WO1999009438A1 - Method for producing an optical component incorporated in a waveguide chip - Google Patents

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WO1999009438A1
WO1999009438A1 PCT/DE1998/000824 DE9800824W WO9909438A1 WO 1999009438 A1 WO1999009438 A1 WO 1999009438A1 DE 9800824 W DE9800824 W DE 9800824W WO 9909438 A1 WO9909438 A1 WO 9909438A1
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optical component
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PCT/DE1998/000824
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Hans Kragl
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Harting Elektro-Optische Bauteile Gmbh & Co. Kg
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    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/12—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type of the integrated circuit kind
    • G02B6/122—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths
    • G02B6/1221—Basic optical elements, e.g. light-guiding paths made from organic materials

Definitions

  • the invention is based on a method for producing an integrated optical waveguide component according to the preamble of the main claim.
  • a method for producing an integrated optical waveguide component is already known from EP 0 560 043 B1.
  • a microstructured body which is referred to below as a die, is produced, which has webs or trenches as preforms for optical waveguide structures with a rectangular cross section and preforms for a fiber guide structure.
  • the preforms for the fiber guide structure and the preforms for the optical waveguide structures are connected here and have aligned longitudinal axes.
  • a negative shape of the die is created by plastic molding.
  • the preforms for optical waveguide structures result in a waveguide trench
  • the preforms for a fiber guide structure result in a depression in which an optical fiber can be inserted.
  • the waveguide trench is then filled with a transparent, curable waveguide material.
  • the separation of the plastic impression part and the molding die proves to be difficult in practice, and in practice involves a high rejection rate.
  • the reject rate is additionally increased, since not only is the demolding of the rectangular waveguide trench problematic, but also the sharp, extremely thin partition between the two partial waveguides can break.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the independent claim has the advantage, in contrast, that the substrate and the form stamp, in particular in the waveguide trench region, are much easier to demold and have smoother walls.
  • the lower reject rate also results in significantly cheaper production.
  • Another advantage is that the production of a more complex integrated optical waveguide component with two partial waveguides, which converge at an acute angle, is significantly simplified. In particular, it is possible to choose a more acute angle between the two partial waveguides, as a result of which the optical losses of the entire component are reduced because abrupt transitions are avoided.
  • silicon is particularly advantageous to use silicon as the material for producing the master, since a large number of processing options are known for silicon. For example, it is possible to produce V-grooves, which have the advantage of automatic fiber adjustment as fiber guide structures, in silicon by means of a wet chemical etching process with potassium hydroxide.
  • FIG. 1 shows an integrated optical waveguide component
  • FIG. 2 shows a waveguide component according to the invention
  • FIG. 2a shows a cross section through the component shown in FIG. 2,
  • FIGS. 1 to 7 Method according to the invention for producing an integrated optical waveguide component.
  • a first integrated optical waveguide component 10 is shown in FIG.
  • the integrated optical waveguide component 10 consists of a substantially cuboid substrate 1, which consists of a polymer material.
  • the outer ends of the substrate 1 are provided with fiber coupling areas which are designed as V-grooves 4.
  • a waveguide recess 3 is provided, which connects the V-grooves.
  • the waveguide recess is a recess with an approximately trapezoidal cross-section that with
  • Waveguide material 2 is filled.
  • a fiber 50 is inserted into one of the two V-grooves 4 and fixed with adhesive 51.
  • the fiber is arranged so that its longitudinal axis is approximately aligned with the longitudinal axis of the waveguide recess 3.
  • FIG. 2 shows another integrated optical waveguide component 10, which consists of a substrate 1, which in turn is essentially cuboid. There are two V-grooves 4 on one of the two end faces, and a V-groove 4 on the opposite end face. The individual V-groove is via a branching waveguide recess 3 with a trapezoidal cross-section with the two opposite and adjacent V-grooves 4 connected. A section line AA 'is also shown.
  • FIG. 2a shows a cross-section, not to scale, through the integrated optical waveguide component 10 shown in FIG. 2 along the one in FIG also shown section line AA '.
  • a substrate 1 with two partial waveguides of a branching waveguide recess 3 with a trapezoidal cross section is visible, a trapezoidal angle 77 being included between the flank of the waveguide recess.
  • the waveguide recess 3 is already filled with waveguide material 2 here. In the illustration chosen here, the triangular separation between the two partial waveguides is clearly visible, with the broad lower base ensuring increased mechanical stability.
  • the cross section through a master 11 is shown in FIG.
  • the master 11 consists, for example, of an anisotropically etchable semiconductor, such as silicon.
  • the basic shape of the master 11 is similar to the basic shape of the substrate 1 in FIG .
  • a third microstructure 16 is provided in the master 11, which has an approximately rectangular cross section, but is deeper than the second microstructure 13 and the first microstructure 14.
  • the third microstructure 16 runs approximately perpendicular to the longitudinal axis of the second microstructure 13 and the first microstructure 14.
  • the third microstructure 16 is arranged such that the second Microstructure 13 and the first microstructure 14 touches the third microstructure 16.
  • the first microstructure 14 with its triangular cross section can be, for example, by anisotropic etching of the
  • Silicon material of the master 11 can be generated by a suitable mask.
