TW202136834A - 使用不同黏著劑以對準與固定光纖於光子積體電路(pic)封裝中的結構與方法 - Google Patents

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Abstract

光子積體電路(PIC)封裝包含PIC晶粒。PIC晶粒包含位於PIC晶粒上的一波導，以及形成於PIC晶粒表面上的一凹槽。凹槽對應至波導且直接定位在波導附近。PIC封裝也包含至少一光纖，其操作性地耦合到PIC晶粒的波導。光纖定位在PIC晶粒的凹槽中且包含定位在波導附近的一端部。此外，PIC晶粒包含位於光纖的一部分上的一板，且板包含定位在PIC晶粒的波導附近的第一邊緣，以及與第一邊緣相對的第二邊緣。PIC封裝也包含沿板的第二邊緣設置的第一黏著劑以及沿板的第一邊緣設置的第二黏著劑。

Description

使用不同黏著劑以對準與固定光纖於光子積體電路(PIC)封裝中的結構與方法
本發明關於光子積體電路(PIC)封裝，更具體地，本發明關於使用各種黏著劑將光纖對準和固定到PIC晶粒的結構和方法。
當前的光子封裝包含在PIC晶粒的表面上或邊緣處的精確對準的光纖，以將光傳輸進出其中的光學裝置，例如波導和光柵耦合器。這種光學對準係主動地執行，其通常藉由提供光源並使用精密運動設備來量測光纖中的最大光功率，通常位置公差＜0.1 um。之後，使用黏著劑將光纖永久地固定在適當位置，這需要複雜的封裝整合方案。藉由消除在對準、保持和黏著劑固化的過程中在每一光纖中產生可感測光信號的需求，無源連接和光學耦合的光纖提供了降低了整合度和程序複雜度的許多優勢。特別地，基於初始視覺系統配準以及隨後的光路機械特徵對準，將光纖或光纖陣列光學地耦合到PIC晶粒以及在PIC晶粒上形成或定位的波導。傳統上，在PIC晶粒的表面中形成的微影定義的凹槽提供了用以對準光纖的對準和保持特徵，以將來自光纖的端部表面的光耦合到PIC晶粒中的光波導的暴露端部。在此過程中，藉由取放工具將光纖定位到PIC晶粒表面上的相應凹槽中。凹槽使每個光纖具有兩個線性接觸區域，以將光纖核心與PIC晶粒中的波導對齊。當光纖完全固定在凹槽側壁上時，兩個線性接觸區域可確保光學對準，且光纖端部的核心與波導對準。一旦就位，就使用黏著劑將光纖固定到位。
實現高對準精確度的一挑戰是沿著光纖表面沿著側壁線性接觸區域施加均勻的力，以確保光纖接觸凹槽的側壁及/或防止光纖在耦合端部接口處抬起，亦即保持凹槽內的位置和間距對準。為了解決這種情況，已經使用玻璃蓋將光纖壓入凹槽光纖容座中。在這種配置中，將玻璃蓋放置在一或多個光纖上並向下壓以迫使光纖到位。更具體地說，使用取放工具尖端定位玻璃蓋，然後向玻璃蓋施加向下的力。這種情況不是理想的，因為取放工具的尖端通常不設計用以在黏著劑固化過程中施加力、幫助於精確的黏著劑分配，且該過程不容易重複。
其他傳統製程可利用獨特的黏著劑將光纖固定在PIC晶粒上形成的凹槽內。然而，使黏著劑精確地流過光纖可能是困難及/或耗時的。舉例來說，在難以預測及/或控制用於將光纖固定到凹槽的黏著劑的流變特性的情況下，將光纖固定到PIC晶粒可能會導致黏著劑不希望的溢出。在(非光學)黏著劑在PIC晶粒的波導附近流動及/或設置在PIC晶粒的波導上的情況下，光子封裝可能無法使用。此外，並取決於黏著劑的流變特性，流動的黏著劑和玻璃蓋所施加的力的組合實際上可能推動或迫使光纖離開凹槽，導致光纖與相應波導之間的未對準。為了確保所需的對準和光耦合，傳統製程必定會因為增加固化時間及/或個別的光纖安裝而減慢。這反過來由於更長的製造時間而導致收入損失。
因此，提供用於以改進的對準精確度以及減少的製造時間將光纖對準PIC晶粒的方法和結構將是有益的。
本發明的第一態樣包含一光子積體電路(PIC)封裝。PIC封裝包含PIC晶粒，其包含：位於PIC晶粒上的至少一波導，以及形成於PIC晶粒表面中的至少一凹槽，該至少一凹槽對應至少一波導且直接定位於其附近；以及至少一光纖，其操作性地耦合到PIC晶粒的至少一波導，該至少一光纖位於PIC晶粒的凹槽中並包含定位在至少一波導附近的一端部；位於至少一光纖的一部分上的一板，該板包含：定位在PIC晶粒的至少一波導附近的第一邊緣，以及相對第一邊緣定位的第二邊緣；沿板的第二邊緣設置的第一黏著劑，第一黏著劑設置在至少一光纖的第一部分上；沿板的第一邊緣設置的第二黏著劑，第二黏著劑設置在包含該端部的至少一光纖的第二部分上以及至少一波導的一部分上。
本發明的第二態樣包含一方法，其包含將光纖定位在形成於光子積體電路(PIC)晶粒的表面中的凹槽內，該凹槽對應位於PIC晶粒上的一波導且直接定位在該波導附近；將板定位在光纖的一部分上，該板包含：定位在波導附近的第一邊緣，以及相對第一邊緣定位的第二邊緣；沿板的第二邊緣分配第一黏著劑，以將其設置在光纖的第一部分上；沿板的第一邊緣分配第二黏著劑，以將其設置在光纖的第二部分以及波導的一部分上；以及將所分配的第一黏著劑或所分配的第二黏著劑的其中至少一者固化。
應當理解，儘管在本發明的各個態樣中討論了一光纖，但PIC封裝可包含複數個光纖和形成在PIC晶粒上的相應波導。
本發明的說明性態樣係設計用以解決本文所描述的問題及/或未討論的其他問題。
現在將更詳細地參考本申請案的標的的各種具體實施例，其中一些實施例在附圖中示出。在整個附圖中將使用相同的元件符號來指相同或相似的部分。
如本文中所討論，本發明關於光子積體電路(PIC)封裝，且更具體地，本發明關於使用各種黏著劑將光纖對準並固定到PIC晶粒的結構和方法。
下文將參照圖1-圖8來討論這些和其他具體實施例。然而，本技術領域中具有通常知識者將容易理解到，本文針對這些附圖給出的詳細描述僅用於說明目的，而不應解釋為限制性的。
