KR100211043B1 - Optical coupler of optical element and optical fiber - Google Patents

Optical coupler of optical element and optical fiber Download PDF

Info

Publication number
KR100211043B1
KR100211043B1 KR1019960069762A KR19960069762A KR100211043B1 KR 100211043 B1 KR100211043 B1 KR 100211043B1 KR 1019960069762 A KR1019960069762 A KR 1019960069762A KR 19960069762 A KR19960069762 A KR 19960069762A KR 100211043 B1 KR100211043 B1 KR 100211043B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
optical fiber
optical
groove
substrate
width
Prior art date
Application number
KR1019960069762A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR19980050914A (en
Inventor
박기성
김홍만
Original Assignee
이계철
한국전기통신공사
정선종
한국전자통신연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이계철, 한국전기통신공사, 정선종, 한국전자통신연구원 filed Critical 이계철
Priority to KR1019960069762A priority Critical patent/KR100211043B1/en
Publication of KR19980050914A publication Critical patent/KR19980050914A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100211043B1 publication Critical patent/KR100211043B1/en

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4236Fixing or mounting methods of the aligned elements
    • G02B6/424Mounting of the optical light guide
    • G02B6/4243Mounting of the optical light guide into a groove
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4202Packages, e.g. shape, construction, internal or external details for coupling an active element with fibres without intermediate optical elements, e.g. fibres with plane ends, fibres with shaped ends, bundles
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/4201Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
    • G02B6/4219Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
    • G02B6/4228Passive alignment, i.e. without a detection of the degree of coupling or the position of the elements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)

Abstract

본 발명은 플립칩 본딩(Flip chip bonding)과 실리콘 V-홈을 이용한 광소자와 광섬유와의 광결합 장치에 있어서, 종래의 수동 정렬 방식에서 발생하는 정렬 오차에 따른 광결합 효율의 감소를 해결하고 최적의 광결합 효율을 얻기 위하여 광섬유가 위치하는 넓은 V-홈과 이 V-홈 내에 두 개의 광섬유 고정축을 두고 별도의 V-홈이 파진 실리콘 덮개로 두 고정축 사이의 소정의 위치에서 광섬유를 눌러 광섬유에 미소한 휨, 즉 마이크로 벤딩(micro-bending)을 유도하고 이로써 광섬유 끝단의 위치를 실리콘 덮개의 위치에 따라 조절하므로써 광소자와 광섬유와의 광결합 효율이 최대가 되는 위치를 찾아 광섬유를 고정시키는 광결합 장치를 제공한다.The present invention, in the optical coupling device between the optical element and the optical fiber using flip chip bonding and silicon V-groove, solve the reduction of the optical coupling efficiency due to the alignment error occurring in the conventional manual alignment method In order to achieve the best optical coupling efficiency, a wide V-groove in which the optical fiber is located and two optical fiber fixed shafts within the V-groove are pressed with a separate V-groove-depleted silicon cover to press the optical fiber at a predetermined position between the two fixed shafts. Induces slight bending, ie micro-bending, in the optical fiber and adjusts the position of the end of the optical fiber according to the position of the silicon cover to fix the optical fiber at the position where the optical coupling efficiency between the optical element and the optical fiber is maximized. It provides a photocoupling device.

Description

팡소자와 광섬유와의 광결합 장치Optical coupling device between fan element and optical fiber

본 발명은 플립칩 본딩(Flip chip bonding)과 실리콘 V-홈을 이용한 광소자와 광섬유와의 광결합 장치에 관한 것이다The present invention relates to an optical coupling device between an optical device and an optical fiber using flip chip bonding and silicon V-groove.

일반적으로, 반도체 레이저와 같은 광소자와 광섬유의 광결합에 있어서 광소자의 광도파로가 광섬유의 코아와 정밀하게 일직선 상에 정렬되어야 광소자의 빛을 광섬유에 효율적으로 전달시킬 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위한 종래의 기술로서는 크게 티오캔(TO can)과 레이저 용접 기술을 이용하는 능동 정렬 방식과 실리콘 V-홈과 플립칩 본딩을 이용하는 수동 정렬 방식의 두가지 광결합 힝태가 주로 사용되었다.In general, in optical coupling of an optical device such as a semiconductor laser and an optical fiber, the optical waveguide of the optical device must be aligned with the core of the optical fiber precisely in order to efficiently transmit the light of the optical device to the optical fiber. In order to achieve this purpose, two optical coupling hinders are mainly used: active alignment using thiocan and laser welding, and passive alignment using silicon V-groove and flip chip bonding.

플립칩 본딩과 실리콘 V-홈을 이용한 수동 정렬 방식의 정렬 기술은 티오캔과 레이저 용접을 이용하는 능동 정렬 방식에 비해 광패키지의 크기를 줄이고 제조단가를 낮출 수 있는 유망한 기술로 알려져 있다.The passive alignment method using flip chip bonding and silicon V-groove is known as a promising technology that can reduce the size of the optical package and lower the manufacturing cost compared to the active alignment method using thiocan and laser welding.

