CN110573920B - 光子组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种光子组件(10)，其具有光子集成芯片(1)和光纤安装件(5)，其中光纤安装件(5)具有：至少一个凹槽(52)，光纤(30)布置在该凹槽中；和至少一个反射镜面(52)，其在光子集成芯片(1)的方向上反射来自光纤(30)的辐射(S)，并且/或者在光纤(30)的方向上反射来自光子集成芯片(1)的辐射(S)。根据本发明，包括至少两个芯片的芯片堆叠(20)布置在光子集成芯片(1)与光纤安装件(5)之间，芯片堆叠(20)具有至少两个通孔(21)，并且在各情况下，引导销(40)穿过芯片堆叠(20)的所述至少两个通孔(21)，以使芯片堆叠(20)和光纤安装件(5)相对于彼此定位。

Description

光子组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光子组件，其具有光子集成芯片和机械连接到该光子集成芯片的光纤安装件，其中该光纤安装件包括：至少一个凹槽，光纤(特别是单模光纤)***该凹槽中；以及至少一个反射镜面，其在光子集成芯片方向上反射光纤的辐射，和/或在光纤方向上反射光子集成芯片的辐射。这种组件从德国专利说明书DE 44 45 997中已知。
发明内容
本发明基于如下目的：指定一种可以成本有效地制造并且具有最紧凑的可能结构的光子组件。
根据本发明，该目的通过具有根据权利要求1的特征的光子组件来实现。从属权利要求中规定了根据本发明的组件的有利实施例。
因此，根据本发明，提供了具有至少两个芯片的芯片堆叠，其中一个芯片邻接光纤安装件，一个芯片邻接光子集成芯片，该芯片堆叠布置在光子集成芯片与光纤安装件之间，该芯片堆叠设置有至少两个通孔，并且引导销被引导穿过芯片堆叠的至少两个通孔中的每一个，该引导销延伸到光纤安装件中的相关联的定位孔中，并且在光子集成芯片的方向上延伸，并且至少使芯片堆叠和光纤安装件相对于彼此定位。
可以看出根据本发明的组件的一个基本优点，其中芯片堆叠、通孔和引导销共同实现了光纤安装件的简单、自动对准，特别是，例如关于在光纤安装件与光子集成芯片之间的光束路径中的一个或多个透镜而言。
关于光子集成芯片的简单对准而言，如果一个引导销被引导穿过芯片堆叠的至少两个通孔中的每一个，则被认为是有利的，该引导销延伸到光纤安装件中的相关联的定位孔和光子集成芯片中的相关联的定位孔中，并且使光子集成芯片、芯片堆叠和光纤安装件相对于彼此定位。
芯片堆叠的通孔和相关联的定位孔优选对准。
光纤安装件中的定位孔优选为通孔；该实施例使得引导销能够从外部***光纤安装件。
如果与光纤安装件邻接的芯片堆叠的芯片在其面向光纤安装件的芯片侧设置有至少一个透镜(下文称为芯片堆叠的第一透镜)，与光子集成芯片邻接的芯片堆叠的芯片也在其面向光子集成芯片的芯片侧设置有至少一个透镜(下文中称为芯片堆叠的第二透镜)，并且第一透镜和第二透镜界定了穿过芯片堆叠的共用光束路径，则对于光纤安装件与光子集成芯片之间的光辐射的光束引导来说是有利的。
第一透镜和第二透镜优选彼此相对。
第一透镜的透镜表面和光纤之间的光路长度与第二透镜的透镜表面和光子集成芯片的耦合器之间的光路长度之间的偏差优选小于5％，和/或小于由第一透镜聚焦的光束的瑞利长度(Rayleigh length)的两倍。
芯片堆叠中的芯片、光子集成芯片和光纤安装件优选为硅芯片。
光纤安装件、芯片堆叠中与光纤安装件相邻的芯片以及引导销优选彼此固定连接，并共同形成插头。
光子集成芯片和与光子集成芯片邻接的芯片优选地彼此固定连接，并形成插座，特别是插口。
插头的引导销优选***插座。
芯片堆叠优选包括至少一个中间芯片，该至少一个中间芯片布置在芯片堆叠的上述两个外部芯片之间，并且芯片堆叠还包括用于引导销的至少两个相关联的通孔。中间芯片的厚度优选地至少为500μm，使得用于引导销的插头触点保留足够的深度，使得使用者易于感知插塞过程。
一个或多个中间芯片优选形成插头或插座的组件。
搁靠在插座上的插头的插头面优选是平面的，其中插头面由与光纤安装件邻接的芯片的或者中间芯片或中间芯片之一的面向插座的表面形成。
搁靠在插头上的插座的面优选是平面的，其中该面由与光子集成芯片邻接的芯片的或者中间芯片或中间芯片之一的面向插头的表面形成。
如果彼此搁靠的芯片堆叠的芯片的内面是平面的，并且第一透镜和第二透镜被引入到、特别是蚀刻到在芯片堆叠的外侧上的表面中，这是特别有利的。
这两个透镜优选具有相同的焦距。这两个透镜特别优选是同样的透镜。
考虑到低件数和低生产成本，与光纤安装件邻接的芯片和与光子集成芯片邻接的芯片优选是同样的。
