光学中介件的制作方法
【专利摘要】一种光学中介件包括：（a）具有平面表面的基板；（b）限定在所述平面表面中并且从所述基板的边缘延伸到终端的至少一个槽，所述槽具有侧壁和位于所述终端处且垂直于侧壁的第一刻面，所述刻面具有相对于所述平面表面的第一角度，所述第一角度为大约45度；和（c）所述第一刻面上的反射性涂层。
【专利说明】光学中介件
【技术领域】
[0001]在此的主题总体涉及光纤基板，更具体地，涉及具有光学耦合和对准(align)特征的中介件(interposer)。
【背景技术】
[0002]光纤用于各种广泛应用中。由于光学传输系统可利用的高可靠性和大带宽度，光纤作为用于传输数字数据(包括声音、英特网和IP视频数据)的媒质的使用，正变得日益普遍。这些系统的基础是用于传输和/或接收光学信号的光学子组件。
[0003]光学子组件通常包括中介件。如在此所使用的，中介件用作对于光学的、光电的、和电部件的基板，并且所述中介件提供互连以光学地和/或电气地互连所述光学的/光电的/电部件。例如，通常的中介件可包括基板，例如硅基板，具有形成在其中的、用于固定光纤的一个或多个槽。通过湿蚀刻基板，传统槽形成呈“V”形状，从而包括沿它的长度固持所述光纤的两个侧壁以及用作反射镜器件的端面。该传统V形槽具有特定的俯仰角(pitch)α，其为该V形槽的壁与该V形槽被蚀刻所处的参考表面或顶部之间的角度。由于硅的晶体结构，所述端面和所述侧壁的每一个通常形成呈与所述参考表面成54.7度的精确角度。
[0004]在操作过程中，传统中介件V形槽的端面被金属化，使得它可用作反射镜体、以在所述光学的/光电的部件与所述光纤之间反射光。例如，在发射器的情况下，光电光源发出锥状光束到所述V形槽端面反射镜上。所述V形槽端面反射镜反射经过固持在所述V形槽中的光纤的端部的光。如以上讨论的，所述V形槽端面的表面是与参考表面成精确54.7度的角度。如此，光被反射离开所述槽端面反射镜而通过光纤，其中与所述参考表面并且也与固持在所述V形槽中的光纤的纵向轴线成近似-9.3度。因此，当前器件，其利用所述槽的端面反射镜以发射光经过光纤的端部，致使大量所述光被反射偏离所述光纤的轴线，从而导致非最佳的信号传输性能。
[0005]因此， 申请人:意识到:需要所述光学的/光电的部件与所述光纤或光学平面波导之间的改进的光学耦合。另外， 申请人:意识到:此光学耦合应可通过被动式对准而不是主动式对准而实现，以帮助所述子组件的经济化生产。为此， 申请人:近期提交了一份新的专利申请(美国申请号12/510，954，通过引用结合于此)，其公开了用于光学耦合的多刻面式(mult1-faceted)光纤端面反射镜。具体地，所述光纤端面反射镜的刻面(facet),包括了54.7度刻面以机械接触所述V形槽的端面，以将所述光纤端面反射镜沿纵向轴线精确地定位在所述V形槽中以及在所述光电器件的发射孔径(emission aperture)下方。另外，另一个刻面是45度刻面，以帮助所述光纤的光轴与所述光电器件的光轴之间的最佳光学耦合。还公开了用于增强性能的额外刻面。这些刻面的每一个然后将涂覆以金属以用作反射性镜表面。
[0006]虽然此开发改进了所述子组件的光学性能并帮助被动式对准，但它也要求对所述光纤端面在许多不同刻面上涂覆以金属的/反射性涂层。 申请人:发现了一种额外需要，即避免所述在光纤端面上沉积反射性涂层的要求，因为这种沉积过程趋于困难且昂贵、并且可能在大量应用中是时间上不允许的。
[0007]因此，需要一种简化的机构用于制备光学组件，所述光学组件具有对光纤或光学平面波导的良好光学耦合、并且通过被动式对准执行此光学耦合。除其它之外，本发明实现了此需要。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种用作基板的中介件，所述基板用于固定光学的和/或光电的部件、同时提供一种可构造的反射性表面用于将光学部件与光纤或与光学平面波导光学耦合。具体地， 申请人:意识到:干蚀刻技术可用于构造一种带有干蚀刻的刻面的槽，所述干蚀刻的刻面比传统的湿蚀刻的54.7度刻面更好地适合于将所述光学部件和光纤/平面波导光学耦合。例如，在所述光纤/平面波导的光轴与所述光学部件的光轴大致成直角的实施例中，在所述基板中干蚀刻45度刻面。此刻面然后涂覆以反射性材料以用作反射性表面/光学稱合反射镜。
