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    • 专利摘要:
    一種光機總成，包含一主動單元及一傳輸單元。該主動單元包含一第一承載件用以設置一光電單元。該傳輸單元包含一第二承載件用以固定複數光波導。該光電單元與該等光波導形成光耦合；該第一承載件與該第二承載件具有對稱結構。本發明另提供一種光機總成之製作方法。
    公开号:TW201321816A
    申请号:TW100142238
    申请日:2011-11-18
    公开日:2013-06-01
    发明作者:Fang-Jeng Lin；Tsu-Hsiu Wu；Shih-Yu Chen；Chien-Chuan Yeh；Kuang-Hui Huang
    申请人:Universal Microelectronics Co Ltd；
    IPC主号:G02B6-00
    专利说明:
    光機總成及其製作方法
    本發明係關於一種光電轉換裝置，特別係關於一種可減少對位複雜度並提升對位精度之光機總成及其製作方法。
    光纖與雷射光源或光偵測器(photodetector)間之良好對位可提高傳輸的耦合效率。隨著傳輸容量之提升，如何同時針對複數光纖與複數雷射光源或光偵測器進行光耦合已成為一重要的研究課題。
    請參照第1圖所示，其顯示一種習知光機總成9之立體圖，該光機總成9包含一基板91、一支撐件92、一光路轉向元件93、一光電元件94及複數導線95。該光電元件94設置於該基板91之一上表面，並發出或偵測沿著該基板91之一法限方向n傳輸之光訊號。該等導線95形成於該基板91之該上表面並電性耦接該光電元件94，藉以輸入電訊號至該光電元件94或從該光電元件94輸出電訊號。該支撐件92則用以支撐該光路轉向元件93，以使該光路轉向元件93與該光電元件94能夠彼此互相對位。該光路轉向元件93用以將平行該法限方向n傳輸之光訊號轉向為平行該基板91之該上表面後，傳輸至外部之一光連接器(optical connector)。
    請參照第2圖所示，其顯示第1圖之該光路轉向元件93之底面圖，其中，複數V形槽溝931係平行地形成於該光路轉向元件93之一底面，複數條光纖932則分別設置於該等V形槽溝931內，並且通常會使用黏膠933固定該等光纖932於該等V形槽溝931內。該等光纖932最後連接至一光連接器以將該光電元件94所發出之光訊號傳輸至外部或將外部光訊號傳送至該光電元件94。
    請參照第3圖所示，其顯示第1圖之光機總成9中，沿III-III'線之剖示圖。該光機總成9中，該光路轉向元件93將該光電元件94所發出或接收的垂直光訊號轉換為水平光訊號。轉換機制係於該等光纖932之前端面形成一鏡面932S，其與該法線方向n具有45度夾角用以對光訊號進行反射。然而，對位該光路轉向元件93與該光電元件94時，必須使該鏡面932S精確對位於該光電元件94，因此至少必須進行三個維度(例如前後、左右及旋轉)的對位，製程上較為複雜且對位精度也難以有效提升。
    有鑑於此，本發明另提出一種可有效簡化對位複雜度並提升對位精度及光耦合效率之光機總成及其製作方法。
    本發明之一目的在提供一種可減少製作過程中對位複雜度之光機總成及其製作方法。
    本發明之另一目的在提供一種可提高對位精度及光耦合效率之光機總成及其製作方法。
