形成光纤耦合装置的方法和光纤耦合装置制造方法及图纸

本申请提供了形成光纤耦合装置的方法，所述光纤耦合装置包括基板，所述基板具有基板表面以及至少一个光电和/或光子元件，并进一步包括可光学透射的至少一个光纤耦合对准结构。所述方法包括：a)将可聚合材料涂覆至基板表面，b)使用3D刻蚀方法，选择性聚合所述可聚合材料的区域，以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，由此形成至少一个光纤耦合对准结构，c)对所述基板和所述聚合物材料进行清洁，以便除去其余未聚合的可聚合材料，由此使所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构暴露。

Method for forming optical fiber coupling device and optical fiber coupling device

The invention provides a method for forming a fiber coupling device, the optical fiber coupling device comprises a substrate, the substrate has a substrate surface and at least one photoelectric and / or photonic components, and further comprises at least one optical fiber coupling transmission alignment structure. The method includes: a) a polymerizable material is applied to the substrate surface, b) using 3D etching method, selective polymerizing the polymerizable material, so that the region of the polymerizable material into polymer materials, thereby forming at least one fiber coupling of structure, c) for cleaning on the substrate and the polymer material, so as to remove the remaining non polymerizable material polymerization, thus making the optical fiber coupling device of the at least one optical fiber coupling structure alignment exposure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权申请本申请要求2014年3月5日提交的欧洲专利申请序列号14157912.8的优先权益，所述申请的内容是本申请的基础并以全文引用方式并入本文。背景本申请涉及形成光纤耦合装置的方法。本申请进一步涉及光纤耦合装置。光纤耦合装置包括基板，所述基板具有基板表面以及至少一个光电和/或光子元件。在基板表面和/或至少一个光电和/或光子元件上，布置可光学透射的至少一个光纤耦合对准结构。在本申请中，术语“光纤耦合装置”并不一定包括光纤或光纤末端件。实际上，“光纤耦合装置”，无论在本申请中任何地方提及，都应指示充分准备以允许安装光纤末端件的装置或布置。一般来说，光纤安装可直接在制造装置或布置之后或在稍后的时间点进行，这取决于光纤耦合装置的特定结构。用于借助于具有可见或红外线区域中的波长的电磁辐射来传输信号的光纤必须相对于芯片或其他基板的光电或光子元件来耦合，即正确地安装于精确对准位置中，以便确保在光纤与芯片或其他基板之间以足够高的耦合效率来进行正确信号传输。对于每个光纤，即，对于它的两个末端或末端件来说，需要在将连接的相应光电或光子元件诸如光学发送器、接收器或收发器处或附近的正确对准。在光电而非光子元件的情况下，元件可为例如光检测或光发射光电元件，诸如VCSEL、激光二极管、光电二极管、光电检测器或用于发射或检测电磁辐射的任何其他元件。光电基板、光子基板和光子集成基板(PIC；光子集成芯片)分别包括一或多个光电元件或光子元件。光电基板可例如为(或包括布置在安装基板上的)半导体芯片(例如由硅、磷化铟或任何其他二元、三元或四元半导体材料制成和/或包括这些和其他材料的多个层)、玻璃基板、石英基板、陶瓷基板或合成基板。这类光电和/或光子基板(以下在不进一步区分的情况下共同称为“芯片”)可由额外安装基板，诸如印制电路板(PCB)来支撑。在下文中，在本文中以下提及“基板”时，可大体上涉及一或多个芯片的任何布置，不论在它下方是否具有安装基板。为了将光纤的末端件耦合至光电子或光子元件，需要一或多个光纤耦合对准结构。在最简单的情况下，当光纤末端件借助于光可透射胶水微滴胶合至光电元件时，需要光纤末端件精确地对准至光电元件的有源区域，这通常涉及到一定努力以及对光纤末端件位置的一些监测和调整。常规地，预成形结构诸如收缩保护罩部分或通过注入模制来模制的预成形部分用作光纤耦合对准结构。这些模制部分必须以相对于芯片或基板的光电或光子元件的的正确对准来安装。模制光纤耦合对准结构在相应基板上的任何不精确的定位会使光学耦合效率降级(可主动地测量为经由所制成的芯片-光纤连接来实际传输的光强度的百分比)。