圖1和圖2顯示了光子積體電路(PIC)封裝100的各種視圖。更特別地，圖1顯示了PIC封裝100的等距視圖，且圖2顯示了PIC封裝100的俯視圖。如本文所討論的，PIC封裝100以及在其上形成的各種組件可改善所製造的零件的品質，並改善或減少形成PIC封裝100的製造時間。
如圖1和圖2所示，PIC封裝100可包含PIC晶粒102。PIC晶粒102可包含任何現在已知或以後開發的半導體光子積體電路。另外，PIC晶粒102(也稱作積體光學電路)可定義光子晶片的一部分，及/或可為包含光電電路的任何裝置，其中光電電路整合了用於經由例如光纖所接收的光資訊信號的光子功能，如本文所述。此類功能通常包含將光資訊信號轉換為電信號，反之亦然。如本文所討論，光電電路系統可包含操作性地耦合到光纖的一或多個光波導，每一光波導都位於PIC晶粒102上及/或之內。
在非限制性示例中，PIC晶粒102可包含半導體材料，例如矽(如單晶矽或多晶矽)或含矽材料。含矽材料包含但不限於：單晶矽鍺(SiGe)、多晶矽鍺、摻雜碳的矽(Si：C)、非晶矽及其組合和多層。如本文所用，術語「單晶」表示晶形固體，其中整個固體的晶格基本上是連續的且基本上到固體邊緣是完整的，基本上沒有晶界。舉例來說，PIC晶粒102可包含(100)定向的矽或(111)定向的矽。在其他非限制性示例中，PIC晶粒102也可由玻璃或類似的非晶(例如，不是結晶的)材料形成。
然而，PIC晶粒102不限於含矽材料，因為PIC晶粒102可包含其他半導體材料，包含Ge和化合物半導體，其包含III-V族化合物半導體(例如GaAs、InAs、GaN、GaP、、ZnSe和ZnS)以及II-VI化合物半導體(例如CdSe、CdS、CdTe、ZnSe、ZnS和ZnTe)。
PIC晶粒102可為塊狀基板或複合基板，例如絕緣層上半導體(SOI)基板，其從下到上包含處理部分、隔離層(例如，埋層氧化物層)、和半導體材料層(例如矽)。
在圖1和圖2所示的非限制性示例中，PIC晶粒102可包含位於其上的至少一光電電路或波導104(以下稱作「波導104」)。亦即，PIC封裝100的波導104可定位及/或形成在PIC晶粒102的表面106上。波導104可為任何合適的裝置或系統，其可整合用於由此接收的光資訊信號的光子功能，及/或轉換及傳輸光資訊信號(例如經由光纖)。在非限制性示例中，波導104可組態為一懸置波導，其可位在形成於PIC晶粒102中的空隙(未示出)之中及/或之上。然而，根據應用，波導104也可包含其他組件，例如但不限於：布拉格反射器、陣列波導光柵或其他波導、基於電晶體的電子件，包含偵測器和調節器、放大器及/或具有電吸收調節器的外部調節雷射二極體。這樣，波導104可形成為任何合適的裝置及/或組件，其可為用於電磁輻射/光的導電和封閉介質。應理解到，定位在PIC晶粒102的表面106上的波導104可包含個別地引導來自與其耦合的光纖的光/信號的結構。
儘管在非限制性示例中顯示了單一波導104，但應理解到，PIC封裝100可包含更多的波導(參見圖7)。於是，包含在PIC封裝100中的波導的數量是說明性的，且可至少部分取決於PIC封裝100的功能、目的及/或期望的操作。
PIC封裝100的PIC晶粒102也可包含至少一凹槽108。凹槽108可形成在PIC晶粒102的表面106中。更具體地，凹槽108可形成在PIC晶粒102的表面106中，並可定位及/或直接形成在PIC晶粒102的波導104附近。此外，如圖1和2所示，形成於及/或定位於PIC晶粒102的表面106上的凹槽108可從直接相鄰的波導104延伸到PIC晶粒102的一側110。在非限制性示例中，可對PIC晶粒102的表面106進行加工、蝕刻(例如，電漿、化學)、機械研磨、模製及/或這些製程的任何組合，以在其中形成凹槽108。如本文所討論的，PIC晶粒102的凹槽108可在其中接收光纖，並可提供光纖的對準及/或保持，以光學地耦合來自光纖的光至PIC晶粒102的波導104。簡要地參照圖3，舉例來說並如本文所述，凹槽108可包含兩個傾斜或成角度的側壁112、118，其為位於其中的光纖提供兩個接觸點，以使光纖與波導104對準及/或將光纖保持在其中。
PIC晶粒102的凹槽108可對應於波導104。也就是說，在本文討論的非限制性示例中，對於在PIC晶粒102中形成的每個波導104，PIC晶粒102可包含可形成於及/或直接定位於波導附近的對應凹槽108。這樣，儘管在圖1和圖2的非限制性示例中顯示了單一凹槽，但應理解到PIC封裝100可包含更多的凹槽(參見圖7)。因此，PIC封裝100中所包含的凹槽108的數量是說明性的，且可至少部分取決於PIC封裝100的功能、目的、及/或期望的操作、及/或PIC晶粒102內所包含的波導104的數量。雖然在本文中所討論的包含了凹槽108的成角度側壁112、118，以幫助光纖的自對準，但是凹槽108可包含用於凹槽108的正交或線性側壁。在此非限制性示例中，正交側壁的尺寸可設置為形成與光纖的緊密配合或間隙及/或精確控制凹槽108的深度，以定義及/或確保光纖和波導104之間的對準，如本文所述。另外，如本文所述，凹槽108也可用於非電氣光學裝置中，例如完全在玻璃中創建的無源光學網絡，而不是電氣裝置中。
在圖1和圖2所示的非限制性示例中，PIC封裝100也可包含至少一光纖120。光纖120可位於PIC晶粒102的凹槽108內。更具體地，光纖120可位於凹槽108內，且可從PIC晶粒102的相鄰波導104延伸至PIC晶粒102的側面110之外。如圖3所示，光纖120可定位在凹槽108內，且可接觸及/或可碰到凹槽108的成角度側壁112、118，以確保與波導104對準，如本文所討論的。光纖120及/或凹槽108的尺寸可調整及/或可包含形狀/配置，其可確保光纖120和凹槽108之間的相碰/接觸，及/或光纖120與波導104的對準。在圖3所示的非限制性示例中，光纖120及/或凹槽108的尺寸也可設置成使得光纖120的至少一部分在PIC晶粒102的表面106上方延伸。在其他非限制性示例(未示出)中，光纖120及/或凹槽108的尺寸可設置成使得整個光纖120位於PIC晶粒102的表面106下方，或者光纖120的頂部與PIC晶粒102的表面106對準及/或共平面。
