CN212207763U - 一种硅光芯片与有源芯片的耦合结构 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种硅光芯片与有源芯片的耦合结构。该耦合结构包括：硅光芯片、陶瓷基板、陶瓷插芯、毛细管、有源芯片组件、金属管脚及单模光纤，硅光芯片配置于陶瓷基板的一侧上，陶瓷插芯，其与硅光芯片与相对且同侧的配置于陶瓷基板的一侧，其内设有基台，该有源芯片组件配置于陶瓷插芯的基台上，单模光纤分别连接有有源芯片组件与硅光芯片，以传输光；毛细管，其用以气密封装有源芯片组件；金属管脚，其电性连接该有源芯片组件内的有源芯片，以提供驱动能量。该耦合结构可减少耦合封装的尺寸、封装成本，同时该耦合结构解决有源芯片气密封装的可靠性问题。

Description

一种硅光芯片与有源芯片的耦合结构

技术领域

本申请涉及芯片技术领域，具体的涉及一种硅光芯片与有源芯片的耦合结构。

背景技术

5G技术的快速发展与广泛应用对目前的通信网络高速要求的不断提高，硅材料凭借它易集成、可与CMOS工艺兼容、含量充分等优势受到了极大的关注，目前已经实现了硅光探测器、电光调制器的制备，同时对硅光芯片的应用也成为了重要的研究方向，其中硅光芯片与有源芯片的耦合封装是实现硅光芯片应用的重要一环。由于硅光芯片自身不能发光，所以现有的硅光产品都需要与有源芯片进行耦合封装。目前常见的两种方式有：1)有源芯片采用TO(TO晶体管外形封装,Transistor Out-line，例如TO-92，TO-92L，TO-220，TO-252等等都是插入式封装设计)或者金壳的方式独立封装，然后与硅光芯片进行耦合；2)有源芯片与硅光芯片贴在电路板上，通过透镜或者直接耦合。(1)对于第一种方式，有源芯片采用TO和金壳方式，该类型的封装都需要自由空间透镜，这样增加了成本和尺寸同时不利于硅光芯片封装的低成本和小型化；(2)对于第二种方式，有源芯片裸露在外面，该结构下对于有源芯片自身的非气密有严格要求，技术难度较大，限制了有源芯片的来源，增加了供应链的成本，同时降低了组件的可靠性。

因此，需要一种新的硅光芯片与有源芯片的耦合结构。

实用新型内容

为克服上述的缺陷，本申请的目的之一在于：提出一种新的硅光芯片与有源芯片的耦合结构。该耦合结构下可减少耦合封装的尺寸和成本，同时解决有源芯片非气密封装的可靠性问题。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

一种硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，具有：硅光芯片、陶瓷基板、陶瓷插芯、毛细管、有源芯片组件、金属管脚及单模光纤，