如果芯片堆叠的第一透镜形成为使得来自光纤安装件的辐射被作为准直光束引导到第二透镜，并且芯片堆叠的第二透镜形成为使得来自光子集成芯片的辐射被作为准直光束引导到芯片堆叠的第一透镜，则对于透镜设计来说是有利的。
第一透镜与第二透镜之间的光束路径优选垂直于芯片堆叠的芯片之间的平面边界表面延伸。
光子集成芯片优选地包括：基板，其基板基础材料是半导体材料，特别是硅；集成光波导，其集成到位于基板上的芯片的至少一个波导材料层中；偏转单元；和盲孔，其从基板后侧延伸直将基板与波导材料层分隔开的隔离层，其中偏转单元将来自波导的辐射在盲孔和基板后侧的方向上偏转到波导材料层的平面之外，并且将来自芯片堆叠且已穿过盲孔和隔离层的辐射偏转到波导材料层的平面中。
偏转单元优选包括：耦合器，其形成在光波导中或连接到光波导；以及反射镜层，其直接位于波导材料层的背离盲孔的一侧上，位于搁靠在波导材料层的背离盲孔的一侧上的中间层上，或位于搁靠在波导材料层的背离盲孔的一侧上的中间层堆叠上。
耦合器优选全部或至少部分地在反射镜层的方向上将波导的辐射部分地偏转到波导材料层的平面之外。
反射镜层、盲孔和耦合器优选被布置和设计成，使得在朝向反射镜层的方向上偏转的辐射中的一部分被反射镜层在盲孔的方向上反射。
光子集成芯片中的定位孔优选为盲孔，特别是从基板后侧延伸直到将基板与波导材料层分隔开的隔离层的盲孔。
引导销优选每个包括倒角销端。
该组件优选包括支撑元件，光纤和/或附连到光纤上的支撑板条搁靠在该支撑元件上。
支撑元件优选形成环。环的内壁优选在插头所***的上部区域中以漏斗形状渐缩，并且至少在插头的***期间导致插头相对于插座的预对准。
在插座所在的内壁的下部区域，内壁优选地侧向地抵接插座。
如果支撑元件包括凹槽，并且光纤或者附连到光纤的支撑板条搁靠于支撑元件上的凹槽中，也是有利的。
支撑元件优选由灌封化合物形成。
关于光纤安装，如果光纤安装件中的凹槽是各向异性地蚀刻在硅中的V形凹槽，并且与光纤安装件中的光纤相关联的偏转反射镜由各向异性地蚀刻在硅中的面形成，则是有利的。
第一透镜与第二透镜之间的光束路径优选不对中地入射在第一透镜和/或第二透镜上，而是相对于相应的透镜中心偏移。
光束路径相对于第一透镜和第二透镜的偏心度优选地在第一透镜中不同于在第二透镜中。这种不同的偏心度允许对透镜的成像行为进行透镜个别优化。
第一透镜和/或第二透镜优选是非球面的。
第一透镜和/或第二透镜优选为椭圆形。
第一透镜和/或第二透镜优选使用抗反射涂层涂覆。
芯片堆叠的彼此直接搁靠的芯片的至少两个面，特别是插头的外侧和插座的外侧，优选每个面都使用抗反射涂层涂覆。
插头的芯片和插座的芯片优选地以没有粘合剂和/或焊料的方式彼此连接，特别是通过范德华结合(Van-der-Waals bonding)或热熔结合。无粘合剂连接确保最佳热传导，并且透射光束不会经历任何菲涅尔损耗。
此外，如果光子集成芯片在背离芯片堆叠的外侧上包括用于倒装芯片连接的触点，并且光子集成芯片结合在印刷电路板上并且使用倒装芯片方法电连接到印刷电路板上，则是有利的。由于光子集成芯片的上侧和下侧上的电触点和光学触点的分离，与其中光学接触也在芯片上侧上进行的替代变型中相比，在芯片下侧中有更多的空间用于将光子集成芯片连接到芯片堆叠。由于支撑表面扩大，芯片堆叠的机械稳定性增加。
印刷电路板优选形成用于支撑元件的载体。支撑元件与光纤安装件一起机械地稳定芯片堆叠，由此可以实现更小的变形，从而实现更稳固的光学耦合。
印刷电路板优选在其背离支撑元件的下侧包括用于BGA(球栅阵列)焊接结合的触点。
本发明还涉及一种用于如上所描述的组件的光学插头。该插头的特征在于它包括光纤安装件、与光纤安装件邻接的芯片和至少两个引导销，光纤安装件、芯片和引导销彼此固定连接，引导销贯穿穿过芯片的通孔，并且/或者延伸穿过这些孔，插头的外插头面由与光纤安装件邻接的芯片的表面形成，或者由与该芯片直接连接或经由一个或多个另外的芯片与该芯片间接连接的外部芯片的表面形成，并且是平面的，引导销垂直突出于与光纤安装件邻接的芯片的表面之外，或者在多个芯片的情况下垂直突出于外部芯片的表面之外，并且与光纤安装件邻接的芯片在其面向光纤安装件的芯片侧设置有至少一个透镜。
关于根据本发明的插头的优点，参考结合根据本发明的组件的优点的上述陈述。
本发明还涉及一种用于如上所描述的组件的光学插座。该插座的特征在于它包括光子集成芯片和与光子集成芯片邻接的至少一个第二芯片，光子集成芯片和第二芯片彼此固定连接，第二芯片中的通孔和光子集成芯片中的定位孔成对对准，插座的外面由第二芯片的表面形成，或者由与第二芯片直接连接或经由一个或多个另外的芯片与第二芯片间接连接的外部芯片的表面形成，并且是平面的，并且第二芯片在其面向光子集成芯片的芯片侧上设置有至少一个透镜。
关于根据本发明的插座的优点，参考结合根据本发明的组件的优点的上述陈述。
