專利名稱：用于光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的耦合結(jié)構(gòu)及利用此結(jié)構(gòu)的光學(xué)校準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)傳輸介質(zhì)和光學(xué)器件之間的光學(xué)耦合。更具體地說，本發(fā)明涉及一種耦合結(jié)構(gòu)以及通過利用倒裝法粘結(jié)工藝將所述光學(xué)器件粘結(jié)到基片上，以使所述光學(xué)器件精確地對中到平面光波電路的光學(xué)校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
由于近來對于在Internet中包括有音頻和視頻信號的數(shù)據(jù)通訊的需求，基于電信號的傳統(tǒng)通訊系統(tǒng)被光學(xué)通訊系統(tǒng)所取代。
所述光學(xué)通訊包括將電信號轉(zhuǎn)換成光能，然后將光能儲存成電信號。為此，其需要使用光學(xué)發(fā)射器、光學(xué)傳輸介和光學(xué)接收器。PLC(平面光波電路)器件主要被用作光學(xué)傳輸介質(zhì)。LD(激光二極管)或VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)主要被用作光學(xué)發(fā)射器。半導(dǎo)體光學(xué)器件，例如PD(光電二極管)主要被用作光學(xué)接受器。
倒裝法粘結(jié)技術(shù)通常被用于制造需要小尺寸和高速運(yùn)行的電子電路。利用所述倒裝法粘結(jié)技術(shù)，所制成的電子電路的體積可以被減小到傳統(tǒng)的陶瓷封裝集成電路體積的大約1/10。此外，所述電子電路的設(shè)計(jì)方面可以得到簡化且電連接線的長度可以被縮短。因此，其對于實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)行是有利的。
當(dāng)制造光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器時(shí)，包括有所述LD、VCSEL和PD的光學(xué)器件直接耦合到所述基片上以使所述光學(xué)器件能夠被光學(xué)地連接到光纖上。另外，通過采用一種類似于所述倒裝法粘結(jié)技術(shù)的粘結(jié)技術(shù)，所述PLC可以被排列在所述基片上。當(dāng)使光學(xué)傳輸介質(zhì)、光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接受器相互光學(xué)耦合時(shí)，必須要仔細(xì)考慮耦合效率，因?yàn)轳詈闲释谦@得所述光學(xué)傳輸介質(zhì)、光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接受器的理想性能的主要因素。因此，非常需要精確的光學(xué)校準(zhǔn)。
圖1A至1D是顯示一種傳統(tǒng)的VCSEL和PLC之間的校準(zhǔn)方法的視圖。
如圖1A所示，V形槽3形成在連接著VCSEL1的基片2上。然后，對應(yīng)于V形槽3的凸起5形成在用于拾取所述基片2的拾取裝置4上。拾取裝置4沿著箭頭方向，以一種使得凸起5被定位在所述V形槽3中的方式(參照圖1B)拾取所述基片2，從而將VCSEL1和V形槽3保持在預(yù)定的位置上。被所述拾取裝置4拾取的所述基片2，通過安裝在拾取裝置4上的導(dǎo)向銷6，被插入到形成于外殼或者OSA7(如圖1C中所顯示的光學(xué)子組件7)中的導(dǎo)向孔8中，以使所述基片2能夠被安裝到所述OSA7的預(yù)定部分上。
圖2A和2B是顯示另一種傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法的視圖。圖2A顯示了形成于一個(gè)OSA(光學(xué)子組件)結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)向孔12和芯片組件單元13的導(dǎo)向銷14，它們通過一種被動校準(zhǔn)方法對齊。圖2B是圖2A中顯示的芯片組件單元13的正面視圖。附圖標(biāo)號15和16分別代表PLC和金屬套圈。
