TW202316154A - 積體化光晶片模組及多軸光纖感測器 - Google Patents

Abstract

一種積體化光晶片的封裝方案，封裝後形成的積體化光晶片模組包含兩端尾接陣列光纖的積體化光晶片、用於封裝的盒體、蓋體、用於乘載積體化光晶片的載板、聲波吸收塗層、介電膠塗層以及用於電性連接積體化光晶片的電訊號探針。由於聲波吸收塗層的設置於積體化光晶片之載板與盒體之底部之間，以及設置於積體化光晶片之載板與盒體之側部之間，因此能有效吸收因應力所產生的振動聲波。再者，介電膠塗層設置在積體化光晶片與載板之間，故能夠有效地釋放熱電效應所產生的熱電子。另外，積體化光晶片模組為單一封裝元件且可用於多軸光纖感測器中。

Description

積體化光晶片模組及多軸光纖感測器

本發明關於一種積體化光晶片模組，且特別是一種將具有光電調制與解調功能之多層級的積體化光晶片封裝於盒體的積體化光晶片模組及其多軸光纖感測器。

傳統具有光電調制與解調功能的光晶片多數由非線性光電材料所製作，故多數有如同玻璃般地具有硬脆及易破裂之特性。此類光晶片的封裝大多利用金屬殼體將光晶片周圍包覆起來，以藉此保護與強化相對脆弱的光晶片，並達成拓展此類光晶片的應用場域。上述該等封裝後的光晶片模組可配合電訊號探針與光纖耦合接口的設計，來達成氣密式積體化光晶片的封裝目的。

請參照美國公告專利US 5,790,730，此公告專利提供了一種積體化光晶片(Integrated Optic Circuit，IOC)的垂直封裝方案，此積體化光晶片的垂直封裝方案是利用金屬殼體，配合上蓋光纖接口的封裝技術，將上述積體化光晶片，進行光纖垂直封裝。接著，利用光纖與積體化光晶片上的光柵耦合端口，通過光學模態耦合的過程，將光源能量由入口光纖耦合導入晶片上的光學波導。在此光學波導中，可以進行電光的調制與解調功能，另外，利用另一側光柵耦合端口與光纖，可以將被調制後之光進行耦合並導出。如此，可以實現積體化光晶片之封裝的功能及目的。

然而，上述積體化光晶片的垂直封裝方案是一種垂直光纖的封裝方案，故需要對準積體化光晶片上的光柵耦合端口，才能進行有效率的光學耦合封裝。若積體化光晶片上包含了不只一對的出入光光柵端口，則在實際封裝上，常會因積體化光晶片之製程變異，或是因積體化光晶片之表面的光柵光耦合端口的結構缺陷，導致光學損耗的提升，因此，此積體化光晶片的垂直封裝方案反倒提高了積體化光晶片的封裝難度，並大幅度降低了此類的積體化光晶片模組之量產的可行性。

另外，請參照美國專利公開申請案US 2002/0064338 A1，此公開申請案提供了一種利用積體化光晶片之波導前後端口，來進行尾接光纖之光學耦合的封裝方案。由於此封裝方案不需要利用光柵進行垂直的光耦合，故可以巧妙地避免了上述US 5,790,730一案中之垂直光纖與光柵對準的困難點。另外，於電路導線接口方面，此公開申請案利用了傳統電路訊號接頭，如SMA(Sub Miniature A， SMA)等規格化的微波射頻接頭，並安排於殼體兩側。由於上述這種類型的微波射頻接頭大多為固定尺寸，且寬度尺寸介於五釐米至十五釐米範圍，故整體封裝尺寸受此限制而難以微縮。再者，上述這種類型的微波射頻接頭需要特定的金屬導線接線方案，若要封裝陣列積體化光晶片，可預期地將導致封裝成本高昂，且實質地降低了積體化光晶片模組原先所追求的性價比優勢。

為了降低封裝困難度，美國公告專利US 6,385,359 B1提出了簡易式的無載座的積體化光晶片封裝方案。此封裝方案利用前後光纖尾接技術，配合側向的排式電路接頭，大幅度縮小積體化光晶片模組的封裝尺寸。在此設計中，積體化光晶片自帶的尾接光纖，為一進一出的簡易出入口方案，其組裝方案為先將積體化光晶片進行尾接光纖，而後將之置入封裝盒，配合介電膠(dielectric gel)塗佈與固化後，再經由導線打線，將訊號線與盒體上的排線接頭連通，最後置放上蓋，完成封裝，以形成積體化光晶片模組。

