WO2001027672A1 - Adjusting assembly of a miniature optical component formed by transferring an optical integrated circuit chip onto an optical fibre connection platform - Google Patents

Adjusting assembly of a miniature optical component formed by transferring an optical integrated circuit chip onto an optical fibre connection platform Download PDF

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WO2001027672A1
WO2001027672A1 PCT/FR2000/002825 FR0002825W WO0127672A1 WO 2001027672 A1 WO2001027672 A1 WO 2001027672A1 FR 0002825 W FR0002825 W FR 0002825W WO 0127672 A1 WO0127672 A1 WO 0127672A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
chip
platform
grooves
optical
axial
Prior art date
Application number
PCT/FR2000/002825
Other languages
French (fr)
Inventor
Henri Porte
Michel De Labachelerie
Jean-Claude Jeannot
Vincent Armbruster
Neila Kaou
Pascal Mollier
Nicole Devoldere
Original Assignee
Highwave Optical Technologies
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Highwave Optical Technologies filed Critical Highwave Optical Technologies
Priority to AU77980/00A priority Critical patent/AU7798000A/en
Publication of WO2001027672A1 publication Critical patent/WO2001027672A1/en

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/26Optical coupling means
    • G02B6/30Optical coupling means for use between fibre and thin-film device

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical integrated circuits and more particularly to miniature optical components formed by transfer of a substrate chip comprising optical waveguides on a platform hollowed out by grooves for positioning and coupling optical fibers.
  • optical integrated circuits make it possible to incorporate multiple optical elements (networks, mirrors, etc.) and to associate various photonic (transmitters, detectors, diodes, lasers, etc.) or electro-optical (modulators, couplers) functions. , etc.) in a miniature chip which then constitutes almost an optical mini-bench.
  • optical integrated circuits are of considerable interest to fiber optic telecommunications networks. It is notably envisaged to incorporate, using optical integrated circuits, signal processing functions at the level of the communication lines themselves. Optical integrated circuits are thus called upon to fulfill online processing functions, such as routing, multiplexing, demultiplexing, modulation, switching or amplification functions of optical signals.
  • the main obstacle to the development of optical integrated circuits in fiber optic communication networks is the technical problem of coupling between optical glass fibers and optical integrated circuit waveguides.
  • the waveguides and the optical fibers have indeed a core, that is to say an optically active axial part; whose dimensions are microscopic, and more precisely, micrometric, even submicrometric, according to implantation technologies.
  • the substrate of the optical fiber support chip is generally silicon, a material whose crystal structure has the advantage of allowing machining or cleavage along orthogonal or oblique planes, which in particular makes it possible to engrave grooves with a V profile.
  • the substrate of the optical integrated circuit chip is not necessarily silicon, or even a semiconductor, the "flip-chip" techniques having the advantage of allowing the hybridization of two chips of different substrates.
  • the substrate of an optical chip may in particular be silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (AsGa), indium phosphide (InP), lithium niobate (Li b0 3 ) or glass, or even polymers.
  • the substrate of the optical chip can thus be a semiconductor or insulating body, the electrical properties not being essential as in electronic circuits.
  • flip-chip makes it possible to automate the connection of a series of fibers to an optical integrated circuit by providing an excellent coupling between the fibers and the waveguides of the circuit, because all the axial degrees of freedom and for angular alignment are controlled, except for the transverse positioning of the chip with respect to the flat ⁇ form.
  • the axial optical plane of the waveguides must correspond with the axial plane of the optical fibers so that the optical transmission can be perfect.
  • the optical chips can include waveguides in relief or flush with the surface of the chip, or even internal waveguides "buried" in the thickness of the chip.
  • the axial core, the optical vector, of the waveguides is covered with a layer of refractive material, of high index, to confine the light to the core of the guide.
  • the axial optical plane of the guides is therefore offset in height relative to the reference surface formed by the surface of the chip or by the top surface of the relief of the waveguides, a reference surface which comes into contact against the surface of the platform during carryover.
  • it is therefore planned to adjust the depth of the grooves to offset the height of the axial plane of the optical fibers so as to correspond exactly to the axial optical plane of the raised or underlying waveguides on the surface of the chip.
  • a drawback of the optical component assembly techniques by transferring an optical integrated circuit chip to an optical fiber connection platform, is the sensitivity of the optical coupling to the interference of dust.
  • the general drawback of the known "flip-chip” techniques is the need to carry out the chips under an absolute vacuum of dust.
  • the inventors have detected that certain optical coupling problems arise from systematic defects in the flatness of the chips of optical integrated circuits.
  • the waveguides of an optical chip are generally formed from two layers of different materials (a low index material such as silicon or light glass for the core and a high index material such as silica or glass heavy for confinement), so that the chip is likely to present a certain curvature or deformations, by effect of bimetallic strip.
  • the face of the chip is not perfectly flat and that all the waveguides implanted on the face of the chip cannot be perfectly aligned with the optical fibers arranged in a flat sheet on the platform.
  • the object of the present invention is to improve the transfer of an optical integrated circuit chip onto an optical fiber connection platform to form a miniature optical component while avoiding the aforementioned drawbacks.
  • the primary objective of the invention is to provide structures making it possible to adjust the assembly of a miniature optical component formed by transferring an optical integrated circuit chip onto a connection platform for optical fibers, the adjustment must be insensitive to dust and unevenness.
  • a particular objective of the invention is to implement structures or methods making it possible to flatten the face of a chip comprising waveguides against the surface of the platform where the optical fibers are arranged.
  • Another objective of the invention is to immobilize definitively, once adjusted, the assembly of the chip with the platform.
  • the invention aims to achieve such structures without additional cost and without complicating the steps of manufacturing and assembling the optical component.
  • the objective is to integrate the production of such structures during the production of the chip support platform, in a single step, without additional cost.
  • these objectives are achieved, according to the invention, by providing for digging one or more series of grooves alternating with narrow ridges in the surface of the platform, at the location of the chip, to reduce the contact surface between the chip and the platform, the chip resting only on the summit area of the ridges formed in the platform.
  • the grooves and ridges hollowed out at the location of the chip are preferably drawn transversely to the optical axis of the waveguides and axial grooves for positioning the optical fibers, so that the relief of the ridges crosses the relief of the guides waves if they are salient.
  • the invention is carried out with a miniature optical component formed by transferring a chip comprising axial optical waveguides, on a platform hollowed out by axial grooves for positioning optical fibers, in which a surface portion of the plate -form corresponding to the transfer location of the chip, is hollowed out by at least one series of parallel grooves alternating with intermediate ridges having a reduced flat top surface.
  • the series or series of parallel grooves and intermediate ridges, arranged at the location of the chip are arranged transversely to the optical axis.
  • the top of the intermediate ridges is narrower than the opening of the grooves dug at the location of the chip.
  • the parallel grooves and the "" intermediate ridges, formed at the location of the chip have transverse dimensions of the order of half to twice the transverse dimension of the chip.
  • each axial end portion of the location of the chip on the surface of the platform is hollowed out by a series of parallel grooves and intermediate ridges reducing the contact surface between the respective end of the chip and the platform.
  • the series or series of parallel grooves communicate with at least one opening passing through the platform.
  • the transverse dimension of the grooves communicating with the opening is substantially less than the transverse dimension of the chip.
  • the opening communicating with the parallel grooves is formed at the bottom of a cavity in the form of a truncated pyramid hollowed out opposite the surface of the platform. It is expected that the cavity dug to form the opening ccmmuniculant with the parallel grooves, has a depth equal to the depth of a cavity dug to form an opening of the assembly structure.
  • At least one groove, dug at the location of the chip, is connected with at least one bonding basin dug in the platform.
  • the transverse dimension of the groove or grooves connected with the bonding basin is substantially greater than the transverse dimension of the chip.
  • the axial grooves for positioning the optical fibers communicate with at least one transverse groove connected with at least one bonding basin, hollowed out in the platform.
  • the axial grooves for positioning the optical fibers communicate with at least one opening passing through the thickness of the platform.
  • each axial groove for positioning an optical fiber communicates with a respective opening crossing the thickness of the platform.
  • the openings communicating with the axial grooves are distributed over several rows spaced axially.
  • each opening communicating with an axial groove is formed at the bottom of a cavity forming a dihedral, hollowed out opposite the surface of the platform.
  • the invention is also obtained by implementing a method for assembling a miniature optical component formed by transferring a chip into the substrate, comprising axial waveguides on a platform made of crystalline material hollowed out with axial grooves for positioning optical fibers, comprising steps consisting in:
  • the parallel grooves are hollowed out, at the location of the chip in the surface of the platform made of crystalline material, by anisotropic etching, transversely to the optical axis.
  • other steps are provided, consisting in:
  • the opening communicating with the parallel grooves is formed by digging a flat-bottom cavity, by chemical attack opposite the surface of the platform through a large window mask and by stopping the chemical attack, when the bottom of the cavity reaches a thickness less than the depth of the furrows dug in the surface of the platform.
  • steps are planned, consisting of:
  • steps consisting of:
  • steps consist in: - digging at least one transverse groove ⁇ x ⁇ tuniculating with the axial grooves, and at least one bonding basin connected to each transverse groove,
  • each axial groove communicates with a respective opening.
  • each opening communicating with an axial groove is formed by digging a cavity with a pointed bottom by anisotropic chemical attack, through a mask with a narrow window, opposite the surface of the platform.
  • the openings communicating with the grooves are formed by digging, during a single anisotropic chemical attack step, cavities with a pointed bottom and cavities with a flat bottom.
  • the pointed bottom cavities have a depth less than the depth of the flat bottom cavities.
  • FIG. 2 shows a perspective view and an axial section of a second structure for adjusting the assembly of a miniature optical component, according to the invention.
  • FIG. 3 shows a perspective view and an axial section of a third structure for adjusting the assembly of a miniature optical component, according to the invention.
  • FIGS. 4A, 4B and 4C represent cross sections of the platform of FIG. 5 of a miniature optical component according to the invention, seen in section along the axes AA, BB, CC at the level of openings communicating with furrows
  • FIG. 5 represents a plan view of the surface of a miniature optical component platform, in which several structures are provided to adjust the assembly of the component, according to the invention.
  • FIG. 6 shows a cross section of a miniature optical component platform, along a bonding groove provided in the third structure to adjust the assembly of the component, according to the invention.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a miniature optical component according to the invention, before the transfer of the chip 1 to the platform 3 for supporting optical fibers 5.5 ′.
  • the transfer face of the chip 1 comprises an optical integrated circuit, represented here in the very simplified form of a series of optical waveguides 2 rectilinear parallel to an axis Z'Z 'which thus constitutes the optical axis, c that is to say the axis of propagation of the optical signals, at the input and at the output of the waveguides.
  • the optical integrated circuit implanted on the chip 1 may include waveguides of non-rectilinear layout and incorporate all kinds of functional optical elements which will not be listed herein.
  • the waveguides 2 are directed axially and reference is made to "axial waveguide", which means that the two distal parts of the guide are parallel to the optical axis Z 'Z', the middle part of the guide can follow any route. Indeed, it is provided that the two ends of each guide 2 extend to the two opposite edges of the chip, each distal part of the guide being perpendicular to the edge of the corresponding chip (the edges themselves being perpendicular to the axis (Z'Z 1 ), each end of the guide ending in a plane cleavage parallel or preferably coincident with the plane of the edge of the chip.
  • the waves of the signals which propagate along the optical axis Z'Z 1 are normally transmitted to the input and to the output of the corresponding guide.
  • axial grooves are dug in the surface of the platform 3 opposite the face of the chip 1 comprising the waveguides 2. The axial grooves are drawn in the intended extension of the guides waves, since the optical fibers positioned in the grooves must be rigorously aligned with the corresponding guides to optimize the optical transmission.
  • the axial grooves are therefore hollowed out in the surface of the platform, parallel to the axis ZZ which corresponds and merges with the optical axis Z'Z 'of the chip, once the component has been assembled.
  • the axial grooves 4,4 ' are drawn on the surface of the platform, preferably outside of the location 7 of the chip, the length or axial dimension of the platform being greater than that of the chip.
  • two series of axial grooves 4 and 4 ′ are dug respectively at each end of the platform, respectively, between the end of the platform and the axial end of the location 7 of the chip.
  • the platform is made up of a crystalline substrate capable of allowing anisotropic etching, that is to say a material allowing an attack, generally chemical, along preferential crystallographic axes.
  • the platform is notably composed of silicon, a substrate which is easily machined or cleaved along orthogonal planes as well as interesting oblique planes, by simply carrying out a chemical attack by the wet method.
  • the anisotropic chemical etching of the silicon is carried out for example in a sodium hydroxide solution (of formula NaOH) or in a bath consisting of a solution mixture of oxidizing agents such as hydrazine, potassium hydroxide (KOH) or ethylene diamine, and solubilizing agents, such as pyro-catechol or isopropyl alcohol (IPA).
  • a sodium hydroxide solution of formula NaOH
  • a bath consisting of a solution mixture of oxidizing agents such as hydrazine, potassium hydroxide (KOH) or ethylene diamine
  • solubilizing agents such as pyro-catechol or isopropyl alcohol (IPA).
  • the silicon is machined or cleaved in particular according to the planes conventionally noted [1,0,0], [1,1,1] and [1,1, -1] which correspond, for example, to the surface of the platform, on the side of an axial groove and on the other side of the axial groove.
  • the anisotropic etching of the platform in crystalline material has several essential advantages.
  • the first advantage is to allow the drawing of strictly rectilinear and perfectly parallel grooves, since the etching follows a crystallographic axis despite possible localized defects in the etching mask.
  • the second advantage is that it makes it possible to dig grooves in the form of a perfect dihedral, that is to say with strictly flat sides and with a constant V profile.
  • the third consecutive advantage is that the depth of the V-shaped groove is perfectly determined by the width of the etching openings.
  • the width of the etching mask windows fixes the opening width of the corresponding grooves.
  • the depth of the furrow strictly corresponds to the width of the opening and to the angle between the planes of cleavage crystallographic.
  • anisotropic chemical etching by a wet process of crystalline substrate such as silicon generally has the property of progressing very rapidly, perpendicular to the surface until the formation of a dihedron along the crystallographic planes, then of progress very slowly parallel to the surface, that is to say in the direction of widening of the dihedral.
  • the attack on a silicon wafer covered with a mask pierced with etching windows in a soda bath begins by forming a bowl with oblique sides and a flat bottom which is hollowed out very quickly in depth, up to that the bottom is reduced to the axis of a dihedral (point of a V); from this point, the etching no longer progresses towards the bottom, but extends very slowly in the direction of widening of the V, gradually gnawing at the sides which remain parallel to the oblique planes of the crystal structure.
  • the transverse dimension in width and depth of the grooves is chosen as a function of the size of the optical fibers, so that the core of each fiber is flush with the surface of the platform when the cylindrical fiber is arranged in the groove by pressing along the two sides.
  • the face of the chip comprising the waveguides 2 comes to bear on the top of the ridges formed in the series 10 of parallel grooves.
  • any dust which gets between the chip and the platform, during the transfer is deposited at the bottom of a groove and does not interfere with the assembly of the chip on the platform.
  • the invention thus allows adjustment of the face of the chip against the surface of the platform and perfect optical alignment.
  • the grooves 10 are dug deeply to maximize the hollowed out area.
  • the depth of the grooves must remain significantly less than the thickness of the platform for reasons of mechanical strength. Consequently, the width of the grooves 10 dug at the location 7 of the chip is limited.
  • the sides of the grooves 10 must not meet, that is to say cut by forming edges whose level may not correspond to the level of the surface of the platform.
  • the neighboring parallel grooves 11, 12 etc. are not connected, but are separated by ridges 11 ', etc. having a flat top surface, the level of which remains at the level of the plane of the platform surface.
  • the plane of the summit surface of the ridges 11 ′ must remain coincident with the surface plane of the platform 3 so as to exactly transfer the face of the chip 1 against this surface and to obtain perfect optical alignment of the guides. waves 2 with the optical fibers 5 positioned on the platform.
  • the top of the intermediate ridges 12 ' is significantly narrower than the opening of the grooves.
  • the opening width of the grooves 11, 12 etc. is limited, it is advantageously provided to draw a maximum number of grooves parallel to the location 7 of the chip on the platform, to minimize the contact surface between the chip 1 and the platform 3.
  • the furrows must be strictly parallel to form intercalary ridges with minimal flat top surface.
  • the invention provides for proceeding by anisotropic chemical etching to dig the parallel grooves 10,20,30,30 'in the location 7 of the chip on the surface of the platform.
  • An anisotropic wet chemical etching advantageously makes it possible to dig grooves 11, 12 etc. strictly parallel and to strictly control the width of the furrows so that the narrow flat vertices of the ridges 11 'etc. are perfectly defined.
  • An advantage of the anisotropic attack is to prevent the etching of a groove 11 or 12 from biting over the width of the neighboring crest 11 ′, in the event of an extension of the etching time as explained above.
  • Another advantage of anisotropic etching is that by digging grooves 10,20,30 with a V-shaped profile, the intermediate ridges take on a trapezoidal or triangular profile which gives them a solid mechanical foundation.
  • the parallel grooves dug in one location 7 of the chip can be drawn in the axial direction ZZ, therefore in the direction of the axial grooves, optical fibers and waveguides .
  • the succession 10, 20, 30, 30 'of grooves and ridges formed at the location 7 of the chip are drawn in the transverse direction YY to waveguides 2, therefore transverse to the optical axis ZZ and to the axial grooves 4.4 'for positioning the optical fibers 5.5'.
  • the surface of the platform which forms the crystallographic plane [1,0,0] is dug along the crystallographic planes [1,1,1] and [1, -1, -1] to form the two opposite flanks of the axial grooves 4, then dug along the crystallographic planes [1, -1,1] and [1,1, -1] to form the two opposite flanks of the transverse grooves 10.
