CN102608698B - 一种高可靠性的光纤阵列u槽的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高可靠性的光纤阵列U槽的制造方法，所述高可靠性的光纤阵列U槽，包括基板；所述基板内凹设有若干均匀分布的U槽，相邻U槽间通过棱间隔；U槽的侧壁与基板表面间的夹角
小于90度。本发明降低了U槽侧壁和槽面交界处及光纤的应力，使受力时光纤和U槽都不易损坏，降低了传输损耗，提高了光纤阵列组装的良率，同时也提高了光纤阵列的可靠性；组装光纤阵列时，光纤更易于放置，所需的UV胶减少，节约了组装光纤阵列的成本；湿法腐蚀精度优于机械加工的精度，在损耗性能方面经测试本发明U槽光学衰减要比机械切割的V槽优于1分贝，光学均匀性优于1分贝，结构紧凑，安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤阵列U槽的制造方法，尤其是一种高可靠性的光纤阵列U槽及其制造方法，属于光纤通讯的技术领域。
背景技术
当前，我国FTTx（光纤接入网）建设逐步展开，三大运营商及广电系统都确定了“加快光进铜退、推进接入网战略转型”的思路，实现FTTC（光纤到路边）、FTTB（光纤到大楼）、FTTH（光纤到家庭）、FTTD（光纤到桌面）、三网融合（语音网、数据网、有线电视网）等多媒体传输以及PDS（综合布线系统）方案。FTTX中比较关键的器件就是光纤阵列分路器，分路器中的关键器件之一就是光纤阵列，而V型槽就是光纤阵列中的关键。
目前国内外生产光纤阵列V型槽大都分为三类。第一类采用机械加工的方法，采用金刚砂切割刀在玻璃片上切割出所需的V槽，玻璃成本低，但切割过程中金刚刀被磨损，需不断修磨，磨损的金刚刀也导致V槽形状改变，不能满足精度要求；制作多槽的V型槽时，如大于32槽时，由于设备不断积累的误差从而导致精度降低，良率下降，因此采用机械方法加工大于32槽的V型槽的成本很高。
第二类采用硅晶片作为基材用湿法腐蚀的方法加工V型槽，此方法采用光刻的技术，各向异性湿法刻蚀硅晶片，没有机械加工导致的累积误差，故精度不受V槽数量的限制，利用硅片的各向异性的特点，腐蚀出的V槽形状一致；但是由于光纤和PLC芯片等均是石英材质，硅和石英的热膨胀系数相差约1个数量级，分路器使用过程中会因为温度变化导致光纤位置偏移，从而增加损耗，降低分路器的可靠性。
第三类目前鲜有采用石英片作为基材用湿法腐蚀的方法加工U型槽，此方法采用光刻的技术，湿法刻蚀石英片，精度不受槽数量限制，且材质为石英，与光纤及PLC芯片材料一致，热稳定性好。但是由于各向同性腐蚀率为1：1，得到的U槽的侧壁与槽面的夹角约为90°，侧壁与槽面的交界处应力较大，受力易崩坏，且光纤容易损坏，传输损耗增加，影响光纤阵列的性能及良率，同时也降低了光纤阵列受力时的可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种高可靠性的光纤阵列U槽的制造方法，其结构紧凑，能降低传输损耗，提高光纤阵列组装的良率，降低组装成本，安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述高可靠性的光纤阵列U槽，包括基板；所述基板内凹设有若干均匀分布的U槽，相邻U槽间通过棱间隔；U槽的侧壁与基板表面间的夹角θ小于90度。
所述基板的材料为玻璃或石英。所述U槽的侧壁与基板表面间的夹角θ为70～80°。
