CN1372153A - 光学部件表面安装用衬底,制造方法及该衬底的装配件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底及其制造方法,以及采用该衬底的装配件。其尺寸精度优良,抑制光学部件及封装件等与所接触部件因热膨胀差造成的不利情况,并且可提高光学部件的表面安装时的作业性。该玻璃制的光学部件表面安装用衬底1用于将直径不同的多个光学部件分别安装到与其相应的各相对位置,形成有用于安装多个光学部件中的、直径较小的光学部件的第1光学部件固定用槽2的同时,还在该第1光学部件固定用槽2的两侧分别形成V形槽3a,3b;再在该两侧所形成的V型槽3a,3b各自的外侧的斜面部4a,4b形成作为外侧槽的第2光学部件固定用槽5;该第2光学部件固定用槽5用于固定上述多个光学部件中的,直径较大的光学部件。

Description

光学部件表面安装用衬底，制造方法及该衬底的装配件
技术领域
本发明涉及光学部件表面安装用衬底及其制造方法，以及采用该衬底的装配件。
背景技术
由于光学部件的连接要求非常高的精度，故其是要求许多工序的作业。
作为解决上述课题的1个方案，人们提出下述方法，即在具有光学部件放置用导向件的衬底(光学部件表面安装用衬底)上，将光学部件的表面进行安装以进行相对的定位。
比如，作为光学部件表面安装用衬底的1个实例，如图6所示，可列举平行光管组50，在该平行光管组50中形成有确保相对位置精度的纤维固定用槽52，以及透镜固定用槽54；但，是由于在所连接的光学部件的直径不同时，必须分别形成尺寸不同的槽，以便使条形透镜15和纤维16的中心位置保持一致，这就必须卸掉砂轮的磨削加工而言，是不可能实现的。
由此，目前，光学部件表面安装用衬底主要采用通过各向异性蚀刻，形成两者的导向槽的硅制的衬底。
但是，硅制的光学部件表面安装用衬底的热膨胀系数为2.4×10-6，与作为光学部件的透镜的热膨胀系数(5～10×10-6)相比较，热膨胀系数差过大，由此，在上述光学部件表面安装用衬底上以粘接方式固定透镜的场合，具有产生因热量变化造成的剥离等不利情况的问题。
另外，由于硅制的光学部件表面安装用衬底不让紫外线(UV)透过，不仅限制UV硬化型粘接剂的使用，而且由于其非常脆，存在难于处理等问题。
此外，硅制的光学部件表面安装用衬底在与其它的光学部件连接，组装于封装件内等时，必须要求其与所接触的部件的热膨胀相互匹配，但是，由于使用硅制的光学部件表面安装用衬底目前是首选的决定，则其使用必须要求采取各种技术措施。
由于上述情况，最近，人们对除硅以外的玻璃等材料(尤其是玻璃)制作光学部件表面安装用衬底的情况进行了研究，但是，当用玻璃形成如图10的54那样第二沟槽时，由于不能够进行通常的磨削加工，故通过放电或超声波加工等方式制作，在目前，由于加工尺寸精度差，为数十μm左右，故难于实际使用。
发明内容
本发明就是针对这样的已有技术所具有的问题而提出的，本发明的目的在于提供一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底及其制造方法，以及采用该衬底的装配件，其尺寸精度优良，可抑制光学部件及封装件等与所接触部件因热膨胀差造成的不利情况，同时可提高光学部件表面安装时的作业性。
本发明提供的一种光学部件表面安装用衬底的技术方案是，一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底，它用于将直径不同的多个光学部件分别安装到与其相应的各相对位置，其构造是：形成有用于安装多个光学部件中的、直径较小的光学部件的第1光学部件固定用槽的同时，还在该第1光学部件固定用槽的两侧分别形成V形槽；再在该两侧所形成的V型槽各自的外侧斜面部形成作为外侧槽的第2光学部件固定用槽；该第2光学部件固定用槽用于固定上述多个光学部件中的，直径较大的光学部件。
另外，本发明提供的一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底的制造方法的技术方案是，一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底的制造方法，它用于将直径不同的多个光学部件分别安装到与其相应的各相对位置，其特征在于，该方法包括下述步骤：形成第1光学部件固定用槽并在该第1光学部件固定用槽的两侧形成V形槽后，对第1光学部件固定用槽的中心位置，以及假想槽的中心位置按照保持一致的方式进行补偿，同时进行第2光学部件固定用槽的磨削加工，该假想槽的中心位置指按照形成于两侧的V形槽的相应的外侧斜面部形成外侧槽的方式假定，计算该假想槽的中心位置。
此时，最好第2光学部件固定用槽呈下述形状，其中仅仅外侧槽与直径较大的光学部件接触，其底部不与直径较大的光学部件接触。
还有，最好第2光学部件固定用槽按照将最初存在的第1光学部件固定用槽的一部分去除的方式形成。
再有，本发明提供一种装配件，其特征在于，在上述光学部件表面安装用衬底上，安装多个光学部件而成。
另外，本发明提供一种叠层装配件，其特征在于该装配件由多层叠置形成。
此时，最好，安装于上述装配件中的光学部件之一为透镜，并且安装有透镜的光学部件固定用槽的相对面上，设置有台阶部。
附图说明
图1为表示本发明的光学部件表面安装用衬底的1个实例(平行光管阵列)的立体图；
图2为表示本发明的光学部件表面安装用衬底的制造方法的说明图；
图3为表示采用图1所示的光学部件表面安装用衬底制作的平行光管的1个实例的图，图3(a)为正面透视图，图3(b)为左侧面透视图；
图4为表示采用本发明的光学部件表面安装用衬底制作的平行光管的另一实例的图，图4(a)为采用折射率调整剂的场合的侧面透视图，图4(b)为采用斜切纤维的场合的侧面透视图；
图5为表示本发明的装配件的1个实例(多心纤维平行光管)的侧视图；
图6为表示本发明的装配件的另一实例(多心纤维平行光管)的侧面透视图；
图7为表示制作本发明的装配件时，光纤的光轴方向的位置调整方法的说明图；
图8为表示本发明的装配件的另一实例(2维坐标排列型平行光管阵列)的图，图8(a)为正视图，图8(b)为沿图8(a)中的A-A线的剖视图；
图9为表示用于本发明的装配件的再一实例(单向波导管用平行光管)的光学部件表面安装用衬底的正视图；
图10为表示已有的光学部件表面安装用衬底(平行光管阵列)的1个实例的立体图。图中     1、光学部件表面安装用衬底(绝缘体[下衬底])
     2、第一光学部件固定用槽(光纤固定用槽)
     3、V型槽
     4、外侧斜面部
     5、二光学部件固定用槽(透镜固定用槽)
     6、凹槽
     8、假想槽
     10、平行光管
     14、透镜放置处
     15、条式透镜
     16、光纤(单股纤维)
     17、光纤包覆层
     18、上衬底(推压光学部件的衬底)
     19、斜切光纤不可
     20、多心光纤平行光管(平行光管阵列)
     30、单向波导管用表面安装用衬底
     32、光纤固定用槽
     34、球透镜固定用槽
     40、触针
     50、现有的平行光管阵列
     52、光纤固定用槽
     54、透镜固定用槽
     60、衬底(光学部件表面安装用衬底)
     62、推压衬底(透镜用)
     63、推压衬底(光纤用)
     64、推压衬底(光纤包覆层用)
     65、透镜槽
     66、光纤槽
     67、粘合剂
     68、台阶部
     70、平凸型透镜
     72、分布折射率型透镜(GRIN透镜)
     80、二维排列平行光管阵列
     82、导销工装
     84、导销
     86、导销槽
     90、折射率调整剂
具体实施方式
本发明的光学部件表面安装用衬底是一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底，它用于将直径不同的多个光学部件分别安装到与其相应的位置，其构造是：形成有用于安装多个光学部件中的、直径较小的光学部件的第1光学部件固定用槽的同时，还在该第1光学部件固定用槽的两侧分别形成V形槽；再在该两侧所形成的V型槽各自的外侧的斜面部形成作为外侧槽的第2光学部件固定用槽；该第2光学部件固定用槽用于固定上述多个光学部件中的，直径较大的光学部件。
