CN116224504A - 一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法，该光封装平台包括基板、龙门架、滑轨、观察镜组、两个电控位移台、用于固定光纤阵列的夹具、曲杆和PCB板，其中，龙门架和两个电控位移台安装在基板上，滑轨安装在龙门架上，观察镜组包括第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头，第一光学放大镜头和第四光学放大镜头安装在滑轨上，第二光学放大镜头和第三光学放大镜头相对设置安装在基板上，曲杆用于连接电控位移台和夹具，PCB板通过支架安装在基板上，PCB板上安装有芯片、陶瓷片和转接板，芯片位于转接板的下方。本发明的操作更加简单，能够使光封装过程更加自动化和稳定，有利于缩短封装时间。

Description

一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法

技术领域

本发明涉及集成电路的光学封装领域，尤其涉及一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法。

背景技术

作为一种间接间隙半导体，硅为二极管激光发射提供了非常低的直接间隙复合。因此，驱动Si光子学所需的光信号必须来自外部激光源，要么是间接的(即来自离散激光器件的光的光纤耦合)，要么是直接的(即在Si PIC上混合/异构集成III V器件/材料)。光封装则用来描述PIC(光子集成电路)和外部之间进行光连接所需的一系列技术和技术能力。大规模硅基光交换芯片具有低功耗、高性能以及低成本等优点，正成为下一代高性能计算机、数据中心以及通信网络中交换节点的潜在候选者。芯片的电学封装及光学封装是硅基光交换芯片实现工作的必经流程。由于芯片曝光面积的限制，随着硅基光交换芯片规模的不断提升，片上光学端口以及电学端口的数量和密度也随之大幅度增加，受限于设备以及制作工艺，直接对芯片上光学端口以及电学端口的进行封装已逐渐难以实现。外部的激光与PIC(光子集成电路)的间接耦合和直接耦合有许多应用，每一种方法都可以通过所采用的耦合方案进一步细分，即光栅耦合、边缘耦合、倏逝耦合等。而在光栅耦合的过程中，光纤阵列被广泛应用，通常采用人工、多次点胶的方法固定光纤阵列与芯片实现耦合，该过程通常会带来较大的附加损耗。因此需要提出一种更加自动化、时间成本更低的封装方法。另外，现有的光纤阵列工艺的限制使得大通道的光纤阵列成品率很低，且大通道的光纤阵列质量过大，难以固定。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于硅光子芯片的光封装平台和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：本发明实施例第一方便提供了一种用于硅光子芯片的光封装平台，所述光封装平台包括：

基板；

龙门架，安装在所述基板上；

滑轨，安装在所述龙门架的上方；

观察镜组，包括第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头，所述第一光学放大镜头和第四光学放大镜头安装在所述滑轨上，所述第二光学放大镜头和第三光学放大镜头相对设置安装在基板上；

两个电控位移台，安装在所述基板上；

夹具，用于固定光纤阵列；

曲杆，用于连接所述电控位移台和所述夹具，所述曲杆设置有第一连接部；和

PCB板，通过支架安装在所述基板上，所述PCB板上安装有芯片、陶瓷片和转接板，所述芯片位于转接板的下方。

可选地，所述第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头的光学放大倍率为0.7X-4.5X，变倍比为6.5:1。

可选地，所述PCB板上还安装有泳池状物块，所述泳池状物块通过固化胶固化在所述陶瓷片上。

可选地，所述泳池状物块呈封闭结构，所述泳池状物块设置有第一挡接部、两个凸块、两个第二挡接部和第三挡接部，两个所述凸块设置在所述第一挡接部的两端，所述第一挡接部的两端分别与两个第二挡接部的一端相连，所述第三挡接部的两端分别与两个第二挡接部的另一端相连。

