CN102062911A

CN102062911A - 一种gpon模块基本单元和其制造方法

Info

Publication number: CN102062911A
Application number: CN 201110009656
Authority: CN
Inventors: 万里兮; 刘丰满; 李宝霞; 陈少武
Original assignee: CHENGDU RHOPTICS OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHENGDU RHOPTICS OPTOELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-05-18

Abstract

本发明属于微电子器件技术领域，本发明公开了一种GPON基本单元和其制造方法，一种基于半导体晶圆封装技术制作GPON模块基本单元的方法，包括：利用成熟的半导体干法和湿法刻蚀、电镀、键合、转移技术等微电子加工工艺和封装技术，形成GPON模块基本单元。用此种方法制作的GPON模块基本单元较分立器件组合而成的模块制作成本低、可大规模生产，可取代传统的GPON模块应用于光网络中，加工工艺与现有微电子工艺兼容。

Description

一种GPON模块基本单元和其制造方法

技术领域

本发明涉及微电子器件技术领域，尤其涉及一种GPON(Gigabit-Capable PON)模块基本单元和其制造方法。

背景技术

GPON技术起源于1995年，PON是英文“无源光网络”的缩写，GPON(Gigabit-Capable PON) 最早由全业务接入网论坛FSAN(Full Service Access Networks)组织提出。2001年，FSAN启动了一项标准工作，旨在规范工作速率高于1Gb/s的PON网络：称为Gigabit-Capable PON(GPON)。GPON除了支持更高的速率之外，还要以很高的效率支持多种业务，提供丰富的功能和良好的扩展性。GPON技术支持完善的OMCI管理机制，可远程配置、业务下发、升级等，有效提高运营商的部署效率。

GPON的综合建网成本优于EPON（EPON：以太无源光网络），2010年，三网融合和运营商全业务运营带来的竞争动力成为中国光纤接入FTTX（Fiber-to-the-x）发展新的驱动力，同时广电网络双向改造、物联网、云计算等新应用领域都将带来GPON网络更广阔的应用前景。运营商的重视以及FTTX的发展趋势对GPON发展起到了积极的促进作用。

然而现有技术中GPON***所用的核心器件成本仍较高，限制了GPON的应用和发展。GPON模块所用双向组件BOSA（Bi-directional Optical Sub-Assembly）由分立元件组合而成，组装复杂、生产效率较低，成本居高不下。基于市场方面强劲的需求，以及集成较多的有源、无源组件，基于PLC（Planar light Circuit）技术的GPON模块被众多公司看好。其优点在于允许不同类别的器件分别选择各自最合适的材料以及最佳的工艺以便取得最好性能的优点。但是硅基板的混合集成技术在实际制作工艺和封装中一直是相当复杂的，近年来，一些研究机构针对传统倒装为基础的混合集成工艺作了改善，取得了较大进展。其中，最引人瞩目的成果有两项：第一项是加州大学圣巴巴拉分校与英特尔公司合作研究的基于芯片级结合的混合集成器件；第二项是比利时根特大学的基于芯片和晶圆结合的混合集成器件。这两项技术分别基于晶圆级的封装技术，晶圆级的封装技术不同于传统的先切割晶圆，再组装测试的做法，而是先在整片晶圆上进行封装和测试，然后再切割，它有着更明显的优势：首先是工艺工序大大优化，晶圆直接进入封装工序，而传统工艺在封装之前还要对晶圆进行切割、分类；所有集成电路一次封装，刻印工作直接在晶圆上进行，设备测试一次完成，有别于传统组装工艺；生产周期和成本大幅下降，使芯片所需引脚数减少，提高了集成度。

现有技术中的GPON模块基本单元采用分立器件，分立器件在组装、对准、封装等受到复杂结构的束缚。

发明内容

针对现有技术中存在的分立器件在组装、对准、封装等受到复杂结构的束缚，因此有必要提供一种GPON模块基本单元和其制造方法。

本发明公开了一种GPON基本单元，包括硅基光平台101、光波导102、1310nm波段激光器103、反射镜202、1490nm波段探测器104、背光探测器105、分波/合波器108、用于光纤固定的V型槽107和用于电气连接的金属焊盘106；上述1310nm波段激光器103、反射镜202被埋入硅基光平台101中，上述1310nm波段激光器103、反射镜202、1490nm波段探测器104分别与光波导102耦合；上述光波导102、1310nm波段激光器103、反射镜202、1490nm波段探测器104、背光探测器105、分波/合波器108、V型槽107和金属焊盘106分别与硅基光平台101耦接。

优选地，上述光波导102的端面几何中心和1310nm波段激光器103的发光面对准。

上述背光探测器105通过耦合光栅201与光波导102耦合。

优选地，上述光波导102的材料为二氧化硅、氮化硅、硅或透明有机材料。

本发明还公开了一种GPON基本单元的制造方法，其包含以下步骤:

步骤一，将1310nm波段激光器103和反射镜202埋入硅基光平台101；

步骤二，在硅基光平台101光刻或刻蚀，形成光波导102、背光探测器耦合光栅201和分波/合波器108；上述1310nm波段激光器103与光波导102耦合，光波导102的端面几何中心和1310nm波段激光器103发光面对准；