由此，本发明的光学部件表面安装用衬底与过去的硅制的相应衬底相比较，由于由玻璃制成，故可抑制其与光学部件、封装件等所接触的部件因热膨胀差造成的不利情况；同时，由于使紫外线(UV)透过，故可使用UV粘接剂；由于与过去的由硅制成的衬底相比较更加结实，故可提高光学部件表面安装时的作业性。
下面参照附图，对本发明进行具体描述。
图1为表示本发明的光学部件表面安装用衬底的1个实例(平行光管阵列)的立体图。
如图1所示，本发明的光学部件表面安装用衬底1是一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底，它用于将直径不同的多个光学部件分别安装到与其相应的位置，其构造是：形成有用于安装多个光学部件中的、直径较小的光学部件的第1光学部件固定用槽2的同时，还在该第1光学部件固定用槽2的两侧分别形成V形槽3a，3b；再在该两侧所形成的V型槽3a，3b各自的外侧的斜面部4a，4b形成作为外侧槽的第2光学部件固定用槽5；该第2光学部件固定用槽5用于固定上述多个光学部件中的，直径较大的光学部件
此时，第2光学部件固定用槽如图1所示，呈下述形状(凹槽6)，其中仅仅该外侧的斜面部4a，4b与直径较大的光学部件接触，其底部不与直径较大的光学部件接触，但是，最好将直径较大的光学部件确实装置于规定位置(参照图3)。
另外，本发明的光学部件表面安装用衬底1的布置或图案是不特别限定的，可对应于安装于衬底表面上的光学部件，适当地进行变更修改。
下面，通过图2，对本发明的光学部件表面安装用衬底的制造方法进行描述。
首先，如图2所示，(1)在玻璃衬底上形成第1光学部件固定用槽2和在第1光学部件固定用槽2的两侧形成V形槽3a，3b后，(2)对第1光学部件固定用槽2的中心位置，以及假想槽8的中心位置按照保持一致的方式进行补偿，同时进行第2光学部件固定用槽5的磨削加工，该假想槽8的中心位置指按照形成于两侧的V形槽3a，3b各自的外侧斜面部4a，4b作为外侧槽的方式假定，计算的假想槽8的中心位置。
此时，最好，去除掉最初存在的第1光学部件固定用槽2的一部分，形成第2光学部件固定用槽5，该第2光学部件固定用槽5呈下述形状(凹槽6)，其中仅仅其外侧斜面部4a，4b与直径较大的光学部件接触，其底部不与直径较大的光学部件接触。
此外，由于上述凹槽6不必要求那么高的精度，故可通过超声波加工形成。
在这里，使用本发明的制造方法的要点在于，在磨削到与各槽的目标尺寸相比稍稍靠前的阶段的情况下，测定各槽的尺寸，根据测定结果，在留出为达到所需尺寸所必须的加工余量之后，再进行精磨削加工。
由此，可将最终精磨削加工的磨削余量抑制在最小限度(比如，10μm)，这样，磨削抗力负荷较小，可进行高精度的磨削加工。
特别是，在(2)的场合，除了上述的方法以外，要点在于，按照将形成于两侧的V形槽各自的外侧斜面部作为外侧槽所假定的假想槽，通过运算程序计算出假想槽的中心位置，再按照该中心位置与第1光学部件固定用槽的中心位置保持一致的方式进行补偿，同时进行磨削加工。
其原因在于，在玻璃衬底上进行槽加工时，由于用砂轮进行磨削加工，不仅存在不能正确地再现假想槽的角度的情况，而且由于磨削加工的接触面积及磨.削抗力增加，从磨削加工机的精度的观点来说，频繁地发生与假想槽的尺寸偏离的情况。
另一方面，即使在每单位时间的磨削量很少的情况下，仍难于以亚微米量级的精度，对深度为数百μm的槽进行磨削加工。
另外，按照本发明的制造方法，由于以亚微米量级的精度正确地测定各槽的尺寸的步骤是必不可少的，故最好，比如，如图2所示，使接触式形状测定器的测头(触针)40沿与各槽(2，3)的纵向相垂直的方向移动，针对每个槽测定20点表面上的点，从这些测定值中，在至少10μm以上的长度范围内，分别去除各槽的边缘部分和槽底部分，根据40μm以上的测定数据，使各槽的侧面形状呈由直线形成的形状，计算有效测定长度(参照日本特许公开公报平6-79098号)。
此外，本发明所采用的接触式形状测定器不是特别限定的，但是，可适合采用ヲンクテ—ヲホブソン公司生产的形状粗糙度检查仪。
由于以上的情况，本发明的制造方法可以亚微米量级的精度，对以通常的磨削加工难于加工的，下述光学部件固定用槽进行磨削加工，该光学部件固定用槽用于将直径不同的多个光学部件分别安装于与之相适应的各相对位置。
