硅光引擎和共封装光学系统的制作方法

本申请涉及半导体器件，尤其是涉及一种硅光引擎和共封装光学系统。

背景技术：

1、随着数据中心和高性能计算对带宽需求的持续增长，共封装光学（co-packagedoptics, cpo）技术已成为当前通信领域的研究热点。cpo技术通过将传统上独立部署的光模块直接集成至交换机主芯片所在的主板上，显著缩短了电互连路径，从而有效降低了高速信号在传输过程中的损耗与延迟，并大幅减少了整机系统的功耗和体积。目前，cpo系统通常采用表面贴装技术（surface mount technology, smt）工艺，将多套光学器件与电学器件按照特定布局高密度地焊接或粘接于交换机主芯片周围，实现极高的系统集成度。

2、然而，系统集成度的提升也带来了一系列新的工程挑战，尤其是在故障维修与部件替换方面。当某一通道的光学或电学器件发生失效时，现有技术普遍采取的做法是将整个交换机主板断电、从设备中取出，并送返原厂进行维修。在此过程中，由于光学器件通常采用胶液粘接并经高温烘烤固化，而电学器件则通过焊料焊接固定于主板上，因此无论是更换光学还是电学部件，均需对整块主板再次施加高温烘烤处理以完成返修操作。这种整体高温再处理方式，不可避免地会对主板上其他原本正常工作的光学与电学器件造成热应力损伤风险，影响其长期可靠性。

3、为缓解上述问题，现有技术提出了一种部分可插拔的设计思路，将光学器件中不耐高温的关键组件（如光纤阵列）设计为可插拔模块，在返修前先行拆除这些敏感部件，待高温返修工序完成后重新插入。该方案虽在一定程度上降低了热损伤风险，但仍存在明显不足：

4、首先，即便仅有一个通道出现故障，仍需将整块交换机主板断电并拆卸返厂，严重影响系统可用性与运维效率；

5、其次，在返修过程中，为避免高温损伤，必须将所有通道的可插拔光学模块全部拆除，而非仅限于故障通道。考虑到交换机主板通常集成的通道数非常多，全部拆除这一操作不仅极为耗时耗力，而且每次插拔过程本身也会对光学接口造成机械磨损或污染，增加额外的失效风险。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种硅光引擎和共封装光学系统，某一通道出现故障时可直接将对应的硅光引擎拆除然后替换新的即可，保证系统可用性、运维效率，同时降低失效风险。

2、本申请的实施例可以这样实现：

3、第一方面，本实用新型提供一种硅光引擎，包括载板、硅光芯片、驱动芯片和光纤阵列；

4、所述载板具有相背的第一面和第二面，所述第一面设有快插接头，所述快插接头用于与主板上的插头插接；

5、所述硅光芯片和所述驱动芯片均设于所述第二面，且所述驱动芯片和所述硅光芯片均与所述快插接头耦合，所述驱动芯片和所述硅光芯片耦合；

6、所述光纤阵列与所述硅光芯片的出光端面耦合。

7、在可选的实施方式中，所述载板设有贯穿所述第一面和所述第二面的避让窗口；

8、所述硅光芯片有部分遮盖所述避让窗口；

9、所述光纤阵列有部分位于所述避让窗口内。

10、在可选的实施方式中，所述光纤阵列包括玻璃块、光纤、玻璃盖板和粘接垫片；

11、所述玻璃块和所述玻璃盖板共同夹住所述光纤，且所述玻璃块和所述玻璃盖板粘接；

12、所述光纤的入光端与所述硅光芯片耦合；

13、所述玻璃块和所述玻璃盖板均与所述硅光芯片的出光端面粘接；

14、所述粘接垫片位于所述避让窗口内，且所述粘接垫片的一部分粘接于所述玻璃盖板，另一部分与所述硅光芯片朝向所述避让窗口的一面粘接。

15、在可选的实施方式中，所述粘接垫片的外周壁与所述避让窗口的内周壁之间留有预设间隙。

16、在可选的实施方式中，所述预设间隙大于或等于1mm。

17、在可选的实施方式中，所述玻璃盖板部分沉入所述避让窗口内；

18、所述粘接垫片具有第一粘接面和第二粘接面，所述第一粘接面与所述玻璃盖板粘接，所述第二粘接面相对于所述第一粘接面凸起，更靠近所述玻璃块，所述第二粘接面与所述硅光芯片粘接。

