透明光學(xué)插入件的制作方法
【專利摘要】一種光學(xué)插入件包括具有第一和第二側(cè)的透明基底，安裝到第一側(cè)的至少一個(gè)OED，限定在第二側(cè)上的至少一條溝槽和至少一個(gè)反射表面，以及設(shè)置在溝槽中的通過反射表面光學(xué)地耦合到OED的光學(xué)導(dǎo)管。
【專利說明】透明光學(xué)插入件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]此處的主題總體涉及光纖光學(xué)基底，更具體地，其涉及于一側(cè)安裝有電氣部件并且于相對(duì)側(cè)安裝有光學(xué)部件的平面插入件。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖部件被使用在廣泛的多種應(yīng)用中。由于光學(xué)傳輸系統(tǒng)大的可用帶寬和高的可靠性，光纖作為用于電子數(shù)據(jù)(包括語音、因特網(wǎng)和IP視頻數(shù)據(jù))的傳輸?shù)慕橘|(zhì)的使用正變得越來越普遍。這些系統(tǒng)的基礎(chǔ)是用于發(fā)射和/或接收光學(xué)信號(hào)的光學(xué)子組件。
[0003]光學(xué)子組件一般包括插入件。如在此所使用的，插入件用作光學(xué)、光電以及電氣部件的基底并提供互連裝置以光學(xué)地和/或電氣地互連光學(xué)/光電/電氣部件。通常地，雖然不是必需地，當(dāng)光電器件與光纖被安裝在插入件中時(shí)，光電器件(OED)的軸線和光纖的軸線趨于垂直。因而，插入件不僅僅只是用于將OED與光纖光學(xué)地耦合，還用于將光彎折以實(shí)現(xiàn)耦合。
[0004]存在一種簡(jiǎn)化插入件的設(shè)計(jì)和制造兩者的普遍需求。為此，引進(jìn)了一種新型的插入件，其中包括OED的電氣部件在插入件的一側(cè)而光學(xué)導(dǎo)管被安裝在另一側(cè)上。這種構(gòu)造避免了對(duì)提供從插入件的一側(cè)到另一側(cè)的電氣路徑的通孔的需求，因?yàn)樗械?ED、相關(guān)的電路以及電氣互連都位于插入件的同一側(cè)上。
[0005]雖然構(gòu)造為光學(xué)導(dǎo)管在一側(cè)而電子部件在另一側(cè)的插入件簡(jiǎn)化了制造，但是其造成了其自己的挑戰(zhàn)。例如，如上面所提到的，插入件通常需要在OED與光纖之間垂直地彎折/轉(zhuǎn)向光線。為此，一般使用單獨(dú)塑模的光轉(zhuǎn)向元件以在OED與光纖之間彎折光線。不幸的是，這些光轉(zhuǎn)向元件往往制造昂貴，并且結(jié)合至插入件上相對(duì)耗時(shí)，因?yàn)樗鼈儽仨毻瑫r(shí)對(duì)齊并且粘合到基底上。此外，因?yàn)檫@些光轉(zhuǎn)向元件為獨(dú)立地塑模并操縱的單獨(dú)的/分立的部件，所以其需要一定的質(zhì)量以提供必需的強(qiáng)度和大小以易于塑模和操縱。因此，這些元件往往為相對(duì)大體積的并且增加相當(dāng)大的高度到插入件。這是特別有問題的，因?yàn)椴迦爰３Ｓ糜谄涓叨缺仨毐蛔钚』目臻g受限的情形中。因而，不僅僅是光轉(zhuǎn)向元件制備昂貴并安裝復(fù)雜，而且它們還對(duì)插入件增加了不期望的高度。
[0006]因此，存在一種對(duì)避免需要必須對(duì)齊并粘合到基座的分立的光轉(zhuǎn)向元件的插入件構(gòu)造的需求。本發(fā)明滿足這個(gè)需求以及其它需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]下面介紹本發(fā)明的簡(jiǎn)單概要，以提供對(duì)本發(fā)明的某些方面的基本理解。這個(gè)概要不是本發(fā)明的詳盡概述。其并不意在于確定本發(fā)明的關(guān)鍵的/重要的元件，或者在于描述本發(fā)明的范圍。其唯一的目的以簡(jiǎn)明的形式介紹本發(fā)明的一些概念作為之后介紹的更詳細(xì)的描述序言。
[0008]在本發(fā)明的實(shí)施例中，光學(xué)插入件包括具有第一和第二側(cè)的透明基底、被安裝到所述第一側(cè)的至少一個(gè)0ED、限定在所述第二側(cè)上的至少一個(gè)反射表面和至少一個(gè)溝槽、以及設(shè)置在所述溝槽中的通過所述反射表面光學(xué)地耦合到所述OED的光學(xué)導(dǎo)管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]本發(fā)明將以示例的方式參考附圖來進(jìn)行描述，其中:
[0010]圖1示出了本發(fā)明的透明插入件的一個(gè)實(shí)施例，該插入件具有限定為與插入件一體的基底的光學(xué)特征。
[0011]圖2示出了本發(fā)明的透明插入件的另一個(gè)實(shí)施例，其中使用了彎曲的反射表面。
[0012]圖3示出了本發(fā)明的另一個(gè)透明插入件的實(shí)施例，其中光學(xué)特征為壓印的。
[0013]圖4示出了準(zhǔn)備本發(fā)明的透明插入件的實(shí)施例，其中晶片上的插入件對(duì)被光學(xué)地耦合在一起并共同測(cè)試。
【具體實(shí)施方式】
[0014]參見圖1，示出了本發(fā)明的插入件100的一個(gè)實(shí)施例。插入件100包括分別具有第一側(cè)102和第二側(cè)103的透明基底101。第一側(cè)包括電觸頭墊106并且第二側(cè)限定至少一個(gè)反射表面104和至少一個(gè)溝槽105。至少一個(gè)0ED107被安裝到第一側(cè)上的電觸頭墊106。溝槽105保持光學(xué)導(dǎo)管108，其通過所述反射表面104光學(xué)地耦合到所述0ED107。以下將更詳細(xì)地描述每個(gè)這些元件。
[0015]基底101用于多個(gè)目的。其主要目的是用作插入件的主干(backbone)以支撐和固定光學(xué)導(dǎo)管、OED以及支撐電氣電路。因而，其應(yīng)該是相對(duì)堅(jiān)硬的熱穩(wěn)定的材料，適合被加熱到在回流焊接應(yīng)用中的典型溫度。本實(shí)施例中的基底還用作光線的導(dǎo)管，允許光線在0ED107與光學(xué)導(dǎo)管108之間穿過它。因而,基底101必須在OED與光學(xué)導(dǎo)管之間傳輸?shù)墓饩€的波長(zhǎng)上透明。在這方面，應(yīng)意識(shí)到的是透明度可能是波長(zhǎng)的函數(shù)。換句話說，一種材料可能對(duì)于處于一種波長(zhǎng)的光不透明，而可能對(duì)于處于另一種不同波長(zhǎng)的光透明。因此，需要基于被傳輸?shù)墓獾念A(yù)期的波長(zhǎng)來確定基底的透明度。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，基底對(duì)于850、980、1060、1310和1550納米的波長(zhǎng)透明。對(duì)一個(gè)和多個(gè)期望的波長(zhǎng)透明且堅(jiān)硬的適合的材料包括，例如各種類型的玻璃、石英、多晶硅、非晶硅和硅。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，基底101為玻璃，其具有特別堅(jiān)硬、對(duì)基本所有現(xiàn)今使用的波長(zhǎng)透明以及廉價(jià)的好處。
[0016]基底101限定了光學(xué)和電氣特征并提供了 OED與光學(xué)導(dǎo)管之間的對(duì)齊。光學(xué)特征包括反射表面104和用于接收并保持光學(xué)導(dǎo)管108的一個(gè)或多個(gè)溝槽105。以下討論了用于限定這些光學(xué)特征的處理和技術(shù)。溝槽105可為傳統(tǒng)的V形溝槽，或者其側(cè)面可垂直于頂部平面?zhèn)让妫沟闷涓愃朴诒粯?gòu)造為將光學(xué)導(dǎo)管相對(duì)于反射表面104精確地保持并且定位的U形溝槽或相似的溝渠。雖然在這里示出并描述了單光纖應(yīng)用，但是應(yīng)意識(shí)到的是本發(fā)明并不限于單光纖應(yīng)用，并且其也能夠應(yīng)用到光纖陣列和帶狀光纖以及應(yīng)用到平面波導(dǎo)陣列以及波導(dǎo)帶。反射表面104能夠由連續(xù)的溝槽114限定，溝槽114基本垂直于溝槽105伸展，或者對(duì)每個(gè)溝槽105可以有單獨(dú)的反射表面104。以下將討論制備這些光學(xué)結(jié)構(gòu)的技術(shù)和途徑。
[0017]反射表面104可依靠基底材料與空氣的折射率的不同使光轉(zhuǎn)向。因而，雖然使用了術(shù)語“反射表面”，但是應(yīng)該意識(shí)到在本文中，“反射”也考慮了完全內(nèi)反射。在一個(gè)實(shí)施例中，反射覆蓋層110被涂覆到表面104以確保表面的反射性，并且保護(hù)反射表面遠(yuǎn)離灰塵或者冷凝產(chǎn)生的濕氣。適合的反射材料包括，例如金、銀、鋁以及各種電介質(zhì)。這些材料可以通過已知的技術(shù)沉積到反射表面104上，包括蒸鍍、濺射和氣相沉積。
