一种平面光波导基板的结构、模块和制造方法技术

本发明专利技术涉及光器件波导耦合技术领域，尤其涉及一种平面光波导基板的结构、模块和制造方法。其中，PLC基板包括光器件焊盘区、PLC光波导，其中，光器件焊盘区设置有用于与光器件P电极和N电极焊接的P极焊盘和N极焊盘；所述PLC基板的光器件焊盘区还设置有一个或者多个定位停止平台，所述一个或者多个定位停止平台用于在完成光器件的P电极和PLC基板上的所述P极焊盘之间的焊接，以及光器件的N电极和PLC基板上的所述N极焊盘之间的焊接后，实现光器件的光波导与PLC光波导的耦合。在本发明专利技术实施例中，设置带定位停止平台的PLC基板，并结合倒装光器件的焊接方式，实现了光器件的光波导和PLC光波导的亚微米级精度的耦合。

Structure, module and manufacturing method of planar optical waveguide substrate

The invention relates to the waveguide coupling technical field of optical devices, in particular to a structure, module and manufacturing method of a planar waveguide substrate. The PLC substrate comprises an optical device pad area and a PLC optical waveguide, wherein the optical device pad area is provided with a P-electrode pad and a N-electrode pad for welding the P-electrode and N-electrode of the optical device, and the optical device pad area of the PLC substrate is also provided with one or more positioning stop platforms, and the one or more positioning stop platforms are used. The coupling between the optical waveguide of the optical device and the PLC optical waveguide is realized after welding between the P electrode of the optical device and the P electrode pad on the PLC substrate, and between the N electrode of the optical device and the N electrode pad on the PLC substrate. In the embodiment of the invention, a PLC substrate with a positioning stop platform is arranged, and the sub-micron precision coupling between the optical waveguide of the optical device and the optical waveguide of the PLC optical waveguide is realized by combining the welding mode of the flip-chip optical device.