可选地，所述凸块与芯片的侧边相抵接，所述凸块的下表面与转接板的上表面相抵接；

所述第一挡接部的一侧与芯片的上表面相抵接，所述第一挡接部与转接板的上表面相抵接；

所述第二挡接部的内侧与陶瓷片的表面相抵接；

所述第三挡接部位于陶瓷片的上方，且所述第三挡接部的下表面与陶瓷片的上表面相抵接。

可选地，所述夹具包括主体部，所述主体部上设置有槽体，所述主体部顶端安装在第一连接部上，所述主体部下端固定设有紧固板，所述紧固板上设有若干个定位孔。

可选地，所述夹具包括主体部和夹持块，所述主体部上设置有槽体，所述主体部的下端设置有安装座，所述夹持块通过螺柱安装在安装座上。

可选地，所述第一连接部设置有连接座，所述连接座安装在槽体的顶端，且所述连接座的外表面与槽体的内表面相抵接；和/或，

所述夹具还包括支撑块，所述支撑块位于陶瓷片和夹持块之间。

本发明实施例第二方便提供了一种基于上述的用于硅光子芯片的光封装平台的光封装方法，所述光封装方法包括以下步骤：

(1)在三个轴向xyz上，手动调节第一光学放大镜头、第二光学放大镜头、第三光学放大镜头和第四光学放大镜头的位置、放大倍率、焦距，捕获光纤阵列在xyz三个方向上的视野；

(2)电控位移台在六个维度上调节用于固定光纤阵列的夹具，使得光纤阵列中的各个光纤与芯片表面的光栅对准；

(3)在光纤阵列的最后一个光纤上接一个光功率计，用于监测光纤阵列的耦合损耗；

(4)当光功率计监测到光纤阵列的耦合损耗达到最小值后，通过电控位移台调节夹具沿z轴方向抬高光纤阵列；

(5)在芯片表面的光栅位置处均匀的点固化胶，固化胶的厚度控制在0.5mm；

(6)利用电控位移台调节夹具将光纤阵列沿z轴方向向下缓慢移动复位至原位置，使得固化胶填充光纤阵列与光栅之间的缝隙；

(7)通过电控位移台调节夹具对光纤阵列的位置进行微调至光功率计监测到的耦合损耗值最小时停止；

(8)用紫外灯对芯片与光纤阵列接触的部分进行固化，以确保固化胶完全凝固。

(9)固化完成后拆除夹具，以完成硅光子芯片的光封装。

可选地，在所述步骤(5)和所述步骤(6)之间还包括步骤(a)：将泳池状物块放置在PCB板的陶瓷片上，在泳池状物块的外部与陶瓷片的贴合处添加微量的固化胶以固定泳池状物块，通过自动点胶机根据预设的胶量向泳池状物块内填充固化胶；和/或

在所述步骤(7)和所述步骤(8)之间还包括步骤(b)：在陶瓷片上涂抹固化胶，将支撑块放置在陶瓷片上并从夹持块的一侧推入夹持块和陶瓷片之间，用固化胶固化夹持块和支撑块。

本发明的有益效果是，本发明通过设计一种光封装平台，能够操作简单的实现硅光子芯片的光封装；通过一种泳池状物块，实现了新的光封装方法，相比较于传统的光封装方法，本发明的封装操作难度更为简单，流程更高效，点胶、固化次数仅需一次，且光纤阵列在固化过程中受力均匀，减小了手工点胶造成的胶量不均带来的较高的附加损耗，此外，整个光封装过程的自动化程度更高，稳定性更好，有助于缩短封装时间；通过一对非对称式夹具，以及相应的夹持方式解决了大通道光纤阵列的质量大带来的尾纤应力导致的不稳定的问题，使得整个封装过程中额外的附加损耗较为稳定，适用于大通道硅光子芯片的光封装，相比较于直接使用N通道的光纤阵列，将两个N/2通道的光纤阵列拼接解决了大通道光纤阵列的制备工艺上不足的问题，更易于固定大通道的光纤阵列，避免了大规模交换芯片封装时对应的光纤阵列加工良品率低的问题，采用两个多通道光纤阵列拼接的方法，即可实现大规模交换芯片的光学封装。