[0009]在一个实施例中，通过将所述光纤/平面波导端面构造成使得对应的配合刻面具有与在所述槽的终端(terminal end)处的反射性刻面大致相同的角度，来减小所述反射性表面与所述光纤/平面波导端面之间的空气隙。以此方式，当所述光纤/平面波导设置在所述中介件槽中时，所述基板的刻面与光纤/平面波导端面彼此机械接触。可对所述中介件光学耦合反射镜和光纤/平面波导端面增添额外的接触式或非接触式刻面，以改善光学耦合。
[0010]在一个实施例中，所述中介件还具有帮助被动式对准的特征。例如，如以上提到的，所述槽具有一个或多个刻面以接收所述光纤/平面波导端面。此构造使所述光纤/平面波导能够在所述槽中被向前推动，并且当对应的刻面接触时，所述光纤/平面波导精确地定位在所述中介件上。另外，所述中介件可设置有基准(fiducial)，例如，比如接触垫、视觉标记或凸部，以相对于所述光纤/平面波导槽的位置将所述光学部件配准(register)在它的顶部平面表面上。
[0011]在又一个实施例中，所述中介件提供所述光学部件和有关驱动/接收电路之间的电互连，以将所述子组件与更高一级的源/接收部件进行接口。
[0012]鉴于上述情况，本发明的一个方面是一种中介件，其包括:用于将所述光纤/平面波导与光学部件光学耦合的可构造的反射性表面。在一个实施例中，所述中介件包括:(a)具有顶部平面表面的基板；(b)至少一个槽(103)，其限定在所述顶部平面表面中并且从所述基板的边缘延伸到终端，所述槽具有:侧壁和位于终端处的垂直于侧壁的第一刻面，所述刻面具有相对于所述顶部平面表面的第一角度，所述第一角度为大约45度jP(c)在所述第一刻面上的反射性涂层。
[0013]本发明的另一个方面是一种子组件，其包括:与光学部件集成的所述中介件，和光学导管(conduit)例如光纤/平面波导。在一个实施例中，所述子组件包括:(a)—种光学中介件，其包括:至少(i)具有顶部平面表面的基板；(ii)至少一个槽，其限定在所述顶部平面表面中并且从所述基板的边缘延伸到终端，所述槽具有侧壁和位于终端处且垂直于所述侧壁的第一刻面，所述刻面具有相对于所述顶部平面表面的45°的第一角度jP(iii)在所述第一刻面上的反射性涂层；(b)设置在具有光轴和端面的所述槽中的光纤/平面波导；和((3)具有垂直于所述顶部平面表面的光轴的光学部件，所述光学器件设置在所述顶部平面表面上、在所述终端处、使得它的光轴准确地设置在所述第一刻面上方，使得所述光学部件与所述光纤/平面波导的芯高效地光学耦合。在一个实施例中，所述光纤/平面波导具有第一配合刻面，所述第一配合刻面大致具有相对于它的光轴的大致相同的第一角度，使得所述第一配合刻面和所述第一刻面彼此物理接触。在一个实施例中，所述光纤/平面波导的端面抵靠终端处的另一个刻面、以配准所述光纤/平面波导的轴向位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]现在将参考附图以示例的方式描述本发明，在附图中:
[0015]图1示出本发明的具有U形槽的基板的示意图。
[0016]图2示出本发明的U形槽的终端(terminal end)的截面的图像。
[0017]图3示出本发明的一个实施例，示出用于接收光电器件和相关电气线路的接触垫图案和多阶梯式V形槽。
[0018]图4示出完整的光电中介件，示出连接到光纤/平面波导的阵列的光电器件和相关电气线路。
