CN105372773B - 透镜载板、透镜载板制备方法和光功率监测模块 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种透镜载板、透镜载板制备方法和光功率监测模块，其中的透镜载板包括：透明基板，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；至少一个透镜，设置在所述透明基板的第一表面；以及，至少一个凸点组，设置在所述透明基板的第二表面；其中，每个凸点组对应一个所述透镜，用于与外接的芯片形成电连接。本发明实施例解决了现有技术中光功率监测模块难以对单模光纤传输***实现光功率监测的问题。

Description

透镜载板、透镜载板制备方法和光功率监测模块

技术领域

本发明涉及光学通信技术领域，具体涉及一种透镜载板、透镜载板制备方法和光功率监测模块。

背景技术

目前，数据中心和服务器机房使用大量中短距离(小于300m)光互连传输产品和适用于城域网的长距离光互连模块，诸如有源光缆(AOC)和QSFP、QSFP+等可插拔光模块，此类产品的核心是由激光器、激光器驱动芯片、探测器和探测器放大芯片组成。然而，如果该光互连模块在传输中出现故障，无法确定问题出现在哪儿。尤其是该光互连模块作为发射端在工作时，如果模块内的激光器及其驱动电路出现不正常工作，会导致传输信号失真。带数字诊断功能(DDM)的光收发模块能够为光纤通信***提供简便的性能监测功能，有助于提高通信管理的效率。可针对发射端激光器的发射功率实现实时监测，可以很快定位光纤链路中在发送端激光器发生故障的位置，通过故障预警，可以将业务切换到备份链路或者替换可疑器件，从而在不间断业务的情况下修复***，简化维护工作，提高传输***的可靠性。

如图1所示，通过在光模块中设置光学滤波片，将传输光101的光功率分为两个支路101a和101b，支路101a为用来继续实现信号传输的传输子信号，支路101b为用来传输给监控探测器(monitor pd)进行功率监控的监测子信号。monitor pd接收到支路101b的光信号后，将其转换为电信号。外部电路根据monitor pd传出的电信号来判断发端激光器是否在正常工作。对于多模光纤传输***而言，该方法比较容易稳定地实现实时监测功能；而对于单模光纤传输***，由于发光模斑、光纤芯径尺寸都比较小，耦合难度大，工艺要求高，所以每添加一路单模光学通路都会使得光功率监测的实现难度和成本大幅增加。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种透镜载板、透镜载板制备方法和光功率监测模块，解决了现有技术中光功率监测模块难以对单模光纤传输***实现光功率监测的问题。

本发明一实施例提供的一种透镜载板包括：包括：

透明基板，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

至少一个透镜，设置在所述透明基板的第一表面；以及，

至少一个凸点组，设置在所述透明基板的第二表面；其中，每个凸点组对应一个所述透镜，用于与外接的芯片形成电连接。

进一步地，所述透镜载板进一步包括：

至少一个焊盘组，设置在与所述第二表面相垂直的透明基板侧面；其中，每个焊盘组对应一个所述凸点组，用于与外接的芯片绑定线形成电连接；以及，

金属布线层，设置在所述透明基板的第二表面，用于形成每个所述焊盘组与对应的所述凸点组之间的电连接。

进一步地，所述透明基板与所述至少一个透镜采用透光材料一体化制成。

进一步地，所述至少一个透镜呈阵列结构设置在所述透明基板的第一表面上。

本发明一实施例提供的一种透镜载板制备方法，包括：

制备或获取透明基板，所述透明基板包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中，所述第一表面上设置有至少一个透镜；

在所述第一表面制备保护层；

在所述第二表面制备第一光刻胶层；

对所述第一光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的第二表面所构成的图案包括至少一个凸点组的图案；