光纖120可形成為組態以向/從波導104發送及/或接收光資訊信號的任何合適的光學元件或結構。在圖3所示的非限制性示例中，光纖120可包含核心122和圍繞核心122的包覆層124。光纖120的包覆層124可直接接觸及/或碰到在PIC晶粒102中形成的凹槽108的側壁112、118。在一非限制性示例中，且如本文中所討論的，核心122可由矽、二氧化矽或二氧化矽摻雜的材料所形成，且可與波導104對準並操作性地耦合到波導104，以發送及/或接收光資訊信號。儘管僅顯示了一個核心，但光纖可包含多核心的核心光纖，用於在光纖120和PIC晶粒102/波導104之間進行光耦合。在其他非限制性示例(未示出)中，光纖120還可包含圍繞包覆層124的絕緣護套。在其他非限制性示例中，光纖120可形成為氟化物光纖、硫化物光纖或塑料光纖。
回到圖1和圖2，光纖120還可包含位於波導104附近的端部126。也就是說，當光纖120位於PIC晶粒102的凹槽108內時，光纖120的端部126可位於波導104附近。此外，如非限制性示例所示，位於凹槽108內的光纖120的端部126可與波導104分開及/或與之相隔一定距離，其中波導104直接形成在凹槽108附近。也就是說，間隙(G)可將光纖120的端部126和波導104分開。在非限制性示例中，間隙(G)可為約三(3)微米至約15微米。
如本文中所討論，將光纖120定位(及固定)在凹槽108內可操作性地將光纖120與波導104耦合。也就是說，凹槽108可形成於PIC晶粒102的表面106中及/或可設定其大小以接收光纖120並對準光纖120與波導104。一旦定位於內部並與波導104對準，光纖120也操作性地耦合到波導104及/或與波導104進行光通信。在非限制性示例中，核心122(參見圖3)可與波導104操作性地耦合，以在PIC封裝100的操作期間向波導104發送光資訊信號及/或從波導104接收光資訊信號。
與PIC晶粒102的凹槽108相似，光纖120可對應至波導104。也就是說，在本文討論的非限制性示例中，對於在PIC晶粒102中形成的每個波導104，光纖120可與波導104對準並操作性地耦合到波導104。如此，儘管在圖1和圖2的非限制性示例中顯示了單一個光纖，但應理解到，PIC封裝100可包含更多的光纖(參見圖7)。因此，PIC封裝100中所包含的光纖120的數量是說明性的，且可至少部分取決於PIC封裝100的功能、目的及/或期望的操作及/或PIC晶粒102內所包含的波導104的數量。
PIC封裝100也可包含板128。如圖2所示，板128可定位在光纖120的部分130上方。板128可包含及/或可形成為紫外線(UV)透明玻璃板。在其他非限制性示例中，板128可由任何UV透明材料形成，以幫助在PIC晶粒102上所分配及/或設置的黏著劑的固化，以及提供力至光纖120以將光纖120定位在凹槽內108，如本文所述。另外，板128可由具有約等於或小於0.5微米(µm)的總厚度變化(TTV)的任何合適的材料形成。在非限制性示例中，板128可包含第一邊緣132、第二邊緣134、和頂表面136。板128的第一邊緣132可位於PIC晶粒102上方，與PIC晶粒102的波導104相鄰。亦即，板128的第一邊緣132可定位為鄰近、接近及/或靠近波導120和光纖120的端部126。由於被定位為鄰近光纖120的端部126且不在其上方，在非限制性示例中，光纖的端部126(以及波導104)可未被板128所覆蓋及/或可暴露在PIC封裝100的PIC晶粒102上。板128的第二邊緣134可定位為相對於第一邊緣132。如圖1和圖2所示，第二邊緣134也可定位在PIC晶粒102上，且可鄰近PIC晶粒102的側面110及/或從側面110向內。因此，在非限制性示例中，位於板128下方及/或被板128所覆蓋的光纖120的部分130可不包含光纖120的第一端部126、或直接定位在PIC晶粒102的側面110附近及/或在其上方延伸的光纖120的一部分。板128的頂表面136可以在第一邊緣132和第二邊緣134之間延伸。
如本文中所討論的，板128可用於定位及/或迫使光纖120進入凹槽108中，以形成PIC封裝100。也就是說，板128可向光纖120施加力以將光纖120定位在凹槽108內，以確保光纖120接觸或碰到凹槽108的側壁112、118，並相應地與波導104對準，如本文所討論的。另外，如本文所討論的，板128也有助於將黏著劑施加和保持到PIC封裝100。板128可調整尺寸及/或可包含尺寸(例如，厚度、寬度、長度)，其可確保在形成PIC封裝100時覆蓋光纖120的期望部分130。如本文中參照圖7所做的討論，在PIC封裝100包含複數個光纖120的情況下，板128可被拉長及/或包含更大的尺寸，以確保複數個光纖120中的每一個被定位及/或被迫進入形成在PIC晶粒102中的相應凹槽108中。