[0019]图5示出一种光纤的示意性侧视图，该光纤具有用于就位在本发明的中介件中的异形化(profiled)端面。
[0020]图6示出图1的中介件，其中光纤设置在所述槽的每一个中。
[0021]图7示出图4所示中介件的截面图，其中平面波导设置在所述槽中。
[0022]图8示出中介件沿槽的截面，其中所述槽的终端具有额外的刻面。
[0023]图9和图10示出图8的中介件的基板，该基板中设置了非异形化光纤。
[0024]图11示出本发明的中介件的另一个实施例，其中所述槽具有与图8相似的额外刻面。
【具体实施方式】
[0025]参考图1，示出本发明的光学中介件100的一个实施例。光学中介件100包括具有顶部平面表面102的基板101和至少一个槽103，所述槽103限定在所述顶部平面表面中并且从所述基板的边缘106延伸到终端107。槽103具有侧壁104和位于终端处的第一刻面105，第一刻面大致垂直于侧壁。所述第一刻面构造在相对于所述顶部平面表面成第一角度α处。反射性涂层(未示出)沉积在第一刻面105上。下面更详细地描述这些元件的每一个和替代实施例。
[0026]所述中介件的主要功能是提供基板或主干(backbone)以支撑和固定光学导管、光学部件和用于支撑电气线路。如在此所使用的，光学导管是指:用于帮助光学信号沿一定方向的传播的任何已知媒质。普通的光学导管包括例如光纤和平面波导。为了支撑所述光学导管，所述基板应包括刚性材料，所述刚性材料可被蚀刻或加工以限定所述槽，并且是热稳定的且适合于被加热到回流焊应用中的典型温度。适合的材料的示例包括:具有晶体形式的元素材料、聚合材料、玻璃、陶瓷(即，金属或半金属的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物和硅化物及其组合)、石英、和金属。
[0027]光纤/平面波导设置在每一个槽103中。例如，参考图6，中介件600示出为具有限定在基板602的顶表面中的多个槽601。光纤603设置在各槽中，使得光纤的端面606与槽601的终端的第一刻面605处于物理接触。(图6也示出如下述用于电连接和对准所述光学部件的接触垫604。)参考图5，光纤500具有:光轴501 ;芯502 ;和带有在相对于光轴501大致成第一角度α处的至少第一配合刻面504的端面503，使得当光纤如图6所示地设置在槽中时，所述第一配合刻面和所述终端的第一刻面彼此物理接触。
[0028]在一个实施例中，所述槽的平行侧壁将光纤保持在位。(虽然在此描述和示出单条光纤的应用，但是应理解，本发明不限于单条光纤的应用，而可应用到光纤阵列和光纤带、以及应用到平面波导阵列和平面波导带。)所述侧壁可以是传统的V形槽的壁，或它们可垂直于所述顶部平面表面使得它们形成更多的U形槽。如以上所提及的，湿蚀刻可用于形成V形槽，而干蚀刻如以上讨论的可用于形成任何侧壁构造，因为蚀刻过程不依赖于所述基板的晶体结构。
[0029]在一个实施例中，所述侧壁配置成固定已剥拆的光纤。例如，参考图3，中介件300示出为具有阶梯式V形槽303。同图1中的中介件100—样，中介件300包括具有顶部平面表面302的基板301和在其中确定的多个阶梯式槽303。各槽包括侧壁304和垂直于侧壁304的终端307。终端包括如上述的第一刻面305。然而，不同于图1所示的实施例，该槽是V形槽303，其是阶梯式的并且具有宽部309和窄部308。宽部309配置成接收光纤和它的缓冲涂层两者，而窄部308配置成只接收裸光纤。如本领域已知的，所述缓冲涂层可从光纤上剥除，从而只留下芯和包覆层，其称为“裸光纤”。
[0030]光纤可以以各种已知的方式固定到所述槽。例如，光纤可金属化和焊接到位或它可粘接到位。在一个实施例中，UV固化的光学透明粘接剂用于将光纤/平面波导固定在所述槽中。这种方法可以是优选的以减少菲涅尔损失(Fresnel loss)，因为所述光学部件、所述槽的终端与光纤/平面波导的端面之间的任何间隙将填充以该光学透明的粘接剂。
