CN100356221C - 光纤阵列组件中光纤排放封装设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光纤阵列组件中光纤排放封装设备，基准底板置于一个可调整的三角架上，下基片限位台平面搁置在基准平面的支撑柱上，柔性上顶载基片台面组件放置在基准底板上，在下基片限位台的左右侧装配一对侧向限位块，在上盖片上方装配一抽气管导系统和显微镜监视系统，基准底板的前面放置有CCD监视系统。由于本发明载基片台平面009对下基片的支撑是基于点接触的柔性上顶力，使下基片的表面上的N条光纤中的每一条光纤，完全严格地支撑在每一条凹形槽或V形槽两侧线和光纤与盖片接触线三条线上。使用本发明可将光纤阵列组件中每一条光纤的定位精度可达0.35μm，能制造出一种极高定位精度的光纤阵列组件。

Description

光纤阵列组件中光纤排放封装设备

技术领域

本发明属于光通讯、光电子器件、光互连技术领域，涉及光纤阵列组件中光纤排放封装设备。

背景技术

近几年以来，由于光通信和光互连技术的迅猛发展，用于信息领域中各种新型被动器件和主动器件大量涌现。特别是各种用途的阵列式光电子芯片，如无源的AWG复用、解复用芯片、平面波导分束器芯片，MEMS微光机电开关芯片、和面发射激光阵列VCSEL芯片、光接收PIN芯片等相继研制成功，上述芯片要封装制作成实用器件时，必须要有极高精度的光纤阵列组件作为光电子器件的输入和输出耦合接口，将上述光电子芯片中的每一条光通路，和光纤阵列组件中相应的每一条光纤严格准确的对准，才能将光信号输入、输出，制作成长期稳定实用器件。上述器件的封装技术是确保器件的优良光学特性的关键，同时，也是决定质量、效率和成本中最高部分。由于以上芯片都是采用光电子工艺研制成的，所以，器件的封装技术对光纤阵列组件中每一条光纤位置的精度要求，必须与光刻线条的位置精度相匹配。不但如此，同时还需要对光纤头加工成8°、45°等各种需要的形状。目前光纤阵列都是采用在特定晶向硅片上，腐蚀一些平行的V形槽，或采用精密的机械切割技术在并行平面基片上刻出一些平行的V形槽，将每一条光纤嵌入一条V形槽内，用V形槽内表面作为定位每一条光纤的表面，制作成光纤阵列组件。采用V形槽内表面作为定位每一条光纤的定位方法中，光纤的定位精度与腐蚀成形的V形槽的深度和内表面成形的过程精度有关，影响光纤定位精度。虽然光纤较容易排放、但是，精度较差，器件进行封装时，成品率低。用精密机械刻出的V形槽基片精度低，同时还存在一个如何将N条光纤高精度排放的问题。

我们在专利“光纤阵列定位组件”申请号：01133513.0中，提出了在并行平面基片上刻蚀出N条并行凹形槽，采用每一条凹形槽表面两侧线和光纤上表面、上盖片下表面接触线三线定位每一条光纤方法，为了保证光纤排放的精度和效率必须有专门的光纤排放设备。为此，我们在专利“光纤阵列中光纤排放方法及其设备”申请号为200410012970.x中，对光纤排放的方法和其设备的原理给予了描述。而该设备还存在一些不足之处，有时，不能完全使每一条光纤都能定位在如上所述的三条定位线上。

发明内容

本发明为了在光纤排放过程中，完全保证每一条光纤都定位在凹形槽表面两侧线和光纤上表面、上盖片下表面接触线三线上，提供一种新的光纤排放封装设备。在排放光纤的过程中，设备完全保证每一条光纤都定位在如上所述的三条定位线上，用精密机械刻出的V形槽基片，完全保证每一条光纤都定位在V形槽两内表面、上盖片和光纤的接触线，大大提高了产品的合格率。

本发明的技术方案为：

光纤阵列组件中光纤排放封装设备，包括以下部分：柔性上顶载基片台面组件、可移动侧向限位块015、抽气管道007、向下高清晰度显微镜监视系统021和监视光纤阵列端面的可视系统020、可调三角架019架、基准底板018组成，基准底板018置于一个可调整的三角架019上，柔性上顶载基片台面组件放置在基准底板018上，柔性上顶载基片台面组件的下基片限位台014平面搁置在基准平面的支撑柱上，在下基片限位台014的左右侧，装配一对可并行移动的侧向限位块015，在上盖片003上方，装配一抽气管导系统007，其端口的表面装配一个密封橡皮圈008与上盖片003上表面紧密接触，在上盖片003上方装配向下高清晰度显微镜监视系统021，基准底板018的前面放置一台观察每一条光纤是否严格支撑在直线凹形槽表面两侧线和光纤与盖片接触线三条线上的CCD监视系统020。