종래의 광결합장치를 제1(a)도 내지 제1(c)도를 창조하여 설명하면, 제1(a)도는 종래의 기술로서 V-홈이 파진 실리콘 기판을 사용하여 반도체 레이저와 광섬유와의 수동 결합을 위한 광결합 장치의 평면도, 제1(b)도는 제1(a)도의 A-A' 사이를 자른 단면도, 제1(c)도는 제1(b)도의 B-B' 사이를 자른 측면도이다.The conventional optical coupling device will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c). FIG. 1 (a) shows a semiconductor laser and an optical fiber by using a V-grooveed silicon substrate as a conventional technique. A plan view of the optical coupling device for passive coupling of FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1 (a), and FIG. 1 (c) is a side view taken along line BB ′ of FIG. 1 (b).

도면에 도시된 바와 같이 종래의 광결합장치는 실리콘 기판(1) 상에 비등방성 식각에 의해 V-홈(2)을 형성하여 그 속에 광섬유(6)를 고정, 정렬하고, 같은 실리콘 기판 상에 V-홈과 연관되게 미리 정해진 소정의 위치에 플립칩 본딩 패드(5)를 만들고 그 위에 솔더 범프를 형성하여 반도체 레이저(3)와 같은 광소자를 플립칩 본딩하므로써 플립칩 본딩이 갖는 자체적인 위치 복원력으로 광섬유와 광소자를 자동적으로 정렬하는 것이다.As shown in the drawing, the conventional optical coupling device forms a V-groove 2 by anisotropic etching on the silicon substrate 1 to fix and align the optical fiber 6 therein, and on the same silicon substrate. Self-position resilience of flip chip bonding by flip chip bonding optical devices such as semiconductor lasers 3 by forming flip chip bonding pads 5 at predetermined positions associated with V-grooves and forming solder bumps thereon This is to automatically align the optical fiber and optical elements.

플릴칩 본딩은 기존의 와이어 본딩이나 솔더링 방식과는 달리 기판과 본딩될 소자의 표면에 금속 패드(5)를 형성시키고, 기판 혹은 본딩될 소자의 한쪽 금속 패드, 혹은 양자의 금속 패드 위에 솔더 범프를 미리 형성시킨 다음에 기판(1)과 본딩될 소자(3)를 서로 상응하는 본딩 패드(5)가 마주 보도록 맞붙인 상태에서 솔더 물질을 가열, 용융시켜 기판과 소자가 서로 기계적으로 본딩되게 하는 방식이다.Unlike conventional wire bonding or soldering method, frill chip bonding forms a metal pad 5 on the substrate and the surface of the device to be bonded, and applies solder bumps on one or both metal pads of the substrate or the device to be bonded. Forming the substrate 1 and the device 3 to be bonded to each other in such a manner that the bonding pads 5 face each other so that the solder material is heated and melted so that the substrate and the device are mechanically bonded to each other. to be.

플립칩 본딩에서는 최초로 밀착된 기판과 소자의 두 솔더 범프의 중심 위치가 서로 일정한 범위 내에서 어긋난 경우에도 용융된 솔더의 표면 장력애 의해 두 금속 패드의 중심 위치가 일치되도록 소자를 움직이는 자체적인 위치 복원력이 발생한다.In flip chip bonding, even if the center positions of two solder bumps of the first closely contacted substrate and the device are shifted from each other within a certain range, the positional resilience of moving the device so that the center positions of the two metal pads are matched by the surface tension of the molten solder. This happens.

그러므로 V-홈과 솔더 범프가 사전에 미리 설계된 위치에 정확히 형성되어져 있다면 광소자 칩(3)을 적당한 정밀도로서 실리콘 기판(1) 위에 올려놓고 플립칩 본딩하므로써 자동적으로 광소자(3)와 광섬유(6)를 정렬시킬 수 있다.Therefore, if the V-groove and the solder bumps are formed at the pre-designed position correctly, the optical element 3 and the optical fiber (automatic) may be automatically formed by placing the optical element chip 3 on the silicon substrate 1 with proper precision and flip-chip bonding. 6) can be aligned.

상기한 플립칩 본딩과 실리콘 V-홈을 이용한 광소바(3)와 광섬유(6)의 자동 정렬 방식에서도 많은 요인에 의해 정렬 오차가 발생할 수 있다.The alignment error may also occur due to many factors in the automatic alignment of the optical soba 3 and the optical fiber 6 using the flip chip bonding and the silicon V-groove.

첫째는 실리콘 기판(1)에 V-홈(2)을 형성할 때 V-홈(2)의 폭과 깊이가 설계된 값으로부터 어긋나는 것이다. 이 오차는 주로 V-홈(2) 패턴이 실리콘의 결정 방향과 어긋나므로써 생기거나 V-홈(2)이 과다하게 식각되므로써 발생한다.First, when the V-groove 2 is formed in the silicon substrate 1, the width and depth of the V-groove 2 are shifted from the designed value. This error mainly occurs because the V-groove 2 pattern is out of alignment with the crystal direction of silicon or the V-groove 2 is excessively etched.

