专利名称：光学通讯装置的分批生产用装配架及使用此装配架的分批生产方法
技术领域：
本发明是有关于一种用以分批生产光学通讯装置的装配架，及使用该装配架的分批生产方法。明确言之，本发明是有关于一种装配架，具有一结构，能保持多个硅基座于其上，可分批处理硅基座，从而使大量生产光学通讯装置成为可能。
背景技术：
光学通讯装置通常由连接光学装置，诸如激光二极管或光电二极管与光纤传输线(此后称为“光纤”)上构成。在制造此光学通讯装置中，一光学装置连接至光纤，分别与其它相互对齐，以获得光传输效率。光学装置与光纤的对齐使用二基本方法之一达成。此等为主动对齐及被动对齐。
在主动对齐方法中，连接位置由使入射并置于光纤上的激光二极管的光量到这尖峰来决定。然后由使用激光熔接器在所决定的连接位置上熔接激光二极管及光纤，或由环氧树脂粘着剂连接。然而，确实连接位置的决定需要复杂的技术。
而且，积极对齐方法涉及高成本，相当于最后产品的制造成本的约70-80％。为此，需要降低制造成本，此可由减少积极对齐方法中所用的元件数，或由改善积极对齐方法本身来达成。
在被动对齐方法中，激光二极管及光纤间的连接位置并不开动激光二极管来决定。被动对齐方法使用照相制版法，以制造一硅基座，具有预定结构的一V形微槽用于连接，及一光纤以自行对齐的方式安排于该槽内。而且，被动对齐无需使用激光熔接器，此为昂贵的装置，故光学通讯装置可在较低的成本上制造。故此，该方法较之主动对齐更被广泛使用。
在普通被动对齐方法中，光纤用的V形槽、激光二极管用的U形凹口、及监视器光电二极管用的U形槽均构置于一硅基座的上表面中，此等装置分别置于其中。在完成光学装置及光纤在特定批次的每一硅基座上对齐后，逐个移动硅基座至一晶粒粘接器，对硅基座上的光学装置依次执行粘接处理。其后，逐个移动硅基座至一线粘接阶段，对硅基座的金属线依次执行粘接处理。然后逐个移动硅基座至环氧树脂粘接器的结果是对硅基座次执行涂覆处理。
因此，以上处理分别对每一硅基座执行，此完全违背分批生产的优点。光学通讯装置的此普通制造法的低处理率导致生产率降低，因为制造以硅基座为单位执行，此大为增加制造成本。
发明内容
本发明的一目的在解决上述有关普通方法的问题，提供一种装配架及其使用方法，用以分批生产光学通讯装置，以获得高处理率及提高生产率。
依据本发明的一方面，提供用以分批生产光学通讯装置的一种装配架，包含一架体，其上表面设有多个U形凹口，安排用以接受多个硅基座，分别携带光学装置，及多个真空孔垂直构制通过架体，真空孔与U形凹口的底表面相通。
依据本发明的另一方面，提供一种用以分批生产光学通讯装置的方法，包括步骤安置多个硅基座于装配架的U形凹口上，各携带光学装置，装配架包含一架体，其上表面设有多个U形凹口，安排用以接受多个硅基座，及多个真空孔垂直构制通过架体，真空孔与U形凹口的底表面相通，及施加真空于架体的真空孔中。
图1为透视图，为置于本发明实施例的光学通讯装置的分批生产用的装配架上的多个硅基座之一；图2为透视图，为本发明实施例的光学通讯装置的分批生产用的装配架；图3为沿图2的III-III线上所取的断面图；及图4为断面图，为使用本发明的装配架的晶粒粘接处理。
附图标记说明1光纤 2激光二极管3监视器光电二极管 4硅基座5架体 6多孔板7真空室 8真空导管41V形槽 51U形凹口52真空孔72热绝缘板74导管具体实施方式
参考图2及图3，用以分批生产光学通讯装置的装配架，包含一方形架体5，其上表面设有多个U形凹口51，U形凹口51安排成矩阵行列，并适于接受硅基座4，其一显示于图1，U形凹口51各具有一平坦的底面，及倾斜的侧壁包围该平坦底面，以形成梯形断面。为保持硅基座4与U形凹口5 1的个别底表面上，多个真空孔52垂直构制穿过架体5，分别与U形凹口相通，从而施加真空作用于每一硅基座上。
架体5宜为硅制。架体5可具有大小约为12.7cm×12.7cm，以保持约1000硅基座4。