在圖1和2所示的非限制性示例中，PIC封裝100也可包含第一黏著劑138。第一黏著劑138可沿板128的第二邊緣134設置。也就是說，且如本文中所討論的，第一黏著劑138可設置在PIC晶粒102上，其線性地沿著及/或跨板128的第二邊緣134。除了沿第二邊緣134設置之外，第一黏著劑138也可在光纖120的第一部分140上流動、分配、設置及/或定位(參見，圖2)。轉到圖3並繼續參考圖1和圖2，第一黏著劑138設置在光纖120的第一部分140上方及/或設置在容納光纖120的第一部分140的凹槽108的第一部分142內。在非限制性示例中，光纖120的第一部分140及/或凹槽108的第一部分142可包含在分配第一黏著劑138之前由板128所覆蓋的區域以及未被覆蓋及/或暴露的不同區域。光纖120的第一部分140及/或凹槽108的第一部分142中的至少某些部分(例如未覆蓋區域)可直接定位在PIC晶粒102的側面110附近，而剩餘的光纖120的第一部分140及/或凹槽108的第一部分142可由板128覆蓋。結果，如圖3的橫截面圖所示，第一黏著劑138可設置及/或定位在板128和PIC晶粒102的表面106之間。另外，如圖3的非限制性示例所示，第一黏著劑138可在光纖120之間及/或下方流動，以基本上覆蓋側壁112、118及/或填充在PIC晶粒102中形成的凹槽108。
第一黏著劑138的流變性質可確保第一黏著劑138可在光纖120的第一部分140上流動、設置及/或分配及/或設置在容納光纖120的第一部分140的凹槽108的第一部分142內。亦即，如本文所討論的，第一黏著劑138可由任何合適的黏著劑材料形成，其可允許第一黏著劑138容易地在板128和PIC晶粒102的表面106之間流動，並可流過光纖120的第一部分140及/或設置在凹槽108的第一部分142(其容納光纖120的第一部分140)內。在非限制性示例中，第一黏著劑138可由任何合適的紫外線(UV)可固化黏著劑材料所形成，例如各種聚合物或可固化的環氧樹脂、丙烯酸酯或其組合。如本文所討論的，第一黏著劑138可幫助將光纖120固定在PIC晶粒102的凹槽108內。此外，藉由從可固化的黏著劑材料形成第一黏著劑138，可快速固化第一黏著劑138，以在沿著板128的第二邊緣134分配後阻止及/或停止第一黏著劑138的流動。這繼而可防止第一黏著劑138在PIC封裝100的光纖120的端部126及/或波導104上流動或設置及/或與之接觸。補充地或替代地，形成第一黏著劑138的UV可固化黏著劑材料也可使用任何合適的方法來熱固化。
PIC封裝100可包含第二光學功能黏著劑144。第二黏著劑144可沿板128的第一邊緣132設置。也就是說，且如本文所述，第二黏著劑144可線性地沿板128的第一邊緣132和/或跨板128的第一邊緣132設置在PIC晶粒102上。除了沿第一邊緣132設置之外，第二黏著劑144也可在光纖120的第二部分146上流動、分配、設置及/或定位，其包含端部126以及波導104的一部分148(見圖2)。轉到圖4，並繼續參照圖1和圖2，第二黏著劑144設置在光纖120的第二部分146上方及/或設置在凹槽108的第二部分150內，凹槽108的第二部分150容納光纖120的第二部分146。在非限制性示例中，在分配第二黏著劑144之前，光纖120的第二部分146及/或凹槽108的第二部分150可包含被板128所覆蓋的區域以及未被覆蓋及/或暴露的不同區域。光纖120的第二部分146及/或凹槽108的第二部分150的至少某些部分(例如未覆蓋區域)可直接定位在PIC晶粒102的波導104附近，而剩餘的光纖120的第二部分146及/或凹槽108的第二部分150可由板128所覆蓋。在此非限制性示例中，第二黏著劑144可設置在第二部分146中所包含的光纖120的端部126上及/或可覆蓋第二部分146中所包含的光纖120的端部126。因此，如圖4的橫截面所示，可像第一黏著劑138一樣將第二黏著劑144設置及/或定位在板128和PIC晶粒102的表面106之間。此外，如圖4的非限制性示例所示，第二黏著劑144可在光纖120之間及/或其下方流動，以實質地覆蓋側壁112、118及/或填充在PIC晶粒102中形成的凹槽108。
類似於第一黏著劑138，第二黏著劑144的流變特性可確保第二黏著劑144可在光纖120的第二部分146上流動、設置及/或分配、及/或設置在凹槽108的第二部分150(其容納光纖120的第二部分146)內。也就是說，如本文所述，第二黏著劑144可由任何合適的黏著劑材料形成，其可允許第二黏著劑144容易地在板128和PIC晶粒102的表面106之間流動，以及流過光纖120的第二部分146及/或設置在凹槽108的第二部分150(其容納光纖120的第二部分146)內。在非限制性示例中，第二黏著劑144可由任何合適的光學黏著材料形成，例如各種聚合物樹脂或矽樹脂。如本文所討論的，第二黏著劑144可幫助將光纖120固定在PIC晶粒102的凹槽108內。此外，形成為光學黏著劑的第二黏著劑144可組態及/或可包含可將光纖120光學地耦合到PIC晶粒102的波導104的性質/材料特性。在非限制性示例中，形成第二黏著劑144的光學黏著劑可包含約1.2至1.6的折射率，且包含任何上述值之間的範圍、200至600厘泊(cP)的黏度(在23ºC)、0ºC至140ºC的玻璃轉化溫度(Tg )、至少85%(例如85、88、90、92或94%，包含介於任何上述值的範圍)的光學透射率(在1.3微米)、以及黏著強度為100至200 kgf/cm2 。這些材料特性可確保第二黏著劑144將光纖120(更具體地說為光纖核心122)光學地耦合至波導104。另外，形成第二黏著劑144的光學黏著劑可使用任何合適的程序進行UV固化及/或熱固化。
轉向圖5，並繼續參考圖2，其顯示了PIC封裝100的橫截面正視圖。截面圖係沿圖2中的線5-5所截取。在圖5中所示的非限制性示例中，分配在PIC晶粒102上的第一黏著劑138和第二黏著劑144可彼此分離。亦即，在圖2和圖5所示的非限制性示例中，在板128和PIC晶粒102的表面106之間流動及/或設置的第一黏著劑138和第二黏著劑144彼此分開及/或不接觸。這可能是由於控制在PIC晶粒102上所分配或設置的第一黏著劑138及/或第二黏著劑144各自的體積的結果。在另一個非限制性示例中，如本文所述，由於在分配及/或沉積之後固化第一黏著劑138，第二黏著劑144可與第一黏著劑138分離。亦即，在沿著板128的第二邊緣134分配之後，第一黏著劑138可固化以阻止及/或停止第一黏著劑138的流動，及/或防止第一黏著劑138流過光纖120的端部126及/或波導104。在此示例中，在分配程序之後，第二黏著劑144及/或熱固化的第二黏著劑144的體積還可防止第二黏著劑144與第一黏著劑138接觸。