附图说明

图1是本发明中芯片上的光栅以及波导结构的示意图；

图2是本发明实施例1中的光封装平台的结构示意图；

图3是本发明实施例1中的光封装平台的主视图；

图4是本发明实施例1中的光封装平台的俯视图；

图5是图2中的部分放大结构示意图；

图6是本发明实施例1中的泳池状物块的立体结构示意图；

图7是图6中的泳池状物块的俯视图；

图8是本发明实施例2中的光封装平台的结构示意图；

图9是本发明实施例2中的光封装平台的主视图；

图10是本发明实施例2中的光封装平台的左视图；

图11是本发明实施例2中的光封装平台的俯视图；

图12是图8中A部的放大结构示意图；

图13是本发明实施例2点胶固化过程中芯片、转接板、光纤阵列、亚克力转接块、固定块件的侧视图；

图14是本发明实施例2中的夹具的结构示意图；

图15是本发明实施例2中的夹具的主视图；

图16是本发明实施例2中的夹具的左视图。

图中，基板1、龙门架2、滑轨3、观察镜组、第一光学放大镜头41、第二光学放大镜头42、第三光学放大镜头43、第四光学放大镜头44、电控位移台5、夹具6、主体部61、槽体62、紧固板63、定位孔64、安装座65、夹持块66、支撑块67、曲杆7、第一连接部71、连接座711、PCB板8、芯片81、泳池状物块82、第一挡接部821、凸块822、第二挡接部823、第三挡接部824、陶瓷片83、转接板84、光纤阵列9。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本发明可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本发明进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供了一种用于硅光子芯片的光封装平台。

实施例1

参见图2-图4，本发明实施例中的光封装平台包括基板1、龙门架2、滑轨3、观察镜组、两个电控位移台5、夹具6、曲杆7和PCB板8。其中，龙门架2安装在基板1上，滑轨3固定安装在龙门架2的上方，两个电控位移台5安装在基板1上，夹具6用于固定光纤阵列9，电控位移台5通过曲杆7与夹具6相连接，PCB板8通过支架安装在基板1上，使得PCB板8支撑在基板1上。

应当理解的是，两个电控位移台5包含6个维度的调节功能，通过调节电控位移台5，可以实现光纤阵列9在6个维度上能与芯片81上的光栅对齐、耦合。

本实施例中，观察镜组用于观察光纤阵列9与芯片81表面的光栅口，观察镜组包括第一光学放大镜头41、第二光学放大镜头42、第三光学放大镜头43和第四光学放大镜头44。其中，第一光学放大镜头41固定安装在滑轨3上，用于观察上视野；第二光学放大镜头42和第三光学放大镜头43相对设置安装在基板1上，分别用于观察左侧视野和右侧视野，第二光学放大镜头42和第三光学放大镜头43位于PCB板8的左右两侧；第四光学放大镜头44安装在滑轨3上，用于观察后侧视野。

可选地，第一光学放大镜头41、第二光学放大镜头42、第三光学放大镜头43和第四光学放大镜头44的光学放大倍率为0.7X-4.5X，变倍比6.5:1。例如，本实施例中选择的是6.5X连续变倍镜头VP-LZ-63106。

光纤阵列9、PCB板8、芯片81、泳池状物块82和转接板83的封装属于电封装的范畴，是比较常规的倒装粘接芯片的一种技术。因此本发明基于这种倒装粘接的电封装技术，阐述了一个继续实现光封装的一种方法，在对芯片81完成电学封装后，再对包括光纤阵列9在内的封装体进行光学封装。

本实施例中，PCB板8上安装有芯片81、陶瓷片83和转接板84，芯片81位于转接板84的下方。另外，PCB板8上还安装有泳池状物块82，泳池状物块82通过固化胶固化在陶瓷片83上。

进一步地，芯片81和转接板84采用倒装焊工艺安装在PCB板8上。其中，转接板84通过固化胶粘接在PCB板8上之后，再使用锡焊料进行焊接。

进一步地，泳池状物块82放置在PCB板8上合适的位置后，通过固化胶固化在陶瓷片83上。

优选地，固化胶为紫外胶。应当理解的是，固化胶还可以选择其它具有固定粘接作用的胶，比如速干胶也可以。

优选地，泳池状物块82的材料为亚克力材料。需要说明的是，泳池状物块82的材料应是紫外光可以透射，且不易发生形变的材料，所以选择其它符合要求的材料也是可以的。

本实施例中，光纤阵列9的特点是阵列较大，大阵列的光纤阵列9在封装过程中因其质量较大，会产生较大的应力，所以固化的时候很容易产生一个使其移位的力导致耦合损耗急剧增加甚至封装失败。因此封装这类大阵列的光纤阵列9的时候，通常会先在光纤阵列9与转接板83的间隙之间填上少许的固化胶如紫外胶进行固化。再在光纤阵列9的下方与陶瓷片83之间的空隙中填上固化胶再进行固化。然后在光纤阵列9的后方加上一个固定件并在固定件与光纤阵列9之间填上紫外胶固化。然而，这一流程过程较多，且每一步都存在因为胶量不均匀，胶量过大或者过少导致耦合损耗急剧增大的风险，甚至直接导致耦合失配因而封装失败。所以本发明用这样的一个“泳池”结构，即通过泳池状物块82解决该问题，该泳池状物块82与转接板83、PCB板8、陶瓷片83以及芯片81嵌合，该泳池状物块82被用以容纳固化胶并进行固化，实现了适用于光交换芯片的光封装工艺。