U形凹口51的制造经由照相制版及使用氢氧化钾(KOH)的化学蚀刻方法达成，其精确度(容差)约为5μm，此等构制于架体5的上表面上，以同时接受多个硅基座4。虽一或更多的硅基座4可不确定地置于U形凹口51间的其对应凹口中，但所置的硅基座沿U形凹口51的倾斜表面上滑动至其精确的坐定位置。如此，每一硅基座4可一致及精确坐定于对应凹口51的底表面上。
垂直构制穿过架体5的真空孔52的构造也宜使用化学蚀刻方法达成。当经由真空孔52施加真空于坐定于U形凹口51上的硅基座4上时，坚定保持硅基座于架体5上，一多孔板6宜附着于架体5的下表面上，同时通过所有真空孔52均匀施加真空于架体5上，使用设于多空板下面的真空导管8。多孔板6宜为绕结的铜粉所制。
架体5上每一硅基座4的选择保持及释放可容易经由真空孔52及真空导管8施加及移去真空来达成。因此，当装配架输送于连续处理阶段之间时，可移去施加于装配架上的真空，仅当执行特定的处理时，才施加真空。
例如，可执行一拾起及置放程序(由此，一激光二极管2及一监视器光电二极管3安置于装配架上)，同时由施加真空坚定保持硅基座4于架体5上。如此，在拾起及置放程序的期间，激光二极管2及光电二极管3与一光纤1一起安置于硅基座4上。硅基座4构制有V形槽41用以接受一光纤，一U形凹口42用以接受一激光二极管，及一U形凹口43用以接受监视器光电二极管，如图1所示。
使用本发明的装配架，可同时处理多个硅基座4，使用芯片上制造方法。即是，约1000硅基座4(各具有大小2mm×4mm)可成批接受一连串的处理，既是一晶粒粘接处理，一线粘接处理，一环氧树脂粘接处理，及一最后测试处理，同时由施加真空坚定保持于架体5上。因此，本发明大为提高生产率，从而使大量生产成为可能，以达成提高劳力及装备的效率及处理能力。如此，光学通讯装置的生产成本大为降低。
为制造每一硅基座4上的V形槽41及U形凹口42及43，每一光学元件(即光纤、激光二极管、及监视器光电二极管)的图形由屏蔽方法构制于一硅芯片上，使用等离子体加强化学蒸气积方法。
硅芯片然后接蚀刻处理，使用氢氧化钾(KOH)蚀刻溶液。在蚀刻处理中，由各向异性蚀刻法制造槽/凹口41、42及43，其侧边各具有对硅芯片的水平平面成54.7°的角度。在激光二极管2，由对InP单晶体的化学蚀刻处理，各向异性蚀刻一芯片，然后切割为单位件。使用化学蚀刻法所制的每一激光二极管2及每一硅基座4使用非接触立体度量装置度量，以决定每一蚀刻部分的大小及位置。根据度量的结果，每一激光二极管2及每一硅基座4使用照相制版法处理，具有最后精确度1μm或更小。
如上述制造的激光二极管2可在本发明的装配架上所保持的硅基座4上容易及简单自行对齐。即，由简单的丢下每一激光二极管2于其对应的硅基座4上，在约10μm的容差限度内，二极管沿U形凹口51的倾斜表面上滑动，从而自动对齐于硅基座4上。与普通对齐方法相比，本发明的此自动对齐方法大为减少处理时间，由于同时处理大量的芯片晶方，普通对齐方法包括轻弹晶方粘接或红外线显微镜，以辨认细微的蚀刻图形。
现说明本发明的一实施例的分批生产光学通讯装置的方法，使用上述的装配架。
在本发明的分批生产方法中，使用被动对齐方法，其中，一光纤1对齐一硅基座4的V形槽41，同时一激光二极管2对齐U形凹口42。在监视器光电二极管欲在硅基座4上对齐，以取代激光二极管2的情形，应用同一被动对齐方法。在依被动对齐方法完成每一硅基座4的对齐后，使用依本发明所制的装配架，执行芯片上制造方法，即，使12.7cm×12.7cm的大小成批处理约1000硅基座。光学通讯装置的制造以装配架为单位执行，此与普通方法不同，在普通方法中，制造以硅基座为单位执行。因此，保持于架体5上的所有硅基座4由一连串的处理(例如晶粒粘接、线粘接及环氧树脂粘接)同时处理。因此，制造装备可整合。从而导致为降低生产装备的初期投资成本。即，整个制造处理可固定于装配架上执行，硅基座4坚定保持于其上，及依次施加晶粒粘接、线粘接、环氧树脂粘接等操作于其上。