  • the series of grooves and intermediate ridges formed in the location of the chip on the surface of a silicon platform can be traced in an oblique direction intermediate between the transverse direction YY and the axial direction ZZ of the 4.4 'grooves for positioning the optical fibers.
  • the plane [1,0,0] of the silicon surface can still be cut or cleaved according to crystallographic planes noted [2,1,1], [2, - 1,1], ... to cut the opposite flanks of a series of oblique grooves compared to the axial grooves.
  • the primordial advantage of the invention is therefore to integrate the production of a structure of transverse grooves making it possible to adjust the assembly of the optical component, during the single stage of production of the platform which consists to etch the structure of axial grooves allowing precise positioning of the optical fibers.
  • the structure of transverse grooves is advantageously obtained by simply modifying the etching mask of the platform.
  • a single process step therefore makes it possible to carry out the various functional structures provided, without additional cost or complication and with optimal precision (a single mask).
  • FIG. 2 it is planned to pierce one or more openings 29 in the middle of a series of parallel grooves 20, dug at the location 7 of the chip, in the surface of the platform 3.
  • the opening 29 crosses the thickness of the platform 3 and opens into the series of grooves 20.
  • the opening 29 has the function of allowing the suction of the chip 1 against the surface of the platform 3, by carrying out the vacuum opposite the surface of the platform.
  • the dimensions of the suction opening 29 are therefore less than the width of the chip 1, the section of the opening 29 preferably being significantly smaller than the surface of the chip to avoid mechanically weakening the platform 3.
  • the advantage of the method according to the invention is to integrate the production of the various structures for adjusting the optical component and positioning the fibers in a single manufacturing step, without any additional cost.
  • a wide cavity 29 with a flat bottom is hollowed out in the opposite face of the platform 3 which is covered with a mask with wide windows and immersed in a chemical attack bath.
  • the duration of chemical etching is calculated to stop when the thickness of the bottom of the cavity 29 becomes less than the depth of the grooves 20, that is to say when the flat bottom of the cavity 29 reaches the point in V grooves 20, as illustrated in FIG. 4C. It is not necessary for the etching to extend beyond it since the cavity 29 therefore communicates with the corresponding grooves 20 and forms an opening.
  • the opening 29 communicates with a series 20 of extended grooves.
  • the grooves 20 communicating with the opening have transverse dimensions smaller than the chip 1 to avoid leakage during suction.
  • such a structure allows during suction, that the suction effect extends over the entire opening surface of the grooves 20 communicating with the opening suction 29, while avoiding deformation of the chip 1 of the optical integrated circuit insofar as the intermediate ridges support the chip.
  • Such a structure analogous to the arrangement of a grid on a suction mouth, advantageously allows the chip to be pressed perfectly against the ridges formed on the surface of the platform without risk of deformation of the waveguides, nor of optical aberration.
  • Another advantage of vacuuming is to remove any dust that could get between the chip and the platform during assembly.
  • a particular advantage of such a suction system is that it makes it possible to straighten a non-planar chip by pressing it against the plane of the ridges formed on the surface of the platform during assembly.
  • the suction openings drilled at the axial ends of the location 7 of the chip advantageously make it possible to press each end of the chip 1 against the surface of the platform 3, which eliminates the curvature and any defect in the flatness of the chip .
  • the ends of the waveguides 2 are thus brought exactly into the optical reference plane formed by the surface of the platform 3 which corresponds to the plane grazing the core of the optical fibers 5.5 ′ arranged in the axial grooves 4.4 .
  • a single suction opening can lead to all of the grooves axial hollowed out at one end of the platform. In this case, it suffices to dig a large flat-bottom cavity covering the extent of the entire sheet of axial furrows and connecting with each of them. So that the fiber does not engage in the opening of the bottom of the groove, the tubular periphery of the fiber must not be in contact with the edges of the opening, but only come into contact with the oblique sides of the groove, which gives the following relation: 1 ⁇ D.sin ( ⁇ ) in which:
  • - D is the diameter of the fiber, typically 125 ⁇ m
  • - e is the thickness of the bottom of the cavity, that is to say the thickness of the membrane of crystalline material lying between the plane of the surface of the platform and the plane of the bottom of the cavity, - ⁇ is the height of the axis of the fiber core relative to the surface of the platform,
  • the opening communicating with a groove is narrow to avoid that the fiber does not engage in the opening and does not undergo deformations and optically harmful stresses.
  • each axial groove communicates with a suction opening having a transverse profile in the form of an inverted letter V or of a Greek letter ⁇ whose engraving depth is perfectly controlled, as previously exposed.
  • the engraving depth is calculated so that the tip of the top of the ⁇ of the cavity just reaches the tip of the V of the bottom of the corresponding groove, like the junction of the letters V and in the well-known acronym of the Volkswagen ® brand and as illustrated in section views 4A and 4B.
  • each axial groove 4 in V common with a respective suction opening formed by digging a cavity 51,52,53,54,55 with inverted V profile or in ⁇ .
  • the width of the narrow windows 50, 51, 52, 53, 54 of the etching mask is calculated precisely, since it determines the depth of the cavity with a pointed bottom in ⁇ hollowed out by anisotropic etching.
  • the etching time is calculated so that the tip of the ⁇ of the cavity reaches the tip of the V of the grooves, by planning to slightly extend the etching time by controlling the etching extension to adjust the width of the opening connecting the cavity and the groove.
  • it is planned to dig the cavities with a pointed bottom by ⁇ providing the openings communicating with the axial grooves, at the same time as other flat-bottom cavities of different depth dug at the location of the chip and used to other functions (in particular for piercing assembly microstructure openings or openings communicating with transverse grooves).
  • each axial groove 4 communicates with a respective opening formed by digging an independent cavity with transverse profile in ⁇ , the windows should
  • the depth of the axial grooves 4 and 4 ′ is generally much less than the depth of the cavities 50-59 leading to the axial grooves, since the radius of the optical fibers 5 and 5 ′, typically of the order of several tens of micrometers, is significantly less than the standard thickness of the substrate platforms, typically several hundred micrometers. Consequently, the width of the cavities 50-59 is considerably greater than the width of the corresponding axial grooves 4 and 4 ′.
  • the cavities 50 to 55 communicating with the axial grooves 4 are distributed axially in staggered rows on several transverse rows, for example, AA and BB, so that the etching windows do not not overlap and that the profil profile cavities are hollowed out independently of each other.
  • Such openings communicating with the axial grooves make it possible to aspirate and press the fibers one by one in the corresponding grooves.
  • the essential advantage of the method according to the invention is to allow an excellent adjustment of the position of each fiber and to transfer the engraving precision of the axial grooves 4 and 4 'to the positioning accuracy of the fibers 5 and 5'.
  • the anisotropic chemical attack makes it possible to dig, through an etching mask, narrow cavities 50-55 with a pointed bottom and wide cavities 29 with a flat bottom, the depths of which are of the same order. This property is advantageous insofar as the axial grooves 4 and the corresponding transverse grooves 20 generally have the same depth.
  • the depth of the pointed bottom cavities and the depth of the flat bottom cavities are substantially different, although they remain of the same order.
  • the arrangement of grooves and ridges made in the location 7 of the chip on the surface of the platform according to the invention is particularly advantageously associated with the arrangement of male and female assembly microstructures provided according to the Another invention described in the aforementioned patent document FR-99-05587, which will be referred to for further description details.
  • said female microstructures 8 and 8 ′ consist of openings in the form of axial buttonholes formed in the surface of the platform 3, at the location 7 of the chip, also.
  • openings 8 and 8 ' are pierced through thin membranes formed by digging large cavities 9 and 9' opposite the locations 8 and 8 'of said female microstructures.
  • the membranes provided for piercing the assembly openings 8 and 8 ′ have a thickness of the order of one to a few tens of micrometers, while the axial grooves 4 communicating with the suction openings 51 and 52 have a depth in the range of several tens to a hundred micrometers and are dug into a platform thickness of the order of a hundred micrometers.
  • the method of method according to the invention makes it possible to dig cavities of slightly different depths, during a single and same step of anisotropic chemical etching, by providing for digging large cavities 9, 9 ′ and 29, with flat bottom at location 7 of the chip and narrow cavities 50-55 with pointed bottom at the location of axial grooves 4.
  • the depth of the wide cavities 9,9 ′ and 29 with a wide bottom is determined by the etching time, while the depth of the narrow cavities 50-54 with a pointed bottom is determined by the etching width of the cavity, a prolongation of the etching time hardly affecting the depth of a cavity with a pointed bottom, as explained above.
  • the depth of the large cavities 9, 9 ', 29 and the narrow cavities 50 to 54 increases first at the same speed until the etching of the narrow cavities 50-54 stops when reaching the tip of ⁇ , while the engraving of the large cavities continues to progress, in depth.
  • the etching method according to the invention therefore advantageously makes it possible to modulate the depth of the cavities and the corresponding dimensions of the assembly and suction openings formed in the surface of the platform. Consequently, the assembly and adjustment of the miniature optical component according to the invention consists in:
  • the platform expressly comprises female microstructures in the form of an axial buttonhole with a pointed V-shaped end, making it possible to position exactly male microstructures in the form of a stud or mushroom arranged on the face of the chip .
  • the assembly then consists in fitting the chip onto the platform and sliding it axially to position it precisely transversely (and axially), the arrangement according to the invention of grooves alternating with ridges and the aspiration to the 'location of the chip, ensuring the plating and adjustment of the chip, according to the last degree of freedom "vertical".
  • a transverse groove or a series of transverse grooves 30.30 ′ hollowed out at the location 7 of the chip, are connected to a bonding basin 39.39 ′ also hollowed out on the surface of the platform. form 3.
  • Such an arrangement makes it possible to proceed with the final fixing of the assembly of the chip 1 on the platform 3, as illustrated in FIG. 6, by disposing of the liquid glue in the bonding basin 39 ′ and in letting it flow or diffuse, in particular by gravity or by capillarity, possibly joined to the action of heat, in the groove (s) 30 'connected to the basin 39'.
  • the glue thus coats all the hollow of the groove 30 ′ as well as the face of the chip 1 comprising the waveguides 2.
  • the grooves 30.30 ′ connected to a bonding basin 39.39 ′ preferably have a transverse dimension, that is to say a length of the chip greater than the transverse dimension, that is to say the width , so that the end of each groove 30 'of bonding opens freely out of the location 7 of the chip 1, as illustrated in FIG. 6.
  • the glue can then flow freely over the entire length of the groove 30 '.
  • a bonding basin 39 is connected to a series 30 of bonding grooves 32 alternating with blind grooves 31 not connected to the basin.
  • Such blind grooves are used to collect any dust.
  • two series of gluing grooves 30 and 30 ′ connected to a respective gluing basin 39, 39 ′ are dug respectively in the two distal parts of
  • the two axial ends of the chip 1 can thus be permanently fixed against the surface of the platform 3.
  • the advantage of such fixing of the ends of the chip is to be located as close as possible to the interface between the waveguides and the optical fibers, which freezes the positioning of the critical area for optical transmission.
  • the fixing of the ends of the chip against the surface of the platform advantageously prevents any defect in the flatness or curvature of the chip.
  • FIGS. 3 and 5 thus show that the two series of axial grooves 4 and 4 ′ for positioning optical fibers cross transverse grooves 40 and 40 ′ connected to gluing basins 49 and 49 ′, respectively.
  • a single transverse groove 40 connects the entire series of respective axial grooves 4, to one or two bonding basins 48 and 49.
  • the method of procedure provides for permanently fixing the fibers positioned in the axial grooves 4 by placing glue in the corresponding basin 48 or 49 and causing it to diffuse or letting it flow into the transverse groove.
  • the invention provides for multiple arrangements of transverse grooves and suction openings helping to perfectly adjust the assembly of an optical component formed by transferring an optical integrated circuit chip to a connection platform. fiber optics.
  • FIG. 5 shows a half of the platform symmetrical along the Y-Y axis, the surface of which has at location 7, the following structures:
  • Another bonding basin 39 connected to a series of bonding grooves 30 alternating with blind grooves 31, arranged at one axial end of the location 7 of the chip.
  • the end of the surface of the platform 3 is hollowed out by a series of axial grooves 4 connecting with:
  • the maximum number of grooves 10, 20, 30, 30 'dug at the location 7 of the chip makes it possible to minimize the contact surface between the chip 1 and the platform 3.
  • the essential advantage of the invention is to allow an assembly of optical component insensitive to the presence of dust, which allows the production, connection and assembly of optical components, industrially in premises of common cleanliness class, or even on the site.

Abstract

The invention concerns a miniature optical component formed by transferring a chip (1) comprising axial (ZZ) optical waveguides (2), onto a platform (3) recessed with axial grooves (4, 4') for positioning optical fibres (5, 5'). The invention is characterised in that a portion of the platform surface corresponding to the site (7) for transferring the chip, is recessed with at least a series of parallel grooves alternating with interposed ridges having a reduced planar summit surface. The recessed grooves (10) at the site (7) for the chip are preferably transverse.

Description

AJUSTEMENT DE L'ASSEMBLAGE D'UN COMPOSANT OPTIQUE MINIATURE ADJUSTING THE ASSEMBLY OF A MINIATURE OPTICAL COMPONENT
FORME PAR REPORT D'UNE PUCE DE CIRCUTT INTEGRE OPTIQUEDEFERRED FORM OF AN OPTICAL INTEGRATED CIRCUTT CHIP
SUR UNE PLATE-FORME DE CONNEXION DE FIBRES OPTIQUESON A FIBER OPTIC CONNECTION PLATFORM
La présente invention concerne le domaine des circuits intégrés optiques et plus particulièrement les composants optiques miniatures formés par report d'une puce de substrat comportant des guides d'ondes optiques sur une plate-forme creusée de sillons de positionnement et de couplage de fibres optiques .The present invention relates to the field of optical integrated circuits and more particularly to miniature optical components formed by transfer of a substrate chip comprising optical waveguides on a platform hollowed out by grooves for positioning and coupling optical fibers.
On sait de longue date réaliser des circuits intégrés optiques (en anglais "Integrated Optic Circuits", abrégé I.O.C.) en implantant un circuit de guides d'ondes microscopiques et d'éléments optiques fonctionnels sur une plaque miniature de substrat appelée "puce" (en anglais "chip") .It has long been known to make optical integrated circuits (in English "Integrated Optic Circuits", abbreviated IOC) by implanting a circuit of microscopic waveguides and functional optical elements on a miniature substrate plate called "chip" (in English "chip").
Les développements récents des circuits intégrés optiques permettent d'incorporer de multiples éléments optiques (réseaux, miroirs, etc.) et d'associer diverses fonctions photoniques (émetteurs, détecteurs, diodes, lasers, etc.) ou électro-optiques (modulateurs, coupleurs, etc.) dans une puce miniature qui constitue alors quasiment un mini-banc optique.Recent developments in optical integrated circuits make it possible to incorporate multiple optical elements (networks, mirrors, etc.) and to associate various photonic (transmitters, detectors, diodes, lasers, etc.) or electro-optical (modulators, couplers) functions. , etc.) in a miniature chip which then constitutes almost an optical mini-bench.
L'utilisation de circuits intégrés optiques intéresse considérablement les réseaux de télécommunications par fibres optiques. Il est notamment envisagé d'incorporer, à l'aide de circuits intégrés optiques, des fonctions de traitement de signaux au niveau des lignes de communication elles-mêmes. Les circuits intégrés optiques sont ainsi appelés à remplir des fonctions de traitement en ligne, telles que des fonctions de routage, de multiplexage, de dé-multiplexage, de modulation, de commutation ou d'a plification de signaux optiques. L'obstacle principal au développement des circuits intégrés optiques dans les réseaux de communication par fibres optiques est le problème technique du couplage entre les fibres de verre optiques et les guides d'ondes de circuit intégré optique. Les guides d'ondes et les fibres optiques ont en effet un coeur, c'est-à-dire une partie axiale active optiquement; dont les dimensions sont microscopiques, et plus précisément, d'ordre micrométrique, voire submicrométrique, selon les technologies d' implantâtio . II existe des méthodes manuelles de fixation individuelle d'une fibre dans l'axe d'un guide après positionnement, réglage et ajustement sur banc de mesure optique avec un dispositif de déplacement micrométrique mécanique ou piézo-électrique. Mais ces méthodes de précision mises en oeuvre en laboratoire sont dispendieuses en temps et en coût d'ajustement, si bien qu'elles ne sont pas applicables industriellement. En outre, ces méthodes ne permettent guère d'envisager la connexion d'une pluralité de fibres optiques à un circuit intégré optique.The use of optical integrated circuits is of considerable interest to fiber optic telecommunications networks. It is notably envisaged to incorporate, using optical integrated circuits, signal processing functions at the level of the communication lines themselves. Optical integrated circuits are thus called upon to fulfill online processing functions, such as routing, multiplexing, demultiplexing, modulation, switching or amplification functions of optical signals. The main obstacle to the development of optical integrated circuits in fiber optic communication networks is the technical problem of coupling between optical glass fibers and optical integrated circuit waveguides. The waveguides and the optical fibers have indeed a core, that is to say an optically active axial part; whose dimensions are microscopic, and more precisely, micrometric, even submicrometric, according to implantation technologies. There are manual methods of individual fixing of a fiber in the axis of a guide after positioning, adjustment and adjustment on an optical measurement bench with a mechanical or piezoelectric micrometric displacement device. However, these precision methods implemented in the laboratory are expensive in terms of time and cost of adjustment, so that they cannot be applied industrially. In addition, these methods hardly allow to envisage the connection of a plurality of optical fibers to an optical integrated circuit.
