基于飞秒激光加工的光纤-衬底-芯片封装方法技术

本发明专利技术公开了一种基于飞秒激光加工的光纤

【技术实现步骤摘要】
基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法


[0001]本专利技术涉及一种芯片封装方法，尤其涉及一种基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法。

技术介绍

[0002]随着通信技术的迅速发展，我国通信系统已经从第一代通信网络发展到了第四代、第五代甚至第六代通信网络时代，兼容性能更平滑则要求有一个更优质、更稳定、损耗更低、传输效率更高的传输管道与之匹配，因此光纤与设备之间的稳定连接极为重要，而有效降低光纤熔接损耗成为了提高光纤网络信号传输效率的首要方式。
[0003]光纤熔接技术在光纤传感网络中实现分布式拓扑监测结构和系统接入都发挥着重要作用。一般熔接质量直接决定光损耗的大小，而熔接点保护则直接决定着系统的使用寿命和维护成本。目前熔接点保护装置多以机械固定的保护方式为主，存在着保护装置体积大、操作复杂、机械强度差、密封性差等问题，现已成为光纤通信及传感网络中最频繁的一个故障点及维护点。现有的光纤过渡光纤熔接法、光纤后处理熔接法、灯丝熔接法、Co2激光器熔接法、电弧熔接法。这些方法在熔接时消耗过度材料，成本高、加热缓慢，引入惰性气体对环境要求高，加工过程复杂损耗大。同时这些材料往往对熔接光纤的熔点和尺寸有着较为严格的要求。此外，这些方法主要局限于普通石英光纤之间的熔接，而尺寸与材料特殊的光纤器件之间的熔接技术往往还存在较大的局限性，一般需要借助粘合剂才能粘结成功。而飞秒激光加工可以很好的弥补传统光纤器件熔接时所遇到的局限。飞秒激光持续的时间及其短，具有非常高的瞬时功率，聚焦光斑作用区域小，加工精度高，没有热效应和冲击波，在整个光程中都不会有组织损伤。对于光纤熔接来说，飞秒激光能够有效得进行熔接加工，加工区域精确损耗小，且整个加工过程无掩膜、无胶常温加工，加工工艺简单、对加工环境要求不高，环保高效，适用于批量化生产。
[0004]虽然使用飞秒激光加工相对于传统光纤器件熔接机有众多好处，但是，含光纤器件的半导体封装由于涉及到不同材料、不同尺寸的结构器件之间的相互连接，飞秒激光的应用仍然需要克服诸多技术困难。现有的光纤
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芯片封装工艺通过主要通过粘合剂连接来实现光纤与芯片的连接。然而粘合剂粘合的光纤器件往往在高温高湿等复杂环境中的使用性能较差，同时在长时间使用中粘合剂的缓慢分解也会带来较多的污染，给器件的性能带来威胁，不利于环境保护。此外还有化学腐蚀、机械套管固定等方法。采用这些封装方法制备的光纤
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芯片传感器件往往存在应变传递损耗大，材料兼容性差、传输稳定性与测试精度难以保障等问题。因此，提供一种稳定性高、传输损耗小，能够有效适应高温高湿等复杂的工作环境并且不易造成环境污染的光纤
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芯片封装方法具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对以上问题，本专利技术提出一种基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法，能够实现光纤与光波导芯片之间、光纤与其承托衬底之间的一步熔接封装，提高
包含光纤
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衬底
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芯片等多种材料的半导体器件的封装效率，为尺寸特殊以及不同材料的半导体结构器件之间的熔接提供了有效手段。
[0006]技术方案：本专利技术所采用的技术方案是一种基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法，仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接，所述衬底采用具有承托作用的、熔点比光纤熔点低的材料；利用飞秒激光依次对光纤侧壁与衬底的接触面处、光纤横截面与芯片的接触面处以及衬底与芯片的接触面处进行熔接，完成光纤、衬底与芯片的封装。
[0007]衬底通常采用硼硅、硅或氧化硅等材料。若所述衬底熔点和光纤熔点相差超过50℃，例如衬底采用硼硅材料，则所述的仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接包括以下步骤：
[0008](1)光纤置于衬底上方，飞秒激光采用高斯光束，聚焦在光纤与衬底间的接触面上，然后偏移聚焦光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤包层内部，中心区域以外的部分光斑位于衬底上，聚焦光斑远离纤芯，移动光斑中心进行熔接；如果光纤与衬底间存在多个接触面，逐一完成各接触面的熔接；
[0009](2)将光纤横截面、光纤衬底和芯片之间相应的连接位置对准并施加压力，飞秒激光聚焦在光纤与芯片间的接触面上，然后偏移光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤内部，中心区域以外的部分光斑位于芯片上，移动光斑中心进行熔接；
[0010](3)将飞秒激光聚焦在衬底与芯片的接触面上，然后根据衬底与芯片的熔点调整聚焦光斑位置，移动光斑中心进行熔接，完成衬底与芯片的熔接封装。