在芯片上制造方法中，可成批制造约1000或更多的光学通讯装置，使用本发明的装配架，其中，需制造本发明的光学通讯装置的构成元件，即是激光二极管2、监视器光电二极管3及硅基座4，各具有所需的精确度。作为制造光学装置，例如硅基座4的一方法实例，先选择蚀刻一硅芯片的预定区，各相当于一硅基座，使用氢氧化钾(KOH)蚀刻溶液，然后使用立体度量装置度量。根据度量结果，再度对蚀刻的硅芯片执行蚀刻处理，以制造具有所需精确度的硅基座4。其后，切割芯片为块状，使用例如一切粒锯，每一块相当于一硅基座4，具有大小2mm×4mm。在制造激光二极管2及监视器光电二极管3时，使用一1300nm波长的InP应变多量子井结构。蚀刻该井结构于欲制造所需圆形之处，然后切割为块状，各相当于一激光二极管2或监视器光电二极管3。然后使用非接触立体度量装置，度量所制的激光二极管的外部大小。其后，沉积一粘接金属，例如AU-Sn(Sn在20重量％)于每一激光二极管2及每一监视器光电二极管3上至1μm的厚度，使用金属沉积装置。然后，在如此制备的硅基座4、激光二极管2及监视器光电二极管3使用紫外线及臭氧气体成批处理后，对激光二极管2及监视器光电二极管3的金属表面执行普通清洁处理(由RCA公司发展，且普通称为RCA清洁剂)。为检查有机物质、无机物质及氧化物薄膜的存在于每一装置上，在RCA清洁处理之前及后，使用Auger电子频谱仪观察该等装置，以决定每一样品上是否有杂质存在。根据检查结果，决定对每一装置执行清洁处理。在完成所有装置的清洁处理后，使用拾起及置放方法，安置硅基座4于装配架5上。其后，使用拾起及置放方法，成批依次安置每种装置的激光二极管2及监视器光电二极管3于硅基座4上。
现参考图4，显示一晶粒粘接方法。此使用本发明的装配架执行。装配架置于一真空室7中，保持硅基座4于架体5上。为防止用以粘接硅基座4的金属焊料在真空室7中氧化，经由导管74引进氮大气于真空室中。在充满高纯度氮气的最后状态中，加热真空室至约310℃的温度，此在大部分焊料熔点上，然后冷却至室温，从而使激光二极管2及监视器光电二极管3成批粘接于个别的硅基座上，为度量每一金属粘接装置的粘接强度，执行一测试，诸如微机械剪力测试，以决定测试的装置是否呈现0.15Kgf/cm2或以上的标准剪切力，其后对每一装置执行光-电子度量。参考数字72标示热绝缘板。
然后进行装配架线粘接阶段，线粘接处理在装配架上执行，宜使用冷粘接方法。其中，使用超音波能量粘接金属线。在此，坚定保持硅基座4于架体5上，以防止粘接于硅基座上的激光二极管2及监视器光电二极管3由于线粘接处理所引起的机械振动而移动。因此，在本发明的方法中，空气自架体5的真空孔52放出，以取代此方法中普通所用的机械保持方法。当空气自架体5的真空孔52放出时，经由真空孔52施加真空于架体上，从而使置于架体的凹凸中的硅基座坚固的保持固定。此时，由多孔板下面的电阻加热器82加热多孔板6至100℃的温度。
在完成线粘接处理后，装配架前进至一环氧树脂粘接阶段及一帽拾起及置放阶段。在此等处理中，真空均匀加于架体5上，以坚定固定硅基座4于架体上，其方式与前处理相同。在此情况下，热固性环氧树脂经由注射器注射于硅基座4上，可精细控制量，由环氧树脂涂覆于硅基座4上。其后，由环氧树脂涂覆的基座4由透明材料，诸如玻璃或硅所制的一帽盖住。与前处理同样，此等处理在架体5上成批执行。因此，与由以硅基座为单位所执行的普遍方法比较，大为提高生产率，使大量生产成为可能。
自上述可明了，依据本发明使用一装配架，此能分批生产光学通讯装置。由此一装配架，可分批同时处理多个硅基座，以制造光学通讯装置。因此，可大量生产光学通讯装置，提高劳工、装备及处理效率，从而大为降低制造成本。
虽已发表本发明的实施例，以供图解用，但精于本发明的人士可做各种修改、添加及减少，而不脱离申请专利范围所发表的本发明权利要求范围及精神。
权利要求
