CN217112794U - 一种光电子集成电路的光学探针 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种光电子集成电路的光学探针，应用于测试晶圆上的复数个光学芯片的测试环境中，该光学芯片包含有至少一光波导，该光学探针包含有：基板、光纤。其中，光纤的刻面具有一第一角度，该第一角度使得光纤传输的光讯号产生全反射，全反射后的该光讯号进入该光学芯片的该光波导中。因此，提供一种可以在晶圆切割抛光之前即进行测试的光学探针，实现一种高速、有效、可靠的检测方案。

Description

一种光电子集成电路的光学探针

技术领域

本实用新型涉及光电子集成电路的光学探针，特别涉及一种应用于未切割晶圆一体形成有复数个光学芯片的光学探针。

背景技术

平面光学组件是基于光波导技术的光学组件，它制作在各种类型的平面基板上。基于该光波导技术的光学芯片可以包含三类组件(包括被动、主动与电子组件)，其中，被动组件包括光波导、方向耦合器、马赫-曾德尔干涉仪、环型共振腔等单个组件，或可以由多种组件和功能组成的平面光电子集成电路。这些光学芯片是在平面基板上制造的。通常，单个芯片在由例如Si或InP制成的半导体晶圆上批量制造。这些晶圆经过各种制造步骤，如材料沉积和蚀刻，通常涉及光蚀刻，以在基板材料中或基板顶部形成分立光学组件。

在先前技术中，晶圆级的平面光学组件的检测通常是由表面耦光来达成，将光耦合到芯片中经过光集成电路之后再将光导出进行光学检测，或利用与晶圆的电连接进行标准的晶圆上电子测试。然而，欲达成表面耦光，平面光学组件必须在耦光面制作光栅结构，并用光纤数组连接器对准耦光，但由于光栅结构的耦合效率难以提升，使得上述先前技术难以有所突破。并且就对准角度的准确度而言，光栅耦合方式的光纤不仅要在水平方向与光栅保持一定的间距，在垂直方向也要保证一定的高度，这就需要设计特殊的结构来保证垂直耦合的精度，造成成本以及测试组件的尺寸大幅增加。

在先前技术中，另一种检测方式为利用晶圆代工制作出端面耦光积体光学组件，以在晶圆切割抛光后通过光纤进行检测，然而此种检测方式除成本高且费时之外，也无法在第一时间分析组件制程良率并改善制程，容易产生额外的制作成本及增加产品的开发周期。此外，晶圆级的平面光学组件的测试中如果是使用人工手动进行耦合，所能进行测试的结构将受到极大的限制，且测试效率亦低。如果需要将芯片大规模生产，则必须实现一种高速、有效、可靠的检测方案。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种光电子集成电路的光学探针，应用于未切割晶圆一体形成有光学芯片的测试环境中，其中，该光学探针的光纤的底部设置有刻面，该刻面具有第一角度使光纤传输的光讯号产生全反射，全反射后的光讯号通过微透镜进入光学芯片的光波导，通过该刻面将光讯号耦光至晶圆上的光学芯片。因此，提供一种可以在晶圆切割抛光之前即进行测试的光学探针，实现在第一时间分析组件制程良率并改善制程，减少产生额外的制作成本及产品的开发周期，同时提升端面耦光的检测精准度及便利性，兼具广泛适用性及高度准确性。

本实用新型的另一目的在于提供一种光电子集成电路的光学探针，其中，该光学探针进一步包含有定位块，该定位块的形状对应于该光学芯片的沟槽。因此，保证垂直耦合的精度，从而提高了光纤与光波导的耦合效率，提升对准精度并减少容差(allowabletolerance)。

为达成上述目的及功效，本实用新型提供一种光电子集成电路的光学探针，应用于测试一晶圆上的复数个光学芯片的测试环境中，该光学芯片包含有至少一光波导，该光学探针包含有：一基板；复数个光纤，设置于该基板上，该光纤用于传输沿一第一方向传输的一光讯号，该光纤的出光端具有一刻面，该刻面与该第一方向之间具有一第一角度；其中，该第一角度使得该光纤传输的该光讯号产生全反射并沿一第二方向输出，全反射后的该光讯号通过该微透镜进入该光学芯片的该光波导，且该第一角度介于40度至45度之间。