두번째 요인은 금속 패드(5) 및 솔더 범프 형성을 위한 포토리쏘그라피(photolithography) 공정에서 발생한다. 이는 포토마스크와 실리콘 기판 상의 정렬 열쇠(align key) 들이 서로 수평적으로 완전히 일치하지 않기 때문에 생기는 것으로서 오차 범위는 +/- 1.0로 부터 수까지 넓은 범위에서 발생할 수 있다. 특히 이 정렬 오차는 실리콘 기판(1) 상에 V-홈(2), 솔더 범프, 스탠드업(stand-off) 등과 같이 수직 반차가 큰 패턴들이 존재하고 있는 경우 더욱 커지게 된다.The second factor arises from the photolithography process for metal pad 5 and solder bump formation. This is caused by the misalignment of the alignment keys on the photomask and the silicon substrate horizontally and completely, with an error margin of +/- 1.0. From Can occur in a wide range. In particular, this alignment error becomes larger when there are patterns with large vertical differences such as V-grooves 2, solder bumps, stand-offs, etc. on the silicon substrate 1.

세번째 정렬 오차의 발생 요인은 플립칩 본딩이 갖는 불완전한 위치 복원력에 기인한다. 일반적으로 반도체 레이저(3)와 같은 광소자 칩의 크기는 한 변이 수백에 불과하므로 직경이 수십인 솔더 범프들을 많이 형성시키기 어렵다.The third cause of the alignment error is due to the incomplete position resilience of flip chip bonding. Generally, the size of an optical device chip such as a semiconductor laser 3 varies from one hundred to one. Only a dozen diameters It is difficult to form a lot of phosphorus solder bumps.

따라서 솔더 범프 수가 제한되는 데서 오는 불완전한 위치 복원력으로 인하여 수정도의 정렬 오차가 발생한다.Therefore, due to incomplete position resilience resulting from the limited number of solder bumps, A degree of alignment error occurs.

그밖에도 정렬 오차를 주는 요인으로 광섬유(6) 직경의 편차 또는 광섬유 코아(7)의 원점으로 부터의 편이 등이 있을 수 있다.In addition, the misalignment factor may include a deviation in the diameter of the optical fiber 6 or a deviation from the origin of the optical fiber core 7.

따라서 플립칩 본딩을 이용한 상기와 같은 종래의 수동 정렬 기술은 V-홈 패턴과 플립칩 본딩용 솔더 범프 사이에 존재바는 정렬 오차를 광소자의 플립칩 본딩 과정에서 복원하는 것이 지극히 어렵기 때문에 수동 정렬의 본질적인 이점에도 불구하고 실제로 능동 정렬 방식에 비해 경제적인 이점을 가질 수 없는 큰 요인이 되고 있다.Therefore, in the conventional manual alignment technique using flip chip bonding, it is extremely difficult to recover the alignment error between the V-groove pattern and the solder bump for flip chip bonding during the flip chip bonding process of the optical device. Despite the inherent benefits of the system, it is actually a big factor in that it cannot have economic advantages over active alignment.

본 발명은 V-홈과 플립칩 본딩을 이용한 수동 정렬 방식의 장점을 살리면서, 플립칩 본딩 과정에서 발생하는 정렬 오차 범위 내에서 능동적으로 광섬유를 정렬하여, 정렬 오차에 따른 광결합 효율 저하 문제를 용이하게 해결할 수 있는 광결합 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention takes advantage of the passive alignment method using V-groove and flip chip bonding, and actively aligns the optical fiber within the alignment error range generated during flip chip bonding, thereby reducing the problem of optical coupling efficiency due to the alignment error. It is an object of the present invention to provide an optical coupling device that can be easily solved.

제1(a)도는 종래의 기술로서 V-홈이 파진 실리콘 기판을 사용하여 반도체 레이저와 광섬유와의 수동 결합을 위한 광결합 장치의 평면도.Figure 1 (a) is a plan view of an optical coupling device for passive coupling between a semiconductor laser and an optical fiber using a V-grooveed silicon substrate as a prior art.

제1(b)도는 제1(a)도의 A-A' 사이를 자른 단면도.Fig. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line A-A 'in Fig. 1 (a).

제1(c)도는 제1(b)도의 B-B' 사이를 자른 측면도.FIG. 1 (c) is a side view taken along the line B-B 'of FIG. 1 (b).

제2(a)도는 본 발명에 따른 실리콘 기판의 V-홈 내에 두개의 광섬유 고정축과 V-홈이 파진 실리콘 덮개에 의해 광섬유에 마이크로 벤딩을 주고 덮개의 위치에 따라 광섬유 끝단의 위치를 조절할 수 있도록 한 능동 정렬 기능이 추가된 광소자와 광섬유와의 광결합 장치의 평면도.2 (a) shows the micro-bending of the optical fiber by the two optical fiber fixing shaft and the V-groove in the silicon groove of the silicon substrate according to the present invention and can adjust the position of the optical fiber end according to the position of the cover Top view of the optical coupling device between the optical element and the optical fiber with the active alignment function added.

제2(b)도는 제2(a)도의 C-C' 사이를 자른 단면도.FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along the line C-C 'in FIG. 2 (a).

제2(c)도는 제2(b)도의 D-D' 사이를 자른 측면도.FIG. 2 (c) is a side view taken along the line D-D 'of FIG. 2 (b).

제2(d)도는 제2(b)도의 E-E' 사이를 자른 측면도.FIG. 2 (d) is a side view taken along the line E-E 'of FIG. 2 (b).

제2(e)도는 제2(b)도의 F-F' 사이를 자른 측면도.FIG. 2 (e) is a side view taken along the line F-F 'of FIG. 2 (b).

