专利名称：用于光纤陈列基座的v形槽结构体及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于光纤陈列基座的V形槽结构体及其制造方法，特别是涉及一种容易制造、可以遏制热变形的用于光纤陈列基座的V形槽结构体及其制造方法。
背景技术：
光纤陈列基座(f iber array block)是指在将一条或多条光纤与分离器(splitter)、陈列波导光栅(arrayed waveguide grating,简称为AWG)、光开关及复用器(multiplexer) / 解复用器(demultiplexer)等平面光波导电路(planar lightwavecircuit,简称为PCL)进行绑定时,有助于排列和固定光纤的设备。
所述光纤陈列基座包括V形槽基板，其形成有便于排列光纤的多个V字形槽(以下称为V形槽)；多条光纤，排列在所述V形槽基板上的V形槽；盖板(lid)，用于按压并固定所述多条光纤；以及粘合剂，其填充于所述基板和盖板之间。作为所述粘合剂，一般使用极紫外线(ultra Violet，简称为UV)固化型环氧树脂；因此作为盖板主要使用可以透射极紫外线的石英(quartz)玻璃(以下简称为石英)或pyrex 玻璃。此外，作为V形槽基板材料主要使用硅或石英。理想的V形槽基板要求使用热变形小、有易于精密V形槽的加工、具有透射极紫外线的特性的材料，但是满足这些特性的材料尚未被开发出来。在1990年代初，平面光波导电路开始被商用化，作为基板材料主要使用硅，因此硅作为V形槽基板材料被广泛使用。但是，近来，随着用石英基板的光波导电路制造的增力口，石英基板的使用也在增加。利用结晶性和各向异性蚀刻特性，单晶硅材料容易制造非常精密的V形槽，并且通过半导体制造工艺可以批量生产，从而具有制造单价非常低廉的优点。但同时具有无法透射紫外线的缺点、以及由于热膨胀系数为光纤和石英的5倍左右因而导致了根据温度的变形较大的缺点。因此，一般可以用作容纳少于8条光纤的小规模V形槽基板，但是用作容纳更多条光纤陈列基座时，因热变形而导致的光耦合损失增加和可靠性下降的问题，未能被普遍使用。与此相反，石英材料具有透射紫外线，因此易于紫外线环氧树脂的固化；并且热膨胀系数远小于硅，因此热稳定性良好。但其缺点在于，化学加工难、并且需要通过研磨机等的机械加工制造V形槽，因此与硅质V形槽基板相比，其加工时间更长、制造单价更贵。
发明内容
为了改善上述问题，本发明提供一种用于光纤陈列基座的V形槽结构体及其制造方法，以遏制热变形并且易于制造。为达到所述目的，本发明提供一种用于光纤陈列基座的V形槽结构体，包括硅基板，在其顶面上形成有能够设置光纤的多个第一 V形槽；以及石英基板，与所述硅基板的底面直接粘接。优选地,所述娃基板和所述石英基板是通过表面活化(surface activated)常温直接粘接法粘接的。并且，所述娃基板具有结晶面(100)。并且，在所述硅基板的底面上形成有多个第二 V形槽，所述第二 V形槽的中心可以位于形成在顶面上的第一 V形槽的中心线之间。并且，为了达到上述目的，本发明还提供一种用光纤陈列基座的V形槽结构体的制造方法，包括在硅基板的顶面上形成能够设置光纤的多个第一 V形槽；采用直接粘接法将所述硅基板的底面和石英基板相互粘接。优选地，在经过预定的预处理过程以后，将所述硅基板和所述石英基板相互粘接。根据本发明的另一方面，包括在硅基板的顶面上形成能够设置光纤的多个第一V形槽；在所述硅基板的底面上形成多个第二 V形槽，以缓冲热应力；采用直接粘接法将所述硅基板的底面和石英基板相互粘接。根据本发明的再一方面，包括采用直接粘接法将硅基板和石英基板相互粘接；在相互粘接的所述硅基板的表面上形成能够设置光纤的多个第一 V形槽。优选地，在将所述硅基板和所述石英基板相互粘接的步骤之前，还包括对所述硅基板和所述石英基板分别进行湿蚀刻工序以及采用氧等离子体进行处理的预处理步骤。根据本发明用于光纤陈列基座的V形槽结构体及其制造方法，在形成有V形槽的硅基板的底面粘合热膨胀系数低于硅的石英基板，因此具有防止硅基板的热变形的优点。
图I为适用根据本发明结构体的光纤陈列基座的截面图； 图2为根据本发明的第一实施例的V形槽结构体的制造过程的示意图；图3为根据本发明的第二实施例的V形槽结构体的制造过程的示意图；图4为根据本发明的第三实施例的V形槽结构体的制造过程的示意图；图5为根据本发明的第四实施例的V形槽结构体的制造过程的示意图。
具体实施例方式以下参照附图，具体说明根据本发明较佳实施例的用于光纤陈列基座的V形槽结构体及其制造方法。图I为根据本发明V形槽结构体的光纤陈列基座的截面图。参照图1，用于光纤陈列基座的V形槽结构体101包括石英基板110和硅基板120。石英基板110是由石英玻璃材料制作而成的基板。根据直接粘接法，通过硅基板120的底面124，将其与石英基板110予以粘接，在其顶面122上以预定间隔形成有多个用于固定光纤140的第一 V形槽130。附图标记150为粘接在结构体101上的盖板，用于对排列设置在硅基座120上的光纤140予以按压和保护。以下参照图2，具体说明所述V形槽结构体的制作过程的一实施例。