本发明还涉及一种用于生产如上所描述的光子组件的方法。根据本发明，提供了这样一种方法，其中如上所描述的插头***如上所描述的插座。
关于根据本发明的方法的优点，参考结合根据本发明的组件的优点的上述陈述。
附图说明
下文将基于示例性实施例更详细解释本发明；在示例性附图中:
图1以从侧面斜向观察的分解图示出了根据本发明的光学组件的示例性实施例，
图2更详细地示出了根据图1的光子组件的部件，
图3以从侧面斜向观察的三维视图更详细地示出了根据图1的光子组件的支撑元件，
图4以截面图示出了根据图1的光子组件的插头和插座，其中图4示出了插头到插座中的***期间的状态，
图5示出了在插头完全***插座之后的根据图4的插头和插座；以及
图6更详细地示出了根据图1的光子组件的光子集成芯片的有利实施例的示例性实施例。
具体实施例
在附图中，为了便于理解，相同的附图标记总是用于相同或相当的组件。
图1以从侧面斜向观察的分解图显示了光子组件10的示例性实施例。图2更详细地示出了根据图1的光子组件10的部件。下文将共同参考图1和2。
光子组件10包括第一芯片，其是光子集成芯片1。第二芯片2与光子集成芯片1相邻，而第二芯片2又在其背离光子集成芯片1的一侧与第三芯片(下文中称为中间芯片3)相邻。
第四芯片4与第五芯片邻接，第五芯片形成光子组件10的光纤安装件5。
为了第二芯片、第三芯片、第四芯片和第五芯片相对于彼此的相对安装，它们设置有通孔21，引导销40(优选为金属销)可以***各个通孔21中。
为了利用引导销40也能够相对于光子集成芯片1进行相对对准，光子集成芯片1优选地设置有对准的定位孔，优选地为盲孔的形式，引导销40可以接合到所述定位孔中。
在根据图1和2的实施例中，第四芯片4、第五芯片(光纤安装件5)和引导销40优选形成呈插头50形式的预加工单元。
光子集成芯片1、第二芯片2和中间芯片3优选地形成预加工的插座60，插头50可以用其引导销40***插座60中。在这种情况下，引导销40***芯片2和3中的通孔21以及光子集成芯片1中的定位孔中。
光纤安装件5用于安装光纤30，光纤30优选为单模光纤。
如果插头50被***插座60，则第三芯片或中间芯片3和第四芯片4直接彼此搁靠，使得芯片2、3和4形成芯片堆叠20，芯片堆叠的芯片彼此搁靠。芯片堆叠20在外部由光子集成芯片1和光纤安装件5界定。
插座60的光子集成芯片1优选地在背离芯片堆叠20的外侧配备有触点，这使得芯片能够连接到印刷电路板70。
印刷电路板70优选安装在电载板90上。印刷电路板70优选地具有适于球栅阵列焊接结合的触点，以用于安装在电载板90上。触点位于印刷电路板70的背离光子集成芯片1的下侧71。
图1另外示出了放置在印刷电路板70上的支撑元件80。支撑元件80优选由灌封化合物形成，并且优选具有两种功能：一种功能是支撑光纤30或支撑板条81，支撑板条81被设置用于将光纤30保持在光纤安装件5(例如，呈第六芯片的形式)上。为此，支撑元件80优选具有合适的凹槽82。支撑元件80的两个功能中的另一功能是，如果插头50要***到插座60中，则实现插头50相对于插座60的预对准。为此目的，支撑元件80形成为环形。
支撑元件80在图3中更清楚地示出。可以看出，由支撑元件80形成的环的内壁83包括上部区域83a，该上部区域83a呈漏斗形状渐缩，从而在插头50的***期间实现插头相对于支撑元件80的内部区域和位于其中的插座60的相对对准。
在下部区域83b中，内壁83侧向地抵接位于其中的插座60(参见图1和2)。在下部区域83b中，支撑元件80的内壁83优选垂直竖立在印刷电路板70的位于其下方的表面平面上。
图1另外示出了承载环100，在其上布置有支撑元件80的电载板90被***到承载环100的内环区域中。承载环100例如用于支撑散热器(图中未示出)，散热器(heat sink)对印刷电路板70和电载板90进行冷却或“去热”。
支撑元件80优选通过对插座60与承载环100的内边缘之间的内环区域进行灌封而形成。内壁83的上部区域83a可以例如通过形成支撑元件80的灌封化合物的脱模斜面形成。
图4更详细地示出了根据图1和2的插头50和插座60。
从图4中可以看出，插头50由引导销40、第四芯片4和位于其上方的第五芯片(光纤安装件5)形成。根据图2，光纤30连接到插头50，在根据图4的截面图中，其中只有一根光纤是可见的。可以看出，光纤30位于V形凹槽51中，该凹槽被蚀刻到光纤安装件5的硅材料中。
为了偏转从光纤30解耦的或被耦合到光纤30中的辐射，光纤安装件5包括用于光纤30中的各光纤的相应的相关联的偏转反射镜52，该偏转反射镜由各向异性地蚀刻到第五芯片或光纤安装件5的硅材料中的反射镜面形成。
此外，在图4中可以看到下文中称为第一透镜200的透镜，其被引入到(优选被蚀刻到)与光纤安装件5相邻的第四芯片4的外面4a中。除了第一透镜200之外，还可以将另外的第一透镜引入到(特别是蚀刻到)外面4a中，例如用于进入或射出图1和图2所示的光纤中的另一光纤的辐射。
