CN210323477U - 光耦合结构 - Google Patents
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Abstract
一种光耦合结构，包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板并包括背面、侧面以及波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并通过第一黏胶黏固于所述侧面，所述第一黏胶由折射率匹配液所构成，所述连接块包括承靠于所述光纤一侧的承靠面和放置于所述背面的底面，所述承靠面和所述底面分别通过第二黏胶黏固于所述光纤和所述背面。上述光耦合结构通过连接块的设计，能降低结构设计的复杂度以及制造成本，并能提高耦合过程中光纤的可调节性；通过芯片、光纤以及连接块之间的连接关系，能提升光纤与芯片耦合的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种光耦合结构，特别是涉及一种耦合光纤与芯片的光耦合结构。
背景技术
现有耦合光纤与芯片的方法中，是先将光纤组装固定在承载块上，随后通过夹具夹持承载块，并通过调节架调节承载块的位置，使光纤的纤芯端面对准芯片的波导，最后再将承载块固定在承载芯片的基板上，从而实现将外部的光信号通过光纤传入芯片中而后转换为电信号。
前述先将光纤固定在承载块上的方式，造成后续要通过承载块来调整光纤的位置。由于承载块最后要固定在基板上，且承载块固定在基板上的位置及角度都有一定的限制，因此，调节架通过承载块来调节光纤位置及角度的调节性会受到局限。如此一来，会造成光纤的纤芯端面无法精准地对齐于芯片的波导，进而降低了光纤的耦合效率。所以，现有耦合方法只能耦合单模光纤，而不适于耦合多模光纤。
此外，承载块需要通过机械加工形成V型槽或通孔来供光纤穿设，造成承载块结构复杂且制造成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够克服背景技术的至少一个缺点的光耦合结构。
本实用新型的目的及解决背景技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本实用新型提出的光耦合结构，包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板并包括背面、侧面以及形成于所述侧面的波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并通过第一黏胶黏固于所述侧面，所述第一黏胶由折射率匹配液构成，所述连接块包括承靠于所述光纤一侧的承靠面以及放置于所述背面的底面，所述承靠面和所述底面分别通过第二黏胶黏固于所述光纤和所述背面，所述连接块间隔地位于所述基板的上方，且所述第二黏胶与所述第一黏胶相间隔。
本实用新型的光耦合结构，所述承靠面为侧直立面。
本实用新型的光耦合结构，所述连接块还包括第一块体，所述第一块体具有所述承靠面并与所述侧面之间限定出供所述第一黏胶的一部分容置的开槽，黏固于所述承靠面与所述光纤之间的所述第二黏胶通过所述开槽与所述第一黏胶相间隔且沿所述光纤的长度方向黏固所述光纤。
本实用新型的光耦合结构，所述第一块体呈横卧L型并具有前端面、相反于所述前端面的后端面以及连接于所述前端面的顶端的下表面，所述侧面与所述前端面沿前后方向相间隔，所述侧面、所述前端面以及所述下表面共同限定出所述开槽，所述第二黏胶从所述前端面延伸至所述后端面。
本实用新型的光耦合结构，所述连接块还包括第二块体，所述第二块体一体地连接于所述第一块体的前端并具有所述底面。
本实用新型的光耦合结构，所述连接块呈横卧L型，所述第二块体沿前后方向所取的长度大于所述第一块体沿所述前后方向所取的长度，所述第二块体沿垂直于所述前后方向的左右方向所取的宽度大于所述第一块体沿所述左右方向所取的宽度。
本实用新型的光耦合结构，所述连接块为一体式单一构件。