本实施例中，参见图6-图7，泳池状物块82呈封闭结构，泳池状物块82设置有第一挡接部821、两个凸块822、两个第二挡接部823和第三挡接部824，共同围合构成了泳池状物块82。其中，两个凸块822设置在第一挡接部821的两端，第一挡接部821的两端分别与两个第二挡接部823的一端相连，第三挡接部824的两端分别与两个第二挡接部823的另一端相连。具体地，第一挡接部821的一端与一个第二挡接部823相连，第一挡接部821的一端与另一个第二挡接部823相连，第三挡接部824的两端分别与两个第二挡接部823相连。

进一步地，如图5所示，凸块822与芯片81的侧边相抵接，凸块822的下表面与转接板84的上表面相抵接，凸块822与芯片81和转接板84紧密接触，可以有效防止紫外胶向外溢出。

进一步地，第一挡接部821的一侧与芯片81的上表面相抵接，第一挡接部821与转接板84的上表面相抵接，相互之间紧密接触，可以有效防止紫外胶溢出到转接板83与芯片81之间的缝隙内，这会导致固化紫外胶的时候对转接板83与芯片81产生一个使它们错位的应力，导致光纤阵列9与芯片81产生错位因而耦合损耗加大。此外这部分宽度较小，因为芯片81仅露出转接板83较小的距离，光纤阵列9的盖板具有一定的厚度，这个厚度通常在100nm-1mm，需要根据露出的光栅距离边缘的距离以及光纤阵列9的盖板的厚度设计这一部分的宽度，预留出足够的空间用于光纤阵列9的耦合，使得光纤阵列9能与芯片12上的光栅对准。

进一步地，第二挡接部823的内侧与陶瓷片83的表面相抵接，可以起到防止紫外胶渗出的作用。

进一步地，第三挡接部824位于陶瓷片83的上方，且第三挡接部824的下表面与陶瓷片83的上表面相抵接，二者紧密贴合，可以有效防止紫外胶渗出。

需要说明的是，在向泳池状物块82内添加紫外胶固化光纤阵列9之前，需要先在第三挡接部824的外部先点上少许的紫外胶并固化，使其和陶瓷片83粘合起到固定泳池状物块82位置的作用，以免之后往泳池状物块82内点紫外胶固化的过程中紫外胶对泳池状物块82产生力使其移位。

本实施例中，曲杆7设置有第一连接部71，第一连接部71用于连接夹具6。

本实施例中，参见图2和图5，夹具6包括主体部61，主体部61上设置有槽体62，主体部61顶端安装在第一连接部71上，主体部61下端固定设有紧固板63，紧固板63上设有若干个定位孔64。光纤阵列9通过定位孔64可以准确的安装紧固板63的相应位置处。

可选地，夹具6的材质为铝。应当理解的是，夹具6还可以选择其它硬度较高的材质，例如铁、铝合金等。

本发明通过设计的泳池状物块82，将其安装在PCB板8上，从而实现了新的光封装方法，相比较于传统的光封装方法，本发明的封装操作难度更为简单，流程更高效，点胶、固化次数仅需一次，且光纤阵列9在固化过程中受力均匀，减小了手工点胶造成的胶量不均带来的较高的附加损耗，此外，整个光封装过程的自动化程度更高，稳定性更好，有助于缩短封装时间。

实施例2

参见图8-图11，本发明实施例中的光封装平台包括基板1、龙门架2、滑轨3、观察镜组、两个电控位移台5、夹具6、曲杆7和PCB板8。其中，龙门架2安装在基板1上，滑轨3固定安装在龙门架2的上方，两个电控位移台5安装在基板1上，夹具6用于固定光纤阵列9，电控位移台5通过曲杆7与夹具6相连接，PCB板8通过支架安装在基板1上，使得PCB板8支撑在基板1上。

应当理解的是，两个电控位移台5包含6个维度的调节功能，电控位移台5连接曲杆7，曲杆7的另外一端连接着固定光纤阵列9的夹具6，通过调节电控位移台5，便可以实现光纤阵列9在6个维度上能与芯片81上的光栅对齐、耦合。