    為連上述目的，本發明提供一種光機總成，包含一主動單元及一傳輸單元。該主動單元另包含一第一承載件及一光電單元；其中，該第一承載件包含一耦合部、一第一固定部及一第一支撐部，其中該耦合部縱向上形成有一第一槽溝，該第一固定部縱向上形成有複數V型槽溝連通該第一槽溝，該第一支撐部縱向上形成有一第二槽溝連通該等V型槽溝；該光電單元設置於該耦合部之該第一槽溝內，並包含複數光電晶片。該傳輸單元另包含一第二承載件、複數光波導及一固定座；其中，該第二承載件包含一第二固定部及一第二支撐部，其中該第二固定部及該第二支撐部相對稱該第一承載件之該第一固定部及該第一支撐部分別形成有複數V型槽溝及一第二槽溝；該等光波導設置於該第二承載件之該等V型槽溝及該第二槽溝內，其前端面形成45度角鏡面並分別對位該光電單元之該等光電晶片；該固定座包含複數透孔供該等光波導穿設而過；其中，該第一承載件之該第一固定部及該第一支撐部與該傳輸單元之該第二固定部及該第二支撐部係由相同製程所製作。
    本發明另提供一種光機總成之製作方法，包含下列步驟：提供相同的一第一承載件及一第二承載件，其中該第一承載件及該第二承載件上均形成有一耦合部、一固定部及一支撐部，該耦合部縱向上形成有一第一槽溝，該固定部縱向上形成有複數V型槽溝，該支撐部縱向上形成有一第二槽溝；於該第一承載件之該耦合部之該第一槽溝內設置一光電單元以形成一主動單元，其中該光電單元包含複數光電晶片；移除該第二承載件之該耦合部；提供複數光波導固設於該第二承載件之該等V型槽溝及該第二槽溝內；研磨該第二承載件之該固定部及該等光波導之前端面以分別形成一45度角斜面及45度角前端面；將該等光波導之45度角前端面形成45度角鏡面；提供具有複數透孔之一固定件供該等光波導穿設而過以形成一傳輸單元；以及將該傳輸單元結合於該主動單元上並使該等光波導之45度角鏡面對位該等光電晶片。
    本發明之光機總成及其製作方法中，該第一承載件之耦合部橫向上另形成有至少一組對位槽溝。
    本發明之光機總成及其製作方法中，該光電單元之該等光電晶片於橫向方向對位該等對位槽溝。
    本發明之光機總成及其製作方法中，該等光電晶片於縱向方向分別對位該等V型槽溝。
    本發明之光機總成及其製作方法中，該固定部之該45度角斜面之前緣對位該對位槽溝。
    本發明之光機總成僅需進行一個維度方向的對位，因此具有較低的製作複雜度。此外，該第一承載件及該第二成載件係以相同製程所製作，可有效提升對位精度及光耦合效率。
    為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。於本發明之說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此合先敘明。
    請參照第4及5圖所示，第4圖顯示本發明實施例之光機總成之立體圖，第5圖顯示本發明實施例之光機總成之分解圖。本發明實施例之光機總成包含一基板10、一控制晶片20、一主動單元30及一傳輸單元40。
    該基板10例如可為一印刷電路板(PCB基板)，用以提供該控制晶片20及該主動單元30運作時所需電力，因此該基板10上形成有一層或多層導線(trace)及接觸孔(contact hole)用以傳輸電力及電訊號，其中於基板上形成導線及接觸孔之方式已為習知，故於此不再贅述。
    該控制晶片20設置於該基板10上並電性連接該基板10上之導線，用以輸出電訊號至該主動單元30或自該主動單元30讀取電訊號；其中，該控制晶片20形成於該基板10上的方式並無特定限制，只要該控制晶片20電性耦接該基板10及該主動單元30即可。
    該主動單元30包含一第一承載件32及一光電單元34。該第一承載件32較佳為一矽基板，其可利用黏合、卡合、使用固定件過其他方式結合於該基板10上，並無特定限制。該第一承載件32具有一耦合部321、一第一固定部322及一第一支撐部323，其中該耦合部321與該第一固定部322以一第一連通槽溝324作為區隔，該第一固定部322與該第一支撐部323以一第二連通槽溝325作為區隔；亦即，該耦合部321、第一固定部322及第一支撐部323沿著一縱向方向(如圖中X方向)分別作為該第一承載件32之一部分，該第一連通槽溝324及該第二連通槽溝325沿一橫向方向(如圖中Y方向)區隔該耦合部321、第一固定部322及第一支撐部323。
