專利名稱：一種qsfp模塊子單元的制造方法
技術領域：
本發明涉及微電子器件技術領域，尤其涉及一種QSFP (四通道可插拔光學模塊 Quad Small Form-factor Pluggable)模塊子單元的制造方法。
背景技術：
光通信系統與電通信系統與相比，具有帶寬大、傳輸損耗低、不容易受電磁干擾、 重量較輕、不易被竊聽等優勢，隨著帶寬需求的日益增加，并行光纖已經成為并行同軸電纜 互連應用的理想替代選擇，QSFP有源光纜提供了每通道3. 125Gbps到10(ibpS數據速率的 可熱插拔方案，和其它串行方案比較，QSFP方案可以改善連接端口密度兩倍以上，四通道 QSFP總傳輸數據可以高達40(ibpS甚至更高，同時光纖技術的QSFP方案可以帶來更長的傳 輸距離和更小的彎折半徑，具有廣闊的市場前景。QSFP有源光纜價格昂貴，重要的原因之一 是耦合轉向結構成本昂貴。目前采用兩種方式實現信號的轉彎，一是電路折彎，另一種是光 路折彎，隨著頻率的增加，電路折彎的成本和體積是主要的制約因素。光路的折彎有很多種 實現方法，其中無源耦合方法在降低成本、實現大規模生產方面具有較明顯的優勢。基于晶圓級的封裝技術明顯的優勢，近年來，一些研究機構針對傳統倒裝為基礎 的混合集成工藝作了改善，取得了較大進展。其中，最引人矚目的成果有兩項第一項是加 州大學圣巴巴拉分校與英特爾公司合作研究的基于芯片級結合的混合集成器件；第二項是 比利時根特大學的基于芯片和晶圓結合的混合集成器件。有別于傳統組裝工藝，晶圓級封 裝生產周期和成本大幅下降，使芯片所需引腳數減少，提高了集成度。現有技術技術中，QSFP生產廠家采用的技術也略有差別，一些采用4個連續可調 的1550nm激光器和光波導側向耦合，探測器陣列和波導采用倒裝焊和波導通過光柵進行 垂直耦合，光纖和波導的耦合通過光柵進行垂直耦合，完成光的90°轉彎，采用光柵和探測 器陣列耦合以及與光纖和波導耦合，光耦合效率較低，在硅基上集成多個分立的光電器件， 難度較大。一些采用柔性電路板，在折彎的柔性電路板上表貼激光器陣列和探測器陣列，透 過透鏡將光纖和激光器和探測器耦合，此種方法一方面要求高速柔性電路板的設計，另一 方面在柔性電路板上金絲壓焊的打線中應力帶來的可靠性的問題。
發明內容
針對現有技術中存在的采用光柵和探測器陣列耦合以及與光纖和波導耦合，光 耦合效率較低，在硅基上集成多個分立的光電器件，難度較大；在折彎的柔性電路板上表貼 激光器陣列和探測器陣列，透過透鏡將光纖和激光器和探測器耦合，此種方法一方面要求 高速柔性電路板的設計，另一方面在柔性電路板上金絲壓焊的打線中應力帶來的可靠性的 問題。本發明采用晶圓級封裝技術，在晶圓上通過刻蝕技術形成凹坑，將用于轉向的發 射端反射鏡、接收端反射鏡埋入到晶圓內，實現激光器和波導以及探測器和波導之間的耦 合，此方法用無源耦合技術，簡化耦合設計，提高耦合效率，使用晶圓級封裝技術，減低成本，有利于加速本發明向產品的轉化。本發明提供一種QSFP模塊子單元的制造方法，其包含以下步驟
步驟1，在子板201上將發射端反射鏡202和接收端反射鏡203預固定，發射端反射鏡 202、接收端反射鏡203中帶有反射面的表面和子板201接觸；所述子板201為硅片晶圓或 者玻璃晶圓；
步驟2，在母板204上刻蝕形成凹坑206和凹坑207，所述凹坑206的長、寬、高均大于發 射端反射鏡202的長、寬、高，所述凹坑207的長、寬、高均大于接受端反射鏡203的長、寬、 高；所述凹坑206、凹坑207的位置分布和發射端反射鏡202、接收端反射鏡203的位置分布 相對應；所述母板204為硅片晶圓或者玻璃晶圓；