本实施例中，观察镜组用于观察光纤阵列9与芯片81表面的光栅口，观察镜组包括第一光学放大镜头41、第二光学放大镜头42、第三光学放大镜头43和第四光学放大镜头44。其中，第一光学放大镜头41固定安装在滑轨3上，用于观察上视野；第二光学放大镜头42和第三光学放大镜头43相对设置安装在基板1上，分别用于观察左侧视野和右侧视野，第二光学放大镜头42和第三光学放大镜头43位于PCB板8的左右两侧；第四光学放大镜头44安装在滑轨3上，用于观察后侧视野。

可选地，第一光学放大镜头41、第二光学放大镜头42、第三光学放大镜头43和第四光学放大镜头44的光学放大倍率为0.7X-4.5X，变倍比6.5:1。例如，本实施例中选择的是6.5X连续变倍镜头VP-LZ-63106。

本实施例中，PCB板8上安装有芯片81、陶瓷片83和转接板84，芯片81位于转接板84的下方，如图12所示。另外，芯片81位于陶瓷片83的上方，如图13所示。

进一步地，芯片81和转接板84采用倒装焊工艺安装在PCB板8上。其中，转接板84通过固化胶粘接在PCB板8上之后，再使用锡焊料进行焊接。

参见图14-图16，本实施例中包括一对非对称式的夹具6，夹具6包括主体部61和夹持块66，主体部61上设置有槽体62，主体部61的下端设置有安装座65，夹持块66通过螺柱安装在安装座65上。

进一步地，第一连接部71设置有连接座711，连接座711安装在槽体62的顶端，且连接座711的外表面与槽体62的内表面相抵接。

本实施例中，如图14所示，安装座711内嵌在槽体62的顶部，槽体62用于固定光纤阵列，光纤阵列9处的是光纤阵列的玻璃板部分，光纤阵列9通过固化胶如紫外胶粘接在夹持块66上，这样避免了用夹具6直接夹持光纤阵列9前端的玻璃板。玻璃板较为脆弱，无法承受较大的压力，因此在整个封装过程中光纤阵列9会不可避免地产生较大的晃动、移位。夹持块66与光纤阵列9的粘接面设计有12度的楔角，该角度由光纤阵列9与光栅的耦合角决定，如此设计避免了转接块84或者夹具6的底部与陶瓷片83或者转接板84之间的间距不够导致光纤阵列9无法下降到需要的高度完成耦合的问题。示例性地，光纤阵列9与光栅的耦合角为12度时，此时的夹持块66与光纤阵列9的粘接面的楔角为12度。其中，耦合角是通过片上的光栅仿真获得的，光栅设计如果不一样，耦合角是不同的。

另外，本实施例中包括一对非对称式的夹具6，可以使两个光纤阵列9尽可能靠近甚至贴合，如图15所示，由于夹具6为非对称结构，光纤阵列9包层部分的光纤可向一侧扇出。

因为大通道数的光纤阵列9有大量且较长的尾纤，具有比较大的质量以及应力，因此在光纤阵列9背面使用紫外胶粘有夹持块66，通过夹持块66提供更大的夹持力来稳定地控制光纤阵列9。

可选地，夹具6的材质为铝。应当理解的是，夹具6还可以选择其它硬度较高的材质，例如铁、铝合金等。

可选地，夹持块66的材质为亚克力。需要说明的是，夹持块66要求选择能够透光且与光纤阵列9之间可以用如紫外胶的固化胶进行粘接的材质，所以本实施例中选择亚克力材质。应当理解的是，也可以选择其它符合要求的材质。

本实施例中，该夹具还包括支撑块67，如图13所示，支撑块67位于陶瓷片83的上方和夹持块66的下方，通过固化胶固定在陶瓷片83和夹持块66之间。支撑块67能够起到支撑上方的两个夹持块66的作用，从而确保拼接的两个光纤阵列9在z轴方向上获得向上的支撑。

本实施例通过特殊的夹具设计以及夹持方式解决了大通道光纤阵列9的质量大带来的尾纤应力导致的不稳定的问题，使得整个封装过程中额外的附加损耗较为稳定，适用于大通道硅光子芯片的光封装，相比于直接使用N通道的光纤阵列9，将两个N/2通道的光纤阵列拼接解决了大通道光纤阵列9的制备工艺上不足的问题。

