CN1132034C - 制造光电元件的方法和根据此方法制造的光电元件 - Google Patents

制造光电元件的方法和根据此方法制造的光电元件 Download PDF

Info

Publication number
CN1132034C
CN1132034C CN97197610A CN97197610A CN1132034C CN 1132034 C CN1132034 C CN 1132034C CN 97197610 A CN97197610 A CN 97197610A CN 97197610 A CN97197610 A CN 97197610A CN 1132034 C CN1132034 C CN 1132034C
Authority
CN
China
Prior art keywords
waveguide
bcb
photovalve
waveguides
patterns
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN97197610A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1229476A (zh
Inventor
G·帕尔姆斯科
G·古斯塔夫松
O·J·哈格尔
P·艾利森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Original Assignee
Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB filed Critical Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Publication of CN1229476A publication Critical patent/CN1229476A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1132034C publication Critical patent/CN1132034C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/30—Optical coupling means for use between fibre and thin-film device
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1221—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths made from organic materials

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

到目前为止，应用于光纤领域的光电学元件一直是具有耐热封装的石英和晶体的波导，但对追求获利的用途来说，它的元件生产成本太高。通过用塑料制造聚合单晶模式(SM)的波导，例如苯并环丁烷聚合物(BCB)，能够获得一种制造波导的简单，可靠，廉价的方法。可用于商业用途的“道氏化学”的BCB/DOW的两种品级之间具有不同的折射系数，这种折射率的差允许制造具有SM特性的嵌入型波导。在用于制造所谓的嵌入型波导方面，这两种类型的BCB材料已经形式了它们特别的用途：热固化品级的BCB(1，4)用做波导的上下涂层，而可以光致定型的变形剂(3)作为波导材料。以这种方式，波导芯片的封装可以用塑料制造，同时，作为连接器接口可以在元件的终端接口上形成。

