TWI526724B

TWI526724B - 光學插件

Info

Publication number: TWI526724B
Application number: TW101101406A
Authority: TW
Inventors: 泰瑞派翠克伯恩; 理查登恩米勒
Original assignee: 太谷電子公司
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2016-03-21
Also published as: WO2012102822A1; CN103443675A; US20120189244A1; TW201234066A; JP2014503858A; US9036955B2

Description

光學插件

本文標的一般係關於光纖基板，且更特定地，其係關於一種具有光學耦合與對準特徵部之插件。

光纖係使用於各種應用中。由於光學傳輸系統之高可靠度與大頻寬之故，使用光纖作為數位資料(包含聲音、網際網路與IP影音資料)傳輸媒介係漸更為常見。這些系統之根本在於用於傳輸及/或接收光學訊號之光學次組件。

光學次組件一般包含一插件。在本文中，插件是作為一種光學、光電與電氣構件之基板，且提供互連以使光學/光電/電氣構件光學及/或電氣互連。舉例而言，典型插件係包含一基板，例如矽，具有形成於其中之一或多個溝槽以固定纖材。傳統溝槽係藉由對基板進行濕式蝕刻而形成為「V」型，以包含可沿著其長度固定纖材之兩側壁、以及作為一鏡映裝置之端部面。傳統的V型溝槽具有一特定節距α，其係V型溝槽之壁部與一頂部或參考表面(蝕刻V型溝槽者)之間的角度。由於矽的結晶結構之故，各側壁與端部面一般係形成為與參考表面間呈一精確角度(54.7度)。

在運作期間，傳統插件之V型溝槽的端部面係經金屬化，使得其可作為一鏡部以於光學/光電構件和纖材之間反射光線。舉例而言，在傳輸器的例子中，一光電光源係發出一圓錐形光束至V型溝槽端部面鏡部上。V型溝槽端部面鏡部係反射光線通過V型溝槽中所固定之纖材的端部。如上所述，V型溝槽端部面的表面係與參考表面間呈精確的54.7度之角度。因此，光線係經由纖材而以與參考表面間(以及與V型溝槽中所固定之光纖的縱軸間)呈大致為-9.3度反射離開溝槽端部面鏡部。因此，目前利用溝槽的端部面鏡部來發光通過纖材端部的裝置會使大量的光反射離開光纖軸，導致非最佳之訊號傳輸性能。

因此，申請人體認到在光學/光電構件與光纖或光學平面波導之間需要提升光學耦合。此外，申請人亦體認到此光學耦合應通過被動式對準而非主動式對準而實現，以促進次組件的經濟生產。為此，申請人近日申請了一個新的專利申請案(美國申請號第12/510,954，經本文引用而併入本文)，其揭露了一種光學耦合用之多刻面光纖端部面鏡部。具體而言，光纖端部面鏡部的刻面包含了一54.7度之刻面，以與V型溝槽中的端部面機械接觸，以使光纖端部面鏡部沿著縱軸而精確定位於V型溝槽中、且在光電裝置的發光孔下。此外，另一刻面為45度刻面，用以增進光纖光軸與光電裝置光軸之間的最佳光學耦合。同時也揭露了其他刻面以提升性能。這些刻面中每一者都可塗覆以金屬，以作為一反射鏡部表面。

雖然此一發展提升了光學性能並增進了次組件的被動式對準，但其需要在光纖端部面之數個不同刻面上塗覆金屬性/反射性塗層。由於此程序困難又昂貴，且在高容量應用中耗費時間過高，故為避免在光纖端部面上沉積反射塗層之需要，申請人係已確認出其他需求。