【技术实现步骤摘要】
一种平面光波导基板的结构、模块和制造方法
本专利技术涉及光器件波导耦合
，尤其涉及一种平面光波导基板的结构、模块和制造方法。
技术介绍
随着数据通信特别是数据中心的急剧发展，相应地，对光模块的需求，无论从性能和成本等都有了巨大变化。高性能主要指光模块的高速化和小型化，低成本则是要求单位传输量的硬件成本必须下降。这对光模块的设计和制造提出了非常严酷的要求。目前主流的40G/100G光模块基本上还是基于棱镜，透镜，光滤波片等的自由空间耦合技术，其特点是工艺比较复杂，需要主动对光，封装成本高，更大规模的集成非常困难。然而，在混合集成技术中，直接进行光器件和波导的耦合，由于制造工艺的精确度、光器件芯片的固定方式等等原因，现有的结构很难实现光器件和波导直接耦合情况下的光功率衰减指标。图1-3是普通激光器正装焊的结构示意图。普通激光器一般P极和N极不共面，激光器正面一般是P极，背面一般是N极。正装焊的方法是将背面的N极共晶焊至基板，另外需要金线键合将激光器的P极电信号连接到基板上(如图1所示为普通激光器完成金线键合焊接工艺后的模块主视图)。由于金线键合没有办法实现完美的阻抗匹配，在高频时会出现由于阻抗不匹配产生的信号品质下降。如果正装焊用于与平面光波导电路直接耦合，因为激光器的背面(即激光器衬底侧)一般是经过减薄工艺，精度控制非常粗糙(微米量级)，也就是说无法精确控制背面到出光口的距离T(图2所示)，这对于亚微米级的波导耦合是非常困难的。另外，由于有源层在上面，离基板较远，热传导路径长，激光器有源层产生的热不太容易通过基板散掉(图3所示)。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的之一在于克服现有技术中进行激光器和PLC基板焊接过程中时，难以达到光器件的光波导和PLC光波导在亚微米级的耦合指标。本专利技术实施例的另一目的在于克服现有技术中光器件在工作过程中散热的效率低下问题。本专利技术实施例是这样实现的：第一方面，本专利技术实施例提供了一种平面光波导基板的结构，PLC基板包括光器件焊盘区、PLC光波导，具体的：所述PLC基板的光器件焊盘区设置有用于与光器件P电极和N电极焊接的P极焊盘和N极焊盘；所述PLC基板的光器件焊盘区还设置有一个或者多个定位停止平台，所述一个或者多个定位停止平台用于在完成光器件的P电极和PLC基板上的所述P极焊盘之间的焊接，以及光器件的N电极和PLC基板上的所述N极焊盘之间的焊接后，实现光器件的光波导与PLC光波导的耦合。可选的，所述定位停止平台对称的分布在所述PLC基板的光器件焊盘区内的两侧，并且相对于所述PLC光波导投影到所述PLC基板的光器件焊盘区平面上所在的直线的两侧。可选的，PLC基板上的所述P极焊盘和N极焊盘位于所述PLC基板的光器件焊盘区的平分线的两侧，所述PLC基板的光器件焊盘区的平分线与PLC光波导投影到所述PLC基板的光器件焊盘区平面上所在的直线重合。可选的，所述定位停止平台由顶面为正方形、圆形、梯形或者三角形的柱体构成。第二方面，本专利技术实施例提供了一种基于平面光波导基板的模块，模块包括：平面光波导PLC基板和光器件，其中，所述平面光波导基板为第一方面中所述的平面光波导基板，具体的：位于所述光器件上相对于其衬底的另一侧设置有P电极和N电极，所述光器件以倒装焊接的方式，所述光器件的P电极和N电极分别与所述PLC基板上的P极焊盘和N极焊盘焊接，所述PLC基板上的定位停止平台用于光器件的位置固定。可选的，所述光器件上还设置有用于与所述PLC基板上定位停止平台对接的一个或者多个定位停止平台，其中，在完成所述光器件上的定位停止平台和PLC基板上定位停止平的对接后，实现光器件的光波导和PLC光波导的耦合。第三方面，本专利技术实施例提供了一种基于平面光波导基板的模块的制造方法，包括：在工作台上固定PLC基板；机械臂的吸头在吸附了光器件后，转移所述光器件至所述PLC基板的光器件焊接区正上方；所述机械臂将所述光器件置于所述PLC基板的定位停止平台的指定位置，分别完成光器件的P电极和N电极与PLC基板的P极焊盘和N极焊盘的焊接。可选的，所述机械臂的吸头区域还设置有万向轴传感器，具体的：在将所述光器件置于所述PLC基板的定位停止平台的指定位置，并进行焊接时，所述万向轴传感器采集相关受力数据，并根据所述万向轴传感器检测到的受力方向的偏移角度，反馈当前所焊接的光器件和PLC基板的耦合结果。可选的，所述定位停止平台侧面设置有检测激光头，并且相对于检测激光头，在定位停止平台的另一侧设置有激光探测器，具体的：在完成所述光器件和所述PLC基板的焊接后，触发检测激光头发射检测激光信号；根据对应的激光探测器检测到的数据，确认定位停止平台的固定程度。可选的，所述定位停止平台包括四个，对应于待固定光器件的光波导所投影位置，以两两对称的方式设置的，具体的：所述定位停止平台的形状为梯形或者三角形，其中，斜面对着检测激光头；其中，检测激光头发射的激光检测信号方向相对于光器件侧面成预设角度，并发射方向垂直于定位停止平台的斜面。在本专利技术实施例中，设置带定位停止平台的PLC基板，并结合倒装光器件的焊接方式，实现了光器件的光波导和PLC光波导的亚微米级精度的耦合，避免了现有技术中将打磨减薄工艺制作的衬底作为光器件N电极所在区域，并基于该N电极焊接的方式将衬底固定在PLC基板上，所造成的光波导耦合精度低的问题；进一步的，所述光器件的倒装方式还能基于光器件有源区与PLC基板间距离的缩减，带来光器件散热方面的优化。在本专利技术实施例的优化实现方案中，能够通过基于平面光波导基板的模块的制造方法上的改进，实现光器件的光波导和PLC光波导耦合的预先判断，并且能够分别为光器件、PLC基板的成品质量提供可借鉴的检测参数。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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仅是本专利技术的一些实施例，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它的附图。图1为现有的一种平面光波导基板上焊接激光器的结构主视图；图2为现有的一种平面光波导基板上焊接激光器的结构侧视图；图3为现有的一种平面光波导基板上焊接激光器的热传导示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种平面光波导基板的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种基于平面光波导基板和光器件组成的模块结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种P电极和N电极共面的激光器结构示意图；图7为本专利技术实施例提供的另一种基于平面光波导基板和光器件组成的模块结构示意图；图8为本专利技术实施例提供的一种基于平面光波导基板和光器件组成的模块的热传导示意图；图9为本专利技术实施例提供的一种定位停止平台和电极焊盘的组合示意图；图10为本专利技术实施例提供的另一种定位停止平台和电极焊盘的组合示意图；图11为本专利技术实施例提供的另一种定位停止平台和电极焊盘的组合示意图；图12为本专利技术实施例提供的另一种定位停止平台和电极焊盘的组合示意图；图13为本专利技术实施例提供的一种基于平面光波导基板和光器件组成的模块结构侧视图；图14为本专利技术实施例提供的另一种P电极和N电极共面的激光器结构示意图；图15为本专利技术实施例提供的另一种平面光波导基板的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平面光波导基板的结构，其特征在于，PLC基板包括光器件焊盘区、PLC光波导，具体的：所述PLC基板的光器件焊盘区设置有用于与光器件P电极和N电极焊接的P极焊盘和N极焊盘；所述PLC基板的光器件焊盘区还设置有一个或者多个定位停止平台，所述一个或者多个定位停止平台用于在完成光器件的P电极和PLC基板上的所述P极焊盘之间的焊接，以及光器件的N电极和PLC基板上的所述N极焊盘之间的焊接后，实现光器件的光波导与PLC光波导的耦合。

