SE513046C2 - Förfarande för att framställa en optokomponent samt komponenten som sådan - Google Patents

Description

20 25 30 515 046 har utgått från vàgledare av kvarts och glas med hermetisk kapsling, vilket ofta har gett för höga kostnader för volymproduktion.

Genom att göra polymera singlemode (SM) vàgledare av benzocyclobutenepolymer (BCB) kan fås ett enkelt, tillförlitligt och ej dyrbart koncept att göra vàgledare. Två av de kommersiellt tillgängliga kvaliteterna av BCB har dessutom en brytningsindexskillnad, som möjliggör tillverkning av begravda vàgledare med SM-egenskaper. Det nu i handeln tillgängliga materialet BCB förekommer under namnet Cyclotenenfi som är ett relativt nytt material från DOW Chemical och i första hand är utvecklat och avsett för dielektriska skikt i mikroelektroniska tillämpningar. BCB-materialen har mycket goda dielektriska egenskaper, lägre fuktabsorption, bättre planariserings- egenskaper, bättre termisk stabilitet och lägre krympning jämfört med polyimider. Två typer av BCB-material har företrädesvis visat sig vara användbara för tillverkning av begravda SM vàgledare. En värmehärdande kvalitet användes för under- och överkladding för vågledarna och ett fotodefinierbart derivat kallat foto-BCB användes som vågledarmaterial.

Kapslingen av ett vågledarchip kan därigenom göras med plast, samtidigt som dongränssnitt skulle kunna formas i komponentens ändytor.

Med detta vågledarkoncept kan fås en stor utvecklingspotential för tillverkning av ej dyrbara optokomponenter, där vàgledarna kan anslutas till aktiva komponenter såsom PIN- och laserdioder för att exempelvis göra transceivermoduler. Genom att utveckla konceptet för tillverkning av optiskt aktiva och passiva komponenter med BCB vågledarteknik, så kan ett antal svåra steg i utvecklingen reduceras till en hanterlig mängd för att sedan 10 15 20 25 513 046 3 ta fram kommersiellt intressanta produkter såsom optiska splitters och WDM filter moduler med MT gränssnitt i båda ändar.

Användningen av ett MT förbindningsgränssnitt av “behållar”~typ enligt uppfinningen gör det möjligt att få lägre tillverkningskostnad och större kompakthet exempelvis jämfört med s.k. pigtailkonstruktioner.

Samtidigt måste också göras en nödvändig fokusering på den nya volymer till ändamål tillverkningstekniken för stora låg kostnad.

Kompetens måste därför för dessa byggas upp för formsprutning och transfer pressning av små plastdetaljer i toleranser. De hand de stora volymer med mycket snäva potentiella tillförlitlighetsproblemen med i första aktiva komponenterna skulle kunna på detta sätt lösas i ett senare skede, då plastmaterialens process och diverse kompatibilitetsproblem skulle vara bättre kända.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar förenklat en effektsplittermodul enligt uppfinningen.

Figur 2 visar en del av en E-strálemask för vågledarframställning.

Figur 3 visar en kapslad splittermodul enligt uppfinningen förbunden med ett ribbonfiberkopplingsdon.

Figur 4 visar en dämpningskurva för en BCB-vàgledare Gpm, 3,6 cm lång.

Figur 5A och B visar en optisk utvärdering av riktkopplare. 10 15 20 25 30 515 046 4 BESKRIVNING AV EN FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Förfarandet för att framställa en optokomponent enligt uppfinningen, det vill säga själva tekniken att göra den bygger på tillverkning av single mode vàgledare av BCB och på kapsling av dessa med en samtidig passiv upplinjering. Först beskrivs här processflödet för tillverkning av en SM-BCB vàgledare: Vàgledarstrukturen i en effektsplittermodul enligt figur 1 kan bestå först av en bottenkladding 1 av en BCB (utan antioxidant) på ett substrat 2 såsom en 1,3 mm kiselskiva, sedan en kärna av en fotomönstringsbar BCB (Cyclotene 4024-40) 3 samt en överkladding av en BCB (utan antioxidant) 4. Botten- eller underkladdingen 1 påläggs genom spin-deponering av BCB utan antioxidant XU l3005.19, 1200 rpm, 10 um på kiselskivan 2, därefter “mjukbakníng” i en plattugn i kvävgasatmosfär med ett speciellt program. Kärnan 3 fås genom spin-deponering av Cyclotene 4024-40 3000 rpm, 5 um och därefter förbakning i en konvektionsugn med en temperatur på 90° under 10 min följd av en exponering i härdkontakt med en E-stràletillverkad litografisk mask 5, 'se figur 2, för bildning av vågledarmönstret.

Framkallningen sker med DS3000 vid en temperatur pà 30°C under 15 min och följs av en sköljning med en tvål och vattenlösning.

Torkningen sker på en spinner eller en Rinser & Dryer. Den följande mjukbakningen kan ske i en plattugn i kvävgasatmosfär enligt ett speciellt IMC bakningsprogram. Överkladdningen 4 sker genom spin-deponering av BCB utan antioxidant XU 13005.01, 1200 rpm, 10 um följt av en hårdbakning i en plattugn i kvävgasatmosfär enligt ett speciellt bakningsprogram.

Upplinjeringsstrukturer 6 såsom V-spår strukturer i kiselskivan på 0,75 pm kan mönstras med BCB som mask, varvid företrädesvis tre masker sålunda måste användas. Vid den följande 10 15 20 25 30 513 046 komponenttillverkningen sågas sedan ett vàgledarchip med en lämplig standardmetod ur kiselskivan, varvid skivan först då har lagts i ett verktyg avsett för formpressning.

Kiselskivans V-spår är härvid avpassade så att formverktygets pinnar för formning av hål 7 för MT-donets styrpinnar 8 tryckes mot dessa. På detta sätt kan kvalitetsteknologins fotolitografiska teknik användas för upplinjering av donets styrpinnar mot vàgledarna. Respektive BCB plast användes till vågledarna och för kapsling av vågledarna och för “formning” av det optiska gränssnittet tillsammans med kislet. Sista steget vid komponenttillverkningen utgör polering av gränssnittet 9, kisel och plast (BCB) samtidigt, vilket kan göras med en konventionell polerteknik sàsom för ett MT-don. Med en E-stråle- tillverkad litografisk mask 5, se figur 2, kan både raka 10, splitter- ll och riktkopplarmönster 12 tas fram. Figur 2 visar en del av en E-stråle mask 5 med några olika mönster. Delningen mellan vågledarna i ändytorna kan vara 250 pm, varvid chipets storlek bör anpassas till exempelvis formrummet hos en transferpress. Böjradien använd i en Y-splitter och en riktkopplare kan väljas till omkring 30 mm. Riktkopplare kan ha bredder på mellan 6 och 10 pm och olika längder och separationsavstånd. En typisk kärnlagertjocklek skulle kunna vara 7 pm.

En splitter/fördelare kan sedan anslutas till ett kopplingsdon.

Både kapslade och okapslade vàgledare har" undersökts vad det gäller optiska egenskaper. Vàgledarnas SM karaktäristik har undersökts för några olika batcher av BCB på “nakna chip", varvid tillräcklig reproducerbarhet har kunnat påvisas. Även ett utförts och visat att SM- preliminärt åldringstest har egenskaperna har behållits under åtminstone ett år för icke 10 15 20 i|m..iiái 25 30 513 Û46 6 kapslade vàgledare. Dämpningen har uppmätts till cirka 0,6 dB/cm i “cut back mätningar" på en flermode vàgledare.

I figur 3 visas en inkapslad riktkopplare 13 ansluten till ett optofiberkopplingsdon ett s.k. MT-don 14. En transfer gjutprocess användes för att kapsla vågledarstrukturerna och för att bilda ett optiskt MT-gränssnitt. Det använda materialet skulle kunna vara en värmehärdande plast innehållande kisel. För att anordna inriktningen hos vàgledarna i förhållande till gränssnittet kunde V-spår vara etsade på kiselsubstratet med en standardprocess exempelvis etsning med KOH. I gjutningsverktyget trycktes dessa V-spår mot metallpinnar och bildar sålunda de precisa hålen för MT-gränssnittets styrpinnar. I detta fall beror riktningsprecisionerx på noggrannheten i. de litografiska förfaranden för mönstring av vågledarna och på KOH-etsningen för V-spåren, som gör den mekaniska stabiliteten hos plastmaterialet mindre viktig. Denna teknik har en potential att få singlemode prestanda det vill säga omkring i0,5 um inriktningsprecision.

Polering av MT-gränssnittet med BCB vågledare på kiselbäraren var utförd med en modifikation av standardförfarandet använt för optiska förbindningsdon.

För att utvärdera de s.k. BCB-vàgledarna utfördes optiska förlustmätningar på både kapslade och icke kapslade raka vågledare, varvid riktkopplarstrukturer utväderades också optiskt. Den optiska förlusten för olika vågledarbredder mättes i en spektrumsanalys i vàglängdsomràdet 0,6 - 1,6 um. Ljuset från en vit ljuskàlla var därvid butt-kopplad till vågledaren under användande av en singlemode fiber med exempelvis en index passande gel. Vid utgången var BCB-vågledaren förbunden till en fiber (NA = under användande av den index multimode 0,25) passande gelen. 10 15 20 25 513 046 7 Figur 4 visar ett diagram för vågledare, varvid in- och urkopplingsförlusterna är adderade. På raka vågledare med bredder upp till 12 pmi fastställdes singelmode prestanda. En typisk kurva för den optiska förlusten som funktion av våglängden för en 6 pm vågledare visas i figuren. _Förlustmätningen hos kapslade raka vàgledare med polerade ändytor gav nästan samma förlust som icke kapslade vàgledare.

Figur 5 A och B visar utvärdering av riktkopplarstrukturer, varvid de visade mätningarna tillsammans med andra mätningar visar att de framtagna vågledarkoncepten väl skulle kunna separera våglängderna 1330 och 1550. I figurerna ges bara exempel på resultat från karaktäriseringen av riktkopplarna.

Riktkopplarna har samma .växelverkanslängd men olika avstånd mellan vågledarna i kopplingsområdet. För varje riktkopplare sändes ljus in i en av de två ingående vågledarna. Den optiska effekten mättes från samma kanalvågledare, se fig. 5 A och från den andra vágledaren, se fig. 5 B. Resultaten är visade som en funktion av vågledarseparationen. I figurerna A och B visas att riktkopplare med en vågledarseparation på 5,9 um fungerar som ett WDM filter, som åtskiljer våglängder på 1,31 pm och 1,53 pm i tvà olika utgående utgångar. Sammanfattningsvis kan sägas att genom användning av BCB vågledare för optiska passiva förgreningsanordningar kan fås singlemode prestanda med okomplicerade standard förfaranden, kan vågledarna användas som raka vågledare, effektdelare och WDM filter med eller utan anslutna aktiva komponenter och kan tillåtas plastinkapsling och standardmetoder för gränssnittspolering.

Claims (5)

w (1. 10 15 20 25 513 046 8 PATENTKRAV

1. Förfarande för att framställa en optokomponent med vàgledare anslutsningbar exempelvis till ett kopplingsdon eller liknande, k ä n n e t e c k n a t av att på ett underlag sàsom ett substrat av exempelvis kisel läggs ett lager av ett första material varande benzocyklobutenepolymer (BCB) på vilket sedan ett andra material varande fotomönstringsbar benzocyklobutenepolymer (BCB) läggs, varvid materialen samverkar för bildande av vàgledare, att med exempelvis en mask med ett för komponenten lämpligt vàgledarmönster tas bort delar av det andra. materialet för* bildandet av ett vàgledarmönster' på det första materialet, att ytterligare ett lager av det första materialet pàföres vàgledarmönstret och utrymmet omkring vàgledarmönstret, varvid vàgledarmönstret blir omslutet av det första materialet och att optokomponentens ândytor anordnas för att bli anslutningsbara exempelvis genom slipning och polering.

2. Optokomponent med vàgledare anslutningsbar exempelvis till kopplingsdon eller liknande, k ä n n e t e c k n a d av att pá ett substrat (2) av exempelvis kisel är anordnat ett lager av ett första material varande benzocyklobutenepolymer (BCB) (1), att pà det första materialet är anordnat ett vàgledarmönster av ett andra material varande fotomönstringsbar benzocyklobutenepolymer (BCB) (3), att pà vàgledarmönstret och utrymmet omkring 'vàgledarmönstret är anordnat ett ytterligare lager av det första materialet (4), varvid vàgledarmönstret (3) är omslutet av det första materialet (1, 4) och där materialen samverkar för bildandet av vägledare.

3. Optokomponent enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a d av att minst en aktiv komponent är ansluten till en vàgledare. 513 046 9

4. Optokomponent enligt patentkrav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att vàgledarmönstret innefattar minst en splitter (ll).

5. Optokomponent enligt patentkrav 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d av att vàgledarmönstret innefattar minst en riktkopplare.