[0018]反射表面104可被構(gòu)造為使得0ED107與光學(xué)導(dǎo)管108之間的光學(xué)耦合最優(yōu)化。例如，其可為如圖1示出的直的反射表面104，或者其可為圖2示出的彎曲的反射表面204。反射表面204的彎曲能夠在多于一條軸線上以形成反射透鏡的成像鏡。反射表面的構(gòu)造將在很大程度上取決于被OED或光學(xué)導(dǎo)管接收的光束的直徑。具體地，如果光束120的直徑Cl1大于圖1示出的光學(xué)導(dǎo)管的芯部尺寸d。或者如果光束220的直徑d2大于圖2示出的0ED207的接收孔的直徑，一般將會(huì)需要對(duì)反射表面104進(jìn)行一定程度的透鏡化。(注意:在圖1的實(shí)施例中，0ED107是發(fā)射器，而在圖2的實(shí)施例中的0ED207是接收器。)直徑(I1和d2是光束120、220的發(fā)散角和基底厚度的函數(shù)。發(fā)散光束將在更厚的基底中更為發(fā)散，因?yàn)楣馐懈鄼C(jī)會(huì)擴(kuò)展。在插入件具有前/后構(gòu)造情況下，基底一般相對(duì)較厚以提供足夠的硬度。因此，為了保持適合于與光學(xué)導(dǎo)管的芯部或者OED的孔的耦合的相對(duì)窄直徑的光束，光束必須具有低的發(fā)散度或者反射表面必須被一定程度透鏡化。
[0019]例如，參見圖1，在本實(shí)施例中的0ED107是一個(gè)發(fā)射器，并且特別的，其為VCSEL107A。從VCSEL107A發(fā)射的光束120穿過基底101傳播，被反射表面轉(zhuǎn)向大約九十度，并且如圖所示隨后進(jìn)入光學(xué)導(dǎo)管108的芯部。在本實(shí)施例中，光束120的直徑在光學(xué)導(dǎo)管108的入口處為直徑Cl1，其被示出為比芯部尺寸d。窄。因此，不需要對(duì)反射表面104進(jìn)行透鏡化。然而，應(yīng)該指出的是，在本實(shí)施例中，低發(fā)散光束120是0ED107上的一體的基底透鏡109作用的結(jié)果。
[0020]參見圖2，示出了其中0ED207是一個(gè)接收器的實(shí)施例，其在這個(gè)特定實(shí)施例中是光電探測(cè)器207A。在本實(shí)施例中，從光學(xué)導(dǎo)管208發(fā)出的光被反射表面204反射進(jìn)入光電探測(cè)器207A。光束220的直徑d2應(yīng)該小于光電探測(cè)器的接收孔的直徑。一般來說，給定離開光學(xué)導(dǎo)管208的光束220的發(fā)散角度大并且光電探測(cè)器的典型接收孔相對(duì)較小，一般需要對(duì)反射表面204進(jìn)行某種形式的透鏡化。同樣地，如果圖1示出的0ED107不具有一體的基底透鏡109，光束120將會(huì)有更大的發(fā)散角度，其將使得必須類似于透鏡204對(duì)反射表面104進(jìn)行透鏡化。
[0021]反射表面204的透鏡表面或彎曲表面能夠以各種不同的方式安裝到插入件200。例如，其可被作為液體添加然后通過UV壓印固化或者其可以是粘合到反射表面的單獨(dú)的分立的塑模部分。替代地，如下所討論的，其可以蝕刻或者熱壓印到基底上。
[0022]不考慮使用的成型技術(shù)，在一個(gè)實(shí)施例中，限定反射表面104的溝槽114被做的得特別寬以提供對(duì)反射表面104的接取，如圖1所示。如上提及的，為了確保反射率，可優(yōu)選地應(yīng)用反射材料110、210到反射表面。
[0023]在一個(gè)實(shí)施例中，使用了兩層基底以提供包括反射表面和溝槽的光學(xué)特征。具體地，參見圖3，示出了插入件，其中基底301包括第一層330和被精確地壓印以限定溝槽308和反射表面304的位置和形狀的壓印材料層331。下面就制備插入件的方法更詳細(xì)地討論壓印層331。
[0024]溝槽105適于接收光學(xué)導(dǎo)管108。如在此使用的，術(shù)語“光學(xué)導(dǎo)管”指的是有助于光學(xué)信號(hào)在某個(gè)方向上傳播的任何已知的介質(zhì)。常見的光學(xué)導(dǎo)管包括光纖和平面的光學(xué)波導(dǎo)。這樣的光學(xué)導(dǎo)管一般，但不是必須，包括芯部和有助于光沿光學(xué)導(dǎo)管向下傳播的圍繞芯部的包層。
