CN107817553B - 有热awg芯片的封装方法及其封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光电通信技术领域，具体公开了一种有热AWG芯片的封装方法及其封装结构，该方法包括步骤a：将筛选出的温度不合格且已切成单粒的AWG芯片与输入/输出光纤阵列耦合；步骤b：在AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域沿任意角度直线切割，将AWG芯片切开成两段；步骤c：把切断的AWG芯片两部分重新耦合，保证AWG芯片的中心波长偏移ITU波长在移ITU波长(T1‑T2)×0.011nm之间；步骤d：在耦合好的AWG芯片的切缝处，填充折射率等同的匹配液，并对切缝两边的AWG芯片进行定位固定；步骤e：将上述整个组件用导热胶粘在加热器上。本发明通过合理利用温度超标的AWG芯片进行封装，可以极大的提高AWG芯片的利用率，降低产品成本。
Description
技术领域
本发明涉及光电通信技术领域，尤其涉及一种芯片的封装方法及其新的封装结构。
背景技术
随着现在光网络的容量的不断扩展，阵列波导光栅(AWG：Arrayed WaveguideGrating)型的密集波分复用/解复用器，在骨干网和城域网中的应用越来越广泛。
利用硅基二氧化硅技术制作的AWG，由于二氧化硅的折射率和尺寸都随温度的变化而改变，会导致AWG芯片在阵列波导中传输的同一波长的相位差发生变化，最终使得AWG各个输出通道的波长随温度而改变，变化值约11pm/℃，中心波长的偏移会导致插入损耗，带宽和隔离度等指标改变。为了保证而应用于可重构光分插复用器(ROADM：Reconfigurable Optical Add-Drop Multiplexer)和光可调波分复用器(VMUX)等产品中的AWG的正常运行，通常会给它增加一个温度反馈式电路和加热器，使得AWG芯片恒温工作在某个特定温度下，一般为65℃至85℃之间，从而使得AWG芯片的各个通道波长稳定工作在ITU波长。
现有技术有热AWG的封装工艺中，通常将AWG晶元(Wafer)沿指定的直线切成长条型，然后在恒定温度下对单个芯片测试，如果测得的中心波长偏移ITU(InternationalTelecommunication Union国际电信联盟)波长在-0.55nm～-0.3nm之间，则表示这些芯片可以在65℃至85℃之间工作，那么这些芯片就可用于生产制作AWG模块；反之，如果测得的中心波长偏移不在-0.55nm～-0.3nm之间，表示这些芯片的工作温度或者低于65℃，或者高于85℃，都属于温度超标的芯片，那么这些芯片将被报废掉。芯片测试结束后，通过切割设备，把AWG芯片分成单粒，然后挑选出测试合格的芯片，跟输入/输出光纤阵列(Fiberarray)耦合在一起，然后把这个子组件组装到带有加热器的基板上。上述工艺被许多厂家用于大规模生产，技术成熟稳定，但是由于其AWG芯片利用率低的缺点，导致成品成本较高，因此有必要对其进行改进。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种有热AWG芯片的封装方法及其封装结构，其通过合理利用温度超标的AWG芯片进行封装，可以极大的提高AWG芯片的利用率，降低产品成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种有热AWG芯片的封装方法，其包括如下步骤：
步骤a：将筛选出的温度不合格且已切成单粒的AWG芯片与输入/输出光纤阵列耦合形成一子组件；
步骤b：在AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域，沿任意角度直线切割，将AWG芯片切开成两段；
步骤c：把切断的AWG芯片两部分重新耦合，耦合环境温度为T1，调节切缝两侧的平板波导，保证AWG芯片的中心波长偏移ITU波长在(T1-T2)×0.011nm，其中T2为芯片的工作温度；
步骤d：在耦合好的AWG芯片的切缝处，填充折射率等同的匹配液，并对切缝两边的AWG芯片进行定位固定；
步骤e：将上述整个组件用导热胶粘在加热器上。
可选择的，所述步骤b还包括步骤b1.1：将步骤a中的子组件粘在一基板上；步骤b1.2：在AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域，沿任意角度直线切割，将AWG芯片和基板同时切开成两段。