然而，進(jìn)行以上傳統(tǒng)的校準(zhǔn)具有以下缺點(diǎn)首先，所述拾取裝置較大且需要復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，還需要對應(yīng)于基片種類的許多拾取裝置。其次，由于所述V形槽形成在所述基片的上表面上，形成于所述基片上的圖案的尺寸或安裝面積被減小，使得難以減小所述基片的尺寸。另外，所述導(dǎo)向銷和導(dǎo)向孔必須分別形成在所述基片和所述外殼或所述OSA中，以便將所述基片安裝在所述外殼或所述OSA中。同樣地，需要將所述導(dǎo)向孔精確地形成在所述外殼或所述OSA中，這進(jìn)一步加大了所述外殼或所述OSA的尺寸。由于這個(gè)原因，盡管傳統(tǒng)的方法能夠通過利用所述導(dǎo)向銷拾取形成有V形槽的所述基片，來將所述基片安裝在所述外殼或所述OSA上，所述拾取裝置、基片、外殼和OSA的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不期望地大。另外，依照傳統(tǒng)方法，收發(fā)器的輸出功率帶由于機(jī)械操作誤差而被增大了，因此，難以按照需要來調(diào)節(jié)傳輸特性。此外，由于在光檢測器件中接收到的光的水平不是恒定的，難以調(diào)節(jié)所述運(yùn)行裝置的靈敏度。最后，為了減少在主要元件中的機(jī)械操作錯(cuò)誤，制造成本會增加，結(jié)果，產(chǎn)品的價(jià)格競爭力受到了損害。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明旨在解決上述問題并提供附加的優(yōu)點(diǎn)，其提供一種用于光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的耦合結(jié)構(gòu)和一種精確地校準(zhǔn)所述光學(xué)波導(dǎo)和所述光學(xué)器件以使其校準(zhǔn)誤差達(dá)到幾微米之內(nèi)的光學(xué)校準(zhǔn)方法。
在一種實(shí)施方式中，其提供一種用于光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的耦合結(jié)構(gòu)并包括第一基片；至少一個(gè)形成于所述第一基片上以傳輸光學(xué)信號的光學(xué)波導(dǎo)；在第一基片上相對于所述光學(xué)波導(dǎo)對稱排列的光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)(optical alignment dummy waveguides)；粘結(jié)在所述第一基片上的第二基片；至少一個(gè)光學(xué)器件，其被安裝在所述第二基片的底面上，以使所述光學(xué)器件光學(xué)地連接到所述光學(xué)波導(dǎo)上；以及形成于所述第二基片的所述底面上對應(yīng)于所述光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)的的光學(xué)校準(zhǔn)圖案，其中用于所述光學(xué)波導(dǎo)和所述光學(xué)器件的光學(xué)校準(zhǔn)，是通過校準(zhǔn)所述光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)和所述光學(xué)校準(zhǔn)圖案來實(shí)現(xiàn)的。
根據(jù)本發(fā)明的所述優(yōu)選實(shí)施方式，所述第二基片的正面被粘結(jié)到所述第一基片的上表面上。所述光學(xué)器件的作用表面面對著所述第二基片的所述底面，且金屬墊被設(shè)置在所述光學(xué)器件的所述作用表面的邊沿上。
根據(jù)本發(fā)明的所述優(yōu)選實(shí)施方式，一種WDM濾光器被配置在所述第二基片的正面上對應(yīng)于所述光學(xué)器件的所述作用表面，以便有選擇地傳輸或者反射入射到所述光學(xué)器件中或從所述光學(xué)器件發(fā)射出的具有預(yù)定波長的光線。
在另一種實(shí)施方式中，其提供一種用于光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件之間的光學(xué)耦合的光學(xué)校準(zhǔn)方法。所述方法包括以下步驟在基片上相對于所述光學(xué)波導(dǎo)對稱地形成光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)；在形成有光學(xué)器件的基片上相對于所述光學(xué)波導(dǎo)對稱地形成光學(xué)校準(zhǔn)圖案；以及校準(zhǔn)所述光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)和光學(xué)校準(zhǔn)圖案，從而實(shí)現(xiàn)所述光學(xué)波導(dǎo)和所述光學(xué)器件之間的光學(xué)校準(zhǔn)。


通過以下結(jié)合附圖所進(jìn)行的詳細(xì)說明，本發(fā)明的以上特性和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加明白而易于理解，其中