在所述第一光刻胶层和裸露出的第二表面上依次制备金属粘附层和种子层；

剥离所述光刻胶层，在所述第二表面上电镀金属层。

进一步地，显影后裸露出的第二表面所构成的图案进一步包括金属布线层的图案；

其中，在所述第二表面上电镀金属层后，进一步包括：

在与所述第二表面相垂直的透明基板侧面制备第二光刻胶层；

对所述第二光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的透明基板侧面构成至少一个焊盘组的图案；

在所述第二光刻胶层和裸露出的透明基板侧面上制备金属层；

剥离所述第二光刻胶层。

进一步地，在所述第二表面喷涂第一光刻胶层之前，进一步包括：

在所述第一表面或第二表面上利用光刻胶制备对准标记。

进一步地，在与所述第二表面相垂直的透明基板侧面喷涂第二光刻胶层之前，进一步包括：将所述透明基板切割为多个子透明基板。

本发明一实施例提供的一种光功率监测模块，包括：光学芯片、第一透镜载板、集成芯片、光学滤波片、第二透镜载板、监控探测器、第三透镜载板和光纤固定块；

其中，所述第一透镜载板采用前所述的透镜载板结构；其中，所述光学芯片中的每个光学单元与所述第一透镜载板上的一个透镜光学对准，并与所述第一透镜载板的一个凸点组电连接；所述第一透镜载板上的至少一个焊盘组与所述集成芯片电连接；

所述光学滤波片从传输光信号中分出监测子信号传输给所述第二透镜载板；

所述第二透镜载板采用如前所述的透镜载板结构；其中，所述监控探测器中的每个监测单元与所述第二透镜载板上的一个透镜光学对准，并与所述第二透镜载板的一个凸点组电连接；

所述第三透镜载板包括至少一个透镜，所述光学固定块包括至少一个光纤通道；其中，所述第三透镜载板上的每个透镜与所述光纤固定块中的一个光纤通道光学对准。

进一步地，所述光学芯片为激光器芯片，所述集成芯片为激光器驱动芯片；或，

所述光学芯片为探测器芯片，所述集成芯片为探测器放大芯片。

进一步地，所述光纤通道包括前段部分和后段部分，所述前段部分用于固定光纤的裸露部分，所述后段部分用于固定光纤带涂覆层的部分。

进一步地，所述光纤通道呈V型槽形状。

进一步地，所述光功率监测模块进一步包括：硅光转接板，设置在所述第三透镜载板和所述光纤固定块之间，用于将裸光纤与所述第三透镜载板上的透镜对准。

本发明实施例提供的一种透镜载板、透镜载板制备方法和光功率监测模块，该透镜载板可被设置在光学链路中以起到汇聚光束的作用，以提高耦合效率，增加光学对准容差，降低光功率监测的实现难度和成本，使得采用该透镜载板的光功率监测模块可同时适用于多模和单模光学传输***链路的光功率监测。此外，该透镜载板上集成了可与外接芯片电连接的凸点组，可直接在光功率监测模块中装配使用，而不用设置额外的电连接结构，且装配容差大、制备方法的工艺稳定、适合批量生产。

附图说明

图1所示为现有技术提供的一种光功率监测原理示意图。

图2所示为本发明一实施例提供的一种透镜载板的第一表面的结构示意图。

图3所示为本发明一实施例提供的一种透镜载板的第二表面的结构示意图。

图4所示为本发明另一实施例提供的一种透镜载板的第二表面的结构示意图。

图5所示为本发明一实施例提供的一种透镜载板制备方法流程图。

图6～图10所示为本发明一实施例提供的一种透镜载板制备方法的分解示意图。

图11所示为本发明一实施例所提供的一种光功率监测模块结构的俯视示意图。

图12所示为图11所示的光功率监测模块的侧视示意图。

图13所示为本发明一实施例所提供的一种光功率监测模块的第三透镜载板和光纤固定块组装件的结构示意图。

图14所示为本发明一实施例所提供的一种光功率监测模块的光纤固定块的结构示意图。

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。

本发明一实施例提供的一种透镜载板包括：透明基板1、至少一个透镜13和至少一个凸点组14。

透明基板1包括第一表面11和与第一表面11相对的第二表面12。图2和图3分别为透明基板1的第一表面11和第二表面12的结构示意图。如图2和图3所示，该透明基板1呈平板形，第一表面11和第二表面12分别为该平板形的正面和反面，然而本发明对透明基板1的具体形状并不做限定。在一进一步的实施例中，透明基板1可与至少一个透镜13采用透光材料一体化制成。