第一透镜200与第二透镜210协作，第二透镜210被引入到(特别是蚀刻到)与光子集成芯片1相邻的第二芯片2的外面2a上。除了
第二透镜210之外，还可以将另外的第二透镜引入到(特别是蚀刻到)外面2a上，例如用于进入或射出图1和2所示的光纤中的另一光纤的辐射。
第一透镜200和第二透镜210优选彼此直接相对，并且优选形成共用光束路径SW；辐射优选地在光束路径SW上在两个透镜200和210之间形成准直光束。透镜200和210优选为会聚透镜。
此外，在图4中可以更详细地看到光子集成芯片1的结构。光子集成芯片1包括基板300，优选为硅基板，在图4中，该基板的基板后侧301与位于其上方的第二芯片2邻接。在第二透镜210的区域中，基板300设置有从基板后侧301延伸直到隔离层311的盲孔310，隔离层311施加到基板300的基板前侧302。隔离层311优选为SiO2材料。
波导材料层320优选由硅制成，且位于隔离层311的背离盲孔310的一侧。借助于偏转单元(图4中未更详细示出)在基板300的方向上从波导材料层320解耦的辐射穿过盲孔310，并且借助于第二透镜210在第一透镜200的方向上被引导。第一透镜200将辐射S引导到偏转反射镜52上，偏转反射镜52将辐射S耦合到光纤30中。
光纤30的辐射以相应的方式经由偏转反射镜、第一透镜200、第二透镜210、盲孔310和偏转单元到达波导材料层320。
图4还更详细地示出了插座60的结构。可以看出，第二芯片2和第三芯片(中间芯片3)各自设置有通孔21，引导销40的倒角销端41可以在光子集成芯片1的基板300的方向上被推动穿过通孔21。
光子集成芯片1的基板300优选地包括呈盲孔310形式的定位孔22，引导销40的倒角销端41可以***这些孔中的各孔内，以确保插头50不仅相对于第二芯片和第三芯片对准，而且相对于光子集成芯片1对准。倒角销端41便于引导销40的***，并且便于引导销40到通孔21和/或定位孔22中的对中。
图5示出了在插头50已经通过其引导销40完全***插座60之后的根据图4的插头50和插座60。这可以从引导销40的销端41已经到达光子集成芯片的基板300中的相应的定位孔22中看出。
在插头50和插座60插在一起之后，芯片2至4形成根据图2的芯片堆叠20。
第四芯片4和第五芯片(光纤安装件5)优选地以没有粘合剂和/或焊料的方式彼此连接，以形成插头50，特别是通过范德华结合或热熔结合。
光子集成芯片1、第二芯片2和第三芯片(中间芯片3)优选地也以没有粘合剂和/或焊料的方式彼此连接，以形成插座60，特别是通过范德华结合或热熔结合。
插头50的外侧优选是平面的，并且使用抗反射涂层涂覆，在根据图1至4的示例性实施例中，该外侧由面向插座60的第四芯片4的外面形成。以相应的方式，如果面向第四芯片的第三芯片(中间芯片3)的外侧也是平面的并且使用抗反射涂层涂覆，则是有利的。
图6更详细示出了已经结合图4解释的光子集成芯片1的结构。可以看到基板300、隔离层311和波导材料320，它们已经结合图4进行了解释。此外，在图6中可以看到中间层330，其被施加到波导材料层320的背离盲孔310的一侧。
中间层330具有厚度H，并将波导材料层320与反射镜层340(例如，金属层)分开，反射镜层340布置在中间层330的背离盲孔310的一侧。
图6另外示出了耦合器350，其形成在波导材料层320中，或者连接到形成在波导材料层320中的光波导360。
耦合器350和反射镜层340形成偏转单元370，偏转单元370可以在盲孔310的方向和/或第二透镜210的方向上偏转来自波导360的辐射。以相应的方式，偏转单元370可以将来自第二透镜210和/或盲孔310的辐射耦合到波导材料层320和/或光波导360中。如图6中箭头所示，在盲孔310和/或波导材料层320的方向上的耦合和解耦部分地直接发生，并且部分地经由反射镜层340间接发生。
在线路后端380中，即，在光子集成芯片1的上侧上的另外的层中，可以集成有另外的反射镜层和/或金属层，以形成偏转单元370和/或用于其他目的。
结合图1至图6解释的实施例变型可以包括作为上述特征的替代或附加的要点列出的个别的、多个或所有以下特征:
-透镜参数优选设计用于单模光束引导。
-中间芯片3优选具有500-1000μm的厚度。
-有一个由硅或任意其他材料制成的机械覆盖物(例如，呈支撑板条81的形式)，用于通过覆盖光纤(无护套的丙烯酸酯)进行保护并且用于固定光纤布置。
-芯片4-6、光纤布置和金属销彼此固定连接，并以芯片堆叠的下部(芯片1-3)作为配对部件形成可插拔连接，该可插拔连接也固定连接在一起并焊接到PCB(印刷电路板70)。