1.一种用以分批生产光学通讯装置的装配架，其特征为包含一架体，其上表面设有多个U形凹口，安排用以接受多个硅基座，各携带光学装置，及多个真空孔垂直构制通过架体，真空孔与U形凹口的底表面相通。
2.如权利要求1所述的装配架，其特征为架体为硅制。
3.如权利要求1所述的装配架，其特征为还包含一多孔板，附着于架体的下表面，并适于均匀施加真空于架体的真空孔中。
4.如权利要求3所述的装配架，其特征为多孔板为烧结的铜粉所制。
5.如权利要求4所述的装配架，其特征为还包含一电阻加热器，安排于多孔板下面。
6.如权利要求1所述的装配架，其特征为多个U形凹口安排成矩阵行列。
7.如权利要求1至3中任一项中所述的装配架，其特征为光学装置为激光二极管及光电二极管。
8.如权利要求1至3中任一项中所述的装配架，其特征为光学装置为激光二极管及监视光电二极管。
9.一种用以分批生产光学通讯装置的方法，其特征为包括步骤安置多个硅基座于装配架的U形凹口上，分别携带光学装置，其中，装配架包含一架体，其上表面设有多个U形凹口，安排用以接受多个硅基座，及多个真空孔垂直构制通过架体，真空孔与U形凹口的底表面相通。
10.一种用以分批生产光学通讯装置的方法，其特征为包括步骤安置多个硅基座于装配架的U形凹口上，分别携带光学装置，其中，装配架包含一架体，为硅所制，其上表面设有多个U形凹口，安排用以接受多个硅基座，及多个真空孔垂直构制通过架体，真空孔与U形凹口的底表面相通。
11.一种用以分批生产光学通讯装置的方法，其特征为包括步骤安置多个硅基座于装配架的U形凹口上，分别携带光学装置，其中，装配架包含一架体，其上表面设有多个U形凹口，安排用以接受多个硅基座，及多个真空孔垂直构制通过架体，真空孔与U形凹口的底表面相通。一多孔板，附着于架体的下表面上，并适于均匀施加真空于架体的真空孔中。
12.如权利要求9、10及11中的任一项所述的方法，其特征为还包括施加真空于装配架的真空孔中的步骤。
13.如权利要求9、10及11中的任一项所述的方法，其特征为包括步骤安置该装配架于充满氮气体的一真空室中，其上安置硅基座；及加热该真空室至不低于用以粘接由硅基座所携带的光学装置于硅基座上的焊料熔化点的温度，然后冷却该真空室，以粘接光学装置于硅基座上。
14.如权利要求12所述的方法，其特征为还包括步骤施加超音波能量于分别安排于由硅基座携带的光学装置邻近的金属线上，以粘接金属线于光学装置。
15.如权利要求14所述的方法，其特征为还包括步骤注射热固性环氧树脂于硅基座上，以涂覆热固性环氧树脂于硅基座上；及由透明材料所制的一帽盖住经涂覆的硅基座。
16.一种用以分批生产光学通讯装置的方法，其特征为包括步骤经由照相制版方法及各向异性化学蚀刻方法，制备一硅装配架，其上表面设有多个U形凹口，安排及分别适于以自行对齐的方式接受硅基座，硅装配架具有多个真空孔，适于由施加于硅装配架的真空孔中的真空保持所接受的硅基座于U形凹口的个别底表面上；安置多个硅基座于硅装配架上；施加真空于硅装配架上，然后安置光学装置于硅基座上；释放所施加于硅装配架上的真空，然后移动硅装配架；视需要重复该施加及释放步骤，依次执行一列处理，用以制造光学通讯装置；注射热固性环氧树脂于个别硅基座上，同时维持施加于硅装配架的真空，以涂覆热固性环氧树脂于硅基座上；及以透明材料所制的帽盖住经涂覆的硅基座上。
全文摘要
一种用以分批生产光学通讯装置的装配架，包含一架体，其上表面设有多个U形凹口安排成矩阵行列，用以接受硅基座，各携带光学装置及多个真空孔垂直构制通过架体，与U形凹口的底表面相通。当由真空孔施加真空于其上时，由U形凹口所接受的硅基座保持于其底表面上。使用该装配架的一种方法使分批生产成为可能，同时处理许多硅基座。
文档编号H01S5/022GK1513123SQ99816836
公开日2004年7月14日 申请日期1999年8月25日 优先权日1999年8月5日
发明者高汉俊, 崔珉镐, 金道热 申请人:Ati有限公司