本实用新型的目的及解决背景技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本实用新型提出的光耦合结构，包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板并包括背面、侧面以及形成于所述侧面的波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并黏固于所述侧面，所述连接块包括承靠于所述光纤一侧的承靠面以及放置于所述背面的底面，所述承靠面和所述底面分别黏固于所述光纤和所述背面。
本实用新型的目的及解决背景技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本实用新型提出的光耦合结构，包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板并包括背面、侧面以及形成于所述侧面的波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并黏固于所述侧面，所述连接块包括沿所述光纤的长度方向黏固于所述光纤的第一块体以及与所述第一块体连接而承靠并固定于所述背面的第二块体。
本实用新型的目的及解决背景技术问题是采用以下技术方案来实现的，依据本实用新型提出的光耦合结构，包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板的上表面并包括波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并黏固于所述芯片，所述连接块包括沿所述光纤的长度方向黏固于所述光纤的第一块体以及与所述第一块体连接而承靠并固定于所述芯片的上表面的第二块体。
本实用新型的有益效果在于：通过连接块的设计，能降低结构设计的复杂度以及制造成本，并能提高耦合过程中光纤的可调节性；通过芯片、光纤以及连接块之间的连接关系，能提升光纤与芯片耦合的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型光耦合结构的一种实施方式的立体图；
图2是图1的立体分解图，说明了基板、芯片、光纤以及连接块之间的组装关系；
图3是图2中芯片的另一视角的立体图；
图4是图2中光纤的局部放大图；
图5是图2中连接块的另一视角的立体图；
图6是图1的不完整侧视图，说明了芯片通过倒晶封装方式封装于基板；
图7是图1的不完整立体图，说明光纤进行对准步骤；
图8是图1的局部放大图，说明光纤的端面精确地对准于芯片的波导；
图9是图1的不完整侧视图，说明连接块放置于芯片的背面，并且承靠于光纤的一侧；
图10是图1的不完整俯视图，说明连接块承靠于光纤的一侧且放置于芯片的背面；以及
图11是图1的不完整侧视图，说明第一黏胶黏固于芯片与光纤之间，第二黏胶黏固于连接块与芯片之间以及连接块与光纤之间。
具体实施方式
下面结合附图及实施方式对本实用新型进行详细说明。
参阅图1，是本实用新型光耦合结构100的一种实施方式，光耦合结构100包括基板1、芯片2、光纤3以及连接块4。
参阅图1和图2，基板1的顶端呈台阶状结构并包括第一上表面11、第二上表面12、侧连接面13以及多个金属垫14。第一上表面11沿上下方向Z的高度高于第二上表面12沿上下方向Z的高度，第一上表面11与第二上表面12沿垂直于上下方向Z的前后方向X排列。侧连接面13连接于第一上表面11与第二上表面12之间。多个金属垫14设置于第一上表面11且彼此相间隔地排列成一圈。此外，本实施方式中基板1采用的是低温共烧陶瓷(LowTemperature Co-fired Ceramic，LTCC)材料，但不以此为限。
参阅图2和图3，芯片2为硅光芯片并能通过倒晶封装(Flip Chip)方式封装于基板1的金属垫14。芯片2包括正面21、背面22、侧面23、波导24、多个金属垫25以及多个焊球26。侧面23连接于正面21与背面22之间。波导24形成在侧面23与正面21的交界处。多个金属垫25设置于正面21且彼此相间隔地排列成一圈。各焊球26设置于对应的金属垫25，用以焊接于基板1的对应金属垫14。
参阅图2和图4，本实施方式的光纤3为呈圆柱形的单模光纤，其包括纤芯31、包覆层32以及保护层33。纤芯31用以传导光信号并具有位于前端的端面311，端面311用以对准波导24(如图3所示)。包覆层32包覆住纤芯31并具有与端面311齐平的端面321。保护层33包覆住包覆层32的一部分而使包覆层32的前段露出，保护层33的材质例如为树脂。