圖6顯示了PIC封裝100的另一非限制性示例的俯視圖，其包含光纖120、板128、第一黏著劑138、和第二黏著劑144。應當理解，相似編號及/或命名的組件可以基本上相似的方式來作用。為了清楚起見，已省略了對這些組件的多餘解釋。
不同於本文關於圖1至圖5所討論的非限制性示例，圖6繪示了第一黏著劑138和第二黏著劑144在PIC晶粒102上接觸、碰觸及/或混合。也就是說，在非限制性示例中，第一黏著劑138和第二黏著劑144在PIC晶粒102上可不分離及/或間隔開，而是可在設置(並固化)於PIC晶粒102的表面106上之後彼此接觸。在非限制性示例中，在任一種黏著劑固化之前，第一黏著劑138和第二黏著劑144都可分配到本文所討論的PIC晶粒102上。一旦分配、設置及/或流動到光纖120及/或波導104的期望部分上，第一黏著劑138和第二黏著劑144可一起(熱)固化。第一黏著劑138和第二黏著劑144不必彼此分開地分配，且在分配不同的黏著劑之前不必分配第一黏著劑138和第二黏著劑144就可固化。相反，為了幫助光纖120在凹槽108內對準/固定並使光纖120與波導104光學耦合，第一黏著劑138必須覆蓋或設置在光纖120的第一部分140上，而第二黏著劑144必須覆蓋或設置在包含端部126的光纖120的第二部分146上以及波導104的部分148上。
圖7顯示了包含複數個特徵的PIC封裝100的另一非限制性示例的俯視圖。應當理解，相似編號及/或命名的組件可以基本相似的方式來作用。為了清楚起見，已省略了對這些組件的多餘解釋。
在圖7所示的非限制性示例中，PIC封裝件100可包含位在PIC晶粒102上的複數個波導104A、104B。複數個波導104A、104B可彼此相鄰定位及/或可彼此基本上平行地形成在PIC晶粒102的表面106中。另外，如圖7所示，PIC封裝100可包含形成在PIC晶粒102的表面106中的複數個凹槽108A、108B。每個凹槽108A、108B可對應於且可定位為直接相鄰複數個波導104A、104B中的一個。舉例來說，第一凹槽108A可對應於、可定位為直接相鄰、及/或可對準於PIC晶粒102的第一波導104A。類似地，第二凹槽108B可對應於、可定位為直接相鄰、及/或可對準於PIC晶粒102的第二波導104B。與波導104A、104B一樣，凹槽108A、108B可彼此相鄰及/或彼此平行地形成(例如，機械加工、蝕刻)及/或定位在PIC晶粒102的表面106上。
如圖7所示，PIC封裝100可包含複數個光纖120A、120B。複數個光纖120A、120B中的每一個可操作性地耦合到PIC晶粒102的相應的波導104A、104B的其中一者，及/或可定位在相應的複數個凹槽108的其中一者中。舉例來說，第一光纖120A可操作性地及/或光學地耦合到第一波導104A，且可定位在第一凹槽108A內。另外，第二光纖120B可操作性地及/或光學地耦合到第二波導104B，且可定位在第二凹槽108B內。在非限制性示例中，複數個光纖120A、120B中的每一個可包含定位在凹槽108A、108B內的端部126A、126B，且其與相應的波導104A、104B分開及/或與之隔開一定距離(例如，間隙(G))。
在非限制性示例中，單一板128可位於兩條光纖120A、120B上。更具體地，如圖7所示，板128可在複數個光纖120A、120B的相應部分130A、130B上延伸或定位在其上。定位在板128下方及/或被板128所覆蓋的光纖120A、120B的部分130A、130B可不包含光纖120A、120B的相應第一端部126A、126B、或與PIC晶粒102的側面110直接相鄰及/或在其上延伸的光纖120A、120B的一部分。
如圖7所示，第一黏著劑138可沿板128的第二邊緣134設置。也就是說，且如本文所述，第一黏著劑138可線性地沿著及/或跨板128的第二邊緣134設置在PIC晶粒102上。除了沿第二邊緣134設置，第一黏著劑138可在光纖120A、120B的不同第一部分140A、140B上以及在形成於第一部分140A、140B之間的PIC晶粒102的一部分上流動、分配、設置及/或可定位在其上。在非限制性示例中，在分配第一黏著劑138之前，光纖120A、120B的第一部分140A、140B可包含由板128所覆蓋的區域以及未被覆蓋及/或暴露的不同區域。光纖120A、120B的第一部分140A、140B的其中至少某些部分(例如，未覆蓋區域)可直接定位在PIC晶粒102的側面110附近，而光纖120A、120B的其餘第一部分140A、140B可由板128覆蓋。另外，第一黏著劑138可設置及/或定位在板128與PIC晶粒102的表面106之間，以及在光纖120A、120B之間及/或與光纖120A、120B相鄰。
另外，第二黏著劑144可沿板128的第一邊緣132設置。也就是說，且如本文所述，第二黏著劑144可線性地沿著及/或跨板128的第一邊緣132設置在PIC晶粒102上。除了沿著第一邊緣132設置之外，第二黏著劑144還可在光纖120A、120B的第二部分146A、146B(其包含端部126A、126B)上以及在相應波導104A、140B的部分148A、148B上流動、分配、設置及/或可定位於其上。在非限制性示例中，在分配第二黏著劑144之前，光纖120A、120B的第二部分146A、146B可包含由板128所覆蓋的區域以及未被覆蓋及/或暴露的不同區域。光纖120A、120B的第二部分146A、146B的其中至少某些部分(例如，未覆蓋區域)可定位為直接相鄰PIC晶粒102的波導104A、104B，而光纖120A、120B的其餘第二部分146A、146B可由板128所覆蓋。在此非限制性示例中，第二黏著劑144可設置在第二部分146A、146B中所包含的光纖120A、120B的端部126A、126B之上及/或可將其覆蓋。因此，如同第一黏著劑138，第二黏著劑144可設置及/或定位在板128與PIC晶粒102的表面106之間、以及在光纖120A、120B之間及/或與之相鄰。