所述U槽开口的宽度大于U槽在基板内的深度；且U槽的深度低于基板的厚度。
所述U槽内通过UV胶层安装有光纤，并在基板的上方压盖有盖板。
一种高可靠性的光纤阵列U槽制造方法，所述光纤阵列U槽制造方法包括如下步骤：
a、提供所需的基板，并在所述基板的表面上淀积第一遮挡层；
b、在上述基板的表面上淀积第二遮挡层，所述第二遮挡层覆盖于第一遮挡层上；
c、在上述第二遮挡层上旋涂光刻胶层，并选择性地掩蔽和刻蚀光刻胶层，得到第一定位孔，所述第一定位孔从光刻胶层的表面延伸到第二遮挡层；
d、在第一定位孔导向定位下，对第二遮挡层进行湿法刻蚀，得到第二定位孔，所述第二定位孔从光刻胶层的表面延伸到第一遮挡层；
e、在第二定位孔导向定位下，对第一遮挡层进行湿法刻蚀，得到第三定位孔，所述第三定位孔从光刻胶层的表面延伸到基板的表面；
f、去除基板上方的光刻胶层；
g、在第三定位孔导向定位下，采用湿法腐蚀对基板进行刻蚀，在基板内得到U槽，所述U槽与上方对应的第三定位孔相连通；
h、去除上述基板上方的第二遮挡层；
i、去除上述基板表面上的第一遮挡层。
所述第一遮挡层的材料包括Cr或Ti，第一遮挡层的厚度为5～20nm。
所述第二遮挡层的材料包括Au、Cu、或Mo；第二遮挡层的厚度为300nm～1000nm。
所述步骤g中，采用氢氟酸溶液对基板进行腐蚀。
本发明的优点：采用两层金属层作为湿法刻蚀U槽的掩膜层，第二遮挡层为刻蚀基板时的保护层，第一遮挡层为基板和第二遮挡层的粘结层，且第一遮挡层在湿法刻蚀基板的同时会横向刻蚀溶解，使得基板的横向（开口方向）刻蚀长度大于纵向（深度方向）刻蚀深度，从而使U型槽侧壁和槽面的夹角小于90°，从而降低了U槽侧壁和槽面交界处及光纤的应力，使受力时光纤和U槽都不易损坏，降低了传输损耗，提高了光纤阵列组装的良率，同时也提高了光纤阵列的可靠性；组装光纤阵列时，光纤更易于放置，所需的UV胶减少，节约了组装光纤阵列的成本；湿法腐蚀精度优于机械加工的精度，在损耗性能方面经测试本发明U槽光学衰减要比机械切割的V槽优于1分贝，光学均匀性优于1分贝，结构紧凑，安全可靠。
附图说明
图1为现有U槽内安装光纤的使用状态图。
图2为本发明U槽内安装光纤的使用状态图。
图3为本发明的结构示意图。
图4～图12为本发明的具体实施工艺步骤剖视图，其中：
图4为基板上淀积第一遮挡层后的剖视图。
图5为淀积第二遮挡层后的剖视图。
图6为旋涂光刻胶层并刻蚀得到第一定位孔后的剖视图。
图7为得到第二定位孔后的剖视图。
图8为得到第三定位孔后的剖视图。
图9为去除光刻胶层后的剖视图。
图10为腐蚀得到U槽后的剖视图。
图11为去除第二遮挡层后的剖视图。
图12为去除第一遮挡层后的剖视图。
附图标记说明：1-基板、2-U槽、3-第一遮挡层、4-第二遮挡层、5-光刻胶层、6-光纤、7-UV胶层、8-盖板、9-棱、10-第一定位孔、11-第二定位孔及12-第三定位孔。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图3和图12所示：为了提高光纤阵列安装的可靠性，降低传输损耗，本发明基板1内设置若干U槽2，相邻的U槽2间通过棱9相间隔，U槽2的形状呈U状，U槽2从基板1的表面向下延伸，U槽2的侧壁与基板1的表面夹角θ小于90度，一般地，根据光纤6的形状及安装要求，U槽2的侧壁与基板1表面间的夹角θ为70～80度；通过U槽2的此处设置能够减小棱9的应力，使得棱9在组装光纤阵列或其他受力情况时不易崩坏，且光纤6也不容易损耗，降低了传输损耗，提高了光纤阵列的良率和可靠性。