-在光子集成芯片1(EPIC芯片)中有光栅耦合器，在线路后端380中有金属反射镜(反射镜层340)，以用于经由芯片下侧的解耦。
-在EPIC芯片1的下侧，通过所谓的局部背面蚀刻(LBE)蚀刻除去区域，直到光栅耦合器位于其中或其上方的BOX(隔离层311)，优选具有120×45μm2的尺寸。
-光辐射竖直或几乎竖直地从EPIC芯片中射出。角度范围为0°-20°，优选地为19.5°。
-开口位于EPIC芯片的下侧，其通过所谓的局部背面蚀刻而产生，以作为用于引导销40(金属销)的固定点。引导销40优选具有400-500μm的直径
-从EPIC芯片1射出的光束非对中地入射到硅芯片2中的相对的透镜210上，使得光束在透镜210之后被准直，并且竖直向上行进直到另一个硅芯片4中的透镜200。透镜200将光束聚焦在光纤端面上，并以与透镜200相同的角度将其再次偏转，使得光束在被各向异性地蚀刻的刻面中的一个(偏转反射镜52)偏转后，与位于相关联的V形凹槽51中的光纤30平行地行进。
-硅芯片2和4中的透镜200和210具有相同的透镜参数。
-芯片2和4是同样的。
-硅芯片2和4中的透镜200和210在芯片的平面中沿光纤轴线相对于彼此偏移。与上述特征一起，因此可以在透镜210下方和透镜200上方实现不同的角度。
-在芯片(例如硅芯片)中的至少一个中，透镜200和210是非球面的。
-在芯片(例如，硅芯片)中的至少一个中，透镜200和210是椭圆形的。
-在芯片(例如，硅芯片)中的至少一个中，透镜200和210使用抗反射涂层涂覆。
-芯片3的上侧和芯片4的下侧使用抗反射涂层涂覆。
-芯片1-3和4-5通过范德华结合或热熔结合彼此连接，由此确保最佳热传导，并且透射光束不会经历菲涅耳损耗。
-EPIC芯片1在上侧包括用于倒装芯片连接的触点。
-EPIC芯片1在PCB(印刷电路板70)上使用倒装芯片方法结合并电连接。由于EPIC芯片1的上侧和下侧上的电触点和光学触点的分离，与其中在芯片上侧上也执行光学接触的变型相比，在EPIC芯片下侧上有更多的空间用于EPIC芯片1与硅芯片堆叠20的连接。由于支撑表面的扩大，芯片堆叠20的机械稳定性得到增强。
-PCB还被用作用于支撑元件80的载体，支撑元件80优选为灌封化合物(传递模具)的形式，其与光纤布置一起机械地稳定芯片堆叠(见图1和2)，由此实现更小的变形，从而实现更稳固的光学耦合。
-PCB在下侧上包括用于BGA焊接结合的触点(见图2)。
-为了进一步降低热效应，操作中产生的热量必须消散。这优选经由与包括V形凹槽的硅芯片的上侧相连的散热器进行。
-散热器被螺旋连接到紧固在PCB上的框架(承载环100)中，以用于固定。
-代替散热器，也可以仅使用由金属制成的紧固板来固定光纤布置。
-至少一个激光芯片连接到EPIC芯片1的上侧，该激光芯片的辐射耦合到EPIC芯片1中的波导中。
-来自激光芯片的激光辐射到EPIC芯片的上侧的耦合竖直或几乎竖直地经由光栅耦合器发生。角度范围为0°-20°，优选地为19.5°。
-PCB包括至少一个凹陷，附连到EPIC上侧的激光器被陷入到该至少一个凹陷中。
-光束引导是竖直的和/或准直的。
-透镜200和210水平地偏移。
-基板300的厚度在180-400μm的范围内。
-形成支撑元件80的灌封化合物能够实现机械稳定性并有助于插头60的手动***，因为插头60能够在引导销40确保亚微米精度的对准之前沿着灌封化合物的脱模斜面(上部区域83a)滑动。
-芯片3的厚度优选地至少为500μm，使得插头触点保留用于销40的足够深度，使得使用者易于感知插塞过程。

Claims (45)

1.一种光子组件(10)，所述光子组件(10)具有光子集成芯片(1)和机械连接到所述光子集成芯片(1)的光纤安装件(5)，其中所述光纤安装件(5)包括:
-至少一个凹槽(51)，在所述至少一个凹槽(51)中***光纤(30)，和
-至少一个反射镜面(52)，所述至少一个反射镜面在所述光子集成芯片(1)的方向上反射所述光纤(30)的辐射，并且/或者在所述光纤(30)的方向上反射所述光子集成芯片(1)的辐射，
其特征在于
-在所述光子集成芯片(1)与所述光纤安装件(5)之间布置有芯片堆叠(20)，所述芯片堆叠(20)具有至少两个芯片，其中第一芯片邻接所述光纤安装件(5)，第二芯片邻接所述光子集成芯片(1)，
-所述芯片堆叠(20)设置有至少两个通孔(21)，并且
-一个引导销(40)被引导穿过所述芯片堆叠(20)的所述至少两个通孔(21)中的各个通孔，所述引导销延伸到所述光纤安装件(5)中的相关联的定位孔中，并且在所述光子集成芯片(1)的方向上延伸，并且至少将所述芯片堆叠(20)与所述光纤安装件(5)相对于彼此定位，
