專利名稱：光學機械組件及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種光電轉換裝置，特別是關于一種可減少定位復雜度并提升定位精度的光學機械組件及其制作方法。
背景技術：
光纖與激光光源或光檢測器(photodetector)間的良好定位可提高傳輸的I禹合效率。隨著傳輸容量的提升，如何同時針對多個光纖與多個激光光源或光檢測器進行光耦合已成為重要的研究課題。圖1是一種熟知的光學機械組件9的立體圖，所述光學機械組件9包含基板91、支撐件92、光路轉向兀件93、光電兀件94和多個導線95。所述光電兀件94設置于所述基板91的上表面，并發出或檢測沿著所述基板91的法線方向η傳輸的光信號。所述導線95安裝在所述基板91的所述上表面并電性耦接所述光電元件94，用來輸入電信號到所述光電元件94或從所述光電元件94輸出電信號。所述支撐件92則用來支撐所述光路轉向元件93，以使所述光路轉向元件93與所述光電元件94能夠彼此互相定位。所述光路轉向元件93用來將平行所述法線方向η傳輸的光信號轉向平行所述基板91的所述上表面后，傳輸到外部的光連接器(optical connector)。圖2是圖1的所述光路轉向元件93的底面圖，其中，多個V形槽溝931平行地安裝在所述光路轉向元件93的底面，多條光纖932分別設置于所述V形槽溝931內，并且通常會使用粘膠933固定所述光纖932于所述V形槽溝931內。所述光纖932最后連接到光連接器以將所述光電元件94所發出的光信號傳輸到外部或將外部光信號傳送到所述光電元件94。圖3是圖1的光學機械組件9中，沿II1-1II'線的剖示圖。所述光學機械組件9中，所述光路轉向元件93將所述光電元件94所發出或接收的垂直光信號轉換為水平光信號。轉換機制在所述光纖932的前端面形成鏡面932S，其與所述法線方向η具有45度夾角用來對光信號進行反射。然而，定位所述光路轉向元件93與所述光電元件94時，必須使所述鏡面932S精確定位于所述光電元件94，因此至少必須進行三個維度(例如前后、左右和旋轉)的定位，制作程序上較為復雜并且定位精度也難以有效提升。鑒于此，本發明還提出一種可有效簡化定位復雜度并提升定位精度和光耦合效率的光學機械組件及其制作方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種可減少制作過程中定位復雜度的光學機械組件及其制作方法。本發明的又一目的是提供一種可提高定位精度和光耦合效率的光學機械組件及其制作方法。為達到上述目的， 本發明提供一種光學機械組件，包含主動單元和傳輸單元。所述主動單元還包含第一承載件和光電單元；其中，所述第一承載件包含耦合部、第一固定部和第一支撐部，其中所述耦合部縱向上形成第一槽溝，所述第一固定部縱向上形成多個V型槽溝連通所述第一槽溝，所述第一支撐部縱向上形成第二槽溝連通所述V型槽溝；所述光電單元設置于所述耦合部的所述第一槽溝內，并包含多個光電芯片。所述傳輸單元還包含第二承載件、固定座和多個光波導；其中，所述第二承載件包含第二固定部和第二支撐部，其中所述第二固定部和所述第二支撐部相對稱所述第一承載件的所述第一固定部和所述第一支撐部分別形成多個V型槽溝和一第二槽溝；所述光波導設置于所述第二承載件的所述V型槽溝和所述第二槽溝內，其前端面形成45度角鏡面并分別定位所述光電單元的所述光電芯片；所述固定座包含多個透孔供所述光波導穿過；其中，所述第一承載件的所述第一固定部和所述第一支撐部與所述傳輸單元的所述第二固定部和所述第二支撐部由相同程序所制作。