專利名稱：利用soi光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線收發(fā)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，特別是有關(guān)于一種光學(xué)接收器，其設(shè)有一可拆卸連接器并可利用SOI光學(xué)波導(dǎo)收發(fā)光學(xué)信號(hào)。
光學(xué)傳輸網(wǎng)絡(luò)基本為傳送光學(xué)信號(hào)的光纖，一光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊用以將一光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為一電子信號(hào)，如分配放大及分配調(diào)治轉(zhuǎn)換信號(hào)，反之亦然。該光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊在一光學(xué)傳輸系統(tǒng)中為最重要的部分，然而，該模塊的成本過高將阻礙產(chǎn)業(yè)上的利用性及光學(xué)傳輸網(wǎng)絡(luò)的整合，主要有二因素阻礙成本的降低將光纖與激光二極管對準(zhǔn)的技術(shù)是很困難，其只允許1微米(μm)的公差，投資大量生產(chǎn)的設(shè)備需要巨大的成本，特別在將光纖與激光二極管對準(zhǔn)的封裝程序上，占全部光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊制造成本的70～80％。
將光纖與激光二極管對準(zhǔn)通常有二種方法，為主動(dòng)對準(zhǔn)及被動(dòng)對準(zhǔn)。
在主動(dòng)對準(zhǔn)法中，其耦合位置由激光二極管的峰值發(fā)射光投射至一并列光纖的量而定，該激光二極管及光纖在決定耦合位置后以焊接或黏膠固定。
在被動(dòng)對準(zhǔn)法中，該激光二極管及光纖的耦合位置不需要經(jīng)由觸動(dòng)該激光二極管來決定，該被動(dòng)對準(zhǔn)法利用一影像處理裝置對準(zhǔn)該激光二極管及光纖，或利用熔融金屬的表面張力的覆晶黏合方法，另一方法為一精密加工的硅床以微影建構(gòu)一三維的結(jié)構(gòu)，其整合于同一板上使光學(xué)裝置有不同的功能。近來，由于被動(dòng)對準(zhǔn)法所需時(shí)間及成本比主動(dòng)對準(zhǔn)法低，在使用被動(dòng)對準(zhǔn)法有增加的趨勢。


圖1為一利用光纖的公用可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊，如圖1所示，該光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊利用一公用的機(jī)械轉(zhuǎn)換強(qiáng)化匣(MT-RJ，mechanically transferable reinforced jacket)連接器1，一外部連接端(未繪示于圖中)經(jīng)由連接器1的一對引腳15連接于該連接器1，因此一光纖2建立一光程，其經(jīng)由連接器1精確導(dǎo)入外部連接端。
該公用的無線電收發(fā)機(jī)模塊由一排光纖2及光學(xué)裝置(如一激光二極管、一光電二極管、一監(jiān)視光電二極管及/或一SOI波導(dǎo))相對硅床的V形微槽設(shè)于該硅床3中，如將光學(xué)裝置及光纖對準(zhǔn)設(shè)于該硅床上，為避免光學(xué)耦合不良，其光纖2的末端應(yīng)拋光一如鏡面。
然而，該公用的光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊所使用的光纖2具有125微米(μm)的外徑，因此在操控上較為困難，再者，拋光該光纖2的切斷面，及該每一光纖2分別黏接于該硅床3上為一昂貴的操作程序，如此的高精度及高成本將阻礙該無線電收發(fā)機(jī)的大量生產(chǎn)。
為了解決該光纖2的工藝?yán)щy，一平面光導(dǎo)電路(PLC)方法因應(yīng)而生，其以一硅土波導(dǎo)取代光纖，該P(yáng)LC方法利用組織水解沉積法精密加工一硅土PLC板，一校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)將光學(xué)裝置對準(zhǔn)并排列于該P(yáng)LC板上。然而，該組織水解沉積過程昂貴且成本不易降低。
同時(shí)，被動(dòng)對準(zhǔn)法使用公知覆晶技術(shù)，使其不易同時(shí)黏接其它光學(xué)裝置于該硅土板上，且以覆晶黏接對準(zhǔn)的光學(xué)裝置使用熔接的表面張力，其需要特別的設(shè)備以使焊點(diǎn)抗氧化來增加表面張力，若表面張力不足將造成位置控制有所偏差。
為了解決上述問題，一種新的方法產(chǎn)生，其光學(xué)裝置以超音波暫時(shí)黏合于所需的位置，當(dāng)其位置保持在數(shù)十微米的誤差內(nèi)時(shí)，以不同的金屬黏著，但超音波黏合操作耗時(shí)，且黏合過程的振動(dòng)有可能損及該光學(xué)裝置。