제3(a)도 내지 제3(d)도는 본 발명에 따른 V-홈 내에 두개의 광섬유 고정축과 V-홈이 파진 실리콘 덮개에 의해 광섬유에 마이크로 벤딩을 주고 덮개의 위치에 따라 광섬유 끝단의 위치를 조절하여 광소자와 광섬유를 최적의 위치에서 광결합 시키는 제조 공정 순서에 따른 단면도.3 (a) to 3 (d) show the micro-bending of the optical fiber by the two optical fiber fixing shafts and the V-grooved silicon sheath in the V-groove according to the present invention and according to the position of the sheath. A cross-sectional view of the manufacturing process sequence to optically couple the optical element and the optical fiber at the optimum position by adjusting the position.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1,11 : 실리콘 기판 2,12 : V-홈1,11 silicon substrate 2,12 V-groove

313 : 광소자 칩 4,14 : 광소자 칩의 광도파로313: optical device chip 4,14: optical waveguide of the optical device chip

5,15 : 플립칩 본딩 패드 6,16 : 광섬유5,15: flip chip bonding pad 6,16: optical fiber

7,17 : 광섬유 코아 18,20 : 광섬유 고정축7,17: fiber core 18,20: fiber fixed shaft

19,21 : V-홈 22 : 실리콘 덮개19,21: V-groove 22: Silicone cover

23 : 실리콘 덮개 내 V-홈 24 : 접착제23: V-groove in silicone cover 24: Adhesive

본 발명은 광소자와 광섬유를 연결하는 광결합 장치에 있어서, 기판; 소정의 깊이와 넓이를 가지고 상기 기판에 형성된 V자홈, 상기 V자홈내에 소정의 높이를 가지고 돌출되되 상기 기판의 높이보다는 낮은 높이 및 상기 V자홈의 폭보다는 좁은 폭을 가지고 일정거리 떨어진 2개의 돌출부; 및 상기 돌출부 사이에 위치하여 상기 광섬유를 상기 돌출부의 높이만큼 아래로 눌러 상기 광섬유의 양단부를 위로 향하게 하는 덮개를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로한다.The present invention provides an optical coupling device for connecting an optical element and an optical fiber, comprising: a substrate; Two protruding portions having a predetermined depth and width and protruding from the V-shaped groove formed in the substrate and having a predetermined height in the V-shaped groove but having a height lower than the height of the substrate and a width smaller than the width of the V-shaped groove; And a cover positioned between the protrusions to press down the optical fiber by the height of the protrusion to face both ends of the optical fiber.

또한 본 발명은 광소자와 광섬유를 연결하는 방법에 있어서, 기판을 제공하는 단계와; 일정한 전폭을 갖는 식각마스크를 형성하되 일정거리 떨어진 두 위치에서 좁은 선폭을 가지는 식각마스크 패턴을 상기 기판 상에 형성하는 단계와; 상기 식각마스크를 사용하셔 상기 기판을 비등방성 식각하여 홈 내부에 2개의 돌출부를 가지는 V자홈을 형성하는 단계와, 상기 광섬유를 상기 V자 홈내에 밀어넣어 두개의 돌출부 상에서 걸쳐지도록 하는 단계; 및 상기 2개의 돌출부 사이에 위치시켜 상기 광섬유를 덮어 눌러주는 덮개를 장착하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로한다.The present invention also provides a method for connecting an optical element and an optical fiber, the method comprising: providing a substrate; Forming an etch mask having a predetermined full width but forming an etch mask pattern having a narrow line width at two positions spaced apart from each other by a predetermined distance; Anisotropically etching the substrate using the etch mask to form a V-shaped groove having two protrusions inside the groove, and forcing the optical fiber into the V-shaped groove so as to span the two protrusions; And mounting a cover positioned between the two protrusions to cover the optical fiber.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명의 광결합 장치는 실리콘 기판의 V-홈 내에 두개의 광섬유 고정축과 V-홈이 파진 실리콘 덮개에 의해 광섬유에 마이크로 벤딩(micro-bending)을 형성하고, 덮개의 위치에 따라 광섬유 끝단의 위치를 조절할 수 있도록 한 능동 정렬 기능을 추가한 것이다.First, the optical coupling device of the present invention forms a micro-bending on the optical fiber by the two optical fiber fixed axis and the V-groove silicon cover in the V-groove of the silicon substrate, the optical fiber according to the position of the cover It adds an active alignment that allows you to adjust the position of the tip.

광결합 효율을 증가시키기 위하여 광섬유가 위치하는 넓은 V-홈과 이 V-홈내 에 두 개의 광섬유 고정축을 두고 별도의 V-홈이 파진 실리콘 덮개로 두 고정축 사이의 소정의 위치에서 광섬유를 눌러 광섬유에 미소한 휨, 즉 마이크로 벤딩을 유도하고 이로써 광섬유 끝단의 위치를 실리콘 덮개의 위치에 따라 조절하므로써 광소자와 광섬유와의 광결합 효율이 최대가 되는 위치를 찾아 광섬유를 고정시키는 광결합 장치이다.In order to increase the optical coupling efficiency, a wide V-groove in which the optical fiber is located and two optical fiber fixed shafts in the V-groove are separated, and a separate V-groove silicon cover is used to press the optical fiber at a predetermined position between the two fixed shafts. It is an optical coupling device that finds a position where the optical coupling efficiency between the optical element and the optical fiber is maximized by inducing a slight bending, that is, micro bending and thereby adjusting the position of the optical fiber end according to the position of the silicon cover.