本發明還提供一種光學機械組件的制作方法，包含下列步驟:提供相同的第一承載件和第二承載件，其中所述第一承載件和所述第二承載件上均形成耦合部、固定部和支撐部，所述耦合部縱向上形成第一槽溝，所述固定部縱向上形成多個V型槽溝，所述支撐部縱向上形成第二槽溝；在所述第一承載件的所述耦合部的所述第一槽溝內設置光電單元以形成主動單元，其中所述光電單元包含多個光電芯片；移除所述第二承載件的所述耦合部；提供多個光波導安裝于所述第二承載件的所述V型槽溝和所述第二槽溝內；研磨所述第二承載件的所述固定部和所述光波導的前端面使分別形成45度角斜面和45度角前端面；將所述光波導的45度角前端面形成45度角鏡面；提供具有多個透孔的固定件供所述光波導穿過以形成傳輸單元；以及將所述傳輸單元結合于所述主動單元上并使所述光波導的45度角鏡面定位所述光電芯片。本發明的光學機械組件和其制作方法中，所述第一承載件的耦合部橫向上還形成至少一組定位槽溝。本發明的光學機械組件和其制作方法中，所述光電單元的所述光電芯片于橫向方向定位所述定位槽溝。本發明的光學機械組件和其制作方法中，所述光電芯片于縱向方向分別定位所述V型槽溝。本發明的光學機械組件和其制作方法中，所述固定部的所述45度角斜面的前緣定位所述定位槽溝。本發明的光學機械組件僅需進行一個維度方向的定位，因此具有較低的制作復雜度。此外，所述第一承載件和所述第二成載件以相同制作程序所制作，可有效提升定位精度和光耦合效率。
圖1是熟知的光學機械組件的立體示意圖。圖2是圖1的光學機械組件的光路轉向元件的底面圖。圖3是圖1的光學機械組件沿II1-1IΓ線的剖示圖。圖4是本發明實施方式的光學機械組件的立體圖。圖5是本發明實施方式的光 學機械組件的分解圖。
圖6是本發明實施方式的光學機械組件的制作流程圖。圖7-9E是是本發明實施方式的光學機械組件的制作流程的示意圖。附圖標記說明10基板20控制芯片30主動單元32第一承載件321、421 耦合部3211、4211 第一槽溝3212、4212定位槽溝322第一固定部3221、4221V形槽溝323第一支撐部3231、4231第二槽溝324、424第一連通槽溝325、425第二定位槽溝34光電單元341光電芯片40傳輸單兀42第二承載件422第二固定部422S第二固定部前端面422S' 45度角斜面423第二支撐部441光波導441S光波導前端面441S, 45度角前端面442保護套46固定座461透孔462固定銷孔8切割刀具9光學機械組件91基板92支撐件93光路轉向元件931V形槽溝932 光纖932S 鏡面933粘膠94光電元件95 導線S51-S58 步驟
具體實施例方式為了讓本發明的上述和其他目的、特征和優點更明顯，下文將配合附圖作詳細說明。在本發明的說明中，相同的構件以相同的符號表示，在此先說明。請參照圖4和5，圖4是本發明實施方式的光學機械組件的立體圖，圖5是本發明實施方式的光學機械組件的分解圖。本發明實施方式的光學機械組件包含基板10、控制芯片20、主動單元30和傳輸單元40。所述基板10，例如可以是印刷電路板(PCB板)，用來提供所述控制芯片20和所述主動單元30操作時所需電力，因此所述基板10上形成一層或多層導線(trace)和接觸孔(contact hole)用來傳輸電力和電信號，其中在基板上安裝導線和接觸孔的方式已經是熟知的，故不再贅述。所述控制芯片20設置于所述基板10上并電性連接所述基板10上的導線，用來輸出電信號至所述主動單元30或自所述主動單元30讀取電信號；其中，所述控制芯片20安裝在所述基板10上的方式并無特定限制，只要所述控制芯片20電性耦接所述基板10和所述主動單元30即可。所述主動單元30包 含第一承載件32和光電單元34。所述第一承載件32優選為硅基板，它可利用粘合、卡合、使用固定件通過其他方式連接在所述基板10上，并無特定限制。