TW479419B - Jig for the batch production of optical communication apparatuses, and method using the same - Google Patents
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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479419 A7 ____ B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 技術部份 本發明係有關用以分批生產光學訊裝置之一種裝配架 ’及使用該裝配架之分批生產方法。明確言之，本發明係 有關一*種裝配架’具有一結構能固持多個砂基座於其上， 俾可分批處理矽基座，從而使大量生產光學通訊裝置成爲 可能。 先行技藝之說明 光學通訊裝置通常由連接光學裝置，諸如雷射二極體 或光二極體於光纖傳輸線（此後稱爲”光纖”）上所構成 。在製造此光學通訊裝置中，一光學裝置連接至光纖，各 與其他相互對齊，以獲得光傳輸效率。光學裝置與光纖之 對齊使用二基本方法之一達成。此等爲主動對齊及被動對 齊。 在主動對齊方法中，連接位置由使入射於並置之光纖 上之雷射二極體之光量到達尖峰來決定。然後由使用雷射 熔接器在所決定之連接位置上熔接雷射二極體及光纖，或 由環氧樹脂黏著劑連接。然而，確實連接位置之決定需要 複雜之技術。 而且，積極對齊方法涉及高成本，相當於最後產品之 製造成本之約7 0 — 8 0%。爲此，需要降低製造成本， 此可由減少積極對齊方法中所用之元件數，或由改善積極 對齊方法本身來達成。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) !111 訂------I 線 « -4- 479419 A7 B7 五、發明說明（2 ) <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在被動對齊方法中，雷射二極體及光纖間之連接位置 並不開動雷射二極體來決定。被動對齊方法使用微影法， 以製造一矽基座，具有預定結構之一 V形微槽用於連接， 及一光纖以自行對齊之方式配置於該槽內。而且，被動對 齊無需使用雷射熔接器，此爲昂貴之裝置，故光學通訊裝 置可在較低之成本上製造。故此，該方法較之主動對齊更 被廣泛使用。 在普通被動對齊方法中，光纖用之V形槽，雷射二極 體用之U形凹槽，及監視器光二極體用之U形槽均形成於 一矽基座之上表面中，此等裝置分別置於其中。在完成光 學裝置及光纖在特定批次之每一矽基座上之對齊後，逐個 移動矽基座至一晶粒黏結器，俾對矽基座上之光學裝置依 次執行黏結處理。其後，逐個移動矽基座至一線黏結階段 ，俾對矽基座之金屬線依次執行黏結處理。然後逐個移動 結果之矽基座至環氧樹脂黏結器，俾對矽基座次執行塗覆 處理。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 故此，以上處理各對每一矽基座執行，此完全違背分 批生產之優點’。光學通訊裝置之此普通製造法之低處理率 導致生產率降低，因爲製造以矽基座爲單位執行，此大爲 增加製造成本。 發明槪要 故此，本發明之一目的在解決上述有關普通方法之問 題，提供一種裝配架及其使用方法，用以分批生產光學通 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -5- 479419 A7 __B7 五、發明說明（3 ) 訊裝置’以獲得高處理率及提高生產率 依據本發明之一方面 置之一種裝配架，包含： U形凹 及多個 槽之底 依 通訊裝 U形凹 其上表 及多個 槽之底 槽，配置 真空孔垂 表面相連 據本發明 置之方法 槽上，各 面設有多 真空孔垂 表面相連 用以容納多 直形成通過 通。 提供用以分批生 裝配架體，其上 個矽基座，各裝 裝配架體，俾真 產光學通訊裝 表面設有多個 載光學裝置， 空孔與U形凹 之另一方面，提供一種用以分批生產光學 ，包括步驟 裝載光學裝 個U形凹槽 直形成通過 通；及施加 :安置多個矽基座於裝配架之 置，裝配架包含一裝配架體， ，配置用以容納多個矽基座， 裝配架體，俾真空孔與U形凹 真空於裝配架體之真空孔中。 請 先 閱 讀 背 面 之 注 意 事 項