然而，由於積體化光晶片與封裝盒本身由於膨脹係數不同，在升溫或是降溫環境下，兩者介面間會產生多餘應力，此應力將觸發積體化光晶片的壓電效應，使得解調與調制訊號異常，並可能發生調制失效的現象，因此，在此US 6,385,359 B1一案中，使用了介電膠塗佈於兩者介面之間，除了可以降低震動導致積體化光晶片損毀的可能性之外，也同步降低了因應力導致的調制異常或失效現象發生機率。上述方案需要選用特定的符合應力釋放的介電膠，如EPO-TEK 353 ND、Dow Corning Q3-6575、Dow Corning Sylgard 577等廠牌型號的介電膠，才能將積體化光晶片與可伐合金(KOVAR)的盒體直接黏合。

由於積體化光晶片與可伐合金的盒體之間缺少了其他材料的緩衝隔層，這使得積體化光晶片與可伐合金的盒體之間僅靠膠合來固定。若在應用場域快速升降溫之溫變情形之下，有極高機率產生積體化光晶片、介電膠與可伐合金的盒體之三者不同步的溫度相依形變量，導致積體化光晶片內有多餘壓電效應(piezoelectric effect)與聲光效應(acousto-optic effect)的持續累積。

再者，如公開文獻紀錄「Ponomarev, Roman Sergeevitch, Denis Igorevitch Shevtsov, and Pavel Victorovitch Karnaushkin. "“Shutdown” of the Proton Exchange Channel Waveguide in the Phase Modulator under the Influence of the Pyroelectric Effect." Applied Sciences9.21 (2019): 4585.」所述，若於積體化光晶片上的光學波導內產生大量熱電子堆積，則會使得積體化光晶片內的光學波導達到崩潰閥值係數，並突然產生很高的光學損耗，而使得積體化光晶片的調制現象突然消失，並導致積體化光晶片上光學波導發生關閉效應(shutdown effect)，即積體化光晶片的調制功能將失效。因此，US 6,385,359 B1一案仍有可以改進的空間。

另一方面，美國公告專利US 8,070,368 B1提出了一種氣密式的積體化光晶片模組的封裝方案。此方案類似前述使用尾接光纖與封裝盒體進行封裝，但其積體化光晶片與封裝盒體中，特地夾了一層乘載板(submount)。此載板的材料可以為不鏽鋼、鈮酸鋰晶體、或是多種陶瓷與玻璃材料，且此載板主要扮演兩個重要任務：(1)熱膨脹係數匹配與補償；以及(2)介電膠之介面導電或絕緣匹配。由於積體化光晶片模組除了欲使用的電光效應之外，常常伴隨帶有熱電效應(thermoelectric effect)、壓電效應與聲光效應，以上幾種效應都會在封裝條件不匹配的狀態下，使得調制與解調訊號異常或甚至失效，因此，此載板的封裝設計，是決定積體化光晶片模組整體規格的重要關鍵技術之一，也是減少發生光學波導關閉效應的方案之一。

US 8,070,368 B1的方案仍未解決材料的聲光效應所帶來的多餘電容累積效應。由於封裝盒體的底座、載板與積體化光晶片具有不同的震動條件，在特定聲波頻率下，會有機率產生聲光共振現象(acousto-optic resonance)，並經由材料的聲光效應，將聲波共振的能量轉換成殘餘強度調制(residual intensity modulation)。上述聲光效應導致的殘餘強度調制現象常發生5 MHz之下，且此頻率範圍剛好是多數光纖感測器的頻率工作範圍。故如公開論文「Nikitenko, Alexander N., et al. "Influence of acousto-optic resonances in electro-optical modulator on fiber optic gyro performance and method for its compensation." IEEE Sensors Journal 18.1 (2017): 273-280.」所述，上述聲光效應導致了多餘的調制與解調雜訊產生，大幅度地降低了積體化光晶片模組所能提供的頻率工作範圍。

積體化光晶片主要做為光纖感測器之核心的調制與解調晶片使用，其中光纖感測器例如為光纖陀螺儀、光纖電流感測器等應用模組，且上述兩種模組皆已成功商轉。於光纖陀螺儀的應用中，要完整描述姿態旋轉量則至少同時需要三個軸向的光纖陀螺儀，但由於每一個感測軸皆為獨立組件，故現有技術的解決方案中，每一個感測軸都需要一套封裝的積體化光晶片、一組分光器、一組感應光纖環、一套光源與一套光強偵測器等組件，故導致一組三軸光纖陀螺儀之售價非常高昂，其中每組單一軸向的光纖陀螺儀通常高達數萬美元。