  • the second microstructure 13 is produced, for example, by reactive ion etching through a suitable mask.
  • the third microstructure 16 can be produced, for example, by sawing the silicon.
  • a negative mold is produced by the master 11.
  • the product of this process step is shown in FIG. 4.
  • the negative mold is produced by electrolytically coating the master 11 with a thick metal layer, for example made of nickel. After the coating has reached a critical thickness, the coating is separated from the master 11, the master 11 being lost. If necessary, the non-structured side of the coating is smoothed in order to eliminate roughness and undulations caused by the electrolysis process by means of the layer separation.
  • the detached coating forms the negative form and is also called the 1st generation daughter 21.
  • the 1st generation daughter 21 has 1st daughter microstructures 23, 2nd daughter microstructures 24 and 3rd daughter microstructures 26, which correspond inversely to the second microstructures 13, first microstructures 14 and third microstructures 16.
  • the demolding is particularly simple and the structure can be better molded.
  • the third microstructure is not later formed into a waveguide, so accuracy is not so important and it can be formed with a rectangular cross section. Should it be as Stop for a fiber to be inserted into the V-groove, a rectangular cross-section is even advantageous.
  • n Components are referred to as n.
  • Generation daughter where n represents the number of molding steps.
  • the individual microstructures are referred to as daughter, grandchildren, great-grandchildren, etc. microstructures, whereby the pre-ordinate number clarifies which microstructure of the master was molded. For example, by molding the master with a first microstructure and a second microstructure by molding twice, a 2nd generation daughter with a 1st grandson microstructure and a 2nd grandson microstructure is produced.
  • the 1st generation daughter 21 is again coated in an electrolysis process with a metal layer, which in turn preferably consists of nickel.
  • a metal layer which in turn preferably consists of nickel.
  • the 2nd generation daughter 31 is essentially an exact replica of the master 11. It has 2nd grandson microstructures 33, 1st grandson microstructures 34 and 3. Grandchildren microstructures 36 which correspond to the first microstructures 14, the second microstructures 13 and the third microstructures 16.
  • a third generation daughter 41 is formed by repeated galvanic molding of a second generation daughter 31.
  • the 3rd generation daughter 41 is essentially a micro-accurate image of the 1st generation daughter 21 and has 1st grandchild microstructures 44, 2nd grandchild microstructures 43 and 3rd grandchild microstructures 46, which correspond to the 2nd daughter microstructures 23, 1st daughter microstructures 24 and 3rd daughter microstructures 26 of the 1st generation daughter 21.
  • the substrate 1 is produced.
  • an odd-numbered daughter microstructure is used as the first molding aid for a plastic impression, in the one chosen here
  • Embodiment the third generation daughter.
  • a second molding aid 64 which in the exemplary embodiment chosen here has the shape of a frame, the inside dimensions of which correspond exactly to the outside dimensions of the 3rd generation daughter, is connected to a 3rd generation daughter 41 to form a casting mold.
  • the resulting trough-shaped casting mold is in turn filled with a casting compound 70 which can be cured by temperature, exposure to light, radiation or other methods familiar to the person skilled in the art. It is advantageous to choose the potting compound 70 so that the optical properties have the lowest possible absorption. This requirement is based on the fact that the impression of the second -grand microstructure 43 is to be formed into a waveguide in a later process step.
  • the Potting compound 70 the sheathing of the waveguide, the attenuation of which then also depends on the absorption coefficient of the sheathing material.
  • plastic molding instead of pouring out with the potting compound, other possibilities of plastic molding are also possible and provided, for example hot pressing, the third generation 41 serving as a stamp, or reaction molding, injection molding.
  • other second molding aids are also conceivable and also necessary than that of a frame. These configurations are familiar to the person skilled in the art.
  • the second molding aid 64 is a cast frame which, after the substrate of the 3rd generation daughter has been removed from the mold, forms the substrate 1 together with the hardened casting compound 70.
  • the second molding aid 64 additionally serves as a carrier for optical or optoelectronic or electrical components, which are then cast into the substrate.
  • Such a frame is, for example, from the German

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Abstract

The invention concerns a method for producing optical components (10) incorporated in a waveguide chip, whereby a microstructural body (21) is copied according to plastic material copy techniques. The optical component (10) incorporated in a waveguide chip has fibre-guide grooves (4) and trapezoid waveguides (3). The shaping enables economical production with small amounts of waste.

Description

Verfahren zur Herstellung eines integriert-optischen WellenleiterbauteilsMethod for producing an integrated optical waveguide component
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines integriert-optischen Wellenleiterbauteils nach der Gattung des Hauptanspruchs .The invention is based on a method for producing an integrated optical waveguide component according to the preamble of the main claim.