因此，需要一種簡化方式來製備一種對於光纖或光學平面波導皆有良好光學耦合、且藉由被動式對準來進行其光學耦合之光學組件。本發明滿足了此一需求。

本發明提供一種插件，其係作為用於鎖固光學及/或光電構件之基板，同時提供一可配置之反射表面，以使一光學構件光學耦合於一光纖或一光學平面波導。特別是，申請人認同了可使用乾式蝕刻技術來對一溝槽配置一乾式蝕刻刻面，其係比54.7度之傳統濕式蝕刻刻面更適合用於光學耦合光學構件與纖材/平面波導。舉例而言，在纖材/平面波導的光軸係實質上與光學構件的光軸間呈一直角的具體實施例中，係對基板乾式蝕刻出一45度刻面。此刻面接著係塗覆一反射材料，以作為一反射表面/光學耦合鏡部。

在一具體實施例中，藉由對纖材/平面波導端部面配置一對應匹配刻面(其具有與在溝槽終端端部處之反射刻面相同的角度)，係可減少反射表面與纖材/平面波導端部面之間的空氣間隙。在此方式中，當纖材/平面波導設置在插件溝槽中時，基板的刻面與纖材/平面波導端部面係彼此機械接觸。可對插件光學耦合鏡部與纖材/平面波導端部面添加其他的接觸或非接觸刻面，以提升光學耦合。

在一具體實施例中，插件也具有可助於被動式對準之特徵部。舉例而言，如上所述，溝槽具有一或多個刻面以容置纖材/平面波導端部面。此一配置可使纖材/平面波導在溝槽中被向前推，且當對應的刻面接觸時，纖材/平面波導係精確地位於插件上。此外，插件係可設有基準點，像是例如接觸墊、可見標記或突出物，以在光學構件的頂部平面表面上相對於纖材/平面波導溝槽的位置加以標註。

在又一具體實施例中，插件係提供了光學構件與相關驅動/接收電路之間的電氣互連，以使次組件與一較高層級來源/接收構件相接。

鑑於上述，本發明之一態樣在於一種插件，其包含一可配置之反射表面，以使纖材/平面波導光學耦合於一光學構件。在一具體實施例中，插件包含：(a)一基板，具有一頂部平面表面；(b)至少一溝槽，係限定於該頂部平面表面中且從該基板的一邊緣延伸至一終端端部，該溝槽具有側壁與在與側壁垂直之該終端端部處的一第一刻面，該刻面相對於該頂部平面表面係具有一第一角度，該第一角度係約45度；以及(c)一反射塗層，位於該第一刻面上。

本發明之另一態樣為一種次組件，其包含整合有一光學構件及一光學導管(例如纖材/平面波導)之插件。在一具體實施例中，次組件包含：(a)一光學插件，包含至少(i)一基板，具有一頂部平面表面；(ii)至少一溝槽，係限定於該頂部平面表面中且從該基板的一邊緣延伸至一終端端部，該溝槽具有側壁與在與側壁垂直之該終端端部處的一第一刻面，該第一刻面相對於該頂部平面表面係具有一第一角度45度；及(iii)一反射塗層，位於該第一刻面上；(b)置於該溝槽中之一光學導管/平面波導，具有一光軸以及一端部面；以及(c)一光學構件，具有垂直於該頂部平面表面之一光軸，該光學裝置係置於該終端端部處之該頂部平面表面上，使得其光軸係準確置於該第一刻面上方，使得該光學構件係以高效率光學耦合於該光學導管/平面波導的芯部。在一具體實施例中，光學導管/平面波導係具有一匹配第一刻面，其相對於其光軸係具有實質上相同之第一角度，使得第一匹配刻面與第一刻面係可彼此實體接觸。在一具體實施例中，纖材/平面波導的端部面係抵鄰終端端部處之另一刻面，以標註纖材/平面波導的軸向位置。

參照第一圖，其說明了本發明之光學插件100的一具體實施例。光學插件100包含一基板101，其具有一頂部平面表面102與在頂部平面表面中所限定、自基板的一邊緣106延伸至一終端端部107之至少一溝槽103。溝槽103具有側壁104與在終端端部(其實質上垂直於側壁)處之一第一刻面105。第一刻面係配置為相對於頂部平面表面呈一第一角度α。在第一刻面105上係沉積一反射塗層(未示)。這些元件中的每一者以及替代具體實施例係於下文中詳細說明。

