FR2767388A1 - Module de matrice de fibres optiques utilisant un soudage et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
Selon l'invention on forme des trous (160) dans lesquels des fibres peuvent être insérées, dans une tranche de silicium ou un substrat de céramique, on forme une couche métallique sur les parois des trous (160) et toute la surface du substrat, pour permettre à ces parois et à toute cette surface d'être revêtues d'un matériau d'alliage de soudure (170), on revêt ces parois et toute cette surface du matériau, on insère des fibres revêtues de métal dans les trous (160) revêtus du matériau, on positionne les fibres aux centres des trous (160) en utilisant la tension de surface du matériau, en chauffant la structure résultante, on fixe les fibres au substrat en versant de l'époxy durcissable par la chaleur ou les ultraviolets, pour fabriquer un module de matrice de fibres.
Description
MODULE DE MATRICE DE FIBRES OPTIQUES UTILISANT UN
SOUDAGE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
DESCRIPTION
La présente invention concerne un module de matrice de fibres optiques et plus particulièrement, un procédé de fabrication d'une matrice de fibres optiques précise par matriçage et fixation de fibres optiques à un seul coeur et à plusieurs coeurs pour rendre facile à connecter un dispositif de guides d'ondes optiques aux fibres optiques à un seul coeur et à plusieurs coeurs
et un module de matrice de fibres.
L'agencement précis de fibres optiques est très important pour fixer les fibres optiques à un dispositif de guides d'ondes optiques. Dans le cas du dispositif de guides d'ondes optiques, les guides d'ondes peuvent être espacés et matrices très précisément par photolithographie. Toutefois, il est difficile d'agencer précisément des fibres optiques à un seul coeur et à plusieurs coeurs qui sont fixées à ces guides d'ondes. Dans les procédés existants, les fibres optiques sont agencées en formant des gorges dans un substrat plan tel qu'une tranche de silicium ou une plaque métallique et en fixant les fibres optiques
dans les gorges.
Toutefois, un procédé précis est requis pour former un dispositif pour fixer les fibres optiques en utilisant les gorges. De plus, lorsque les extrémités des fibres optiques sont polies après que les fibres optiques sont chargées, une soigneuse attention est nécessaire car les fibres optiques sont minces. En outre, puisque les fibres optiques minces ont une petite aire de surface, elles n'ont qu'une petite surface de contact lorsqu'elles sont fixées au dispositif de guides d'ondes, ce qui conduit à une fixation faible. Ces problèmes dégradent les performances globales du dispositif de guides d'ondes lorsque le dispositif de guides d'ondes optiques est
mis en boîtier.
Pour résoudre les problèmes ci-dessus un but de la présente invention consiste à fournir un module de matrice de fibres optiques utilisant le soudage et un procédé de fabrication de celui-ci, tel qu'un dispositif de guides d'ondes optiques puisse être efficacement mis en boîtier en matricant précisément les fibres optiques en utilisant la tension de surface de la soudure, facilitant le processus de polissage des extrémités des fibres chargées tout en simplifiant le processus de formation d'un dispositif pour fixer les fibres optiques et en améliorant la force de fixation des surfaces des fibres optiques, matricées pour être fixées au dispositif de guides d'ondes, en agrandissant
les sections transversales des fibres matricées.
En conséquence, pour atteindre le but ci-dessus, il est fourni un procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres optiques utilisant un soudage, comprenant les étapes consistant à former des trous dans lesquels des fibres optiques peuvent être insérées, dans une tranche de silicium ou un substrat de céramique, à des intervalles prédéterminés; former une couche métallique sur les parois des trous et toute la surface du substrat pour permettre aux parois des trous et à toute la surface du substrat d'être revêtues avec un matériau d'alliage de soudure; déposer sur les parois des trous et toute la surface du substrat le matériau d'alliage de soudure; insérer des fibres optiques revêtues de métal dans les trous revêtus du matériau d'alliage de soudure; positionner les fibres optiques aux centres des trous en utilisant la tension de surface du matériau d'alliage de soudure, en chauffant la structure résultante; fixer, au substrat les fibres optiques, insérées dans les trous du substrat, en versant de l'époxy pouvant être durci par la chaleur ou les ultraviolets, pour fabriquer un module de matrice de fibres capable d'être précisément fixé à un dispositif de guides d'ondes optiques; et polir l'extrémité du module de fibres optiques formée des fibres optiques faisant saillie à travers les trous, pour donner une luminance optique. Il est préférable que le métal de la couche métallique soit du
chrome/or (Cr/Au).