具体的，所述基板可以为硅片基板、Pyrex耐热玻璃基板或Invar基板。
进一步地，所述步骤d包括步骤d1.1：在耦合好的芯片的切缝处填充折射率匹配的紫外胶水；步骤d1.2：在基板的切缝处盖上两块Pyrex耐热玻璃，并用紫外胶水固定。
或者，所述步骤d还包括步骤d2.1：在耦合好的AWG芯片的切缝处，填充折射率匹配的紫外胶水；步骤d2.2：在切缝上方盖一块Pyrex耐热玻璃，周围点紫外胶水固化。
本发明还提供一种有热AWG芯片的封装结构，其包括：一基板及粘在基板上的子组件，所述子组件内包括一经筛选后温度不合格且已切成单粒的AWG芯片，该AWG芯片靠近输入端平面波导的一侧耦合有输入光纤阵列，AWG芯片靠近输出端平面波导的一侧耦合有输出光纤阵列；所述AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域有一直线切割的切缝，该切缝将AWG芯片和基板同时切开成两段；所述AWG芯片的切缝处填充有折射率等同的匹配液，基板的切缝处设有定位装置。
其中，所述基板可以为硅片基板、Pyrex耐热玻璃基板或Invar基板。
具体的，所述AWG芯片的切缝处填充有折射率等同的紫外胶水，基板的切缝处盖有两块用于定位的Pyrex耐热玻璃，该Pyrex耐热玻璃与基板之间通过紫外胶水固定。
本发明还提供一种有热AWG芯片的封装结构，其包括一经筛选后温度不合格且已切成单粒的AWG芯片，该AWG芯片靠近输入端平面波导的一侧耦合有输入光纤阵列，AWG芯片靠近输出端平面波导的一侧耦合有输出光纤阵列；所述AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域有一直线切割的切缝，该切缝将AWG芯片切开成两段；所述AWG芯片的切缝处填充有折射率等同的匹配液，且在切缝处还设有定位装置。
其中，所述AWG芯片的切缝处填充有折射率等同的紫外胶水，且在切缝处还设有用于定位的Pyrex耐热玻璃，该Pyrex耐热玻璃与AWG芯片之间通过紫外胶水固定。
本发明有热AWG芯片的封装方法及其封装结构，其通过合理利用温度超标的AWG芯片进行封装，只需要很小的投入就能换来极大的成本节省，使得AWG芯片的利用率最大化，可以有效降低产品成本；其不仅产品的性能与现有方案的有热AWG保持一致，且操作简单，适用于工业化大规模生产使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明的一些实施例，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他的附图。
图1为本发明有热AWG芯片的封装方法的流程示意图；
图2为本发明步骤a中子组件的结构示意图；
图3为本发明有热AWG芯片的封装方法第一具体实施例的流程示意图；
图4为本发明第一具体实施例中步骤b1.2操作后的结构示意图；
图5为本发明中第一具体实施例中热AWG芯片的封装结构示意图；
图6为本发明有热AWG芯片的封装方法第二具体实施例的流程示意图；
图7为本发明第二具体实施中步骤b操作后的结构示意图；
图8为本发明中第二具体实施例中热AWG芯片的封装结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种有热AWG芯片的封装方法，其包括如下步骤：
步骤a：将筛选出的温度不合格且已切成单粒的AWG芯片10与输入/输出光纤阵列20、30耦合形成一子组件(图2所示)。在制作AWG的居多步骤中，如光学设计、芯片制作、封装以及测试等，芯片制作和封装是最关系成本的两个因素。但是如果想通过芯片制作来改善芯片的温度超标问题，则需要很大的投入才能换来很小的芯片成本节省。本发明则利用经筛选后温度超标，原本将被报废掉的AWG芯片，通过合理的封装方法对温度超标的芯片进行充分利用，只需要很小的投入就能换来较大的成本节省。
步骤b：在AWG芯片10的输入端平板波导22或输出端平板波导32区域，沿任意角度直线切割，将AWG芯片10切开成两段。
步骤c：把切断的AWG芯片10两部分重新耦合，耦合环境温度为T1，调节切缝两侧的平板波导，注意耦合沿X-Z二维调节被切断的平板波导两部分就可以，并且保证AWG芯片10的中心波长偏移ITU波长在(T1-T2)×0.011nm，其中T2为芯片的工作温度。例如，在本发明具体实施例中，若耦合环境温度T1为25℃，如果要确保AWG在65℃～85℃之间工作，那么则需要保证AWG芯片10的中心波长偏移ITU波长在-0.66nm～-0.44nm之间；当环境耦合温度为35℃时，则要保证AWG芯片10的中心波长偏移ITU波长在-0.55nm～-0.33nm。
