Brevet FR2743898A1 — publié le 19970725

Etat de la technique: L'invention concerne un circuit optique intégré avec au moins un guide d'ondes optique, au moins une électrode et deux guidages de fibres coïncidant avec le guide d'ondes et un procédé servant à fabriquer un tel circuit optique intégré. On connaît déjà par la demande de brevet DE-P- 42 40 950 un circuit optique intégré et un procédé servant à fabriquer un couvercle pour un circuit optique intégré. Ce cou- vercle est dans ce cas en un polymère, qui entoure un élément o optique de construction, par exemple avec une électrode, sensi- blement de façon complète. On fabrique ce couvercle selon le procédé de meulage, l'élément optique de construction étant po- sé sur une matrice de moulage et ajusté, puis ensuite on coule le polymère. La matrice de moulage présente outre des disposi- tifs d'ajustage pour l'élément optique de construction des nez de guidage qui constituent des rainures de guidage dans le cou- vercle. Le couvercle est ensuite collé à un substrat qui est également fabriqué à l'aide de la technique de moulage. Dans ce substrat, on pratique des rigoles pour les noyaux des guides d'ondes et on place des dispositifs d'ajustage. L'adhé- sif optique transparent utilisé pour le collage et qui présente une réfringence plus élevée remplit dans ce cas ces rigoles et forme ainsi les noyaux des guides d'ondes. Pour éviter une di- minution de la qualité du circuit optique intégré, il est né- cessaire d'avoir un contact étroit du couvercle avec le substrat par l'intermédiaire de toute la surface du substrat, mais au moins dans l'entourage des noyaux des guides d'ondes. Des aspérités sur la surface du couvercle, qui peuvent par exemple se produire du fait d'une contraction du polymère lors de son durcissement ou par exemple du fait d'une dilatation thermique différente du polymère et de l'élément de construc- tion optique refondu, affectent toutefois le contact étroit et de cette façon la qualité du circuit. En outre, la mise en con- tact des circuits électriques dans l'élément optique de cons- truction cause des problèmes, car celui-ci est complètement refondu. En outre, on doit mettre sans nécessité beaucoup de matière de qualité optique élevée pour le couvercle. De plus, le substrat doit être réalisé, pour des raisons de stabilité, relativement épais. Avantages de l'invention: Le circuit optique intégré selon l'invention est caractérisé par une plaque de support qui entoure les rainures de guidage de fibres et l'électrode, en outre une couche de substrat, mise sur la plaque de support, reçoit le guide d'on- des optique et finalement une feuille de couvercle mise sur la face de la couche de substrat qui est en regard de la plaque de support. Le circuit selon l'invention a par contre l'avan- tage que l'utilisation d'une plaque de support conduit à un renforcement du substrat. En outre, on peut optimiser plus fa- cilement la matière de la plaque de support du point de vue mé- canique et thermique, car elle n'a pas besoin d'être nécessairement optique et transparente. Un autre avantage ré- side dans le fait que le substrat n'est pas mis qu'aux endroits nécessaires sur la plaque de support et présente de préférence une épaisseur d'environ 20 pm. Comme aussi la feuille de cou- vercle ne recouvre pas la surface toute entière de la plaque de support et ne possède aussi qu'une épaisseur d'environ 30 gm, de préférence on peut réaliser aussi ici une autre économie de matière. De préférence, on constitue dans le substrat une rigole de remplissage qui se trouve au voisinage des points de contact des électrodes et protège celles-ci lors du collage de la matière adhésive. Le circuit selon l'invention est caracté- risé par un dissipateur thermique placé sur la feuille de cou- vercle. Le circuit selon l'invention a par rapport à l'état de la technique l'avantage que des aspérités ne se produisent plus sur la surface du substrat. Grâce au fait que la matière du substrat est injectée dans un espace de coulée formé par une matrice de moulage et la plaque de support de préférence au moyen de trous de remplissage dans la plaque de support, on peut compenser une contraction lors du durcissement du substrat très simplement après le remplissage de la matière du substrat. Comme on se passe de l'utilisation d'un couvercle au sens classique avec des évidements