On connaît des techniques d'alignement automatique d'une série de fibres optiques et de guides d'ondes de circuit intégré optique qui permettent une fabrication de série, tout en offrant une bonne qualité de couplage entre les fibres et les guides. Ces techniques d' auto-alignement font appel à un principe de report d'une puce active optiquement sur une autre puce inactive de support de fibres optiques, connu sous la terminologie anglaise de "flip-chip".Automatic alignment techniques are known for a series of optical fibers and optical integrated circuit waveguides which allow mass production, while offering good quality of coupling between the fibers and the guides. These self-alignment techniques use a principle of transferring an optically active chip onto another inactive optical fiber support chip, known under the English terminology of "flip-chip".
Les techniques éprouvées de "flip-chip" prévoient ainsi :The proven flip-chip techniques thus provide:
- d'une part, d'implanter un circuit intégré optique, en traçant des guides d'ondes optiques sur une première puce en substrat, les guides d'ondes se prolongeant direc ionnellement jusqu'au deux bords opposés de la puce,on the one hand, to implant an optical integrated circuit, by tracing optical waveguides on a first substrate chip, the waveguides extending direc tionally up to the two opposite edges of the chip,
- d'autre part, de réaliser une plate-forme de support en creusant à la surface d'une seconde puce en substrat, une série de sillons directionnels profilés en forme de lettre V. Ceci permet de disposer la série de fibres optiques en nappe plane, chaque fibre reposant au creux du V d'un sillon respectif, le coeur, c'est-à-dire l'axe de la fibre, affleurant au dessus de la surface de la plate-forme, - ensuite la première puce de circuit intégré optique est reportée sur la seconde puce de plate-forme support, la face de la première puce comportant les guides d'ondes ~ - venant s'appliquer contre la surface de plate-forme de la seconde puce, en faisant correspondre axialement les fibres avec les guides . Le substrat de la puce de support des fibres optiques est généralement du silicium, matériau dont la structure cristalline a 1 ' intérêt de permettre un usinage ou clivage suivant des plans orthogonaux ou bien obliques, ce qui permet notamment de graver des sillons à profil en V. Par contre, le substrat de la puce de circuit intégré optique n'est pas nécessairement du silicium, ni même un semiconducteur les techniques de "flip-chip" ayant l'intérêt de permettre l'hybridation de deux puces de substrats différents. Le substrat d'une puce optique peut être notamment, selon l'état de la technique, du silicium (Si), du germanium (Ge) , de l'arséniure de gallium (AsGa) , du phosphure d'indium (InP) , du niobate de lithium (Li b03) ou du verre, voire des polymères. Le substrat de la puce optique peut ainsi être un corps semi-conducteur ou isolant, les propriétés électriques n'étant pas primordiales comme dans les circuits électroniques.- on the other hand, to produce a support platform by digging on the surface of a second substrate chip, a series of directional grooves profiled in the shape of a letter V. This makes it possible to arrange the series of optical fibers in a sheet plane, each fiber resting in the hollow of the V of a respective groove, the core, that is to say the axis of the fiber, flush with the surface of the platform, - then the first integrated circuit chip optical is transferred to the second support platform chip, the face of the first chip comprising the waveguides ~ - coming to be applied against the platform surface of the second chip, making the fibers correspond axially the guides . The substrate of the optical fiber support chip is generally silicon, a material whose crystal structure has the advantage of allowing machining or cleavage along orthogonal or oblique planes, which in particular makes it possible to engrave grooves with a V profile. On the other hand, the substrate of the optical integrated circuit chip is not necessarily silicon, or even a semiconductor, the "flip-chip" techniques having the advantage of allowing the hybridization of two chips of different substrates. According to the state of the art, the substrate of an optical chip may in particular be silicon (Si), germanium (Ge), gallium arsenide (AsGa), indium phosphide (InP), lithium niobate (Li b0 3 ) or glass, or even polymers. The substrate of the optical chip can thus be a semiconductor or insulating body, the electrical properties not being essential as in electronic circuits.
Les techniques de "flip-chip" permettent d'automatiser la connexion d'une série de fibres à un circuit intégré optique en fournissant un excellent couplage entre les fibres et les guides d'ondes du circuit, car tous les degrés de liberté axiaux et angulaires pour l'alignement sont contrôlés, à l'exception du positionnement transversal de la puce par rapport à la plate¬ forme.The techniques of "flip-chip" make it possible to automate the connection of a series of fibers to an optical integrated circuit by providing an excellent coupling between the fibers and the waveguides of the circuit, because all the axial degrees of freedom and for angular alignment are controlled, except for the transverse positioning of the chip with respect to the flat ¬ form.
Par ailleurs, nous avons développé et fait état de systèmes d'assemblage d'une puce sur une plate-forme, dans lesquels il est prévu de disposer des microstructures d'assemblage complémentaires, mâles et femelles, à la surface de la puce et de la plate-forme, ce qui permet de maîtriser le positionnement transversal, dernier degré de liberté, et ce qui donne un auto- aligneent passif complet des guides avec les fibres. II convient de se référer au document de brevet FR-A-99 05587, au nom de la demanderesse, pour de plus amples détails de description de ces techniques perfectionnées de "flip- chip" et des structures et procédés d'assemblage d'une puce sur une plate-forme de connexion de fibres optiques, pour former un composant optique miniature.In addition, we have developed and reported systems for assembling a chip on a platform, in which it is planned to have assembly microstructures complementary, male and female, on the surface of the chip and of the platform, which makes it possible to control the transverse positioning, last degree of freedom, and which gives a complete passive self-alignment of the guides with the fibers. Reference should be made to patent document FR-A-99 05587, in the name of the applicant, for further details of description of these improved "flip-chip" techniques and of the structures and methods of assembling a chip on a fiber optic connection platform, to form a miniature optical component.
Lors du report de la puce optique sur la plate-forme de support, le plan optique axial des guides d'ondes doit correspondre avec le plan axial des fibres optiques pour que la transmission optique puisse être parfaite. Selon les technologies d'implantation mises en oeuvre, les puces optiques peuvent comporter des guides d'ondes en relief ou affleurant à la surface de la puce, voire des guides d'ondes internes "enterrés" dans l'épaisseur de la puce. De plus, le coeur axial, vecteur optique, des guides d'ondes est recouvert d'une couche de matériau de réfraction, d'indice élevé pour confiner la lumière au coeur du guide.When the optical chip is transferred to the support platform, the axial optical plane of the waveguides must correspond with the axial plane of the optical fibers so that the optical transmission can be perfect. Depending on the implantation technologies used, the optical chips can include waveguides in relief or flush with the surface of the chip, or even internal waveguides "buried" in the thickness of the chip. In addition, the axial core, the optical vector, of the waveguides is covered with a layer of refractive material, of high index, to confine the light to the core of the guide.
Le plan optique axial des guides est donc décalé en hauteur par rapport à la surface de référence formée par la surface de la puce ou par la surface sommitale du relief des guides d'ondes, surface de référence qui vient en contact contre la surface de la plate-forme lors du report. Dans les techniques de "flip-chip", il est donc prévu d'ajuster la profondeur des sillons pour décaler la hauteur du plan axial des fibres optiques afin de correspondre exactement au plan optique axial des guides d'ondes en relief ou sous-jacents à la surface de la puce.The axial optical plane of the guides is therefore offset in height relative to the reference surface formed by the surface of the chip or by the top surface of the relief of the waveguides, a reference surface which comes into contact against the surface of the platform during carryover. In "flip-chip" techniques, it is therefore planned to adjust the depth of the grooves to offset the height of the axial plane of the optical fibers so as to correspond exactly to the axial optical plane of the raised or underlying waveguides on the surface of the chip.
Dans les techniques de "flip-chip", il est nécessaire de procéder sous vide de poussière extrêmement poussé, dors du report de la puce sur la plate-forme, pour éviter qu'une poussière ne n'immisce entre la surface de référence de la puce et la surface de la plate-forme, ce qui dénivellerait le plan des guides d'ondes par rapport au plan de la nappe de fibres et nuirait au couplage optique.In "flip-chip" techniques, it is necessary to proceed under a vacuum of extremely high dust, during the transfer of the chip to the platform, to prevent dust from interfering between the reference surface of the chip and the surface of the platform, which would level the plane of waveguides relative to the plane of the fiber web and would interfere with optical coupling.
Un inconvénient des techniques d'assemblage de composant optique, par report d'une puce de circuit intégré optique sur une plate-forme de connexion de fibres optiques, est la sensibilité du couplage optique à l'immixtion de poussières.A drawback of the optical component assembly techniques, by transferring an optical integrated circuit chip to an optical fiber connection platform, is the sensitivity of the optical coupling to the interference of dust.
L'inconvénient général des techniques connues de "flip- chip" est la nécessité de procéder au report des puces sous vide absolu de poussière. En outre, les inventeurs ont détecté que certains problèmes de couplage optique provenaient de défauts systématiques de planéité des puces de circuits intégrés optiques. Les guides d'ondes d'une puce optique sont généralement formés de deux couches de matériaux différents (un matériau à faible indice tel que du silicium ou du verre léger pour le coeur et un matériau à fort indice tel que de la silice ou du verre lourd pour le confinement) , si bien que la puce est susceptible de présenter une certaine courbure ou des déformations, par effet de bilame.The general drawback of the known "flip-chip" techniques is the need to carry out the chips under an absolute vacuum of dust. In addition, the inventors have detected that certain optical coupling problems arise from systematic defects in the flatness of the chips of optical integrated circuits. The waveguides of an optical chip are generally formed from two layers of different materials (a low index material such as silicon or light glass for the core and a high index material such as silica or glass heavy for confinement), so that the chip is likely to present a certain curvature or deformations, by effect of bimetallic strip.
Il s'ensuit que la face de la puce n'est pas parfaitement plane et que tous les guides d'ondes implantés sur la face de la puce ne peuvent être parfaitement alignés avec les fibres optiques disposées en nappe plane sur la plate-forme.It follows that the face of the chip is not perfectly flat and that all the waveguides implanted on the face of the chip cannot be perfectly aligned with the optical fibers arranged in a flat sheet on the platform.
Un autre inconvénient des techniques connues d'assemblage de composant optique par report d'une puce de circuit intégré optique sur une plate-forme est donc l'impossibilité d'aligner parfaitement toute la série de guides avec les fibres à cause de la courbure ou de la déformation des puces.Another drawback of known techniques for assembling an optical component by transferring an optical integrated circuit chip to a platform is therefore the impossibility of perfectly aligning the whole series of guides with the fibers because of the curvature or deformation of the chips.
L'objet de la présente invention est d'améliorer le report d'une puce de circuit intégré optique sur une plate-forme de connexion de fibres optiques pour former un composant optique miniature en évitant les inconvénients précités.The object of the present invention is to improve the transfer of an optical integrated circuit chip onto an optical fiber connection platform to form a miniature optical component while avoiding the aforementioned drawbacks.
L'objectif premier de l'invention est de fournir des structures permettant d'ajuster l'assemblage d'un composant optique miniature formé par report d'une puce de circuit intégré optique sur une plate-forme de connexion de fibres optiques, l'ajustement devant être insensible aux poussières et aux défauts de planéité.The primary objective of the invention is to provide structures making it possible to adjust the assembly of a miniature optical component formed by transferring an optical integrated circuit chip onto a connection platform for optical fibers, the adjustment must be insensitive to dust and unevenness.
Un objectif particulier de l'invention est de mettre en oeuvre des structures ou procédés permettant de plaquer la face d'une puce comportant des guides d'ondes contre la surface de la plate-forme où sont disposées les fibres optiques.A particular objective of the invention is to implement structures or methods making it possible to flatten the face of a chip comprising waveguides against the surface of the platform where the optical fibers are arranged.
Un autre objectif de l'invention est d'immobiliser définitivement, une fois ajusté, l'assemblage de la puce avec la plate-forme. Enfin, l'invention a pour objectif de réaliser de telles structures sans surcoût et sans compliquer les étapes de fabrication et d'assemblage de composant optique. En particulier, l'objectif est d'intégrer la réalisation de telles structures lors de la réalisation de la plate-forme de support de la puce, en une seule étape, sans surcoût supplémentaire.Another objective of the invention is to immobilize definitively, once adjusted, the assembly of the chip with the platform. Finally, the invention aims to achieve such structures without additional cost and without complicating the steps of manufacturing and assembling the optical component. In particular, the objective is to integrate the production of such structures during the production of the chip support platform, in a single step, without additional cost.
Succinctement, ces objectifs sont atteints, d'après 1 ' invention, en prévoyant de creuser une ou plusieurs séries de sillons alternant avec d'étroites crêtes dans la surface de la plate-forme, à l'emplacement de la puce, pour réduire la surface de contact entre la puce et la plate-forme, la puce reposant seulement sur l'aire de sommet des crêtes ménagées dans la plateforme. Les sillons et les crêtes creusés à l'emplacement de puce, sont tracés de préférence transversalement à 1 ' axe optique des guides d'ondes et des sillons axiaux de positionnement des fibres optiques, de sorte que le relief des crêtes croise le relief des guides d'ondes s'ils sont saillants.Briefly, these objectives are achieved, according to the invention, by providing for digging one or more series of grooves alternating with narrow ridges in the surface of the platform, at the location of the chip, to reduce the contact surface between the chip and the platform, the chip resting only on the summit area of the ridges formed in the platform. The grooves and ridges hollowed out at the location of the chip are preferably drawn transversely to the optical axis of the waveguides and axial grooves for positioning the optical fibers, so that the relief of the ridges crosses the relief of the guides waves if they are salient.
L'invention est réalisée avec un composant optique miniature formé par report d'une puce comportant des guides d'ondes optiques axiaux, sur une plate-forme creusée de sillons axiaux de positionnement de fibres optiques, dans lequel une portion de surface de la plate-forme correspondant à 1 ' emplacement de report de la puce, est creusée par au moins une série de sillons parallèles alternant avec des crêtes intercalaires ayant une surface sommitale plane réduite. De préférence, la ou les séries de sillons parallèles et de crêtes intercalaires, ménagés à l'emplacement de la puce, sont disposées transversalement à 1 'axe optique.The invention is carried out with a miniature optical component formed by transferring a chip comprising axial optical waveguides, on a platform hollowed out by axial grooves for positioning optical fibers, in which a surface portion of the plate -form corresponding to the transfer location of the chip, is hollowed out by at least one series of parallel grooves alternating with intermediate ridges having a reduced flat top surface. Preferably, the series or series of parallel grooves and intermediate ridges, arranged at the location of the chip, are arranged transversely to the optical axis.
En particulier, le sommet des crêtes intercalaires est plus étroit que l'ouverture des sillons creusés à l'emplacement de la puce. Par ailleurs, les sillons parallèles et les ""crêtes intercalaires, ménagés à l'emplacement de la puce, ont des dimensions transversales de l'ordre de la moitié au double de la dimension transversale de la puce. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, chaque portion d'extrémité axiale de l'emplacement de la puce à la surface de la plate-forme, est creusée par une série de sillons parallèles et de crêtes intercalaires réduisant la surface de contact entre l'extrémité respective de la puce et la plate- forme.In particular, the top of the intermediate ridges is narrower than the opening of the grooves dug at the location of the chip. Furthermore, the parallel grooves and the "" intermediate ridges, formed at the location of the chip, have transverse dimensions of the order of half to twice the transverse dimension of the chip. According to the preferred embodiment of the invention, each axial end portion of the location of the chip on the surface of the platform is hollowed out by a series of parallel grooves and intermediate ridges reducing the contact surface between the respective end of the chip and the platform.
Selon un mode de réalisation alternatif de l'invention, la ou les séries de sillons parallèles communiquent avec au moins une ouverture traversant la plate-forme.According to an alternative embodiment of the invention, the series or series of parallel grooves communicate with at least one opening passing through the platform.
Dans cette alternative, la dimension transversale des sillons communiquant avec l'ouverture, est sensiblement inférieure à la dimension transversale de la puce.In this alternative, the transverse dimension of the grooves communicating with the opening, is substantially less than the transverse dimension of the chip.
De préférence, l'ouverture communiquant avec les sillons parallèles est ménagée au fond d'une cavité en forme de pyramide tronquée creusée à l'opposé de la surface de la plate-forme. II est prévu que la cavité creusée pour ménager l'ouverture ccmmuniquant avec les sillons parallèles, a une profondeur égale à la profondeur d'une cavité creusée pour ménager une ouverture de structure d'assemblage.Preferably, the opening communicating with the parallel grooves is formed at the bottom of a cavity in the form of a truncated pyramid hollowed out opposite the surface of the platform. It is expected that the cavity dug to form the opening ccmmuniculant with the parallel grooves, has a depth equal to the depth of a cavity dug to form an opening of the assembly structure.
Selon un autre mode de réalisation alternatif, au moins un sillon, creusé à l'emplacement de la puce, est relié avec au moins un bassin de collage creusé dans la plate-forme.According to another alternative embodiment, at least one groove, dug at the location of the chip, is connected with at least one bonding basin dug in the platform.
Dans cette autre alternative, la dimension transversale du ou des sillons reliés avec le bassin de collage est sensiblement supérieure à la dimension transversale de la puce. Selon une variante de réalisation, les sillons axiaux de positionnement des fibres optiques communiquent avec au moins un sillon transversal relié avec au moins un bassin de collage, creusés dans la plate-forme. Selon une autre variante de réalisation, les sillons axiaux de positionnement des fibres optiques communiquent avec au moins une ouverture traversant l'épaisseur de la plate-forme.In this other alternative, the transverse dimension of the groove or grooves connected with the bonding basin is substantially greater than the transverse dimension of the chip. According to an alternative embodiment, the axial grooves for positioning the optical fibers communicate with at least one transverse groove connected with at least one bonding basin, hollowed out in the platform. According to another alternative embodiment, the axial grooves for positioning the optical fibers communicate with at least one opening passing through the thickness of the platform.