Pour atteindre le but ci-dessus, il est fourni un procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres utilisant le soudage, comprenant les étapes consistant à: former des trous dans lesquels des fibres optiques matricées peuvent être insérées, dans un substrat métallique, à des intervalles prédéterminés; traiter les parois des trous situés dans le substrat métallique, revêtir les parois des trous et toute la surface du substrat avec le matériau d'alliage de soudure; insérer des fibres revêtues de métal dans les trous revêtus du matériau d'alliage de soudure; positionner les fibres optiques aux centres des trous en utilisant la tension de surface du matériau d'alliage de soudure, en chauffant la structure résultante; fixer au substrat les fibres optiques, insérées dans les trous du substrat, en versant de l'époxy pouvant être durci par la chaleur ou les ultraviolets, pour fabriquer un module de matrice de fibres capable d'être fixé précisément à un dispositif de guides d'ondes optiques; et polir l'extrémité du module de fibres optiques formée des fibres optiques faisant saillie à travers les trous, pour donner une
luminance optique.
Les parois des trous et la totalité du substrat sont revêtus avec le matériau d'alliage de soudure, soit par revêtement électrolytique (" electrolytic plating ") soit par revêtement sans électrode (" electroless plating "). Les fibres optiques insérées dans les trous du substrat sont préparées en enlevant tous les revêtements des fibres optiques et en déposant du métal sur les couches de gaine des fibres optiques ou en déposant du métal sur des couches de verre
externes des fibres optiques.
Les trous du substrat son perpendiculaires à la surface d'un dispositif d'agencement ou à un angle de 0,1 à 20 par rapport à la surface du dispositif d'agencement. Les trous du substrat ont également chacun une forme choisie dans le groupe constituée d'un rectangle, un cercle et un polygone. Les fibres optiques insérées dans les trous du substrat sont des fibres choisies dans le groupe constitué de fibres à un seul coeur, de fibres à plusieurs coeurs et de fibres
en ruban.
Pour atteindre le but ci-dessus, il est fourni un module de matrice de fibres fabriqué en utilisant un soudage, comprenant: un substrat métallique comportant des trous dans lesquels des fibres optiques peuvent être insérées, dans lequel les parois des trous et la totalité de la surface du substrat métallique sont revêtus d'un matériau métallique; des fibres optiques en matrice insérées dans les trous du substrat métallique et préparées par dépôt de couches métalliques sur des couches de revêtement ou des couches de verre externes exposées par retrait de tous les revêtements des fibres optiques; et une unité de fixation pour fixer les fibres optiques en matrice au substrat métallique, après que les fibres optiques en matrice sont insérées dans les trous du substrat
métallique et alignées par la chaleur.
Les buts et avantages ci-dessus de la présente invention deviendront plus évidents en décrivant en détail un mode de réalisation préféré de celle-ci, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: les figures lA et 1B sont respectivement une vue en coupe transversale et une vue plane d'un dispositif dans lequel des trous pour matricer des fibres optiques sont formés à travers un substrat, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; Les figures 2A et 2B son resoectivement une vue en coupe transversale et une vue plane du dispositif de la figure lA dont la surface et les trous sont revêtus d'un matériau de soudure, selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; Les figures 3A et 3B sont respectivement des coupes transversales d'une fibre revêtue d'un métal et d'une fibre revêtue de cuivre, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention; la figure 4 montre le module de matrice de fibres optiques dans lequel des fibres optiques revêtues de métal ou de cuivre sont insérées à travers des trous dans un substrat d'agencement revêtu et le matériau de soudure refond par la chaleur, selon le mode de réalisation préféré de la présente invention; les figures 5A et 5B montrent respectivement des matériaux de soudure sans refusion et avec refusion dans un trou; La figure 6 montre le module de matrice de fibres optiques selon le mode de réalisation préféré de la présente invention et des fibres optiques scellées avec des composés de moulage; et les figures 7A et 7B sont respectivement une vue plane et une vue en coupe transversale de la matrice de fibres optiques comportant une luminance optique
fournie par le polissage de son extrémité.