所述第一承載件32具有耦合部321、第一固定部322和第一支撐部323，其中所述耦合部321與所述第一固定部322以第一連通槽溝324作為區隔，所述第一固定部322與所述第一支撐部323以第二連通槽溝325作為區隔；亦即，所述耦合部321、第一固定部322和第一支撐部323沿著縱向方向(如圖中X方向)分別作為所述第一承載件32的一部分，所述第一連通槽溝324和所述第二連通槽溝325沿橫向方向(如圖中Y方向)區隔所述耦合部321、第一固定部322和第一支撐部323。所述I禹合部321上沿所述縱向方向利用蝕刻(etching)的方式形成第一槽溝3211連通所述第一連通槽溝324，其中所述第一槽溝3211大致位于所述耦合部321的中間部分。所述耦合部321上所述第一連通槽溝324的兩側外還分別形成至少一組定位槽溝3212 (此處是3組，但并不以此為限)，其中所述定位槽溝3212的長度方向優選沿著所述橫向方向，且可連通或不連通于所述第一槽溝3211。所述第一槽溝3211內設置有所述光電單元34，其包含多個光電芯片341用來發出或接收光信號，具有電極耦接所述光電芯片341，并通過所述基板10上的導線或通過打線(wire bond)的方式電性連接所述控制芯片20。所述光電芯片341,例如可以是激光芯片或光檢測器(photodetector),其中所述光電芯片341中心線的間距優選為250微米，亦即相等于一般光纖帶(fiber ribbon)中光纖的間距。可以了解的是，所述光電芯片341于所述橫向方向大致排列成一直線。相對應不同種類的光電單元34，所述定位槽溝3212可相應地安裝在所述耦合部321上以利后續定位用，因此當所述耦合部321上形成多個組定位槽溝3212時，本發明的光學機械組件可適用多種光電單元34。所述第一固定部322上沿著所述縱向方向，利用蝕刻的方式形成多個V型槽溝3221，其同時連通于所述第一連通槽溝324和所述第二連通槽溝325。所述V型槽溝3221彼此間的間距優選為250微米，用來分別設置裸光纖(barefiber)。因此，所述V型槽溝3221尺寸優選至少能夠置入裸光纖，并無特定限制。所述第一支撐部323上沿所述縱向方向，利用蝕刻的方式形成一支撐槽溝3231連通所述第二連通槽溝325，用來支撐光波導(詳述于后)。本實施方式中，所述二槽溝3231與所述第一槽溝3211優選通過同一道制作程序制作而成，因此可大致具有相同的寬度和深度，其中所述深度可根據設置于所述第一槽溝3211內的所述光電單元34的尺寸決定。本實施方式的所述主動單元30中，設置所述光電單元34時，優選使所述光電單元34上每個光電芯片341的中心于縱向方向分別定位于所述第一固定部322上的每條V型槽溝3221，并于橫向方向定位于所述耦合部321上的定位槽溝3212。由此，當所述光電單元34設置完畢后，即同時完成兩個維度(左右和旋轉)的定位程序。所述光電芯片341和所述V型槽溝3221的數目則根據所傳輸的信道(channel)數目決定，并不限定于圖5所示。所述第一連通槽溝324系用來連通所述第一槽溝3211和所述V型槽溝3221，所述第二連通槽溝325系用來連通所述V型槽溝3221和所述第二槽溝3231，因此所述第一連通槽溝324和所述第二連通槽溝325的橫截面形狀并無特定限制。所述傳輸單元40包含一第二承載件42 (實際上為所述第二承載件42的一部分)、多個光波導441和固定座46。所述第二承載件42與所述第一承載件30事先通過相同制作程序制作而成，因此同樣包含第二固定部422相對所述第一固定部322以及第二支撐部423相對所述第一支撐部323，其中所述第二承載件42的耦合部已于制作過程中移除(詳述于后)。