d'ajustage, des rainures de guidage, ou autres, on simplifie considérablement la fabri- cation. En particulier la qualité du couplage des fibres et du circuit optique intégré ne dépend que de la précision d'un élé- ment de construction, à savoir le mandrin de moulage. De préférence, on colle une feuille de couvercle sur le substrat, en évitant un ajustage à l'aide de nez de gui- dage, comme cela est nécessaire dans le cas de l'état de la technique entre le couvercle et le substrat. En particulier la feuille de couvercle peut être réalisée de façon très mince, de façon à pouvoir économiser la matière. Selon un développement, la plaque de support n'est pas complètement recouverte par la feuille de couvercle, mais seulement dans la zone des guides d'ondes. Outre une nouvelle économie de matière, il ressort de cela l'avantage d'une meilleure possibilité de mise en contact des électrodes. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - sur la feuille de couvercle on met un dissipateur thermique. - la feuille de couvercle libère des zones de la couche de substrat, en particulier dans la zone des alimentations élec- triques de l'électrode. - on constitue dans la couche de substrat une rigole de rem- plissage. - la plaque de support est pourvue de trous de remplissage pas- sant à travers celle-ci. - la couche de substrat est formée d'une matière optiquement transparente et présente une épaisseur d'environ 20 gm. - la feuille de couvercle consiste en une matière optiquement fortement réfringente et présente une épaisseur d'environ gm. - on colle une feuille de couvercle sur la surface du substrat, remplissant avec une colle une rigole de guide d'ondes formée par l'élévation du moule de coulée. - seules les zones des guides d'ondes sont pourvues d'une feuille de couvercle. - on met une électrode dans la plaque de support avant la pose d'un substrat. - la plaque de support est pourvue de trous de remplissage qui passent à travers celle-ci. - les deux surfaces de contact de l'électrode sont recouvertes lors du versage de la matière du substrat par des élévations sur le moule de coulée. - on constitue dans le substrat lors de la coulée une rigole de remplissage. Dessins: L'invention va être décrite ci-après plus en détail à partir de plusieurs modes de réalisation, représentés sur les dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 montre une représentation schématique de la pla- que de support et du moule de coulée, - la figure 2 montre une section transversale schématique de la plaque de support avec le moule de coulée posé dessus, - la figure 3 montre en coupe transversale un circuit optique intégré, - la figure 4 montre une représentation schématique d'une pla- que de support avec un moule de coulée selon un autre exemple de réalisation, - la figure 5 montre la plaque de support, représentée à la fi- gure 4 avec le moule de coulée posé dessus et, - la figure 6 montre une représentation schématique d'un cir- cuit optique intégré selon un autre exemple de réalisation. Description des exemples de réalisation: La figure 1 montre en perspective une plaque de support 1, qui par exemple est fabriquée au moyen d'une techni- que de moulage à partir d'un polymère. La matière utilisée pour cela est mécaniquement stable, mais n'est pas nécessairement optique transparente. Sur la surface 3 de la plaque de support 1, on place des rainures de guidage en forme de V 5.1, 5.2, 7.1 et 7.2. Les quatre rainures de guidage 5, 7 sont constituées de façon ouverte sur les bords, les deux rainures de guidage 5.1 et 5.2 étant des rigoles de guidage de fibres qui reçoivent les fibres à coupler. Sur toute la surface de la plaque de support 1, on prévoit des trous de remplissage 9, qui passent complètement à travers la plaque de support. Egalement sur la surface 3 de la plaque de support 1, on place des pistes conductrices électri- ques 11 qui forment dans l'exemple de réalisation représenté une électrode de chauffage 13. Dans ce cas, l'écoulement du courant a lieu au moyen de deux surfaces de contact 15.1 et 15.2 qui sont disposées presqu'au bord de la plaque de support 1. L'électrode de chauffage 13 se trouve dans ce cas à proximi- té du noyau des guides d'ondes encore à constituer. En outre, on a représenté à la figure 1 un moule en nickel 17 servant de moule de coulée. Ce moule en nickel a, à peu près, les dimensions de