請參照中華民國公告專利I719888，此公告專利提出了一種將光纖分光器與波導相位調制器利用單一晶片整合的積體化光晶片，除了將核心的積體化光晶片整體之體積縮小之外，亦保持了在光纖感測器中，極重要的光學互易性特性。此公告專利的概念雖可以微縮單一軸光纖感測單元，但目前尚未有文獻提出，如何利用單一封裝的積體化光晶片，達成同時調制與解調多軸光纖感測器，並可供實際量產的解決方案。

本發明實施例提供一種積體化光晶片模組，其包括：一積體化光晶片，其彼此相對的一第一側與第二側分別設置有一入口光纖模塊與一出口光纖模塊；一入口光纖陣列，耦接於該入口光纖模塊；一出口光纖陣列，耦接於該出口光纖模塊；一盒體，其彼此相對的一第一側與一第二側共設有兩孔洞，以分別露出該入口光纖陣列與該出口光纖陣列的一部分；一載板，用以乘載該積體化光晶片；一聲波吸收塗層，設置於該盒體的一底部內側與該載板之間，用於黏固該載板與該盒體；一介電膠塗層，設置於該載板與該積體化光晶片之間，以用於黏合該載板與該積體化光晶片；至少一電訊號探針，透過該盒體相鄰於該盒體之該第一側與該第二側的一第三側的至少一孔洞自該盒體外部穿透至該盒體內部，並電性連接該積體化光晶片；以及一蓋體，用於蓋合該盒體，以密封該盒體中的該積體化光晶片。

根據上述技術特徵，該積體化光晶片包括一光晶片基板、一光學波導陣列、至少一組光學相位調制器、兩個光纖耦合介面、該入口光纖模塊與該出口光纖模塊，其中該光學波導陣列形成於光晶片基板的一表面上，該光學波導陣列耦接該等光纖耦合介面，該入口光纖模塊與該出口光纖模塊形成於光晶片基板彼此相對的兩側，該等光纖耦合介面形成於該光晶片基板的該表面上，並分別耦接該入口光纖模塊與該出口光纖模塊，以及分別耦接該入口光纖陣列與出口光纖陣列，以及光學相位調制器形成於該光晶片基板，並電性連接該電訊號探針；其中待調制的一光訊號由該入口光纖陣列導入，並依序通過該入口光纖模塊、該光纖耦合介面與光學波導陣列，該光訊號在該光學波導陣列中被該光學相位調制器調制，調制後的該光訊號由光學波導陣列傳輸，並依序通過該另一光纖耦合介面與該出口光纖模塊後，由該出口光纖陣列導出。

根據上述技術特徵，該至少一組光學相位調制器為三組光學相位調制器，該光學波導陣列包括相互交錯的三組Y分歧型光學波導。

根據上述技術特徵，該光學相位調制器用於調制該光學波導陣列的該光訊號，且調制該光訊號的方式係透過一電光效應、一電漿色散效應、一聲光效應或一壓電效應來調制。

根據上述技術特徵，該聲波吸收塗層用以吸收因一應力所產生的一振動聲波，該介電膠塗層用以釋放一熱電效應所產生的一熱電子。

根據上述技術特徵，該介電膠塗層為一光學折射率調整導電膠、一紫外線固化導電膠或一導電矽膠。

根據上述技術特徵，該入口光纖模塊為一V型槽陣列光纖模塊、一U型槽陣列光纖模塊或一ㄩ型槽陣列光纖模塊，配合一光學膠固定該入口光纖陣列的多條光纖，其中該光纖是一單模光纖、一多模光纖或一保持偏振光纖。

根據上述技術特徵，該出口光纖模塊為一V型槽陣列光纖模塊、一U型槽陣列光纖模塊或一ㄩ型槽陣列光纖模塊，配合一光學膠固定該出口光纖陣列的多條光纖，其中該光纖是一單模光纖、一多模光纖或一保持偏振光纖。

根據上述技術特徵，該光學波導陣列可以於一矽基材料基板、一三五族材料基板、一矽基板、一藍寶石基板、一陶瓷基板、一石英基板或是一非線性光學材料基板上，利用一通道式波導、一擴散式波導、一脊狀波導或是一掩埋式波導陣列所實現，其中該非線性光學材料是一鈮酸鋰、一鉭酸鋰或一磷酸氧鈦鉀材料。

根據上述技術特徵，該載板為一不鏽鋼基板、一可伐合金材料(KOVAR)基板、一矽基板、一藍寶石基板、一陶瓷基板、一石英基板或一非線性光學材料基板，其中該非線性光學材料是一鈮酸鋰、一鉭酸鋰或一磷酸氧鈦鉀材料。