-所述光纤安装件(5)、与所述光纤安装件(5)邻接的所述芯片堆叠(20)的第一芯片(4)和所述引导销(40)彼此固定连接，并且共同形成插头(50)，并且
-所述光子集成芯片(1)和与所述光子集成芯片(1)邻接的所述第二芯片(2)彼此固定连接，并且形成插座(60)，并且
-所述插头(50)的引导销(40)***所述插座(60)中。
2.根据权利要求1所述的组件，
其特征在于
所述光纤(30)是单模光纤。
3.根据权利要求1所述的组件，
其特征在于
所述插座(60)是插口。
4.根据权利要求1所述的组件，
其特征在于
-一个引导销(40)被引导穿过所述芯片堆叠(20)的所述至少两个通孔(21)中的各个通孔，所述引导销延伸到所述光纤安装件(5)中的相关联的定位孔和所述光子集成芯片(1)中的相关联的定位孔(22)中，并且使所述光子集成芯片(1)、所述芯片堆叠(20)和所述光纤安装件(5)相对于彼此定位。
5.根据前述权利要求中任一项所述的组件，
其特征在于
所述芯片堆叠(20)的所述通孔(21)和所述相关联的定位孔(22)对准。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
-所述光纤安装件(5)中的所述定位孔是通孔(21)，并且/或者
-所述光子集成芯片(1)中的所述定位孔是盲孔。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
-所述芯片堆叠(20)中的与所述光纤安装件(5)邻接的第一芯片在其面向所述光纤安装件(5)的芯片侧设置有至少一个透镜，以下称为所述芯片堆叠(20)的第一透镜(200)，
-所述芯片堆叠(20)中的与所述光子集成芯片(1)邻接的第二芯片在其面向所述光子集成芯片(1)的芯片侧也设置有至少一个透镜，以下称为所述芯片堆叠(20)的第二透镜(210)，并且
-所述第一透镜(200)和所述第二透镜(210)界定穿过所述芯片堆叠(20)的共用光束路径(SW)。
8.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)和所述第二透镜(210)彼此相对。
9.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)的透镜表面与所述光纤(30)之间的光路长度和所述第二透镜(210)的透镜表面与所述光子集成芯片(1)的耦合器(350)之间的光路长度之间的偏差小于5％，并且/或者小于由所述第一透镜(200)聚焦的光束的瑞利长度的两倍。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述芯片堆叠(20)中的芯片、所述光子集成芯片(1)和所述光纤安装件(5)是硅芯片。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述芯片堆叠(20)包括至少一个中间芯片(3)，所述至少一个中间芯片布置在所述芯片堆叠(20)的两个外部芯片之间，并且也包括用于所述引导销(40)的至少两个相关联的通孔(21)。
12.根据权利要求11所述的组件，
其特征在于
所述一个或多个中间芯片(3)形成所述插头(50)或所述插座(60)的一部分。
13.根据权利要求11所述的组件，
其特征在于
-搁靠在所述插座(60)上的所述插头(50)的插头面是平面的，其中所述插头面由与所述光纤安装件(5)邻接的所述第一芯片(4)的或者所述中间芯片(3)或所述中间芯片(3)之一的面向所述插座(60)的表面形成，并且
-搁靠在所述插头(50)上的所述插座(60)的面是平面的，其中该面由与所述光子集成芯片(1)邻接的所述第二芯片(2)的或者所述中间芯片(3)或所述中间芯片(3)之一的面向所述插头(50)的表面形成。
14.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
-彼此搁靠的所述芯片堆叠(20)的芯片(2-4)的内面是平面的，并且
-所述第一透镜(200)和所述第二透镜(210)被引入到在所述芯片堆叠(20)的外侧上的表面中。
15.根据权利要求14所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)和所述第二透镜(210)被蚀刻到在所述芯片堆叠(20)的外侧上的表面中。
16.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)和第二透镜(210)具有相同的焦距。
17.根据权利要求16所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)和第二透镜(210)是同样的透镜。