la plaque de support et présente sur son côté 19 tourné vers la plaque de support, des éléva- tions différentes. On prévoit ainsi quatre nez de guidage 21 et 23. Leur alignement les uns envers les autres et leur forme sont choisis de telle façon qu'ils s'adaptent dans les rainures de guidage 5 et 7. Ceci signifie que le nez de guidage 21.1 vient en prise dans la rainure de guidage 5.1, le nez de guidage 21.2 dans la rainure de guidage 5.2, et le nez de guidage 23.1 et 23.2 dans les rainures de guidage 7.1 ou 7.2, quand le moule en nickel est mis sur la plaque de support. De cette façon, on a l'assurance d'avoir un ajustage exact du moule en nickel 17 à la plaque de support 1. Les deux nez de guidage 21.1 et 21.2 sont reliés l'un à l'autre par une élévation 25 avec une section transver- sale en forme de trapèze, les extrémités de cette élévation longitudinale 25 sont disposées au milieu par rapport au fond correspondant du nez de guidage. Les dimensions de cette éléva- tion, en particulier sa hauteur se déterminent en fonction de la section transversale désirée des guides d'ondes. Une autre élévation 27 sert à constituer une rigole de remplissage. En plus de cette élévation 27 deux élévations 29 de forme carrée, disposées parallèlement l'une à l'autre s'éten- dent perpendiculairement à l'axe longitudinal, élévation dont la distance l'une par rapport à l'autre correspond à la dis- tance des deux surfaces de contact 15. La mise en place et la hauteur des deux élévations 29 sur le côté 19 du moule en nickel lui-même sont choisies de telle façon qu'elles recou- vrent les deux surfaces de contact 15 quand on a posé le moule en nickel. Parallèlement aux arêtes latérales du moule en nickel 17 un bord de forme carrée 31 s'étend sur le côté 19, bord qui entoure les élévations 25, 27 et 29. Le bord 31 est uniquement interrompu par les nez de guidage 21 et 23. La hau- teur de ce bord 31 est choisie en fonction de l'épaisseur sou- haitée du substrat. Habituellement on la fixe à environ 20 gm pour cela. La hauteur des élévations 29 est alors adaptée à la hauteur du bord 31. La conception des différentes élévations et les nez de guidage 21, 23 doivent dans ce cas garantir que dans le cas du moule en nickel, mis dessus, le bord 31 repose régu- lièrement sur la plaque de support 1 et assure l'étanchéité vers l'extérieur de la cavité qui se forme entre le moule en nickel et la plaque de support. Evidemment on peut aussi dispo- ser ce bord 31, qui opère comme joint d'étanchéité, sur la pla- que de support. On peut aussi concevoir le contour du bord 31, de telle façon que les surfaces de contact 15 se trouvent en dehors. Alors on n'a pas besoin des élévations 29. Sur la vue en coupe représentée à la figure 2, on peut voir nettement le moule de nickel posé sur la plaque de support, de telle sorte que la hauteur de l'élévation 25 est plus faible que la hauteur du bord 31. En outre, on peut voir à partir de la figure 2 que les nez de guidage 21 et 23 s'adap- tent exactement dans les rainures de guidage 5 ou 7 en forme de V. On peut reconnaître comme emboîtement dans la pla- que de support 1 les pistes conductrices 11 et en particulier la surface de contact 15, l'élévation 29 recouvrant la surface de contact 15. Pour fabriquer le circuit optique intégré, on met d'abord le moule en nickel 17 sur la plaque de support 1, de telle sorte que les nez de guidage 21 et 23 s'encliquettent dans les rainures de guidage correspondantes 5 ou 7 en forme de V et que le bord 31 assure l'étanchéité de la cavité intérieure qui en résulte. Dans cette cavité, on remplit alors à travers les trous de remplissage 9 un liquide durcissable, optique transpa- rent, jusqu'à ce que la cavité soit complètement remplie. A la figure 2, on a désigné le liquide de remplissage par la réfé- rence numérique 33. La contraction qui se produit en règle gé- nérale lors du durcissement est compensée au moyen des trous de remplissage 9. Si les nez de guidage 21 ou 23 ne viennent pas exactement en prise dans les rainures de guidage correspondan- tes, les cavités qui en résultent sont également remplies du liquide. En conséquence, on a dans tous les cas l'assurance d'avoir une reproduction exacte du moule en nickel 17. Dès que le liquide a durci et formé un substrat, on peut enlever le moule en nickel 17. A la figure 3, on peut alors voir le résultat. C'est ainsi