19、在可选的实施方式中，所述第一粘接面沿着所述光纤的长度方向凸出所述玻璃盖板的边缘；

20、所述第一粘接面和所述硅光芯片之间形成避让槽。

21、在可选的实施方式中，所述避让槽在所述光纤长度方向上的槽宽尺寸大于或等于0.5mm。

22、在可选的实施方式中，所述光纤阵列还包括多芯光纤连接器，所述多芯光纤连接器连接在所述光纤的出光端。

23、第二方面，本实用新型提供一种共封装光学系统，包括主板以及前述实施方式任一项所述的硅光引擎，所述主板上有插头，所述快插接头与所述插头插接。

24、与现有技术中相比，本申请实施例的有益效果包括，例如：

25、通过将硅光芯片、驱动芯片集成于载板的第二面，并在载板第一面设置快插接头以与主板上的插头插接，实现了整个硅光引擎模块化、可插拔的封装形式。该结构使得硅光引擎作为一个独立的功能单元，可在不拆卸或断电整块交换机主板的前提下，直接从系统中快速插拔更换。当某一通道的硅光引擎发生故障时，运维人员仅需将该故障通道对应的硅光引擎直接拔出再换上一个新的即可完成器件替换，无需对整板进行返厂维修，显著提升了系统的可维护性与可用性。

26、同时，由于硅光引擎内部的光纤阵列直接与硅光芯片出光端面耦合，并整体封装于载板之上，避免了传统cpo方案中光纤阵列需单独插拔所带来的多次机械对接与污染风险。在维修过程中，无需拆卸其他正常通道的光学组件，仅替换故障硅光引擎即可，既减少了操作复杂度，又有效规避了非故障通道因反复插拔而引入的额外失效隐患。

27、此外，快插接头与主板插头之间的电连接方式，替代了传统smt焊接或胶粘固定工艺，彻底规避了高温返修对周边器件造成的热应力损伤风险。驱动芯片与硅光芯片在载板第二面的紧凑耦合布局，不仅缩短了电互连路径，有利于高速信号完整性，还进一步降低了功耗与延迟，延续了cpo技术的核心优势。

1.一种硅光引擎，其特征在于，包括载板（010）、硅光芯片（020）、驱动芯片（030）和光纤阵列（040）；

2.根据权利要求1所述的硅光引擎，其特征在于，所述载板（010）设有贯穿所述第一面（013）和所述第二面（014）的避让窗口（012）；

3.根据权利要求2所述的硅光引擎，其特征在于，所述光纤阵列（040）包括玻璃块（041）、光纤（042）、玻璃盖板（043）和粘接垫片（044）；

4.根据权利要求3所述的硅光引擎，其特征在于，所述粘接垫片（044）的外周壁与所述避让窗口（012）的内周壁之间留有预设间隙。

5.根据权利要求4所述的硅光引擎，其特征在于，所述预设间隙大于或等于1mm。

6.根据权利要求3所述的硅光引擎，其特征在于，所述玻璃盖板（043）部分沉入所述避让窗口（012）内；

7.根据权利要求6所述的硅光引擎，其特征在于，所述第一粘接面（046）沿着所述光纤（042）的长度方向凸出所述玻璃盖板（043）的边缘；

8.根据权利要求7所述的硅光引擎，其特征在于，所述避让槽（048）在所述光纤（042）长度方向上的槽宽尺寸大于或等于0.5mm。

9.根据权利要求3所述的硅光引擎，其特征在于，所述光纤阵列（040）还包括多芯光纤连接器（045），所述多芯光纤连接器（045）连接在所述光纤（042）的出光端。

10.一种共封装光学系统，其特征在于，包括主板以及权利要求1-9任一项所述的硅光引擎，所述主板上有插头，所述快插接头（011）与所述插头插接。