즉, 제2(a)도 내지 제2(e)도에 나타난 바와 같이 실리콘 기판(11)을 식각한 V-홈(12)의 폭을 광섬유가 V-홈에 밀착되었을 때 광소자(13)의 광도파로(14)와 광섬유(16)의 코아(17)가 정확하게 일직선으로 정렬되는 폭 보다 플립칩 본딩 공정에서 야기되는 정렬 오차 정도의 두 배 이상 넓이를 더 식각해낸다.That is, when the optical fiber is in close contact with the V-groove, the optical element 13 has the width of the V-groove 12 etched from the silicon substrate 11 as shown in FIGS. 2 (a) to 2 (e). The optical waveguide 14 and the core 17 of the optical fiber 16 are etched more than twice as wide as the alignment error caused in the flip chip bonding process, rather than the width of the core 17 which is exactly aligned.

V-홈의 좌측 및 우측 소정의 지점에 일정한 간격만큼 상기 V-홈 보다 좁은 폭을 갖는 V-홈(이하 광섬유 고정축, 또는 고정측)(19, 21)을 식각해 낸다. 이때 광섬유 고정축(18, 20) 내의 V-홈(19, 21)의 폭은 광섬유(16)가 고정축 내 V-홈(19, 21)에 밀착되었을 때 광소자(13)의 광도파로(14)와 광섬유(16)의 코아(17)가 정확하게 일직선으로 정렬되는 폭 보다 플립칩 본딩 공정에서 야기되는 정렬 오차 정도만큼 더 넓은 넓이를 갖도록 한다.The V-grooves (hereinafter, referred to as optical fiber fixed shafts or fixed sides) 19, 21 having a narrower width than the V-grooves are etched at predetermined points on the left and right sides of the V-grooves at predetermined points. At this time, the widths of the V-grooves 19 and 21 in the optical fiber fixed shafts 18 and 20 are the optical waveguides of the optical element 13 when the optical fiber 16 is in close contact with the V-grooves 19 and 21 in the fixed shaft. 14) and the core 17 of the optical fiber 16 to have a wider width than the degree of alignment error caused by the flip chip bonding process than the width that is exactly aligned.

이러한 구조를 갖는 실리콘 기판 위에 V-홈과 연관되게 미리 정해진 소정의 위치에 플립칩 본딩 패드(15)를 만들고 여기에 솔더(solder) 범프(bump)를 형성하여 이곳에 광소자 칩(13)을 플립칩 본딩한 후, 실리콘 기판의 V-홈(12)에 광섬유(16)를 삽입하면 광섬유는 좁게 식각된 V-홈 부분, 즉 두 개의 고정축 V-홈(19, 21) 위에만 접촉되고 넓은 V-홈(12)의 다른 부위와는 접촉되지 않으며, 광섬유 끝단의 코아(17) 위치는 플립칩 본딩 공정에서 최대의 정렬 오차가 발생한 경우에도 광소자 칩(13)의 광도파로(14) 부분 보다 하단에 위치하게 된다.On the silicon substrate having such a structure, flip chip bonding pads 15 are formed at predetermined positions associated with the V-grooves, and solder bumps are formed thereon to form the optical device chips 13 therein. After flip chip bonding, when the optical fiber 16 is inserted into the V-groove 12 of the silicon substrate, the optical fiber is only in contact with the narrowly etched V-groove portions, that is, the two fixed shaft V-grooves 19 and 21. It is not in contact with other parts of the wide V-groove 12, and the position of the core 17 at the end of the optical fiber is the optical waveguide 14 of the optical element chip 13 even when the maximum alignment error occurs in the flip chip bonding process. It is located lower than the part.

그리고 별도로 제작된 V-홈이 파진 실리콘 덮개(22)를 사용하여 두 고정축의 중간 지점에서 광섬유를 덮어 누르면 광섬유는 두 개의 고정축(18, 20)과 실리콘 덮개(22)에 의해 제2(b)도에 나타난 바와 같이 상하로 마이크로 벤딩이 일어나며, 따라서 광소자 쪽 광섬유 끝단의 위치가 높아지게 된다.Then, when the optical fiber is covered at the midpoint between the two fixed shafts by using the separately manufactured V-groove-shaped silicon cover 22, the optical fiber is formed by the two fixed shafts 18 and 20 and the silicon cover 22 and the second (b) As shown in the diagram, micro bending occurs up and down, thus increasing the position of the optical fiber end side of the optical element.

이러한 광섬유 끝단의 높이는 두 고정축에 대한 덮개의 z-축 방향으로 상대적 위치에 따라 달라지게 되며, 또한 덮개의 x-축으로의 위치 변화는 광섬유 끝단의 x-축으로의 위치 변화를 유도하게 된다.The height of the fiber ends depends on the relative position of the cover in the z-axis direction with respect to the two fixed axes, and the change in the position of the cover in the x-axis will induce a change in the position of the fiber ends in the x-axis. .

한편, 광소자(13)에 전류를 인가하여 광도파로(14)로 부터 빛을 방출시키면 광섬유의 다른 쪽 끝에서 광섬유 코아(17)에 결합된 광출력을 모니터할 수 있다.On the other hand, by applying a current to the optical element 13 to emit light from the optical waveguide 14, it is possible to monitor the optical output coupled to the optical fiber core 17 at the other end of the optical fiber.