[0025]基底101的第一側(cè)上的電觸頭墊被構(gòu)造為接收0ED107，如圖1所示。在本文中，OED可以是任何在光能與電能之間轉(zhuǎn)換的裝置，比如激光器(例如垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)、雙通道平面隱埋異質(zhì)結(jié)激光器(DC-PBH)、隱埋新月形激光器(BC)、分布式反饋激光器(DFB)、分布式布拉格反射激光器(DBR))、發(fā)光二極管(LED)(例如面發(fā)射LED (SLED)、邊緣發(fā)射LED(ELED)、超輻射發(fā)光二極管(SLD))和光電二極管(例如P型-本征型-N型(PIN)、雪崩光電二極管(APD))或者混合裝置，該混合裝置不將光能轉(zhuǎn)換為其他形式但其改變狀態(tài)以響應(yīng)諸如開關(guān)、調(diào)節(jié)器、衰減器和可調(diào)整濾光器的控制信號(hào)。還應(yīng)理解的是OED可為單個(gè)分立的裝置或其可以為組裝或集成為裝置的陣列。如果OED是邊緣發(fā)射裝置，則將需要額外的直角轉(zhuǎn)向鏡。
[0026]OED具有至少一條光軸，光沿著該光軸傳播到/來自0ED。因?yàn)镺ED設(shè)置在光學(xué)導(dǎo)管上并由于限定在插入件中的反射表面與其光學(xué)地稱合，一般地，雖然不是必需的，光軸基本上垂直于平面表面。應(yīng)該理解的是OED不限于單個(gè)光軸。
[0027]如上所提及的，在一個(gè)實(shí)施例中，OED包括透鏡109以對(duì)光束120塑形并最小化發(fā)散。在這種OED上的透鏡的制備已知并且描述于美國(guó)專利5，853，960號(hào)和美國(guó)專利5,018, 164 號(hào)中。
[0028]第一側(cè)101上還安裝有相關(guān)的電路和驅(qū)動(dòng)器111以操作0ED107。相關(guān)的電路111連接到跡線(未示出)以將插入件與更層級(jí)的柔性電路或印刷電路板230對(duì)接。這是一項(xiàng)已知的技術(shù)。替代地，如圖2所示，柔性電路可被構(gòu)造為圍繞相關(guān)的電路211裝配以提供與相關(guān)的電路之間的必需的接口并且避免對(duì)額外的跡線和其互連的需要。
[0029]本發(fā)明的另一方面是制造所述插入件的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括:(a)透過透明基底觀察以將透明基底的第一側(cè)上的電觸頭對(duì)齊到透明基底的第二側(cè)上的光學(xué)特征；(b)將電觸頭限定在第一側(cè)上；(c)將光學(xué)特征限定在第二側(cè)上，光學(xué)特征包括至少一個(gè)反射表面和至少一個(gè)溝槽(以及可選的對(duì)反射表面的處理以確保反射率)；(d)將OED設(shè)置在電觸頭上；以及(e)將光學(xué)導(dǎo)管設(shè)置在溝槽中，光學(xué)導(dǎo)管和OED通過反射表面光學(xué)地耦合。這些步驟在以下根據(jù)圖1-4更詳細(xì)地考慮。應(yīng)理解的是這些步驟的順序可在不同的實(shí)施例中不同。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，步驟(b)在步驟(a)和(C)之前實(shí)施。這樣，電觸頭或者其位置可通過透明基底觀察以確定光學(xué)特征的合適的位置?？蛇x的，步驟(b)可被實(shí)施并且然后步驟(d)在步驟(c)前實(shí)施。這樣，OED可通過透明基底觀察以確定光學(xué)特征的合適的位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，步驟(a)涉及能夠通過透明基底的任意一側(cè)觀察到的最初建立的基準(zhǔn)以限定電觸頭和光學(xué)特征兩者。對(duì)于受本公開啟發(fā)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說還有的其他的實(shí)施例和順序?qū)⑹敲黠@的。
[0030]基底101的任一側(cè)上的光學(xué)和電部件之間的對(duì)齊對(duì)于確保0ED107和光學(xué)導(dǎo)管108通過反射表面104光學(xué)地耦合是很重要的。基底101的透明度通過允許從另一側(cè)觀察到一側(cè)上的特征有助于這種對(duì)齊。已知這樣的晶片前側(cè)到晶片后側(cè)的對(duì)齊技術(shù)并且能夠通過使用商用可用的裝置大規(guī)模地進(jìn)行實(shí)施。