que la surface de contact 15 n'est pas recouverte par un substrat 33 du fait du recouvrement par l'élévation 29, de telle sorte que l'on a une mise en contact facile. L'éléva- tion 27 a libéré une rigole 35 de remplissage lors du versage dont on explique le fonctionnement ultérieurement. L'élévation a créé une rigole 37 pour le noyau du guide d'ondes. Sur les deux bords de la plaque de support 1 les nez de guidage 21 et 23, on crée des rigole de guidage des fibres 39 et 41, en forme de V, rigoles dans lesquelles on peut insérer les extrémités des fibres. A la séquence suivante, on met ensuite une feuille de couvercle 43 sur la surface sensiblement plane du substrat 33. Il n'y a pas d'ajustage de cette feuille de couvercle qui est réalisé par exemple par des rainures et des nez dans le cas de l'utilisation des couvercles conventionnels. La feuille de couvercle 43 a une épaisseur d'environ 30 gm et est réalisée en une matière de haute qualité du point de vue optique. Pour réaliser cette feuille de couvercle 43 au substrat 33, on uti- lise une colle qui optiquement est plus fortement réfringente. Cette colle remplit en outre la rigole 37, de telle sorte que l'on obtienne un noyau de guide d'ondes. Les extrémités des fi- bres qui sont insérées dans les rigoles de guidage des fibres 39 sont aussi fixées avec cette colle. Lors du pressage de la feuille de couvercle sur le substrat, la colle sort latéralement. Pour protéger la surface de contact 15, on a prévu la rigole de remplissage 35, dans laquelle coule la colle qui sort latéralement. Une autre simplification en ce qui concerne la mise en contact des surfaces de contact 15 réside dans le fait que la feuille de couverture 43 ne recouvre pas toute la surface du substrat, mais uniquement l'entourage du guide d'ondes optique, comme on peut le voir nettement à la figure 3. Sur la feuille de couvercle 43, on met alors à la dernière étape un dissipateur thermique 45. Les figures 4 et 5 montrent un autre exemple de réalisation d'un moule en nickel et d'une plaque de support; on ne s'occupera uniquement dans ce qui suit que des différen- ces par rapport au premier exemple de réalisation. Au contraire de la forme de réalisation représentée à la figure 1, le moule en nickel 117 ne possède pas de bord 31, réalisé sous la forme d'une élévation. Au contraire les fa- ces latérales 119 du moule en nickel 117 sont prolongées de fa- çon telle que les pointes des nez de guidage 21, 23 fassent nettement saillie. A la figure 5, on peut voir clairement cette prolongation des faces latérales. On choisit dans ce cas les dimensions du moule en nickel 117 d'une manière telle que les faces latérales 119 entourent de façon étanche la plaque de support 1, de telle sorte que la cavité qui en résulte soit également rendue étanche latéralement. Le renfoncement du moule en nickel, dans lequel la plaque de support est insérée, peut être fabriqué facilement par gravité à la potasse du moule ini- tial en silicium et ensuite par surmeulage galvanique en nickel. En outre, les surfaces de contact 15 sont consti- tuées comme des surfaces de contact convexes 115, leur hauteur correspondant à la hauteur du substrat. De cette façon, on peut se passer des élévations 29 pour recouvrir les surfaces de con- tact 15. La fabrication proprement dite du circuit optique in- tégré correspond toutefois à la fabrication réalisée en référence aux figures 1 et 2, et pour cette raison on s'abs- tiendra de l'expliquer encore une fois. A la figure 6, on a représenté un autre exemple de réalisation, la différence résidant dans le fait que la posi- tion du dissipateur thermique a été échangée avec celle de la plaque de support. Lors de la fabrication du substrat 33, la plaque de support 1 ne sert ainsi pas de fermeture au moule en nickel 17, mais au contraire le dissipateur thermique 45. Le dissipateur thermique 145 représenté à la figure 6 présente pour cela des rigoles de guidage, en forme de V, 121 et 123, dans lesquelles les nez de guidage 21 et 23 du moule en nickel 17 peuvent venir en prise. En amenant un liquide pour substrat 33 à travers les trous de remplissage 109 dans la ca- vité formée entre le moule en nickel 17 et le dissipateur ther- mique 145, on obtient le substrat voulu, l'élévation 25 libérant une rigole 37 pour le noyau du guide d'ondes sur la surface du substrat. Cette rigole 37 est