이러한 상태에서 상기한 방법으로 실리콘 덮개(22)를 x-축 및 z-축으로 움직이면 광섬유(16) 끝단의 위치는 x-축 및 y-축으로 움직이면서 광소자(13)로 부터 방출된 빛의 광섬유 코아(17)로의 광결합 효율이 변하게 되어 광결합 효율이 최적이 되는 위치에서 광섬유(16)를 실리콘 기판(11)에 고정시키게 된다.In this state, when the silicon cover 22 is moved to the x-axis and the z-axis in the above-described manner, the position of the ends of the optical fiber 16 moves on the x-axis and the y-axis, so that the light emitted from the optical element 13 The optical coupling efficiency to the optical fiber core 17 is changed to fix the optical fiber 16 to the silicon substrate 11 at a position where the optical coupling efficiency is optimal.

제2(c)도 내지 제2(e)도는 이러한 광결합 장치의 각 부위 별 측면도로서 광섬유 코아(17)와 광소자 칩(13)의 광도파로(14)와의 상대적 위치를 보여주고 있다. 제2(c)도는 광섬유 끝단의 측면도로서 광섬유 코아(17)와 광소자 칩의 광도파로(14)가 정확하게 정렬된 상태를 보여주며, 제2(d)도는 광섬유 고정축(18) 부분의 측면도로서 광섬유의 하단 부분이 고정축(18) 내 V-홈(19)의 식각면과 접촉되어 있는 상태를 보여주며, 제2(e)는 덮개(22) 부분의 측면도로서 광섬유의 상단 부분이 실리콘 덮개 V-홈(23)의 식각면과 접촉되어 있는 상태를 보여준다.2 (c) to 2 (e) show side views of the optical coupling core 17 and the optical waveguide 14 of the optical device chip 13 as side views of the respective optical coupling devices. FIG. 2 (c) is a side view of the end of the optical fiber and shows the state in which the optical fiber core 17 and the optical waveguide 14 of the optical device chip are correctly aligned. FIG. The lower part of the optical fiber is in contact with the etching surface of the V-groove 19 in the fixed shaft 18, the second (e) is a side view of the cover 22, the upper part of the optical fiber is silicon The state in contact with the etching surface of the cover V-groove 23 is shown.

제3(a)도 내지 제3(d)도를 참조하여 본 발명에 따른 광결합 장치의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.The manufacturing method of the optical coupling device according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 (a) to 3 (d) as follows.

먼저, 제3(a)도와 같이 상기한 구조의 V-홈을 갖는 실리콘 기판(11)을 제작한다. 실리콘 기판(11) 상에 두 개의 고정축(18, 20)을 갖는 V-홈의 식각을 위해서는 식각 마스크인 실리콘 질화막의 패턴을 제2(a)도에 나타난 바와 같이 고정축 부분에서 좁게 하면 된다.First, a silicon substrate 11 having a V-groove of the above structure as shown in FIG. 3 (a) is fabricated. In order to etch the V-groove having the two fixed axes 18 and 20 on the silicon substrate 11, the pattern of the silicon nitride film as the etch mask may be narrowed at the fixed axis portion as shown in FIG. 2 (a). .

이러한 모양을 갖는 식각 마스크를 사용하여 실리콘 기판(11)을 비등방성 식각으로 식각하면 V-홈(12) 보다 좁은 폭과 깊이를 가지는 고정축(18 및 20)을 형성한다. 이때, 마스크 상의 식각 영역의 폭은 고정축이 있는 영역의 경우, 광소자(13)의 광도파로(14)와 광섬유(16)의 코아(17)가 정확하게 일직선으로 정렬되는 폭보다 플립칩 본딩 공정에서 야기되는 정렬 오차 정도만큼 더 아래쪽에 위치하도록 설계하며, 고정축 이외 부분의 V-홈(12)의 폭은 플립칩 본딩 시에 발생하는 최대 정렬 오차의 두 배 이상만큼 더 넓도록 식각되도록 설계한다.When the silicon substrate 11 is anisotropically etched using an etching mask having such a shape, the fixed shafts 18 and 20 having a width and a depth smaller than that of the V-groove 12 are formed. In this case, the width of the etched region on the mask is a flip chip bonding process in a region having a fixed axis, than the width in which the optical waveguide 14 of the optical element 13 and the core 17 of the optical fiber 16 are exactly aligned. It is designed to be located further down by the degree of alignment error caused by, and the width of the V-groove 12 outside the fixed axis is etched to be more than twice as wide as the maximum alignment error occurring during flip chip bonding. do.

이어서, 제3(b)도와 같이 실리콘 기판(11) 상의 플립칩 본딩 패드(15)가 있는 소정의 위치에 플립칩 본딩 방법으로 광소자 칩(13)을 부착시킨 후, 광섬유(16)를 V-홈(12) 내에 밀어넣어 두 개의 고정축(18, 20)에 걸쳐지도록 한다.Subsequently, after attaching the optical device chip 13 to the predetermined position where the flip chip bonding pad 15 is placed on the silicon substrate 11 as shown in FIG. Push it into the groove 12 so that it spans the two fixed shafts 18, 20.

