KR20120085794A - 광 섬유를 사용하는 통합식 광학 장치용 채널형성된 기판 - Google Patents

광 섬유를 사용하는 통합식 광학 장치용 채널형성된 기판 Download PDF

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제퍼리 에이. 데메릿트
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쥬니어. 브류스터 알. 헤멘웨이
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Abstract

광 섬유 및 적어도 하나의 능동형 광 구성요소를 사용한 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판이 개시되어 있다. 채널형성된 기판은 기판 부재와 투명 시트를 포함하며, 상기 기판 부재는 상기 기판에 형성된 상부 표면 하나 이상의 홈을 갖는다. 바람직하게 얇은 유리로 만들어진 투명 시트는 기판 부재 상부 표면에 고정되어, 하나 이상의 홈과 조합하여, 하나 이상의 채널을 형성한다. 채널은 각각 광 섬유를 수용할 수 있는 크기로 형성되어, 능동형 광 구성요소와 광 섬유 사이의 투명 시트를 통한 광 통신을 가능하게 한다. 성형 및 인발에 의해 형성된 채널형성된 기판이 또한 개시되어 있다. 채널형성된 기판을 사용한 통합식 광학 장치가 또한 개시되어 있다.

Description

광 섬유를 사용하는 통합식 광학 장치용 채널형성된 기판{CHANNELED SUBSTRATES FOR INTEGRATED OPTICAL DEVICES EMPLOYING OPTICAL FIBERS}
본 발명은 통합식 광학 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광 섬유를 사용하는 통합식 광학 장치를 형성하는데 사용되는 기판에 관한 것이다.
특정 타입의 통합식 광학 장치는 능동형 광 구성요소, 능동형 전기 구성요소, 및 수동형 도파관을 광 섬유의 형태로 결합한다. 이러한 통합식 광학 장치의 실시예가 광 트랜스시버 및 능동형 케이블 조립체(ACA : active cable assembly)를 포함한다.
능동형 광 구성요소에 대한 광 섬유의 능동 정렬이 통합식 광학 장치의 최적의 성능을 보장하면서, 비용 및 복잡도를 감소시키도록 수동으로 정렬되는 것이 바람직하다. 더욱이, 기술상 알려진 표준 패키징 기술이 통합식 광학 장치를 형성하는데 바람직하게 사용될 수 있다.
실제 통합식 광학 장치가 비용을 최소화하기 위하여, 표준 패키징 기술을 사용해 제조된다. 일반적으로, 능동형 광 구성요소는 기판 위쪽 활성면에 부착되고 와이어접착에 의해 전기적으로 상호접속될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 광 구성요소의 광 경로는, 특정 실시예에 있어서, 기판으로부터 멀리 위쪽을 향하게 된다. 어느 한 접근법으로서, 능동형 광 구성요소는 기판상에 플립-칩 장착되므로 그 광 경로가 기판으로 하향 향하게 하거나 또는 유리 윈도우와 같은 투명한 매개체를 상향 향하게 된다.
이들 2개의 옵션 중에서, 플립-칩 장착 접근법은 예를 들면, 능동형 광 구성요소와 광 섬유 사이의 경계면이 주변 환경으로부터 보호된다는 여러 장점을 갖는다. 또한, 광학 경계면은 캐리어 기판에 의해 기계적으로 안정화되고, 다른 장치에 대한 전기 회선은 그 길이가 짧아, 고-주파수 작동을 가능하게 한다. 그러나, 플립-칩 장착 접근법에 의한 주된 문제로서 능동형 광 구성요소 아래의 광 섬유를 수동으로 정렬할 필요성과, 광 섬유에 대한 저 손실 커플링을 제공할 필요성이 있다.
본 발명의 특징은 하나 이상의 광 섬유 및 적어도 하나의 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판이다. 채널형성된 기판은 상부 표면을 갖는 기판 부재를 포함하며, 상기 상부 표면에는 하나 이상의 홈이 형성된다. 또한 기판은 하나 이상의 홈과 조합하여, 하나 이상의 채널이 형성된 기판 부재 상부 표면에 고정되는 투명 시트를 포함하고, 상기 채널 각각은 능동형 광 구성요소와 하나 이상의 광 섬유 사이의 투명 시트를 통한 광 통신을 가능하게 하기 위하여 하나 이상의 광 섬유 중 하나의 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성된다.
본 발명의 다른 일 특징은 하나 이상의 광 섬유 및 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치를 형성하는 채널형성된 기판이다. 채널형성된 기판은 평탄한 상부 표면을 갖는 기판 부재를 포함한다. 채널형성된 기판은 또한 평탄한 기판 상부 표면과 조합하여, 하나 이상의 채널을 형성하도록 기판 상부 표면에 고정되고 하나 이상의 홈이 형성된 투명 시트를 포함하고, 상기 채널 각각은 능동형 광 구성요소와 하나 이상의 광 섬유 사이의 투명 시트를 통한 광 통신을 가능하게 하기 위하여, 상기 하나 이상의 광 섬유 중 하나의 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성된다.
본 발명의 다른 일 특징은 하나 이상의 광 섬유 및 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판을 형성하는 방법이다. 본 발명의 기판을 형성하는 방법은 상부 표면을 갖는 기판 부재를 제공하는 단계와, 마주한 표면을 갖는 투명 시트를 제공하는 단계를 포함한다. 또한 본 발명의 기판을 형성하는 방법은 투명 시트 표면 중 하나의 시트 표면에 하나 이상의 홈을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 기판을 형성하는 방법은 하나 이상의 채널을 형성하도록, 기판 부재 상부 표면과 홈이 형성된 투명 시트 표면을 연관시키는 단계를 더 포함하며, 상기 채널 각각은 능동형 광 구성요소와 하나 이상의 광 섬유 사이의 투명 시트를 통한 광 통신을 가능하게 하기 위하여, 상기 하나 이상의 광 섬유 중 하나의 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성된다.
본 발명의 다른 일 특징은 광 섬유 및 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치용 채널형성된 기판을 형성하는 방법이다. 본 발명의 방법은 실질적으로 직사각형 형상의 단면을 갖고 복수의 채널이 형성되는 원통형 유리 프리폼을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방법은 또한 프리폼보다 더 작은 원통형 로드부(rod portion)를 형성하고 상기 프리폼과 실질적으로 동일한 상대 치수를 갖도록 상기 프리폼을 인발하는 단계를 포함하고, 상기 로드부의 채널은 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성된다. 본 발명의 방법은 채널형성된 기판을 얻기 위하여 로드부의 한 섹션을 절단하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 이들 여러 장점은 당업자가 아래 기재된 설명과 청구범위와 첨부된 도면을 참조한다면 보다 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 첨부한 도면과 관련하여 상세한 설명을 참조한다면 본 발명을 보다 완전하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 정밀한 홈이 형성된 예시적인 기판 부재의 사시도이고;
도 2는 도 1과 유사한 사시도지만, 일례의 채널형성된 기판을 형성하기 위하여 홈이 형성된 기판 부재 상부에 배치되는 공정에서의 투명 시트를 도시한 도면이고;
도 3은 도 2에 형성된 채널형성된 기판의 사시도이고;
도 4는 도 3과 동일하지만, 투명 시트의 상부 표면에 형성된 전도성 접촉부를 구비한 도면이고;
도 5는 도 4와 동일하지만, 솔더 볼이 전도성 접촉부 상에 형성되고, 상기 전도성 접촉부 및 솔더 볼 상부에 배치되는 공정에서 능동형 광 구성요소 및 능동형 전기 구성요소를 도시한 도면이고;
도 6은 도 5와 유사하지만, 채널형성된 기판상에 장착된 능동형 광학 및 전기 구성요소 플립-칩을 구비한 도면이고;
도 7은 인쇄 회로 기판("PCB 기판")의 형태로 보다 큰 기판에 부착되고, 또한 상기 PCB 기판상에 작동가능하게 장착된 지지 칩을 나타낸, 플립된 도 6의 채널형성된 기판을 도시한 도면이고;
도 8은 도 7과 유사하지만, PCB 기판상에 제 위치에 위치한 지지 칩과 채널형성된 기판을 도시한 도면이고;
도 9는 도 8과 유사하지만, 상기 채널형성된 기판의 채널에 삽입되는 광 섬유의 어레이를 도시한 도면이고;
도 10은 도 9와 동일하지만, 상기 채널형성된 기판 내에서 제 위치에 위치한 섬유 어레이를 구비한 도면이고;
도 11은 도 10과 동일하지만, 고정 재료의 글로브를 구비한 PCB 기판과 채널형성된 기판에 유지된 섬유 어레이를 도시한 도면이고;
도 12는 광 빔이 투명 시트를 통해 이동함에 따라 능동형 광 구성요소로부터의 광 빔의 발산을 도시하고 투명 시트의 반대쪽 면에 위치한 광 섬유 및 능동형 광 구성요소의 확대도이고;
도 13은 톱으로써 절결되는 홈을 나타낸, 웨이퍼-규모의 기판 부재의 사시도이고;
도 14는 도 13의 홈이 형성된 기판 부재 상부에 배치된 웨이퍼-규모 투명 시트를 나타낸 사시도이고;
도 15는 웨이퍼-규모의 채널형성된 기판을 형성하기 위하여, 도 13의 홈이 형성된 기판 부재 상부에 제 위치에 위치된 도 14의 투명 시트를 도시한, 도 14와 유사한 사시도이고;
도 16은 도 15와 유사하지만, 투명 시트의 상부 표면에 형성된 전도성 접촉부를 도시한 사시도이고;
도 17은 도 16과 유사하지만, 통합식 광학 장치 형성 시 채널형성된 기판에 플립-칩 장착된 능동형 전기 구성요소와 능동형 광 구성요소를 도시한 도면이고;
도 18은 도 17과 유사하지만, 웨이퍼-규모의 채널형성된 기판을 다이싱한 이후에 개별 통합식 광학 장치를 분리한 도면이고;
도 19는 홈이 형성된 성형된 기판 부재의 사시도이고(상기 홈이 끝에서 끝까지 뻗어있기 보다는 기판 부재 내에서 끝남);