至少一个透镜13设置在透明基板1的第一表面11，具有高的折射率，用于对光互连模块中的光信号实现汇聚，以提高耦合效率，增加光学对准容差。具体而言，其中的每个透镜13都与需与光功率监测模块中光学芯片的一个光学单元光学对准。例如，当该透镜载板应用到光功率监测模块的监测端时，其中的每个透镜13都与监控探测器中的一个监测单元光学对准，以实现对监测子信号的汇聚。由此可见，第一表面11上透镜13的数量可根据所应用的光学芯片中光学单元的数量而调整，本发明对透镜13的具体数量不做限定。

至少一个凸点组14设置在透明基板1的第二表面12，其中的每个凸点组14对应一个透镜13，用于与外接的芯片形成电连接。例如，当该透镜载板应用到光功率监测模块的监测端时，每个凸点组14就与监控探测器中的一个监测单元电连接。由此可见，第二表面12上凸点组14的数量也可根据所应用的光学芯片中光学单元的数量而调整，每个凸点组14中凸点的数量可根据一个光学单元中的电连接引脚数量而调整，本发明对凸点组14的数量和一个凸点组14中凸点的数量均不做限定。

应当理解，当光学芯片中的光学单元呈阵列结构设置时，该至少一个透镜13也呈阵列结构设置在透明基板1的第一表面11上，相邻两个透镜13的中心距可根据光学芯片的相邻两个光学单元的中心距决定，例如常见的250um。然而本发明对该至少一个透镜13和该至少一个凸点组14的具体设置位置不做限定。

本发明实施例提供的透镜载板可被设置在光学链路中以起到汇聚光束的作用，以提高耦合效率，增加光学对准容差，降低光功率监测的实现难度和成本，使得采用该透镜载板的光功率监测模块可同时适用于多模和单模光学传输***链路的光功率监测。此外，该透镜载板上集成了可与外接芯片电连接的凸点组14，可直接在光功率监测模块中装配使用，而不用设置额外的电连接结构，且装配容差大。

在本发明一实施例中，由于该透镜载板可被用于光学链路的发射端或探测端，当被用在发射端时，所对应的光学芯片(激光器芯片)还需要一个集成芯片(激光器驱动芯片)以驱动激光器芯片实现光传输信号的发射，当被用在探测端时，所对应光学芯片(探测器芯片)还需要一个集成芯片(探测器放大芯片)以放大根据探测到的光信号转换而来的电信号，因此如图4所示，该透镜载板需进一步包括：至少一个焊盘组15和金属布线层16。

至少一个焊盘组15设置在与第二表面12相垂直的透明基板1侧面。每个焊盘组15对应一个凸点组14，用于与外接的芯片绑定线形成电连接，并通过芯片绑定线与外接的集成芯片电连接。具体而言，如图4所示，每个焊盘组15中的一个焊盘对应一个凸点组14中的一个凸点。应当理解，焊盘组15的数量可根据凸点组14的数量而调整，每个焊盘组15中焊盘的数量可根据所需要电连接的芯片绑定线数量而定，本发明对焊盘组15的数量和每个焊盘组15中焊盘的数量同样不做限定。

金属布线层16设置在透明基板1的第二表面12，用于形成每个焊盘组15与对应的凸点组14之间的电连接。由此外接的集成芯片便可依次通过至少一个焊盘组15、金属布线层16以及至少一个凸点组14与光学芯片形成电连接，以实现对光学芯片的驱动或信号放大。

