第二电性连接件(6)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的硅光耦合的陶瓷衬底，其特征在于，所述导电件(4)为导电胶材质或者电镀金属材质，所述衬底本体(3)为陶瓷材质。
8.一种硅光耦合的陶瓷衬底的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
选取矩形状的衬底本体(3)；
在衬底本体(3)的第一侧表面刻蚀或者研磨加工成型凹槽部(31)，并将所述凹槽部(31)加工至设定深度；
在所述凹槽部(31)内设定光源安装位，并在所述凹槽部(31)内于所述光源安装位的周围设置若干贯通至所述衬底本体(3)的第二侧表面的导电件(4)。
9.根据权利要求8所述的硅光耦合的陶瓷衬底的制备方法，其特征在于，所述凹槽部(31)的成型步骤包括：
在衬底本体(3)的第一侧表面刻蚀或者研磨加工成型第一凹槽(311)，并将所述第一凹槽(311)加工至设定深度；
在所述第一凹槽(311)的槽底刻蚀或者研磨加工成型第二凹槽(312)，并将所述第二凹槽(312)加工至设定深度，所述第一凹槽(311)和所述第二凹槽(312)形成阶梯槽结构，在所述第二凹槽(312)的槽底设置光源安装位；
所述导电件(4)的设置步骤包括：
在所述第一凹槽(311)内设置若干贯通至所述衬底本体(3)的第二侧表面的第一导电件(41)；
在所述第二凹槽(312)内设置从所述光源安装位贯穿至所述衬底本体(3)的第二侧表面的第二导电件(42)。
10.根据权利要求9所述的硅光耦合的陶瓷衬底的制备方法，其特征在于，还包括如下步骤：
在所述第一导电件(41)和所述第二导电件(42)于所述凹槽部(31)内的一端设置第一电性连接件(5)；
在所述第一导电件(41)和所述第二导电件(42)于所述衬底本体(3)的第二侧表面的另一端设置第二电性连接件(6)。
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2022
- 2022-06-30 CN CN202210762993.0A patent/CN114975641A/zh active Pending
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| CN116299856B (zh) * | 2023-05-19 | 2023-07-28 | 中国科学院半导体研究所 | 一种硅光耦合结构 |
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