SE519760C2 - Anordning och metod för upplinjering av en optisk lins eller fiber - Google Patents

Description

lO 15 20 25 30 35 . . , | »- 519 760 2 vilket kan innebära ett Torretsning föredras ibland i ett substrat pà vilket skall kunna resten av fabrikationsprocessen, problem. vägledare skall struktureras med fáror för passiv upplinjering, både vàtetsning lödningar och optiska Dock metallmönster, appliceras. kan, för att substratet och torretsning behöva användas för framställning av olika former pä fàrorna och groparna.

Anisotropisk vàtetsning åstadkommer olika vinklar på väggarna och former på fàrorna i olika KOH-vàtets substratskärningar med olika (kaliumhydroxid) (1 O O)- skuret kiselsubstrat åstadkommer fàror och gropar med väggar toleranser. i ett standard som lutar 55 grader. Dessa sluttande väggar kan dock hindra en fiber att tillräckligt nära lasern under upplinjeringen. kullins eller en optisk fràn positioneras Att lösa detta inte problem genom att göra en substratet är alltid möjligt. inskärning i En annan nackdel med denna etsmetod är att en omild etsare inte alltid är kompatibel med övriga steg i fabrikationsprocessen. Andra vätetsande material är TMAH (tetrametylammoniumhydroxid) och EDP (etylendiaminpyrocatekol), av vilka TMAH ger mindre precisa dimensioner, och EDP kan vara hälsofarligt.

DRIE (djup reaktiv producerar fáror och gropar med vertikala sidoväggar, vilka är Vàtetsprocesser, exempelvis jonets) lämpliga att använda för upplinjering av en kullins eller en optisk fiber. En nackdel med denna process är att fàrans djup, vilken definierar det optiska elementets vertikala position, bestäms av etstiden, och 'varierar fràn en position. till en annan pä skivan. Detta problem kan undvikas genom användning av ett SOI (kisel pä isolator) substrat anordnat med ett etsstopplager, exempelvis kiseldioxid, positionerat vid det önskade djupet. Dock är tillverkningen av SOI-substratet komplicerad, då mikrometerprecision krävs för djupet på etsstopplagret. Kiseldioxidetsstoppet bidrar även till substratets termiska resistans. en. vätetsad fàra med enligt känd teknik.

Figur 1 visar en kullins monterad i vinklade sidoväggar, I detta. arrangemang bestäms kullinsens position relativt fàran genom fàrans 10 15 20 25 30 519 760 ästwffw* 3 : ::'f 'H°: vinklade vägg, på sä sätt att linsen inte kan. positioneras godtyckligt nära fàrans kant, vilket är en nackdel med detta arrangemâng .

Figur 2 visar en kullins monterad i en fàra med vertikala sidoväggar, DRIE. framställda med en torretsningsteknik, kända monteras godtyckligt nära fàrans kant. ett exempelvis Enligt denna tidigare anordning kan kullinsen Kullinsens position i vertikalled bestäms av etsstopplager av kiseldioxid anordnat i substratet. En nackdel med denna anordning är att djupet på etsstopplagret inte enkelt kan bestämmas med mikrometerprecision, i synnerhet då djupa fåror etsas.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det är ett ändamål med uppfinningen att överbrygga de nackdelar som beskrivits ovan.

Uppfinningens syfte är att åstadkomma en passiv upplinjerande process för optiska komponenter, speciellt för upplinjering av en kullins eller en optisk fiber med en laserdiod på en bärare, i vilken kullinsen kan positioneras tillräckligt nära lasern med mikrometerprecision. Etsprocesserna mäste förenkla upplinjeringen av ytterligare optiska komponenter av olika storlekar med komponenter på en bärare, liksom upplinjering av ovanligt stora linser.

Detta uppnås genon1 en anordning enligt patentkrav* 1 och. en upplinjerande enhet enligt patentkrav 8, samt genom en metod enligt patentkrav 10.