Description

制造光电元件的方法和根 据此方法制造的光电元件
技术内容
本发明涉及制造光电元件的一种方法和根据此方法制造的一种光电元件，这里的光电元件的波导可以由塑料制造，并可以用塑料包封。
背景技术
新型交互式多媒体服务的引进，增加了对现有远程通讯网络基础设施进行大量增容的需求，但如果在连接，传输，存取以及系统设备中不广泛使用光纤，这是不可能实现的。低成本的波导技术应该是能够突破光纤解决方案的最重要的领域中的一个。到目前为止，硅上外延硅已经在通讯应用中广泛用作波导材料。但达到低成本并大批量生产尚需在若干步骤上引入低成本处理，这种处理仅能通过聚合物材料的使用才能实现。
到目前为止，具有塑料制造的波导的光学元件还不能达到，例如由石英和玻璃制造的波导存储元件所要求的高标准。如果光学元件制造起来不这样昂贵的话，那么不管它是有源还是无源的，它在存取和数据通讯应用的发展中应该有更大的影响。现在在光纤领域中已经商业化的光电元件，过去一直是以密封浇注的石英和晶体的波导为基础的，这对于大批量生产来说成本太高。
发明内容
根据本发明，提供了一种生产具有可波导连接的光电元件的方法，其中，当材料根据共同形成波导的要求而选定时，在一个硅基衬底上形成作为底层的第一种材料；在第一种材料的上面形成作为芯层的第二种材料，对元件使用具有适当的波导图案掩模，使第二种材料的一部分被去掉，以便于在第一层材料上形成波导图案；作为盖层的第一层材料的另一层被加到波导图案以及波导图案周围的空隙上，从而导致波导图案被第一种材料所包围；通过磨擦和抛光使光电元件的终端接口按所需的连接形式排列；其特征在于，使用苯并环丁烷聚合物(BCB)作为第一层材料，使用Cyclotene4024-40光致成象的苯并环丁烷聚合物(BCB)作为第二层材料。
根据本发明的另一个方面，提供了一种可波导连接的光电元件，其中包括：放在硅基衬底上的作为底层的一层第一种材料；放在第一种材料上的作为芯层的第二种材料的波导图案；放在波导图案和波导图案周围的空隙中的作为盖层的另一层第一种材料，在其中波导图案被第一种材料所包围；并且所选的第一种材料和第二种材料有利于形成一个波导，其特征在于，上述第一种材料是苯并环丁烷聚合物(BCB)，上述第二种材料是Cyclotene 4024-40光致成象的苯并环丁烷聚合物(BCB)。
优选地，上述光电元件还包括连接到波导上的至少一个有源元件。
优选地，在上述光电元件中，上述波导图案中至少包含一个分流器图案。
优选地，在上述光电元件中，上述波导图案中至少包含一个方向耦合器图案。
通过用苯并环丁烷聚合物(BCB)制造聚合单晶模式(SM)的波导，可能为制造波导找到一种简单，可靠，廉价的方法。在商业上可以应用的两个品级的BCB，他们有一个折射率之差，这种差允许制造商在波导中嵌入SM特性。现今在商业上可以使用的BCB材料名字是CycloteneTM，它是“道氏化学”制造的较新材料，其第一个例子是开发和应用于微电子应用领域中绝缘层。BCB材料具有极好的绝缘性，低吸水性，与聚酰亚胺相比有更好的平面特性，更好的热稳定性和更低的收缩性。BCB材料中有两种形式出特别适合于嵌入SM性质的波导的制造。热保护层用于涂覆波导的上下层，由光确定的变形剂被称为光BCB，它被用作波导材料。以这种方式，波导芯片的密封包装可以用塑料制造，同时，密封包装作为连接器接口能在元件的终端接口上被形成。
用这种波导构思，获得一种关于廉价光电元件的制造的巨大发展潜力是可能，其中波导可以连接到象PIN和激光二极管之类的有源元件，以便于，比如制造接收机组合件。通过用BCB波导技术开发制造光有源和无源元件的想法，可以使在开发中的大量困难步骤可以降低到容易管理的数目，以便于开发象分光器和在两端都有MT接口的WDM过滤器组合件之类，具有商业效益的产品。
根据本发明的“护圈”型MT联结接口的使用，使得到低制造成本，以及例如比所谓的绞合构造更紧凑的结构件是可能的。
同时，低成本地大量制造的新技术必须引起重视。因此，为了这些目的，在大批量生产中，必须加强对具有非常紧密容限的小塑料零件的内注浇注和转移压力的能力。在第一种情形下，有源元件潜在的可靠性问题，当塑料材料处理和装置的相容性问题变得更加明了以后，能以上述的方式在以后步骤中得到解决。
图1表示的是根据本发明的功率分配器组件。
图2表示的是波导生产的电子束掩模的一部分。
图3表示的是根据本发明的一个与带状纤维连通连接器相连的密封分光器组件。
图4表示的是一个3.6厘米长，6Tm的BCB波导的阻尼曲线。
图5A和5B表示的是方向耦合器的光学效果曲线。
根据本发明生产一个光电元件的方法，即形成该方法的生产技术，是基于BCB单晶模式波导的制造，和有同步无源调试的这些元件的封装。制造SM-BCB波导的工作流程将首先被说明如下：
