CN221039504U - 用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器 - Google Patents
用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN221039504U CN221039504U CN202322866195.5U CN202322866195U CN221039504U CN 221039504 U CN221039504 U CN 221039504U CN 202322866195 U CN202322866195 U CN 202322866195U CN 221039504 U CN221039504 U CN 221039504U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- coupler
- chip
- horizontal
- silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 109
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 42
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 41
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 238000012360 testing method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 18
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims description 26
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 17
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
本实用新型提供一种用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，包括光芯片、水平耦合器、光传输波导、光栅耦合器及光纤阵列；水平耦合器、光传输波导和光栅耦合器均同侧设于光芯片上；水平耦合器设于光芯片的一端，光栅耦合器设于光芯片的另一端；光传输波导连接于水平耦合器和光栅耦合器之间；光纤阵列设于光芯片靠近水平耦合器的一端。该光耦合器能够直接进行边缘耦合、同时满足多通道不同间隔需求、通道间隔精度高，以实现晶圆级边缘耦合测试，且成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器。
背景技术
在通信领域中，硅光电子芯片由于其集成度高、调制速率快、功耗小等优点，是未来大数据、人工智能、未来移动通信领域发展的方向；同时硅基光电子器件制造加工工艺与CMOS工艺兼容，已经开始规模化生产。由于硅光产品的封装形态需求，大部分芯片的光I/O口为边缘水平耦合(Edge Coupler，EC)方案，这种方案主要优点是插损小带宽大，能够很好的适配光器件封装需求。但，边缘耦合也给硅光晶圆的产品测试带来很大挑战：需要将垂直光纤探头进行90度转弯变为水平光路，同时测试时将光探头深入到晶圆的切割道内部，才能实现与水平光路耦合。
然而，现有光纤尺寸和形态无法满足该测试需求，只能应用到光栅垂直耦合(Grating Coupler，GC)测试，因此，需要开发一种能够进行晶圆级的边缘耦合器，实现硅光产品的低成本高效率测试。
基于上述问题，本实用新型提出来一种新的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器。
实用新型内容
基于上述表述，本实用新型提供了一种用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，以提供一种能够直接进行边缘耦合、同时满足多通道不同间隔需求、通道间隔精度高、且低成本的新型光耦合器。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
本实用新型提供一种用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，包括：光芯片、水平耦合器、光传输波导、光栅耦合器及光纤阵列；
所述水平耦合器、所述光传输波导和所述光栅耦合器均同侧设于所述光芯片上；
所述水平耦合器设于所述光芯片的一端，所述光栅耦合器设于所述光芯片的另一端；所述光传输波导连接于所述水平耦合器和所述光栅耦合器之间；
所述光纤阵列设于所述光芯片靠近所述水平耦合器的一端。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步地，所述光芯片为减薄光芯片。
进一步地，所述水平耦合器、所述光传输波导和所述光栅耦合器沿直线布设。
进一步地，所述水平耦合器的出光通道为单通道或多通道。
进一步地，所述水平耦合器的出光角度可调节。
进一步地，所述光芯片的水平耦合器端与所述光纤阵列耦合固定连接，用于作为测试光入光口或出光口。
进一步地，所述光芯片的光栅耦合器端用于与待测芯片的水平耦合器对准，以进行出入光耦合。
与现有技术相比，本申请的技术方案具有以下有益技术效果：