所述硅光芯片配置于陶瓷基板的一侧上；

所述陶瓷插芯，其与所述硅光芯片相对且同侧的配置于陶瓷基板的一侧，其内设有基台，所述有源芯片组件配置于所述基台上；

所述单模光纤分别连接所述有源芯片组件与所述硅光芯片，以传输光；

所述毛细管，其用以气密封装有源芯片组件；

所述金属管脚，其电性连接所述有源芯片组件内的有源芯片，以提供驱动能量。

在一实施方式中，该毛细管配置于陶瓷插芯的外侧，其用以气密封装所述有源芯片组件使得所述有源芯片组件与外界环境隔离。

在一实施方式中，该金属管脚的一侧配置至少2个通孔，其一个通孔穿过金线用以连接正极，一个通孔穿过金线用以连接负极。

在一实施方式中，该有源芯片组件利用银胶固定在所述基台上。

在一实施方式中，该有源芯片组件配置有模斑转换器。

在一实施方式中，该陶瓷插芯内配置有衬底，通过其使得有源芯片组件出光位置与所述单模光纤端面对齐。

在一实施方式中，该衬底上配置有至少两部分，其中一部分为有源芯片底部负极，一部分为有源芯片正极，所述底部负极及底部正极分别通过金线引出。

在一实施方式中，该硅光芯片11配置有进光口，其位于硅光芯片的上方侧且与光纤呈垂直。

在一实施方式中，该硅光芯片与有源芯片的耦合结构，包含具有45度斜口的光纤，其用以将光直接通过反射进入光栅光口，从而实现耦合。

有益效果

相对于现有技术中的方案，本申请的有益效果：

本申请提出的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，去掉了现有的耦合结构中的透镜同时减少耦合封装的尺寸和成本及同时解决有源芯片非气密封装问题，提高了硅光芯片与有源芯片连接的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1本申请实施例的硅光芯片与有源芯片的耦合结构示意图；

图2为图1的一视角的侧截面图；

图3为本申请另一实施例硅光芯片与有源芯片的耦合结构示意图；

图4为图3中硅光芯片与有源芯片的耦合结构示意图；

图5为图3的一视角的侧截面图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本申请而不限于限制本申请的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。附图中包括示意图，会有各个部件的缩尺以及纵横的比率等与实际不同的情况

本申请提出一种硅光芯片与有源芯片的耦合结构，该结构利用陶瓷插针实现与硅光芯片的耦合。该耦合结构下去掉有源芯片和硅光芯片耦合中的透镜同时解决有源芯片非气密封装的可靠性问题。

接下来结合附图1-图5来详细的描述本申请提出的硅光芯片与有源芯片的耦合结构。附图中包括示意图，会有各个部件的缩尺以及纵横的比率等与实际不同的情况。

实施例1

下面结合图1及图2来描述一实施方式的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，该硅光芯片与有源芯片的耦合结构100包括：

硅光芯片1、陶瓷基板2、陶瓷插芯3、毛细管4、有源芯片组件5、金属管脚6及单模光纤7，

硅光芯片1配置于陶瓷基板2的一侧上，有源芯片组件5与硅光芯片1相对且同侧的配置；

陶瓷插芯3，其与硅光芯片1与相对且同侧的配置于陶瓷基板2的一侧，其内设有基台301，该有源芯片组件5配置于陶瓷插芯的基台301上，陶瓷插芯3用以作为固定单模光纤7以及有源芯片组件5的载体，

单模光纤7分别连接有有源芯片组件5与硅光芯片1，以传输光；

毛细管4，将陶瓷插芯3包裹在内，其用以气密封装有源芯片组件，这样毛细管4将固定好位置的有源芯片组件与外界环境隔离，起到了保护作用。

金属管脚6，其电性连接该有源芯片组件5内的有源芯片，以提供驱动能量。本实施方式中，陶瓷插芯3的一侧配置至少2个通孔，其一个连接正极一个连接负极，实现了有源芯片的外部供电。该陶瓷基板为整个耦合结构的基底其还兼具散热功能，这样硅光芯片、陶瓷插芯等组件用特定的胶水固定在基板上，可以根据不同的需求选择不同的散热材料，硅光芯片以及有源芯片运行时产生的热量通过该陶瓷基板传递出去。该硅光芯片作为光调制器，将有源芯片发出的光调制后发出。本申请实施的硅光芯片的耦合方式利用陶瓷插针实现有源芯片与硅光芯片的耦合结构。该耦合结构下，去掉了有源芯片和硅光芯片耦合中的透镜同时解决有源芯片非气密封装的可靠性问题。

在一实施方式中，该有源芯片组件调整好位置后利用胶(银胶)固定在陶瓷插芯的基台上。该有源芯片组件配置有模斑转换器结构。较佳的，通过单模光纤的输出面监控耦合效率，来判断有源芯片的位置精度。

在一实施方式中，该有源芯片组件至少部分焊接在陶瓷基板2上或基台上，并调节好出光高度。

制作该耦合结构时，

将硅光芯片用胶(如，银胶)贴装至陶瓷基板2的预设的图案衬底上；

陶瓷插芯配置成中间部位不完全掏空，留下部分衬底使有源芯片组件出光位置刚好与单模光纤端面正好对齐，并在衬底上设计图案(图案镀)将底部划分为至少两部分，其中一部分为有源芯片底部负极，一部分为有源芯片正极通过金线引出，