图5所示为本发明一实施例提供的一种透镜载板制备方法流程图。如图5所示，该透镜载板制备方法包括：

步骤501：制备或获取透明基板1，透明基板1包括第一表面11和与第一表面11相对的第二表面12，其中，第一表面11上设置有至少一个透镜13。该透明基板1可从市面上直接购买或自行制备。在本发明一实施例中，为了实现透镜载板的批量化生产，所购买或制备的透明基板1可为一个包括多个子透明基板的母板。如图6所示，该透明基板1上包括了四个平行设置的子透明基板，每个子透明基板的第一表面11上设置了四个透镜13。

步骤502：在第一表面11制备保护层。该保护层可为在第一表面11喷涂的保护材料(例如，聚合物(polymer))，且该保护层需具备一定厚度足以保护到第一表面11上的透镜13，并且在全部工艺完成以后容易清洗干净无残留。

步骤503：在第二表面12制备第一光刻胶层。在本发明一实施例中，为了保证第二表面12上凸点组14所电连接的光学芯片能与第一表面11上的透镜13匹配对准，因此在第二表面12喷涂第一光刻胶层之前，可在第一表面11或第二表面12上利用光刻胶制备对准标记17，如图6所示。该对准标记17可位于第一表面11或第二表面12上的某个特定位置。

步骤504：对第一光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的第二表面12所构成的图案包括至少一个凸点组14的图案。

步骤505：在第一光刻胶层和裸露出的第二表面12上依次制备金属粘附层和种子层。金属粘附层用于粘附种子层，可采用溅射工艺制备，厚度可为30nm，具体材料可为W、Ti、Cr或Ta等；种子层用于定位后续电镀过程中金属沉积的位置，也可采用溅射工艺制备，厚度可为50nm-100nm，材料与后续的电镀金属层一致，例如Cu。

步骤506：剥离光刻胶层，在第二表面12上电镀金属层。光刻胶层被剥离后，第二表面12上就只剩至少一个凸点组14图案的种子层了。这样再经过电镀过程后，种子层表面进一步沉积金属材料以形成该至少一个凸点组14。

在本发明一实施例中，当所制备的透镜载板需要被应用在光学链路的发射端或探测端时，该透镜载板还需进一步包括：至少一个焊盘组15和金属布线层16。此时在对第一光刻胶层进行曝光和显影后裸露出的第二表面12所构成的图案还应进一步包括金属布线层16的图案，这样在第二表面12上电镀金属层后的透明基板1如图7所示，透明基板1上已形成了该至少一个凸点组14和金属布线层16。

应当理解，当透明基板1为一个包括多个子透明基板的母板时，如图8所示，由于后续焊盘组15的制备过程需要在透明基板1侧面进行，因此需要先将该透明基板1切割为多个子透明基板，切割过程中金属布线层16中多余的电镀连接线会被切掉，并对切割后形成的每个子透明基板进行下述焊盘组15的制备过程，因此以下所述的透明基板1也可以是子透明基板。

如图5所示，该透镜载板上焊盘组15的制备方法包括：

步骤507：在与第二表面12相垂直的透明基板1侧面制备第二光刻胶层。

步骤508：对第二光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的透明基板1侧面构成至少一个焊盘组15的图案。

步骤509：在第二光刻胶层和裸露出的透明基板1侧面上制备金属层。这里金属层的制备是为了形成焊盘组15，可采用溅射工艺完成。具体而言，如图9所示，可以同时将几个透明基板1一起放到溅射设备中固定，然后通过挡板18将不需要溅射金的位置遮挡，在透明基板1的特定位置溅射Au。在一优选实施例中，该溅射工艺可以采用30nm耐高温金属作为金属粘附层，然后再溅射200nm厚的金。或者是在玻璃上溅射使用耐高温金属30nm后，然后再溅射200nm厚的Ni，最后溅射100nm厚的Au。