Aus der EP 0 560 043 Bl ist schon ein Verfahren zur Herstellung eines integriert-optischen Wellenleiterbauteils bekannt. Hierbei wird ein mikrostrukturierter Körper, welcher im folgenden Formstempel genannt wird, hergestellt, welcher Stege oder Gräben als Vorformen für Lichtwellenleitungsstrukturen mit rechteckigem Querschnitt sowie Vorformen für eine Faserführungsstruktur aufweist. Die Vorformen für die FaserführungsStruktur und die Vorformen für die Lichtwellenleitungsstrukturen sind hierbei verbunden und weisen fluchtende Längsachsen auf. Zur Herstellung des integriert-optischen Bauteils wird durch Kunststoffabformung eine Negativform des Formstempels erzeugt. Die Vorformen für Lichtwellenleitungsstrukturen ergeben einen Wellenleitergraben, die Vorformen für eine Faserführungsstruktur ergeben hierbei eine Vertiefung, in welche eine optische Faser einlegbar ist. Der Wellenleitergraben wird anschließend mit einem transparentem aushärtbaren Wellenleitermaterial befüllt. Die Trennung von Kunststoffabformteil und Formstempel erweist sich in der Praxis jedoch als schwierig, und ist in der Praxis mit einer hohen Ausschußquote behaftet.A method for producing an integrated optical waveguide component is already known from EP 0 560 043 B1. Here, a microstructured body, which is referred to below as a die, is produced, which has webs or trenches as preforms for optical waveguide structures with a rectangular cross section and preforms for a fiber guide structure. The preforms for the fiber guide structure and the preforms for the optical waveguide structures are connected here and have aligned longitudinal axes. To produce the integrated optical component, a negative shape of the die is created by plastic molding. The preforms for optical waveguide structures result in a waveguide trench, the preforms for a fiber guide structure result in a depression in which an optical fiber can be inserted. The waveguide trench is then filled with a transparent, curable waveguide material. However, the separation of the plastic impression part and the molding die proves to be difficult in practice, and in practice involves a high rejection rate.
Weist der Grundriß des integriert-optischen Wellenleiterbauteils einen Wellenleiter mit Y-förmigem Verlauf auf, wird die Ausschußquote zusätzlich erhöht, da nunmehr nicht nur die Entformung des rechteckigen Wellenleitergrabens problematisch ist, sondern auch die scharfe extrem dünne Trennwand zwischen den beiden Teilwellenleitern brechen kann.If the layout of the integrated optical waveguide component has a waveguide with a Y-shaped course, the reject rate is additionally increased, since not only is the demolding of the rectangular waveguide trench problematic, but also the sharp, extremely thin partition between the two partial waveguides can break.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Substrat und der Formstempel insbesondere im Wellenleitergrabenbereich sehr viel einfacher zu entformen sind und glattere Wände aufweisen. Durch die geringere Ausschußquote ergibt sich auch eine deutlich verbilligte Herstellung. Als weiterer Vorteil ist zu sehen, daß die Herstellung eines komplexeren integriert-optischen Wellenleiterbauteils mit zwei Teilwellenleitern, welche spitzwinklig aufeinander zulaufen, deutlich vereinfacht wird. Insbesondere ist es möglich, einen spitzeren Winkel zwischen den beiden Teilwellenleitern zu wählen, wodurch die optische Verluste des gesamten Bauteils reduziert werden, weil abrupte Übergänge vermieden werden.The method according to the invention with the characterizing features of the independent claim has the advantage, in contrast, that the substrate and the form stamp, in particular in the waveguide trench region, are much easier to demold and have smoother walls. The lower reject rate also results in significantly cheaper production. Another advantage is that the production of a more complex integrated optical waveguide component with two partial waveguides, which converge at an acute angle, is significantly simplified. In particular, it is possible to choose a more acute angle between the two partial waveguides, as a result of which the optical losses of the entire component are reduced because abrupt transitions are avoided.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch angegebenen Verfahrens möglich. So ist es besonders vorteilhaft, den Trapezwinkel des Querschnitts der zweiten MikroStruktur zwischen 1 und 45°, insbesondere bei etwa 25° einzustellen, da dieser Winkel ein Optimum darstellt, welches in vorteilhafter Weise gute Entformbarkeit , vorteilhafte Modenstruktur des sich im Wellenleiter ausbreitenden Lichts und geringe Verluste miteinander verbindet.The measures listed in the dependent claims allow advantageous developments and improvements of the method specified in the independent claim. It is particularly advantageous to determine the trapezoidal angle of the cross section of the second microstructure between 1 and 45 °, in particular at about 25 °, since this angle represents an optimum which advantageously combines good demoldability, advantageous mode structure of the light propagating in the waveguide and low losses.
Es ist besonders vorteilhaft, den Formstempel durch mehrfaches Abformen eines Masters herzustellen, da hierdurch eine große Anzahl von Formstempeln aus einem Master herstellbar ist. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, eine ungeradzahlige Anzahl von Abformungen vorzunehmen, da somit Vertiefungen im Substrat durch Vertiefungen im Master erzeugt werden. Zur Herstellung von Vertiefungen stehen dem Fachmann geeignete Mittel zur Verfügung.It is particularly advantageous to produce the form stamp by repeatedly molding a master, since this enables a large number of form stamps to be produced from one master. In addition, it is advantageous to take an odd number of impressions, since depressions in the substrate are thus created by depressions in the master. Suitable means are available to the person skilled in the art for producing depressions.
Durch das Anbringen einer dritten Masterstruktur wird in vorteilhafter Weise ein Anschlag für eine einzulegende optische Faser geschaffen.By attaching a third master structure, a stop for an optical fiber to be inserted is advantageously created.