La présente invention implique grossièrement la fourniture d'un dispositif pour fixer des fibres optiques et matricer des fibres optiques et les fixer au dispositif, constituant ainsi un module de matrice de fibres optiques précis. Le module de matrice de fibres selon la présente invention comprend, comme représenté sur la figure 7A, un substrat métallique 150 ayant des trous revêtus, une matrice de fibres revêtues de métal 180 et une unité de fixation 190 pour fixer le substrat métallique 150 à la matrice de fibres 180 dont les fibres sont insérées dans les trous du substrat métallique 150. Le substrat métallique 150 comprend des trous 160 dans lesquels des fibres optiques peuvent être insérées, à intervalles prédéterminés et les parois des trous 160 et toute la surface du substrat
métallique 150 sont revêtues d'un matériau métallique.
Une couche métallique est déposée sur une couche de revêtement ou sur une couche de verre externe, exposées par dénudage d'un premier revêtement, des fibres de la matrice de fibres 180, qui sont insérées dans les trous formés à travers le substrat métallique 150 revêtu de métal. L'unité de fixation 190 fixe la matrice de fibres 180 au substrat métallique 150 avec des composés de moulage, lorsque les fibres optiques sont matricées en étant insérées dans les trous du substrat métallique
et chauffées.
Un procédé de fabrication du module de matrice de fibres va maintenant être décrit en détail. Comme représenté sur la figure 1, un substrat plan tel qu'une tranche de silicium plate, une carte en céramique ou une plaque métallique est préparé. Des trous sont formés à intervalles réguliers S dans le substrat plan, pour matricer les fibres optiques. Les trous sont formés de manière précise dans le substrat par un traitement mécanique, un laser, un processus d'exposition et de gravure de semi-conducteur ou un procédé de gravure sèche en utilisant une solution ou un gaz réactif. Les trous formés à travers le substrat sont rectangulaires, circulaires ou polygonaux. Les figures 1A et lB montrent des trous pour matricer des fibres optiques, formés dans un substrat selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, dans lequel la figure lA montre la coupe transversale du substrat et la figure lB est une vue plane. Le numéro de référence 150 est un substrat et le numéro de
référence 160 est un trou.
D'autre part, lorsque le substrat est la tranche de silicium ou une feuille de céramique, une couche métallique de chrome/or (Cr/Au)est déposée sous vide sur les parois des trous et toute la surface du substrat, pour permettre au substrat d'être revêtu d'alliage de soudure. Lorsque le substrat est une plaque métallique, cette couche métallique n'est pas nécessaire et la surface du substrat doit simplement être traitée pour permettre C l'alliage de soudure
d'être effectivement fixé à la surface du substrat.
Après ce processus, les trous et toute la surface du substrat sont revêtus de l'alliage de soudure par
revêtement électrolytique ou revêtement sans électrode.
Les figures 2A et 2B sont respectivement une vue en coupe transversale et une vue plane du dispositif de la figure 1A dont la surface et les trous sont revêtus d'un matériau de soudure, selon le mode de réalisation préféré de la présente invention. Le numéro de référence 170 indique le matériau de soudure avec
lequel le substrat 150 est revêtu.
Les fibres optiques utilisées dans la présente invention sont formées par enlèvement de tous les revêtements des fibres optiques et dépôt d'une couche métallique telle que chrome/or (Cr/Au), titane/or (Ti/Au) ou nitrure de titane/or (TiN/Au) sur les couches de gaine des fibres optiques. Les fibres optiques peuvent être également revêtues de cuivre. Les fibres optiques destinées à être insérées dans les trous du substrat peuvent être à un seul coeur, à plusieurs coeurs et des fibres optiques en ruban. Les figures 3A et 3B sont respectivement des coupes transversales d'une fibre revêtue de métal et d'une fibre revêtue de cuivre, selon un mode de réalisation préféré de la présente invention. Le numéro de référence 100 est un coeur, le numéro de référence 110 est une couche de gaine, les numéros de référence 120 et 130 sont les première et deuxième couches métalliques et le numéro de référence 140 est une
couche de cuivre.
Lorsque les fibres optiques sont préparées, chacune ayant une couche métallique telle que Cr/Au, Ti/Au ou TiN/Au ou un revêtement de cuivre, les fibres optiques sont insérées dans les trous 160 du substrat 150 revêtus d'alliage de soudure 170. Après cela, lorsque le matériau d'alliage de soudure est chauffé jusqu'à son point de fusion ou audessus, les fibres optiques se déplacent vers les centres des trous 160 par la
tension de surface du matériau d'alliage de soudure.