根据图1，功率分配器组合件中的波导构造能由以下部分组成：首先是在衬底2，如1.3厘米厚的硅片上的BCB(无抗氧化剂)的底镀层1，然后是一个可光致成形的BCB(Cyclotene 4024-40)3的芯和BCB(没有抗氧化剂)4的上镀层。底或下镀层1通过没有抗氧化剂XU13005.19的BCB，在1200转，10Tm情况下，旋转沉积于硅片2上，之后在盘炉内氮气环境下，用特殊程序进行“低温烘烤”。芯3通过Cyclotene 4024-40在3000转，5Tm下旋转沉积而成，然后在对流炉内，在90℃时进行10分钟预烘干，用平板印刷掩模5的方法，再通过电子束曝光固化联结，以形成波导图案，见图2。显影进行在DS3000，30℃情况下，持续15分钟，之后用皂液和水溶液冲洗，之后用旋转器或冲洗器和干燥机干燥。接着在盘炉内氮气环境下，根据特殊IMC烘烤程序进行低烘烤。上涂层4通过没有抗氧化剂XU13005.01的BCB旋转沉积法在1200转，10Tm时形成，之后在盘炉内氮气环境下用特殊程序进行“低烘烤”。类似0.75Tm硅片上的V形槽，排列结构6能以BCB作为掩模形成，在这里，最好的三个掩模最后都必须使用。当硅片先后被放入即将压缩浇注的工具中时，在以后的元件制造阶段，波导芯片通过适当的标准方法从硅片上锯下。
在这一实例中，硅片上的V形槽合适配成使用于MT连接器的引导针8的孔7的形状与组合件的针适配，可以被压入。在这种方式中，优质工艺的照相平板技术能用于波导连接器的引导针的排列。BCB塑料分别用于波导，波导的封装和光接口以及硅的成形。元件制造的最后一步是接口9，硅以及塑料(BCB)的抛光，这可以用象抛光一个MT连接器时使用的普通抛光技术进行磨光。如图2所示，用平板印刷的掩模5组合件的一个电子束，可以产生直线10，分配器11以及方向耦合器图案12。图2显示了有几个不同图案的电子束射掩模5。在终端接口上，波导之间的距离可以是250Tm，在这里要求芯片的尺寸应该能适合，例如，承转压力的距离空间。用于Y-分配器和方向耦合器的弯曲半径可以选成30毫米左右。方向耦合器可以具有6到10Tm的宽度和不同的长度和间距。一个典型的芯层厚度可以选为7Tm。
分流器/分配器可以被联结到相连的连接器上。有关封装和非封装的波导的光学性质都已有过研究。在裸芯片上，不同批次的BCB波导的SM性质已经研究，其中已显示出一定的再现性。初步的老化测试也已经作过，已经证明对非封装的波导，其SM特性至少能保留一年。关于多模式波导，用“削减测量”方法已经测定的衰减是大约0.6dB/cm。
图3所示的是一个被封装的方向耦合器13，它与一个光纤连通的连接器和一个所谓的MT连接器14相连。转移浇注处理用于封装波导构件，并且用于形成一个光学MT接口。使用的材料应该为包含硅的热固化塑料。为了根据接口排列波导的方向，用一个标准处理过程将V形槽蚀刻在硅衬底上，例如用KOH进行蚀刻。在模制工具中，这些V型槽被金属针插入，然后为MT接口引导针形成精确的孔。这种情况下，方向的精度依靠用于波导形成图案的平板印刷方法，以及蚀刻V型槽的KOH，这使得塑料材料的机械稳定性变得不重要。这一技术具有获得单模性能的潜力，即方向精度大约为±0.5Tm。用一种改进的标准方法对在硅载体上的BCB波导的MT接口进行抛光，使其用于光连通的连接器。
为了评价所谓的BCB波导，对于封装和非封装的直线波导上的光损耗进行测量，同时方向耦合器结构也进行了光学评价。用波长范围为0.6-1.6Tm内的光谱分析进行了不同波导宽度的光损耗的测量。来自白光源的光线，其粗大的一端联结到使用了单模式纤维的波导，例如，其中的单模式纤维可以是适应性可变的胶质体。在输出端，BCB波导联结到使用了适应性可变的胶质体的多模式纤维(NA＝0.25)。
图4显示了加入输入和输出损耗后，关于波导的谱线图。对宽度达到12Tm的直线波导，单模式性能被确定。对于一个6Tm的波导，作为波长函数的光损耗量的典型曲线显示于图表上。结果表明，具有抛光终端接口，被封装的直线波导的光损耗与具有被抛光终端接口，但非封装的直线的波导的光损耗几乎一样。
图5A和5B显示了方向耦合器结构的测量曲线，其中与别的测量一起显示的测量证明已研制的波导方法能比较好地分离波长为1330和1550的情况。图中仅给了研制关于方向耦合器特性的例子。在连结区域中，方向耦合器具有相同的相互作用长度，但在波导中有不同的相互作用长度。对每一个方向耦合器，光线被输入到两个输入波导中的一个里。图5A显示光的效果是从同一通道的波导中测出的，图5B显示光的效果是从不同通道的波导中测出的。这里的结果显示为波导间距的函数。图中A和B显示具有波导间距为5.9Tm的方向连接器象一个VDM滤波器一样起作用，其中的VDM滤波器能够以两个输出口分离1.31Tm和1.53Tm波长。因此可以说，通过对光无源分支排列使用BCB波导，能使用并不复杂的标准方法取得单模式性能，波导能作为直线波导，功率分配器和带或不带有源元件的VDM过滤器使用，并且波导对接口抛光也允许使用塑料封装和标准方法。