U槽2在基板1内的延伸深度小于基板1的厚度，且U槽2的开口宽度大于U槽2的深度。基板1的材料为玻璃或石英。图2为本发明的使用状态图，在基板1的U槽2内设置光纤6，UV胶层7涂覆在基板1对应设置U槽2的表面，U槽2的形状与光纤6的形状相匹配，UV胶层7覆盖于在光纤6及基板1的表面上，在基板1上方压盖有盖板8，盖板8位于UV胶层7上，通过UV胶层7能够保证整个平面的平整性；本发明U槽2的开口宽度大于U槽2的深度，相比现有图1中安装槽的宽度与深度相同的结构，本发明在进行光纤阵列组装时，填充的UV胶7更少，节省了组装光纤阵列的成本。
如图4～图12所示：上述结构的U槽2可以通过下述工艺步骤制备，以基板1采用石英为例，具体地：
a、提供所需的基板1，并在所述基板1的表面上淀积第一遮挡层3；
如图4所示：所述基板1的材料一般为玻璃或石英，本发明中基板1采用石英时，需要采用高纯度的石英，具体地，石英中的OH含有量少于200ppm，石英中无气泡；石英中的气泡会造成制备得到的U槽2里有陷坑，U槽2间的棱9断裂；石英中的一些杂质和OH会增加反应生成面的粗糙度，所以高纯度的石英可提高得到U槽2并进行光纤6安装的可靠性；石英的质量决定了U槽2的精度和表面粗糙度及刻蚀速率；第一遮挡层3的材料包括Cr或Ti，第一遮挡层3的厚度为5～20nm；第一遮挡层3作为中间层，能够增强基板1与第二遮挡层4之间的粘结力，同时为了加快横向基板1刻蚀的速率，第一遮挡层3会在氢氟酸溶液里有一定的腐蚀率；
b、在上述基板1的表面上淀积第二遮挡层4，所述第二遮挡层4覆盖于第一遮挡层3上；
如图5所示：所述第二遮挡层4的材料包括Au、Cu、或Mo（钼）；第二遮挡层4的厚度为300nm～1000nm；第二遮挡层4为基板1刻蚀的保护层，为了减小湿法刻蚀时溶液的渗透，要求第二遮挡层4的应力小；
c、在上述第二遮挡层4上旋涂光刻胶层5，并选择性地掩蔽和刻蚀光刻胶层5，得到第一定位孔10，所述第一定位孔10从光刻胶层5的表面延伸到第二遮挡层4；
如图6所示：为了能够得到U槽2，在对基板1进行腐蚀时，需要对第一遮挡层3进行腐蚀，提供横向腐蚀的速率，因此旋涂光刻胶层5后，需要在光刻胶层5上刻蚀得到第一定位孔10，一般地第一定位孔10与U槽2的轴线位于同一直线上；
d、在第一定位孔10导向定位下，对第二遮挡层4进行湿法刻蚀，得到第二定位孔11，所述第二定位孔11从光刻胶层5的表面延伸到第一遮挡层3；
如图7所示：由于第二遮挡层4上旋涂有光刻胶层5，当在第一定位孔10导向作用下进行湿法刻蚀时，能够得到第二定位孔11，所述第二定位孔11为第一定位孔10贯通第二遮挡层4后形成；
e、在第二定位孔11导向定位下，对第一遮挡层3进行湿法刻蚀，得到第三定位孔12，所述第三定位孔12从光刻胶层5的表面延伸到基板1的表面；
如图8所示：在光刻胶层5及第二遮挡层4的作用下，在第二定位孔11导向定位后进行湿法腐蚀时，能够得到第三定位孔12，第三定位孔12为第二定位孔11贯通第一遮挡层3后形成，贯通第一遮挡层3后使得能够对基板1进行湿法腐蚀；
f、去除基板1上方的光刻胶层5；
如图9所示：利用去除光刻胶层5的溶液去除光刻胶层5；
g、在第三定位孔12导向定位下，采用湿法腐蚀对基板1进行刻蚀，在基板1内得到U槽2，所述U槽2与上方对应的第三定位孔12相连通；