首先，根据需要设置的光线数量，在具有结晶面100的硅基板120顶面122上，形成用于安放光线的多个第一 V形槽130。其中，采用通常的半导体蚀刻方法来形成第一 V形槽130，例如各向异性硅湿蚀刻技术。作为一实施例，采用KOH、TMAH等具代表性的各向异性硅蚀刻溶液进行蚀刻，从而在具有结晶面100的硅基板120上形成与 〈110〉结晶方向平行的蚀刻图案。并且，在形成第一V形槽130以后，将事先予以采用的、在蚀刻过程中作为蚀刻保护膜的氮化硅膜(Si3N4)或二氧化硅膜(SiO2)直接予以去除。此外，在形成第一 V形槽130时，同时或分别形成与第一 V形槽相比更深、更宽的夹套设置用凹部(recess，未图示)，以设置直径为250um的光纤夹套(jaket)部分。在此，娃基板120的厚度小于后述的石英基板110的厚度。优选地，使其厚度小于500um。然后，采用表面活化常温直接粘接法，粘接硅基板120的底面和石英基板110。其中，直接粘接法(direct bonding method)是指,在原子层面下,将平整且未被污染的物质相互接触时，根据范德瓦尔斯引力(Van-der Waals force)相互吸引，从而在没有从外部施加的压力的情况下也可以在常温或低温下进行粘接的粘接方式。优选地，在经过湿化学预处理(wet chemical pre-treatment)、离子等离子体处理等预处理过程以后，进行直接粘接法。其中，湿化学预处理用于去除表面的污染物质并且提高表面活化程度，可以采用RCA-I (NH4OH-H2O2-H20,1:1:5)清洗等公知的清洗方法。同时，作为离子等离子体处理过程，可以使用氧等离子体，氮等离子体或氩等离子体等。并且,在直接粘接后,还包括退火(annealing)步骤，即在100度至400度之间的温度条件下、对所粘接的结构体101进行预订时间的热处理。所述结构的V形槽结构体101，通过石英基板110遏制了硅基板120的热膨胀或收缩，从而减少了根据温度变化的硅基板120的机械变形，进而防止了因热变形而发生的、附加的光耦合损失和可靠性下降。此外，与之前所图示的形状不同，如图3所示，可以采用根据直接粘接法将具有第二 V形槽133的所述硅基板120b和石英基板110予以粘接的结构。其中，第二 V形槽133形成在硅基板120b的底面，并且其中心位于形成在顶面的多个第一 V形槽130的中心线之间。所述结构可以进一步有效地减少硅基板120b的热变形。此外，与图示的实施例不同，如图4所示，对于硅基板120a的厚度比较厚的情况，在形成第一V形槽130以后，根据所需的厚度从底面予以切除并进行研磨处理，然后根据通过图2说明的步骤相互粘接即可。与此不同，如图5所示，在形成V形槽130之前，可以采用直接粘接法将硅基板120a和石英基板110相互粘接；然后采用第一 V形槽130形成方法，形成第一 V形槽130。此时，优选地，在所述硅基板120a的顶面上事先形成由第一 V形槽130蚀刻所需要的蚀刻防止膜。如上所述的V形槽基板是在常温下粘接石英基板110和硅基板120而成的，其防止了因硅和石英的热膨胀系数的差异而发生的热应力，并且通过直接粘接法成为一体的粘 接面是在原子层面上相互结合的，因此当温度出现变化时通过石英基板110遏制了硅基板120的膨胀或收缩。
权利要求
1.一种用于光纤陈列基座的V形槽结构体，其特征在于，包括 硅基板，在其顶面上形成有能够设置光纤的多个第一 V形槽；以及 石英基板，与所述硅基板的底面直接粘接。
2.根据权利要求I所述的用于光纤陈列基座的V形槽结构体，其特征在于， 所述硅基板和所述石英基板是通过表面活化常温直接粘接法粘接的。
3.根据权利要求I所述的用于光纤陈列基座的V形槽结构体，其特征在于， 所述娃基板具有结晶面(100)。
4.根据权利要求I所述的用于光纤陈列基座的V形槽结构体，其特征在于， 在所述硅基板的底面上形成有多个第二 V形槽，所述第二 V形槽的中心位于形成在顶面上的第一 V形槽的中心线之间。
5.一种用光纤陈列基座的V形槽结构体的制造方法，其特征在于，包括 步骤一，在硅基板的顶面上形成能够设置光纤的多个第一 V形槽； 步骤二，采用直接粘接法将所述硅基板的底面和石英基板相互粘接。
6.根据权利要求5所述的用于光纤陈列基座的V形槽结构体的制造方法，其特征在于，在所述步骤一之后，还包括 在所述硅基板的底面上形成多个第二 V形槽，以缓冲热应力。
7.一种用于光纤陈列基座的V形槽结构体的制造方法，其特征在于，包括 采用直接粘接法将硅基板和石英基板相互粘接； 在相互粘接的所述硅基板表面上形成能够设置光纤的多个第一 V形槽。
8.根据权利要求7所述的用于光纤陈列基座的V形槽结构体的制造方法，其特征在于，在将所述硅基板和所述石英基板相互粘接的步骤之前，还包括 对所述硅基板和所述石英基板分别进行湿法蚀刻工序以及采用氧等离子体进行处理的预处理步骤。
全文摘要
本发明涉及一种用于光纤陈列基座的V形槽基板及其制造方法，具有根据直接粘接法将硅基板的底面和石英基板的粘接的结构，其中在硅基板的顶面上形成有能够设置光线的多个V形槽。根据所述用于光纤陈列基座的V形槽基板及其制造方法，在顶面上形成有V形槽的硅基板的底面粘接了石英基板，从而起到了遏制硅基板热变形的作用。
文档编号G02B6/36GK102713707SQ201080061463
公开日2012年10月3日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年1月13日
发明者朴仁哲 申请人:哥劳博尔光通信株式会社