同樣地，所述第二固定部422上沿著所述縱向方向以蝕刻的方式形成多個V型槽溝4221 ;所述第二支撐部423上沿著所述縱向方向以蝕刻的方式形成支撐槽溝4231 ;所述V型槽溝4221與所述支撐槽溝4231以沿所述橫向方向延伸的第二連通槽溝425相連通。所述光波導441為裸光纖，靠近其前端面的部分設置于所述V型槽溝4221內，優選以粘膠固定于所述V型槽溝4221內。所述光波導441的一部分優選包有保護套442 (fiber ribbon)，其中包有保護套442的部分設置于所述第二支撐部423的第二槽溝4231內并由所述第二支撐部423提供支撐于所述保護套442。所述固定座46包含多個透孔461和多個定位銷孔462 ;所述透孔461供所述光波導441的另一端穿過以進行固定，因此所述透孔461的直徑優選大致相等于裸光纖的直徑，約125微米；而透孔間距優選為250微米，但并不以此為限，其可根據實際使用的光波導決定。所述定位銷孔462則用來與外部光連接器(optical connector)的定位銷(未示出)連接。可以了解的是，若外部光連接器并非利用定位銷作為結合固定的方式，所述固定座46亦可不具有所述定位銷孔462。請參照圖6所示，其是本發明實施方式的光學機械組件的制作流程圖，包含下列步驟:提供相同的第一承載件和第二承載件(步驟S51);于所述第一承載件的耦合部的第一槽溝內設置光電單元以形成主動單元(步驟S52);移除所述第二承載件的耦合部(步驟S53);提供多個光波導安裝于所述第二承載件的多個V型槽溝和第二槽溝內(步驟S54);研磨所述第二承載件和所述光波導的前端面以分別形成45度角斜面和45度角前端面(步驟S55);將所述光波導的45度角前端面形成45度角鏡面(步驟S56);提供具有多個透孔的固定件供所述光波導穿過以形成傳輸單元(步驟S57);以和將所述傳輸單元結合于所述主動單元上并使所述光波導的45度角鏡面定位所述光電單元(步驟S58)。請同時參照圖6至9E所示，以下將說明制作本實施方式的光學機械組件的制作流程。請參照圖7所示，首先提供兩完全相同的第一承載件32和第二承載件42。所述第一承載件32上已事先利用蝕刻的方式形成所述第一連通槽溝324和所述第二連通槽溝325以區隔出所述耦合部321、所述第一固定部322和所述第一支撐部323 ;并事先利用蝕刻的方式于所述耦合部321上形成所述第一槽溝3211和至少一組定位槽溝3212，于所述第一固定部322上形成所述V型槽溝3221，于所述第一支撐部323上形成所述第二槽溝3231。所述第二承載件42亦利用相同制作程序制作出第一連通槽溝424、第二連通槽溝425、第一槽溝4211、定位槽溝4212、V型槽溝4221和第二槽溝4231 (步驟S51)。換句話說，此步驟所提供的所述第一承載件32和所述第二承載件42具有對稱的結構。請參照圖8所示，接下來于所述第一承載件32的第一槽溝3211內設置光電單元34以形成本實施方式所稱的主動單元30 (步驟S52);其中，所述光電單元34上已事先形成多個光電芯片341以及與所述光電芯片341電性耦接的電極，所述光電單元34例如可為商用元件，但也可以是自行設計制作的元件。如前所述，所述光電單元34的設置方式須將所述光電芯片341與所述V型槽溝3221和所述定位槽溝3212進行定位。接下來將所述主動單元30設置于基板10上，并電性耦接所述基板10和所述基板10上的控制芯片20。必需說明的是，此步驟中可先將所述第一承載件32設置于所述基板10上后再設置所述光電單元34，或者兩者的設置順序對調；此外，所述主動單元30與所述控制芯片20的設置順序也沒有特定限制，只要能將所述控制芯片20和所述主動單元30設置于所述基板10上并使彼此電連接即可。