Es ist besonders vorteilhaft, als Material zur Herstellung des Masters Silizium zu benutzen, da für Silizium eine Vielzahl von Bearbeitungsmöglichkeiten bekannt ist. Beispielsweise ist es möglich V-Nuten, welche als Faserführungsstrukturen den Vorteil der automatischen FaserJustierung besitzen, in Silizium mittels eines naßchemischen Ätzprozeßes mit Kaliumhydroxid herzustellen.It is particularly advantageous to use silicon as the material for producing the master, since a large number of processing options are known for silicon. For example, it is possible to produce V-grooves, which have the advantage of automatic fiber adjustment as fiber guide structures, in silicon by means of a wet chemical etching process with potassium hydroxide.
Zeichnungdrawing
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein integriert-optisches Wellenleiterbauteil, Figur 2 ein erfindungsgemäßes Wellenleiterbauteil, Figur 2a einen Querschnitt durch des in Figur 2 dargestellte Bauteil, Figuren 1 bis 7 ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines integriert-optischen Wellenleiterbauteils .An embodiment of the invention is shown in the drawing and explained in more detail in the following description. 1 shows an integrated optical waveguide component, FIG. 2 shows a waveguide component according to the invention, FIG. 2a shows a cross section through the component shown in FIG. 2, FIGS. 1 to 7 Method according to the invention for producing an integrated optical waveguide component.
Beschreibungdescription
In Figur 1 ist ein erstes integriert optisches Wellenleiterbauelement 10 gezeigt. Das integriert optische Wellenleiterbauelement 10 besteht aus einem im wesentlichen quaderförmigen Substrat 1, welches aus einem Polymerwerkstoff besteht. Den äußeren Enden des Substrats 1 sind Faserankopplungsbereiche vorgesehen, welche als V-Nuten 4 ausgebildet sind. Im Mittelbereich des Substrats ist eine Wellenleitervertiefung 3 vorgesehen, welche die V-Nuten verbindet. Die Wellenleitervertiefung ist eine Vertiefung mit in etwa trapezförmigem Querschnitt, die mitA first integrated optical waveguide component 10 is shown in FIG. The integrated optical waveguide component 10 consists of a substantially cuboid substrate 1, which consists of a polymer material. The outer ends of the substrate 1 are provided with fiber coupling areas which are designed as V-grooves 4. In the central region of the substrate, a waveguide recess 3 is provided, which connects the V-grooves. The waveguide recess is a recess with an approximately trapezoidal cross-section that with
Wellenleitermaterial 2 gefüllt ist. In eine der beiden V- Nuten 4 ist eine Faser 50 eingelegt und mit Kleber 51 fixiert. Die Faser ist so angeordnet, daß ihre Längsachse in etwa mit der Längsachse der Wellenleitervertiefung 3 fluchtet.Waveguide material 2 is filled. A fiber 50 is inserted into one of the two V-grooves 4 and fixed with adhesive 51. The fiber is arranged so that its longitudinal axis is approximately aligned with the longitudinal axis of the waveguide recess 3.
In Figur 2 ist ein weiteres integriert optisches Wellenleiterbauteil 10 dargestellt, welches aus einem Substrat 1 besteht, welches wiederum im wesentlichen quaderförmig ist. An einer der beiden Stirnseiten befinden sich zwei V-Nuten 4, an der gegenüberliegenden Stirnseite befindet sich eine V-Nut 4. Die einzelne V-Nut ist über eine sich verzweigende Wellenleitervertiefung 3 mit trapezförmigem Querschnitt mit den beiden gegenüberliegenden und einander benachbarten V-Nuten 4 verbunden. Weiterhin dargestellt ist eine Schnittlinie AA' .FIG. 2 shows another integrated optical waveguide component 10, which consists of a substrate 1, which in turn is essentially cuboid. There are two V-grooves 4 on one of the two end faces, and a V-groove 4 on the opposite end face. The individual V-groove is via a branching waveguide recess 3 with a trapezoidal cross-section with the two opposite and adjacent V-grooves 4 connected. A section line AA 'is also shown.
Figur 2a zeigt einen nicht maßstabsgetreuen Querschnitt durch das in Figur 2 gezeigte integriert optische Wellenleiterbauteil 10 entlang derer in der Figur 2 ein ebenfalls gezeigten Schnittlinie AA' . Sichtbar ist ein Substrat 1 mit zwei Teilwellenleitern einer sich verzweigenden Wellenleitervertiefung 3 mit trapezförmigem Querschnitt, wobei zwischen der Flanke der Wellenleitervertiefung ein Trapezwinkel 77 eingeschlossen wird. Die Wellenleitervertiefung 3 ist hier schon mit Wellenleitermaterial 2 befüllt. In der hier gewählten Darstellung ist die dreieckige Trennung zwischen den beiden Teilwellenleitern deutlich sichtbar, wobei die breite untere Basis für eine erhöhte mechanische Stabilität sorgt.FIG. 2a shows a cross-section, not to scale, through the integrated optical waveguide component 10 shown in FIG. 2 along the one in FIG also shown section line AA '. A substrate 1 with two partial waveguides of a branching waveguide recess 3 with a trapezoidal cross section is visible, a trapezoidal angle 77 being included between the flank of the waveguide recess. The waveguide recess 3 is already filled with waveguide material 2 here. In the illustration chosen here, the triangular separation between the two partial waveguides is clearly visible, with the broad lower base ensuring increased mechanical stability.