步骤三，在硅基光平台101上通过蒸发、溅射和电镀，形成金属焊盘106和金属布线；

步骤四，在硅基光平台101上刻蚀用于光纤对准和固定的V型槽107；步骤五，在硅基光平台101上表贴背光探测器105，并设置1490nm波段探测器104,上述1490nm波段探测器104与硅基光平台101耦接。

优选地，上述步骤一中的将1310nm波段激光器103和反射镜202埋入硅基光平台101具体还包括：

步骤1，在子板上将至少一个1310nm波段激光器103和至少一个反射镜202预固定，1310nm波段激光器103上带有焊盘的上表面和子板接触，反射镜202的带有反射斜面上表面和子板接触；

步骤2，在硅基光平台101上形成长、宽、高均大于1310nm波段激光器103几何尺寸的凹坑301和长、宽、高均大于反射镜202几何尺寸的凹坑302，上述凹坑301和凹坑302在硅基光平台101上的分布与1310nm波段激光器103和反射镜202在子板上的分布一一对应，凹坑301和凹坑302的内壁底面涂覆一层用于固定的固定层303；将预固定后的子板和刻蚀有凹坑并且该凹坑内壁底面涂覆有固定层303的硅基光平台101面对面对准后压合；

步骤3，脱附子板，1310nm波段激光器103和反射镜202转移到对应的凹坑301和凹坑302中。

优选地，上述GPON模块单元的制造方法是基于晶圆的。

优选地，上述述1310nm波段激光器103和上述反射镜202间隔排列。

本发明的有益效果为：与现有的GPON模块常用的分立器件组件相比有数项优点。首先，本发明摆脱了传统的分立器件的组装、对准、封装等复杂结构的束缚，站在封装的角度，将器件集成。第二，直接利用晶圆级封装技术形成GPON模块基本单元，使GPON模块基本单元以硅为基材制作完成，工艺成熟、可大规模生产，价格相对便宜。第三，理论分析，本发明适用于各种速率标准下的GPON模块制作，也适用于单纤双向器件和单纤三项器件，在FTTX领域得到重要应用。

附图说明

图1为GPON基本单元结构图。

图2为所示的包含耦合光栅和反射镜的GPON基本单元。

图3为将1310nm波段激光器103和反射镜202埋入硅基光平台101后的结构图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明公开了一种GPON基本单元，包括硅基光平台101、光波导102、被埋入硅基光平台101中的1310nm波段激光器103、被埋入硅基光平台101中的反射镜202、1490nm波段探测器104、背光探测器105、分波/合波器108、用于光纤固定的V型槽107和用于电气连接的金属焊盘106；所述1310nm波段激光器103、反射镜202、1490nm波段探测器104分别与光波导102耦合；所述光波导102、1310nm波段激光器103、反射镜202、1490nm波段探测器104、背光探测器105、分波/合波器108、V型槽107和金属焊盘106分别与硅基光平台101耦接。所述背光探测器105用于检测1310nm波段激光器103的出光功率。

优选地，所述光波导102的端面几何中心和1310nm波段激光器103的发光面对准。光波导102的高度位置（Z方向）由1310nm波段激光器103发光面在凹坑内的深度。

优选地，所述背光探测器105通过耦合光栅201与光波导102耦合。

为使得附图明晰，在不影响本发明的前提下，该单个硅基GPON模块单元在硅基光平台101上的金属布线和反射镜202未画出。硅基光平台101是单个GPON模块基本单元的衬底。优选地，所述光波导102的材料为二氧化硅、氮化硅、硅或透明有机材料。

如图2所示的包含耦合光栅和反射镜的GPON基本单元，本发明还公开了一种GPON基本单元的制造方法，其包含以下步骤:

步骤一，将1310nm波段激光器103和反射镜202埋入硅基光平台101。

步骤二，在硅基光平台101上通过光刻或刻蚀等微电子工艺，形成光波导102、背光探测器耦合光栅201和分波/合波器108。1310nm波段激光器103与光波导102耦合，光波导102的端面几何中心和1310nm波段激光器103发光面对准，波导高度位置（Z方向）取决于激光器发光面在凹坑内的位置（深度）。

步骤三，在硅基光平台101上通过蒸发、溅射和电镀等微电子工艺，形成金属焊盘106和金属布线，所述金属焊盘106和金属布线用于GPON模块单元上的电气连接。为使得附图明晰，在不影响本发明的前提下，图2中的金属布线未画出。

步骤四，在硅基光平台101上刻蚀用于光纤对准和固定的V型槽107。

步骤五，在硅基光平台101上表贴背光探测器105，并设置1490nm波段探测器104,所述1490nm波段探测器104与硅基光平台101耦接。

优选地，如图3所示的将1310nm波段激光器103和反射镜202埋入硅基光平台101后的结构图，所述步骤一中的将1310nm波段激光器103和反射镜202埋入硅基光平台101具体还包括：