参阅图2和图5，连接块4为一体式单一构件，其呈横卧L型并包括第一块体41和第二块体42。第一块体41呈横卧L型并具有承靠面411、第一底面412、前端面413以及下表面414。承靠面411为侧直立面并具有下立面部415和位于下立面部415上方的上立面部416。下立面部415用以承靠于光纤3的包覆层32一侧。第一底面412垂直地连接于下立面部415的底端。前端面413为垂直地连接于下立面部415的前端和第一底面412的前端的直立面。下表面414垂直地连接于上立面部416的底端和前端面413的顶端，下表面414沿上下方向Z的高度高于第一底面412的高度。
第二块体42一体地连接于第一块体41的前端并凸伸出承靠面411，第二块体42呈长条形且其长向沿前后方向X延伸并具有第二底面421，第二底面421与下表面414共平面用以黏固于芯片2的背面22。
在本实施方式中，第二块体42沿前后方向X所取的长度L2大于第一块体41沿前后方向X所取的长度L1，第二块体42沿垂直于前后方向X的左右方向Y所取的宽度W2大于第一块体41沿左右方向Y所取的宽度W1。借此，使得第二块体42的第二底面421的面积能够设计得较大，以提升黏固在芯片2的背面22的稳固性。此外，第一块体41的体积能缩减，以降低连接块4整体的重量，从而能减少连接块4施加于芯片2的负载。
以下针对本实施方式的光耦合结构100的耦合封装方法进行说明：
所述耦合封装方法包括倒晶封装步骤、对准步骤、连接块安装步骤、填充步骤以及固化步骤。
参阅图2和图6，在倒晶封装步骤中，先将芯片2的正面21朝向下方并对齐于多个金属垫14所围绕的区域，随后将芯片2放置于基板1上，使各焊球26接触对应的金属垫14。接着，通过热压或回流的方式，使各焊球26熔解并固化于对应的金属垫14上。借此，芯片2便能固定并电连接于基板1，且两者共同构成半成品。其中，芯片2的侧面23凸伸出侧连接面13一段适当距离。
参阅图7、图8以及图9，在对准步骤中，将前述半成品安装定位在治具上(图未示)，并对基板1通电。将光纤3安装于光纤夹具(图未示)，使光纤夹具夹持光纤3。六维调节架(图未示)与光纤夹具连接并能通过光纤夹具对光纤3进行位置及角度的调节，使光纤3能够沿前后方向X、左右方向Y以及上下方向Z自由地平移，并绕前述三个方向自由地转动。
前述半成品的光电转化效率是用来判定光纤3的端面311是否与芯片2的波导24精确地对准的判定基准。通过监控装置(图未示)监控前述半成品的光电转化效率，使得操作人员能够依据光电转化效率的数值来通过六维调节架调节光纤3的位置及角度。当光电转化效率的数值到达最大值时，即表示光纤3调节至最适合的位置及角度，且端面311精确地对准于芯片2的波导24。此时，芯片2的波导24和侧面23分别沿前后方向X与光纤3的端面311、321相间隔一段距离。
参阅图9和图10，在连接块安装步骤中，将连接块4的第二块体42的第二底面421放置于芯片2的背面22并与其接触，并使第一块体41的承靠面411的下立面部415承靠于光纤3的包覆层32的一侧。其中如图9所示，第二块体42所承靠的背面22为芯片2的上表面。借由承靠面411为侧直立面的设计，能便于操作人员检视下立面部415是否有确实承靠于包覆层32一侧。连接块4安装完后，第一块体41的下表面414的一部分位于背面22上，芯片2的侧面23与第一块体41的前端面413沿前后方向X相间隔，且下表面414、前端面413以及侧面23共同限定出开槽43，开槽43位于光纤3的端面311、321一侧。第一块体41的第一底面412间隔位于基板1的第二上表面12上方且不与其接触。由于前述半成品稳固地安装定位于治具内，而光纤3被光纤夹具稳固地夹持，因此，在连接块4放置于芯片2且承靠于光纤3的过程中不会对芯片2及光纤3的位置造成影响。
参阅图1和图11，在填充步骤中，将液态的第一黏胶5填充在光纤3的端面311与波导24之间的间隙内，并使第一黏胶5包覆住包覆层32邻近端面321的外周围、包覆层32的端面321、纤芯31的端面311、芯片2的正面21与侧面23的一部分以及波导24。通过开槽43的设计，利于操作人员填充第一黏胶5的操作，使第一黏胶5能够完整地包覆住包覆层32外周围且部分容置于开槽43内。在本实施方式中，第一黏胶5是由折射率匹配液(RefractiveIndex Liquids)所构成，通过第一黏胶5填充在纤芯31的端面311与波导24之间的间隙内，使得纤芯31的端面311所输出的光信号能够顺利地通过第一黏胶5输入至波导24内，借此，能降低光在端面311处的反射与折射，以减少菲涅尔反射所引起的损耗。