I anordningen enligt uppfinningen fästs en första optisk komponent (exempelvis en kullins) vid en upplinjerande enhet för definition av' den första optiska komponentens vertikala position. Den upplinjerande enheten nwnteras tillsammans med den första optiska komponenten på en bärare. Den optiska komponenten (kullinsen) linjeras genom upplinjerande strukturer anordnade i bäraren upp med den andra komponenten (exempelvis en laserdiod) som är monterad på bäraren, varvid den optiska komponentens horisontella position definieras. 10 15 20 25 30 35 519 76Û 4 För att mer exakt kunna definiera den optiska komponentens vertikala position relativt bärarens yta kan en första yta pà den upplinjerande enheten anordnas med en V-formad fàra i vilken den optiska komponenten positioneras.

Den upplinjerande strukturen är anordnad i bäraren, för positionering av den första optiska komponenten när den upplinjerande enheten är monterad på bäraren. Denna upplinjerande struktur kan bestå av en fördjupning eller fàra med vertikala sidoväggar, vilken på detta sätt definierar positionen hos den optiska komponenten i horisontalplanet.

De upplinjerande fàrornas och fördjupningarnas storlek är anpassad till storlekarna pà de optiska komponenterna.

Ytterligare optiska komponenter' kan linjeras upp i 'vertikal riktning med komponenter pà bäraren genom ytterligare upplinjerande enheter monterade pà bäraren, vilka enheter företrädesvis är anordnade med V-formade färor. De ytterligare optiska. komponenterna. är 'upplinjerade i. horisontalplanet med komponenterna pà bäraren genom positionering av dem i ytterligare upplinjerande strukturer anordnade i. bäraren. De upplinjerande strukturerna kan bestå av fördjupningar eller fàror med vertikala sidoväggar.

De upplinjerande fördjupningarnas eller fàrornas storlek är anpassad till storleken pà varje ytterligare optisk komponent.

Större upplinjerande strukturer i bäraren, avsedda för upplinjering av ovanligt stora kullinser, kan produceras genom vàtetsning av bäraren fràn dess undersida, resulterande i vinklade väggdelar för strukturen, samt genom torretsning av bäraren fràn dess ovansida, resulterande i vertikala väggdelar för strukturen. Vàtetsning av ett stort antal komponenter kan utföras samtidigt, medan vid torretsning varje komponent etsas separat. Ett antal komponenter med upplinjerande struktur med vinklade väggdelar tar därför kortare tid att tillverka än samma antal komponenter med upplinjerande struktur med vertikala sidoväggar, vilka tillverkas endast genom torretsning. lO 15 20 25 30 5,19 7650 åh:Éäf 5 : :I Den upplinjerande enheten enligt uppfinningen är anordnad med en 'V-formad fåra i en första sida för' positionering av' den optiska komponenten, och enheten är avsedd att monteras pà en bärare med denna första sida vänd mot bäraren. Storleken på den V-formade fåran är anpassad till den optiska komponentens storlek.

I den passiva upplinjerande metoden enligt uppfinningen uppnås vertikal upplinjering av en första optisk komponent genom positionering av' den optiska komponenten. i en 'V-formad fåra anordnad i en upplinjerande enhet. Den upplinjerande enheten, tillsammans med den fästade komponenten, vänds till en annan position och nmnteras på ovansidan av bäraren. Upplinjerande strukturer, bestående av fördjupningar eller fàror med vertikala sidoväggar anordnade i bäraren, linjerar upp den första optiska komponenten med den andra komponenten i horisontalplanet.

Ytterligare steg i. metoden enligt uppfinningen kan inkludera upplinjering av ytterligare optiska komponenter med komponenter anordnade på bäraren. Varje ytterligare optisk komponent är fäst vid en separat upplinjerande enhet som åstadkommer vertikal upplinjering, efter vilket de ytterligare upplinjerande enheterna vänds till en annan position och monteras på ovansidan av bäraren. De ytterligare optiska komponenterna linjeras upp i horisontalplanet med komponenterna på bäraren genom ytterligare upplinjerande strukturer anordnade i bäraren.