도 20은 도 19의 성형된 기판 부재를 사용하는 채널형성된 기판을 채택한 일례의 통합식 광학 장치의 단면도이고;
도 21은 도 20과 유사하지만, 경사진 섬유의 각도보다 더 작은 각도를 갖는 경사진 채널을 나타낸 도면이고;
도 22는 도 21과 유사하지만, 경사진 섬유 단부의 각도보다 더 큰 각도를 갖는 경사진 채널 단부를 도시한 도면이고;
도 23은 도 3에 도시된 기판과 유사한 채널형성된 기판을 형성하기 위해 단일 구성을 이룬 예시적인 유리 프리폼을 도시한 도면이고;
도 24는 채널 형상 및 상대 크기의 프리폼을 유지하면서, 보다 작은 로드로 인발되는 원통형 프리폼의 가열된 단부를 도시하고 있는, 원통형 히터에 위치한 도 23의 프리폼의 절결 사시도이고;
도 25는 채널의 어레이가 형성된 것을 도시한 인발된 채널형성된 기판의 사시도이고;
도 26은 도 25와 동일하지만, 상기 채널형성된 기판의 하부 표면상의 전도성 접촉부를 도시한 도면이고;
도 27은 도 26과 유사하지만, 섬유 어레이가 기판 채널로 삽입된 것을 나타낸 도면이고;
도 28은 도 27과 유사하지만, 기판 채널 내에서 제 위치에 위치된 섬유 어레이를 도시한 도면이고;
도 29는 광 섬유 단부가 광의 일부의 검출을 허용하면서, 능동형 광 구성요소로부터의 광이 광 섬유로 용이하게 커플링되게 하는 2개의 면을 포함한, 일례의 확대도이고;
도 30은 도 28과 유사한 사시도이지만, 전송기 능동형 광 구성요소에 마주한 채널형성된 기판의 한 면 상에 위치한 수신기 능동형 광 구성요소를 도시한 도면이고;
도 31은 일례의 홈 형성된 투명 시트의 사시도이고;
도 32는 도 31과 유사하지만, 홈이 형성된 표면상에 배치된 지지 재료를 도시한 도면이고;
도 33은 도 32와 유사하고, 평탄화된 이후의 지지 재료를 도시하고 또한 상기 지지 재료를 통과하는 다이싱 라인을 도시한 도면이고;
도 34는 도 33과 유사하고, 지지 재료를 통과하지 않는 다이싱 라인을 도시한 도면이고;
도 35는 톱에 의해 형성된 홈을 갖는 얇은 투명 시트의 사시도이고;
도 36은 만곡된 형상의 홈이 형성된, 도 35의 투명 시트의 단면도이고;
도 37은 채널을 더 형성하기 위하여, 투명 시트의 홈에 끼워맞춰지도록 형성된 리지를 구비한 성형된 기판 부재를 도시하고 있는, 도 36과 유사한 단면도이고;
도 38은 투명 시트의 홈에 끼워맞춰진 리지를 도시하고 있는, 도 37의 성형된 기판의 저면도이고;
도 39는 투명 시트와 짝지워진 성형된 기판과, 상기 시트에 형성된 채널을 도시한 도면이고;
도 40은 도 39와 동일하지만, 성형된 기판 리지 및 투명 시트 홈으로 형성된 채널에 위치한 광 섬유를 도시한 도면이고;
도 41 내지 도 44는 채널형성된 기판에 대한 상이한 실시예의 홈 구성의 단면도이고;
도 45 및 도 46은 도 44와 유사하고, V-홈에 대한 2개의 상이한 정점 각도의 실시예와, 이러한 각도가 전송기 능동형 광 구성요소와 채널 내의 광 섬유 사이의 광 커플링에 어떻게 영향을 미치는지를 나타낸 도면이고;
도 47 및 도 48은 도 44 및 도 46과 유사하고, 투명한 기판 홈의 하부에서의 분산이 광을 전송기 능동형 광 구성요소로부터 채널 내의 광 섬유로 커플링 시키는데 사용되는 일례의 실시예를 도시한 도면이며;
도 49는 전송기 조립체의 일부인 전송기 능동형 광 구성요소와 조합하여 구성된 스택된 통합식 광학 장치를 포함한 일례의 인쇄 회로 기판(PCB) 조립체의 단면도이다.
첨부한 도면에 도시된, 본 발명의 바람직한 실시예가 상세하게 기재되어 있으므로 이를 참조하기 바란다. 가능하다면, 동일하거나 유사한 부재번호 및 기호가 동일하거나 유사한 부품을 인용하도록 도면에 사용되고 있다.
본 발명의 실시예는 다양한 기판에 대한 것이고, 능동형 광 구성요소를 구비한 광 섬유의 어레이를 저가의 광전자 트랜스시버 및 ACAs와 같은 통합식 광학 장치에서 수동으로 정렬하기 위해 기판을 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판을 사용하는 일례의 통합식 광학 장치가 또한 기재되어 있다.
능동형 광 구성요소는 광원의 형태를 취할 수 있고, 예를 들면, 엣지-발광 광원(예를 들면, 패브리-페롯(Fabry-Perot), 분산된 피드백, 링 레이저 등)과 같은 상업적으로 이용가능한 어레이형 반도체 레이저 공급원이나, 또는 수직-공동 표면-발광 레이저(VCSEL : vertical-cavity surface-emitting laser)와 같은 표면-발광 광원을 포함한다. 광을 방사하는 능동형 광 구성요소를 아래에서 "전달기 능동형 광 구성요소"라 하였다. 또한 능동형 광 구성요소는 능동형 광 변조기의 형태를 취할 수 있고, 예를 들면, 공간 광 변조기, 광 위상 변조기, 전자-흡수 변조기, 주입-잠금(injection-locked) 광 변조기, 광 트랜지스터, 프리(free) 캐리어 흡수 변조기, 액상의 크리스탈 변조기 및 반도체 광 증폭기를 포함하며, 아래에서 일반적으로 "광 변조기"라 하였다. 또한 능동형 광 구성요소는 검출기 또는 수신기의 형태를 취할 수 있고, 예를 들면, PIN 포토다이오드와 같은 검출기 어레이를 포함하며, 아래에서 전반적으로 "수신기 능동형 광 구성요소"라 하였다.
아래 기재된 바와 같이, "웨이퍼 규모(wafer scale)"는 개별 부재, 장치 또는 조립체를 복구하도록 다이스된 (반도체 웨이퍼와 같은) 단일 구조체 상에서 다중 부재, 장치 또는 조립체를 만드는데 충분한 크기를 의미한다.
도 1은 상부 표면(12), 하부 표면(14), 그리고 전방 및 후방 단부(16 및 18)를 갖는 일례의 기판 부재(10)의 사시도이다. 데카르트 좌표계가 참조를 위해 도시되어 있으며, X-축선 및 Y-축선이 기판 부재(10)의 평면에 위치하고 Z-축선이 상기 평면 외측에 위치한다. 기판 부재(10)는 실리콘, InP 및 상기 InP 합금, GaAs 및 상기 GaAs 합금, GaN 및 상기 GaN 합금, GaP 및 상기 GaP 합금, 석영, 사파이어, 아연 산화물과 주석 산화물과 인듐 산화물을 포함한 투명한 전도성 산화물, 유리, 세라믹, 플라스틱, 금속 그리고 광전자 및 통합식 광학 장치 분야에 사용하는데 적당한 임의의 여러 치수안정적인 재료와 같은 여러 재료 중에서 적어도 하나의 재료로 만들어질 수 있다.
기판 부재(10)는 상부 표면(12)에 형성된 하나 이상의 홈(30)을 포함한다. 홈(30)은 하부(31)와 측벽(32)을 구비한다. 일 실시예에 있어서, 홈(30)은 도시된 바와 같이 전방 단부(16)로부터 후방 단부(18)까지 뻗어있다. 홈(30)은 광 섬유용 가이드로 사용되기 위한 것이므로, 광 섬유의 직경을 허용하는(예를 들면, 상기 광 섬유의 직경보다 약간 더 큰) 폭과 깊이를 갖도록 형성된다. 홈(30)은 정밀한 소잉(sawing), 등방성이나 이방성 엣칭(예를 들면, RIE(reactive ion etching), 화학적 엣칭 또는 포토-화학적 엣칭) 또는 성형 공정을 포함한 다양한 공정에 의해 형성될 수 있다. 홈(30)(또는 아래 기재된 홈(30'))의 단면 형상은 직사각형 형상이거나, V-형상이거나, 또는 U-형상이거나, 또는 이들 및/또는 여러 형상의 조합으로 형성된 여러 형상일 수 있다. 도시된 바와 같이 기판 부재(10)의 전체 길이방향을 따라서 뻗어있는 것 외에도, 홈(30)은 또한 아래 기재된 바와 같이, 기판 부재 내에서의 여러 위치에서 종결할 수 있다.
기판 홈 제조가 완료된 이후에, 도 2 및　도 3을 살펴보면, 상부 표면(52), 하부 표면(54), 전방 단부(56) 및 후방 단부(58) 그리고 두께(T50)를 갖는 얇은 투명 시트가 기판 부재(10)의 홈이 형성된 상부 표면(12)에 배치된다. 일 실시예에 있어서, 투명 시트(50)가 유리로 만들어진다. 투명 시트(50)가 예를 들면, 점착제, 접착제 또는 에폭시와 같은 고정 재료(62)처럼, 다양한 기술 중 하나의 기술을 사용하여 상부 표면(12)에 고정된다. 예를 들면, 고정 재료(62)는 투명 시트(50)를 기판 부재 상부 표면상에 배치시키기 전에 기판 부재 상부 표면(12)의 부분에 적용되거나 또는 스크린 인쇄 공정을 사용하여 투명한 기판 하부 표면(54)의 선택된 구역에 적용될 수 있다. 기판 부재(10)가 실리콘으로 만들어진다면, 아래 일 실시예에 있어서 양극(anodic) 접합이 투명 시트(50)를 기판 부재 상부 표면(12) 상에 고정하도록 사용된다.
기판 부재(10)가 투명 시트(50)의 열 팽창 계수(CTE : coefficient of thermal expansion)와 매우 유사한 열 팽창 계수를 갖고, 기판이 고온(예를 들면, > 850℃)을 견딜 수 있는 경우에, 이후 다른 일 실시예에 있어서, 투명 시트가 상기 기판에 융합 접합된다. 더욱이 이러한 실시예에 있어서, 융합 접합이 투명 시트(50)에 가해진 부가 하향 압력 하에서 실행된다. 다른 일 실시예에 있어서, 투명 시트(50)가 선택된 위치에서 기판 부재(10)에 레이저 융합된다.
투명한 기판(50)에 대한 일례의 재료가 넓은 범위의 파장 내내 광학적으로 투과할 수 있는 유리이기 때문에, 전도성 접촉부 뿐만 아니라 투명한 전도성 산화물을 지지할 수 있고, 패키징 공정 및 조립 공정과 호환될 수 있으며, 저가 및 제어된 두께로 얇은 시트에서 만들어질 수 있다. 더욱이, 저-CTE 재료의 유리로서, 상기 저-CTE 재료는 GasAs, InP, GaN, GaP 및 이들의 합금처럼, 통합식 광학 장치에 사용된 III-V 광전자 반도체 재료나 또는 실리콘의 CTE와 맞춰지도록 구조적으로(compositionally) 처리될 수 있다(engineered). 더욱이, 유리는 유리 내에서의 빔 전파의 회전을 제한하도록 비교적 큰 굴절율을 갖는다. 아래 기재된 바와 같이, 이러한 구성은 능동형 광 구성요소와 광 섬유 어레이 사이의 허용가능한 간격을 넓힌다. 또한 유리 광학 경계면에서 후방 반사를 감소시키도록 비교적 저 굴절률로 만들어질 수 있다. 투명 시트(50)용으로 선택된 적당한 재료에는 다양한 광학적, 열적, 화학적, 및 기계적 특성에 대한 사파이어 및 석영이 포함된다.