本發(fā)明的次要目的是提供一可拆卸的光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其利用自動(dòng)化制成使組裝容易。
本發(fā)明的再一目的是提供一可拆卸的光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其利用一平面SOI光學(xué)波導(dǎo)代替光纖。
本發(fā)明的再一目的是提供一可拆卸的光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其減少組裝零件并簡化工藝。
本發(fā)明的再一目的是提供一可拆卸的光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其不需使用一MT-RJ連接器固定于該硅床上。
根據(jù)本發(fā)明的可拆卸的光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其包含有數(shù)個(gè)光學(xué)裝置，一硅覆絕緣層(SOI)光學(xué)波導(dǎo)，其包含有一硅基板，一單晶硅層，其上表面設(shè)有波導(dǎo)部分，及一硅土薄層介于硅基板及單晶硅層之間，以避免光經(jīng)過該波導(dǎo)部分時(shí)造成擴(kuò)散；一硅床，其上表面設(shè)有一U形槽可承接該光學(xué)裝置及該SOI光學(xué)波導(dǎo)，使其對準(zhǔn)并形成光程。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，該硅床有一V形槽沿該硅床縱向延伸，其可承接引腳將一外部連接端導(dǎo)引至該硅床。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，每一波導(dǎo)部分包含一縱向凸緣自該單晶硅層的上表面凸出，并可使一光學(xué)信號(hào)通過。
根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)無線電收發(fā)裝置，該硅床設(shè)有一V形槽用以承接外部連接端的引腳。
請?jiān)賲⒄請D2所示，該光學(xué)波導(dǎo)裝置模塊包含一硅床6，其主要為一硅晶元，由氫氧化鉀(KOH)溶液蝕刻而成。該硅床6上表面的中央設(shè)有一U形槽可承接不同的光學(xué)裝置，例如，一SOI光學(xué)波導(dǎo)7、一激光二極管8及光電二極管9、10。該U形槽7a、8a、9a及10a位于該硅床6上并使該光學(xué)裝置對正，細(xì)信道6a及6b’相鄰于該U形槽，使該無線電收發(fā)模塊的光程沿其長度延伸且不相交，一對導(dǎo)槽61分別設(shè)于該硅床6上表面的二側(cè)，一對引腳17(如圖6及圖7)分別設(shè)于該導(dǎo)槽61內(nèi)，因?yàn)橛性撘_17，使該光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊可容易的與外部連接端連接及分離。
請參照圖4所示，其為一光學(xué)裝置在硅床上(在本實(shí)施例中為SOI光學(xué)波導(dǎo))的自動(dòng)較準(zhǔn)，一精密加工的U形槽7a用以承接該波導(dǎo)7，該U形槽7a設(shè)有一底部及一環(huán)繞該底部的斜墻，其剖面形成一梯形的形狀，其角度較佳為54.7°，該U形槽7a是以精密加工至30微米(μm)的深度，950微米(μm)的寬度及1500微米(μm)，該SOI光學(xué)波導(dǎo)7利用一自動(dòng)安插機(jī)(pick-and-place machine)容易且精確地置于該U形槽7a，其精確度為幾十微米(μm)，根據(jù)該操作方式及梯形剖面，該SOI光學(xué)波導(dǎo)7可自動(dòng)校準(zhǔn)于該硅床6上，即使該SOI光學(xué)波導(dǎo)7未正確約置入該U形槽7a，如圖4的虛線所示，該波導(dǎo)7可沿該U形槽的斜墻滑入正確的位置，如實(shí)線所示。類似地，該激光二極管8如一光源，該監(jiān)視光電二極管10用以控制自激光二極管8射出的光源強(qiáng)度，該光電二極管9用以接收光源，該硅床6具有相同的U形槽7a結(jié)構(gòu)使該光源可容易對正。
所有的光學(xué)裝置經(jīng)由微影過程的模式在一晶元上制造，使該光學(xué)裝置對齊并保持于1微米(μm)的誤差內(nèi)，以該模式及一KOH蝕刻溶液并控制溫度及時(shí)間加工該晶元，利用三次元測量儀以非接觸方法調(diào)整所需的結(jié)構(gòu)大小。
例如一激光二極管的光學(xué)裝置具有1300nm的波長，In-P應(yīng)力多量子井結(jié)構(gòu)(mult-quantum well Structure，其是利用金屬有機(jī)化學(xué)氣象沉積(MOCVD)裝置加以制造，該二極管是以切割晶元后利用H2SO4及HCl混合溶液加以蝕刻而成，該每一切割的晶元皆可為一激光二極管，并精確控制其外直徑在0.5微米(μm)，該光電二極管9及監(jiān)視光電二極管10使用一裁切法(scoring-and-breaking)精密加工至0.5微米(μm)。