在一些实施例中，仅采用非对称式夹具6对大通道硅光子芯片进行光封装，如此便可以解决大通道光纤阵列9的质量大带来的尾纤应力导致的不稳定的问题，使得整个封装过程中额外的附加损耗较为稳定。在另外一些实施例中，在采用非对称式夹具6固定光纤阵列9的同时还会在PCB板8上安装泳池状物块82，如此不仅可以适用于大通道硅光子芯片的光封装，同时整个光封装过程的自动化程度更高，稳定性更好，有助于缩短封装时间。

值得一提的是，本发明实施例还提供了一种采用上述的用于硅光子芯片的光封装平台进行封装的光封装方法。

如图1所示，展示了芯片81上的光栅与波导结构。其中，ch1-ch128是光信号的输入/输出端口，光信号将在片上波导内传输，在ch1与ch128的两侧分别有一个光栅口用波导相连，作为对准光栅。与传统的光封装流程一样，首先进行光纤阵列9与芯片81上的对准光栅的耦合。光封装需要将被夹具6夹持的光纤阵列9与芯片81两侧的光口耦合并封装，实现光信号端到端的传输。

该光封装方法包括以下步骤：

(1)在包括芯片81在内的封装的三个轴向xyz上，通过手动调节第一光学放大镜头41、第二光学放大镜头42、第三光学放大镜头43和第四光学放大镜头44这四个光学放大镜头的位置、放大倍率、焦距，捕获光纤阵列9在xyz三个方向上的视野。

(2)电控位移台5在六个维度上调节用于固定光纤阵列9的夹具6，使得光纤阵列9中的各个光纤与芯片81表面的光栅对准。

具体地，将光纤阵列9的端面通过电控位移台5下降至芯片81的边缘上方大约1mm左右的位置，粗略地调节光纤阵列9的旋转角、耦合角、在xy方向上的位置：首先通过第二光学放大镜头42或者第三光学放大镜头43观察光纤阵列9的下边沿是否与芯片81的的表面平齐，通过电控位移台5调节使其平齐。再通过第四光学放大镜头44观察光纤阵列9的耦合角，使整个光纤阵列9的下端面与芯片81的表面平齐，该过程也通过调节电控位移台5实现。最后通过上方的第一光学放大镜头41观察光纤阵列9的端面的边沿是否与光纤阵列9排布的中心线平行，或者说是与芯片81的边沿平行，该过程通过调节电控位移台5实现。三个平行调节完成后，将光纤阵列9缓慢的放下，通过第一光学放大镜头41获得的上视野，让光纤阵列9的最边上的光纤输出与芯片81的表面的最边缘的对准光栅重合，如图1所示。这一过程需要反复的在xy两个轴向上移动光纤阵列9，并时刻观察最后一个光纤上连接的光功率计(即检测对准回路另一端的输出是否有光)，当另一端检测到有光输出后，在这个位置附近精细地调节xy方向上的光纤阵列9的位置，直到输出光功率达到最大值，表明此时光栅与光纤阵列9的耦合状态最佳，此时的耦合损耗最小。

这个过程中调节了光纤阵列9在xyz方向上的位置、耦合角、光纤阵列9的端面与芯片81表面的平行度、光纤阵列9的端面棱边与光栅阵列的平行度。

(3)在光纤阵列9的最后一个光纤上接一个光功率计，用于监测光纤阵列9的耦合损耗。

应当理解的是，激光从光纤阵列9的第一根光纤，芯片81上的波导会传输激光从第一根光纤到最后一个光纤。

(4)当光功率计监测到光纤阵列9的耦合损耗达到最小值后，通过电控位移台5调节夹具6沿z轴方向抬高光纤阵列9。

需要说明的是，光功率计实时监测光纤阵列9的耦合损耗，当以各个角度移动光纤阵列9时均无法降低光纤阵列9的耦合损耗时，此时光功率计监测到的耦合损耗即为光纤阵列9的耦合损耗最小值。

应当理解的是，抬高光纤阵列9的目的是为了后续操作方便，不碰触到其它器件导致器件移位影响硅光子芯片的光封装。抬高光纤阵列9的高度大于等于2cm，如此才可以方便后续的操作。很容易理解的是，抬高光纤阵列9之后的高度适当即可，既可以方便后续操作，同时也方便后续下降时可以快速的复位到原位置。