步驟3，在凹坑206和凹坑207的內壁底面涂覆固定層205，所述固定層205用于將發 射端反射鏡202和接收端反射鏡203固定在母板204上的凹坑206和凹坑207中，將發射 端反射鏡202和接收端反射鏡203轉移到凹坑206和凹坑207中；
步驟4，通過掩膜板在不需要刻蝕的地方加以保護，整體刻蝕，形成光波導層304。所述步驟2中的刻蝕可以使用干法或者濕法刻蝕兩種刻蝕方式；所述光波導層 304的幾何中心和發射端反射鏡202和接收端反射鏡203的反射面對準。本發明中也可以 在步驟4形成需要的光波導層304之后，然后進行步驟2和步驟3。優選地，本發明還進一步包括步驟5，先通過電鍍在在母板204上形成激光器陣 列、探測器陣列的電氣連接焊盤305和電氣連接線路，然后再刻蝕用于光纖對準和固定的V 型槽106。優選地，本發明還進一步包括步驟6，表貼探測器和激光器，然后切片形成相應的 QSFP模塊子單元。本發明的有益效果為本發明的制造方法與現有技術中QSFP模塊的制造方法相 比有以下優點。首先，本發明擺脫了傳統的分立器件的組裝、對準、封裝等復雜結構的束縛， 站在封裝的角度，將器件集成，工藝簡單，耦合效率高。第二，直接利用晶圓級封裝技術形成 QSFP模塊，使QSFP模塊以硅為基材制造完成，可大規模生產，價格相對便宜。第三，本發明 可以適用于40(ibpS和100(ibpS速率標準下的QSFP模塊制造以及并行傳輸的模塊單元的制 造，在高速傳輸領域有重要應用。
圖1是單個硅基QSFP模塊子單元的示意圖加至圖2c是激光器轉移、固定、對準的結構剖面圖； 圖3a至圖3c為本發明中QSFP模塊基本單元的俯視圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明進一步詳細說明。圖1是單個硅基QSFP模塊基本單元的示意圖，其中 101 一硅基光平臺，即單個QSFP模塊子單元的硅襯底；
304 —光波導層，該光波導材料可以是二氧化硅、氮化硅、硅，也可以是透明有機材料，但不限于此；
202 一發射端反射鏡，被埋入硅基光平臺中； 305 —焊盤，用于電氣連接； 204 一接收端反射鏡，被埋入硅基光平臺中； 106 — V型槽106，用于光纖固定。本發明提供一種QSFP模塊的制造方法，圖加至圖3c是根據本發明制造的QSFP 模塊基本單元制造流程示意圖，其包含以下步驟
步驟1，如圖加所示，在子板201上將發射端反射鏡202和接收端反射鏡203預固定(距 離保證耦合時激光器陣列和探測器陣列空間距離盡量的小，但不影響安裝)，發射端反射鏡 202、接收端反射鏡203 (中帶有反射面的表面和子板201接觸；所述子板201為硅片晶圓。步驟2，如圖2b所示，利用干法或者濕法刻蝕，在母板204上刻蝕形成凹坑206和 凹坑207，所述凹坑206的長、寬、高均大于發射端反射鏡202的長、寬、高，所述凹坑207的 長、寬、高均大于接受端反射鏡203的長、寬、高；所述凹坑206、凹坑207的位置分布和發射 端反射鏡202、接收端反射鏡203的位置分布相對應。步驟3，如圖2c所示，在凹坑206和凹坑207的內壁底面涂覆固定層205，所述固 定層205用于將發射端反射鏡202和接收端反射鏡203固定在母板204上的凹坑206和凹 坑207中，將發射端反射鏡202和接收端反射鏡203轉移到凹坑206和凹坑207中。所述 固定層205的材料一般是膠，銀漿，但不限于此。步驟4，如圖北所示，通過刻蝕工藝，形成 光波導層304。所述光波導層304的幾何中心和發射端反射鏡202和接收端反射鏡203的 反射面對準。也可以在步驟4形成需要的光波導層304之后，然后進行步驟2和步驟3。步驟5，如圖3c所示，通過電鍍在母板204上形成探測器陣列、激光器陣列的電氣 連接焊盤305，電氣連接焊盤305用于固定探測器陣列、激光器陣列，同時提供電氣連接，和 電氣連接焊盤305的電氣線路未標出。在母板204上刻蝕用于光纖和波導耦合對準和固定 的V型槽陣列106。步驟6，在母板204上表貼探測器和激光器，切片形成相應的QSFP模塊子單元。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡 在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保 護范圍之內。