請參照圖3，本發(fā)明實(shí)施例光學(xué)波導(dǎo)7結(jié)構(gòu)的立體圖，其為利用SOI晶元加工如硅-鍺的基板裝置。請?jiān)賲D3所示，該光學(xué)波導(dǎo)7包含一硅基板71，一硅土薄層72覆于該硅基板71上，一單晶硅層73覆于該硅土薄層72上，一對黏接部分74及一對波導(dǎo)部分75設(shè)于該單晶硅層73的上表面，該砂土薄層72介于該硅基板71及該單晶硅層73之間；其厚度較佳為0.2微米(μm)并避免光沿該波導(dǎo)部分75進(jìn)入該硅基板71，一微影過程及KOH溶液蝕刻該單晶硅層73，使該黏接部分74及該波導(dǎo)部分75形成于該單晶硅層73上，該波導(dǎo)部分75經(jīng)由激光二極管8及光電一極管9連接至一外部連接端13(如圖7所示)，即該波導(dǎo)部分75設(shè)有主要光程用以傳送光纖。
該黏接部分74是將該SOI光學(xué)波導(dǎo)7以金屬黏接至一硅床6上，其加工方式如該波導(dǎo)部分75同樣的方法，鉻及金位于每一黏接部分74的上表面約0.6微米(μm)厚，鍍層不可包覆于該波導(dǎo)部分75，因?yàn)樵摬▽?dǎo)部分75顯示不同于空氣的折射指針，最后將該SOI光學(xué)波導(dǎo)7加工為950微米(μm)的寬度及1500微米(μm)的長度，該波導(dǎo)部分75于該外部連接端13的光纖之間構(gòu)成一空間，其較佳為750微米(μm)。如上述結(jié)構(gòu)的該光學(xué)波導(dǎo)7使用一平面金屬黏接工藝固定于該硅床6上，該光學(xué)波導(dǎo)7是以一加熱鍍層12將其黏著于該硅床6上，該焊層12包含一銀-錫合金層層位于該硅層6上，將其加熱至280℃或更高而熔化并得以冷卻凝固。如同對準(zhǔn)該光學(xué)波導(dǎo)7的方式對準(zhǔn)其它的光學(xué)裝置，包含該激光二極管8，在該光學(xué)裝置對準(zhǔn)后同時(shí)施以金屬黏著工藝，該光學(xué)裝置的金屬黏著不需要一獨(dú)立抗氧化功能，即該光學(xué)裝置于金屬黏著時(shí)幾乎不需加熱至該焊層12的熔點(diǎn)(或更高)后冷卻，因此得以生產(chǎn)一低成本的光學(xué)傳輸模塊的積體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明光學(xué)裝置如SOI光學(xué)波導(dǎo)7及激光二極管8，其自動(dòng)校準(zhǔn)于該硅床6并黏著于該硅床6上，避免溫度變化造成的熱沖，再者，處理該SOI光學(xué)波導(dǎo)7比處理光纖簡單，使光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊得以大量生產(chǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的V形槽設(shè)于該硅床6上，其可承接一引腳以連接一外部連接端，相比于公用的方法，其引腳為固定連接于一光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊，因此，本發(fā)明減少光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊的元件，其簡化制造過程并使光學(xué)耦合降到最低。
請參照圖5，光學(xué)裝置黏接于該硅床6的光學(xué)耦合狀態(tài)，該激光二極管8將一電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為一光學(xué)信號(hào)，光自激光二極管8發(fā)射進(jìn)入該SOI光學(xué)波導(dǎo)7，光經(jīng)由該光學(xué)波導(dǎo)7進(jìn)入一外部連接端的光纖，該光纖的直徑為125微米(μm)并呈向心排列，光經(jīng)由一硅床的銀層10b反射自激光二極管8射出，聚焦于一監(jiān)視光電二極管，該監(jiān)視二極管將該光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為一電子信號(hào)，除了轉(zhuǎn)換電子信號(hào)，該監(jiān)視光電二極管10操控該激光二極管8及射出光的強(qiáng)度，該每一光學(xué)裝置皆堆積于該硅床6上以形成一密集結(jié)構(gòu)。
請參照圖6，該硅床6覆蓋一精密加工硅蓋11，以避免堆積于該硅床6上的光學(xué)裝置受到外界的沖擊、濕氣及污染。如圖6所示，該硅蓋11中央設(shè)有一U形槽11a使SOI光學(xué)波導(dǎo)7位于該硅床6中央，一對V形槽11b及11b’位于該硅蓋11上相對于該硅床6的U形槽的位置，使其可容納該引腳17，該硅蓋11以熱固性樹脂膠16黏著于該硅床6上，該引腳17設(shè)于該硅床6的導(dǎo)槽61，將光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊傳送至外部連接端13，因?yàn)樵撘_17固定于該硅床6上，使該光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊與該外部連接端13之間緊密連接，并且，因?yàn)樵撏獠窟B接端13由塑料材料制成，使該硅床6不會(huì)因接觸或瞬間的碰撞而損壞。
