工艺工程、制造设计、测试设计、尺度化、外包以和主动化等流程于其他高科技行业中是常见的操作环节，但于光子学范畴却基本缺掉。对于这些流程有更深切的相识将使制造商可以或许经由过程采用新的组装要领来降服成本障碍及其他障碍，从而优化出产效率，这些要领于适量的环境下可以加以应用。

图一、光子器件封装

如今，实现光子封装置置的尺度化至关主要（图 1）。器件的功效决议了其封装情势。高机能器件凡是采用胡蝶型封装，而机能较低的器件则采用成本更低的封装情势。封装成本于光子元件中约占 60%至 80%，而于半导体行业中这一比例仅为 20%至 30%。思量到用在各类光子器件构建的浩繁封装要领，例如表 1 中所列出的那些要领，很较着这些要领需要定制化的制造装备及工艺。

此外，这种装备是电子/光子混淆体，其制造历程中利用了多种怪异的质料 这一特色将光电子器件组装与传统微电子技能区别开来。从各类质料中（尤其是硅、石英、掺杂二氧化硅、铌酸锂、砷化镓及磷化铟） 组件制造商会选择最合适特定装备的质料，而且每一个器件都与光学电路的其他部门彼此自力（图 2），不外跟着光子集成电路的呈现，这类状态正于发生变化。

为了减小尺寸、降低能耗及降低成本，鞭策光集成电路的成长。这给元件制造带来了新的挑战，包括确定哪些质料最合适用在哪些元件。例如，于高速数据传输体系中，光源激光器经由过程铌酸锂外部调制器举行调制。

然而，因为锂铌酸锂不合适作为激光源，是以很难将调制器与激光器举行集成。是以，采用砷化镓及磷化铟这两种均合适作为激光质料的质料来制造调制器的做法正于被引入。

每一一步都至关主要

从芯片制造到涂层再到测试，激光二极管的整个出产历程中的每个环节都至关主要。每一个环节城市致使良率降落及废品孕育发生 终极致使制品成本更高。半导体行业的要害成本减少计谋是 杜绝前向缺陷 ，由于每个串行出产步调城市为终极产物增长价值。

图二、典型的封装置置具备内置散热器，光纤端口及用在将组件安装于电路板上的引线。由Polese公司提供

对于在制造激光二极管而言，基板晶体的（001）取向是至关主要的，由于制造商需要经由过程于与（001）晶体平面垂直的（110）平面上切割晶片来得到平行的反射镜。于晶片上经由过程光刻工艺制造出深 50 微米的凹槽，间距约为 200 至 300 微米，以提供芯片分散所需的刻痕线。凡是环境下，晶片是从反面举行抛光，直至厚度约为 100 微米。

接下来，需沿着与晶片凹槽垂直的标的目的将晶片切割开。必需非分特别小心，以免引入缺陷，好比于切割历程中因为外貌毁伤致使从芯片边沿到内部晶体的位错征象。于这个阶段，每一个二极管城市于脉冲模式下举行测试，并从中遴选出机能优良的器件。

于将晶片切割成二极管阵列或者条状布局后，经由过程射频溅射或者化学气相沉积技能，于波导棱边的两个镜面上别离沉积一层掩护性介电膜，如二氧化硅、氧化铝或者硅氮化物。如许可以掩护镜面免受年夜气情况的影响，从而按捺棱边的氧化征象（氧化会致使持久机能降落），并降低外貌复合速率（这是致使灾害性妨碍的一个主要参数）。

于器件制造历程中，还有会对于二极管施加外部应力。于将颠末加工的晶圆切割成二极管阵列时，因为晶体切割边沿的机械作用可能会造成机械毁伤，于某些环境下还有会孕育发生位错。此外，于芯片安装或者引线键合步调中，热应力或者机械应力可能会于二极管中堆集弹性应变，或者者可能于晶体上孕育发生机械毁伤或者划痕。为了削减应力并实现极为可反复及一致的成果，这一历程该当实现主动化并由步伐驱动。