圖1A至1D是顯示用于PLC和VCSEL的一種傳統(tǒng)校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的實(shí)例的視圖；圖2A和2B是顯示通過利用導(dǎo)向孔和導(dǎo)向銷的一種傳統(tǒng)的被動校準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的視圖；圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式的用于光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的耦合結(jié)構(gòu)的視圖；圖4是用于表示一種置頂盒(set-top box)的圖3中所示的耦合結(jié)構(gòu)的俯視圖；圖5A和5B是顯示VCSEL和PD的作用表面的詳細(xì)視圖；和圖6是用于表示一種光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元的圖3中所示的耦合結(jié)構(gòu)的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。為了達(dá)到簡單明了的目的，對于以下所采用的已知功能和結(jié)構(gòu)，由于其可能使得本發(fā)明的主題內(nèi)容變得突出明顯，在此予以省略。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的用于光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的耦合結(jié)構(gòu)的視圖。如圖中顯示，設(shè)置有VCSEL(垂直腔面發(fā)射激光器)、PD(光電二極管)、和轉(zhuǎn)阻放大器(transimpedance amplifier)的玻璃基片200，被粘結(jié)到一個(gè)具有形成有光學(xué)波導(dǎo)的PLC基片110的OSA主體100上。附圖標(biāo)號300和301分別表示柔性印刷電路板和信號線。
所述OSA主體100包括硅基片101、PLC層110、和虛設(shè)(dummy glasssubstrate)玻璃基片102。
PLC層110包括用于傳輸光學(xué)信號的光學(xué)波導(dǎo)111和當(dāng)PLC層110正在被粘結(jié)到玻璃基片200上時(shí)用于光學(xué)校準(zhǔn)的虛設(shè)波導(dǎo)112a、112b(dummy waveguides)。
安裝在玻璃基片200上的是作為發(fā)光器件的VCSEL210以及作為光檢測器件的光電二極管220、230。此外，轉(zhuǎn)阻放大器240、250被安裝到玻璃基片200上，以便將由所述光檢測器件檢測到的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。轉(zhuǎn)阻放大器240、250通過壓模粘結(jié)(die-bond)工藝被連接到所述玻璃基片200上，并通過引線焊接(wire-bond)工藝被連接到光電二極管220、230上。此外，玻璃基片200包括光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)圖案260a和260b。請注意，也可以采用為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知的其它不會吸收波長的其它基片，來代替所述玻璃基片200。
圖4是圖3中顯示的耦合結(jié)構(gòu)的俯視圖，其代表光學(xué)耦合結(jié)構(gòu)的一部分，被結(jié)合在用于STB的VCSEL BiDi收發(fā)器中，并校準(zhǔn)所述PLC層110和所述玻璃基片200。附圖標(biāo)號211、221代表金屬墊，附圖標(biāo)號214代表引線焊接部分。
參照圖3和4，PLC層110包括具有三個(gè)分支線111a、111b和111c的光學(xué)波導(dǎo)111，以及相對于所述光學(xué)波導(dǎo)111對稱排列的用于光學(xué)校準(zhǔn)的虛設(shè)波導(dǎo)112a、112b。
抗反射涂層270形成在所述玻璃基片200的底面上。VCSEL210和光電二極管220、230，通過一種倒裝法粘結(jié)工藝被安裝在抗反射涂層270上以使得所述VCSEL210和光電二極管220、230的作用表面面對所述玻璃基片200的方式，為了有助于所述粘結(jié)工藝，如圖5中所顯示，金屬墊211、221被形成在所述VCSEL210和光電二極管220、230的邊沿上。
圖5A和5B是顯示所述VCSEL和所述光電二極管的作用表面的詳細(xì)視圖。圖5A顯示了所述VCSEL的所述作用表面(正面)，圖5B顯示了所述光電二極管的作用表面(正面)。附圖標(biāo)號212和222代表窗口，附圖標(biāo)號213和223代表由金形成圖案的(Au-patterned)部分。盡管沒有顯示，所述VCSEL和所述光電二極管的背面涂覆有金。
再次參照圖4，光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)圖案260a、260b被排列在光電二極管220、230的兩側(cè)，并包括金屬薄膜或電介質(zhì)薄膜。如下所述，所述光學(xué)器件和光學(xué)波導(dǎo)111之間的光學(xué)耦合通過利用光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)圖案260a、260b以及形成在PLC層110上的虛設(shè)波導(dǎo)112a、112b實(shí)現(xiàn)。