Claims (5)

1、生产具有可波导连接的光电元件的方法，其中，
当材料根据共同形成波导的要求而选定时，在一个硅基衬底上形成作为底层的第一种材料；
在第一种材料的上面形成作为芯层的第二种材料，对元件使用具有适当的波导图案掩模，使第二种材料的一部分被去掉，以便于在第一层材料上形成波导图案；
作为盖层的第一层材料的另一层被加到波导图案以及波导图案周围的空隙上，从而导致波导图案被第一种材料所包围；
通过磨擦和抛光使光电元件的终端接口按所需的连接形式排列；
其特征在于，
使用苯并环丁烷聚合物(BCB)作为第一层材料，使用Cyclotene 4024-40光致成象的苯并环丁烷聚合物(BCB)作为第二层材料。
2、可波导连接的光电元件，其中包括：
放在硅基衬底(2)上的作为底层的一层第一种材料(1)；
放在第一种材料上的作为芯层的第二种材料(3)的波导图案；
放在波导图案和波导图案周围的空隙中的作为盖层的另一层第一种材料(4)，在其中波导图案(3)被第一种材料(1，4)所包围；
并且所选的第一种材料和第二种材料有利于形成一个波导，
其特征在于，上述第一种材料(1，4)是苯并环丁烷聚合物(BCB)，上述第二种材料是Cyclotene 4024-40光致成象的苯并环丁烷聚合物(BCB)。
3、根据权利要求2的光电元件，其特征在于，还包括连接到波导上的一个有源元件。
4、根据权利要求2或3的光电元件，其特征在于，上述波导图案中包含一个分流器图案(11)。
5、根据权利要求2或3的光电元件，其特征在于，上述波导图案中包含一个方向耦合器图案。
CN97197610A 1996-09-17 1997-09-11 制造光电元件的方法和根据此方法制造的光电元件 Expired - Fee Related CN1132034C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9603383A SE513046C2 (sv) 1996-09-17 1996-09-17 Förfarande för att framställa en optokomponent samt komponenten som sådan
SE96033832 1996-09-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1229476A CN1229476A (zh) 1999-09-22
CN1132034C true CN1132034C (zh) 2003-12-24

Family

ID=20403913

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN97197610A Expired - Fee Related CN1132034C (zh) 1996-09-17 1997-09-11 制造光电元件的方法和根据此方法制造的光电元件

Country Status (11)