插件的基本功能在於提供一基板或主幹來支撐及固定一光學導管、光學構件與支援電路。在本文中，光學導管是指用於增進在某一方向中之光學訊號傳遞的任何已知媒介。常見的光學導管包含例如光纖與平面波導。為支撐光學導管，基板應包含一剛性材料，其可被蝕刻或加工以定義出溝槽，且其具熱穩定性，適用於被加熱至迴焊應用中之典型溫度。適合材料之實例包含具有結晶形式之元素材料、聚合物材料、玻璃、陶瓷(亦即金屬或半金屬之氧化物、氮化物、碳化物、硼化物與矽化物及其組合)、石英與金屬。

在各溝槽103中係置有一光學導管/平面波導。舉例而言，參閱第六圖，其說明在基板602的頂部表面中具有複數個溝槽601之一插件600。纖材603係置於各溝槽中，使得纖材的端部面606與溝槽601的終端端部之第一刻面605實體接觸。(在第六圖中也繪示了用於電氣連接與對準光學構件之接觸墊604，如下文所述。)參閱第五圖，光學導管500具有一光軸501、一芯部502、以及一端部面503，其具有至少一第一匹配刻面504，其基本上是相對於光軸501而呈第一角度α，使得第一匹配刻面與終端端部的第一刻面可於纖材置於溝槽中時彼此產生實體接觸，如第六圖所示。

在一具體實施例中，溝槽的平行側壁係使纖材固定定位。(雖然本文中所繪示與說明的是單一纖材之應用，但應知本發明並不限於單一纖材之應用，且可應用於纖材與帶狀纖材陣列，以及也可應用於平面波導陣列與帶體。)側壁為一傳統V型溝槽的壁部，或是其可垂直於頂部平面表面，因此其係形成為更接近是U型溝槽。如上所述，可使用濕式蝕刻來形成V型溝槽，然也可使用下述乾式蝕刻來形成任何側壁型態，因為蝕刻程序與基板的結晶結構並不相關。

在一具體實施例中，側壁係配置以固定一條帶狀纖材。舉例而言，參閱第三圖，其繪示了具有階梯狀V型溝槽303之插件300。類似於第一圖中之插件100，插件300包含一基板301，其具有一頂部平面表面302與限定於其中之複數個階梯狀溝槽303。各溝槽包含側壁304與垂直於側壁304之一終端端部307。終端端部包含上述之一第一刻面305。然而，不同於第一圖所示之具體實施例，該等溝槽係V型溝槽303，其係階梯狀且具有一寬部分309與一窄部分308。寬部分309係配置以容置纖材與其緩衝塗層，而窄區段308則配置以僅容置裸露纖材。如該領域中所習知，緩衝塗層可自纖材去除，僅留下芯部與覆層，其即稱之為「裸露纖材(bare fiber)」。

纖材係以各種習知方式固定至溝槽。舉例而言，纖材係經金屬化且焊接定位，或其可膠黏定位。在一具體實施例中，可使用UV固化、透光性黏著劑來將纖材/平面波導固定於溝槽中。此方式係較佳用於降低菲涅耳耗損(Fresnel loss)，因為在光學構件、溝槽的終端端部、以及纖材/平面波導的端部面之間的任何間隙都將被填入透光性黏著劑。