[0031]用于將電氣部件對(duì)齊并電氣互連到基底上的OED的技術(shù)能夠不同。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，基準(zhǔn)被標(biāo)記正好在基底的一側(cè)并且第一側(cè)上的電子器件和OED兩者和第二側(cè)上的光學(xué)特征基于共同的基準(zhǔn)被定位。基準(zhǔn)可以是提供OED的被動(dòng)對(duì)齊的任何的結(jié)構(gòu)或標(biāo)記。可以使用各種各樣的基準(zhǔn)。用于通過基底觀察以將光學(xué)和電子部件對(duì)齊的其他方法對(duì)于受本公開啟發(fā)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。
[0032]能夠通過各種不同的方法制備反射表面104和溝槽105。例如，能夠使用濕法蝕刻技術(shù)以形成V形溝槽以接收光纖。已知這樣的V形溝槽能精確地定位柱形物體，比如光纖。雖然濕法蝕刻還能夠被用來將溝槽114蝕刻進(jìn)入基底101的第二側(cè)以限定反射表面104，然而可能需要額外的步驟以優(yōu)化反射表面104。具體地，通過濕法蝕刻形成的V形溝槽的壁的斜度取決于基底的晶體結(jié)構(gòu)。很少的材料具有產(chǎn)生反射表面所需要的45度斜度的晶體結(jié)構(gòu)。因而，可能需要添加反射元件或其他更改表面104的額外的步驟。
[0033]替代地，除了使用濕法蝕刻，還能夠使用干法蝕刻。干法蝕刻指的是一般使用掩模圖案通過將材料暴露于離子轟擊(通常為活性氣體的等離子，比如碳氟化合物、氧氣、氯、三氯化硼；有時(shí)添加了氮?dú)?、氬氣、氦氣和其他氣體)以從暴露的表面去除材料的一部分以移除材料。不像典型的濕法蝕刻，干法蝕刻一般定向地或各向異性地蝕刻，并因此不取決于基底的晶體結(jié)構(gòu)。
[0034]因?yàn)楦煞ㄎg刻不受下面的基底的晶體結(jié)構(gòu)的限制或控制，所以能夠使用干法蝕刻在多種多樣的基底材料中產(chǎn)生任何期望的角度的斜坡。因而，在一個(gè)實(shí)施例中，反射表面104被構(gòu)造為具有最優(yōu)角度/形狀以在OED與光學(xué)導(dǎo)管的芯部之間產(chǎn)生有效的光學(xué)耦合。一般地，雖然不是必須的，如果光學(xué)導(dǎo)管的光軸與OED的光軸成直角，則這個(gè)角度將大約為45度。
[0035]在另一個(gè)實(shí)施例中，可使用機(jī)加工技術(shù)以在反射表面創(chuàng)造溝槽。特別地，使一個(gè)連續(xù)的反射表面橫過在共同的晶片上的多個(gè)不同的插入件可能是有益的。在這個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)例如美國(guó)申請(qǐng)13/172，568號(hào)中所描述的加工反射表面104可是有利的，該申請(qǐng)通過引用結(jié)合于此。
[0036]在另一個(gè)實(shí)施例中，溝槽和反射表面的光學(xué)特征是通過壓印構(gòu)造的。具體地，參見圖3，在一個(gè)實(shí)施例中，插入件300包括基底301，基底301包括第一層330和壓印層331。壓印層331如以上所述限定反射表面304和溝槽305。在一個(gè)實(shí)施例中，具有獨(dú)特的彎曲表面形狀的溝槽314可被壓印到壓印層331中以提供如圖示出的彎曲的反射表面304。另夕卜，U形溝槽或相似的用于光學(xué)導(dǎo)管308的接收容腔能夠在相同的步驟中被壓印。
[0037]壓印是已知的技術(shù)并且能夠用可以購買到的裝備，包括例如EV Group的UV和熱壓印納米印刻光刻裝備來實(shí)施。有各種可用的壓印技術(shù)。例如，UV壓印涉及用模印(moldstamp)壓印流體層并且然后將流體層曝光于UV以將其固化。替代地，熱壓印涉及用加熱的模具壓印固化的層，該加熱的模具因?qū)榆浕鴮铀苄巍?br> [0038]壓印具有許多益處。首先，其允許溝槽和反射表面在單個(gè)步驟中被限定。此外，壓印具有提供反射表面獨(dú)特的形狀以允許其彎曲對(duì)特定的應(yīng)用最優(yōu)化的好處。相反地，濕法蝕刻甚至干法蝕刻會(huì)受限于所能夠制備的表面形狀。
[0039]如上所提及的，為了確保反射表面104的反射率,如圖1、2和3所示分別地應(yīng)用金屬化表面110、210和310可能是最優(yōu)的。