所述柔性上顶载基片台面组件由上基片限位块016、下基片限位台014、载基片台面009、套管内钢珠011和柔性上移推动杆012组成，载基片台面009下面中心处带有园柱置于套管内，园柱下表面与钢珠011的上表面点接触、钢珠011下表面和上移推动杆012的顶部端面点接触，载基片009上贴一层防应力橡皮013，下基片001放置在防应力橡皮013上。

由于本发明的载基片009和钢珠011、钢珠011和上顶螺杆012端面是点接触，上旋上顶螺杆012时，使载基片009向上移动力，而载基片009对下基片的支撑是柔性上顶力，它可以使下基片的表面上的N条光纤中的每一条光纤，完全严格地支撑在每一条凹形槽两侧线和光纤与盖片接触线三条线上。使用本发明的设备可将光纤阵列组件中每一条光纤的定位精度可达0.35μm，能制造出一种极高定位精度的光纤阵列组件。本发明可广泛地应用于光通讯、并行处理高性能计算机中光互连等技术中有源和无源光电子器件的制造。

附图说明

图1为凹形槽定位每一条光纤的示意图。

图2为V形槽定位每一条光纤的示意图。

图3为基于三条支撑线定位每一条光纤的排放设备图。

图4为具有柔性上顶压力的光纤排放设备图。

具体实施方式

“光纤阵列定位组件”专利号：01133513.0的专利提出了一种高精度光纤定位的方法，如图1所示，首先，在并行平面基片001上刻蚀出N条并行凹形槽002，为了在注胶、封装过程中，避免气泡的产生，专利申请200510019455.9中将凹形槽改进成带导沟的直线凹形槽。每一条凹形槽002表面两侧线005的空间位置精度为光刻的精度，约0.2μm。为了保证在封装注胶过程中，UV胶顺畅流入光纤下表面和凹形槽之间，条形槽改正为带导沟的凹形槽，每一条光纤仍然采用直形凹形槽表面两侧线005和光纤、盖片接触线006三线定位方法制作出光纤阵列组件，其原理如图1所示，上盖基片为并行平面基片，下基片为带凹形槽刻蚀基片，光纤阵列组件中每一条裸露光纤支撑在凹形槽表面两侧线005和光纤、盖片接触线006三线之间，定位每一条光纤制作出光纤阵列组件。但是，要想将n条光纤中每一条光纤，同时准确无误地排放在每一条凹形槽表面两侧线005上，却是一件十分困难的事情。本发明在上述专利提出的采用每一条凹形槽表面两侧线005和光纤、盖片接触线006三线定位每一条光纤方法的基础上，或用精密机械刻出的V形槽基片，保证每一条光纤都定位在V形槽两内表面、上盖片和光纤的接触线的原理，如图2所示。进一步提出在n条并行凹形槽基片上，和n条V槽基片上，准确无误地同时排放n条光纤的方法和光纤阵列组件封装设备的原理图。

因为图1基于每一条光纤采用三条支撑线定位方法，如不采用特殊的方法，要想将每一条光纤准确排放在每一条凹形槽表面两侧线上，制造出光纤阵列组件是十分困难的，必须提出一种准确无误同时排放n条光纤的方法，才能制作出这种高精度的光纤阵列组件。我们申请的发明专利申请号为200410012970.x中，提出排放光纤的原理图，如图2所示。图3中刻槽基片为下基片，上盖基片为并行平面基片，当然也可以将刻槽基片为上基片，而并行平面基片置于下基片。在排放光纤阵列组件前，首先备用并清洗好刻蚀的带导沟直线凹形槽基片001和并行平面盖片003，两种基片的宽度相同，上盖片的长度要短于下基片长度约5mm。在包含有n条并行光纤微带的一端，用并行光纤剥离机将每一条光纤的塑料包层剥离成裸露光纤芯，其长度为L，清洗备用。光纤排放设备包含有一个抽排气管，其排气管的端部打磨成一平面，并粘胶上一个密封橡胶圈。排气管安装在包含有一组X、Y、Z和倾斜度五维可调的微调架上，使得排气管的端部的密封橡胶圈平面在五维自由度可以调节，保持上、下两基片为平行，并且，上、下基片之间的缝隙距离h略大于裸光纤的外径125μm。使得n条光纤顺畅地插入缝隙，并排放在各自的凹形槽两侧线上，如图2所示。然后，调整上盖片往下移动并加一适当的一点压力，使每一条裸光纤嵌入凹形槽表面两侧线和光纤与盖片接触线三条支撑线上。上、下基片完全调整好时，上、下基片之间的缝隙h应满足如下条件：