18.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
-所述芯片堆叠(20)的所述第一透镜(200)被设计成，使得来自所述光纤安装件(5)的辐射被作为准直光束引导至所述第二透镜(210)，并且
-所述芯片堆叠(20)的所述第二透镜(210)被设计成，使得来自所述光子集成芯片(1)的辐射被作为准直光束引导到所述芯片堆叠(20)的所述第一透镜(200)。
19.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)与所述第二透镜(210)之间的光束路径(SW)相对于所述芯片堆叠(20)的芯片(2-4)之间的平面边界表面垂直延伸。
20.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述光子集成芯片(1)包括:
-基板(300)，所述基板的基板基础材料是半导体材料，
-集成光波导(360)，所述集成光波导被集成到位于所述基板(300)上的芯片的至少一个波导材料层(320)中，
-偏转单元(370)，和
-盲孔(310)，所述盲孔从基板后侧(301)延伸直到将所述基板(300)与所述波导材料层(320)分隔开的隔离层(311)，
Figure FDA0003464409830000051
其中所述偏转单元(370)将所述波导(360)的辐射(S)在盲孔(310)和基板后侧(301)的方向上偏转出所述波导材料(320)的平面，并且将来自所述芯片堆叠(20)并已经穿过所述盲孔(310)和所述隔离层(311)的辐射(S)偏转到所述波导材料层(320)的平面中。
21.根据权利要求20所述的组件，
其特征在于
所述半导体材料是硅。
22.根据权利要求20所述的组件，
其特征在于
-所述偏转单元(370)包括：耦合器(350)，所述耦合器(350)形成在所述光波导(360)中或者连接到所述光波导(360)；和反射镜层(340)，所述反射镜层(340)直接位于所述波导材料层(320)的背离所述盲孔(310)的一侧上，直接位于搁靠在所述波导材料层(320)的背离所述盲孔(310)的一侧上的中间层上，或者直接位于搁靠在所述波导材料层(320)的背离所述盲孔(310)的一侧上的中间层堆叠上，
-所述耦合器(350)将所述波导(360)的辐射(S)完全或至少部分地在所述反射镜层(340)的方向上部分地偏转到所述波导材料层(320)的平面之外，并且
-所述反射镜层(340)、所述盲孔(310)和所述耦合器(350)被布置和设计成，使得在朝向所述反射镜层(340)的方向上偏转的所述辐射(S)中的一部分被所述反射镜层(340)在所述盲孔(310)的方向上反射。
23.根据权利要求20所述的组件，
其特征在于
在所述光子集成芯片(1)中的所述定位孔(22)是盲孔。
24.根据权利要求23所述的组件，
其特征在于
所述定位孔(22)是从所述基板后侧(301)延伸直到将所述基板(300)与所述波导材料层(320)分隔开的隔离层(311)的盲孔。
25.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述引导销(40)每个包括倒角销端。
26.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述组件包括支撑元件(80)，所述光纤(30)和/或附连到所述光纤(30)的支撑板条(81)搁靠在所述支撑元件上。
27.根据权利要求26所述的组件，
其特征在于
所述支撑元件(80)是灌封元件的形式。
28.根据权利要求26所述的组件，
其特征在于
-所述支撑元件(80)形成环，并且
-所述环的内壁(83)在所述插头(50)所***的上部区域(83a)中以漏斗形状渐缩，并在所述插头(50)的***期间实现所述插头(50)相对于所述插座(60)的预对准，而在所述插座(60)所在的下部区域(83b)中侧向地抵接所述插座(60)，并且/或者
-所述支撑元件(80)包括凹槽(82)，并且所述光纤(30)或附连到所述光纤(30)的所述支撑板条(81)搁靠在所述支撑元件(80)上的所述凹槽(82)中。
29.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述光纤安装件(5)中的所述凹槽(51)是在硅中各向异性地蚀刻的V形凹槽(51)，并且与所述光纤(30)相关联的偏转反射镜(52)通过各向异性地蚀刻在所述硅中的面而形成在所述光纤安装件(5)中。
30.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)与第二透镜(210)之间的光束路径(SW)不是对中地入射在所述第一透镜(200)和/或第二透镜(210)上，而是相对于相应的透镜中心偏移。