本实用新型提供的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器中的光芯片可以作为与待测光器件耦合的光探针，在光芯片的一端设置水平耦合器EC，在光芯片的另一端设置光栅耦合器GC，水平耦合器EC和光栅耦合器GC通过片上光传输波导连接，光芯片的EC端与光纤阵列耦合固定，可以作为测试光入光口或出光口，光芯片的GC端垂直深入待检测的晶圆沟槽内部，GC与待测芯片水平耦合器对准，进行出入光耦合，以实现晶圆级边缘耦合测试。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器的工作状态示意图；
附图标记：
1、光芯片；
2、光栅耦合器；
3、光传输波导；
4、水平耦合器；
5、光纤阵列。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
现有技术中，提供了两种测试结构，其一为光耦合器：在芯片前面设计光栅耦合器(Grating Coupler，GC)-边缘耦合器(Edge Coupler，EC)的引光校准结构，校准结构上的EC与产品芯片的EC对准，两者之间刻蚀很窄的沟槽(～10um)作为划片道，后期通过激光隐切裂片。其测试方法为：测试光纤通过GC垂直耦合入光到引光校准结构，再通过上面的EC平行出光，经过窄的沟槽与芯片耦合器平行耦合入光；芯片的出光也是通过类似引光回路结构到GC与外部光纤耦合；该测试结构可以完成晶圆级Full Device(FD)测试功能。
该光耦合器的缺陷为：GC-EC引光校准结构需要占用芯片额外面积，宽度一般为1mm左右，浪费芯片面积；产品FD芯片的插损，受校准结构影响较大，异常校准结构会导致产品出现误拦截或漏拦截问题。
其二为3D打印光探针：通过3D打印技术，加工具有垂直角度的光探头，上面有反射镜结构，可以使光路产品90度弯折，光探头尾部与光纤阵列(Fiber array，FAU)连接入光；3D打印可以建立单通道或多通道光探头耦合阵列。其测试方法为：3D打印的光探头，尾部与FAU连接入光，通过自动夹具控制，光探头垂直伸入芯片沟槽内部，具有90度弯折的光探头与芯片水平EC光口对准；FAU垂直入光到光探头，通过90度光探头弯折后变为水平出光，与芯片水平EC进行耦合；芯片出光结构也是通过类似回路耦光；通过该方案可以完成晶圆级FD边缘耦合测试。
该3D打印光探针的缺陷为：通道之间间距，受FAU通道限制，只能做到127/250um等间距通道，无法进行定制化；通道间隔精度，受FAU通道影响，只能到±1um，无法做到多通道高精度耦合；3D打印光探头比较脆弱，碰撞后很容易损坏，同时脏污后也难以清理；3D打印光探头成本很高，目前报价2W/pcs。
基于此，本实用新型提供了一种用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。
如图1所示，本实施例提供的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，耦合器是指将硅芯片和光纤相互耦合的器件。耦合过程中最困难的地方在于两者光模式的尺寸不匹配，硅光芯片中光模式约为几百纳米的大小，而光纤中则有几个微米。耦合器根据光纤和硅芯片的相对位置，一般可分为两种，一种是平面耦合，也称边缘耦合(Edge Coupler，EC)，指光纤和硅芯片位于同一平面，位于芯片的侧面，通过锥形波导等方式进行耦合，另一种是垂直耦合，也就是所讲的光栅耦合(Grating Coupler，GC)。本实用新型提供的光耦合器是将上述两种耦合方式进行结合，通过设计加工光芯片的EC+GC的结构模式，实现光路90度弯折。
该用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器包括光芯片1、水平耦合器4、光传输波导3、光栅耦合器2及光纤阵列5；水平耦合器4、光传输波导3和光栅耦合器2均同侧设于光芯片1上；水平耦合器4设于光芯片1的一端，光栅耦合器2设于光芯片1的另一端；光传输波导3连接于水平耦合器4和光栅耦合器2之间；光纤阵列5设于光芯片1靠近水平耦合器4的一端。
其中，光芯片1为减薄光芯片，该减薄光芯片可通过抛光或减薄处理得到。
在可选的实施例中，水平耦合器4、光传输波导3和光栅耦合器2沿直线布设。水平耦合器4的出光通道为单通道或多通道，在具体示例中，具体通道数量可以依据实际需要进行选择，水平耦合器4的出光角度可调节，具体出光角度也可依据实际需要进行设置。
进一步地，光芯片1的水平耦合器4端与光纤阵列5耦合固定连接，用于作为测试光入光口或出光口。
光芯片1的光栅耦合器2端用于与待测芯片的水平耦合器4对准，以进行出入光耦合。
结合图2所示，本实用新型实施例提供的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器中的光芯片1可以作为与待测光器件耦合的光探针，在光芯片1的一端设置水平耦合器EC，在光芯片1的另一端设置光栅耦合器GC，水平耦合器EC和光栅耦合器GC通过片上光传输波导3连接，光芯片1的EC端与光纤阵列5耦合固定，可以作为测试光入光口或出光口，光芯片1的GC端垂直深入待检测的晶圆沟槽内部，GC与待测芯片水平耦合器4对准，进行出入光耦合，以实现晶圆级边缘耦合测试。
即本实用新型实施例提供的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器能够直接进行边缘耦合、同时满足多通道不同间隔需求、通道间隔精度高、且低成本。
本说明书的描述中，参考术语“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，其特征在于，包括：光芯片、水平耦合器、光传输波导、光栅耦合器及光纤阵列；
所述水平耦合器、所述光传输波导和所述光栅耦合器均同侧设于所述光芯片上；
所述水平耦合器设于所述光芯片的一端，所述光栅耦合器设于所述光芯片的另一端；所述光传输波导连接于所述水平耦合器和所述光栅耦合器之间；
所述光纤阵列设于所述光芯片靠近所述水平耦合器的一端。