[0031]所述光学部件可以是光学耦合到光纤/平面波导的任何已知的部件。所述光学部件可以是:例如，Ca)无源(passive)部件，其不将光能转换成另一种形式、并且其不改变状态(例如，光纤、透反射镜、增/减滤光器、阵列式波导光栅((arrayed wave guidegratings, AffGs) )、GRIN透反射镜、分路器/率禹合器(splitter/coupler)、平面波导、或衰减器(attenuator) ) ； (b)有源(active)器件,其在光能和电能之间转换(例如，激光器，比如垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、双通道型、平面埋置异质型(planar buriedheterostructure,DC-PBH)、埋置新月型(buried crescent,BC)、分布式反馈型(DFB)、分布式布拉格反射器型(distributed bragg reflector, DBR);发光二极管(LED),例如表面发光型 LED (SLED),边缘发光型 LED (ELED),超福射发光二极管(super luminescent diode,SLD);和光电二极管(photodiodes)，例如P-本征-N型(PIN)和雪崩光电二极管(avalanchephotodiode, APD));或(c)混合器件,其不将光能转换成另一种形式,但其响应于控制信号而改变状态(例如，开关、调制器，衰减器，和可调谐滤光器)。还应当理解的是，所述光学部件可以是单个的分立器件，或者它可被组装或集成为器件阵列。
[0032]所述光学部件具有光到/从所述光学部件传播所沿循的至少一个光轴。因为所述光学部件设置在光纤/平面波导正上方，并且借助于在所述中介件中限定的反射性表面而与所述光纤/平面波导光学耦合，所以一般而言，尽管并非必须的，所述光轴大致垂直于所述平面表面。应理解，所述光学部件不限于单条光轴。例如，在图4所示的实施例中，所述光学部件是VCSEL阵列或PIN阵列，其中所述光学部件具有多条光轴。
[0033]在一个实施例中，所述中介件不仅用于支撑光纤/平面波导和光学部件，而且用于与它们高效地光学耦合。为此，本发明的显著特征是:带有第一刻面105的槽103，其具体地配置成帮助所述光学部件与所述光纤/平面波导之间的光学耦合。 申请人:意识到:干蚀刻技术可用于具体地构造所述槽的终端，以提供最佳的第一角度α。干蚀刻是指:通常使用掩模的图案、通过将材料暴露于离子(通常是等离子的反应性气体，例如碳氟化合物、氧、氯、三氯化硼；有时添加有氮、氩、氦和其它气体)的轰击从而将所述材料去除将所述材料的部分从被暴露表面击出。不同于典型的湿蚀刻，干蚀刻通常方向性地或各向异性地刻蚀，并且因此不依赖于所述基板的晶体结构。
[0034]因为干蚀刻不受底下的基板的晶体结构限制或控制(不像传统的硅的湿蚀刻，其将大体导致一种具有如以上提到的54.7度的壁斜度的V形槽)，干蚀刻可用于在各种广泛的基板材料中产生任何期望角度的壁斜度。因此，在一个实施例中，第一刻面105构造有最佳的角度以得到所述光学部件与所述光纤/平面波导的芯之间的高效的光学耦合。一般而言，虽非必要地，如果所述光纤/平面波导的光轴与所述光学部件的光轴成直角，则此角度将大约为45度的角度。
[0035]至少所述第一刻面经过处理以使它具有反射性。例如，它可涂覆以金属或如本领域已知的其它反射性材料。适合的反射性材料包括，例如，金、银、铝和电介质。利用已知的技术，包括蒸发、溅射和气相沉积，所述材料可沉积在所述刻面上。