同樣顯示於非限制性示例中，PIC封裝100可包含光學迴路152。光學迴路152可光學地及/或操作性地耦合到PIC晶粒102上所包含的複數個波導104A、104B中的至少兩個。如圖7所示，光學迴路152可相對光纖120A、120B定位，且可形成及/或定位在PIC晶粒102的表面106上。在PIC封裝100包含光學迴路152的非限制性示例中，波導104A、104B及光纖120A、120B可形成一光資訊信號進入線及一光資訊信號發出線。在此非限制性示例中，光學迴路152可允許不同的波導104A、104B在彼此之間傳輸資料及/或信號。
儘管在圖7中示出了兩個波導、凹槽和光纖，但應當理解，用於PIC封裝的波導、凹槽和光纖的數量僅是示例性的。因此，PIC封裝可包含多於兩個波導、凹槽和光纖，其中光纖係設置為陣列組件。舉例來說，PIC封裝可包含12個光纖的陣列，這12個光纖可使用本文討論的程序全部同時地固定、對準及/或光學耦合。
另外，在安裝過程中，當將第一或單一個光纖放置在PIC晶粒內時，整個晶粒及/或封裝可能會基於將光纖放置在凹槽中的力而移動、旋轉及/或「搖擺(rock)」。如本文詳細討論的，為了幫助穩定將光纖安裝及/或定位在PIC晶粒中所形成的凹槽內的過程，PIC晶粒可包含輔助的或「非活動」凹槽以及相應的輔助或「非活動」光纖。非活動凹槽和非活動光纖可為單一光纖提供額外的支撐，及/或可將施加至PIC晶粒的力分散到多個位置，以避免晶粒在安裝過程中的移動。這些不活動的凹槽及/或不活動的光纖可不組態用以發送及/或接收光信號，且可在包含單一(活動)光纖的具體實施例中純粹用於機械支撐。
圖8繪示了流程圖，其顯示了如本文所討論的用於形成PIC封裝的程序。具體而言，圖8顯示了用以使用各種黏著劑將光纖對準並固定到PIC晶粒的非限制性示例程序。
在程序P1中，可將一或多個光纖放置在PIC封裝的PIC晶粒中所形成的凹槽內。更具體地，光纖可位於在PIC晶粒的表面中所形成的凹槽中。凹槽可對應於並定位為直接相鄰於一相應波導，該相應波導係定位及/或形成在PIC晶粒的表面上。將光纖定位在凹槽內也可包含將光纖的端部定位在與波導直接相鄰的凹槽內。在非限制性示例中，光纖的末端可與波導分離及/或可不直接接觸波導，而是可定位成使得在光纖的末端和波導之間存在間隙(G)。
在程序P2中，可將一板放置在光纖的一部分上。板可包含：第一邊緣，其與形成在PIC晶粒的表面中的波導鄰近但與之分離；以及第二邊緣，其位於與第一邊緣相對的位置。第二邊緣可定位為鄰近光纖延伸超出的PIC晶粒的一側且與其隔開一距離。在程序P2中定位板還可包含將板的第一邊緣定位成鄰近光纖的端部，但不覆蓋光纖的端部。結果，在本文討論的形成程序期間，光纖的末端可暴露及/或保持未被板覆蓋。
在程序P3(以虛線顯示為可選項)中，可將力施加到板的頂表面。更具體地，可將力施加到在板的第一邊緣和第二邊緣之間延伸的板的頂部暴露表面，以將光纖壓入PIC晶粒的凹槽中。施加到板上的力可確保光纖在凹槽內定位及/或對齊，並在被黏著之前暫時地固定到PIC晶粒，如下文詳細討論。在非限制性示例中，可使用附接到萬向架組件的銷將力施加到板上，以確保力的均勻分佈。銷可為在板上施加向下力的直銷，或是也可為成角度的銷，以最小化銷-萬向架組件施加力所需的空間，及/或減少固化過程中紫外線的阻擋，如本文所討論。
在程序P4中，可將第一黏著劑分配到PIC晶粒上。更具體地，第一黏著劑可線性地沿著板的第二邊緣、靠近PIC晶粒的側面來分配。所分配的第一黏著劑可設置及/或可覆蓋光纖的第一部分。另外，所分配的第一黏著劑可被設置、可覆蓋、及/或可流入凹槽的第一部分中(其可接收光纖的第一部分)。另外，所分配的第一黏著劑可在板和PIC晶粒的表面之間、鄰近光纖的第一部分流動。第一黏著劑可形成為UV可固化的黏著劑材料。
在程序P5(以虛線顯示為可選項)中，可固化第一黏著劑。更具體地，在分配第一黏著劑並且使第一黏著劑有時間流過光纖的第一部分之後，可固化第一黏著劑。可使用任何合適的固化技術或程序來固化第一黏著劑。舉例來說，在第一黏著劑形成為UV可固化的黏著劑材料的情況下，包含第一黏著劑的PIC晶粒可以暴露於UV光(例如1-2分鐘)，以固化第一黏著劑。固化第一黏著劑可在其被設置及/或覆蓋部分的PIC晶粒時阻止及/或停止第一黏著劑的流動。固化第一黏著劑也可確保第一黏著劑不流過及/或覆蓋光纖的(暴露)端部及/或波導的一部分。可在程序P6中分配第二黏著劑之前，進行第一黏著劑的固化。回應於執行程序P5及固化在PIC晶粒上分配的​​第一黏著劑，可移除及/或中斷施加到板上的力。也就是說，在程序P5中固化第一黏著劑可確保，光纖固定在PIC晶粒的凹槽內足以繼續執行用於在PIC封裝上固定及/或對準光纖的程序，而無需施加力(例如，程序P3)。因此，可移除施加力的銷，且可在PIC封裝上執行其他程序。