請參照圖9A所示，接下來利用一切割刀具8 (例如鉆石刀，但不以此為限)將所述第二承載件42的耦合部421從所述第二承載件42移除(步驟S53);也就是，本實施方式的光學機械組件在制作完成時，所述第二承載件42并不具有耦合部421。請參照圖9B所示，接下來分別設置多個光波導441于所述V型槽溝4221和所述第二槽溝4231內，并于所述光波導441上套保護套442，其中所述光波導441未套有所述保護套422的裸露部分設置于所述V型槽溝4221內而套有所述保護套422的受保護部分優選設置于所述第二槽溝4231內以受其支撐(步驟S54)。所述光波導441的前端面441S優選大致對齊于所述第二固定部442的前端面422S，以利后續研磨步驟。此外，保護套422此處雖是為4個分離套體，但亦可為單一套體并具有多個穿孔用來套在所述光波導441外。請參照圖9C所示，接下來同時研磨所述第二固定部442的前端面422S和所述光波導441的前端面441S以分別形成45度角斜面422S'和45度角前端面441S'(步驟S55)。接下來對所述光波導441的45度角前端面441S'進行拋光研磨以形成45度角鏡面(步驟S56)；于此步驟中，亦可于所述45度角鏡面上鍍上一層或數層適當金屬層以增加其反射率，但并非限定必須在所述45度角鏡面鍍上金屬層。請參照圖9D所示，接下來提供具有多個透孔461的固定座46供所述光波導441的遠離所述45度角前端面441S'的一端穿過以進行固定；其中，所述透孔461定位于所述光波導441，換句話說，定位于所述V型槽溝4221。接下來對所述固定座46遠離所述第二承載座42的一側進行拋光研磨以形成本實施方式所述的傳輸單元40 (步驟S57)，如圖9E所示。所述固定座46可用來與外部光連接元件相結合以將所述光波導441與外部光波導光耦合。接下來，將所述傳輸單元40蓋在所述主動單元30 (此時所述主動單元30已設置在所述基板10上)并使所述光波導的45度角鏡面441S'定位于所述光電單兀34的光電芯片341以完成本實施方式的光學機械組件(步驟S58)，即如圖4所示。此步驟中，由于所述主動單元30上設置有所述定位槽溝3212，因此只要將所述傳輸單元40的所述第二固定部422的45度角斜面422S'的前緣定位于所述定位槽溝3212則可完成縱向方向的定位，如前所述橫向方向和旋轉方向的定位于設置所述光電單兀34時即已完成。由于所述第一承載件32和所述第二承載件42系互為對稱結構，只要將所述第一承載件32和所述第二承載件42定位完成，即同時完成了所述光波導441與所述光電芯片341的定位并具有高定位精確度。此外，其他實施方式中，所述主動單元30上也可不設置有所述定位槽溝3212，可通過檢測所述光波導441的最大輸出光功率以確認所述光波導441與所述光電芯片341的定位，且由于仍不需進行橫向和旋轉的定位，相對于熟知的結構仍具有較簡單的定位復雜度。必須說明的是，本實施方式中圖8與圖9A-9E所示步驟可同時進行，或者先進行圖8的步驟，或者先進行圖9A-9E的步驟，并無特定限制。綜上所述，熟知的光學機械組件需要同時進行至少三個維度的定位程序，因此制作過程復雜且不易達成高耦合效率。本發明還提供一種光學機械組件(如圖4)及其制作方法(第6-9E圖)，它可大幅降低光波導與光電芯片間的定位復雜度,并且由于承載光波導與承載光電芯片的兩承載件以相同制作程序制作，可有效提升定位精度以提升光耦合效率。雖然本發明已用前述實施方式揭示，然而它并非用來限定本發明，任何本發明所屬技術領域中的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內的情況下，可以作各種更動與修改。因此本發明的保護范圍應該以所附的權利要求范圍所界定的為準。