C'est-à-dire que les fibres optiques sont placées aux centres des trous 160 du substrat 150 en raison d'un effet d'auto-alignement. La figure 4 montre un substrat d'agencement revêtu 150 selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, dans lequel des fibres optiques revêtues de métal ou de cuivre sont insérées à travers des trous 160 et le matériau de soudure est chauffé jusqu'à refusion. Le numéro de référence 180 est ici la fibre optique revêtue de métal. Les figures 5A et 5B montrent respectivement des matériaux de soudure non-refondus et refondus dans le
trou 160.
Les trous du substrat d'agencement de fibres peuvent être perpendiculaires à la surface du substrat d'agencement. Comme alternative, ils peuvent être inclinés de 0,1 à 20 pour diminuer la perte de réflexion ou analogue apparaissant lors de la connexion
à un dispositif de guides d'ondes optiques.
Ensuite, la structure résultante est solidement fixée par de l'époxy qui est durci par la chaleur ou des rayons ultraviolets et les extrémités des fibres optiques faisant saillie à travers les trous 160 sont polies pour avoir une luminance optique, fabriquant ainsi un module de matrice de fibres capable d'être précisément fixé au dispositif de guides d'ondes optiques. La figure 6 montre le dispositif d'agencement de fibres selon le mode de réalisation préféré de la présente invention et les fibres optiques qui sont scellées par des composés de moulage 190. Les figures 7A et 7B sont une vue plane et une vue en coupe transversale de la matrice de fibres de la figure 6 après que les extrémités des fibres matricées sont
polies pour donner une luminance optique.
Lorsque la matrice de fibres à plusieurs coeurs formée en utilisant la structure de la présente invention est fixée au dispositif de guides d'ondes optiques, l'aire de la section fixée est agrandie, améliorant ainsi les caractéristiques environnementales et la fiabilité d'un boîtier de dispositif lors de la
connexion des fibres optiques.
Le module de matrice de fibres optiques est également fabriqué simplement et les extrémités des fibres optiques sont facilement polies. Un module de connexion économique peut être fabriqué par le procédé de fabrication simple. Les fibres optiques sont précisément mises en matrice par auto-alignement en
utilisant la tension de surface du matériau de soudure.
De plus, puisque les trous dans lesquels sont insérées les fibres optiques sont inclinés à 0 jusqu'à par rapport à la surface du substrat, la perte de réflexion peut être réduite lorsque les fibres optiques matricées sont connectées au dispositif de guides
d'ondes optiques.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans
pour autant sortir du domaine de l'invention.
Claims (26)
1. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres optiques (180) utilisant un soudage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: former des trous (160) dans lesquels des fibres optiques peuvent être insérées, dans une tranche de silicium ou un substrat de céramique, à des intervalles prédéterminés; former une couche métallique sur les parois des trous (160) et toute la surface du substrat pour permettre aux parois des trous (160) et à toute la surface du substrat d'être revêtues avec un matériau d'alliage de soudure (170); déposer sur les parois des trous (160) et toute la surface du substrat, le matériau d'alliage de soudure
(170);
insérer des fibres optiques revêtues de métal dans les trous (160) revêtus du matériau d'alliage de soudure (170); positionner les fibres optiques aux centres des trous (160) en utilisant la tension de surface du matériau d'alliage de soudure (170), en chauffant la structure résultante; fixer au substrat les fibres optiques, insérées dans les trous (160) du substrat, en versant de l'époxy pouvant être durci par la chaleur ou les ultraviolets, pour fabriquer un module de matrice de fibres (180) capable d'être précisément fixé à un dispositif de guides d'ondes optiques; et polir l'extrémité du module de fibres optiques formée des fibres optiques faisant saillie à travers
les trous (160), pour donner une luminance optique.
2. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les trous (160) du substrat sont formés par un procédé choisi dans le groupe constitué d'un traitement mécanique, laser, exposition et gravure du semi-conducteur et gravure sèche.
3. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel le métal de la couche
métallique est du chrome/or (Cr/Au).
4. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 3, dans lequel la couche de chrome/or
(Cr/Au) est formée par dépôt sous vide.
5. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les parois des trous (160) et tout le substrat sont revêtus du matériau d'alliage de soudure (170) soit par revêtement électrolytique,
soit par revêtement sans électrode.
6. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont préparées par enlèvement de tous les revêtements des fibres optiques et dépôt de métal sur les couches de
gaine des fibres optiques.
7. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont préparées par dépôt de métal sur des couches de verre
externes des fibres optiques.
8. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 6 ou 7, dans lequel le métal déposé sur les fibres optiques est un métal choisi dans le groupe constitué de chrome/or (Cr/Au), titane/or (Ti/Au) et
nitrure de titane/or (TiN/Au).
9. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont des
fibres revêtues de cuivre.
10. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel le matériau d'alliage de
soudure (170) est chauffé à son point de fusion ou au-
dessus.
11. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les trous (160) du substrat sont perpendiculaires à la surface d'un
dispositif d'agencement.
12. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les trous (160) du substrat sont à un angle de 0,1 à 20 par rapport à la
surface d'un dispositif d'agencement.
13. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les trous (160) du substrat ont chacun une forme choisie dans le groupe
constitué d'un rectangle, un cercle et un polygone.
14. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 1, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont des fibres choisies dans le groupe constitué des fibres à un seul coeur, des fibres à plusieurs coeurs et des
fibres en ruban.
15. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: former des trous (160) dans lesquels des fibres optiques matricées peuvent être insérées, dans un substrat métallique (150), à des intervalles prédéterminés; traiter les parois des trous (160) situés dans les substrat métallique (150), revêtir les parois des trous (160) et toute la surface du substrat (150) avec le matériau d'alliage de soudure (170); insérer des fibres revêtues de métal dans les trous (160) revêtus avec le matériau d'alliage de soudure
(170);
positionner les fibres optiques aux centres des trous (160) en utilisant la tension de surface du matériau d'alliage de soudure (170), en chauffant la structure résultante; fixer les fibres optiques, insérées dans les trous (160) du substrat (150), au substrat (150) en versant de l'époxy pouvant être durci par la chaleur ou les ultraviolets, pour fabriquer un module de matrice de fibres (180) capable d'être fixé précisément à un dispositif de guides d'ondes optiques; et polir l'extrémité du module de fibres optiques formée des fibres optiques faisant saillie à travers
les trous (160), pour donner une luminance optique.
16. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les trous (160) du substrat sont formés par un procédé choisi dans le groupe constitué d'un traitement mécanique, laser, exposition et gravure du semi-conducteur et gravure
sèche.
17. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les parois des trous (160) et tout le substrat (150) sont revêtus du matériau d'alliage de soudure (170) soit par revêtement
électrolytique, soit par revêtement sans électrode.
18. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont préparées par enlèvement de tous les revêtements des fibres optiques et dépôt de métal sur les couches de
gaine des fibres optiques.
19. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont obtenues par dépôt de métal sur des couches de verre externes
des fibres optiques.
20. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 17 ou 18, dans lequel le métal déposé sur les fibres optiques est un métal choisi dans le groupe constitué de chrome/or (Cr/Au), titane/or (Ti/Au) et
nitrure de titane/or (TiN/Au).
21. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont des
fibres revêtues de cuivre.
22. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les trous (160) du substrat sont perpendiculaires à la surface d'un
dispositif d'agencement.
23. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les trous (160) du substrat sont à un angle de 0,1 à 20 par rapport à la
surface d'un dispositif d'agencement.
24. Procédé de fabrication d'un module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 15, dans lequel les fibres optiques insérées dans les trous (160) du substrat sont des fibres choisies dans le groupe constitué des fibres à un seul coeur, des fibres à plusieurs coeurs et des
fibres en ruban.
25. Module de matrice de fibres (180), fabriqué en utilisant un soudage, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat métallique (150) comportant des trous (160) dans lesquels des fibres optiques peuvent être insérées, dans lequel les parois des trous (160) et la totalité de la surface du substrat métallique (150) sont revêtues d'un matériau métallique; des fibres optiques en matrice insérées dans les trous (160) du substrat métallique (150) et préparées par dépôt de couches métalliques sur des couches de gaine ou des couches de verre externes exposées par enlèvement de tous les revêtements des fibres optiques; et une unité de fixation (190) pour fixer les fibres optiques en matrice au substrat métallique (150), après que les fibres optiques en matrice sont insérées dans les trous (160) du substrat métallique (150) et
alignées par la chaleur.
26. Module de matrice de fibres (180) utilisant un soudage selon la revendication 25, dans lequel l'unité de fixation (190) fixe la matrice de fibres optiques (180) au substrat (150) en utilisant des composés de
moulage (190).
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