DE3928894A1

DE3928894A1 - Verfahren zum anbringen von elektrooptischen bauteilen an integriert-optischen wellenleitern

Info

Publication number: DE3928894A1
Application number: DE19893928894
Authority: DE
Inventors: Edilbert Alexander Dip Froning; Klaus Alexander Dipl I Langner
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1991-03-07

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anbringung von elektrooptischen Bauteilen an integriert-optischen Wellenleitern, die in einem Substrat vorgesehen sind.

Zugrundeliegender Stand der Technik

Zum Herstellen von integriert-optischen Wellenleitern wird ein Substrat, üblicherweise aus Glas, mit einer Metall maske abgedeckt. Die Struktur der Metallmaske, z. B. so daß die Bahnen der herzustellenden Wellenleiter frei bleiben, wird durch eine Photoätztechnik erzeugt. Durch Ionen austausch wird dann der Brechungsindex des Substrats in den von der Maske freigelassenen Bereichen erhöht.

Es ist erforderlich, diese Wellenleiter mit elektro optischen Bausteinen optisch zu koppeln, also mit Licht sendern oder photoelektrischen Empfängern. Es ist bekannt, diese Kopplung durch lichtleitende Fasern herzustellen. Dieses Verfahren bringt aber in der Praxis erhebliche Probleme mit sich.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, an integriert- optischen Wellenleitern elektrooptische Bauteile, also Lichtsender oder photoelektrische Empfänger, mit einfachen, technisch bequem beherrschbaren Mitteln so anzubringen, daß sie mit geringen Lichtverlusten mit den Wellenleitern optisch gekoppelt sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Verfahrensschritte

a) Aufbringen eines Ätzmittels auf das Substrat so, daß in die Oberfläche des Substrats eine Grube eingeätzt wird, welche einen Wellenleiter anschneidet,
b) Positionieren und Haltern eines zu montierenden elektooptischen Bauteils in der Grube in der gewünschten Position zu dem Wellenleiter und
c) Vergießen des Bauteils in der Grube mit einem sich verfestigenden Material von einem an den Brechungsindex des Wellenleiters angepaßten Brechungsindex.

Die Aufbringung des Ätzmittels kann unter einer einfachen Lupe vorgenommen werden. Die Ätzung der Grube geschieht in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur und kann durch Abspülen mit Wasser gestoppt werden. Die Ätzung ergibt eine recht saubere Ätzkante. Die elektrooptischen Bauteile werden im Strahlengang des Wellenleiters justiert und durch das sich verfestigende Material sauber in der justierten Stellung fixiert. Das sich verfestigende Material gewährleistet gleichzeitig durch Wahl des Brechungsindex den verlustarmen Übergang des Lichts zwischen Wellenleiter und elektrooptischem Baustein.

Bei der Herstellung der Wellenleiter durch Ionenaus tausch, wobei die Oberfläche des Substrats durch eine Metallschicht abgedeckt und diese Metallschicht nach Herstellung der Wellenleiter weggeätzt wird, können neben der Position der zu montierenden elektrooptischen Bauteile Teile der Metallschicht vor dem Wegätzen abgedeckt werden, so daß die so stehenbleibenden Teile der Metallschicht Bondflächen bilden, mit denen Bonddrähte der elektrooptischen Bauteile verbunden werden.

Das Substrat kann Glas und das Ätzmittel Flußsäure sein. Das sich verfestigende Material kann ein Kunstharz sein. Das sich verfestigende Material kann aber auch Silikonkautschuk sein.

Wenn der elektrooptische Bauteil ein Laserchip mit einer Wärmesenke ist, kann der Laserchip kopfstehend mit der Wärmesenke so auf das Substrat aufgeklebt werden, daß er in den Wellenleiter einstrahlt.

Der elektrooptische Bauteil kann eine Photodiode auf weisen. Der elektrooptische Bauteil kann aber auch eine Leuchtdiode aufweisen. Die Photodiode oder Leuchtdiode können Teile eines Chips bilden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Seitenansicht eines elektro optischen Bauteils, der an einen integriert- optischen Wellenleiter angekoppelt ist.

Fig. 2 ist eine abgebrochen dargestellte Draufsicht auf das Substrat mit dem Wellenleiter und dem elektro optischen Bauteil.

Fig. 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Anordnung, bei welcher ein mit einer Wärmesenke versehener Laser an einen Wellenleiter angekoppelt wird.

Fig. 4 ist eine abgebrochene Draufsicht der Anordnung von Fig. 3.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Mit 10 ist ein Glassubstrat bezeichnet. In dem Glassub strat wird ein Wellenleiter 12 erzeugt, indem das Glas substrat mit einer Metallschicht abgedeckt wird. Diese Metallschicht wird durch ein Photoätzverfahren so behandelt, daß die Bahn des Wellenleiters 12 frei bleibt und die Oberfläche des Substrats 10 im übrigen abgedeckt wird. Durch Ionenaustausch wird der Brechungsindex des Glases im Bereich der freiliegenden Oberflächenteile erhöht, so daß sich der Wellenleiter 12 ausbildet. Nach diesem Ionenaustausch wird die Metallschicht weggeätzt. Das ist ein bekanntes Verfahren und daher hier nicht im einzelnen beschrieben.

Vor dem Wegätzen der Metallschicht werden jedoch Flächen teile 14 und 16 abgedeckt. Diese Flächenteile 14 und 16 liegen beiderseits der Stelle, wo ein elektrooptisches Bauteil an den Wellenleiter 12 angekoppelt werden soll, also entweder ein Lichtsender oder ein photoelektrischer Empfänger. Die Flächenteile 14 und 16 werden daher beim Wegätzen der Metallschicht nicht mit weggeätzt sondern bleiben stehen. Die Metallschicht in diesen Flächenteilen 14 und 16 bildet Bondkontakte für den elektrooptischen Bauteil.

Zwischen den beiden Flächenteilen 14 und 16 wird ein Tropfen eines Ätzmittels aufgebracht. Bei einem Glas substrat ist das Ätzmittel Flußsäure (HF). Dieses Ätzmittel ätzt in die Oberfläche des Substrats 10 eine Grube 18. Die Tiefe der Grube kann durch Zeit und Temperatur bestimmt werden. Nach Erreichen einer gewünschten Tiefe der Grube 18 wird der Ätzvorgang unterbrochen. Das kann durch Abspülen mit Wasser geschehen. Die Grube schneidet den Wellenleiter 12 an. In diese Grube wird nun ein elektrooptischer Bauteil 20 eingesetzt. Das kann beispielsweise eine Leuchtdiode sein oder eine Photodiode. Der Bauteil wird mit seinen Bonddrähten 22 und 24 an die Bondkontakte angebondet, die von der in den Flächenteilen 14 und 16 stehengebliebenen Metallschicht gebildet sind. Der Anschluß des elektro optischen Bauteils geschieht in konventioneller Weise durch Leitkleber 26 und 28.

Der elektrooptische Bauteil 20 wird dann zu dem Strahlengang des Wellenleiters 12 ausgerichtet. Nach dieser Ausrichtung wird der Bauteil 20 mit einem Tropfen einer sich verfestigenden Flüssigkeit vergossen. Der Brechungsindex dieser sich verfestigenden Flüssigkeit ist so gewählt, daß eine gute optische Kopplung zwischen dem Wellenleiter 12 und dem elektrooptischen Bauteil 20 erhalten wird. Nach Verfestigung der Flüssigkeit ist der elektrooptische Bauteil in seiner Stellung zu dem Wellenleiter fixiert. Er ist gegen äußere Einflüsse geschützt und praktisch mit in das Substrat 10 eingebettet. Der verfestigte Tropfen bildet über dem Bauteil 20 einen Hügel 30. Dieser Hügel 30 schließt auch die Bonddrähte 22 und 24 und deren Verbindung mit den Bondkontakten mit ein.

Als Material zum Vergießen der elektrooptischen Bauteile kann ein Kunstharz oder ein Silkikonkautschuk dienen. In der Ausführung von Fig. 1 und 2 ist der elektrooptische Bauteil 20 ein photoelektrischer Empfänger, beispielsweise eine Photodiode. Dieser photoelektrische Empfänger ist auf einem Chip montiert, der z. B. Vorverstärker enthält. Statt eines photoelektrischen Empfängers kann auch eine Leucht diode in der gleichen Weise montiert werden.

Fig. 3 und 4 zeigen die Anbringung eines Lasers 32 nach im wesentlichen dem gleichen Verfahren. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1 und 2. Der Laser 32 weist eine Wärmesenke 34 auf. Der Laser 32 mit der Wärmesenke 34 ist kopfstehend so montiert, daß die blockförmige Wärmesenke 34 mit ihrer den Laser tragenden Seitenfläche auf der Oberfläche 36 des Substrats 10 aufliegt. Der Laser 32 ragt in die geätzte Grube 18. Der Laserwird zu dem Wellenleiter 12 justiert.

Dann wird die Wärmesenke 34 mit der Oberfläche 36 verklebt. Schließlich wird wieder die gesamte Anordnung einschließlich der Bonddrähte 22 und 24 mit einer sich verfestigenden Flüssigkeit vergossen.

Claims

1. Verfahren zur Anbringung von elektrooptischen Bauteilen an integriert-optischen Wellenleitern, die in einem Substrat vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte

a) Aufbringen eines Ätzmittels auf das Substrat (10) so, daß in die Oberfläche des Substrats eine Grube (18) eingeätzt wird, welche einen Wellenleiter (12) anschneidet,
b) Positionieren und Haltern eines zu montierenden elektooptischen Bauteils (20) in der Grube (18) in der gewünschten Position zu dem Wellenleiter (12) und
c) Vergießen des Bauteils (20) in der Grube (18) mit einem sich verfestigenden Material von einem an den Brechungsindex des Wellenleiters (12) angepaßten Brechungsindex.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Herstellung der Wellenleiter (12) durch Ionen austausch, wobei die Oberfläche (36) des Substrats durch eine Metallschicht abgedeckt und diese Metall schicht nach Herstellung der Wellenleiter (12) wegge ätzt wird, neben der Position der zu montierenden elektrooptischen Bauteile (20) Teile der Metallschicht vor dem Wegätzen abgedeckt werden, so daß die so stehenbleibenden Teile der Metallschicht Bondkontakte bilden, mit denen Bonddrähte (22, 24) der elektro optischen Bauteile (20) verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (10) Glas und das Ätzmittel Flußsäure ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich verfestigende Material ein Kunstharz ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sich verfestigende Material Silikonkautschuk ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das elektrooptische Bauteil ein Laserchip (32) mit einer Wärmesenke (34) ist und
b) der Laserchip (32) kopfstehend mit der Wärmesenke (34) so auf das Substrat (10) aufgeklebt wird, daß er in den Wellenleiter (12) einstrahlt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Bauteil eine Photodiode aufweist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrooptische Bauteil eine Leuchtdiode aufweist.