頁I 訂 附圖簡述 線 由以下實施例之說明並參考附圖，可明瞭本發明之其 他目的及層面，在附圖中： 圖1爲透視圖，槪要顯示置於本發明之較佳實施例之 光學通訊裝置之分批生產用之裝配架上之多個矽基座之一 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2爲透視圖，槪要顯示本發明之實施例之光學通訊 裝置之分批生產用之裝配架； 圖3爲沿圖2之線m — m上所取之斷面圖；及 圖4爲斷面圖，顯示使用本發明之裝配架之晶粒黏結 處理。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -6- 4/9419
五、發明說明（4 ) 主要元件對照表 1 光纖 2 雷射二極體 3 光二極體 4 矽基座 5 裝配架體 6 多孔板 7 真空室 8 真空導管 4 1 V形槽 5 1 U形凹槽 5 2 真空孔 7 2 熱絕緣板 7 4 導管 較佳實施例之詳細說明 參考圖2及3，用以分批生產光學通訊裝置之裝配架 包含一方形裝配架體5，其上表面設有多個u形凹槽5 1 。ϋ形凹槽5 1配置成矩陣陣列，並適於容納矽基座4 , 其一顯示於圖1。U形凹槽5 1各具有一平坦之底面，及 傾斜之側壁包圍該平坦底面，以形成梯形斷面。爲固持矽 基座4於U形凹槽5 1之各別底表面上，多個真空孔5 2 垂直形成穿過裝配、架體5，分別與U形凹槽相連通，並從 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再Ϊ本頁) ·. •線. 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 479419 A7 _ B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 而施加真空作用於每一矽基座上。 裝配架體5宜爲矽所製。裝配架體5可具有大小約爲 12 · 7cmxl2 · 7cm，以固持約1，〇〇〇矽基座 4 〇 U形凹槽5 1之製造經由微影及使用氫氧化鉀（ KOH)之化學蝕刻方法達成，其精確度（容差）約爲5 V m，此等形成於裝配架體5之上表面上，以同時容納多 個矽基座4。雖一或更多之矽基座4可不確地置於U形凹 槽5 1間之其對應之凹槽中，但所置之矽基座沿U形凹槽 5 1之傾斜表面上滑動至其精確之坐定位置。如此，每一 矽基座4可一致及精確坐定於對應凹槽51之底表面上。 垂直形成穿過裝配架體5之真空孔5 2之構造亦宜使 用化學蝕刻方法達成。當經由真空孔5 2施加真空於坐定 於U形凹槽5 1上之矽基座4上時，堅定固持矽基座於裝 配架體5上。一多孔板6宜附著於裝配架體5之下表面上 ，同時通過所有真空孔5 2均勻施加真空於裝配架體5上 ，使用設於多孔板下面之真空導管8。多孔板6宜爲繞結 之銅粉所製。 裝配架體5上每一矽基座4之選擇固持及釋放可容易 經由真空孔5 2及真空導管8施加及移去真空來達成。故 此，當裝配架輸送於連續處理階段之間時，可移去施加於 裝配架上之真空，俾僅當執行特定之處理時，方施加真空 例如，可執行一拾起及置放程序（由此 雷射二極 請 先 閱 讀 背 之 注 意 事 項 再 1¾ 頁i 訂 線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -8 - 479419 Α7 __________ Β7 五、發明說明（6 ) 體2及一監視器光二極體3安置於裝配架上），同時由施 加真空堅定固持矽基座4於裝配架體5上。如此，在拾起 及置放程序之期間中，雷射二極體2及光二極體3與一光 纖1 一起安置於矽基座4上。矽基座4形成有V形槽4 1 用以容納一光纖，一 U形凹槽4 2用容納一雷射二極體， 及一 U形凹槽4 3用以容納監視器光二極體，如顯示於圖 1 〇 使用本發明之裝配架，可同時處理多個矽基座4 ,使 用晶片上製造方法。即是，約1，〇 〇 〇矽基座4 (各具有 大小2 m m X 4 m m )可成批容納一連串之處理，即是一 晶粒黏結處理，一線黏結處理，一環氧樹脂黏結處理，及 一最後測試處理’同時由施加直空堅定固持於裝配架體5 上。故此，本發明大爲提高生產率，從而使大量生產成爲 可能，以達成提高勞力及裝備之效率及處理能力。如此， 光學通訊裝置之生產成本大爲降低。