根據上述技術特徵，該至少一電訊號探針為多個電訊號探針，該電訊號探針為電鍍技術處理的一不鏽鋼材料、一可伐合金材料(KOVAR)、一航太鋁合金材料或一導磁性金屬合金材料，其中該等電訊號探針的排列方向平行於該積體化光晶片的一水平面，並且透過多個訊號導線電性連接該積體化光晶片上之電極。

根據上述技術特徵，該等訊號導線透過一金屬打線接合技術實現，該金屬打線接合技術由一金屬球型接合技術、一金屬楔型接合技術、一金屬帶狀接合技術或一熱壓接合技術實現。

根據上述技術特徵，該蓋體與該盒體的材料為經由電鍍技術處理的一不鏽鋼材料、一可伐合金材料(KOVAR)、一航太鋁合金材料或一導磁性金屬合金材料。

根據上述技術特徵，該盒體與該蓋體的接合透過一雷射銲接技術、一光學膠合技術或一氣密焊接方式所實現。

本發明實施例提供一種積體化光晶片模組，其包括：多軸的多個感應光纖環；前述具有多組光學相位調制器的積體化光晶片模組；一光纖感測器支架，用於安裝該等感應光纖環以及將該積體化光晶片模組容置於其中；其中該積體化光晶片模組的該出口光纖陣列與該入口光纖陣列的多條光纖耦接該等感應光纖環。

根據以上所述，於本發明提供積體化光晶片模組中，由於聲波吸收塗層的設置於積體化光晶片之載板與盒體之底部之間，以及設置於載板與盒體之側部之間，因此能有效吸收因應力所產生的振動聲波；再者，介電膠塗層設置在積體化光晶片與載板之間，故能夠有效地釋放熱電效應所產生的熱電子。另外，積體化光晶片模組的積體化晶片在單一片的光晶片基板上直接整合至少三組光學分光器(由光學波導陣列實現)與至少三組光學相位調制器，用於實現在單一個被封裝之積體化光晶片中達成調制與解調至少三軸光纖感測器之功能。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

本發明實施例提供一種積體化光晶片的封裝方案，對積體化光晶片進行封裝後形成的積體化光晶片模組包含兩側尾接陣列光纖的積體化光晶片、用於封裝的盒體、蓋體、用於乘載積體化光晶片的載板、聲波吸收塗層、介電膠塗層以及用於電性連接積體化光晶片的電訊號探針。積體化光晶片透過介電膠塗層設置於載板之上。載板與盒體的底部之間設置有聲波吸收塗層。盒體的一側設有至少一孔洞以讓至少一電訊號探針穿過盒體，並電性連接積體化光晶片。蓋體則用於蓋合盒體，以覆蓋與保護積體化光晶片。

由於聲波吸收塗層的設置於載板與盒體之底部之間，以及設置於載板與盒體之側部之間(即，在載板與盒體之間夾層中塗覆聲波吸收塗層)，因此聲波吸收塗層能吸收因應力所產生的振動聲波。再者，介電膠塗層設置在積體化光晶片與載板之間，故能夠有效地釋放熱電效應所產生的熱電子。另外，於本發明實施例的積體化光晶片模組中，積體化光晶片與載板形成的元件、蓋體與盒體等三者，彼此為獨立元件，故在量產化積體化光晶片模組的過程中，可以實現簡易快速安裝的目的。

進一步地，本發明實施例的積體化光晶片模組可以為一種多層級之積體化光電調制與解調晶片元件(multi-level integrated optoelectronic modulation and demodulation chip component)，其中多層級之積體化光電調制與解調晶片元件為利用電光相位調制效應，並配合積體光學波導陣列與組件式光電封裝技術的使用，來實現積體化且能簡易便捷封裝的目的。

另外，積體化光晶片包含光晶片基板(設有光學波導陣列與至少一組光學相位調制器於其表面上)、黏接於光晶片基板之兩側的出口光纖模塊與入口光纖模塊以及連接出口光纖模塊與入口光纖模塊的出口光纖陣列與入口光纖陣列。積體化光晶片模組為在單一封裝元件，且直接將多組調制與解調光電相位調制器陣列積體化，達成有效地在單一積體化光晶片中實現調制與解調多軸光纖感測器所要使用的光訊號，而可用於減小現行多軸光纖感測器的體積與重量。

本發明實施例的積體化光晶片模組為單一封裝元件，且具有可調制與解調多軸光纖感測器之訊號的功能。具體地，本發明是利用陣列光纖耦合技術與塗覆介電膠塗層與聲波吸收塗層的封裝方案，且相較於過往三軸光纖感測器必須使用三組封裝的積體化光晶片模組，本發明僅需要一個積體化光晶片模組即可用於調制與解調多軸光纖感測器之訊號，且在積體化光晶片模組中也僅有一個積體化光晶片。特別地是，本發明達到了利用介電膠塗層與聲波吸收塗層的層次塗覆，實現了同時能降低聲光共振與釋放應力積累熱電子的可行性，並利用此封裝方案，預期能將三軸光纖感測器的元件成本下降約23%至39%。