因此，模制光纤耦合对准结构在基板上的不精确定位降低在光纤组装期间光纤与模制耦合结构本身之间的任何位置不匹配的容限。即使“光纤耦合对准结构(或“FCAS”，如随后在说明书中为了简洁所提及)和其轮廓(诸如光纤支撑表面，例如沟槽)非常精确成形，仍然必须将光纤末端件胶合至其上。虽然光纤安装可通过利用无源、自对准光纤耦合来进行而不需要主动地测量实际传输的光强度的量，但是FCAS与基板之间的任何未对准使得为了将光纤安装至FCAS所保留的容限缩小。许多基板，诸如包括安装在其上的至少一个芯片的安装基板，在其顶部主要表面上包括光电或光子元件，由此产生将发射或检测的光的传播方向，所述传播方向大致上垂直于有源区域或芯片主要表面或至少在与有源区域或主要表面的法线方向相距小于±45°、诸如小于±20°的角范围内。然而，当光纤大致上平行于其主要表面来接近芯片时，需要反射镜面表面或其他结构元件或部分以使对最佳耦合效率的要求与光纤连接基板的较小垂直延伸部分一致。例如，具有相对于主要表面约45°(±5°)的定向的镜面表面经常提供于光纤耦合对准结构FCAS处或外部。如果这类额外反射元件在光纤末端件与基板之间不正确地对准，那么信号传输会进一步降级。即使光纤耦合对准结构例如以FCAS的倾斜外表面部分形式集成于FCAS中，FCAS与基板之间的任何不匹配导致反射光束，在从光纤进入后，在横向和垂直方向上偏移，由此不太完全地耦合至芯片或基板的光电或光子元件。需要提供形成光纤耦合装置的方法和光纤耦合装置，所述方法和装置可确保以改进的对准并以甚至更小的制造努力和成本来更精确地安装光纤。概述具体实施方式中公开的实施方式包括如权利要求1和24所述的形成光纤耦合装置的方法并进一步包括如权利要求31所述的光纤耦合装置。所述方法可进一步根据在本申请中描述的步骤的任何组合执行，并且所述光纤耦合装置可进一步通过在本文总描述或在本领域中已知的一或多个特征表征。附图简述示例性实施方式在本文中针对附图公开。图1示出光纤耦合装置的示例性实施方式；图2至5示出形成光纤耦合装置的方法的示例性实施方式的方法步骤；图6至8示出光纤耦合装置的替代示例性实施方式；图9示出在晶片级基础上的光纤耦合对准结构的制造的实施方式；图10示出直接在单一芯片上制造光纤耦合对准结构的实施方式；图11示出使用三维激光打印技术来制造光纤耦合对准结构的示例性设备；图12示出光纤耦合装置上的顶视图，其明确示出了多个光电或光子元件，诸如图1的光纤耦合装置或图5至10的光纤耦合装置；图13示出示意性横截面侧视图，其示出了图1或图5至10或图12的光电或光子元件的实际单独位置；图14示出局部放大的顶视图，其示意性地示出了根据一个实施方式的与图1、图5至10或图12的相应光电或光子元件相关联的反射表面的实际单独偏移位置；图15示出示意性侧视图，其示出了根据另一实施方式的在垂直、即法线方向上的反射表面的补偿位置偏移；图16示出具有反射表面的补偿定向偏移的光纤耦合装置的另一实施方式；图17示出光纤耦合装置的另一实施方式，其光纤耦合对准结构包括光纤支撑区域的位置和/或定向偏移；图18示出关于将形成的光发射光纤耦合装置的反射表面的形状的实施方式的横截面图；图19示出图18的实施方式的透视图；图20示出关于光接收光纤耦合装置的反射表面的形状的示例性实施方式；以及图21示意性地示出用于在制造期间执行光纤耦合对准结构的实时监测的视觉系统的示例性实施方式。详细说明一般来说，在包括附图的整个申请中，使用相同参考符号。此外，在附图中描绘的任何比例和尺寸仅是示例性的，而不一定按比例来绘制，因此可变化。在本申请中，无论在任何地方提及光纤，这涵盖指定用于传输可见光的光纤以及传输其他电磁辐射，尤其红外线或UV的光纤。此外，在本申请中涉及的光纤或光学纤维可包括由玻璃或任何其他材料制成的光纤。最后，光纤，无论在本申请中任何地方提及，可为具有涂层和/或覆层的光纤；并且光纤的外部圆周表面可为未涂布光纤的外部圆周表面；尤其未涂布和/或割开的光纤末端件的外周长，或分别胶合至光纤耦合装置的光纤覆层或光纤涂层的外部圆周表面。图1示出光纤耦合装置1的示例性实施方式。光纤耦合装置1包括具有至少一个光电或光子元件50的基板15并且进一步包括光纤耦合对准结构5。因此，光纤耦合装置包括在一或多个光电或光子芯片10上提供的一或多个光电或光子元件50。优选地，参照本申请的附图来论述的光纤耦合装置包括多个光电或光子芯片，其中的每者包括耦合或将耦合至相应光纤的相应光电或光子元件。光纤30的末端件安装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成光纤耦合装置的方法，所述光纤耦合装置包括基板，所述基板具有基板表面以及至少一个光电和/或光子元件，并进一步包括可光学透射的至少一个光纤耦合对准结构，其中所述方法至少包括：a)将可聚合材料施加至所述基板表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件，b)使用3D刻蚀方法，选择性聚合所述可聚合材料的区域，以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，从而形成至少一个光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构包括：支撑界面表面，在所述支撑界面表面处，所述聚合物材料与所述基板表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件直接接触，光纤支撑区域，所述光纤支撑区域适于支撑处于光学耦合至所述基板和/或所述至少一个光电和/或光子元件的对准位置中的至少一个光纤，以及至少一个反射表面，所述反射表面用于反射在至少一个光纤与所述基板的所述至少一个光电和/或光子元件之间传播的光，以及c)对所述基板和所述聚合物材料进行清洁，以便除去剩余未聚合的可聚合材料，从而将所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构暴露。