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 爲製造每一矽基座4上之V形槽4 1及U形凹槽4 2 及43，每一光學元件（即光纖，雷射二極體，及監視器 光二極體）之圖形由屏蔽方法形成於一矽晶片上，使用電 漿加強化學蒸氣積方法。 矽晶片然後接蝕刻處理，使用氫氧化鉀（K〇Η )蝕 刻溶液。在蝕刻處理中，由各向異性蝕刻法製造槽/凹槽 4 1，4 2，及4 3，俾其側邊各具有對矽晶片之水平平 面成54 · 7°之角度。在雷射二極體2，由對I ηΡ單 晶體之化學蝕刻處理，各向異性蝕刻一晶片，及然後切割 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -9- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 479419 A7 B7 五、發明說明（7 ) 爲單位件。使用化學蝕刻法所製之每一雷射二極體2及每 一矽基座4使用非接觸立體量度裝置量度’以決定每一蝕 稅部份之大小及位置。根據量度之結果’每一雷射二極體 2及每一矽基座4使用微影法處理，俾具有最後精確度1 V m或更小。 如上述製造之雷射二極體2可在本發明之裝配架上所 固持之矽基座4上容易及簡單自行對齊。即是，由簡單地 丟下每一雷射二極體2於其對應之矽基座4上，在約1 0 // m之容差限度內，二極體沿U形凹槽5 1之傾斜表面上 滑動，且從而自動對齊於矽基座4上。與普通對齊方法相 較，本發明之此自動對齊方法大爲減少處理時間，由於同 時處理大量之晶片晶方，普通對齊方法包括輕彈晶方黏結 或紅外線顯微鏡，以辨認細微之蝕刻圖形。 現說明本發明之一實施例之分批生產光學通訊裝置之 方法，使用上述之裝配架。 在本發明之分批生產方法中，使用被動對齊方法，其 中’一光纖1對齊一砂基座4之V形槽41，同時一雷射 二極體2對齊U形凹槽4 2。在監視器光二極體欲在矽基 座4上對齊，以取代雷射二極體2之情形，應用同一被動 對齊方法。在依被動對齊方法完術每一矽基座4之對齊後 ，使用依本發明所形成之裝配架，執行晶片上製造方法， 即是’使1 2 · 7 c m X 1 2 · 7 c m之大小成批處理約 1，0 0 0矽基座。光學通訊裝置之製造以裝配架爲單位執 行’此與普通方法不同，在普通方法，製造以矽基座爲單 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ----------— II · I I---I— 訂- ----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線 « -10 - 479419
五、發明說明（8 ) 位執行。故此，固持於裝配架體5上之所有砂基座4由一 連串之處理（例如晶粒黏結，線黏結，及環氧樹脂黏結） (請先閱讀背面之注意事項再«<寫本頁) 同時處理。故此’製造裝備可整合，從而導致爲降低生產 裝備之初期投資成本。即是，整個製造處理可由固於裝配 架上執行，矽基座4堅定固持於其上，及依次施加晶粒黏 結，線黏結，環氧樹脂黏結等操作於其上。 --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在晶片上製造方法中’可成批製造約1，〇 0 0或更多 之光學通訊裝置，使用本發明之裝配架，其中，需製造本 發明之光學通訊裝罝之構成元件，即是雷射二極體2 ,監 視器光二極體3，及矽基座4，俾各具有所需之精確度。 作爲製造光學裝置，例如矽基座4之一方法實例，先選擇 蝕刻一矽晶片之預定區，各相當於一矽基座，使用氫氧化 鉀（Κ Ο Η )鈾刻溶液，此等然後使用立體量度裝置量度 。根據量度結果，再度對蝕刻之矽晶片執行蝕刻處理，以 製造具有所需精確度之矽基座4。其後，切割晶片爲塊， 使用例如一切粒鋸，俾每一塊相當於一矽基座4，具有大 小2mmx 4mm。在製造雷射二極體2及監視器光二極 體3時，使用一 l，300nm波長之I np應變多量子井 結構。蝕刻該井結構於欲製造所需圖形之處，然後切割爲 塊，各相當於一雷射二極體2或監視器光二極體3。然後 使用非接觸立體量度裝置，量度所製之雷射二極體之外部 大小。其後，沉積一黏結金屬，例如A u — S n ( S η在 2 0重量％)於每一電射二極體2及每一監視器光二極體 3上至1 之厚度，使用金屬沉積裝置。