步骤510：剥离第二光刻胶层。当第二光刻胶层被剥离后，透明基板1侧面便形成了与金属布线层16电连接的焊盘组15，如图10所示。

由此可见，该透镜载板的制备工艺均为标准化的工艺步骤，整个工艺过程稳定，适合批量生产。

图11所示为本发明一实施例所提供的一种光功率监测模块结构的俯视示意图。图12所示为图11所示的光功率监测模块的侧视示意图。如图11和图12所示，该光功率监测模块包括：光学芯片2、第一透镜载板31、集成芯片9、光学滤波片4、第二透镜载板32、监控探测器5、第三透镜载板33和光纤固定块6。

第一透镜载板31采用本发明实施例所提供的透镜载板结构；其中，光学芯片2中的每个光学单元与第一透镜载板31上的一个透镜13光学对准，并与第一透镜载板31的一个凸点组14电连接；第一透镜载板31上的至少一个焊盘组15与集成芯片9电连接。

光学滤波片4从传输光信号中分出监测子信号传输给第二透镜载板32。

第二透镜载板32也采用本发明实施例所提供的透镜载板结构；其中，监控探测器5中的每个监测单元与第二透镜载板32上的一个透镜13光学对准，并与第二透镜载板32的一个凸点组14电连接。在本发明一实施例中，监控探测器5设置在一PCB电路板上，该PCB电路板负责实现电学互连功能以及各组件的固定。

第三透镜载板33包括至少一个透镜13，光学固定块包括至少一个光纤7通道；其中，第三透镜载板33上的每个透镜13与光纤固定块6中的一个光纤7通道光学对准。

在本发明一实施例中，光学芯片2为激光器芯片，集成芯片9为激光器驱动芯片。整个光学监测模块中的光学链路描述如下：传输光信号从激光器芯片发出先经过第一透镜载板31的汇聚，然后被光学滤波片4分为传输子信号和监测子信号。监测子信号经过第二透镜载板32的汇聚后传递给监控探测器5进行光功率监测，传输子信号经过第三透镜载板33的汇聚后经由光纤7传递出去。

而当光学芯片2为探测器芯片，集成芯片9为探测器放大芯片时，整个光学监测模块中的光学链路与上述描述相类似，光传输信号是从光纤7发出后先经过第三透镜载板33的汇聚，然后再被光学滤波片4分为传输子信号和监测子信号，在此不再赘述。

在本发明一实施例中，如图13所示，光纤固定块6中的光纤7通道包括前段部分61和后段部分62，前段部分61用于固定光纤7的裸露部分，后段部分62用于固定光纤7带涂覆层的部分，这样分段式设计的好处在于提高裸纤固定的可靠性。同时在第三透镜载板33和光纤固定块6之间还设置有硅光转接板，用于将裸光纤7与第三透镜载板33上的透镜13对准。在一优选实施例中，光纤7通道可呈V型槽形状，如图14所示，当光纤7的芯径为50μm(多模光纤)或9μm(单模光纤)，光纤7的外径为125μm时，光纤固定块6的厚度可为5mm，其中相邻光纤7通道的中心线间距可为250μm，每个光纤7通道的V型槽开口宽度可为250μm。

本发明实施例提供的光功率监测模块，采用了透镜载板以在光学链路中汇聚光束，提高了耦合效率，增加了光学对准容差，降低光功率监测的实现难度和成本，可同时适用于多模和单模光学传输***链路的光功率监测。

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、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种透镜载板，其特征在于，包括：