權利要求
1.一種QSFP模塊子單元的制造方法，其包含以下步驟步驟1，在子板(201)上將發射端反射鏡(202)和接收端反射鏡(203)預固定，發射端 反射鏡(202)、接收端反射鏡(203)中帶有反射面的表面和子板(201)接觸；步驟2，在母板(204)上刻蝕形成第一凹坑(206)和第二凹坑(207)，所述第一凹坑 (206)的長、寬、高均大于發射端反射鏡(202)的長、寬、高，所述第二凹坑(207)的長、寬、高 均大于接收端反射鏡(203)的長、寬、高；所述第一凹坑(206)、第二凹坑(207)的位置分布 和發射端反射鏡(202)、接收端反射鏡(203)的位置分布相對應；步驟3，在第一凹坑(206)和第二凹坑(207)的內壁底面涂覆固定層(205)，所述固定層(205)用于將發射端反射鏡(202)和接收端反射鏡(203)固定在母板(204)上的第一凹坑(206)和第二凹坑(207)中，將發射端反射鏡(202)和接收端反射鏡(203)轉移到第一凹坑 (206)和第二凹坑(207)中；步驟4，通過掩膜板在不需要刻蝕的地方加以保護，整體刻蝕，形成光波導層(304)。
2.如權利要求1所述的QSFP模塊子單元的制造方法，其特征在于所述子板(201)為硅 片晶圓或者玻璃晶圓。
3.如權利要求1所述的QSFP模塊子單元的制造方法，其特征在于所述母板(204)為硅 片晶圓或者玻璃晶圓。
4.如權利要求1所述的QSFP模塊子單元的制造方法，其特征在于所述步驟2中的刻蝕 是干法刻蝕或者濕法刻蝕。
5.如權利要求4所述的QSFP模塊的制造方法，其特征在于所述光波導層(304)的幾何 中心和發射端反射鏡(202)和接收端反射鏡(203)的反射面對準；發射端反射鏡(202)反射 面、接收端反射鏡(203)反射面和激光器陣列發光面、探測器陣列受光面對準。
6.如權利要求1所述的QSFP模塊的制造方法，其特征在于步驟2、3、4為順序進行或 者在完成步驟4后進行步驟2和步驟3。
7.如權利要求1或6所述的QSFP模塊的制造方法，其特征在于本發明還進一步包括 步驟5，通過電鍍形成激光器陣列、探測器陣列的電氣連接的焊盤(305)和電氣連接線路，然后刻蝕用于光纖耦合對準和固定的V型槽(106 )。
8.如權利要求7所述的QSFP模塊的制造方法，其特征在于本發明還進一步包括 步驟6，在母板204上表貼探測器陣列和激光器陣列，切片形成相應的QSFP模塊子單元。
全文摘要
本發明涉及微電子、光電子器件技術領域，本發明公開了一種QSFP模塊子單元的制造方法，其包含以下步驟步驟1，在子板(201)上將發射端反射鏡(202)和接收端反射鏡(203)預固定；步驟2，在母板(204)上刻蝕形成第一凹坑(206)和第二凹坑(207)；步驟3，在第一凹坑(206)和第二凹坑(207)的內壁底面涂覆固定層(205)；步驟4，通過掩模板在不需要刻蝕的地方加以保護，再整體刻蝕，形成光波導層(304)。此種方法制造的QSFP模塊子單元可大規模生產，加工工藝與現有微電子工藝兼容。
文檔編號H04B10/00GK102073109SQ20101059836
公開日2011年5月25日 申請日期2010年12月21日 優先權日2010年12月21日
發明者萬里兮, 劉豐滿, 李寶霞, 陳少武 申請人:成都銳華光電技術有限責任公司