另一方面，例如先将液态的第二黏胶6填充在第一块体41的承靠面411的下立面部415与光纤3的包覆层32之间，液态的第二黏胶6会渗流入下立面部415与包覆层32之间的间隙内进而包覆住包覆层32的一部分。连接块4与芯片2之间的开槽43还起到了阻隔的作用，使得第二黏胶6通过开槽43与第一黏胶5相间隔，以防止液态的第二黏胶6溢流至第一黏胶5处而与其混合。随后再将液态的第二黏胶6填充在第二块体42的第二底面421与芯片2的背面22之间，液态的第二黏胶6会渗流入第二底面421与背面22之间的间隙内。当然，也可先将第二黏胶6填充在第二块体42的第二底面421与芯片2的背面22之间，随后再将第二黏胶6填充在第一块体41的承靠面411的下立面部415与光纤3的包覆层32之间，或者是同时将第二黏胶6填充在前述两个位置。
在本实施方式中，第二黏胶6是沿光纤3的长度方向填充于包覆层32与下立面部415，藉此，使第二黏胶6能够黏固包覆层32的区域较长以提升黏固的稳固性。更具体地，第二黏胶6填充的范围是由第一块体41的前端面413延伸至第一块体41的一后端面417，使第二黏胶6能够黏固包覆层32的区域更长。第一黏胶5及第二黏胶6是可被紫外线光照射而固化的紫外光固化胶。
在固化步骤中，首先，使用紫外线光在一定功率的条件下照射第一黏胶5和第二黏胶6一段预定的时间，使第一黏胶5和第二黏胶6由液态逐渐转变为固态。前述转变过程需缓慢，以防止第一黏胶5和第二黏胶6固化时应力释放过大而导致光纤3的纤芯31与波导24的位置发生偏移。随后，松开光纤夹具以释放光纤3，并将基板1从治具中取出。把图11所示的整个构件放入烘箱(图未示)中进行烘烤，使第一黏胶5和第二黏胶6进一步地固化以加强硬度，从而增加第一黏胶5黏固光纤3与芯片2的稳固性，以及增加第二黏胶6黏固连接块4、光纤3及芯片2的稳固性。待烘烤作业完成后，即完成光耦合结构100的耦合封装。
本实施方式的光耦合结构100，在耦合封装方法的对准步骤中，由于光纤3不需事先组装固定在连接块4上，因此，光纤夹具能够直接夹持住光纤3，使得六维调节架能通过光纤夹具带动光纤3沿前后方向X、左右方向Y以及上下方向Z自由地平移以进行位置的调节，以及带动光纤3绕前述三个方向自由地转动以进行角度的调节。由于六维调节架通过光纤夹具带动光纤3进行位置及角度的调节过程中不会受到任何的局限，因此，能提高耦合过程中光纤3的可调节性，使得纤芯31的端面311能精确地对准波导24以提升耦合效率。所以，光耦合结构100的光纤3除了是单模光纤之外，也可以是多模光纤，能耦合的光纤3种类较为广泛。
此外，借由连接块4通过第二黏胶6黏固光纤3及芯片2，当基板1因温度变化而发生膨胀或收缩的体积变化时，芯片2、连接块4以及光纤3三者会随着基板1的体积变化而一起位移。由于连接块4的第一底面412与基板1相间隔且未接触基板1，因此，能防止基板1的体积变化直接对连接块4以及固定于连接块4的光纤3造成影响。由于第一黏胶5、黏固在芯片2与连接块4之间的第二黏胶6，以及黏固在光纤3与连接块4之间的第二黏胶6三者是相互分开的状态，因此，能避免第二黏胶6因温度变化而发生膨胀或收缩直接对第一黏胶5造成影响，以降低纤芯31的端面311与芯片2的波导24之间相对位移的程度。借此，能提升光耦合结构100的光纤3与芯片2耦合的可靠性。
再者，连接块4通过承靠面411承靠于光纤3的一侧，因此，连接块4不需额外加工形成V型槽或通孔来供光纤3穿设。由于连接块4是通过机械加工所制造出的一体式单一构件，在不需额外加工形成V型槽或通孔的情况下，能降低连接块4结构设计的复杂度以及制造成本。
归纳上述，本实施方式的光耦合结构100，通过连接块4的设计，能降低结构设计的复杂度以及制造成本，并能提高耦合过程中光纤3的可调节性；通过芯片2、光纤3以及连接块4之间的连接关系，能提升光纤3与芯片2耦合的可靠性，确实能达到本实用新型所诉求的目的。
Claims (10)
1.一种光耦合结构，其特征在于：