在程序P6中，可將第二黏著劑分配到PIC晶粒上。更具體地，第二黏著劑可線性地沿著板的第一邊緣、鄰近包含於PIC晶粒中的波導來進行分配。所分配的第二黏著劑可設置在及/或可覆蓋光纖的第二部分和波導的一部分。光纖的第二部分可包含定位為直接相鄰於波導但與波導分開的光纖的端部。另外，所分配的第二黏著劑可設置、可覆蓋及/或可流入凹槽的第二部分中，其可容納光纖的第二部分。另外，所分配的第二黏著劑可在板和PIC晶粒的表面之間、鄰近光纖的第二部分流動。在非限制性示例中，第二黏著劑可被分配及/或可流動以與(固化的)第一黏著劑分開及/或遠離。在另一非限制性示例中，第二黏著劑可被分配及/或可流動以接觸第一黏著劑、及/或防止第一黏著劑被設置在光纖的端部及/或波導上方、及/或覆蓋光纖的端部及/或波導。第二黏著劑可形成為光學黏著劑材料，其可組態以光學地耦合光纖和波導，第二黏著劑被分配及/或設置在該波導上。
在程序P7中，黏著劑被固化。更具體地，且取決於是否執行P5的固化程序，使分配在PIC晶粒上的第一黏著劑或第二黏著劑中的至少一個固化。在非限制性示例中，可使用任何合適的固化程序及/或技術來熱固化第一黏著劑及/或第二黏著劑。在不執行程序P5的情況下，可同時(熱)固化第一黏著劑和第二黏著劑，以形成所需的PIC封裝。替代地，在執行程序P5且固化第一黏著劑的情況下，程序P7可包含(熱)固化在PIC晶粒的識別部分上分配及/或設置的第二黏著劑。
本文討論的黏著劑可使用任何合適的分配系統來進行分配，例如諾信公司(East Providence，RI)銷售的微流體分配系統。示例性分配系統可包含可攜式或台式分配系統，其可操作以將有效量的黏著劑加壓並通過分配針頭輸送到PIC封裝上的所需位置，例如線性地沿板的第一邊緣或第二邊緣。
將認識到，本發明的教導也可適用於光纖到聚合物波導、PIC晶粒腔中的雷射晶粒、凹槽光纖容座中的個別光纖和光纖帶等的替代應用。
說明書中使用的用語僅為了說明特定具體實施例之目的，並不欲為本發明之限制。如本說明書中的使用，除非該上下文明顯另有所指，否則該等單數形「一」、及「該」意指亦包括該等複數個形式。將可進一步理解，在本說明書中使用該等用語「包含(comprises及/或comprising)」時，明確說明存在所述特徵、整數、步驟、操作、單元、及/或組件，但未排除存在或添加一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、單元、組件、及/或其群組。「選擇性」或「選擇性地」意指該後續所說明的事件或情況可能發生或未發生，且該說明包括在該事件發生情況下的實例及在其未發生情況下的實例。
除非另外明確說明，否則絕不意圖本文闡述的任何方法被理解為要求其步驟以特定順序進行。因此，在方法請求項實際上沒有敘述它的步驟所遵循的順序或者未在申請專利範圍或說明書中以其他方式特別說明步驟將被限制於特定順序的情況下，絕不意圖推斷任何特定順序。任何一項請求項中的任何敘述的單個或多個特徵或方面可與任何其他一項或更多項請求項中的任何其他敘述的特徵或方面組合或排列。
應理解，當稱一元件(例如一層、區域或基板)形成於另一元件上、放置於另一元件上、或設置於另一元件「上(on)」或「之上(over)」，該元件可直接位於另一元件上，抑或可存在中間元件。相比之下，當稱一元件直接位於另一元件「上(directly on)」或「之上(directly over)」，則不存在中間元件。
可能應用近似語言(如本文中在整個本說明書和申請專利範圍中所使用)修飾可容許變化而未導致與其相關的基本功能改變的任何定量表示。因此，由一或多個用語(例如「約」、「大約」、及「實質上」修飾的值不限於所明確說明的精確值。在至少一些實例中，該近似用語可對應於用於測量該值的儀器之精確度。在本文及在整個本說明書和申請專利範圍中，範圍限制可組合及/或互換，除非上下文或語言另有所指，否則此範圍係經識別並包括其中所內含的所有該等子範圍。如應用於範圍之特定值的「大約」應用於這兩個值，且除非另外依測量該值的儀器之精確度而定，可示該(等)所述值之+/- 10%。
以下申請專利範圍中所有裝置或步驟加功能元件的對應結構、材料、動作與等效物，旨在包括已具體要求保護的用於執行與其他要求保護元件結合的功能之任何結構、材料或動作。本發明之說明已為了例示和說明之目的進行描述，但不意欲為全面性或限於所揭示形式的本發明。在不悖離本發明之範疇與精神下，熟習該項技藝者將明白許多修飾例和變化例。該具體實施例經過選擇和說明，以最佳解說本發明之該等原理及該實際應用，並使本技術領域中具有通常知識者能夠瞭解有關適於所設想特定用途的各種修飾例之各種具體實施例的揭露。
100:PIC封裝 102:PIC晶粒 104:波導 104A、140B:波導 106:表面 108:凹槽 108A、108B:凹槽 110:側面 112:側壁 118:側壁 120:光纖 120A、120B:光纖 122:核心 124:包覆層 126:端部 126A、126B:端部 128:板 130:部分 130A、130B:部分 132:第一邊緣 134:第二邊緣 136:頂表面 138:第一黏著劑 140:第一部分 140A、140B:第一部分 142:第一部分 144:第二黏著劑 146:第二部分 146A、146B:第二部分 148:部分 148A、148B:部分 150:第二部分 152:光學迴路 G:間隙
將參考以下附圖詳細描述本發明的具體實施例，其中類似的元件符號表示類似的元件，且其中：
圖1顯示根據本發明具體實施例的包含光纖的光子積體電路(PIC)封裝的等距視圖；
圖2顯示根據本發明的具體實施例的圖1的PIC封裝的俯視圖；
圖3顯示根據本發明的具體實施例的沿圖2中的線3-3截取的PIC封裝的前視剖面圖；
圖4顯示根據本發明的具體實施例的沿圖2中的線4-4截取的PIC封裝的前視剖面圖；
圖5顯示根據本發明的具體實施例的沿圖2中的線5-5截取的PIC封裝的前視剖面圖；
圖6顯示根據本發明的其他具體實施例的包含一光纖的PIC封裝的俯視圖；
圖7顯示根據本發明的其他具體實施例的包含複數個光纖的PIC封裝的俯視圖；以及
圖8顯示根據本發明的其他具體實施例的將光纖固定在PIC封裝內的程序的流程圖。