然後，在如此 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -11 - 479419 A7 -------B7____ 五、發明說明（9 ) 製備之矽基座4，雷射二極體2，及監視器光二極體3使 用紫外線及臭氧氣體成批處理後，對雷射二極體2及監視 器光二極體3之金屬表面執行普通淸潔處理（由RC A公 司發展，且普通稱爲RCA淸潔法）。爲檢查有機物質， 無機物質，及氧化物薄膜之存在於每一裝置上，在R C A 淸潔處理之前及後，使用Auger電子頻譜儀觀察該等裝置， 以決定每一樣品上是否有雜質存在。根據檢查結果，決定 對每一裝置執行潔處理。在完成所有裝置之淸潔處理後， 使用拾起及置放方法，安置矽基座4於裝配架5上。其後 ’使用拾起及置放方法，成批依次安置每種裝置之電射二 極體2及監視器光二極體3於矽基座4上。 現參考圖4，顯示一晶粒黏結方法，此使用本發明之 裝配架執行。裝配架置於一真空室7中，固持矽基座4於 裝配架體5上。爲防止用以黏結矽基座4之金屬焊料在真 空室7中氧化，經由導管7 4引進氮大氣於真空室中。在 充滿筒純度之氣氣之最後狀態中，加熱真空室至約310 °C之溫度，此在大部份焊料熔點以上，及然後冷卻至室溫 ，從而使電射二極體2及監視器光二極體3成批黏結於各 別之矽基座上。爲量度每一金屬黏結裝置之黏結強度，執 行一測試，諸如微機械剪力測試，以決定測試之裝置是否 呈現0 · 1 5Kg f/cm2或以上之標準剪應力，其後對 每一裝置執行光-電子量度。參考數字7 2標示熱絕緣板 〇 裝配架然後進行線黏結階段。線黏結處理在裝配架上 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再本頁) · --線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -12- 479419
五、發明說明（1〇 ) 執行，宜使用冷黏結方法，其中，使用超音波能量黏結金 屬線。在此，需堅定固持矽基座4於裝配架體5上，以防 止黏結於矽基座上之雷射二極體2及監視器光二極體3由 於線黏結處理所引起之機械掁動而移動。故此，在本發明 之方法中，空氣自裝配架體5之真空孔5 2放出，以取代 此方法中普通所用之機械固持方法。當空氣自裝配架體5 之真i孔5 2放出時’經由真空孔5 2施加真空於裝配架 體上，從而使置於裝配架體之凹槽中之矽基座堅固地固持 固定。此時’由多孔板下面之電阻加熱器8 2加熱多孔板 6至10 0°C之溫度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在完成線黏結處理後，裝配架前進至一環氧樹魯黏結 階段及一帽蓋拾起及置放階段。在此等處理中，真空均勻 加於裝配架體5上，以堅定固定矽基座4於裝配架體上， 其方式與前處理相同。在此情況下，熱固性環氧樹脂經由 注射器注射於矽基座4上，可精細控制注射量，俾由環氧 樹脂塗覆於砂基座4上。其後，由環氧樹脂塗覆之基座4 由透明材料，諸如玻璃或矽所製之一帽蓋蓋住。與前處理 同樣，此等處理在裝配架體5上成批執行。故此，與由以 矽基座爲單位所執行之普通方法相較，大爲提高生產率， 使大量生產成爲可能。 雖已發表本發明之較宜實施例，以供圖解之用，但精 於本藝之人士明瞭可作各種修改，添加，及減少，而不脫 離後附申請專利範圍所發表之本發明之範圍及精神。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -13- 479419 A7 _B7 五、發明說明（) 工業應用 自上述可明瞭，依據本發明，使用一裝配架，此能分 批生產光學通訊裝置。由此一裝配架，可分批同時處理多 個矽基座，以製造光學通訊裝置。故此，可大量生產光學 通訊裝置，提高勞工，裝備，及處理效率，從而大爲降低 製造成本。 (請先閱讀背面之注意事項再本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 14-
Claims (1)