所述光耦合结构包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板并包括背面、侧面以及形成于所述侧面的波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并通过第一黏胶黏固于所述侧面，所述第一黏胶由折射率匹配液构成，所述连接块包括承靠于所述光纤一侧的承靠面以及放置于所述背面的底面，所述承靠面和所述底面分别通过第二黏胶黏固于所述光纤和所述背面，所述连接块间隔地位于所述基板的上方，且所述第二黏胶与所述第一黏胶相间隔。
2.根据权利要求1所述的光耦合结构，其特征在于：所述承靠面为侧直立面。
3.根据权利要求1所述的光耦合结构，其特征在于：所述连接块还包括第一块体，所述第一块体具有所述承靠面并与所述侧面之间限定出供所述第一黏胶的一部分容置的开槽，黏固于所述承靠面与所述光纤之间的所述第二黏胶通过所述开槽与所述第一黏胶相间隔且沿所述光纤的长度方向黏固所述光纤。
4.根据权利要求3所述的光耦合结构，其特征在于：所述第一块体呈横卧L型并具有前端面、相反于所述前端面的后端面以及连接于所述前端面的顶端的下表面，所述侧面与所述前端面沿前后方向相间隔，所述侧面、所述前端面以及所述下表面共同限定出所述开槽，所述第二黏胶从所述前端面延伸至所述后端面。
5.根据权利要求3所述的光耦合结构，其特征在于：所述连接块还包括第二块体，所述第二块体一体地连接于所述第一块体的前端并具有所述底面。
6.根据权利要求5所述的光耦合结构，其特征在于：所述连接块呈横卧L型，所述第二块体沿前后方向所取的长度大于所述第一块体沿所述前后方向所取的长度，所述第二块体沿垂直于所述前后方向的左右方向所取的宽度大于所述第一块体沿所述左右方向所取的宽度。
7.根据权利要求1所述的光耦合结构，其特征在于：所述连接块为一体式单一构件。
8.一种光耦合结构，其特征在于：
所述光耦合结构包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板并包括背面、侧面以及形成于所述侧面的波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并黏固于所述侧面，所述连接块包括承靠于所述光纤一侧的承靠面以及放置于所述背面的底面，所述承靠面和所述底面分别黏固于所述光纤和所述背面。
9.一种光耦合结构，其特征在于：
所述光耦合结构包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板并包括背面、侧面以及形成于所述侧面的波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并黏固于所述侧面，所述连接块包括沿所述光纤的长度方向黏固于所述光纤的第一块体以及与所述第一块体连接而承靠并固定于所述背面的第二块体。
10.一种光耦合结构，其特征在于：
所述光耦合结构包括基板、芯片、光纤以及连接块，所述芯片封装于所述基板的上表面并包括波导，所述光纤包括纤芯，所述纤芯的端面对准于所述波导并黏固于所述芯片，所述连接块包括沿所述光纤的长度方向黏固于所述光纤的第一块体以及与所述第一块体连接而承靠并固定于所述芯片的上表面的第二块体。
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|---|---|---|---|---|
| CN111579214A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-08-25 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种自动化空间耦合光纤匹配液蘸液装置 |
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| WO2024105846A1 (ja) * | 2022-11-17 | 2024-05-23 | 日本電信電話株式会社 | 光素子およびその製造方法 |
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2019
- 2019-09-02 CN CN201921450634.1U patent/CN210323477U/zh active Active
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