还有，下面根据附图，对本发明的装配件(在光学部件表面安装用衬底上，安装有多个光学部件的组件)的各实例进行描述。
图3为表示采用图1所示的光学部件表面安装用衬底(下衬底)制作的平行光管的1个实例图，图3(a)为正面透视图，图3(b)为左侧面透视图。
图3所示的平行光管10是这样制作的，在作为下衬底的第1光学部件固定用槽(光纤固定用槽)2中设置光纤，通过上衬底(光学部件推压衬底)18推压光纤，在通过UV粘接剂将其固定后，在第2光学部件固定用槽(透镜固定用槽)5和由上衬底18形成的透镜放置部上设置条形透镜15，通过UV粘接剂将其固定。
此时，由于在上述平行光管10中，可使第1光学部件固定用槽2和第2光学部件固定用槽5的相对位置偏差在1μm以下，故可确保足够的光学特性。
在这里，第2光学部件固定用槽5的固定透镜可考虑采用分布折射率型透镜(GRIN透镜)，凸透镜，平凸透镜，球型透镜。
此外，在担心在第1，第2光学部件中，分别出现出射，入射光的反射时，可适当采取如下措施，比如，第1光学部件为光纤时，①，斜切(8°切)光纤19的使用(参照图4(b)，②，反射防止膜的形成，③，，折射率调整剂90的使用(参照图4(a))等。
尤其是如图4(b)所示，当将作为第2光学部件的GRIN透镜72与斜切光纤19组合时，可采用在纤维侧，也对GRIN透镜72进行倾斜磨削的办法。
还有，本发明的装配件的另一实例如图5所示，为多心纤维平行光管(比如，滤色器型的合分波器等)20，其采用将平行光管做成多心的光学部件表面安装用衬底。
在这里，多心纤维平行光管，即，平行光管阵列，可按比如如下所示的方法制作(参照图6～7)。
如图6所示，衬底(光学部件表面安装用衬底)60的材料为Pyrex玻璃，其衬底60的设计为纤维间距(透镜间距)1.25mm，衬底厚度为1.5mm，衬底宽度为16mm，衬底长度为14.5mm，心数为12。
衬底60的长度方向的结构是，透镜放置槽部为2.5mm，纤维放置槽部为4mm，光纤弯曲缓和部为5mm，纤维包覆接纳部为3mm。
在上述衬底60中，首先通过磨削加工，以1.25mm的间距形成12个纤维槽66，接着形成透镜槽65。
此时，在对纤维槽66的槽假想中心与透镜槽65的假想中心进行粗磨削加工后，通过接触式形状测定器测定相对位置，然后进行精磨削加工(由此，两个槽的假想中心相对位置精度为±0.5μm)。
接着，配备中心厚度为2.5mm，直径为1mm，曲率半径为1.0mmR的平凸型透镜70，将其固定在透镜槽65上。
此时，虽然依赖于透镜的焦距与打算在空间中传播的光的形式，但是最好透镜固定位置按照与纤维槽66的端部离开的方式设置。
再有，在图6中，由于打算传播平行光，故考虑平凸型透镜70的焦距，将平凸型透镜70粘接固定于距纤维槽66的端部约0.4mm的位置。(参照图7的t)
另外，在要求更高可靠性的场合，可通过推压衬底62将透镜固定。
此外，在图6中，虽然做成平凸型透镜70比衬底60的端面突出的形状，但是，平凸型透镜70也可位于比衬底60的端面凹进的位置。
由此，不仅可防止由于粘接剂渗出到出射面上而产生的光的漫反射，而且还可防止在透镜端面产生伤痕等情况。
还有，在平凸型透镜70相对衬底60的端面突出的场合(参照图5)，也可设置防止损伤等情况的透光性的保护膜。
特别是，在采用粘性较高的环氧树脂系的粘接剂的场合，由于粘接剂基本不进如到出射面上，故从防止光的漫反射和透镜端面的损伤等观点来说，平凸型透镜70比衬底60的端面凹陷更好。
另外，制备预先进行端面切割的光纤16，将其放置在纤维槽66中。
此时，光纤的光轴方向位置调整如图7所示，按照控制出射光的扩展角的同时，将该角度作得最小的方式进行。
此外，检测的参数不仅检测扩展角，而且检测比如，光束直径，同时，还可进行光纤的光轴方向位置调整。
还有，在图7中，虽然在纤维侧进行光轴方向的调整，但是，在透镜侧也可进行同样的调整。
在进行如上的位置调整后，通过推压衬底63将光纤16与纤维槽66可靠的接触，用粘接剂67将其固定，如图6所示，就可得到位置精度极高的平行光管阵列。