remplie, après soulè- vement du moule en nickel 117, d'une matière plus fortement ré- fringente avant la pose d'une feuille de couvercle 143. Ensuite la plaque de support 1 est mise sur la feuille de couvercle, les rainures de guidage 5.1 et 7.1 étant alignées avec les rai- nures correspondantes 121 et 123. Ceci est facilement possible, quand on insère dans les rainures 121 ou 5.1 des fibres de verre rondes d'une épaisseur définie. La largeur du dissipateur thermique 145 est choisie dans ce cas de telle façon que la section de la plaque de support 1, qui présente les surfaces de contact 15, déborde en position réunie. C'est ainsi que les surfaces de contact peuvent venir en contact sans problème. Il va de soi que l'on peut mettre en plus de la structure optique aussi des composants électroniques (par exem- ple excitateur, amplificateur, ou autres) sur la plaque de sup- port 1. En outre, on peut choisir librement la matière de la plaque de support 1. Il n'est pas nécessaire de se fixer sur des propriétés optiques spécifiques. R E V E N D I C A T I O NS 1 ) Circuit optique intégré avec au moins un guide d'ondes op- tique, au moins une électrode et deux guidages de fibres coïn- cidant avec le guide d'ondes, caractérisé en ce que le circuit optique intégré présente une plaque de support (1), qui entoure les rainures de guidage de fibres (5.1, 7.1) et l'électrode (11), en outre une couche de substrat (33), mise sur la plaque de support (1), reçoit le guide d'ondes optique et finalement une feuille de couvercle (43) mise sur la face de la couche de substrat (33) qui est en regard de la plaque de support (1). 2 ) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur la feuille de couvercle (43) on met un dissipateur thermi- que (45). 3 ) Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la feuille de couvercle (43) libère des zones de la couche de substrat (33), en particulier dans la zone des alimentations électriques de l'électrode. 4 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que l'on constitue dans la couche de substrat (33) une rigole de remplissage (35). ) Circuit selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que la plaque de support (1) est pourvue de trous d remplissage (9) passant à travers celle-ci. 6 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, il caractérisé en ce que la couche de substrat (33) est formée d'une matière optiquement transparente et présente une épaisseur d'environ 20 Mm. 7 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que la feuille de couvercle (43) consiste en une matière optique- ment fortement réfringente et présente une épaisseur d'environ 30 Mm. 8 ) Circuit pour la mise en oeuvre de procédé de fabrication avec un moule de coulée (17) qui présente au moins deux nez de guidage (21) et une élévation (25) reliant les deux nez de gui- dage, caractérisé en ce que le moule de coulée est fermé par une plaque de support (1), qui est pourvue d'au moins deux rainures de guidage (5) et en ce que l'on coule une matière de substrat (33), optiquement trans- parente, dans la cavité formée entre le moule de coulée et la plaque de support. 9 ) Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on colle une feuille de couvercle (43) sur la surface du substrat (33), remplissant avec une colle une rigole de guide d'ondes (37) formée par l'élévation (25) du moule de coulée (17). 10 ) Circuit selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que seules les zones des guides d'ondes sont pourvues d'une feuille de couvercle (43). 11 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'on met un dissipateur thermique (45) sur la feuille de cou- vercle (43). 12 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'on met une électrode (11) dans la plaque de support (1) avant la pose d'un substrat. 13 ) Circuit selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la plaque de support (1) est pourvue de trous de remplissage (9) qui passent à travers celle-ci. 14 ) Circuit selon la revendication 12, caractérisé en ce que les deux surfaces de contact (15) de l'électrode (11) sont re- couvertes lors du versage de la matière du substrat (33) par des élévations sur le moule de coulée (17). ) Circuit selon l'une quelconque des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu' on constitue dans le substrat lors de la coulée une rigole de remplissage (35).