2.根据权利要求1所述的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，其特征在于，所述光芯片为减薄光芯片。
3.根据权利要求2所述的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，其特征在于，所述水平耦合器、所述光传输波导和所述光栅耦合器沿直线布设。
4.根据权利要求3所述的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，其特征在于，所述水平耦合器的出光通道为单通道或多通道。
5.根据权利要求4所述的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，其特征在于，所述水平耦合器的出光角度可调节。
6.根据权利要求1所述的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，其特征在于，所述光芯片的水平耦合器端与所述光纤阵列耦合固定连接，用于作为测试光入光口或出光口。
7.根据权利要求6所述的用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器，其特征在于，所述光芯片的光栅耦合器端用于与待测芯片的水平耦合器对准，以进行出入光耦合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322866195.5U CN221039504U (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202322866195.5U CN221039504U (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN221039504U true CN221039504U (zh) | 2024-05-28 |
Family
ID=91132666
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202322866195.5U Active CN221039504U (zh) | 2023-10-24 | 2023-10-24 | 用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN221039504U (zh) |
-
2023
- 2023-10-24 CN CN202322866195.5U patent/CN221039504U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11275225B2 (en) | Method and system for an optical coupler for silicon photonics devices | |
| CN109683082B (zh) | 一种用于光学芯片的测试系统及测试方法 | |
| CN103338068B (zh) | 一种基于多通道并行光信号的分光监测装置 | |
| CN107942451A (zh) | 一种硅光芯片的耦合方法和耦合结构 | |
| US11585991B2 (en) | Fiberless co-packaged optics | |
| CN107407778B (zh) | 光学耦合波导 | |
| CN103270443A (zh) | 光学模块及其制造方法 | |
| CN215986597U (zh) | 一种易封装的硅光芯片耦合结构及硅基晶圆 | |
| Zimmermann et al. | How to bring nanophotonics to application-silicon photonics packaging | |
| CN221039504U (zh) | 用于硅基光电晶圆边缘耦合测试的光耦合器 | |
| CN108318976A (zh) | 一种光传输器件的耦合成型方法 | |
| CN103152096A (zh) | 一种光分路器自动测试仪及其测试方法 | |
| CN110955002A (zh) | 硅光子芯片光功率测量装置、设备、系统及测量方法 | |
| KR20120118264A (ko) | 광 커넥터 및 그를 구비하는 광학장치 | |
| CN216285839U (zh) | 一种光子芯片和耦合装置 | |
| CN211236362U (zh) | 硅光子芯片光功率测量装置、设备及系统 | |
| CN211236361U (zh) | 硅光子芯片光功率测量装置及设备 | |
| CN113589453A (zh) | 一种Combo PON混合集成光路和结构实现方法 | |
| KR101226704B1 (ko) | 경사각을 이용한 광 파워 감시 모듈 | |
| CN215340424U (zh) | 一种光接收集成组件 | |
| CN217846688U (zh) | 一种探针光纤、晶圆和光纤与光波导耦合的结构 | |
| CN110955001B (zh) | 硅光子芯片光功率测量装置、设备及测量方法 | |
| US11803015B2 (en) | Optical probe for optoelectronic integrated circuits | |
| CN221007929U (zh) | 一种基于硅光芯片的tap-pd | |
| KR101216732B1 (ko) | 박막형 가요성 인쇄회로기판을 이용한 광 파워 감시 모듈, 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |