EP1002252A1 - Connecting assembly of optical fibres with optical or optoelectronic components - Google Patents

Connecting assembly of optical fibres with optical or optoelectronic components

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Publication number
EP1002252A1
EP1002252A1 EP99939787A EP99939787A EP1002252A1 EP 1002252 A1 EP1002252 A1 EP 1002252A1 EP 99939787 A EP99939787 A EP 99939787A EP 99939787 A EP99939787 A EP 99939787A EP 1002252 A1 EP1002252 A1 EP 1002252A1
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EP
European Patent Office
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fiber
support
substrate
housing
component
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP99939787A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Guy Parat
Patrice Caillat
Christiane Puget
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02B6/3692Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the manufacturing process of surface profiling of the supporting carrier with surface micromachining involving etching, e.g. wet or dry etching steps

Definitions

  • a passive fiber optic alignment technique is also known, the main objective of which is to reduce costs.
  • This assembly is carried out using micro-beads of a fusible material (orasure) on a substrate, which can be an interconnection substrate, playing the role of optical micro-bench.
  • the fusible material constituting the microbeads is for example indium or a fusible alloy based on tin and lead or any alloy with low melting point.
  • the cover comprises, for each fiber, a protuberance by means of which this fiber is pressed against the corresponding housing.
  • the support is formed from a plate in which at least two walls are formed in V oe shape by chemical and / or mechanical etching of this plate and the first studs corresponding to the support by a photolithography technique.
  • the first pads corresponding to the component are formed by a photolithography technique.
  • the shape of the balls depends on the shape of the second studs and is therefore not necessarily spherical.
  • the elements are formed simultaneously by photolithography on the second studs.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of an assembly according to the invention in which an optical fiber is pressed onto thick shims by a cover containing a protuberance
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an assembly according to the invention in which a optical fiber is pressed onto thin shims by means of a flat surface cover
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an assembly according to the invention in which an optical fiber is pressed against shims in front of a laser diode
  • FIGS. 13A to 13D schematically illustrate steps for implementing this method according to the invention which follow the steps illustrated schematically in FIGS. 12A to 12E
  • Figure 14 is a schematic cross-sectional view of another assembly according to the invention in the case of a "non-crossing V”
  • Figures 15A, 15B, 16A and 16B schematically illustrate stages of a method of manufacturing a “V non-through” fiber support usable in the invention.
  • Figure 1 shows an assembly according to the invention between an optical fiber and a component, for example a laser diode (not shown).
  • a component for example a laser diode (not shown).
  • the V-shaped housing is filled with an adhesive 24 and the fiber, for example, is brought into contact with the shims by pressing on this fiber with the cover until the adhesive is dry.
  • the shims can be made of another factory-produced material very precisely with a sub-micronic control of the dimensions.
  • the thickness H3 of the beveled shims may vary depending on the application considered for the assembly. Only the contact area between the fiber and each wedge is important.
  • the shape of the cover holding the fiber against the shims can also vary depending on the thickness of these shims (see Figure 1 and Figures 2, 3, and 4).
  • This cover can be manufactured by etching, for example, a silicon wafer using KOH (case of FIG. 3) or be machined or molded in another material. In all cases, the cover can advantageously press each fiber against the wedges.
  • this cover is not critical except for the dimension H4, that is to say the height of the protuberance 10 (FIG. 1) which is the distance between the planar lower wall 28 of the cover and the lower face 30 of this protuberance. ).
  • This dimension H4 should be sufficient to press on each fiber so that it is well maintained in contact with the wedges (see Figure 1). In the example in FIG. 1, H4 is chosen> 160 ⁇ m.
  • Figure 2 shows an assembly according to the invention in which a fiber 2 is pressed against two thin shims 4 and 6 by means of a cover
  • Figure 6 is the section AA of Figure 5 (the fiber is not cut) with the cover 8 of the assembly.
  • FIG. 11A and FIG. 11B which is the enlarged section AA of FIG. 11A).
  • FIGS. 12A to 12E schematically illustrate various stages of preparation of a substrate with a view to forming an assembly in accordance with the invention.
  • the dimensions of these studs are determined from the heights desired for the microbeads.
  • the position of the core of the fiber along the axis XI is known precisely if one precisely controls the dimensions H2 of the brazing height 16, H7 between the bottom of the V and the underside of the wedge, H8 between the fiber and the bottom of the V and the diameter d of the fiber.
  • the dimension H7 depends on both the thickness H3 of the wedge, the opening H11 of the V and the angle ⁇ of the walls of the V.
  • the dimension H8 depends on the angle ⁇ of the walls of the V, and of the fiber diameter. So the critical dimensions for vertical alignment are H2, H3, Hll, d and the angle ⁇ .
  • each attachment stud located on the substrate merges with the axis of the corresponding stud located on a shim or on the component.
  • the wedges can be made of silicon and beveled by etching using KOH. In this case, a large number of shims can be obtained on the same silicon wafer. However, the shims can also be formed from a material other than silicon. If the shims are defective, the resulting additional cost remains low given the limited number of steps to form the shims.

Abstract

The invention concerns an assembly for connecting optical fibres with optical or optoelectronic components and a method for making said assembly. The invention is characterised in that it consists in forming at least a fibre support (4, 6) comprising, for each fibre (2), a V-shaped housing; fixing the support and the component (32) to a substrate (12) via fusible links (weld nuggets) (16, 38) and positioning the fibre in the housing so as to obtain a fibre alignment vertical with respect to the component, the horizontal alignment being obtained by means of the melted elements. The invention is applicable in microelectronics.

Description

ASSEMBLAGE DE CONNEXION DE FIBRES OPTIQUES AVEC DES COMPOSANTS OPTIQUES OU OPTOELEC¬ TRONIQUESCONNECTION ASSEMBLY OF OPTICAL FIBERS WITH OPTICAL OR OPTOELEC ¬ TRONIC COMPONENTS
DESCRIPTIONDESCRIPTION
5 DOMAINE TECHNIQUE5 TECHNICAL AREA
La présente invention concerne un assemblage permettant la connexion de fibres optiques avec des composants optiques ou optoélectroniques et un procédé de fabrication de cet assemblage.The present invention relates to an assembly allowing the connection of optical fibers with optical or optoelectronic components and to a method of manufacturing this assembly.
10 L'invention trouve des applications dans le domaine de la micro-électronique notamment dans tous les cas où il s'agit de connecter des fibres optiques à des sources-lasers ou à des modules optiques (par exemple des diviseurs, des multiplexeurs ou desThe invention finds applications in the field of microelectronics, in particular in all cases where it is a question of connecting optical fibers to laser sources or to optical modules (for example dividers, multiplexers or
15 capteurs) montés sur des substrats optoélectroniques.15 sensors) mounted on optoelectronic substrates.
En particulier, dans le cas des télécommunications par transmission optique, l'invention est utilisable lorsqu'une diode-laser (ou une barrette de diodes-lasers à émission latérale) doitIn particular, in the case of telecommunications by optical transmission, the invention can be used when a diode-laser (or a strip of diode-lasers with lateral emission) must
20 être connectée à une fibre optique (ou à plusieurs fibres optiques) .20 be connected to an optical fiber (or to several optical fibers).
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEUREPRIOR STATE OF THE ART
Dans le domaine de la micro-électronique, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement des 25 systèmes électroniques impose : - la conception de nouveaux principes de transmission de données et notamment la mise en parallèle de bus électriques permettant de transmettre simultanément plusieurs signaux à la fois et/ou - l'utilisation de la lumière grâce à des guides d'ondes optiques (guides d'ondes intégrés ou fibres optiques) afin d'augmenter le débit d'information.In the microelectronics field, the increase in the operating frequency of the 25 electronic systems requires: - the design of new data transmission principles and in particular the paralleling of electric buses allowing the simultaneous transmission of several signals at the same time and / or - the use of light thanks to optical waveguides (guides of integrated waves or optical fibers) to increase the information rate.
Ces guides d'ondes optiques permettent d' obtenir une très bonne immunité aux perturbations électromagnétiques.These optical waveguides make it possible to obtain very good immunity to electromagnetic disturbances.
De plus, la transmission optique nécessite la réalisation de modules d'émission, de réception et de traitement de signaux lumineux. Pour ce faire des techniques sont développées en particulier sur verre ou silicium afin d'assurer :In addition, optical transmission requires the production of modules for transmitting, receiving and processing light signals. To do this, techniques are developed in particular on glass or silicon to ensure:
- le couplage de fibres optiques- the coupling of optical fibers
- les connexions optiques et électriques de composants optoélectroniques- optical and electrical connections of optoelectronic components
- la connexion électrique de composants électroniques d'interface.- the electrical connection of electronic interface components.
On considérera les documents suivants :We will consider the following documents:
[1] "Soldering technology for optoelectronic packaging", 1996 Electronic Component and Technology Conférence, p.26 à 36[1] "Soldering technology for optoelectronic packaging", 1996 Electronic Component and Technology Conférence, p.26 to 36
[2] "Passive alignment for optoelectronic components, Advances in electronic packaging, EFP-vcl .19-1, 1997, vol.l, p.753 à 758[2] "Passive alignment for optoelectronic components, Advances in electronic packaging, EFP-vcl. 19-1, 1997, vol.l, p.753 to 758
[3] "Silicon motherboards fer ultichannel optical module", IEEE transactions on components, packaging, and manufactuπng technology, Partie A, vol.19, n°l, mars 1996, p.34 à 40[3] "Silicon motherboards fer ultichannel optical module", IEEE transactions on components, packaging, and manufactuπng technology, Part A, vol.19, n ° l, March 1996, p.34 to 40
[4] "Flip-chip optical fiber attachment to a monolithic optical receiver chip", SPIE, vol.2613, p.53 à 58.[4] "Flip-chip optical fiber attachment to a monolithic optical receiver chip", SPIE, vol.2613, p.53 to 58.
Chacun des assemblages connus par les documents [1] a [4] se présente en général sous la forme d'un substrat sur lequel : - des fibres optiques sont connectées so t en regard de guides d'ondes optiques formes dans le substrat soit en regard de diodes-lasers et/ou αe photodétecteurs,Each of the assemblies known from documents [1] to [4] is generally in the form of a substrate on which: - optical fibers are connected so t opposite optical waveguides formed in the substrate either viewing of laser diodes and / or photodetectors,
- des composants optoélectroniques emboîtés dans ce substrat ou placés à la surface de celui-ci sont couplés à des guides d'ondes optiques et/ou à des fibres optiques,- optoelectronic components fitted into this substrate or placed on the surface thereof are coupled to optical waveguides and / or to optical fibers,
- des composants électroniques adressant ou recueillant des informations venant de composants optoélectroniques sont positionnés. Les fibres optiques et les composants optiques ou optoélectroniques doivent être parfaitement alignés les uns par rapport aux autres pour minimiser les pertes optiques.- electronic components addressing or collecting information coming from optoelectronic components are positioned. The optical fibers and the optical or optoelectronic components must be perfectly aligned with each other to minimize optical losses.
Les précisions visées peuvent être inférieures à 0,5 μm.The target details may be less than 0.5 μm.
Pour ce faire, deux techniques sont principalement utilisées.To do this, two techniques are mainly used.
1) On connaît une technique d'alignement actif d'une fibre optique avec une diode-laser, dont l'objectif est de s'assurer en temps réel de la performance d'alignement par une mesure électrique avec une photodiode. Pour ce faire, la diode-laser est alimentée et une mesure de la puissance lumineuse à la sortie de la fibre donne une indication sur l'alignement relatif de celle-ci et de la diode-laser. Une optimisation de l'alignement est assurée grâce à de faibles déplacements de cette diode-laser au moyen de micromanipulateurs mécaniques ou piézo-électriques . Un assemblage peut être ensuite obtenu par collage.1) There is known a technique for active alignment of an optical fiber with a diode-laser, the objective of which is to ascertain in real time the alignment performance by an electrical measurement with a photodiode. To do this, the diode-laser is supplied and a measurement of the light power at the output of the fiber gives an indication of the relative alignment of the latter and of the diode-laser. Optimization of the alignment is ensured by small displacements of this laser diode by means of mechanical or piezoelectric micromanipulators. An assembly can then be obtained by gluing.