Anhand der Figuren 3 bis 7 soll das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines integriert optischen Wellenleiterbauteils erläutert werden.The method according to the invention for producing an integrated optical waveguide component is to be explained with reference to FIGS. 3 to 7.
In Figur 3 ist der Querschnitt durch ein Master 11 gezeigt. Das Master 11 besteht beispielsweise aus einem anisotrop ätzbaren Halbleiter, wie zum Beispiel Silizium. Die Grundform des Masters 11 ist ähnlich der Grundform des Substrats 1 auf Figur 1. An den äußeren gegenüberliegenden Enden des Masters 11 sind je eine erste MikroStruktur 14 angebracht, welche in etwa die gleiche Form und Abmessung wie die V-Nuten 4 des Substrats 1 haben. Zwischen den beiden ersten MikroStrukturen 14 verläuft eine zweite Mikrostruktur 13, welche in etwa die Form der Wellenleitervertiefung des Substrats 1 hat. Bemerkenswert ist insbesondere der leicht trapezförmige Querschnitt der zweiten MikroStruktur 13. Weiterhin ist in dem Master 11 eine dritte MikroStruktur 16 vorgesehen, welche einen in etwa rechteckigen Querschnitt aufweist, jedoch tiefer ist als die zweite MikroStruktur 13 und die erste Mikrostruktur 14. Die dritte Mikrostruktur 16 verläuft in etwa senkrecht zur Längsachse der zweiten Mikrostruktur 13 und der ersten Mikrostruktur 14. Die dritte Mikrostruktur 16 ist so angeordnet, daß die zweite Mikrostruktur 13 und die erste Mikrostruktur 14 die dritte Mikrostruktur 16 berührt.The cross section through a master 11 is shown in FIG. The master 11 consists, for example, of an anisotropically etchable semiconductor, such as silicon. The basic shape of the master 11 is similar to the basic shape of the substrate 1 in FIG . A second microstructure 13, which has approximately the shape of the waveguide recess of the substrate 1, runs between the two first microstructures 14. Particularly noteworthy is the slightly trapezoidal cross section of the second microstructure 13. Furthermore, a third microstructure 16 is provided in the master 11, which has an approximately rectangular cross section, but is deeper than the second microstructure 13 and the first microstructure 14. The third microstructure 16 runs approximately perpendicular to the longitudinal axis of the second microstructure 13 and the first microstructure 14. The third microstructure 16 is arranged such that the second Microstructure 13 and the first microstructure 14 touches the third microstructure 16.
Die erste Mikrostruktur 14 mit ihrem dreieckigen Querschnitt kann beispielsweise durch anisotropes Ätzen desThe first microstructure 14 with its triangular cross section can be, for example, by anisotropic etching of the
Siliziummaterials des Masters 11 durch eine geeignete Maske erzeugt werden. Die zweite Mikrostruktur 13 wird beispielsweise durch reaktives Ionenätzen durch eine geeignete Maske erzeugt. Die dritte Mikrostruktur 16 kann beispielsweise durch Ansägen des Siliziums erzeugt werden.Silicon material of the master 11 can be generated by a suitable mask. The second microstructure 13 is produced, for example, by reactive ion etching through a suitable mask. The third microstructure 16 can be produced, for example, by sawing the silicon.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird eine Negativform vom Master 11 hergestellt. Das Produkt dieses Verfahrensschritts ist in Figur 4 dargestellt. Das Herstellen der Negativform geschieht dadurch, daß das Master 11 mit einer dicken Metallschicht, beispielsweise aus Nickel, elektrolytisch beschichtet wird. Nachdem die Beschichtung eine kritische Dicke erreicht hat, wird die Beschichtung vom Master 11 getrennt, wobei das Master 11 verloren geht. Gegebenenfalls wird die nicht strukturierte Seite der Beschichtung geglättet, um durch den Elektrolyseprozeß bedingte Rauhigkeiten und Welligkeiten durch die Schichtabtrennung zu beseitigen. Die abgelöste Beschichtung bildet die Negativform und wird auch 1. -Generation-Tochter 21 genannt. Die 1. -Generation-Tochter 21 verfügt über 1. -Tochter-Mikrostrukturen 23, 2. -Tochter- Mikrostrukturen 24 und 3. -Tochter-Mikrostrukturen 26, welche den zweiten MikroStrukturen 13 , ersten MikroStrukturen 14 und dritten MikroStrukturen 16 invers entsprechen. Durch den leicht trapezförmigen Querschnitt der zweiten Mikrostruktur 13 ist die Entformung besonders einfach und die Struktur kann besser abgeformt werden. Die dritte Mikrostruktur wird später nicht zum einem Wellenleiter ausgebildet, daher ist die Genauigkeit nicht so wichtig und sie kann mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet werden. Soll sie als Anschlag für eine in die V-Nut einzulegende Faser dienen, so ist ein rechteckiger Querschnitt sogar vorteilhaft.In a next process step, a negative mold is produced by the master 11. The product of this process step is shown in FIG. 4. The negative mold is produced by electrolytically coating the master 11 with a thick metal layer, for example made of nickel. After the coating has reached a critical thickness, the coating is separated from the master 11, the master 11 being lost. If necessary, the non-structured side of the coating is smoothed in order to eliminate roughness and undulations caused by the electrolysis process by means of the layer separation. The detached coating forms the negative form and is also called the 1st generation daughter 21. The 1st generation daughter 21 has 1st daughter microstructures 23, 2nd daughter microstructures 24 and 3rd daughter microstructures 26, which correspond inversely to the second microstructures 13, first microstructures 14 and third microstructures 16. Due to the slightly trapezoidal cross section of the second microstructure 13, the demolding is particularly simple and the structure can be better molded. The third microstructure is not later formed into a waveguide, so accuracy is not so important and it can be formed with a rectangular cross section. Should it be as Stop for a fiber to be inserted into the V-groove, a rectangular cross-section is even advantageous.