光學構件可為光學耦合至一纖材/平面波導之任何習知構件。光學構件係例如為(a)一被動構件，其並不將光能轉換成其他形式，且不改變狀態(例如纖材、透鏡、增/降濾光器、陣列式波導光柵(AWGs，arrayed wave guide gratings)、GRIN透鏡、分光器/耦合器、平面波導、或衰減器)；(b)一主動裝置，其可使光能與電能彼此轉換(例如雷射，如垂直腔表面發射雷射(VCSEL，vertical cavity surface emitting laser)、雙通道平面埋入式異質結構(DC-PBH，double channel. Planar buried heterostructure)、埋入式彎月型雷射(BC，buried crescent)、分佈型反饋(DFB，distributed feedback)、分佈型布拉格反射器(DBR，distributed bragg reflector)；發光二極體(LEDs，light-emitting diode)，例如表面發射LED(SLED，surface emitting LED)、邊緣發射LED(ELED，edge emitting LED)、超亮二極體(SLD，super luminescent diode)；以及光電二極體，例如PIN(P Intrinsic N)光電二極體與雪崩光電二極體(APD，avalanche photodiode))；或(c)一複合裝置，其並不將光能轉換為其他形式，但響應一控制訊號而改變狀態(例如切換器、調變器、衰減器以及可調式濾光器)。也應瞭解光學構件係一單一分離裝置，或是其也可經組裝或整合而成為一裝置陣列。

光學構件具有至少一光軸，光線係沿其傳播而往返光學構件。因為光學構件係置於纖材/平面波導上方，且通常(但非必須)藉由插件中所限定之一反射表面而光學耦合，所以光軸係實質上垂直於平面表面。應瞭解光學構件並不限於單一光軸；舉例而言，在第四圖所示之具體實施例中，光學構件為VCSEL陣列或PIN陣列中任一，其中光學構件即具有多個光軸。

在一具體實施例中，插件不僅用於支撐一纖材/平面波導與光學構件，也用於使其以高效率光學耦合。為此，本發明的一明顯特徵為具有第一刻面105之溝槽103，其係特別配置以增進光學構件與纖材/平面波導之間的光學耦合。申請人承認乾式蝕刻技術係可用以特別配置溝槽的終端端部，以提供最佳第一角度α。乾式蝕刻是指典型上藉由使材料暴露於離子轟擊(通常是反應性氣體之電漿，例如氟化碳、氧、氯、溴、三氯化物；有時還添加有氮、氬、氦與其他氣體)而使用一遮罩圖樣來移除材料，其係自暴露表面取出部分材料。不同於典型的濕式蝕刻，乾式蝕刻一般係具方向性或非等向性地蝕刻，因此其與基板的結晶結構無關。

因為乾式蝕刻並不限於或受控於下方基板的結晶結構(不同於傳統之矽濕式蝕刻，其一般會產生壁部斜率為54.7度之上述V型溝槽)，乾式蝕刻係可用於在各式各樣的基板材料中產生具有任何所需角度的壁部斜率。因此，在一具體實施例中，第一刻面105係具有一最佳角度以於光學構件與纖材/平面波導的芯部之間產生最佳光學耦合。通常(然非必須)，若纖材/平面波導的光軸與光學構件的光軸間呈一直角時，則此一角度係一約45度角。

至少該第一刻面係經處理以產生反射性。舉例而言，其可塗覆以金屬或其他反射性材料，如該領域中所習知者。適當的反射性材料包含如金、銀、鋁與介電質。可使用習知技術在刻面上沉積材料，包括蒸鍍、濺鍍與氣相沉積。

可對溝槽添加其他刻面，以提升光學耦合及/或提升被動式對準。舉例而言，參閱第二圖，其繪示了U型溝槽之截面影像。基板201定義了一終端端部，其具有基本上與平面頂部表面204間呈45度角之一第一刻面202。此影像也顯示一第二刻面203，其與頂部平面表面間係呈一較陡(亦即較大)角度。雖非必須，但在某些情況下，較佳係提供一第二刻面203來增進纖材/平面波導在溝槽中之定位。具體而言，因為第二刻面203的角度大於第一刻面202的角度，其將傾向於作用為一機械中止部，以比第一刻面更有效率地避免纖材/平面波導之向前軸向移動，這是因為在其與纖材/平面波導的對應匹配刻面之間的向上楔接力較低之故。