然后，对图6所示的平行光管阵列进行了改进的2维坐标排列型平行光管阵列(叠层装配件)，可按比如，如下所示的方式制作。
2维坐标排列型平行光管阵列80的设计为将纵向间距和横向间距为1.25mm，ch数为6ch的平行光管阵列按照4层叠置。
再有，如图8所示，各衬底60的叠置方法如下：通过以较高的精度将形成于各衬底60中的(用于确保与导向销84接触)导向槽86嵌入到将导向销84倒立的导向销工具82，高精度地实现多层叠置。
另外，所使用的透镜是中心厚度为2.5mm，直径为1mm，曲率半径为1.0mmR的平凸型透镜。
在各层的衬底设计中，在叠置时，为防止平凸型透镜70与衬底60之间的干扰，在透镜槽65的内部(即，安装有透镜的光学部件固定用槽的相对面)，加工台阶部68(参照图8(b))。
在如上所述制作的衬底上，首先与图6所示的平行光管阵列同样，通过光轴方向调整分别放置光纤16与平凸型透镜70，制作4个6心平行光管阵列(1维坐标)。
接着，通过使各1维坐标平行光管阵列60与导向销工具82的导向销84可靠地接触而实现定位，同样，将下一1维平行光管阵列20设置于导向销82上，将上下的平行光管60之间相互粘接。
通过重复该操作，以较高的精度实现叠置方向的定位，可得到2维坐标排列型平行光管80。
此外，本发明的装配件的再一实例为单面波导器用平行光管，该单面波导器用平行光管采用图9所示的单面波导器用表面安装衬底(平行光管为对置型的形式的光学部件表面安装用衬底)30。
还有，本发明的装配件不是特别限定的，可根据安装于衬底表面上的光学部件，制作各种各样的光学组件。
如上所述，按使用本发明，可提供玻璃制的光学部件表面安装用衬底及其制造方法，以及采用该衬底的装配件，它可提供尺寸精度优良，抑制与光学部件及包装件等所接触部件因热膨胀差造成的不利情况，并且可提高光学部件的表面安装时的作业性。

Claims (9)

1.一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底，它用于将直径不同的多个光学部件分别安装到与其相应的各相对位置，其特征在于：形成有用于安装多个光学部件中的、直径较小的光学部件的第1光学部件固定用槽的同时，还在该第1光学部件固定用槽的两侧分别形成V形槽；再在该两侧所形成的V型槽各自的外侧的斜面部形成作为外侧槽的第2光学部件固定用槽；该第2光学部件固定用槽用于固定上述多个光学部件中的，直径较大的光学部件。
2.根据权利要求1所述的光学部件表面安装用衬底，其特征在于：第2光学部件固定用槽呈下述形状，其中仅仅该外侧槽与直径较大的光学部件接触，其底部不与直径较大的光学部件接触。
3.根据权利要求1或2所述的光学部件表面安装用衬底，其特征在于：第2光学部件固定用槽按照将最初存在的第1光学部件固定用槽的一部分去除的方式形成。
4.一种玻璃制的光学部件表面安装用衬底的制造方法，它用于将直径不同的多个光学部件分别安装到与其相应的各相对位置，其特征在于：该方法包括下述步骤：
形成第1光学部件固定用槽并在该第1光学部件固定用槽的两侧形成V形槽后，对第1光学部件固定用槽的中心位置，以及假想槽的中心位置按照保持一致的方式进行补偿，同时进行第2光学部件固定用槽的磨削加工，该假想槽的中心位置指按照形成于该两侧的V形槽的各自的外侧斜面部作为外侧槽的方式假定，计算的假想槽的中心位置。
5.根据权利要求4所述的光学部件表面安装用衬底的制造方法，其特征在于：第2光学部件固定用槽呈下述形状，其中仅仅该外侧槽与直径较大的光学部件接触，其底部不与直径较小的光学部件接触。
6.根据权利要求4或5所述的光学部件表面安装用衬底的制造方法，其特征在于：第2光学部件固定用槽按照将将最初存在的第1光学部件用固定用槽的一部分去除的方式形成。
7.一种装配件，其特征在于：在权利要求1～3所述的光学部件表面安装用衬底上，安装多个光学部件而成。
8.根据权利要求7所述的装配件，其特征在于：该装配件由多层叠置而成。
9.根据权利要求8所述的装配件，其特征在于：安装于上述装配件中的光学部件之一为透镜，而且在安装有透镜的光学部件固定用槽的相对面上设置有台阶部。
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