在校準(zhǔn)過程中，穿過112a、112b的光線與光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)圖案260a、260b對齊。然后，通過紫外光和環(huán)氧樹脂膠290將PLC110粘結(jié)到玻璃基片200上。
WDM濾光器280被安裝在所述玻璃基片200的預(yù)定正面，它是粘結(jié)到PLC110上的一個(gè)部件，對應(yīng)于光電二極管220、230的作用表面，以便允許具有預(yù)定波長并入射到光電二極管220、230中的光學(xué)信號通過，或以便反射來自那里的光信號。WDM濾光器280能夠采用三工濾波器(triplexer)。此外，WDM濾光器280能夠通過傳統(tǒng)的薄膜工藝來形成。
圖6是顯示用于ONU(光學(xué)網(wǎng)絡(luò)單元)和用以校準(zhǔn)PLC層110和玻璃基片200的光學(xué)耦合結(jié)構(gòu)的一部分的視圖。除了安裝在所述光學(xué)基片上的光學(xué)器件和對應(yīng)于所述光學(xué)器件的WDM濾光器的結(jié)構(gòu)之外，圖6類似于顯示所述STB結(jié)構(gòu)的圖4。因此，為了避免不必要的重復(fù)描述，以下將只對不同的部分進(jìn)行說明。
參照圖6，光電二極管310和兩個(gè)VCSELs320、330被安裝在玻璃基片200的底面上。與對于圖4中所示的VCSEL210和光電二極管220、230的方式相同，光電二極管310和兩個(gè)VCSELs320、330通過倒裝法粘結(jié)工藝被粘結(jié)在玻璃基片200上，以使光電二極管310和兩個(gè)VCSELs320、330的作用表面面對玻璃基片200。
此外，WDM濾光器380被安裝在玻璃基片200的預(yù)定的正面上，它是粘結(jié)到PLC層110上的一個(gè)部件，對應(yīng)于兩個(gè)VCSELs320、330的作用表面，以便允許從兩個(gè)VCSELs320、330發(fā)射出的光信號以預(yù)定的波長穿過，或者以便反射來自那里的所述光學(xué)信號。WDM濾光器380可以采用三工濾波器(triplexer)。此外，WDM濾光器280可以通過傳統(tǒng)的薄膜工藝來形成。
如以上所描述，根據(jù)本發(fā)明，虛設(shè)波導(dǎo)和光學(xué)校準(zhǔn)圖案被排列在所述玻璃基片的上表面上，上面安裝著所述PLC基片和所述光學(xué)器件，以便光學(xué)地校準(zhǔn)所述光學(xué)波導(dǎo)和所述光學(xué)器件。因此，當(dāng)進(jìn)行所述光學(xué)波導(dǎo)到所述光學(xué)器件的光學(xué)耦合時(shí)，利用此方法可以將光學(xué)校準(zhǔn)誤差減小到幾個(gè)微米的范圍內(nèi)。此外，在將所述光學(xué)器件安裝到所述玻璃基片上之后，通過倒裝粘結(jié)法工藝將所述玻璃基片粘結(jié)到所述PLC基片上，這樣所述PLC基片和所述光學(xué)器件之間的距離保持恒定，從而改善耦合效率。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合其特定的優(yōu)選實(shí)施方式得到了說明，應(yīng)該理解，對于所述技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員而言，可以在不背離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精髓和范圍的情況下，在其形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于耦合光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的裝置，其包括第一基片；至少一個(gè)形成在所述第一基片上用于傳輸光學(xué)信號的光學(xué)波導(dǎo)；在所述第一基片上相對于所述光學(xué)波導(dǎo)對稱地配置的虛設(shè)波導(dǎo)；耦合到所述第一基片上的第二基片；至少一個(gè)安裝在所述第二基片的底面上的光學(xué)器件，以使所述光學(xué)器件光學(xué)連接到所述光學(xué)波導(dǎo)上；和形成于第二基片的底面上對應(yīng)于所述虛設(shè)波導(dǎo)的光學(xué)校準(zhǔn)圖案，其中所述光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的光學(xué)校準(zhǔn)，是通過將所述虛設(shè)波導(dǎo)相對于所述光學(xué)校準(zhǔn)圖案進(jìn)行校準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)的。
2.如權(quán)利要求1所述的耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二基片的正面被粘結(jié)到所述第一基片的上表面上。