进一步地，根据本实用新型的光学探针，其进一步包含一透镜层，设置于该光纤上，该透镜层包含有复数个第一微透镜，每一个该第一微透镜对应一个该光纤，该第一微透镜聚焦从该刻面全反射的该光讯号，使得全反射后的该光讯号通过该第一微透镜聚焦进入该光学芯片的该光波导。

进一步地，根据本实用新型的光学探针，其中，该光纤包含有一膜层以及一芯部，该膜层包覆该芯部，并且该芯部的一端与该第一方向之间具有一第二角度，该光讯号于该芯部内传输，且该第二角度介于2度至10度之间。

进一步地，根据本实用新型的光学探针，其中，该光学芯片具有一沟槽，该沟槽为芯片切割道，可供该光学探针沿该第一方向插入其中，使得该光学探针耦接于该晶圆上的该光学芯片。

进一步地，根据本实用新型的光学探针，其中，该光学探针进一步包含有一定位块，设置于该透镜层上，该定位块的形状对应于该沟槽。

进一步地，根据本实用新型的光学探针，其进一步包含有复数个第二微透镜，通过三维打印的方式设置于该光纤上，每一个该第二微透镜对应一个该光纤，该第二微透镜聚焦从该刻面全反射的该光讯号，使得全反射后的该光讯号通过该第二微透镜聚焦进入该光学芯片的该光波导。

进一步地，根据本实用新型的光学探针，其中，该基板包含有复数个v型槽，每一个该光纤对应限制于一个该v型槽内。

进一步地，根据本实用新型的光学探针，其进一步包含有一固定盖，该固定盖设置于该基板上，该固定盖用于固定该光纤限制于该v型槽中。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所提供的光电子集成电路的光学探针，光纤的底部设置有刻面，该刻面具有第一角度使光纤传输的光讯号产生全反射。因此，提供一种可以在晶圆切割抛光之前即进行测试的光学探针，实现在第一时间分析组件制程良率并改善制程，减少产生额外的制作成本及产品的开发周期，同时提升端面耦光的检测精准度及便利性，兼具广泛适用性及高度准确性。此外，本实用新型所提供的光学探针可以进一步包含有定位块，该定位块的形状对应于该光学芯片的沟槽，且该定位块与该沟槽为可相互拆分的组接结构。因此，保证垂直耦合的精度，从而提高了光纤与光波导的耦合效率，提升对准精度并减少容差。

附图说明

图1表示本实用新型实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；

图2表示本实用新型实施例的晶圆的示意图；

图3表示本实用新型实施例的光学探针与光波导进行端面耦光的示意图；

图4表示本实用新型第一实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；

图5表示本实用新型第一实施例的光学探针与光波导进行端面耦光的俯视图；

图6表示本实用新型第一实施例的光学探针与光波导进行端面耦光的示意图；

图7表示本实用新型第二实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；

图8表示本实用新型第三实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；

图9表示本实用新型第四实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；

图10表示本实用新型第四实施例的光电子集成电路的光学探针的剖视图；

图11表示本实用新型第五实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；

图12表示本实用新型第六实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图。

附图符号说明

100:光学探针；

11:基板；

111:v型槽；

12:光纤；

121:刻面；

122:膜层；

123:芯部；

13:透镜层；

131:第一微透镜；

132:第二微透镜；

14:定位块；

15、15A、15B:固定盖；

200:晶圆；

21:光学芯片；

22:光波导；

221:沟槽；

L:光讯号；

x:第一方向；

y:第二方向；

θ1:第一角度；

θ2:第二角度。

具体实施方式

为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本实用新型的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本实用新型的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本实用新型的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

如图1-3所示，图1为根据本实用新型的光电子集成电路的光学探针的示意图；图2为根据本实用新型的晶圆的示意图；图3为说明根据本实用新型的光学探针与光波导进行端面耦光的示意图。如图1所示，根据本实用新型的光电子集成电路的光学探针100，应用于测试晶圆200上的复数个光学芯片21的测试环境中，光学探针100包括：基板11以及光纤12。

具体地，如图2所示，根据本实用新型的测试晶圆200上的复数个光学芯片21，该光学芯片21包含有光波导22。在本实施例中，光波导22的结构可以包含波导、脊型波导，光波导22主要用于帮助传递光讯号。此外，如图3所示，光学芯片21上可以进一步具有沟槽221，沟槽221为晶圆切割道，可供该光学探针插入沟槽221中，使得光学探针100耦接于晶圆200上的光学芯片21。在一些实施例中，该沟槽221形成方法可以通过蚀刻或物理去除方式产生，例如：不穿过整个晶圆200的底部的浅切片，举例而言，本实用新型的测试晶圆200上可以通过雷射烧蚀的方式创建沟槽221，然而本实用新型不限于此。