Il est prévu que chaque sillon axial de positionnement d'une fibre optique communique avec une ouverture respective traversant l'épaisseur de la plate-forme.It is expected that each axial groove for positioning an optical fiber communicates with a respective opening crossing the thickness of the platform.
Il est prévu avantageusement que les ouvertures communiquant avec les sillons axiaux sont réparties sur plusieurs rangs espacés axialement.It is advantageously provided that the openings communicating with the axial grooves are distributed over several rows spaced axially.
De préférence chaque ouverture coπtrtuniquant avec un sillon axial est ménagée au fond d'une cavité formant un dièdre, creusée à l'opposé de la surface de la plate-forme.Preferably, each opening communicating with an axial groove is formed at the bottom of a cavity forming a dihedral, hollowed out opposite the surface of the platform.
L'invention est encore obtenue en mettant en oeuvre un procédé d'assemblage d'un composant optique miniature formé par report d'une puce en substrat, comportant des guides d'ondes axiaux sur une plate-forme en matériau cristallin creusée de sillons axiaux de positionnement de fibres optiques, comportant des étapes consistant à :The invention is also obtained by implementing a method for assembling a miniature optical component formed by transferring a chip into the substrate, comprising axial waveguides on a platform made of crystalline material hollowed out with axial grooves for positioning optical fibers, comprising steps consisting in:
- creuser, par gravure anisotrope, dans une portion de surface de la plate-forme correspondant, à l'emplacement de la puce, au moins une série de sillons parallèles en ménageant des crêtes intercalaires réduisant la surface de contact de la plateforme, et- dig, by anisotropic etching, in a portion of the surface of the corresponding platform, at the location of the chip, at least one series of parallel grooves, providing intermediate ridges reducing the contact surface of the platform, and
- reporter la puce sur la plate-forme, la face de référence de la puce par rapport aux guides d'ondes, reposant contre la surface sommitale des crêtes ménagées dans la surface de la plateforme.- Transfer the chip to the platform, the reference face of the chip relative to the waveguides, resting against the top surface of the ridges formed in the surface of the platform.
De préférence, les sillons parallèles sont creusés, à l'emplacement de la puce dans la surface de la plate-forme en matériau cristallin, par gravure anisotrope, transversalement à l'axe optique. Selon un mode de procédé alternatif, il est prévu d'autres étapes consistant à :Preferably, the parallel grooves are hollowed out, at the location of the chip in the surface of the platform made of crystalline material, by anisotropic etching, transversely to the optical axis. According to an alternative method of procedure, other steps are provided, consisting in:
- ménager, à travers l'épaisseur de la plate-forme, au moins une ouverture communiquant avec une série de sillons parallèles creusés à l'emplacement de la puce, et- provide, through the thickness of the platform, at least one opening communicating with a series of parallel grooves dug at the location of the chip, and
- plaquer la puce contre la surface de la plate-forme en effectuant une aspiration à travers l'ouverture.- press the chip against the surface of the platform by sucking through the opening.
De préférence, l'ouverture communiquant avec les sillons parallèles est ménagée en creusant une cavité à fond plat, par attaque chimique à l'opposé de la surface de la plate-forme à travers un masque à fenêtre de grandes dimensions et en stoppant l'attaque chimique, lorsque le fond de la cavité atteint une épaisseur inférieure à la profondeur des sillons creusés dans la surface de la plate-forme. Suivant cette alternative, il est prévu d'autres étapes consistant à :Preferably, the opening communicating with the parallel grooves is formed by digging a flat-bottom cavity, by chemical attack opposite the surface of the platform through a large window mask and by stopping the chemical attack, when the bottom of the cavity reaches a thickness less than the depth of the furrows dug in the surface of the platform. According to this alternative, other steps are planned, consisting of:
- déplacer la puce parallèlement à la plate-forme, en maintenant la face de la puce reportée ou plaquée contre la surface de la plate-forme, et - optimiser la position de la puce par rapport à la plate-forme, en mesurant la transmission optique entre les guides d'ondes axiaux de la puce et les fibres optiques disposées dans les sillons axiaux de la plate-forme.- move the chip parallel to the platform, keeping the face of the chip transferred or pressed against the surface of the platform, and - optimize the position of the chip relative to the platform, by measuring the transmission optic between the axial waveguides of the chip and the optical fibers arranged in the axial grooves of the platform.
Selon un autre mode de procédé alternatif, il est prévu d'autres étapes consistant à :According to another alternative method, other steps are provided, consisting of:
- creuser au moins un bassin de collage dans la surface de la plate-forme, le bassin étant relié avec au moins un sillon creusé à 1 ' emplacement de la puce,- dig at least one bonding basin in the surface of the platform, the basin being connected with at least one groove dug at the location of the chip,
- disposer de la colle dans le bassin de collage, et - diffuser la colle dans chaque sillon relié au bassin, pour fixer l'assemblage de la puce et de la plate-forme. Suivant cette autre alternative, il est prévu des étapes consistant à :- have glue in the bonding basin, and - spread the glue in each groove connected to the basin, to fix the assembly of the chip and the platform. According to this other alternative, steps are provided, consisting of:
- coller chaque extrémité de la puce à la plate-forme en creusant respectivement, dans chaque portion distale de l'emplacement de la puce à la surface de la plate-forme, une série de sillons reliée à un bassin de collage, etbonding each end of the chip to the platform by digging, respectively, in each distal portion of the location of the chip on the surface of the platform, a series of grooves connected to a bonding basin, and
- diffuser la colle dans chaque série de sillons.- spread the glue in each series of grooves.
Selon une variante de procédé de 1 ' invention, il est prévu d'autres étapes consistant à : - creuser au moins un sillon transversal ≈xτιτtuniquant avec les sillons axiaux, et au moins un bassin de collage relié à chaque sillon transversal,According to a variant of the process of the invention, other steps are planned which consist in: - digging at least one transverse groove ≈xτιτtuniculating with the axial grooves, and at least one bonding basin connected to each transverse groove,
- positionner les fibres optiques dans les sillons axiaux,- position the optical fibers in the axial grooves,
- disposer de la colle dans le bassin de collage, et - diffuser la colle dans chaque sillon transversal pour fixer le positionnement des fibres optiques dans les sillons axiaux.- have glue in the bonding basin, and - spread the glue in each transverse groove to fix the positioning of the optical fibers in the axial grooves.
Selon une autre variante de procédé selon 1 ' invention, il est prévu d'autres étapes consistant à :According to another variant of the process according to the invention, other steps are provided, consisting in:
- ménager à travers l'épaisseur de la plate-forme, au moins une ouverture communiquant avec les sillons axiaux, et- provide through the thickness of the platform, at least one opening communicating with the axial grooves, and
- positionner les fibres optiques au fond des sillons axiaux en effectuant une aspiration à travers l'ouverture.- position the optical fibers at the bottom of the axial grooves by sucking through the opening.
De préférence, chaque sillon axial communique avec une ouverture respective. Selon le mode de procédé préféré de l'invention, chaque ouverture communiquant avec un sillon axial est ménagée en creusant une cavité à fond pointu par attaque chimique anisotrope, à travers un masque à fenêtre de faible largeur, à l'opposé de la surface de la plate-forme. Selon le mode de procédé préféré de l'invention, les ouvertures communiquant avec les sillons sont ménagées en creusant, lors d'une seule étape d'attaque chimique anisotrope, des cavités à fond pointu et des cavités à fond plat .Preferably, each axial groove communicates with a respective opening. According to the preferred method of the invention, each opening communicating with an axial groove is formed by digging a cavity with a pointed bottom by anisotropic chemical attack, through a mask with a narrow window, opposite the surface of the platform. According to the preferred method of the invention, the openings communicating with the grooves are formed by digging, during a single anisotropic chemical attack step, cavities with a pointed bottom and cavities with a flat bottom.
De façon avantageuse, les cavités à fond pointu ont une profondeur inférieure à la profondeur des cavités à fond plat . D'autres objectifs, caractéristiques et avantages de 1 ' invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple de réalisation non- limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente une vue cavalière et une coupe axiale d'une structure pour ajuster l'assemblage d'un composant optique miniature, selon l'invention,Advantageously, the pointed bottom cavities have a depth less than the depth of the flat bottom cavities. Other objectives, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the description which follows, given solely by way of non-limiting exemplary embodiment, with reference to the appended drawings in which: - Figure 1 shows a side view and an axial section of a structure for adjusting the assembly of a miniature optical component, according to the invention,
- la figure 2 représente une vue cavalière et une coupe axiale d'une deuxième structure pour ajuster l'assemblage d'un composant optique miniature, selon l'invention.- Figure 2 shows a perspective view and an axial section of a second structure for adjusting the assembly of a miniature optical component, according to the invention.
- la figure 3 représente une vue cavalière et une coupe axiale d'une troisième structure pour ajuster l'assemblage d'un composant optique miniature, selon l'invention.- Figure 3 shows a perspective view and an axial section of a third structure for adjusting the assembly of a miniature optical component, according to the invention.
- les figures 4A, 4B et 4C représentent des coupes transversales de la plate-forme de la figure 5 de composant optique miniature selon l'invention, vue en coupe le long des axes A-A, B-B, C-C au niveau d'ouvertures communiquant avec des sillons,FIGS. 4A, 4B and 4C represent cross sections of the platform of FIG. 5 of a miniature optical component according to the invention, seen in section along the axes AA, BB, CC at the level of openings communicating with furrows
- la figure 5 représente une vue plane de la surface d'une plateforme de composant optique miniature, dans laquelle sont ménagées plusieurs structures pour ajuster l'assemblage du composant, selon l'invention, etFIG. 5 represents a plan view of the surface of a miniature optical component platform, in which several structures are provided to adjust the assembly of the component, according to the invention, and
- la figure 6 représente une coupe transversale de plate-forme de composant optique miniature, le long d'un sillon de collage prévu dans la troisième structure pour ajuster l'assemblage du composant, selon l'invention.- Figure 6 shows a cross section of a miniature optical component platform, along a bonding groove provided in the third structure to adjust the assembly of the component, according to the invention.
La figure 1 montre une vue éclatée de composant optique miniature selon l'invention, avant le report de la puce 1 sur la plate-forme 3 de support de fibres optiques 5,5' .FIG. 1 shows an exploded view of a miniature optical component according to the invention, before the transfer of the chip 1 to the platform 3 for supporting optical fibers 5.5 ′.
La face de report de la puce 1 comporte un circuit intégré optique, représenté ici sous la forme très simplifiée d'une série de guides d'ondes optiques 2 rectilignes parallèles à un axe Z'Z' qui constitue ainsi l'axe optique, c'est-à-dire l'axe de propagation des signaux optiques, en entrée et en sortie des guides d'ondes. Bien entendu, le circuit intégré optique implanté sur la puce 1 peut comporter des guides d'ondes de tracé non rectiligne et incorporer toutes sortes d'éléments optiques fonctionnels qui ne seront pas énumérés dans la présente. Toutefois, dans la présente il faut considérer que les guides d'ondes 2 sont dirigés axialement et il est fait état de "guide d'onde axial", ce qui signifie que les deux parties distales du guide sont parallèles à 1 ' axe optique Z'Z' , la partie médiane du guide pouvant suivre un tracé quelconque. En effet, il est prévu que les deux extrémités de chaque guide 2 se prolongent jusqu'aux deux bords opposés de la puce, chaque partie distale du guide étant perpendiculaire au bord de la puce correspondant (les bords étant eux-mêmes perpendiculaires à l'axe (Z'Z1), chaque extrémité du guide s'achevant par un clivage plan parallèle ou de préférence confondu avec le plan du bord de la puce.The transfer face of the chip 1 comprises an optical integrated circuit, represented here in the very simplified form of a series of optical waveguides 2 rectilinear parallel to an axis Z'Z 'which thus constitutes the optical axis, c that is to say the axis of propagation of the optical signals, at the input and at the output of the waveguides. Of course, the optical integrated circuit implanted on the chip 1 may include waveguides of non-rectilinear layout and incorporate all kinds of functional optical elements which will not be listed herein. However, in the present it should be considered that the waveguides 2 are directed axially and reference is made to "axial waveguide", which means that the two distal parts of the guide are parallel to the optical axis Z 'Z', the middle part of the guide can follow any route. Indeed, it is provided that the two ends of each guide 2 extend to the two opposite edges of the chip, each distal part of the guide being perpendicular to the edge of the corresponding chip (the edges themselves being perpendicular to the axis (Z'Z 1 ), each end of the guide ending in a plane cleavage parallel or preferably coincident with the plane of the edge of the chip.
Ainsi, les ondes des signaux qui se propageant suivant 1 'axe optique Z'Z1, sont transmises normalement à 1 'entrée et à la sortie du guide correspondant. Corrélativement, des sillons axiaux sont creusés dans la surface de la plate-forme 3 en vis-à-vis de la face de la puce 1 comportant les guides d'ondes 2. Les sillons axiaux sont tracés dans le prolongement prévu des guides d'ondes, puisque les fibres optiques positionnées dans les sillons doivent être rigoureusement alignés avec les guides correspondant pour optimiser la transmission optique.Thus, the waves of the signals which propagate along the optical axis Z'Z 1 , are normally transmitted to the input and to the output of the corresponding guide. Correlatively, axial grooves are dug in the surface of the platform 3 opposite the face of the chip 1 comprising the waveguides 2. The axial grooves are drawn in the intended extension of the guides waves, since the optical fibers positioned in the grooves must be rigorously aligned with the corresponding guides to optimize the optical transmission.
Les sillons axiaux sont donc creusés dans la surface de la plate-forme, parallèlement à l'axe ZZ qui correspond et se confond avec l'axe optique Z'Z' de la puce, une fois le composant assemblé.The axial grooves are therefore hollowed out in the surface of the platform, parallel to the axis ZZ which corresponds and merges with the optical axis Z'Z 'of the chip, once the component has been assembled.
Les sillons axiaux 4,4' sont tracés à la surface de la plate-forme, de préférence hors de l'emplacement 7 de la puce, la longueur ou dimension axiale de la plate-forme étant supérieure à celle de la puce. Généralement, deux séries de sillons axiaux 4 et 4' sont creusées respectivement à chaque extrémité de la plate-forme, respectivement, entre l'extrémité de la plate-forme et 1 'extrémité axiale de 1 'emplacement 7 de la puce. II est prévu que la plate-forme est constituée de substrat cristallin apte à permettre une gravure anisotrope, c'est-à-dire un matériau permettant une attaque, généralement chimique, suivant des axes cristallographiques préférentiels.The axial grooves 4,4 'are drawn on the surface of the platform, preferably outside of the location 7 of the chip, the length or axial dimension of the platform being greater than that of the chip. Generally, two series of axial grooves 4 and 4 ′ are dug respectively at each end of the platform, respectively, between the end of the platform and the axial end of the location 7 of the chip. It is expected that the platform is made up of a crystalline substrate capable of allowing anisotropic etching, that is to say a material allowing an attack, generally chemical, along preferential crystallographic axes.
La plate-forme est notamment composée de silicium, substrat qui s'usine ou se clive facilement suivant des plans orthogonaux ainsi que des plans obliques intéressants, en procédant simplement à une attaque chimique par voie humide.The platform is notably composed of silicon, a substrate which is easily machined or cleaved along orthogonal planes as well as interesting oblique planes, by simply carrying out a chemical attack by the wet method.
La gravure chimique anisotrope du silicium s'effectue par exemple dans une solution de soude (de formule NaOH) ou dans un bain constitué d'un mélange en solution d'agents oxydants tels que l'hydrazine, l'hydrσxyde de potassium (KOH) ou l'éthylène diamine, et d'agents solubilisants, tels que le pyro-catéchol ou l'iso-propyl-alcool (IPA) .The anisotropic chemical etching of the silicon is carried out for example in a sodium hydroxide solution (of formula NaOH) or in a bath consisting of a solution mixture of oxidizing agents such as hydrazine, potassium hydroxide (KOH) or ethylene diamine, and solubilizing agents, such as pyro-catechol or isopropyl alcohol (IPA).
Le silicium s'usine ou se clive en particulier suivant les plans notés conventionnellement [1,0,0], [1,1,1] et [1,1,-1] qui correspondent, par exemple, à la surface de la plate-forme, au flanc d'un sillon axial et à l'autre flanc de sillon axial.The silicon is machined or cleaved in particular according to the planes conventionally noted [1,0,0], [1,1,1] and [1,1, -1] which correspond, for example, to the surface of the platform, on the side of an axial groove and on the other side of the axial groove.
La gravure anisotrope de la plate-forme en matériau cristallin a plusieurs avantages essentiels. Le premier avantage est de permettre de tracer des sillons strictement rectilignes et parfaitement parallèles, puisque la gravure suit un axe cristallographique malgré d'éventuels défauts localisés du masque de gravure.The anisotropic etching of the platform in crystalline material has several essential advantages. The first advantage is to allow the drawing of strictly rectilinear and perfectly parallel grooves, since the etching follows a crystallographic axis despite possible localized defects in the etching mask.
Le deuxième avantage est de permettre de creuser des sillons en forme de dièdre parfait, c'est-à-dire avec des flancs strictement plans et à profil en V constant.The second advantage is that it makes it possible to dig grooves in the form of a perfect dihedral, that is to say with strictly flat sides and with a constant V profile.
Le troisième avantage consécutif est que la profondeur du sillon en V est parfaitement déterminée par la largeur des ouvertures de gravure. En effet, la largeur des fenêtres du masque de gravure fixe la largeur d'ouverture des sillons correspondants. Comme les flancs du sillon sont taillés ou clivés à partir du bord de l'ouverture et ont un angle déterminé par la structure cristalline, la profondeur du sillon correspond rigoureusement à la largeur de l'ouverture et à l'angle entre les plans de clivage cristallographique.The third consecutive advantage is that the depth of the V-shaped groove is perfectly determined by the width of the etching openings. The width of the etching mask windows fixes the opening width of the corresponding grooves. As the sides of the furrow are cut or cleaved from the edge of the opening and have an angle determined by the crystal structure, the depth of the furrow strictly corresponds to the width of the opening and to the angle between the planes of cleavage crystallographic.