KORTFATTAD BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppfinningen skall nu beskrivas mer detaljerat med hänvisning till de bifogade figurerna, av vilka: Figur l är en schematisk sidovy av en anordning enligt känd teknik, med en kullins monterad i en fåra med vinklade väggar.

Figur 2 är en schematisk sidovy av en anordning enligt känd teknik, med en kullins monterad i en fåra med vertikala väggar, i ett substrat anordnat med ett etsstopplager. 10 15 20 25 30 f i » > n 519 760 6 Figur 3 är en schematisk sidovy av en första utföringsform av uppfinningen, med en kullins fäst vid en upplinjerande enhet, monterad pà ett substrat anordnat med en upplinjerande fàra.

Figur 4 är en schematisk sidovy av en andra utföringsform av med en kullins fäst vid en upplinjerande enhet, ett uppfinningen, monterad pà substrat anordnat med en upplinjerande fördjupning.

Figur 5 är en schematisk frontvy av de första och andra utföringsformerna av uppfinningen, med en kullins fäst vid en upplinjerande enhet monterad pà en bärare anordnad med en upplinjerande fàra eller fördjupning.

Figur 6 är en schematisk frontvy av en tredje utföringsform av uppfinningen, med. tvà kullinser av olika storlek fästa vid separata upplinjerande enheter samt monterade pà ett substrat anordnat med tvâ upplinjerande fördjupningar.

Figurerna 7a och 7b är schematiska frontvyer vid olika stadier av metoden enligt uppfinningen för infästning av en kullins i en V-formad fàra i en upplinjerande enhet, vändning av enheten till en annan position respektive montering av enheten pà en bärare anordnad med en upplinjerande fördjupning.

Figur 8 är en schematisk frontvy av en fjärde utföringsform av uppfinningen, i vilken. bäraren vàtetsas fràn undersidan. och torretsas fràn ovansidan.

DETALJERAD BESKRIVNING Uppfinningen sàsom den implementeras i de utföringsformer som visas i figurerna 3, 4, 5, 6, 7a-b och 8 undviker åtminstone nâgra av dessa nackdelar med känd teknik.

Uppfinningens koncept hänför sig till passiv upplinjering av en första optisk komponent, varvid en andra komponent monteras pä en bärare. Den första optiska komponenten består av exempelvis en kullins eller en optisk fiber, och den komponent som monteras pà bäraren kan exempelvis bestå av en laserdiod.

Enligt uppfinningen används en upplinjerande enhet pà vilken lO 15 20 25 30 35 519 760 av ' - I 9 v :ll I I I 1 ' ' ' : .

Hi ., ,. .... ._ ¿¿_ _ _ - V f " ' '* ' * ' 'H H v o 7 , ,, H .. ..f. . ~ en första optisk komponent monteras, och pä detta sätt definieras den optiska komponentens vertikala position.

Företrädesvis är den upplinjerande enheten anordnad med en vàtetsad V-formad fàra, i vilken den optiska komponenten positioneras och fästs med hjälp av exempelvis limning eller lödning. Efter detta monteras den upplinjerande enheten pä en bärare, vilken kan vara anordnad med en upplinjerande struktur såsom en fördjupning eller en fàra i vilken den första optiska komponenten positioneras då den upplinjerande enheten monteras pà bäraren. Den upplinjerande enheten fästs vid bäraren genom exempelvis limning eller lödning. Fördjupningen eller fàran tillverkas företrädesvis med användande av' en torretsmetod, och har följaktligen vertikala sidoväggar. I en upplinjerande fàra är den optiska komponenten rörlig i fàrans longitudinella riktning, och pà detta sätt underlättas aktiv upplinjering i denna riktning av exempelvis en laserdiod monterad pà bäraren, fàran. Dock fixeras den där en kullins är positionerad i optiska komponentens position i horisontalplanet i en upplinjerande fördjupning.

Anordningar enligt känd teknik visas i figurerna 1 och 2.

Figur l visar en kullins 2 som är monterad i en vàtetsad fàra 5 med vinklade sidoväggar i. en bärare 3. I denna anordning bestäms kullinsens position relativt fàran av fàrans lutande vägg, pà sä sätt att linsen inte kan positioneras godtyckligt nära fàrans kant.

Figur 2 visar en kullins 2 som är nwnterad i en fàra 5 med vertikala sidoväggar anordnad i en bärare 3, àstadkommen med en. torretsteknik, exempelvis DRIE. Med denna anordning kan kullinsen monteras godtyckligt nära fàrans kant. Kullinsens position i vertikal riktning bestäms av ett etsstopplager 9 av kiseldioxid anordnat i substratet.

Figur 3 illustrerar en anordning i vilken en kullins och en laserdiod monteras på en bärare, och i vilken de optiska komponenterna linjeras upp med hjälp av en passiv upplinjerande enhet enligt en första utföringsform av uppfinningen. En kullins 2 fästs vid en upplinjerande enhet 1 monterad på ovansidan av en bärare 3, varvid den upplinjerande 10 15 20 25 30 35 ...~ o 519 760 8 enheten definierar kullinsens vertikala position. Kullinsen linjeras upp med en laserdiod 4 pà bäraren med hjälp av en fära 5 anordnad i bäraren, i vilken fàra linsen positioneras.

Eftersom linsen är rörlig i färans longitudinella riktning bestäms kullinsens exakta position i denna riktning relativt laserdiodens position genom en aktiv upplinjerande metod.

Figur 4 illustrerar en anordning i vilken en kullins och en laserdiod monteras pà en bärare, och i vilken de optiska komponenterna linjeras upp med hjälp av en passiv upplinjerande enhet enligt en andra utföringsform av uppfinningen. En kullins 2 fästs vid en upplinjerande enhet l som är monterad pà ovansidan av en bärare 3, varvid den upplinjerande enheten definierar kullinsens vertikala position. Kullinsen linjeras upp med en laserdiod 4 pä bäraren med. en fördjupning' 5 anordnad. i .bäraren, och. pà detta sätt bestäms kullinsens position i horisontalplanet.

I figurerna 3 och 4, vilka visar en första och andra utföringsform av uppfinningen, visas inte den vàtetsade V- formade fàra som är anordnad i den yta av den upplinjerande enheten som är vänd mot bäraren och i vilken kullinsen positioneras.

Figur 5 visar en anordning i vilken den upplinjerande enheten 1 enligt uppfinningen är anordnad med en V-formad fàra 6, vilken är' belägen. i en första yta på enheten. Den. optiska komponenten 2 är positionerad i den V-formade fàran 6 för definition av den optiska komponentens vertikala position. Den upplinjerande enheten är monterad pä ovansidan av bäraren 3, där nämnda första yta pà den upplinjerande enheten är vänd mot bäraren, varvid bäraren är anordnad med en torretsad, upplinjerande fördjupning eller fàra 5 med vertikala sidoväggar. Den optiska komponenten är positionerad i den upplinjerande fördjupningen eller fàran när den upplinjerande enheten monteras pà bäraren, varvid fördjupningen eller fàran definierar den optiska komponentens horisontella position.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen kan ytterligare optiska komponenter av olika storlek monteras och linjeras upp med lO 15 20 25 30 35 . , n.. . i. : i 2:: ' ' :_, .. » >: . I . f ß u. 1 . . = v ~ 9 z Ä ~ :f ~«~ w n. 1 n v 0 komponenter pà en bärare. De ytterligare optiska komponenterna fästs vid ytterligare upplinjerande enheter för definition av komponenternas vertikala position, och enheterna monteras på bärarens yta. De ytterligare optiska komponenterna linjeras upp med de övriga komponenterna pà bäraren genom upplinjerande sàsom eller fàror, anordnade i strukturer, fördjupningar bäraren, i vilka de optiska komponenterna positioneras då de upplinjerande enheterna monteras pà ovansidan av bäraren och definierar de optiska komponenternas horisontella position.

Figur 6 visar en tredje utföringsform av uppfinningen, i vilken tvà optiska komponenter 2 och 2' positioneras i tvà V- formade fàror 6 och 6' och l'. i tvà separata upplinjerande enheter l De upplinjerande enheterna monteras båda pà ovansidan av bäraren 3, med den sida som är anordnad med den V-formade fàran vänd mot bäraren. Bäraren är anordnad med tvà fördjupningar eller faror 5 och 5' med vertikala sidoväggar, i De båda varför även vilka de bàda optiska komponenterna är positionerade. optiska komponenterna 2 och 2' har olika storlek, de upplinjerande enheterna l och l', liksom de V-formade fàrorna 6 och 6' och fördjupningarna 5 och 5', har olika storlek, varvid storlekarna anpassas till de optiska komponenternas storlek.

Figurerna 7a och. 7b 'visar Inonteringsprocessen. för en optisk komponent enligt föreliggande uppfinning. Kullinsen 2 positioneras i en V-formad fàra 6 i en upplinjerande enhet 1.

Den upplinjerande enheten vänds, tillsammans med kullinsen, till en annan position och monteras på ovansidan av en bärare 3 som är anordnad med en upplinjerande fördjupning eller fàra 5 med vertikala sidoväggar. Den optiska komponenten positioneras i denna fåra eller fördjupning i bäraren, och kullinsens horisontella position definieras därmed.

En fjärde utföringsforni av' uppfinningen. visas i figur 8. I denna utföringsform linjeras en exceptionellt stor kullins 2 upp med en komponent pà en bärare 3. Kullinsen positioneras i den V-formade fàran 6 i. den upplinjerande enheten l, vilken monteras pà bärarens ovansida. Eftersom torretsning görs separat pà varje komponent uppnås i denna utföringsform en 10 519 760 . ,. _ v,, ,,, . .,...¿' 10 , _, ._ ,. v, - 1-«~ snabbare tillverkningsmetod för den upplinjerande strukturen i bäraren genom att delvis använda en vàtetsprocess, genom vilken ett antal komponenter kan etsas samtidigt. Detta uppnås genom 'vàtetsning av bäraren från dess undersida 12, varvid vinklade väggdelar ll uppnås, och torretsning av bäraren fràn dess ovansida 13, varvid vertikala sidoväggar 10 uppnås.

Uppfinningen har här beskrivits med hänvisning till specifika exemplifierande utföringsformer, men. beskrivningen. är endast avsedd att illustrera uppfinningstanken, och skall inte anses begränsa uppfinningens omfång. Olika alternativ, att modifieringar och ekvivalenter kan användas utan göra avsteg fràn uppfinningstanken, vilken definieras av bifogade patentkrav.

Claims (11)

l0 15 20 25 30 35 , | ; . 1 = » » PATENTKRAV

1. Anordning för passiv upplinjering av en första (4), att optisk komponent (2) som är monterad pà en (3), komponenten (2) är fäst vid en upplinjerande enhet (l) vilken med en andra komponent bärare käruietecflcnad. av den första optiska definierar den första optiska komponentens (2) vertikala (3), upp med den andra struktur (5) position, och vilken monteras pà nämnda bärare samt att den första optiska komponenten (2) linjeras komponenten (4) med hjälp av en upplinjerande anordnad i bäraren (3), varvid nämnda upplinjerande struktur (5) definierar" nämnda första optiska komponents (2) horisontella position.

2. Anordning enligt krav l, kännetecknad av att den upplinjerande enheten (1) är anordnad med en V-formad fàra (6) för positionering av den första optiska komponenten (2).

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, käruietecflcnad. av att bärarens upplinjerande struktur (5) innefattar* en fördjupning eller en fàra för positionering av den första optiska komponenten (2), varvid nämnda fördjupning eller fàra har vertikala sidoväggar.

4. Anordning enligt nàgot av kraven 1 - 3, kärnietecflcnad av' att ytterligare optiska komponenter (2') är fästa vid ytterligare separata upplinjerande enheter (l') vilka definierar varje komponents vertikala position och monteras på bäraren (3), varvid nämnda ytterligare optiska komponenter linjeras upp med komponenterna pä bäraren genom upplinjerande strukturer (5, 5') anordnande i för definition av de bäraren, optiska komponenternas horisontella position. kännetecknad av (l') för positionering av den optiska komponenten

5. Anordning enligt krav 4, att varje ytterligare upplinjerande enhet är anordnad med en V-formad (6') (2'), varvid nämnda V-formade fàras storlek är anpassad till storleken fàra pà den optiska komponenten. kännetecknad av att (5') i

6. Anordning enligt krav 4 eller 5, de ytterligare upplinjerande strukturerna bäraren 10 l5 20 25 30 35 , = A . - , 519 760 12 innefattar fördjupningar eller fàror för positionering av' de ytterligare optiska komponenterna (2'), varvid nämnda fördjupningar eller fàror har vertikala sidoväggar och är individuellt anpassade till storleken på varje ytterligare optisk komponent.

7. Anordning enligt nägot av kraven l, 2, 4 eller 5, kärn1etezck11ad av stora upplinjerande strukturer j. bäraren, (12), vilket samt genom torrets från framställda genom vàtets från bärarens undersida (ll), vilket resulterar i vertikala väggdelar resulterar i vinklade väggdelar (13), (10), varvid större upplinjerande strukturer kan uppnàs genom en bärarens ovansida snabbare tillverkningsprocess. enhet (l) med en andra komponent (4)

8. Upplinjerande för upplinjering av en optisk komponent (2) som är monterad pà en bärare (3), kärn1etecfl anordnad i en första sida av nämnda upplinjerande enhet (1) för positionering av den optiska komponenten, varvid den upplinjerande enheten. är avsedd att monteras pà bäraren. med nämnda första sida vänd mot bäraren, för definition av den optiska komponentens vertikala position.

9. Upplinjerande enhet enligt krav 8, kärnieteackniad av' att den V>formade fàrans (6) storlek är anpassad till storleken pá den optiska komponenten (2).

10. Metod för passiv upplinjering av en första optisk komponent (2) med en andra komponent (4) (3), som är monterad pà en bärare kännetecknad av mægal vertikal upplinjering av den första optiska komponenten genom positionering av nämnda första optiska komponent (2) i en V-formad fàra (6) anordnad i en upplinjerande enhet (1), vändning av den upplinjerande enheten till en annan position och montering av den pà bäraren, samt horisontell upplinjering av nämnda första optiska komponent (2) med användande av upplinjerande strukturer (5) anordnade i bäraren, bestående av fördjupningar och fàror med vertikala sidoväggar. 10 519 760 13

11. ll. Metod enligt krav 10, innefattade de ytterligare stegen att linjera upp ytterligare optiska komponenter (2') med komponenter anordnade pà bàraren, k ä n n e t e c k n a d a V vertikal upplinjering av de ytterligare optiska komponenterna genom fästande av varje ytterligare optisk komponent vid en separat ytterligare upplinjerande enhet (l'), vändande av de ytterligare upplinjerande enheterna till andra positioner och montering av dem pà bàraren, samt horisontell upplinjering av de ytterligare optiska komponenterna med användande av (5') ytterligare upplinjerande strukturer anordnade i bàraren.