Country Link
US (1) US5930438A (zh)
EP (1) EP1015920A1 (zh)
JP (1) JP2001500637A (zh)
KR (1) KR100486836B1 (zh)
CN (1) CN1132034C (zh)
AU (1) AU4405797A (zh)
CA (1) CA2266004A1 (zh)
HK (1) HK1022744A1 (zh)
SE (1) SE513046C2 (zh)
TW (1) TW375842B (zh)
WO (1) WO1998012585A1 (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6545291B1 (en) 1999-08-31 2003-04-08 E Ink Corporation Transistor design for use in the construction of an electronically driven display
WO2001017040A1 (en) 1999-08-31 2001-03-08 E Ink Corporation A solvent annealing process for forming a thin semiconductor film with advantageous properties
US6985666B2 (en) 2001-02-28 2006-01-10 Asahi Glass Company, Limited Method for coupling plastic optical fibers
US7006719B2 (en) * 2002-03-08 2006-02-28 Infinera Corporation In-wafer testing of integrated optical components in photonic integrated circuits (PICs)
US6865332B1 (en) * 2003-12-22 2005-03-08 Corning Cable Systems Llc Fiber optic splitter package and method of manufacture
US7756382B2 (en) * 2005-06-30 2010-07-13 Corning Cable Systems Llc Optical fiber splitter module and fiber optic array therefor
CN105785508B (zh) * 2014-12-25 2022-06-14 南通新微研究院 基于bcb键合工艺的耦合器结构及其制作方法
US11119284B2 (en) * 2018-08-31 2021-09-14 Go!Foton Holdings, Inc. Integrated connector cable

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04291205A (ja) * 1991-03-19 1992-10-15 Fujitsu Ltd 導波路型光デバイス
FR2684239B1 (fr) * 1991-11-27 1994-03-04 France Telecom Procede de fabrication d'un guide d'onde optique planaire entierement a base de polymeres, et son utilisation dans un isolateur optique integre.

Also Published As

Publication number Publication date
CA2266004A1 (en) 1998-03-26
SE9603383D0 (sv) 1996-09-17
KR20000036055A (ko) 2000-06-26
KR100486836B1 (ko) 2005-04-29
SE513046C2 (sv) 2000-06-26
CN1229476A (zh) 1999-09-22
TW375842B (en) 1999-12-01
SE9603383L (sv) 1998-03-18
US5930438A (en) 1999-07-27
WO1998012585A1 (en) 1998-03-26
JP2001500637A (ja) 2001-01-16
AU4405797A (en) 1998-04-14
HK1022744A1 (en) 2000-08-18
EP1015920A1 (en) 2000-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hibino et al. High reliability optical splitters composed of silica-based planar lightwave circuits
CN1132034C (zh) 制造光电元件的方法和根据此方法制造的光电元件
JPH1144825A (ja) 光デバイス及びその製造方法
CN105655869A (zh) 多通道可调激光器
Abrate et al. Step-index PMMA fibers and their applications
JP3344446B2 (ja) 光送受信モジュール
US6314219B1 (en) Fiber mini-bend light guide
US6259832B1 (en) Testing of optical transmitter and receiver modules
JPH10246838A (ja) 光ファイバアレイ装置
Shi et al. Optical printed circuit boards with multimode polymer waveguides and pluggable connectors for high-speed optical interconnects
Kurata Mass production techniques for optical modules
CN215222212U (zh) 基于时间相位编码的量子密钥分发光芯片
Nakamura et al. Thermal Characteristics of Mirror-Based Optical Redistribution for Co-Packaged Optics
CN109100833B (zh) 平行耦合的光电集成线路板接插件及其制作方法
Cho et al. Optical interconnection using fiber-embedded boards and connection blocks fabricated by a micro-grooving technique for fiber insertion
Caspar et al. Impact of transceiver characteristics on the performance of 10 GbE links applying OM-4 multimode fibers
US20240151916A1 (en) Microscale multi-functional optical structure
Bernabé et al. In-plane pigtailing of silicon photonics device using “semi-passive” strategies
Pitwon et al. International and industrial standardization of optical circuit board technologies
ODA et al. Reflow-Solderable Optical Fibers for Low Loss Coupling in Silicon Photonics
Oda et al. Reflow-solderable bridging fibres for efficient coupling with silicon photonic devices
Soper Simulation, fabrication and assembly techniques for passive alignment of silicon photonic integrated circuits
Wojewoda et al. No-polish Air-gap Single-mode Low-loss Multi-fiber Anti-reflection Coated Connector
Ou et al. Integrated Optical Sensing and Communication (IOSAC) System Based on Hybrid‐Waveguide Structures
Iwashita et al. 1/spl times/8 star coupler waveguide device with multifiber-connector-compatible connections

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20031224

Termination date: 20160911