Il faut noter à ce sujet que la gravure chimique anisotrope par voie humide de substrat cristallin tel que le silicium a généralement pour propriété de progresser très rapidement, perpendiculairement à la surface jusqu'à la formation d'un dièdre suivant les plans cristallographiques, puis de progresser très lentement parallèlement à la surface, c'est-à-dire dans la direction d'élargissement du dièdre. Ainsi, l'attaque d'une plaque de silicium recouverte d'un masque percé de fenêtres de gravure dans un bain de soude, commence par former une cuvette à flancs obliques et à fond plat qui se creuse très rapidement en profondeur, jusqu'à ce que le fond se réduise à l'axe d'un dièdre (pointe d'un V) ; à partir de ce point, la gravure ne progresse plus vers le fond, mais s'étend très lentement dans la direction d'élargissement du V, en rongeant petit à petit les flancs qui restent parallèles aux plans obliques de la structure cristalline.It should be noted in this connection that the anisotropic chemical etching by a wet process of crystalline substrate such as silicon generally has the property of progressing very rapidly, perpendicular to the surface until the formation of a dihedron along the crystallographic planes, then of progress very slowly parallel to the surface, that is to say in the direction of widening of the dihedral. Thus, the attack on a silicon wafer covered with a mask pierced with etching windows in a soda bath, begins by forming a bowl with oblique sides and a flat bottom which is hollowed out very quickly in depth, up to that the bottom is reduced to the axis of a dihedral (point of a V); from this point, the etching no longer progresses towards the bottom, but extends very slowly in the direction of widening of the V, gradually gnawing at the sides which remain parallel to the oblique planes of the crystal structure.
Pour creuser un sillon de profondeur précise, il suffit donc avantageusement de contrôler la largeur de 1 ' ouverture de gravure du sillon et de calculer la durée de gravure de sorte que le creusement atteigne cette profondeur.To dig a groove of precise depth, it is therefore advantageously sufficient to control the width of one etching opening of the groove and to calculate the etching time so that the digging reaches this depth.
Si jamais par erreur, la durée de la gravure se prolonge après avoir atteint ce point de profondeur, la prolongation de la gravure n'affecte que très lentement les dimensions du sillon. L'erreur sur la durée de gravure n'a donc point de conséquence.If ever by mistake, the duration of the engraving is prolonged after reaching this point of depth, the prolongation of the engraving only very slowly affects the dimensions of the groove. The error on the engraving time therefore has no consequence.
La dimension transversale en largeur et en profondeur des sillons est choisie en fonction de la dimension des fibres optiques, de sorte que le coeur de chaque fibre affleure à la surface de la plate-forme lorsque la fibre cylindrique est disposée dans le sillon en s 'appuyant le long des deux flancs. Ainsi comme le suggèrent les vues en coupe des figures 1, 2 et 3, tout faisceau optique issu du coeur axial d'une fibre rase le plan de la surface de la plate-forme et peut être intégralement transmis au guide d'onde correspondant si celui-ci est correctement plaqué contre la surface de la plate-forme.The transverse dimension in width and depth of the grooves is chosen as a function of the size of the optical fibers, so that the core of each fiber is flush with the surface of the platform when the cylindrical fiber is arranged in the groove by pressing along the two sides. Thus, as the sectional views of FIGS. 1, 2 and 3 suggest, any optical beam coming from the axial core of a fiber shaves the plane of the surface of the platform and can be fully transmitted to the corresponding waveguide if it is correctly pressed against the surface of the platform.
Maintenant, pour atteindre cet objectif selon l'invention, il est prévu, comme illustré figure 1 de creuser en outre une succession de sillons parallèles 10 séparés par des crêtes intercalaires, à l'emplacement 7 de la puce dans la surface de la plate-forme 3.Now, to achieve this objective according to the invention, it is planned, as illustrated in FIG. 1, to further dig a succession of parallel grooves 10 separated by intermediate ridges, at the location 7 of the chip in the surface of the platform. form 3.
Ainsi, lorsque la puce 1 est reportée à l'emplacement 7 prévu contre la surface de la plate-forme 3, la face de la puce comportant les guides d'ondes 2 vient prendre appui sur le sommet des crêtes ménagées dans la série 10 de sillons parallèles.Thus, when the chip 1 is transferred to the location 7 provided against the surface of the platform 3, the face of the chip comprising the waveguides 2 comes to bear on the top of the ridges formed in the series 10 of parallel grooves.
Ainsi toute poussière qui s' immiscerait entre la puce et la plate-forme, lors du report, se dépose au fond d'un sillon et ne gêne pas l'assemblage de la puce sur la plate-forme.Thus, any dust which gets between the chip and the platform, during the transfer, is deposited at the bottom of a groove and does not interfere with the assembly of the chip on the platform.
De façon avantageuse, l'invention permet ainsi un ajustement de la face de la puce contre la surface de la plateforme et un alignement optique parfaits.Advantageously, the invention thus allows adjustment of the face of the chip against the surface of the platform and perfect optical alignment.
Pour éviter l'immixtion de poussière, il est prévu selon l'invention, d'évider le maximum de surface de la plate-forme 3 à 1 'emplacement 7 de la puce. De préférence, les sillons 10 sont creusés profondément pour maximiser la surface évidée.To avoid the interference of dust, it is provided according to the invention, to hollow out the maximum surface area of the platform 3 at the location 7 of the chip. Preferably, the grooves 10 are dug deeply to maximize the hollowed out area.
Cependant, la profondeur des sillons doit rester nettement inférieure à l'épaisseur de la plate-forme pour des questions de tenue mécanique. Par conséquent, la largeur des sillons 10 creusés à l'emplacement 7 de la puce est limitée.However, the depth of the grooves must remain significantly less than the thickness of the platform for reasons of mechanical strength. Consequently, the width of the grooves 10 dug at the location 7 of the chip is limited.
Par ailleurs, les flancs des sillons 10 ne doivent pas se rejoindre, c'est-à-dire se couper en formant des arêtes dont le niveau risquerait de ne pas correspondre au niveau de la surface de la plate-forme. Selon l'invention, comme illustré figure 5, les sillons parallèles voisins 11, 12 etc. ne sont pas connexes, mais sont séparés par des crêtes 11' , etc. présentant une surface sommitale plane, dont le niveau reste au niveau du plan de la surface de la plate-forme.Furthermore, the sides of the grooves 10 must not meet, that is to say cut by forming edges whose level may not correspond to the level of the surface of the platform. According to the invention, as illustrated in FIG. 5, the neighboring parallel grooves 11, 12 etc. are not connected, but are separated by ridges 11 ', etc. having a flat top surface, the level of which remains at the level of the plane of the platform surface.
Le plan de la surface sommitale des crêtes 11' doit rester confondu avec le plan de surface de la plate-forme 3 de façon à reporter exactement la face de la puce 1 contre cette surface et d'obtenir un parfait alignement optique des guides d'ondes 2 avec les fibres optiques 5 positionnées sur la plate-forme.The plane of the summit surface of the ridges 11 ′ must remain coincident with the surface plane of the platform 3 so as to exactly transfer the face of the chip 1 against this surface and to obtain perfect optical alignment of the guides. waves 2 with the optical fibers 5 positioned on the platform.
Il est toutefois prévu avantageusement de minimiser la largeur du sommet plan des crêtes intercalées entre les sillons 11, 12 etc. , pour réduire la surface de contact entre la puce 1 et la surface de la plate-forme 3. En particulier, le sommet des crêtes intercalaires 12' est nettement plus étroit que l'ouverture des sillons.Advantageously, however, provision is made to minimize the width of the plane top of the ridges interspersed between the grooves 11, 12 etc. , to reduce the contact surface between the chip 1 and the surface of the platform 3. In particular, the top of the intermediate ridges 12 'is significantly narrower than the opening of the grooves.
En outre, comme la largeur d'ouverture des sillons 11, 12 etc. est limitée, il est prévu avantageusement de tracer un nombre maximal de sillons parallèles à l'emplacement 7 de la puce sur la plate-forme, pour minimiser la surface de contact entre la puce 1 et la plate-forme 3.In addition, as the opening width of the grooves 11, 12 etc. is limited, it is advantageously provided to draw a maximum number of grooves parallel to the location 7 of the chip on the platform, to minimize the contact surface between the chip 1 and the platform 3.
Ainsi, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, comme illustré figure 5, la quasi-totalité de l'aire d'emplacement 7 de la puce à la surface de la plate-forme 3 est creusée d'une succession de sillons parallèles 10,20,30,30' en ménageant des crêtes 12 ' à sommet tabulaire de surface la plus réduite possible.Thus, in the preferred embodiment of the invention, as illustrated in FIG. 5, almost all of the location area 7 of the chip on the surface of the platform 3 is hollowed out with a succession of grooves 10,20,30,30 'parallels by providing ridges 12' with a tabular apex with the smallest possible surface.
Géométriquement, les sillons doivent être strictement parallèles pour former des crêtes intercalaires à surface sommitale plane minimale.Geometrically, the furrows must be strictly parallel to form intercalary ridges with minimal flat top surface.
De façon particulièrement avantageuse, l'invention prévoit de procéder par gravure chimique anisotrope pour creuser les sillons parallèles 10,20,30,30' dans l'emplacement 7 de la puce à la surface de la plate-forme. Une gravure chimique anisotrope par voie humide permet avantageusement de creuser des sillons 11,12 etc. rigoureusement parallèles et de contrôler strictement la largeur des sillons si bien que les sommets plans étroits des crêtes 11' etc. sont parfaitement définis.In a particularly advantageous manner, the invention provides for proceeding by anisotropic chemical etching to dig the parallel grooves 10,20,30,30 'in the location 7 of the chip on the surface of the platform. An anisotropic wet chemical etching advantageously makes it possible to dig grooves 11, 12 etc. strictly parallel and to strictly control the width of the furrows so that the narrow flat vertices of the ridges 11 'etc. are perfectly defined.
Un avantage de l'attaque anisotrope est d'éviter que la gravure d'un sillon 11 ou 12 ne morde sur la largeur de la crête voisine 11' , en cas de prolongation de la durée de gravure comme exposé précédemment. Un autre avantage de la gravure anisotrope est qu'en creusant des sillons 10,20,30 à profil en forme de V, les crêtes intercalaires prennent un profil trapézoïdal ou triangulaire qui leur confère une solide assise mécanique.An advantage of the anisotropic attack is to prevent the etching of a groove 11 or 12 from biting over the width of the neighboring crest 11 ′, in the event of an extension of the etching time as explained above. Another advantage of anisotropic etching is that by digging grooves 10,20,30 with a V-shaped profile, the intermediate ridges take on a trapezoidal or triangular profile which gives them a solid mechanical foundation.
D'après un premier mode de réalisation non illustré, les sillons parallèles creusés dans 1 'emplacement 7 de la puce, peuvent être tracés dans la direction axiale Z-Z, donc dans la direction des sillons axiaux, des fibres optiques et des guides d'ondes.According to a first embodiment not shown, the parallel grooves dug in one location 7 of the chip, can be drawn in the axial direction ZZ, therefore in the direction of the axial grooves, optical fibers and waveguides .
Dans un mode de réalisation alternatif non illustré, il est prévu de creuser deux séries entrecroisées de sillons parallèles à l'emplacement de la puce, c'est-à-dire une série de sillons axiaux et une série de sillons transversaux, en ménageant des crêtes intercalaires réduites à des pyramides tronquées. Cette alternative offre l'avantage de minimiser complètement la surface de contact entre la puce et la plate-forme.In an alternative embodiment not illustrated, it is planned to dig two intersecting series of grooves parallel to the location of the chip, that is to say a series of axial furrows and a series of transverse furrows, providing infill ridges reduced to truncated pyramids. This alternative offers the advantage of completely minimizing the contact surface between the chip and the platform.
Ces réalisations dans lesquelles 1 'emplacement de la puce est creusé d'une série de sillons axiaux, conviennent dans la mesure où la face de la puce ne comporte pas de guides d'ondes axiaux en relief. II est cependant généralement préférable que les sillons et les crêtes intercalaires 10 ménagées à 1 ' emplacement 7 de la puce ne soient pas disposées dans la direction axiale ZZ pour éviter un enchevêtrement du relief des guides d'ondes 2 dans le relief des sillons et des crêtes 10, et des défaut d'alignement optique lors du report de la puce 1 sur la plate-forme. Selon le mode de réalisation préféré de 1 ' invention, comme illustré sur toutes les figures, la succession 10,20,30,30' de sillons et de crêtes ménagées à l'emplacement 7 de la puce sont tracés dans la direction transversale Y-Y aux guides d'ondes 2, donc transversalement à l'axe optique Z-Z et aux sillons axiaux 4,4' de positionnement des fibres optiques 5,5'.These embodiments in which the location of the chip is hollowed out with a series of axial grooves are suitable insofar as the face of the chip does not include axial waveguides in relief. However, it is generally preferable that the grooves and the intermediate ridges 10 formed at the location 7 of the chip are not arranged in the axial direction ZZ to avoid entanglement of the relief of the waveguides 2 in the relief of the grooves and ridges 10, and optical alignment defects when the chip 1 is transferred to the platform. According to the preferred embodiment of the invention, as illustrated in all the figures, the succession 10, 20, 30, 30 'of grooves and ridges formed at the location 7 of the chip are drawn in the transverse direction YY to waveguides 2, therefore transverse to the optical axis ZZ and to the axial grooves 4.4 'for positioning the optical fibers 5.5'.
Il est particulièrement avantageux de réaliser la plateforme en silicium et de creuser les sillons 4,4' de positionnement des fibres et les sillons 10 à l'emplacement 7 de la puce par gravure chimique anisotrope, car la structure cristalline du silicium permet justement de combiner le tracé d'une série de sillons 4 à profil en V strictement parallèles dans la direction axiale et, le tracé d'une autre série de sillons 10 à profil en V strictement parallèles dans la direction transversale.It is particularly advantageous to make the silicon platform and to dig the grooves 4,4 'for positioning the fibers and the grooves 10 at the location 7 of the chip by anisotropic chemical etching, because the crystalline structure of the silicon allows precisely to combine the drawing of a series of grooves 4 with a V profile strictly parallel in the axial direction and the drawing of another series of grooves 10 with a V profile strictly parallel in the transverse direction.
A titre d'exemple, la surface de la plate-forme qui forme le plan cristallographique [1,0,0] est creusée suivant les plans cristallographiques [1,1,1] et [1,-1,-1] pour former les deux flancs opposés des sillons axiaux 4, puis creusée suivant les plans cristallographiques [1,-1,1] et [1,1,-1] pour former les deux flancs opposés des sillons transversaux 10.For example, the surface of the platform which forms the crystallographic plane [1,0,0] is dug along the crystallographic planes [1,1,1] and [1, -1, -1] to form the two opposite flanks of the axial grooves 4, then dug along the crystallographic planes [1, -1,1] and [1,1, -1] to form the two opposite flanks of the transverse grooves 10.
A partir de ces indication et de ses connaissances cristallographiques, l'homme de l'art peut, sans sortir du cadre de la présente invention, déterminer d'autres plans de clivage et d'autres directions de creusement des sillons de positionnement des fibres optiques et des sillons d'évidement à l'emplacement de la puce, dans un substrat de silicium ainsi que dans d'autres substrats cristallins.From these indications and his crystallographic knowledge, a person skilled in the art can, without departing from the scope of the present invention, determine other cleavage planes and other directions of digging the grooves for positioning the optical fibers. and recess grooves at the location of the chip, in a silicon substrate as well as in other crystalline substrates.
Ainsi, selon une variante de réalisation, la série de sillons et de crêtes intercalaires ménagés dans 1 ' emplacement de la puce à la surface d'une plate-forme en silicium peut être tracée dans une direction oblique intermédiaire entre la direction transversale Y-Y et la direction axiale Z-Z des sillons 4,4' de positionnement des fibres optiques. En effet, le plan [1,0,0] de la surface en silicium peut encore être taillé ou clivé selon des plans cristallographiques notés [2,1,1], [2,- 1,1],... pour tailler les flancs opposés d'une série de sillons obliques par rapport aux sillons axiaux.Thus, according to an alternative embodiment, the series of grooves and intermediate ridges formed in the location of the chip on the surface of a silicon platform can be traced in an oblique direction intermediate between the transverse direction YY and the axial direction ZZ of the 4.4 'grooves for positioning the optical fibers. Indeed, the plane [1,0,0] of the silicon surface can still be cut or cleaved according to crystallographic planes noted [2,1,1], [2, - 1,1], ... to cut the opposite flanks of a series of oblique grooves compared to the axial grooves.
L'avantage primordial de l'invention est donc d'intégrer la réalisation d'une structure de sillons transversaux permettant d'ajuster l'assemblage du composant optique, lors de l'étape, unique, de réalisation de la plate-forme qui consiste à graver la structure de sillons axiaux permettant de positionner précisément les fibres optiques. La structure de sillons transversaux est obtenue avantageusement en modifiant simplement le masque de gravure de la plate-forme. Une seule et même étape de procédé permet donc de réaliser les diverses structures fonctionnelles prévues, sans surcoût, ni complication et avec une précision optimale (un seul masque) . Maintenant, selon une autre structure de réalisation de 1 ' invention illustrée figure 2, il est prévu de percer une ou plusieurs ouvertures 29 au milieu d'une série de sillons parallèles 20, creusés à l'emplacement 7 de la puce, dans la surface de la plate-forme 3. L'ouverture 29 traverse l'épaisseur de la plate-forme 3 et débouche dans la série de sillons 20.The primordial advantage of the invention is therefore to integrate the production of a structure of transverse grooves making it possible to adjust the assembly of the optical component, during the single stage of production of the platform which consists to etch the structure of axial grooves allowing precise positioning of the optical fibers. The structure of transverse grooves is advantageously obtained by simply modifying the etching mask of the platform. A single process step therefore makes it possible to carry out the various functional structures provided, without additional cost or complication and with optimal precision (a single mask). Now, according to another embodiment of the invention illustrated in FIG. 2, it is planned to pierce one or more openings 29 in the middle of a series of parallel grooves 20, dug at the location 7 of the chip, in the surface of the platform 3. The opening 29 crosses the thickness of the platform 3 and opens into the series of grooves 20.