31.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)与所述第二透镜(210)之间的光束路径(SW)相对于所述第一透镜和所述第二透镜的偏心度在所述第一透镜(200)中不同于在所述第二透镜(210)中。
32.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)和/或所述第二透镜(210)是非球面的。
33.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)和/或所述第二透镜(210)是椭圆形的。
34.根据权利要求7所述的组件，
其特征在于
所述第一透镜(200)和/或所述第二透镜(210)用抗反射涂层涂覆。
35.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述芯片堆叠(20)的芯片的彼此直接搁靠的至少两个面用抗反射涂层涂覆。
36.根据权利要求35所述的组件，
其特征在于
所述插头(50)的外侧和所述插座(60)的外侧用抗反射涂层涂覆。
37.根据权利要求1-4中任一项所述的组件，
其特征在于
所述插头(50)的芯片、所述插座(60)的芯片和/或所述芯片堆叠(20)的所有芯片以没有粘合剂和/或焊料的方式彼此连接。
38.根据权利要求37所述的组件，
其特征在于
所述插头(50)的芯片、所述插座(60)的芯片和/或所述芯片堆叠(20)的所有芯片通过范德华结合(CSP)或热熔结合(WLP)彼此连接。
39.根据权利要求26所述的组件，
其特征在于
-所述光子集成芯片(1)在背离所述芯片堆叠(20)的外侧上包括用于倒装芯片连接的触点，并且
-所述光子集成芯片(1)结合在印刷电路板(70)上，并且使用倒装芯片方法电连接到所述印刷电路板(70)。
40.根据权利要求39所述的组件，
其特征在于
所述印刷电路板(70)形成用于所述支撑元件(80)的载体。
41.根据权利要求39所述的组件，
其特征在于
所述印刷电路板(70)在其背离所述支撑元件(80)的下侧上包括用于BGA焊接结合的触点。
42.一种用于根据前述权利要求中任一项所述的组件的光学插头(50)，
其特征在于
-所述插头(50)包括光纤安装件(5)、与所述光纤安装件(5)邻接的第一芯片(4)和至少两个引导销(40)，
-所述光纤安装件(5)、与所述光纤安装件(5)邻接的所述第一芯片(4)和所述引导销(40)彼此固定连接，并且
-所述引导销(40)贯穿穿过与所述光纤安装件(5)邻接的所述第一芯片(4)的通孔(21)，并且/或者延伸穿过它们，所述插头(50)的外插头面由与所述光纤安装件(5)邻接的所述第一芯片(4)的表面形成，或者由与所述第一芯片(4)直接连接或经由一个或多个另外的芯片与所述第一芯片(4)间接连接的外部芯片的表面形成，并且是平面的，
-所述引导销(40)垂直伸出与所述光纤安装件(5)邻接的所述第一芯片的所述表面，或者在另外的芯片的情况下垂直伸出所述外部芯片的所述表面，并且
-与所述光纤安装件(5)邻接的所述第一芯片(4)在其面向所述光纤安装件(5)的芯片侧上设置有至少一个透镜(200)。
43.一种用于根据权利要求1-41中任一项所述的组件的光学插座(60)，
其特征在于
-所述插座(60)包括光子集成芯片(1)和与所述光子集成芯片(1)邻接的至少一个第二芯片(2)，
-所述光子集成芯片(1)和所述第二芯片(2)彼此固定连接，
-所述第二芯片(2)中的通孔(21)和所述光子集成芯片(1)中的定位孔(22)成对对准，
-所述插座(60)的外面由所述第二芯片(2)的表面形成，或者由与所述第二芯片(2)直接连接或经由一个或多个另外的芯片(3)与所述第二芯片(2)间接连接的外部芯片的表面形成，并且是平面的，并且
-所述第二芯片(2)在其面向所述光子集成芯片(1)的芯片侧上设置有至少一个透镜(220)。
44.一种用于制造光子组件(10)的方法，所述光子组件具有光子集成芯片(1)和机械连接到所述光子集成芯片(1)的光纤安装件(5)，其中所述光纤安装件(5)包括：至少一个凹槽(51)，在所述至少一个凹槽(51)中***光纤(30)；和至少一个反射镜面(52)，所述反射镜面在所述光子集成芯片(1)的方向上反射所述光纤(30)的辐射(S)，并且/或者在所述光纤(30)的方向上反射所述光子集成芯片(1)的辐射(S)
其特征在于
根据权利要求42所述的插头(50)被***根据权利要求43所述的插座(60)内。
45.根据权利要求44所述的方法，
其特征在于
所述光纤(30)是单模光纤。
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