    該耦合部321上沿該縱向方向利用蝕刻(etching)的方式形成有一第一槽溝3211連通該第一連通槽溝324，其中該第一槽溝3211大致位於該耦合部321的中間部分。該耦合部321上該第一連通槽溝324的兩側外另分別形成有至少一組對位槽溝3212(此處顯示為3組，但並不以此為限)，其中該等對位槽溝3212之一長度方向較佳沿著該橫向方向，且可連通或不連通於該第一槽溝3211。該第一槽溝3211內設置有該光電單元34，其包含複數光電晶片341用以發出或接收光訊號，具有電極耦接該等光電晶片341，並透過該基板10上之導線或透過打線(wire bond)的方式電性連接該控制晶片20。該等光電晶片341例如可為雷射晶片或光偵測器(photodetector)，其中該等光電晶片341中心線之間距較佳為250微米，亦即相等於一般光纖帶(fiber ribbon)中光纖之間距。可以了解的是，該等光電晶片341於該橫向方向係大致排列成一直線。相對應不同種類的光電單元34，該等對位槽溝3212可相應地形成於該耦合部321上以利後續對位之用，因此當該耦合部321上形成有複數組對位槽溝3212時，本發明之光機總成則可適用多種光電單元34。
    該第一固定部322上沿著該縱向方向，利用蝕刻的方式形成有複數V型槽溝3221，其同時連通於該第一連通槽溝324及該第二連通槽溝325。該等V型槽溝3221彼此間之間距較佳為250微米，用以分別設置一裸光纖(bare fiber)。因此，該等V型槽溝3221尺寸較佳至少能夠置入裸光纖，並無特定限制。
    該第一支撐部323上沿該縱向方向，利用蝕刻的方式形成有一支撐槽溝3231連通該第二連通槽溝325，用以支撐光波導(容詳述於後)。本實施例中，該二槽溝3231與該第一槽溝3211較佳透過同一道製程所製作而成，因此可大致具有相同的寬度及深度，其中所述深度可根據設置於該第一槽溝3211內之該光電單元34之尺寸決定。
    本實施例之該主動單元30中，設置該光電單元34時，較佳使該光電單元34上每個光電晶片341之中心於縱向方向分別對位於該第一固定部322上之每條V型槽溝3221，並於橫向方向對位於該耦合部321上之對位槽溝3212。藉此，當該光電單元34設置完畢後，即同時完成兩個維度(左右及旋轉)的對位程序。該等光電晶片341及該等V型槽溝3221之數目則根據所傳輸的頻道(channel)數目決定，並不限定於第5圖所示者。該第一連通槽溝324係用以連通該第一槽溝3211及該等V型槽溝3221，該第二連通槽溝325係用以連通該等V型槽溝3221及該第二槽溝3231，因此該第一連通槽溝324及該第二連通槽溝325之橫截面形狀並無特定限制。
    該傳輸單元40包含一第二承載件42(實際上為該第二承載件42之一部份)、複數光波導441及一固定座46。該第二承載件42與該第一承載件30係事先透過相同製程所製作而成，因此同樣包含一第二固定部422相對該第一固定部322以及一第二支撐部423相對該第一支撐部323，其中該第二承載件42之耦合部已於製作過程中遭移除(容詳述於後)。同樣地，該第二固定部422上沿著該縱向方向以蝕刻的方式形成有複數V型槽溝4221；該第二支撐部423上沿著該縱向方向以蝕刻的方式形成有一支撐槽溝4231；該等V型槽溝4221與該支撐槽溝4231以沿該橫向方向延伸之一第二連通槽溝425相連通。