[0011]若所述衬底熔点和光纤熔点相差在50℃以内，例如衬底采用二氧化硅材料，则所述的仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接包括以下步骤：
[0012](1)光纤置于衬底上方，飞秒激光采用高斯光束，使光斑中心位于光纤与衬底间的接触面上，移动光斑中心进行熔接；
[0013](2)将光纤横截面、光纤衬底和芯片之间相应的连接位置对准并施加压力，飞秒激光聚焦在光纤与芯片间的接触面上，然后偏移光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤内部，中心区域以外的部分光斑位于芯片上，移动光斑中心进行熔接；
[0014](3)将飞秒激光聚焦在衬底与芯片的接触面上，然后根据衬底与芯片的熔点调整聚焦光斑位置，移动光斑中心进行熔接，完成衬底与芯片的封装。
[0015]平面衬底相对于V型衬底，制造成本更低，但是这种衬底在熔接时对光纤的保护不足，容易造成熔接失败，本专利技术针对平面衬底提出另一种基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法。若所述衬底熔点和光纤熔点相差超过50℃，则所述的仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接包括以下步骤：
[0016](1)光纤夹持在位于上方的待熔接平面衬底和另一块位于下方的平面衬底之间，两块平面衬底使用相同的材料，飞秒激光采用高斯光束，使光斑中心位于光纤与待熔接的平面衬底间的接触面上，然后偏移聚焦光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤包层内部，中心区域以外的部分光斑位于衬底上，聚焦光斑远离纤芯，移动光斑中心进行熔接；
[0017](2)移除位于下方的平面衬底，将熔接后的光纤与平面衬底翻转；
[0018](3)将光纤横截面、光纤衬底和芯片之间相应的连接位置对准并施加压力，飞秒激光聚焦在光纤与芯片间的接触面上，然后偏移光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤内部，中心区域以外的部分光斑位于芯片上，移动光斑中心进行熔接；
[0019](4)将飞秒激光聚焦在衬底与芯片的接触面上，然后根据衬底与芯片的熔点调整聚焦光斑位置，移动光斑中心进行熔接，完成衬底与芯片的封装。
[0020]针对平面衬底，若所述衬底熔点和光纤熔点相差在50℃以内，则所述的仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法，其特征在于，仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接，所述衬底采用具有承托作用的、熔点比光纤熔点低的材料；利用飞秒激光依次对光纤侧壁与衬底的接触面处、光纤横截面与芯片的接触面处以及衬底与芯片的接触面处进行熔接，完成光纤、衬底与芯片的封装。2.根据权利要求1所述的基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法，其特征在于：若所述衬底熔点和光纤熔点相差超过50℃，则所述的仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接包括以下步骤：(1)光纤置于衬底上方，飞秒激光采用高斯光束，聚焦在光纤与衬底间的接触面上，然后偏移聚焦光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤包层内部，中心区域以外的部分光斑位于衬底上，聚焦光斑远离纤芯，移动光斑中心进行熔接；如果光纤与衬底间存在多个接触面，逐一完成各接触面的熔接；(2)将光纤横截面、光纤衬底和芯片之间相应的连接位置对准并施加压力，飞秒激光聚焦在光纤与芯片间的接触面上，然后偏移光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤内部，中心区域以外的部分光斑位于芯片上，移动光斑中心进行熔接；(3)将飞秒激光聚焦在衬底与芯片的接触面上，然后根据衬底与芯片的熔点调整聚焦光斑位置，移动光斑中心进行熔接，完成衬底与芯片的熔接封装。3.根据权利要求1所述的基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法，其特征在于：若所述衬底熔点和光纤熔点相差在50℃以内，则所述的仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接包括以下步骤：(1)光纤置于衬底上方，飞秒激光采用高斯光束，使光斑中心位于光纤与衬底间的接触面上，移动光斑中心进行熔接；(2)将光纤横截面、光纤衬底和芯片之间相应的连接位置对准并施加压力，飞秒激光聚焦在光纤与芯片间的接触面上，然后偏移光斑中心位置，使光斑中心区域位于光纤内部，中心区域以外的部分光斑位于芯片上，移动光斑中心进行熔接；(3)将飞秒激光聚焦在衬底与芯片的接触面上，然后根据衬底与芯片的熔点调整聚焦光斑位置，移动光斑中心进行熔接，完成衬底与芯片的封装。4.根据权利要求1所述的基于飞秒激光加工的光纤
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衬底
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芯片封装方法，其特征在于：所述衬底采用平面衬底，若所述衬底熔点和光纤熔点相差超过50℃，则所述的仅通过熔接加工来完成光纤、衬底和芯片间的连接包括以下步骤：(1)光纤夹持在位于上方的待熔接平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐飞，雷雨，陈烨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：