(5)在芯片81表面的光栅位置处均匀的点固化胶，固化胶的厚度控制在0.5mm。

如图5和图12所示，芯片81露出转接板83一段较小的距离，所以在此处对光栅位置处点胶，操作也极其方便。

(6)利用电控位移台5调节夹具6将光纤阵列9沿z轴方向向下缓慢移动复位至原位置，使得固化胶填充光纤阵列9与光栅之间的缝隙。

其中，固化胶采用的是紫外胶，紫外胶会填充光纤阵列9与光栅之间的缝隙，由于紫外胶折射率匹配的特性，之后还需要再次对光纤阵列9的位置进行微调，将耦合损耗降到最小，具体可以通过光功率计监测耦合损耗。

应当理解的是，光纤阵列9复位后，会逐渐浸没在泳池状物块82中的固化胶内或者光栅位置处点的固化胶处，从而填充光纤阵列9与光栅之间的缝隙。

(7)通过电控位移台5调节夹具6对光纤阵列9的位置进行微调至光功率计监测到的耦合损耗值最小时停止。

(8)用紫外灯对芯片81与光纤阵列9接触的部分进行固化，以确保固化胶完全凝固。

本实施例中，由于固化胶厚度的不同，所以固化时间也不同，例如，泳池状物块82的固化胶较厚，所以需要用紫外灯照射泳池状物块82固化1-51.5小时，如此才可确保固化胶完全凝固；不采用泳池状物块82，仅芯片81表面的光栅处有固化胶时，只需用紫外灯照射芯片81与光纤阵列9接触的部分固化15-30min，即可确保固化胶完全凝固。

应当理解的是，由于泳池状物块82采用的是亚克力的材质，紫外光可穿透实现固化。

(9)固化完成后拆除夹具6，以完成硅光子芯片的光封装。

本实施例中，还会在步骤(5)和步骤(6)之间添加一个步骤(a)：将泳池状物块82放置在PCB板8的陶瓷片83上，在泳池状物块82的外部与陶瓷片83的贴合处添加微量的固化胶以固定泳池状物块82，通过自动点胶机根据预设的胶量向泳池状物块82内填充固化胶。

如图5所示，PCB板8上设置有开窗，用于确定泳池状物块82的位置，可以将泳池状物块82放入PCB板8的开窗内安装的陶瓷片83上。

应当理解的是，以陶瓷片83为底，且泳池状物块82呈封闭结构，胶体就无法渗出。

优选地，固化胶为紫外胶。应当理解的是，也可选择其它具有固定作用的胶，例如速干胶等。

本实施例中，还会在步骤(7)和步骤(8)之间添加一个步骤(b)：在陶瓷片83上涂抹固化胶，将支撑块67放置在陶瓷片83上并从夹持块66的一侧推入夹持块66和陶瓷片83之间，用固化胶固化夹持块66和支撑块67。

相较于传统的人手工、多次点胶固化的繁琐过程，本方案引入了自动点胶控制胶量，且整个过程只需要一次点胶固化。避免了传统光封装流程中点胶不均匀造成的光纤阵列9微移带来的高附加损耗。同时本方法适用于小通道以及大通道光纤阵列。

本发明实施例的封装操作难度更为简单，流程更高效，点胶、固化次数仅需一次，且光纤阵列9在固化过程中受力均匀，减小了手工点胶造成的胶量不均带来的较高的附加损耗，此外，整个光封装过程的自动化程度更高，稳定性更好，有助于缩短封装时间，节约了光封装的时间成本。

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来详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使用相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述光封装平台包括：

基板(1)；

龙门架(2)，安装在所述基板(1)上；

滑轨(3)，安装在所述龙门架(2)的上方；

观察镜组，包括第一光学放大镜头(41)、第二光学放大镜头(42)、第三光学放大镜头(43)和第四光学放大镜头(44)，所述第一光学放大镜头(41)和第四光学放大镜头(44)安装在所述滑轨(3)上，所述第二光学放大镜头(42)和第三光学放大镜头(43)相对设置安装在基板(1)上；

两个电控位移台(5)，安装在所述基板(1)上；

夹具(6)，用于固定光纤阵列(9)；

曲杆(7)，用于连接所述电控位移台(5)和所述夹具(6)，所述曲杆(7)设置有第一连接部(71)；和

PCB板(8)，通过支架安装在所述基板(1)上，所述PCB板(8)上安装有芯片(81)、陶瓷片(83)和转接板(84)，所述芯片(81)位于转接板(84)的下方。

2.根据权利要求1所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述第一光学放大镜头(41)、第二光学放大镜头(42)、第三光学放大镜头(43)和第四光学放大镜头(44)的光学放大倍率为0.7X-4.5X，变倍比为6.5:1。