    該等光波導441為裸光纖，靠近其前端面的部分設置於該等V型槽溝4221內，較佳係以黏膠固定於該等V型槽溝4221內。該等光波導441之一部分較佳包覆有保護套442(fiber ribbon)，其中包覆有保護套442的部分係設置於該第二支撐部423之第二槽溝4231內並由該第二支撐部423提供支撐於該保護套442。該固定座46包含複數透孔461及複數定位銷孔462；該等透孔461供該等光波導441之另一端穿設而過以進行固定，因此該等透孔461之直徑較佳大致相等於裸光纖之直徑，約125微米；而透孔間距較佳等為250微米，但並不以此為限，其可根據實際所使用之光波導決定。該等定位銷孔462則用以與外部光連接器(optical connector)之定位銷(未繪示)結合連接。可以了解的是，若外部光連接器並非利用定位銷作為結合固定的方式，該固定座46亦可不具有該定位銷孔462。
    請參照第6圖所示，其顯示本發明實施例之光機總成之製作流程圖，包含下列步驟：提供相同的一第一承載件及一第二承載件(步驟S51)；於該第一承載件之耦合部之第一槽溝內設置一光電單元以形成一主動單元(步驟S52)；移除該第二承載件之耦合部(步驟S53)；提供複數光波導固設於該第二承載件之複數V型槽溝及第二槽溝內(步驟S54)；研磨該第二承載件及該等光波導之前端面以分別形成45度角斜面及45度角前端面(步驟S55)；將該等光波導之45度角前端面形成45度角鏡面(步驟S56)；提供具有複數透孔之一固定件供該等光波導穿設而過以形成一傳輸單元(步驟S57)；以及將該傳輸單元結合於該主動單元上並使該等光波導之45度角鏡面對位該光電單元(步驟S58)。
    請同時參照第6至9E圖所示，以下將說明製作本實施例之光機總成之製作流程。
    請參照第7圖所示，首先提供兩完全相同的第一承載件32及第二承載件42。該第一承載件32上已事先利用蝕刻的方式形成有該第一連通槽溝324及該第二連通槽溝325以區隔出該耦合部321、該第一固定部322及該第一支撐部323；並事先利用蝕刻的方式於該耦合部321上形成有該第一槽溝3211及至少一組對位槽溝3212，於該第一固定部322上形成有該等V型槽溝3221，於該第一支撐部323上形成有該第二槽溝3231。該第二承載件42亦利用相同製程製作出第一連通槽溝424、第二連通槽溝425、第一槽溝4211、對位槽溝4212、V型槽溝4221及第二槽溝4231(步驟S51)。換句話說，此步驟所提供之該第一承載件32及該第二承載件42具有對稱的結構。
    請參照第8圖所示，接著於該第一承載件32之第一槽溝3211內設置一光電單元34以形成本實施例所稱之主動單元30(步驟S52)；其中，該光電單元34上已事先形成有複數光電晶片341以及與該等光電晶片341電性耦接之電極，該光電單元34例如可為商用元件，但亦可為自行設計製作之元件。如前所述，該光電單元34之設置方式須將該等光電晶片341與該等V型槽溝3221及該對位槽溝3212進行對位。接著將該主動單元30設置於一基板10上，並電性耦接該基板10及該基板10上之一控制晶片20。必需說明的是，此步驟中可先將該第一承載件32設置於該基板10上後再設置該光電單元34，或者兩者的設置順序對調；此外，該主動單元30與該控制晶片20之設置順序亦沒有特定限制，只要能將該控制晶片20及該主動單元30設置於該基板10上並使彼此電性連接即可。
    請參照第9A圖所示，接著利用一切割刀具8(例如鑽石刀，但不以此為限)將該第二承載件42之耦合部421從該第二承載件42移除(步驟S53)；亦即，本實施例之光機總成於製作完成時，該第二承載件42並不具有耦合部421。
    請參照第9B圖所示，接著分別設置複數光波導441於該等V型槽溝4221及該第二槽溝4231內，並於該等光波導441上套設一保護套442，其中該等光波導441未套設有該保護套422之裸露部份係設置於該等V型槽溝4221內而套設有該保護套422之受保護部份較佳設置於該第二槽溝4231內以受其支撐(步驟S54)。該等光波導441之前端面441S較佳大致對齊於該第二固定部442之前端面422S，以利後續研磨步驟。此外，保護套422此處雖顯示為4個分離套體，但亦可為單一套體並具有複數穿孔用以套設於該等光波導441外。