如图10所示：湿法腐蚀基板1形成U槽2时，腐蚀溶液为高浓度的氢氟酸溶液，氢氟酸溶液的浓度可以为20%到49%，氢氟酸对石英的腐蚀为各向同性，即对石英腐蚀时横向和纵向的腐蚀速率一致；但在本发明的工艺步骤中，由于氢氟酸腐蚀石英时，第一遮挡层3会同时被腐蚀，故石英的横向（槽开口方向）腐蚀长度大于纵向（槽深方向）腐蚀深度，即图中标注的宽度中W大于H，从而使得腐蚀完成后U槽2的侧壁与基板1的表面间夹角θ小于90度；同时腐蚀后U槽2的深度小于基板1的厚度，且保证放置光纤6后光纤不会落地；
h、去除上述基板1上方的第二遮挡层4；
如图11所示：用腐蚀液去除第二遮挡层4；
i、去除上述基板1表面上的第一遮挡层3。
如图12所示：用相应的腐蚀液去除第一遮挡层3，从而能够得到所需的U槽2。
如图2所示：使用时，将光纤6放置在相应的U槽2内，再将盖板8放置在光纤6上，施加一定压力固定好，在U槽2侧端滴入UV胶7，UV胶7流入U槽2内，填充满所有间隙，紫外光固化UV胶7。
本发明第一遮挡层3在湿法刻蚀石英的同时会横向刻蚀溶解，使得石英的横向（开口方向）刻蚀长度大于纵向（深度方向）刻蚀深度，从而使U槽2侧壁和槽面的夹角小于90°，从而降低了U槽侧壁和槽面交界处及光纤的应力，使受力时光纤和U槽都不易损坏，降低了传输损耗，提高了光纤阵列组装的良率，同时也提高了光纤阵列的可靠性；组装光纤阵列时，光纤更易于放置，所需的UV胶减少，节约了组装光纤阵列的成本；湿法腐蚀精度优于机械加工的精度，在损耗性能方面经测试本发明U槽光学衰减要比机械切割的V槽优于1分贝，光学均匀性优于1分贝，结构紧凑，安全可靠。
Claims (1)
1. 一种高可靠性的光纤阵列U槽制造方法，其特征是，所述光纤阵列U槽制造方法包括如下步骤：
（a）、提供所需的基板（1），并在所述基板（1）的表面上淀积第一遮挡层（3）；
（b）、在上述基板（1）的表面上淀积第二遮挡层（4），所述第二遮挡层（4）覆盖于第一遮挡层（3）上；
（c）、在上述第二遮挡层（4）上旋涂光刻胶层（5），并选择性地掩蔽和刻蚀光刻胶层（5），得到第一定位孔（10），所述第一定位孔（10）从光刻胶层（5）的表面延伸到第二遮挡层（4）；
（d）、在第一定位孔（10）导向定位下，对第二遮挡层（4）进行湿法刻蚀，得到第二定位孔（11），所述第二定位孔（11）从光刻胶层（5）的表面延伸到第一遮挡层（3）；
（e）、在第二定位孔（11）导向定位下，对第一遮挡层（3）进行湿法刻蚀，得到第三定位孔（12），所述第三定位孔（12）从光刻胶层（5）的表面延伸到基板（1）的表面；
（f）、去除基板（1）上方的光刻胶层（5）；
（g）、在第三定位孔（12）导向定位下，采用湿法腐蚀对基板（1）进行刻蚀，在基板（1）内得到U槽（2），所述U槽（2）与上方对应的第三定位孔（12）相连通；
（h）、去除上述基板（1）上方的第二遮挡层（4）；
（i）、去除上述基板（1）表面上的第一遮挡层（3）；
所述步骤（g）中，采用氢氟酸溶液对基板（1）进行腐蚀；所述基板（1）的材料为玻璃或石英；
所述第一遮挡层（3）的材料包括Cr或Ti，第一遮挡层（3）的厚度为5~20nm；
所述第二遮挡层（4）的材料包括Au、Cu、或Mo；第二遮挡层（4）的厚度为300nm~1000nm。
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