L'ouverture 29 a pour fonction de permettre l'aspiration de la puce 1 contre la surface de la plate-forme 3, en effectuant le vide à l'opposé de la surface de la plate-forme. L'invention prévoit ainsi un procédé consistant à :The opening 29 has the function of allowing the suction of the chip 1 against the surface of the platform 3, by carrying out the vacuum opposite the surface of the platform. The invention thus provides a method consisting in:
- ménager, à travers l'épaisseur de la plate-forme 3, au moins une ouverture 29 communiquant avec une série de sillons parallèles 20 creusés à l'emplacement 7 de la puce, et- provide, through the thickness of the platform 3, at least one opening 29 communicating with a series of parallel grooves 20 hollowed out at the location 7 of the chip, and
- plaquer la puce 1 contre la surface de la plate-forme 3 en effectuant une aspiration à travers l'ouverture 29. pour permettre d'ajuster parfaitement l'assemblage de la puce 1 de circuit intégré optique sur la plate-forme 3 de connexion de fibres optiques 4,4' formant le composant optique miniature.- press the chip 1 against the surface of the platform 3 by sucking through the opening 29. to allow the assembly of the chip 1 of the optical integrated circuit on the connection platform 3 to be perfectly adjusted 4.4 'optical fibers forming the miniature optical component.
Les dimensions de l'ouverture d'aspiration 29 sont donc inférieures à la largeur de la puce 1, la section de l'ouverture 29 étant de préférence nettement inférieure à la surface de la puce pour éviter d'affaiblir mécaniquement la plate-forme 3.The dimensions of the suction opening 29 are therefore less than the width of the chip 1, the section of the opening 29 preferably being significantly smaller than the surface of the chip to avoid mechanically weakening the platform 3.
Pour réaliser l'ouverture 29, il est prévu de préférence de procéder à une gravure chimique par voie humide à l'opposé de la surface de la plate-forme 3.To make the opening 29, provision is preferably made for wet chemical etching opposite the surface of the platform 3.
De façon avantageuse, il est prévu de creuser les sillons à la surface de la plate-forme et de percer les ouvertures dans la face opposée, lors d'une seule étape de gravure chimique consistant à plonger la plate-forme dans un bain d'attaque chimique en protégeant chacune de ces faces par un masque de gravure.Advantageously, provision is made to dig the grooves on the surface of the platform and to pierce the openings in the opposite face, during a single step of chemical etching consisting in immersing the platform in a bath of chemical attack by protecting each of these faces with an etching mask.
L'avantage du procédé selon l'invention est d'intégrer la réalisation des diverses structures d'ajustement du composant optique et de positionnement des fibres dans une unique étape de fabrication, sans aucun surcoût.The advantage of the method according to the invention is to integrate the production of the various structures for adjusting the optical component and positioning the fibers in a single manufacturing step, without any additional cost.
Selon le mode de procédé préféré, on creuse une large cavité 29 à fond plat dans la face opposée de la plate-forme 3 qui est recouverte d'un masque à fenêtres larges et plongée dans un bain d'attaque chimique. La durée de gravure chimique est calculée pour s'arrêter lorsque l'épaisseur du fond de la cavité 29 devient inférieure à la profondeur des sillons 20, c'est-à-dire lorsque le fond plat de la cavité 29 atteint la pointe en V des sillons 20, comme illustré figure 4C. II n'est pas nécessaire que la gravure se prolonge au-delà puisque la cavité 29 communique dès lors avec les sillons 20 correspondants et forme une ouverture.According to the preferred method, a wide cavity 29 with a flat bottom is hollowed out in the opposite face of the platform 3 which is covered with a mask with wide windows and immersed in a chemical attack bath. The duration of chemical etching is calculated to stop when the thickness of the bottom of the cavity 29 becomes less than the depth of the grooves 20, that is to say when the flat bottom of the cavity 29 reaches the point in V grooves 20, as illustrated in FIG. 4C. It is not necessary for the etching to extend beyond it since the cavity 29 therefore communicates with the corresponding grooves 20 and forms an opening.
Il est prévu, en effet que l'ouverture 29 communique avec une série 20 de sillons étendus. Les sillons 20 communiquant avec l'ouverture ont cependant des dimensions transversales inférieures à la puce 1 pour éviter une fuite dors de l'aspiration.It is provided, in fact, that the opening 29 communicates with a series 20 of extended grooves. The grooves 20 communicating with the opening, however, have transverse dimensions smaller than the chip 1 to avoid leakage during suction.
De façon avantageuse, une telle structure permet lors de l'aspiration, que l'effet de succion s'étende sur toute la surface d'ouverture des sillons 20 communiquant avec l'ouverture d'aspiration 29, tout en évitant une déformation de la puce 1 de circuit intégré optique dans la mesure où les crêtes intercalaires soutiennent la puce.Advantageously, such a structure allows during suction, that the suction effect extends over the entire opening surface of the grooves 20 communicating with the opening suction 29, while avoiding deformation of the chip 1 of the optical integrated circuit insofar as the intermediate ridges support the chip.
Une telle structure, analogue à la disposition d'une grille sur une bouche d'aspiration, permet avantageusement de plaquer parfaitement la puce contre les crêtes ménagées à la surface de la plate-forme sans risque de déformation des guides d'ondes, ni d'aberration optique.Such a structure, analogous to the arrangement of a grid on a suction mouth, advantageously allows the chip to be pressed perfectly against the ridges formed on the surface of the platform without risk of deformation of the waveguides, nor of optical aberration.
Un autre avantage de l'aspiration est d'éliininer toute poussière qui pourrait s'immiscer entre la puce et la plate-forme lors de l'assemblage.Another advantage of vacuuming is to remove any dust that could get between the chip and the platform during assembly.
Un avantage particulier d'un tel système d'aspiration est de permettre de redresser une puce non planaire en la plaquant contre le plan des crêtes ménagées à la surface de la plate-forme lors de l'assemblage.A particular advantage of such a suction system is that it makes it possible to straighten a non-planar chip by pressing it against the plane of the ridges formed on the surface of the platform during assembly.
Par conséquent, dans le mode de réalisation préféré de l'invention, il prévu de percer plusieurs ouvertures d'aspiration à l'emplacement 7 de la puce dans la plate-forme 3, chaque partie distale de l'emplacement 7 de la puce comportant de préférence une ouverture d'aspiration respective.Consequently, in the preferred embodiment of the invention, it is planned to pierce several suction openings at the location 7 of the chip in the platform 3, each distal part of the location 7 of the chip comprising preferably a respective suction opening.
Les ouvertures d'aspirations percées aux extrémités axiales de l'emplacement 7 de la puce permettent avantageusement de plaquer chaque extrémité de la puce 1 contre la surface de la plate-forme 3, ce qui supprime la courbure et tout défaut de planéité de la puce. Les extrémités des guides d'ondes 2 sont ainsi amenés exactement dans le plan de référence optique formé par la surface de la plate-forme 3 qui correspond au plan rasant le coeur des fibres optiques 5,5' disposés dans les sillons axiaux 4,4'. Selon une autre disposition de l'invention, indiquée figure 2, il est prévu aussi de percer des ouvertures d'aspiration 50,59 communiquant avec les sillons axiaux 4,4' de positionnement des fibres optiques 5,5' .The suction openings drilled at the axial ends of the location 7 of the chip advantageously make it possible to press each end of the chip 1 against the surface of the platform 3, which eliminates the curvature and any defect in the flatness of the chip . The ends of the waveguides 2 are thus brought exactly into the optical reference plane formed by the surface of the platform 3 which corresponds to the plane grazing the core of the optical fibers 5.5 ′ arranged in the axial grooves 4.4 . According to another arrangement of the invention, indicated in FIG. 2, provision is also made to pierce suction openings 50,59 communicating with the axial grooves 4,4 ′ for positioning the optical fibers 5,5 ′.
Dans un exemple de réalisation non illustré, une seule ouverture d'aspiration peut déboucher sur l'ensemble des sillons axiaux creusés à une extrémité de la plate-forme. Dans ce cas, il suffit de creuser une large cavité à fond plat couvrant l'étendue de toute la nappe de sillons axiaux et œmmuniquant avec chacun d'eux. Pour que la fibre ne s'engage pas dans l'ouverture du fond du sillon, il faut que le pourtour tubulaire de la fibre ne soit pas en contact avec les bords de l'ouverture, mais vienne seulement en contact avec les flancs obliques du sillon, ce qui donne la relation suivante : 1 < D.sin(α) dans laquelle :In an exemplary embodiment not illustrated, a single suction opening can lead to all of the grooves axial hollowed out at one end of the platform. In this case, it suffices to dig a large flat-bottom cavity covering the extent of the entire sheet of axial furrows and connecting with each of them. So that the fiber does not engage in the opening of the bottom of the groove, the tubular periphery of the fiber must not be in contact with the edges of the opening, but only come into contact with the oblique sides of the groove, which gives the following relation: 1 <D.sin (α) in which:
- 1 est la largeur de l'ouverture,- 1 is the width of the opening,
- D est le diamètre de la fibre, typiquement 125μm,- D is the diameter of the fiber, typically 125 μm,
- α est l'angle cristallographique entre la normale à la surface et la normale au flancs du sillon, c'est-à-dire, suivant l'exemple précédent, l'angle cristallographique entre le plan- α is the crystallographic angle between the normal to the surface and the normal to the flanks of the groove, that is to say, according to the previous example, the crystallographic angle between the plane
[1,0,0] de la surface de la plate-forme et le plan [1,1,1] ou symétriquement [1,-1,-1] d'un flanc de sillon, qui est d'environ 55° pour le silicium. Autrement dit, comme la largeur 1 de l'ouverture est limitée, la profondeur de la cavité débouchant dans un sillon axial doit être limitée de sorte que 1 ' épaisseur du fond de la cavité respecte la formule suivante :[1,0,0] of the surface of the platform and the plane [1,1,1] or symmetrically [1, -1, -1] of a groove flank, which is approximately 55 ° for silicon. In other words, as the width 1 of the opening is limited, the depth of the cavity opening into an axial groove must be limited so that the thickness of the bottom of the cavity respects the following formula:
2 (e + Δ) > D.cos(α) dans laquelle :2 (e + Δ)> D.cos (α) in which:
- e est l'épaisseur du fond de la cavité, c'est-à-dire 1 'épaisseur de la membrane de matériau cristallin comprise entre le plan de la surface de la plate-forme et le plan du fond de la cavité, - Δ est la hauteur de l'axe du coeur de la fibre par rapport à la surface de la plate-forme,- e is the thickness of the bottom of the cavity, that is to say the thickness of the membrane of crystalline material lying between the plane of the surface of the platform and the plane of the bottom of the cavity, - Δ is the height of the axis of the fiber core relative to the surface of the platform,
- D est le diamètre du coeur de la fibre,- D is the diameter of the fiber core,
- α est 1 ' angle entre la normale à la surface et la normale au flanc du sillon. Cependant, il est difficile de maîtriser précisément la profondeur du fond plat, de cette large cavité, donc la taille de l'ouverture débouchant dans le sillon.- α is the angle between the normal to the surface and the normal to the side of the groove. However, it is difficult to precisely control the depth of the flat bottom, of this large cavity, and therefore the size of the opening opening into the groove.
Or, il est préférable que l'ouverture communiquant avec un sillon soit étroite pour éviter que la fibre ne s'engage dans l'ouverture et ne subisse des déformations et des contraintes optiquement nuisibles.However, it is preferable that the opening communicating with a groove is narrow to avoid that the fiber does not engage in the opening and does not undergo deformations and optically harmful stresses.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu que chaque sillon axial communique avec une ouverture d'aspiration ayant un profil transversal en forme de lettre V renversée ou de lettre grecque Λ dont la profondeur de gravure est parfaitement maîtrisée, comme exposé précédemment.According to the preferred embodiment of the invention, it is provided that each axial groove communicates with a suction opening having a transverse profile in the form of an inverted letter V or of a Greek letter Λ whose engraving depth is perfectly controlled, as previously exposed.
En fait, la profondeur de gravure est calculée de sorte que la pointe du sommet du Λ de la cavité atteigne juste la pointe du V du fond du sillon correspondant, à l'instar de la jonction des lettres V et dans le sigle bien connu de la marque Volkswagen® et comme illustré sur les vues en coupe 4A et 4B.In fact, the engraving depth is calculated so that the tip of the top of the Λ of the cavity just reaches the tip of the V of the bottom of the corresponding groove, like the junction of the letters V and in the well-known acronym of the Volkswagen ® brand and as illustrated in section views 4A and 4B.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, il est donc prévu que chaque sillon axial 4 en V, œmmunique avec une ouverture d'aspiration respective ménagée en creusant une cavité 51,52,53,54,55 à profil en V renversé ou en Λ.In the preferred embodiment of the invention, it is therefore provided that each axial groove 4 in V, common with a respective suction opening formed by digging a cavity 51,52,53,54,55 with inverted V profile or in Λ.
Selon l'invention, il est prévu avantageusement de procéder à une attaque chimique anisotrope à travers un masque percé d'étroites fenêtres de gravure, disposé sur la face arrière de la plate-forme, pour creuser les cavités communiquant respectivement avec les sillons 4.According to the invention, it is advantageously provided to carry out an anisotropic chemical attack through a mask pierced with narrow etching windows, arranged on the rear face of the platform, in order to dig the cavities communicating respectively with the grooves 4.
Comme exposé précédemment, la largeur des étroites fenêtres 50,51,52,53,54 du masque de gravure est calculée précisément, puisqu'elle détermine la profondeur de la cavité à fond pointu en Λ creusée par gravure anisotrope.As explained above, the width of the narrow windows 50, 51, 52, 53, 54 of the etching mask is calculated precisely, since it determines the depth of the cavity with a pointed bottom in Λ hollowed out by anisotropic etching.
De façon avantageuse, la durée de gravure est calculée de sorte que la pointe du Λ de la cavité atteigne la pointe du V des sillons, en prévoyant de prolonger légèrement la durée de gravure en contrôlant la prolongation de la gravure pour ajuster la largeur de l'ouverture reliant la cavité et le sillon. De façon avantageuse, il est prévu de creuser les cavités à fond pointu en Λ ménageant les ouvertures comrπuniquant avec les sillons axiaux, en même temps que d'autres cavités à fond plat de profondeur différente creusées à l'emplacement de la puce et servant à d'autres fonctions (notamment pour percer des ouvertures de microstructure d'assemblage ou des ouvertures communiquant avec les sillons transversaux) .Advantageously, the etching time is calculated so that the tip of the Λ of the cavity reaches the tip of the V of the grooves, by planning to slightly extend the etching time by controlling the etching extension to adjust the width of the opening connecting the cavity and the groove. Advantageously, it is planned to dig the cavities with a pointed bottom by Λ providing the openings communicating with the axial grooves, at the same time as other flat-bottom cavities of different depth dug at the location of the chip and used to other functions (in particular for piercing assembly microstructure openings or openings communicating with transverse grooves).
Pour que chaque sillon axial 4 communique avec une ouverture respective ménagée en creusant une cavité indépendante à profil transversal en Λ, il convient que les fenêtresSo that each axial groove 4 communicates with a respective opening formed by digging an independent cavity with transverse profile in Λ, the windows should
50,51,52,53,54 du masque de gravure soient séparées les unes des autres.50,51,52,53,54 of the etching mask are separated from each other.
Cependant la profondeur des sillons axiaux 4 et 4 ' est généralement bien inférieure à la profondeur des cavités 50-59 débouchant sur les sillons axiaux, puisque le rayon des fibres optiques 5 et 5' , typiquement de 1 'ordre de plusieurs dizaines de micromètres, est nettement inférieur à l'épaisseur normalisée des plates-formes de substrat, typiquement de plusieurs centaines de micromètres. Par conséquent, la largeur des cavités 50-59 est nettement supérieure à la largeur des sillons axiaux 4 et 4' correspondants.However, the depth of the axial grooves 4 and 4 ′ is generally much less than the depth of the cavities 50-59 leading to the axial grooves, since the radius of the optical fibers 5 and 5 ′, typically of the order of several tens of micrometers, is significantly less than the standard thickness of the substrate platforms, typically several hundred micrometers. Consequently, the width of the cavities 50-59 is considerably greater than the width of the corresponding axial grooves 4 and 4 ′.
Aussi, comme illustré figure 5, selon un mode de procédé préféré, les cavités 50 à 55 communiquant avec les sillons axiaux 4 sont réparties axialement en quinconce sur plusieurs rangs transversaux, par exemple, A-A et B-B, de sorte que les fenêtres de gravure ne se chevauchent pas et que les cavités à profil en Λ, soient creusées indépendamment les unes des autres.Also, as illustrated in FIG. 5, according to a preferred method, the cavities 50 to 55 communicating with the axial grooves 4 are distributed axially in staggered rows on several transverse rows, for example, AA and BB, so that the etching windows do not not overlap and that the profil profile cavities are hollowed out independently of each other.
De telles ouvertures communiquant avec les sillons axiaux permettent d'aspirer et de plaquer une à une les fibres dans les sillons correspondants.Such openings communicating with the axial grooves make it possible to aspirate and press the fibers one by one in the corresponding grooves.