陶瓷插管的后端配置对应至少两个通孔，其中一个用以连接正极，一个用以连接负极，并通过金属管脚引出，这样实现对有源芯片的供电。该实施方式下这样充分利用陶瓷插芯的体积同时利于集成。

实施例2

下面结合图3-图5来描述一实施方式的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，该耦合结构的模块200包括：

硅光芯片201、陶瓷基板202、陶瓷插芯203、毛细管204、有源芯片组件205、金属管脚206及单模光纤207，

硅光芯片201配置于陶瓷基板202的一侧，有源芯片组件205与硅光芯片201相对且同侧的配置；该硅光芯片201配置有进光口2011(也称光栅光口)，其位于硅光芯片的上方侧且与单模光纤呈垂直，

陶瓷插芯203，其与硅光芯片201与相对且同侧的配置于陶瓷基板202的一侧，其内设有基台2032，该有源芯片组件205配置于陶瓷插芯203的基台2032上，其用以作为固定单模光纤207以及有源芯片组件205的载体，

单模光纤207分别连接有有源芯片组件205与硅光芯片201(硅光芯片201上配置有进光口2011即光栅光口，2个电极2012)，以传输光；

毛细管204，将陶瓷插芯203包裹在内，用以气密封装有源芯片组件205；

金属管脚206，其电性连接该有源芯片205组件内的有源芯片，以提供驱动能量。本实施方式中，采用带有一个45度斜口的光纤(图4中2031的光纤端面为45度斜口)，将光直接通过反射进入光栅光口，从而实现耦合。

采用上述耦合结构的模块的尺寸远小于现有的产品的尺寸同时具有较低的成本。

需要说明的是，在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

上述实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“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；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，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实用新型中的具体含义。此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，具有：硅光芯片、陶瓷基板、陶瓷插芯、毛细管、有源芯片组件、金属管脚及单模光纤，所述硅光芯片配置于陶瓷基板的一侧上；

所述陶瓷插芯，其与所述硅光芯片相对且同侧的配置于陶瓷基板的一侧，其内设有基台，所述有源芯片组件配置于所述基台上；

所述单模光纤分别连接所述有源芯片组件与所述硅光芯片，以传输光；

所述毛细管，其用以气密封装有源芯片组件；

所述金属管脚，其电性连接所述有源芯片组件内的有源芯片，以提供驱动能量。

2.如权利要求1所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，所述毛细管配置于陶瓷插芯的外侧，其用以气密封装所述有源芯片组件使得所述有源芯片组件与外界环境隔离。

3.如权利要求1所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，

所述金属管脚的一侧配置至少2个通孔，其一个通孔穿过金线用以连接正极，一个通孔穿过金线用以连接负极。

4.如权利要求1所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，

所述有源芯片组件利用银胶固定在所述基台上。

5.如权利要求4所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，所述有源芯片组件配置有模斑转换器。

6.如权利要求1所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，所述有源芯片组件至少部分焊接在陶瓷基板上或基台上，并调节好出光高度。

7.如权利要求1所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，所述陶瓷插芯内配置有衬底，通过其使得有源芯片组件出光位置与所述单模光纤端面对齐。

8.如权利要求7所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，所述衬底上配置有至少两部分，其中，一部分作为有源芯片底部负极，一部分作为有源芯片正极，所述底部负极及底部正极分别通过金线引出。

9.如权利要求1所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，所述硅光芯片11配置有进光口，其位于硅光芯片的上方侧且与光纤呈垂直。

10.如权利要求9所述的硅光芯片与有源芯片的耦合结构，其特征在于，包含具有45度斜口的光纤，其用以将光直接通过反射进入光栅光口，以实现硅光芯片的光栅耦合。

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