請參照圖7所示，一光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊具有155Mbps(位元組/秒)的傳輸速率，其使該外部連接端13與該光學(xué)無線電收發(fā)模塊可獨(dú)自拆卸分離，圖中為拆卸的狀態(tài)，一硅床6覆有一硅蓋11，其中該光學(xué)裝置自動(dòng)校準(zhǔn)并結(jié)合成一光學(xué)耦合的狀態(tài)，引腳17自硅床6凸出連接至外部連接端13，以此方式該外部連接端13經(jīng)由引腳17可輕易及簡單地與該光學(xué)無線電收發(fā)裝置連接，并使光學(xué)耦合的損失降低，一般為2dB或更少，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊，當(dāng)該激光二極管最后接至外部光纖時(shí)，其光學(xué)偶的損失約為11dB。
根據(jù)如上所述的本發(fā)明，可制造一積體、密集及低成本的光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊，并可自動(dòng)校準(zhǔn)不同的光學(xué)裝置。
雖然本發(fā)明已以一實(shí)施例說明如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置利用一平面SOI光學(xué)波導(dǎo)代替光纖，因此降低制造成本及簡化工藝使其容易自動(dòng)化，SOI光學(xué)波導(dǎo)可應(yīng)用于積體模塊的制造，如一光電開關(guān)、多波長模塊或多芯片模塊。
根據(jù)本發(fā)明，V形槽設(shè)于一硅床上以承接連接外部連接端的引腳，而公用方法為使用一MT-RJ連接器固定該硅床上，因此，本發(fā)明使用較少的元件組成一光學(xué)無線電收發(fā)裝置模塊，能夠簡化工藝及提高成本效益。
權(quán)利要求
1.一種利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其包含數(shù)個(gè)光學(xué)裝置一硅覆絕緣層(SOI)光學(xué)波導(dǎo)，其包含有一硅基板；一單晶硅層，其上表面設(shè)有一波導(dǎo)部分；一硅土薄層，其介于該硅基板及該單晶硅層之間，以避免光進(jìn)入該波導(dǎo)部分而擴(kuò)散；及一硅床，其上表面設(shè)有數(shù)個(gè)U形槽，用以承接該數(shù)個(gè)光學(xué)裝置及SOI光學(xué)波導(dǎo)使其光程對準(zhǔn)。
2.如權(quán)利要求1所述的利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其中該硅床設(shè)有縱向延伸的V形槽用以承接引腳，該引腳連接該光學(xué)無線電收發(fā)裝置的一外部連接端。
3.如權(quán)利要求1或2所述的利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其中該每一波導(dǎo)部分包含一縱向凸緣，自該單晶硅層的上表面一體成型，用以傳輸及接收一光學(xué)信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其中該SOI光學(xué)波導(dǎo)設(shè)有一縱向黏接部分自該單晶硅層的上表面一體成型的凸出該波導(dǎo)部分，該縱向黏接部分可包覆金屬并黏接該SOI光學(xué)波導(dǎo)至該硅床。
5.如權(quán)利要求4所述的利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其中該數(shù)個(gè)光學(xué)裝置及SOI光學(xué)波導(dǎo)經(jīng)由加熱一焊層將其黏著于該硅床，其加熱溫度比該焊層的熔點(diǎn)低并得以冷卻凝固。
6.如權(quán)利要求5所述的利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其中該硅層包含一銀-錫合金層。
7.如權(quán)利要求1或2所述的利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其包含一硅覆蓋于該數(shù)個(gè)光學(xué)裝置及該SOI光學(xué)波導(dǎo)。
8.如權(quán)利要求7所述的利用SOI光學(xué)波導(dǎo)的可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置，其特征為其中該硅蓋經(jīng)由一熱固性樹脂膠黏著于該硅床。
全文摘要
一種可拆卸光學(xué)無線電收發(fā)裝置,包含一光學(xué)裝置、一硅覆絕緣層(SOI,Silicon On Insulator)光學(xué)波導(dǎo)及一硅床,其上表面設(shè)有一U形槽用以承接該光學(xué)裝置,該SOI光學(xué)波導(dǎo)使其光程對正,該SOI光學(xué)波導(dǎo)包含一硅基板、一單晶硅層其上表面設(shè)有波導(dǎo)部分,及一硅土薄層介于該硅激板及該單晶硅層之間,以避免光通過該波導(dǎo)部分?jǐn)U散,該硅床設(shè)有一V形槽沿該硅床縱向延伸并承接引腳,該引腳連接該硅床至一外部連接端。
文檔編號(hào)H04B10/12GK1361877SQ99816837
公開日2002年7月31日 申請日期1999年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月5日
發(fā)明者高漢俊, 崔珉鎬, 金道熱 申請人:Ati有限公司