[0036]可将额外刻面增添到所述槽，用以改善光学耦合和/或用以改善被动式对准。例如，参考图2，示出U形槽的截面的图像。基板201限定出具有相对于平面型顶表面204大致成45度角度的第一刻面202的终端。此图像也示出:相对于该顶部平面表面成更陡峭的(即更大的)角度的第二刻面203。尽管并非必须的，但是第二刻面203可以是在一定情形下优选的，以提供所述光纤/平面波导在所述槽中的增强的定位。具体地，因为第二刻面203的角度大于第一刻面202的角度，所以它将倾向于用作机械止动件，以比第一刻面更有效地防止光纤/平面波导的向前的轴向运动，这是因为在它与光纤/平面波导的对应的配合刻面之间的减小的向上的楔入力(wedging force)。
[0037]其它刻面可增添到所述槽的终端，以进一步增强光学耦合。例如，如美国申请号12/510，954就光纤端面上的反射性刻面所描述的，角度上逐渐(例如，按5°的增量)远离所述第一刻面的刻面，倾向于通过聚焦发散光而增强光学耦合。根据此公开，所述终端刻面和所述槽的其它实施例也是可能的。
[0038]参考图8，示出中介件800的另一个实施例，其中，在基板801中限定出U形槽802，该U形槽具有由多个成角度的面所限定的终端。在此实施例中，该终端在所述U形槽之前被蚀刻在该基板中。此实施例的终端经过掩模形成为方形，然后从该方形的各边蚀刻四个侧壁(见图9所示的俯视图)。各边相对于基板801的顶表面成45°角度地蚀刻。所述边之一为所示的第一刻面803。在所述终端被蚀刻之后，蚀刻U形槽。在此实施例中，所述U形槽比所述终端更深，从而限定出第二刻面804。
[0039]虽然在图8的实施例中使用了方形来限定所述终端，但是应理解，其它形状也是可能的，包括具有多于四边的多边形。具有多条边的多边形，特别是邻近或靠近所述第一刻面的边的集中，可能是期望的，以便提供额外刻面用以如上述地对光进行聚焦。即，角度上逐渐远离所述第一刻面的刻面，倾向于通过更有效地对光进行聚焦从而改善光学耦合。
[0040]参考图11,示出图1所示U形槽的另一个实施例。具体地，图11所示中介件1100包括U形槽1101，所述U形槽1101具有有着相对于顶表面1104成45°角度的第一刻面1103的终端1102，如在以上讨论的前述实施例中所公开的。然而，如同图8所示实施例，此实施例限定第二刻面1105，如相对于图8所示第二刻面所讨论的，第二刻面可用作对于光纤/平面波导的止动件以增强它在槽1101中的轴向定位/对准。
[0041]为增强光学耦合的有效性，可优选的是，在一定应用中减小在所述光学部件、所述槽的刻面和光纤/平面波导端面之间的空气隙。因此，在一个实施例中，光纤/平面波导端面配置成具有与所述槽的终端相同的轮廓。为此，光纤/平面波导端面具有配置成当该光纤/平面波导设置在所述槽中且被推抵所述槽的终端时接触该第一刻面的至少第一配合刻面。具体地，参考图5，示出本发明的光纤的截面的示意图。光纤500包括:光轴501和芯502。第一配合刻面503限定在该光纤的端面上。第一配合刻面503的至少一部分由该光纤的芯502限定。
[0042]如以上提及的，可能期望的是，在一定应用中将光纤的端面进一步异形化以实现附加的光学性能和/或被动式对准。例如，光纤500包括第二配合刻面504，其所在角度大于第一配合刻面503所在角度。这种构造可优选用于被动式地定位光纤，因为该光纤朝向所述槽的终端的任何向前运动将倾向于导致:因所述槽的第二刻面与光纤504的第二配合刻面之间楔入作用而引起的向上力较小。另外，可优选的是，进一步增强带有第三配合刻面505的光学端面，所述第三配合刻面505所在角度大于第一配合刻面503所在角度。另外，侧刻面可增添到光纤端面，位于第一配合刻面的任一侧，以增强光学耦合。(见例如美国申请号12/510，954，其通过引用结合于此。)在一个实施例中，对于光纤端面具有多刻面的情况，所述槽的终端被异形化以具有对应的刻面，使得光纤的端面由所述槽的终端接收而具有最小的空气隙。