Cette technique d'alignement actif présente des inconvénients :This active alignment technique has drawbacks:
- longueur du processus d'alignement,- length of the alignment process,
- nécessité d'un blocage mécanique, au moyen d'une colle par exemple, de la diode-laser après alignement et - nécessité que ce blocage n'entraîne pas de contraintes mécaniques susceptibles de modifier 1 ' alignement .- Need for a mechanical blocking, by means of an adhesive for example, of the diode-laser after alignment and - necessity that this blocking does not cause mechanical stresses likely to modify 1 alignment.
2) On connaît aussi une technique d'alignement passif d'une fibre optique dont l'objectif principal est la réduction des coûts.2 ) A passive fiber optic alignment technique is also known, the main objective of which is to reduce costs.
Lorsque la fibre doit être connectée parallèlement à un substrat par exemple en silicium, la méthode de connexion la plus répandue actuellement consiste en la réalisation d'une cavité en forme de V dans le substrat en silicium qui a une fonction de micro-banc optique, par exemple selon le principe de gravure selon des plans cristallins préférentiels (100) .When the fiber has to be connected parallel to a substrate, for example made of silicon, the most widespread connection method currently consists in producing a V-shaped cavity in the silicon substrate which has the function of an optical micro-bench, for example according to the principle of etching according to preferential crystal planes (100).
La fibre est calée et collée au fond de la cavité en regard d'un composant optoélectronique. Ce composant optoélectronique, s'il est rapporté sur le substrat, est généralement monté la tête en bas par la technique de retournement de puce (« flip-chip ») sur des liaisons métalliques assurant la continuité électrique, la tenue mécanique et l'évacuation thermique vers le substrat. L' alignement du composant optoélectronique en face de la fibre doit être un alignement absolu dans les trois directions de l'espace. Pour cela on peut utiliser :The fiber is wedged and glued to the bottom of the cavity opposite an optoelectronic component. This optoelectronic component, if attached to the substrate, is generally mounted upside down by the flip-chip technique on metal links ensuring electrical continuity, mechanical strength and thermal evacuation to the substrate. The alignment of the optoelectronic component in front of the fiber must be an absolute alignment in the three directions of space. For this we can use:
- des équipements très précis qui permettent de positionner et de souder le composant, tout en le maintenant sur le substrat, avec des précisions αe l'orαre de 1 μm,- very precise equipment which makes it possible to position and weld the component, while maintaining it on the substrate, with precision at the angle of 1 μm,
- des brasures avec des cales de positionnement réalisées dans le substrat et/ou dans le composant à assembler,- solders with positioning shims made in the substrate and / or in the component to be assembled,
- des éléments de brasure sans cale en utilisant l'effet d' auto-positionnement lié aux forces de mouillabilité de la brasure en phase liquide, l'auto- positionnement ayant lieu parallèlement au substrat par mouillabilité sur des plots métalliques et perpendiculairement au substrat par le contrôle du volume des éléments de brasure.- brazing elements without shims using the self-positioning effect linked to the wettability forces of the solder in the liquid phase, the self-positioning taking place parallel to the substrate by wettability on metal pads and perpendicular to the substrate by volume control of the soldering elements.
Outre l'utilisation de cavités en forme deBesides the use of cavities in the form of
V dans le substrat, il existe une méthode de fixation par collage des fibres dans un support intermédiaire en silicium, également gravé en forme de V, et ensuite reporté à l'envers sur le substrat (voir le documentV in the substrate, there is a method of fixing by bonding the fibers in an intermediate silicon support, also etched in a V shape, and then transferred upside down on the substrate (see the document
[4]). L'alignement et la brasure du support intermédiaire sont réalisés à l'aide d'un équipement de précision. L'effet d'auto-alignement en phase liquide n'est pas employé. La rigidité des fibres et le poids oe l'ensemble ne le permettent pas. Lorsqu'une fibre est connectée perpendiculairement à un substrat, il existe aussi une méthode d'insertion de la fibre dans une cale percée, préalablement brasée et montée par retournement de puce (« flip-chip ») et utilisant l'effet d'auto-alignement en phase liquide. A ce sujet on considérera la figure 5 du document [1] .[4]). The alignment and brazing of the intermediate support are carried out using precision equipment. The liquid phase self-alignment effect is not used. The stiffness of the fibers and the weight or the whole do not allow it. When a fiber is connected perpendicularly to a substrate, there is also a method of inserting the fiber into a pierced shim, previously brazed and mounted by flip-chip and using the auto effect. -alignment in liquid phase. On this subject we will consider Figure 5 of document [1].
Un problème se pose dans le cas de l'alignement passif d'une fibre optique en face d'un composant optoélectronique rapporté sur un substrat d' interconnexion.A problem arises in the case of passive alignment of an optical fiber in front of an optoelectronic component attached to an interconnection substrate.
Lorsque la fibre est fixée parallèlement au substrat dans une cavité en forme V intégrée à ce même substrat, le positionnement optique du composant optoélectronique en face de la fibre doit être absolu dans les trois directions de l'espace.When the fiber is fixed parallel to the substrate in a V-shaped cavity integrated into this same substrate, the optical positioning of the optoelectronic component in front of the fiber must be absolute in the three directions of space.
Dans un plan parallèle au substrat, les plots métalliques réalisés, recevant une brasure, sont parfaitement alignés avec la cavité en V car il sont générés par le même masque lithographique. L'effet d' auto-alignement en phase liquide des microbilles de brasure assure le bon positionnement du composant en face de la fibre.In a plane parallel to the substrate, the metal studs produced, receiving a solder, are perfectly aligned with the V-shaped cavity because they are generated by the same lithographic mask. The self-alignment effect in liquid phase of the solder microbeads ensures the correct positioning of the component in front of the fiber.
Par contre, suivant une direction perpendiculaire au substrat, le contrôle de la hauteur des axes optiques nécessite, pour la fibre, le contrôle de la largeur de la cavité en forme de V (variation de l'enterrement de la fibre) et pour le composant optoélectronique, soit une cale mécanique soit un contrôle du volume de brasure. Ces opérations sont dépendantes des variations tecnnologiques de fabrication. EXPOSE DE 1/ INVENTIONOn the other hand, in a direction perpendicular to the substrate, the control of the height of the optical axes requires, for the fiber, the control of the width of the V-shaped cavity (variation of the burial of the fiber) and for the component optoelectronics, either a mechanical hold or a solder volume control. These operations are dependent on technological variations in manufacturing. PRESENTATION OF 1 / INVENTION
La présente invention a pour but de définir un assemblage et un procédé de fabrication αe celui-ci, permettant un alignement passif très précis d'une ou de plusieurs fibres optiques avec un ou plusieurs composants optiques ou optoélectroniques, de façon relative .The object of the present invention is to define an assembly and a manufacturing method thereof, allowing very precise passive alignment of one or more optical fibers with one or more optical or optoelectronic components, relatively.
Cet assemblage est réalisé a l'aide de microoilles d'un matériau fusible (orasure) sur un substrat, qui peut être un substrat d'interconnexion, jouant le rôle de micro-banc optique.This assembly is carried out using micro-beads of a fusible material (orasure) on a substrate, which can be an interconnection substrate, playing the role of optical micro-bench.
Le matériau fusible constitutif des microbilles est par exemple l'indium ou un alliage fusible à base d' étain et de plomb ou tout alliage à bas point de fusion.The fusible material constituting the microbeads is for example indium or a fusible alloy based on tin and lead or any alloy with low melting point.
De façon précise, la présente invention a tout d'abord pour objet un assemblage comprenant un substrat et, sur celui-ci, au moins un support oe fibre optique, au moins une fibre optique disposée oans ce support et au moins un composant optique ou optoélectronique, l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant étant alignés, cet assemblage étant caractérisé en ce que le support et le composant sont fixés au substrat par l'intermédiaire de microbilles en matériau fusible, permettant a l'axe optique de la fibre et a l'axe optique du composant d'être parallèles l'un a l'autre dans un mène plan perpendiculaire à une surface au substrat, en ce que le support comprend, pour chaque fibre, un logement en forme de V ayant deux parois inclinées l'une vers l'autre, l'ouverture du « V »etant située sur la face du support qui n'est pas fixée au substrat, et en ce que la fibre est positionnée dans le logement, le volume de chaque microbille et le logement étant déterminés de façon que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans un même plan parallèle à la surface du substrat.Specifically, the present invention firstly relates to an assembly comprising a substrate and, on this, at least one optical fiber support, at least one optical fiber disposed in this support and at least one optical component or optoelectronics, the optical axis of the fiber and the optical axis of the component being aligned, this assembly being characterized in that the support and the component are fixed to the substrate by means of microbeads of fusible material, allowing the axis fiber optic and the optical axis of the component to be parallel to each other in a plane plane perpendicular to a surface to the substrate, in that the support comprises, for each fiber, a housing in the form of V having two walls inclined towards each other, the opening of the "V" being located on the face of the support which is not fixed to the substrate, and in that the fiber is positioned in the housing, the volume of each microbead and the housing being determined so that the optical axis of the fiber and the optical axis of the component are parallel to each other in the same plane parallel to the surface of the substrate.
Selon un premier mode de réalisation particulier de l'assemblage objet de l'invention, le logement traverse l'ensemble du support, le logement ayant ainsi deux arêtes inférieures, la distance séparant ces deux arêtes inférieures étant déterminée, compte tenu du diamètre de la fibre et des points d'appui de celle-ci dans le logement, pour que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans le même plan parallèle à la surface du substrat.According to a first particular embodiment of the assembly which is the subject of the invention, the housing passes through the entire support, the housing thus having two lower edges, the distance separating these two lower edges being determined, taking into account the diameter of the fiber and its support points in the housing, so that the optical axis of the fiber and the optical axis of the component are parallel to each other in the same plane parallel to the surface of the substrate .
Selon un deuxième mode de réalisation particulier, le logement ne traverse pas le support. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un assemblage comprenant un substrat et, sur celui-ci, au moins un support de fibre optique, au moins une fibre optique disposée dans ce support et au moins un composant optique ou optoélectronique, l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant étant alignés, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on forme le support de fibre, ce support comprenant, pour chaque fibre, un logement en forme de V ayant deux parois inclinées l'une vers l'autre, l'ouverture du « V » étant située sur la face du 'support qui n'est pas fixée au substrat, et comprenant aussi une pluralité de premiers plots d'accrochage, en ce qu'on forme aussi une pluralité de premiers plots d'accrochage sur le composant, en ce qu'on forme des deuxièmes plots d'accrochage sur le substrat, ces deuxièmes plots étant destinés à être respectivement associés aux premiers plots, en ce qu'on forme, sur les premiers plots et/ou les deuxièmes plots, des éléments faits d'un matériau fusible, apte à être brasé aux premiers et deuxièmes plots, ces premiers et deuxièmes plots étant mouillables par ce matériau à l'état fondu tandis que leur environnement ne l'est pas, en ce qu'on fixe le support et le composant sur le substrat par l'intermédiaire des éléments correspondants, ces éléments étant portés à l'état fondu à cet effet et permettant à l'axe optique de la fibre et à l'axe optique du composant d'être parallèles l'un à l'autre dans un même plan perpendiculaire à une surface du substrat, et en ce qu'on positionne la fibre dans le logement, le volume de chaque élément et le logement étant déterminés pour que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans un même plan parallèle à la surface du substrat.According to a second particular embodiment, the housing does not pass through the support. The present invention also relates to a method of manufacturing an assembly comprising a substrate and, on this, at least one optical fiber support, at least one optical fiber disposed in this support and at least one optical or optoelectronic component. , the optical axis of the fiber and the optical axis of the component being aligned, this process being characterized in that the fiber support is formed, this support comprising, for each fiber, a V-shaped housing having two walls inclined towards each other, the opening of the 'V' being located on the face of the support which is not fixed to the substrate, and also comprising a plurality of first fastening studs, in that also forms a plurality of first attachment studs on the component, in that second attachment studs are formed on the substrate, these second studs being intended to be respectively associated with the first studs, in that one forms, on the first studs and / or the second pads, elements made of a fusible material, capable of being soldered to the first and second pads, these first and second pads being wettable by this material in the molten state while their environment is not, in that the support and the component are fixed to the substrate by means of the corresponding elements, these elements being brought in the molten state for this purpose and allowing the optical axis of the fiber and the optical axis of the component to be parallel to each other in the same plane perpendicular to a surface of the substrate, and in that the fiber is positioned in the housing, the volume of each element and the housing being determined so that the optical axis of the fiber and the optical axis of the component are parallel to each other in the same plane parallel to the surface of the substrate.
Selon un premier mode de mise en oeuvre particulier (« V traversant ») du procédé objet de l'invention, le logement traverse l'ensemble du support, le logement ayant ainsi deux arêtes inférieures, la distance séparant ces deux arêtes inférieures étant déterminée, compte tenu du diamètre de la fibre et des points d'appui de celle-ci dans le logement, pour que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans le même plan parallèle à la surface du substrat. Selon un deuxième moαe de mise en oeuvre particulier (« V non traversant) , le logement ne traverse pas le support.According to a first particular mode of implementation (“V through”) of the method which is the subject of the invention, the housing crosses the entire support, the housing thus having two lower edges, the distance separating these two lower edges being determined, taking into account the diameter of the fiber and its support points in the housing, so that the optical axis of the fiber and the optical axis of the component are parallel to each other in the same plane parallel to the surface of the substrate. According to a second particular implementation method (“V not traversing), the housing does not pass through the support.
Le support peut comprendre une pluralité d'exemplaires parallèles dudit logement en forme de V et l'on positionne alors respectivement une pluralité de fibres optiques dans lesdits exemplaires.The support can comprise a plurality of parallel copies of said V-shaped housing and a plurality of optical fibers are then positioned respectively in said copies.
Chaque fibre peut être fixée au moyen d'une colle dans le logement correspondant. De préférence, pour une plus grande solidit de l'assemblage, la colle s'etenα entre le support et le substrat, autour αes éléments en matériau fusible disposé sous le support.Each fiber can be fixed with an adhesive in the corresponding housing. Preferably, for greater solidity of the assembly, the adhesive spreads between the support and the substrate, around the elements made of fusible material placed under the support.
Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, on fabrique un capot apte à recouvrir chaque logement et chaque fibre est pressée contre le logement correspondant au moyen de ce capot puis avantageusement fixée dans ce logement correspondant . Ce capot peut être transparent, ce qui permet d'observer chaque fibre dans son logement et même de coller cette fibre dans ce logement par durcissement d'une colle polymérisable par un rayonnement (généralement un rayonnement ultraviolet) que l'on envoie vers la colle à travers le capot.According to a particular embodiment of the method which is the subject of the invention, a cover is produced which is capable of covering each housing and each fiber is pressed against the corresponding housing by means of this cover and then advantageously fixed in this corresponding housing. This cover can be transparent, which makes it possible to observe each fiber in its housing and even to stick this fiber in this housing by hardening of an adhesive polymerizable by radiation (generally an ultraviolet radiation) which is sent towards the adhesive. through the hood.
Selon un premier mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, le capot comprend, pour chaque fibre, une protubérance par l'intermédiaire de laquelle cette fibre est pressée contre le logement correspondant.According to a first particular embodiment of the method which is the subject of the invention, the cover comprises, for each fiber, a protuberance by means of which this fiber is pressed against the corresponding housing.
Selon un deuxième mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet αe l'invention, le capot comprend une face plane par l'intermédiaire de laquelle chaque fibre est pressée contre le logement correspondant, la fibre dépassant de la face du support qui n'est pas fixée au substrat.According to a second particular embodiment of the process which is the subject of the invention, the cover comprises a flat face by means of which each fiber is pressed against the corresponding housing, the fiber protruding from the face of the support which is not fixed to the substrate.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, relatif au « V traversant », on forme le support à partir d'une plaque dans laquelle on réalise au moins deux parois en forme de V par gravure chimique et/ou mécanique de cette plaque, de façon à obtenir la distance déterminée entre les deux arêtes inférieures de chaque V, on forme les premiers plots correspondant au support par une technique αe pnotolithographie et on sépare l'une de l'autre lesdites parois du logement.According to a particular embodiment of the invention, relating to the “V through”, the support is formed from a plate in which at least two V-shaped walls are produced by chemical and / or mechanical etching of this plate. , so as to obtain the distance determined between the two lower edges of each V, the first studs corresponding to the support are formed by an αe pnotolithography technique and said walls of the housing are separated from one another.
Dans le cas particulier où la plaque présente une épaisseur initiale trop importante, la formation du support comprend en outre une étape d'amincissement de la plaque réalisée avant ou après la gravure du V.In the particular case where the plate has an excessively large initial thickness, the formation of the support further comprises a step of thinning the plate carried out before or after the etching of the V.
Selon un autre mode de réalisation particulier relatif au « V non traversant » on forme le support à partir d'une plaque dans laquelle on réalise au moins deux parois en forme oe V par gravure chimique et/ou mécanique de cette plaque et on forme les premiers plots correspondant au support par une technique de photolithographie. De préférence, les premiers plots correspondant au composant sont formés par une technique de photolithographie.According to another particular embodiment relating to the “non-traversing V”, the support is formed from a plate in which at least two walls are formed in V oe shape by chemical and / or mechanical etching of this plate and the first studs corresponding to the support by a photolithography technique. Preferably, the first pads corresponding to the component are formed by a photolithography technique.
De préférence également, les deuxièmes plots sont formés sur le substrat par une technique de photolithographie.Also preferably, the second pads are formed on the substrate by a photolithography technique.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les éléments formés sur les deuxièmes Dlots ont tous la même éoaisseur. De préférence, on fait passer à l'état fondu les éléments formés sur les deuxièmes plots, chaque élément prenant alors sensiblement la forme d'une bille, on fait ensuite passer ces éléments en forme de bille à l'état solide et on fait passer ces derniers à l'état fondu pour assembler le composant et le support avec le substrat.According to a preferred embodiment of the invention, the elements formed on the second Dlots all have the same thickness. Preferably, the elements formed on the second studs are passed in the molten state, each element then taking substantially the form of a ball, these elements are then passed in the form of a ball in the solid state and the the latter in the molten state to assemble the component and the support with the substrate.
La forme des billes dépend de la forme des deuxièmes plots et n'est donc pas forcément sphérique. De préférence également, pour avoir la même précision sur la hauteur des différentes billes, les éléments sont formés simultanément par photolithographie sur les deuxièmes plots.The shape of the balls depends on the shape of the second studs and is therefore not necessarily spherical. Preferably also, to have the same precision on the height of the different balls, the elements are formed simultaneously by photolithography on the second studs.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : • la figure 1 est une vue en coupe transversale schématique d'un assemblage conforme à l'invention dans lequel une fibre optique est plaquée sur des cales épaisses par un capot contenant une protubérance, • la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique d'un assemblage conforme à l'invention dans lequel une fibre optique est plaquée sur des cales minces au moyen d'un capot à surface plane, • la figure 3 est une vue en coupe transversale schématique d'un assemblage conforme à l'invention dans lequel une fibre optique est plaquée contre des cales en face d'une- diode laser,The present invention will be better understood on reading the description of exemplary embodiments given below, by way of purely indicative and in no way limiting, with reference to the appended drawings in which: • Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an assembly according to the invention in which an optical fiber is pressed onto thick shims by a cover containing a protuberance, • Figure 2 is a schematic cross-sectional view of an assembly according to the invention in which a optical fiber is pressed onto thin shims by means of a flat surface cover, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of an assembly according to the invention in which an optical fiber is pressed against shims in front of a laser diode,
• la figure 4 est une vue en coupe transversale schématique d'un assemblage conforme à l'invention dans lequel des fibres optiques sont fixées sur des cales minces, • la figure 5 est une vue de dessus schématique d'un assemblage conforme à l'invention dans lequel une fibre optique et une diode laser sont optiquement alignées, le capot permettant de plaquer la fibre dans le logement défini par les cales n'étant pas représenté,• Figure 4 is a schematic cross-sectional view of an assembly according to the invention in which optical fibers are fixed on thin shims, • Figure 5 is a schematic top view of an assembly according to invention in which an optical fiber and a laser diode are optically aligned, the cover making it possible to press the fiber into the housing defined by the shims not being shown,
• la figure 6 est la coupe AA de la figure 5 le capot étant représenté,FIG. 6 is the section AA in FIG. 5, the cover being shown,
• les figures 7, 8A, 8B, 9, 10A, 10B, 11A et 11B illustrent schématiquement un procédé de fabrication d'un support de fibre utilisable dans la présente invention,FIGS. 7, 8A, 8B, 9, 10A, 10B, 11A and 11B schematically illustrate a process for manufacturing a fiber support usable in the present invention,
• les figures 12A à 12E illustrent schématiquement diverses étapes de préparation d'un substrat pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention,FIGS. 12A to 12E schematically illustrate various stages of preparation of a substrate for the implementation of a method according to the invention,
• les figures 13A à 13D illustrent schématiquement des étapes de mise en oeuvre de ce procédé conforme à l'invention qui suivent les étapes illustrées schématiquement par les figures 12A à 12E, • la figure 14 est une vue en coupe transversale schématique d'un autre assemblage conforme à l'invention dans le cas d'un « V non traversant », et • les figures 15A, 15B, 16A et 16B illustrent schématiquement des étapes d'un procédé de fabrication d'un support de fibre à « V non traversant » utilisable dans l'invention.FIGS. 13A to 13D schematically illustrate steps for implementing this method according to the invention which follow the steps illustrated schematically in FIGS. 12A to 12E, • Figure 14 is a schematic cross-sectional view of another assembly according to the invention in the case of a "non-crossing V", and • Figures 15A, 15B, 16A and 16B schematically illustrate stages of a method of manufacturing a “V non-through” fiber support usable in the invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERSDETAILED PRESENTATION OF PARTICULAR EMBODIMENTS
Dans les exemples de l'invention qui suivent, afin d'assurer l'alignement optique, chaque fibre optique est positionnée et avantageusement fixée dans un logement défini par deux cales biseautées qui forment un support de fibre. Ces deux cales sont préalablement brasées sur un substrat d' interconnexion en même temps que le composant optique ou optoélectronique que l'on veut connecter à la fibre.In the examples of the invention which follow, in order to ensure optical alignment, each optical fiber is positioned and advantageously fixed in a housing defined by two bevelled wedges which form a fiber support. These two wedges are previously brazed on an interconnection substrate at the same time as the optical or optoelectronic component which it is desired to connect to the fiber.
Ce brasage a lieu à la suite d'un prépositionnement grossier (erreur inférieure ou égale à 5 μm) de la fibre et du composant.This brazing takes place following a rough prepositioning (error less than or equal to 5 μm) of the fiber and the component.