    請參照第9C圖所示，接著同時研磨該第二固定部442之前端面422S及該等光波導441之前端面441S以分別形成45度角斜面422S'及45度角前端面441S'(步驟S55)。接著對該等光波導441之45度角前端面441S'進行拋光研磨以形成一45度角鏡面(步驟S56)；於此步驟中，亦可於該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，但並非限定必須鍍上金屬層於該45度角鏡面。
    請參照第9D圖所示，接著提供具有複數透孔461之一固定座46供該等光波導441之遠離該45度角前端面441S'之一端穿設而過以進行固定；其中，該等透孔461係對位於該等光波導441，換句話說，對位於該等V型槽溝4221。接著對該固定座46遠離該第二承載座42的一側進行拋光研磨以形成本實施例所述之傳輸單元40(步驟S57)，如第9E圖所示。該固定座46可用以與一外部光連接元件相結合以將該等光波導441與外部光波導光耦合。
    接著，將該傳輸單元40蓋合於該主動單元30(此時該主動單元30已設置於該基板10上)並使該等光波導之45度角鏡面441S'對位於該光電單元34之光電晶片341以完成本實施例之光機總成(步驟S58)，即如第4圖所示。此步驟中，由於該主動單元30上設置有該對位槽溝3212，因此只要將該傳輸單元40之該第二固定部422之45度角斜面422S'之前緣對位於該對位槽溝3212則可完成縱向方向的對位，如前所述橫向方向及旋轉方向的對位於設置該光電單元34時即已完成。由於該第一承載件32及該第二承載件42係互為對稱結構，只要將該第一承載件32及該第二承載件42對位完成，即同時完成了該等光波導441與該等光電晶片341之對位並具有高對位精確度。此外，其他實施例中，該主動單元30上亦可不設置有該等對位槽溝3212，可透過偵測該等光波導441之最大輸出光功率以確認該等光波導441與該等光電晶片341之對位，且由於仍不需進行橫向及旋轉的對位，相對於習知結構仍具有較簡單的對位複雜度。
    必須說明的是，本實施例中第8圖與第9A~9E圖所示步驟可同時進行，或者先進行第8圖之步驟，或者先進行第9A~9E圖之步驟，並無特定限制。
    綜上所述，習知光機總成需要同時進行至少三個維度的對位程序，因此製作過程複雜且不易達成高耦合效率。本發明另提供一種光機總成(如第4圖)及其製作方法(第6~9E圖)，其可大幅降低光波導與光電晶片間之對位複雜度，且由於承載光波導與承載光電晶片之兩承載件係以相同製程所製作，可有效提升對位精度以提升光耦合效率。
    雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    10．．．基板
    20．．．控制晶片
    30．．．主動單元
    32．．．第一承載件
    321、421．．．耦合部
    3211、4211．．．第一槽溝
    3212、4212．．．對位槽溝
    322．．．第一固定部
    3221、4221．．．V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．．．第二對位槽溝
    34．．．光電單元
    341．．．光電晶片
    40．．．傳輸單元
    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．．．光機總成
    91．．．基板
    92．．．支撐件
    93．．．光路轉向元件
    931．．．V形槽溝
    932．．．光纖
    932S．．．鏡面
    933．．．黏膠
    94．．．光電元件
    95．．．導線
    S51~S58．．．步驟
    第1圖顯示習知光機總成之立體示意圖。