[0043]虽然光纤/平面波导的第一配合面和终端的第一刻面之间的物理接触可能是期望的，但是这并非必要的，并且在某些应用中，可能期望一些空间以提高可制造性。例如，参考图9和图10，示出本发明的中介件的替代实施例。具体地，此实施例中的中介件900包括有着非异形化端面902的光纤。更具体地，参考图10，光纤901设置在槽802中(应注意，中介件900具有与图8所公开的相同的基板和槽)，使得该非异形化的光纤端面902抵靠第二刻面804以将该光纤轴向对准在中介件900中。以此方式，光纤901的芯经由第一刻面803而光学耦合到设置在终端(为简化而未示出)上方的光学部件，其中所述第一刻面803如上所述地覆盖有金属性的表面。此实施例提供比图5所公开的异形化光纤端部更好的一些优点。特别地，垂直于光轴的端面相对容易制造、并且可利用标准的机械劈开或激光劈开技术制备。
[0044]除由于所述非异形化的光纤端面902而改善的可制造性、以及由于第二刻面804抵靠光纤端面902而获得的良好轴向对准之外，图9和图10实施例，因为第一刻面的下部被槽802截掉，所以还具有在光纤芯903与第一刻面803之间的光路相对短的优点。即，通过蚀刻掉第一刻面803的下部，该光纤的芯可更接近于反射性表面，这减少了光扩散并且因此改善光学耦合。因此，图8、图9和图10所示终端和槽的构造，不仅产生用于光纤在所述槽中的轴向配准的第二刻面，而且也缩短了所述第一刻面、从而容许光纤的芯更接近于反射性表面。
[0045]尽管如此，应理解，因为在非异形化端面902与第一刻面803之间存在空气隙，所以光学性能可能仍然受某程度的损害。然而，此间隙可填充以光学透明凝胶(gel)/粘接剂或类似物质，以改善或增强设置在槽802的终端上方的光学部件(未示出)与光纤901之间的光学f禹合。
[0046]本发明的中介件还包括用于将光纤/平面波导和所述光学部件进行被动对准的特征。与光学组件的制造有关的主要技术挑战之一，是部件光学对准，特别是对于提供更高集成水平的系统而言。这尤其可适用于自由空间、互连光学系统中，其中，分立的光学部件，例如有源器件(例如半导体激光器)、无源器件(例如滤光器)、和/或微光机电系统(例如可调谐滤光器和开关)集成在共同的安装系统上，以将通常在亚10微米量级的公差降低到亚微米范围。
[0047]有大体两种用于对准光学部件的对准方法一主动式和被动式。在被动式对准中，配准(registration)或对准(alignment)特征通常是直接地制造在部件上以及在部件所将安装到的平台上。所述部件然后利用该对准特征而定位在所述平台上且固接(affix)在位。在主动式对准中，所述光学部件布置在平台上，但所述光学部件在被固接至所述平台之前，光学信号经由所述部件而传输，同时所述部件被操控以提供最佳的光学性能。一旦最佳性能得以实现，所述部件就被固接到所述平台。虽然主动式对准倾向于比被动式对准更精确，但是被动式对准帮助高速的、高容量的自动化制造，因此是优选的。然而，倾向于极度困难的是，在全部三轴上利用被动式对准进行光学对准，特别是如果要求异常良好的对准时。尽管如此，如果被动式对准可用于实现沿两轴或甚至一轴的可接受的对准，使得主动式对准仅对剩余的轴是必要的或用于精细调节，则可实现制造时间和成本上的显著缩减。
[0048]本发明的中介件可具有若干特征以帮助光学部件和/或光纤/平面波导的被动式对准。例如，如以上已提及的，为了帮助光纤/平面波导在中介件中的被动式对准，所述槽的终端被异形化以接收光纤/平面波导的端面。这使光纤/平面波导能够被推入中介件中，直到它的端部碰抵所述槽的终端。因为所述终端被异形化以接收光纤/平面波导的端面，所以光纤/平面波导端面沿一个或多个配合刻面抵靠所述终端而就位，由此确保精确的定位。为了进一步增强此对准，在一个实施例中，所述终端的至少第二刻面具有相对于所述顶部平面表面相对陡峭的角度，以便当光纤/平面波导被向上推入所述槽的终端时减小该光纤/平面波导上的向上的楔入力。为此，该第二刻面大于45度，如图2所示。用于限制因所述第一刻面抵靠所述槽的配合第一刻面的楔入作用引起的光纤/平面波导的向上运动的另外一种方法，是将第一光学部件定位在所述槽的终端的紧靠正上方，使得光纤/平面波导的顶部与所述光学部件的底部之间的间隙是紧密的，由此限制光纤/平面波导在所述槽中向上运动以及轴向运动的量。