투명 시트(50)에 대한 두께(T50)의 일례의 범위가 다중모드 광 섬유로의 파장(λ = 1.55㎛)의 광의 저 손실 커플링에 대해 대략 75㎛와 대략 125㎛ 사이이다. 일 실시예에 있어서, 투명 시트(50)는 상부 표면(52) 및 하부 표면(54) 중 한 표면이나 양 표면에서 적어도 하나의 비-반사 코팅(도시 생략)을 포함한다. 적어도 하나의 비-반사 코팅은 투명 시트(50)가 기판 부재 상부 표면(12)과 연결되기 전이나 또는 연결된 이후에 적용될 수 있다.
투명 시트(50)와 기판 부재 상부 표면(12)은 조립체를 형성하며, 이 조립체에서 홈(30)과 투명 시트가 채널(66)을 형성하고, 이후 공정을 통해 단일의 하나의 채널형성된 기판으로 처리될 수 있다. 따라서, 투명 시트(50)와 홈이 형성된 기판(10)의 조합품을 아래에서는 "채널형성된 기판(70)"이라 하였다. 홈이 형성된 기판 부재(10)는 투명 시트(50)에 대해 강성의 기계적 지지부로 사용되며, 여러 경우에 있어서 이후 처리 단계를 견디기 위해 가요성 및/또는 취성이 클 수 있다.
도 4를 살펴보면, 전도성 접촉부(80)가 투명 시트(50)의 상부 표면(52)에 부가된다. 전도성 접촉부(80)는 예를 들면, 스크린 인쇄, 전기화학적 도금, 광화학적 에칭 공정이나 또는 여러 알려진 공정을 사용하여 적용된다. 접촉 성형 공정 동안에, 전도성 접촉부(80)가 기판 홈(30)과 정렬되어, 이어서 장착된 능동형 광 구성요소가 홈(30)의 중심과 정렬된다.
전도성 접촉부(80)는 능동형 구성요소와의 전기 접속을 가능하게 한다. 일례의 타입의 전도성 접촉부(80)가 패턴 구성을 갖는 한편으로 다른 일례의 전도성 접촉부가 접촉 패드이거나 상기 접촉 패드를 포함한다. 도 4의 전도성 접촉부(80)는 비교적 협폭의 와이어 섹션에 의해 연결된 2개의 보다 넓은 패드 섹션을 구비하여 도시되어 있다. 일례의 실시예에 있어서, 전도성 패드(80)는 금, 크롬, 주석, 티타늄, 은, 및 인듐 중 어느 하나로 만들어지거나 또는 이들의 조합물과 같은 금속으로 만들어진다. 전도성 접촉부(80)를 통해 광 빔을 전파시키는 것이 요구될 때 유용한 다른 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 접촉부는 아연 산화물, 인듐 산화물 및 주석 산화물과 같은 투명한 전도성 재료로부터 형성된다. 여러 실시예에 있어서, 기판 부재(10)는 두꺼운 필름이나 또는 투명한 전도성 재료의 시트로 만들어지며, 이 경우 기판 부재와 전도성 접촉부(80)는 하나로 합쳐진다. 이러한 구성은 예를 들면, 능동형 구성요소의 모든 공통의 리드를 동일한 전기 접지 평면에서 끝나게 할 필요가 있을 때, 유용하다.
도 5 및 도 6을 살펴보면, 솔더 볼(82)이 전도성 접촉부(80)를 선택하도록 적용된다. 능동형 광 구성요소(100)(예를 들면, VCSEL과 같은 광원, 광역(broad-area) 어레이 검출기와 같은 광검출기, 프리(free) 캐리어 광 변조기와 같은 광 변조기 등) 및 능동형 전자 구성요소(102)(예를 들면, 구동기 칩, 수신기 칩 등)는 이후 솔더 볼(82) 상에 플립-칩 장착된다. 도 5 및 도 6은 채널(66)의 어레이 상에 장착된 하나의 능동형 광 구성요소(100)를 도시하고 있으며, 일반적으로 하나 이상의 능동형 광 구성요소는　동일한 채널형성된 기판(70) 상에 배치될 수 있다. 일례의 실시예에 있어서, VCSEL 어레이 형태인 전송기 능동형 광 구성요소(100)가 한 세트의 채널(66) 상에 위치되는 한편, 검출기 어레이 형태의 수신기 능동형 광 구성요소가 상이한 세트의 채널 상에 위치된다.
능동형 구성요소(100)가 광 변조기의 형태를 취하고, 특히 본래 광 반사식이라기 보다는 그 자체가 광 투과식인 경우에 있어서, 능동형 광 구성요소를 계속 통과하는 광에 대해 실질적으로 투명한 경로를 제공하는 것이 바람직하고, 이 경우 광 빔의 일부를 더욱 사용할 수 있다. 다른 일 실시예에 있어서, 전자 구동기 또는 수신기 칩의 형태로 능동형 전자 구성요소(102)가 또한 채널형성된 기판(70) 상에 작동가능하게 배치된다. 도 6은 능동형 광 구성요소(100) 및 능동형 전자 구성요소(102)의 플립-칩 부착 이후의 채널형성된 기판(70)을 도시한 도면이다. 또한 도 6의 구성을 "통합식 광학 장치(202)"라 한다.
능동형 광 구성요소(100)는 채널형성된 기판(70)의 평면에 평행한 방향으로 광을 방사하거나 수광하는 섬유 어레이, 평탄한 도파관 및 엣지 방사 레이저와 같은 장치를 포함하는 것을 알 수 있다. 이러한 능동형 광 구성요소(100)에 대해, 광 직각-굽힘 구조체 또는 부재(도시 생략)가 이들 장치에 제공되거나 또는 이들 장치에 인접하여 제공된다. 예를 들면, PLC(planar lightwave circuit)의 엣지가 45°의 각도나 또는 대략 45°의 각도로 경사져, 광을 PLC 기판에 명목상 수직으로 나아가게 할 수 있다. 선택적으로, 별도의 직각 미러 구조체가 소잉(sawing)이나 또는 여러 표면 프로파일링 방법으로, 능동형 광 구성요소 부근에 부가되거나 투명한 층의 여러 부분에 형성될 수 있다.
능동형 광 구성요소(100)가 또한 채널형성된 기판(70)에 수직(특히, 투명 시트(50)의 상부 표면(52)에 수직)으로 정위되어, 광이 VCSEL 광원에 유사한 방식으로 투명 시트를 통한 배출 경로에 수직하여 뒤따른다.
도 7을 살펴보면, 이후 처리 단계에 있어서, 도 6의 통합식 광학 장치(202)가 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board)(이후, "PCB 기판(120)")과 같은, 보다 큰 기판(120) 상에 부착되고 플립(flip)된다. PCB 기판(120)은 상부 표면(122)을 구비하고, 상기 상부 표면은 채널형성된 기판이 상기 PCB 기판에 있거나 상기 PCB 기판상에 장착될 때, 선택적으로 구멍이나 또는 리세스(126)를 구비하고, 채널형성된 기판(70) 상의 플립-칩 장착된 능동형 광 구성요소(100) 및 전기 구성요소(102)와의 기계적인 간섭을 방지한다. PCB 기판 상부 표면(122)은 PCB 기판과 통합식 광학 장치(202) 사이에 필요한 다양한 전기 접속을 제공하는 주변 구멍이나 또는 리세스(126) 주위에서 전도성 접촉부(80)와 솔더 볼(82)을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 부착 공정은 또한 PCB 기판(120) 상으로의 보조 또는 지지 칩(150)의 플립-칩 장착 단계를 포함할 수 있다. 이러한 결과는 도 8에 도시된 바와 같은 PCB 조립체(204)이다.
도 9를 살펴보면, 외측 표면(223), 코어(224), 및 벽개된(cleaved)(예를 들면, 레이저-벽개된) 섬유 단부(226)를 각각 구비한 광 섬유로 이루어지고 재킷형성부(221)를 구비한 광 섬유 어레이(220)가 제공되어, 채널형성된 기판(70)의 채널(66)에 삽입된다. 일 실시예에 있어서, 광 섬유 어레이(220)는 리본 섬유 케이블과 같은 광 섬유 케이블을 구성한다. 일 실시예에 있어서, 섬유 단부(226)가 경사져서 경사진 단부면(228)을 가지며, 이 경우 단부-면 각도가 45°나 또는 대략 45°로 형성되거나, 또는 광 성능(예를 들면, 감소된 후방 반사, 다중모드 섬유에서 증가된 밴드폭 등)을 향상시키는 광 섬유 축선(A1)에 대한 여러 각도로 형성될 수 있다. 경사진 섬유 단부(226)의 뾰족한 형상은 채널(66)로의 섬유(222)의 삽입을 용이하게 한다. 일 실시예에 있어서, 채널(66)의 노출된 (개방) 단부가 채널(66)로의 섬유 어레이(220)의 삽입 및 정렬을 더욱 용이하게 하기 위해 플레어(flare) 형상을 취한다.
도 10은 섬유 어레이(220)가 채널(66) 내로 삽입됨으로써 통합된 이후의 PCB 조립체(204)를 도시한 도면이다. 경사진 섬유 단부(226)가 광 구성요소(100)에 정렬될 때까지, 섬유 어레이(220)가 채널(66)로 삽입된다. VCSEL 또는 여러 광원의 형태로 전송기 능동형 광 구성요소(100)에 대해, 일례의 방법으로 능동형 광학 피드백이 섬유 어레이(220)를 정렬시키도록 사용된다. 이러한 정렬 방법은 파워가 광 섬유 어레이의 원단부에서 최대화될 때까지, 능동형 광 구성요소(100)를 기동시키는 단계와, 채널(66) 내의 광 섬유 어레이(220)의 위치를 조정하는 단계를 포함한다. 수신기 능동형 광 구성요소(100)에 대하여, 광이 광 섬유 어레이(220)의 원단부로 발진(launch)되고, 수신기 파워는 섬유 어레이의 위치가 채널(66) 내에서 조정됨에 따라 능동적으로 모니터된다. 다른 일 실시예에 있어서, 채널형성된 기판(70)을 통해 볼 수 있는 구성요소나 기점부를 인식하도록 구성된 비전(vision) 시스템(도시 생략)은 능동형 광 구성요소의 파워를 상승시키는데 부가적인 어려움 없이도 광 섬유 어레이(220)와 능동형 광 구성요소(100)를 정렬시킬 수 있다.