在此請注意，雖然光纖模塊耦合技術、介電膠塗層與載板的封裝原理已經見於文獻中，但目前沒有文獻具有的教示內容來教導本發明所屬技術領域具有通常知識者將三者整合修飾後使用，以實現於單一晶片上，直接積體化多組調制與解調元件的方案 。在此請注意，本發明實施例所述之將介電膠塗層與聲波吸收塗層整合的做法，可以減輕聲光共振與熱放應力累積熱電子，且此方案也並非單純結合或輕易修改現有文獻，而能輕易思及者，具體的細節與說明將於後面配合圖式進行說明。

首先，請參照第1圖，第1圖是本發明實施例之積體化光晶片模組的爆炸圖。於本發明實施例中，積體化光晶片模組9包括蓋體101、積體化光晶片102、盒體103、載板104、電訊號探針105、出口光纖陣列108與入口光纖陣列109，其中積體化光晶片102之彼此相對應的第一側與第二側(例如，第一側與第二側分別為左側與右側)連接分別透過其設置的入口光纖模塊107與出口光纖模塊106耦接入口光纖陣列109與出口光纖陣列108。

積體化光晶片102之第一側設置有入口光纖模塊107，且入口光纖模塊107耦接入口光纖陣列109，以用於將入口光纖陣列109的多組光訊號導入積體化光晶片102。電訊號探針105電性連接於積體化光晶片102，並用於將調制訊號導入積體化光晶片102，其中電訊號探針105自盒體103的外部透過盒體103的一側(例如，盒體103的前側)的孔洞P3穿透盒體103，而往積體化光晶片102之相鄰於第一側及第二側的第三側(例如，第三側為前側)之方向延伸。光訊號於積體化光晶片102之光學波導上傳輸，並完成調制與解調後，被設置於積體化光晶片102之第二側的出口光纖模塊106接收，出口光纖模塊106又耦接於出口光纖陣列108，以藉此將調制後光訊號透過出口光纖陣列108輸出。

載板104為L型長條結構，其上方塗覆介電膠塗層313，載板104下方塗覆聲波吸收塗層311。積體化光晶片102透過介電膠塗層313與載板104黏合固定。積體化光晶片102與載板104又透過聲波吸收塗層311黏合固定於盒體103的底部內側。透過在載板104上方塗覆介電膠塗層313與在載板104下方塗覆聲波吸收塗層311的方案，可以達成吸收聲光共振與是釋放應力熱電子之目標，以實現減輕聲光共振調制干擾與低波導關閉效應的之功能目的。另外，載板104形狀在其他實施例中可以是U型結構，且本發明不以此為限制。

盒體103的相對兩側(例如，左側與右側)設置有兩個孔洞P1、P2，以讓入口光纖陣列109與出口光纖陣列108自盒體103內部穿透至盒體103外部。蓋體101用於覆蓋與固定於盒體103，以完成積體化光晶片102的快速封裝，其中蓋體101的相對兩側(例如，左側與右側)具有擋件1012，以在蓋體101用於覆蓋與固定於盒體103時，將孔洞P1、P2密封，而僅讓入口光纖陣列109與出口光纖陣列108自盒體103內部穿透至盒體103外部。

請參閱第1圖與第2圖，第2圖是本發明實施例之積體化光晶片模組的積體化光晶片的平面圖。積體化光晶片102包括光晶片基板201、光學波導陣列207、出口光纖模塊106、入口光纖模塊107、多組光學相位調制器206與光纖耦合介面208、209。光纖耦合介面208設置於光晶片基板201的第一側附近，而光纖耦合介面209設置於光晶片基板201的第二側附近。光纖耦合介面208與209分別耦接入口光纖陣列109與出口光纖陣列108。

光學波導陣列207形成於光晶片基板201的表面上，並耦接光纖耦合介面208與209，多組光學相位調制器206形成於光晶片基板201的表面上。多組光學相位調制器206靠近光學波導陣列207的至少一部分光學波導，並且電性連接電訊號探針105，其中多組光學相位調制器206用於調制光學波導內的光場相位，例如但不限定是透過電光效應、電漿色散效應、聲光效應或壓電效應等物理機制。待調制光由入口光纖陣列109依序通過入口光纖模塊107與光纖耦合介面208導入光學波導陣列207，光訊號藉由光學相位調制器206調制後，依序通過出口光纖模塊106與光纖耦合介面209，以將調制後的光訊號藉由出口光纖陣列108導出。