[0040]—旦基底被構(gòu)造，其被光學(xué)導(dǎo)管和OED以及相關(guān)的電子器件占據(jù)。光學(xué)導(dǎo)管可以各種已知的方式被固定到溝槽。例如，光纖可被金屬化并且焊接到合適的位置或者其可被粘接到合適的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，UV固化的光學(xué)透明的粘合劑被用于將光學(xué)導(dǎo)管固定到溝槽中。這種方法可對(duì)于減少菲涅爾損耗是優(yōu)選的，因?yàn)镺ED、溝槽的終端和光學(xué)導(dǎo)管的端面之間的任何間隙將會(huì)被光學(xué)透明的粘合劑填充。反射凝膠或其他反射率匹配的部件用在光學(xué)導(dǎo)管108與基底101之間一般是優(yōu)選的，但不是必須的。
[0041]將OED和電路合并至插入件涉及首先限定和沉積焊接墊。應(yīng)用焊接點(diǎn)是有助于OED對(duì)齊的已知技術(shù)。本發(fā)明的插入件還包括被動(dòng)對(duì)齊光纖/平面波導(dǎo)和OED的特征。與光學(xué)組件的制造相關(guān)的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一，特別是對(duì)于提供高水平的集成系統(tǒng)而言，是部件光學(xué)對(duì)齊。這尤其適用于自由空間、互連光學(xué)系統(tǒng)中，其中分立的OED以嚴(yán)格要求的誤差，一般地為亞十微米以下至亞微米范圍，集成到共同的安裝系統(tǒng)上。
[0042]一般有兩種對(duì)齊途徑用于對(duì)齊OED——主動(dòng)的和被動(dòng)的。在被動(dòng)對(duì)齊中，定位或?qū)R特征一般直接地制造到部件上和部件所將要安裝到的平臺(tái)上。部件然后通過使用對(duì)齊特征被定位在平臺(tái)上并且固接在合適的位置。在主動(dòng)對(duì)齊中，OED被置于平臺(tái)上，但是在固接到平臺(tái)前，當(dāng)操縱部件以提供最佳光學(xué)性能時(shí)，光學(xué)信號(hào)通過部件傳遞。一旦實(shí)現(xiàn)了最佳光學(xué)性能，部件則固接到平臺(tái)。雖然主動(dòng)對(duì)齊往往比被動(dòng)對(duì)齊更精確，但是被動(dòng)對(duì)齊有助于高速、高容量自動(dòng)制造，因此是優(yōu)選的。然而為了使用被動(dòng)對(duì)齊在所有三個(gè)軸線上光學(xué)地對(duì)齊，特別是如果需要特別好的對(duì)齊，這往往是非常困難的。盡管這樣，如果能夠使用被動(dòng)對(duì)齊以實(shí)現(xiàn)沿著兩條軸線或者甚至一條軸線的可接受的對(duì)齊，能夠?qū)崿F(xiàn)制造時(shí)間和成本的顯著地降低使得主動(dòng)對(duì)齊僅需要用于剩下的軸線或用于精確調(diào)整。
[0043]本發(fā)明的插入件可具有許多特征以有助于OED的被動(dòng)對(duì)齊。在一個(gè)實(shí)施例中，插入件具有以上所提及的基準(zhǔn)以有助于OED的被動(dòng)對(duì)齊使得其每條光軸與其相應(yīng)的反射表面和溝槽對(duì)齊。
[0044]在一個(gè)實(shí)施例中，使用了在回流操作中被動(dòng)對(duì)齊OED的觸頭墊的圖案。具體地，OED在其安裝側(cè)上具有觸頭墊的某種圖案，插入件在其第一平面表面上具有相同圖案的墊。然后使用已知的拾取和放置技術(shù)以粗略地對(duì)齊的方式將OED置于插入件墊上。然后當(dāng)組件被回流使得觸頭墊的表面張力導(dǎo)致OED的圖案與插入件上的圖案對(duì)齊時(shí)實(shí)現(xiàn)了插入件墊與OED墊之間的對(duì)齊，由此將OED相對(duì)于插入件的溝槽和反射表面精確地定位。這樣的機(jī)制是眾所周知的并在例如美國(guó)專利7，511，258號(hào)中公開，該專利通過引用結(jié)合于此。
[0045]在另一個(gè)實(shí)施例中，作為觸頭墊的替代或附加，在插入件上使用了其他基準(zhǔn)以有助于被動(dòng)對(duì)齊。例如，基準(zhǔn)可以是從提供了套準(zhǔn)表面的平面表面突出的物理結(jié)構(gòu)，OED的邊緣可抵靠套準(zhǔn)表面以被正確地定位在插入件上。替代地，基準(zhǔn)可以是標(biāo)記以使得通過使用可以購買到的、超高精度的芯片鍵合機(jī)(die bonding machine),比如例如Suss MicroTech機(jī)(見例如美國(guó)專利7，511，258號(hào))能夠?qū)ED視覺對(duì)齊在插入件上。