후방 반사 및 에탈론(etalon) 효과는 채널(66)을 형성하는 측벽(32) 및/또는 투명 시트 하부 표면(54)과 광 섬유 외측 표면(223) 사이의 경계면에서 발생할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 이러한 효과는 적어도 하나의 광 섬유 외측 표면(223), 채널 벽(32) 및 투명 시트 하부 표면(54) 상의 비-반사 코팅을 사용해 감소된다. 선택적으로, 이러한 경계면에 인덱스 매칭된(index-matched) 에폭시가 적용되거나 또는 인덱스 매칭된 유체(도시 생략)가 적용된다. 또한 인덱스 매칭된 에폭시가 경계면 구역에서의 섬유 외경의 미미한 변화를 보상하도록 사용된다. 또한 후방 반사는 주어진 파장의 작동에서 투명 시트(50)의 굴절률의 적당한 선택에 의해 감소될 수 있다.
최종 조립 단계로서, 광 섬유(222)가 채널(66) 내에서 이동하지 않도록 섬유 어레이(220)를 기계적으로 억제할 필요가 있다. 도 11은 도 10과 개략적으로 유사하지만, 고정 재료(62)가 (예를 들면, 접합 재료의 글로브(glob)처럼) 기판 단부(18)에서의 섬유 어레이(220) 상에 적용되는 일 실시예를 도시하고 있다. 여러 일례의 해결책으로서, 광 섬유(222)가 PCB 조립체(204)에 대해 고정되도록 섬유 어레이 보호 재킷(221)을 PCB 기판(120)에 크림핑(crimping)하는 단계를 포함한다.
투명 시트 상부 표면(52)에 장착된 전송기 능동형 광 구성요소(100)와 투명 시트 하부 표면(54) 근처에 장착된 광 섬유(222)로부터의 광의 저-손실 커플링을 위하여, 투명 시트(50)의 두께(T50)가 매우 두껍게 되지 않게 하는 것이 가장 바람직하다. 예를 들면, 도 12를 살펴보면, 전송기 능동형 광 구성요소(100)로부터 발진된 광 빔(100L)이 투명 시트(50)를 통과한다. 회절 효과 때문에, 광 빔(100)은 전파됨에 따라 그 직경이 증가한다. 투명 시트(50)가 매우 두껍다면, 광-빔(100L)의 직경은 광 섬유 코어(224)의 직경보다 실질적으로 더 커서, 광 섬유(222)로의 광의 저-효율 커플링을 초래한다. 8㎛ 개구를 갖는 VCSEL 광원을 사용하고 30㎛의 직경을 갖는 코어(224)를 구비한 다중모드 광 섬유(222)로 커플링 시키는 n = 1.45의 굴절률을 갖는 유리로 만들어진 투명 시트(50)에서의 평가 빔 발산은 투명 시트(50)가 λ = 850nm에 대해 대략 250㎛보다 더 크지 않고, λ = 1.55㎛에 대해 대략 130㎛보다 더 크지 않은 두께(T50)를 가질 수 있다는 것을 나타낸다.
더욱이, VCSEL 전송기 능동형 광 구성요소(100)와 섬유 단부(226) 사이 거리의 함수로서, 300 m이하의 짧은 다중모드 광 섬유 회선에 대한 회선 밴드폭 측정은, 공기에서의 분리 거리가 대략 80㎛ 내지 대략 100㎛ 사이일 때, 광 성능이 최상이라는 것을 나타낸다. 이러한 분리 거리는 λ = 1.55㎛에 대해 대략 150㎛의 유리 두께(T50)에 대응한다. 저가의 유리 제조 기술은 유리 투명 시트(50)를 적어도 100㎛의 두께(T50) 이하의 정밀한 두께(예를 들면, ±1㎛)로 성형할 수 있는 융합 인발 공정을 사용한다. 적어도 100㎛의 두께(T50)를 갖는 얇은 유리 투명 시트(50)는 충분한 강성을 가지며, 상대적으로 조정이 용이하다. 따라서, 유리 투명 시트(50)에 대한 예시적인 두께(T50)의 범위는 λ = 850nm로 작동하는 VCSELs의 형태로 능동형 광 구성요소(100)를 사용할 때 대략 200㎛와 대략 250㎛ 사이이고, λ = 1.55㎛로 작동하는 VCSELs에 대해서는 대략 100㎛와 대략 150㎛ 사이이다.
채널형성된 기판 조립체의 웨이퍼-규모의 제조
채널형성된 기판(70)을 제조하기 위한 공정이 보다 큰 (예를 들면, "웨이퍼 규모") 기판 부재(10) 및 투명 시트(50)로 확장되어, 많은 개별 채널형성된 기판(70) 및 통합식 광학 장치(202)가 동일한 기판 부재에 제조될 수 있고 이후 서로 분리(다이싱(dicing))될 수 있다. 보다 큰 기판 부재(10)의 사용은 다양한 처리 단계(예를 들면, 소잉, 전도성 접촉 성형, 칩 부착 및 개별 기판의 다이싱)가 단일 구조체 상에서 평행하게 실행될 수 있기 때문에, 제조 비용을 감소시킨다. 채널형성된 기판(70)의 형상 및 두께가 현 표준 크기의 웨이퍼 및 투명 시트를 모방하도록 선택될 수 있다. 이러한 구성은, 기판 특성(예를 들면, 채널 구조를 갖는 유리)이 공정 설비로 통상적으로 조정되는 기판과 매우 상이할 수 있을지라도, 보다 큰 기판 부재(10)가 현 공정 설비를 변경하지 않고도 사용될 수 있게 한다.
도 13 내지 도 18은 보다 큰 크기의 기판 부재(10)로 확장될 때 채널형성된 기판 조립체(70)뿐만 아니라 통합식 광학 장치(202) 및 PCB 조립체(204)를 형성하기 위한 다양한 예시적인 처리 단계를 도시한 도면이다. 도 13은 톱날(302)을 갖는 톱(300)을 사용하여 홈(30)을 기판 부재(10)에 형성하는 일례의 방법을 나타낸 도면이다. 정밀한 소잉 작동은 형상이 우수하게 제어된 홈(30)을 형성한다. 예를 들면, 세라믹 재료 및 유리 재료에서의 정밀한 V-홈 소잉 작동은 피치 및 깊이가 대략 1㎛ 내로 제어되는 홈(30)을 만들 수 있다. 여러 보다 덜 정밀한 소잉 작동은 보다 유연하게(relax) 하지만 보다 경제적인 비용으로 홈 구조체의 적용가능한 기하학적 제어(예를 들면, 대략 3㎛ 내지 5㎛의 공차 내로)를 가능하게 한다. 이러한 공차는 일반적으로 다중모드 광 섬유(220)에 대한 능동형 광 구성요소(100)의 정렬에 적용된다.
도 14는 홈이 형성된 기판 부재 상부 표면(12) 상에 배치된 투명 시트(50)의 사시도이고, 도 15는 채널형성된 기판(70)을 형성하도록 제 위치에 위치된 투명 시트를 도시한 유사 도면이다. 이러한 단계에 있어서, 일 실시예로서 채널형성된 기판(70)의 전반적인 크기와 형상이 필요한 형상이 되도록 트림가공된다.
도 16은 도 15의 채널형성된 기판(70)의 사시도이지만, 다중 위치에 적용된 전도성 접촉부(80)를 구비한다. 전도성 접촉부(80)를 형성하기 위한 공정(예를 들면, 패드 금속화)이 예를 들면, 전체 채널형성된 기판(70)에 대한 단일의 마스킹 및 패터닝 작동을 사용하여 행해지거나, 또는 상기 채널형성된 기판의 상이한 부분에서의 다중 작동을 사용하여 행해진다. 패드 금속화 또는 패턴화된 투명한 전도성 산화물(또는 PTCO)은 홈(30)이 형성되기 이전에 적용되거나 또는 이후에 적용될 수 있다. 어느 한 경우에 있어서, 정밀한 정렬이 마스크와 기본적인 채널(66) 사이에 이루어져, 광 섬유(222)가 채널에 배치될 때, 상기 광 섬유가 전도성 접촉부(80)에 플립-칩 장착된 능동형 광학 장치(100)와 올바르게 정렬되는 것을 보장한다. 투명 시트(50)의 투명도는 이러한 정렬 공정을 용이하게 한다. 또한 투명 시트(50)는 PCB 조립체(204)의 묻힌 특징부와 표면이 마이크로미터-규모의 공차로 정렬되는 것을 보다 용이하게 보장할 수 있다.
전도성 접촉부(80)가 형성된 이후에, 솔더 볼(82)이 전도성 접촉부 상에 배치된다. 이후, 도 17을 살펴보면, 능동형 광 구성요소(100) 및 관련 능동형 전기 구성요소(102)가 상이한 패드 금속화(또는 PTCO)시 채널형성된 기판(70) 상에 플립-칩 장착된다. 이러한 접근법은 솔더 볼 적용, 플립-칩 장착 및 솔더 리플로우 공정이 웨이퍼 규모에서 실행되기 때문에, 상당한 비용을 감소할 수 있다.
플립-칩 장착 단계 이후에, 도 18을 살펴보면 다이싱 작동이 실행되어 개별 통합된 광 섬유 장치(202)가 분리되어 있다. 통합된 광 섬유 장치(202)가 PCB 기판과 같은 보다 큰 광 서브-조립체(도시 생략)로 선택적으로 장착된다. 섬유 어레이(220)는 이후 개별 채널형성된 기판(70)의 채널(66)로 삽입되어 상기 기재된 바와 같은 통합식 광학 장치(202)를 완성하거나 또는 PCB 조립체(204)를 완성한다(예를 들면, 도 7 참조).
성형된 채널 기판
또한 정밀한 홈(30)은 성형 작동을 사용하여 다양한 기판 재료에 형성될 수 있다. 일례의 실시예에 있어서, 마이크로미터-규모의 위치 정밀도를 갖는 특징부의 V-홈(30)이 성형된 플라스틱 기판 부재(10)에 형성된다. 다른 일 실시예에 있어서, 성형부로의 유리 시트의 고온 가압은 대략 3㎛와 대략 5㎛ 사이의 공차로 크기 및 위치가 변하는 만들어진 홈(30)에 사용된다. 이들 기술은 홈이 형성된 기판 부재(10)를 만들도록 사용될 수 있다.
도 19는 도 1의 기판 부재와 유사한 기판 부재(10)의 사시도이지만, 성형 작동을 통해 형성된 홈(30)을 도시하고 있다. 소잉된 홈(30)과 달리, 성형된 홈은 전방 단부(16) 및 후방 단부(18)로부터 뻗어있기 보다는 기판 부재 내에 단부 벽(34)을 구비하도록 용이하게 만들어질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 단부 벽(34)이 홈(30)을 90°로 종결하는 성형된 정지부에 의해 만들어진다. 따라서 단부 벽(34)은 채널 단부 벽으로 사용되고 광 섬유가 채널(66)로 삽입될 때 섬유 정지부로 작동한다. 다른 일 실시예에 있어서, 성형 작동은 기판 부재 상부 표면(12) 상의 다양한 위치에서 성형된 기점부(350)를 만들며, 이 경우 상기 기점부는 성형된 홈(30)에 대해 정밀하게 정렬된다. 기점부(350)가 예를 들면, 투명 시트(50) 및 이후 전도성 접촉부(80)를 홈(30)에 정렬시키는데 도움이 되도록 사용된다.
도 20은 통합식 광학 장치(202)의 단면도이고, 상기 통합식 광학 장치는 성형된 기판 부재(10)를 구비한 채널형성된 기판(70)을 사용한다. 광 섬유(222)는 섬유 축선(A1)에 대략 수직한 방향으로, 즉, 능동형 광 구성요소(100)에 상향으로, 광 섬유 내외측으로 광을 가이드하는 경사진 섬유 단부(226)를 구비한다. 통합식 광학 장치(202)의 성형 동안에, 섬유 어레이(220)가 상기 기재된 바와 같이 채널(66)로 삽입된다. 그러나, 테이퍼 형성된 섬유 단부(226)가 90°의 단부 벽(34)과 접촉하고 경사진 섬유 단부가 능동형 광 구성요소(100)와 정렬되는 위치에서 끝난다. 90°의 단부 벽(34)이 경사진 섬유 단부면(228)과 접촉하지 않게 되어, 광 섬유(222)에 의해 가이드되고 경사진 섬유 단부면(228) 상에 입사된 광이 TIR(total internal reflection) 행해지고 능동형 광 구성요소(100) 쪽으로 상향 반사되는 것을 보장한다. 최적의 정렬은 광 구성요소(100)와 광 섬유(222) 사이의 최적의 광 커플링에 대응한다.
채널 단부 벽(34)의 각도는 도 21에 도시된 바와 같이 90° 이하의 각도를 지지하도록 조정될 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 일반적인 구성이 경사진 형성된 벽 단부(34)에 대해 고려된다. 제 1 구성에 있어서, 단부 벽(34)의 각도가 도 21에 도시된 바와 같이, 섬유 단부(226)에서 경사면(228) 보다 약간 더 크다. 광 섬유(222)가 채널(66)로 완전히 삽입될 때, 섬유 단부(226)에서의 팁이 그 상부에서 단부 벽(34)과 접촉한다. 도 22에 도시된 제 2 구성에 있어서, 단부 벽(34)의 각도는 섬유 단부(226)에서의 경사면(228)보다 약간 더 작다. 광 섬유(222)가 채널(66)로 완전히 삽입될 때, 섬유 단부(226)에서의 팁이 그 하부에서 단부 벽(34)과 접촉한다.
이러한 경우에 있어서, 경사진 채널 단부 벽(34)은 광 섬유 단부(226)에서 경사면(228)과 직접적인 접촉 없이도, 광 섬유 단부(226)를 능동형 광 구성요소(100) 바로 아래에서 정렬하도록 사용된다. 경사진 단부 벽(34)은 또한 광 섬유 단부(236)를 상향 가압하여 투명 시트(50)의 하부 표면(54)과 확실하게 접촉하도록 작용한다. 이러한 작용은 제어된 거리가 능동형 광 구성요소(100)와 광 섬유(222) 사이에서 유지되는 것을 보장한다. 또한 경사진 채널 단부 벽(34)의 상향 웨징(wedging) 작동에 의해 홈(30)의 깊이가, 배치된 광 섬유(222)의 직경보다 약간 더 크게 되며, 광 섬유 어레이(220)를 채널형성된 기판(70)에 통합하는 공정을 간략화한다. 다른 일 실시예에 있어서, 단부 벽(34)은 섬유 단부면(228)과 대략적으로 평행하도록 경사진다. 이러한 경우에 있어서, 단부 벽(34)은 섬유 코어(224)에 대응하는 위치에서 경미한 리세스를 제공한다. 이러한 리세스는 섬유 단부면(228) 상의 하나의 위치에 작은 공기 갭을 제공함으로써, 섬유(222) 내에서의 광의 총 내부 반사를 가능하게 한다. 일 실시예에 있어서, 단부 벽(34)의 다른 부분은 섬유 단부(228)와 접촉하고 섬유를 투명 시트(50)와 접촉하도록 상향 가압하도록 구성된다.
인발에 의해 성형된 채널형성된 기판
일 실시예에 있어서, 채널형성된 기판(70)은 적당하게 구성된 프리폼을 인발함으로써 성형된다. 도 23은 다수의 채널(384)이 내측에 형성된 원통형, 직사각형 단면의 몸체(382)를 구비한 유리 프리폼(380)의 사시도이다. 프리폼(380)은 반대로 위치된 단부(386 및 388)를 갖는다. 프리폼(380)은 예를 들면, 크기 형성되도록 유리 블럭을 기계가공함으로써 형성되고, 단부(386 및 388) 중 하나의 단부에서의 정밀한 위치에서 유리 블럭에 위치한 구멍을 드릴링함으로써 형성된다. 프리폼(380)은 필수적으로 확대된 채널형성된 기판(70)이다.
전형적인 유리 프리폼은 최종 제품의 형상에 가깝게 맞춰지는 외형으로 제조되지만 몇 배(예를 들면, 10배 내지 1000배) 더 크다. 프리폼은 일반적으로 일 단부에 중지되고(suspend) 유리가 연화될 때까지 가열된다. 프리폼의 자유 단부에 적용된 중력 및/또는 제어된 장력에 의해 유리가 협폭의 스트랜드나 몸체로 늘어나게 된다. 이러한 몸체의 단면은 일반적으로 최초 프리폼의 외형을 유지하지만, 크기가 상당히 더 작다. 이러한 접근법을 사용하여, 인발된 물품의 특정 크기가 서브-마이크로미터 분해능 이하로 제어될 수 있다.
따라서, 도 24를 살펴보면, 유리 프리폼(380)을 사용하는 채널형성된 기판(70)의 성형에 있어서, 프리폼 단부(386)가 유지되고, 자유 단부(388)에서의 유리 프리폼의 적어도 한 부분(390)이 원통형 히터(400)에 배치되고 상기 한 부분(390)에서의 유리가 연화될 때까지 가열된다. 연화된 프리폼 부분(390)에서의 유리가 하향으로 당겨져("인발되어(drawn)"), 프리폼 형상부 및 모든 내부 채널(384)이 보다 작은 외형으로 하향으로 테이퍼진다. 채널(384)의 상대적인 크기 및 위치 그리고 여러 프리폼 치수가 실질적으로 인발 공정 동안에 보존되어, 감소된-크기의 채널형성된 로드(410)가 형성된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 채널형성된 로드(410)가 이후 채널(66)을 갖는 다수의 채널형성된 기판(70)으로 절결된다. 도 25의 채널형성된 기판(70)이 유리로 만들어지기 때문에, 중요 파장(예를 들면, 880nm 및 1550nm의 전기통신 파장)으로 투과하고, 이에 따라 기판 표면과 내부 채널 사이의 광 통신이 가능하다. 상기 기재된 투명 시트(50)와 기판 부재(10)로부터 형성된 채널형성된 기판의 실시예에 있어서, 도 25의 단일의 채널형성된 기판(70)의 상부 표면이 부재번호 52로 지시되고 하부 표면이 부재번호 14로 지시된다.
도 25의 채널형성된 기판(70) 상에서의 이후 처리 단계는 도 26에 도시된 바와 같은 채널형성된 기판 하부 표면(14) 상의 전도성 접촉부(80)를 형성한다. 능동형 광 구성요소(100) 및 능동형 전기 구성요소(102)의 플립-칩 부착이 이후 도 27에서 도시되어 있는 대응하는 통합식 광학 장치(202)의 최종 형성으로 실행된다. 상기 기재되고 도 28에 도시된 바와 같이, 경사진 섬유 단부(230)를 갖는 섬유(22)의 섬유 어레이(220)가 이후 채널(66)로 삽입되고 능동형 광 구성요소(100)와 정렬된다.
선택적인 조립 순서로서, 채널형성된 로드(410)가 보다 긴 길이로 절결되어, 상기 기재된 "웨이퍼 규모"의 제조 방법의 방식으로 많은 채널형성된 기판(70)이 한 개의 상당히 긴 로드로부터 만들어질 수 있다. 상기 기재된 조립체 공정에 이어서, 패드 금속화, 구성요소의 솔더 볼 부착 및 플립-칩 부착이 채널형성된 로드(410)를 다중 통합식 광학 장치(202)를 사용해 형성하도록 보다 큰 "채널형성된 기판(70)"상의 상이한 위치에서 행해진다. 플립-칩 부착에 이어서, 채널형성된 로드(410)가 이후 개별 통합식 광학 장치(202)를 형성하도록 다이싱되고, 이후 선택적으로 상기 기재된 바와 같은 보다 큰 광 서브-조립체에 통합될 수 있다. 채널형성된 로드(410) 상의 하나 이상의 표면의 정밀한 폴리싱과 같은 여러 작동이 또한 실행될 수 있다.
양 면에 장착된 능동형 광 구성요소를 구비하고 투명하며 채널형성된 기판
여러 경우에 있어서, 능동형 광 구성요소(100) 및 전기 구성요소(102)는 채널형성된 기판 부재(70)의 양면에 장착된다. 예를 들면, VCSEL과 같은 전송기 능동형 광 구성요소(100)에 대해, 광 아웃풋 파워는 전송기의 라이프타임 내내 수신기 능동형 광 구성요소로 모니터될 필요가 있다. 일 실시예에 있어서, 광학적으로 투명한 채널형성된 기판(70)은 전송기 능동형 광 구성요소에 대략 반대로 수신기 능동형 광 구성요소(100)를 플립-칩 장착하도록 사용된다.
도 29는 경사면(228)을 갖는, 광 섬유(222) 및 상기 광 섬유의 섬유 단부(226)의 확대도로서, 상기 경사면은 광 섬유 코어(224)와 이 근처 광검출기 능동형 광 구성요소(100) 사이의 광 빔(100L)으로부터 광을 분할하도록 사용되는 상부 및 하부 벽개면(228U 및 228L)을 갖는다. 하부면(228L)은 비교적 예각(steep angle)(도 29에서의 수평방향에 대해)으로 형성되어, 광 섬유 단부(226) 아래 배치된 VCSEL 능동형 광 구성요소(100)로부터의 광(100L)이 섬유 코어(224)로 전반적으로 내측으로 반사된다. 상부면(228U)이 보다 작은(shallow) 각도로 형성되어, 광(100L)의 일부가 이러한 면을 통하여 그리고 광 섬유 단부(226) 상에 배치된 수신기 능동형 광 구성요소(100) 상에 굴절된다.
도 30에 도시된 일 실시예에 있어서, 이중-면의 섬유(222)의 어레이(220)가 채널형성된 기판(70)의 채널(66)로 삽입된다. 광 섬유 어레이(220)의 광 섬유(222)의 섬유 단부(226)가 전송기 능동형 광 구성요소(100)의 대응하는 어레이 상에 그리고 수신기 능동형 광 구성요소의 제 2 어레이 아래에 직접적으로 위치된다. 전송기 능동형 광 구성요소(100)의 어레이로부터의 광(100L)이 각각의 섬유 단부(226)로 나아가는 상태에서, 상기 광의 일부가 광 섬유 코어(224)로 반사되고 상기 광의 일부가 수신기 능동형 광 구성요소(100) 쪽으로 굴절된다.
모든 능동형 광 구성요소(100)가 채널형성된 기판의 한 면에 플립-칩 장착된 경우처럼, 상기 채널형성된 기판(70)에 대한 여러 경우가 본 발명에서 고려된다. 예를 들면, 이러한 하나의 경우에 있어서, 전송기 능동형 광 구성요소(100)로부터 방사된 광(100L)의 일부가 채널형성된 기판(70)의 일부를 통해 전파하고, 이후 전송기 능동형 광 구성요소 장치에 인접하여 장착된 수신기 능동형 광 구성요소로 나아가기 전에 하나 이상의 내부 또는 외부 표면(또는 기계가공된 면)에서 반사하게 된다.
광 감쇠
VCSEL-기반의 전송기 형태의 광원과 같은, 특정 전송기 능동형 광 구성요소(100)에 대하여, 종종 광 아웃풋의 고 파워 레벨에서 상기 구성요소를 작동시키는 것이 바람직하다. 눈의 안전 조건은 광 회선(optical link)에서 실행된 최대 광 파워에서의 한계치를 정하기 때문에, 때때로 광 섬유(222)로 발진되는 광 파워를 감쇠할 필요가 있다. 일 실시예에 있어서, 능동형 광 구성요소(100)와 광 섬유(222) 사이의 공지된 광 감쇠를 제공함으로써 광 파워가 제어되거나, 또는 상기 광 섬유를 위치시킴으로써(즉, 선택적으로 정렬시킴으로써) 광 파워가 제어되어, 상기 광 섬유가 상기 능동형 광 구성요소에 의해 아웃풋된 광의 부분을 단지 캡쳐한다.
기판 부재(10), 투명 시트(50) 및 프리폼(380) 모두가 저-손실 광학 유리로 만들어지는 한편, 이들(10, 50, 380)은 또한 도프된 유리로 만들어질 수 있는데, 이 경우 도판트는 바람직하게는 CTE, 열 전도성 및 전기 전도성과 같은 여러 관련 유리 특성을 실질적으로 변경하지 않으면서 유리의 광 흡수 특성을 변경하는 다량의 유리에 부가된다. 일 실시예에 있어서, 기판 부재(10), 투명 시트(50) 및/또는 프리폼(380)이 도프된 다양한 유리 중 하나의 유리를 사용해 제조되어 주어진 경우에 대해 필요한 광 감쇠를 달성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 선택된 두께(T50)의 투명 시트가 광 섬유(222)와 능동형 광 구성요소(100) 사이의 삽입 손실의 제어 양을 안내할 수 있는 대응하는 필요 감쇠를 갖는다. 이러한 접근법의 하나의 중요한 점은 광 빔(100L)이 투명 시트(50)를 통해 이동하면서 발산함에 따라, 인접한 광 섬유(222)와의 실질적인 광 혼선이 있는지에 대한 여부이다. 광 섬유(222)의 어레이(220)가 127㎛의 피치나 또는 250㎛의 피치로 통상적으로 배치되어, 하나의 능동형 광 구성요소(100)로부터의 발산 광 빔(100L)이 상기 값의 대략 절반으로 측방향으로 퍼지는 것이 최상이다. 8㎛ 직경 VCSEL로써 발생되고 파장 λ = 850nm의 광 빔(100L)에 대해, 보존 값으로서 62.5㎛ 측방향 퍼짐(즉, 125㎛ 빔 직경)을 취하여, 광 빔은 대략 1.4 mm의 유리를 통해 전파한 이후에 125㎛로 퍼질 것이다. 1.4 mm 유리 두께에서의 30㎛ 직경 다중모드 광 섬유(222)로의 커플링과 관련된 추정 삽입 손실은 대략 10 dB이다.
파장 λ = 1.55㎛ 및 8㎛ 직경 VCSEL에 대하여, 광 빔(100L)은 대략 0.75 mm의 유리를 통해 전파한 이후에 125㎛로 퍼질 것이다. 또한 0.75 mm 유리 두께에서의 30㎛ 직경 다중모드 섬유(222)로의 커플링과 관련된 추정 삽입 손실은 대략 10 dB이다.
따라서, 통상적으로 사용된 파장(λ = 1.55㎛ 및 λ = 850nm)에 대하여, 광 섬유(222) 사이에 상당한 시그널 혼선을 유도하지 않고도 상당한 시그널 감쇠를 유도할 수 있다. 시그널 혼선이 계속 염려된다면, 기판 채널(66)의 피치가 250㎛ 또는 500㎛와 같은 값보다 더 크게 증가될 수 있다. 채널형성된 기판(70) 내에서의 부가적인 반사로부터의 예기치 않은 혼선을 구별하거나 상기 혼선을 감소시키기 위하여, 일 실시예에 있어서 비반사 코팅, 흡수성 코팅 또는 분산 표면 처리 중 어느 하나가 홈이 형성된 기판(홈이 형성된 기판이 불투명할 때)이나 또는 채널형성된 기판 마주한 면(홈이 형성된 기판 또는 인발된 채널형성된 기판이 투명할 때)에 적용된다.
얇은 유리 시트 상의 채널과 여러 특징부
채널형성된 기판(70)을 제조하기 위한 다른 일 실시예에 있어서, 약간 더 두꺼운 투명 시트(50)(예를 들면, 0.7 mm 내지 대략 1.1 mm)가 처리공정 동안에 투명 시트의 기계적인 안정성을 증가시키는데 사용된다. 더욱이, 투명 시트(50)가 도 31에 도시된 바와 같이, 평행한 홈(30')의 어레이를 상부 표면(52)에 형성하기 위하여, 기판 부재(10)와 연결되는 상기 기재된 바와 같은 방식이나 이와 유사한 방식으로 처리된다. 하나의 접근법으로서, 홈(30')은 예를 들면, 홈(30)을 상기 기재된 바와 같은 기판(10)에 형성하는데 사용되는 정밀한 소잉에 의해 투명 시트(50)에 형성된다. 홈(30')이 형성되어 홈 하부(31')와 하부 표면(54) 사이의 얇은 구역(17)이 형성된다. 본 발명의 실시예에 있어서, 기판 부재(10)에 홈이 형성되지 않아, 홈(30') 및 기판 상부 표면(12)에 채널(66')이 형성된다. 기판 부재(10)에 또한 홈이 형성되는 실시예가 아래 기재되어 있다.
채널형성된 투명 시트(50)가 채널형성된 기판(70)을 형성하기 위해 채널형성되지 않은 기판 부재(10)와 결합된 이후에, 투명 시트 하부 표면(54)에 장착되는 능동형 광 구성요소(100)와, 채널(66')에 위치된 광 섬유 단부(226) 사이에 손실 커플링이 요구된다. 얇아진 구역(17)의 두께는, 표면적으로는 능동형 광 구성요소(100)의 파장(λ) 및 여러 광 특성, 뿐만 아니라 (다중모드) 광 섬유 코어(224)의 직경에 따라, 겨우 대략 150㎛ 내지 250㎛일 수 있다. 최종 투명 시트(50)는 약간의 기계적인 변형의 영향을 받아 얇아진 구역(17)에서 파손되기 쉽다. 예를 들면, 투명 시트의 파손 없이 다이싱에 통상적으로 사용된 압력-민감성 백킹(backing) 시트(도시 생략)로부터 홈 형성된 투명 시트(50)를 제거하기가 일반적으로 어렵다.
얇아진 구역(17)에서 파손되는 투명 시트(50)의 경향을 완화시키기 위하여, 일 실시예에 있어서, 얇은 구역은 도 32에 도시된 바와 같이, 에폭시, 접착 재료 또는 접착제와 같은, 적은 양의 지지 재료(450)를 홈(30')의 선택된 부분에 적용함으로써 강화된다. 지지 재료(450)가 바람직하게는 투명 시트 상부 표면으로부터 가해질 때 홈(30')으로 하향 유동하도록 충분히 얇지만, 홈에 따른 유동을 견디도록 충분히 두껍다. 일 실시예에 있어서, 지지 재료(450)는 미국 뉴욕 코닝에 위치한 Corning, Inc.가 판매하는 Corning MCA-xx 패밀리의 충전된 CTE-맞춰진 열 경화 에폭시를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 지지 재료(450)가 투명 시트(50)의 상부 (홈형성된) 표면(52)에 적용되는 한편, 압력 민감성 접착제 백킹(도시 생략)에 계속 부착된다. 이러한 구성에 의해 투명 시트(50)가 이후 처리 단계 동안에 백킹 제거 및 조정을 견디도록 충분히 보강될 수 있다. 지지 재료(450)의 유동이 바람직하게는 스크린 인쇄, 자동 주사기 분배 또는 여러 마스킹 방법이나 또는 분배 방법을 사용해 특정 홈 위치로 한정된다. 이러한 접근법에 의해 많은 부품이 동일한 투명 시트(50)에서 제조될 수 있어, 총 부품 비용을 감소시킨다. 일 실시예에 있어서, 부가 접착제 폴리싱 및/또는 랩핑 단계가, 도 33에 도시된 바와 같이, 지지 재료(450)를 평탄화하도록 사용되고 이로서 상기 지지 재료가 투명 시트 상부 표면(52) 상에서 상승하지 않는다.
보다 큰, 홈 형성된 투명 시트(50)가 어떻게 개별 투명 시트로 나누어지는가에 대한 일례를 나타내기 위해, 다이싱 라인(460)이 또한 도 33에 도시되어 있다. 다이싱 작동이 투명 시트(50)에 바로 실행될 수 있거나 또는 기판 부재(10)가 투명 시트에 부착되어 채널형성된 기판(70)을 형성한 이후에 지연될 수 있다. 기판 부재(10)가 투명 시트(50)에 부착될 때, 얇은 구역(17)을 기계적으로 강화시킨다. 따라서, 다이싱 작동이 예를 들면, 도 34에 도시된 다이싱 라인(460)을 따라서 다이싱 이후에 채널을 노출시키는 방식으로 행해질 수 있다. 이는 도 7 내지 도 11에 도시된 단계와 유사한 이후 공정이 일 실시예의 통합식 광학 장치(202)에서 행해질 수 있게 한다.
다이싱 전에 기판 부재(10)를 홈 형성된 투명 시트(50)에 부착하는 것이 충분한 보강을 제공한다면, 이후 상기 기재된 홈 보강 단계를 생략할 수 있다. 그러나, 이들 구역이 과도하게 기계적으로 하중을 받지 않는다는 것을 보장하도록 이후 패드 금속화 및 플립-칩 부착 동안에 얇은 구역(17)에 주의할 필요가 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 홈(30')이 투명 시트(50)의 후방 단부(58)와 전방 단부(56) 사이에서 뻗어있지 않다. 이와 달리, 도 35에 도시된 바와 같이, 보다 짧은 홈(30')이 하나 이상의 위치, 예를 들면 투명 시트의 중심 근처에서 투명 시트 상부 표면(52)으로 예를 들면, 소잉함으로써 형성된다. 이러한 접근법은 대략 0.7 mm 내지 1.1 mm의 두께를 갖는 상기 언급된 보다 두꺼운 투명 시트(50)에서 바람직하게 행해져, 다음 공정 동안에도 톱에 의해 제거되지 않은 투명 시트의 일부가 투명 시트를 충분히 기계적으로 지지한다.
도 36은 폭이 10 mm이고, 직경이 50 mm인 톱날(302)을 사용하여, 플런지-소잉된 0.7 mm 두께의 투명 시트(50)를 개략적으로 도시한 도면이다. 얇은 구역(17)의 두께가 대략 0.2 mm일 때까지 톱날(302)이 낮춰진다. 이러한 깊이에서, 톱날(302)은 전방 단부(56) 및 후방 단부(58)에서 투명 시트(50)의 상부 표면(52)과 단지 접촉한다.
일 실시예에 있어서, 성형된 기판 부재(10)는 도 37에 도시된 바와 같이, 플런지-소잉 작동에 의해 형성된 홈(30')에 끼워맞춰지도록 구성된 리지(470)를 포함하고 광 섬유 어레이(220)를 적당한 위치로 가이드하기 위한 채널(66)을 더 형성하도록 사용된다. 리지(470)는, 채널(66)로의 광 섬유 어레이(220)의 삽입을 간단하게 하기 위하여, 경사진 섬유 정지부(472) 및 확대된 (예를 들면, 플레어 형상의) 섬유 입구(474)를 포함한다.
도 38은 도 37의 성형된 기판 부재(10)의 저면도로서, 유리 기판의 플런지-소잉된 홈(30')에 끼워맞춰진 상승된 리즈(470)가 상기 도면에 도시되어 있다. 섬유 어레이 삽입 이전의 투명 시트(50) 및 성형된 기판 부재(10)의 조립된 단면이　도 39에 도시되어 있다. 성형된 기판 부재(10) 및 투명 시트(50)가 (예를 들면, 접착제를 사용하여) 연결된 이후에, 광 섬유 어레이(220)가 도 40에 도시된 바와 같이, 채널(66)로 삽입하게 된다. 경사진 섬유 정지부(472)는 경사진 섬유 단부(226)가 옳바른 위치에 위치되고 투명 시트(50)와 강제로 접촉하게 되는 것을 보장한다.
상기 기재된 많은 제조 기술이 기판 부재(10)나 또는 투명 시트(50) 중 어느 하나로부터의 재료를 제거하는 것을 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 재료가 기판(10) 및 투명 시트(50)로부터 제거되어, 홈(30 및 30')에 의해 형성된 채널(66)을 형성한다.
도 41 내지 도 44는 기판 부재(10) 및 투명 시트(50)에 대한 일례의 구성을 나타낸 도면이다. 도 41은 기판(10)에서 재료만이 제거됨으로써 형성된 채널(66)을 나타낸 도면이다. 도 42에는 투명 시트 홈 내에 끼워맞춰지는 리지(11)를 구비한 성형된 기판 부재(10)와 조합하여, 투명 시트(50)로부터 재료만을 제거함으로써 형성된 채널(66)이 도시되어 있다. 도 43은 기판(10) 및 투명 시트(50)로부터 재료의 제거에 의해 형성된 채널(66)을 도시한 도면이다. 도 44는 홈(30')이 V-형상인 것을 제외하고는, 도 43과 유사한 도면이다.
V-형상의 채널(66)은, "V"의 정점이 정확한 위치결정을 가능하게 하기 때문에, 광 섬유 정렬을 위한 바람직한 선택이다. 그러나, V-형상의 채널(66)은 또한 광 섬유(220)의 경사진 단부(236) 내외측으로의 효율적인 광 커플링을 위한 관련부(implication)를 구비한다. 도 45 및 도 46은 채널(66)에 대한 2개의 상이한 V-형상의 구성의 2개의 상이한 단면도이며, 이 도면에서 V-형상의 채널(66)이 일례로써 기판 부재(10)의 평탄한 상부 표면(12)과 V-형상의 홈(30')에 의해 형성된다. 홈(30')의 "V" 부는 정점 각도(θ)를 갖는다. 전송기 능동형 광 구성요소(100)가 투명 시트(50)의 하부 표면(52)에 인접한 광 섬유(222) 바로 위에 위치된다(상부 표면에 홈이 형성되기 때문에, 하부 표면(54)이 채널형성된 기판(70)의 상부에 위치함을 알 수 있음). 전송기 능동형 광 구성요소(100)로부터의 광이 얇은 구역(17)을 통해 하향 전파하고 광 섬유(222) 바로 위의 경사진 V-홈 측벽(32)을 비춘다.
V-홈 측벽(32)의 정위에 의해 전송기 능동형 광 구성요소(100)로부터의 광 빔(100L)은 상기 광 빔이 V-홈을 통과함에 따라 분기하게 된다. 이러한 발산은 광 빔(100L)을 측방향으로 넓혀서, 광 빔의 일부가 광 섬유 코어(224)에 이르지 못한다. 광 빔(100L)의 발산 양은 정점 각도(θ)에 따라 결정된다. 도 45에 있어서, V-홈(30')은 비교적 작은 정점 각도(θ)를 가져서 광 빔(100L)이 비교적 큰 입사각으로 V-홈 측벽(32)을 비춘다. 이러한 구성은 스넬(Snell)의 법칙을 통해 보다 고 입사각 조차에서도 굴절을 야기시킨다. V-홈 정점 각도(θ)가 작기 때문에, 광 섬유 외측 표면(223)과 광이 입사되는 V-홈 측벽(32) 부분 사이의 거리가 크다. 보다 긴 거리는, 광 빔(100L)이 더욱 분기할 기회를 가져, 적어도 광 빔의 일부가 광 섬유 코어(224)에 진입하지 않는 가능성을 증대시킨다는 것을 의미한다.
도 46에 있어서, V-홈(30')은 도 44에 도시된 것보다 더 큰 정점 각도(θ)를 갖는다. 이러한 구성은 V-홈 측벽(32)을 통과하는 광의 입사각을 감소시켜서, 도 44의 구성과 비교된 광 빔 발산율을 감소시킨다. V-홈 정점 각도(θ)가 도 44에 도시된 것보다 더 크기 때문에, 광 빔(100L)이 입사되는 V-홈 측벽(32) 부분과 광 섬유 외측 표면(223) 사이의 거리가 감소된다. 이러한 보다 작은 거리는, 광 빔(100L)이 보다 적은 분기 가능성을 가지며, 광 빔의 적어도 일부가 광 섬유 코어(224)에 진입하지 않는다는 것과 같은 가능성을 감소시키는 것을 의미한다.
유사한 광 빔 발산 상황은, 광 빔(100L)이 경사진 섬유 단부(226)로부터 투명한 기판(50)의 하부 표면(54)에 인접하여 장착된 수신기 능동형 광 구성요소(100)로 상향으로 발진될 때, 발생한다. V-홈 정점 각도(θ)는 빔 발산을 수정하는데 사용되고, 보다 큰 V-홈 정점 각도(θ)는 이러한 외형에 대해 빔 발산을 최소화하는데 바람직하다.
일 실시예에 있어서, 광 빔(100L)의 발산이 제어되어 다중모드 광 섬유 회선에서의 회선 밴드폭을 최대화한다. 다중모드 광 섬유에서의 모달(modal) 분산이 한정된 세트의 가이드 모드나 또는 가이드-모드 그룹을 바람직하게 여기시킴으로써 감소될 수 있다. 특히, 보다 고차의(higher-order) 가이드 모드의 여기(excitation)가 광 섬유 축선(A1)에 대한 고 각도에서 광을 다중모드 광 섬유 코어(224)로 발진시킴으로써 달성될 수 있다. 발진 각도가 광 섬유의 절결 각도 보다 더 작은 경우에, 광은 제한된 수의 고차의 모드로 광 섬유 내에서 가이드되어, 모달 분산이 감소하게 되고 보다 긴 회선에 대한 회선 밴드폭을 증가시키게 된다(예를 들면, > 200 m).
일 실시예에 있어서, 광 빔(100L)으로부터의 광이 도 43에 도시된 V-홈 형성된 홈(30')을 사용하여, 보다 큰 각도로 광 섬유 코어(224)로 바람직하게 발진된다. V-홈 정점 각도(θ)는 고-각도 발진 조건을 강화시키도록 조정된다. 여러 경우에 있어서, 광 빔(100L)의 큰 발산 부가 광 섬유 코어(224)의 외측에 보다 더 낮아지기(fall) 때문에, 투명 시트 두께(T50)를 감소시킬 필요가 있다.
일 실시예에 있어서, 홈(30')의 V-구성은 광 회선의 수신기 단부에서 사용되며, 이 경우 V-홈(30')과 관련된 광 빔(100L)의 발산은 각도 필터로 사용되고 단지 고차의 모드 광이 되어 광검출기(도시 생략)로 전파 및 도달할 수 있다. 경사면(228)에 도달하기 전에 광 섬유 축선(A)에 대충 평행하게 전파하는 저차(low order)-모드의 광이 경사진 V-홈 측벽 표면에 의해 플립-칩 장착된 수신기 능동형 광 구성요소(100) 이외의 위치를 향하게 된다.
다른 일 실시예에 있어서, 광 빔(100L)으로부터의 광은, 전송기 능동형 광 구성요소(100)와 광 섬유(222) 사이에 개재된 분산 표면을 사용함으로써, 광 섬유(222)의 보다 고차의 모드로 발진된다. 홈(30')이 톱의 사용에 의해 형성될 때, 그 하부 표면(31')은 톱날(302)에서의 변화 때문에 상이한 정도의 거칠기를 갖는다. 도 47 및 도 48은 과장된 하부 거친 표면(31')을 도시한 도면이다. 광 빔(100L)이 전송기 능동형 광학 소자(100)에 의해 발진될 때, 거친 표면(31')을 비추고 초기 광 빔 전파 방향에 대한 산란 각도(φ)의 범위 내내 산란한다. 광 빔(100L)의 큰 부분이 적당한 산란 각도(φ)로 산란되면, 산란된 부분이 보다 고차 모드의 광 섬유(222)를 여기시켜, 회선 밴드폭 성능을 향상시킨다.
일 실시예에 있어서, 홈 하부 표면(31')의 거칠기가 톱날(302)용 재료를 교체시킴으로써 그리고 절결 전에 블레이드 표면을 처리하거나 드레싱 함으로써 변경된다. 일 실시예에 있어서, 볼록한 프로파일이나 오목한 프로파일과 같은, 복잡한 톱날 프로파일이 발진 조건 및 산란 각도(φ)를 더욱 강화하도록 사용된다.
상기 기재된 실시예는 2차원 채널형성된 기판 구성으로 확장 가능하다. 도 49는 예시적인 PCB 조립체(204)의 단면도로서, 상기 PCB 조립체는 전송기 조립체(512)의 부품인 전송기 능동형 광 구성요소(100)와 조합하여 구성된 2차원 ("스택된") 통합식 광학 장치(202)를 포함한다. 전송기 조립체(512)는 인접한 채널형성된 기판(70)과 전기 접속되는 솔더 볼(82)과 전도성 접촉부(80)를 포함하며, 상기 기판은 또한 전도성 접촉부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 다중 홈 형성된 투명 시트(50)(또는 채널형성된 기판(70))는 2차원 광 섬유 어레이(220)를 하나 이상의 플립-칩 장착된 기판 조립체 상의 2차원 어레이의 능동형 광 구성요소(100)에 정렬시키도록 스택되고 사용된다. 홈이 형성된 기판(70)의 한 면이나 또는 양면에 홈(30)이 형성될 수 있고, 필요한 경우에 얇은 유리 시트(50)로 스택되고 커버된다. 렌즈(520)와 같은 렌즈가, 선택적으로 섬유-대-능동형 장치 상호연결부에서 증가된 빔 회절을 보상하도록, 광 경로를 따라서 포함된다. 도 49는 최상의 채널형성된 기판(70)과 관련된 렌즈(520)를 도시한 도면이다. 렌즈(520)는 또한 광(100L)을 하부 채널형성된 기판(70)의 광 섬유(222)로 커플링 시키는데 사용될 수 있다. 렌즈(520)는 마이크로-성형을 통해 또는 레이저 성형을 통해 형성될 수 있다. 렌즈(520)는 회절 격자 구조를 또한 포함할 수 있다. 다양한 스택된 섬유 어레이 평면에서의 렌즈(520)의 촛점 길이가 개별 섬유 어레이에 대한 광 커플링 성능을 최적화하도록 바람직하게 만들어진다.
본 명세서에 개시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 다양한 수정이 첨부된 청구범위로 정의된 바와 같은 본 발명의 범주 또는 범위 내에서 이루어질 수 있음을 당업자라면 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범주 내에서 본 발명에 대한 변경 및 수정을 포함한다는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 하나 이상의 광 섬유 및 적어도 하나의 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판으로서,
    하나 이상의 홈이 형성된 상부 표면을 구비하는 기판 부재; 및
    상기 하나 이상의 홈과 조합하여, 하나 이상의 채널을 형성하는 기판 부재 상부 표면에 고정된 투면 시트를 포함하고,
    상기 채널 각각은 상기 능동형 광 구성요소와 상기 하나 이상의 광 섬유 사이의 투명 시트를 통한 광 통신을 가능하게 하기 위하여, 상기 하나 이상의 광 섬유 중 하나의 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성되는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 시트는 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기판 부재는 실리콘, InP 및 상기 Inp의 합금, GaAs 및 상기 GaAs의 합금, GaN 및 GaN의 합금, GaP 및 상기 GaP의 합금, 석영, 사파이어, 아연 산화물과 주석 산화물과 인듐 산화물을 포함한 투명한 전도성 산화물, 유리, 세라믹, 플라스틱 그리고 금속을 포함한 재료의 그룹 중에서 선택된 적어도 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 시트는 상기 하나 이상의 채널을 더 형성하기 위하여 하나 이상의 기판 부재 홈과 정렬된 하나 이상의 홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 시트의 상기 하나 이상의 홈은 직사각형 형상의 단면, V-형상의 단면 및 U-형상의 단면 중 한 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판.
  6. 통합식 광학 장치로서,
    청구항 1에 기재된 채널형성된 기판;
    투명한 기판층의 상부 표면에 형성된 전도성 접촉부;
    상기 전도성 접촉부와 전기 접속되도록 작동가능하게 배치된 적어도 하나의 능동형 광 구성요소; 및
    대응하는 하나 이상의 채널에 배치된 하나 이상의 광 섬유를 포함하고,
    상기 하나 이상의 광 섬유는, 광이 상기 하나 이상의 광 섬유와 상기 적어도 하나의 능동형 광 구성요소 사이에서 이동할 수 있도록 구성되고 위치된 각각의 경사진 단부를 구비하는 통합식 광학 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 적어도 하나의 능동형 광 구성요소는 광 전송기, 광 변조기 및 광 검출기 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    인쇄 회로 기판(PCB) 기판을 더 포함하고, 상기 채널형성된 기판은 상기 PCB 기판에 또는 그 상부에 작동가능하게 배치된 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 하나 이상의 광 섬유는 제 1 베벨 및 제 2 베벨을 포함한 경사진 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치.
  10. 하나 이상의 광 섬유와 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판으로서,
    평탄한 상부 표면을 갖는 기판 부재; 및
    평탄한 기판 상부 표면과 조합하여, 하나 이상의 채널을 형성하도록 기판 상부 표면에 고정되고 하나 이상의 홈이 형성된 투명 시트를 포함하고,
    상기 채널 각각은 능동형 광 구성요소와 하나 이상의 광 섬유 사이의 상기 투명 시트를 통한 광 통신을 가능하게 하기 위하여, 상기 하나 이상의 광 섬유 중 하나의 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성되는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 투명 시트는 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판.
  12. 통합식 광학 장치로서,
    청구항 10에 기재된 채널형성된 기판;
    투명 시트의 상부 표면에 형성된 전도성 접촉부;
    상기 전도성 접촉부에 작동가능하게 배치된 적어도 하나의 능동형 광 구성요소; 및
    대응하는 하나 이상의 채널에 배치된 하나 이상의 광 섬유를 포함하고,
    상기 하나 이상의 광 섬유는, 광이 상기 하나 이상의 광 섬유와 상기 적어도 하나의 능동형 광 구성요소 사이를 이동할 수 있도록 구성되고 위치된 각각의 경사진 단부를 갖는 통합식 광학 장치.
  13. 하나 이상의 광 섬유와 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판의 형성 방법으로서,
    a) 상부 표면을 갖는 기판 부재를 제공하는 단계;
    b) 마주한 표면을 갖는 투명 시트를 제공하는 단계;
    c) 상기 투명 시트의 표면 중 하나의 시트 표면에 하나 이상의 홈을 형성하는 단계; 및
    d) 하나 이상의 채널을 형성하도록 기판 부재 상부 표면과 홈이 형성된 투명 시트 표면을 연관시키는 단계를 포함하고,
    상기 채널 각각은 상기 능동형 광 구성요소와 상기 하나 이상의 광 섬유 사이의 상기 투명 시트를 통한 광 통신을 가능하게 하기 위하여, 상기 하나 이상의 광 섬유 중 하나의 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성된 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판의 형성 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 투명 시트의 표면 중 하나의 표면을 톱으로써 절결시킴으로써 상기 하나 이상의 홈을 상기 투명 시트에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판의 형성 방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 d) 단계에서 상기 투명 시트의 홈이 형성된 표면을 상기 기판 상부 표면과 연관시킬 때, 상기 하나 이상의 채널을 더 형성하도록 소잉된 홈과 형상 대응되는 하나 이상의 리지를 구비하도록 상기 기판 부재 상부 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판의 형성 방법.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 b) 단계에 있어서, 웨이퍼-규모-크기로 형성된 시트로 투명 시트를 제공하는 단계;
    상기 홈이 형성된 투명 시트용 기계적 지지부를 제공하기 위하여 상기 홈이 형성된 투명 시트 표면에 지지 재료를 배치하는 단계;
    다수의 홈이 형성된 투명 시트를 제공하기 위하여 상기 홈이 형성된 시트를 다이싱하는 단계; 및
    상기 d) 단계를 실행하기 위하여 상기 다수의 홈이 형성된 투명 시트 중 하나의 투명 시트를 사용하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판의 형성 방법.
  17. 청구항 13에 있어서,
    상기 투명 시트 및 상기 기판 부재 모두는 웨이퍼 규모를 갖고, 상기 d) 단계 이후에,
    e) 복수의 채널형성된 기판을 형성하기 위해 연관된 투명 시트와 기판 부재를 다이싱하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판의 형성 방법.
  18. 청구항 13에 있어서,
    상기 기판 부재 홈이 상기 하나 이상의 채널의 부분을 형성하도록, 상기 d) 단계를 행할 때, 상기 기판 부재 홈을 상기 하나 이상의 투명 시트 홈과 정렬시키는 단계와 하나 이상의 홈을 상기 기판 부재에 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치를 형성하기 위한 채널형성된 기판의 형성 방법.
  19. 광 섬유 및 능동형 광 구성요소를 사용하는 통합식 광학 장치용 채널형성된 기판의 형성 방법으로서,
    실질적으로 직사각형 형상의 단면을 갖고 복수의 채널이 형성된 원통형 유리 프리폼을 형성하는 단계;
    상기 프리폼과 실질적으로 동일한 상대 치수를 갖는 단계와 상기 프리폼보다 더 작은 원통형 로드부를 형성하도록 상기 프리폼을 인발하는 단계; 및
    상기 채널형성된 기판을 얻기 위하여 상기 로드부의 한 섹션을 절결하는 단계를 포함하고,
    상기 로드부의 채널은 상기 광 섬유를 수용하도록 크기가 형성된 통합식 광학 장치용 채널형성된 기판의 형성 방법.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 채널형성된 기판의 상부 표면상에 전도성 접촉부를 형성하는 단계;
    상기 전도성 접촉부와 전기 접속 상태 이도록 적어도 하나의 능동형 광 구성요소를 작동가능하게 배치하는 단계; 및
    대응하는 채널에 상기 광 섬유를 배치하는 단계를 더 포함하고,
    상기 광 섬유는, 광이 상기 채널형성된 기판의 일부를 통한 상기 적어도 하나의 능동형 광 구성요소와 상기 하나 이상의 광 섬유 사이에서 이동할 수 있도록 구성되고 위치된 각각의 경사진 단부를 구비하는 것을 특징으로 하는 통합식 광학 장치용 채널형성된 기판의 형성 방법.
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