L'avantage essentiel du procédé selon l'invention, est de permettre un excellent ajustement de la position de chaque fibre et de transférer la précision de gravure des sillons axiaux 4 et 4 ' à la précision de positionnement des fibres 5 et 5' . Dans la pratique, on a mesuré par exemple, que le couplage entre des fibres optiques maintenues dans leur sillon axial par aspiration, fournit une transmission supérieure à 95%, l'atténuation étant quasiment négligeable optiquement. L'attaque chimique anisotrope permet de creuser à travers un masque de gravure d'étroites cavités 50-55 à fond pointu et de larges cavités 29 à fond plat dont les profondeurs sont du même ordre. Cette propriété est intéressante dans la mesure où les sillons axiaux 4 et les sillons transversaux 20 correspondants ont généralement la même profondeur.The essential advantage of the method according to the invention is to allow an excellent adjustment of the position of each fiber and to transfer the engraving precision of the axial grooves 4 and 4 'to the positioning accuracy of the fibers 5 and 5'. In practice, it has been measured, for example, that the coupling between optical fibers maintained in their axial groove by suction, provides a transmission greater than 95%, the attenuation being almost negligible optically. The anisotropic chemical attack makes it possible to dig, through an etching mask, narrow cavities 50-55 with a pointed bottom and wide cavities 29 with a flat bottom, the depths of which are of the same order. This property is advantageous insofar as the axial grooves 4 and the corresponding transverse grooves 20 generally have the same depth.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, il est prévu pourtant que la profondeur des cavités à fond pointu et la profondeur des cavités à fond plat sont sensiblement différentes, bien qu'elles restent du même ordre. En effet, la disposition de sillons et de crêtes ménagées dans l'emplacement 7 de la puce à la surface de la plate-forme selon l'invention s'associe particulièrement avantageusement avec la disposition de microstructures d'assemblage mâles et femelles prévue selon l'autre invention décrite dans le document de brevet FR-99-05587 précité, auquel on se référera pour de plus amples détails de description.In the preferred embodiment of the invention, it is however provided that the depth of the pointed bottom cavities and the depth of the flat bottom cavities are substantially different, although they remain of the same order. Indeed, the arrangement of grooves and ridges made in the location 7 of the chip on the surface of the platform according to the invention is particularly advantageously associated with the arrangement of male and female assembly microstructures provided according to the Another invention described in the aforementioned patent document FR-99-05587, which will be referred to for further description details.
Comme illustré sur les figures 4C et 5, lesdites microstructures femelles 8 et 8 ' sont constituées par des ouvertures en forme de boutonnières axiales ménagées dans la surface de la plate-forme 3, à l'emplacement 7 de la puce, également.As illustrated in FIGS. 4C and 5, said female microstructures 8 and 8 ′ consist of openings in the form of axial buttonholes formed in the surface of the platform 3, at the location 7 of the chip, also.
Il est également prévu selon ledit document que les ouvertures 8 et 8 ' sont percées à travers de fines membranes ménagées en creusant de larges cavités 9 et 9 ' à 1 'opposé des emplacements 8 et 8' desdites microstructures femelles.It is also provided according to said document that the openings 8 and 8 'are pierced through thin membranes formed by digging large cavities 9 and 9' opposite the locations 8 and 8 'of said female microstructures.
Les membranes ménagées pour percer les ouvertures d' assemblage 8 et 8 ' ont une épaisseur de 1 ' ordre d'une à quelques dizaines de micromètres, tandis que les sillons axiaux 4 communiquant avec les ouvertures d'aspiration 51 et 52, ont une profondeur de l'ordre de plusieurs dizaines à une centaine de micromètres et sont creusés dans une épaisseur de plate-forme de 1 'ordre de la centaine de micromètres.The membranes provided for piercing the assembly openings 8 and 8 ′ have a thickness of the order of one to a few tens of micrometers, while the axial grooves 4 communicating with the suction openings 51 and 52 have a depth in the range of several tens to a hundred micrometers and are dug into a platform thickness of the order of a hundred micrometers.
De façon avantageuse, le mode de procédé selon l'invention, permet de creuser des cavités de profondeurs légèrement différentes, lors d'une seule et même étape de gravure chimique anisotrope, en prévoyant de creuser de larges cavités 9,9' et 29, à fond plat à l'emplacement 7 de la puce et d'étroites cavités 50-55 à fond pointu à l'emplacement des sillons axiaux 4.Advantageously, the method of method according to the invention makes it possible to dig cavities of slightly different depths, during a single and same step of anisotropic chemical etching, by providing for digging large cavities 9, 9 ′ and 29, with flat bottom at location 7 of the chip and narrow cavities 50-55 with pointed bottom at the location of axial grooves 4.
En effet, la profondeur des larges cavités 9,9' et 29 à fond large est déterminée par la durée de gravure, tandis que la profondeur des étroites cavités 50-54 à fond pointu est déterminée par la largeur de gravure de la cavité, une prolongation de la durée de gravure n'affectant guère la profondeur d'une cavité à fond pointu, comme exposé précédemment. Pendant l'étape de gravure chimique par voie humide, la profondeur des larges cavités 9, 9 ',29 et des étroites cavités 50 à 54 augmente d'abord à la même vitesse jusqu'à ce que la gravure des étroites cavités 50-54 s'arrête en atteignant la pointe du Λ, tandis que la gravure des larges cavités continue de progresser, en profondeur.Indeed, the depth of the wide cavities 9,9 ′ and 29 with a wide bottom is determined by the etching time, while the depth of the narrow cavities 50-54 with a pointed bottom is determined by the etching width of the cavity, a prolongation of the etching time hardly affecting the depth of a cavity with a pointed bottom, as explained above. During the wet chemical etching step, the depth of the large cavities 9, 9 ', 29 and the narrow cavities 50 to 54 increases first at the same speed until the etching of the narrow cavities 50-54 stops when reaching the tip of Λ, while the engraving of the large cavities continues to progress, in depth.
Il suffit ainsi de prolonger la durée d'attaque chimique anisotrope par voie humide au-delà du temps de gravure correspondant à la profondeur des étroites cavités à fond pointu en Λ, pour creuser des cavités 9, 9 ',29 à fond plat de profondeur sensiblement supérieure sans affecter la profondeur des étroites cavités 50 à 54.It is therefore sufficient to extend the duration of anisotropic wet chemical attack beyond the etching time corresponding to the depth of the narrow cavities with a pointed bottom in Λ, to dig cavities 9, 9 ', 29 with a flat bottom deep significantly greater without affecting the depth of the narrow cavities 50 to 54.
Le procédé de gravure selon 1 ' invention, permet donc avantageusement de moduler la profondeur des cavités et les dimensions correspondantes des ouvertures d'assemblage et d'aspiration, ménagées dans la surface de la plate-forme. Par suite, l'assemblage et l'ajustement du composant optique miniature selon l' invention, consiste à :The etching method according to the invention therefore advantageously makes it possible to modulate the depth of the cavities and the corresponding dimensions of the assembly and suction openings formed in the surface of the platform. Consequently, the assembly and adjustment of the miniature optical component according to the invention consists in:
- appliquer une pompe à vide à l'opposé de la surface de la plate-forme 3, - disposer la puce 1 à l'emplacement 7 prévu à la surface de la plate-forme et,- apply a vacuum pump opposite the surface of the platform 3, - place the chip 1 at the location 7 provided on the surface of the platform and,
- disposer les fibres optiques 5-5' dans leurs sillons 4-4' respectifs, l'aspiration de la pompe à vide permettant à la fois de plaquer la puce 1 et les fibres 5-5' à leurs emplacements respectifs.- arrange the optical fibers 5-5 'in their respective grooves 4-4', the suction of the vacuum pump making it possible both to press the chip 1 and the fibers 5-5 'in their respective locations.
Selon un mode d'assemblage, il est prévu de déplacer transversalement la puce 1 pendant que 1 'aspiration maintient la puce 1 plaquée contre la surface de la plate-forme 3 en cherchant sur un banc de mesure optique la position transversale de coïncidence des guides d'ondes 2 avec les fibres optiques 5 et 5« .According to an assembly method, provision is made to move the chip 1 transversely while the suction keeps the chip 1 pressed against the surface of the platform 3 by seeking the transverse position of coincidence of the guides on an optical measurement bench of waves 2 with optical fibers 5 and 5 " .
Selon une variante de mode d'assemblage, la plate-forme comporte expressément des microstructures femelles en forme de boutonnière axiale à extrémité pointue en V, permettant de positionner exactement des microstructures mâles en forme de plot ou de champignon disposés sur la face de la puce.According to a variant of the assembly method, the platform expressly comprises female microstructures in the form of an axial buttonhole with a pointed V-shaped end, making it possible to position exactly male microstructures in the form of a stud or mushroom arranged on the face of the chip .
L'assemblage consiste alors à emboîter la puce sur la plate-forme et à la faire coulisser axialement pour la positionner de façon précise transversalement (et axialement) , la disposition selon l'invention de sillons alternant avec des crêtes et l'aspiration à l'emplacement de la puce, assurant le placage et l'ajustement de la puce, suivant le dernier degré de liberté "vertical" .The assembly then consists in fitting the chip onto the platform and sliding it axially to position it precisely transversely (and axially), the arrangement according to the invention of grooves alternating with ridges and the aspiration to the 'location of the chip, ensuring the plating and adjustment of the chip, according to the last degree of freedom "vertical".
Maintenant, s'il est nécessaire d' imtrobiliser l'assemblage du composant optique selon l'invention, il est prévu une troisième structure permettant finalement une fixation par collage. Selon ce mode de réalisation alternatif, un sillon transversal ou une série de sillons transversaux 30,30' creusés à l'emplacement 7 de la puce, sont reliés à un bassin de collage 39,39' creusé également à la surface de la plate-forme 3. Une telle disposition permet de procéder à la fixation définitive de l'assemblage de la puce 1 sur la plate-forme 3, comme illustré sur la figure 6, en disposant de la colle liquide dans le bassin de collage 39' et en la laissant s'écouler ou diffuser, notamment par gravité ou par capillarité, jointes éventuellement à l'action de la chaleur, dans le ou les sillons 30' reliés au bassin 39' .Now, if it is necessary to immobilize the assembly of the optical component according to the invention, there is provided a third structure finally allowing fixing by gluing. According to this alternative embodiment, a transverse groove or a series of transverse grooves 30.30 ′ hollowed out at the location 7 of the chip, are connected to a bonding basin 39.39 ′ also hollowed out on the surface of the platform. form 3. Such an arrangement makes it possible to proceed with the final fixing of the assembly of the chip 1 on the platform 3, as illustrated in FIG. 6, by disposing of the liquid glue in the bonding basin 39 ′ and in letting it flow or diffuse, in particular by gravity or by capillarity, possibly joined to the action of heat, in the groove (s) 30 'connected to the basin 39'.
La colle enduit ainsi tous le creux du sillon 30' ainsi que la face de la puce 1 comportant les guides d'ondes 2.The glue thus coats all the hollow of the groove 30 ′ as well as the face of the chip 1 comprising the waveguides 2.
La prise de la colle solidarise alors localement la puce avec la plate-forme 3.Taking the glue then locally secures the chip with the platform 3.
Les sillons 30,30' reliés à un bassin de collage 39,39' ont de préférence une dimension transversale, c'est-à-dire une longueur de la puce supérieure à la dimension transversale, c'est-à-dire la largeur, de sorte que l'extrémité de chaque sillon 30' de collage débouche librement hors de l'emplacement 7 de la puce 1, comme illustré figure 6.The grooves 30.30 ′ connected to a bonding basin 39.39 ′ preferably have a transverse dimension, that is to say a length of the chip greater than the transverse dimension, that is to say the width , so that the end of each groove 30 'of bonding opens freely out of the location 7 of the chip 1, as illustrated in FIG. 6.
La colle peut alors s'écouler librement sur toute la longueur du sillon 30' .The glue can then flow freely over the entire length of the groove 30 '.
De préférence, un bassin de collage 39 est relié à une série 30 de sillons de collage 32 alternant avec des sillons aveugles 31 non reliés au bassin. De tels sillons aveugles servent à recueillir des poussières éventuelles.Preferably, a bonding basin 39 is connected to a series 30 of bonding grooves 32 alternating with blind grooves 31 not connected to the basin. Such blind grooves are used to collect any dust.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, comme illustré sur les figures 3 et 5, deux séries de sillons de collage 30 et 30' reliés à un bassin de collage respectif 39,39' sont creusés respectivement dans les deux parties distales deAccording to the preferred embodiment of the invention, as illustrated in FIGS. 3 and 5, two series of gluing grooves 30 and 30 ′ connected to a respective gluing basin 39, 39 ′ are dug respectively in the two distal parts of
1 'emplacement 7 de la puce.1 location 7 of the chip.
Les deux extrémités axiales de la puce 1 peuvent ainsi être fixées définitivement contre la surface de la plate-forme 3. L'avantage d'une telle fixation des extrémités de la puce est de se situer au plus près de l' interface entre les guides d'ondes et les fibres optiques, ce qui gèle le positionnement de la zone critique pour la transmission optique. La fixation des extrémités de la puce contre la surface de la plate-forme prévient avantageusement tout défaut de planéité ou de courbure de la puce.The two axial ends of the chip 1 can thus be permanently fixed against the surface of the platform 3. The advantage of such fixing of the ends of the chip is to be located as close as possible to the interface between the waveguides and the optical fibers, which freezes the positioning of the critical area for optical transmission. The fixing of the ends of the chip against the surface of the platform advantageously prevents any defect in the flatness or curvature of the chip.
Lors de l'assemblage du composant selon l'invention, il est particulièrement avantageux de procéder à une aspiration, pour plaquer et maintenir chaque extrémité de la puce pendant que s'effectue le collage de chaque extrémité de la puce contre la plate-forme.When assembling the component according to the invention, it is particularly advantageous to perform a suction, to press and hold each end of the chip while the bonding of each end of the chip is carried out against the platform.
De façon analogue, il est prévu de coller les fibres optiques positionnées dans les sillons axiaux au moyen de sillons de collage transversaux.Similarly, it is planned to bond the optical fibers positioned in the axial grooves by means of transverse bonding grooves.
Les figures 3 et 5 montrent ainsi que les deux séries de sillons axiaux 4 et 4' de positionnement de fibres optiques croisent des sillons transversaux 40 et 40' reliés à des bassins de collage 49 et 49', respectivement. De préférence, un seul sillon transversal 40 relie toute la série de sillons axiaux 4 respective, à un ou deux bassins de collage 48 et 49.FIGS. 3 and 5 thus show that the two series of axial grooves 4 and 4 ′ for positioning optical fibers cross transverse grooves 40 and 40 ′ connected to gluing basins 49 and 49 ′, respectively. Preferably, a single transverse groove 40 connects the entire series of respective axial grooves 4, to one or two bonding basins 48 and 49.
Le mode de procédé prévoit de fixer définitivement les fibres positionnées dans les sillons axiaux 4 en disposant de la colle dans le bassin 48 ou 49 correspondant et en la faisant diffuser ou en la laissant s'écouler dans le sillon transversalThe method of procedure provides for permanently fixing the fibers positioned in the axial grooves 4 by placing glue in the corresponding basin 48 or 49 and causing it to diffuse or letting it flow into the transverse groove.
40.40.
Selon le mode de procédé préféré, il est prévu de plaquer les fibres 5 et 5 ' par aspiration pour les positionner parfaitement aux creux des sillons 4 et 4 ' , avant de les fixer en disposant de la colle dans chaque bassin 48,49,48' ,49' et chaque sillon de collage 40 et 40 ' . En somme, l'invention prévoit de multiples dispositions de sillons transversaux et d'ouvertures d'aspiration contribuant à ajuster parfaitement l'assemblage d'un composant optique forme par report d'une puce de circuit intégré optique sur une plate- forme de connexion de fibres optiques.According to the preferred method, it is planned to press the fibers 5 and 5 'by suction to position them perfectly in the hollows of the grooves 4 and 4', before fixing them by placing glue in each basin 48,49,48 ', 49' and each bonding groove 40 and 40 '. In sum, the invention provides for multiple arrangements of transverse grooves and suction openings helping to perfectly adjust the assembly of an optical component formed by transferring an optical integrated circuit chip to a connection platform. fiber optics.
Finalement, comme illustré figure 5, dans la réalisation d'un composant optique, selon l'invention, il est prévu avantageusement de combiner les diverses dispositions de sillons et d'ouvertures d'aspiration, tels qu'exposé précédemment. L'exemple synthétique de la figure 5, montre une moitié de plate-forme symétrique selon l'axe Y-Y, dont la surface comporte à l'emplacement 7, les structures suivantes :Finally, as illustrated in FIG. 5, in the production of an optical component according to the invention, provision is advantageously made for combining the various arrangements of grooves and suction openings, as explained above. The synthetic example of FIG. 5 shows a half of the platform symmetrical along the Y-Y axis, the surface of which has at location 7, the following structures:
- un bassin de collage médian 39' , relié à une grande série de sillons transversaux 30' de collage, alternant avec des sillons aveugles, les sillons étant séparés par des crêtes intercalaires,- a median bonding basin 39 ', connected to a large series of transverse grooves 30' of bonding, alternating with blind grooves, the grooves being separated by intermediate ridges,
- une succession 10 de sillons transversaux simples séparés par des crêtes intercalaires,a succession 10 of simple transverse grooves separated by intermediate ridges,
- une large ouverture d'aspiration 29 communiquant avec une série de sillons transversaux 20, creusés au voisinage d'ouvertures d'assemblages 9,9', eta wide suction opening 29 communicating with a series of transverse grooves 20, hollowed out in the vicinity of assembly openings 9.9 ′, and
- un autre bassin de collage 39 relié à une série de sillons de collage 30 alternant avec des sillons aveugles 31, disposés à 1 'extrémité axiale de 1 'emplacement 7 de la puce. Dans le prolongement axial de l'emplacement 7 de la puce, l'extrémité de la surface de la plate-forme 3 est creusée par une série de sillons axiaux 4 coπtπuniquant avec :- Another bonding basin 39 connected to a series of bonding grooves 30 alternating with blind grooves 31, arranged at one axial end of the location 7 of the chip. In the axial extension of the location 7 of the chip, the end of the surface of the platform 3 is hollowed out by a series of axial grooves 4 connecting with:
- un sillon transversal 40 de collage relié à des bassins de collage 48 et 49, et avec, - des ouvertures 50 à 54 d'aspiration de fibres réparties sur deux rangs transversaux A et B séparés axialement. Il apparaît clairement à la vue de cet exemple de réalisation préférentiel que 1 ' invention permet avantageusement de combiner :- A transverse groove 40 of bonding connected to bonding basins 48 and 49, and with, - openings 50 to 54 of fiber suction distributed over two transverse rows A and B separated axially. It is clear from this preferred exemplary embodiment that the invention advantageously makes it possible to combine:
- le collage central massif de la puce, - le placage et le collage des extrémités de la puce contre la plate-forme, et- the massive central bonding of the chip, - the plating and bonding of the ends of the chip against the platform, and
- l'aspiration et le collage des fibres optiques en position dans les sillons axiaux de la plate-forme.- the suction and bonding of the optical fibers in position in the axial grooves of the platform.