可對溝槽的終端端部添加其他刻面，以進一步提升光學耦合。舉例而言，如美國申請號第12/510,954號中所述，相對於纖材端部面上的反射性刻面，自第一刻面逐漸傾斜遠離(例如以每次5度之增量)之刻面係可藉由使發散光線聚焦而增進光學耦合。鑑於本文，還有其他具體實施例之溝槽與終端端部刻面亦屬可行。

參閱第八圖，其繪示了插件800的另一具體實施例，其中一U型溝槽802係定義於基板801中，而其終端端部係由多個傾斜面所限定。在此一具體實施例中，係於U型溝槽之前先在基板中蝕刻出終端端部。此一具體實施例的終端端部係經遮蔽而成為方形，然後再從方形的每一側部蝕刻出四個側壁(見第九圖之上視圖)。每一側部係蝕刻為與基板801的頂部表面間呈45度。其中一個側部即所示之第一刻面803。在終端端部被蝕刻之後，U型溝槽被蝕刻。在此具體實施例中，U型溝槽係比終端端部更深，因此限定出一第二刻面804。

雖然在第八圖之具體實施例中係以方形來定義終端端部，但應瞭解其他形狀也是可行的，包括四邊以上的多邊形。具有多重側部之多邊形(特別是側部中心與第一刻面相鄰或靠近第一刻面者)係可提供其他刻面以使光線聚焦，如上文所述。亦即，逐漸傾斜離開第一刻面之刻面係傾向於藉由更有效的聚焦光線而提升光學耦合。

參閱第十一圖，其繪示了第一圖中所示之U型溝槽的另一具體實施例。具體而言，在第11圖中所示插件1100係包含一U型溝槽1101，其具有一終端端部1102，終端端部1102具有一第一刻面1103，其與頂部表面1104之間係呈一45度角，如上述之先前具體實施例中所揭示者。然而，與第八圖所示具體實施例相同，此具體實施例係定義了一第二刻面1105，其可作為纖材/平面波導之一中止部(如第八圖中關於第二刻面之說明)，以增進其於溝槽1101中之軸向定位/對準。

為增進光學耦合效率，較佳是在某些應用中減少光學構件、溝槽刻面以及纖材/平面波導端部面之間的空氣間隙。因此，在一具體實施例中，纖材/平面波導端部面係配置以具有與溝槽終端端部相同之輪廓。為此，纖材/平面波導端部面係具有至少一第一匹配刻面，其係配置以於纖材/平面波導置於溝槽中且被推抵溝槽終端端部時接觸第一刻面。特別是，參閱第五圖，其繪示了本發明之纖材的截面示意圖。纖材500包含一光軸501與一芯部502。在纖材的端部面上具有一第一匹配刻面503。至少一部分的第一匹配刻面503是由纖材芯部502所界定。

如上所述，在某些應用中係需要為了其他光學性能及/或被動式對準而進一步仿形(profile)纖材的端部面。舉例而言，纖材500包含一第二匹配刻面504，其角度大於第一匹配刻面503之角度。這種配置係有利於被動定位纖材，因為在纖材上朝向溝槽終端端部的任何向前運動都將產生較低的向上力(因在溝槽的第二刻面與纖材504的第二匹配刻面之間的楔接作用之故)。此外，較佳為以一第三匹配刻面505(其角度大於第一匹配刻面503之角度)來進一步增強光學端部面。此外，可在第一匹配刻面的任一側上對纖材端部面加入側部刻面以提升光學耦合(參見例如美國申請號第12/510,954號，其藉由引用形式而併入本文)。在一具體實施例中，在纖材端部面具有多個刻面的範圍中，溝槽的終端端部係仿形為具有對應刻面，使得纖材的端部可以小空氣間隙與溝槽終端端部相接。