透明基板，包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

至少一个透镜，设置在所述透明基板的第一表面，所述至少一个透镜中的每个透镜与外接芯片中的一个光学单元光学对准；以及，

至少一个凸点组，设置在所述透明基板的第二表面；其中，每个凸点组对应一个所述透镜，用于与外接的芯片形成电连接。

2.根据权利要求1所述的透镜载板，其特征在于，进一步包括：

至少一个焊盘组，设置在与所述第二表面相垂直的透明基板侧面；其中，每个焊盘组对应一个所述凸点组，用于与外接的芯片绑定线形成电连接；以及，

金属布线层，设置在所述透明基板的第二表面，用于形成每个所述焊盘组与对应的所述凸点组之间的电连接。

3.根据权利要求1或2所述的透镜载板，其特征在于，所述透明基板与所述至少一个透镜采用透光材料一体化制成。

4.根据权利要求1或2所述的透镜载板，其特征在于，所述至少一个透镜呈阵列结构设置在所述透明基板的第一表面上。

5.一种透镜载板制备方法，其特征在于，包括：

制备或获取透明基板，所述透明基板包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中，所述第一表面上设置有至少一个透镜；

在所述第一表面制备保护层；

在所述第二表面制备第一光刻胶层；

对所述第一光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的第二表面所构成的图案包括至少一个凸点组的图案；

在所述第一光刻胶层和裸露出的第二表面上依次制备金属粘附层和种子层；

剥离所述第一光刻胶层，在所述第二表面上电镀金属层。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，显影后裸露出的第二表面所构成的图案进一步包括金属布线层的图案；

其中，在所述第二表面上电镀金属层后，进一步包括：

在与所述第二表面相垂直的透明基板侧面制备第二光刻胶层；

对所述第二光刻胶层进行曝光和显影，显影后裸露出的透明基板侧面构成至少一个焊盘组的图案；

在所述第二光刻胶层和裸露出的透明基板侧面上制备金属层；

剥离所述第二光刻胶层。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在所述第二表面制备第一光刻胶层之前，进一步包括：

在所述第一表面或第二表面上利用光刻胶制备对准标记。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在与所述第二表面相垂直的透明基板侧面制备第二光刻胶层之前，进一步包括：将所述透明基板切割为多个子透明基板。

9.一种光功率监测模块，其特征在于，包括：光学芯片、第一透镜载板、集成芯片、光学滤波片、第二透镜载板、监控探测器、第三透镜载板和光纤固定块；

其中，所述第一透镜载板采用如权利要求1或2所述的透镜载板结构；其中，所述光学芯片中的每个光学单元与所述第一透镜载板上的一个透镜光学对准，并与所述第一透镜载板的一个凸点组电连接；所述第一透镜载板上的至少一个焊盘组与所述集成芯片电连接；

所述光学滤波片从传输光信号中分出监测子信号传输给所述第二透镜载板；

所述第二透镜载板采用如权利要求1或2所述的透镜载板结构；其中，所述监控探测器中的每个监测单元与所述第二透镜载板上的一个透镜光学对准，并与所述第二透镜载板的一个凸点组电连接；

所述第三透镜载板包括至少一个透镜，所述光学固定块包括至少一个光纤通道；其中，所述第三透镜载板上的每个透镜与所述光纤固定块中的一个光纤通道光学对准。

10.根据权利要求9所述的光功率监测模块，其特征在于，所述光学芯片为激光器芯片，所述集成芯片为激光器驱动芯片；或，

所述光学芯片为探测器芯片，所述集成芯片为探测器放大芯片。

11.根据权利要求9或10所述的光功率监测模块，其特征在于，所述光纤通道包括前段部分和后段部分，所述前段部分用于固定光纤的裸露部分，所述后段部分用于固定光纤带涂覆层的部分。

12.根据权利要求11所述的光功率监测模块，其特征在于，所述光纤通道呈V型槽形状。

13.根据权利要求9或10所述的光功率监测模块，其特征在于，进一步包括：硅光转接板，设置在所述第三透镜载板和所述光纤固定块之间，用于将裸光纤与所述第三透镜载板上的透镜对准。