h＝125μm-δ。

δ为裸光纤埋入凹形槽的深度，而后，从下基片上的盖片后面注紫外胶，进行光固化。

上面所述的方法中有一个很大的缺点，就是很难完全保证上、下基片完全处于并行状态。也就是说，很难保证光纤阵列中的每一条光纤都能置于三条支撑线上，产品的合格率较低。为了克服其缺点，使产品的合格率达到90％以上，本发明将在我们申请的发明专利申请号为200410012970.x的基础上，进一步加以改正，如图4所示。该光纤排放设备中关键的一点，它是当光纤完全排放好在各自的三条支撑线上后，在承载上、下基片的载物台下面加一个可以柔性上顶的压力，这样就能保证光纤阵列中每一条光纤可以完全支撑在三条支撑线上。基于以上的原理，其光纤排放设备的原理图设计如下。

根据如上所述，基于每一条凹形槽表面两侧线005定位每一条光纤方法，同时排放n条光纤的原理，研制出相应的光纤阵列组件制作设备的原理图，如图4所示。一块表面为平面金属基准底板018置于一个可调整的三角架上019，可调整的三角架将基准底板调整在水平状态。下基片限位台014平面搁置在基准平面的支撑柱上。在下基片限位台014平面上，柔性上顶载基片台面组件的载基片009搁置在下基片限位台014面上。载基片009基准平面上搁置一片防应力橡皮013，在防应力橡皮013上放置带导沟的直线凹形槽基片001，上盖片003搁置在带导沟的直线凹形槽基片001基片上。为了使凹形槽基片001和上盖片003两基片左右对齐，在下基片限位台014的左右侧，装配一对可并行移动的侧向限位块015。为了能在凹形槽基片001和上盖片003两基片之间方便排放直径为125μm的裸光纤，在上盖片003上方，装配一抽气管导系统007，其端口的表面装配一个密封橡皮圈008与上盖片上表面紧密接触，管导抽气时可将上盖片并行地上提一个很小距离(h+Δ)，这一个距离受上限位块016限制。根据光纤阵列专利每一条裸光纤必须严格支撑在直线凹形槽表面两侧线和光纤与盖片接触线三条线上，此时，凹形槽基片001和上盖片003两基片之间的距离h必须满足如下条件：

h＝125μm-δ

δ为裸光纤埋入凹形槽的深度，为了能使操作人员方便地排放光纤，首先，凹形槽基片001和上盖片003两基片之间的距离调节为h+Δ，Δ约大于δ。该距离可从前面放置的专门监视两基片之间光纤端面，观察每一条光纤是否严格支撑在直线凹形槽表面两侧线和光纤与盖片接触线三条线上的CCD监视系统020上可以估计。光纤排放系统的上方，装配一台高清晰度显微镜系统021，从显微镜系统可以清晰地观察到每一条光纤是否排放在相应的每一条凹形槽上。当操作人员将光纤排放在相应的凹形槽的表面两侧线上后，可以调整抽气管导端口略下降上基片，使每一条光纤基本定位在相应的凹形槽的表面两侧线和光纤与盖片接触线三条线上。