雖然在纖材/平面波導的第一匹配面與終端端部的第一刻面之間需要實體接觸，但非必須，而是在某些應用中，需要一個空間來促進製造能力。舉例而言，參閱第九圖與第十圖，其繪示了本發明之插件的一替代具體實施例。具體而言，在此具體實施例中，插件900包含一纖材，其具有一非仿形端部面902(non-profiled end face)。更具體而言，參閱第十圖，纖材901係置於溝槽802中(應注意插件900具有與第八圖相同的基板與溝槽)，使得未仿形之纖材端部面902係可抵鄰第二刻面804，以於插件900中軸向對齊纖材。在此方式中，纖材901的芯部係經由第一刻面803而光學耦合至設置於終端端部之上的光學構件(未示以求簡化)，其係塗覆以一金屬表面，如上文所述。此一具體實施例提供了優於第五圖所示之仿形纖材端部之某些優勢。特別是，與光軸正交之端部面係相對較易於製造，且可利用標準加工切割或雷射切割技術來加以製備。

除了因未仿形之纖材端部面902而提升製造能力以及因第二刻面804鄰接纖材端部面902而有良好的軸向對準之外，第九圖與第十圖之具體實施例也具有在纖材芯部903與第一刻面803間光學路徑相對為短之優勢，因為溝槽802斜截了第一刻面的下方部分。亦即，藉由蝕刻移除第一刻面803的下方部分，纖材的芯部係可更靠近反射表面，其可降低光散射而因此提升光學耦合。因此，第八、九與十圖中所示之溝槽與終端端部的型態不僅是產生了一第二刻面以於溝槽中軸向標註纖材，也縮短了第一刻面而使纖材芯部更靠近反射表面。

然而，應瞭解因為在未仿形之端部面902與第一刻面803之間有一空氣間隙，因此光學性能仍會某程度受限。然而，可在此間隙中填充透光膠/黏著劑或類似的物質，以提升或增進置於溝槽802的終端端部上之纖材901與光學構件(未示)之間的光學耦合。

本發明之插件也包含用於使纖材/平面波導與光學構件被動對準之特徵部。與光學組件(特別是提供較高整合層級之系統)製造有關的其中一個基本技術挑戰為構件的光學對準。這特別是可應用於自由空間互連光學系統中，其中分離的光學構件(例如主動裝置(如半導體雷射)、被動裝置(例如濾光器)、及/或MOEMS(微光機電系統)(例如可調式濾光器與切換器))係整合於一共同固定系統上而達嚴格的容限度，一般是在次十微米至次微米範圍。

通常有兩種對準方式來對準光學構件-「主動式」與「被動式」。在被動式對準中，一般係直接在構件上以及在欲固定有構件之平台上製造標註或對準特徵部。該等構件係接著利用對準特徵部而定位於平台上並固定定位。在主動式對準中，光學構件係置放在平台上，但在對其固定之前，一光學訊號係傳送通過構件，同時操縱這些構件來提供最佳光學性能。一旦達到最佳光學性能，即將這些構件固定至平台。雖然主動式對準比被動式對準更為精確，但被動式對準有助於高速、高容量之自動製造，且因此為較佳。然而，要利用被動式對準在所有三個軸上都進行光學對準則是非常困難的，特別是在需要額外良好的對準性時。然而，若可使用被動式對準在兩軸或甚至一軸上達到可接受的對準程度、因而僅需要在剩下的軸上進行主動式對準或作精密調整，則可明顯減少製造時間與成本。

本發明之插件具有數個特徵部以提升纖材/平面波導及/或光學構件之被動性對準。舉例而言，且已如上所述，為了增進插件中纖材/平面波導的被動式對準，溝槽的終端端部係經仿形以容置纖材/平面波導的端部面。這使纖材/平面波導可被推至插件中，直到其端部抵接溝槽的終端端部為止。因為終端端部係經仿形以容置纖材/平面波導的端部面，纖材/平面波導端部面係沿著一或多個匹配刻面而座抵終端端部，因而可確保一精確定位。為了進一步提升對準，在一具體實施例中，終端端部的至少一第二刻面係比頂部平面表面具有一相對較大角度，以於纖材/平面波導被向前推至溝槽的終端端部中時減少其向上楔接力。為此，第二刻面係大於45度，如第二圖所示。另一種用於限制由第一刻面楔接接抵溝槽的匹配第一刻面所導致之纖材/平面波導向上移動的方法為，將第一光學構件立即定位於溝槽的終端端部上方，使得在纖材/平面波導的頂部與光學構件的底部之間的空隙是緊密的，因而限制纖材/平面波導在溝槽中的向上移動量與軸向移動量。