應注意到，本發明的附圖並未按比例繪製。附圖旨在僅描繪本發明的典型態樣，且因此不應視為限制本發明的範疇。在附圖中，類似的標號代表附圖之間的類似元件。
100:PIC封裝
102:PIC晶粒
104:波導
106:表面
108:凹槽
110:側面
120:光纖
126:端部
128:板
132:第一邊緣
134:第二邊緣
136:頂表面
138:第一黏著劑
144:第二黏著劑
G:間隙

Claims (20)

  1. 一種光子積體電路(PIC)封裝，包含： 一PIC晶粒，包含：至少一波導，位於該PIC晶粒上，以及至少一凹槽，形成於該PIC晶粒的一表面上，該至少一凹槽對應至該至少一波導且直接定位在該至少一波導附近； 至少一光纖，操作性地耦合到該PIC晶粒的該至少一波導，該至少一光纖定位於該PIC晶粒的該凹槽中且包含定位在該至少一波導附近的一端部；一板，定位於該至少一光纖的一部分上，該板包含：一第一邊緣，定位於該PIC晶粒的該至少一波導附近，以及一第二邊緣，相對於該第一邊緣定位；一第一黏著劑，沿該板的該第二邊緣設置，該第一黏著劑設置在該至少一光纖的一第一部分上；以及一第二黏著劑，沿該板的該第一邊緣設置，該第二黏著劑設置在該至少一光纖的一第二部分上，該第二部分包含該端部以及該至少一波導的一部分。
  2. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該第一黏著劑為一紫外線(UV)可固化黏著劑。
  3. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該第二黏著劑為組態以將該至少一光纖光學地耦合到該PIC晶粒的該至少一波導的一光學黏著劑。
  4. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該板的該第一邊緣係定位在該至少一光纖的該端部附近，且該至少一光纖的該端部未被該板覆蓋。
  5. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該第一黏著劑設置在容納該至少一光纖的該第一部分的該至少一凹槽的一第一部分內，且該第二黏著劑設置在容納該至少一光纖的該第二部分的該至少一凹槽的一第二部分內。
  6. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該板包含一紫外線(UV)透明玻璃板。
  7. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該板的該第二邊緣定位在該PIC晶粒的一側面附近且從該側面向內，且其中該至少一光纖延伸超出該PIC晶粒的該側面。
  8. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該第一黏著劑和該第二黏著劑分別設置在該板和該PIC晶粒的該表面之間，且彼此分開。
  9. 如請求項1所述之PIC封裝，其中該至少一波導包含位於該PIC晶粒上的複數個波導，且其中該至少一凹槽包含形成在該PIC晶粒的該表面中的複數個凹槽，該複數個凹槽中的每一個對應至且直接定位鄰近於該複數個波導的其中一個。
  10. 如請求項9所述之PIC封裝，其中該至少一光纖包含複數個光纖，該複數個光纖中的每一者操作性地耦合到該PIC晶粒的該複數個波導的其中一者且位於該PIC晶粒的該複數凹槽的其中一者中。
  11. 如請求項10所述之PIC封裝，其中該板位於該複數個光纖中的每一者的一部分上。
  12. 如請求項10所述之PIC封裝，其中該第一黏著劑設置在該複數個光纖中的每一者的該第一部分上，且該第二黏著劑設置在該複數個光纖中的每一者的該第二部分上以及該複數個波導的每一者的該部分上。
  13. 一種方法，包含： 將一光纖定位在形成於一光子積體電路(PIC)晶粒的一表面中的一凹槽內，該凹槽對應至位於該PIC晶粒上的一波導且直接定位在該波導附近；將一板定位在該光纖的一部分之上，該板包含：一第一邊緣，其定位於該波導附近，以及一第二邊緣，相對於該第一邊緣定位；沿該板的該第二邊緣分配一第一黏著劑，以將其設置在該光纖的一第一部分上；沿該板的該第一邊緣分配一第二黏著劑，以將其設置在該光纖的一第二部分和該波導的一部分上；以及將該分配的第一黏著劑或該分配的第二黏著劑的其中至少一者固化。
  14. 如請求項13所述之方法，其中沿該板的該第二邊緣分配該第一黏著劑包含使該第一黏著劑流動：進入容納該光纖的該第一部分的該凹槽的一第一部分，以及在該板和該PIC晶粒的該表面之間。
  15. 如請求項14所述之方法，更包含：在分配該第二黏著劑之前，固化該第一黏著劑以防止該第一黏著劑設置在該波導之上。
  16. 如請求項15所述之方法，其中沿該板的該第一邊緣分配該第二黏著劑包含使該第二黏著劑流動：進入容納該光纖的該第二部分的該凹槽的一第二部分，以及在該板和該PIC晶粒的該表面之間，與該固化的第一黏著劑分開。
  17. 如請求項13所述之方法，更包含：施加一力至該板的一頂表面，以將該光纖壓入該PIC晶粒的該凹槽中，該板的該頂表面在該第一邊緣和該第二邊緣之間延伸。
  18. 如請求項13所述之方法，其中將該光纖定位在該凹槽內包含將該光纖的一端部定位在與該波導直接鄰近的該凹槽內。
  19. 如請求項18所述之方法，其中將該板定位在該光纖之上包含將該板的該第一邊緣定位在該光纖的該端部附近，使得該光纖的該端部不被該板所覆蓋。
  20. 如請求項13所述之方法，其中該第一黏著劑為一紫外線(UV)可固化黏著劑，且該第二黏著劑為組態以將該光纖光學地耦合至該PIC晶粒的該波導的一光學黏著劑。
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