3.如權(quán)利要求1所述的耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述光學(xué)器件通過倒裝粘結(jié)法工藝被粘結(jié)到所述第二基片上，以使所述光學(xué)器件的作用表面面對所述第二基片底面。
4.如權(quán)利要求3所述的耦合結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)在所述光學(xué)器件的所述作用表面的邊沿上以有助于所述倒裝法粘結(jié)工藝的金屬墊。
5.如權(quán)利要求1所述的耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述光學(xué)波導(dǎo)包括至少三個(gè)分支線。
6.如權(quán)利要求5所述的耦合結(jié)構(gòu)，還包括安裝在所述第二基片的所述底面上的一個(gè)光學(xué)檢測器件和至少兩個(gè)VCSEL，以使所述光學(xué)檢測器件和VCSEL被連接到所述光學(xué)波導(dǎo)的所述分支線上。
7.如權(quán)利要求6所述的耦合結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)在所述第二基片的正面上對應(yīng)于所述VCSEL的作用表面的WDM濾光器，以便有選擇地傳輸或者反射從所述VCSEL射出或射向所述VCSELs的具有預(yù)定波長的光線。
8.如權(quán)利要求5所述的耦合結(jié)構(gòu)，還包括安裝在所述第二基片的底面上的第一光學(xué)檢測器件、第二光學(xué)檢測器件和VCSEL，以使所述第一、第二光學(xué)檢測器件和所述VCSEL被連接到所述光學(xué)波導(dǎo)的三個(gè)分支線上。
9.如權(quán)利要求8所述的耦合結(jié)構(gòu)，還包括設(shè)在所述第二基片的正面上對應(yīng)于所述第一和第二光學(xué)檢測器件的作用表面的WDM濾光器，以便有選擇地傳輸或者反射入射到所述第一和第二光學(xué)檢測器件中的具有預(yù)定波長的光線。
10.如權(quán)利要求7所述的耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述WDM濾光器包括通過薄膜涂覆技術(shù)制造的薄膜濾光器。
11.如權(quán)利要求1所述的耦合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述光學(xué)校準(zhǔn)圖案包括金屬薄膜或電介質(zhì)薄膜。
12.一種用于耦合光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的光學(xué)校準(zhǔn)方法，所述方法包括以下步驟在具有所述光學(xué)波導(dǎo)的第一基片上對稱地形成虛設(shè)波導(dǎo)；在耦合到所述光學(xué)器件的第二基片上對稱地形成光學(xué)校準(zhǔn)圖案，以使所述光學(xué)器件光學(xué)地連接到所述光學(xué)波導(dǎo)上；和利用經(jīng)所述虛設(shè)波導(dǎo)傳遞到所述光學(xué)校準(zhǔn)圖案上的光信號，校準(zhǔn)所述虛設(shè)波導(dǎo)和光學(xué)校準(zhǔn)圖案。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于耦合光學(xué)波導(dǎo)和光學(xué)器件的耦合結(jié)構(gòu)。所述耦合結(jié)構(gòu)使得能夠精確地校準(zhǔn)所述光學(xué)波導(dǎo)和所述光學(xué)器件，以使光學(xué)校準(zhǔn)誤差能夠被減小到幾個(gè)微米的范圍之內(nèi)。所述耦合結(jié)構(gòu)包括第一基片，至少一個(gè)形成于所述第一基片上用以傳遞光學(xué)信號的光學(xué)波導(dǎo)，在所述第一基片上相對于所述光學(xué)波導(dǎo)對稱地排列的光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)，粘結(jié)在所述第一基片上的第二基片，至少一個(gè)安裝在所述第二基片的背面上并光學(xué)連接到所述光學(xué)波導(dǎo)上的光學(xué)器件，形成于所述第二基片的底面上對應(yīng)于所述光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)的光學(xué)校準(zhǔn)圖案，其中用于所述光學(xué)波導(dǎo)和所述光學(xué)器件的光學(xué)校準(zhǔn)是通過將所述光學(xué)校準(zhǔn)虛設(shè)波導(dǎo)相對于所述光學(xué)校準(zhǔn)圖案進(jìn)行校準(zhǔn)來實(shí)現(xiàn)的。
文檔編號G02B6/42GK1573381SQ20031012233
公開日2005年2月2日 申請日期2003年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月24日
發(fā)明者李榮敏, 安峻賢, 郭圭燮 申請人:三星電子株式會社