【技术特征摘要】
1.一种平面光波导基板的结构，其特征在于，PLC基板包括光器件焊盘区、PLC光波导，具体的：所述PLC基板的光器件焊盘区设置有用于与光器件P电极和N电极焊接的P极焊盘和N极焊盘；所述PLC基板的光器件焊盘区还设置有一个或者多个定位停止平台，所述一个或者多个定位停止平台用于在完成光器件的P电极和PLC基板上的所述P极焊盘之间的焊接，以及光器件的N电极和PLC基板上的所述N极焊盘之间的焊接后，实现光器件的光波导与PLC光波导的耦合。2.根据权利要求1所述的平面光波导基板的结构，其特征在于，所述定位停止平台对称的分布在所述PLC基板的光器件焊盘区内的两侧，并且相对于所述PLC光波导投影到所述PLC基板的光器件焊盘区平面上所在的直线的两侧。3.根据权利要求2所述的平面光波导基板的结构，其特征在于，PLC基板上的所述P极焊盘和N极焊盘位于所述PLC基板的光器件焊盘区的平分线的两侧，所述PLC基板的光器件焊盘区的平分线与PLC光波导投影到所述PLC基板的光器件焊盘区平面上所在的直线重合。4.根据权利要求2所述的平面光波导基板的结构，其特征在于，所述定位停止平台由顶面为正方形、圆形、梯形或者三角形的柱体构成。5.一种基于平面光波导基板的模块，其特征在于，模块包括：平面光波导PLC基板和光器件，其中，所述平面光波导基板为权利要求1-4任一所述的平面光波导基板，具体的：位于所述光器件上相对于其衬底的另一侧设置有P电极和N电极，所述光器件以倒装焊接的方式，所述光器件的P电极和N电极分别与所述PLC基板上的P极焊盘和N极焊盘焊接，所述PLC基板上的定位停止平台用于光器件的位置固定。6.根据权利要求5所述的基于平面光波导基板的模块，其特征在于，所述光器件上还设置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奔，朱虎，周天红，梁雪瑞，宋琼辉，张玓，付永安，周日凯，
申请(专利权)人：武汉光迅科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42