[0049]在一个实施例中，所述中介件还具有基准以帮助所述光学部件的被动式对准，使得它的各光轴与所述槽的相应第一刻面对准。基准可以是:提供用于所述光学部件的被动式对准的任何结构或标记。各种基准都可采用。在一个实施例中，采用接触垫图案，其在回流操作过程中被动式对准所述光学部件。具体地，所述光学部件在它的底部设置有一定的接触垫图案，所述中介件在它的顶部平面表面具有相同的图案。所述光学部件然后利用已知的拾取和放置技术布置在所述垫上，粗略对准。然后在所述组件进行回流焊时得以实现所述中介件和光学部件之间的对准，使得接触垫的表面张力致使所述光学部件的图案对准于所述中介件上的图案上方，由此将所述光学部件相对于所述中介件的槽精确地定位。这类机构是熟知的，并且已经公开，例如在美国专利号7，511，258中公开，该申请通过引用结合于此。
[0050]在另一个实施例中，不是接触垫或除接触垫另外，使用所述中介件上的其它基准来帮助被动式对准。例如，所述基准可以是从提供配准表面的平面表面突出的物理结构，所述光学部件的边缘可接触抵靠所述配准表面以便正确地定位在所述中介件中。或者，所述基准可以是标记，其用以实现:利用商业可获得的、超高精度的管芯接合机进行所述光学部件在所述中介件上的视觉对准，所述晶片机接合例如为Suss MicroTec机(见例如美国专利号 7，511，258)。
[0051]另外，可采用基准和接触垫的组合。例如，所述垫可用于将所述光学部件拉至与所述中介件的隆起基准接触。根据本公开，对本领域技术人员，其它对准技术将是明显的。
[0052]所述中介件还可具有:(电气的/光学的)线路，其用于提供为支撑所述光学部件而必要的互连。例如，参考图4和图7，中介件400示出为包括具有顶部平面表面402的基板401和一系列的槽403。光学部件420 (在此例中是PIN光电二极管或VCSEL的阵列)设置在所述槽的终端上方，与垫310 (如图3所示)对准，并且与光纤404光学耦合。光学部件420所需的集成电路430设置成靠近光学部件420并且也与垫311对准(见图3)。垫310和311以电气迹线(为简化而未示出)互连。另外，其它迹线(再次地，为简化而未示出)将集成电路430电连接到沿中介件400的周边的穿过基板401的过孔440。所述过孔使所述中介件与更高一级的柔性电路或印刷电路板702经由接触垫701进行电气接口。这是已知的技术。
[0053]因此，本发明的中介件可具有:用于将光学部件光学耦合到光纤/平面波导的一个或多个特征；用于提供光学部件和/或光纤/平面波导的被动式对准的特征；和电气的/光学的互连，其用于互连所述光学部件与所需的电路，并且用于使所述中介件与更高一级的柔性电路或印刷电路板进行接口。
[0054]本发明的中介件还适合于经济的和高度可重复的制造。特别是，大多数的(如果不是全部的)关键对准关系可在晶片级限定，常常在少数的或甚至单一的光刻步骤中限定。具体地，用于保持光纤/平面波导的所述槽和用于电连接以及提供光学部件的被动式对准的接触垫的位置，可在单个掩模步骤中限定。另外，在一个实施例中，各种部件之间的光学的/电气的互连，可在单个掩模步骤中限定。例如，把用于所述光学部件的垫与用于电气驱动器电路的垫进行互连的各种迹线，以及在所述驱动器电路与穿过基板的过孔之间的迹线，可在单个掩模步骤中限定。在一个实施例中，甚至所述中介件的边缘在同一掩模步骤中限定。换句话说，如图3所示中介件的各边缘320是在晶片中被蚀刻的槽的一半。所述晶片在各槽的底部简单地分开，以形成具有精确受控边缘的中介件。以此方式，从所述中介件的边缘320到关键特征例如槽303的距离，可精确受控，常常在单个步骤中，由此通过利用这些精确受控的边缘来消除误差的产生并且简化与所述中介件的组装制造。