在一具體實施例中，插件也具有基準點，以助於光學構件的被動式對準，使得其光軸係各對準於其各溝槽之第一刻面。基準點係為光學構件之被動式對準所設之任何結構或標記，可使用各種基準點。在一具體實施例中，係使用一接觸墊圖樣，其可於迴焊操作中被動對準光學構件。具體而言，光學構件係於其底部上設有一特定接觸墊圖樣，而插件是在其頂部平面表面上具有相同圖樣。接著以習知拾取與放置技術將光學構件放置在墊片上粗略對準。當組件在迴焊時，即可達成在插件與光學構件間之對準，因此接觸墊的表面張力會使光學構件的圖樣於插件上之圖樣上方對準，藉以使光學構件相對於插件溝槽而精確定位。此機制係為習知，且已揭露於例如美國專利號7,511,258中，其係藉引用形式而併入本文。

在另一具體實施例中，不同於接觸墊或除接觸墊以外，也可使用插件上的其他基準點來幫助被動式對準。舉例而言，基準點為自平面表面突出之物理結構，其係提供了一種標註表面，光學構件的邊緣係接觸該標註表面而正確定位於插件上。或者是，基準點可為標記，以利用市面上之超高精確度晶片接合機器(例如Suss MicroTec機器，見如美國專利號7,511,258)來進行插件上之光學構件的可視性對準。

此外，也可使用基準點與接觸墊之組合。舉例而言，使用墊片來將光學構件拉至與插件的高起基準點接觸。該領域技術人士可見於本文而顯知其他的對準技術。

插件也可具有電路(電氣/光學)以提供支撐光學構件所必須之互連。舉例而言，參閱第四圖與第七圖，其繪示了插件400包含一基板401，基板401具有一頂部平面表面402與一系列溝槽403。在此例中，光學構件420(VCSELs或PIN光電二極體之陣列)係置於溝槽的終端端部上方，並與墊片310對準(如第三圖所示)，且與纖材404光學耦合。光學構件420之所需積體電路430係置於光學構件420鄰近處，且也對準於墊片311(見第三圖)。墊片310與311係與電氣線跡(未示以求簡化)互連。此外，其他線跡(同樣地，未示以求簡化)係使積體電路430沿著插件400的周邊而電氣連接至基板401之貫孔440。貫孔係經由接觸墊701而使插件與較高層級撓性電路或印刷電路板702電氣相接。這是習知技術。

因此，本發明之插件係具有用於使一光學構件光學耦合至一纖材/平面波導之一或多個特徵部、用於提供纖材/平面波導及/或光學構件的被動式對準之特徵部、以及用於使光學構件與所需電路互連及用於使插件與較高層級撓性電路或印刷電路板相接之電氣/光學互連件。

本發明之插件也提供自身具經濟性與高再現性之製程；特別是，當在晶圓等級上並未定義全部的關鍵對準關係、而通常僅有部分或甚至是單一的光微影步驟。具體而言，用於固持纖材/平面波導之溝槽的位置以及用於電氣連接與提供光學構件之被動式對準的接觸墊係於單一遮罩步驟中加以定義。此外，在一具體實施例中，在各種構件間的光學/電氣互連件係定義於一單一遮罩步驟中。舉例而言，使光學構件墊片與電氣驅動器電路墊片互連之各種線跡、以及在驅動器電路與基板貫孔之間的線跡係定義於單一遮罩步驟中。在一具體實施例中，甚至插件的邊緣都是於相同遮罩步驟中加以定義。換言之，第三圖中所示之插件的每一邊緣320都是在晶圓中所蝕刻之溝槽的一半。在各溝槽的底部處係可使晶圓簡易***，以形成具精確控制邊緣之插件。此方法可於單一步驟中精確控制從插件邊緣320至關鍵特徵部(例如溝槽303)之間的距離，藉此而使用這些精確控制邊緣來消除建置容限值並簡化插件之組裝製造。