步骤d：在耦合好的AWG芯片10的切缝处，填充折射率等同的匹配液，并对切缝两边的AWG芯片10进行定位固定。
步骤e：将上述整个组件用导热胶粘在加热器上。采用本发明方法封装出来的半成品，需要再次进行检测筛选，以判断其是否符合温度条件。其筛选方法与步骤a中的筛选温度不合格的芯片的操作基本相同。
作为本发明的第一种具体实施例，如图3所示，步骤b具体包括步骤b1.1：将步骤a中的子组件粘在一基板40上；步骤b1.2：在AWG芯片10的输入端平板波导22或输出端平板波导32区域，沿任意角度直线切割，将AWG芯片10和基板40同时切开成两段(图4所示)。具体的，所述基板40可以为硅片基板、硼硅酸盐耐热玻璃(Pyrex)基板或因瓦合金(Invar)基板。进一步地，所述步骤d具体包括步骤d1.1：在耦合好的芯片10的切缝12处填充折射率匹配的紫外胶水14；步骤d1.2：在基板40的切缝12处盖上两块Pyrex耐热玻璃122，并用紫外胶水固定(图5所示)。作为本发明的一种可选择性实施例，所述Pyrex耐热玻璃122还可以采用热膨胀系数(CTE)等同的其他材料替代。
如图6所示，作为本发明的第二种具体实施例，其与第一具体实施例的区别在于，其无需采用基板进行定位固定(图7所示)，所述步骤d具体包括步骤d2.1：在耦合好的AWG芯片10的切缝12’处，填充折射率匹配的紫外胶水14；步骤d2.2：在切缝12’上方盖一块Pyrex耐热玻璃122’，周围点紫外胶水固化(图8所示)。作为本发明的一种可选择性实施例，所述Pyrex耐热玻璃122’还可以采用CTE等同的其他材料替代。
本发明中所采用的AWG芯片10可以是曲线的，也可以是其他任意形状，其利用温度超标的AWG芯片进行封装的原理如下：
AWG的中心波长λc为：
其中，neff为阵列波导的有效折射率，ΔL为阵列波导相邻波导的长度差，m是衍射级数。
对以上公式对温度T求导，得到AWG中心波长对温度依赖性为：
其中表示组成阵列波导的热光系数，为衬底的线性热膨胀系数。一般地，阵列波导光栅波导层由硅石玻璃材料构成，并且波导层位于硅衬底上，对于这种硅基二氧化硅波导而言，
neff＝1.456
在λc＝1550nm处，代入以上公式，得到中心波长的温度漂移系数
而由于芯片制作工艺的偏差等原因，芯片的实际温度偏移系数为11pm/℃。
根据AWG的线色散关系，得到位移和波长漂移的关系为：
其中Lf和ns分别是平板波导的焦距和折射率，d是相邻阵列波导在输出平板波导上的间距，ng是阵列波导的群折射率。
因此如图4和图7所示，如果在输入或输出平板波导上任一位置以任意角度沿C线切开，通过移动输入波导部分，让其沿X方向产生相对移动，当切开的两部分平板波导的相对移动距离为Δx时，某一输出通道的中心波长随位移的变化
则
如果使Δλ′c在ITU波长的-0.66nm～-0.44nm之间，根据上式就可以算出相对切割成两部分的平板波导位移Δx。
更进一步地，本发明还提供一种利用上述第一具体实施例方法制作的热AWG芯片的封装结构(图5所示)，其包括：一基板40及粘在基板40上的子组件，所述子组件内包括一经筛选后温度不合格且已切成单粒的AWG芯片10，该AWG芯片10靠近输入端平面波导22的一侧耦合有输入光纤阵列20，AWG芯片10靠近输出端平面波导32的一侧耦合有输出光纤阵列30；所述AWG芯片10的输入端或输出端平板波导区域有一直线切割的切缝12，该切缝12将AWG芯片10和基板40同时切开成两段；所述AWG芯片10的切缝12处填充有折射率等同的匹配液，基板40的切缝12处设有定位装置。具体的，所述基板40可以为硅片基板、硼硅酸盐耐热玻璃(Pyrex)基板或因瓦合金(Invar)基板。在本发明具体实施例中，所述AWG芯片10的切缝12处填充有折射率等同的紫外胶水14，基板40的切缝12处盖有两块用于定位的Pyrex耐热玻璃122，该Pyrex耐热玻璃122与基板40之间通过紫外胶水14固定。