由于光纤阵列的精度要求很高，很难通过调整抽气管导端口吸住上基片，使上、下基片完全平行，从而保证每一条光纤完全准确地排放凹形槽的表面两侧线和光纤与盖片接触线三条线上。为了完全保证每一条光纤完全准确地排放凹形槽的表面两侧线和光纤与盖片接触线三条线上的目的，在下基片下面装配一套柔性上顶载基片台面组件。该柔性上顶载基片台面组件由上基片限位块016、下基片限位台014、载基片台面009、套管内钢珠011和柔性上移推动杆012组成，载基片台面009下面中心处带有园柱置于套管内，园柱下表面与钢珠011的上表面点接触、钢珠011下表面和上移推动杆012的顶部端面点接触，载基片009上贴一层防应力橡皮013，下基片001放置在防应力橡皮013上。橡皮013表面和上基片限位片016下表面之间的距离略大于上、下基片厚度之和+(125μm-δ)，一个很小距离，该约小于δ。也就是说，裸光纤放置在上下基片之间后，光纤可以限制在一条凹形槽和上基片之间松动，而不能挪出凹形槽之外。此时，操作人员排放光纤的程序如下：首先将上下两基片搁置在载基片009台面上，上、下基片端面对齐，并且调整CCD监视系统020使上、下基片端面清晰可见。移动侧向限位块015使上、下基片侧向整齐搁置在载基片009台面上，由于上基片的宽度略小于下基片，调整抽气管导端口吸住上基片，并且使上基片上提到上基片限位片016下表面，使上、下两基片之间的距离为(125μm-δ+Δ)，该距离可以使裸光纤插入其内，并且限制在凹形槽内。此时，通过上方的高清晰度显微镜系统，可将裸光纤插入上下基片之间，并排放在相应每一条凹形槽上。当N条光纤插入相应的凹形槽后，使每一条光纤端面与上下基片的端面同在一个平面上。通过调整CCD监视系统020，可以清晰观察到每一条裸光纤端口是否在相应的凹形槽的两侧线上。最后，调整柔性上顶载基片台面组件中的柔性上顶螺杆012，使每一条光纤严格支撑在相应的凹形槽的两侧线和光纤与盖片接触线三条线上。由于载基片009和钢珠011，钢珠011和上顶螺杆012端面是点接触。上旋上顶螺杆012时，使载基片009向上移动力。而载基片009和钢珠011是点接触，对下基片的支撑是柔性上顶力，它可以使下基片的表面上的N条光纤中的每一条光纤，完全严格地支撑在每一条凹形槽两侧线和光纤与盖片接触线三条线上。

为了在注紫外胶时不能让紫外胶与例向限位片粘在一起，在注紫外胶前，将两侧向限位片移开，然后，再从下基片上面并行光纤微带尾部的裸露光纤部分，注紫外胶，并用紫外光照射固化。最后，按照需要，端面加工成8°，45°，90°，或其他形状，抛光制作成1xN光纤阵列组件。

本发明的光纤排放设备和光纤排放过程完全适合于如图2所示的，采用精密机械刻出的V形槽基片，用V形槽定位每一条光纤的方法，完全保证每一条光纤定位在每一条V形槽两内表面、上盖片和光纤的接触线中。

Claims (2)

1、光纤阵列组件中光纤排放封装设备，包括以下部分：柔性上顶载基片台面组件、可移动侧向限位块(015)、抽气管道(007)、向下高清晰度显微镜监视系统(021)和监视光纤阵列端面的可视系统(020)、可调三角架(019)架、基准底板(018)组成，其特征在于：基准底板(018)置于一个可调整的三角架(019)上，柔性上顶载基片台面组件放置在基准底板(018)上，柔性上顶载基片台面组件的下基片限位台(014)平面搁置在基准平面的支撑柱上，所述柔性上顶载基片台面组件由上基片限位块(016)、下基片限位台(014)、载基片台面(009)、套管内钢珠(011)和柔性上移推动杆(012)组成，载基片台面(009)下面中心处带有园柱置于套管内，园柱下表面与钢珠(011)的上表面点接触、钢珠(011)下表面和上移推动杆(012)的顶部端面点接触，载基片(009)上贴一层防应力橡皮(013)，下基片(001)放置在防应力橡皮(013)上，在下基片限位台(014)的左右侧，装配一对可并行移动的侧向限位块(015)，在上盖片(003)上方，装配一抽气管导系统(007)，其端口的表面装配一个密封橡皮圈(008)与上盖片(003)上表面紧密接触，在上盖片(003)上方装配向下高清晰度显微镜监视系统(021)，基准底板(018)的前面放置一台观察每一条光纤是否严格支撑在直线凹形槽表面两侧线和光纤与盖片接触线三条线上的CCD监视系统(020)。

2、根据权利要求1所述的光纤排放封装设备，其特征在于：上基片限位块(016)的下表面和下基片限位台(014)上表面的间距，略大于上、下基片厚度之和再加上(125μm-δ)，δ为光纤嵌入凹形槽的深度，也就是说，裸光纤放置在上下基片之间后，每一条光纤可以限制在一条凹形槽和上基片之间松动，而不能挪出凹形槽之外，这样在上面的高清晰度显微镜监视系统(021)下，每一条光纤可以顺利插入到相应凹形槽或V形槽表面两侧线上。

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