Le nombre maximal de sillons 10,20,30,30' creusés à 1 'emplacement 7 de la puce permet de réduire au minimum la surface de contact entre la puce 1 et la plate-forme 3.The maximum number of grooves 10, 20, 30, 30 'dug at the location 7 of the chip makes it possible to minimize the contact surface between the chip 1 and the platform 3.
L'avantage essentiel de l'invention est de permettre un assemblage de composant optique insensible à la présence de poussière, ce qui permet la réalisation, la connexion et l'assemblage de composants optiques, industriellement dans des locaux de classe de propreté commune, voire sur site.The essential advantage of the invention is to allow an assembly of optical component insensitive to the presence of dust, which allows the production, connection and assembly of optical components, industrially in premises of common cleanliness class, or even on the site.
D'autres avantages, variantes, modes de réalisations et améliorations apparaîtront à l'homme de métier sans sortir du cadre de la présente invention, l'objet de la protection étant défini dans les revendications ci-après. Other advantages, variants, embodiments and improvements will appear to a person skilled in the art without departing from the scope of the present invention, the object of protection being defined in the claims below.

Claims

REVENDICATIONS
1. Composant optique miniature formé par report d'une puce (1) comportant des guides (2) d'ondes optiques axiaux (OZ) , sur une plate-forme (3) creusée de sillons (4,4') axiaux de positionnement de fibres optiques (5,5'), caractérisé en ce qu'une portion de surface de la plate-forme correspondant à l'emplacement (7) de report de la puce, est creusée par au moins une série (10) de sillons parallèles (11,12) alternant avec des crêtes intercalaires (111) ayant une surface sommitale plane réduite.1. Miniature optical component formed by transfer of a chip (1) comprising guides (2) of axial optical waves (OZ), on a platform (3) hollowed out by grooves (4,4 ') axial positioning of optical fibers (5.5 ′), characterized in that a portion of the surface of the platform corresponding to the location (7) of the chip transfer, is hollowed out by at least one series (10) of grooves parallel (11,12) alternating with intermediate ridges (11 1 ) having a reduced flat top surface.
2. Composant optique selon la revendication 1, dans lequel la ou les séries (10) de sillons parallèles et de crêtes intercalaires, ménagés à l'emplacement (7) de la puce, sont disposées transversalement (OY) à l'axe optique (OZ) .2. Optical component according to claim 1, in which the series or series (10) of parallel grooves and intermediate ridges, arranged at the location (7) of the chip, are arranged transversely (OY) to the optical axis ( OZ).
3. Composant optique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le sommet des crêtes intercalaires (11') est plus étroit que l'ouverture des sillons (11,12) creusés à l'emplacement de la puce.3. Optical component according to claim 1 or 2, wherein the top of the intermediate ridges (11 ') is narrower than the opening of the grooves (11,12) dug at the location of the chip.
4. Composant optique selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les sillons parallèles et les crêtes intercalaires, ménagés à l'emplacement de la puce, ont des dimensions transversales de l'ordre de la moitié au double de la dimension transversale de la puce.4. Optical component according to one of claims 1 to 3, in which the parallel grooves and the intermediate ridges, formed at the location of the chip, have transverse dimensions of the order of half to twice the transverse dimension of the chip.
5. Composant optique selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque portion d'extrémité axiale de l'emplacement5. Optical component according to one of claims 1 to 4, wherein each axial end portion of the location
(7) de la puce à la surface de la plate-forme (3) , est creusée par une série (30) de sillons parallèles et de crêtes intercalaires réduisant la surface de contact entre 1 ' extrémité respective de la puce (1) et la plate-forme (3) . (7) of the chip on the surface of the platform (3), is hollowed out by a series (30) of parallel grooves and intermediate ridges reducing the contact surface between the respective end of the chip (1) and the platform (3).
6. Composant optique selon 1 'une des revendications 1 à 5, dans lequel la ou les séries de sillons parallèles (20) , creusés à l'emplacement de la puce, ∞mmuniquent avec au moins une ouverture (29) traversant la plate-forme (3) .6. Optical component according to one of claims 1 to 5, in which the series or series of parallel grooves (20), hollowed out at the location of the chip, communicate with at least one opening (29) passing through the platform. shape (3).
7. Composant optique selon la revendication 6, dans lequel la dimension transversale des sillons (20) communiquant avec l'ouverture, est sensiblement inférieure à la dimension transversale de la puce (1) .7. Optical component according to claim 6, in which the transverse dimension of the grooves (20) communicating with the opening, is substantially less than the transverse dimension of the chip (1).
8. Composant optique selon la revendication 6 ou 7, dans lequel l'ouverture (29) communiquant avec les sillons parallèles (20) est ménagée au fond d'une cavité (29) en forme de pyramide tronquée creusée à l'opposé de la surface de la plate-forme (3) .8. Optical component according to claim 6 or 7, wherein the opening (29) communicating with the parallel grooves (20) is formed at the bottom of a cavity (29) in the form of a truncated pyramid hollowed out opposite the platform surface (3).
9. Composant optique selon la revendication 8, dans lequel la cavité (29) creusée pour ménager l'ouverture (25) communiquant avec les sillons parallèles (20) , a une profondeur égale à la profondeur d'une cavité (9) creusée pour ménager une ouverture (8) de structure d'assemblage.9. The optical component as claimed in claim 8, in which the cavity (29) hollowed out to provide the opening (25) communicating with the parallel grooves (20), has a depth equal to the depth of a cavity (9) hollowed out for providing an opening (8) for the assembly structure.
10. Composant optique selon 1 'une des revendications 1 à 9, dans lequel au moins un sillon (32) est relié avec au moins un bassin de collage (39) creusé dans la plate-forme (3) .10. Optical component according to one of claims 1 to 9, in which at least one groove (32) is connected with at least one bonding basin (39) hollowed out in the platform (3).
11. Composant optique selon la revendication 10, dans lequel la dimension transversale du ou des sillons (30) reliés avec le bassin de collage (39) est sensiblement supérieure à la dimension transversale de la puce.11. An optical component according to claim 10, in which the transverse dimension of the groove (s) (30) connected with the bonding basin (39) is substantially greater than the transverse dimension of the chip.
12. Composant optique selon l'une des revendications 1 à12. Optical component according to one of claims 1 to
11, dans lequel les sillons axiaux (4) de positionnement des fibres optiques (5,5') communiquent avec au moins un sillon transversal (40) relié avec au moins un bassin de collage (48,49) , creusés dans la plate-forme (3) . 11, in which the axial grooves (4) for positioning the optical fibers (5.5 ′) communicate with at least one transverse groove (40) connected with at least one bonding basin (48,49), hollowed out in the platform shape (3).
13. Composant optique selon 1 'une des revendications 1 à13. Optical component according to one of claims 1 to
12, dans lequel les sillons axiaux (4,4') de positionnement des fibres optiques (5,5') communiquent avec au moins une ouverture (51) traversant l'épaisseur de la plate-forme (3).12, in which the axial grooves (4,4 ') for positioning the optical fibers (5,5') communicate with at least one opening (51) passing through the thickness of the platform (3).
14. Composant optique selon l'une des revendications 1 à14. Optical component according to one of claims 1 to
13, dans lequel chaque sillon axial (4) de positionnement d'une fibre optique communique avec une ouverture respective (51,52) traversant l'épaisseur de la plate-forme (3) .13, in which each axial groove (4) for positioning an optical fiber communicates with a respective opening (51, 52) passing through the thickness of the platform (3).
15. Composant optique selon la revendication 14, dans lequel les ouvertures (51,52,54,55) comiπuniquant avec les sillons axiaux (4) sont réparties sur plusieurs rangs espacés axialement.15. Optical component according to claim 14, wherein the openings (51,52,54,55) comiπuniquant with the axial grooves (4) are distributed over several rows spaced axially.
16. Composant optique selon l'une des revendications 13 à 15, dans lequel chaque ouverture (51) communiquant avec un sillon axial (4) est ménagée au fond d'une cavité (51) formant un dièdre, creusée à l'opposé de la surface de la plate-forme (3) .16. Optical component according to one of claims 13 to 15, wherein each opening (51) communicating with an axial groove (4) is formed at the bottom of a cavity (51) forming a dihedral, hollowed out opposite the surface of the platform (3).
17. Procédé d'assemblage d'un composant optique miniature formé par report d'une puce en substrat (1) comportant des guides d'ondes (2) axiaux, sur une plate-forme (3) en matériau cristallin creusée de sillons axiaux (4,4') de positionnement de fibres optiques (5,5'), caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à :17. Method for assembling a miniature optical component formed by transferring a chip into a substrate (1) comprising axial waveguides (2), on a platform (3) made of crystalline material hollowed out with axial grooves (4,4 ') for positioning optical fibers (5,5'), characterized in that it comprises steps consisting in:
- creuser, par gravure anisotrope, dans une portion de surface de la plate-forme correspondant à l'emplacement (7) de la puce, au moins une série (10) de sillons parallèles (11,12) en ménageant des crêtes intercalaires (111) ayant une surface sommitale plane réduite, et- dig, by anisotropic etching, in a portion of the surface of the platform corresponding to the location (7) of the chip, at least one series (10) of parallel grooves (11,12) by providing intermediate ridges ( 11 1 ) having a reduced flat top surface, and
- reporter la puce (1) sur la plate-forme (3) , la face de la puce, référencée par rapport aux guides d'ondes (2) , reposant contre la surface sommitale des crêtes (11') ménagées dans la surface de la plate-forme. - transfer the chip (1) onto the platform (3), the face of the chip, referenced with respect to the waveguides (2), resting against the top surface of the ridges (11 ') formed in the surface of the platform.
18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel les sillons parallèles (10) sont creusés, à l'emplacement de la puce dans la surface de la plate-forme (3) en matériau cristallin, par gravure anisotrope, transversalement à l'axe optique (OZ) .18. The method of claim 17, wherein the parallel grooves (10) are hollowed out, at the location of the chip in the surface of the platform (3) of crystalline material, by anisotropic etching, transversely to the axis optical (OZ).
19. Procédé selon la revendication 17 ou 18, comportant d'autres étapes consistant à :19. The method of claim 17 or 18, comprising other steps consisting in:
- ménager, à travers l'épaisseur de la plate-forme (3), au moins une ouverture (29) communiquant avec une série (20) de sillons parallèles creusés à l'emplacement (7) de la puce, et- provide, through the thickness of the platform (3), at least one opening (29) communicating with a series (20) of parallel grooves dug at the location (7) of the chip, and
- plaquer la puce (1) contre la surface de la plate-forme (3) en effectuant une aspiration à travers l'ouverture (29).- press the chip (1) against the surface of the platform (3) by sucking through the opening (29).
20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel l'ouverture (29) communiquant avec les sillons parallèles (20) est ménagée en creusant une cavité (29) à fond plat, par attaque chimique à l'opposé de la surface de la plate-forme à travers un masque à fenêtre de grandes dimensions et en stoppant l'attaque chimique, lorsque le fond de la cavité atteint une épaisseur inférieure à la profondeur des sillons creusés dans la surface de la plate-forme.20. The method of claim 19, wherein the opening (29) communicating with the parallel grooves (20) is formed by digging a cavity (29) with a flat bottom, by chemical attack opposite the surface of the plate -form through a mask with a large window and by stopping the chemical attack, when the bottom of the cavity reaches a thickness less than the depth of the grooves dug in the surface of the platform.
21. Procédé selon l'une des revendications 17 à 20, comportant d'autres étapes consistant à : - déplacer la puce (1) parallèlement à la plate-forme (3) , en maintenant la face de la puce reportée ou plaquée contre la surface de la plate-forme, et21. Method according to one of claims 17 to 20, comprising other steps consisting in: - moving the chip (1) parallel to the platform (3), keeping the face of the chip transferred or pressed against the platform surface, and
- optimiser la position de la puce par rapport à la plate-forme, en mesurant la transmission optique entre les guides d'ondes (2) axiaux de la puce et les fibres optiques (4,4') disposées dans les sillons axiaux (5,5') de la plate-forme. - optimize the position of the chip relative to the platform, by measuring the optical transmission between the axial waveguides (2) of the chip and the optical fibers (4,4 ') arranged in the axial grooves (5 , 5 ') of the platform.
22. Procédé selon l'une des revendication 17 à 21, comportant d'autres étapes consistant à :22. Method according to one of claims 17 to 21, comprising other steps consisting in:
- creuser au moins un bassin de collage (39) dans la surface de la plate-forme, le bassin étant relié avec au moins un sillon (32) creusé à l'emplacement de la puce,- dig at least one bonding basin (39) in the surface of the platform, the basin being connected with at least one groove (32) dug at the location of the chip,
- disposer de la colle dans le bassin de collage (39') , et- have glue in the bonding basin (39 '), and
- diffuser la colle dans chaque sillon (30') relié au bassin, pour fixer l'assemblage de la puce (1) et de la plate-forme.- spread the glue in each groove (30 ') connected to the basin, to fix the assembly of the chip (1) and the platform.
23. Procédé selon la revendication 22, comportant des étapes consistant à :23. The method as claimed in claim 22, comprising steps consisting in:
- coller chaque extrémité de la puce (1) à la plate-forme (3) en creusant respectivement, dans chaque portion distale de l'emplacement (7) de la puce à la surface de la plate-forme, une série de sillons (30,30') reliée à un bassin de collage (39,39') , et- glue each end of the chip (1) to the platform (3) by digging respectively, in each distal portion of the location (7) of the chip on the surface of the platform, a series of grooves ( 30.30 ') connected to a bonding basin (39.39'), and
- diffuser la colle dans chaque série de sillons (30') .- spread the glue in each series of grooves (30 ').
24. Procédé selon l'une des revendications 17 à 23, comportant d'autres étapes consistant à :24. Method according to one of claims 17 to 23, comprising other steps consisting in:
- creuser au moins un sillon transversal (40) communiquant avec les sillons axiaux (4) , et au moins un bassin de collage (49) relié à chaque sillon transversal,- dig at least one transverse groove (40) communicating with the axial grooves (4), and at least one bonding basin (49) connected to each transverse groove,
- positionner les fibres optiques (5) dans les sillons axiaux, - disposer de la colle dans le bassin de collage, et- position the optical fibers (5) in the axial grooves, - have glue in the bonding basin, and
- diffuser la colle dans chaque sillon transversal (40) pour fixer le positionnement des fibres optiques (4) dans les sillons axiaux (5) .- spread the glue in each transverse groove (40) to fix the positioning of the optical fibers (4) in the axial grooves (5).
25. Procédé selon l'une des revendications 17 à 24, comportant d'autres étapes consistant à :25. Method according to one of claims 17 to 24, comprising other steps consisting in:
-- ménager à travers l'épaisseur de la plate-forme (3), au moins une ouverture (51) communiquant avec les sillons axiaux (4) , et- provide through the thickness of the platform (3), at least one opening (51) communicating with the axial grooves (4), and
- positionner les fibres optiques au fond des sillons axiaux en effectuant une aspiration à travers l'ouverture (51) . - Position the optical fibers at the bottom of the axial grooves by sucking through the opening (51).
26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel chaque sillon axial communique avec une ouverture respective (51,52,54,55) .26. The method of claim 25, wherein each axial groove communicates with a respective opening (51,52,54,55).
27. Procédé selon la revendication 25 ou 26, dans lequel chaque ouverture (51,52) communiquant avec un sillon axial est ménagée en creusant une cavité à fond pointu par attaque chimique anisotrope, à travers un masque à fenêtre de faible largeur, à l'opposé de la surface de la plate-forme.27. The method of claim 25 or 26, wherein each opening (51,52) communicating with an axial groove is formed by digging a pointed bottom cavity by anisotropic chemical attack, through a mask with a narrow window, at the opposite of the platform surface.
28. Procédé selon la revendication 20 ou 27, dans lequel les ouvertures communiquant avec les sillons sont ménagées en creusant, lors d'une seule étape d'attaque chimique anisotrope, des cavités à fond pointu et des cavités à fond plat.28. The method of claim 20 or 27, wherein the openings communicating with the grooves are formed by digging, in a single step of anisotropic chemical attack, sharp bottom cavities and flat bottom cavities.
29. Procédé selon la revendication 28, dans lequel les cavités à fond pointu ont une profondeur inférieure à la profondeur des cavités à fond plat. 29. The method of claim 28, wherein the pointed bottom cavities have a depth less than the depth of the flat bottom cavities.
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