계속하여, 제3(c)도에 도시된 바와 같이, 실리콘 덮개(22)를 사용하여 두 고정축(18, 20)의 중간 지점에서 광섬유(16)를 덮어 누르면 광섬유는 두 개의 고정축(18, 20)과 실리콘 덮개(22)에 의해 도면에 나타난 바와 같이 상하로 마이크로 벤딩이 일어나 광소자 쪽 광섬유 끝단의 위치가 달라지게 되며, 이러한 광섬유 끝단의 위치는 두 고정축에 대한 덮개의 x-축 및 z-축 방향으로의 상대적 위치에 따라 달라지게 된다. 따라서 광소자(13)에 전류를 인가하여 광도파로(14)로 부터 빛을 방출시키면서 광섬유의 다른 쪽 끝에서 광섬유 코아(17)에 결합된 광출력을 모니터하면서 실리콘 덮개(22)를 움직이면 광섬유(16) 끝단의 위치는 x-축 및 y-축으로 움직이면서 광소자로 부터 방출된 빛의 광섬유 코아로의 광결합 효율이 변하게 되어 광결합 효율이 최적이 되는 위치를 찾을 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 3 (c), when the silicon cover 22 is used to cover the optical fiber 16 at an intermediate point between the two fixed shafts 18 and 20, the optical fiber is divided into two fixed shafts 18. , 20) and the silicon cover 22, the micro-bending occurs up and down as shown in the drawing, the position of the optical fiber end side of the optical element is changed, this position of the optical fiber end is the x-axis of the cover for the two fixed axes And relative position in the z-axis direction. Therefore, while applying a current to the optical element 13 to emit light from the optical waveguide 14, while moving the silicon cover 22 while monitoring the optical output coupled to the optical fiber core 17 at the other end of the optical fiber, the optical fiber ( 16) As the position of the end moves on the x-axis and y-axis, the optical coupling efficiency of the light emitted from the optical device to the optical fiber core is changed, so that the optical coupling efficiency is optimized.

끝으로, 제3(d)도와 같이, V-홈내 능동 정렬 방식케 의해 최적의 광섬유 위치를 찾아낸 후 그 상태에서 접착제(24))를 사용하여 광섬유(16)를 실리콘 기판(11) 위에 고정시킨다.Finally, as shown in FIG. 3 (d), the optimum optical fiber position is found by the V-groove active alignment method, and the optical fiber 16 is fixed on the silicon substrate 11 using the adhesive 24 in the state. .

본 발명은 실리콘 기판 위에 형성된 V-홈과 광소자 플립칩 본딩을 이용한 수동 정렬 방식의 광결합 장치에 있어서 가장 큰 단점인 정렬 오차에 따른 광결합 효율의 강소 문제를 두 개의 고정축과 별도의 실리콘 덮개를 갖는 새로운 구조의 V-홈 실리콘 기판과 V-홈내에서의 능동 정렬 방식을 사용하므로써 해결하고 최적의 광결합 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.The present invention solves the problem of the strong coupling of optical coupling efficiency due to alignment error, which is the biggest disadvantage in the optical alignment device of the manual alignment method using the V-groove formed on the silicon substrate and the optical device flip chip bonding. The new structure of the V-groove silicon substrate with the cover and the active alignment in the V-groove can be solved and the optimum optical coupling efficiency can be obtained.

그 이외에도 능동 정렬 방식에 의해 최적의 광결합 위치를 찾아내므로 실리콘 기판 제작 및 광소자 칩 제작 공정에 요구되는 정렬 정밀도가 매우 완화될 뿐 아니라 광섬유의 정밀도 또한 완화되므로 전체적인 광결합 모듈의 수율 향상 및 제작 원가 절감 등의 효과도 가지고 있다.In addition, the active alignment method finds the optimal optical coupling position, which greatly reduces the alignment accuracy required for the silicon substrate fabrication and the optical device chip fabrication process, and also reduces the optical fiber precision, thus improving the overall optical coupling module yield. It also has the effect of reducing manufacturing costs.

Claims (9)