具体地，如图3所示，根据本实用新型的光纤12，设置于基板11上，光纤12用于传输沿第一方向x传输的光讯号L。在本实施例中，光纤12的出光端设置有刻面121，刻面121与第一方向x之间具有第一角度θ1，其中，第一角度θ1主要用于使传输至刻面121的光讯号L产生全反射，当光讯号L传输至刻面121后产生全反射后，全反射后的光讯号L沿第二方向y传输并从光纤12传播出去。具体地，在一些实施例中，光纤12必须进行精准的斜角切割，刻面121可以是通过对光学探针100的端部进行抛光形成，并且第一角度θ1约为45度，然而本实用新型不限于此。需要进一步说明的是，如果刻面121的第一角度θ1所造成光讯号L的传输方向的变化足够进行应用，举例而言，如果光讯号L的传输方向的变化足以在光学探针100和光波导22之间实现可接受的耦合损耗，则第一角度θ1可以介于40度至45度之间。在另一些实施例中，刻面121上可以覆盖有介电镜像迭层，该迭层可以设置为针对光讯号L的波长提供反射。值得再提的是，如果刻面121上的反射率足以将光讯号L偏转到所需的方向，则刻面121上也可以在没有任何涂层的情况下使用。值得再提的是，刻面121也可以是弯曲的形状，而非直线的形状。在另一些实施例中，刻面121可以设置为曲线形，曲线形的刻面121可以进一步提供聚焦或准直的等功效，使用者可视其需求选择何种方式较为适切，本实用新型不应被解释为仅限于此。

具体地，在一些实施例中，光纤12可以包含有膜层122以及芯部123，其中，膜层122包覆芯部123，并且该芯部123的一端与第一方向x之间具有第二角度θ2，光讯号L于芯部123内进行传输，当光讯号L传输至刻面121处改变传输方向并进入光学芯片21的光波导22。具体地，第二角度θ2可以是小于10度，更具体而言，第二角度θ2可以介于2度至10度之间。需要进一步说明的是，第二角度θ2主要用于使芯部123与光波导的耦光距离更靠近,其所传输的光讯号L达到减少光损耗的目的，亦可以防止对光学芯片21进行测试时产生的反射，因此达成减少光损耗的目的。

需要进一步说明的是，在一些实施例中，光学探针100对晶圆200上的复数个光学芯片21进行测试时，是将光学探针100的光纤12贴近光学芯片21的光波导22上的沟槽221，光纤12垂直耦出光讯号L，并经由光纤12底部的刻面121产生全反射，使得光讯号L从垂直传输转换进入光波导22中。就对准角度的准确度而言，光学探针100与晶圆200呈直角连接的方式相较其他角度在耦合的精度可以更为准确，大幅提升本实用新型的稳定性及可靠性，然而本实用新型不限于此。

以下，参照图式，说明本实用新型的光学探针100的第一实施的实施形态，以使本实用新型所属技术领域中具有通常知识者更清楚的理解可能的变化。以与上述相同的组件符号指示的组件实质上相同于上述参照图1-3所叙述者。与光学探针100相同的组件、特征、和优点将不再赘述。

如图4-6所示，图4为根据本实用新型第一实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；图5为说明根据本实用新型第一实施例的光学探针与光波导进行端面耦光的俯视图；图6为说明根据本实用新型第一实施例的光学探针与光波导进行端面耦光的示意图。如图4所示，根据本实用新型的光电子集成电路的光学探针100，包括：基板11、光纤12、透镜层13、以及定位块14。

具体地，如图4-6所示，根据本实用新型第一实施例的光学探针100，进一步包含有透镜层13，透镜层13设置于光纤12上，透镜层13包含有复数个第一微透镜131，每一个该第一微透镜131对应一个该光纤12。在本实施例中，该第一微透镜131可以是由光学透明材料硬化后所形成，该光学透明材料可以是与光波导22匹配的折射率匹配胶(IndexMatchingOil)，透镜层13可以是设置于光学探针100与复数个光波导22之间，用以减少光讯号L在光纤12中与光波导22之间所传输的损耗。更详细地说，该第一微透镜131主要是用于减少光纤12与光波导22间的损耗，原因在于，由于空气与玻璃和光学芯片21的材料的折射率相差甚大，从而在光讯号L传输至不同接口时容易产生较强的反射，因此通过使用折射率与两者较接近的材料，如硅、玻璃或液体(即折射率匹配胶)进行填充，制作成微光学透镜放置于光纤12与光波导22进行对准，或是使用奈米3D打印方式将微光学透镜制作于光纤12上方。更具体而言，第一微透镜131可以聚焦或准直化光讯号L进入光波导22，从而减少耦合损耗，然而本实用新型不限于此。

具体地，如图4-6所示，根据本实用新型第一实施例的光学探针100，进一步包含有定位块14，定位块14设置于该透镜层13上，该定位块14的形状对应于该沟槽221，定位块14主要用于测试前放置位置的校正对准的用。如此一来，根据本实用新型第一实施例的光学探针100通过定位块14的设置，确保光学探针100对晶圆200上的光学芯片21测试时的角度及位置，进一步保证垂直耦合的精度，从而提高了光纤12与光波导22的耦合效率，提升对准精度及检测效率，并减少容差及校正对准时间。

以下提供光学探针100的其他示例，以使本实用新型所属技术领域中具有通常知识者更清楚的理解可能的变化。以与上述实施例相同的组件符号指示的组件实质上相同于上述参照图1、4所叙述者。与光学探针100相同的组件、特征、和优点将不再赘述。

如图7所示，图7为根据本实用新型第二实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图。如图7所示，在本实施例中，光学探针100进一步包含有第二微透镜132，该第二微透镜132通过三维打印的方式设置于光纤12上，每一个该第二微透镜132对应一个该光纤12，第二微透镜聚132用于焦从刻面121全反射的光讯号L。具体地，在本实施例中，第二微透镜132可以由适合于三维打印的材料所制成，举例而言，其材料可以是但不限定于热塑弹性体(Thermoplastic Elastomer)、透明热塑弹性体(Transparent Thermoplastic Elastomer)或其他类似材料。相较于第一实施例，第二实施例的光电子集成电路的光学探针通过三维打印的方式，精准的将第二微透镜132设置于每一个光纤12上，从而不需要另外设置透镜层13，达成减少光学探针100的尺寸及成本等功效。

如图8所示，图8为根据本实用新型第三实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图。如图8所示，相较于第一实施例，根据本实用新型第三实施例的光学探针100未设置有定位块14，因此减少光学探针100的制作成本以及体积，第三实施例的光学探针100的的材料和其他特性类似于第一实施例，在此不再赘述。

如图9-10所示，图9为根据本实用新型第四实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图；图10为根据本实用新型第四实施例的光电子集成电路的光学探针的剖视图。如图9-10所示，在本实施例中，基板11可以包含有复数个v型槽111，v型槽111用于限制光纤12的该芯部123的位置，每一个该光纤12对应限制于一个该v型槽111内。此外，根据本实用新型第四实施例的光学探针100，进一步包含有固定盖15，固定盖15设置于基板11上，该固定盖15用于固定该光纤12限制于该v型槽111中，然而本实用新型不限于此。

因此，本实用新型第四实施例的光电子集成电路的光学探针100，通过v型槽111以及固定盖15的设置，进一步稳固光纤12固定在带有v型槽111的基板11上，提升光学探针100的稳定性，实现一种高速、有效、可靠的检测方案。

如图11所示，图11为根据本实用新型第五实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图。根据本实用新型第五实施例的光学探针100，相较于第一实施例进一步包含有固定盖15A，固定盖15A设置于基板11上，该固定盖15A用于固定该光纤12，固定盖15A所使用的材料和其他特性类似于固定盖15，在此不再赘述。

如图12所示，图12为根据本实用新型第六实施例的光电子集成电路的光学探针的示意图。根据本实用新型第六实施例的光学探针100，相较于第二实施例进一步包含有固定盖15B，固定盖15B设置于基板11上，该固定盖15B用于固定该光纤12，固定盖15B所使用的材料和其他特性类似于固定盖15，在此不再赘述。

可以理解的是，本实用新型所属技术领域中具有通常知识者能够基于上述示例再作出各种变化和调整，在此不再一一列举。

因此，本实用新型具有以下的实施功效及技术功效：

其一，根据本实用新型的光电子集成电路的光学探针100，通过针对光纤12的出光端具有刻面121，刻面121具有第一角度θ1使光纤12传输的光讯号L产生全反射。因此，提供一种可以在晶圆切割抛光之前即进行测试的光学探针100，实现在第一时间分析组件制程良率并改善制程，减少产生额外的制作成本及产品的开发周期，同时提升端面耦光的检测精准度及便利性，兼具广泛适用性及高度准确性。

其二，根据本实用新型的光电子集成电路的光学探针100，通过光纤12的芯部123的一端具有第二角度θ2，使得当光讯号L传输至刻面121处改变传输方向进入光学芯片21的光波导22时，芯部123与光波导22的耦光距离更靠近,其所传输的光讯号L达到减少光损耗的目的，同时防止对光学芯片21进行测试时产生的反射，因此达成减少光损耗的目的。

其三，根据本实用新型第一实施例的光电子集成电路的光学探针100，通过将透镜层13设置于光学探针100与复数个光波导22之间，透镜层13上的复数个第一微透镜131可以实现聚焦或准直化光讯号L进入光波导22，从而减少耦合损耗，实现减少光讯号L在光纤12中与光波导22之间所传输的损耗。

其四，根据本实用新型第一实施例的光学探针100通过定位块14的设置，确保光学探针100对晶圆200上的光学芯片21测试时的角度及位置，进一步保证垂直耦合的精度，从而提高了光纤12与光波导22的耦合效率，提升对准精度并减少容差。

其五，本实用新型第二实施例的光电子集成电路的光学探针100，通过三维打印的方式，精准的将第二微透镜132设置于每一个光纤12上，从而不需要另外设置透镜层13，达成减少光学探针100的尺寸及成本等功效。

其六，本实用新型第四实施例的光电子集成电路的光学探针100，通过v型槽111以及固定盖15的设置，进一步稳固光纤12固定在带有v型槽111的基板11上，提升光学探针100的稳定性，实现一种高速、有效、可靠的检测方案。

以上所述的是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本实用新型所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种光电子集成电路的光学探针，应用于测试一晶圆上的复数个光学芯片的测试环境中，该光学芯片包含有至少一光波导，其特征在于，包括：

一基板；

复数个光纤，设置于该基板上，该光纤用于传输沿一第一方向传输的一光讯号，该光纤的出光端具有一刻面，该刻面与该第一方向之间具有一第一角度；

其中，该第一角度使得该光纤传输的该光讯号产生全反射并沿一第二方向输出，全反射后的该光讯号进入该光学芯片的该光波导，且该第一角度介于40度至45度之间。

2.根据权利要求1所述的光电子集成电路的光学探针，其特征在于，还包括：

一透镜层，设置于该光纤上，该透镜层包含有复数个第一微透镜，每一个该第一微透镜对应一个该光纤，该第一微透镜聚焦从该刻面全反射的该光讯号，使得全反射后的该光讯号通过该第一微透镜聚焦进入该光学芯片的该光波导。

3.根据权利要求1所述的光电子集成电路的光学探针，其特征在于，该光纤包含有一膜层以及一芯部，该膜层包覆该芯部，并且该芯部的一端与该第一方向之间具有一第二角度，该光讯号于该芯部内传输，且该第二角度介于2度至10度之间。

4.根据权利要求2所述的光电子集成电路的光学探针，其特征在于，该光学芯片具有一沟槽，在该光学探针插入该沟槽内，该光学探针耦接于该晶圆上的该光学芯片。

5.根据权利要求4所述的光电子集成电路的光学探针，其特征在于，该光学探针进一步包含有一定位块，设置于该透镜层上，该定位块的形状对应于该沟槽。

6.根据权利要求1所述的光电子集成电路的光学探针，其特征在于，还包括：

复数个第二微透镜，通过三维打印的方式设置于该光纤上，每一个该第二微透镜对应一个该光纤，该第二微透镜聚焦从该刻面全反射的该光讯号，使得全反射后的该光讯号通过该第二微透镜聚焦进入该光学芯片的该光波导。

7.根据权利要求1所述的光电子集成电路的光学探针，其特征在于，该基板包含有复数个v型槽，每一个该光纤对应限制于一个该v型槽内。

8.根据权利要求7所述的光电子集成电路的光学探针，其特征在于，还包括：一固定盖，该固定盖设置于该基板上，该固定盖用于固定该光纤限制于该v型槽中。

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