In der weiteren Beschreibung wird die folgende Bezeichnungsweise gewählt: Die galvanisch abgeformtenThe following description is used in the rest of the description: The galvanically molded ones
Bauteile werden als n. -Generation-Tochter bezeichnet, wobei n die Zahl der Abformschritte darstellt. Die einzelnen MikroStrukturen werden als Tochter-, Enkel-, Urenkel-, usw. MikroStrukturen bezeichnet, wobei die vorgesetzte Ordnungszahl klarstellt, welche Mikrostruktur des Masters abgeformt wurde. So wird beispielsweise durch Abformung des Masters mit einer ersten Mikrostruktur und einer zweiten Mikrostruktur durch zweimaliges Abformen eine 2. -Generation Tochter mit einer 1. Enkel-Mikrostruktur und einer 2. Enkel- Mikrostruktur erzeugt.Components are referred to as n. Generation daughter, where n represents the number of molding steps. The individual microstructures are referred to as daughter, grandchildren, great-grandchildren, etc. microstructures, whereby the pre-ordinate number clarifies which microstructure of the master was molded. For example, by molding the master with a first microstructure and a second microstructure by molding twice, a 2nd generation daughter with a 1st grandson microstructure and a 2nd grandson microstructure is produced.
Da beim Trennen von Master 11 und 1. -Generation-Tochter 21 das Master zerstört wird, existiert von einem Master in der Regel nur eine erste 1. -Generation-Tochter 21.Since the master is destroyed when master 11 and 1st generation daughter 21 are separated, there is usually only a first 1st generation daughter 21 of a master.
Die 1. -Generation-Tochter 21 wird wiederum in einem Elektrolyseprozeß mit einer Metallschicht beschichtet, welche wiederum bevorzugt aus Nickel besteht. Durch das Trennen der elektrolytischen Beschichtung von der 1.- Generation-Tochter 21 wird hierbei die 2. -Generation-Tochter 31 erzeugt. Die 1. -Generation-Tochter 21 geht bei der Entformung von 1. -Generation-Tochter 21 und 2. -Generation-Tochter 31 nicht verloren. Somit ist es möglich, mehrere 2. -Generation-Töchter 31 zu erzeugen. Das Zwischenprodukt nach diesem Verfahrensschritt ist in Figur 5 dargestellt .The 1st generation daughter 21 is again coated in an electrolysis process with a metal layer, which in turn preferably consists of nickel. By separating the electrolytic coating from the 1st generation daughter 21, the 2nd generation daughter 31 is produced. The 1st generation daughter 21 is not lost when the 1st generation daughter 21 and 2nd generation daughter 31 are removed from the mold. It is thus possible to produce a number of second-generation daughters 31. The intermediate product after this process step is shown in FIG. 5.
Die 2. -Generation-Tochter 31 ist im wesentlichen ein genaues Abbild des Masters 11. Sie weist 2. -Enkel-Mikrostrukturen 33, 1. -Enkel-Mikrostrukturen 34 sowie 3. -Enkel-Mikrostrukturen 36 auf, welche den ersten Mikrostrukturen 14, den zweiten MikroStrukturen 13 und den dritten MikroStrukturen 16 entsprechen.The 2nd generation daughter 31 is essentially an exact replica of the master 11. It has 2nd grandson microstructures 33, 1st grandson microstructures 34 and 3. Grandchildren microstructures 36 which correspond to the first microstructures 14, the second microstructures 13 and the third microstructures 16.
Im nächsten Verfahrensschritt entsteht durch abermaliges galvanisches Abformen einer 2. -Generation-Tochter 31 eine 3. -Generation-Tochter 41, wie sie in Figur 6 gezeigt ist. Die 3. -Generation-Tochter 41 ist im wesentlichen ein mikrogenaues Abbild der 1. -Generation-Tochter 21 und weist 1. -Urenkel-Mikrostrukturen 44, 2. -Urenkel-MikroStrukturen 43 sowie 3. -Urenkel-Mikrostrukturen 46 auf, welchen den 2.- Tochter-Mikrostrukturen 23, 1. -Tochter-Mikrostrukturen 24 und 3. -Tochter-Mikrostrukturen 26 der 1. -Generation-Tochter 21 entsprechen.In the next process step, a third generation daughter 41, as shown in FIG. 6, is formed by repeated galvanic molding of a second generation daughter 31. The 3rd generation daughter 41 is essentially a micro-accurate image of the 1st generation daughter 21 and has 1st grandchild microstructures 44, 2nd grandchild microstructures 43 and 3rd grandchild microstructures 46, which correspond to the 2nd daughter microstructures 23, 1st daughter microstructures 24 and 3rd daughter microstructures 26 of the 1st generation daughter 21.