    第2圖顯示第1圖之光機總成之光路轉向元件之底面圖。
    第3圖顯示第1圖之光機總成沿III-III'線之剖示圖。
    第4圖顯示本發明實施例之光機總成之立體圖。
    第5圖顯示本發明實施例之光機總成之分解圖。
    第6圖顯示本發明實施例之光機總成之製作流程圖。
    第7~9E圖顯示顯示本發明實施例之光機總成之製作流程之示意圖。
    10．．．基板
    20．．．控制晶片
    30．．．主動單元
    40．．．傳輸單元
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種光機總成，包含：一主動單元，另包含一第一承載件及一光電單元，其中，該第一承載件包含一耦合部、一第一固定部及一第一支撐部，其中該耦合部縱向上形成有一第一槽溝，該第一固定部縱向上形成有複數V型槽溝連通該第一槽溝，該第一支撐部縱向上形成有一第二槽溝連通該等V型槽溝；該光電單元設置於該耦合部之該第一槽溝內，並包含複數光電晶片；以及一傳輸單元，另包含一第二承載件、複數光波導及一固定座，其中，該第二承載件包含一第二固定部及一第二支撐部，其中該第二固定部及該第二支撐部相對稱該第一承載件之該第一固定部及該第一支撐部分別形成有複數V型槽溝及一第二槽溝；該等光波導設置於該第二承載件之該等V型槽溝及該第二槽溝內，其前端面形成45度角鏡面並分別對位該光電單元之該等光電晶片；該固定座包含複數透孔供該等光波導穿設而過；其中，該第一承載件之該第一固定部及該第一支撐部與該傳輸單元之該第二固定部及該第二支撐部係由相同製程所製作。
    [2] 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該第一承載件之該耦合部橫向上另形成有至少一組對位槽溝。
    [3] 依申請專利範圍第2項之光機總成，其中該光電單元之該等光電晶片於橫向方向對位該等對位槽溝。
    [4] 依申請專利範圍第1或2項之光機總成，其中該等光電晶片於縱向方向分別對位該等V型槽溝。
    [5] 依申請專利範圍第1項之光機總成，其中該等光波導套設有一保護套；該等光波導未套設有該保護套之部份設置於該等V型槽溝內，該等光波導套設有該保護套之部份設置於該第二槽溝內。
    [6] 一種光機總成之製作方法，包含下列步驟：提供相同的一第一承載件及一第二承載件，其中該第一承載件及該第二承載件上均形成有一耦合部、一固定部及一支撐部，該耦合部縱向上形成有一第一槽溝，該固定部縱向上形成有複數V型槽溝，該支撐部縱向上形成有一第二槽溝；於該第一承載件之該耦合部之該第一槽溝內設置一光電單元以形成一主動單元，其中該光電單元包含複數光電晶片；移除該第二承載件之該耦合部；提供複數光波導固設於該第二承載件之該等V型槽溝及該第二槽溝內；研磨該第二承載件之該固定部及該等光波導之前端面以分別形成一45度角斜面及45度角前端面；將該等光波導之45度角前端面形成45度角鏡面；提供具有複數透孔之一固定件供該等光波導穿設而過以形成一傳輸單元；以及將該傳輸單元結合於該主動單元上並使該等光波導之45度角鏡面對位該等光電晶片。
    [7] 依申請專利範圍第6項之製作方法，其中該第一承載件之該耦合部橫向上另形成有至少一組對位槽溝。
    [8] 依申請專利範圍第7項之製作方法，其中該將該傳輸單元結合於該主動單元上之步驟中，係將該固定部之該45度角斜面之前緣對位該對位槽溝。
    [9] 依申請專利範圍第7項之製作方法，其中該設置一光電單元之步驟中，係將該光電單元之該等光電晶片於橫向方向對位該對位槽溝。
    [10] 依申請專利範圍第6或7項之製作方法，其中該設置一光電單元之步驟中，等光電晶片於縱向方向分別對位該等V型槽溝。
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