[0046]此外，可使用基準(zhǔn)與觸頭墊的組合。例如，可以使用墊拉動(dòng)OED與插入件的隆起的基準(zhǔn)接觸。對(duì)于受本公開啟發(fā)的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，其他的對(duì)齊技術(shù)將是明顯的。
[0047]因此，本發(fā)明的插入件可具有將OED光學(xué)地耦合到光學(xué)導(dǎo)管的一個(gè)或多個(gè)特征、用于提供光學(xué)導(dǎo)管和/或OED的被動(dòng)對(duì)齊的特征、以及用于將OED與需要的電路互連以及用于將插入件與更高層級(jí)柔性電路或印刷電路板對(duì)接的電/光學(xué)互連。
[0048]在一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，優(yōu)選地用抗反射涂層113涂覆第一側(cè)102。
[0049]本發(fā)明的插入件還適合于經(jīng)濟(jì)性和高度重復(fù)的制造。在一個(gè)實(shí)施例中，插入件的制備的很大一部分在晶片/面板層面實(shí)施。也就是說，與其將每個(gè)插入件作為分立的部件制備，不如可同時(shí)在晶片/面板上制備多個(gè)插入件。這是已知的技術(shù)以有助于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的制造能力。晶片/面板制作的益處包括在一個(gè)步驟中在多個(gè)插入件上限定多個(gè)特征和部件的能力。例如，通常在僅幾個(gè)或甚至單個(gè)光刻步驟中可在晶片/面板范圍上如果不能限定全部重要的對(duì)齊關(guān)系也能限定大多數(shù)重要的對(duì)齊關(guān)系。具體地，用于提供OED的被動(dòng)對(duì)齊的反射表面和用于保持光學(xué)導(dǎo)管的溝槽的位置可在單個(gè)掩模/壓印步驟中限定。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)OED和電器部件間的光學(xué)/電氣互連可被限定在單個(gè)掩模步驟中。例如，可在單個(gè)掩模步驟中限定互連用于OED的墊和用于電驅(qū)動(dòng)電路的墊的各種跡線、和OED與驅(qū)動(dòng)電路之間的跡線。在一個(gè)實(shí)施例中，在相同的掩模步驟中甚至限定了插入件的邊緣。換句話說，如圖4示出的插入件的每條邊緣470是在晶片/面板中蝕刻的溝槽的一半。晶片/面板在每條溝槽的底部被簡(jiǎn)單地分開以形成帶有精確控制的邊緣的插入件。這樣，從插入件的邊緣470到諸如溝槽408之類的重要特征的距離通常在單個(gè)步驟中可被精確地控制，由此消除誤差累積并且通過使用這些精確地控制的邊緣簡(jiǎn)化插入件的組裝制造。由于晶片/面板的大小和其處理能力也得到了提升，所以這些優(yōu)勢(shì)預(yù)期得到提升。
[0050]蝕刻也可在晶片/面板級(jí)上實(shí)施。在一個(gè)實(shí)施例中，插入件的邊緣、終端分面、溝槽都在晶片/面板級(jí)進(jìn)行限定和蝕刻。通過在同一光刻過程中蝕刻這些特征可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的經(jīng)濟(jì)性。雖然可使用單個(gè)蝕刻過程，但是在某些情況下，兩個(gè)或更多的蝕刻過程可能是有益的。也就是說，插入件的分面需要干法蝕刻以達(dá)到期望的坡度，然而，插入件的側(cè)壁和溝槽的邊緣可通過使用濕法或干法蝕刻技術(shù)中任一種來蝕刻。因此，如果干法蝕刻沒有濕法蝕刻那么經(jīng)濟(jì)性(例如其需要更多的時(shí)間和/或更昂貴)，則使用干法蝕刻蝕刻終端分面以及使用濕法蝕刻蝕刻插入件和溝槽側(cè)壁/邊緣會(huì)是優(yōu)選的。
[0051]參見圖4，示出了晶片組件400，其中同時(shí)制備了一對(duì)插入件300、450。如圖3所描繪的，插入件300具有接收用0ED302，而插入件450包括發(fā)射用0ED407。通過將這些插入件在晶片/面板401上成對(duì)地制備，其能夠被光學(xué)地耦合并且因而同時(shí)測(cè)試。例如，在這個(gè)特定的實(shí)施例中，插入件300和450的光學(xué)特征被限定在壓印層中。在這個(gè)特定的案例中，使用了彎曲的反射表面304以將光學(xué)導(dǎo)管460與插入件300中的0ED302光學(xué)地耦合。同樣地，插入件450具有相似的但不同的反射表面404，其用于將發(fā)射用0ED407與光學(xué)導(dǎo)管460光學(xué)地耦合。