權利要求
1.一種光學機械組件，該光學機械組件包含: 主動單元，該主動單元包含第一承載件和光電單元，其中， 所述第一承載件包含耦合部、第一固定部和第一支撐部，其中所述耦合部縱向上形成有第一槽溝，所述第一固定部縱向上形成有多個V型槽溝連通所述第一槽溝，所述第一支撐部縱向上形成有第二槽溝連通所述V型槽溝； 所述光電單元設置在所述耦合部的所述第一槽溝內，并包含多個光電芯片；以及 傳輸單元，該傳輸單元包含第二承載件、固定座和多個光波導，其中， 所述第二承載件包含第二固定部和第二支撐部，其中所述第二固定部和所述第二支撐部對稱于所述第一承載件的所述第一固定部和所述第一支撐部分別形成第二槽溝和多個V型槽溝； 所述光波導設置在所述第二承載件的所述V型槽溝和所述第二槽溝內，所述光波導前端面形成45度角鏡面并分別定位所述光電單元的所述光電芯片； 所述固定座包含多個透孔以供所述光波導穿過； 其中，所述第一承載件的所述第一固定部和所述第一支撐部與所述傳輸單元的所述第二固定部和所述第二支撐部由相同制作程序制作。
2.根據權利要求1所述的光學機械組件，其中所述第一承載件的所述耦合部橫向上還形成有至少一組定位槽溝。
3.根據權利要求2所述的光學機械組件,其中所述光電單兀的所述光電芯片在橫向方向定位所述定位槽溝。
4.根據權利要求1或2所述的光學機械組件，其中所述光電芯片在縱向方向分別定位所述V型槽溝。
5.根據權利要求1所述的光學機械組件，其中所述光波導套有保護套；所述光波導未套有所述保護套的部分設置在所述V型槽溝內，所述光波導套有所述保護套的部分設置在所述第二槽溝內。
6.一種光學機械組件的制作方法，該方法包含下列步驟: 提供相同的第一承載件和第二承載件，其中所述第一承載件和所述第二承載件上均形成有耦合部、固定部和支撐部，所述耦合部縱向上形成有第一槽溝，所述固定部縱向上形成有多個V型槽溝，所述支撐部縱向上形成有第二槽溝； 在所述第一承載件的所述耦合部的所述第一槽溝內設置光電單元以形成主動單元，其中所述光電單元包含多個光電芯片； 移除所述第二承載件的所述耦合部； 提供多個光波導安裝在所述第二承載件的所述V型槽溝和所述第二槽溝內； 研磨所述第二承載件的所述固定部和所述光波導的前端面以分別形成45度角斜面和45度角前端面； 將所述光波導的45度角前端面形成45度角鏡面； 提供具有多個透孔的固定件以供所述光波導穿過形成傳輸單元；以及 將所述傳輸單元結合在所述主動單元上并使所述光波導的45度角鏡面定位所述光電-H-* I I心/T O
7.根據權利要求6所述的制作方法，其中所述第一承載件的所述耦合部橫向上還形成有至少一組定位槽溝。
8.根據權利要求7所述的制作方法，其中將所述傳輸單元結合在所述主動單元上的步驟是將所述固定部的所述45度角斜面的前緣定位所述定位槽溝。
9.根據權利要求7所述的制作方法，其中所述設置光電單元的步驟是將所述光電單元的所述光電芯片在橫向方向定位所述定位槽溝。
10.根據權利要求6或7所述的制作方法，其中所述設置光電單元的步驟是將所述光電芯片在縱向方向分別定位所述V型槽溝。
全文摘要
一種光學機械組件，包含主動單元和傳輸單元。所述主動單元包含第一承載件用來設置光電單元。所述傳輸單元包含第二承載件用來固定多個光波導。所述光電單元與所述光波導形成光耦合；所述第一承載件與所述第二承載件具有對稱結構。本發明還提供一種光學機械組件的制作方法。
文檔編號G02B6/42GK103217751SQ201210018219
公開日2013年7月24日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者林方正, 吳祖修, 陳世育, 葉千絹, 黃光輝 申請人:環隆科技股份有限公司