3.根据权利要求1所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述PCB板(8)上还安装有泳池状物块(82)，所述泳池状物块(82)通过固化胶固化在所述陶瓷片(83)上。

4.根据权利要求3所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述泳池状物块(82)呈封闭结构，所述泳池状物块(82)设置有第一挡接部(821)、两个凸块(822)、两个第二挡接部(823)和第三挡接部(824)，两个所述凸块(822)设置在所述第一挡接部(821)的两端，所述第一挡接部(821)的两端分别与两个第二挡接部(823)的一端相连，所述第三挡接部(824)的两端分别与两个第二挡接部(823)的另一端相连。

5.根据权利要求4所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述凸块(822)与芯片(81)的侧边相抵接，所述凸块(822)的下表面与转接板(84)的上表面相抵接；

所述第一挡接部(821)的一侧与芯片(81)的上表面相抵接，所述第一挡接部(821)与转接板(84)的上表面相抵接；

所述第二挡接部(823)的内侧与陶瓷片(83)的表面相抵接；

所述第三挡接部(824)位于陶瓷片(83)的上方，且所述第三挡接部(824)的下表面与陶瓷片(83)的上表面相抵接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述夹具(6)包括主体部(61)，所述主体部(61)上设置有槽体(62)，所述主体部(61)顶端安装在第一连接部(71)上，所述主体部(61)下端固定设有紧固板(63)，所述紧固板(63)上设有若干个定位孔(64)。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述夹具(6)包括主体部(61)和夹持块(66)，所述主体部(61)上设置有槽体(62)，所述主体部(61)的下端设置有安装座(65)，所述夹持块(66)通过螺柱安装在安装座(65)上。

8.根据权利要求8所述的用于硅光子芯片的光封装平台，其特征在于，所述第一连接部(71)设置有连接座(711)，所述连接座(711)安装在槽体(62)的顶端，且所述连接座(711)的外表面与槽体(62)的内表面相抵接；和/或，

所述夹具(6)还包括支撑块(67)，所述支撑块(67)位于陶瓷片(83)和夹持块(66)之间。

9.一种基于权利要求1所述的用于硅光子芯片的光封装平台的光封装方法，其特征在于，所述光封装方法包括以下步骤：

(1)在三个轴向xyz上，手动调节第一光学放大镜头(41)、第二光学放大镜头(42)、第三光学放大镜头(43)和第四光学放大镜头(44)的位置、放大倍率、焦距，捕获光纤阵列(9)在xyz三个方向上的视野；

(2)电控位移台(5)在六个维度上调节用于固定光纤阵列(9)的夹具(6)，使得光纤阵列(9)中的各个光纤与芯片(81)表面的光栅对准；

(3)在光纤阵列(9)的最后一个光纤上接一个光功率计，用于监测光纤阵列(9)的耦合损耗；

(4)当光功率计监测到光纤阵列(9)的耦合损耗达到最小值后，通过电控位移台(5)调节夹具(6)沿z轴方向抬高光纤阵列(9)；

(5)在芯片(81)表面的光栅位置处均匀的点固化胶，固化胶的厚度控制在0.5mm；

(6)利用电控位移台(5)调节夹具(6)将光纤阵列(9)沿z轴方向向下缓慢移动复位至原位置，使得固化胶填充光纤阵列(9)与光栅之间的缝隙；

(7)通过电控位移台(5)调节夹具(6)对光纤阵列(9)的位置进行微调至光功率计监测到的耦合损耗值最小时停止；

(8)用紫外灯对芯片(81)与光纤阵列(9)接触的部分进行固化，以确保固化胶完全凝固。

(9)固化完成后拆除夹具(6)，以完成硅光子芯片的光封装。

10.根据权利要求9所述的用于硅光子芯片的光封装方法，其特征在于，在所述步骤(5)和所述步骤(6)之间还包括步骤(a)：将泳池状物块(82)放置在PCB板(8)的陶瓷片(83)上，在泳池状物块(82)的外部与陶瓷片(83)的贴合处添加微量的固化胶以固定泳池状物块(82)，通过自动点胶机根据预设的胶量向泳池状物块(82)内填充固化胶；和/或

在所述步骤(7)和所述步骤(8)之间还包括步骤(b)：在陶瓷片(83)上涂抹固化胶，将支撑块(67)放置在陶瓷片(83)上并从夹持块(66)的一侧推入夹持块(66)和陶瓷片(83)之间，用固化胶固化夹持块(66)和支撑块(67)。

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