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.05 EP 14157912.81.一种形成光纤耦合装置的方法，所述光纤耦合装置包括基板，所述基板具有基板表面以及至少一个光电和/或光子元件，并进一步包括可光学透射的至少一个光纤耦合对准结构，其中所述方法至少包括：a)将可聚合材料施加至所述基板表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件，b)使用3D刻蚀方法，选择性聚合所述可聚合材料的区域，以便将所述可聚合材料的所述区域转化成聚合物材料，从而形成至少一个光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构包括：支撑界面表面，在所述支撑界面表面处，所述聚合物材料与所述基板表面和/或所述至少一个光电和/或光子元件直接接触，光纤支撑区域，所述光纤支撑区域适于支撑处于光学耦合至所述基板和/或所述至少一个光电和/或光子元件的对准位置中的至少一个光纤，以及至少一个反射表面，所述反射表面用于反射在至少一个光纤与所述基板的所述至少一个光电和/或光子元件之间传播的光，以及c)对所述基板和所述聚合物材料进行清洁，以便除去剩余未聚合的可聚合材料，从而将所述光纤耦合装置的所述至少一个光纤耦合对准结构暴露。2.如权利要求1所述的方法，其中所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合使用非接触式3D刻蚀方法执行。3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合使用无掩模式3D刻蚀方法执行。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合包括借助于能够在执行3D刻蚀期间实时校正的视觉系统来在视觉上监测将聚合的区域的位置和/或形状。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中将所述可聚合材料的所述区域选择性聚合并由此将所述可聚合材料的所述区域转化成所述聚合物材料的步骤b)通过执行3D激光扫描进行。6.如权利要求5所述的方法，其中执行3D激光扫描包括将激光光束聚焦和/或以其他方式控制，使得双光子聚合仅在所述激光光束的焦点区域中发生，从而将发生聚合的范围限于所聚焦的激光光束的所述焦点区域的所述位置和/或延伸部分。7.如权利要求5或6所述的方法，其中执行3D激光扫描包括：在横向于激光光束方向的两个横向方向上移动所述基板；以及通过改变所述激光光束的所述焦距，沿垂直于所述基板的所述基板表面的第三方向移动所述激光光束的焦点区域。8.如权利要求5至7中任一项所述的方法，其中执行3D激光扫描包括：相对于激光光束的焦点区域的位置、部分地制造的聚合物结构的位置和/或用于在所述基板上开始聚合的预定参考位置来测量所述光电和/或光子元件的实时位置，其中所测量实时位置从所述光电和/或光子元件的预定默认位置的任何偏移通过在选择性聚合之前和/或期间，将所述激光光束、其焦点区域和/或所述基板的所述位置移位来补偿。9.如权利要求1所述的方法，其中将所述可聚合材料的所述区域选择性聚合并由此将所述可聚合材料的所述区域转化成所述聚合物材料的步骤b)通过执行3D全息刻蚀，尤其通过执行3D动态无掩模式全息刻蚀进行。10.如权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述至少一个光电或光子元件被设计成在相对于所述基板的主要表面的法线方向倾斜小于45°的传播方向上发射和/或接收光；并且其中将所述光纤耦合对准结构成形以使得所述光纤支撑区域适于支撑至少一个光纤，其中其轴线方向相对于所述基板的所述主要表面的法线方向倾斜超过45°。11.如权利要求1至10中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括：d)在执行步骤a)至c)之后，将至少一个光纤安装至所述至少一个光纤耦合对准结构的所述光纤支撑区域。12.如权利要求1至11中任一项所述的方法，其中使用包括耦合至多个光纤的多个光电和/或光子元件的光纤耦合装置并且其中形成光纤耦合对准结构，所述光纤耦合对准结构包括：多个光纤支撑区域，每个光纤支撑区域用于支撑光学耦合至所述多个光电和/或光子元件中的一个的一个光纤，以及多个反射表面，每个反射表面适于反射在一个相应光纤与所述多个光电和/或光子元件中的一个之间传播的光。13.如权利要求1至12中任一项所述的方法，其中所述光纤耦合对准结构与所述多个光电和/或光子元件直接接触。14.如权利要求1至13中任一项所述的方法，其中所述方法包括：在所述可聚合材料的所述区域的选择性聚合之前和/或期间，确定每个光电和/或光子元件或每个光电和/或光子芯片相对于所述基板表面或默认位置的位置和/或定向未对准。15.如权利要求14所述的方法，其中确定所述位置和/或定向未对准包括：对于每个光电和/或光子元件或芯片，测量其实际位置和/或定向或所述实际位置和/或定向与相对于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·德容，安德烈亚斯·马蒂斯，马丁·施普雷曼，埃里克·斯蒂芬·登·哈弗，
申请(专利权)人：CCS技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US