[0055]所述蚀刻也可在晶片级执行。在一个实施例中，所述槽、终端刻面、和所述中介件的边缘，都在晶片级限定和蚀刻。通过在同一光刻程序中蚀刻这些特征，可实现进一步经济化。虽然可采用单个蚀刻程序，但是在一些情形中，两次或更多个蚀刻程序可能是有益的。即，所述中介件的刻面要求干蚀刻以实现期望的斜度，然而，所述中介件的侧壁和所述槽的边缘可利用湿蚀刻或干蚀刻技术进行蚀刻。因此，如果干蚀刻不如湿蚀刻经济时(例如，花费更长时间和/或更昂贵)，则可优选的是，利用干蚀刻来蚀刻终端刻面，而利用湿蚀刻来蚀刻中介件和槽侧壁/边缘。
[0056]由以上描述显然的是，本发明的中介件组件提供显著的胜于传统的光电模块构造的优点，例如更低的成本、制造的简化、以及提高可与之实现光学耦合的配合部件的类型多样化。所述中介件组件的其它优点也在预期中。
【权利要求】
1.一种光学中介件(100)包括: 具有顶部平面表面(102)的基板(101): 至少一个槽(103)，其限定在所述顶部平面表面中并且从所述基板的边缘(106)延伸到终端(107)，所述槽具有:侧壁(104)和位于所述终端处且垂直于侧壁的第一刻面(105)，所述刻面具有相对于所述顶部平面表面的第一角度(α )，所述第一角度为大约45度；和在所述第一刻面(105)上的反射性涂层。
2.如权利要求1所述的光学中介件，其中，所述基板(101)是玻璃。
3.如权利要求1所述的光学中介件，其中，所述基板(101)是硅。
4.如权利要求1所述的光学中介件，其中，所述槽(103)具有位于所述终端(107)处并具有不同于所述第一角度的第二角度的第二刻面(203或1105)。
5.如权利要求1所述的光学中介件，其中，所述槽(103)具有:不垂直于所述侧壁(104)的终端面刻面。
6.如权利要求1所述的光学中介件，进一步包括用于相对于所述第一刻面(105)被动地对准光学部件的基准。
7.如权利要求6所述的光学中介件，其中，所述基准包括:靠近所述终端(107)且相对于所述第一刻面(105)精确定位的第一接触垫图案。
8.如权利要求7所述的光学中介件，进一步包括:用于接收集成电路以与所述光学部件进行接口的第二接触垫图案、和连接所述第一和第二接触垫图案的一系列迹线。
9.一种子组件，包括: 光学中介件(100)，包括至少: 具有顶部平面表面(102)的基板(101)； 至少一个槽(103)，其限定在所述顶部平面表面中并且从所述基板的边缘(106)延伸到终端(107)，所述槽具有:侧壁(104)和位于所述终端处并垂直于所述侧壁的的第一刻面(105)，所述刻面具有相对于所述平面表面的第一角度(α)； 位于所述第一刻面(105)上的反射性涂层； 设置在所述槽中的光学导管(603)，所述光学导管具有:光轴(501)和有着至少第一配合刻面(504)的端面(503)，所述至少第一配合刻面(504)大致具有相对于所述光轴的所述第一角度(α )，使得所述第一配合刻面(504)和所述第一刻面(105)彼此接触；和 具有垂直于所述顶部平面表面(102)的光轴的光学部件(420)，所述光学器件设置在所述顶部平面表面上，位于所述终端处，使得它的光轴设置在所述第一刻面上方，从而所述光学部件与所述光学导管(603)的所述芯光学耦合。
10.如权利要求9所述的子组件，其中，所述终端(107)包括:相对于所述顶部平面表面成不同于所述第一角度的第二角度的第二刻面(203)，其中所述端面包括:相对于所述光轴成大致所述第二角度的第二配合刻面(504)，使得所述第二配合刻面接触所述第二刻面。
【文档编号】G02B6/42GK103443675SQ201280014048
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年1月3日 优先权日:2011年1月25日
【发明者】T.P.伯温, R.D.米勒, 小罗伯特.N.菲尔 申请人:泰科电子公司