可以晶圓等級來進行蝕刻。在一具體實施例中，溝槽、終端端部刻面以及插件的邊緣係皆以晶圓等級來定義與蝕刻。可藉由在同一光微影程序中蝕刻這些特徵部來實現其他的經濟效益。雖然是使用單一蝕刻程序，但在某些情況下，兩個或更多蝕刻程序則是有助益的。亦即，插件的刻面需要乾式蝕刻來達到所需斜率，然而可利用濕式或乾式蝕刻技術來蝕刻插件的側壁與溝槽的邊緣。因此，若乾式蝕刻並不像濕式蝕刻般具經濟效益時(例如其耗費較久且/或較為昂貴)，則較佳是使用乾式蝕刻來蝕刻終端端部刻面，而使用濕式蝕刻來蝕刻插件與溝槽側壁/邊緣。

從上述說明應可明顯得知，相較於傳統光電模組配置而言，本發明之插件組件提供了顯著的優勢，例如製造成本較低與簡易性，且其相對於可產生光學耦合之匹配構件類型係具多樣性。插件組件的其他優勢係可預期。

100．．．插件

101．．．基板

102．．．表面

103．．．溝槽

104．．．側壁

105．．．刻面

106．．．邊緣

107．．．終端端部

201．．．基板

202．．．刻面

203．．．刻面

204．．．表面

300．．．插件

301．．．基板

302．．．表面

303．．．溝槽

304．．．側壁

305．．．刻面

307．．．終端端部

308．．．區段

309．．．區段

310．．．墊片

311．．．墊片

320．．．邊緣

400．．．插件

401．．．基板

402．．．表面

403．．．溝槽

404．．．纖材

420．．．光學構件

430．．．積體電路

440．．．貫孔

500．．．光纖

501．．．光軸

502．．．芯部

503．．．端部面

504．．．匹配刻面

505．．．刻面

600．．．插件

601．．．溝槽

602．．．基板

603．．．纖材

604．．．接觸墊

605．．．刻面

701．．．接觸墊

702．．．電路板

800．．．插件

801．．．基板

802．．．溝槽

803．．．刻面

804．．．刻面

900．．．插件

901．．．纖材

902．．．端部面

903．．．芯部

1100．．．插件

1101．．．溝槽

1102．．．終端端部

1103．．．刻面

1104．．．表面

1105．．．刻面

第一圖說明本發明之基板示意圖，其具有U型溝槽。

第二圖說明本發明之一U型溝槽的終端端部之截面影像。

第三圖說明本發明之一具體實施例，其繪示了用於容置一光電裝置及相關電路之多重階部之V型溝槽與接觸墊圖樣。

第四圖說明一完整光電插件，其繪示了連接至一纖材/平面波導陣列之光電裝置與相關電路。

第五圖說明一纖材之側部示意圖，其具有一仿形(profiled)之端部面以座落於本發明之插件中。

第六圖說明第一圖之插件，其於各溝槽中係設有纖材。

第七圖說明第四圖所示之插件的截面圖，其於溝槽中具有一平面波導。

第八圖說明沿著一溝槽之插件之截面，其中溝槽的終端端部具有另一刻面。

第九圖與第十圖說明第八圖的插件之基板，其中係置有一非仿形(non-profiled)之纖材。

第十一圖說明本發明之插件的另一具體實施例，其中溝槽係具有類似於第八圖所示者之另一刻面。