入口光纖模塊107與出口光纖模塊106為利用光晶片基板201表面形成陣列V型槽、陣列U型槽或陣列ㄩ 型槽之光纖模塊，並依序擺放多條光纖(出口光纖陣列108或入口光纖陣列109的光纖)，並利用光學膠固定所完成，其中所連接光纖可以為普通單模光纖、多模光纖或是保持偏振光纖等，其光纖尺寸可以介於20微米至500微米之間。

光晶片基板201的光纖耦合介面208、209為利用設計光纖模態與光學波導陣列207之模態匹配所達成，光纖耦合介面208、209可以塗覆折射率調整光學膠、高透光度紫外封裝膠等方案，達成模態匹配過程，取得高耦合率、低光學損耗的光學耦合介面。

光晶片基板201的光學波導陣列207與多組光學相位調制器206之形成方式，可以參考中華民國公告專利TW I719888 B所提之方案，利用非線性光學基板，配合光學波導與電極拓墣設計，可以在單一積材上完成多組光學相位調制器206，並保持光纖感測器所需要的光學互易性之特性，在此不贅述。

進一步地說，光學波導陣列207為多個相互交錯Y分歧型波導，以在單一片的光晶片基板201中整合至少三對光學相位調制器206與三組波導模態分光器，從而用於實現在單一個被封裝之積體化光晶片102中達成調制與解調至少三軸光纖感測器之功能。

光學波導陣列207可以於矽基材料基板、三五族材料基板、矽基板、藍寶石基板、陶瓷基板、石英基板或是非線性光學材料基板(如鈮酸鋰、鉭酸鋰或磷酸氧鈦鉀材料)上，利用通道式波導、擴散式波導、脊狀波導或是掩埋式波導陣列所實現，且本發明不以此為限制。

請同時參閱第1圖與參閱第3圖，第3圖是本發明實施例之具有積體化光晶片模組之橫向剖面圖。蓋體101在蓋合於盒體103時，會接觸楔型溝槽309，以達到緊密蓋合與封裝的目的。蓋體101對應地楔型溝槽309可以設置有對應溝槽來接合，蓋體101與盒體103彼此的接合固定可以透過雷射銲接技術、光學膠合技術或氣密焊接方式。另外，由盒體103底部內側往上，分別為聲波吸收塗層311、載板104與介電膠塗層313，本發明是通過介電膠塗層313達成釋放應力熱電子之目的，以及透過聲波吸收塗層311來吸收聲光共振，從而減少聲光共振產生殘餘調制現象發生的機率。

請同時參閱第1圖與第4圖，第4圖是本發明實施例之具有積體化光晶片模組之縱向剖面圖。多個電訊號探針105透過多組訊號導線404電性連接積體化光晶片102之多組光學相位調制器206。電訊號探針105的材料可以為電鍍技術處理的不鏽鋼材料、可伐合金材料(KOVAR)、航太鋁合金材料或導磁性金屬合金材料等，電訊號探針105的排列方向平行於積體化光晶片102的水平面，並且電性連接積體化光晶片102上之電極。

訊號導線404可以通過金屬打線接合技術所實現。金屬打線接合技術可以為金屬球型接合技術、金屬楔型接合技術、金屬帶狀接合技術或熱壓接合等技術所實現。蓋體101與盒體103的材料可以為經由電鍍技術處理的不鏽鋼材料、可伐合金材料(KOVAR)、航太鋁合金材料或導磁性金屬合金材料所達成。載板104的材料可以是不鏽鋼基板、可伐合金材料(KOVAR)基板、矽基板、藍寶石基板、陶瓷基板、石英基板或是非線性光學材料基板，如鈮酸鋰、鉭酸鋰或磷酸氧鈦鉀。

請參閱第5圖，第5圖是本發明實施例之多軸光纖感測器的立體圖。本發明之積體化光晶片模組9於單一個積體化光晶片102中，利用光纖陣列模塊與三層式簡易封裝技術，配合介電膠與聲波吸收膠的使用，直接整合了多組光學分光器與相位調制器，並在單一個積體化光晶片模組9內完成封裝，此單一個積體化光晶片模組9可以提供多個光纖感測單元使用。例如，於第5圖中，單一個積體化光晶片模組9用於三軸光纖感測器中，三軸光纖感測器包括三軸的光纖感測器支架501、三個不同軸的感應光纖環502～504與單一個積體化光晶片模組9(容置於光纖感測器支架501之中)。感應光纖環502～504安裝於三軸的光纖感測器支架501，並透過光纖F(出口光纖陣列108與入口光纖陣列109的光纖)與單一個積體化光晶片模組9耦接，即可達成利用單一個積體化光晶片模組9調制與解調多軸的感應光纖環502～504之功能目的。