- 479419 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 修 _補尤ί 、申請專利範圍 1 · 一種用以分批生產光學通訊裝置之裝配架，包含 一裝配架體，其上表面設有多個υ形凹槽，被配置以便以 容納多個矽基座，各矽基座裝載光學裝置，該裝配架並包 含多個垂直形成通過該裝配架體之真空孔’使得真空孔與 各U形凹槽之底表面相連通。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之裝配架，其中，該 裝配架體係由矽所做的。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之裝配架，更包含一 多孔板，附著於裝配架體之下表面’並適於均勻施加真空 於裝配架體之真空孔中。 4 .如申請專利範圍第3項所述之裝配架，其中，該 多孔板係藉由燒結銅粉所製造的。 5 ·如申請專利範圍第4項所述之裝配架，另包含一 電阻性加熱器，被配置於多孔板的下面。 6 ·如申請專利範圍第1項所述之裝配架，其中，多 個U形凹槽被配置成矩陣陣列。 7 ·如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之裝配 架，其中，光學裝置爲雷射二極體及光二極體。 8 ·如申請專利範圍第1至3項之任一項所述之裝配 架，其中，光學裝置爲雷射二極體及監視光二極體。 9 · 一種用以分批生產光學通訊裝置之方法，包括步 驟： 安置多個矽基座於裝配架之U形凹槽上，各矽基座裝 載光學裝置， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)-15- 479419 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其中，裝配架包含一裝配架體，其上表面設有多個U 形凹槽，被配置以便容納多個矽基座，該裝配架並包含垂 直形成通過該裝配架體之多個真空孔，使得真空孔與各U 形凹槽之底表面相連通。 1 0 . —種用以分批生產光學通訊裝置之方法，包括 步驟： 安置多個矽基座於裝配架之U形凹槽上，各矽基座裝 載光學裝置， 其中，裝配架包含一由矽所做之裝配架體，其上表面 設有多個U形凹槽，被配置以便容納多個矽基座，該裝配 架並包含多個垂直形成通過該裝配架體之真空孔，使得真 空孔與各U形凹槽之底表面相連通。 1 1 . 一種用以分批生產光學通訊裝置之方法，包括 步驟： 安置多個矽基座於裝配架之U形凹槽上，各矽基座裝 載光學裝置， 其中，裝配架包含： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一裝配架體，其上表面設有多個U形凹槽，被配置以 便容納多個矽基座，該裝配架並包含多個垂直形成通過該 裝配架體之真空孔，使得真空孔與各U形凹槽之底表面相 連通，及 一多孔板，附著於該裝配架體之下表面上，並適於均 勻施加真空於裝配架體之真空孔中。 1 2 ·如申請專利範圍第9、1 0、及1 1項之任一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） · 16 - 479419 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 項所述之方法，另包括施加真空於裝配架之真空孔中的步 驟。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 3 ·如申請專利範圍第9、1 0、及1 1項之任一 項所述之方法，另包括步驟： 載入該裝配架於一充滿氮氣的真空室中，其上放置矽 基座；及 加熱該真空室至不低於焊料之熔化點的溫度，該焊料被 用來黏結由矽基座所裝載之光學裝置於矽基座上，而後冷 卻該真空室，以黏結光學裝置於矽基座上。 1 4 ·如申請專利範圍第1 2項所述之方法，另包括 步驟：施加超音波能量於分別被配置相鄰於由矽基座所裝 載之光學裝置的金屬線上，以黏結金屬線於光學裝置。 1 5 ·如申請專利範圍第1 4項所述之方法，另包括 步驟： 注射熱固性環氧樹脂於矽基座上，以塗覆熱固性環氧 樹脂於矽基座上；及 以由透明材所做之帽蓋蓋住所塗覆之矽基座。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 6 · —種用以分批生產光學通訊裝置之方法，包括 步驟= 經由微影程序及各向異性化學鈾刻程序，製備一矽裝 配架，其上表面設有多個U形凹槽，被配置且分別適於以 自行對齊之方式容納矽基座，矽裝配架具有多個真空孔， 適於藉由被施加於矽裝配架的真空來固持所容納之矽基座 於U形凹槽的個別底表面上； -17- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
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