In einem weiteren Verfahrensschritt, welcher in Figur 8 dargestellt ist, wird das Substrat 1 hergestellt. Zu diesem Zweck wird eine ungeradzahlig-Generation-Tochter- Mikrostruktur als erste Formhilfe für eine Kunststoffabformung herangezogen, im hier gewähltenIn a further process step, which is shown in FIG. 8, the substrate 1 is produced. For this purpose, an odd-numbered daughter microstructure is used as the first molding aid for a plastic impression, in the one chosen here
Ausführungsbeispiel die dritt-Generation-Tochter . Hierzu wird eine zweite Formhilfe 64, welche im hier gewählten Ausführungsbeispiel die Form eines Rähmchens hat, dessen Innenabmessungen genau den Außenabmessungen der 3. - Generation-Tochter entsprechen, mit einer 3. -Generation- Tochter 41 zu einer Gußform verbunden. Die so entstandene trogförmige Gußform wird wiederum mit einer Vergußmasse 70 befüllt, welche durch Temperatur, Lichteinwirkung, Bestrahlung oder andere dem Fachmann geläufige Methoden aushärtbar ist. Es ist vorteilhaft, die Vergußmasse 70 so zu wählen, daß die optischen Eigenschaften eine möglichst geringe Absorption aufweisen. Diese Anforderung ist darin begründet, daß der Abdruck der 2. -Urenkel-Mikrostruktur 43 in einem späteren Verfahrensschritt zu einem Wellenleiter ausgebildet werden soll. In diesem Fall bildet die Vergußmasse 70 die Umhüllung des Wellenleiters, dessen Dämpfung dann auch vom Absorptionskoeffizienten des Umhüllungsmaterials abhängt. Statt des Ausgießens mit der Vergußmasse sind auch andere Möglichkeiten der Kunststoffabformung möglich und vorgesehen, beispielsweise Heißpressen, wobei die 3. -Generation 41 als Formstempel dient, bzw. Reaktionsguß, Spritzguß. In Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Kunststoffabgußverfahrens sind auch andere zweite Formhilfen denkbar und auch notwendig als die eines Rähmchens . Diese Ausgestaltungen sind dem Fachmann geläufig.Embodiment the third generation daughter. For this purpose, a second molding aid 64, which in the exemplary embodiment chosen here has the shape of a frame, the inside dimensions of which correspond exactly to the outside dimensions of the 3rd generation daughter, is connected to a 3rd generation daughter 41 to form a casting mold. The resulting trough-shaped casting mold is in turn filled with a casting compound 70 which can be cured by temperature, exposure to light, radiation or other methods familiar to the person skilled in the art. It is advantageous to choose the potting compound 70 so that the optical properties have the lowest possible absorption. This requirement is based on the fact that the impression of the second -grand microstructure 43 is to be formed into a waveguide in a later process step. In this case, the Potting compound 70 the sheathing of the waveguide, the attenuation of which then also depends on the absorption coefficient of the sheathing material. Instead of pouring out with the potting compound, other possibilities of plastic molding are also possible and provided, for example hot pressing, the third generation 41 serving as a stamp, or reaction molding, injection molding. Depending on the design of the plastic casting process, other second molding aids are also conceivable and also necessary than that of a frame. These configurations are familiar to the person skilled in the art.
Weiterhin ist es möglich und vorgesehen, die zweite Formhilfe 64 als _ Gußrähmchen auszubilden, welches nach Entformen des Substrats von der 3. -Generation-Tochter zusammen mit der ausgehärteten Vergußmasse 70 das Substrat 1 bildet. In diesem Fall ist auch möglich und vorgesehen, daß die zweite Formhilfe 64 zusätzlich als Träger für optische oder optoelektronische oder elektrische Bauteile dient, welche dann mit in das Substrat vergossen werden. Ein solches Rähmchen ist beispielsweise aus der deutschenFurthermore, it is possible and provided to design the second molding aid 64 as a cast frame which, after the substrate of the 3rd generation daughter has been removed from the mold, forms the substrate 1 together with the hardened casting compound 70. In this case it is also possible and provided that the second molding aid 64 additionally serves as a carrier for optical or optoelectronic or electrical components, which are then cast into the substrate. Such a frame is, for example, from the German
Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 196 42 088.1 bekannt. Patent application with the file number 196 42 088.1 known.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zur Herstellung eines integriert-optischen1. Process for producing an integrated optical
Bauelements gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: a. Bereitstellung eines Formstempels (71) mit wenigstens einer ersten Mikrostruktur (74) und wenigstens einer zweiten Mikrostruktur (73), wobei die erste Mikrostruktur (74) die Form einer prismenförmigen Erhöhung aufweist, und die zweite Mikrostruktur (73) die Form einer prismenförmigen Erhöhung mit in etwa trapezförmigem Querschnitt aufweist, und die Längsachsen der ersten und der zweiten Mikrostruktur fluchtend angeordnet sind und wobei die erste und die zweite Mikrostruktur ineinander übergehen, b. Herstellung eines Substrats (1) durch Kunststoffabformen, insbesondere durch Heisspressen, Spritzgießen, oder Reaktionsgießen, des Formstempels, wodurch die ersten Mikrostukturen (14) zu V-Nuten (4) abgeformt werden und die zweiten Mikrostrukturen zu (73) Wellenleitervertiefungen (3) abgeformt werden. f. Befüllen der Wellenleiterstruktur (3) mit einem aushärtbaren transparenten Material (2) , g. Aushärten des aushärtbaren transparenten Materials. Component characterized by the following process steps: a. Provision of a molding die (71) with at least a first microstructure (74) and at least a second microstructure (73), the first microstructure (74) having the shape of a prismatic elevation and the second microstructure (73) having the shape of a prismatic elevation has an approximately trapezoidal cross section, and the longitudinal axes of the first and second microstructures are arranged in alignment and wherein the first and second microstructures merge into one another, b. Production of a substrate (1) by plastic molding, in particular by hot pressing, injection molding, or reaction molding, of the die, whereby the first microstructures (14) are molded into V-grooves (4) and the second microstructures are molded into (73) waveguide depressions (3) become. f. Filling the waveguide structure (3) with a curable transparent material (2), g. Hardening the curable transparent material.