由上述之說明可知，本發明與現有文獻相較之下，由於光纖感測器現行方案之每一軸的感應光纖環502～504都需要一組積體化光晶片模組9， 但若實施本發明方案，多軸的感應光纖環502～504僅需共用單一個積體化光晶片模組9，即利用單一個積體化光晶片模組9即達成積體化並整合多軸光纖感測器之功能目的，其構成三軸光纖感測器之元件成本，可望大幅度降低約23%至39%。

再者，由於過往光纖感感測器與積體化光晶片整合的方案，大多數方案選擇將積體化光晶片塞入感應光纖環中，導致整體光纖感測器面積將由封裝的積體化光晶片之體積所決定，若使用本發明之封裝的積體化光晶片模組9的方案，則可以將的積體化光晶片模組9獨立於感應光纖環502～504之外，除了能提供快速組裝的解決方案之外，在機構組件設計上，能提高更寬廣的設計自由度，以達成經濟量產型多軸光纖感測器之功能目的。

綜上所述，本發明之具有積體化光晶片模組及多軸光纖感測器可切確地能達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

9:積體化光晶片模組 101:蓋體 1012:擋件 102:積體化光晶片 103:盒體 104:載板 105:電訊號探針 106:出口光纖模塊 107:入口光纖模塊 108:出口光纖陣列 109:入口光纖陣列 P1～P3:孔洞 309:楔型溝槽 311:聲波吸收塗層 313:介電膠塗層 201:光晶片基板 206:光學相位調制器 207:光學波導陣列 208、209:光纖耦合介面 404:訊號導線 501:光纖感測器支架 502～504:感應光纖環 F:光纖

提供的附圖用以使本發明所屬技術領域具有通常知識者可以進一步理解本發明，並且被併入與構成本發明之說明書的一部分。附圖示出了本發明的示範實施例，並且用以與本發明之說明書一起用於解釋本發明的原理。

第1圖是本發明實施例之積體化光晶片模組的爆炸圖。

第2圖是本發明實施例之積體化光晶片模組的積體化光晶片的平面圖。

第3圖是本發明實施例之具有積體化光晶片模組之橫向剖面圖。

第4圖是本發明實施例之具有積體化光晶片模組之縱向剖面圖。

第5圖是本發明實施例之多軸光纖感測器的立體圖。

9:積體化光晶片模組

101:蓋體

1012:擋件

102:積體化光晶片

103:盒體

104:載板

105:電訊號探針

106:出口光纖模塊

107:入口光纖模塊

108:出口光纖陣列

109:入口光纖陣列

P1~P3:孔洞

309:楔型溝槽

311:聲波吸收塗層

313:介電膠塗層

Claims (15)