Les forces de tension de surface des microbilles de brasure en phase liquide (technique connue par le document [1]) permettent d'obtenir un alignement optique « horizontal » c'est-à-dire de rendre l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant parallèles l'un à l'autre dans un même plan perpendiculaire à la surface du substrat, surface sur laquelle se fait la connexion, lorsque cette surface est plane (ou parallèle à une zone superficielle plane du substrat lorsque celui-ci comprend des marches définies par des zones superficielles planes et parallèles, décalées en hauteur les unes par rapport aux autres) . L'alignement optique « vertical », c' est-a- dire le fait de rendre l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant parallèles l'un a l'autre dans un même plan parallèle à la surface ou substrat, est contrôle par les volumes relatifs des microbilles 0 et par la distance séparant les deux arêtes inférieures du logement compte tenu du diamètre oe la fibre et de ses points d'appui dans le logement.The surface tension forces of the solder microbeads in the liquid phase (technique known from document [1]) make it possible to obtain a "horizontal" optical alignment, that is to say to render the optical axis of the fiber and the optical axis of the component parallel to each other in the same plane perpendicular to the surface of the substrate, surface on which the connection is made, when this surface is planar (or parallel to a planar surface area of the substrate when the latter comprises steps defined by planar and parallel surface areas, offset in height relative to each other). "Vertical" optical alignment, that is to say making the optical axis of the fiber and the optical axis of the component parallel to each other in the same plane parallel to the surface or substrate, is controlled by the relative volumes of the microbeads 0 and by the distance separating the two lower edges of the housing taking into account the diameter of the fiber and its support points in the housing.
En effet, grâce a un tel assemblage la précision de positionnement de la fibre et ou composant 5 est très importante car elle devient une précision relative et non plus une précision absolue comme dans l'art antérieur. Il est néanmoins nécessaire que le coeur (« core ») de la fibre optique soit bien référence par rapport a la surface externe cylindrique C de la gaine (« cladding ») optique ce la flore.In fact, thanks to such an assembly, the positioning accuracy of the fiber and or component 5 is very important because it becomes relative precision and no longer absolute precision as in the prior art. It is nevertheless necessary that the core ("core") of the optical fiber is well referenced with respect to the cylindrical external surface C of the optical cladding ("cladding") that the flora.
La figure 1 montre un assemblage conforme a l'invention entre une fibre optique et un composant, par exemple une diode laser (non représentée) .Figure 1 shows an assembly according to the invention between an optical fiber and a component, for example a laser diode (not shown).
La fibre optique 2 est placée sur des cales 5 épaisses et biseautées 4 et 6 formant un support de fibre et un capot 8 usiné, muni d'une protubérance 10, plaque la fibre contre les parois respectives des cales qui forment un V traversant lorsqu'elles sont vues en coupe transversale. C On voit également un substrat d' interconnexion 12 dont la surface supérieure S comporte des plots d' accrocnage généralement métalliques 1 Δ qui sont formes par gravure sur le substrat et sur lesquels des microbilles de brasure 16 ont été préalablement formées . Les deux cales biseautées ont été réalisées par exemple dans une plaque de silicium dont la surface était orientée selon le plan (100), par gravure selon des plans cristallins préférentiels à l'aide de KOH, puis métallisées, pour former des plots d'accrochages 18 sur les faces inférieures des cales, et brasees librement sur le substrat après positionnement des plots 18 sur les microbilles.The optical fiber 2 is placed on thick and bevelled shims 5 4 and 6 forming a fiber support and a machined cover 8, provided with a protuberance 10, presses the fiber against the respective walls of the shims which form a through V when they are seen in cross section. C We also see an interconnection substrate 12, the upper surface S of which has generally metallic latching pads 1 Δ which are formed by etching on the substrate and on which solder microbeads 16 have been previously formed. The two bevelled wedges were produced for example in a silicon wafer, the surface of which was oriented along the plane (100), by etching along preferential crystalline planes using KOH, then metallized, to form bonding pads. 18 on the undersides of the shims, and brazed freely on the substrate after positioning of the studs 18 on the microbeads.
Dans l'exemple représente, la hauteur H3 des cales vaut 250 μm et l'angle β des parois du logement en V défini par les deux cales, par rapport à la surface S du substrat, vaut 54,74°. Le positionnement des deux cales en vue de l'alignement optique « horizontal » de la fibre et du composant a lieu automatiquement par mouillabilité de la brasure sur les plots d'accrochage métalliques 14 et 18 qui se font face. Le positionnement vertical, c'est-à-dire suivant une direction perpendiculaire à la surface S, dépend de la distance H2 (22 μm dans l'exemple représenté) entre ces faces inférieures des cales et la surface supérieure S du substrat qui est directement liée au volume de brasure, et de la distance séparant les arêtes inférieures du logement compte tenu du diamètre de la fibre et de ses points d' appui dans le logement .In the example shown, the height H3 of the shims is 250 μm and the angle β of the walls of the V-shaped housing defined by the two shims, relative to the surface S of the substrate, is 54.74 °. The positioning of the two shims for the “horizontal” optical alignment of the fiber and of the component takes place automatically by wettability of the solder on the metal attachment studs 14 and 18 which face each other. The vertical positioning, that is to say in a direction perpendicular to the surface S, depends on the distance H2 (22 μm in the example shown) between these lower faces of the wedges and the upper surface S of the substrate which is directly related to the volume of solder, and the distance separating the lower edges of the housing taking into account the diameter of the fiber and its points of support in the housing.
En effet, pour une fibre de diamètre donné et une distance entre arêtes donnée, suivant l'angle β, cette fibre aura un positionnement « vertical » variable du fait de la modification des points d'appui. De même, pour un angle β donné et une distance entre arêtes donnée, suivant le diamètre de la fibre, le positionnement « vertical » sera également variable. La détermination de la distance entre arêtes est obtenue par le positionnement précis des plots d'accrochage sur les cales.Indeed, for a fiber of given diameter and a given distance between edges, according to the angle β, this fiber will have a variable “vertical” positioning due to the modification of the support points. Likewise, for a given angle β and a given distance between edges, depending on the diameter of the fiber, the “vertical” positioning will also be variable. The distance between edges is determined by the precise positioning of the attachment studs on the blocks.
Ainsi, la connaissance de la distance D entre les plots d' accrochage à proximité des arêtes et les arêtes, connaissant le pas des plots réalisés sur le substrat, permet de connaître la distance entre les arêtes .Thus, knowing the distance D between the attachment studs near the edges and the edges, knowing the pitch of the studs made on the substrate, makes it possible to know the distance between the edges.
La fibre optique 2, dont la gaine optique 20 a, dans l'exemple représenté, un diamètre extérieur d de 120 μm (diamètre de la fibre) est placée dans le logement en forme de V de sorte que l'axe XI de la fibre (axe du coeur 22 de celle-ci) soit parallèle à la surface supérieure du substrat.The optical fiber 2, whose optical sheath 20 has, in the example shown, an outside diameter d of 120 μm (diameter of the fiber) is placed in the V-shaped housing so that the axis XI of the fiber (axis of the heart 22 thereof) is parallel to the upper surface of the substrate.
Ensuite on remplit par exemple le logement en forme de V d'une colle 24 et la fibre par exemple est mise au contact des cales en appuyant sur cette fibre avec le capot jusqu'à ce que la colle soit sèche.Then, for example, the V-shaped housing is filled with an adhesive 24 and the fiber, for example, is brought into contact with the shims by pressing on this fiber with the cover until the adhesive is dry.
L' angle β étant parfaitement connu, la cote finale Hl (8 μm dans l'exemple représenté), distance minimale entre la surface externe de la gaine optique 20 et la surface supérieure S du substrat, dépend comme on l'a vu de la précision du positionnement des plots d'accrochage 18 formés sur les faces inférieures des cales et donc de la cote D qui est la distance entre l'arête inférieure 26 d'une cale et l'axe du plot d'accrochage 18 de cette cale le plus proche de cette arête et qui vaut par exemple 50 μm. Dans l'exemple représenté le capot est usiné ou moule. Il peut être transparent, par exemple en PMMA (polyméthylmétacrylate) , pour vérifier la qualité du collage et/ou pour polymeriser la colle par un rayonnement ultraviolet envoyé à travers ce capot transparent, lorsque cette colle est photopolymérisable .As the angle β is perfectly known, the final dimension Hl (8 μm in the example shown), minimum distance between the external surface of the optical cladding 20 and the upper surface S of the substrate, depends as we have seen on the precision of the positioning of the attachment studs 18 formed on the lower faces of the shims and therefore of the dimension D which is the distance between the lower edge 26 of a shim and the axis of the attachment stud 18 of this shim the closer to this edge and which is for example 50 μm. In the example shown, the cover is machined or molded. It can be transparent, for example made of PMMA (polymethylmethacrylate), to check the quality of the bonding and / or to polymerize the adhesive by ultraviolet radiation sent through this transparent cover, when this adhesive is photopolymerizable.
Au lieu d'être en silicium, les cales peuvent être en un autre matériau usine très précisément avec un contrôle sub-micronique des cotes.Instead of being made of silicon, the shims can be made of another factory-produced material very precisely with a sub-micronic control of the dimensions.
De préférence un grand nombre oe microbilles 16 sont placées sous les cales afin de garantir une bonne tenue mécanique lors du positionnement de la fibre et du collage de celle-ci. La colle peut remplir tout le volume compris entre le capot et les cales mais elle peut également déborder sous ces cales autour des microbilles de brasure. Ceci renforce la tenue mécanique de l'assemblage pour empêcher tout arrachement de la fibre lors de la manipulation de l'assemblage termine.Preferably, a large number of microbeads 16 are placed under the shims in order to guarantee good mechanical strength when positioning the fiber and bonding it. The glue can fill the entire volume between the cover and the shims but it can also overflow under these shims around the solder microbeads. This strengthens the mechanical strength of the assembly to prevent any tearing of the fiber when handling the finished assembly.
L'épaisseur H3 des cales biseautées peut varier suivant l'application considérée de l'assemblage. Seule la zone de contact entre la fibre et chaque cale est importante. La forme du capot maintenant la fibre contre les cales peut également varier suivant l'épaisseur de ces cales (voir la figure 1 et les figures 2, 3, et 4) .The thickness H3 of the beveled shims may vary depending on the application considered for the assembly. Only the contact area between the fiber and each wedge is important. The shape of the cover holding the fiber against the shims can also vary depending on the thickness of these shims (see Figure 1 and Figures 2, 3, and 4).
Ce capot peut être fabriqué par gravure par exemple d'une plaque de silicium au moyen de KOH (cas de la figure 3) ou être usiné ou moulé dans un autre matériau. Dans tous les cas le capot peut avantageusement plaquer chaque fibre contre les cales.This cover can be manufactured by etching, for example, a silicon wafer using KOH (case of FIG. 3) or be machined or molded in another material. In all cases, the cover can advantageously press each fiber against the wedges.
Les dimensions de ce capot ne sont pas critiques sauf la cote H4 c'est-à-dire la hauteur de la protubérance 10 (figure 1) qui est la distance entre la paroi inférieure plane 28 du capot et la face inférieure 30 de cette protubérance) . Il convient que cette cote H4 soit suffisante pour appuyer sur chaque fibre pour que celle-ci soit bien maintenue au contact des cales (voir la figure 1). Dans l'exemple de la figure 1 on choisit H4>160 μm.The dimensions of this cover are not critical except for the dimension H4, that is to say the height of the protuberance 10 (FIG. 1) which is the distance between the planar lower wall 28 of the cover and the lower face 30 of this protuberance. ). This dimension H4 should be sufficient to press on each fiber so that it is well maintained in contact with the wedges (see Figure 1). In the example in FIG. 1, H4 is chosen> 160 μm.
Dans le cas du montage de plusieurs fibres parallèlement les unes aux autres (voir la figure 4) le capot ne prend appui que sur les fibres. Dans le cas d'une seule fibre le capot peut prendre appui sur cette fibre et éventuellement sur l'une des deux cales en même temps.In the case of mounting several fibers parallel to each other (see Figure 4) the cover is supported only on the fibers. In the case of a single fiber, the cover can bear on this fiber and possibly on one of the two wedges at the same time.
La figure 2 montre un assemblage conforme à l'invention dans lequel une fibre 2 est plaquée contre deux cales minces 4 et 6 par l'intermédiaire d'un capotFigure 2 shows an assembly according to the invention in which a fiber 2 is pressed against two thin shims 4 and 6 by means of a cover
8 dont la face inférieure 28 est plane (sans protubérance) .8, the lower face 28 of which is flat (without protuberance).
On voit que l'assemblage de la figure 2 est comparable à celui de la figure 1 mais, dans le cas de la figure 2, l'épaisseur ou hauteur H3 des cales est inférieure au diamètre d de la fibre (H3 vaut par exemple d moins environ 20 μm) , ce qui permet l'utilisation du capot 8 sans protubérance.We see that the assembly of Figure 2 is comparable to that of Figure 1 but, in the case of Figure 2, the thickness or height H3 of the shims is less than the diameter d of the fiber (H3 is for example d minus about 20 μm), which allows the use of the cover 8 without protuberance.
La figure 3 montre un assemblage conforme à l'invention dans lequel une fibre optique 2 est maintenue sur des cales biseautés 4 et 6, en face d'un composant optique ou optoélectronique comme par exemple une diode-laser 32, et optiquement connectée à cette dernière .FIG. 3 shows an assembly according to the invention in which an optical fiber 2 is held on bevelled wedges 4 and 6, opposite an optical or optoelectronic component such as for example a diode-laser 32, and optically connected to the latter.
La figure 3 est comparable à la figure 1. Le capot 8 de la figure 3 a simplement une forme différente. La diode-laser est brasée sur le substrat 12 avantageusement en même temps que les cales. On voit les plots d' accrochage 34 formés sur le substrat 12 et correspondant à cette diode-laser 32, les plots d'accrochage 36 formés sur cette diode-laser et les microbilles de brasure 38 reliant les plots 34 respectivement aux plots 36. Les microbilles 38 étant de préférence toutes réalisées sur le substrat 12, une variation globale de hauteur de dépôt de brasure engendre un décalage vertical (c'est-à-dire un décalage perpendiculaire à la surface supérieure S du substrat) de la fibre et de la diode-laser mais l'alignement vertical de l'axe optique XI de la fibre et de l'axe optique de la diode-laser est conservé.Figure 3 is comparable to Figure 1. The cover 8 of Figure 3 simply has a different shape. The diode-laser is brazed on the substrate 12 advantageously at the same time as the shims. We see the attachment pads 34 formed on the substrate 12 and corresponding to this laser diode 32, the attachment pads 36 formed on this laser diode and the solder microbeads 38 connecting the pads 34 respectively to the pads 36. The microbeads 38 being preferably all made on the substrate 12, an overall variation in the height of the solder deposit generates a vertical offset (that is to say an offset perpendicular to the upper surface S of the substrate) of the fiber and the diode-laser but the vertical alignment of the optical axis XI of the fiber and the optical axis of the diode-laser is preserved.
La figure 4 est une vue schématique d'un assemblage conforme à l'invention, comprenant un ensemble de N fibres optiques identiques et parallèles (seules deux fibres sont représentées sur la figure 4) sur des cales minces 40, 42, 44 (N>2) .Figure 4 is a schematic view of an assembly according to the invention, comprising a set of N identical and parallel optical fibers (only two fibers are shown in Figure 4) on thin shims 40, 42, 44 (N> 2).
La figure 4 est comparable à la figure 2 (la face inférieure 28 du capot 8 est plane) . On a représenté le positionnement des fibres optiques avec un pas (distance entre les axes optiques XI de fibres adjacentes) standard P de 250 μm. Dans cet exemple on a utilisé des cales minces. Il est alors possible de braser par exemple une barrette de N diodes-lasers (non représentée) en face de cette nappe de fibres optiques pour connecter chaque fibre à l'une des diodes de la barrette. Dans le cas de la figure 4, le support de fibres comprend N+l cales parmi lesquelles N-2 sont biseautées sur deux côtés opposés (voir la cale 42 de la figure 4 ) . La figure 5 est une vue schématique de dessus d'un assemblage conforme à l'invention, permettant l'alignement optique d'une fibre optique 2 et d'une diode-laser 32, le capot de cet assemblageFigure 4 is comparable to Figure 2 (the underside 28 of the cover 8 is planar). The positioning of the optical fibers has been shown with a standard pitch (distance between the optical axes XI of adjacent fibers) P of 250 μm. In this example we used thin shims. It is then possible to solder, for example, a strip of N laser diodes (not shown) in front of this sheet of optical fibers to connect each fiber to one of the diodes of the bar. In the case of FIG. 4, the fiber support comprises N + 1 wedges among which N-2 are bevelled on two opposite sides (see wedge 42 in FIG. 4). Figure 5 is a schematic top view of an assembly according to the invention, allowing the optical alignment of an optical fiber 2 and a diode-laser 32, the cover of this assembly
(non représenté) maintenant la fibre contre son logement en forme de V formé par deux cales biseautées(not shown) holding the fiber against its V-shaped housing formed by two bevelled shims
4 et 6. On voit les plots d'accrochage 18 et 36 des microbilles de brasure 16 et 38 respectivement sur les cales et sur la diode-laser. L'axe optique XI de la fibre et l'axe optique X de la diode-laser sont confondus. La longueur des cales, comptée parallèlement à l'axe optique de la fibre, est notée Ll et vaut 23 mm dans l'exemple représenté. La distance entre le bord extérieur d'une cale parallèle à la fibre et l'axe XI de la fibre est notée L2 et vaut 1 , 5 mm dans l'exemple représenté.4 and 6. We see the attachment pads 18 and 36 of the solder microbeads 16 and 38 respectively on the shims and on the laser diode. The optical axis XI of the fiber and the optical axis X of the diode-laser are merged. The length of the shims, counted parallel to the optical axis of the fiber, is denoted L1 and is 23 mm in the example shown. The distance between the outer edge of a wedge parallel to the fiber and the axis XI of the fiber is denoted L2 and is 1.5 mm in the example shown.
La figure 6 est la coupe AA de la figure 5 (la fibre n'est pas coupée) avec le capot 8 de l' assemblage .Figure 6 is the section AA of Figure 5 (the fiber is not cut) with the cover 8 of the assembly.
La distance Yl entre la face de la fibre et la face de la diode qui sont en regard l'une de l'autre est réglable (avant l'immobilisation de la fibre dans son V) .The distance Yl between the face of the fiber and the face of the diode which are opposite one another is adjustable (before immobilization of the fiber in its V).
Les figures 7 à 11B illustrent schématiquement un mode de réalisation particulier d'un support de fibre constitué de deux cales.Figures 7 to 11B schematically illustrate a particular embodiment of a fiber support consisting of two wedges.
Ces deux cales peuvent être réalisées par gravure chimique d'une plaque de silicium. Pour ce faire deux solutions sont envisageables : - soit la plaque initiale est plus épaisse que la profondeur du V que l'on veut obtenir et cette plaque est alors amincie en cours de réalisation des calesThese two wedges can be produced by chemical etching of a silicon wafer. To do this, two solutions are possible: - either the initial plate is thicker than the depth of the V that we want to obtain and this plate is then thinned during the production of the shims
- soit la plaque initiale est sélectionnée de façon que son épaisseur corresponde à cette profondeur du V- either the initial plate is selected so that its thickness corresponds to this depth of the V
(précision de l'ordre de 1 μm) et il n'y a donc aucun amincissement à faire par la suite.(precision of the order of 1 μm) and there is therefore no thinning to be done thereafter.
On décrit ci-après un mode de réalisation particulier correspondant au premier cas. On utilise une plaque de silicium monocristallin 46 (figure 7) dont la surface est parallèle au plan (100) et des dépôts de nitrure de silicium 48 et 50 sont respectivement effectués sur les faces supérieure et inférieure de cette plaque. Ensuite une photolithographie utilisant une couche de résine photosensible 52 suivie d'une gravure de la couche supérieure 48 permet d'éliminer le nitrure de silicium sur une bande orientée parallèlement à la famille des plans (100). L'ensemble ainsi obtenu est plongé dans un bain de gravure constitué de KOH chaud jusqu'à la formation, dans la plaque 46, d'un sillon 54 en forme de V selon les plans (111) comme on le voit sur la figure 8A et sur la figure 8B qui est la coupe AA agrandie de la figure 8A. Le nitrure de silicium qui servait de masque pour la gravure du silicium est ensuite enlevé (figure 9) . La plaque 46 est amincie par sa face- arrière, par polissage mécanique, jusqu'à la pointe du V. Cette étape est critique car elle détermine la cote D (voir figure 1) . Ce polissage mécanique doit être arrêté très précisément lorsque la ligne correspondant au fond du V apparaît. Pour ce faire il est possible d'utiliser une détection optique en éclairant l'une des deux faces de la plaque. L'apparition d'une oande de lumière sur la face opposée indique la fin du polissage. Une erreur d'amincissement de 1 μm des cales provoque une variation de hauteur de positionnement de la fibre de 1 μm.A particular embodiment corresponding to the first case is described below. A monocrystalline silicon plate 46 (FIG. 7) is used, the surface of which is parallel to the plane (100) and deposits of silicon nitride 48 and 50 are respectively made on the upper and lower faces of this plate. Then a photolithography using a layer of photosensitive resin 52 followed by etching of the upper layer 48 makes it possible to remove the silicon nitride on a strip oriented parallel to the family of planes (100). The assembly thus obtained is immersed in an etching bath consisting of hot KOH until the formation, in the plate 46, of a V-shaped groove 54 according to the planes (111) as seen in FIG. 8A and in FIG. 8B which is the enlarged section AA of FIG. 8A. The silicon nitride which served as a mask for the etching of the silicon is then removed (FIG. 9). The plate 46 is thinned by its rear face, by mechanical polishing, up to the point of the V. This step is critical because it determines the dimension D (see FIG. 1). This mechanical polishing must be stopped very precisely when the line corresponding to the bottom of the V appears. To do this it is possible to use optical detection by illuminating one of the two faces of the plate. The appearance of a strip of light on the opposite side indicates the end of the polishing. A thinning error of 1 μm in the shims causes a variation in the positioning height of the fiber by 1 μm.
Un dépôt, par exemple par pulvérisation cathodique d'une couche de métal apte à être brasé, comme par exemple la bicouche TiNi, est ensuite formé sur la face-arrière de la plaque 46. Une lithographie définissant les plots d' accrocnage 18 des micro-billes est ensuite effectuée puis le dépôt de métal est gravéA deposit, for example by cathodic sputtering of a layer of metal capable of being brazed, such as for example the TiNi bilayer, is then formed on the rear face of the plate 46. A lithography defining the hooking pads 18 of the micro - balls are then made and the metal deposit is engraved
(voir la figure 10A et la figure 10B qui est la coupe(see Figure 10A and Figure 10B which is the section
AA agrandie de la figure 10A) . Cette lithographie est alignée soit sur la pointe du V du côté de la face-arrière de la plaque 46 soit sur la face-avant de celle-ci avec un équipement d' alignement et d' insolation double face très précisAA enlarged in Figure 10A). This lithograph is aligned either on the point of the V on the side of the rear face of the plate 46 or on the front face of the latter with very precise double-sided alignment and exposure equipment.
(décalage d'alignement face-arrière/face-avant inférieur à 1 μm) . On délimite ensuite la zone de la plaque portant les plots grâce à des cne ms αe découpe U et W prévus à cet effet.(front-rear / front-panel alignment offset of less than 1 μm). Then delimits the area of the plate carrying the studs with cne ms αe cut U and W provided for this purpose.
Ensuite une découpe par scie diamantée permet" de séparer deux cales 4 et 6 l'une de l'autre (voir la figure 11A et la figure 11B qui est la coupe AA agrandie de la figure 11A) .Then a diamond saw cut allows "to separate two shims 4 and 6 from each other (see FIG. 11A and FIG. 11B which is the enlarged section AA of FIG. 11A).
Les figures 12A à 12E illustrent schématiquement diverses étapes de préparation d'un substrat en vue de former un assemblage conforme à l' invention.FIGS. 12A to 12E schematically illustrate various stages of preparation of a substrate with a view to forming an assembly in accordance with the invention.
Les figures 13A à 13D illustrent schématiquement diverses étapes d'un procédé d'assemblage d'une fibre optique et d'un composant conformément à l'invention.FIGS. 13A to 13D schematically illustrate various steps of a method assembly of an optical fiber and a component according to the invention.
On cherche donc a aligner optiquement sur la surface plane S du substrat 12 (figure 12A) une fibre optique 2 (figure 13D) et un composant 32 qui est par exemple une diode-laser.We therefore seek to align optically on the flat surface S of the substrate 12 (FIG. 12A) an optical fiber 2 (FIG. 13D) and a component 32 which is for example a diode-laser.
La fibre optique est appliquée contre les parois en V d'un logement défini par deux cales (seule l'une 6 de celles-ci est représentée) au moyen, par exemple, d'un capot 8 et fixée dans ce logement par une colle 24. Les cales sont fixées à la surface plane de substrat par l'intermédiaire de microbilles de brasureThe optical fiber is applied against the V-shaped walls of a housing defined by two shims (only one 6 of these is shown) by means, for example, of a cover 8 and fixed in this housing by an adhesive 24. The shims are fixed to the flat surface of the substrate by means of solder microbeads
16. Chaque microbille est fixée, d'un côté, à un plot d'accrochage 14 formé sur la surface plane S du substrat 12 et, de l'autre côté, à un autre plot d'accrochage 18 dont est pourvue la surface inférieure des cales qui se trouvent en regard de cette surface du substrat. De même chaque microbille de brasure 38 de la diode-laser 32 est fixée, d'un côté, à un plot d'accrochage 34 formé sur la surface plane du substrat et, de l'autre côté, à un autre plot d'accrochage 36 formé sur la surface de la diode-laser qui est située en regard de cette surface plane du substrat. Bien entendu, chacun des plots est mouillable par la brasure constitutive des microbilles tandis que l'environnement de ces plots ne l'est pas.16. Each microbead is fixed, on one side, to an attachment stud 14 formed on the planar surface S of the substrate 12 and, on the other side, to another attachment stud 18 which is provided with the lower surface wedges which are located opposite this surface of the substrate. Likewise, each solder microbead 38 of the laser diode 32 is fixed, on one side, to an attachment stud 34 formed on the flat surface of the substrate and, on the other side, to another attachment stud 36 formed on the surface of the laser diode which is located opposite this planar surface of the substrate. Of course, each of the pads is wettable by the solder constituting the microbeads while the environment of these pads is not.
On commence (figure 12A) par former sur la surface plane S du substrat 12 les plots d' accrochage 14 et 34 des diverses microbilles qui seront ultérieurement formées. Pour ce faire, on peut utiliser un dépôt métallique pleine tranche par pulvérisation cathodique de type TiNiAu suivi d'une étape de photolithographie et d'une étape de gravure. Ces plots d'accrochage 14 et 34 peuvent avoir une forme quelconque, par exemple une forme circulaire, hexagonale, octogonale ou carrée et même rectangulaire. De ce fait, les microbilles ne sont pas forcément sphériques.We begin (FIG. 12A) by forming on the flat surface S of the substrate 12 the attachment studs 14 and 34 of the various microbeads which will be subsequently formed. To do this, a full wafer metal deposit can be used by sputtering of TiNiAu type followed by a photolithography step and an etching step. These attachment studs 14 and 34 can have any shape, for example a circular, hexagonal, octagonal or square shape and even rectangular. As a result, the microbeads are not necessarily spherical.
Dans l'exemple représenté, ces plots sont des disques de diamètre dl pour les plots 14 et des disques de diamètre d2 pour les plots 34.In the example shown, these studs are discs of diameter d1 for the studs 14 and discs of diameter d2 for the studs 34.
Les dimensions de ces plots (les diamètres dl et d2 dans l'exemple représenté), comptées parallèlement à la surface du substrat, sont déterminées à partir des hauteurs désirées pour les microbilles .The dimensions of these studs (the diameters dl and d2 in the example shown), counted parallel to the surface of the substrate, are determined from the heights desired for the microbeads.
De plus, on peut prévoir des lignes d'interconnexion électriques, qui sont intégrées au substrat ou situées à la surface de celui-ci, pour alimenter électriquement (par l'intermédiaire des plots et des microbilles ultérieurement formées) la diode- laser et éventuellement d'autres composants qui le nécessiteraient.In addition, electrical interconnection lines can be provided, which are integrated into the substrate or located on the surface thereof, for electrically supplying (via the pads and microbeads subsequently formed) the diode-laser and possibly other components that would require it.
De façon avantageuse, dans le cas où ces lignes d'interconnexion (non représentées) sont disposées à la surface du substrat, pour maintenir une hauteur identique de tous les plots d' accrochage des microbilles, une surface délimitée du matériau utilisé pour ces interconnexions électriques peut être déposée sous les plots d' accrochage qui ne sont pas connectés électriquement .Advantageously, in the case where these interconnection lines (not shown) are disposed on the surface of the substrate, in order to maintain an identical height of all of the microbead attachment pads, a surface delimited from the material used for these electrical interconnections can be placed under the hooking pads which are not electrically connected.
Ensuite (figure 12B) , une étape de lithographie permet de définir les volumes des microbilles à partir des ouvertures circulaires de diamètres respectifs Dl et D2, de la résine photosensible utilisée, de l'épaisseur E de brasure choisie et des dimensions dl et d2.Then (FIG. 12B), a lithography step makes it possible to define the volumes of the microbeads from the circular openings of respective diameters Dl and D2, of the resin photosensitive used, of the thickness E of solder chosen and of the dimensions dl and d2.
Pour ce faire, on dépose une couche de résine photosensible 56 (figure 12B) sur la surface plane S du substrat 12 et on insole cette résine pour y définir les ouvertures circulaires de diamètre Dl (correspondant aux cales) et les autres ouvertures circulaires de diamètre D2 (correspondant à la diode- laser) . Ensuite (figure 12C) , on dépose par evaporation le matériau fusible (brasure) , destine à la formation ultérieure des microbilles, a travers les ouvertures de diamètres Dl et D2 ainsi obtenues jusqu'à ce que l'on obtienne une épaisseur E de matériau fusible dans ces ouvertures et sur la couche de résine.To do this, a layer of photosensitive resin 56 (FIG. 12B) is deposited on the flat surface S of the substrate 12 and this resin is exposed to define the circular openings of diameter Dl (corresponding to the shims) and the other circular openings of diameter D2 (corresponding to the diode-laser). Then (FIG. 12C), the fusible material (brazing) is deposited by evaporation, intended for the subsequent formation of the microbeads, through the openings of diameters Dl and D2 thus obtained until a thickness E of material is obtained. fuse in these openings and on the resin layer.
Comme on le voit sur la figure 12C, on obtient ainsi des disques 60 de brasure, de diamètre Dl, et des disques 62 de brasure de diamètre D2 respectivement formés au-dessus des plots 14 et 34. Connaissant l'épaisseur E commune a tous les disques 60 et 62, les diamètres respectifs dl et d2 des plots 14 et 34 et les hauteurs respectives hl et h2 des microbilles 16 et 38 que l'on veut former, on en déduit les diamètres Dl et D2 des ouvertures que l'on doit former dans la couche de résine.As can be seen in FIG. 12C, this gives discs 60 of brazing, of diameter D1, and discs 62 of brazing of diameter D2 respectively formed above the studs 14 and 34. Knowing the thickness E common to all the discs 60 and 62, the respective diameters dl and d2 of the studs 14 and 34 and the respective heights hl and h2 of the microbeads 16 and 38 that we want to form, we deduce the diameters Dl and D2 of the openings that we must form in the resin layer.
Après avoir formé les disques de brasure on élimine la couche de résine 56 par la technique appelée « lift-off ». Le matériau fusible 64 déposé sur cette couche 56 est ainsi élimine (figure 12D) . Ensuite (figure 12E) , on élève la température du substrat 12 au-dessus de la température αe fusion du matériau constitutif des disques 60 et 62 et l'on obtient ainsi des microbilles 16 et des microbilles 38, ces microbilles étant respectivement accrochées aux plots 14 et 34.After having formed the brazing discs, the resin layer 56 is removed by the technique called "lift-off". The fusible material 64 deposited on this layer 56 is thus eliminated (FIG. 12D). Then (FIG. 12E), the temperature of the substrate 12 is raised above the melting temperature of the material of which the disks 60 and 62 are made, and microbeads 16 and microbeads 38, these microbeads being respectively attached to studs 14 and 34.
On procède ensuite à la réalisation de l'assemblage complet. On procède d'abord (figure 13A) à l'hybridation des cales et de la diode-laser. Pour ce faire, on commence par aligner grossièrement ces cales et la diode-laser (erreur environ égale à ± 5 μm) : on positionne convenablement les cales et la diode-laser de façon que leurs plots d'accrochage respectifs 18 et 36 reposent sur les microbilles correspondantes 16 et 38.We then carry out the complete assembly. We first proceed (Figure 13A) to the hybridization of the shims and the laser diode. To do this, we start by roughly aligning these shims and the laser diode (error approximately equal to ± 5 μm): we properly position the shims and the laser diode so that their respective attachment pads 18 and 36 rest on the corresponding microbeads 16 and 38.
Puis on élève la température des microbilles au-delà de leur température de fusion. II convient de noter que l'on peut procéder à l'hybridation des cales et de la diode-laser au moyen des disques 60 et 62 (figure 12D) sur lesquels on positionne convenablement ces cales et la diode-laser. Ensuite on élève la température des disques au-delà de leur température de fusion.Then the temperature of the microbeads is raised above their melting temperature. It should be noted that the wedges and the laser diode can be hybridized by means of the discs 60 and 62 (FIG. 12D) on which these wedges and the laser diode are suitably positioned. Then the temperature of the discs is raised above their melting temperature.
Dans les deux cas on aboutit à la structure de la figure 13B.In both cases we arrive at the structure of Figure 13B.
On laisse ensuite refroidir la brasure jusqu'à la température ambiante, d'où l'hybridation des cales et de la diode-laser sur le substrat.The solder is then allowed to cool to room temperature, hence the hybridization of the shims and of the laser diode on the substrate.
La fibre optique 2 (figure 13C) est ensuite positionnée dans le logement en forme de V défini par les cales avant ou après avoir déposé la colle 24 dans ce logement puis le capot 8 (figure 13D) est pressé contre la fibre optique durant la phase de séchage ou de polymérisation de la colle. Dans l'exemple représenté, on a délibérément laissé couler la colle sous les cales pour renforcer la tenue mécanique de celles-ci sur le substrat. Cette technique est connue dans le domaine du retournement de puce (« flip-chip ») sous le nom de « underfill resin technique ». Bien entendu il est possible de positionner simultanément plusieurs fibres parallèles et plusieurs composants en utilisant pour ce faire plusieurs cales (figure 4) obtenues simultanément par une technique comparable à celle qui est illustrée par les figures 7 à 11B (il faut alors former plusieurs V parallèles dans la plaque de silicium) .The optical fiber 2 (FIG. 13C) is then positioned in the V-shaped housing defined by the shims before or after having deposited the adhesive 24 in this housing then the cover 8 (FIG. 13D) is pressed against the optical fiber during the phase. for drying or polymerizing the glue. In the example shown, we deliberately let the glue run under the wedges to reinforce the mechanical strength of these on the substrate. This technique is known in the field of flip-chip under the name of "underfill resin technique". Of course it is possible to simultaneously position several parallel fibers and several components by using for this purpose several shims (FIG. 4) obtained simultaneously by a technique comparable to that which is illustrated in FIGS. 7 to 11B (it is then necessary to form several parallel Vs in the silicon plate).
La figure 14 est une vue schématique d'un autre assemblage conforme à l'invention. Cet autre assemblage est à comparer à celui de la figure 1 et, sur ces figures 1 et 14, les mêmes éléments ont les mêmes références. La figure 14 illustre le fait qu'il est possible d'utiliser un support 66 (cale unique) ayant un logement en V qui ne débouche pas au fond du support (V « non traversant ») pour aligner une fibre 2 en face d'un composant optique (non représenté). La cale et le composant optique sont alignés de façon relative selon l'axe XI. La position du coeur de la fibre selon l'axe XI est connue précisément si l'on contrôle précisément les cotes H2 de hauteur de brasure 16, H7 entre le fond du V et la face inférieure de la cale, H8 entre la fibre et le fond du V et le diamètre d de la fibre. La cote H7 dépend à la fois de l'épaisseur H3 de la cale, de l'ouverture Hll du V et de l'angle β des parois du V. La cote H8 dépend de l'angle β des parois du V, et du diamètre de la fibre. Donc les cotes critiques pour l'alignement vertical sont H2, H3, Hll, d et l'angle β. La surépaisseur H4 du capot (protubérance 10) sera nécessaire pour plaquer la fibre contre les parois du V si celle-ci ne dépasse pas de la surface de la cale, c'est-à-dire si H8+d≤H9. Cette cale 66 non débouchante peut être creusée de plusieurs V en parallèle pour positionner plusieurs fibres.Figure 14 is a schematic view of another assembly according to the invention. This other assembly is to be compared to that of FIG. 1 and, in these FIGS. 1 and 14, the same elements have the same references. FIG. 14 illustrates the fact that it is possible to use a support 66 (single wedge) having a V-shaped housing which does not open out at the bottom of the support (V “not traversing”) to align a fiber 2 opposite an optical component (not shown). The shim and the optical component are aligned relatively along the axis XI. The position of the core of the fiber along the axis XI is known precisely if one precisely controls the dimensions H2 of the brazing height 16, H7 between the bottom of the V and the underside of the wedge, H8 between the fiber and the bottom of the V and the diameter d of the fiber. The dimension H7 depends on both the thickness H3 of the wedge, the opening H11 of the V and the angle β of the walls of the V. The dimension H8 depends on the angle β of the walls of the V, and of the fiber diameter. So the critical dimensions for vertical alignment are H2, H3, Hll, d and the angle β. The excess thickness H4 of the cover (protuberance 10) will be necessary to press the fiber against the walls of the V if it does not exceed the surface of the wedge, that is to say if H8 + d≤H9. This non-emerging wedge 66 can be hollowed out by several Vs in parallel to position several fibers.
On explique ci-après un mode de réalisation particulier d'une cale ayant un V non traversdant. Les premières étapes sont celles qui ont été décrites en faisant référence aux figures 7, 8A et 8B : la cale peut être réalisée par gravure chimique anisotrope d'une plaque de silicium monocristallin dont l'épaisseur est parfaitement connue. Une erreur de mesure de 1 μm de l'épaisseur provoquera une variation de hauteur de positionnement de la fibre de 1 μm.A particular embodiment of a wedge having a non-through V is explained below. The first steps are those which have been described with reference to FIGS. 7, 8A and 8B: the wedge can be produced by anisotropic chemical etching of a monocrystalline silicon plate whose thickness is perfectly known. A measurement error of 1 μm in thickness will cause a variation in the positioning height of the fiber by 1 μm.
Sur cette plaque de silicium monocristallin dont la surface est parallèle au plan (100), un dépôt de Si3N> est effectué sur les deux faces. Une lithographie puis une gravure permettent de dégager le Si3N- sur une bande orientée parallèlement à la famille des plans (100) (figures 7). L'ensemble est plongé dans un bain de gravure fait de KOH chaud jusqu'à la formation du V selon les plans (111) (figures 8A et 8B) . Le Si3N4 qui servait de masque à la gravure est ensuite dégagé.On this monocrystalline silicon plate whose surface is parallel to the plane (100), a deposit of Si 3 N> is carried out on the two faces. A lithography and then an etching allow the Si 3 N- to be released on a strip oriented parallel to the family of planes (100) (Figures 7). The whole is immersed in an etching bath made of hot KOH until the formation of the V according to the plans (111) (FIGS. 8A and 8B). The Si 3 N 4 which served as an etching mask is then released.
Les étapes suivantes sont illsutrées par les figures 15A, 15B (coupe AA agrandie de la figure 15A) , 16A et 16B (coupe AA agrandie de la figures 16A) à comparer respectivement aux figures 10A, 10B, 11A et 11B, les mêmes éléments ayant les mêmes références : un dépôt (par exemple une pulvérisation) d'une couche de métal brasable (par exemple une bicouche de TiNi) est fait sur la face-arrière, une lithographie définissant les plots d'accrochage des billes s'ensuit puis le métal est gravé. La lithographie est alignée sur la face-avant de la plaque pour assurer un positionnement précis entre les plots et l'ouverture du V, avec un équipement d' alignement et d' insolation double face très précis (décalage d'alignement face-arrière par rapport à face-avant inférieur à 1 μm) . On scie ensuite la zone de la plaque portant les plots et le « V » grâce aux chemins de découpe U et W d'où la cale (figures 16A et 16B).The following steps are illustrated by FIGS. 15A, 15B (enlarged section AA of FIG. 15A), 16A and 16B (enlarged section AA of FIGS. 16A) to be compared with FIGS. 10A, 10B, 11A and 11B respectively, the same elements having the same references: a deposit (for example a spray) of a layer of brazable metal (for example a TiNi bilayer) is made on the rear face, a lithography defining the attachment points for the beads follows, then the metal is etched. The lithography is aligned on the front face of the plate to ensure precise positioning between the studs and the opening of the V, with very precise double-sided alignment and insolation equipment (alignment offset face-back by front panel ratio less than 1 μm). The area of the plate carrying the studs and the “V” is then sawn using the cutting paths U and W, hence the wedge (FIGS. 16A and 16B).
Divers avantages de la présente invention sont indiqués ci-après. 1°) Il n'est pas nécessaire d'aligner de façon précise un composant et une fibre parallèlement au plan du substrat. En effet il existe un autoalignement entre la ou les cales et le composant mis en place par la technique des microbilles. L'erreur sur un tel auto-alignement est inférieure à 1 μm parallèlement au plan x, y des figures 5 et 6.Various advantages of the present invention are indicated below. 1 °) It is not necessary to precisely align a component and a fiber parallel to the plane of the substrate. Indeed, there is a self-alignment between the shim (s) and the component put in place by the microbead technique. The error on such a self-alignment is less than 1 μm parallel to the plane x, y of FIGS. 5 and 6.
En effet, lors de la refusion du matériau fusible constituant les microbilles, les forces de tension superficielle de ce matériau en fusion et les forces de mouillabilité de celui-ci sur les plots métalliques d'accrochage permettent d'obtenir un autoalignement sur le substrat. L'axe de chaque plot d' accrochage situé sur le substrat se confond avec l'axe du plot correspondant situé sur une cale ou sur le composant.In fact, during the remelting of the fusible material constituting the microbeads, the surface tension forces of this molten material and the wettability forces of the latter on the metal attachment pads make it possible to obtain self-alignment on the substrate. The axis of each attachment stud located on the substrate merges with the axis of the corresponding stud located on a shim or on the component.
La précision d'alignement de la cale ou des cales et du composant les uns par rapport aux autres, dans un plan parallèle au substrat, dépend uniquement de la précision d'alignement des plots d'accrochage des microbilles du côté du composant et de la cale ou des cales par rapport aux axes optiques. Cet alignement étant de préférence obtenu par pnotolithographie, l'erreur résultante peut être facilement rendue inférieure à 0, 3 μm avec les équipements utilises en microélectronique .The alignment accuracy of the shim (s) and the component relative to each other, in a plane parallel to the substrate, depends only the alignment accuracy of the microbead attachment pads on the component side and of the shim or shims relative to the optical axes. This alignment is preferably obtained by pnotolithography, the resulting error can easily be made less than 0.3 μm with the equipment used in microelectronics.
Il en va de même pour le positionnement des plots d'accrochage sur les cales par rapport aux arêtes des biseaux (cote D de la figure 1) .The same applies to the positioning of the attachment studs on the wedges with respect to the edges of the bevels (dimension D in FIG. 1).
Du côté du substrat, les plots qui reçoivent les microbilles de la cale ou des cales et du composant étant de préférence réalisés simultanément, l'erreur relative entre plots est quasiment nulle (en négligeant les dilatations thermiques) .On the substrate side, the studs which receive the microbeads of the wedge or wedges and of the component are preferably produced simultaneously, the relative error between studs is almost zero (neglecting thermal expansions).
2°) La précision d'alignement vertical de la fibre sur la ou les cales et du composant optique ou optoélectronique est très bonne car elle est relative, contrairement à la précision d'alignement d'un composant en face d'une fibre calée dans un V d'un substrat qui doit être absolue.2 °) The accuracy of vertical alignment of the fiber on the shim (s) and of the optical or optoelectronic component is very good because it is relative, unlike the alignment accuracy of a component in front of a fiber wedged in a V of a substrate which must be absolute.
Cette remarque est très importante car, grâce à la présente invention, il n'est plus nécessaire de maîtriser parfaitement le volume des microbilles pour aligner verticalement les éléments entre eux.This remark is very important because, thanks to the present invention, it is no longer necessary to perfectly control the volume of the microbeads in order to vertically align the elements with one another.
Une fluctuation positive ou négative de l'épaisseur de brasure déposée, par rapport à sa valeur nominale, entraîne une fluctuation dans le même sens, par rapport au substrat d'interconnexion, de tous les éléments hybrides. Le mouvement relatif est très faible, ce qui garantit le bon alignement relatif des éléments entre eux. 3°) Les microbilles étant de préférence réalisées simultanément sur le substrat d'interconnexion et l'épaisseur de brasure déposée étant sensiblement constante, les volumes respectivement souhaités pour les microbilles sont atteints par des diamètres adaptés des disques de brasure .A positive or negative fluctuation in the thickness of the solder deposited, relative to its nominal value, causes a fluctuation in the same direction, relative to the interconnection substrate, of all the hybrid elements. The relative movement is very weak, which guarantees the good relative alignment of the elements between them. 3) The microbeads are preferably produced simultaneously on the interconnection substrate and the thickness of the solder deposited being substantially constant, the volumes respectively desired for the microbeads are achieved by suitable diameters of the solder discs.
4°) La réalisation, par des gravures profondes, de tranchées en forme de V dans un substrat d'interconnexion n'est plus nécessaire. Cette étape est très critique sur un substrat comportant des niveaux métalliques et diélectriques nécessaires aux connexions électriques entre des composants optoélectroniques.4 °) The realization, by deep engravings, of V-shaped trenches in an interconnection substrate is no longer necessary. This step is very critical on a substrate comprising metallic and dielectric levels necessary for the electrical connections between optoelectronic components.
5°) il n'est plus nécessaire de former des cales d'alignement dans ou sur un composant optique ou optoélectronique .5) it is no longer necessary to form alignment shims in or on an optical or optoelectronic component.
6°) Le substrat n'a plus besoin d'être en silicium monocristallin parfaitement orienté.6 °) The substrate no longer needs to be made of perfectly oriented monocrystalline silicon.
7°) Les cales peuvent être en silicium et biseautées par gravure au moyen de KOH. Dans ce cas, un grand nombre de cales peut être obtenu sur une même plaque de silicium. Mais les cales peuvent être également formées dans un autre matériau que le silicium. Si les cales sont défectueuses, le surcoût résultant reste faible étant donné le nombre limité d'étapes pour former les cales.7 °) The wedges can be made of silicon and beveled by etching using KOH. In this case, a large number of shims can be obtained on the same silicon wafer. However, the shims can also be formed from a material other than silicon. If the shims are defective, the resulting additional cost remains low given the limited number of steps to form the shims.
8°) La réparation d'un assemblage est aisée car l'alignement peut être mesuré en fonctionnement optique avant le collage et il est donc possible de « débraser» les cales et de les remplacer. Dans le cas d'un substrat comportant un logement intégré, un défaut de réalisation implique le rejet du substrat complet. 9°) Le positionnement de la fibre par rapport au composant selon l'axe y (figure 6) est ajustable jusqu'au contact mécanique (variation de la cote Yl) . Ceci poserait un problème dans le cas d'un logement en V intégré au substrat car la fibre viendrait alors buter contre la face inclinée du bout du logement ou tranchée . 8 °) The repair of an assembly is easy because the alignment can be measured in optical operation before bonding and it is therefore possible to “unsolder” the shims and replace them. In the case of a substrate comprising an integrated housing, a production defect implies the rejection of the complete substrate. 9 °) The positioning of the fiber with respect to the component along the y axis (Figure 6) is adjustable until mechanical contact (variation of dimension Yl). This would pose a problem in the case of a V-shaped housing integrated into the substrate because the fiber would then abut against the inclined face of the end of the housing or trench.

Claims

REVENDICATIONS
1. Assemblage comprenant un substrat (12) et, sur celui-ci, au moins un support (4, 6; 40, 42, 44; 66) de fibre optique, au moins une fibre optique (2) disposée dans ce support et au moins un composant optique ou optoélectronique (32), l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant étant alignés, cet assemblage étant caractérisé en ce que le support et le composant sont fixés au substrat par l'intermédiaire de microbilles (16, 38) en matériau fusible, permettant à l'axe optique (XI) de la fibre et à l'axe optique (X) du composant d'être parallèles l'un à l'autre dans un même plan perpendiculaire à une surface du substrat, en ce que le support comprend, pour chaque fibre, un logement en forme de V ayant deux parois inclinées l'une vers l'autre, l'ouverture du V étant située sur la face du support qui n'est pas fixée au substrat, et en ce que la fibre est positionnée dans le logement, le volume de chaque microbille et le logement étant déterminés de façon que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans un même plan parallèle à la surface du substrat.1. An assembly comprising a substrate (12) and, on this, at least one support (4, 6; 40, 42, 44; 66) of optical fiber, at least one optical fiber (2) disposed in this support and at least one optical or optoelectronic component (32), the optical axis of the fiber and the optical axis of the component being aligned, this assembly being characterized in that the support and the component are fixed to the substrate by means of microbeads (16, 38) of fusible material, allowing the optical axis (XI) of the fiber and the optical axis (X) of the component to be parallel to each other in the same plane perpendicular to a surface of the substrate, in that the support comprises, for each fiber, a V-shaped housing having two walls inclined towards one another, the opening of the V being located on the face of the support which is not fixed to the substrate, and in that the fiber is positioned in the housing, the volume of each microbead and the housing being determined in such a way the optical axis of the fiber and the optical axis of the component are parallel to one another in the same plane parallel to the surface of the substrate.
2. Assemblage selon la revendication 1, dans lequel le logement traverse l'ensemble du support2. The assembly of claim 1, wherein the housing passes through the entire support
(4, 6), le logement ayant ainsi deux arêtes inférieures, la distance séparant ces deux arêtes inférieures étant déterminée, compte tenu du diamètre de la fibre et des points d'appui de celle-ci dans le logement, pour que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans le même plan parallèle à la surface du substrat. (4, 6), the housing thus having two lower edges, the distance separating these two lower edges being determined, taking into account the diameter of the fiber and the points of support thereof in the housing, so that the axis fiber optic and the optical axis of the component are parallel to each other in the same plane parallel to the surface of the substrate.
3. Assemblage selon la revendication 1, dans lequel le logement ne traverse pas le support (66) .3. The assembly of claim 1, wherein the housing does not pass through the support (66).
4. Procédé de fabrication d'un assemblage comprenant un substrat (12) et, sur celui-ci, au moins un support (4, 6; 40, 42, 44; 66) de fibre optique, au moins une fibre optique (2) disposée dans ce support et au moins un composant optique ou optoélectronique (32), l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant étant alignés, ce procédé étant caractérisé en ce qu'on forme le support de fibre, ce support comprenant, pour chaque fibre, un logement en forme de V ayant deux parois inclinées l'une vers l'autre, l'ouverture du V étant située sur la face du support qui n'est pas fixée au substrat, et comprenant aussi une pluralité de premiers plots d'accrochage (18), en ce qu'on forme aussi une pluralité de premiers plots d'accrochage (36) sur le composant, en ce qu'on forme des deuxièmes plots d'accrochage (14, 34) sur le substrat, ces deuxièmes plots étant destinés à être respectivement associés aux premiers plots, en ce qu'on forme, sur les premiers plots et/ou les deuxièmes plots, des éléments (60, 62) faits d'un matériau fusible, apte à être brasé aux premiers et deuxièmes plots, ces premiers et deuxièmes plots étant mouillables par ce matériau à l'état fondu tandis que leur environnement ne l'est pas, en ce qu'on fixe le support et le composant sur le substrat par l'intermédiaire des éléments correspondants, ces éléments étant portés à l'état fondu à cet effet et permettant à l'axe optique (XI) de la fibre et à l'axe optique (X) du composant d'être parallèles l'un à l'autre dans un même plan perpendiculaire à une surface du substrat, et en ce qu'on positionne la fibre dans le logement, le volume de chaque élément et le logement étant déterminés pour que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans un même plan parallèle à la surface du substrat.4. Method for manufacturing an assembly comprising a substrate (12) and, on this, at least one support (4, 6; 40, 42, 44; 66) of optical fiber, at least one optical fiber (2 ) disposed in this support and at least one optical or optoelectronic component (32), the optical axis of the fiber and the optical axis of the component being aligned, this process being characterized in that the fiber support is formed, this support comprising, for each fiber, a V-shaped housing having two walls inclined towards one another, the opening of the V being located on the face of the support which is not fixed to the substrate, and also comprising a plurality of first attachment studs (18), in that a plurality of first attachment studs (36) are also formed on the component, in that second attachment studs (14, 34) are formed on the substrate, these second studs being intended to be respectively associated with the first studs, in that one forms, on the first studs and / or the second pads, elements (60, 62) made of a fusible material, capable of being soldered to the first and second pads, these first and second pads being wettable by this material in the molten state while their environment does not is not, in that the support and the component are fixed on the substrate by means of the corresponding elements, these elements being brought to the molten state for this purpose and allowing the optical axis (XI) of the fiber and the optical axis (X) of the component to be parallel to each other in the same plane perpendicular to a surface of the substrate, and in that the fiber is positioned in the housing, the volume of each element and the housing being determined so that the optical axis of the fiber and the optical axis of the component are parallel to each other in the same plane parallel to the surface of the substrate.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le logement traverse l'ensemble du support, le logement ayant ainsi deux arêtes inférieures, la distance séparant ces deux arêtes inférieures étant déterminée, compte tenu du diamètre de la fibre et des points d'appui de celle-ci dans le logement, pour que l'axe optique de la fibre et l'axe optique du composant soient parallèles l'un à l'autre dans le même plan parallèle à la surface du substrat. 5. Method according to claim 4, in which the housing crosses the entire support, the housing thus having two lower edges, the distance separating these two lower edges being determined, taking into account the diameter of the fiber and the support points. of the latter in the housing, so that the optical axis of the fiber and the optical axis of the component are parallel to each other in the same plane parallel to the surface of the substrate.
6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le logement ne traverse pas le support.6. Method according to claim 4, wherein the housing does not pass through the support.
7. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le support (40, 42, 44) comprend une pluralité d' exemplaires parallèles dudit logement en forme de V et en ce qu'on positionne respectivement une pluralité de fibres optiques (2) dans lesdits exemplaires.7. The method of claim 4, wherein the support (40, 42, 44) comprises a plurality of parallel copies of said V-shaped housing and in that respectively positions a plurality of optical fibers (2) in said copies.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel chaque fibre (2) est fixée au moyen d'une colle (24) dans le logement correspondant.8. Method according to any one of claims 4 to 7, wherein each fiber (2) is fixed by means of an adhesive (24) in the corresponding housing.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la colle (24) s'étend entre le support (4, 6) et le substrat (12), autour des éléments en matériau fusible disposé sous le support. 9. The method of claim 8, wherein the adhesive (24) extends between the support (4, 6) and the substrate (12), around the elements of fusible material disposed under the support.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 9, dans lequel on fabrique un capot (8) apte à recouvrir chaque logement et dans lequel chaque fibre (2) est pressée contre le logement correspondant au moyen de ce capot.10. Method according to any one of claims 4 to 9, in which a cover (8) is produced capable of covering each housing and in which each fiber (2) is pressed against the corresponding housing by means of this cover.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le capot (8) est transparent. 11. The method of claim 10, wherein the cover (8) is transparent.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, dans lequel le capot comprend pour chaque fibre, une protubérance (10) par l'intermédiaire de laquelle cette fibre est pressée contre le logement correspondant. 12. Method according to any one of claims 10 and 11, wherein the cover comprises for each fiber, a protuberance (10) by means of which this fiber is pressed against the corresponding housing.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, dans lequel le capot comprend une face plane (28) par l'intermédiaire de laquelle chaque fibre est pressée contre le logement correspondant, la fibre dépassant de la face du support qui n'est pas fixée au substrat.13. Method according to any one of claims 10 and 11, wherein the cover comprises a flat face (28) by means of which each fiber is pressed against the corresponding housing, the fiber projecting from the face of the support which n is not attached to the substrate.
14. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on forme le support à partir d'une plaque (46) dans laquelle on réalise au moins deux parois en forme de V par gravure chimique et/ou mécanique de cette plaque, de façon à obtenir la distance déterminée entre les deux arêtes inférieures de chaque V, on forme les premiers plots (18) correspondant au support par une technique de photolithographie et on sépare l'une de l'autre lesdites parois du logement. 14. The method of claim 5, wherein the support is formed from a plate (46) in which at least two V-shaped walls are produced by chemical and / or mechanical etching of this plate, so as to obtain the distance determined between the two lower edges of each V, the first studs (18) corresponding to the support are formed by a photolithography technique and said walls of the housing are separated from one another.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel, lorsque la plaque présente une épaisseur initiale trop importante, la formation du support comprend en outre une étape d' amincissement de la plaque réalisée avant ou après la gravure du V. 15. The method of claim 14, wherein, when the plate has a too large initial thickness, the formation of the support further comprises a step of thinning the plate performed before or after the etching of the V.
16. Procédé selon la revendication 6, dans lequel on forme le support à partir d'une plaque dans laquelle on réalise au moins deux parois en forme de V par gravure chimique et/ou mécanique de cette plaque et on forme les premiers plots correspondant au support par une technique de photolithographie.16. The method of claim 6, in which the support is formed from a plate in which at least two V-shaped walls are produced by chemical and / or mechanical etching of this plate and the first studs corresponding to the support are formed by a photolithography technique.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 16, dans lequel les premiers plots (34) correspondant au composant sont formés par une technique de photolithographie.17. Method according to any one of claims 4 to 16, in which the first studs (34) corresponding to the component are formed by a photolithography technique.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 17, dans lequel les deuxièmes plots (14, 34) sont formés sur le substrat (12) par une technique de photolithographie.18. Method according to any one of claims 4 to 17, in which the second studs (14, 34) are formed on the substrate (12) by a photolithography technique.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 18, dans lequel les éléments (60, 62) formés sur les deuxièmes plots ont tous la même épaisseur. 19. Method according to any one of claims 4 to 18, in which the elements (60, 62) formed on the second studs all have the same thickness.
20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel on fait passer à l'état fondu les éléments formés sur les deuxièmes plots, chaque élément prenant alors sensiblement la forme d'une bille (16, 38), on fait ensuite passer ces éléments en forme de bille à l'état solide et on fait passer ces derniers à l'état fondu pour assembler le composant et le support avec le substrat .20. The method of claim 19, in which the elements formed on the second studs are passed in the molten state, each element then taking substantially the form of a ball (16, 38), these elements are then passed into ball form in the solid state and these are passed in the molten state to assemble the component and the support with the substrate.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 19 et 20, dans lequel les éléments (60, 62) sont formés simultanément par photolithographie sur les deuxièmes plots. 21. Method according to any one of claims 19 and 20, wherein the elements (60, 62) are formed simultaneously by photolithography on the second pads.
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