同样的，本发明还提供一种利用上述第二具体实施例方法制作的热AWG芯片的封装结构(图8所示)，其包括一经筛选后温度不合格且已切成单粒的AWG芯片10，该AWG芯片10靠近输入端平面波导22的一侧耦合有输入光纤阵列20，AWG芯片10靠近输出端平面波导32的一侧耦合有输出光纤阵列30；所述AWG芯片10的输入端或输出端平板波导区域有一直线切割的切缝12’，该切缝12’将AWG芯片10切开成两段；所述AWG芯片10的切缝12’处填充有折射率等同的匹配液，且在切缝处还设有定位装置。在本发明具体实施例中，所述AWG芯片10的切缝12’处填充有折射率等同的紫外胶水14，且在切缝12’处还设有用于定位的Pyrex耐热玻璃122’，该Pyrex耐热玻璃122’与AWG芯片10之间通过紫外胶水14固定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种有热AWG芯片的封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a：将筛选出的温度不合格且已切成单粒的AWG芯片与输入/输出光纤阵列耦合形成一子组件；
步骤b：在AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域，沿任意角度直线切割，将AWG芯片切开成两段；
步骤c：把切断的AWG芯片两部分重新耦合，耦合环境温度为T1，调节切缝两侧的平板波导，保证AWG芯片的中心波长偏移ITU波长在(T1-T2)×0.011nm，其中T2为芯片的工作温度；
步骤d：在耦合好的AWG芯片的切缝处，填充折射率等同的匹配液，并对切缝两边的AWG芯片进行定位固定；
步骤e：将上述子组件用导热胶粘在加热器上。
2.如权利要求1所述的有热AWG芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤b还包括步骤b1.1：将步骤a中的子组件粘在一基板上；步骤b1.2：在AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域，沿任意角度直线切割，将AWG芯片和基板同时切开成两段。
3.如权利要求2所述的有热AWG芯片的封装方法，其特征在于，所述基板为硅片基板、Pyrex耐热玻璃基板或Invar基板。
4.如权利要求2所述的有热AWG芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤d包括步骤d1.1：在耦合好的芯片的切缝处填充折射率匹配的紫外胶水；步骤d1.2：在基板的切缝处盖上两块Pyrex耐热玻璃，并用紫外胶水固定。
5.如权利要求1所述的有热AWG芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤d还包括步骤d2.1：在耦合好的AWG芯片的切缝处，填充折射率匹配的紫外胶水；步骤d2.2：在切缝上方盖一块Pyrex耐热玻璃，周围点紫外胶水固化。
6.一种有热AWG芯片的封装结构，其特征在于，包括一基板及粘在基板上的子组件，所述子组件内包括一经筛选后温度不合格且已切成单粒的AWG芯片，该AWG芯片靠近输入端平面波导的一侧耦合有输入光纤阵列，AWG芯片靠近输出端平面波导的一侧耦合有输出光纤阵列；所述AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域有一直线切割的切缝，该切缝将AWG芯片和基板同时切开成两段；且所述AWG芯片的切缝处填充有折射率等同的紫外胶水。
7.如权利要求6所述的有热AWG芯片的封装结构，其特征在于，所述基板为硅片基板、Pyrex耐热玻璃基板或Invar基板。
8.如权利要求6所述的有热AWG芯片的封装结构，其特征在于，通过紫外胶水固定Pyrex耐热玻璃与基板。
9.一种有热AWG芯片的封装结构，其特征在于，包括一经筛选后温度不合格且已切成单粒的AWG芯片，该AWG芯片靠近输入端平面波导的一侧耦合有输入光纤阵列，AWG芯片靠近输出端平面波导的一侧耦合有输出光纤阵列；所述AWG芯片的输入端或输出端平板波导区域有一直线切割的切缝，该切缝将AWG芯片切开成两段；且所述AWG芯片的切缝处填充有折射率等同的紫外胶水。
10.如权利要求9所述的有热AWG芯片的封装结构，其特征在于，在切缝处设有用于定位的两块Pyrex耐热玻璃，该两块Pyrex耐热玻璃与AWG芯片之间通过紫外胶水固定。
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