1. 一種積體化光晶片模組，包括： 一積體化光晶片(102)，其彼此相對的一第一側與第二側分別設置有一入口光纖模塊(107)與一出口光纖模塊(106)； 一入口光纖陣列(109)，耦接於該入口光纖模塊(107)； 一出口光纖陣列(108)，耦接於該出口光纖模塊(106)； 一盒體(103)，其彼此相對的一第一側與一第二側共設有兩孔洞(P1、P2)，以分別露出該入口光纖陣列(109)與該出口光纖陣列(108)的一部分； 一載板(104)，用以乘載該積體化光晶片(102)； 一聲波吸收塗層(311)，設置於該盒體(103)的一底部內側與該載板(104)之間，用於黏固該載板(104)與該盒體(103)； 一介電膠塗層(313)，設置於該載板(104)與該積體化光晶片(102)之間，以用於黏合該載板(104)與該積體化光晶片(102)； 至少一電訊號探針(105)，透過該盒體(103)相鄰於該盒體(103)之該第一側與該第二側的一第三側的至少一孔洞(P3)自該盒體(103)外部穿透至該盒體(103)內部，並電性連接該積體化光晶片(102)；以及 一蓋體(101)，用於蓋合該盒體(103)，以密封該盒體(103)中的該積體化光晶片(102)。
2. 如請求項1所述之積體化光晶片模組，其中該積體化光晶片(102)包括一光晶片基板(201)、一光學波導陣列(207)、至少一組光學相位調制器(206)、兩個光纖耦合介面(208、209)、該入口光纖模塊(107)與該出口光纖模塊(106)，其中該光學波導陣列(207)形成於該光晶片基板(201)的一表面上，該光學波導陣列(207)耦接該兩個光纖耦合介面(208、209)，該入口光纖模塊(107)與該出口光纖模塊(106)形成於該光晶片基板(201)彼此相對的兩側，該兩個光纖耦合介面(208、209)形成於該光晶片基板(201)的該表面上，並分別耦接該入口光纖模塊(107)與該出口光纖模塊(106)，以及分別耦接該入口光纖陣列(109)與該出口光纖陣列(108)，以及該光學相位調制器(206)形成於該光晶片基板(201)，並電性連接該電訊號探針(105)；其中待調制的一光訊號由該入口光纖陣列(109)導入，並依序通過該入口光纖模塊(107)、該光纖耦合介面(208)與該光學波導陣列(207)，該光訊號在該光學波導陣列(207)中被該光學相位調制器(206)調制，調制後的該光訊號由光學波導陣列(207)傳輸，並依序通過該另一光纖耦合介面(209)與該出口光纖模塊(106)後，由該出口光纖陣列(108)導出。
3. 如請求項2所述之積體化光晶片模組，其中該至少一組光學相位調制器(206)為三組該光學相位調制器(206)，該光學波導陣列(207)包括相互交錯的三組Y分歧型光學波導。
4. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該光學相位調制器(206)用於調制該光學波導陣列(207)的該光訊號，且調制該光訊號的方式係透過一電光效應、一電漿色散效應、一聲光效應或一壓電效應來調制。
5. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該聲波吸收塗層(311)用以吸收因一應力所產生的一振動聲波，該介電膠塗層(313)用以釋放一熱電效應所產生的一熱電子。
6. 如請求項5所述之積體化光晶片模組，其中該介電膠塗層(313)為一光學折射率調整導電膠、一紫外線固化導電膠或一導電矽膠。
7. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該入口光纖模塊(107)為一V型槽陣列光纖模塊、一U型槽陣列光纖模塊或一ㄩ 型槽陣列光纖模塊，配合一光學膠固定該入口光纖陣列(109)的多條光纖，其中該光纖是一單模光纖、一多模光纖或一保持偏振光纖。
8. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該出口光纖模塊(106)為一V型槽陣列光纖模塊、一U型槽陣列光纖模塊或一ㄩ 型槽陣列光纖模塊，配合一光學膠固定該出口光纖陣列(108)的多條光纖，其中該光纖是一單模光纖、一多模光纖或一保持偏振光纖。
9. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該光學波導陣列(207)可以於一矽基材料基板、一三五族材料基板、一矽基板、一藍寶石基板、一陶瓷基板、一石英基板或是一非線性光學材料基板上，利用一通道式波導、一擴散式波導、一脊狀波導或是一掩埋式波導陣列所實現，其中該非線性光學材料是一鈮酸鋰、一鉭酸鋰或一磷酸氧鈦鉀材料。
10. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該載板(104)為一不鏽鋼基板、一可伐合金材料(KOVAR)基板、一矽基板、一藍寶石基板、一陶瓷基板、一石英基板或一非線性光學材料基板，其中該非線性光學材料是一鈮酸鋰、一鉭酸鋰或一磷酸氧鈦鉀材料。
11. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該至少一電訊號探針(105)為多個該電訊號探針(105)，該電訊號探針(105)為電鍍技術處理的一不鏽鋼材料、一可伐合金材料(KOVAR)、一航太鋁合金材料或一導磁性金屬合金材料，其中該等電訊號探針(105)的排列方向平行於該積體化光晶片(102)的一水平面，並且透過多個訊號導線(404)電性連接該積體化光晶片(102)上之電極。
12. 如請求項11所述之積體化光晶片模組，其中該多個訊號導線(404)透過一金屬打線接合技術實現，該金屬打線接合技術由一金屬球型接合技術、一金屬楔型接合技術、一金屬帶狀接合技術或一熱壓接合技術實現。
13. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該蓋體(101)與該盒體(103)的材料為經由電鍍技術處理的一不鏽鋼材料、一可伐合金材料(KOVAR)、一航太鋁合金材料或一導磁性金屬合金材料。
14. 如請求項3所述之積體化光晶片模組，其中該盒體(103)與該蓋體(101)的接合透過一雷射銲接技術、一光學膠合技術或一氣密焊接方式所實現。
15. 一種多軸光纖感測器，包括： 多軸的多個感應光纖環(502～504)； 一如請求項3～14其中一項所述的積體化光晶片模組(9)； 一光纖感測器支架(501)，用於安裝該等感應光纖環(502～504)以及將該積體化光晶片模組(9)容置於其中； 其中該積體化光晶片模組(9)的該出口光纖陣列(108)與該入口光纖陣列(109)的多條光纖(F)耦接該等感應光纖環(502～504)。

Images