[0052]當(dāng)仍處于晶片/面板形式時(shí)，0ED、相關(guān)的電路311和驅(qū)動(dòng)電路411以及測(cè)試探針461電連接到基底的第一側(cè)上的墊。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖所示，臨時(shí)波導(dǎo)接合進(jìn)入晶片/面板作為光學(xué)導(dǎo)管460以光學(xué)地耦合0ED407和0ED302。測(cè)試探針461然后給驅(qū)動(dòng)電路411賦能以供電給0ED407使之發(fā)射光束420進(jìn)入基底，穿過第一層430并進(jìn)入壓印層431。光束420然后遇到反射表面404，轉(zhuǎn)向大約90度使得其進(jìn)入光學(xué)導(dǎo)管408。此時(shí)，光穿過臨時(shí)波導(dǎo)并進(jìn)入插入件300。光然后從光學(xué)導(dǎo)管308出來，并且光束220被壓印層331中的反射表面304轉(zhuǎn)向而穿過第一層330并進(jìn)入探測(cè)器307a。接下來，光電探測(cè)器307a將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，該電信號(hào)被傳輸?shù)较嚓P(guān)的電路311。相關(guān)的電路311以已知的方式操縱信號(hào)并將其傳輸回到測(cè)試探針461。因而，從測(cè)試探針461到插入件450，穿過插入件300并返回到測(cè)試探針的回路完成。取決于測(cè)試探針收回的信號(hào)的質(zhì)量，能夠評(píng)估插入件300、450的完整性。
[0053]一旦測(cè)試完成，可通過使用已知的技術(shù)使臨時(shí)波導(dǎo)消溶以將其移除，并且個(gè)體的插入件300和450沿著切割線470分開。
[0054]顯然，以上描述本發(fā)明的插入件組件相比于傳統(tǒng)的光電模塊構(gòu)造提供了顯著的優(yōu)勢(shì)，比如低的成本和制造業(yè)上的簡(jiǎn)化以及相對(duì)于能夠?qū)崿F(xiàn)光學(xué)耦合的配合部件的類型而言提高了多樣性。可以預(yù)見插入件組件的其他優(yōu)勢(shì)。
【權(quán)利要求】
1.一種光學(xué)插入件包括: 透明基底，其具有第一和第二側(cè)； 安裝在所述第一側(cè)的至少一個(gè)OED ； 限定在所述第二側(cè)上的至少一個(gè)反射表面和至少一條溝槽；和 光學(xué)導(dǎo)管，其設(shè)置在所述溝槽中通過所述反射表面光學(xué)地耦合到所述光電器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)插入件，其中所述透明基底包括具有所述第一側(cè)的第一層和具有所述第二側(cè)的壓印層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)插入件，其中所述反射表面是彎曲的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)插入件，其中所述光電器件包括透鏡，并且所述反射表面是平坦的。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)插入件，其中所述光電器件是發(fā)射器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)插入件，其中所述光電器件包括透鏡，并且所述反射表面是彎曲的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)插入件，其中所述光電器件是接收器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)插入件，其中所述光學(xué)導(dǎo)管是光纖。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)插入件，其中所述光學(xué)導(dǎo)管是波導(dǎo)。
【文檔編號(hào)】G02B6/42GK103718076SQ201280038120
【公開日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2012年8月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月3日
【發(fā)明者】T.P.鮑恩 申請(qǐng)人:泰科電子公司