광소자와 광섬유를 연결하는 광결합 장치에 있어서, 기판; 소정의 깊이와 넓이를 가지고 상기 기판에 형성된 V자홈; 상기 V자홈내에 소정의 높이를 가지고 돌출되어 상기 기판이 높이보다는 낮은 높이 및 상기 V자홈의 폭보다는 좁은 폭을 가지고 일정거리 떨어진 2개의 돌출부; 및 상기 돌출부 사이에 위치하여 상기 광섬유를 상기 돌출부의 높이만큼 아래로 눌러 상기 광섬유의 양단부를 위로 향하게 하는 덮개를 포함하여 이루어지는 광결합 장치.An optical coupling device for connecting an optical element and an optical fiber, comprising: a substrate; A V-shaped groove formed on the substrate with a predetermined depth and width; Two projections protruding in the V-groove with a predetermined height so that the substrate has a height lower than the height and a width narrower than the width of the V-groove; And a cover positioned between the protrusions to press the optical fiber downward by the height of the protrusion to face both ends of the optical fiber upwards. 제1항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 광결합 장치.The optical coupling device of claim 1, wherein the substrate is a silicon substrate. 제2항에 있어서, 상기 V자 홈 최상단의 폭은 광섬유의 직경보다 더 넓은 것을 특징으로 하는 광결합 장치.The optical coupling device according to claim 2, wherein the width of the uppermost V-groove is wider than the diameter of the optical fiber. 제3항에 있어서, 상기 돌출부의 최상단 폭은 광섬유의 직경보다 더 넓고 상기 V자 홈 최상단의 폭 보다는 좁은 것을 특징으로 하는 광결합 장치.4. The optical coupling device according to claim 3, wherein the uppermost width of the protrusion is wider than the diameter of the optical fiber and narrower than the uppermost width of the V-groove. 제1항에 있어서, 상기 덮개는 상기 광섬유의 위치조정이 가능하도륵 상기 기판 상에 이동가능 하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 광결합 장치.The optical coupling device according to claim 1, wherein the cover is fixed to be movable on the substrate so that the position of the optical fiber can be adjusted. 광소자와 광섬유를 연결하는 방법에 있어서, 기판을 제공하는 단계와; 일정한 선폭을 가지는 식각마스크를 형성하되 일정거리 떨어진 두 위치에서 좁은 선폭을 가지는 식각마스크 패턴을 상기 기판 상에 형성하는 단계와; 상기 식각마스크를 사용하여 상기 기판을 비등방성 식각하여 홈 내부에 2개의 들출부를 가지는 V자홈을 형성하는 단계와; 상기 광섬유를 상기 V자 홈내에 밀어넣어 두 개의 돌출부 상에서 걸쳐지도록 하는 단계; 및 상기 2개의 돌출부 사이에 위치시켜 상기 광섬유를 덮어 눌어주는 덮개를 장착하는 단계를 포함하여 이루어지는 방법.A method of connecting an optical element and an optical fiber, the method comprising: providing a substrate; Forming an etch mask having a predetermined line width and forming an etch mask pattern having a narrow line width at two positions spaced apart from each other by a predetermined distance; Anisotropically etching the substrate using the etching mask to form a V-shaped groove having two raised portions inside the groove; Pushing the optical fiber into the V-groove to span over two projections; And mounting a cover positioned between the two protrusions to cover the optical fiber. 제5항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 방법.6. The method of claim 5 wherein the substrate is a silicon substrate. 제6항에 있어서, 상기 V자 홈 최상단의 폭은 광섬유의 직경보다 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein the width of the top of the V-shaped groove is formed wider than the diameter of the optical fiber. 제5항에 있어서, 상기 덮개는 상기 광섬유의 위치조정이 가능하도록 상기 기판 상에서 이동가능하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 5, wherein the cover is fixed to be movable on the substrate to enable positioning of the optical fiber.
KR1019960069762A 1996-12-21 1996-12-21 Optical coupler of optical element and optical fiber KR100211043B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960069762A KR100211043B1 (en) 1996-12-21 1996-12-21 Optical coupler of optical element and optical fiber

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019960069762A KR100211043B1 (en) 1996-12-21 1996-12-21 Optical coupler of optical element and optical fiber

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980050914A KR19980050914A (en) 1998-09-15
KR100211043B1 true KR100211043B1 (en) 1999-07-15

Family

ID=19490097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019960069762A KR100211043B1 (en) 1996-12-21 1996-12-21 Optical coupler of optical element and optical fiber

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100211043B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100913676B1 (en) * 2007-11-07 2009-08-24 주식회사 뉴프렉스 Opto-electrical alignment by guide button in printed circuit board

Also Published As

Publication number Publication date
KR19980050914A (en) 1998-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0550973B1 (en) Self-aligned optical subassembly and method of forming such subassembly
EP0723171B1 (en) Optical module
US9335474B2 (en) Optical devices and methods of fabricating the same
US6238100B1 (en) Optical module and a method for fabricating a same
US6517257B2 (en) Optical transmitter/receiver apparatus, method for fabricating the same and optical semiconductor module
US5656507A (en) Process for self-aligning circuit components brought into abutment by surface tension of a molten material and bonding under tension
JP4019538B2 (en) Optical module substrate and optical module
EP0466134A2 (en) Method and device for passive alignment of diode lasers and optical fibers
US11378751B2 (en) Laser patterned adapters with waveguides and etched connectors for low cost alignment of optics to chips
US5859943A (en) Optical module and method for manufacturing the optical
EP1218780A2 (en) Hybrid integration of active and passive optical components on an si-board
KR100442609B1 (en) Structure of flip chip bonding and method for bonding
KR100456672B1 (en) Optical waveguide platform and manufacturing method thereof
US5757999A (en) Optical device
EP0887674A2 (en) Optical transmitter/receiver apparatus, method for fabricating the same and optical semiconductor module
KR100211043B1 (en) Optical coupler of optical element and optical fiber
EP1184696A1 (en) Self-aligning optical component assembly on a common substrate
US6459158B1 (en) Vertically-tolerant alignment using slanted wall pedestal
US20230114532A1 (en) Alignment of photonic system components using a reference surface
KR100211039B1 (en) Optical switch-optical fiber optical coupler
KR100216522B1 (en) An optical coupling device a fabrication method thereof and a method of optical coupling between optical device and optical fiber
US20020044745A1 (en) Method of aligning an optical component with an inclined guide mounted on a base and the associated optical device
JP3884903B2 (en) Optical module, optical transmission device and manufacturing method thereof
JPH10268166A (en) Optical module
KR20000065884A (en) Apparatus and method of fabricating optical transceiver module

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20030408

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee