SE506991C2 - Förfarande och anordning för att ansluta en vågledare till en komponent - Google Patents

Description

x 10 15 20 25 506 991 Ett stort antal idéer och förslag på lämpliga geometrier för att lösa upplinjeringen mellan optochip och vågledare har föreslagits. Många av dessa utnyttjar så kallade V-spår i kisel för att positionera optofibrer på önskad plats. Anisotropa etsmetoder ger extremt god dimensionskontroll på V-spåret, där För väggarnas vinkel definieras av kristallplan i kislet.

[100]-kisel, där [l00] anger kristallorienteringen i förhållande till en skivas normalvektor, kan passande V-spår med en väggvinkel a=arcinV(2/3)~54.7 grader erhållas. Denna vinkel erhålles också vid spàrets avslutning. Genom att metallisera avslutningen kan ljus från en optofiber placerad i Xßspåret reflekteras upp mot en ljusdetektor. Omvänt kan ljuset från en emitterande komponent ledas in i optofibern.

Optochipmonteringen är ett konstycke i sig, eftersom chipet samtidigt ansluts optiskt, elektriskt, mekaniskt och termiskt.

Upplinjeringen, kan göras på ett flertal olika sätt, där de vanligaste är självlinjering med lod, passiv linjering med mekaniska mothåll eller pick and place.

Den första metoden utnyttjar ytspänningskrafter i metallod. Med hjälp av väldefinierade, avgränsade och för lodet vätbara ytor, kan ytspänningskrafterna i. det Då på såväl optochip som bärare, smälta lodet bringa optochipet i önskat läge pà bäraren. temperaturen sänks stelnar lodet och optochipet fixeras i rätt läge.

Den andra metoden bygger på att optochipet placeras i önskvärt läge med hjälp av mikromekaniska mothåll på bäraren. Dessa kan till exempel utföras i kiseldioxid som deponerats på bäraren och därefter mönstrats så att ett hörn bildats. I detta hörn passas optochipet in. Genom att ha god kontroll på både hörnets 10 15 20 25 506 991 läge i förhållande till vágledaren och optochipets aktiva yta i förhållanden till dess yttergeometri kan en god linjering erhållas.

Den sistnämnda metoden utnyttjar passmârken på bärare och opto- chip. Med hjälp av dessa passmârken kan detaljerna orienteras med hög precision i ett gemensamt koordinatsystem. För att sedan sätta samman dem krävs högklassig mekanik, som på ett förutbestämt sätt kan förflytta detaljerna. i det gemensamma koordinatsystemet. Alla tre metoderna uppvisar monterings- precision i mikrometeromrádet. Detaljer kring dessa metoder kommer ej att vidare beröras här, men. deras existens är en förutsättning för tillâmpbarheten av den idé som redovisas nedan.

REnoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN För att fá_ en rätvinklig geometri vid användning av ytemitterande eller ytdetekterande komponenter, få en ndnskad optisk våglängd och en noggrann optofiberfixering har anordnats en reflekterande yta med 45 gradig lutning mellan en ljusledande kärna och ett optochips aktiva yta, den ljusledande kärnan anordnats närmare den reflekterande ytan genom att optofibern fasats och därmed också anordnats att passa mellan ett V-spår och ett plant lock för noggrann fixering av fibern. Ovannämnda lösningar hänför sig väsentligen till problem av geometrisk natur, men som vid anordnandet av optiska komponenter i s.k. optiska mikrobyggsâtt ger stora fördelar i jämförelse med tidigare känd teknik i vad avser krav på utrymme, signalöverföringsprestanda och tillverkningskostnader. 10 15 20 25 506 991 FIGURBESKRIVNING Figur 1A visar från ovan en kiselbârare för en optofiber med ett V-format spår enligt känd teknik.

Figur 1B visar från ovan en kiselbärare med en optofiber i ett spår och ett otochip enligt känd teknik.

Figur lC visar ett tvärsnitt av en optofiber med en ljusledande kärna i ett V-spår enligt känd teknik.

Figur 1D visar från sidan anslutningen av en optofiber till ett optochip enligt figur IB.

Figur 2A visar fràn sidan en kiselbärare för en _ optofiberanslutning med ett lock, ett spår och ett optochip med en aktiv yta enligt uppfinningen.

Figur 2B visar ett tvärsnitt av en D-fiber enligt uppfinningen mellan ett lock och ett spår.

Figur 2C visar från ovan en kiselbärare för en optofiber med ett lock, ett spår och ett optochip enligt uppfinningen.

FÖREDRAGNA Urrönmssrommn I figurerna 1A-1D visas hur ett optochip ansluts enligt tidigare känd teknik. På ett bärarmaterial 2 av exempelvis kisel har ett V-spår 3 anordnats, se figur 1A. I spåret har placerats en optofiber 4, över vars fria ände har placerats ett optochip 1, se figur 1B. Betraktat i ett tvärsnitt befinner sig optofibern 4 i V-spåret 3 med en del av fibern utanför spåret och bärarmaterialet, se figur 1C.

Som framgår av figur 1D, ändrar ljuset riktning med ungefär 110 grader efter reflektion i en spegel 5 på bärarmaterialet. För 10 15 20 25 30 .S06 991 att uppnå en exakt placering av chipet/detektorn 1 krävs därför att hänsyn tas till detta faktum. För en emitterande komponent däremot är detta ej tillräckligt. Skälet till detta är att en fibers numeriska apertur (acceptansvinkel) inte medger alltför sneda infallsvinklar för att ljuset skulle skall kopplas in i exempelvis en singelmodfiber. Det följaktligen vara önskvärt med en rätvinklig geometri baserad på en 45-gradig spegel. Detta kan åstadkommas genom att istället för ett “vanligt” [l0O]-kisel utnyttja ett “snedsågat” [IOO]-kisel. Rent praktiskt erhålles sådana s.k. wafers genom att vid sågning av en kiselgöt såga snett, närmare bestämt 9.7 grader. Rätt utfört resulterar' det i att den spegel som tidigare lutat 54.7 nu lutar 45 grader (54.7 - 9.7). En ytterligare detalj som framgår av figur 1D är att den optiska våglängden är relativt lång mellan en ljusledande kärna 6 och en aktiv yta på detektorn 7, vilket kan inverka menligt på kopplingseffektiviteten. Dels beror det på att optofiberns nederdel 8 tar emot i spegelväggen, vilket medför att ljuset först måste fram till spegeln och dels på att ljuset därefter ska passera åtminstone en längd motsvarande en fiberradie för att nå detektorn.

För att kunna minska avståndet mellan en optofiber 9 och en aktiv yta 10 på ett optochip 11 minskas en första delsträcka av avståndet spegel 12 på ett genom att “klippa av“ en bärarmaterial 13 med en “lodrät” vägg 14, se figur 2A. Metoden för att åstadkomma detta kan med fördel vara sågning. Den nedre delen av spegeln 12 sågas helt enkelt bort med samma teknik, som används för att separera mikroelektronikchip, varvid den lodräta väggen 14 kan börja i ett spårs botten 15 och avslutas strax under en fiberkärna 16 på optofibern 9. Avståndet mellan fiberkärnan och en reflektionspunkt 17 på spegeln kan begränsas till ungefär 10 mikrometer. Den lodräta väggen 14 kan också 10 15 20 25 30 506 991 tjäna som mothåll för fibern 9, vilket underlättar dess montering.

Den andra delsträckan av avståndet kan minskas genom att använda en fiber med mindre ytterdiameter än normalt, vilket innebär att diametern är mindre än 125 mikrometer. Men eftersom fibern fortfarande måste vara hanterbar kan inte ytterdimensionen vara mindre än 60-80 mikrometer. Följaktligen blir den totala våglängden mellan kärnan 16 och den aktiva ytan 10 något längre omkring 70-90 mikrometer.

För att ytterligare minska avståndet har fibern 9 fasats som en s.k. D-fiber, se figur 2B. D-fibern är i princip en helt vanlig där kärnan 16 singelmodfiber, fast med ett D-format tvärsnitt, ligger helt nära en platt sida 18 av den ursprungligen cirkelformade fibern. Den speciella formen erhålles genom att såga av en preform, d.v.s. den “glasstav” som utgör utgångsmaterialet för fibern, utmed dess längd på ett lämpligt avstånd från kärnan. Vid fiberdragningen behåller fibern pre- formens proportioner. På detta sätt kan en fiber med ett mycket kort avstånd på mindre än 10 mikrometer mellan den platta sidan och kärnans centrum tillverkas. Med en D-fiber, som monteras med den platta sidan 18 upp i ett V-spår 19 kan den totala väglängden, fiber till optochip, hållas under 20 mikrometer.

Något som inte framgår av figur 1A-D är svårigheten att placera en optofiber i ett V-spår samt få den att ligga kvar dikt an mot spårets väggar. Den vanligaste fixeringsmetoden är limning.

Limmet tenderar dock att lyfta fibern ur dess läge, så att den eftersträvade monteringsprecisionen omintetgörs. Ett hjälpmedel att hålla fibern på plats under limningsmomentet skulle därför Ett sådant hjälpmedel skulle kunna vara att vara önskvärt. fästa ett lock 20 ovanpå bärarmaterialet såsom kiselbäraren 13 10 15 20 25 sus 9919 så att V-spåret 19 och locket 20 tillsammans bildar ett utrymme med triangulära kapillärer 21, där optofibern passar exakt och därmed inte kan ändra läge vid limningen, se figur 2B. I figur 2C visas från ovan hur fibern 9 är fixerad med locket 19 och ansluten till optochipet 11.

En lämplig metod att åstadkomma dessa lock 20 är anodisk bondning. Summariskt beskrivet sker en anodisk bondning genom att en bärarskiva och ett lock, locket kan vara av kisel men det är också möjligt att använda transparent glas, läggs samman, värms upp samt påförs en elektrisk potential. Rörliga joner ger en hög fältstyrka över en fog, där de elektrostatiska krafterna bidrar till att skapa varaktiga bindningar på atomär Bond- nivå. Fogens styrka är i paritet med en stark limfog. ningen utförs lämpligast på en s.k. wafernivå, varefter itusågning till separata bärare kan ske. Bärarskivan och locket utformas så att sågningen tillåter att vissa delar av locket helt sågas bort, så att en lämplig monteringsyta för optochipet kan erhållas. Kombinationen triangulära kapillärer 21 och D- fiber 9 år särskilt lämplig, eftersom det annars är svårt att säkerställa att D-fibern fixeras med sin platta sida upp, då D- fibern bara passar med V-spårskapillären vid rätt orientering.

Med de ovan redovisade lösningarna fås ett optiskt mikrobyggsätt med kort optisk våglängd och noggrann fixering, som lämpar sig mycket väl för montering av ljusalstrande eller ljusdetekterande optochip på kiselbärare.

Claims (7)

10 15 20 25 506 991 PATENTKRAV

1. Förfarande för att ansluta en vàgledare till en ljusalstrande eller ljusavkånnande komponent såsom att ansluta en optofiber till ett optochip med kort våglängd, k ä n n e t e c k n a t av att en reflekterande yta anordnas mellan vàgledaren och komponenten och vágledaren fasas som en D- fiber för att, vid anslutning av vàgledaren till komponenten, vàgledarens kärna skall komma nära komponentens aktiva yta.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den fasade vágledaren fixeras med ett lock i ett V-spår i ett bärarmaterial.

3. Anordning för att ansluta en vàgledare till en ljusalstrande eller ljusavkännande komponent såsom att ansluta en optofiber till ett optochip, k ä n n e t e c k n a t av att en reflek- terande yta (12) är anordnæd med 45 graders lutning framför vágledaren (9) och under komponenten (11) och att vágledaren (9) är fasad som en D-fiber för att, vid anslutning av våg- ledaren till komponenten, vàgledarens kärna (16) skall komma nära komponentens aktiva yta (10).

4. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att ett lock (20) är anordnat att fixera den fasade vàgledaren (9) i ett V-spår (19) i ett bärarmaterial (13).

5. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att ett spår med en spårbotten (15) är anordnat mellan V-spåret (19) och den reflekterande ytan (12).

6. Anordning enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att den reflekterade ytan (12) är avbruten under vàgledarens kärna (16) av en väggyta (14). i 506 991

7. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k n a d iav att väggytan (14) under och intill den reflekterade ytan (12) är anordnad som en del av spåret som mothàll för vágledaren (9) vid dess montering.