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Mikrostruktur (74) mit einem dreieckigen Querschnitt versehen wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the first microstructure (74) is provided with a triangular cross section.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Trapezwinkel (77) des Querschnitts der zweiten Mikrostruktur (73) zu 1-45 Grad, insbesondere etwa 25 Grad, eingestellt wird.3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the trapezoidal angle (77) of the cross section of the second microstructure (73) is set to 1-45 degrees, in particular about 25 degrees.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Master (11) mit ersten Master-Mikrostrukturen (14) und zweiten Master-Mikrostrukturen (13) bereitgestellt wird und daß der Formstempel durch einmaliges oder ungeradzahlig mehrmaliges galvanisches Abformen des Masters hergestellt wird, wodurch die erste Master-Mikrostruktur (14) in die erste Mikrostruktur (74) und die zweite Master-Mikrostruktur (13) in die zweite Mikrostruktur (73) abgeformt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a master (11) with first master microstructures (14) and second master microstructures (13) is provided and that the die is produced by single or odd multiple electroplating of the master whereby the first master microstructure (14) is molded into the first microstructure (74) and the second master microstructure (13) into the second microstructure (73).
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansbrüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Master (11) mit einer dritten Master-Mikrostruktur (16) versehen wird, daß die dritte Master-Mikrostruktur (16) eine Vertiefung mit trapezförmiger, insbesondere rechteckigem Querschnitt ist und deren Tiefe größer ist als die der ersten und der zweiten Master-Mikrostruktur.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the master (11) is provided with a third master microstructure (16), that the third master microstructure (16) is a depression with a trapezoidal, in particular rectangular cross section, and their Depth is greater than that of the first and second master microstructures.
6. Verfahren nach einem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Master-Mikrostruktur (16) durch einen6. The method according to claim 5, characterized in that the third master microstructure (16) by one
Sägeschnitt hergestellt wird.Saw cut is made.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Master (11) aus Silizium besteht, daß die erste Master-Mikrostruktur (14) durch naßchemisches anisotropes Ätzen durch eine geeignete Maske hergestellt wird, daß die zweite Master-Mikrostruktur (13) durch reaktives Ionen Ätzen durch eine geeignete Maske hergestellt wird.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the master (11) consists of silicon, that the first master microstructure (14) through wet chemical anisotropic etching is produced through a suitable mask, that the second master microstructure (13) is produced through reactive ion etching through a suitable mask.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter, insbesondere ein Lichtleiter, in die V-Nut eingelegt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a conductor, in particular an optical fiber, is inserted into the V-groove.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kunststoffabformung elektrische, optische oder optoelektronische Bauteile auf den Formstempel aufgelegt werden, die in das Substrat eingebettet werden.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that electrical, optical or optoelectronic components are placed on the die in the plastic impression, which are embedded in the substrate.
10. Integriert-optisches Bauelement, mit einer mit einem Wellenleitermaterial gefüllten Wellenleitervertiefung und einer Fasereinkopplungsstruktur, wobei der Wellenleiter und die Fasereinkopplungsstruktur fluchtend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsform der Wellenleitervertiefung trapezförmig ist.10. Integrated optical component, with a waveguide recess filled with a waveguide material and a fiber coupling structure, the waveguide and the fiber coupling structure being arranged in alignment, characterized in that the cross-sectional shape of the waveguide recess is trapezoidal.
11. Integriert-optisches Bauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Trapezwinkel des Querschnitts der Wellenleitervertiefung zu 1-45 Grad, insbesondere etwa 25 Grad, eingestellt ist.11. Integrated optical component according to claim 10, characterized in that the trapezoidal angle of the cross section of the waveguide recess is set to 1-45 degrees, in particular approximately 25 degrees.
12. Integriert-optisches Bauelement nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, das integriert-optische Bauelement aus einem Kunststoff hergestellt ist. 12. Integrated-optical component according to claim 10 or 11, characterized in that the integrated-optical component is made of a plastic.
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