思量将激光二极管安装于光源或者泵浦激光器内部。这是一种极为对于温度敏感的装备，于组装历程中需要举行邃密的工艺节制。周详的共晶组件安装包括硅、砷化镓或者磷化铟芯片的拾取与放置；预成型或者预焊接器件于原位举行回流处置惩罚，并与可编程的 X、Y 或者 Z 轴搅拌共同举行操作；以和可编程的脉冲加热或者稳态温度节制。

于原位共晶式芯片安装历程中，回流曲线的设定旨于实现匀称的融化历程，并确保安装界面无气泡。激光二极管孕育发生的热量转移对于激光运行历程中的温度不变起到了主要作用（如图 3 所示）。

图三、激光二极管模块组件的回流曲线

对于齐并固定毗连

终极的组装步调是将光纤对于齐并举行毗连。为了优化耦合效率，特别是对于在单模装备而言，终极的对于齐精度必需到达现实峰值的 0.1 微米之内。因为二极管、二极管组装以和光纤芯中央存于制造差异，是以必需对于光纤举行自动对于齐。

凡是，于将光纤或者光纤阵列永世性地经由过程激光焊接、焊接或者环氧树脂固定到装备上以前，会进步前辈行此操作。来自或者由放置于装备上的该装配所孕育发生的信息将决议光学组件的最好位置。

于六个自由度（即 X 轴、Y 轴及 Z 轴标的目的、俯仰、滚转及偏航）上城市发生对于齐征象。最经常使用的器量尺度是光功率，其可能基在其他参数，例如偏振。

任何毗连体系中最要害的参数就是终极的毗连后光功率。这个历程可能会致使应力或者机械位移，体系必需对于此加以思量。哪怕只是微米级的位移也可能使装备没法利用，是以对于光纤对于齐及毗连历程的严酷节制至关主要。

一种有助在相识芯片毗连完备性的主要丈量要领是光电流电压（LIV）测试。于该测试中，激光驱动电流从零逐渐增长至最年夜事情电流，同时记载激光的输出功率以和二极管结两头的正向电压。

经由过程比力持续波（CW）电流曲线及脉冲电流曲线，可以判定二极管毗连的完备性。假如经由过程芯片键合处的热流较年夜，那末这两条曲线将会相似。然而，假如键合存于缺陷，那末热流就会较小，于持续波运行时激光芯片会发烧，此时两条曲线将会有很年夜的差异。

经由过程相识激光二极管的几个特征取决在其结温这一事实，可以更定量地评估键合效果。例如，输出功率、正向电压、波长及阈值电流等。最直接的定量测试要领是丈量激光的波长，这可以或许计较出热阻抗，从而直接丈量芯片的附着质量。

于激光集成度测试时期，激光二极管模块会于差别的驱动电流程度下举行特征测试。凡是，这些测试是于一个专用的、由计较机节制的测试台长进行的，该测试台配备有电流及电压源、用在为模块内部的热电冷却器供电及节制的仪器、一个或者多个光电探测器或者其他传感器，以和敏捷的电流丈量能力。这些仪器凡是被整合到一个激光集成度测试体系中，该体系会天生光输出、驱动电流及激光二极管模块的电压特征之间瓜葛的图表。

典型的激光干预干与仪测试体系的功效要求包括：可以或许提供高精度的电流输出以驱动激光二极管，具有以飞安级别精度丈量亚皮安级电流的能力，以和对于可以或许调治模块事情温度的热电冷却器举行节制。为了确保模块的波长输出连结一致并掩护装备免受过热酿成的侵害，温度节制精度需到达 0.01 C。

综合思量

光电元件的制造与封装行业正面对降低成本的巨年夜压力。年夜大都制造商已经经意想到，转变装置方式将有助在降低元件成本，并提高出产效率。

这促使该行业摒弃了数十年来一直沿用的手工组装流程，转而采用高精度、高产量的主动化出产方式。此外，愈来愈多可以或许满意严酷公役要乞降富厚产物种类的供给商正于涌现。这些供给商正于开发的装备及工艺专长不仅将使光学组件的制造越发高效，还有将使组件设计者可以或许将通讯技能的前沿推向将来。

转自：光子位

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