步骤1，在子板上将至少一个1310nm波段激光器103和至少一个反射镜202按照一定的间距预固定，1310nm波段激光器103上带有焊盘的上表面和子板接触，反射镜202的带有反射斜面上表面和子板接触，1310nm波段激光器103的间距应根据两个相邻GPON模块单元尺寸而定，既满足单个模块的尺寸也要尽量的利用母板的硅面积。所述子板可以是硅晶圆片、玻璃片或陶瓷片等，但不限于此；子板与1310nm波段激光器103的接触面平整、均匀。

步骤2，利用干法或者湿法刻蚀，在硅基光平台101上形成长、宽、高均大于1310nm波段激光器103几何尺寸的凹坑301和长、宽、高均大于反射镜202几何尺寸的凹坑302，所述凹坑301和凹坑302在硅基光平台101上的分布与1310nm波段激光器103和反射镜202在子板上的分布一一对应，凹坑301和凹坑302的内壁底面涂覆一层用于1310nm波段激光器103和反射镜202固定的固定层303；将预固定1310nm波段激光器103和反射镜202的子板和刻蚀有凹坑并且该凹坑内壁底面涂覆有固定层303的硅基光平台101面对面对准后压合。通过固定层303将1310nm波段激光器103固定在硅基光平台101上对应的凹坑内。

优选地，所述GPON模块单元的制造方法是基于晶圆的。

优选地，所述1310nm波段激光器103和所述反射镜202在子板上间隔排列。使用反射镜转变光传输方向完成光路耦合，相比于光栅耦合效率更高。使用分立的反射镜，减少硅基集成反射镜加工工艺的难度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种GPON基本单元，其特征在于包括硅基光平台（101）、光波导（102）、1310nm波段激光器（103）、反射镜（202）、1490nm波段探测器（104）、背光探测器（105）、分波/合波器（108）、用于光纤固定的V型槽（107）和用于电气连接的金属焊盘（106）；所述1310nm波段激光器（103）、反射镜（202）被埋入硅基光平台（101）中，所述1310nm波段激光器（103）、反射镜（202）、1490nm波段探测器（104）分别与光波导（102）耦合；所述光波导（102）、1310nm波段激光器（103）、反射镜（202）、1490nm波段探测器（104）、背光探测器（105）、分波/合波器（108）、V型槽107和金属焊盘106分别与硅基光平台（101）耦接。

2.如权利要求1所述的GPON基本单元，其特征在于所述光波导（102）的端面几何中心和1310nm波段激光器（103）的发光面对准。

3.如权利要求2所述的GPON基本单元，其特征在于所述背光探测器（105）通过耦合光栅（201）与光波导（102）耦合。

4.如权利要求3所述的GPON基本单元，其特征在于所述光波导（102）的材料为二氧化硅、氮化硅、硅或透明有机材料。

5.如权利要求1所述的GPON基本单元的制造方法，其包含以下步骤:

步骤一，将1310nm波段激光器（103）和反射镜（202）埋入硅基光平台（101）；

步骤二，在硅基光平台（101）光刻或刻蚀，形成光波导（102）、背光探测器耦合光栅（201）和分波/合波器（108）；所述1310nm波段激光器（103）与光波导（102）耦合，光波导（102）的端面几何中心和1310nm波段激光器（103）发光面对准；

步骤三，在硅基光平台（101）上通过蒸发、溅射和电镀，形成金属焊盘（106）和金属布线；

步骤四，在硅基光平台（101）上刻蚀用于光纤对准和固定的V型槽（107）；步骤五，在硅基光平台（101）上表贴背光探测器（105），并设置1490nm波段探测器（104）,所述1490nm波段探测器（104）与硅基光平台（101）耦接。

6.如权利要求5所述的GPON基本单元的制造方法，其特征在于所述步骤一中的将1310nm波段激光器（103）和反射镜（202）埋入硅基光平台（101）具体还包括：

步骤1，在子板上将至少一个1310nm波段激光器（103）和至少一个反射镜（202）预固定，1310nm波段激光器（103）上带有焊盘的上表面和子板接触，反射镜（202）的带有反射斜面上表面和子板接触；

步骤2，在硅基光平台（101）上形成长、宽、高均大于1310nm波段激光器（103）几何尺寸的凹坑（301）和长、宽、高均大于反射镜（202）几何尺寸的凹坑（302），所述凹坑（301）和凹坑（302）在硅基光平台（101）上的分布与1310nm波段激光器（103）和反射镜（202）在子板上的分布一一对应，凹坑（301）和凹坑（302）的内壁底面涂覆一层用于固定的固定层（303）；将预固定后的子板和刻蚀有凹坑并且该凹坑内壁底面涂覆有固定层303的硅基光平台（101）面对面对准后压合；

步骤3，脱附子板，1310nm波段激光器（103）和反射镜（202）转移到对应的凹坑（301）和凹坑（302）中。

7.如权利要求6所述的GPON基本单元的制造方法，其特征在于所述GPON模块单元的制造方法是基于晶圆的。

8.如权利要求7所述的GPON基本单元的制造方法，其特征在于所述述1310nm波段激光器（103）和所述反射镜（202）间隔排列。